ES2335129T3 - Dispositivo para la refrigeracion de componentes electronicos. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo para la refrigeración de elementos constructivos electrónicos, esencialmente formado por unos componentes en forma de placa, los cuales forman un espacio hueco (9), que puede ser atravesado por un refrigerante líquido, que presenta un pieza añadida (10) para la generación de turbulencias, estando formados los componentes en forma de placa como unas piezas de chapa que se pueden apilar entre sí, formadas en forma de cuba, presentando un borde (4a, 5a) perimetral, transformables sin arranque de virutas, caracterizado porque los componentes (4, 5) en forma de placa están formados como piezas iguales.
Description
Dispositivo para la refrigeración de componentes
electrónicos.
La presente invención se refiere a un
dispositivo para la refrigeración de elementos constructivos
electrónicos según el preámbulo de la reivindicación 1 - conocido
por el documento DE 41 31 739 A1 de la solicitante.
Los dispositivos de refrigeración para elementos
constructivos electrónicos se conocen en diferentes tipos
constructivos, teniendo lugar la refrigeración o bien mediante el
aire del entorno o mediante un refrigerante líquido. Por el
documento EP 0 278 240 A2, se dio a conocer un cuerpo de
refrigeración con una placa básica metálica, conductora del calor,
sobre la cual está sujeto, mediante soldadura blanda, un elemento de
refrigeración en forma de un paquete de nervios, el cual es
refrigerado mediante una corriente de aire. La placa básica
conductora del calor se encuentra al mismo tiempo en contacto
conductor de calor con los elementos constructivos electrónicos.
Por el documento DE 198 06 978 A1, se dio a conocer un dispositivo
para la refrigeración de elementos constructivos electrónicos
mediante convección, siendo conducida una corriente de aire de
refrigeración a través de canales dotados con nervios de un cuerpo
de refrigeración para la retirada de calor. El cuerpo de
refrigeración está conectado, de manera que conduce el calor, con
los componentes electrónicos.
Por el documento DE 41 31 739 A1 de la
solicitante, se dio a conocer una instalación de refrigeración para
elementos constructivos eléctricos en el cual dos elementos
constructivos en forma de placa, una placa básica conductora del
calor y una placa de recubrimiento, están conectadas entre sí y
encierran un espacio hueco el cual es recorrido por un refrigerante
líquido. Para el aumento de la transmisión de calor está dispuesta
en el espacio hueco una pieza añadida para la generación de
turbulencia y está soldada de manera blanda preferentemente con la
placa básica. De este modo, se consigue una retirada de calor
efectiva de la potencia perdida generada por los elementos
constructivos eléctricos. Por el documento DE 199 11 205 A1 o el
documento DE-A-10207873, se dio a
conocer un dispositivo refrigerado por líquido similar para
elementos constructivos electrónicos, estando fabricadas una placa
básica realizada en un material metálico y una placa de
recubrimiento realizada en un plástico y que encierran entre sí un
espacio hueco con un nervio de refrigeración, el cual es recorrido
por el refrigerante líquido. En una forma de realización preferida
las conexiones de refrigerante están dispuestas sobre el mismo
lado, de manera que se da lugar a una desviación del refrigerante en
el espacio hueco. En los dispositivos de refrigeración conocidos,
en particular en los dispositivos refrigerados por líquido, es
desventajosa la complejidad de fabricación para las piezas
individuales tales como la placa básica y la placa de recubrimiento,
así como su montaje y obturación.
La presente invención se plantea el problema de
simplificar constructivamente un dispositivo para la refrigeración
de elementos constructivos electrónicos del tipo mencionado al
principio y de reducir los costes de fabricación del
dispositivo.
Este problema se resuelve mediante las
características de la reivindicación 1. Según la invención, está
previsto que el espacio hueco recorrido por el refrigerante esté
formado de tal manera por los denominados discos de pila, es decir,
piezas de chapa formadas en forma de cuba, que se pueden fabricar
mediante embutición profunda, con un borde perimetral, que está
elevado. Los discos de pila son colocados unos en otros o apilados
unos en otros y encierran entre sí una pieza añadida de
turbulencia, es decir un elemento el cual aumenta la transmisión de
calor entre el refrigerante y los discos de apila. Los discos de
pila son en sí conocidos de diferentes aplicaciones, por ejemplo
por el documento EP 0 623 798 A2 como radiador refrigerante/aceite.
Los discos de pila, es decir placas de intercambiador de calor
formadas en forma de cubeta con bordes perimetrales, están formados
como piezas iguales y están dispuestos en capas para formar una
pila, encontrándose chapas de turbulencia entre los discos de pila.
El radiador de aceite de discos de pila es atravesado por dos
medios, es decir aceite y refrigerante. Por el documento DE 197 11
258 A1 así como por el documento DE 195 11 991 A1, se conocen
utilizaciones similares de intercambiador de calor de discos de
pila, en los que están involucrados medios gaseosos en el
intercambio de calor. La ventaja del dispositivo de refrigeración
según la invención reside en la estructura sencilla y los costes de
fabricación bajos resultantes de ello. Los discos de pila se pueden
fabricar, con unos costes favorables, mediante conformación sin
arranque de virutas (estampado, embutición profunda, troquelado) a
partir de una chapa, preferentemente a partir de una aleación de
aluminio. La conexión de ambos discos para formar un cuerpo hueco o
elemento de refrigeración tiene lugar mediante soldadura blanda,
siendo soldados de forma indirecta, por un lado, los bordes
perimetrales entre sí y, por el, otro la pieza añadida de
turbulencia con los discos de pila. A diferencia de los
intercambiadores de calor de discos de pila convencionales, el
dispositivo de refrigeración según la invención es un radiador de un
solo circuito, es decir que en el intercambio de calor participa
únicamente un medio de circulación - el calor perdido que hay que
retirar es conducido mediante conducción térmica a los discos de
pila.
Dos discos de pila, un disco de pila inferior y
un disco de pila superior con pieza añadida de turbulencia
encerrada, forman un canal de circulación, estando, según un
perfeccionamiento ventajoso de la invención, dispuestos también
varios canales de circulación de este tipo unos encima de otros y
pudiendo se recorridos, preferentemente, paralelos. En dos canales
de circulación hay por lo tanto tres discos de pila, uno inferior,
uno central y uno superior situados uno en otro y formando el
espacio hueco. El canal de circulación adicional tiene la ventaja
de que es posible un caudal de refrigerante mayor con una caída de
presión menor y que se puede conseguir una refrigeración
mejorada.
Según un perfeccionamiento ventajoso de la
invención el disco de pila inferior está conectado, de forma que
puede conducir el calor, preferentemente mediante soldadura
indirecta, con una placa básica la cual, por su parte, está
conectada con los elementos constructivos electrónicos. De este
modo, resulta una buena conexión conductora del calor, de manera
que el calor perdido que se genera en los elementos constructivos
puede ser derivado directamente al refrigerante circulante.
En otra estructuración ventajosa de la
invención, el disco de pila superior está reforzado mediante una
placa de recubrimiento la cual, por su parte, está soldada de
manera blanda con el disco de pila. Ventajosamente, están previstas
en el disco de pila superior o el disco de cobertura aberturas para
la entrada y salida del refrigerante o tubuladuras de refrigerante
correspondientes. Todas las piezas del dispositivo de refrigeración
según la invención están fabricadas, preferentemente, a partir de
materiales de aluminio o aleaciones de aluminio y pueden ser
soldadas de manera fuerte en un proceso de trabajo. De este modo, se
suprimen también trabajos de montaje complejos para el acoplamiento
y obturación de una placa básica o placa de recubrimiento
convencional. Además, mediante la soldadura indirecta se consigue
una conducción térmica sobresaliente.
La forma, es decir la planta del dispositivo de
refrigeración según la invención, es en sí discrecional, por
ejemplo cuadrada, circular, ovalada o alargada - una forma de
realización preferida prevé una planta aproximadamente rectangular
con esquinas redondeadas.
En el dibujo, está representado un ejemplo de
forma de realización de la invención que se describe a continuación
con mayor detalle, en el que:
la Fig. 1 muestra un dispositivo de
refrigeración según la invención para elementos constructivos
electrónicos en representación en perspectiva,
la Fig. 2 muestra el dispositivo de
refrigeración según la Fig. 1 en una vista,
la Fig. 3 muestra el dispositivo de
refrigeración según la Fig. 1 en una vista lateral,
la Fig. 4 muestra el dispositivo de
refrigeración según la Fig. 1 en una vista superior, y
la Fig. 5 muestra el dispositivo de
refrigeración según la Fig. 1 en una representación en sección.
La Fig. 1 muestra un dispositivo de
refrigeración 1 para la refrigeración de elementos constructivos
electrónicos no representados, por ejemplo semiconductores, los
cuales generan un calor perdido notable durante su funcionamiento.
El dispositivo de refrigeración 1 consta de una placa básica 2,
sobre la cual está sujeto en unión material un radiador de discos
de pila de un solo circuito 3, preferentemente mediante soldadura.
La placa básica 2 está formada plana por ambos lados y presenta dos
listones del borde 2a, 2b, en los cuales están dispuestos unos
orificios de sujeción 2c. El dispositivo de refrigeración 1 es
sujeto, mediante la placa básica 2, a los elementos constructivos
electrónicos no representados en toda su superficie y mediante una
conexión que conduce bien el calor, de manera que puede tener lugar
la entrada de calor en la totalidad de la superficie de la placa de
base 2. El radiador de discos de pila 3 consta -en la medida en que
puede desprenderse de la Fig. 1- de un disco de pila 4 inferior,
conectado en unión de material con la placa básica 2, un disco de
pila 5 superior, insertado en el disco de pila 4 inferior, una placa
de recubrimiento 6 así como una tubuladura de entrada de
refrigerante 7 y una tubuladura de salida de refrigerante 8. La tapa
de cobertura 6 presenta -de forma similar a los dos discos de pila
4, 5- un borde perimetral, el cual está desengatillado en las zonas
de esquina, de manera que las cuatro tiras del borde 6a, 6b, 6c, 6d
permanecen erguidas. El concepto "disco de pila" corresponde
al estado de la técnica citado al principio y se explica abajo -para
la Fig. 5- con mayor detalle.
La Fig. 2 muestra el dispositivo de
refrigeración 1 en una vista en la cual para las mismas piezas se
utilizan los mismos signos de referencia. La placa básica 2
presenta un lado inferior 2d plano y liso, a través del cual tiene
lugar la entrada de calor, representada mediante las flechas Q. Los
discos de pila 4, 5 presentan un borde 4a, 5a perimetral, elevado,
que se extiende ligeramente cónico. El borde 5a del disco de pila 5
superior es solapado por la tira de borde 6c de la placa de
recubrimiento 6 que no es visible aquí.
La Fig. 3 muestra una vista lateral del
dispositivo de refrigeración 1, ligeramente ampliada. La placa
básica 2 sobresale los dos discos de pila 5, 6, hacia ambos lados,
con los listones de borde 2a, 2b. Los bordes 4a, 5a presentan el
mismo contorno que en la Fig. 2, siendo solapado el borde superior
5a por la tira del borde 6d de la placa de recubrimiento 6 que no
es visible aquí.
La Fig. 4 muestra el dispositivo de
refrigeración 1 en una vista superior - al mismo tiempo es visible
la planta rectangular de los discos de pila 4, 5 con zonas de
esquina redondeadas. Los orificios de sujeción 2c en los listones
de borde 2a, 2b están dispuestos fuera de los discos de pila 4, 5 y,
por consiguiente, son libremente accesibles. Las flechas entre las
tubuladuras de refrigerante 7, 8 indican el recorrido del flujo del
refrigerante.
La Fig. 5 muestra una sección a través del
dispositivo de refrigeración 1 en la zona de una tubuladura de
conexión de refrigerante, aquí de la tubuladura de entrada 7, que
está soldada indirectamente de forma obturada en la placa de
recubrimiento 6 y el disco de pila 5 superior. Entre el disco de
pila 4 inferior y el disco de pila 5 superior, está formado un
espacio hueco 9 o un canal de circulación 9, en el cual está
dispuesta una chapa de turbulencia 10 y que está soldada de manera
blanda a ambos lados con los discos de pila 4, 5. Los discos de
pila 4, 5 están soldados de manera blanda entre sí por sus zonas de
borde 4a, 5a perimetrales, que se solapan. La formación de los
discos de pila es por lo demás conocida por el estado de la técnica
mencionado al principio, es decir que los discos de pila son
fabricados, mediante conformación sin arranque de viruta, tal como
estampado, troquelado y embutición profunda a partir de una chapa
relativamente delgada, preferentemente chapa de aluminio, y
requieren herramientas relativamente sencillas, como las que se
utilizan también en intercambiadores de calor de discos de pila de
dos circuitos. Asimismo, la chapa de turbulencia 10 es un componente
conocido del estado de la técnica. Sirve no sólo para la mejora del
intercambio de calor entre el refrigerante y las paredes contiguas
de los discos de pila 4, 5 sino que actúa, como consecuencia de la
soldadura indirecta, también como ancla de tracción y aumenta, por
con siguiente, la resistencia a la presión interior del canal de
circulación 9. Sobre el lado exterior del disco de pila superior 5
se apoya la placa de recubrimiento 6, algo más gruesa, la cual por
consiguiente da lugar a un refuerzo del disco de pila 5 y confiere a
las tubuladuras 7, 8 también el necesario apoyo.
El funcionamiento del dispositivo de
refrigeración 1 es el siguiente: El calor es introducido, en
correspondencia con las flechas Q, por elementos constructivos
electrónicos no representados mediante conducción térmica en la
placa básica 2 y es trasmitido, mediante conducción térmica e
intercambio de calor, en el refrigerante que circula por el espacio
hueco 9. Preferentemente, se utiliza como refrigerante, el cual
entra a través de la tubuladura de entrada de refrigerante 7 y
vuelve a salir a través de la tubuladura de salida de refrigerante
8, una mezcla de agua-glicol.
Todas las piezas del dispositivo de
refrigeración 1 están fabricadas de aluminio o aleaciones de
aluminio y son soldadas de manera fuerte, en un proceso de trabajo,
en un horno para soldeo fuerte no representado con lo cual, por una
parte, se consigue la conexión fuerte necesaria entre los
componentes y, por la otra, la necesaria estanqueidad.
En el ejemplo de forma de realización
representado está previsto únicamente un canal de circulación 9, el
cual es idéntico al espacio hueco 9. Sin embargo, es posible también
y está en el marco de la invención que, por lo menos, sea previsto
otro canal de circulación, en el cual son introducidos, en el disco
de pila 5 superior, otro disco de pila y otra chapa de turbulencia.
Ambos canales de circulación pueden ser recorridos entonces,
paralelos entre sí, por refrigerante, teniendo lugar una conducción
de calor desde el canal de circulación inferior hacia el superior,
es decir desde el refrigerante más calentado hacia el refrigerante
menos calentado. Al mismo tiempo se consigue, mediante el aumento
de la sección transversal de circulación, una caída de presión
menor por el lado del refrigerante. Un incremento de la retirada de
calor mediante el aumento del número de canales de circulación o de
discos de pila es posible sin embargo únicamente con pocos canales
de circulación.
Claims (11)
1. Dispositivo para la refrigeración de
elementos constructivos electrónicos, esencialmente formado por unos
componentes en forma de placa, los cuales forman un espacio hueco
(9), que puede ser atravesado por un refrigerante líquido, que
presenta un pieza añadida (10) para la generación de turbulencias,
estando formados los componentes en forma de placa como unas piezas
de chapa que se pueden apilar entre sí, formadas en forma de cuba,
presentando un borde (4a, 5a) perimetral, transformables sin
arranque de virutas, caracterizado porque los componentes
(4, 5) en forma de placa están formados como piezas iguales.
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque el espacio hueco (9) es formado por lo
menos por un canal de circulación (9) limitado en cada caso por dos
componentes (4, 5) en forma de placa.
3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque el componente (4) en forma de placa
inferior está conectado en unión material, en particular por
soldadura blanda, con una placa básica (2), en particular una placa
básica metálica.
4. Dispositivo según la reivindicación 1, 2 ó 3
caracterizado porque el componente (5) en forma de placa
superior está reforzado mediante una placa de recubrimiento
(6).
5. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 4, caracterizado porque la pieza añadida (10) está
conectada en unión material con los componentes (4, 5) en forma de
placa, en particular por soldadura blanda.
6. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 5, caracterizado porque los componentes (4, 5) en forma
de placa están conectados entre sí, en particular soldados de manera
indirecta, en unión material por el lado del borde, es decir en la
zona de los bordes (4a, 5a) perimetrales.
7. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 6, caracterizado porque en el componente (5) en forma de
placa superior, respectivamente de la placa de recubrimiento (6)
está dispuesta por lo menos una abertura de entrada y por lo menos
una abertura de salida (7, 8) para el refrigerante.
8. Dispositivo según la reivindicación 7,
caracterizado porque en la zona de las aberturas de entrada y
salida están dispuestas unas tubuladuras de conexión (7, 8) y están
conectadas en unión material, en particular soldadas de manera
indirecta, con el componente (5) en forma de placa superior,
respectivamente la placa de recubrimiento (6).
9. Dispositivo según una de las reivindicaciones
2 a 8, caracterizado porque la placa básica (2) está formada
a modo de placa de sujeción (2a, 2b) con unos medios de sujeción, en
particular unos orificios de sujeción (2c).
10. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque los componentes
(4, 5) en forma de placa presentan una planta aproximadamente
rectangular.
11. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque los componentes
individuales (2, 4, 5, 6, 7, 8, 10) se pueden fabricar con
materiales de aluminio y son conectados entre sí, en una operación
de trabajo, mediante soldadura fuerte.
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