Патент на изобретение №2273970

(54) ОХЛАДИТЕЛЬ СИЛОВЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ МОДУЛЕЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для охлаждения силовых модулей электронной аппаратуры. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности и экономичности системы охлаждения силовых электронных модулей. Организации локальной интенсификации теплоотвода при малом гидравлическом сопротивлении системы, при обеспечении жесткости и прочности конструкции. В охладителе силовых электронных модулей, содержащем крышку и основание с каналами для прохождения жидкого хладагента, каналы выполнены с использованием формы меандра, а теплоотводящее основание включает выполненные под местами монтажа электронных модулей полости с установленными в них сопряженными с крышкой вкладышами, формирующими форму канала. Указанные каналы соединены в параллельно-последовательную схему движения жидкого хладагента. Площади поперечных сечений каналов для прохождения хладагента пропорциональны мощности соответствующих им силовых электронных модулей, при этом для уменьшения гидравлического сопротивления в каждом из каналов площадь поперечного сечения прямолинейных участков превышает площадь поперечного сечения участков, выполненных в виде меандрических секций. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для охлаждения силовых модулей электронной аппаратуры.

Известно устройство жидкостного охлаждения для мощных электронных модулей, расположенных на одной охлаждаемой поверхности (патент US 5978220, Н 05 К 7/20). Данное устройство включает корпус с расположенными на нем рядами электронных модулей, в котором выполнен соприкасающийся с охлаждаемой поверхностью канал для прохождения охлаждающей жидкости. Для улучшения теплопередачи в устройстве предусмотрены дополнительные элементы, установленные в потоке хладагента и соприкасающиеся с охлаждаемой поверхностью.

Известно жидкостное охлаждающее устройство с направляющими для выборочного охлаждения электронных компонентов (патент US 6457514, Н 05 К 7/20). Устройство включает каналы, образованные параллельно расположенными направляющими элементами, обеспечивающими параллельный подвод охлаждающей жидкости к охлаждаемым электронным компонентам, рассеивающие тепло ребра, установленные в потоке хладагента непосредственно под охлаждающими модулями.

В указанных устройствах осуществляется интенсификация локальной теплоотдачи в местах установки охлаждаемых модулей за счет внесения в поток хладагента дополнительных элементов (ребер, пористых вставок), что приводит к увеличению гидравлического сопротивления каналов охладителя.

Известен также модуль радиоэлектронного блока, содержащий раму, жестко закрепленные на ней печатные платы с рядами электронных компонентов на одних их сторонах и теплоотводящий узел, состоящий из многослойных пластин, формирующих каналы для прохождения хладагента (авторское свидетельство СССР, №1637051, Н 05 К 7/20, прототип). В указанном модуле с целью повышения плотности компоновки и улучшения теплообмена печатные платы соединены с теплоотводящим узлом своими свободными сторонами, а каналы для хладагента расположены во внутреннем слое теплоотводящего узла с обеспечением контакта по всей их длине с внешними слоями и выполнены с продольным сечением в форме меандра, ориентированного по направлению рядов электронных компонентов.

К недостатку данного технического решения следует отнести недостаточную эффективность и экономичность конструкции, в том числе за счет того, что теплоотвод осуществляется от практически всей поверхности основания с частичной локализацией вдоль рядов электронных блоков.

Задачей изобретения является повышение эффективности и экономичности системы охлаждения силовых электронных модулей.

Техническим результатом изобретения является организация локальной интенсификации теплоотвода при малом гидравлическом сопротивлении системы и обеспечении жесткости и прочности конструкции.

Поставленная задача решается за счет того, что в охладителе силовых электронных модулей, содержащем крышку и включающем каналы для прохождения хладагента теплоотводящее основание, с установленными на нем рядами тепловыделяющих электронных модулей, при этом каналы для прохождения жидкого хладагента выполнены с использованием формы меандра, согласно изобретению теплоотводящее основание включает выполненные под местами монтажа электронных модулей полости с установленными в них сопряженными с крышкой вкладышами, формирующими форму канала, указанные каналы для прохождения хладагента выполнены в виде расположенных в разных плоскостях, связанных между собой прямолинейных участков и меандрических секций, каждая из которых расположена в указанной полости, при этом указанные каналы, соединены в параллельно-последовательную схему движения жидкого хладагента.

Для крепления электронных модулей в основании выполнены приливы, проходящие сквозь меандрические секции каналов для прохождения жидкого хладагента, при этом участки приливов, расположенные внутри каналов, выполнены в виде удобообтекаемых лопаток, а в местах поворота потока жидкого хладагента указанные каналы снабжены поворотными лопатками.

Поставленная задача решается также тем, что площади поперечных сечений каналов для прохождения хладагента пропорциональны мощности соответствующих им силовых электронных модулей, при этом для уменьшения гидравлического сопротивления в каждом из каналов площадь поперечного сечения прямолинейных участков превышает площадь поперечного сечения участков, выполненных в виде меандрических секций.

Кроме того, по меньшей мере, один из каналов для прохождения хладагента снабжен дросселем для выравнивания расхода охлаждающей жидкости.

На фиг.1 представлен общий вид охладителя силовых электронных модулей согласно изобретению, на примере трехканального варианта; на фиг.2 – то же, вид А.

Охладитель содержит основание 1, на котором с наружной стороны рядами расположены тепловыделяющие силовые электронные модули 2. В боковой стенке основания 2 для подачи и вывода охлаждающей жидкости выполнены впускное 3 и выпускное 4 отверстия, связанные соответственно через раздающий коллектор 5 и собирающий коллектор 6 с каналами 7-9 для прохождения хладагента, выполненными на внутренней стороне основания 1 под рядами электронных модулей 2. При этом вдоль двух боковых рядов 7, 9, как показано на фиг. 1 в качестве примера, расположены электронные модули 2 равной мощности, а центральный канал 8 содержит электронные модули 2 с меньшей выделяемой мощностью. Каналы 7-9 выполнены в виде соединенных между собой линейных и меандрических участков – секций, каждая из которых расположена в полостях 10, выполненных в основании 1 под местами установки электронных модулей 2 (фиг.2). Каналы 7-9 закрыты крышкой 11, к которой прикреплены вкладыши 12, входящие в полости 10. Внутри меандрических секций каналов 7-9 в местах крепления тепловыделяющих модулей 2 расположены приливы 13 с удобообтекаемыми лопатками 14, а в местах поворота направления жидкости каналы 7-9 снабжены поворотными лопатками 15. Канал 9 содержит выравнивающий расходы хладагента дроссель 16.

Площади поперечных сечений (на прямолинейных и меандрических участках) каждого из каналов 7-9 и, соответственно, расходы хладагента по каждому из них пропорциональны тепловой мощности электронных модулей соответствующего ряда.

Охладитель силовых электронных модулей согласно изобретению работает следующим образом.

Хладагент через впускное отверстие 3 поступает в основание 1 и через раздающий коллектор 5 поступает в каналы 7-9. При организованной последовательно-параллельной схеме движения охлаждающей жидкости и соответствующих сечениях каналов 7-9 хладагент разделяется на три части, пропорционально количеству тепла, выделяемому электронными модулями 2 в соответствующем ряду. Выравнивание расхода охлаждающей жидкости по каналам 7, 9 обеспечивается дросселем 16. Проходя под рядами тепловыделяющих модулей 2, поток хладагента забирает выделяемое ими тепло. Наиболее высокая теплоотдача осуществляется непосредственно в местах установки тепловыделяющих модулей 2 за счет уменьшенного термического сопротивления, высокой скорости движения охлаждающей жидкости и, соответственно, более высокого значения коэффициента теплоотдачи на этих участках относительно других участков теплоотводящего основания 1. Это обусловлено тем, что под тепловыделяющими модулями 2 основание 1 за счет выполненных полостей 10 имеет меньшую толщину, при этом в полости 10 установлены вкладыши 12, которые формируют оптимальную форму канала, обеспечивающую высокую скорость прохождения жидкости. Принятая схема расположения каналов для прохождения хладагента в разных плоскостях позволяет выполнить основную часть основания 1 с толщиной, достаточной для обеспечения жесткости и прочности конструкции в целом при воздействии внешних и внутренних нагрузок, в том числе внутреннего давления.

При прохождении охлаждающей жидкости через меандрические участки каналов 7-9 уменьшение гидравлического сопротивления приливов 13 для винтов крепления модулей 2 обеспечивается тем, что участки приливов 13, расположенные в потоке жидкости, выполнены в виде удобообтекаемых лопаток 14. Для уменьшения гидравлического сопротивления при поворотах потока жидкости в меандрических каналах применены поворотные лопатки 15.

Принятая схема движения охлаждающей жидкости при относительно малом расходе жидкости и размерах сечений каналов 7-9, выбираемых с учетом количества выделяемой мощности, позволяет получить высокие скорости движения охлаждающей жидкости в каналах непосредственно под электронными модулями 2, а следовательно, и высокие значения коэффициентов теплоотдачи. При этом, так как прямолинейные участки каналов 7-9 выполнены с большей площадью сечения, чем на меандрических участках, обеспечивается уменьшение общего гидравлического сопротивления охладителя. Следует отметить, что при традиционном параллельном разделении потока (например, как в автомобильных радиаторах) необходимы или очень малые сечения каналов, или большой расход жидкости, а при последовательном движении потока (например, как у прототипа) канал охлаждения имеет большое гидравлическое сопротивление.

Отобрав тепло от электронных модулей 2, охлаждающая жидкость попадает в собирающий коллектор 6, после чего через выпускное отверстие 4 выходит из охладителя.

В целом, совокупность признаков охладителя согласно изобретению за счет организации локальной интенсификации теплоотвода обеспечивает повышение эффективности отвода тепла от силовых электронных модулей при малом гидравлическом сопротивлении и обеспечении прочности и жесткости конструкции, что обуславливает высокие энергетические, экономические и эксплутационные характеристики конструкции охладителя.

Формула изобретения

1. Охладитель силовых электронных модулей, содержащий крышку и включающий каналы для прохождения хладагента, теплоотводящее основание с установленными на нем рядами тепловыделяющих электронных модулей, при этом каналы для прохождения жидкого хладагента выполнены с использованием формы меандра, отличающийся тем, что теплоотводящее основание включает выполненные под местами установки электронных модулей полости с установленными в них сопряженными с крышкой вкладышами, формирующими форму канала, указанные каналы для прохождения хладагента выполнены в виде расположенных в разных плоскостях, связанных между собой прямолинейных участков и меандрических секций, каждая из которых расположена в указанной полости, при этом указанные каналы соединены в параллельно-последовательную схему движения жидкого хладагента.

2. Охладитель силовых электронных модулей по п.1, отличающийся тем, что для крепления электронных модулей в основании выполнены приливы, проходящие сквозь меандрические секции каналов для прохождения жидкого хладагента, при этом участки приливов, расположенные внутри канала, выполнены в виде удобообтекаемых лопаток, а в местах поворота потока жидкого хладагента указанные каналы снабжены поворотными лопатками.

3. Охладитель силовых электронных модулей по п.1, отличающийся тем, что площади поперечных сечений каналов для прохождения жидкого хладагента пропорциональны мощности соответствующих им силовых электронных модулей, при этом для снижения гидравлических потерь в каждом из каналов площадь поперечного сечения прямолинейных участков превышает площадь поперечного сечения участков, выполненных в виде меандрических секций.

4. Охладитель силовых электронных модулей по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один из каналов для прохождения хладагента снабжен дросселем для выравнивания расходов охлаждающей жидкости.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 07.09.2006

Извещение опубликовано: 20.05.2008 БИ: 14/2008

NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Дата, с которой действие патента восстановлено: 10.12.2008

Извещение опубликовано: 10.12.2008 БИ: 34/2008