Пристрій для охолодження електронних компонентів

1. Пристрій для охолодження електронних компонентів, що містить корпус, на зовнішній поверхні однієї з вертикальних стінок якого, що є радіатором, є теплорозсіюючі ребра, а всередині корпуса розміщений базовий теплопередавальний блок, призначений для контактування з теплонавантаженими електронними компонентами, до базового теплопередавального блока приєднані теплові трубки з капілярно-пористою структурою, з'єднані з радіатором, який відрізняється тим, що частина теплових трубок розташована вище базового теплопередавального блока (висхідні теплові трубки), а інша частина - нижче базового теплопередавального блока (низхідні теплові трубки). 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що пористість внутрішньої структури висхідних і низхідних теплових трубок різна і вибрана відповідно до умови компенсації впливу сил гравітації на характеристики теплопередачі. 3. Пристрій за пп. 1, 2, який відрізняється тим, що радіус пор внутрішньої структури висхідних і низхідних трубок вибирається з наступної умови: 2 2  ghB   ghH , RB RH де  - коефіцієнт поверхневого натягу теплоносія;  - щільність теплоносія; g - прискорення сили 2 (19) 1 3 61352 4 приміщеннях при несприятливих умовах зовнішкорпуса розміщений базовий теплопередавальний нього середовища: підвищеній запиленості, підблок, призначений для контактування з теплонавищеній вологості, а також при підвищених темпевантаженими електронними компонентами; до ратурах. базового теплопровідного блока приєднані теплові Відомий пристрій для охолодження деталей трубки з капілярно-пористою структурою або пулькомп'ютера (див. патент РФ № 2348963, МПК суючі (змієподібні) теплові трубки, з'єднані з радіаG06F1/20 (2006.01), опубл. 10.03.2009), який містором, при цьому теплові трубки спрямовані тільки тить теплопередавальний блок, з'єднаний з можв одну сторону (убік найближчого до ЦПП краю ливістю передачі тепла з тепловиділяючими детасистемної плати). У цьому пристрої передбачаєтьлями для прийому тепла, яке виділяється, ся використання теплових трубок з капілярнотеплорозсіюючими деталями; щонайменше, одну пористою структурою у випадку, коли нагрітий кітеплову трубку, яка містить ділянку для з'єднання нець трубки перебуває на одному рівні з охолоз теплопередавальним блоком, з'єднану з можлиджуваним кінцем або нижче, і використання пульвістю передачі тепла з теплопередавальним блосуючих теплових трубок у протилежному випадку. ком, і ділянку для з'єднання з теплорозсіюючими Для рівномірного розподілу теплового поля по ребрами, зігнутий з одержанням вигнутої форми; і поверхні радіатора в описаному пристрої викорисмножину теплорозсіюючих ребер. тані додаткові теплові трубки, які проходять узОднак описаний пристрій має наступні недолідовж радіатора між його ребрами. ки: при відведенні великої кількості тепла такий До недоліків конструкції можна віднести те, що пристрій має потребу в примусовому обдуві за зони відводу теплоти теплових трубок сконцентродопомогою вентилятора, наявність якого підвищує вані в одній (верхній або нижній) частині радіаторівень шуму і знижує надійність системи. Крім цьора. Це приводить до неоднорідності температурго, у зв'язку тим, що відвід тепла здійснюється реного поля по його висоті і підвищення температури брами, які перебувають усередині корпуса комп'юв області приєднання тепловідвідної частини тептера, внутрішній обсяг повітря швидко лових трубок, у порівнянні з усією поверхнею радінагрівається і виникає необхідність забезпечення атора. Товщина теплового приграничного шару по ефективної циркуляції повітря через вентиляційні висоті радіатора збільшується. У верхній частині отвори в зовнішніх стінках корпуса, що унеможлирадіатора тепловий приграничний шар має більшу влює захист конструкції комп'ютера від попадання товщину, чим у нижній частині радіатора. Навіть за всередину пилу й вологи, що негативно позначаумови ізотермічності поверхні охолодження це ється на його надійності. призводить до зниження коефіцієнтів тепловіддачі Відома також система пасивного охолодження у верхній частині і, відповідно, до погіршення відмоноблочного комп'ютера (див. патент РФ на ководу теплоти від радіатора в навколишнє середорисну модель № 64400, МПК G06F3/00 (2006.01), вище. Температура зон відводу теплоти теплових G06F15/00 (2006.01), опубл. 27.06.2007), під паситрубок підвищується, що в кінцевому результаті вною системою охолодження мається на увазі те, призводить до росту температури об'єкта охолощо моноблочний комп'ютер не містить спеціальдження (ЦПП) і погіршення його функціональних них електромеханічних блоків, призначених для можливостей. Для усунення цього недоліку і винийого охолодження, тепло, яке виділяється такими кла необхідність використання в конструкції двох елементами моноблочного комп'ютера як процерізних видів теплових трубок (як показано вище), а сор, chipset і т. д., виділяється або безпосередньо також розміщення додаткових трубок, що проховід їхнього корпуса, або за допомогою радіаторів дять уздовж радіатора між його ребрами, що істоза рахунок випромінювання та природної конвекції, тно ускладнює конструкцію описаного пристрою і без примусового обдуву (примусової конвекції) або призводить до зниження її надійності при експлуациркуляції охолоджувальної рідини. тації. Однак описаний пристрій має наступні недоліВ основу корисної моделі поставлено задачу ки: відвід тепла від тепловиділяючих елементів підвищення однорідності температурного поля по винятково за допомогою радіаторів має обмеженвисоті радіатора і зниження температури в області ня, пов'язані з тим, що через кінцеву теплопровідприєднання тепловідвідної частини теплових труність матеріалу радіатора теплове поле нерівномібок, з одночасним спрощенням конструкції прирно розподіляється по поверхні радіатора, не строю, внаслідок чого поліпшуються функціональні дозволяючи, без додаткових заходів, таких як заможливості пристрою і підвищується надійність стосування теплових трубок, ефективно викорисйого роботи. товувати всю його площу. Таким чином, охолоДля вирішення поставленої задачі в пристрої дження з використанням описаного пристрою для охолодження електронних компонентів, який недостатньо ефективне і не може бути застосовамістить корпус, на зовнішній поверхні однієї з верне для охолодження сучасних високопродуктивних тикальних стінок якого, що є радіатором, є теплопроцесорів та інших елементів, які характеризурозсіюючі ребра, а всередині корпуса розміщений ються високим тепловиділенням. базовий теплопередавальний блок, призначений Відомий також пристрій для охолодження еледля контактування з теплонавантаженими електктронних компонентів, описаний у патенті, прийняронними компонентами, до базового теплоперетому нами як найближчий аналог (див. патент давального блока приєднані теплові трубки з капіСША № 7177154, МПК Н05К 7/20 (2006.01), опубл. лярно-пористою структурою, з'єднані з радіатором, 13.02.2007), який містить корпус, на зовнішній повідповідно до корисної моделі, частина теплових верхні однієї з вертикальних стінок якого, що є трубок розташована вище базового теплопередарадіатором, є теплорозсіюючі ребра, всередині вального блока (висхідні теплові трубки), а інша 5 61352 6 частина - нижче базового теплопередавального нше, ніж у верхній. Однак при передачі теплової блока (низхідні теплові трубки); при оптимальних енергії проти сил гравітації ефективність роботи варіантах виконання пристрою, що заявляється, теплових трубок трохи знижується (збільшується радіус пор внутрішньої структури висхідних і низзагальний тепловий опір і знижується максимальхідних теплових трубок різний і обраний з умови ний тепловий потік), що може незначно позначитикомпенсації впливу сил гравітації на характеристися на рівномірності відводу теплоти від теплонаки теплопередачі; радіус пор внутрішньої структувантаженого електронного компонента. Для ри висхідних і низхідних трубок вибирається з накомпенсації зниження ефективності роботи теплоступної умови: вих трубок, які розташовані нижче базового теплопередавального блока, вони конструктивно вико2 2  ghB   ghH , нані таким чином, щоб компенсувати сили RB RH гравітації, які перешкоджають руху теплоносія де  - щільність теплоносія; g - прискорення усередині капілярної структури до зони підведення сили ваги; R H - радіус пор у капілярній структурі низхідних теплових трубок; R B - радіус пор у капілярній структурі висхідних теплових трубок; h B висота розташування тепловідвідної частини висхідних теплових трубок над базовим теплопередавальним блоком; h H - висота розташування тепловідвідної частини низхідних теплових трубок нижче базового теплопередавального блока; радіатор є невід'ємною частиною корпуса або виконаний у вигляді окремої деталі; базовий теплопередавальний блок та інші теплопередавальні блоки складаються із, двох частин, які мають із боку стикування частин одна з одною пази для установки теплових трубок або виконані суцільними і мають отвори для установки теплових трубок або виконані суцільними і маютьпази для установки теплових трубок з боку контакту з теплонавантаженими електронними компонентами або радіатором; зазори між частинами базового теплопередавального блока та інших теплопередавальних блоків і теплових трубок заповнені теплопровідною пастою будь-якого типу або легкоплавким припоєм; між базовим теплопередавальним блоком, теплонавантаженими електронними компонентами, а також іншими теплопровідними блоками та радіатором нанесена теплопровідна паста будь-якого типу; частина внутрішнього простору корпуса з боку радіатора заповнена теплоізоляційним матеріалом. Причинно-наслідковий зв'язок між пропонованою сукупністю ознак і технічним ефектом, який досягається, полягає в наступному. Ефективність тепловідводу досягається тим, що одна частина теплових трубок, тепловіддаючі поверхні яких рівномірно розташовані по поверхні радіатора, розташована вище базового теплопередавального блока (висхідні теплові трубки), а інша - нижче базового теплопередавального блока (низхідні теплові трубки), при цьому ефективна площа відводу теплоти радіатором збільшується і температура базового теплопередавального блока, з яким контактує теплонавантажений електронний компонент, наприклад ЦПП, знижується, отже, нормалізується температурний режим охолоджуваного електронного компонента, що збільшує надійність роботи всього пристрою. Зони відводу теплоти теплових трубок, які розташовані нижче теплопередавального блока перебувають у кращих умовах по тепловіддачі в порівнянні з тими, які розміщені вище, оскільки товщина теплового приграничного шару в цій частині радіатора ме теплоти (базового теплопередавального блока). Це досягається тим, що радіус пор капілярної структури в низхідних теплових трубках обраний таким чином, щоб капілярний напір у них був вище, ніж у висхідних теплових трубках: 2 2 ,  RH RB де  - коефіцієнт поверхневого натягу теплоносія; R H - радіус пор у капілярній структурі низхідних теплових трубок; R B - радіус пор у капілярній структурі висхідних теплових трубок. Для того щоб теплові трубки (висхідні й низхідні) однаково передавали теплову енергію, необхідним є виконання наступної умови: 2 2  ghB   ghH , RB RH де  - коефіцієнт поверхневого натягу теплоносія;  - щільність теплоносія; g - прискорення сили ваги; h B - висота розташування тепловідвідної частини висхідних теплових трубок над базовою підставою; h H - висота розташування тепловідвідної частини низхідних теплових трубок нижче базового теплопередавального блока; R H - радіус пор у капілярній структурі низхідних теплових трубок; R B - радіус пор у капілярній структурі висхідних теплових трубок. Наприклад, якщо радіус пор капілярної структури у висхідних теплових трубок дорівнює 45 мкм (що відповідає пористості 90 %), а їхня зона відводу теплоти розташовується вище базового теплопередавального блока на 0,1 м, і зона відводу теплоти низхідних теплових трубок нижче базового теплопередавального блока на 0,1 м, то радіус пор капілярної структури низхідних теплових трубок повинен становити 25 мкм (пористість 75 %). У цьому випадку досягаються однакові умови для відводу теплоти як висхідними, так і низхідними тепловими трубками. Істотно, що ефективне охолодження електронних компонентів здійснюється без необхідності забезпечення повітрообміну між внутрішнім об'ємом корпуса та зовнішнім середовищем, що дозволяє виконати корпус захищеним від проникнення всередину пилу та вологи. На фіг. 1 показано пропонований пристрій для охолодження електронних компонентів при знятій протилежній радіатору стінці, вид спереду; на фіг. 2 - розріз по А-А на фіг. 1; на фіг. 3 - розріз по Б-Б на фіг. 1; на фіг. 4 - розріз Б-Б на фіг. 1, варіант 7 61352 8 виконання пристрою з теплоізоляційним матеріаДля поліпшення теплопередачі, між частинами лом. базового теплопередавального блока 4 або тепПропонований пристрій містить корпус 1, на лопередавальних блоків 8 і тепловими трубками 7 зовнішній поверхні однієї з вертикальних стінок зазори заповнені теплопровідною пастою будьякого, що є радіатором 2, є теплорозсіюючі ребра якого типу або легкоплавким припоєм. Між базо3, а всередині корпуса 1 розміщений базовий тепвим теплопередавальним блоком 4 і теплонаванлопередавальний блок 4, призначений для контактаженими електронними компонентами 5, а також тування з теплонавантаженими електронними іншими теплопередавальними блоками 8 і радіакомпонентами 5, у цьому випадку ЦПП, встановтором 2 нанесена теплопровідна паста будь-якого леним на системній платі 6, до базового теплопетипу. редавального блока 4 приєднані в даному конкреДля запобігання повернення тепла від радіатному прикладі чотири теплові трубки 7 з тора 2 у внутрішню частину корпуса 1, частина капілярно-пористою структурою, з'єднані з радіавнутрішнього простору корпуса 1 з боку радіатора тором 2 через, відповідно, чотири теплопередава2 може бути заповнена теплоізоляційним матеріальні блоки 8. Частина теплових трубок 7 розташолом 13, наприклад силіконовою композицією з навана вище базового теплопередавального блока 4 повнювачем, як показано на фіг. 4. (висхідні теплові трубки), а інша частина - нижче Робота пропонованого пристрою здійснюється базового теплопередавальний блока 4 (низхідні в такий спосіб. Різне електронне устаткування, як теплові трубки), при цьому радіус пор внутрішньої наприклад функціональні блоки промислового структури висхідних і низхідних теплових трубок 7 комп'ютера, встановлюються всередину корпуса 1 різний і обраний відповідно до умови компенсації таким чином, що найбільше теплонавантажені впливу сил гравітації на характеристики теплопеелектронні компоненти 5, наприклад ЦПП, контакредачі. тують із базовим теплопередавальним блоком 4. Радіатор 2 з ребрами 3 може бути невід'ємною Тепло, яке виділяється електронними компоненчастиною корпуса 1 або бути виконаним у вигляді тами 5, передається за допомогою висхідних і низокремої деталі (як показано на фіг. 1-3), з'єднаної з хідних теплових трубок 7, які працюють із рівною корпусом 1 за допомогою гвинтів 9, або складатиефективністю (внаслідок вибору пористості їхньої ся з багатьох складових частин. Базовий теплопевнутрішньої структури відповідно до умови компередавальний блок 4 може бути закріплений всеренсації впливу сил гравітації на характеристики тедині корпуса 1 за допомогою монтажних стійок 10 плопередачі), теплопередавальним блокам 8, які або будь-яким іншим чином. контактують із різними частинами радіатора 2, що Базовий теплопередавальний блок 4 та інші дозволяє рівномірно розподілити теплове поле по теплопередавальні блоки 8 можуть складатися із його висоті. Далі тепло відводиться з поверхні радвох частин, які мають із боку стикування частин діатора 2 і поверхні його ребер 3 у навколишнє одна з одною пази для установки теплових трубок середовище шляхом випромінювання, природної 7, або бути суцільними і мати отвори для установабо вимушеної конвекції. Ефективний відвід тепла ки теплових трубок 7, або бути суцільними і мати від найбільш теплонавантажених електронних пази для установки теплових трубок 7 з боку конкомпонентів 5 назовні корпуса 1 дозволяє норматакту з теплонавантаженими електронними комлізувати не тільки їх температурний режим, але понентами 5 або радіатором 2. Частини базового також зменшити температуру повітря у всьому теплопередавального блока 4 можуть скріплювавнутрішньому об'ємі корпуса 1, тим самим забезтися між собою та з монтажними стійками 10 за печуючи більш сприятливі умови для роботи всіх допомогою гвинтів 11. Частини інших теплоперефункціональних блоків та підвищуючи надійність давальних блоків 8 можуть скріплюватися між соїхньої роботи. бою та з радіатором 2 за допомогою гвинтів 12. 9 61352 10 11 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 61352 Підписне 12 Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601