EA014801B1 - Устройство охлаждения для электроаппаратуры - Google Patents

Устройство охлаждения для электроаппаратуры 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
English (en)
Other versions
EA201001075A1 (ru
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/EA201001075A1/ru
Priority to PCT/RU2011/000023 priority patent/WO2012008868A1/en
Publication of EA014801B1 publication Critical patent/EA014801B1/ru
Publication of EA201001075A1 publication Critical patent/EA201001075A1/ru

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/467—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing gases, e.g. air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/02—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point using Joule-Thompson effect; using vortex effect
    • F25B9/04—Compression 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-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
    • F28D15/02—Heat-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
    • F28D15/0275—Arrangements for coupling heat-pipes together or with other structures, e.g. with base blocks; Heat pipe cores
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/16—Constructional details or arrangements
    • G06F1/20—Cooling means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H01L23/427—Cooling by change of state, e.g. use of heat pipes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2250/00—Arrangements for modifying the flow of the heat exchange media, e.g. flow guiding means; Particular flow patterns
    • F28F2250/08—Fluid driving means, e.g. pumps, fans
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Landscapes

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

Abstract

Задача изобретения заключается в интенсификации конвективной составляющей теплообмена, что приводит к увеличению энергетической эффективности теплообменного устройства, снижению его веса и стоимости. Устройство охлаждения содержит вентилятор с направленным воздушным выходом из корпуса, вихревую камеру (1) с входом (2, 3), обеспечивающим закрутку воздуха в камере (1), которым соединена с воздушным выходом из корпуса вентилятора, и с отверстием (10, 11) на торце для выхода воздуха, теплопроводящий элемент (12), расположенный во внутреннем объёме вихревой камеры (1) и выполненный с возможностью взаимодействия для охлаждения с расположенным снаружи вихревой камеры (1) элементом электроаппаратуры.

Description

Область техники
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.
Уровень техники
В большинстве известных существующих систем охлаждения электроаппаратуры, электронной аппаратуры, в частности компьютеров, отвод тепла от его источников осуществляется в три этапа.
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.
Второй этап - перенос тепла по средствам теплопроводящих элементов от источника тепла до радиатора. Радиатор в этом случае термически соединён с холодным концом теплопроводящего элемента.
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.
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).
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).
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).
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.
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.
Сущность изобретения
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.
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.
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 частности
- 1 014801 иметь оребрение.
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.
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.
Для обеспечения жидкостного охлаждения теплопроводящий элемент может быть выполнен в виде трубки с возможностью прохода через неё охлаждающей жидкости.
Возможны варианты осуществления изобретения, когда вихревая камера выполнена с тангенциальным входом, либо когда вихревая камера выполнена со спиральным входом.
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.
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.
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.
Внутренний объем вихревой камеры может быть выполнен в поперечном сечении цилиндрическим, эллиптическим или многогранным.
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.
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.
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.
Описание иллюстрирующих изобретение графических материалов
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;
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;
на фиг. 5 показана компоновка стандартного системного блока компьютера с установленным в нем устройством охлаждения вертикальной компоновки, предназначенным для охлаждения центрального процессора;
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;
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;
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;
на фиг. 12, 13 и 14 показан пример низкопрофильной компоновки устройства охлаждения с одной вихревой камерой с тангенциальным входом, соединенным с одним центробежным вентилятором;
на фиг. 15 представлена аналогичная конструкция со спиральным входом в вихревую камеру;
на фиг. 16 показан пример низкопрофильной реализации устройства охлаждения, которое содержит
- 2 014801 две выполненные зеркально-симметричными вихревые камеры, соединенные с одним центробежным вентилятором;
на фиг. 17 показан пример низкопрофильной реализации устройства охлаждения, которое содержит две пары выполненных зеркально-симметричными вихревых камер, соединенных с одним центробежным вентилятором;
на фиг. 18 и 19 представлено устройство охлаждения, реализованное для системы жидкостного охлаждения электроаппарата;
на фиг. 20 показана компоновка стандартного системного блока компьютера с системой жидкостного охлаждения, реализованной с использованием устройства охлаждения, представленного на фиг. 18 и 19.
Детальное описание примеров осуществления изобретения
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.
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.
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.
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.
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.
Основными способами увеличения конвективной составляющей теплообмена является повышение скорости потока воздуха и степени его турболизации. И то, и другое легко достижимо в вихревой камере.
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.
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.
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.
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.
Использование тепловых трубок в подобных устройствах широко известно.
Тепловая трубка представляет собой герметичное теплопередающее устройство, которое работает по замкнутому испарительно-конденсационному контуру в тепловом контакте с внешними источником и
- 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.
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.
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.
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).
Другой вариант вертикальной компоновки устройства охлаждения представлен на фиг. 6 и 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.
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.
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.
На фиг. 8, 9 и 10 показан вариант горизонтальной компоновки устройства охлаждения с расположением вихревой камеры 28 осью параллельно плоскости монтажа.
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.
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.
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.
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.
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.
- 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.
Вихревая камера 38 имеет отверстие 42 для выхода воздуха на одном торце, но возможно выполнение таких отверстий на обоих торцах вихревой камеры 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.
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.
Это решение отличает большая в сравнении с описанными выше компактность и отсутствие активных теплопроводящих элементов, таких как тепловые трубки.
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.
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.
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).
Отверстие 53 (фиг. 12) для выхода воздуха расположено на одном торце вихревой камеры 45 и ориентировано на теплопроводящее основание 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.
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.
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.
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.
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.
Это конструктивное решение отличается меньшей занимаемой площадью в сравнении с цилиндрическими камерами и повышенной турболизацией потока в объёме вихревой камеры (57 и 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.
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.
Это конструктивное решение может быть целесообразным для использования воздуха, истекающего из четырех отверстий 70 вихревых камер 64, для направления на дополнительные источники тепла,
- 5 014801 расположенные в объёме охлаждаемого устройства (конденсаторы, блоки памяти и тому подобное).
На фиг. 18 и 19 представлено устройство охлаждения, реализованное для системы жидкостного (водяного) охлаждения электроаппарата, в частности системного блока компьютера.
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.
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.
На фиг. 20 показана компоновка стандартного системного блока компьютера с системой жидкостного охлаждения.
Теплопроводящий элемент 83 своими концами подключается к замкнутой жидкостной системе охлаждения, включающей насос 84 для прокачивания жидкости и элементы 85, 86, требующие охлаждения.
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).
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.
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.
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.
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.
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.

Claims (21)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    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 сна
    - 6 014801 ружи вихревой камеры элементом электроаппаратуры для его охлаждения.
  2. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что теплопроводящий элемент выполнен в виде тепловой трубки.
  3. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что теплопроводящий элемент выполнен в виде стержня из теплопроводящего материала.
  4. 4. Устройство по пп.1, 2 или 3, отличающееся тем, что наружная поверхность теплопроводящего элемента выполнена с рельефом для рассеивания тепла.
  5. 5. Устройство по пп.1, 2 или 3, отличающееся тем, что наружная поверхность теплопроводящего элемента выполнена с оребрением.
  6. 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.
  7. 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.
  8. 8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что теплопроводящий элемент выполнен в виде трубки для обеспечения жидкостного охлаждения.
  9. 9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вихревая камера выполнена с тангенциальным входом.
  10. 10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вихревая камера выполнена со спиральным входом.
  11. 11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вихревая камера выполнена из теплопроводящего материала.
  12. 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.
  13. 13. Устройство по п.11 или 12, отличающееся тем, что корпус вихревой камеры выполнен снаружи с элементами рельефа для увеличения поверхности теплообмена.
  14. 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.
  15. 15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что теплопроводящее основание расположено напротив отверстия для выхода воздуха из вихревой камеры.
  16. 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.
  17. 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.
  18. 18. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутренний объем вихревой камеры выполнен в поперечном сечении цилиндрическим, или эллиптическим, или многогранным.
  19. 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.
  20. 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.
  21. 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.
EA201001075A 2010-07-16 2010-07-16 Устройство охлаждения для электроаппаратуры EA201001075A1 (ru)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA201001075A EA201001075A1 (ru) 2010-07-16 2010-07-16 Устройство охлаждения для электроаппаратуры
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 EA201001075A1 (ru) 2010-07-16 2010-07-16 Устройство охлаждения для электроаппаратуры

Publications (2)

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

Family

ID=43778132

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201001075A EA201001075A1 (ru) 2010-07-16 2010-07-16 Устройство охлаждения для электроаппаратуры

Country Status (2)

Country Link
EA (1) EA201001075A1 (ru)
WO (1) WO2012008868A1 (ru)

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 (ru) * 2018-12-04 2019-09-18 Антон Андреевич Румянцев Комбинированная система охлаждения

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2580675C2 (ru) * 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) Устройство охлаждения элементов тепловыделяющей аппаратуры
CN110145895B (zh) * 2019-06-17 2024-08-02 李国庆 一种涡旋制冷动力机
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 (ru) * 2001-07-05 2003-03-20 Федор Николаевич Зайченко Вихревая труба
WO2004061957A1 (en) * 2003-01-07 2004-07-22 Oseir Oy Method and apparatus for temperature control of optoelectronic semiconductor components
RU2275764C1 (ru) * 2005-08-08 2006-04-27 Сергей Анатольевич Ермаков Тепловая трубка с принудительной циркуляцией жидкости и тепловая трубка для охлаждения ноутбуков
RU2294489C1 (ru) * 2005-06-16 2007-02-27 Владимир Михайлович Криловецкий Изобарный вихревой кондиционер
WO2007042621A1 (en) * 2005-10-10 2007-04-19 Mg Innovations Corp. Phase change material heat exchanger
RU2305230C2 (ru) * 2004-04-08 2007-08-27 Юрий Григорьевич Белостоцкий Способ работы устройства для охлаждения и устройство для охлаждения
RU2334378C1 (ru) * 2007-05-16 2008-09-20 Азат Геннадьевич Коченков Устройство охлаждения элементов тепловыделяющей электроаппаратуры

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU519880A1 (ru) * 1974-07-02 1976-06-30 Предприятие П/Я Г-4371 Устройство дл охлаждени радиоэлектродных приборов
SU1274165A1 (ru) * 1984-01-25 1986-11-30 Казанский Ордена Трудового Красного Знамени И Ордена Дружбы Народов Авиационный Институт Им.А.Н.Туполева Радиоэлектронный блок
RU2207472C2 (ru) * 2001-07-05 2003-06-27 Зайченко Федор Николаевич Вихревая труба
JP2009117631A (ja) * 2007-11-07 2009-05-28 Panasonic Corp 冷却装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2001118548A (ru) * 2001-07-05 2003-03-20 Федор Николаевич Зайченко Вихревая труба
WO2004061957A1 (en) * 2003-01-07 2004-07-22 Oseir Oy Method and apparatus for temperature control of optoelectronic semiconductor components
RU2305230C2 (ru) * 2004-04-08 2007-08-27 Юрий Григорьевич Белостоцкий Способ работы устройства для охлаждения и устройство для охлаждения
RU2294489C1 (ru) * 2005-06-16 2007-02-27 Владимир Михайлович Криловецкий Изобарный вихревой кондиционер
RU2275764C1 (ru) * 2005-08-08 2006-04-27 Сергей Анатольевич Ермаков Тепловая трубка с принудительной циркуляцией жидкости и тепловая трубка для охлаждения ноутбуков
WO2007042621A1 (en) * 2005-10-10 2007-04-19 Mg Innovations Corp. Phase change material heat exchanger
RU2334378C1 (ru) * 2007-05-16 2008-09-20 Азат Геннадьевич Коченков Устройство охлаждения элементов тепловыделяющей электроаппаратуры

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 (ru) * 2018-12-04 2019-09-18 Антон Андреевич Румянцев Комбинированная система охлаждения

Also Published As

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

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI636724B (zh) 具有散熱功能的電子設備及其水冷排總成
US6288895B1 (en) Apparatus for cooling electronic components within a computer system enclosure
US6459576B1 (en) Fan based heat exchanger
JP6126149B2 (ja) 放熱フィンを有する熱伝導部材を備えた空冷式レーザ装置
JP4551261B2 (ja) 冷却ジャケット
JP2004116864A (ja) 冷却機構を備えた電子機器
TW201251591A (en) Computer case
US10925183B2 (en) 3D extended cooling mechanism for integrated server
EA014801B1 (ru) Устройство охлаждения для электроаппаратуры
US7934540B2 (en) Integrated liquid cooling unit for computers
US20230164947A1 (en) Water cooler assembly and system
JP3068892U (ja) Ｃｐｕ放熱装置
TW201728826A (zh) 散熱裝置與電子系統
JP2014502785A (ja) 複数の熱を発生する部品が備えられた筐体を有する電子装置
JP5117287B2 (ja) 電子機器の冷却装置
CN212970511U (zh) 一种应用散热装置的电气设备
US10103081B2 (en) Heat sink
JP2015166667A (ja) 小型放熱冷却装置、
CN209914356U (zh) 冷凝器的散热结构
JP2007004765A (ja) 液冷式コンピュータ装置
KR101897931B1 (ko) 전자 장치의 프로세서 냉각 시스템
JP4517962B2 (ja) 電子機器用冷却装置
TWM600068U (zh) 設備組件、冷卻系統、及設備機架
WO2012169926A1 (en) Liquid cooling unit for electrical equipment (variants)
TW202139821A (zh) 重力式高效率散熱裝置

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