Система охлаждения свч-приборов

 

Изобретение относится к области теплотехники для охлаждения приборов, которые нагреваются в процессе их работы, в частности СВЧ-приборов. Техническим результатом является повышение эффективности охлаждения электронных приборов и улучшение массогабаритных характеристик системы охлаждения приборов, работающих на сверхвысокой частоте (СВЧ-приборов). Система охлаждения СВЧ-приборов содержит замкнутый жидкостный контур, включающий емкость с охлаждающей жидкостью, систему из подводящего и отводящего трубопроводов, воздушный теплообменник и устройство съема тепла с охлаждаемого электронного прибора. Емкость с охлаждающей жидкостью выполнена в виде трубы, со стороны одного из торцов в которой размещен температурный компенсатор, выполненный в виде сильфона, внутренняя полость которого сообщена с окружающим емкость пространством, и со стороны этого торца емкость посредством отводящего трубопровода подключена через воздушный теплообменник к устройству съема тепла с охлаждаемого электронного прибора. Со стороны противоположного торца в емкости размещен жидкостный насос, сообщенный всасывающей стороной с емкостью и подключенный нагнетательной стороной через подводящий трубопровод к устройству съема тепла с охлаждаемого электронного прибора. Воздушный теплообменник снабжен вентилятором, теплообменник выполнен в виде спирального трубопровода с выполненными на наружной его стороне ребрами и его наружная поверхность составляет не менее 2000 см². Внутренний объем емкости не менее чем в два раза превышает внутренний объем остальных частей контура, объем внутренней полости сильфона составляет от 10 до 30% от внутреннего объема емкости, охлаждающая жидкость имеет удельную теплоемкость не менее 0,8 кал/(г ^oС). 1 ил.

Изобретение относится к области теплотехники для охлаждения приборов, которые нагреваются в процессе их работы, в частности СВЧ-приборов.

Известна система охлаждения электронных приборов, включающая контур охлаждения электронных приборов, подводящий и отводящий коллекторы и систему подачи охлаждающей газообразной среды (пат. США 2933655, НКИ 317-100, 19.04.1960).

Данная система охлаждения не требует сложного оборудования для подачи охлаждающей газообразной среды к охлаждаемому электронному прибору. Однако данная система не позволяет обеспечить эффективное охлаждение электронных приборов, что сужает область ее использования.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является система охлаждения СВЧ-приборов, содержащая замкнутый жидкостный контур, включающий емкость с охлаждающей жидкостью, систему подводящих и отводящих трубопроводов, воздушный теплообменник, устройство съема тепла с охлаждаемого электронного прибора и насос для организации циркуляции охлаждающей жидкости (см. книгу Иванова О.А., "Охлаждение аппаратуры РЛС", Москва, Воениздат, 1975, с. 36-38).

Данная система охлаждения позволяет интенсивно отводить тепло от охлаждаемого электронного прибора. Однако эффективность работы системы охлаждения и ее массогабаритные характеристики во многом зависят от параметров работы системы охлаждения, конструктивных особенностей конструктивных элементов, из которых состоит система охлаждения и их взаимосвязи. Только в этом случае удается достигнуть максимально возможной эффективности съема тепла с нагревающихся в процессе работы электронных приборов при минимально возможных габаритах и весе.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение эффективности охлаждения электронных приборов и улучшение массогабаритных характеристик системы охлаждения приборов, работающих на сверхвысокой частоте (СВЧ-приборов).

Указанная задача решается за счет того, что система охлаждения СВЧ-приборов содержит замкнутый жидкостный контур, включающий емкость с охлаждающей жидкостью, систему из подводящего и отводящего трубопроводов, воздушный теплообменник и устройство съема тепла с охлаждаемого электронного прибора, причем емкость с охлаждающей жидкостью выполнена в виде трубы, со стороны одного из торцов в которой размещен температурный компенсатор, выполненный в виде сильфона, внутренняя полость которого сообщена с окружающим емкость пространством и со стороны этого торца емкость посредством отводящего трубопровода подключена через воздушный теплообменник к устройству съема тепла с охлаждаемого электронного прибора, а со стороны противоположного торца в емкости размещен жидкостный насос, сообщенный всасывающей стороной с емкостью и подключенный нагнетательной стороной через подводящий трубопровод к устройству съема тепла с охлаждаемого электронного прибора, при этом воздушный теплообменник снабжен вентилятором, теплообменник выполнен в виде спирального трубопровода с выполненными на наружной его стороне ребрами, наружная поверхность воздушного теплообменника составляет не менее 2000 см², внутренний объем емкости с охлаждающей жидкостью не менее чем в два раза превышает внутренний объем остальных частей контура, объем внутренней полости сильфона составляет от 10 до 30% от внутреннего объема емкости с охлаждающей жидкостью, а охлаждающая жидкость имеет удельную теплоемкость не менее 0,8 кал/(г^oС).

Проведенные исследования показали, что описанная выше комбинированная система охлаждения позволяет добиться отвода тепла при высокой плотности теплового потока. Это особенно важно при охлаждении таких электронных приборов, как магнетроны, клистроны, лампы бегущей волны и целый ряд других приборов. Циркуляционная система представляет собой замкнутый герметичный контур с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости. Выполнение емкости с охлаждающей жидкостью в виде трубы, размещение в емкости со стороны одного из ее торцов насоса и размещение в емкости со стороны другого ее торца температурного компенсатора позволили, с одной стороны, максимально упростить технологию изготовления емкости, а с другой стороны, значительно повысить надежность работы системы охлаждения. При этом исключается любая возможность нарушения подачи охлаждающей жидкости к охлаждаемому электронному прибору, резко сокращается длина трубопроводов для подвода к электронному прибору охлаждающей жидкости и отвода от него нагретой охлаждающей жидкости. Исключена возможность образования в контуре циркуляции охлаждающей жидкости газовых пузырей. В контуре циркуляции охлаждающей жидкости поддерживается требуемый режим циркуляции охлаждающей жидкости независимо от температуры охлаждающей жидкости. На это же направлено выполнение емкости с охлаждающей жидкостью с внутренним объемом, не менее чем в два раза превышающим внутренний объем остальных частей контура циркуляции охлаждающей жидкости, и выполнение объема внутренней полости сильфона, составляющей от 10 до 30% от внутреннего объема емкости с охлаждающей жидкостью. Одновременно удалось решить задачу стабилизации температуры охлаждающей жидкости на требуемом уровне за счет эффективного охлаждения охлаждающей жидкости после ее нагрева в воздушном теплообменнике, обдуваемом вентилятором. По существу выполненная в виде трубы емкость с охлаждающей жидкостью является вторым теплообменником, где охлаждающая жидкость дополнительно охлаждается. Таким образом, выполнение воздушного теплообменника с ребрами и площадью наружной поверхностью не менее 2000 см² в сочетании с емкостью, объем которой не менее чем в два раза превышает объем всех других коммуникаций, и жидкостью с удельной теплоемкостью не менее 0,8 кал/г^oС позволило стабилизировать температуру во время работы электронного прибора на заданном уровне, не превышающем 60-80^oС.

В результате удалось решить поставленную в изобретении задачу -повысить эффективность охлаждения электронных приборов и улучшить массогабаритные характеристики системы охлаждения приборов, работающих на сверхвысокой частоте (СВЧ-приборов).

На чертеже схематически представлена описываемая система охлаждения СВЧ-приборов.

Система охлаждения СВЧ-приборов 1 содержит замкнутый жидкостный контур, включающий емкость 2 с охлаждающей жидкостью 3, систему из подводящего 4 и отводящего 5 трубопроводов, воздушный теплообменник 6 и устройство съема тепла 7 с охлаждаемого электронного прибора 8. Емкость 2 с охлаждающей жидкостью 3 выполнена в виде трубы. Со стороны одного из торцов в емкости 2 размещен температурный компенсатор, выполненный в виде сильфона 9, внутренняя полость которого сообщена с окружающим емкость 2 пространством и со стороны этого торца емкость 2 посредством отводящего трубопровода 5 подключена через воздушный теплообменник 6 к устройству съема тепла 7 с охлаждаемого электронного прибора 8. Устройство съема тепла 7 может быть выполнено, например, в виде охлаждающей рубашки, которая окружает охлаждаемый электронный прибор 8 или в виде охлаждающего змеевика. Со стороны противоположного торца в емкости размещен жидкостный насос 10, сообщенный всасывающей стороной с емкостью 2 и подключенный нагнетательной стороной через подводящий трубопровод 4 к устройству съема тепла 7 с охлаждаемого электронного прибора 8, при этом воздушный теплообменник 6 снабжен вентилятором 11. Теплообменник 6 выполнен в виде спирального трубопровода с выполненными на наружной его стороне ребрами 12. Наружная поверхность воздушного теплообменника 6 составляет не менее 2000 см². Внутренний объем емкости 2 с охлаждающей жидкостью 3 не менее чем в два раза превышает внутренний объем остальных частей контура. Объем внутренней полости сильфона 9 составляет от 10 до 30% от внутреннего объема емкости 2 с охлаждающей жидкостью 3, а охлаждающая жидкость 3 имеет удельную теплоемкость не менее 0,8 кал/(г^oС). Система охлаждения собрана на общей раме с охлаждаемым электронным прибором 8 и образует с ним единую конструкцию СВЧ-прибора 1.

В процессе работы электронный прибор 8 нагревается. Жидкостной насос 10 подает охлаждающую жидкость 3, например бутиловый спирт, из емкости 2 по подводящему трубопроводу 4 в устройство съема тепла 7. В результате теплообмена с электронным прибором 8 охлаждающая жидкость нагревается. Нагретая охлаждающая жидкость из устройства съема тепла 7 поступает в воздушный теплообменник 6, обдуваемый вентилятором 11. Охлаждающий воздух, протекая между ребрами 12 воздушного теплообменника 6, снимает тепло с охлаждающей жидкости 3. Из воздушного теплообменника 6 охлаждающая жидкость по отводящему трубопроводу 5 возвращается в емкость 2, где она дополнительно охлаждается в процессе ее перемещения к всасывающей стороне жидкостного насоса 10. В зависимости от условий эксплуатации меняется температура окружающей СВЧ-прибор 1 среды. Это ведет к изменению температуры охлаждающей жидкости 3 в емкости 2 с соответствующим изменением ее объема. Кроме того, в процессе работы электронного прибора 8 в зависимости от режима его работы он в большей или меньшей степени нагревает охлаждающую его жидкость 3, что также ведет к изменению ее объема. Указанные изменения объема компенсируются сильфоном 9, который за счет своей упругости позволяет изменять внутренний объем емкости 2, а следовательно, и всего контура циркуляции охлаждающей жидкости.

Настоящее изобретение может быть использовано в электронной и радиотехнической промышленности в любых электронных приборах, преимущественно в автономно работающих электронных приборах, где необходимо снимать тепло и поддерживать температуру электронных приборов на заданном уровне.

Формула изобретения

Система охлаждения СВЧ-приборов, содержащая замкнутый жидкостный контур, включающий емкость с охлаждающей жидкостью, систему из подводящего и отводящего трубопроводов, воздушный теплообменник и устройство съема тепла с охлаждаемого электронного прибора, причем емкость с охлаждающей жидкостью выполнена в виде трубы, со стороны одного из торцов в которой размещен температурный компенсатор, выполненный в виде сильфона, внутренняя полость которого сообщена с окружающим емкость пространством и со стороны этого торца емкость посредством отводящего трубопровода подключена через воздушный теплообменник к устройству съема тепла с охлаждаемого электронного прибора, а со стороны противоположного торца в емкости размещен жидкостный насос, сообщенный всасывающей стороной с емкостью и подключенный нагнетательной стороной через подводящий трубопровод к устройству съема тепла с охлаждаемого электронного прибора, при этом воздушный теплообменник снабжен вентилятором, теплообменник выполнен в виде спирального трубопровода с выполненными на наружной его стороне ребрами, наружная поверхность воздушного теплообменника составляет не менее 2000 см², внутренний объем емкости с охлаждающей жидкостью не менее чем в два раза превышает внутренний объем остальных частей контура, объем внутренней полости сильфона составляет от 10 до 30% от внутреннего объема емкости с охлаждающей жидкостью, а охлаждающая жидкость имеет удельную теплоемкость не менее 0,8 кал/(г^oС).

РИСУНКИ

Рисунок 1