Пассивная система охлаждения электронных компонент печатных плат
Владельцы патента RU 2500014:
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" (RU)
Изобретение относится к области электроники, в частности к охлаждению теплонапряженных компонентов постоянно работающих электронных приборов, включая компьютеры, а также к области теплотехники, в частности к тепловым трубам. Техническим результатом является повышение эффективности охлаждения за счет снижения термического сопротивления переходных контактных зон. Пассивная система охлаждения электронных компонент печатных плат содержит тепловые трубы, зоны конденсации и зоны испарения которых через тепловые интерфейсы сопряжены с радиатором и поверхностями тепловыделяющих элементов печатных плат соответственно, тепловые трубы выполнены упругими, при этом для печатной платы, установленной горизонтально и параллельно радиатору, тепловые трубы расположены вертикально между каждым тепловыделяющим элементом и радиатором, а для печатных плат, расположенных перпендикулярно радиатору, тепловые трубы выполнены в виде параллелепипедов, боковые и верхние поверхности которых сопряжены с поверхностями микросхем этих плат и радиатором соответственно, причем боковые поверхности параллелепипедов являются зонами испарения, а верхние поверхности - зонами конденсации. 2 ил.
Изобретение относится к области электроники, в частности к охлаждению теплонапряженных компонентов постоянно работающих электронных приборов, включая компьютеры, а также к области теплотехники, в частности к тепловым трубам.
Многие современные электронные приборы содержат элементы, рассеивающие при работе большое количество тепла, поэтому, такие приборы нуждаются в эффективных системах обеспечения температурного режима. Наиболее актуальна эта проблема в вычислительной технике, работающей в круглосуточном режиме. Для вычислительной техники характерна высокая плотность рассеиваемого теплового потока, которая может достигать от 15 до 150 Вт/см2.
Известна «Пассивная система охлаждения настольного компьютера» (см. патент РФ №2297661 от 29.07.2005 опубликованный в БИ №11 от 20.04.2007 г.), содержащая тепловые трубы с зонами испарения и конденсации с расположенной между ними транспортной зоной, тепловые интерфейсы, сопряженные с зонами испарения и конденсации, и радиатор с вертикальным оребрением, выполненный в виде стенки системного бока компьютера, к которому присоединены тепловые интерфейсы зон конденсации.
Вышеуказанная система охлаждения является наиболее близкой по технической сущности к заявляемой системе и поэтому выбрана в качестве прототипа.
Недостатком прототипа является жесткость конструкции, которая рассчитана на отвод тепла от конкретной платы с определенным расположением тепловыделяющих элементов. Прогрессивное развитие вычислительной техники приводит к быстрой смене плат на более современные и отсутствие универсальности систем охлаждения требует также частого их перепроектирования и нового изготовления.
Решаемой задачей является создание универсальной и эффективной пассивной системы охлаждения за счет разделения ее на несвязанные упругие тепловые трубы и общий радиатор.
Достигаемым техническим результатом является повышение эффективности охлаждения за счет выполнения тепловых труб упругими.
Для достижения технического результата в пассивной системе охлаждения электронных компонент печатных плат, содержащей тепловые трубы, зоны конденсации и зоны испарения которых через тепловые интерфейсы сопряжены с радиатором и поверхностями тепловыделяющих элементов печатных плат соответственно, новым является то, что тепловые трубы выполнены упругими, при этом для печатной платы, установленной горизонтально и параллельно радиатору, тепловые трубы расположены вертикально между каждым тепловыделяющим элементом и радиатором, а для печатных плат, расположенных перпендикулярно радиатору, тепловые трубы выполнены в виде параллелепипедов, боковые и верхние поверхности которых сопряжены с поверхностями микросхем этих плат и радиатором соответственно, причем боковые поверхности параллелепипедов являются зонами испарения, а верхние поверхности - зонами конденсации.
Выполнение тепловых труб упругими позволяет обеспечить надежный тепловой контакт с тепловыделяющими элементами и радиатором параллельным печатной плате, тем самым снизить термическое сопротивление переходных контактных зон.
В следствие того, что упругие тепловые трубы не связаны между собой, становится возможным установить их на печатную плату с любым расположением тепловыделяющих элементов, то есть добиться универсальности системы охлаждения.
Введение упругих тепловых труб, выполненных в виде параллепипедов позволяет отвести тепло от модулей памяти, расположенных перпендикулярно основной печатной плате.
На фиг.1 представлена заявляемая пассивная система охлаждения электронных компонент печатных плат.
На фиг.2 представлено сечение заявляемой системы охлаждения.
Пассивная система охлаждения электронных компонент печатных плат содержит тепловые трубы 1, зоны конденсации 2 и зоны испарения 3 которых через тепловые интерфейсы сопряжены с радиатором 4 и поверхностями тепловыделяющих элементов 5 печатных плат. Для печатной платы 6, установленной горизонтально и параллельно радиатору 4, тепловые трубы расположены вертикально между каждым тепловыделяющим элементом 5 и радиатором 4. Для печатных плат 7, расположенных перпендикулярно радиатору 4, тепловые трубы выполнены в виде параллелепипедов 8, боковые и верхние поверхности которых сопряжены с поверхностями микросхем этих плат 7 и радиатором 4.
Пассивная система охлаждения электронных компонент с упругими тепловыми трубами работает следующим образом.
Радиоэлементы 5, расположенные на печатных платах 6 и 7, выделяют тепло, которое через тепловые интерфейсы передается к зонам испарения 3 тепловых труб 1. Тепловые трубы 1 представляют собой заполненные теплоносителем герметичные теплопередающие устройства. Под воздействием тепловой энергии происходит испарение теплоносителя, в зоне испарения 3 тепловых труб 1. Затем тепловая энергия переносится паром в виде скрытой теплоты испарения в зону конденсации 2 тепловых труб, которая находится с тепловом контакте с радиатором 4. Циркулирующая в радиаторе 4 жидкость отводит выделенное радиоэлементами 5 тепло. Сконденсированный в зоне 2 теплоноситель под действием гравитационных сил (термосифонный режим) возвращается в зону испарения 3 тепловых труб 1. Таким образом, осуществляется процесс теплопередачи.
Числовое моделирование подтверждает работоспособность систем охлаждения.
Предполагается изготовление опытного образца пассивной системы охлаждения.
Пассивная система охлаждения электронных компонент печатных плат, содержащая тепловые трубы, зоны конденсации и зоны испарения которых через тепловые интерфейсы сопряжены с радиатором и поверхностями тепловыделяющих элементов печатных плат соответственно, отличающаяся тем, что тепловые трубы выполнены упругими, при этом для печатной платы, установленной горизонтально и параллельно радиатору, тепловые трубы расположены вертикально между каждым тепловыделяющим элементом и радиатором, а для печатных плат, расположенных перпендикулярно радиатору, тепловые трубы выполнены в виде параллелепипедов, боковые и верхние поверхности которых сопряжены с поверхностями микросхем этих плат и радиатором соответственно, причем боковые поверхности параллелепипедов являются зонами испарения, а верхние поверхности - зонами конденсации.
