Радиатор для охлаждения радиоэлементов Советский патент 1992 года по МПК H05K7/20 

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к устройствам для охлаждения радиоэлектронной аппаратуры.

Известно устройство для охлаждения, в котором конструктивный элемент из пори- стого проницаемого материала, являющийся основанием,играет роль транспортного канала для подвода охлаждающей жидкости к охлаждаемым элементам. При продувке основания воздухом с целью ин- тенсификации теплообмена оно утрачивает роль транспортного канала из-за вытеснения из него потоком воздуха охлаждающей жидкости.

Известен радиоэлектронный блок, в ко- тором конструктивным элементом из пористого проницаемого материала является перегородка, служащая для задерживания выплескиваемой во время кипения охлаждающей жидкости. Задерживая эту жид- кость и пропуская пар, перегородка, фактически, играет роль фильтра для разделения парожидкостной смеси.

Наиболее близкой является конструкция радиатора, каналы которого являются закрытыми, но их боковые стенки (ребра) выполнены из пористого непроницаемого для воздуха материала с теплопроводным каркасом.

В закрытых каналах периметр попереч- ного сечения потока равен длине границы этого сечения и при непроницаемых для воздуха стенках такие каналы, очевидно, должны иметь входное и выходное отверстия. В каналах этого радиатора охлаждаю- щий воздух движется транзитом и их заглушение, т.е. установка непроницаемых перегородок со стороны входных или выходных отверстий превращала бы радиатор в неработоспособную конструкцию.

Целью изобретения является повышение эффективности охлаждения радиоэлементов.

Указанная цель достигается тем, что в радиаторе для охлаждения радиоэлемен- тов, содержащем основание, на котором расположены параллельно одно другому ребра с образованием замкнутых каналов и кожух, ребра выполнены из пористого проницаемого теплопроводного материала, а межреберные смежные каналы перекрыты с противоположных сторон.

На чертеже изображено устройство предлагаемой конструкции радиатора, общий вид в аксонометрии.

Предлагаемая конструкция радиатора представляет собой плоскую теплопроводную пластину (основание) 1, к которой с одной стороны крепятся тепловыделяющие элементы 2 электронных систем, а с другой

стороны установлены с совершенным тепловым контактом параллельно расположенные ребра 3, образующие систему межреберных каналов. Ребра изготовлены из проницаемого для воздуха пористого материала с теплопроводным каркасом, в качестве такого материала, например, могут быть использованы пористые проницаемые материалы на металлической основе, получаемые путем прессования с последующим спеканием металлических порошков, волокон и сеток. Сверху ребра перекрыты коробчатой крышкой 4, имеющей отверстия 5 и 6, а торцы соседних межреберных каналов закрыты с противоположных сторон заглушками 7, образуя коллекторы 8 и 9, пред- назначенные для подвода и отвода охлаждающего воздуха, группу каналов 10, сообщающихся с коллектором 8, и группу каналов 11, сообщающихся с коллектором 9.

Радиатор работает следующим образом.

В один из коллекторов, например через отверстие 5 в коллектор 8, подается охлаждающий воздух. Из коллектора 8 воздух распределяется по межреберным каналам 10 и, следуя по ним, профильтровывается сквозь пористые ребра в соседние межреберные каналы 11, из которых и попадает в коллектор 9, с помощью которого отводится через отверстие 6. Воздух, протекая сквозь поры ребер, отбирает тепло от их металлического каркаса, нагреваемого теплом от пластины 1, охлаждая тем самым ее и прикрепленные к ней тепловыделяющие элементы электронных схем. Суммарная внутренняя поверхность пар ребер, являющаяся поверхностью теплообмена, велика, чем и обеспечивается высокая интенсивность теплообмена в предлагаемой конструкции радиатора. При фильтрационном движении воздуха сквозь пористое ребро имеет место турбулизация потока, что также способствует интенсификации теплообмена. Следует отметить, что кроме внутренней поверхности пор ребер, в теплообмене участвует и их боковая поверхность, не занятая порами, и поверхность пластины, находящаяся между ребрами. Все это в сумме и обеспечивает высокую интенсивность теплообмена и, следовательно, повышает эффективность охлаждения изделий в предлагаемой конструкции радиатора. Максимальная высота ребра из пористого материала, при которой обеспечивается его эффективная работа может быть определена как

ь„в1,„ Ч V ZET7

макс о л У -я-У т-

3-4 (1 Ј)

где а- коэффициент теплоотдачи от поверхности внутрипорового пространства к потоку воздуха в порах проницаемого материала;

а- удельная поверхность пористой матрицы;

Як - теплопроводность материала каркаса ребра;

Б - пористость ребра.

Величина удельной площади поверхности теплообмена для предлагаемой конструкции ребристого радиатора может быть рассчитана как

с ()n РУД.Р-- Vo,

где Vp - объем ребра;

Рб - площадь боковой поверхности ребра;

п - число ребер;

V0 - общий объем.

Эффективность предлагаемой конструкции радиатора по сравнению с конструкциями радиаторов с ребрами из сплошного материала можно оценить отношением

а Fyfl.p сгВ . . а р - л т I,

гуд

где В - толщина ребра.

Это отношение показывает во сколько раз при прочих равных условиях поверхность теплообмена предлагаемой конструкции больше таковой для известных конструкций ребристых радиаторов.

Технико-экономический эффект предлагаемого радиатора заключается в том, что при продувке охлаждающего воздуха через пористую проницаемую теплопроводную конструкцию ребра можно сделать достаточно тонкими в направлении движения через них охлаждающего воздуха, а требуемую поверхность охлаждения получить путем вариации высоты пористых ребер и частоты их установки, что значительно снижает аэродинамическое сопротивление пористой конструкции, кроме того, осуществляется равномерная продувка охлаждающего воздуха через пористую конструкцию без образования застойных зон.

Во всех каналах предлагаемой конструкции радиатора одно из крайних поперечных сечений заглушено, что исключает транзитное движение воздуха в них, а расположение заглушек в соседних каналах с противоположных сторон позволяет организовать фильтрационное течение охлаждающего воздуха сквозь нагретые пористые

проницаемые ребра из каналов, открытых со стороны подвода воздуха в радиатор, в каналы, открытые со стороны отвода воздуха из радиатора. Таким образом, наличие

заглушек в каналах предлагаемой конструкции радиатора с пористыми проницаемыми ребрами, когда заглушки в соседних каналах расположены с противоположных сторон, является необходимым условием для

обеспечения работоспособности предлагаемой конструкции.

В отличие от известных конструкций ребристых радиаторов, благодаря пористой проницаемой структуре ребер, возможна их

продувка воздухом в поперечном направлении. Поверхность теплообмена в таком радиаторе всецело определяется внутренней поверхностью пор всех ребер. При движении воздуха внутри извилистых пор он турбулизируется, в результате чего возрастают значения местных коэффициентов теплоотдачи при внутрипоровом теплообмене. Развитая поверхность теплообмена и увеличение коэффициентов теплоотдачи со

стороны воздуха обеспечивает интенсивный теплообмен между охлаждаемой поверхностью и воздухом, а продувка воздухом ребер в поперечном направлении позволяет снизить гидравлическое сопротивление

фильтрационного потока воздуха, так как ребра могут быть выполнены достаточно малой толщины. Изготовление ребер радиатора из пористого проницаемого теплопроводного материала позволяет получить

новое техническое решение, проявляющееся в увеличении отводимой от охлаждаемой поверхности тепловой мощности при воздушном охлаждении, применение которого во многих случаях оказывается более предпочтительным, чем испарительное охлаждение или охлаждение водой.

Формула изобретения Радиатор для охлаждения радиоэлементов, содержащий основание, на котором

расположены параллельно одно другому ребра с образованием замкнутых межреберных каналов, и кожух, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности охлаждения, ребра выполнены из пористого

проницаемого теплопроводного материала, а межреберные смежные каналы перекрыты с противоположных сторон.

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к устройствам для охлаждения радиоэлектронной аппаратуры. Цель изобретения - повышение эффективности охлаждения. Радиатор содержит основание 1, на котором расположены параллельно одно другому ребра 3, образующие замкнутые каналы; и кожух с крышкой 4, причем ребра выполнены из пористого проницаемого теплопроводного материала, а межреберные смежные каналы перекрыты с противоположных сторон заглушками 7. образуя коллекторы 8 и 9, предназначенные для подвода и отвода охлаждающего воздуха. 1 ил.