УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ Российский патент 2000 года по МПК H05K7/20 G05D23/275 

Изобретение относится к электронике и может быть использовано для обеспечения требуемых тепловых режимов элементов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), рассеивающих при своей работе значительные мощности.

Работа большинства современных приборов и устройств РЭА существенно зависит от систем обеспечения требуемых температурных режимов их работы, которая, как правило, связана с необходимостью отвода значительных теплот от тепловыделяющих элементов. При этом существует целый класс радиоэлектронных элементов, у которых оптимальный режим работы достигается при температурах, превышающих на несколько десятков градусов температуру окружающей среды. С целью повышения эффективности их работы важно термостабилизировать такие элементы при оптимальной рабочей температуре.

Известны устройства с развитой поверхностью теплообмена, отводящие теплоту от тепловыделяющих элементов РЭА под действием естественной разности температур. В качестве них широко используют радиаторы различных типов [1, 2, 3] . Для интенсификации теплопередачи радиаторы снабжают дополнительными гофрированными вставками, выполняют ребра радиаторов обтекаемыми, со сквозными отверстиями [4] и т.п. Все эти конструктивные признаки применяют с целью создания турбулентности воздушного потока, обтекающего ребра радиатора, для увеличения интенсивности теплопередачи. Однако такие устройства мало эффективны, когда температура эффективной работы элемента РЭА превышает температуру окружающей среды, но сам элемент при работе разогревается значительно выше. Кроме того, радиаторы в этих случаях имеют значительные габариты, что делает устройство громоздким.

Часто практикуются решения, согласно которым к охлаждаемому элементу РЭА непосредственно присоединяется с обеспечением теплового контакта термоэлектрическая батарея (ТЭБ). Недостатком таких методов теплоотвода является малая эффективность, т.к. площадь основания охлаждаемого элемента РЭА мала и это не позволяет присоединить к нему значительное количество термоэлектрических элементов.

В работе [5] описан термоэлектрический интенсификатор теплопередачи, в котором между теплообменником и тепловыделяющим элементом установлена батарея термоэлектрических модулей (ТЭМ). В этом устройстве интенсификация теплопередача осуществляется за счет применения термоэлектрических элементов, теплопоглощающие спаи которых охлаждают тепловыделяющий элемент, а теплообменник отводит тепло от тепловыделяющих спаев. Недостатком устройства является громоздкость, т.к. требуется теплообменник больших размеров.

Известно устройство [6], содержащее ТЭБ с теплообменником на тепловыделяющих спаях. ТЭБ составлена из низких и высоких полупроводниковых ветвей, причем низкие расположены в середине, а высокие - вокруг них с образованием углубления, в котором в тепловом контакте с теплопоглощающими спаями низких ветвей располагаются охлаждаемый элемент и датчик температуры, связанный с блоком управления работой ТЭБ. Устройство снабжено дополнительным теплообменником, находящимся в тепловом контакте с теплопоглощающими спаями высоких ветвей ТЭБ и охлаждаемым элементом.

Указанное конструктивное решение позволяет снизить габариты устройства, а также увеличить его эффективность. Недостатком устройства является невысокая точность термостабилизации элементов РЭА.

Целью изобретения является устранение вышеуказанных недостатков.

Для этого предлагается устройство, конструкция которого показана на чертеже.

Устройство содержит тепловой демпфер в виде усеченной четырехугольной пирамиды 1, на малом основании 2 которой находится выемка с размещенным в ней кожухом 3, заполненным термостабилизирующим веществом 4, точка фазового перехода которого совпадает с температурой термостабилизации радиоэлектронного элемента 5. Радиоэлектронный элемент 5 помещен в камеру 6, находящуюся в тепловом контакте с кожухом 3 и теплоизолированную от окружающей среды. На большом основании 7 демпфера 1 в тепловом контакте с ним установлена своими теплопоглощающими спаями батарея ТЭМ 8, к тепловыделяющим спаям которой присоединен с обеспечением теплового контакта теплообменник 9. Блок управления 10 осуществляет контроль сопротивления вещества, заполняющего кожух 3, и питает электрической энергией батарею ТЭМ 8. Демпфер 1, кожух 3 и теплообменник 9 выполнены из высокотеплопроводного материала.

Сущность работы устройства состоит в следующем.

Известно, что фазовый переход кристаллических веществ происходит при строго определенном значении температуры. Это значение у некоторых кристаллических материалов находится в диапазоне 30-50^oC (например, у галлия ≈30). Если поместить в непосредственный тепловой контакт с таким материалом, находящимся в состоянии фазового перехода,тепловыделяющий элемент РЭА, то можно осуществить его термостабилизацию с очень высокой точностью. При этом возникает проблема отвода тепла, выделяемого элементом РЭА, от термостабилизирующего вещества, находящегося в состоянии фазового перехода. В предлагаемом решении такой отвод избытка тепловыделений осуществляется посредством батареи ТЭБ. Контроль состояния термостабилизирующего вещества реализуется измерением его сопротивления.

Устройство работает следующим образом.

Если сопротивление термостабилизирующего вещества 4 отличается от допустимого значения, то блок управления 10 подает необходимый ток питания на батарею ТЭМ 8. В результате батарея ТЭМ 8 отводит избыток тепла от термостабилизирующего вещества 4, сохраняя при этом необходимую температуру элемента РЭА 5. Избыток тепла от тепловыделяющих спаев батареи ТЭМ 8 отводится теплообменником 9. При установлении сопротивления термостабилизирующего вещества 4 на необходимый уровень, блок управления 10 отключает батарею ТЭМ 8.

Литература
1. Дульнев Г. И. Тепло-и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре. М.: Высшая школа, 1984.

2. Авт.св. 752836 (СССР) Радиатор./ Федотов A.И, Рейфе Е.Д., Денисенков А.И. и др./ Б.И. 1980.

3. Авт. св. 801331 (СССР) Устройство для охлаждения полупроводниковых приборов./ Благодатный В.М., Костюк В.А., Ремха Ю.С./ Б.И. N 4, 1981.

4. Авт.св. 721870 (СССР) Радиатор./ Сеферовский В.Н./ Б. И. N 10, 1980.

5. Лукишкер Э.М., Вайнер А.Л. Эффективность термоэлектрических интенсификаторов теплообмена. Вопросы радиоэлектроники, сер. ТРТО, 1978, N 1, с. 86-90.

6. Авт.св. 1824681 (СССР) Термоэлектрический интенсификатор теплопередачи преимущественно для отвода тепла от элементов радиоэлектроники большой мощности / Исмаилов Т.А./ Б.И. N 24, 1993.

Использование: для обеспечения требуемых тепловых режимов элементов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). Технический результат заключается в повышении точности термостабилизации элементов радиоэлектроники большой мощности. Устройство содержит тепловой демпфер, выполненный из высокотеплопроводного материала в виде усеченной пирамиды, на малом основании которой предусмотрена выемка. В выемку помещен кожух с термостатирующим веществом, точка фазового перехода которого совпадает с температурой статирования охлаждаемого объекта, охлаждаемый объект в находящуюся в непосредственном тепловом контакте с кожухом и теплоизолированную от окружающей среды камеру. На большем основании усеченной пирамиды установлена своими теплопоглощающими спаями батарея термоэлектрических модулей. Блок управления осуществляет контроль сопротивления термостабилизирующего вещества и подачу питания на батарею термоэлектрических модулей или ее отключение. 1 ил.

Устройство для термостабилизации элементов радиоэлектроники большой мощности, содержащее батарею термоэлектрических модулей, к тепловыделяющим спаям которой присоединен с обеспечением теплового контакта теплообменник, блок управления, отличающееся тем, что оно содержит тепловой демпфер в виде усеченной пирамиды, в малом основании которой выполнена выемка, в которой помещен кожух с термостабилизирующим веществом, точка фазового перехода которого совпадает с температурой термостабилизации охлаждаемого элемента, помещенного в находящуюся в непосредственном тепловом контакте с кожухом и теплоизолированную от окружающей среды камеру, а на большом основании усеченной пирамиды теплового демпфера установлена своими теплопоглощающими спаями батарея термоэлектрических модулей, а блок управления осуществляет контроль сопротивления термостабилизирующего вещества и подачу питания на батарею термоэлектрических модулей или ее отключение.