RU2263371C1

RU2263371C1 - Device for cooling down computer processor chip

Info

Publication number: RU2263371C1
Application number: RU2004103182/28A
Authority: RU
Inventors: ков Н.Г. Купр (RU); Н.Г. Купряков; К.Н. Бреусов (RU); К.Н. Бреусов
Original assignee: Купряков Николай Григорьевич; Бреусов Константин Николаевич
Priority date: 2004-02-04
Filing date: 2004-02-04
Publication date: 2005-10-27
Also published as: RU2004103182A

Abstract

FIELD: electronic industry; computers in which processor chips emit high heat.

SUBSTANCE: proposed device has radiator with radial ribs, heat pipes disposed throughout entire width of radiator and over its perimeter in the form of circumference that mounts processor chip, and axial-flow fan disposed on radiator longitudinal axis. Peripheral arrangement of radiator heat pipes and ribs provides for enhanced transfer of heat flux from radiator base to its peripheral region wherein translational-flow speed of cooling air forced by axial-flow fan is maximal.

EFFECT: enhanced efficiency of using cooling air forced by fan to radiator and intensity of heat transfer between heat pipe and ribs.

14 cl, 5 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к электронной промышленности и может быть использовано в компьютерах, имеющих повышенное тепловыделение кристалла процессора.The present invention relates to the electronics industry and can be used in computers having increased heat dissipation of the processor chip.

Известно устройство для охлаждения кристалла компьютерного процессора (статья: А.Гнатуш. "ННС-001: тепловая труба Coolermaster". Интернет-сайт: www.composter.kiev.ua, 25.03.2003 г.), содержащее медный радиатор кубической формы с вертикально расположенными теплопроводящими ребрами, теплопередающий элемент, выполненный в виде двух тепловых труб круглого сечения, осевой вентилятор, кристалл процессора. Ребра радиатора имеют общее теплопринимающее основание, к которому через тепловой интерфейс прикреплен охлаждаемый кристалл процессора. Геометрическая ось радиатора расположена вертикально. Тепловые трубы имеют тепловой контакт с теплопринимающим основанием радиатора, расположенным в его нижней части, а их концы контактируют с противолежащей торцевой стороной радиатора. Тепловые трубы не имеют теплового контакта с ребрами радиатора по его периметру, расположенному вокруг его вертикальной геометрической оси. Ось вращения вентилятора направлена вертикально и расположена перпендикулярно плоскости теплопринимающего основания радиатора. Поток охлаждающего воздуха от осевого вентилятора проходит между вертикально расположенными медными ребрами радиатора, достигает поверхности основания радиатора, отражается от него и выходит наружу через боковые зазоры между ребрами радиатора.A device is known for cooling a crystal of a computer processor (article: A. Gnatush. "NNS-001: Coolermaster heat pipe. Internet site: www.composter.kiev.ua, 03/25/2003), containing a cubic copper radiator with a vertical located heat-conducting fins, heat transfer element made in the form of two heat pipes of circular cross section, axial fan, processor chip. The heatsink fins have a common heat-receiving base, to which a cooled processor chip is attached through a thermal interface. The geometric axis of the radiator is vertical. Heat pipes have thermal contact with the heat-receiving base of the radiator located in its lower part, and their ends are in contact with the opposite end face of the radiator. Heat pipes do not have thermal contact with the fins of the radiator along its perimeter, located around its vertical geometric axis. The axis of rotation of the fan is directed vertically and is perpendicular to the plane of the heat-receiving base of the radiator. The flow of cooling air from the axial fan passes between vertically arranged copper fins of the radiator, reaches the surface of the radiator base, is reflected from it and goes out through the side gaps between the radiator fins.

Известное устройство имеет следующие недостатки.The known device has the following disadvantages.

1. Неэффективное использование потока охлаждающего воздуха, нагнетаемого осевым вентилятором. Причиной этого недостатка является то, что основное количество образовавшегося тепла от основания радиатора передается тепловыми трубами только в его противолежащую торцевую часть, а не по периметру радиатора, расположенному вокруг его геометрической оси. Значительное количество тепла от основания радиатора через его ребра поступает в центральную зону радиатора. Однако при работе осевого вентилятора наибольшее количество охлаждающего воздуха нагнетается в периферийную зону радиатора, то есть к его периметру. Это происходит потому, что окружная скорость вращения рабочего колеса вентилятора выше в периферийной его зоне, то есть там, где радиус его вращения больше, чем в его центральной зоне. Кроме того, значительное количество воздуха отбрасывается в периферийную зону радиатора под действием центробежных сил, создаваемых вращением рабочего колеса вентилятора. Поэтому в периферийной зоне радиатора обеспечивается наибольший расход нагнетаемого вентилятором потока воздуха, а в центральной зоне радиатора расход воздуха существенно меньше. В результате при повышении нагрузок на процессор увеличивается тепловыделение именно в центральной зоне радиатора и возникает вероятность перегрева кристалла процессора. Кроме того, воздух, нагнетаемый осевым вентилятором, достигает основания радиатора уже нагретым и не может внести существенного вклада в его охлаждение. Поэтому вероятность перегрева кристалла процессора увеличивается, что ограничивает возможность использования компьютера при повышенных нагрузках на кристалл.1. Inefficient use of the flow of cooling air pumped by an axial fan. The reason for this drawback is that the main amount of heat generated from the base of the radiator is transferred by heat pipes only to its opposite end part, and not along the perimeter of the radiator located around its geometric axis. A significant amount of heat from the base of the radiator through its ribs enters the central zone of the radiator. However, during operation of the axial fan, the largest amount of cooling air is pumped into the peripheral zone of the radiator, that is, to its perimeter. This is because the peripheral speed of rotation of the fan impeller is higher in its peripheral zone, that is, where the radius of its rotation is greater than in its central zone. In addition, a significant amount of air is thrown into the peripheral zone of the radiator under the action of centrifugal forces created by the rotation of the fan impeller. Therefore, in the peripheral zone of the radiator, the highest flow rate of the air flow pumped by the fan is provided, and in the central zone of the radiator, the air flow rate is significantly less. As a result, with increasing loads on the processor, heat dissipation in the central zone of the radiator increases and there is a likelihood of overheating of the processor crystal. In addition, the air pumped by the axial fan reaches the base of the radiator already heated and cannot make a significant contribution to its cooling. Therefore, the likelihood of overheating of the processor chip increases, which limits the ability to use a computer with increased loads on the chip.

2. Другим недостатком является повышенный уровень шума из-за большой частоты вращения рабочего колеса вентилятора, которую необходимо поддерживать, чтобы избежать перегрева кристалла процессора.2. Another disadvantage is the increased noise level due to the high frequency of rotation of the fan impeller, which must be maintained in order to avoid overheating of the processor chip.

3. Заметным недостатком также является пониженная интенсивность теплопередачи от тепловых труб к ребрам радиатора из-за того, что места их теплового контакта находятся только в торцевых зонах радиатора, то есть удалены от его периферийной зоны, имеющей значительную общую площадь теплообмена.3. A noticeable drawback is also the reduced intensity of heat transfer from heat pipes to the fins of the radiator due to the fact that the places of their thermal contact are located only in the end zones of the radiator, that is, removed from its peripheral zone, which has a significant total heat transfer area.

Известно наиболее близкое по конструкции предлагаемому изобретению устройство для охлаждения кристалла компьютерного процессора (опубликованная заявка на патент США №2001/0001981, дата публикации - 31 мая 2001 г., фиг.4 и 13), содержащее радиатор, выполненный в виде набора горизонтально расположенных теплопроводящих ребер, нанизанных на теплопередающий элемент, выполненный в виде одной или нескольких U-или V-образных тепловых труб круглого сечения, вертикально установленных на горизонтальном теплопринимающем основании, направляющий воздухопровод, расположенный горизонтально, осевой вентилятор, установленный на радиаторе, продольная ось которого расположена горизонтально. Ось вращения вентилятора расположена на продольной оси радиатора и направлена параллельно плоскости теплопринимающего основания. Тепловые трубы имеют тепловой контакт своей нижней изогнутой частью с теплопринимающим основанием, на котором укреплен кристалл процессора. Направленные кверху боковые ветви тепловых труб контактируют своей поверхностью с теми участками ребер радиатора, которые находятся внутри радиатора в его средней части, то есть в зоне, находящейся между его периметром и его горизонтально расположенной продольной осью. Радиатор, составленный из вертикального ряда горизонтально расположенных ребер, имеет прямоугольный периметр, расположенный вокруг его продольной геометрической оси.Known for the closest design of the invention to a device for cooling a crystal of a computer processor (published US patent application No. 2001/0001981, publication date May 31, 2001, FIGS. 4 and 13), comprising a radiator made in the form of a set of horizontally arranged heat-conducting ribs strung on a heat transfer element, made in the form of one or more U-or V-shaped heat pipes of circular cross section, vertically mounted on a horizontal heat-receiving base, guiding the air duct d disposed horizontally axial fan mounted on the radiator, the longitudinal axis of which is horizontal. The axis of rotation of the fan is located on the longitudinal axis of the radiator and is parallel to the plane of the heat-receiving base. Heat pipes have thermal contact with their lower curved part with a heat-receiving base, on which the processor chip is mounted. The lateral branches of the heat pipes directed upward contact with their surface with those parts of the radiator fins that are inside the radiator in its middle part, that is, in the zone located between its perimeter and its horizontally located longitudinal axis. The radiator, composed of a vertical row of horizontally spaced ribs, has a rectangular perimeter located around its longitudinal geometric axis.

Основной недостаток известного устройства - невысокая эффективность использования охлаждающего воздуха. Причина этой неэффективности заключается в том, что передача тепла от теплопринимающего основания радиатора осуществлена с помощью тепловых труб в его внутреннюю среднюю часть, а концевые части ребер радиатора, образующие его прямоугольный периметр, а также торцевые части ребер не имеют контакта с тепловыми трубами. При вращении рабочего колеса осевого вентилятора его лопасти захватывают воздух и направляют его по воздухопроводу вдоль оси радиатора. Поток воздуха, создаваемый вентилятором, имеет наибольшую поступательную скорость и наибольший расход в периферийной зоне радиатора за счет того, что величина линейной (окружной) скорости вращения рабочего колеса вентилятора является наибольшей в его периферийной части, где длина лопастей колеса наибольшая. В центральной же зоне радиатора поток охлаждающего воздуха имеет наименьшую поступательную скорость и расход ввиду наименьшего радиуса взаимодействия лопастей с воздухом. Кроме того, большое количество воздуха отбрасывается лопастями в периферийную зону радиатора под действием центробежных сил, создаваемых вращением рабочего колеса вентилятора. Поэтому именно в периферийной зоне радиатора создаются наиболее высокие значения расхода воздуха, а в центральной зоне радиатора - наиболее низкие. Основное же количество тепла от места нагрева изогнутой части тепловых труб к ребрам радиатора в первую очередь поступает в среднюю часть ребер радиатора, а не к концевым их частям, расположенным по периметру радиатора, находящемуся в периферийной его зоне. Поэтому высокий расход потока воздуха, нагнетаемого осевым вентилятором именно в периферийную зону радиатора, используется неэффективно. Кроме того, из-за прямоугольной формы периметра радиатора некоторая часть кольцевого потока охлаждающего воздуха, нагнетаемого в радиатор, не используется по назначению, так как проходит в свободное пространство между радиатором и воздухопроводом, где ребра радиатора не доходят до воздухопровода. В центральной и средней зонах радиатора сосредоточено основное количество тепла, поступающего от U-образных тепловых труб. Однако интенсивность отбора тепла от ребер радиатора и от участков тепловых труб, расположенных в средней и центральной зонах радиатора, существенно снижена вследствие меньшей величины расхода воздуха, нагнетаемого вентилятором в эти зоны радиатора. Ввиду указанного, ограничена возможность использования компьютера при повышенных нагрузках в связи с тем, что возрастает вероятность перегрева кристалла процессора, что требует соответствующего повышения мощности вентилятора и увеличения частоты его вращения.The main disadvantage of the known device is the low efficiency of using cooling air. The reason for this inefficiency is that heat is transferred from the heat-receiving base of the radiator using heat pipes to its inner middle part, and the end parts of the radiator fins forming its rectangular perimeter, as well as the end parts of the fins, do not have contact with the heat pipes. When the impeller of the axial fan rotates, its blades capture air and direct it through the air duct along the axis of the radiator. The air flow created by the fan has the highest translational speed and the highest flow rate in the peripheral zone of the radiator due to the fact that the linear (circumferential) speed of rotation of the fan impeller is the largest in its peripheral part, where the length of the wheel blades is greatest. In the central zone of the radiator, the flow of cooling air has the lowest translational speed and flow rate due to the smallest radius of interaction between the blades and the air. In addition, a large amount of air is thrown away by the blades into the peripheral zone of the radiator under the action of centrifugal forces created by the rotation of the fan impeller. Therefore, it is in the peripheral zone of the radiator that the highest air flow rates are created, and in the central zone of the radiator, the lowest. The main amount of heat from the place of heating of the bent part of the heat pipes to the fins of the radiator is primarily supplied to the middle part of the fins of the radiator, and not to their end parts located around the perimeter of the radiator located in its peripheral zone. Therefore, the high flow rate of the air pumped by the axial fan into the peripheral zone of the radiator is used inefficiently. In addition, due to the rectangular shape of the radiator perimeter, some part of the annular flow of cooling air pumped into the radiator is not used for its intended purpose, as it passes into the free space between the radiator and the air duct, where the radiator fins do not reach the air duct. In the central and middle zones of the radiator, the bulk of the heat from the U-shaped heat pipes is concentrated. However, the intensity of heat extraction from the fins of the radiator and from the sections of the heat pipes located in the middle and central zones of the radiator is significantly reduced due to the lower amount of air flow pumped by the fan into these zones of the radiator. In view of the above, the possibility of using a computer at increased loads is limited due to the fact that the probability of overheating of the processor chip increases, which requires a corresponding increase in fan power and an increase in its rotation frequency.

Другой недостаток известного устройства заключается в сниженной интенсивности теплопередачи от тепловой трубы к ребрам радиатора. Причиной этого недостатка является малая суммарная площадь теплового контакта между поверхностью тепловой трубы и ребрами радиатора, так как тепловая труба круглого сечения имеет тепловой контакт только с небольшой частью поперечного сечения ребра радиатора. Площадь этого контакта определяется длиной и диаметром тепловой трубы и толщиной ребра радиатора. Кроме того, параллельное расположение ребер радитора не позволяет обеспечить передачу тепла от тепловых труб ко всем ребрам одновременно и на всю их длину, особенно это касается торцевых частей ребер, так как они значительно удалены от тепловых труб.Another disadvantage of the known device is the reduced intensity of heat transfer from the heat pipe to the fins of the radiator. The reason for this disadvantage is the small total area of thermal contact between the surface of the heat pipe and the fins of the heat sink, since the heat pipe of circular cross section has heat contact with only a small part of the cross section of the heat sink fins. The area of this contact is determined by the length and diameter of the heat pipe and the thickness of the radiator fins. In addition, the parallel arrangement of the fins of the radiator does not allow for the transfer of heat from the heat pipes to all the fins at the same time and their entire length, especially with regard to the end parts of the fins, since they are significantly removed from the heat pipes.

Одним из недостатков известного устройства является также повышенный уровень шума при работе вентилятора, имеющего большую частоту вращения рабочего колеса из-за неэффективного использования охлаждающего воздуха.One of the disadvantages of the known device is also the increased noise level during operation of a fan having a high rotational speed of the impeller due to the inefficient use of cooling air.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности использования потока охлаждающего воздуха, нагнетаемого осевым вентилятором в радиатор, и повышение интенсивности теплопередачи между тепловой трубой и ребрами радиатора.The objective of the invention is to increase the efficiency of the flow of cooling air pumped by an axial fan into the radiator, and to increase the intensity of heat transfer between the heat pipe and the fins of the radiator.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для охлаждения кристалла компьютерного процессора, содержащем радиатор с ребрами, теплопринимающим основанием и с теплопередающим элементом типа тепловой трубы, имеющей тепловой контакт с теплопринимающим основанием и с ребрами радиатора, осевой вентилятор, расположенный на продольной оси радиатора, кристалл процессора, согласно изобретению периметр радиатора, образованный внешними сторонами его ребер по отношению к продольной оси радиатора, имеет форму окружности, а теплопередающий элемент установлен на радиаторе по его периметру, при этом ребра радиатора расположены радиально по отношению к его продольной оси.The problem is solved in that in a device for cooling a crystal of a computer processor containing a radiator with fins, a heat-receiving base and a heat transfer element such as a heat pipe having thermal contact with a heat-receiving base and with fins of a radiator, an axial fan located on the longitudinal axis of the radiator, crystal processor, according to the invention, the perimeter of the radiator, formed by the outer sides of its ribs with respect to the longitudinal axis of the radiator, has the shape of a circle, and heat transfer The th element is mounted on the radiator along its perimeter, while the radiator fins are located radially with respect to its longitudinal axis.

В предлагаемом устройстве теплопередающий элемент может иметь тепловой контакт с ребрами по всей ширине радиатора.In the proposed device, the heat transfer element may have thermal contact with the fins over the entire width of the radiator.

В предлагаемом устройстве теплопередающий элемент может быть выполнен в виде набора нескольких тепловых труб.In the proposed device, the heat transfer element can be made in the form of a set of several heat pipes.

В предлагаемом устройстве теплопередающий элемент может быть выполнен в виде полого цилиндра с двумя концентрично расположенными стенками, образующими между собой рабочую полость, в которую помещена рабочая жидкость для осуществления процесса теплопередачи.In the proposed device, the heat transfer element can be made in the form of a hollow cylinder with two concentrically arranged walls that form a working cavity between them, in which the working fluid is placed to carry out the heat transfer process.

В предлагемом устройстве полый цилиндр может быть расположен соосно продольной оси радиатора.In the proposed device, the hollow cylinder can be located coaxially with the longitudinal axis of the radiator.

Предлагаемое устройство может быть снабжено теплопроводящим цилиндром, установленным по периметру радиатора и расположенным между теплопередающим элементом и ребрами радиатора с образованием теплового контакта с ними.The proposed device can be equipped with a heat-conducting cylinder installed around the perimeter of the radiator and located between the heat transfer element and the fins of the radiator with the formation of thermal contact with them.

В предлагаемом устройстве теплопроводящий цилиндр может иметь тепловой контакт с теплопринимающим основанием радиатора.In the proposed device, the heat-conducting cylinder may have thermal contact with the heat-receiving base of the radiator.

В предлагаемом устройстве теплопроводящий цилиндр может быть изготовлен из материала с высоким коэффициентом теплопроводности.In the proposed device, the heat-conducting cylinder can be made of a material with a high coefficient of thermal conductivity.

В преджлагаемом устройстве теплопроводящий цилиндр может быть размещен на радиаторе по всей его ширине.In the proposed device, the heat-conducting cylinder can be placed on the radiator along its entire width.

В предлагаемом устройстве радиатор может быть снабжен дополнительными теплопроводящими ребрами.In the proposed device, the radiator can be equipped with additional heat-conducting fins.

В предлагаемом устройстве дополнительные ребра могут быть размещены радиально по отношению к продольной оси радиатора.In the proposed device, additional ribs can be placed radially with respect to the longitudinal axis of the radiator.

В предлагаемом устройстве дополнительные ребра могут быть размещены между основными ребрами радиатора.In the proposed device, additional fins can be placed between the main fins of the radiator.

В предлагаемом устройстве дополнительные ребра могут быть прикреплены консольно к теплопередающему элементу или к теплопроводящему цилиндру.In the proposed device, additional ribs can be attached cantilever to a heat transfer element or to a heat transfer cylinder.

В предлагаемом устройстве дополнительные ребра могут иметь меньшую радиальную ширину по сравнению с основными ребрамиIn the proposed device, additional ribs may have a smaller radial width compared with the main ribs

Технический результат предлагаемого изобретения выражается в повышении интенсивности теплоотбора за счет увеличения количества тепла, передаваемого от теплопринимающего основания к периметру радиатора, то есть в зону, куда вентилятором нагнетается максимальное количество охлаждающего воздуха и где скорость воздушного потока имеет наибольшую величину. Дополнительный технический результат выражается в увеличении скорости теплопередачи от тепловых труб к ребрам радиатора за счет их сосредоточения в периферийной зоне радиатора, а также за счет максимального сближения теплопередающего элемента к торцевым частям ребер радиатора. Благодаря этому суммарная площадь их теплового контакта с ребрами радиатора увеличивается. При этом снижается количество тепла, передаваемого в центральную зону радиатора, куда от вентилятора поступает наименьшее количество охлаждающего воздуха.The technical result of the invention is expressed in increasing the intensity of heat removal by increasing the amount of heat transferred from the heat-receiving base to the perimeter of the radiator, that is, to the area where the maximum amount of cooling air is pumped by the fan and where the air flow rate has the greatest value. An additional technical result is expressed in an increase in the rate of heat transfer from heat pipes to the radiator fins due to their concentration in the peripheral zone of the radiator, as well as due to the maximum approximation of the heat transfer element to the end parts of the radiator fins. Due to this, the total area of their thermal contact with the fins of the radiator increases. This reduces the amount of heat transferred to the central zone of the radiator, where the smallest amount of cooling air flows from the fan.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематически показано устройство в поперечном разрезе с набором нескольких тепловых труб круглого сечения, установленных на промежуточном теплопроводящем цилиндре, имеющем тепловой контакт с ребрами радиатора; на фиг.2 - общий вид сбоку на данное устройство согласно фиг.1; на фиг.3 - устройство, в котором тепловая труба выполнена в виде полого цилиндра с двумя стенками, вид по А-А с фиг.4; на фиг.4 - вид по В-В на устройство с фиг.3; на фиг.5 - схема распределения поступательной скорости охлаждающего воздуха по сечению радиатора (скорость потока воздуха указана в процентах).The essence of the invention is illustrated by drawings, where figure 1 schematically shows a device in cross section with a set of several heat pipes of circular cross section mounted on an intermediate heat-conducting cylinder having thermal contact with the fins of the radiator; figure 2 is a General side view of this device according to figure 1; figure 3 is a device in which the heat pipe is made in the form of a hollow cylinder with two walls, view along aa from figure 4; figure 4 is a view along BB in the device of figure 3; figure 5 - distribution of the translational speed of the cooling air over the cross section of the radiator (air flow rate is indicated in percent).

Устройство для охлаждения кристалла компьютерного процессора содержит радиатор, в состав которого входят теплопередающий элемент типа тепловой трубы, выполненный в виде набора нескольких тепловых труб 1 круглого сечения или в виде полого цилиндра 2, основные теплопроводящие ребра 3 и дополнительные ребра 4, теплопринимающее основание 5. На радиаторе установлен осевой вентилятор 6 с электродвигателем и рабочим колесом лопастного типа (показаны условно). На теплопринимающем основании 5 укреплен кристалл 7 процессора. Ребра 3 и 4 радиатора своими внешними сторонами образуют периметр радиатора, имеющий форму окружности, расположенной соосно продольной оси радиатора. Диаметр периметра радиатора выполнен соразмерным с диаметром рабочего колеса вентилятора 6. Ширина радиатора определяется продольной длиной ребер 3 и 4. Ребра 3 и 4 радиатора расположены радиально по отношению к его продольной оси и своими внешними сторонами прикреплены консольно к внутренней стороне тепловых труб 1 (на чертежах не показано) или к внутренней стороне полого цилиндра 2 (фиг.3 и 4) и размещены в периферийной зоне радиатора. При этом дополнительные ребра 4 расположены между основными ребрами 3 и имеют меньшую радиальную ширину по сравнению с ребрами 3. Наличие дополнительных ребер 4 значительно увеличивает суммарную поверхность теплоотбора в той части периферийной зоны радиатора, которая расположена ближе к его периметру. Теплопринимающее основание 5 установлено на внешней стороне набора тепловых труб 1 или на внешней стороне полого цилиндра 2 с образованием теплового контакта. Кристалл 7 процессора прикреплен к теплопринимающему основанию 5 с помощью теплового интерфейса (на чертежах не показан). Набор нескольких тепловых труб 1 круглого сечения установлен на радиаторе по его периметру (фиг.1) и охватывает радиатор по его ширине. В вакууммированной полости тепловых труб 1 содержится рабочая жидкость (на чертежах не показано) для осуществления процесса теплопередачи. Теплопередающий элемент типа тепловой трубы выполнен в виде полого цилиндра 2 с двумя концентрично расположенными цилиндрическими стенками, образующими между собой вакууммированную рабочую полость 8, в которую помещена рабочая жидкость 9 (например, вода) для осуществления процесса теплопередачи. Рабочая полость 8 имеет цилиндрическую форму. Полый цилиндр 2 установлен на радиаторе по его периметру и расположен соосно продольной оси радиатора. Длина полого цилиндра 2 выполнена равной ширине радиатора, что позволяет установить его с охватом радиатора по всей его ширине (фиг.4). В случае когда теплопередающий элемент выполнен в виде набора нескольких тепловых труб 1 круглого сечения, ребра 3 и 4 могут быть прикреплены к ним непосредственно (на чертежах не показано) или через посредство теплопроводящего цилиндра 10 (фиг.1 и 2), с которым тепловые трубы 1 и ребра 3 и 4 имеют тепловой контакт. Цилиндр 10 изготовлен из материала с высоким коэффициентом теплопроводности и установлен на радиаторе по его периметру. Цилиндр 10 расположен между тепловыми трубами 1 и ребрами 3 и 4. Цилиндр 10 укреплен на теплопринимающем основании 5 с образованием теплового контакта с ним. Геометрическая ось цилиндра 10 расположена соосно продольной оси радиатора и параллельно плоскости теплопринимающего основания 5. Длина цилиндра 10 равняется ширине радиатора, то есть цилиндр 10 размещен на радиаторе по всей его ширине Осевой вентилятор 6 установлен на торцевой стороне радиатора и расположен соосно продольной оси радиатора. Продольная ось радиатора может быть расположена горизонтально или вертикально.A device for cooling the crystal of a computer processor contains a radiator, which includes a heat transfer element such as a heat pipe, made in the form of a set of several heat pipes 1 of circular cross-section or in the form of a hollow cylinder 2, main heat-conducting fins 3 and additional fins 4, heat-receiving base 5. On the radiator has an axial fan 6 with an electric motor and an impeller of the blade type (shown conditionally). On the heat-receiving base 5, the processor crystal 7 is strengthened. The ribs 3 and 4 of the radiator with their external sides form the perimeter of the radiator, having the shape of a circle located coaxially with the longitudinal axis of the radiator. The diameter of the radiator perimeter is commensurate with the diameter of the impeller of the fan 6. The width of the radiator is determined by the longitudinal length of the ribs 3 and 4. The ribs 3 and 4 of the radiator are located radially with respect to its longitudinal axis and are attached cantilever to the inside of the heat pipes 1 on their external sides (in the drawings not shown) or to the inside of the hollow cylinder 2 (FIGS. 3 and 4) and placed in the peripheral zone of the radiator. Moreover, additional ribs 4 are located between the main ribs 3 and have a smaller radial width compared to the ribs 3. The presence of additional ribs 4 significantly increases the total surface of heat removal in that part of the peripheral zone of the radiator, which is located closer to its perimeter. The heat-receiving base 5 is installed on the outside of the set of heat pipes 1 or on the outside of the hollow cylinder 2 with the formation of thermal contact. The crystal 7 of the processor is attached to the heat-receiving base 5 using a thermal interface (not shown in the drawings). A set of several heat pipes 1 of circular cross section is mounted on the radiator along its perimeter (Fig. 1) and covers the radiator along its width. In the evacuated cavity of the heat pipes 1 contains a working fluid (not shown in the drawings) for the implementation of the heat transfer process. The heat transfer element of the type of heat pipe is made in the form of a hollow cylinder 2 with two concentrically arranged cylindrical walls forming an evacuated working cavity 8, into which the working fluid 9 (for example, water) is placed to carry out the heat transfer process. The working cavity 8 has a cylindrical shape. The hollow cylinder 2 is mounted on the radiator along its perimeter and is located coaxially with the longitudinal axis of the radiator. The length of the hollow cylinder 2 is made equal to the width of the radiator, which allows you to set it with the coverage of the radiator over its entire width (figure 4). In the case where the heat transfer element is made in the form of a set of several heat pipes 1 of circular cross section, the ribs 3 and 4 can be attached to them directly (not shown in the drawings) or through a heat transfer cylinder 10 (Figs. 1 and 2), with which the heat pipes 1 and ribs 3 and 4 have thermal contact. The cylinder 10 is made of a material with a high coefficient of thermal conductivity and is mounted on the radiator along its perimeter. The cylinder 10 is located between the heat pipes 1 and the ribs 3 and 4. The cylinder 10 is mounted on a heat-receiving base 5 with the formation of thermal contact with it. The geometric axis of the cylinder 10 is located coaxially with the longitudinal axis of the radiator and parallel to the plane of the heat-receiving base 5. The length of the cylinder 10 is equal to the width of the radiator, i.e., cylinder 10 is placed on the radiator along its entire width. The longitudinal axis of the radiator can be located horizontally or vertically.

Предложенное устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.

При работе процессора его кристалл 7 нагревается. Тепло, которое вырабатывается кристаллом 7, через тепловой интерфейс передается на теплопринимающее основание 5, от которого тепло быстро отбирается или набором тепловых труб 1 и цилиндром 10, или цилиндром 2, от которых наибольшая часть теплового потока передается по всему периметру радиатора и одновременно ко всем его ребрам 3 и 4 на всю их длину и радиальную ширину. При этом тепловой поток мгновенно передается и в торцевые части ребер 3 и 4 радиатора благодаря их радиальному расположению. При включенном двигателе осевого вентилятора 6 его рабочее колесо, вращаясь, нагнетает охлаждающий воздух вдоль продольной оси радиатора. Поток воздуха, нагнетаемый вентилятором 6, имеет наибольшую поступательную скорость (100%) и наибольший расход в периферийной зоне радиатора. Это обусловлено тем, что наибольшую величину окружной скорости вращения рабочее колесо вентилятора 6 имеет в его периферийной части, где радиус вращения лопастей наибольший, а наименьшую - к центру вращения, где радиус вращения лопастей наименьший (фиг.5). Кроме того, значительное количество воздуха отбрасывается в периферийную зону радиатора под действием центробежных сил, создаваемых вращением рабочего колеса вентилятора 6. В результате этого наибольшая часть воздушного потока, имеющая наибольшие показатели по расходу (фиг.5), нагнетается в периферийную зону радиатора, где расположены тепловые трубы 1, цилиндр 10 или цилиндр 2, теплопроводящие ребра 3 и 4. Максимально высокий расход охлаждающего воздуха, нагнетаемого в периферийную зону, способствует быстрому отбору тепла от ребер 3 и 4. При этом за счет радиального расположения ребер 3 и 4 происходит наиболее быстрое распределение теплового потока по всему поперечному сечению радиатора. Процесс передачи тепла к ребрам 3 и 4 от теплопередающих элементов 1 и 2 или от цилиндра 10, а также процесс его отбора от ребер 3 и 4 происходят одновременно по всей ширине радиатора и по всему его периметру, благодаря чему обеспечивается высокая интенсивность этих процессов. Высокая интенсивность отбора тепла от той части ребер 3 и 4, которая расположена ближе к периметру радиатора, где благодаря наличию дополнительных ребер 4 создана развитая поверхность теплообмена, способствует уменьшению количества тепла, поступающего в центральную зону радиатора, что соответствует меньшей по величине поступательной скорости воздуха (40%), подаваемого вентилятором 6 в центральную зону радиатора.When the processor is running, its crystal 7 heats up. The heat that is generated by the crystal 7 is transmitted through the heat interface to the heat-receiving base 5, from which heat is quickly removed either by a set of heat pipes 1 and cylinder 10, or cylinder 2, from which the largest part of the heat flux is transferred along the entire perimeter of the radiator and simultaneously to all of it ribs 3 and 4 for their entire length and radial width. In this case, the heat flux is instantly transferred to the end parts of the fins 3 and 4 of the radiator due to their radial arrangement. When the engine of the axial fan 6 is turned on, its impeller, rotating, pumps cooling air along the longitudinal axis of the radiator. The air flow pumped by the fan 6 has the highest translational speed (100%) and the highest flow rate in the peripheral zone of the radiator. This is because the greatest value of the peripheral speed of rotation of the impeller of the fan 6 is in its peripheral part, where the radius of rotation of the blades is greatest, and the smallest is to the center of rotation, where the radius of rotation of the blades is the smallest (figure 5). In addition, a significant amount of air is thrown into the peripheral zone of the radiator under the action of centrifugal forces created by the rotation of the impeller of the fan 6. As a result, the largest part of the air flow, which has the highest flow rates (Fig. 5), is pumped into the peripheral zone of the radiator, where heat pipes 1, cylinder 10 or cylinder 2, heat-conducting fins 3 and 4. The maximum high flow rate of cooling air injected into the peripheral zone contributes to the rapid removal of heat from fins 3 and 4. When that owing to the radial location of the ribs 3 and 4 the most rapid heat flux distribution over the entire cross-section of the radiator. The process of heat transfer to fins 3 and 4 from heat transfer elements 1 and 2 or from cylinder 10, as well as the process of its selection from fins 3 and 4 occur simultaneously across the entire width of the radiator and along its entire perimeter, which ensures high intensity of these processes. The high intensity of heat removal from the part of the fins 3 and 4, which is located closer to the perimeter of the radiator, where due to the presence of additional fins 4, a developed heat exchange surface is created, helps to reduce the amount of heat entering the central zone of the radiator, which corresponds to a lower translational air velocity ( 40%) supplied by fan 6 to the central zone of the radiator.

Предложенное устройство по сравнению с прототипом обеспечивает повышение интенсивности теплоотбора в 2-3 раза за счет перенесения теплопередающего элемента к периметру радиатора и приближения его к торцевым частям ребер 3 и 4, а также сосредоточения теплообменных поверхностей ребер радиатора ближе к периметру радиатора, то есть в ту зону, где поток охлаждающего воздуха имеет максимальные показатели по расходу и поступательной скорости. Благодаря этому степень использования охлаждающего воздуха повысилась с 50 почти до 100%. Высокая эффективность использования охлаждающего воздуха в предложенном устройстве позволяет понизить уровень шума за счет уменьшения частоты вращения вентилятора, а главное - открывает возможность использования его для охлаждения кристалла компьютерного процессора при повышенных нагрузках на кристалл.The proposed device in comparison with the prototype provides an increase in the intensity of heat removal by 2-3 times due to the transfer of the heat transfer element to the perimeter of the radiator and its proximity to the end parts of the fins 3 and 4, as well as the concentration of the heat transfer surfaces of the fins of the radiator closer to the perimeter of the radiator, i.e. the area where the flow of cooling air has maximum flow rate and translational speed. Due to this, the degree of use of cooling air increased from 50 to almost 100%. The high efficiency of the use of cooling air in the proposed device allows to reduce the noise level by reducing the fan speed, and most importantly - opens the possibility of using it to cool the crystal of a computer processor with increased loads on the crystal.

Claims

1. A device for cooling a crystal of a computer processor, comprising a radiator with fins, a heat receiving base and a heat transfer element such as a heat pipe having heat contact with a heat receiving base and with fins of a radiator, an axial fan located on the longitudinal axis of the radiator, a processor crystal, characterized in that the perimeter of the radiator, formed by the outer sides of its ribs, has a circle shape, and the heat transfer element is installed along the perimeter of the radiator, while the radiator fins are located radially with respect to its longitudinal axis.

2. The device according to claim 1, characterized in that the heat transfer element has thermal contact with the fins across the entire width of the radiator.

3. The device according to claim 1, characterized in that the heat transfer element is made in the form of a set of several heat pipes.

4. The device according to claim 1, characterized in that the heat transfer element is made in the form of a hollow cylinder with two concentrically arranged walls that form a working cavity between them, into which the working fluid is placed to carry out the heat transfer process.

5. The device according to claim 4, characterized in that the hollow cylinder is aligned with the longitudinal axis of the radiator.

6. The device according to claim 3, characterized in that it is equipped with a heat-conducting cylinder installed around the perimeter of the radiator and located between the heat transfer element and the fins of the radiator with the formation of thermal contact with them.

7. The device according to claim 6, characterized in that the heat-conducting cylinder has thermal contact with the heat-receiving base of the radiator.

8. The device according to claim 6, characterized in that the heat-conducting cylinder is made of a material with a high coefficient of thermal conductivity.

9. The device according to claim 6, characterized in that the heat-conducting cylinder is placed on the radiator along its entire width.

10. The device according to claim 1, characterized in that the radiator is equipped with additional heat-conducting fins.

11. The device according to claim 10, characterized in that the additional ribs are placed radially with respect to the longitudinal axis of the radiator.

12. The device according to claim 10, characterized in that the additional fins are placed between the main fins of the radiator.

13. The device according to claim 10, characterized in that the additional ribs are attached cantilever to a heat transfer element or to a heat transfer cylinder.

14. The device according to claim 10, characterized in that the additional ribs have a smaller radial width compared to the main ribs.