EA014801B1 - Cooling device for electrical equipment - Google Patents

Cooling device for electrical equipment Download PDF

Info

Publication number
EA014801B1
EA014801B1 EA201001075A EA201001075A EA014801B1 EA 014801 B1 EA014801 B1 EA 014801B1 EA 201001075 A EA201001075 A EA 201001075A EA 201001075 A EA201001075 A EA 201001075A EA 014801 B1 EA014801 B1 EA 014801B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
heat
vortex chamber
conducting
air
chamber
Prior art date
Application number
EA201001075A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
EA201001075A1 (en
Inventor
Александр Николаевич Соколов
Original Assignee
Александр Николаевич Соколов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Николаевич Соколов filed Critical Александр Николаевич Соколов
Priority to EA201001075A priority Critical patent/EA014801B1/en
Priority to PCT/RU2011/000023 priority patent/WO2012008868A1/en
Publication of EA201001075A1 publication Critical patent/EA201001075A1/en
Publication of EA014801B1 publication Critical patent/EA014801B1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/467Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing gases, e.g. air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/02Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point using Joule-Thompson effect; using vortex effect
    • F25B9/04Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point using Joule-Thompson effect; using vortex effect using vortex effect
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0275Arrangements for coupling heat-pipes together or with other structures, e.g. with base blocks; Heat pipe cores
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/16Constructional details or arrangements
    • G06F1/20Cooling means
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H01L23/427Cooling by change of state, e.g. use of heat pipes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2250/00Arrangements for modifying the flow of the heat exchange media, e.g. flow guiding means; Particular flow patterns
    • F28F2250/08Fluid driving means, e.g. pumps, fans
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Abstract

The invention is aimed at intensification of heat-exchange convective component resulting in increasing power efficiency of heat-exchange device, reducing weight thereof and cost production. The cooling device comprises a fan with air outlet directed from the body, a vortex chamber (1) with an inlet (2, 3) providing air eddying in the chamber (1) connected to the air outlet from the fan's body and to an orifice (10, 11) at the end surface, a heat-conducting element (12) arranged in the inner cavity of the vortex chamber (1) and adapted for interconnection for cooling with electrical instrument's element disposed outside the vortex chamber (1).

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к приборостроению и к электротехнике, а конкретно к устройству охлаждения для электроаппаратуры, которое может быть использовано для охлаждения блоков различных электронных приборов, в частности для охлаждения центральных процессоров компьютеров, ноутбуков, процессоров видеокарт и их элементов, блоков питания электроаппаратуры, а также для охлаждения иных электротехнических устройств различного назначения, например кинопроекторов, телевизионных камер, стабилизаторов напряжения, трансформаторов, различных преобразователей, выпрямителей и тому подобное.The invention relates to instrumentation and electrical engineering, and in particular to a cooling device for electrical equipment, which can be used to cool blocks of various electronic devices, in particular for cooling central processing units of computers, laptops, video card processors and their elements, power supplies for electrical equipment, and also for cooling other electrical devices for various purposes, such as film projectors, television cameras, voltage stabilizers, transformers, various -forming, rectifiers and the like.

Уровень техникиState of the art

В большинстве известных существующих систем охлаждения электроаппаратуры, электронной аппаратуры, в частности компьютеров, отвод тепла от его источников осуществляется в три этапа.In most known existing cooling systems for electrical equipment, electronic equipment, in particular computers, heat is removed from its sources in three stages.

Первый этап - перенос тепла теплопроводностью от источника тепла к теплопроводящему элементу. Под теплопроводящим элементом подразумевается любое высокотехнологичное устройство для переноса теплоты на незначительное расстояние (тепловые трубки, водяные системы, металлы с высоким коэффициентом теплопроводности и т.п.). Источник тепла в данном случае термически соединён с горячим концом теплопроводящего элемента.The first stage is heat transfer by heat conduction from a heat source to a heat-conducting element. By a heat-conducting element is meant any high-tech device for transferring heat to an insignificant distance (heat pipes, water systems, metals with a high coefficient of thermal conductivity, etc.). The heat source in this case is thermally connected to the hot end of the heat-conducting element.

Второй этап - перенос тепла по средствам теплопроводящих элементов от источника тепла до радиатора. Радиатор в этом случае термически соединён с холодным концом теплопроводящего элемента.The second stage is heat transfer by means of heat-conducting elements from the heat source to the radiator. The radiator in this case is thermally connected to the cold end of the heat-conducting element.

Третий этап - перенос тепла конвекцией от радиатора к воздуху. На данном этапе может использоваться как естественная конвекция для отвода незначительного количества тепла, так и вынужденная, при значительных тепловых нагрузках.The third stage is convection heat transfer from the radiator to the air. At this stage, both natural convection can be used to remove a small amount of heat, and forced, with significant thermal loads.

Например, известно устройство охлаждения для компьютеров, предусматривающее для увеличения конвективной составляющей теплообмена установку над источником тепла, с которым сопряжено теплопроводящее основание, охлаждающего устройства с осевым вентилятором, обдувающим теплопроводящее основание и, соответственно, источник тепла. По бокам от вентилятора с противоположных сторон расположены два радиатора с ребрами охлаждения, обдуваемыми также этим вентилятором. При этом радиаторы сопряжены с теплопроводящим основанием тепловыми трубками (И8 2006/0164808 А1, МПК Н05К 7/20 (2006.01), 2006).For example, a cooling device for computers is known, which provides for increasing the convective component of heat transfer by installing above a heat source, with which a heat-conducting base is connected, a cooling device with an axial fan, blowing a heat-conducting base and, accordingly, a heat source. On the sides of the fan on the opposite sides are two radiators with cooling fins, also blown by this fan. In this case, the radiators are paired with a heat-conducting base by heat pipes (I8 2006/0164808 A1, MPK N05K 7/20 (2006.01), 2006).

Известно устройство охлаждения центральных процессоров компьютеров, включающее два радиатора с ребрами, которые соединены тепловыми трубками с теплопроводящим основанием охлаждающего устройства, сопряжённым с источником тепла. Теплопроводящее основание построено для охлаждения с использованием эффекта Пельтье и две его части термически соединены с упомянутыми двумя радиаторами. Осевой вентилятор в этом известном решении продувает воздух вдоль ребер обоих радиаторов (И8 7331185 В2, МПК Р25В 21/02 (2006.01), 2008).A device for cooling central computer processors is known, including two radiators with fins that are connected by heat pipes to the heat-conducting base of the cooling device coupled to a heat source. The heat-conducting base is built for cooling using the Peltier effect and its two parts are thermally connected to the two radiators. The axial fan in this known solution blows air along the fins of both radiators (I8 7331185 B2, IPC Р25В 21/02 (2006.01), 2008).

Известно устройство охлаждения для силовой электронной аппаратуры, предусматривающее использование диаметрального вентилятора, воздух из выхода корпуса которого направленно продувается вдоль ребер радиатора, сопряженного с источником тепла (ΌΕ 3609037 А1, МПК Н05К 5/02, 1986).A cooling device for power electronic equipment is known, which involves the use of a diametrical fan, the air from the outlet of which is directionally blown along the fins of a radiator associated with a heat source (ΌΕ 3609037 A1, MPK N05K 5/02, 1986).

Таким образом, на существующем этапе развития данной области техники, который, в частности, иллюстрируют описанные известные конструкции, системы охлаждения используют, главным образом, передачу тепла конвекцией от радиатора к воздуху.Thus, at the existing stage of development of this technical field, which, in particular, is illustrated by the described known constructions, cooling systems use mainly convection of heat by convection from the radiator to air.

Однако процесс передачи тепла конвекцией от радиатора к воздуху у известных конструкций, пусть и активизированной за счет обдува воздухом поверхности теплообмена, является наименее оптимизированным с теплотехнической точки зрения и обладает максимальным термическим сопротивлением в охлаждающем устройстве. Вместо интенсификации теплообмена большинство производителей систем охлаждения идёт по пути увеличения типоразмеров радиаторов и скорости вращения вентилятора. Это,. в конечном счёте, приводит к увеличению веса теплообменного устройства, его стоимости, а также к появлению раздражающего пользователя акустического шума.However, the process of heat transfer by convection from the radiator to the air in known structures, albeit activated by blowing air through the heat exchange surface, is the least optimized from a heat engineering point of view and has the maximum thermal resistance in the cooling device. Instead of intensifying heat transfer, most manufacturers of cooling systems go along the path of increasing the standard sizes of radiators and fan speeds. It,. ultimately, leads to an increase in the weight of the heat exchanger, its cost, as well as to the appearance of an annoying user of acoustic noise.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Задача настоящего изобретения заключается в интенсификации конвективной составляющей теплообмена, что, в конечном счёте, приводит к увеличению энергетической эффективности всего теплообменного устройства, снижению его веса и стоимости.The objective of the present invention is to intensify the convective component of heat transfer, which, ultimately, leads to an increase in energy efficiency of the entire heat exchange device, reducing its weight and cost.

Решение этой задачи обеспечивает устройство охлаждения для электроаппаратуры, содержащее по меньшей мере один вентилятор с направленным воздушным выходом из корпуса, по меньшей мере одну вихревую камеру по меньшей мере с одним входом, обеспечивающим закрутку воздуха в камере, которым соединена с воздушным выходом из корпуса вентилятора, и с отверстием по меньшей мере на одном торце для выхода воздуха, по меньшей мере один теплопроводящий элемент, расположенный во внутреннем объёме вихревой камеры и выполненный с возможностью взаимодействия по меньшей мере с одним расположенным снаружи вихревой камеры элементом электроаппаратуры для его охлаждения.The solution to this problem is provided by a cooling device for electrical equipment, comprising at least one fan with a directed air outlet from the housing, at least one vortex chamber with at least one inlet providing air swirling in the chamber, which is connected to the air outlet from the fan housing, and with an opening at least on one end for air outlet, at least one heat-conducting element located in the internal volume of the vortex chamber and made with the possibility of interaction action with at least one element of electrical equipment located outside the vortex chamber for cooling it.

Теплопроводящий элемент может быть выполнен в виде тепловой трубки либо в виде стержня из теплопроводящего материала. Его наружная поверхность может быть выполнена с рельефом для увеличения площади поверхности теплообмена и интенсификации самого процесса теплообмена, в частностиThe heat-conducting element can be made in the form of a heat pipe or in the form of a rod of heat-conducting material. Its outer surface can be made with a relief to increase the heat exchange surface area and to intensify the heat exchange process itself, in particular

- 1 014801 иметь оребрение.- 1 014801 have fins.

Как правило, теплопроводящий элемент установлен в вихревой камере продольно, на расстоянии от оси вихревой камеры, большем радиуса отверстия на торце вихревой камеры для выхода воздуха.As a rule, a heat-conducting element is installed longitudinally in the vortex chamber, at a distance from the axis of the vortex chamber, greater than the radius of the hole at the end of the vortex chamber for air exit.

Возможен вариант, когда устройство охлаждения содержит четыре теплопроводящих элемента, установленных в вихревой камере продольно, на расстоянии от оси вихревой камеры, большем радиуса отверстия на торце вихревой камеры для выхода воздуха.It is possible that the cooling device contains four heat-conducting elements installed longitudinally in the vortex chamber, at a distance from the axis of the vortex chamber, greater than the radius of the hole at the end of the vortex chamber for air exit.

Для обеспечения жидкостного охлаждения теплопроводящий элемент может быть выполнен в виде трубки с возможностью прохода через неё охлаждающей жидкости.To ensure liquid cooling, the heat-conducting element can be made in the form of a tube with the possibility of passage of coolant through it.

Возможны варианты осуществления изобретения, когда вихревая камера выполнена с тангенциальным входом, либо когда вихревая камера выполнена со спиральным входом.Embodiments of the invention are possible when the vortex chamber is made with a tangential inlet, or when the vortex chamber is made with a spiral inlet.

Как вариант, вихревая камера может быть выполнена из теплопроводящего материала. В этом случае допустим вариант, когда вихревая камера выполнена с набором теплопроводящих элементов, термически соединенных с корпусом вихревой камеры или выполненных с ней за одно целое, что соответствует случаю, где корпус вихревой камеры выполнен с основанием для контакта с элементом электроаппаратуры для его охлаждения. При этом возможно также выполнение корпуса вихревой камеры снаружи с элементами рельефа для увеличения поверхности теплообмена.Alternatively, the vortex chamber may be made of heat-conducting material. In this case, let’s assume that the vortex chamber is made with a set of heat-conducting elements that are thermally connected to the vortex chamber casing or are made integrally with it, which corresponds to the case where the vortex chamber casing is made with a base for contact with the electric equipment element for cooling it. In this case, it is also possible to carry out the body of the vortex chamber from the outside with relief elements to increase the heat transfer surface.

Возможно, когда устройство охлаждения содержит теплопроводящее основание, выполненное с возможностью сопряжения с элементом электроаппаратуры для его охлаждения. При этом теплопроводящий элемент соединен снаружи вихревой камеры с теплопроводящим основанием.It is possible that when the cooling device comprises a heat-conducting base configured to interface with an element of electrical equipment to cool it. In this case, the heat-conducting element is connected outside the vortex chamber with a heat-conducting base.

Как вариант, теплопроводящее основание может быть расположено напротив отверстия для выхода воздуха из вихревой камеры. В этом случае теплопроводящее основание может быть выполнено в виде теплорассеивающего радиатора и расположено теплорассеивающей поверхностью напротив отверстия вихревой камеры для выхода воздуха. При этом возможным вариантом является выполнение вихревой камеры с закрепленным снаружи патрубком, сообщающимся с ее внутренним объёмом через отверстие на торце для выхода воздуха, когда конец патрубка направлен на теплопроводящее основание.Alternatively, the heat-conducting base may be located opposite the hole for the exit of air from the vortex chamber. In this case, the heat-conducting base can be made in the form of a heat-dissipating radiator and is located with a heat-dissipating surface opposite the opening of the vortex chamber for air outlet. In this case, a possible option is to perform a vortex chamber with a nozzle fixed externally, communicating with its internal volume through an opening at the end for air outlet, when the end of the nozzle is directed to a heat-conducting base.

Внутренний объем вихревой камеры может быть выполнен в поперечном сечении цилиндрическим, эллиптическим или многогранным.The internal volume of the vortex chamber can be made in cross section cylindrical, elliptical or multifaceted.

Возможен вариант осуществления изобретения, когда устройство охлаждения содержит два вентилятора, а корпус вихревой камеры выполнен с двумя расположенными осесимметрично входными отверстиями, обеспечивающими закрутку воздуха в вихревой камере, при этом каждое из входных отверстий сопряжено с воздушным выходом из корпуса отдельного вентилятора.An embodiment of the invention is possible when the cooling device contains two fans, and the vortex chamber body is made with two inlet openings arranged axisymmetrically, providing air swirling in the vortex chamber, each of the inlet openings being associated with an air outlet from the separate fan casing.

Возможен вариант осуществления изобретения, когда устройство охлаждения содержит две выполненные зеркально-симметричными вихревые камеры, установленные с сопряжением корпусов между собой с однонаправленным расположением входов, обеспечивающих закрутку воздуха в камере, соединенных с воздушным выходом из корпуса одного вентилятора.An embodiment of the invention is possible when the cooling device comprises two mirror-symmetric vortex chambers installed with mating bodies together with a unidirectional arrangement of entrances providing air swirling in the chamber connected to the air outlet from one fan casing.

Возможен вариант осуществления изобретения, когда устройство охлаждения содержит две пары выполненных зеркально-симметричными вихревых камер, установленных в каждой паре с сопряжением корпусов между собой в зоне расположения входов, обеспечивающих закрутку воздуха в камере, с их ориентацией в одном направлении, которые соединены входами с воздушным выходом из корпуса одного вентилятора.An embodiment of the invention is possible when the cooling device comprises two pairs of mirror-symmetric vortex chambers installed in each pair with mating bodies between each other in the area of the inlets providing air swirling in the chamber, with their orientation in one direction, which are connected to the air inlets exit from the case of one fan.

Описание иллюстрирующих изобретение графических материаловDescription of graphic materials illustrating the invention

На фиг. 1 и 2 представлены наглядно иллюстрирующие принцип работы схемы устройства охлаждения для электроаппаратуры; виды на вихревую камеру, соответственно, сбоку и со стороны торца;In FIG. 1 and 2 are presented illustratively illustrating the principle of operation of the circuit cooling device for electrical equipment; views of the vortex chamber, respectively, from the side and from the side of the end;

на фиг. 3 и 4 схематически показана конструкция устройства охлаждения вертикальной компоновки, предназначенная для охлаждения процессора и включающая вихревую камеру с двумя вентиляторами, что соответствует схемам, показанным на фиг. 1 и 2;in FIG. 3 and 4 schematically show the design of a vertical arrangement cooling device for cooling a processor and including a vortex chamber with two fans, which corresponds to the circuits shown in FIG. 1 and 2;

на фиг. 5 показана компоновка стандартного системного блока компьютера с установленным в нем устройством охлаждения вертикальной компоновки, предназначенным для охлаждения центрального процессора;in FIG. 5 shows a layout of a standard computer system unit with a vertical layout cooling device installed therein for cooling a central processor;

на фиг. 6 и 7 представлен вариант вертикальной компоновки устройства охлаждения с оребренными теплопроводящими элементами, термически соединенными с теплопроводящим основанием, сопряжённым с источником тепла и охлаждаемым потоком выходящего из камеры воздуха;in FIG. 6 and 7 show a vertical arrangement of a cooling device with finned heat-conducting elements thermally connected to a heat-conducting base coupled to a heat source and a cooled stream of air leaving the chamber;

на фиг. 8, 9 и 10 показан вариант горизонтальной компоновки устройства охлаждения с расположением вихревой камеры осью параллельно плоскости монтажа, одним диаметральным вентилятором и с патрубком, направляющим воздух из вихревой камеры на теплопроводящее основание;in FIG. 8, 9 and 10 show a horizontal arrangement of the cooling device with the vortex chamber disposed with an axis parallel to the mounting plane, one diametrical fan and with a pipe directing air from the vortex chamber to a heat-conducting base;

на фиг. 11 представлено устройство охлаждения горизонтальной компоновки, у которого вихревая камера изготовлена из теплопроводящего материала и непосредственно термически соединена с источником тепла посредством теплопроводящего основания;in FIG. 11 shows a horizontal arrangement cooling device in which a vortex chamber is made of a heat-conducting material and is directly thermally connected to a heat source by means of a heat-conducting base;

на фиг. 12, 13 и 14 показан пример низкопрофильной компоновки устройства охлаждения с одной вихревой камерой с тангенциальным входом, соединенным с одним центробежным вентилятором;in FIG. 12, 13 and 14 show an example of a low-profile arrangement of a cooling device with one vortex chamber with a tangential inlet connected to one centrifugal fan;

на фиг. 15 представлена аналогичная конструкция со спиральным входом в вихревую камеру;in FIG. 15 shows a similar design with a spiral entrance to the vortex chamber;

на фиг. 16 показан пример низкопрофильной реализации устройства охлаждения, которое содержитin FIG. 16 shows an example of a low-profile implementation of a cooling device that contains

- 2 014801 две выполненные зеркально-симметричными вихревые камеры, соединенные с одним центробежным вентилятором;- 2 014801 two vortex chambers made mirror-symmetric, connected to one centrifugal fan;

на фиг. 17 показан пример низкопрофильной реализации устройства охлаждения, которое содержит две пары выполненных зеркально-симметричными вихревых камер, соединенных с одним центробежным вентилятором;in FIG. 17 shows an example of a low-profile implementation of a cooling device, which contains two pairs of mirror-symmetric swirl chambers connected to one centrifugal fan;

на фиг. 18 и 19 представлено устройство охлаждения, реализованное для системы жидкостного охлаждения электроаппарата;in FIG. 18 and 19 show a cooling device implemented for a liquid cooling system of an electric apparatus;

на фиг. 20 показана компоновка стандартного системного блока компьютера с системой жидкостного охлаждения, реализованной с использованием устройства охлаждения, представленного на фиг. 18 и 19.in FIG. 20 shows the layout of a standard computer system unit with a liquid cooling system implemented using the cooling device of FIG. 18 and 19.

Детальное описание примеров осуществления изобретенияDetailed Description of Embodiments

Принцип действия выполненного согласно изобретению устройства охлаждения для электроаппаратуры иллюстрируется на схемах, представленных на фиг. 1 и 2. В соответствующем этим схемам примере (фиг. 3, 4) устройство охлаждения для электроаппаратуры содержит вихревую камеру 1 с двумя входами 2, 3, расположенными таким образом, что обеспечивается закрутка воздуха во внутреннем объеме 4 (фиг. 1) вихревой камеры 1. Указанными входами 2, 3 вихревая камера 1 соединяется с направленными воздушными выходами 5, 6 (фиг. 4) воздуха из корпусов двух диаметральных вентиляторов 7, 8 (фиг. 4; на схемах на фиг. 1, 2 и 3 не показаны) с рабочими колёсами 9. На торцах вихревой камеры 1 выполнены отверстия 10, 11 (фиг. 1, 3) для выхода воздуха.The principle of operation of the cooling device for electrical equipment according to the invention is illustrated in the diagrams shown in FIG. 1 and 2. In the example corresponding to these schemes (Figs. 3, 4), the cooling device for electrical equipment contains a vortex chamber 1 with two inlets 2, 3 arranged in such a way that air swirls in the internal volume 4 (Fig. 1) of the vortex chamber 1. By the indicated inputs 2, 3, the vortex chamber 1 is connected to the directed air outlets 5, 6 (Fig. 4) of air from the cases of two diametrical fans 7, 8 (Fig. 4; not shown in the diagrams in Figs. 1, 2, and 3) with impellers 9. At the ends of the vortex chamber 1, holes 10, 11 (Fig. 1, 3) are made for the exit air.

Во внутреннем объеме вихревой камеры установлено продольно четыре теплопроводящих элемента 12, каждый из которых выполнен с выходящим наружу участком 13 (горячим концом) (фиг. 1, 3) для взаимодействия (термического соединения) с одним или несколькими элементами электроаппаратуры для их охлаждения, а в данном конкретным случае с поверхностью 14 процессора 15 (фиг. 3). Теплопроводящие элементы 12 расположены на расстоянии от оси вихревой камеры 1, большем радиуса отверстий 10, 11.Four heat-conducting elements 12 are installed longitudinally in the internal volume of the vortex chamber, each of which is made with the outgoing section 13 (hot end) (Fig. 1, 3) for interaction (thermal connection) with one or more elements of the electrical equipment for their cooling, and in this particular case with the surface 14 of the processor 15 (Fig. 3). The heat-conducting elements 12 are located at a distance from the axis of the vortex chamber 1, greater than the radius of the holes 10, 11.

В соответствии с патентными притязаниями вихревая камера 1 может содержать лишь один вход 2 или 3, один вентилятор 7 или 8 и отверстие лишь на одном торце (10 или 11), что будет подробнее показано на представленных ниже примерах.In accordance with patent claims, the vortex chamber 1 may contain only one inlet 2 or 3, one fan 7 or 8 and an opening at only one end (10 or 11), which will be shown in more detail in the examples below.

Теплопроводящих элементов 12 также может быть иное количество, что определяется конкретным конструктивным воплощением устройства охлаждения применительно к тому или иному виду блока или модуля электроаппаратуры или устройства, аппарата, компьютера в целом.There can also be a different amount of heat-conducting elements 12, which is determined by the particular structural embodiment of the cooling device in relation to one or another type of block or module of electrical equipment or device, apparatus, computer as a whole.

Во внутренний объем вихревой камеры 1 тангенциально к ее внутренней поверхности подводится воздух (возможен вариант спирального подведения), а отводится через отверстия 10, 11. При этом теплопроводящие элементы 12, расположенные во внутреннем объеме вихревой камеры 1, омываются воздухом, прокачиваемым через вихревую камеру 1.Air is supplied tangentially to the inner surface of the vortex chamber 1 (a spiral approach is possible), and discharged through openings 10, 11. At the same time, the heat-conducting elements 12 located in the inner volume of the vortex chamber 1 are washed by the air pumped through the vortex chamber 1 .

Основными способами увеличения конвективной составляющей теплообмена является повышение скорости потока воздуха и степени его турболизации. И то, и другое легко достижимо в вихревой камере.The main ways to increase the convective component of heat transfer is to increase the air flow rate and its degree of turbolization. Both that, and another is easily reached in a vortex chamber.

Вихревая (циклонная) камера 1, как теплообменное устройство, характеризуется высокой интенсивностью вращения воздуха, возможностью получения скоростей воздуха во внутреннем объеме выше входной скорости, возможностью создания ударно отрывного течения (турболизации потока) с помощью смещения охлаждаемых элементов с оси камеры, что в конечном счёте приводит к значительному увеличению тепловой эффективности и, как следствие, к снижению размеров теплообменного аппарата в целом.The vortex (cyclone) chamber 1, as a heat exchange device, is characterized by a high rate of air rotation, the ability to obtain air velocities in the internal volume above the inlet velocity, and the possibility of creating a shock-separated flow (flow turbolization) by displacing the cooled elements from the chamber axis, which ultimately leads to a significant increase in thermal efficiency and, as a result, to a decrease in the size of the heat exchanger as a whole.

Высокая интенсивность вращения воздуха в камере приводит к снижению требуемого объёма воздуха, прокачиваемого вентилятором, и позволяет уменьшить размеры конвективно охлаждаемых элементов, в данном случае теплопроводящих элементов 12. Прежде чем покинуть вихревую камеру 1, один и тот же объём воздуха несколько раз омывает теплопроводящие элементы 12, что при высоких скоростях воздуха и благодаря созданию ударно отрывного течения при обтекании теплопроводящих элементов 12 приводит к значительному повышению конвективной составляющей теплообмена, а следовательно - к повышению энергетической эффективности всего теплообменного устройства.The high intensity of air rotation in the chamber leads to a decrease in the required volume of air pumped by the fan and reduces the size of convectively cooled elements, in this case, heat-conducting elements 12. Before leaving the vortex chamber 1, the same volume of air is washed several times by the heat-conducting elements 12 that at high air velocities and due to the creation of shock-separated flow during flow around heat-conducting elements 12 leads to a significant increase in the convective component of heat exchange, and therefore - to increase the energy efficiency of the entire heat exchange device.

Внутренний объем вихревой камеры 1 в поперечном сечении может иметь цилиндрическую или эллиптическую форму, либо быть многогранным. Сама же внутренняя поверхность камеры может выполняться как гладкой, так и рельефной. Снаружи, как правило, вихревая камера 1 имеет аналогичную форму, но могут быть и исключения из этого правила, в зависимости от технологии ее изготовления или при условии выполнения наружного оребрения, как это будет показано ниже, или иной формы охлаждающего рельефа.The internal volume of the vortex chamber 1 in cross section may have a cylindrical or elliptical shape, or be multifaceted. The inner surface of the chamber itself can be both smooth and embossed. Outside, as a rule, the vortex chamber 1 has a similar shape, but there may be exceptions to this rule, depending on the technology of its manufacture or subject to external fins, as will be shown below, or a different form of cooling relief.

Теплопроводящий элемент 12 может быть выполнен в виде тепловой трубки, либо в виде стержня из теплопроводящего материала, либо являться любым другим высокоэффективным устройством для переноса теплоты на небольшие расстояния.The heat-conducting element 12 can be made in the form of a heat pipe, either in the form of a rod of heat-conducting material, or be any other highly efficient device for transferring heat over short distances.

Использование тепловых трубок в подобных устройствах широко известно.The use of heat pipes in such devices is widely known.

Тепловая трубка представляет собой герметичное теплопередающее устройство, которое работает по замкнутому испарительно-конденсационному контуру в тепловом контакте с внешними источником иThe heat pipe is a sealed heat transfer device that operates on a closed evaporative-condensation circuit in thermal contact with an external source and

- 3 014801 стоком тепла (горячий и холодный концы). Обычно сами трубки изготавливают из меди, внутри которых находится несколько миллилитров теплоносителя (легко испаряющаяся жидкость: аммиак, вода, спирты, сложные составы и т.п.) и пористое тело, представляющее собой тонкую витую проволоку, фитиль или спеченный керамический пористый материал. Пористое тело выполнено так, чтобы плотно прилегать к стенкам трубки и в то же время оставить часть внутреннего пространства трубки свободным для передвижения пара. Тепловая энергия воспринимается от источника и затрачивается на испарение теплоносителя. Затем она переносится паром к другому концу тепловой трубки (зона стока тепла, холодный конец), где происходит конденсация. Образовавшийся конденсат под действием капиллярных сил (пористая структура пористого тела) возвращается в зону испарения.- 3 014801 by heat sink (hot and cold ends). Typically, the tubes themselves are made of copper, inside of which there are several milliliters of coolant (easily evaporating liquid: ammonia, water, alcohols, complex compositions, etc.) and a porous body, which is a thin twisted wire, wick or sintered ceramic porous material. The porous body is made so as to fit snugly against the walls of the tube and at the same time leave part of the inner space of the tube free for the movement of steam. Thermal energy is received from the source and expended on the evaporation of the coolant. Then it is transferred by steam to the other end of the heat pipe (heat sink zone, cold end), where condensation occurs. The condensate formed under the action of capillary forces (the porous structure of the porous body) returns to the evaporation zone.

Если теплопроводящие элементы 12 представляют собой сплошные стержни, то для их изготовления могут быть использованы фактически любые теплопроводящие конструкционные материалы: медь, алюминий или другие металлы с высокой теплопроводностью. Возможно использование синтетических материалов с высокой теплопроводностью.If the heat-conducting elements 12 are solid rods, then virtually any heat-conducting structural materials: copper, aluminum or other metals with high thermal conductivity can be used for their manufacture. It is possible to use synthetic materials with high thermal conductivity.

Таким образом, представленное на фиг. 3, 4 устройство охлаждения для электроаппаратуры, которое характеризуется как решение с вертикальной компоновкой, реализует эффективный цикл охлаждения, когда, как это показано на фиг. 1, тепло, вырабатываемое процессором 15, передается на теплопроводящие элементы 12, а затем рассеивается во внутреннем объеме вихревой камеры 1, где теплопроводящие элементы 12 обдуваются интенсивно вращающимся воздухом, нагнетаемым вентиляторами 7 и 8 и покидает внутренний объем вихревой камеры 1 через отверстия 10, 11.Thus, shown in FIG. 3, 4, a cooling device for electrical equipment, which is characterized as a solution with a vertical layout, implements an effective cooling cycle when, as shown in FIG. 1, the heat generated by the processor 15 is transferred to the heat-conducting elements 12, and then dissipated in the internal volume of the vortex chamber 1, where the heat-conducting elements 12 are blown by intensively rotating air pumped by fans 7 and 8 and leave the internal volume of the vortex chamber 1 through openings 10, 11 .

Если выполненное указанным образом устройство охлаждения 16 вертикальной компоновки использовано для охлаждения центрального процессора, как это показано на фиг. 5, то нагретый воздух рассеивается по внутреннему пространству системного блока 17 и затем выносится установленными в корпусе системного блока компьютера вентиляторами 18 и 19 либо выносится наружу через дополнительно установленный на выходное отверстие воздуховод (на фиг. 5 не показан).If the vertical arrangement cooling device 16 made in this way is used to cool the central processor, as shown in FIG. 5, the heated air is dissipated through the internal space of the system unit 17 and then carried out by fans 18 and 19 installed in the computer system case or carried out through an additional duct installed on the outlet (not shown in FIG. 5).

Другой вариант вертикальной компоновки устройства охлаждения представлен на фиг. 6 и 7.Another vertical arrangement of the cooling device is shown in FIG. 6 and 7.

Здесь наружная поверхность каждого теплопроводящего элемента 20 является оребрённой 21 (фиг. 6) для увеличения площади теплообмена. Оребрённая поверхность 21 располагается во внутреннем объеме вихревой камеры 22. Вихревая камера 22 имеет одно отверстие 23 (фиг. 6) для выхода воздуха, расположенное на торце со стороны теплопроводящего основания 24.Here, the outer surface of each heat-conducting element 20 is ribbed 21 (FIG. 6) to increase the heat transfer area. The finned surface 21 is located in the inner volume of the vortex chamber 22. The vortex chamber 22 has one hole 23 (Fig. 6) for air outlet, located at the end from the side of the heat-conducting base 24.

Концы 25 теплопроводящих элементов 20 термически соединены с теплопроводящим основанием 24, которое выполнено в виде теплорассеивающего радиатора и расположено теплорассеивающим рельефом 26 в виде набора рёбер напротив отверстия 23 вихревой камеры 20. Теплопроводящее основание 24 сопряжено с процессором 27 для его охлаждения.The ends 25 of the heat-conducting elements 20 are thermally connected to the heat-conducting base 24, which is made in the form of a heat-dissipating radiator and is located by a heat-dissipating relief 26 in the form of a set of ribs opposite the opening 23 of the vortex chamber 20. The heat-conducting base 24 is coupled to the processor 27 to cool it.

Эта конструкция позволяет добиться более интенсивного охлаждения за счет выполнения теплопроводящих элементов 20 с набором поперечных ребер 21, интенсифицирующих отвод тепла, а также за счет дополнительного обдува выходящим из вихревой камеры 20 воздухом теплопроводящего основания 24, сопряженного с процессором 27. Его установка в системном блоке компьютера аналогична описанной выше.This design allows for more intensive cooling due to the implementation of heat-conducting elements 20 with a set of transverse ribs 21, intensifying heat dissipation, as well as due to additional air blowing out of the vortex chamber 20 of the heat-conducting base 24, coupled with the processor 27. Its installation in the computer system unit similar to that described above.

На фиг. 8, 9 и 10 показан вариант горизонтальной компоновки устройства охлаждения с расположением вихревой камеры 28 осью параллельно плоскости монтажа.In FIG. 8, 9 and 10 show a horizontal arrangement of the cooling device with the location of the vortex chamber 28 axis parallel to the mounting plane.

В этом варианте вихревая камера 28 имеет один тангенциальный вход 29, с которым сопряжен выход корпуса 30 центробежного вентилятора, расположенного осью, параллельно оси вихревой камеры 28, что справедливо для всех представленных в заявке примеров. Вихревая камера 28 имеет отверстие 31 (фиг. 10) для выхода воздуха на одном торце, где установлен сообщающийся с отверстием 31 изогнутый патрубок 32.In this embodiment, the vortex chamber 28 has one tangential inlet 29 with which the output of the centrifugal fan casing 30 is coupled, located axially parallel to the axis of the vortex chamber 28, which is true for all examples presented in the application. The vortex chamber 28 has an opening 31 (Fig. 10) for air outlet at one end, where a curved pipe 32 connected to the opening 31 is installed.

Наружная поверхность каждого теплопроводящего элемента 33 выполнена с рельефом в виде набора поперечных ребер 34 (фиг. 8) для рассеивания тепла, которые также располагаются во внутреннем объеме вихревой камеры 28. Концы 35 теплопроводящих элементов 33 термически соединены с теплопроводящим основанием 36, которое выполнено в виде теплорассеивающего радиатора, сопряженного с процессором 37 для его охлаждения. При этом конец изогнутого патрубка 32 направлен на теплопроводящее основание 36.The outer surface of each heat-conducting element 33 is made in relief in the form of a set of transverse ribs 34 (Fig. 8) for heat dissipation, which are also located in the internal volume of the vortex chamber 28. The ends 35 of the heat-conducting elements 33 are thermally connected to the heat-conducting base 36, which is made in the form a heat dissipating heat sink coupled to the processor 37 to cool it. While the end of the curved pipe 32 is directed to the heat-conducting base 36.

Эта конструкция также позволяет добиться интенсивного охлаждения за счет выполнения теплопроводящих элементов 33 с набором поперечных ребер 34, интенсифицирующих отдачу тепла и также за счет дополнительного обдува выходящим из вихревой камеры 28 воздухом через изогнутый патрубок 32 теплопроводящего основания 36.This design also allows for intensive cooling due to the implementation of heat-conducting elements 33 with a set of transverse ribs 34, intensifying heat transfer and also due to additional blowing coming out of the vortex chamber 28 through the curved pipe 32 of the heat-conducting base 36.

Однако за счет расположения вихревой камеры 28 и корпуса 30 диаметрального вентилятора осями параллельно плоскости монтажа, такое устройство охлаждения имеет меньшую в сравнении с описанными выше вариантами высоту, что позволяет более компактно использовать внутренний объем системного блока компьютера или корпуса иного электроаппарата.However, due to the location of the vortex chamber 28 and the diametrical fan case 30 with the axes parallel to the mounting plane, such a cooling device has a lower height in comparison with the options described above, which allows for more compact use of the internal volume of the computer system unit or the case of another electric device.

На фиг. 11 представлено устройство охлаждения горизонтальной компоновки, у которого вихревая камера 38 изготовлена из теплопроводящего материала и непосредственно термически соединена с источником тепла - процессором 39.In FIG. 11 shows a horizontal arrangement cooling device in which the vortex chamber 38 is made of heat-conducting material and is directly thermally connected to a heat source - processor 39.

- 4 014801- 4 014801

Вихревая камера 38 имеет один тангенциальный вход 40, с которым сопряжен выход корпуса 41 центробежного вентилятора. Осями вихревая камера 38 и корпус 41 центробежного вентилятора расположены параллельно плоскости монтажа.The vortex chamber 38 has one tangential input 40, with which the output of the centrifugal fan housing 41 is connected. The axes of the vortex chamber 38 and the housing 41 of the centrifugal fan are parallel to the mounting plane.

Вихревая камера 38 имеет отверстие 42 для выхода воздуха на одном торце, но возможно выполнение таких отверстий на обоих торцах вихревой камеры 38.The vortex chamber 38 has an opening 42 for air outlet at one end, but it is possible to make such holes on both ends of the vortex chamber 38.

Вихревая камера 38 выполнена с расположенным внутри ее объема набором теплопроводящих элементов 43 в виде игл, которые жестко связаны (термически соединены) с корпусом вихревой камеры 38 или выполнены с ним за одно целое также из теплопроводящего материала. Снаружи вихревая камера 38 имеет элементы рельефа в виде ребер 44 для увеличения площади поверхности теплообмена.The vortex chamber 38 is made with a set of heat-conducting elements 43 located inside its volume in the form of needles, which are rigidly connected (thermally connected) to the body of the vortex chamber 38 or are made with it in one piece also of heat-conducting material. Outside, the vortex chamber 38 has relief elements in the form of ribs 44 to increase the heat exchange surface area.

В этом конструктивном варианте осуществления изобретения тепло от источника передается через теплопроводящий корпус вихревой камеры 38 и рассеивается в ее внутреннем объеме через теплопроводящие элементы 43 вращающимся потоком воздуха, а также дополнительно элементами рельефа в виде ребер 44 на наружной поверхности вихревой камеры 38.In this constructive embodiment of the invention, heat is transferred from the source through the heat-conducting body of the vortex chamber 38 and dissipated in its internal volume through the heat-conducting elements 43 by a rotating air stream, and also by relief elements in the form of ribs 44 on the outer surface of the vortex chamber 38.

Это решение отличает большая в сравнении с описанными выше компактность и отсутствие активных теплопроводящих элементов, таких как тепловые трубки.This solution is distinguished by a large compactness and the absence of active heat-conducting elements, such as heat pipes, in comparison with the ones described above.

Далее показаны примеры низкопрофильных компоновок устройства охлаждения, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, которые, в частности, могут быть использованы для видеокарт компьютеров, центральных процессоров и видеокарт ноутбуков, кинопроекторов либо в иных узких компоновках блоков иной электроаппаратуры.The following are examples of low-profile configurations of a cooling device made in accordance with the present invention, which, in particular, can be used for computer graphics cards, central processing units and laptop video cards, film projectors, or in other narrow unit layouts of other electrical equipment.

На фиг. 12, 13 и 14 показан пример конструктивной реализации расположенного на видеокарте устройства охлаждения с расположением вихревой камеры 45 осью перпендикулярно плоскости монтажа. Аналогично расположен корпус 46 центробежного вентилятора. Вихревая камера 45 имеет один тангенциальный вход 47, с которым сопряжен выход корпуса 46 центробежного вентилятора.In FIG. 12, 13 and 14 show an example of a structural implementation of a cooling device located on a video card with the location of the vortex chamber 45 with an axis perpendicular to the mounting plane. Similarly located centrifugal fan housing 46. The vortex chamber 45 has one tangential input 47, with which the output of the centrifugal fan housing 46 is coupled.

Наружная поверхность каждого теплопроводящего элемента 48 выполнена с рельефом в виде набора поперечных ребер 49 (фиг. 12) для увеличения поверхности теплообмена, которые располагаются во внутреннем объеме вихревой камеры 45. Концы 50 теплопроводящих элементов 48 термически соединены с теплопроводящим основанием 51, которое выполнено в виде теплорассеивающего радиатора и сопряжено с источником тепла 52 (процессором видеокарты; фиг. 12).The outer surface of each heat-conducting element 48 is made in relief in the form of a set of transverse ribs 49 (Fig. 12) to increase the heat transfer surface, which are located in the internal volume of the vortex chamber 45. The ends 50 of the heat-conducting elements 48 are thermally connected to the heat-conducting base 51, which is made in the form heat dissipating radiator and is coupled to a heat source 52 (video card processor; FIG. 12).

Отверстие 53 (фиг. 12) для выхода воздуха расположено на одном торце вихревой камеры 45 и ориентировано на теплопроводящее основание 51.The hole 53 (Fig. 12) for air outlet is located on one end of the vortex chamber 45 and is oriented to the heat-conducting base 51.

Эта конструкция также позволяет добиться интенсивного охлаждения при монтаже в узком объеме, что, в частности, соответствует конструктивной реализации большинства используемых в настоящее время видеокарт.This design also allows for intensive cooling during installation in a narrow volume, which, in particular, corresponds to the constructive implementation of most of the currently used video cards.

В показанном на фиг. 12, 13 и 14 примере вихревая камера 45 выполнена с тангенциальным входом 47, которым соединена с выходом воздуха из корпуса 46 центробежного насоса, то есть вход 47 в вихревую камеру расположен по касательной.As shown in FIG. 12, 13 and 14 of the example, the vortex chamber 45 is made with a tangential inlet 47, which is connected to the air outlet from the housing 46 of the centrifugal pump, that is, the inlet 47 to the vortex chamber is located tangentially.

В конструкции, показанной на фиг. 15 и реализованной в целом аналогично, используется спиральный вход 54 в вихревую камеру 55, то есть вход 54 располагается по спирали к боковой поверхности вихревой камеры 55. В этом случае воздух, закрученный в выходном устройстве 56 вентилятора (улитке), попадая в вихревую камеру 55, в результате отсутствия прямого соединительного участка продолжает криволинейное движение по спирали.In the construction shown in FIG. 15 and implemented generally similarly, a spiral inlet 54 into the vortex chamber 55 is used, that is, the inlet 54 is arranged in a spiral to the side surface of the vortex chamber 55. In this case, the air swirling in the fan outlet device (snail) 56 enters the vortex chamber 55 , as a result of the lack of a direct connecting section, continues the curvilinear movement in a spiral.

На фиг. 16 показан пример низкопрофильной реализации устройства охлаждения, которое содержит две выполненные зеркально-симметричными вихревые камеры 57, 58, установленные с сопряжением корпусов между собой с однонаправленным расположением входов 59, 60, обеспечивающих закрутку воздуха в камере и соединенных с воздушным выходом 61 из корпуса 62 одного вентилятора.In FIG. 16 shows an example of a low-profile implementation of a cooling device, which contains two mirror-symmetric swirl chambers 57, 58 installed with mating housings with a unidirectional arrangement of inputs 59, 60, providing air swirl in the chamber and connected to the air outlet 61 from the housing 62 of one fan.

Внутренние объемы вихревых камер 57, 58 выполнены в поперечном сечении эллиптическими. Четыре теплопроводящих элемента 63 установлены продольно парами во внутренних объёмах вихревых камер 57 и 58.The internal volumes of the vortex chambers 57, 58 are elliptical in cross section. Four heat-conducting elements 63 are mounted longitudinally in pairs in the internal volumes of the vortex chambers 57 and 58.

Это конструктивное решение отличается меньшей занимаемой площадью в сравнении с цилиндрическими камерами и повышенной турболизацией потока в объёме вихревой камеры (57 и 58).This design solution has a smaller footprint compared to cylindrical chambers and increased flow turbolization in the volume of the vortex chamber (57 and 58).

На фиг. 17 показан пример низкопрофильной реализации устройства охлаждения, которое содержит две пары выполненных зеркально-симметричными вихревых камер 64, выполненных из теплопроводящего материала, установленных в каждой паре с сопряжением корпусов между собой в зоне расположения входов 65, обеспечивающих закрутку воздуха в камере, с их ориентацией в одном направлении, которые соединены входами 65 с воздушным выходом 66 из корпуса 67 одного центробежного вентилятора.In FIG. 17 shows an example of a low-profile implementation of a cooling device, which contains two pairs of mirror-symmetric vortex chambers 64 made of heat-conducting material installed in each pair with mating housings in the area of the inputs 65 providing air swirling in the chamber, with their orientation in one direction, which are connected by inlets 65 to the air outlet 66 from the housing 67 of one centrifugal fan.

При этом четыре теплопроводящих элемента 68 установлены во внутреннем объёме отдельной вихревой камеры 64, а особенностью конструкции является увеличение поверхности теплообмена по средствам термического соединения рёбер 69 теплопроводящих элементов 68 с поверхностями теплопроводящих вихревых камер 64.In this case, four heat-conducting elements 68 are installed in the internal volume of a separate vortex chamber 64, and a design feature is an increase in the heat exchange surface by means of thermal connection of the edges 69 of the heat-conducting elements 68 with the surfaces of the heat-conducting vortex chambers 64.

Это конструктивное решение может быть целесообразным для использования воздуха, истекающего из четырех отверстий 70 вихревых камер 64, для направления на дополнительные источники тепла,This design solution may be appropriate for the use of air flowing from the four holes 70 of the vortex chambers 64, for directing to additional heat sources,

- 5 014801 расположенные в объёме охлаждаемого устройства (конденсаторы, блоки памяти и тому подобное).- 5 014801 located in the volume of the cooled device (capacitors, memory blocks, etc.).

На фиг. 18 и 19 представлено устройство охлаждения, реализованное для системы жидкостного (водяного) охлаждения электроаппарата, в частности системного блока компьютера.In FIG. 18 and 19 show a cooling device implemented for a liquid (water) cooling system of an electrical apparatus, in particular a computer system unit.

В этом варианте осуществления изобретения устройство охлаждения содержит вихревую камеру 71 с двумя входами 72, 73, расположенными таким образом, что обеспечивается закрутка воздуха во внутреннем объеме 74 (фиг. 18) вихревой камеры 71. Указанными входами 72, 73 вихревая камера 71 соединяется с направленными воздушными выходами 75, 76 воздуха из корпусов 77, 78 двух диаметральных вентиляторов. На торцах вихревой камеры 71 выполнены отверстия 79, 80 (фиг. 18) для выхода воздуха, которые снабжены выведенными наружу прямыми короткими направляющими патрубками (пережимами) 81, 82 (фиг. 19), которые также могут располагаться и во внутреннем объёме камеры. Наличие или отсутствие выходных патрубков (пережимов) 81 и 82, а также их расположение, внутреннее, внешнее либо комбинированное, определяется конкретным конструктивным воплощением устройства охлаждения применительно к тому или иному виду блока или модуля электроаппаратуры или устройства, аппарата, компьютера в целом, что характерно для всех описанных выше конструкций.In this embodiment of the invention, the cooling device comprises a vortex chamber 71 with two inlets 72, 73 arranged in such a way that air swirls in the inner volume 74 (Fig. 18) of the vortex chamber 71. The vortex chamber 71 is connected with directional inputs 72, 73 air outlets 75, 76 of air from the housings 77, 78 of two diametrical fans. At the ends of the vortex chamber 71, openings 79, 80 (FIG. 18) are made for air outlet, which are equipped with outward straight short guide tubes (clamps) 81, 82 (FIG. 19), which can also be located in the inner volume of the chamber. The presence or absence of outlet pipes (clamps) 81 and 82, as well as their location, internal, external or combined, is determined by the specific structural embodiment of the cooling device in relation to one or another type of block or module of electrical equipment or device, apparatus, computer as a whole, which is typical for all the designs described above.

Во внутреннем объеме вихревой камеры 71 продольно установлен теплопроводящий элемент 83 в виде трубки, изогнутой спиралью. Теплопроводящий элемент 83 имеет во внутреннем объеме вихревой камеры 71 оребрение (на чертеже показано прерывистой линией), выполненное вдоль теплопроводящего элемента 83.In the inner volume of the vortex chamber 71, a heat-conducting element 83 is longitudinally installed in the form of a tube curved by a spiral. The heat-conducting element 83 has a fin in the inner volume of the vortex chamber 71 (shown in broken lines along the heat-conducting element) along the heat-conducting element 83.

На фиг. 20 показана компоновка стандартного системного блока компьютера с системой жидкостного охлаждения.In FIG. 20 shows the layout of a standard computer system unit with a liquid cooling system.

Теплопроводящий элемент 83 своими концами подключается к замкнутой жидкостной системе охлаждения, включающей насос 84 для прокачивания жидкости и элементы 85, 86, требующие охлаждения.The heat-conducting element 83 at its ends is connected to a closed liquid cooling system, including a pump 84 for pumping liquid and elements 85, 86 that require cooling.

Выполненное в соответствии с изобретением устройство охлаждения (71, 77, 78) располагается за пределами корпуса 87, но также может быть и внесено в объём корпуса 87. Насос 84, который может быть выполнен как единый блок с расширительным резервуаром (на схеме не показан) для жидкости, прокачивает охлаждённую устройством охлаждения (71, 77, 78) жидкость через систему трубопроводов к элементам 85, 86, требующим охлаждения. Проходя через них жидкость нагревается и дальше по системе трубопроводов направляется для охлаждения к устройству охлаждения (71, 77, 78).The cooling device (71, 77, 78) made in accordance with the invention is located outside the housing 87, but can also be included in the volume of the housing 87. The pump 84, which can be made as a single unit with an expansion tank (not shown in the diagram) for liquid, pumps the liquid cooled by the cooling device (71, 77, 78) through the piping system to the elements 85, 86 requiring cooling. Passing through them, the liquid heats up and then goes through a system of pipelines for cooling to a cooling device (71, 77, 78).

Во всех описанных примерах осуществления в соответствии с настоящим изобретением устройства охлаждения для электроаппаратуры, оно может быть изготовлено по традиционным в приборостроении и в электротехнике технологиям изготовления устройств и деталей из используемых для них материалов и сложности для специалиста в области приборостроения этот аспект с учетом представленных примеров не представляет.In all the described embodiments of the cooling device for electrical equipment in accordance with the present invention, it can be manufactured according to the traditional technologies in instrumentation and electrical engineering for the manufacture of devices and parts from the materials used for them and the complexity for the specialist in the field of instrumentation, this aspect, taking into account the examples presented, does not represents.

Кроме того, во всех описанных примерах осуществления показано использование центробежных (радиальных) и диаметральных вентиляторов. Однако возможно также использование осевых вентиляторов, то есть вентиляторов, подающих воздух в направлении оси вращения лопастей. Возможно использование многоступенчатых вентиляторов или нескольких вентиляторов, работающих на одну или несколько вихревых камер. Возможно использование диагональных вентиляторов.In addition, in all the described embodiments, the use of centrifugal (radial) and diametrical fans is shown. However, it is also possible to use axial fans, that is, fans that supply air in the direction of the axis of rotation of the blades. It is possible to use multi-stage fans or several fans working on one or more swirl chambers. It is possible to use diagonal fans.

С принципиальной точки зрения можно допустить вариант, когда один или несколько вентиляторов выполнены как автономные блоки и соединены с одной или несколькими вихревыми камерами воздуховодами, в то время как вихревые камеры располагаются непосредственно на блоках с источниками тепла.From a fundamental point of view, one can allow the option when one or more fans are made as stand-alone units and connected to one or more vortex chambers by air ducts, while vortex chambers are located directly on the blocks with heat sources.

Как отмечено выше, теплопроводящий элемент может быть выполнен в виде тепловой трубки, в виде стержня из теплопроводящего материала либо в виде набора игл, расположенных внутри тепловой камеры. Однако возможны и иные варианты выполнения, например в виде пластины. Главное условие, которому должны удовлетворять теплопроводящие элементы, заключается в том, что они являются высокоэффективным устройством для переноса теплоты на небольшие расстояния. Их наружная поверхность может иметь оребрение либо иную определенную форму, интенсифицирующую процесс теплообмена, например квадратное поперечное сечение.As noted above, the heat-conducting element can be made in the form of a heat pipe, in the form of a rod of heat-conducting material, or in the form of a set of needles located inside the heat chamber. However, other embodiments are possible, for example in the form of a plate. The main condition that the heat-conducting elements must satisfy is that they are a highly efficient device for transferring heat over short distances. Their outer surface may have a ribbing or other specific shape that intensifies the heat transfer process, for example, a square cross section.

Таким образом, представленные примеры осуществления изобретения не являются исчерпывающими. Возможны также иные конкретные конструктивные воплощения изобретения, которые будут соответствовать объему патентных притязаний, испрашиваемому для всех случаев охраны и справедливому в отношении всех представленных выше примеров осуществления изобретения.Thus, the presented embodiments of the invention are not exhaustive. Other specific constructive embodiments of the invention are also possible, which will correspond to the scope of patent claims claimed for all cases of protection and fair for all the above examples of the invention.

Claims (21)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Устройство охлаждения для электроаппаратуры, содержащее по меньшей мере один вентилятор с направленным воздушным выходом из корпуса, по меньшей мере одну вихревую камеру по меньшей мере с одним входом, обеспечивающим закрутку воздуха в камере, которым соединена с воздушным выходом из корпуса вентилятора, и с отверстием по меньшей мере на одном торце для выхода воздуха, по меньшей мере один теплопроводящий элемент, расположенный во внутреннем объёме вихревой камеры и выполненный с возможностью взаимодействия по меньшей мере с одним расположенным сна1. A cooling device for electrical equipment, comprising at least one fan with a directed air outlet from the housing, at least one vortex chamber with at least one inlet providing air swirling in the chamber, which is connected to the air outlet from the fan housing, and the hole at least one end for the exit of air, at least one heat-conducting element located in the inner volume of the vortex chamber and made with the possibility of interaction with at least one ra sleeping position - 6 014801 ружи вихревой камеры элементом электроаппаратуры для его охлаждения.- 6 014801 shotguns of the vortex chamber by an element of electrical equipment for its cooling. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что теплопроводящий элемент выполнен в виде тепловой трубки.2. The device according to claim 1, characterized in that the heat-conducting element is made in the form of a heat pipe. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что теплопроводящий элемент выполнен в виде стержня из теплопроводящего материала.3. The device according to claim 1, characterized in that the heat-conducting element is made in the form of a rod of heat-conducting material. 4. Устройство по пп.1, 2 или 3, отличающееся тем, что наружная поверхность теплопроводящего элемента выполнена с рельефом для рассеивания тепла.4. The device according to claims 1, 2 or 3, characterized in that the outer surface of the heat-conducting element is made with a relief for heat dissipation. 5. Устройство по пп.1, 2 или 3, отличающееся тем, что наружная поверхность теплопроводящего элемента выполнена с оребрением.5. The device according to claims 1, 2 or 3, characterized in that the outer surface of the heat-conducting element is made with ribbing. 6. Устройство по пп.1, 2 или 3, отличающееся тем, что теплопроводящий элемент установлен в вихревой камере продольно на расстоянии от оси вихревой камеры, большем радиуса отверстия на торце вихревой камеры для выхода воздуха.6. The device according to claims 1, 2 or 3, characterized in that the heat-conducting element is installed in the vortex chamber longitudinally at a distance from the axis of the vortex chamber, greater than the radius of the hole at the end of the vortex chamber for air exit. 7. Устройство по пп.1, 2 или 3, отличающееся тем, что оно содержит четыре теплопроводящих элемента, установленных в вихревой камере продольно на расстоянии от оси вихревой камеры, большем радиуса отверстия на торце вихревой камеры для выхода воздуха.7. The device according to claims 1, 2 or 3, characterized in that it contains four heat-conducting elements installed in the vortex chamber longitudinally at a distance from the axis of the vortex chamber, greater than the radius of the hole at the end of the vortex chamber for air exit. 8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что теплопроводящий элемент выполнен в виде трубки для обеспечения жидкостного охлаждения.8. The device according to claim 1, characterized in that the heat-conducting element is made in the form of a tube to provide liquid cooling. 9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вихревая камера выполнена с тангенциальным входом.9. The device according to claim 1, characterized in that the vortex chamber is made with a tangential entrance. 10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вихревая камера выполнена со спиральным входом.10. The device according to claim 1, characterized in that the vortex chamber is made with a spiral inlet. 11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вихревая камера выполнена из теплопроводящего материала.11. The device according to claim 1, characterized in that the vortex chamber is made of heat-conducting material. 12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что вихревая камера выполнена с набором теплопроводящих элементов, термически соединенных с корпусом вихревой камеры или выполненных с ней за одно целое, при этом корпус вихревой камеры выполнен с основанием для контакта с элементом электроаппаратуры для его охлаждения.12. The device according to claim 11, characterized in that the vortex chamber is made with a set of heat-conducting elements thermally connected to the housing of the vortex chamber or made with it in one piece, while the housing of the vortex chamber is made with a base for contact with an element of electrical equipment for cooling . 13. Устройство по п.11 или 12, отличающееся тем, что корпус вихревой камеры выполнен снаружи с элементами рельефа для увеличения поверхности теплообмена.13. The device according to claim 11 or 12, characterized in that the body of the vortex chamber is made externally with relief elements to increase the heat transfer surface. 14. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит теплопроводящее основание, выполненное с возможностью сопряжения с элементом электроаппаратуры для его охлаждения, а теплопроводящий элемент соединен снаружи вихревой камеры с теплопроводящим основанием.14. The device according to claim 1, characterized in that it contains a heat-conducting base, made with the possibility of interfacing with an element of electrical equipment to cool it, and the heat-conducting element is connected outside the vortex chamber with a heat-conducting base. 15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что теплопроводящее основание расположено напротив отверстия для выхода воздуха из вихревой камеры.15. The device according to 14, characterized in that the heat-conducting base is located opposite the hole for the exit of air from the vortex chamber. 16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что теплопроводящее основание выполнено в виде теплорассеивающего радиатора и расположено теплорассеивающей поверхностью напротив отверстия вихревой камеры для выхода воздуха.16. The device according to p. 15, characterized in that the heat-conducting base is made in the form of a heat-dissipating radiator and is located heat-dissipating surface opposite the hole of the vortex chamber for air outlet. 17. Устройство по п.14 или 16, отличающееся тем, что вихревая камера выполнена с закрепленным снаружи патрубком, сообщающимся с ее внутренним объёмом через отверстие на торце для выхода воздуха, теплопроводящее основание выполнено в виде теплорассеивающего радиатора, а конец патрубка направлен на теплопроводящее основание.17. The device according to p. 14 or 16, characterized in that the vortex chamber is made with a pipe secured externally, communicating with its internal volume through an opening at the end for air outlet, the heat-conducting base is made in the form of a heat-dissipating radiator, and the end of the pipe is directed to the heat-conducting base . 18. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутренний объем вихревой камеры выполнен в поперечном сечении цилиндрическим, или эллиптическим, или многогранным.18. The device according to claim 1, characterized in that the internal volume of the vortex chamber is made in cross section cylindrical, or elliptical, or multifaceted. 19. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит два вентилятора, а корпус вихревой камеры выполнен с двумя расположенными осесимметрично входными отверстиями, обеспечивающими закрутку воздуха в камере, при этом каждое из входных отверстий сопряжено с воздушным выходом из корпуса отдельного вентилятора.19. The device according to claim 1, characterized in that it contains two fans, and the vortex chamber body is made with two axially symmetric inlet openings providing air swirling in the chamber, each of the inlet openings being associated with an air outlet from the separate fan casing. 20. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит две выполненные зеркальносимметричными вихревые камеры, установленные с сопряжением корпусов между собой с однонаправленным расположением входов, обеспечивающих закрутку воздуха в камере, соединенных с воздушным выходом из корпуса одного вентилятора.20. The device according to claim 1, characterized in that it contains two vortex chambers made by mirror-symmetric, installed with mating housings with each other with a unidirectional arrangement of entrances, providing air swirl in the chamber, connected to the air outlet from the housing of one fan. 21. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит две пары выполненных зеркальносимметричными вихревых камер, установленных в каждой паре с сопряжением корпусов между собой в зоне расположения входов, обеспечивающих закрутку воздуха в камере, с их ориентацией в одном направлении, которые соединены входами с воздушным выходом из корпуса одного вентилятора.21. The device according to claim 1, characterized in that it contains two pairs of vortex chambers made by mirror-symmetric, installed in each pair with interfacing the housings with each other in the area of the inputs providing air swirling in the chamber, with their orientation in one direction, which are connected entrances with an air exit from the case of one fan.
EA201001075A 2010-07-16 2010-07-16 Cooling device for electrical equipment EA014801B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA201001075A EA014801B1 (en) 2010-07-16 2010-07-16 Cooling device for electrical equipment
PCT/RU2011/000023 WO2012008868A1 (en) 2010-07-16 2011-01-20 Cooling device for electrical equipment

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA201001075A EA014801B1 (en) 2010-07-16 2010-07-16 Cooling device for electrical equipment

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201001075A1 EA201001075A1 (en) 2011-02-28
EA014801B1 true EA014801B1 (en) 2011-02-28

Family

ID=43778132

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201001075A EA014801B1 (en) 2010-07-16 2010-07-16 Cooling device for electrical equipment

Country Status (2)

Country Link
EA (1) EA014801B1 (en)
WO (1) WO2012008868A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012169926A1 (en) * 2011-06-09 2012-12-13 Alexander Nikolayevich Sokolov Liquid cooling unit for electrical equipment (variants)
RU2700660C1 (en) * 2018-12-04 2019-09-18 Антон Андреевич Румянцев Combined cooling system

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2580675C2 (en) * 2014-03-25 2016-04-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Cooling device for heat dissipating equipment
WO2024010486A1 (en) * 2022-07-07 2024-01-11 Yandex Limited Liability Company A heat exchanger for an electronic component of a server

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2001118548A (en) * 2001-07-05 2003-03-20 Федор Николаевич Зайченко Vortex Pipe
WO2004061957A1 (en) * 2003-01-07 2004-07-22 Oseir Oy Method and apparatus for temperature control of optoelectronic semiconductor components
RU2275764C1 (en) * 2005-08-08 2006-04-27 Сергей Анатольевич Ермаков Thermal pipe with forced liquid circulation and thermal pipe for cooling notebooks
RU2294489C1 (en) * 2005-06-16 2007-02-27 Владимир Михайлович Криловецкий Isobaric vortex conditioner
WO2007042621A1 (en) * 2005-10-10 2007-04-19 Mg Innovations Corp. Phase change material heat exchanger
RU2305230C2 (en) * 2004-04-08 2007-08-27 Юрий Григорьевич Белостоцкий Cooling apparatus operation method and cooling apparatus
RU2334378C1 (en) * 2007-05-16 2008-09-20 Азат Геннадьевич Коченков Device of cooling of elements of heat-removing electrical equipment

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU519880A1 (en) * 1974-07-02 1976-06-30 Предприятие П/Я Г-4371 Device for cooling radioelectrode devices
SU1274165A1 (en) * 1984-01-25 1986-11-30 Казанский Ордена Трудового Красного Знамени И Ордена Дружбы Народов Авиационный Институт Им.А.Н.Туполева Case assembly for electronic equipment
RU2207472C2 (en) * 2001-07-05 2003-06-27 Зайченко Федор Николаевич Vortex pipe
JP2009117631A (en) * 2007-11-07 2009-05-28 Panasonic Corp Cooling apparatus

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2001118548A (en) * 2001-07-05 2003-03-20 Федор Николаевич Зайченко Vortex Pipe
WO2004061957A1 (en) * 2003-01-07 2004-07-22 Oseir Oy Method and apparatus for temperature control of optoelectronic semiconductor components
RU2305230C2 (en) * 2004-04-08 2007-08-27 Юрий Григорьевич Белостоцкий Cooling apparatus operation method and cooling apparatus
RU2294489C1 (en) * 2005-06-16 2007-02-27 Владимир Михайлович Криловецкий Isobaric vortex conditioner
RU2275764C1 (en) * 2005-08-08 2006-04-27 Сергей Анатольевич Ермаков Thermal pipe with forced liquid circulation and thermal pipe for cooling notebooks
WO2007042621A1 (en) * 2005-10-10 2007-04-19 Mg Innovations Corp. Phase change material heat exchanger
RU2334378C1 (en) * 2007-05-16 2008-09-20 Азат Геннадьевич Коченков Device of cooling of elements of heat-removing electrical equipment

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012169926A1 (en) * 2011-06-09 2012-12-13 Alexander Nikolayevich Sokolov Liquid cooling unit for electrical equipment (variants)
RU2700660C1 (en) * 2018-12-04 2019-09-18 Антон Андреевич Румянцев Combined cooling system

Also Published As

Publication number Publication date
WO2012008868A1 (en) 2012-01-19
EA201001075A1 (en) 2011-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI636724B (en) Electronic equipment with heat-dissipating function and water-cooled radiator assembly thereof
US6288895B1 (en) Apparatus for cooling electronic components within a computer system enclosure
US6459576B1 (en) Fan based heat exchanger
JP6126149B2 (en) Air-cooled laser apparatus provided with a heat conducting member having a radiation fin
JP4551261B2 (en) Cooling jacket
JP2004116864A (en) Electronic apparatus comprising cooling mechanism
JP4532422B2 (en) Heat sink with centrifugal fan
TW201251591A (en) Computer case
US10925183B2 (en) 3D extended cooling mechanism for integrated server
US7934540B2 (en) Integrated liquid cooling unit for computers
RU2001113266A (en) Method and system for cooling a housing with heat-generating elements located therein
EA014801B1 (en) Cooling device for electrical equipment
JP2014502785A (en) Electronic device having a housing provided with a plurality of heat generating components
JP2009295869A (en) Cooling device of electronic apparatus
US20230164947A1 (en) Water cooler assembly and system
US10103081B2 (en) Heat sink
JP2015166667A (en) Small-sized heat radiation cooling device
CN209914356U (en) Heat radiation structure of condenser
JP2007004765A (en) Liquid-cooled computer device
CN212970511U (en) Electrical equipment applying heat dissipation device
KR101897931B1 (en) System for cooling a processor in electronic device
JP4517962B2 (en) Cooling device for electronic equipment
TWM600068U (en) Equipment assembly, cooling system, and equipment rack
WO2012169926A1 (en) Liquid cooling unit for electrical equipment (variants)
TW202139821A (en) Gravity-type high-efficiency heat-exchange device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM MD TM

MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AZ BY KZ KG TJ

MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): RU