Жидкостной охладитель

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для охлаждения силовых модулей электронной аппаратуры. Технический результат - повышение технологичности и упрощение процесса изготовления, а также сокращение сроков проведения ремонтных и профилактических работ за счет наличия заглушек, обеспечение возможности параллельного и последовательного соединения охладителей для регулирования перепада давления и расхода хладагента. Достигается тем, что в качестве корпуса жидкостного охладителя используется плита из теплопроводящего материала, обе большие стороны которой предназначены для крепления силовых электронных модулей или иной тепловыделяющей аппаратуры. В одной из боковых граней плиты методом сверления выполнены каналы в виде длинных глухих отверстий для циркуляции жидкого хладагента, герметизируемых с помощью заглушек. Каналы подвода и отвода хладагента выполнены на смежных гранях методом сверления длинных глухих отверстий, пересекающих отверстия с заглушками. Отверстия на всех гранях лежат в одной плоскости. В каналах с заглушками могут быть установлены турбулизаторы в виде спиралей из плоской ленты. Концы турбулизаторов в зонах отверстий для подвода и отвода хладагента могут иметь вид прямолинейного отрезка для уменьшения гидравлического сопротивления в этих зонах. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Назначение

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

Уровень техники

Тенденции развития силовой электроники в последние годы требуют повышения эффективности системы охлаждения силовых электронных модулей.

Наиболее полный обзор применяемых приемов охлаждения модулей и их сравнение дан в статье А. Колпакова. «Охлаждение силовых модулей: проблемы и решения. (Части 1 и 2)» Силовая электроника. №3 и 4, 2012 г. Наиболее высокую эффективность теплоотвода показывают жидкостные охладители. Конструкция таких охладителей показана в обзоре весьма схематично, однако этот вопрос подробно освещен в патентной литературе.

Известен жидкостной охладитель, имеющий каналы, образованные параллельно расположенными направляющими элементами. В каналах непосредственно под охлаждаемыми модулями располагается группа штырей, обеспечивающая повышенный теплоотвод в этой зоне канала. Патент США №6457514.

Конструкция такого охладителя сложна, нетехнологична и трудоемка в изготовлении.

Известно устройство для охлаждения модулей (патент США №6351384), состоящее из основания и крышки. К основанию с внешней стороны крепятся электронные модули, с внутренней стороны - вкладыш, имеющий многочисленные ребра, образующие систему параллельных каналов. В крышке имеют отверстия для подвода и отвода хладагента. С внутренней стороны крышки над каналами располагаются выступы, способствующие турбулизации потока хладагента.

Это устройство также содержит значительное число конструктивных элементов, требует гидравлического уплотнения по периметру значительной длины, трудоемко в изготовлении, обладает низкой ремонтоспособностью при засорении каналов.

Согласно полезной модели РФ 89318 охладитель, работающий в системе жидкостного охлаждения тягового преобразователя локомотивов, содержит крышку и теплоотводящее основание с каналами для прохождения хладагента, причем основание имеет под местами установки модулей полости с установленными в них вкладышами, формирующими каналы. Указанные каналы выполнены в виде расположенных в разных плоскостях и связанных между собой прямолинейных участков и меандрических секций, реализующих последовательно-параллельную схему движения хладагента. Полости в основании под модулями обеспечивают малую толщину стенки в этой зоне и повышенный теплоотвод. В то же время за счет большей толщины стенки основания в зонах вне модулей обеспечивается жесткость конструкции.

Такая конструкция близка к рассмотренным выше и обладает теми же недостатками. Кроме того, меандрические секции каналов могут легко засоряться при длительной эксплуатации.

Наиболее простой конструкцией охладителя по числу используемых элементов сборки и принимаемому за прототип является групповой теплоотвод (синоним термина охладитель) по патенту РФ 2064715. Патентуемый теплоотвод содержит корпус из высокотеплопроводного материала, в котором выполнены группы взаимопересекающихся концентрических каналов. Каждая группа состоит из внешнего наиболее продолжительного канала, внутреннего - наименее продолжительного канала и нескольких промежуточных каналов. Для создания замкнутой гидравлической системы на корпус напаивается крышка, на которой закреплены подводящий и отводящий штуцера. Из подводящего штуцера жидкий хладагент поступает первоначально в первую группу каналов, а затем от нее последовательно и в каналы других групп, а затем в выводной патрубок. Поперечные размеры всех каналов выбираются одинаковыми. Изготовление каналов производится токарной обработкой одной операцией с помощью фигурного резца. Эта конструкция охладителя более проста и менее трудоемка в изготовлении, чем остальные аналоги. Однако конструкция прототипа также состоит из двух основных деталей - корпуса и крышки, требует обеспечения герметичности по всему периметру корпуса. Корпус и крышка требуют при изготовлении трудоемких либо штамповочных, либо фрезерных работ. Токарная нарезка каналов требует фигурного резца и высокой квалификации токаря. Конструкция обладает низкой ремонтоспособностью при ликвидации засорений, особенно при использовании турбулизаторов, поскольку требует повторной герметизации по всему периметру корпуса.

Целью изобретения является упрощение процесса изготовления и повышение технологичности, а также сокращение сроков проведения ремонтных и профилактических работ.

Раскрытие изобретения

Указанные цели достигаются тем, что в качестве корпуса жидкостного охладителя используется единственный элемент - плита из теплопроводящего материала, обе большие стороны которой могут быть использованы для крепления охлаждаемых силовых электронных модулей или иной тепловыделяющей аппаратуры, например дросселей, реле, трансформаторов и т.п. В одной из боковых граней плиты методом сверления выполнены каналы в виде длинных глухих отверстий для циркуляции жидкого хладагента, герметизируемых с помощью заглушек. Каналы подвода и отвода хладагента выполнены на смежных гранях методом сверления длинных глухих отверстий, пересекающих отверстия с заглушками, причем отверстие на одной из этих смежных граней примыкает к боковой грани с заглушками, а отверстие на другой смежной грани примыкает к грани, противоположной грани с заглушками. Отверстия на всех гранях лежат в одной плоскости.

Заглушки могут быть выполнены на резьбе с использованием уплотняющих прокладок. В каналах с заглушками могут быть установлены турбулизаторы в виде спиралей из плоской ленты. Турбулизаторы одним концом могут опираться в дно глухого отверстия, другим в дно заглушки. Концы турбулизаторов в зонах отверстий для подвода и отвода хладагента могут иметь вид прямолинейного отрезка для уменьшения гидравлического сопротивления в этих зонах.

В отверстия для подвода и отвода тепла могут на резьбе вворачиваться штуцера для крепления шлангов для подвода и отвода хладагента.

Возможен вариант, когда отверстия для подвода и отвода хладагента герметизируются заглушками, а на одной из больших сторон (или на обеих) сверлятся отверстия с глубиной, обеспечивающей пересечение с каналами подвода и отвода хладагента. Эти отверстия на больших сторонах расположены вблизи заглушек, закрывающих эти каналы на смежных боковых гранях. В эти отверстия на больших сторонах могут быть ввернуты штуцера для крепления шлангов для подвода и отвода хладагента.

Таким образом, предложенное техническое решение упрощает конструкцию и повышает технологичность изготовлении. Кроме того, снижает трудозатраты благодаря исключению процессов фрезерования (или штамповки) и токарной обработки. Наличие заглушек упрощает процесс профилактики и ремонта при засорении каналов, обеспечивает возможность применения турбулизаторов, а также обеспечивает возможность параллельного и последовательного соединения охладителей для регулирования перепада давления и расхода хладагента.

Перечень графических фигур

Фиг.1 - Конструкция жидкостного охладителя (вариант 1) в поперечном разрезе.

Фиг.2 - Конструкция жидкостного охладителя (вариант 2).

Осуществление изобретения

Корпус 1 жидкостного охладителя электронных силовых электронных модулей выполнен из алюминиевой плиты размером 200х300 мм толщиной 20 мм. На одной из боковых граней выполнены глухие длинные отверстия 2, 3, 4, 5 диаметром 8 мм, дно которых находится на расстоянии 6 мм от поверхности противоположной грани. Отверстия 2, 3, 4, 5 закрыты резьбовыми заглушками 6. На боковых гранях, смежных с гранью с заглушками, выполнены глухие длинные отверстия 7 и 8 диаметром 8 мм, пересекающие все отверстия 2, 3, 4, 5. Отверстие 7 располагается вблизи грани с заглушками 6, причем расстояние меду стенкой отверстия и поверхностью грани составляет 12 мм. Аналогично отверстие 8 располагается вблизи грани, противоположной грани с заглушками 3. Оси всех отверстий 2, 3, 4, 5, 7, 8 лежат в одной плоскости. По варианту 1 (фиг.1) в отверстия 7 и 8 на резьбе установлены штуцеры 9 и 10 для подсоединения шлангов, подводящих и отводящих жидкий хладагент. Внутри отверстий 2, 3, 4, 5 располагаются спиральные турбулизаторы 11, выполненные из проволоки или плоской ленты. Длина спиралей выбрана такой, что при установке заглушек 6 они жестко фиксируются в отверстиях. При изготовлении соблюдается следующая последовательность сверления отверстий: 7, 2, 3, 4, 5, 8.

Возможен вариант 2 размещения штуцеров 3 на больших сторонах охладителя (фиг.2). В этом случае отверстия 7 и 8 закрываются заглушками, а на больших сторонах делаются отверстия вблизи указанных заглушек, глубина которых обеспечивает пересечение с отверстиями 7 и 8. В нашем конкретном варианте расстояние между стенкой отверстия и поверхностью боковой грани 12 мм.

В рабочих условиях жидкий хладагент поступает через штуцер 10 в канал, образованный отверстием 7, а затем движется по параллельным каналам, образованным отверстиями 2, 3, 4, 5, а затем собирается в канале, образованном отверстием 8, и выводится наружу через штуцер 11. В процессе движения хладагента по каналам он отводит тепло от больших сторон плиты охладителя, где могут располагаться силовые электронные модули 12.

В соответствии с изобретением был изготовлен опытный образец охладителя и проведены его успешные испытания.

1. Жидкостной охладитель для силовых электронных модулей и электротехнических устройств, имеющий корпус из высокотеплопроводного материала, в котором имеются отверстия для подвода и отвода жидкого хладагента и несколько лежащих в одной плоскости каналов для его прохождения, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде плиты, две большие грани которой предназначены для размещения тепловыделяющих элементов, а в одной из боковых граней имеется ряд глухих длинных отверстий, служащих каналами для прохождения хладагента и закрытых заглушками, а на каждой смежной с ней грани имеется по одному глухому длинному отверстию, пересекающему все отверстия с заглушками и служащему каналом для подвода и отвода хладагента, причем отверстие на одной из этих граней примыкает к боковой грани с заглушками, а отверстие на другой боковой грани примыкает к грани, противоположной грани с заглушками.

2. Жидкостной охладитель по п. 1, отличающийся тем, что в каналах для хладагента установлены турбулизаторы в виде спирали из проволоки или плоской ленты, жестко зафиксированные в канале с помощью заглушек.

3. Жидкостной охладитель по п. 1, отличающийся тем, что отверстия на смежных боковых гранях герметизируются заглушками, а на одной из больших сторон (или на обеих) сверлятся отверстия с глубиной, обеспечивающей пересечение с каналами подвода и отвода хладагента, причем отверстия на больших сторонах расположены вблизи заглушек, закрывающих эти каналы на смежных боковых гранях.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к силовой электронике. Предложен способ изготовления реберной объединенной подложки, в котором соединение металлической монтажной пластины с керамической подложкой выполняется способом соединения жидким металлом, а образование множества теплоизлучающих ребер в части для резки, которая является частью металлической базовой пластины, выполняется за счет фиксации фиксатором для прикладывания нагрузки на растяжение на поверхность части для резки, на которой должны быть образованы теплоизлучающие ребра, и за счет выполнения обработки по образованию пазов для образования множества пазов за счет передвижения многоножевого устройства, состоящего из множества находящихся рядом друг с другом дискообразных режущих инструментов, по поверхности, к которой приложена нагрузка на растяжение, при вращении многоножевого устройства.

Изобретение относится к электронной технике и предназначено для обеспечения отвода тепла от тепловыделяющих радиоэлементов и может быть использовано при построении преобразователей, мощных усилителей, выпрямителей и умножителей.

Изобретение относится к силовой электронике, а более конкретно к современному охлаждению силовой электроники. Технический результат - улучшение тепловых характеристик и компоновки блоков силовых преобразователей, в которых используются устройства в плоских корпусах.

Изобретение относится к устройству кондиционирования для охлаждения воздуха в шкафу для электронных устройств. Технический результат - обеспечение эффективного открытого воздушного охлаждения электронных устройств в соседних шкафах для электронных устройств, при котором радиально выходящий воздушный поток почти без предварительного смешивания с теплым воздухом и, следовательно, без уменьшения коэффициента полезного действия может всасываться шкафами для электронных устройств и использоваться для охлаждения.

Изобретение относится к термоэлектрическим устройствам и может использоваться как стационарная внешняя воздушная система активного охлаждения ноутбуков. Технический результат - повышение функциональных возможностей подставки путем снижения температуры охлаждающего воздуха до 20-25°С.

Изобретение относится к модулю выпрямителя тока. Технический результат - создание модуля выпрямителя тока, система шин которого может охлаждаться простыми средствами без дополнительной трассировки и увеличения веса устройства в целом.

Изобретение относится к системам охлаждения и, в частности, к системам охлаждения для электронных дисплеев. Технический результат - улучшение рабочих характеристик компонентов электронных дисплеев и увеличение их срока службы за счет предотвращения больших колебаний температуры при использовании электронных дисплеев в наружных средах в условиях прямого солнечного света или в других тяжелых тепловых условиях.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано для решения задач отвода тепла от размещенных на печатных платах теплонагруженных радиоэлектронных компонентов.

Группа изобретений относится к области теплообмена и может быть использована для охлаждения воздуха или оборудования, а также для утилизации сбросного тепла. Технический результат - повышение эффективности теплообмена, экономичности, экологичности, а также повышение надежности и долговечности, расширение области применения, расширение функциональных возможностей.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано при конструировании эффективных систем охлаждения модулей мощных светодиодов. Технический результат - обеспечение высокоэффективного отвода тепла от расположенных на поверхности модуля полупроводниковых светодиодов при минимальном значении сопротивления теплопередачи.

Изобретение относится к закрытой системе охлаждения без движущихся механических частей с низким уровнем шума одного или более тепловыделяющих элементов. .

Изобретение относится к области электроники и может быть использовано в различных преобразовательных устройствах. .

Изобретение относится к средствам кондиционирования воздуха, преимущественно к кондиционерам салонов транспортных средств. .

Изобретение относится к силовой полупроводниковой технике, в частности к силовым полупроводниковым модулям, предназначенным для эксплуатации в статических преобразователях электрической энергии.

Изобретение относится к электроприборостроению, электроаппаратостроению и может быть использовано для охлаждения электронной аппаратуры. .

Изобретение относится к электронной технике и предназначено для обеспечения отвода тепла от тепловыделяющих радиоэлементов и может быть использовано при построении преобразователей, мощных усилителей, выпрямителей и умножителей.

Изобретение относится к способам для рассеивания тепла в многослойных 3-D интегральных схемах (ИС). Путем заполнения воздушного промежутка между слоями многослойного ИС устройства проводящим тепло материалом тепло, генерируемое в одной или более областях внутри одного из слоев, может быть рассеяно в поперечном направлении.
Изобретение относится к способам получения композиционных материалов для теплоотводящих оснований полупроводниковых приборов, в частности, композиционного материала Al-SiC, имеющего металлическое покрытие, и изделиям, полученным с использованием этих материалов.

Изобретение относится к силовой электрической схеме (10) для управления приводным узлом стеклоочистителя автомобиля. .

Изобретение относится к многослойным интегральным схемам, в которых обеспечено рассеивание тепла от проблемных тепловых областей. .

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для охлаждения силовых модулей электронной аппаратуры. Технический результат - повышение технологичности и упрощение процесса изготовления, а также сокращение сроков проведения ремонтных и профилактических работ за счет наличия заглушек, обеспечение возможности параллельного и последовательного соединения охладителей для регулирования перепада давления и расхода хладагента. Достигается тем, что в качестве корпуса жидкостного охладителя используется плита из теплопроводящего материала, обе большие стороны которой предназначены для крепления силовых электронных модулей или иной тепловыделяющей аппаратуры. В одной из боковых граней плиты методом сверления выполнены каналы в виде длинных глухих отверстий для циркуляции жидкого хладагента, герметизируемых с помощью заглушек. Каналы подвода и отвода хладагента выполнены на смежных гранях методом сверления длинных глухих отверстий, пересекающих отверстия с заглушками. Отверстия на всех гранях лежат в одной плоскости. В каналах с заглушками могут быть установлены турбулизаторы в виде спиралей из плоской ленты. Концы турбулизаторов в зонах отверстий для подвода и отвода хладагента могут иметь вид прямолинейного отрезка для уменьшения гидравлического сопротивления в этих зонах. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх