WO2018182452A1 - Heat-transfer device for cooling electronic components - Google Patents
Heat-transfer device for cooling electronic components Download PDFInfo
- Publication number
- WO2018182452A1 WO2018182452A1 PCT/RU2017/000682 RU2017000682W WO2018182452A1 WO 2018182452 A1 WO2018182452 A1 WO 2018182452A1 RU 2017000682 W RU2017000682 W RU 2017000682W WO 2018182452 A1 WO2018182452 A1 WO 2018182452A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- heat
- condensate
- condenser
- evaporator
- heat exchanger
- Prior art date
Links
Classifications
-
- 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
Abstract
The invention relates to heat engineering and can be used in systems for cooling electronic components. A heat-transfer device for cooling electronic components comprises a cooling circuit in the form of a loop heat pipe, an evaporator with a capillary structure on the inside, allowing thermal contact with the most powerful heat source, and a condenser communicating with the evaporator by means of a hollow steam conduit and a hollow condensate conduit. The device comprises a condenser coupled to an external heat exchanger which carries out the role of a heat sink and conducts heat produced from all of the heat sources to the outside, and the condensate conduit comprises at least one heat exchanger which is in the form of a section of the condensate conduit that is coupled to a contact plate and allows heat contact with a less powerful heat source arranged directly between the evaporator and the condenser. The technical result consists in increasing the efficiency of removing heat from two or more electronic components.
Description
ТЕПЛОПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ HEAT TRANSFER DEVICE FOR COOLING ELECTRONIC
КОМПОНЕНТОВ COMPONENTS
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ Изобретение относится к теплотехнике, а именно к двухфазным теплопередающим устройствам - контурным тепловым трубам. Устройство может быть использовано преимущественно в системах охлаждения электронных компонентов, в частности, микропроцессоров, центральных процессоров, чипов, модулей памяти в компьютерах и т.д., в том числе, там, где имеются два и более компонента с различной мощностью, требующих охлаждения, расположенных на удалении друг от друга и от стока тепла: воздушного, жидкостного или иного теплообменника. FIELD OF THE INVENTION The invention relates to heat engineering, namely to two-phase heat transfer devices - loop heat pipes. The device can be used mainly in cooling systems of electronic components, in particular microprocessors, central processors, chips, memory modules in computers, etc., including where there are two or more components with different capacities that require cooling, located at a distance from each other and from the drain of heat: air, liquid or other heat exchanger.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ BACKGROUND
Из уровня техники известно решение, относящееся к области теплотехники (SU 1395927, 15.05.1988). Целью данного решения является расширение эксплуатационных возможностей тепловой трубы путем обеспечения теплоотвода от дискретно расположенных и произвольно ориентированных в пространстве источников тепла (охлаждаемых объектов). Тепловая труба содержит несколько произвольно расположенных по отношению друг к другу аналогичных испарителей с капиллярно- пористой насадкой (фитильной структурой), параллельно подключенных своими паропроводами и конденсатопроводами, соответственно, к общему паропроводу и конденсатопроводу, которые, в свою очередь, подключены к общему конденсатору. The prior art knows the solution related to the field of heat engineering (SU 1395927, 05/15/1988). The purpose of this solution is to expand the operational capabilities of the heat pipe by providing heat removal from discretely located and arbitrarily oriented in space heat sources (cooled objects). The heat pipe contains several similar evaporators arbitrarily located in relation to each other with a capillary-porous nozzle (wick structure), connected in parallel with their steam and condensate pipelines, respectively, to a common steam and condensate pipelines, which, in turn, are connected to a common condenser.
Недостатком данного устройства является то, что оно содержит одинаковые по размерам и конструкции испарители. Такое устройство неспособно устойчиво работать, если тепловая нагрузка, подводимая к каждому испарителю, различается более чем в 2-3 раза. Кроме того, оно является весьма громоздким, поскольку содержит несколько паропроводов и конденсатопроводов, что сильно ограничивает возможность размещения его в стесненных условиях, характерных, в частности, для компоновки современной электронной и компьютерной техники. Недостатками являются также высокая трудоемкость и сложность изготовления. Известно теплопередающее устройство (RU2120592, 20.10.1998). Решение относится к области теплотехники, в частности, к контурным тепловым трубам и может быть использовано для отвода тепла от различных теплонапряженных объектов. Устройство содержит испарительную секцию, содержащую несколько испарителей. Каждый испаритель снабжен фитильной структурой, имеющей центральный канал для
подвода жидкости (конденсата), а также системой периферийных канавок для отвода пара. Паропровод и конденсатопровод каждого испарителя подключены, соответственно, к коллекторам пара и конденсата. Конденсатор соединен с коллектором пара посредством основного паропровода. Гидроаккумулятор, расположенный над испарительной секцией и соединенный отдельным трубопроводом с коллектором конденсата, подключен к конденсатору посредством основного конденсатопровода. За счет соединения гидроаккумулятора с конденсатором посредством основного конденсатопровода и расположения его над испарительной секцией достигается равномерное заполнение испарителей жидкостью (конденсатом) и обеспечивается надежный запуск и работа устройства. The disadvantage of this device is that it contains the same size and design of the evaporators. Such a device is unable to operate stably if the heat load supplied to each evaporator differs by more than 2–3 times. In addition, it is very cumbersome because it contains several steam and condensate pipelines, which greatly limits the possibility of placing it in cramped conditions, which are characteristic, in particular, for the layout of modern electronic and computer equipment. The disadvantages are also the high complexity and complexity of manufacturing. A heat transfer device is known (RU2120592, 10.20.1998). The solution relates to the field of heat engineering, in particular, to contour heat pipes and can be used to remove heat from various heat-stressed objects. The device comprises an evaporation section containing several evaporators. Each evaporator is equipped with a wick structure having a central channel for supply of fluid (condensate), as well as a system of peripheral grooves for the removal of steam. The steam and condensate lines of each evaporator are connected, respectively, to the steam and condensate collectors. The condenser is connected to the steam collector through the main steam line. A hydraulic accumulator located above the evaporation section and connected by a separate pipeline to the condensate collector is connected to the condenser via the main condensate line. Due to the connection of the hydraulic accumulator with the condenser by means of the main condensate line and its location above the evaporation section, uniform filling of evaporators with liquid (condensate) is achieved and reliable start-up and operation of the device are ensured.
Основным недостатком такого устройства является то, что оно способно нормально функционировать только тогда, когда гидроаккумулятор расположен над испарительной секцией. Другим недостатком является то, что такое устройство может устойчиво работать, если тепловая нагрузка на испарителях одинакова или различается не более, чем в 2-3 раза. Эти обстоятельства серьезно ограничивает область его использования. Кроме того, такое устройство является относительно громоздким, что также ограничивает его использование в стесненных условиях, которые являются достаточно типичными для компановки различного электронного оборудования. Еще одним недостатком рассматриваемого устройства является сложность его изготовления из-за увеличения количества связей и соединений, когда используются два и более испарителей, каждый из которых снабжен фитильной структурой. The main disadvantage of such a device is that it is able to function normally only when the accumulator is located above the evaporation section. Another disadvantage is that such a device can work stably if the heat load on the evaporators is the same or differs no more than 2–3 times. These circumstances seriously limit the scope of its use. In addition, such a device is relatively bulky, which also limits its use in cramped conditions, which are typical enough for the layout of various electronic equipment. Another disadvantage of this device is the complexity of its manufacture due to an increase in the number of bonds and compounds when two or more evaporators are used, each of which is equipped with a wick structure.
Известно теплопередающее устройство для охлаждения электронных приборов (RU2296929, 10.04.2008). Теплопередающее устройство предназначено для охлаждения теплонапряженных компонентов электронных приборов и относится к области теплотехники, в частности, к контурным тепловым трубам. Устройство выполнено в виде замкнутого контура, частично заполненного теплоносителем, включающее испаритель с фитильной структурой внутри и конденсатор, соединенные раздельными пустотелыми конденсатопроводом и паропроводом. Испаритель может иметь цилиндрическую, дискообразную или прямоугольную форму, а конденсатор может быть выполнен в виде пустотелого змеевика, может быть плоским, имеющим щелевидное поперечное сечение, или состоять из двух цилиндров, установленных один в другой с образованием кольцевого зазора. Устройство может содержать один или более испарителей, соединенных параллельно. A heat transfer device for cooling electronic devices is known (RU2296929, 04/10/2008). The heat transfer device is intended for cooling heat-stressed components of electronic devices and relates to the field of heat engineering, in particular, to contour heat pipes. The device is made in the form of a closed loop, partially filled with coolant, including an evaporator with a wick structure inside and a condenser connected by separate hollow condensate conduit and steam conduit. The evaporator can have a cylindrical, disk-shaped or rectangular shape, and the condenser can be made in the form of a hollow coil, can be flat, having a slit-like cross section, or consist of two cylinders installed one in the other with the formation of an annular gap. The device may contain one or more evaporators connected in parallel.
Недостатком данного устройства является то, что его использование для одновременного отвода тепла от нескольких объектов, различным образом расположенных в пространстве, имеющих различную форму и размеры, рассеиваемая
мощность которых сильно различается, является весьма ограниченным. Такая ситуация, в частности, имеется либо на системных платах компьютерных серверов или в иных приборах и оборудовании, где используются различные электронные компоненты, размещенные в сильно стесненных условиях на различном расстоянии от стока тепла. Это связано с тем, что испарители соединены параллельно, а их размеры и форма испарителей в одном устройстве не могут различаться. Кроме того, такое устройство работает неустойчиво, если тепловая нагрузка, которую получают испарители от охлаждаемых компонентов различаются более, чем в 2-3 раза. С этой точки зрения, данное устройство не является функционально и конструктивно гибким. Так же как и рассмотренные выше аналоги, данное устройство становится достаточно сложным и трудоемким, если число испарителей с фитильной структурой составляет два и более. Это обстоятельство дополнительно ограничивает возможность его широкомасштабного использования. The disadvantage of this device is that its use for the simultaneous removal of heat from several objects, variously located in space, having different shapes and sizes, dissipated whose power varies greatly, is very limited. Such a situation, in particular, exists either on the motherboards of computer servers or in other devices and equipment where various electronic components are used, which are placed in very cramped conditions at different distances from the heat sink. This is due to the fact that the evaporators are connected in parallel, and their size and shape of the evaporators in one device cannot be different. In addition, such a device is unstable if the heat load received by the evaporators from the cooled components differ by more than 2-3 times. From this point of view, this device is not functional and structurally flexible. Like the analogues considered above, this device becomes quite complex and time-consuming if the number of evaporators with a wick structure is two or more. This fact further limits the possibility of its widespread use.
Известно теплопередающее устройство (CN105698576, 22.06.2016), которое содержит один или несколько одинаковых капиллярных испарителей, каждый из которых находится в тепловом контакте с источником тепла так же, как и в указанных выше аналогах, такое устройство не может нормально функционировать, если тепловая нагрузка на источниках тепа различается более, чем в 2-3 раза. Кроме того, это устройство предусматривает наличие дополнительного конденсатора, а следовательно и дополнительного стока тепла, расположенного на удалении от основного стока тепла, что делает систему охлаждения более громоздкой и ограничивает возможность ее размещения в стесненных условиях. A heat transfer device is known (CN105698576, 06/22/2016), which contains one or more identical capillary evaporators, each of which is in thermal contact with a heat source in the same way as in the above analogs, such a device cannot function normally if the heat load at sources of heat, it differs by more than 2–3 times. In addition, this device provides for the presence of an additional condenser, and therefore an additional heat sink, located at a distance from the main heat sink, which makes the cooling system more cumbersome and limits the possibility of its placement in cramped conditions.
Известно теплопередающее устройство (US20150345872, 03.12.2015). Контурная тепловая труба содержит, по крайней мере, два одинаковых, параллельно включенных капиллярных испарителя и два параллельно включенных одинаковых конденсатора, на входе которых со стороны паропровода размещены капиллярные затворы (клапаны). Основной идеей данного изобретения является использование таких клапанов для управляемого отключения/подключения того или другого конденсатора, что позволяет регулировать термическое сопротивление системы или температуру охлаждаемых объектов, находящихся в тепловом контакте с капиллярными испарителями. Если клапан нагревается, то жидкость, содержащаяся в его капиллярной структуре испаряется и пар из паропровода может проникать в конденсатор. Если нагрев с клапана снимается, то жидкость, насыщающая капиллярную структуру клапана, предотвращает его проникновение в конденсатор и конденсатор отключается. Что касается использования этого устройства для целей, предлагаемого изобретения, то оно имеет те же основные недостатки, что и в рассмотренных выше аналогах.
Наиболее близким решением (прототипом) является устройство для охлаждения (WO2013092386, 27.06.2013), как минимум, двух отдельных источников тепла, представляет собой замкнутый контур, внутри которого циркулирует теплоноситель, находящийся в паровой и жидкой фазах, включающий, как минимум, один фитильный испаритель, приспособленный для обеспечения теплового контакта с одним из источников тепла, который является основным. Для каждого иного источника тепла, называемого вторичным источником тепла, контур содержит теплообменник, приспособленный для обеспечения теплового контакта с упомянутым вторичным источником тепла. Контур также включает, как минимум, один конденсатор, расположенный между выходом испарителя и входом первого по направлению потока теплоносителя теплообменника и, как минимум, еще один крайний конденсатор, расположенный между выходом последнего по потоку теплообменника и входом испарителя. Конденсаторы приспособлены для обеспечения теплового контакта со стоками тепла. Устройство включает в себя также, как минимум, один конденсатор, который расположен между двумя соседними вторичными источниками тепла. A heat transfer device is known (US20150345872, December 3, 2015). The contour heat pipe contains at least two identical, parallel connected capillary evaporators and two parallel connected identical condensers, at the input of which capillary gates (valves) are placed on the side of the steam line. The main idea of this invention is the use of such valves for controlled shutdown / connection of one or another condenser, which allows you to adjust the thermal resistance of the system or the temperature of the cooled objects that are in thermal contact with capillary evaporators. If the valve is heated, the liquid contained in its capillary structure evaporates and steam from the steam line can penetrate into the condenser. If the heating is removed from the valve, then the liquid saturating the capillary structure of the valve prevents its penetration into the condenser and the condenser is switched off. As for the use of this device for the purposes of the present invention, it has the same main disadvantages as in the above analogues. The closest solution (prototype) is a device for cooling (WO2013092386, 06.27.2013), at least two separate heat sources, is a closed loop inside which a coolant circulates in the vapor and liquid phases, including at least one wick an evaporator adapted to provide thermal contact with one of the heat sources, which is the main one. For each other heat source, called a secondary heat source, the circuit includes a heat exchanger adapted to provide thermal contact with said secondary heat source. The circuit also includes at least one condenser located between the outlet of the evaporator and the inlet of the first heat exchanger in the flow direction of the heat exchanger and at least one extreme condenser located between the outlet of the last heat exchanger and the inlet of the evaporator. Condensers are adapted to provide thermal contact with heat sinks. The device also includes at least one condenser, which is located between two adjacent secondary heat sources.
Недостатком данного устройства, которые даже в наиболее простом варианте, когда есть только один основной и один вторичный источник, является то, что оно содержит, по крайней мере два конденсатора - основной и крайний. В более общем случае, когда имеется "п" вторичных источников тепла, устройство содержит "п+1" конденсаторов. Такая конструкция является более громоздкой и ее практическое применение в стесненных условиях, которые характерны для современного электронного оборудования такого, например, как компьютерные сервера-блейды и мобильные компьютеры, весьма ограничены. Другим недостатком рассматриваемого устройства является то, что теплообменники, охлаждающие вторичные источники тепла, размещаются только между двумя соседними конденсаторами, в частности, между основным и вторичным конденсаторами или между вторичным и крайним конденсаторами. Из этого следует, что все теплообменники, отвечающие за охлаждение вторичных источников тепла, размещаются только на том участке контура, по которому движется теплоноситель в жидкой фазе. Такая конструкция также делает устройство более громоздким, трудоемким, сложным в изготовлении и сборке, снижает область его практического использования. The disadvantage of this device, which even in the simplest case, when there is only one main and one secondary source, is that it contains at least two capacitors - the main and the extreme. More generally, when there is “n” secondary heat sources, the device contains “n + 1” capacitors. This design is more cumbersome and its practical application in the cramped conditions that are characteristic of modern electronic equipment such as computer server blades and mobile computers is very limited. Another disadvantage of this device is that heat exchangers cooling the secondary heat sources are located only between two adjacent condensers, in particular, between the main and secondary condensers or between the secondary and extreme condensers. From this it follows that all heat exchangers responsible for cooling secondary heat sources are located only on that part of the circuit along which the coolant moves in the liquid phase. This design also makes the device more bulky, time-consuming, difficult to manufacture and assemble, reduces the scope of its practical use.
Заявленное теплопередающее устройство для охлаждения электронных компонентов позволяет в существенной мере преодолеть указанные недостатки, присущие как имеющимся аналогам, так и прототипу.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ The claimed heat transfer device for cooling electronic components can significantly overcome these disadvantages inherent in both existing analogues and the prototype. SUMMARY OF THE INVENTION
Технической задачей, которую решает предлагаемое техническое решение, является создание теплопередающего устройства, позволяющего размещать его в сильно стесненных условиях, способного эффективно отводить тепло одновременно от двух и более источников тепла, в частности, электронных компонентов таких, как, например, микропроцессоры, транзисторы, модули памяти, чипы и т.д., мощности которых существенно различаются и которые произвольно расположены в пространстве, в том числе, на различном расстоянии от стока тепла. The technical problem that the proposed technical solution solves is the creation of a heat transfer device that allows it to be placed in very cramped conditions, capable of efficiently removing heat simultaneously from two or more heat sources, in particular, electronic components such as, for example, microprocessors, transistors, modules memory, chips, etc., whose capacities vary significantly and which are arbitrarily located in space, including at different distances from the heat sink.
Технический результат заключается в повышении устойчивости работы устройства, упрощении изготовления и сборки, снижении трудоемкости, повышении эффективности отвода тепла одновременно от двух и более электронных компонентов, которые рассеивают тепловые потоки, различающиеся до 10 раз и более и произвольно расположены в пространстве, возможности размещения его в стесненных условиях. The technical result consists in increasing the stability of the device, simplifying the manufacture and assembly, reducing the complexity, increasing the efficiency of heat dissipation simultaneously from two or more electronic components that dissipate heat fluxes that differ up to 10 times or more and are arbitrarily located in space, the possibility of placing it in cramped conditions.
Технический результат достигается за счет того, что теплопередающее устройство для охлаждения электронных компонентов содержит контур охлаждения в виде контурной тепловой трубы, включает испаритель с капиллярной структурой внутри, обеспечивающий тепловой контакт с наиболее мощным источником тепла, конденсатор, сообщающийся посредством пустотелых паропровода и конденсатопровода с испарителем, при этом устройство содержит один конденсатор, сопряженный с внешним теплообменником, выполняющим роль стока тепла и отводящим наружу тепло, полученное от всех источников тепла, а конденсатопровод содержит, по меньшей мере, один теплообменник, выполненный в виде участка конденсатопровода, сопряженного с контактной пластиной, обеспечивающий тепловой контакт с менее мощным источником тепла, расположенный непосредственно между испарителем и конденсатором. The technical result is achieved due to the fact that the heat transfer device for cooling electronic components contains a cooling circuit in the form of a contour heat pipe, includes an evaporator with a capillary structure inside, which provides thermal contact with the most powerful heat source, a condenser communicating through a hollow steam pipe and a condensate pipe with an evaporator, however, the device contains one capacitor coupled to an external heat exchanger, which acts as a heat sink and removes heat outside, obtained from all heat sources, and the condensate pipe contains at least one heat exchanger made in the form of a section of the condensate pipe mated to the contact plate, providing thermal contact with a less powerful heat source, located directly between the evaporator and the condenser.
Паропровод содержит, по меньшей мере, один дополнительный теплообменник, выполненный в виде участка паропровода, сопряженного с контактной пластиной. The steam line contains at least one additional heat exchanger, made in the form of a section of the steam line, interfaced with the contact plate.
По меньшей мере, один теплообменник, выполненный в виде участка конденсатопровода или паропровода, сопряженный с контактной пластиной, имеет U- образную или зигзагообразную форму, увеличивающую длину пути жидкости или пара при движении в пределах контактной пластины. At least one heat exchanger, made in the form of a section of the condensate line or steam line, coupled to the contact plate, has a U-shaped or zigzag shape that increases the path length of the liquid or vapor when moving within the contact plate.
Теплообменник выполнен, в том числе, в виде разветвленного или прямолинейного участка конденсатопровода. The heat exchanger is made, including in the form of a branched or straight section of the condensate line.
Контактные пластины выполнены из теплопроводного материала, например, из меди или алюминия. The contact plates are made of a heat-conducting material, for example, copper or aluminum.
Испаритель имеет форму плоского параллелепипеда, снабженного отверстиями для подключения паропровода и конденсатопровода.
Испаритель имеет форму плоского цилиндра, снабженного отверстиями для подключения паропровода и конденсатопровода. The evaporator has the shape of a flat parallelepiped equipped with holes for connecting a steam pipe and a condensate pipe. The evaporator has the shape of a flat cylinder equipped with holes for connecting a steam pipe and a condensate pipe.
Конденсатор выполнен в виде плоского пустотелого параллелепипеда, снабженного отверстиями для подключения паропровода и конеденсатопровода. The condenser is made in the form of a flat hollow parallelepiped, equipped with holes for connecting the steam pipe and the condensate pipe.
Конденсатор выполнен в виде плоского пустотелого цилиндра, снабженного отверстиями для подключения паропровода и конденсатопровода. The condenser is made in the form of a flat hollow cylinder equipped with holes for connecting a steam pipe and a condensate pipe.
Конденсатор выполнен в виде пустотелого кольцевого зазора, заглушённого с торцов, образованного двумя цилиндрическими трубками, установленными коаксиально, причем внешняя трубка снабжена рубашкой охлаждения и имеет отверстия для подключения паропровода и конденсатопрововода. The condenser is made in the form of a hollow annular gap, muffled from the ends, formed by two cylindrical tubes installed coaxially, and the outer tube is equipped with a cooling jacket and has openings for connecting the steam and condensate pipes.
Теплообменник, выполненный в виде участка конденсатопровода, сопряженного с контактной пластиной, расположен рядом с конденсатором на том же стоке тепла. The heat exchanger, made in the form of a section of the condensate conduit mating with the contact plate, is located next to the condenser on the same heat sink.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Фиг.1. Схема устройства с одним теплообменником на конденсатопроводе. Figure 1. The scheme of the device with one heat exchanger on the condensate line.
Фиг.2. Схема устройства с одним теплообменником в виде прямолинейного участка. Figure 2. Device diagram with one heat exchanger in the form of a straight section.
Фиг.З. Схема устройства с одним теплообменником в виде разветвленного участка. Fig.Z. Device diagram with one heat exchanger in the form of a branched section.
Фиг.4. Схема устройства с одним теплообменником на паропроводе. Figure 4. The scheme of the device with one heat exchanger on the steam line.
Фиг.5. Схема устройства с несколькими теплообменниками на конденсатопроводе. Figure 5. Scheme of a device with several heat exchangers on a condensate pipe.
Фиг.6. Внешний вид испарителя в виде плоского параллелепипеда 6. Appearance of a flat parallelepiped evaporator
Фиг.7. Внешний вид испарителя в виде плоского диска 7. Appearance of a flat disk evaporator
Фиг.8. Внешний вид конденсатора в виде плоского параллелепипеда Fig. 8. Appearance of a capacitor in the form of a flat parallelepiped
Фиг.9. Внешний вид конденсатора в виде плоского диска Fig.9. Appearance of a flat disk capacitor
Фиг.10. Внешний вид цилиндрического конденсатора Figure 10. Appearance of a cylindrical capacitor
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Теплопередающее устройство для охлаждения электронных компонентов выполнено в виде замкнутого герметичного контура, частично заполненного теплоносителем, находящимся одновременно в жидкостной и паровой фазах, включающего один испаритель с фитильной структурой внутри, расположенный между выходом последнего по направлению потока теплоносителя теплообменника и входом испарителя, один конденсатор, приспособленный для обеспечения теплового контакта со стоком тепла и расположенный между выходом испарителя и входом первого по направлению потока теплоносителя теплообменника. Испаритель и конденсатор соединены соответственно раздельными пустотелыми конденсатопроводом и паропроводом.
Конденсатопровод представляет собой участок контура, расположенный между выходом конденсатора и входом испарителя, который целиком заполнен жидкой фазой теплоносителя. The heat transfer device for cooling electronic components is made in the form of a closed sealed circuit, partially filled with a heat carrier located simultaneously in the liquid and vapor phases, including one evaporator with a wick structure inside, located between the outlet of the last heat exchanger in the direction of flow of the heat exchanger and the inlet of the evaporator, one condenser adapted to ensure thermal contact with the heat sink and located between the exit of the evaporator and the input of the first in the direction the heat carrier flow of the heat exchanger. The evaporator and condenser are connected respectively by a separate hollow condensate line and a steam line. The condensate line is a section of the circuit located between the outlet of the condenser and the inlet of the evaporator, which is completely filled with the liquid phase of the coolant.
Паропровод представляет собой участок контура, расположенный между выходом испарителя и входом конденсатора, который целиком заполнен паровой фазой теплоносителя. The steam line is a section of the circuit located between the outlet of the evaporator and the inlet of the condenser, which is completely filled with the vapor phase of the coolant.
Испаритель может иметь цилиндрическую или плоскую формы. Для обеспечения теплообмена с источником тепла цилиндрический испаритель может быть снабжен переходным элементом "цилиндр-плоскость". Конденсатор может быть выполнен в виде участка пустотелого трубопровода, расположенного между паропроводом и конденсатопроводом, или в виде пустотелого трубчатого змеевика, сопряженных с пластиной из теплопроводного материала, служащей для обеспечения теплового контакта с каким-либо объектом, выполняющим роль стока тепла, например, воздушным радиатором или жидкостным теплообменником. Конденсатор может быть выполнен также в виде плоских пустотелых параллелепипеда или цилиндра, снабженных отверстиями для подключения паропровода и конденсатопровода, плоские поверхности которых служат для обеспечения непосредственного теплового контакта со стоком тепла. The evaporator may have a cylindrical or flat shape. To ensure heat exchange with a heat source, the cylindrical evaporator can be equipped with a transition element "cylinder-plane". The condenser can be made in the form of a section of a hollow pipeline located between the steam pipeline and the condensate pipe, or in the form of a hollow tubular coil, paired with a plate of heat-conducting material, which serves to provide thermal contact with an object that acts as a heat sink, for example, an air radiator or liquid heat exchanger. The condenser can also be made in the form of flat hollow parallelepipeds or cylinders equipped with holes for connecting the steam pipe and condensate pipe, the flat surfaces of which serve to provide direct thermal contact with the heat sink.
Конденсатор может быть выполнен также в виде пустотелого кольцевого зазора, заглушённого с торцов, образованного двумя цилиндрическими трубками, установленными коаксиально, и снабженного рубашкой охлаждения, размещенной на поверхности внешнего цилиндра, через которую может прокачиваться жидкий или газообразный хладоагент. The condenser can also be made in the form of a hollow annular gap, muffled from the ends, formed by two cylindrical tubes mounted coaxially, and equipped with a cooling jacket placed on the surface of the outer cylinder through which liquid or gaseous refrigerant can be pumped.
В тех случаях, когда теплопередающее устройство используется для одновременного отвода тепла от двух или более источников тепла, один из которых является основным, наиболее мощным, рассеивающим тепловой поток до 10 раз и более высокий, чем любой из других, менее мощных источников тепла, оно может быть снабжено контактной пластиной, сопряженной с участком конденсатопровода, служащей для обеспечения теплового контакта с другим менее мощным источником тепла. Указанный участок конденсатопровода может быть прямолинейным, если источник тепла имеет вытянутую форму. Если менее мощный источник тепла является компактным, то участок конденсатопровода может иметь, например, U-образную форму или иную форму, позволяющую увеличить длину участка конденсатопровода, сопряженного с контактной пластиной, размеры которой могут быть ограничены размерами менее мощного источника тепла. Если мощность одного или суммарная мощность нескольких менее мощных источников тепла достигают 10-20 % от мощности основного источника тепла, то устройство может быть снабжено дополнительным теплообменником, сопряженным с конденсатопроводом, который может быть расположен на том же тепловом стоке, что и конденсатор теплопередающего устройства.
Дополнительный теплообменник может быть также размещен на отдельном стоке тепла. In cases where a heat transfer device is used to simultaneously remove heat from two or more heat sources, one of which is the main, most powerful, dissipating heat flux up to 10 times and higher than any of the other, less powerful heat sources, it can be provided with a contact plate mated to a portion of the condensate pipe serving to provide thermal contact with another less powerful heat source. The specified section of the condensate pipe may be straightforward if the heat source has an elongated shape. If the less powerful heat source is compact, then the condensate section of the pipe may have, for example, a U-shape or another shape that allows you to increase the length of the section of the condensate pipe mating with the contact plate, the dimensions of which can be limited by the dimensions of the less powerful heat source. If the power of one or the total power of several less powerful heat sources reaches 10-20% of the power of the main heat source, then the device can be equipped with an additional heat exchanger interfaced with a condensate conduit, which can be located on the same heat sink as the condenser of the heat transfer device. An additional heat exchanger can also be placed on a separate heat sink.
Если условия компоновки и соотношение мощностей основного источника и менее мощного источника тепла позволяют, то контактная пластина может быть сопряжена и/ или с паропроводом. If the layout conditions and the ratio of the power of the main source and the less powerful heat source allow, then the contact plate can be paired and / or with the steam line.
Теплопередающее устройство выполнено в виде замкнутого герметичного контура (фиг.1), включающего испаритель 1 , например, цилиндрический с фитильной структурой внутри (не показана) и конденсатор 2, соединенные паропроводом 3 и конденсатопроводом 4. Конденсатор выполнен, например, в виде плоского трубчатого змеевика, сопряженного с контактной пластиной 5. Испаритель 1 снабжен переходным элементом "цилиндр- плоскость" 6 для обеспечения теплового контакта с основным, наиболее мощным источником тепла (не показан). Устройство снабжено также контактной пластиной 7, сопряженной с теплообменником 8, выполненным в виде U-образного участка конденсатопровода 4 и обеспечивающей тепловой контакт со вторичным, менее мощным источником тепла (не показан). The heat transfer device is made in the form of a closed tight circuit (Fig. 1), including an evaporator 1, for example, a cylindrical one with a wick structure inside (not shown) and a condenser 2 connected by a steam line 3 and a condensate line 4. The condenser is made, for example, in the form of a flat tubular coil coupled to the contact plate 5. The evaporator 1 is equipped with a cylinder-plane transition element 6 to provide thermal contact with the main, most powerful heat source (not shown). The device is also equipped with a contact plate 7, coupled with a heat exchanger 8, made in the form of a U-shaped section of the condensate line 4 and providing thermal contact with a secondary, less powerful heat source (not shown).
Контактная пластина 7 изготовлена из теплопроводного материала, форма и размеры которой соответствует форме и размерам вторичного источника тепла, а теплообменник имеет форму и размеры, обеспечивающие максимально возможную поверхность его контакта с контактной пластиной. The contact plate 7 is made of a heat-conducting material, the shape and dimensions of which correspond to the shape and dimensions of the secondary heat source, and the heat exchanger has a shape and dimensions that provide the maximum possible surface of its contact with the contact plate.
Выполнение заявленного устройства, в котором содержится только один паропровод, один конденсатопровод и один конденсатор, решает проблему размещения теплопередающих устройств, способных эффективно отводить тепло от двух и более источников тепла в сильно стесненных условиях, не прибегая к сложным, громоздким конструкциям, содержащим дополнительные, в том числе крайние, конденсаторы. The implementation of the claimed device, which contains only one steam pipe, one condensate pipe and one condenser, solves the problem of placing heat transfer devices that can efficiently remove heat from two or more heat sources in very cramped conditions, without resorting to complex, bulky structures containing additional including extreme, capacitors.
Устройство может быть снабжено теплообменником 9, представляющим собой прямолинейный участок конденсатопровода 4, сопряженный с контактной пластиной 10 (фиг.2) или снабжено теплообменником 11 , представляющим собой разветвленный участок конденсатопровода 4, сопряженный с контактной пластиной 12 (фиг.З). The device can be equipped with a heat exchanger 9, which is a straight section of the condensate line 4, coupled to the contact plate 10 (Fig.2) or equipped with a heat exchanger 11, which is a branched section of the condensate line 4, paired with the contact plate 12 (Fig. 3).
Устройство может быть снабжено теплообменником 13, представляющим собой U- образный участок паропровода 3, сопряженный с контактной пластиной 14 (фиг.4). Поскольку теплоемкость пара ниже, чем теплоемкость жидкости, таким образом можно охлаждать вторичные источники тепла менее мощные, чем те, которые находятся в контакте с конденсатопроводом. The device can be equipped with a heat exchanger 13, which is a U-shaped section of the steam pipe 3, paired with the contact plate 14 (figure 4). Since the heat capacity of the steam is lower than the heat capacity of the liquid, it is thus possible to cool secondary heat sources less powerful than those that are in contact with the condensate line.
Устройство может быть снабжено дополнительным U-образным теплообменником 15, сопряженным с контактной пластиной 16, и вторым дополнительным теплообменником 17, сопряженным с контактной пластиной 18, и расположенным на том же стоке тепла (не показан), на котором расположен основной конденсатор 2 (фиг.5). Дополнительный теплообменник 17 охлаждает теплоноситель, но не конденсирует его и расположен на том
же стоке тепла, что и конденсатор, поскольку при стесненных условиях другого места в охлаждаемых устройствах просто может не быть. The device can be equipped with an additional U-shaped heat exchanger 15, conjugated to the contact plate 16, and a second additional heat exchanger 17, paired with the contact plate 18, and located on the same heat sink (not shown), on which the main condenser 2 is located (Fig. 5). Additional heat exchanger 17 cools the coolant, but does not condense it and is located on the same heat sink as the condenser, because under constrained conditions there simply may not be another place in the cooled devices.
Устройство может быть снабжено испарителем в виде плоского параллелепипеда (фиг.6) или диска (фиг.7), снабженных отверстиями 19 и 20 для подключения паропровода 3 и конденсатопровода 4, соответственно. Устройство может быть снабжено конденсатором, выполненным в форме плоского параллелепипеда (фиг.8) или в форме диска (фиг.9), имеющими отверстие 21 для подключения паропровода 3 и отверстие 22 для подключения конденсатопровода 4. Конденсатор (фиг.10) может быть выполнен также в виде пустотелого кольцевого зазора 23, заглушённого с торцов заглушками 24, образованного внешней цилиндрической трубкой 25 и внутренней цилиндрической трубкой 26, установленными коаксиально. Внешняя цилиндрическая трубка имеет отверстие 27 для подключения паропровода 3 и отверстие 28 для подключения конденсатопровода 4. На наружной поверхности внешней цилиндрической трубки 25 установлена рубашка охлаждения 29 для прокачки жидкого или газообразного хладогента. The device can be equipped with an evaporator in the form of a flat parallelepiped (Fig.6) or a disk (Fig.7), equipped with holes 19 and 20 for connecting the steam pipe 3 and the condensate pipe 4, respectively. The device can be equipped with a capacitor made in the form of a flat parallelepiped (Fig. 8) or in the form of a disk (Fig. 9), having an opening 21 for connecting a steam line 3 and an opening 22 for connecting a condensate line 4. A capacitor (Fig. 10) can be made also in the form of a hollow annular gap 23, muffled from the ends by plugs 24, formed by the outer cylindrical tube 25 and the inner cylindrical tube 26, mounted coaxially. The outer cylindrical tube has an opening 27 for connecting the steam line 3 and an opening 28 for connecting the condensate line 4. A cooling jacket 29 is installed on the outer surface of the outer cylindrical tube 25 for pumping liquid or gaseous refrigerant.
Контур может быть выполнен из металлической трубки диаметром от 1 до 10 мм. The contour can be made of a metal tube with a diameter of 1 to 10 mm.
Цилиндрический испаритель может быть выполнен диаметром 8 мм с фитильной структурой, спеченным из мелкодисперсного металлического порошка. A cylindrical evaporator can be made with a diameter of 8 mm with a wick structure sintered from finely divided metal powder.
В качестве теплоносителя может быть использован аммиак. Ammonia can be used as a heat carrier.
Теплопередающее устройство работает следующим образом. При подводе тепла к испарителю 1 (фиг.1) от основного наиболее мощного источника тепла (охлаждаемого объекта), с которым испаритель 1 находится в плотном тепловом контакте через контактную пластину 6, теплоноситель, насыщающий фитильную структуру (не показана), испаряется, поглощая скрытую теплоту парообразования. За счет этого происходит интенсивный отвод тепла от охлаждаемого объекта. В этом процессе испаритель выполняет функцию эффективного испарительного теплообменника. Пар, образовавшийся в испарителе 1 , а вместе с ним и тепло, полученное от охлаждаемого объекта, по паропроводу 3 движется к конденсатору 2, который через свою контактную пластину 5 передает тепло внешнему теплообменнику (не показан), выполняющему роль стока тепла. В некоторых случаях контактная пластина 5 может отдавать тепло непосредственно внешней среде за счет естественной или вынужденной конвекции воздуха или жидкости. В результате этого в конденсаторе 2 происходит конденсация пара и образовавшаяся жидкость по конденсатопроводу 4 возвращается обратно в испаритель 1 , замыкая рабочий цикл теплопередающего устройства, который непрерывно и многократно повторяется пока испаритель 1 находится под действием тепла, поступающего от охлаждаемого объекта. Циркуляция теплоносителя в паровой и жидкой фазах обеспечивается за счет капиллярного давления, создаваемого в капиллярной структуре испарителя 1. В этом качестве последний выполняет другую важную функцию капиллярного насоса, который не содержит никаких механических подвижных частей и
действует только за счет той энергии, которую получает от источника тепла - охлаждаемого объекта. Массовый расход теплоносителя m по замкнутому контуру определяется величиной теплового потока или мощности Qi, которую он получает от охлаждаемого объекта и теплотой испарения жидкости г. Эти величины связаны формулой:The heat transfer device operates as follows. When heat is supplied to the evaporator 1 (Fig. 1) from the main most powerful heat source (cooled object), with which the evaporator 1 is in close thermal contact through the contact plate 6, the heat carrier saturating the wick structure (not shown) evaporates, absorbing the hidden the heat of vaporization. Due to this, there is an intensive heat removal from the cooled object. In this process, the evaporator acts as an efficient evaporative heat exchanger. The steam generated in the evaporator 1, and with it the heat received from the object to be cooled, moves through the steam line 3 to the condenser 2, which through its contact plate 5 transfers heat to an external heat exchanger (not shown), which acts as a heat sink. In some cases, the contact plate 5 can transfer heat directly to the external environment due to natural or forced convection of air or liquid. As a result of this, steam condensation occurs in the condenser 2 and the liquid formed through the condensate conduit 4 is returned back to the evaporator 1, closing the duty cycle of the heat transfer device, which is continuously and repeatedly repeated while the evaporator 1 is exposed to the heat coming from the cooled object. The circulation of the coolant in the vapor and liquid phases is ensured by the capillary pressure created in the capillary structure of the evaporator 1. In this capacity, the latter performs another important function of the capillary pump, which does not contain any mechanical moving parts and acts only due to the energy received from the heat source - the cooled object. The mass flow rate of the coolant m in a closed circuit is determined by the value of the heat flux or power Qi, which it receives from the cooled object and the heat of vaporization of the liquid g. These quantities are related by the formula:
(1 ) (one )
Из формулы (1) следует, что чем выше мощность основного источника тепла, тем более высокий массовый расход теплоносителя имеет место в теплопередающем устройстве. Данное обстоятельство позволяет без использования дополнительных испарителей с фитильной структурой осуществлять одновременное охлаждение, по крайней мере, еще одного менее мощного источника тепла, который находится в том же приборе или оборудовании, где находится основной более мощный источник тепла. From formula (1) it follows that the higher the power of the main heat source, the higher the mass flow rate of the coolant takes place in the heat transfer device. This circumstance allows, without the use of additional evaporators with a wick structure, to simultaneously cool at least one less powerful heat source, which is located in the same device or equipment where the main more powerful heat source is located.
Поток теплоносителя, проходя через теплообменник 8, который сопряжен с контактной пластиной 7, находящейся в плотном тепловом контакте с менее мощным источником тепла, отнимает тепло Q2 у последнего за счет своей теплоемкости Ср, согласно формуле: The heat carrier flow passing through the heat exchanger 8, which is interfaced with the contact plate 7, which is in close thermal contact with a less powerful heat source, takes away the heat Q 2 from the latter due to its heat capacity Cp, according to the formula:
Q2 = mCpOVTi) [Вт], где Q 2 = mCpOVTi) [W], where
(2) (2)
ΤΊ - температура жидкого теплоносителя на входе в теплообменник, а Т2 - на выходе из него. ΤΊ is the temperature of the liquid coolant at the inlet to the heat exchanger, and T 2 is at the outlet of it.
Из формулы (2) следует, что чем выше массовый расход теплоносителя т, тем ниже величина Τ2-Τι, а, следовательно, ниже температура теплоносителя Т2 на выходе из теплообменника 8. Это весьма важно, поскольку температура Т2 теплоносителя, поступающего в испаритель 1 , может влиять на его рабочую температуру, и, соответственно, на рабочую температуру охлаждаемого объекта, которая не должна превышать некоторого заданного максимального значения. В свою очередь из этого следует, что величина тепловой мощности Qb рассеиваемой основным более мощным источником тепла и величина Q2, рассеиваемая менее мощным источником тепла, должны существенно различаться, обычно не менее, чем в 10 раз. Это вполне приемлемая величина, поскольку на практике, например, в компьютерных серверах центральные процессоры рассеивают мощность, как правило, в 10-20 раз больше, чем любой из других электронных компонентов, расположенных вместе с ним на системной плате. From formula (2) it follows that the higher the mass flow rate of the coolant m, the lower the value of Τ 2 -Τι, and, therefore, the lower the temperature of the coolant T 2 at the outlet of the heat exchanger 8. This is very important, since the temperature T 2 of the coolant entering the the evaporator 1 can affect its working temperature, and, accordingly, the working temperature of the cooled object, which should not exceed a certain maximum value. In turn, it follows that the value of the thermal power Q b dissipated by the main more powerful heat source and the value of Q 2 dissipated by the less powerful heat source should differ significantly, usually not less than 10 times. This is quite an acceptable value, since in practice, for example, in computer servers, central processors dissipate power, as a rule, 10-20 times more than any of the other electronic components located along with it on the system board.
Если вторичный источник тепла имеет вытянутую форму, например, модуль памяти в компьютерном сервере, то охлаждающий его теплообменник выполнен в виде прямолинейного участка конденсатопровода 4, сопряженного с соответствующей контактной пластиной 10. If the secondary heat source has an elongated shape, for example, a memory module in a computer server, then its cooling heat exchanger is made in the form of a rectilinear section of the condensate conduit 4, interfaced with the corresponding contact plate 10.
Если вторичный источник тепла имеет достаточно большие размеры, то
соответствующий теплообменник 1 1 выполнен в виде разветвленного участка конденсатопровода 4, такой участок конденсатопровода имеет незначительное гидравлическое сопротивление, что позволяет сопрягать его с контактной пластиной 12, размеры которой соответствуют размерам большого источника тепла. If the secondary heat source is large enough, then the corresponding heat exchanger 1 1 is made in the form of a branched section of the condensate line 4, such a section of the condensate line has a slight hydraulic resistance, which allows it to be interfaced with a contact plate 12, the dimensions of which correspond to the dimensions of a large heat source.
Если это необходимо по условиям компоновки, теплообменник 13 со своей контактной пластиной 14 располагаются и/или на паропроводе 3 между выходом испарителя и входом конденсатора. Это вполне допустимо, несмотря на относительно низкую теплоемкость теплоносителя в паровой фазе. Достаточно эффективное охлаждение вторичного источника тепла в этом случае обеспечивается значительно более высокой скоростью движения пара при том же массовом расходе теплоносителя, что и в жидкой фазе. If necessary according to the layout conditions, the heat exchanger 13 with its contact plate 14 are located and / or on the steam line 3 between the outlet of the evaporator and the inlet of the condenser. This is quite acceptable, despite the relatively low heat capacity of the coolant in the vapor phase. A sufficiently effective cooling of the secondary heat source in this case is ensured by a significantly higher steam speed at the same mass flow rate as in the liquid phase.
Если необходимо охлаждать один или несколько вторичных источников тепла, суммарная мощность которых превышает некоторую допустимую для рассмотренного выше устройства, то в этом случае используется дополнительный теплообменник 17, который вместе с контактной пластиной 18 может быть расположен в наиболее подходящем месте, например, рядом с конденсатором 2 на том же стоке тепла. If it is necessary to cool one or more secondary heat sources, the total power of which exceeds some allowable for the device discussed above, then an additional heat exchanger 17 is used, which together with the contact plate 18 can be located in the most suitable place, for example, near the condenser 2 on the same heat sink.
По сути все теплообменники расположены на одном конденсатопроводе, и не имеют между собой дополнительных элементов (конденсаторов), и напрямую (непосредственно) связаны с одним конденсатором и одним испарителем. In fact, all heat exchangers are located on the same condensate line, and do not have additional elements (condensers) between them, and are directly (directly) connected to one condenser and one evaporator.
Устройство, снабженное плоскими испарителями, представленными на фиг.6 и 7, и конденсаторами, представленными на фиг.8,9,10, работает аналогичным образом. Однако для плоских испарителей и конденсаторов не требуется использование контактных пластин. Наличие плоских поверхностей у них позволяет обеспечивать непосредственный тепловой контакт с источником или стоком тепла, соответственно. A device equipped with flat evaporators, shown in Fig.6 and 7, and the condensers shown in Fig.8,9,10, works in a similar way. However, flat evaporators and condensers do not require the use of contact plates. The presence of flat surfaces allows them to provide direct thermal contact with a heat source or sink, respectively.
Пример реализации заявленного изобретения. An example implementation of the claimed invention.
Теплопередающее устройство, содержащее цилиндрический испаритель диаметром 8 мм с фитильной структурой, спеченный из мелкодисперсного металлического порошка, частично заполненное аммиаком в качестве теплоносителя, имеющее паропровод и конденсатопровод диаметром 2 мм, и конденсатор, выполненный из трубки такого же диаметра, сопряженный с жидкостным теплообменником, охлаждаемым водой при температуре 40 С° было испытано при тепловой мощности 98 Вт, подводимой к основному источнику тепла. A heat transfer device containing a cylindrical evaporator with a diameter of 8 mm with a wick structure, sintered from finely dispersed metal powder, partially filled with ammonia as a heat carrier, having a steam pipe and a condensate pipe with a diameter of 2 mm, and a condenser made of a tube of the same diameter, coupled to a liquid heat exchanger cooled water at a temperature of 40 ° C was tested at a thermal power of 98 watts supplied to the main heat source.
Контактные пластины для менее мощных источников тепла были расположены на участках конденсатопровода и паропровода. По условиям испытаний максимальная температура основного источника тепла при указанной тепловой нагрузке не должна была превышать 90 С°, а менее мощного источника тепла 85 С°. Contact plates for less powerful heat sources were located on the condensate and steam pipelines. According to the test conditions, the maximum temperature of the main heat source at the specified heat load should not exceed 90 ° C, and less powerful heat source 85 ° C.
Было показано, что при тепловой нагрузке 10 Вт на менее мощном источнике тепла, температура основного источника тепла составила 89,9 С0. При этом температура менее
мощного источника была равно 81 ,2 С°. Если тепловая нагрузка на основной источник снижалась до 65 Вт, то указанные максимальные температуры на источниках достигались при тепловой нагрузке на менее мощный источник 5 Вт. Аналогичные испытания, проведенные при размещении менее мощного источника на паропроводе, показали, что его мощность может достигать 4 Вт. It was shown that with a heat load of 10 W on a less powerful heat source, the temperature of the main heat source was 89.9 C 0 . In this case, the temperature is less powerful source was equal to 81, 2 °. If the thermal load on the main source decreased to 65 W, then the indicated maximum temperatures at the sources were achieved with a thermal load on a less powerful source of 5 W. Similar tests conducted when placing a less powerful source on the steam line showed that its power can reach 4 watts.
Выполнение устройства, в том числе, с одним испарителем, одним конденсатором, одним паропроводом, одним конденсатопроводом и расположенным одним или несколькими теплообменниками непосредственно между указанным одним испарителем и одним конденсатором, (т.е. без дополнительных элементов, например, конденсаторов, между теплообменниками), позволяет достичь заявленный технический результат, обеспечивающий устойчивую работу устройства, упрощение его изготовления и сборки, снижение трудоемкости, размещение устройства в стесненных условиях и эффективный отвод тепла одновременно от двух и более электронных компонентов, которые рассеивают тепловые потоки, различающиеся до 10 раз и более и произвольно расположены в пространстве.
The implementation of the device, including with one evaporator, one condenser, one steam pipe, one condensate pipe and one or more heat exchangers located directly between the specified one evaporator and one condenser, (i.e. without additional elements, for example, condensers, between heat exchangers) , allows to achieve the claimed technical result, which ensures the stable operation of the device, simplifying its manufacture and assembly, reducing labor intensity, placing the device in cramped conditions and effective heat removal simultaneously from two or more electronic components that scatter heat fluxes that differ up to 10 times or more and are randomly located in space.
Claims
1. Теплопередающее устройство для охлаждения электронных компонентов, содержащее контур охлаждения в виде контурной тепловой трубы, включающее испаритель с фитильной структурой внутри, обеспечивающий тепловой контакт с наиболее мощным источником тепла, конденсатор, сообщающийся посредством пустотелых паропровода и конденсатопровода с испарителем, отличающееся тем, что устройство содержит один конденсатор, сопряженный с внешним теплообменником, выполняющим роль стока тепла и отводящим наружу тепло, полученное от всех источников тепла, а конденсатопровод содержит, по меньшей мере, один теплообменник, выполненный в виде участка конденсатопровода, сопряженного с контактной пластиной, обеспечивающий тепловой контакт с менее мощным источником тепла, расположенный непосредственно между испарителем и конденсатором. 1. A heat transfer device for cooling electronic components, comprising a cooling circuit in the form of a contour heat pipe, comprising an evaporator with a wick structure inside, providing thermal contact with the most powerful heat source, a condenser communicating by means of a hollow steam pipe and a condensate pipe with an evaporator, characterized in that the device contains one condenser coupled to an external heat exchanger acting as a heat sink and removing heat received from all heat sources to the outside and, a condensate comprises at least one heat exchanger configured as a portion of the condensate, conjugated with the contact plate, which provides thermal contact with a less powerful heat source located directly between the evaporator and the condenser.
2. Устройство по п.1 , отличающееся тем, что паропровод содержит, по меньшей мере, один дополнительный теплообменник, выполненный в виде участка паропровода, сопряженного с контактной пластиной. 2. The device according to claim 1, characterized in that the steam line contains at least one additional heat exchanger, made in the form of a section of the steam line, coupled to the contact plate.
3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что по меньшей мере, один теплообменник, выполненный в виде участка конденсатопровода или паропровода, сопряженный с контактной пластиной, имеет U-образную или зигзагообразную форму, увеличивающую длину пути жидкости или пара при движении в пределах контактной пластины. 3. The device according to claim 1 or 2, characterized in that at least one heat exchanger, made in the form of a section of the condensate line or steam line, coupled to the contact plate, has a U-shaped or zigzag shape that increases the path length of the liquid or vapor when moving within the contact plate.
4. Устройство по п.1 , отличающееся тем, что теплообменник выполнен в виде разветвленного участка конденсатопровода. 4. The device according to claim 1, characterized in that the heat exchanger is made in the form of a branched section of the condensate line.
5. Устройство по п.1 , отличающееся тем, что теплообменник выполнен в виде прямолинейного участка конденсатопровода. 5. The device according to claim 1, characterized in that the heat exchanger is made in the form of a rectilinear section of the condensate pipe.
6. Устройство по п.1 , отличающееся тем, что контактные пластины выполнены из теплопроводного материала. 6. The device according to claim 1, characterized in that the contact plates are made of heat-conducting material.
7. Устройство по п.1 , отличающееся тем, что контактные пластины выполнены из меди. 7. The device according to claim 1, characterized in that the contact plates are made of copper.
8. Устройство по п.1 , отличающееся тем, что контактные пластины выполнены из алюминия. 8. The device according to claim 1, characterized in that the contact plates are made of aluminum.
9. Устройство по п.1 , отличающееся том, что испаритель имеет форму плоского параллелепипеда, снабженного отверстиями для подключения паропровода и конденсатопровода. 9. The device according to claim 1, characterized in that the evaporator has the shape of a flat parallelepiped equipped with holes for connecting a steam pipe and a condensate pipe.
10. Устройство по п.1 , отличающееся тем, что испаритель имеет форму плоского цилиндра, снабженного отверстиями для подключения паропровода и конденсатопровода.
10. The device according to claim 1, characterized in that the evaporator has the shape of a flat cylinder equipped with holes for connecting a steam pipe and a condensate pipe.
11. Устройство по п.1 , отличающееся тем, что конденсатор выполнен в виде плоского пустотелого параллелепипеда, снабженного отверстиями для подключения паропровода и конеденсатопровода. 11. The device according to claim 1, characterized in that the capacitor is made in the form of a flat hollow parallelepiped, equipped with holes for connecting a steam pipe and a condensate pipe.
12. Устройство по п.1 , отличающееся тем, что конденсатор выполнен в виде плоского пустотелого цилиндра, снабженного отверстиями для подключения паропровода и конденсатопровода. 12. The device according to claim 1, characterized in that the condenser is made in the form of a flat hollow cylinder equipped with holes for connecting a steam pipe and a condensate pipe.
13. Устройство по п.1 , отличающееся тем, что конденсатор выполнен в виде пустотелого кольцевого зазора, заглушённого с торцов, образованного двумя цилиндрическими трубками, установленными коаксиально, причем внешняя трубка снабжена рубашкой охлаждения и имеет отверстия для подключения паропровода и конденсатопрововода. 13. The device according to claim 1, characterized in that the condenser is made in the form of a hollow annular gap, muffled from the ends, formed by two cylindrical tubes installed coaxially, and the outer tube is equipped with a cooling jacket and has openings for connecting the steam and condensate pipes.
14. Устройство по п.1 , отличающееся тем, что теплообменник, выполненный в виде участка конденсатопровода, сопряженного с контактной пластиной, расположен рядом с конденсатором на том же стоке тепла.
14. The device according to claim 1, characterized in that the heat exchanger, made in the form of a section of the condensate conduit coupled to the contact plate, is located next to the condenser on the same heat sink.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017110404A RU2639635C1 (en) | 2017-03-29 | 2017-03-29 | Heat-transfer device for cooling electronic components |
| RU2017110404 | 2017-03-29 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2018182452A1 true WO2018182452A1 (en) | 2018-10-04 |
Family
ID=63677177
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2017/000682 WO2018182452A1 (en) | 2017-03-29 | 2017-09-20 | Heat-transfer device for cooling electronic components |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2639635C1 (en) |
| WO (1) | WO2018182452A1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2296929C2 (en) * | 2005-03-09 | 2007-04-10 | Институт теплофизики Уро РАН | Device for cooling electronic instruments |
| RU117597U1 (en) * | 2011-10-28 | 2012-06-27 | Учреждение Российской академии наук Институт теплофизики Уральского отделения РАН (Институт теплофизики УрО РАН) | HEAT TRANSFER SYSTEM |
| WO2013092386A1 (en) * | 2011-12-20 | 2013-06-27 | Astrium Sas | Cooling device |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9146059B2 (en) * | 2012-05-16 | 2015-09-29 | The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | Temperature actuated capillary valve for loop heat pipe system |
| CN105698576A (en) * | 2014-11-24 | 2016-06-22 | 讯凯国际股份有限公司 | Loop type heat pipe structure with liquid-vapor separation function |
-
2017
- 2017-03-29 RU RU2017110404A patent/RU2639635C1/en active
- 2017-09-20 WO PCT/RU2017/000682 patent/WO2018182452A1/en active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2296929C2 (en) * | 2005-03-09 | 2007-04-10 | Институт теплофизики Уро РАН | Device for cooling electronic instruments |
| RU117597U1 (en) * | 2011-10-28 | 2012-06-27 | Учреждение Российской академии наук Институт теплофизики Уральского отделения РАН (Институт теплофизики УрО РАН) | HEAT TRANSFER SYSTEM |
| WO2013092386A1 (en) * | 2011-12-20 | 2013-06-27 | Astrium Sas | Cooling device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2639635C1 (en) | 2017-12-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6508301B2 (en) | Cold plate utilizing fin with evaporating refrigerant | |
| US6990816B1 (en) | Hybrid capillary cooling apparatus | |
| US7077189B1 (en) | Liquid cooled thermosiphon with flexible coolant tubes | |
| US8773855B2 (en) | Heat-dissipating device and electric apparatus having the same | |
| US20060162903A1 (en) | Liquid cooled thermosiphon with flexible partition | |
| KR20080029756A (en) | Heat dissipating system and method | |
| JP2001349651A (en) | Withdrawing liquid cooling device using phase change coolant | |
| CN102834688A (en) | Phase change cooler and electronic equipment provided with same | |
| KR20070112370A (en) | A multi-orientational cooling system with a bubble pump | |
| US20050121180A1 (en) | Use of graphite foam materials in pumped liquid, two phase cooling, cold plates | |
| CN109612314A (en) | Phase-change heat radiating device | |
| US20070151275A1 (en) | Methods and apparatus for microelectronic cooling using a miniaturized vapor compression system | |
| US10907910B2 (en) | Vapor-liquid phase fluid heat transfer module | |
| WO2015146110A1 (en) | Phase-change cooler and phase-change cooling method | |
| CN107131784A (en) | Soaking plate based on flat board loop circuit heat pipe | |
| CN209877718U (en) | Phase change heat dissipation device | |
| JP2010079402A (en) | Cooling system for electronic equipment and saturated water pump to be used for the same | |
| JP2010079403A (en) | Cooling system for electronic equipment | |
| US6437983B1 (en) | Vapor chamber system for cooling mobile computing systems | |
| RU2639635C1 (en) | Heat-transfer device for cooling electronic components | |
| RU175949U1 (en) | HEAT TRANSFER DEVICE FOR COOLING ELECTRONIC COMPONENTS | |
| JP6825615B2 (en) | Cooling system and cooler and cooling method | |
| CN115857644A (en) | Cold plate type heat dissipation device for server | |
| RU2636385C1 (en) | Device for cooling single powerful led with intensified condensation system | |
| RU2551137C2 (en) | Evaporative cooling system for light-emitting diode module |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 17903374 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 17903374 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |