Охлаждающее устройство с замкнутым циклом циркулирующего теплоносителя

 

Изобретение относится к устройствам для охлаждения электронной аппаратуры и может быть использовано в геофизической сейсморазведке. Охлаждающее устройство выполнено в защитном герметичном кожухе. Содержит соосный шток относительного перемещения, охлаждаемый элемент, теплоноситель. Новым является наличие рабочей камеры и двух кольцевых полостей, примыкающих к ней с двух сторон. Рабочая камера связана с первой полостью обратным клапаном, а со второй - регулирующим клапаном. Вторая сторона первой полости примыкает к поршню на штоке. Вторая кольцевая полость образована сообщающимися между собой двойными с зазором стенками, полыми торцем и теплоотводом. Через второй обратный клапан вторая кольцевая полость соединена с первой кольцевой полостью. Охлаждаемый элемент расположен на теплоотводе второй кольцевой полости. Устройство обеспечивает охлаждение элемента, например полупроводниковых приборов, при окружающей температуре 500-650К в условиях, где невозможна подача теплоносителя извне, а использование хладагента (например, жидкий азот) ограничено малыми габаритами изделия и длительным временем пребывания в экстремальных условиях при больших пластовых давлениях. 1 ил.

Изобретение относится к области физики, в частности к устройствам для охлаждения элементов, например, электронной аппаратуры. Может быть использовано в геофизической сейсморазведке.

Известен излучатель сейсмических сигналов (Патент РФ N 1805419 МПК G 01 V 1/133 БИ N 12 от 30.03.1993 г.). Излучатель выполнен в виде двух подвижных элементов, снабженных приводом относительного перемещения. Элементы герметично соединены между собой и образуют замкнутый объем, заполненный теплоносителем (жидкостью). Однако, для работы в условиях высоких внешних температур и давлений данный излучатель не предназначен.

Известно устройство для испарительно-жидкостного охлаждения силовых полупроводниковых модулей (Патент РФ N 2026574 МПК G 12 B 15/00 опубликовано БИ N 1 от 10.01.1995 г.). По максимальному количеству сходных существенных признаков данное устройство принимается за прототип.

Известное устройство имеет герметичный корпус, заполненный жидким диэлектриком, в котором находятся силовые высокотемпературные полупроводниковые приборы. Корпус соединен паропроводами с наклонным теплообменником, снабженным конденсатопроводом, на котором установлен дополнительный (соединенный с основным) теплообменник с внутренним оребрением. Применяется комбинированное испарительно-жидкостное охлаждение. Конденсат должен иметь температуру на 25 - 30 градусов ниже температуры корпусов низкотемпературных полупроводниковых приборов для того, чтобы они эффективно охлаждались жидкостным охладителем. Температура воды в теплообменнике-конденсаторе должна быть ниже на 25 - 30 градусов насыщения жидкого диэлектрика для интенсивной и полной конденсации его паров и отсутствия аварийного избыточного давления паров в герметичном корпусе.

Однако из описанного выше следует, что данное устройство не может быть использовано для охлаждения электронных приборов в условиях внешних высоких температур, например, при температуре 200 - 250 градусов на глубине около 8 тысяч метров в скважине при сейсморазведке.

Сущность заявляемого технического решения заключается в совокупности признаков, достаточных и необходимых для достижения технического результата изобретения. А именно, необходимо такое охлаждающее устройство, которое обеспечивает работу электронных приборов при температуре окружающей среды 500 - 650 K. Например, работу скважинного приемного модуля, предназначенного для приема сейсмических колебаний.

Заявляемое охлаждающее устройство с замкнутым циклом циркулирующего теплоносителя, как и прототип, содержит защитный герметичный кожух с замкнутым объемом циркуляции теплоносителя, охлаждаемый элемент внутри кожуха и соосный с кожухом шток.

В отличие от прототипа устройство снабжено рабочей камерой и двумя кольцевыми полостями, расположенными в защитном герметичном кожухе. Рабочая камера размещена между двумя кольцевыми полостями и соединена с ними обратным и регулирующим клапанами. Причем объем одной полости изменяется с помощью примыкающего к ней поршня на штоке. Вторая кольцевая полость образована двойными стенками, полым торцом и осью (теплоотводом), которые сообщаются между собой непосредственно. При этом обе полости связаны между собой вторым обратным клапаном. Охлаждаемый элемент, например электронные модули скважинного приемного модуля, размещен в циркулирующем теплоносителе на полой оси (теплоотводе) второй кольцевой полости.

Предлагаемое устройство обеспечивает охлаждение элемента, например электронных полупроводниковых приборов, при окружающей температуре 500 - 650 K, в условиях, где невозможна подача теплоносителя извне, а использование хладагента (например, жидкий азот) ограничено малыми габаритами изделия и длительным временем пребывания (около 5 часов) в экстремальных условиях при больших пластовых давлениях.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлено эскизное изображение заявляемого устройства.

Заявляемое охлаждающее устройство с замкнутым циклом циркулирующего теплоносителя, как и прототип, содержит защитный герметичный кожух 1, соосный с ним шток 2 относительного перемещения, охлаждаемый элемент 3 и теплоноситель.

В отличие от прототипа устройство снабжено расположенными в в герметичном кожухе 1 рабочей камерой 4 и двумя кольцевыми полостями 5 и 6, примыкающими к ней с двух сторон.

Рабочая камера 4 через обратный клапан 7 связана с первой кольцевой полостью 5, а через регулирующий клапан 8 со второй полостью 6. Кольцевая полость 5 второй стороной примыкает к поршню 9 на штоке 2. Кольцевая полость 6 снабжена двойными (с зазором) стенками 10 и полым же торцем 11 и теплоотводом 12. Стенки 10, торец 11 и теплоотвод 12 непосредственно сообщаются между собой, а при помощи второго обратного клапана 13 сообщаются с кольцевой полостью 5. На теплоотводе 12 кольцевой полости 6 размещен охлаждаемый элемент 3.

Работа охлаждающего устройства с замкнутым циклом циркулирующего теплоносителя заключается в следующем.

В рабочую камеру 4 в стационарных условиях закачен теплоноситель (например воздух) до расчетного давления (10 - 15 атм), на которое расчитан и регулирующий клапан 8. Поршень 9 находится в рабочем положении. Он расчитан на необходимый объем теплоносителя в кольцевой полости 5. На теплоотводе 12 полости 6 размещен охлаждаемый элемент 3. Кожух 1 обеспечивает полную герметичность всего устройства.

В общем случае нормальная работа охлаждаемого элемента 3 на полупроводниковых приборах гарантируется при температуре в кольцевой полости 6 порядка 85 градусов (около 358 K). Для поддержания окружающей элемент 3 температуры меньше или равно 85 градусов (358 K) при условии, что в пристеночной области кожуха 1 наружная температура 500 - 650 K, необходимо произвести несколько рабочих циклов по перемещению поршня 9.

Один цикл работы совершается за n с (например, за 1,4 с). Из рабочего положения поршень 9 перемещается к рабочей камере 4, изменяя объем полости 5. Избыток теплоносителя через обратный клапан 7 поступает из полости 5 в рабочую камеру 4, создавая тем самым избыточное давление в ней. При достижении расчетного давления на регулирующий клапан 8 он срабатывает и теплоноситель поступает в сообщающиеся полости 12, 11 и 10 кольцевой полости 6.

Расширение теплоносителя происходит от 10 - 15 до 1 атм, при этом температура теплоносителя снижается в 10 - 15 раз. Это обеспечивает охлаждение самого элемента 3 через теплоотвод 12 и окружающей его среды через стенки 10, торец 11 кольцевой полости 6. За счет расширившегося теплоносителя, который через обратный клапан 13 поступает в кольцевую полость 5, поршень 9 перемещается в первоначальное положение. Устройство готово к следующему циклу работы. Число циклов определяется как рассеиваемой мощностью работающего элемента 3 (полупроводниковые приборы), так и количеством тепла, поступающего из окружающей среды через кожух 1 и стенки 10 кольцевой полости 6.

Возможность осуществления охлаждения электронного модуля в условиях работы при окружающей температуре 500 - 650 K была проверена расчетным путем и на макете.

Электронный модуль содержал 4 полупроводниковых элемента с допустимой рабочей температурой 95 градусов. Нормальная работа гарантировалась при температуре меньше или равно 85 градусов (358 K). Для поддержания этой температуры при температуре пристеночной области кожуха 1 500 - 650 K необходимо было произвести 10 - 20 циклов работы устройства.

Формула изобретения

Охлаждающее устройство с замкнутым циклом циркулирующего теплоносителя, содержащее расположенные в защитном герметичном кожухе шток относительного перемещения, охлаждаемый элемент и теплоноситель, отличающееся тем, что устройство снабжено рабочей камерой и двумя кольцевыми полостями, примыкающими к ней с двух сторон и связанными с нею обратным и регулирующим клапанами соответственно, причем вторая сторона первой полости примыкает к поршню, соединенному со штоком, при этом вторая кольцевая полость образована сообщающимися между собой двойными с зазором стенками, полыми торцом и теплоотводом и через второй обратный клапан соединена с первой кольцевой полостью, а охлаждаемый элемент расположен на теплоотводе второй кольцевой полости.

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано при конструировании приборных шкафов и стоек, в которые встраиваются съемные модули с кондуктивным теплоотводом

Изобретение относится к преобразовательной технике

Изобретение относится к области механики, в частности к способам и устройствам отработки тепловой защиты объектов от мощных направленных тепловых нагрузок с помощью защитного экрана

Изобретение относится к авиационной технике, а именно к системам охлаждения бортовой аппаратуры автономных оптико-электронных устройств, выполненных в виде отдельных модулей и расположенных вне авиационного носителя

Изобретение относится к системам охлаждения тепловыделяющего оборудования, в частности вычислительной техники и телекоммуникационной техники, и может быть использовано при построении инженерных систем для центров обработки данных как стационарных модульных, так и мобильных

Изобретение относится к способу и устройству для охлаждения электрических и электронных конструктивных элементов и модульных блоков (3), встроенных в приборных шкафах (2, 20), потерянное тепло которых охлаждается проводимой по циркуляционному контуру охлаждающей жидкостью

Группа изобретений относится к области теплообмена и может быть использована для охлаждения воздуха или оборудования, а также для утилизации сбросного тепла. Технический результат - повышение эффективности теплообмена, экономичности, экологичности, а также повышение надежности и долговечности, расширение области применения, расширение функциональных возможностей. Достигается тем, что в одном из вариантов устройство преобразования тепла в холод содержит первый теплообменник 2, парогенератор 3 жидкий теплоноситель (хладагент) 4, тонкую пластину с отверстием 5, конденсатор 6, сетку 7, второй теплообменник 8, клапан перелива 9, вертикальный трубопровод 10, клапан противодавления 11, дозатор 12, турбину с магнитной муфтой 13, вентилятор 14, вторую тонкую пластину с отверстием 15, солнечный коллектор 16. 5 н. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к системам охлаждения и, в частности, к системам охлаждения для электронных дисплеев. Технический результат - улучшение рабочих характеристик компонентов электронных дисплеев и увеличение их срока службы за счет предотвращения больших колебаний температуры при использовании электронных дисплеев в наружных средах в условиях прямого солнечного света или в других тяжелых тепловых условиях. Достигается тем, что в охлаждающем блоке для электронного блока изображения и блоке дисплея, содержащем его, в некоторых вариантах осуществления используется газ окружающей среды для охлаждения модулей питания и/или блока изображения (иногда задней подсветки). В других вариантах используется замкнутый контур циркулирующего газа, который проходит по передней поверхности блока изображения и через теплообменник. Разомкнутый контур проходит через теплообменник и извлекает тепло из циркулирующего газа. В качестве газа окружающей среды может использоваться атмосферный воздух. Для охлаждения заднего участка блока изображения или задней подсветки с помощью газа окружающей среды может использоваться необязательный дополнительный канал. В некоторых вариантах осуществления также используются теплопроводящие пластины и ребра для распределения тепла и исключения горячих точек в дисплее. 3 н.п. и 12 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к силовой электронике, а более конкретно к современному охлаждению силовой электроники. Технический результат - улучшение тепловых характеристик и компоновки блоков силовых преобразователей, в которых используются устройства в плоских корпусах. Это достигается теплоотводом (300), предназначенным для непосредственного охлаждения по меньшей мере одного корпуса (20) электронного устройства. Корпус электронного устройства имеет верхнюю контактную поверхность (22) и нижнюю контактную поверхность (24). Теплоотвод содержит охлаждающий элемент (310), выполненный по меньшей мере из одного теплопроводящего материала. Данный охлаждающий элемент ограничивает впускные коллекторы (12) хладагента и выпускные коллекторы (14) хладагента. Впускные и выпускные коллекторы расположены с чередованием. Охлаждающий элемент дополнительно ограничивает милликаналы (16), выполненные с возможностью приема хладагента из впускных коллекторов и подачи хладагента к выпускным коллекторам. Милликаналы, впускные и выпускные коллекторы дополнительно выполнены с возможностью непосредственного охлаждения одной из контактных поверхностей корпуса электронного устройства, верхней или нижней, благодаря непосредственному контакту с хладагентом, так что данный теплоотвод выполнен в виде единого целого. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к охлаждающему устройству, использующему искусственные струи. Технический результат - улучшение активного охлаждения посредством принудительной конвекции. Достигается тем, что в устройстве (1) искусственного струйного охлаждения для охлаждения объекта (5), содержащем преобразователь (10), адаптированный так, чтобы производить волны скорости, и камеру (4), выполненную с возможностью принимать волны скорости через задействованное отверстие (8). Камера (4) является достаточно большой для того, чтобы производить у задействованного отверстия (8) внутреннюю искусственную струю внутри камеры (4). Кроме того, камера (4) выполнена с возможностью содержать объект (5), таким образом обеспечивая возможность охлаждения объекта (5) внутренней искусственной струей. Такая компоновка обычно допускает многофункциональное использование существующей камеры, содержащей подлежащий охлаждению объект, и для ее первоначальной цели (например, отражатель в лампе или модуль подсветки СИД), и в качестве камеры, производящей внутренние искусственные струи, поэтому охлаждающее устройство обычно фактически не требует дополнительного пространства и веса и может обеспечиваться по низкой цене. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано на литографических операциях при изготовлении полупроводниковых приборов и интегральных микросхем

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано на литографических операциях при изготовлении полупроводниковых приборов и интегральных микросхем

Изобретение относится к теплообменной аппаратуре для охлаждения электронных модулей

Охлаждающее устройство 1, использующее пульсирующую текучую среду для охлаждения объекта, содержащее: преобразователь 2, имеющий мембрану, выполненную с возможностью генерирования волн давления с рабочей частотой fw, и полость 4, заключающую первую сторону мембраны. Полость 4 имеет по меньшей мере одно отверстие 5, выполненное с возможностью испускания пульсирующего потока текучей среды за вычетом потерь к указанному объекту, при этом отверстие 5 сообщается со второй стороной мембраны. Полость 4 является достаточно маленькой для предотвращения действия текучей среды в упомянутой полости 4 как пружины в резонирующей системе масса-пружина в рабочем диапазоне. Это является преимуществом, так как объемная скорость u1 около отверстия но существу равна объемной скорости u1' около второй стороны мембраны, за исключением знака минус. Таким образом, при рабочей частоте пульсирующая текучая среда за вычетом потерь может быть в значительной степени подавлена благодаря противофазе волн давления со второй стороны мембраны, вызывая в результате близкую к нулю объемную скорость в дальней области. Таким образом, обеспечивается низкий уровень звука при низкой стоимости и без необходимости обеспечения механической симметрии. 2 н.з.п., 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к устройству для охлаждения полупроводникового кристалла (111). Охлаждающее устройство для полупроводникового кристалла (111) содержит радиатор (112), термически соединенный с полупроводниковым кристаллом (111) для рассеивания тепла, корпус (150), к которому прикреплен радиатор (112), причем радиатор расположен в корпусе (150), первый канал (153) потока текучей среды для обеспечения принудительного потока текучей среды внутри корпуса (150) и из него и тракт потока текучей среды, выполненный с возможностью направления текучей среды в первом направлении между первым каналом (153) потока текучей среды и радиатором (112), а также для направления потока текучей среды вдоль радиатора (112) во втором направлении из корпуса (150) или в него, отличном от первого направления. Изобретение обеспечивает охлаждающее устройство, обладающее улучшенной хладопроизводительностью, работающее с меньшим поглощением пыли, меньшим шумом, и компактное по размерам при меньшей стоимости. 5 н. и 14 з.п. ф-лы, 16 ил.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано при охлаждении электронного и микроэлектронного оборудования. Способ охлаждения электронного и микроэлектронного оборудования реализуется за счет использования конденсатора пара в качестве пленкоформирователя, обеспечивающего формирование тонких безволновых пленок жидкости высокой равномерности и качества. Технический результат - обеспечение более интенсивного, контролируемого и экономичного охлаждения. 1 ил.

Изобретения относятся к авиационной технике. Способ воздушного охлаждения тепловыделяющей аппаратуры, расположенной снаружи летательных аппаратов, включает тепловой контакт между тепловыделяющими поверхностями аппаратуры и воздушными термоплатами (2), движение атмосферного воздуха через проточные полости (14) воздушных термоплат, формирование зоны для прохождения и распределения потока атмосферного воздуха через проточные полости (14) воздушных термоплат. Сформированная зона разбивается на независимые участки с шагом, зависящим от выделяющегося тепла на единицу площади. Скоростной воздушный поток атмосферного воздуха, возникающий при движении летательного аппарата, проходит сначала через воздухозаборник (6), затем попадает в воздуховоды (4), диффузоры (5) и коллектор (7), из которого распределяется через проточные полости (14) воздушных термоплат (2). Воздушный поток направляют последовательно от первого участка по направлению движения летательного аппарата к последующим участкам. Участки образовывают из воздушного тракта с помощью герметизирующих перегородок (8). Изобретение уменьшает массу, габариты и энергозатраты. 2 н.п. ф-лы, 4 ил., 5 табл.

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к области охлаждения элементов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), работающих в режиме повторно-кратковременных тепловыделений. Технический результат - повышение интенсивности отвода теплоты от плавящегося вещества во время паузы в работе элемента РЭА. Достигается тем, что устройство содержит тонкостенный металлический контейнер c плавящимся рабочим веществом, на одной из торцевых поверхностей которого размещается элемент РЭА. В контейнере выполнены две группы сквозных горизонтально расположенных воздуховодов, ориентированных друг относительно друга перпендикулярно. Воздуховоды первой группы имеют протяженность по ширине контейнера так, что их начала и концы соответствуют его двум противоположным боковым стенкам (длина воздуховодов равна ширине контейнера). Воздуховоды второй группы имеют протяженность по толщине контейнера так, что их начала и концы соответствуют его передней и задней стенкам (длина воздуховодов равна толщине контейнера). Во время паузы в работе элемента РЭА осуществляется прокачивание воздуха через группы воздуховодов посредством двух пар вентиляторов, запитываемых от источника электрической энергии. В каждой паре один вентилятор работает на вдув воздушного потока, а второй - на его выдув. 1 ил.

Изобретение относится к области охлаждения элементов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). Технический результат - повышение интенсивности отвода теплоты от плавящегося вещества во время паузы в работе элемента РЭА. Достигается тем, что устройство содержит тонкостенный металлический контейнер, заполненный плавящимся рабочим веществом, на одной из торцевых поверхностей которого размещается элемент РЭА. В контейнере выполнены горизонтально расположенные воздуховоды, разделенные на две группы. Воздуховоды первой группы имеют протяженность по ширине контейнера так, что длина воздуховодов равна ширине контейнера. Причем концы воздуховодов первой группы герметично закрыты боковой стенкой, а начала воздуховодов выполнены сквозными. К воздуховодам первой группы перпендикулярно в горизонтальной плоскости присоединены воздуховоды второй группы так, что их начала соответствуют воздуховодам первой группы, а концы передней стенке контейнера. Во время паузы в работе элемента РЭА осуществляется прокачивание воздуха через воздуховоды посредством вентиляторов, ориентированных относительно друг друга перпендикулярно, причем один из них работает на вдув воздушного потока в воздуховоды первой группы, а второй - на его выдув из воздуховодов второй группы. 1 ил.
Наверх