УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ПЛАТ Российский патент 2011 года по МПК H05K7/20 

Изобретение относится к электронике и может быть использовано для обеспечения требуемых тепловых режимов элементов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), в частности электронных плат.

Прототипом изобретения является прибор, описанный в [1]. Устройство содержит каскадную термоэлектрическую батарею (ТЭБ), состоящую из базовой ТЭБ, составляющую нижний каскад, и дополнительных ТЭБ, образующих верхние каскады, теплопереходы и теплообменник. На холодные спаи дополнительных ТЭБ и теплопереходы помещается электронная плата с тепловыделяющими элементами. Размещение дополнительных ТЭБ осуществляется таким образом, чтобы их холодные спаи были расположены под наиболее тепловыделяющими элементами электронной платы. Принцип работы устройства состоит в организации неравномерного отвода тепла от элементов электронной платы, при котором охлаждение тепловыделяющих элементов проводится с неодинаковой интенсивностью в зависимости от уровня выделяемой ими теплоты. Охлаждение организуется таким образом, чтобы съем тепла с наиболее тепловыделяющих элементов электронной платы осуществлялся наиболее холодными каскадами ТЭБ, съем тепла с менее тепловыделяющих элементов - менее холодными каскадами и т.д. При этом наиболее тепловыделяющие элементы электронной платы помещаются на каскадах ТЭБ с более высоким уровнем охлаждения, элементы и узлы с меньшими тепловыделениями располагаются на каскадах с более низким уровнем охлаждения.

Недостатком устройства является необходимость использования многокаскадной ТЭБ, изготовление которой технологически сложнее, чем однокаскадных ТЭБ, кроме того, при реализации неравномерного охлаждения указанным образом имеют место определенные трудности в согласовании режимов работы отдельных каскадов ТЭБ и, соответственно, питании их электрической энергией.

Целью изобретения является упрощение конструкции и технологии изготовления устройства, а также возможности согласования режимов работы ТЭБ.

Для достижения указанной цели предлагается использование однокаскадных ТЭБ, размещаемых в местах установки элементов РЭА, наиболее критичных к температурному режиму функционирования или требующих существенного снижения температуры. ТЭБ устанавливаются в углублениях на поверхности металлической емкости, заполненной рабочим веществом, имеющим большое значение теплоты плавления и температуру плавления в диапазоне 35-65°С, контактирующей с остальной частью электронной платы. При этом в емкости с рабочим веществом предусмотрены полые отверстия, расположенные в коридорном порядке, через которые посредством вентиляторов прокачивается воздух.

Конструкция устройства приведена на фиг.1 и 2.

Устройство содержит металлическую емкость 1, заполненную рабочим веществом, имеющим большое значение теплоты плавления и температуру плавления в диапазоне 35-65°С (например парафин). Поверхность емкости 1, на которую устанавливается электронная плата 2 с соответствующими тепловыделяющими элементами РЭА 3, выполнена профилированной с образованием углублений в местах размещения, наиболее критичных к температурному режиму функционирования или требующих существенного снижения температуры элементов РЭА 3. В указанных углублениях установлены ТЭБ 4, запитываемые энергией от источника постоянного электрического тока (не показан). Размеры углублений подбираются таким образом, чтобы они соответствовали размерам ТЭБ 4. В емкости с рабочим веществом предусмотрены полые отверстия 5, расположенные в коридорном порядке, через которые посредством вентиляторов 6 прокачивается воздух.

Устройство работает следующим образом.

Тепло, поступающее от элементов РЭА 3, установленных на электронной плате 2, передается металлической емкости 1 и через поверхность соприкосновения рабочего вещества. Далее происходит прогрев рабочего вещества 2 до температуры плавления и процесс плавления, сопровождающийся поглощением теплоты, тратящейся на изменение агрегатного состояния вещества. Теплоотвод за счет изменения агрегатного состояния рабочего вещества является базовым и может быть использован для обеспечения необходимого температурного режима функционирования элементов РЭА 3, не требующих существенного снижения температуры, либо не критичных к существенной величине перегрева по отношению к окружающей среде. Для охлаждения элементов РЭА, особо критичных к перегревам или требующих существенного снижения температуры, используются ТЭБ 4, которые организуют дополнительный теплосъем, причем величина холодопроизводительности каждой ТЭБ 4 определяется в соответствии с уровнем тепловыделений конкретного элемента РЭА 3. При этом отвод теплоты от горячих спаев ТЭБ 4 осуществляется также в содержащееся в емкости 1 рабочее вещество, количество которого рассчитывается исходя из длительности функционирования элементов РЭА 3, мощности их тепловыделений, теплопроизводительности ТЭБ 4, а также условий эксплуатации. Использование прокачивания воздуха через полые отверстия 5 посредством вентиляторов 6 дает возможность интенсифицировать процесс теплообмена емкости 1 с рабочим веществом и окружающей средой.

Литература

1. Патент РФ на изобретение №2174292. Устройство для отвода тепла и термостабилизации электронных плат. // Исмаилов Т.А., Евдулов О.В., Аминов Г.И., Юсуфов Ш.А.

Изобретение относится к электронике и может быть использовано для обеспечения требуемых тепловых режимов элементов радиоэлектронной аппаратуры, в частности электронных плат. Технический результат - упрощение конструкции и технологии изготовления устройства, а также возможности согласования режимов работы термоэлектрических батарей (ТЭБ). Это достигается тем, что предлагается использование однокаскадных ТЭБ, размещаемых в местах установки элементов РЭА, наиболее критичных к температурному режиму функционирования или требующих существенного снижения температуры. ТЭБ устанавливаются в углублениях на поверхности металлической емкости, заполненной рабочим веществом, имеющим большое значение теплоты плавления и температуру плавления в диапазоне 35÷65°С, контактирующей с остальной частью электронной платы. При этом в емкости с рабочим веществом предусмотрены полые отверстия, расположенные в коридорном порядке, через которые посредством вентиляторов прокачивается воздух. 2 ил.

Устройство для охлаждения электронных плат, содержащее термоэлектрические батареи, запитываемые энергией от источника постоянного электрического тока, и приводимые в тепловой контакт с электронной платой, содержащей тепловыделяющие элементы радиоэлектронной аппаратуры, отличающееся тем, что термоэлектрические батареи размещаются в местах установки элементов радиоэлектронной аппаратуры, наиболее критичных к температурному режиму функционирования или требующих существенного снижения температуры, в углублениях на поверхности металлической емкости, заполненной рабочим веществом, имеющим большое значение теплоты плавления и температуру плавления в диапазоне 35÷65°С, контактирующей с остальной частью электронной платы, причем отвод теплоты с горячих спаев производится в емкость с рабочим веществом, при этом в емкости с рабочим веществом предусмотрены полые отверстия, расположенные в коридорном порядке, через которые посредством вентиляторов прокачивается воздух.