Радиатор

Авторы патента:

Прилепо Юрий Петрович (RU)

H01L23/46 - с отводом тепла посредством потока жидкости или газа (H01L 23/42,H01L 23/44 имеют преимущество)

Владельцы патента RU 2274927:

Закрытое акционерное общество "МЭТР" (RU)

Изобретение относится к полупроводниковым приборам или криохолодильным приборам на твердом теле и может быть использовано в качестве охлаждающего, или нагревательного, или вентиляционного приспособления и, прежде всего, в охладительных или нагревательных устройствах с использованием эффекта Пельтье. Техническим результатом изобретения является повышение тепловой эффективности радиатора, увеличение его теплоотдающей поверхности и коэффициента упаковки, т.е. отношения площади теплообменной поверхности к объему, занимаемому этой поверхностью, снижение гидравлического и/или аэродинамического сопротивления, обеспечение способности отвода тепловых потоков с высокой удельной плотностью. Сущность: радиатор содержит элемент с развитой теплопередающей поверхностью и патрубки для подвода и отвода хладоагента. Элемент с развитой теплопередающей поверхностью представляет собой сетчатый насадок из тканой металлической сетки, помещенный в герметичный капсюлированный контейнер с патрубками. Сетчатый насадок может быть выполнен из сеток с различным размером ячейки и диаметром проволоки. Кроме того, сетчатый насадок может быть выполнен из отдельных блоков сеток, а блоки сеток могут быть отделены дистанционаторами. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Известны радиаторы для охлаждения силовых полупроводниковых приборов, основания которых выполнены из двух чередующихся пластин, причем пластины, выступающие за пределы основания, образуют ребра, расположенные параллельно друг другу. Конструкции таких радиаторов отличаются формой или расположением упомянутых пластин. Так в патенте РФ №2137231 (МПК Н 01 L 23/34, опубл. 10.09.99 г., бюл. №25) пластины ребер изогнуты под прямым углом в виде Z-образной фигуры с целью увеличения набора большего числа ребер и просвета между ними. В а.с. СССР №1827697 (МПК Н 01 L 23/34, опубл. 15.07.93 г., бюл. №26) ширина основания радиатора (L) равна высоте (h) этого основания, т.е. L=h, a выступающие пластины развернуты веером. В а.с. СССР №784645 (МПК Н 01 L 23/34, опубл. 10.04.96 г., бюл. №10) радиатор выполнен в виде набора проволочных спиралей с разным направлением навивки и вставленных одна в другую до соприкосновения спиралей с одинаковым направлением навивки так, что отношение лага витка спирали к толщине проволоки составляет 2:1. Однако, несмотря на достигнутые в заявленных конструкциях значительных по площади теплообменных поверхностей, эффективность теплоотвода таких радиаторов недостаточна, особенно для сильноточных полупроводниковых приборов. С целью повышения эффективности теплоотвода в патенте РФ №2093923 (МПК Н 01 L 23/36, Н 05 К 7/20, опубл. 20.10.97 г., бюл. №29) используется охлаждающая жидкость, которую прокачивают по взаимопересекающимся кольцевым каналам, геометрические центры которых расположены на одной геометрической оси, а входные и выходные штуцеры попарно размещены между соседними охлаждаемыми силовыми полупроводниковыми приборами. В а.с. СССР №1624566 (МПК Н 01 L 23/36, опубл. 30.01.91 г., бюл. №4) эта цель достигается введением турбулизирующих вставок в поток охлаждающей жидкости, протекающей по каналу, образованному корпусом с установочными площадками для силовых полупроводниковых приборов. Радиатор по а.с. СССР №730206 (МПК Н 01 L 23/34 г., опубл. 30.07.94, бюл. №14) содержит проволочные спирали противоположного направления навивки. Проволока выполнена полой и концы ее вмонтированы с помощью развальцовки или пайки в общие подводящие и отводящие каналы корпуса с установочными площадками. Однако даже использование радиаторов с жидкостным охлаждением не позволяет решить вопрос эффективного теплоотвода из-за недостаточной теплообменной поверхности и способности отводить тепловые потоки высокой удельной плотности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является преобразовательная ячейка по а.с. СССР №991880 (МПК Н 01 L 23/34, опубл. 10.07.99 г., бюл. №19), в которой полупроводниковый прибор установлен на радиатор-охладитель со штуцером для принудительного подвода хладагента, при этом радиатор-охладитель выполнен в виде полого цилиндра со стенками в виде каркаса из пористого металла с открытой пористой структурой, внутрь цилиндра с одной из его торцов встроен штуцер для подвода хладагента, а на другом торце установлен полупроводниковый прибор. Теплота от полупроводникового прибора отводится по элементу с развитой теплопередающей поверхностью - пористой металлической стенке цилиндра, через которую продувают воздух или другой газообразный хладагент. Предложенный металлический каркас, имеющий пористую структуру, обладает развитой теплопередающей поверхностью, однако металлические стенки пор, по которым теплота передается от места контакта СВЧ-прибора к периферии охладителя, имеют значительную длину, а следовательно, высокое термическое сопротивление. Наличие тупиковых пор пористой структуры снижают тепловую эффективность и увеличивают гидравлическое или аэродинамическое сопротивление при прокачке хладагента, а свободный выход хладагента через поры стенки в окружающую среду позволяет применять только газовые хладагенты.

Техническим результатом, на которое направленно изобретение, является повышение тепловой эффективности радиатора, увеличение его теплоотдающей поверхности и коэффициента упаковки, т.е. отношения площади теплообменной поверхности к объему, занимаемому этой поверхностью, снижение гидравлического и/или аэродинамического сопротивления, обеспечение способности отвода тепловых потоков с высокой удельной плотностью.

Для этого предложен радиатор, содержащий элемент с развитой теплопередающей поверхностью и патрубки для подвида и отвода хладоагента, причем элемент с развитой теплопередающей поверхностью представляет собой сетчатый насадок из тканой металлической сетки, помещенный в герметичный капсюлированный контейнер с патрубками.

При этом сетчатый насадок может быть выполнен из сеток с различным размером ячейки и диаметром проволоки.

Кроме того, сетчатый насадок может быть выполнен из отдельных блоков сеток.

Блоки сеток могут быть отделены дистанциопаторами.

На фиг.1 приведен общий вид радиатора, а на фиг.2 - его поперечное сечение по А-А,

где 1 - герметичный капсюлированный контейнер радиатора, выполненный из металла,

2 - сетчатый насадок из металлической сетки тканевого плетения, которая может быть выполнена с различным размером ячейки и толщиной проволочки, сетчатый насадок находится в тепловом контакте со стенками контейнера, который обеспечивается за счет пайки или сварки периферийной поверхности насадка к стенкам,

3 - зона теплового контакта сетчатого насадка со стенками герметичного контейнера,

4 - патрубки входа и выхода хладагента,

5 - металлический дистанционатор,

6 - блоки из сеток с разными ячейками и/или диаметром проволоки.

На фиг.3 приведен вариант применения радиаторов в устройствах с элементами Пельтье 7.

На фиг.4 приведен вариант использования радиатора в виде капсюлированного контейнера для охлаждения силового полупроводникового прибора 8.

Работает радиатор следующим образом. Через патрубки 4, выполненные заедино с герметичным контейнером 1, осуществляется прокачка хладагента, в качестве которого могут служить воздух или различные газы, или капельные жидкости. При прохождении хладагента через сетчатый насадок 2 достигается высокая степень турбулизации потока хладагента и перемешивание его пристеночных слоев с ядром потока. Поскольку характерный размер обтекания равен диаметру проволоки незначительной величины, то даже при низкой скорости движения потока хладагента в сетчатом насадке 2 достигается сравнительно высокий коэффициент теплоотдачи при малом аэро- или гидравлическом сопротивлении движению (см. Г.Гребер, С.Эрк, У.Григуль. «Основы учения о теплообмене» Изд. Инстранной литературы, М., 1958 г., с.325). При этом теплота от силового полупроводникового прибора 8 или элементов Пельтье 7 через стенку контейнера 1 и тепловое сопряжение насадка с контейнером 3 передается по проволоке металлической сетки к сердцевине насадка. В отличие, например, от обычной проволочной набивки или засыпки, благодаря регулярной структуре проволоки в сетках, теплота передается к центру потока теплоносителя по кратчайшему пути при минимальном термическом сопротивлении твердого тела в виде единичной проволоки. В то время как в засыпке в тракте передачи теплоты наличествуют термические сопротивления контактов элементов (зерен) засыпки, а в проволочной набивке тепловой тракт по твердому телу в виде единичной проволоки может оказаться значительно удлиненным из-за хаотичного расположения проволоки. Для сетчатого насадка, также как и для проволочной набивки или засыпке, характерен высокий коэффициент упаковки (отношение поверхности теплообмена к полному объему), который может достигать значений 6857 м²/м³, как, например, для сетки с ячейкой 0,43×0,42 мм и диаметром проволоки 0,19 мм (см. Кейс В.М., Лондон А.Л. «Компактные теплообменники», М - Л. Госэнергоиздат, 1962 г., с.73, табл. 16).

Для снижения аэродинамического или гидравлического сопротивления сетчатый насадок при значительной его длине может быть изготовлен в виде блоков 6, при этом блок набирают из сеток с одинаковой ячейкой. помещаемых между металлическими проставками-дистанционатарами 5. Блоки из мелкоячеистой или крупноячеистой сеток, помещенные чередуясь в контейнер, из-за наличия дистанционаторов 5, образуют между собой свободное не заполненное сеткой пространство. В этом пространстве скорость хладагента снижается до минимальной для данного поперечного сечения контейнера радиатора, при этом происходит полное перемешивание теплоносителя и усреднение его температуры.

Таким образом, такая конструкция позволяет получить радиатор, который способен отводить тепловой поток до 1200 Вт, при скорости потока хладагента в насадке ˜0,05 м/с, и гидравлическом сопротивлении насадка около 53,0 Па. При этом затраты мощности на прокачку составляют не более 30 Вт. Конструктивный объем радиатора составляет 0,005 м³ при его теплообменной поверхности 3,3 м². Конструктивные размеры, тепловая мощность радиатора и коэффициент теплоотдачи рассчитывался по параметру Колборна для сетки №6 (см. Кейс В.М., Лондон АЛ. «Компактные теплообменники». М. - Л. Госэнергоиздат, 1962 г., с.129, рис. 120).

1. Радиатор, содержащий элемент с развитой теплопередающей поверхностью и патрубки для подвода и отвода хладоагента, отличающийся тем, что элемент с развитой теплопередающей поверхностью представляет собой сетчатый насадок из тканой металлической сетки, помещенный в герметичный капсюлированный контейнер с патрубками.

2. Радиатор по п.1, отличающийся тем, что сетчатый насадок выполнен из сеток с различным размером ячейки и диаметром проволоки.

3. Радиатор по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что сетчатый насадок выполнен из блоков.

4. Радиатор по п.3, отличающийся тем, что блоки сеток отделены дистанционаторами.

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано на литографических операциях при изготовлении полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.

Способ охлаждения полупроводниковых пластин и устройство для его осуществления // 2153209

Охлаждающее устройство с замкнутым циклом циркулирующего теплоносителя // 2127456

Изобретение относится к устройствам для охлаждения электронной аппаратуры и может быть использовано в геофизической сейсморазведке. .

Полупроводниковый преобразователь // 1786544

Радиоэлектронное устройство с испарительным охлаждением жидким диэлектриком // 1777255

Радиоэлектронный модуль // 1767712

Охладитель силового полупроводникового прибора // 1746437

Устройство для охлаждения силовых полупроводниковых приборов // 1734250

Межсоединение для сверхбольших интегральных схем // 1730989

Радиатор для охлаждения полупроводниковых приборов // 1691913

Изобретение относится к электротехнике, в частности к радиаторам охлаждения полупроводниковых приборов, и может быть использовано в радиоэлектронной промышленности .

Система воздушного охлаждения тепловыделяющих электронных модулей // 2440702

Изобретение относится к теплообменной аппаратуре для охлаждения электронных модулей

Охлаждающее устройство с низким уровнем шума // 2501982

Охлаждающее устройство 1, использующее пульсирующую текучую среду для охлаждения объекта, содержащее: преобразователь 2, имеющий мембрану, выполненную с возможностью генерирования волн давления с рабочей частотой fw, и полость 4, заключающую первую сторону мембраны. Полость 4 имеет по меньшей мере одно отверстие 5, выполненное с возможностью испускания пульсирующего потока текучей среды за вычетом потерь к указанному объекту, при этом отверстие 5 сообщается со второй стороной мембраны. Полость 4 является достаточно маленькой для предотвращения действия текучей среды в упомянутой полости 4 как пружины в резонирующей системе масса-пружина в рабочем диапазоне. Это является преимуществом, так как объемная скорость u1 около отверстия но существу равна объемной скорости u1' около второй стороны мембраны, за исключением знака минус. Таким образом, при рабочей частоте пульсирующая текучая среда за вычетом потерь может быть в значительной степени подавлена благодаря противофазе волн давления со второй стороны мембраны, вызывая в результате близкую к нулю объемную скорость в дальней области. Таким образом, обеспечивается низкий уровень звука при низкой стоимости и без необходимости обеспечения механической симметрии. 2 н.з.п., 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

Охлаждающее устройство для охлаждения полупроводникового кристалла // 2521785

Изобретение относится к устройству для охлаждения полупроводникового кристалла (111). Охлаждающее устройство для полупроводникового кристалла (111) содержит радиатор (112), термически соединенный с полупроводниковым кристаллом (111) для рассеивания тепла, корпус (150), к которому прикреплен радиатор (112), причем радиатор расположен в корпусе (150), первый канал (153) потока текучей среды для обеспечения принудительного потока текучей среды внутри корпуса (150) и из него и тракт потока текучей среды, выполненный с возможностью направления текучей среды в первом направлении между первым каналом (153) потока текучей среды и радиатором (112), а также для направления потока текучей среды вдоль радиатора (112) во втором направлении из корпуса (150) или в него, отличном от первого направления. Изобретение обеспечивает охлаждающее устройство, обладающее улучшенной хладопроизводительностью, работающее с меньшим поглощением пыли, меньшим шумом, и компактное по размерам при меньшей стоимости. 5 н. и 14 з.п. ф-лы, 16 ил.

Смесительная магистраль и способ // 2562699

Изобретение относится к механизмам и способам эффективного охлаждения устройств преобразования энергии. Представлены способ и система охлаждения, которая охлаждает силовой блок в устройстве преобразования энергии. Система жидкостного охлаждения содержит первую ступень охлаждения, которая содержит первые охлаждающие элементы, соединенные с образованием параллельных охлаждающих ветвей, смесительную магистраль, выполненную с возможностью проточного соединения с параллельными охлаждающими ветвями с обеспечением смешивания потоков охлаждающей жидкости из параллельных охлаждающих ветвей в смесительной магистрали, и вторую ступень охлаждения, которая содержит вторые охлаждающие элементы для охлаждающей жидкости, протекающей через систему охлаждения, вторая ступень охлаждения соединена последовательно с первой ступенью охлаждения. Изобретение обеспечивает повышение эффективности охлаждения. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 11 ил.

Способ охлаждения электронного оборудования с использованием конденсатора-пленкоформирователя // 2581522

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано при охлаждении электронного и микроэлектронного оборудования. Способ охлаждения электронного и микроэлектронного оборудования реализуется за счет использования конденсатора пара в качестве пленкоформирователя, обеспечивающего формирование тонких безволновых пленок жидкости высокой равномерности и качества. Технический результат - обеспечение более интенсивного, контролируемого и экономичного охлаждения. 1 ил.

Устройство формирования пристенных капельных течений жидкости в микро- и мини-каналах // 2620732

Изобретение относится к области электроники, в частности к микромасштабным охлаждающим устройствам таким, как микроканальные теплообменники, которые обеспечивают высокие значения коэффициента теплопередачи при течении жидкостей в относительно небольших объемах. В устройстве, включающем плоский мини- или микроканал прямоугольного сечения, одна из стенок которого является подложкой, расположенных на ней одного или нескольких электронных тепловыделяющих элементов, формирователь газового потока, генератор капель, поперек мини- или микроканала между соплом формирователя газового потока и передней кромкой электронного тепловыделяющего элемента выполнен ряд микроотверстий, которые соединены системой трубок с генератором капель. Технический результат - создание устройства, позволяющего достичь эффективного охлаждения микроэлектронного оборудования с локальным тепловыделением. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ воздушного охлаждения тепловыделяющей аппаратуры, расположенной снаружи летательных аппаратов, и система для его реализации // 2632057

Изобретения относятся к авиационной технике. Способ воздушного охлаждения тепловыделяющей аппаратуры, расположенной снаружи летательных аппаратов, включает тепловой контакт между тепловыделяющими поверхностями аппаратуры и воздушными термоплатами (2), движение атмосферного воздуха через проточные полости (14) воздушных термоплат, формирование зоны для прохождения и распределения потока атмосферного воздуха через проточные полости (14) воздушных термоплат. Сформированная зона разбивается на независимые участки с шагом, зависящим от выделяющегося тепла на единицу площади. Скоростной воздушный поток атмосферного воздуха, возникающий при движении летательного аппарата, проходит сначала через воздухозаборник (6), затем попадает в воздуховоды (4), диффузоры (5) и коллектор (7), из которого распределяется через проточные полости (14) воздушных термоплат (2). Воздушный поток направляют последовательно от первого участка по направлению движения летательного аппарата к последующим участкам. Участки образовывают из воздушного тракта с помощью герметизирующих перегородок (8). Изобретение уменьшает массу, габариты и энергозатраты. 2 н.п. ф-лы, 4 ил., 5 табл.

Устройство для отвода теплоты от элементов рэа, работающих в режиме повторно-кратковременных тепловыделений // 2634850

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к области охлаждения элементов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), работающих в режиме повторно-кратковременных тепловыделений. Технический результат - повышение интенсивности отвода теплоты от плавящегося вещества во время паузы в работе элемента РЭА. Достигается тем, что устройство содержит тонкостенный металлический контейнер c плавящимся рабочим веществом, на одной из торцевых поверхностей которого размещается элемент РЭА. В контейнере выполнены две группы сквозных горизонтально расположенных воздуховодов, ориентированных друг относительно друга перпендикулярно. Воздуховоды первой группы имеют протяженность по ширине контейнера так, что их начала и концы соответствуют его двум противоположным боковым стенкам (длина воздуховодов равна ширине контейнера). Воздуховоды второй группы имеют протяженность по толщине контейнера так, что их начала и концы соответствуют его передней и задней стенкам (длина воздуховодов равна толщине контейнера). Во время паузы в работе элемента РЭА осуществляется прокачивание воздуха через группы воздуховодов посредством двух пар вентиляторов, запитываемых от источника электрической энергии. В каждой паре один вентилятор работает на вдув воздушного потока, а второй - на его выдув. 1 ил.

Устройство для отвода теплоты от элементов рэа, работающих в режиме повторно-кратковременных тепловыделений // 2634928

Изобретение относится к области охлаждения элементов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). Технический результат - повышение интенсивности отвода теплоты от плавящегося вещества во время паузы в работе элемента РЭА. Достигается тем, что устройство содержит тонкостенный металлический контейнер, заполненный плавящимся рабочим веществом, на одной из торцевых поверхностей которого размещается элемент РЭА. В контейнере выполнены горизонтально расположенные воздуховоды, разделенные на две группы. Воздуховоды первой группы имеют протяженность по ширине контейнера так, что длина воздуховодов равна ширине контейнера. Причем концы воздуховодов первой группы герметично закрыты боковой стенкой, а начала воздуховодов выполнены сквозными. К воздуховодам первой группы перпендикулярно в горизонтальной плоскости присоединены воздуховоды второй группы так, что их начала соответствуют воздуховодам первой группы, а концы передней стенке контейнера. Во время паузы в работе элемента РЭА осуществляется прокачивание воздуха через воздуховоды посредством вентиляторов, ориентированных относительно друг друга перпендикулярно, причем один из них работает на вдув воздушного потока в воздуховоды первой группы, а второй - на его выдув из воздуховодов второй группы. 1 ил.