19. Системы охлаждения

В РЭС используются воздушные, жидкостные, испарительные, кондуктивные и комбинированные системы охлаждения.

Воздушные системы охлаждения могут быть следующих видов:

а) естественное охлаждение внутри корпуса. Является наиболее простым и распространенным. Тепло от деталей за счет конвективной теплоотдачи и излучения передается герметичному корпусу, а от него таким же способом - в окружающую среду. Однако этот способ охлаждения наименее эффективен;

б) естественная вентиляция РЭС за счет разности плотностей холодного наружного и нагретого внутреннего воздуха. Для прохода воздуха в корпусе имеются вентиляционные отверстия (жалюзи, решетки), при этом часть тепла отдается воздуху, проходящему через аппарат, часть рассеивается от корпуса в окружающую среду;

в) внутреннее перемешивание воздуха вентилятором в объеме герме-тичного корпуса. Значительно интенсифицирует теплообмен между деталями и корпусом;

г) принудительная вентиляция. Применяется в тех случаях, если естественная вентиляция и внутреннее перемешивание не обеспечи-вают нормальный тепловой режим РЭС. Она может быть приточной, вытяжной и приточно-вытяжной. Приточная вентиляция считается более эффективной, так как вентилятор работает в более плотном холодном воздухе, что обеспечивает больший массовый поток теплоносителя и больший сток тепла.

д) отвод тепла путем наружного обдува корпуса. Применяется обычно для герметичных блоков. С целью интенсификации тепло-обмена корпус снабжается ребрами охлаждения;

е) локальная принудительная вентиляция – обдув отдельных, наиболее нагретых, элементов.

Для увеличения эффективности воздушного охлаждения элементов РЭС широко используется оребреные поверхности охлаждения. В практике детали с оребреными поверхностями называют радиаторами или теплоотводами. Радиаторы применяют при охлаждении анодов мощных ламп, полупроводниковых приборов большой мощности и других элементов РЭС.

Жидкостные системы охлаждения делят на естественные и принудительные. При естественном жидкостном охлаждении платы с элементами погружают в жидкость, которая охлаждается в тепло-обменниках. По сравнению с естественным воздушным охлаждением в этих системах интенсивность теплоотвода значительно выше, однако при этом требуется защищать элементы РЭС от влияния жидкости, что усложняет конструкцию. По этой причине жидкостные системы охлаждения применяются пока сравнительно редко. Принудительное жидкостное охлаждение применяется при больших удельных мощностях рассеивания, чаще всего при охлаждении больших элементов. Жидкость прокачивается насосом через специальные каналы в охлаждаемых узлах приборов или платах.

Испарительное охлаждение может осуществляться при движении низкокипящей жидкости. Охлаждаемая конструкция погружается в жидкость, которая кипит на поверхности теплонагруженных деталей. При этом температура кипения охлаждающей жидкости должна быть ниже допустимой температуры охлаждаемой поверхности. Такое охлаждение позволяет значительно повышать удельную мощность рассеивания РЭС и считается одним из перспективных методов охлаждения. Жидкости, кипящие при низких температурах, используется в конструкциях испарительных трубок. В основу работы их положены два известных физических явления: передача тепла с потоком пара и капилярный эффект. Зона испарителя соприкасается с охлаждаемым телом. Тепло отбирается в результате парообразования. При этом давление в зоне испарения повышается. В результате возникшей разницы давлений между зонами испарения и конденсации пар, а, следовательно, и тепловая энергия переносится в зону конденсации. Там происходит конденсация жидкости и она снова возвращается в зону испарения.

Кондуктивное охлажение имеет место во всех рассмотренных системах охлаждения, но не является определяющим, поскольку другие механизмы теплообмена более интенсивны. Кондуктивное охлаждение будет если платы с расположенными на них греющимися элементами находятся в хорошем тепловом контакте с металлическими шинами, выполняющими роль теплостоков, от которых тепло поступает к коллектору, охлаждаемому с помощью теплообменника.