УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ И ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ, РАБОТАЮЩИХ ПРИ ЦИКЛИЧЕСКИХ ТЕПЛОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ Российский патент 2008 года по МПК H05K7/20 

Изобретение относится к радиоэлектронной технике, в частности к охлаждению радиоэлектронной аппаратуры, и может быть использовано для обеспечения необходимого теплового режима функционирования элементов радиоэлектронной аппаратуры, работающих при циклических тепловых воздействиях.

Прототипом изобретения является прибор, описанный в [1]. Прибор содержит тонкостенный металлический контейнер с рабочим веществом, имеющим стабильную температуру плавления, совпадающую с температурой статирования размещенного на нем элемента радиоэлектронной аппаратуры. Металлический контейнер выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда с выступами в своей верхней части. Внутри тонкостенного металлического контейнера с рабочим веществом в области, ограниченной выступами, на жестких подвесах размещена гибкая мембрана, имеющая ребристую поверхность, образованную двумя группами ребер, образованных пластинами, вырезанными в мембране и отогнутыми под углом 30° к горизонтальной плоскости. Группы ребер расположены под углами, противоположными друг другу. В непосредственной близости от краев мембраны и частично в тонкостенном металлическом контейнере помещены электромагниты, питаемые от источника электроэнергии. Основной целью данного конструктивного решения является уменьшение теплового сопротивления слоя жидкой фазы рабочего вещества за счет развития в этой фазе конвективных потоков. Недостатком данного устройства является недостаточное развитие конвективных потоков в жидкой фазе рабочего вещества для контейнеров, имеющих относительно большую высоту.

Целью данного изобретения является повышение эффективности развития конвективных потоков в жидкой фазе рабочего вещества, следствием чего является улучшение отвода тепла и повышение точности термостабилизации элементов радиоэлектронной аппаратуры.

Цель достигается тем, что обе боковые поверхности металлического контейнера профилированы с образованием выступов в виде «лесенки», причем каждый последующий выступ смещен по отношению к предыдущему вниз и к центру контейнера. При этом в контейнере имеется несколько мембран, установленных в каждой из его частей, ограниченной выступами, на жестких креплениях. А питание на электромагниты, число пар которых равно числу мембран, подается через блок управления, электрически связанный с датчиками температуры, размещенными в объеме металлического контейнера с рабочим веществом вблизи мембран. Причем количество датчиков температуры соответствует количеству мембран.

Конструкция устройства приведена на фиг.1, а внешний вид мембран на фиг.2.

Устройство содержит тонкостенный металлический контейнер 1, заполненный рабочим веществом 2, имеющим стабильную температуру плавления, совпадающую с температурой статирования размещенного на нем элемента радиоэлектронной аппаратуры 3. Обе боковые поверхности металлического контейнера 1 профилированы с образованием выступов в виде «лесенки». Причем каждый последующий выступ смещен по отношению к предыдущему вниз и к центру контейнера.

Внутри тонкостенного металлического контейнера 1 с рабочим веществом 2, в каждой из его частей ограниченной выступами, на жестких креплениях 4 размещены гибкие мембраны 5, внешний вид (вид сверху и сбоку) которых показан на фиг.2. Каждая мембрана имеет ребристую поверхность, образованную двумя группами ребер 6, 7. Ребра 6, 7 образованы пластинами, вырезанными в мембране и отогнутыми под углом 30° к горизонтальной плоскости, причем ребра 7 расположены под углом, противоположным углу расположения ребер 6. В непосредственной близости от краев мембран 5 и частично в тонкостенном металлическом контейнере 1 помещены электромагниты 8, питаемые электрической энергией через блок управления 9, электрически связанный с датчиками температуры 10, размещенными в объеме металлического контейнера 1 с рабочим веществом 2 вблизи мембран 5. Количество датчиков температуры 10 соответствует количеству мембран 5. От воздействия окружающей среды элемент радиоэлектронной аппаратуры изолируется теплоизоляцией 11.

Устройство работает следующим образом.

Тепло, поступающее от элемента радиоэлектронной аппаратуры 3, передается тонкостенному металлическому контейнеру 1 и через поверхность соприкосновения рабочему веществу 2. Далее одновременно происходит прогрев рабочего вещества 2 до температуры плавления и процесс плавления, связанный с появлением жидкой фазы рабочего вещества 2 и ее перемещением в вертикальной плоскости в направлении, противоположном размещению элемента радиоэлектронной аппаратуры 3. До тех пор пока жидкая фаза расплавленного рабочего вещества 2 не переместится до места расположения первого датчика температуры 10, блок управления 9 не осуществляет подвод электрической энергии к первой паре электромагнитов 8. При проплавлении рабочего вещества 2 до места расположения первого датчика температуры 10, с последнего передается электрический сигнал на устройство управления 9, которое начинает осуществлять питание электрической энергией верхней пары электромагнитов 8. Мембрана 5, закрепленная на жестких подвесах 4 к тонкостенному металлическому контейнеру 1, при осуществлении подвода электрической энергии к первой паре электромагнитов 8 начинает вибрировать, причем частота колебаний мембраны должна составлять 50-100 Гц. Вибрация мембраны 5 в вертикальной плоскости способствует появлению и развитию в жидкой фазе рабочего вещества 2 конвекции. При этом перенос тепла от нагреваемой верхней стенки тонкостенного металлического контейнера 1 к плавящейся при постоянной температуре поверхности раздела фаз осуществляется в основном не теплопроводностью, а за счет циркуляции снизу вверх и обратно нагретых и ненагретых слоев жидкости. Значение теплового сопротивления расплавленного слоя рабочего вещества 2 при этом значительно снижается, что способствует повышению интенсивности теплообмена между стенкой металлического контейнера 1 и рабочим веществом 2.

При дальнейшем тепловыделении элемента радиоэлектронной аппаратуры 3 и соответственно при достижении жидкой фазы расплавленного рабочего вещества 2 второго датчика температуры 10 в соответствии с поступившим с него электрическим сигналом устройство управления 9 начинает осуществлять питание электрической энергией второй пары электромагнитов 8. При этом будет иметь место вибрация уже двух мембран 5. При дальнейшей работе элемента радиоэлектронной аппаратуры 3 посредством датчиков температуры 10 и устройства управления 9 к процессу теплообмена будут подключаться последовательно следующие мембраны 5.

При прекращении работы элемента радиоэлектронной аппаратуры 3 будет происходить обратный процесс, т.е. по мере затвердевания рабочего вещества 2 и перемещении границы раздела фаз от поверхности, противоположной размещению радиоэлектронного элемента 3, к поверхности его установки посредством блока управления 9 в соответствии с сигналами с датчиков температуры 10 будет происходить поэтапное отключение пар электромагнитов 8 от питания и соответственно исключение соответствующих мембран 5 из процесса теплообмена в металлическом контейнере 1 с рабочим веществом 2.

Литература

1. Патент РФ на изобретение №2236100 - Устройство для охлаждения и термостабилизации элементов радиоэлектронной аппаратуры, работающих при циклических тепловых воздействиях / Исмаилов Т.А., Евдулов О.В., Аминов Г.И., Юсуфов Ш.А., опубл. 10.09.2004, Бюл. №25.

Изобретение может быть использовано для обеспечения необходимого теплового режима функционирования элементов радиоэлектронной аппаратуры, работающих при циклических тепловых воздействиях. Технический результат заключается в повышении эффективности развития конвективных потоков в жидкой фазе рабочего вещества, следствием чего является улучшение отвода тепла и повышение точности термостабилизации элементов радиоэлектронной аппаратуры. Сущность изобретения состоит в том, что обе боковые поверхности металлического контейнера профилированы с образованием выступов в виде «лесенки», причем каждый последующий выступ смещен по отношению к предыдущему вниз и к центру контейнера. При этом в контейнере имеется несколько мембран, установленных в каждой из его частей, ограниченной выступами, на жестких креплениях. А питание на электромагниты, число пар которых равно числу мембран, подается через блок управления, электрически связанный с датчиками температуры, размещенными в объеме металлического контейнера с рабочим веществом вблизи мембран. Причем количество датчиков температуры соответствует количеству мембран. 2 ил.

Устройство для охлаждения и термостабилизации элементов радиоэлектронной аппаратуры, работающих при циклических тепловых воздействиях, содержащее тонкостенный металлический контейнер с рабочим веществом, имеющим стабильную температуру плавления, совпадающую с температурой статирования размещенного на нем элемента радиоэлектронной аппаратуры, внутри контейнера на жестких креплениях установлена гибкая мембрана, имеющая ребристую поверхность, образованную двумя группами ребер, образованных пластинами, вырезанными в мембране и отогнутыми под углом 30° к горизонтальной плоскости, причем группы ребер расположены под углами, противоположными друг другу, мембрана вибрирует за счет действия находящихся в непосредственной близости от ее краев электромагнитов, частично находящихся внутри контейнера и питаемых источником электрической энергии, отличающееся тем, что боковая поверхность металлического контейнера профилирована с образованием выступов в виде "лесенки", причем каждый последующий выступ смещен по отношению к предыдущему вниз и к центру контейнера, при этом в контейнере имеется несколько мембран, установленных в каждой из его частей, ограниченной выступами, на жестких креплениях, а питание на электромагниты, число пар которых равно числу мембран, подается через блок управления, электрически связанный с датчиками температуры, размещенными в объеме металлического контейнера с рабочим веществом вблизи мембран, причем количество датчиков температуры соответствует количеству мембран.