Конструктивная реализация способов охлаждения
В зависимости от плотности компоновки РЭС, степени теплонагруженности ее элементов используют различные способы обеспечения заданных тепловых режимов. Наиболее простыми являются конвективные системы. При естественном воздушном охлаждении герметичных блоков РЭС из-за разной плотности горячего и холодного воздуха происходит его перемешивание.
Рисунок 8.3 – Перемешивание воздуха Эффективность естественной конвекции может быть увеличена за счет применения отверстий в кожухе, через которые более холодный воздух снаружи будет заходить в блок, а более нагретый - в окружающее пространство.
Рисунок 8.4 – Перемешивание воздуха Вентиляционные отверстия выполняются в различных вариантах:
Рисунок 7.5 – Варианты перфорации Принудительное воздушное охлаждение используют для интенсификации теплообмена.
Рисунок 7.6 – Перемешивание воздуха вентилятором
Рисунок 7.7 – Принудительная вентиляция приточного или вытяжного типа Жидкостные и испарительные системы более эффективны, т.к. у жидкости плотность и теплопроводность значительно больше воздуха. Элементы установленные в жидкость отдают ей свою тепловую энергию при естественной конвекции или кипении. Жидкости должны быть инертны и нетоксичны: фреон, спирт, этиленгликоль с Т кипения примерно 25°С.
Рисунок 7.8 – Внутреннее перемешивание с кипением Внутреннее перемешивание жидкости повышает эффект внутреннего теплообмена, а наличие теплообменников - внешнего.
Рисунок 7.9 – Внешнее перемешивание С помощью кондукции можно довольно простыми конструктивно-компоновочными решениями отвести тепло от греющихся элементов. В миниатюрных блоках это практически единственный способ охлаждения.
Рис. 7.10 – Применение теплообменников или радиаторов
Рисунок 7.11 – Применение теплостока в виде бронзовых плоских пружин или металлического шнура На эффективность теплоотдачи оказывает влияние шероховатость поверхности, контактное давление (самонарезающие винты), теплопроводность материалов (медь, алюминий), покрытия. Применение пластичных прокладок с большой теплопроводностью (свинцовые, медные, алюминиевые, бронзовые) снижает контактное тепловое сопротивление вдвое, заполнение воздушных прослоек теплопроводящей пастой - в 1,5 раза. Среди жидкостных систем особое место занимают тепловые трубы, используемые для локального охлаждения.
Рисунок 7.12 – Тепловая трубка Трубка представляет собой металлический корпус 1, внутри которого пористый фитиль 2, заполненный жидкостью с низкой температурой кипения. При нагреве локального участка трубки жидкость, находящаяся в порах фитиля вблизи этого участка, нагревается тоже; при превышении температуры нагрева выше температуры кипения, жидкость испаряется и пар перемещается внутри к более холодному концу трубы. При охлаждении пар превращается в жидкость и по капиллярам фитиля двигается к нагретому концу трубки. Таким образом, тепло переносится от нагретого конца трубы к холодному. Подобные трубки применяют для охлаждения больших гибридных ИС (БГИС) внутри РЭС (рисунок 7.13).
Рисунок 7.13 – БГИС с тепловой трубкой БГИС на поликоровой подложке 2, составленная из бескорпусных приборов на балочных выводах 1, размещается на алюминиевом основании 3, закрепленном на алюминиевой охлаждающей трубке 5 с циркулирующим хладоагентом. Охлаждающая трубка размещена на коммутационной плате 6, на которую же подходят выводы навесными проводниками 4 от БГИС. Для улучшения теплоотвода от несущих конструкций применяют металлические печатные платы.
1 - алюминиевая плата; 2 - изоляционный слой; 3 - металлизированные отверстия; 4 - печатная схема Рисунок 8.14 – Металлическая плата Повышение плотности компоновки приводит к тому, что естественное воздушное охлаждение становится неэффективным. Интенсификация охлаждения достигается увеличением теплоотводящей поверхности - созданием на ней ребер. Ребра выполняются как на кожухе и шасси, так и в виде самостоятельных конструктивных деталей, называемых радиаторами. Теплоотводящие радиаторы различаются между собой формой ребер и мощностью теплового рассеяния. Наибольшее распространение в РЭС получили радиаторы с ребрами пластинчатой, ребристой, штырьковой, игольчатой форм и спиральной.
Рисунок 7.15 – Пластинчатые радиаторы Пластинчатые радиаторы изготавливают из стали или алюминия толщиной от 2 до 6 мм. Из-за малой эффективности применяют для небольших мощностей.
Рисунок 7.16 – Ребристые радиаторы Ребристые радиаторы эффективнее пластинчатых. Изготавливаются из алюминиевых и магниевых сплавов.
Рисунок 7.17 – Штырьковые радиаторы Штырьковые радиаторы имеют более высокий коэффициент теплообмена, чем ребристые. Изготавливаются литьем под давлением.
Рисунок 7.18 – Игольчатые радиаторы Игольчатые радиаторы эффективнее штырьковых, но сложнее в изготовлении и дороже.
Рисунок 7.19 – Спиральные радиаторы Спиральны е радиаторы при одинаковой с игольчатой площадью S имют в 2,5 раза меньший объем и в этом смысле - более эффективны. Расчет радиаторов сводится к определению их геометрических размеров по заданной мощности теплового рассеивания, максимально допустимом нагреве охлаждаемого элемента и температуре окружающей среды. Эффективность радиаторов находится в прямой зависимости от количества и размера ребер и их расположения. Минимальная толщина ребра определяется технологическими возможностями литья, а минимальный размер между стенками ребер рекомендуется не менее 4...6 мм для теплообмена. Для улучшения теплового контакта радиаторы устанавливают на алюминиевые, свинцовые, оловянные прокладки, а для электроизоляции - оксидируют контактную поверхность или ставят на прокладки из оксидированного алюминия. Для улучшения турбулентности воздуха ребра покрывают лакокрасочным покрытием.
|
