Устройство охлаждения компонентов электронных устройств

Изобретение относится к области электротехники. Устройство содержит теплосъемники, расположенные на охлаждаемых компонентах электронных устройств, удаленный радиатор и тепловую трубку. При этом радиатор размещен выше теплосъемников. Тепловая трубка состоит из четырех типов участков - нагреваемых зон, промежуточных зон, по которым движение рабочего тела происходит в виде пара, охлаждаемой зоны и промежуточных зон, по которым движение рабочего тела происходит в виде жидкости. Промежуточные зоны тепловой трубки выполнены в виде гибких шлангов. Рабочим телом тепловой трубки является жидкость, имеющая температуру кипения при атмосферном давлении выше рабочей температуры охлаждаемых электронных компонентов. Изобретение позволяет обеспечить охлаждение устройств с часто изменяемой конфигурацией электронных компонентов, а также исключить использование в качестве рабочего тела пожароопасных и экологически вредных веществ. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для охлаждения компонентов электронных устройств.

Известно устройство охлаждения компонентов электронных устройств, состоящее из теплосъемника, расположенного на охлаждаемом компоненте, удаленного радиатора, рассеивающего теплоту в окружающее пространство, и тепловой трубки, передающей теплоту от теплосъемника к радиатору. Тепловая трубка данного устройства представляет собой вытянутый герметичный сосуд, заполненный рабочим телом на основе легкокипящей жидкости, имеющей температуру кипения при атмосферном давлении, более низкую чем температура охлаждаемого электронного компонента, и ее парами. Теплота, выделяемая работающим электронным компонентом, передается через теплосъемник нижней зоне тепловой трубки, где происходит испарение рабочего тела с поглощением теплоты. Пары рабочего тела перемещаются в верхнюю зону тепловой трубки, в которой конденсируются, передавая теплоту радиатору, и стекают под действием силы тяжести обратно в нижнюю зону тепловой трубки. Недостатками данного устройства являются: использование в качестве рабочего тела тепловой трубки хладагентов, представляющих собой пожароопасные либо экологически вредные вещества; встречное движение паро-жидкостных потоков, ограничивающее величину теплопередачи и влекущее увеличение поперечного сечения тепловой трубки, а также жесткая конфигурация тепловой трубки, не позволяющая использовать устройство охлаждения в электронных устройствах с часто изменяемой конфигурацией электронных компонентов, в частности в системных блоках персональных компьютеров.

(“Hard'n'Soft” №8 2003, с.79 “Отобрать и развеять по ветру”).

Целью изобретения является исключение использования в качестве рабочего тела тепловой трубки пожароопасных и экологически вредных веществ и обеспечение возможности использования устройства охлаждения в электронных устройствах с часто изменяемой конфигурацией электронных компонентов.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве рабочего тела тепловой трубки применены экологически безвредные жидкости на основе воды и/или этилового спирта, имеющие температуру кипения при атмосферном давлении выше рабочей температуры охлаждаемого электронного компонента, а в качестве промежуточных зон тепловой трубки, расположенных между нагреваемыми и охлаждаемой зонами трубки, применены гибкие вакуумные шланги.

В предпочтительном варианте выполнения устройства применена замкнутая циклическая схема тепловой трубки, согласно которой пары рабочего тела от горячего конца трубки к холодному и сконденсированная жидкость от холодного конца к горячему проходят по разным участкам трубки. Данная конструкция позволяет снизить диаметр трубки при сохранении ее производительности по сравнению со схемой, по которой пары рабочего тела и сконденсированная жидкость проходят встречными потоками по одним и тем же участкам трубки. Циклическая схема, кроме того, позволяет организовать одновременное охлаждение нескольких электронных компонентов при помощи одной разветвленной тепловой трубки.

Предпочтительно тепловая трубка имеет герметически закрываемый отвод, через который периодически производится удаление попадаемых в систему тепловой трубки газов, а также производится смена или долив рабочего тела.

Использование заявленного изобретения позволит получить следующий технический результат.

Наличие гибких шлангов, являющихся составной частью тепловой трубки, и возможность их оперативной замены на шланги другой длины позволит использовать устройство охлаждения в электронных устройствах с часто изменяемой конфигурацией электронных компонентов, в частности в системных блоках персональных компьютеров. Использование в качестве рабочего тела тепловой трубки экологически и пожаробезопасных веществ позволяет производить установку, изменение конфигурации и обслуживание устройства охлаждения в домашних условиях.

Предложенная конструкция устройства охлаждения отличается от известных конструкций тем, что тепловая трубка устройства в широких пределах способна к обратимым изгибам, что позволяет использовать устройство охлаждения в электронных устройствах с часто изменяемой конфигурацией электронных компонентов.

Таким образом, предложенное решение удовлетворяет критерию изобретения “новизна”.

В патентной и научно-технической литературе и других источниках не описана конструкция устройства охлаждения компонентов электронных устройств, рабочим телом тепловой трубки которого является жидкость, имеющая температуру кипения при атмосферном давлении выше, чем рабочая температура охлаждаемого электронного компонента.

Таким образом, предложенное решение удовлетворяет критерию изобретения “изобретательский уровень”.

Предложенная конструкция устройства охлаждения может быть использована в системных блоках персональных компьютеров для охлаждения центрального процессора и других сильно греющихся деталей и микросхем.

Таким образом, предложенное решение удовлетворяет критерию изобретения “промышленная применимость”.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 показана схема устройства охлаждения двух компонентов с циклической схемой движения рабочего тела; на фиг.2 показана схема устройства охлаждения двух компонентов с частично циклической схемой движения рабочего тела.

Устройство содержит теплосъемники 1, прикрепленные к охлаждаемым компонентам, радиатор 2, размещенный выше теплосъемников, и тепловую трубку, состоящую из четырех типов участков - нагреваемых зон 3, промежуточных зон 4, по которым движение рабочего тела происходит в виде пара, охлаждаемой зоны 5 и промежуточных зон 6, по которым движение рабочего тела происходит в виде жидкости. В зависимости от выбранной конфигурации тепловой трубки возможно наличие промежуточных зон 7, по которым происходит встречное движение рабочего тела в виде пара и жидкости. К охлаждаемой зоне тепловой трубки в районе, максимально удаленном от входа пара рабочего тела, подсоединен отвод 8 с вакуумным краном 9.

Предпочтительно теплосъемники, радиатор, нагреваемые зоны тепловой трубки и охлаждаемая зона тепловой трубки изготовлены из металла с высоким коэффициентом теплопроводности. Промежуточные зоны тепловой трубки представляют собой гибкие вакуумные шланги.

Работа устройства охлаждения осуществлена следующим образом.

Теплота, выделяемая работающими электронными компонентами, через теплосъемники 1 передается нагреваемым зонам 3 тепловой трубки. В нагреваемых зонах находится рабочее тело в виде жидкости. При поступлении теплоты происходит испарение (кипение) рабочего тела с поглощением поступившей теплоты. Пары рабочего тела проходят по паровым промежуточным зонам 4 к охлаждаемой зоне 5 тепловой трубки, в которой конденсируются обратно в жидкость, отдавая теплоту конденсации охлаждаемой зоне, а от нее радиатору 2. Радиатор рассеивает поступившую теплоту в окружающее пространство. Сконденсированные пары рабочего тела в виде жидкости стекают под действием силы тяжести по жидкостным промежуточным зонам 6 тепловой трубки обратно в нагреваемые зоны 3 тепловой трубки.

Максимальная производительность тепловой трубки достигается в том случае, когда внутри тепловой трубки находится только рабочее тело в виде жидкости и паров, а посторонние вещества в виде газов отсутствуют. Так как температура кипения предлагаемого рабочего тела при атмосферном давлении выше рабочей температуры охлаждаемого электронного компонента, тепловая трубка работает в условиях разрежения и в нее возможен подсос посторонних газов из атмосферы через микротрещины в стенках тепловой трубки или через неплотности соединений. Для поддержания производительности тепловой трубки на максимальном уровне предусмотрен отвод 8 с вакуумным краном 9, через который производится периодическое удаление попадаемых в систему тепловой трубки газов. Удаление посторонних газов производится путем их откачки вместе с частью паров рабочего тела с помощью подключаемого вакуумного насоса, либо путем отдувки вместе с частью паров рабочего тела при нагреве всей тепловой трубки выше температуры кипения рабочего тела при атмосферном давлении. Так как при периодических откачках или отдувках происходит снижение содержания или изменение состава рабочего тела в тепловой трубке, через этот же отвод производится долив или смена рабочего тела.

1. Устройство охлаждения компонентов электронных устройств, состоящее из одного или нескольких теплосъемников, расположенных на охлаждаемых компонентах электронных устройств, удаленного радиатора, рассеивающего теплоту в окружающее пространство и тепловой трубки, отличающееся тем, что радиатор размещен выше теплосъемников, а тепловая трубка состоит из четырех типов участков - нагреваемых зон, промежуточных зон, по которым движение рабочего тела происходит в виде пара, охлаждаемой зоны и промежуточных зон, по которым движение рабочего тела происходит в виде жидкости, при этом к тепловой трубке подсоединяют герметично закрываемый отвод, промежуточные зоны тепловой трубки выполнены в виде гибких шлангов, а рабочим телом тепловой трубки является жидкость, имеющая температуру кипения при атмосферном давлении выше рабочей температуры охлаждаемых электронных компонентов.

2. Устройство охлаждения компонентов электронных устройств по п.1, отличающееся тем, что в качестве рабочего тела тепловой трубки применена вода и/или этиловый спирт.

3. Устройство охлаждения компонентов электронных устройств по п.1, отличающееся тем, что в качестве промежуточных зон тепловой трубки применены вакуумные шланги.

4. Устройство охлаждения компонентов электронных устройств по п.1, отличающееся тем, что отвод выполнен с возможностью периодического удаления попадающих в систему тепловой трубки посторонних газов, а также смены или долива рабочего тела.

5. Устройство охлаждения компонентов электронных устройств по п.1, отличающееся тем, что тепловая трубка имеет парные ответвления к каждому теплосъемнику, причем все ответвления, по которым происходит возврат жидкого рабочего тела в нагреваемые зоны тепловой трубки, расположены ниже уровня жидкости в тепловой трубке.