Термоэлектрическое устройство для отвода теплоты от элементов РЭА Российский патент 2023 года по МПК H05K7/20 H01L23/38 H01L23/467 

Изобретение относится к электронике и может быть использовано для обеспечения требуемых температурных режимов элементов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА).

Прототипом предлагаемого устройства является прибор, описанный в [1]. Устройство содержит термоэлектрическую батарею (ТЭБ), электрически связанную с выходом регулятора температуры, вход которого связан с датчиком температуры, находящемся в контакте с тепловыделяющим элементом РЭА, расположенном в углублении, образованном конструкцией ТЭБ, основной теплообменник, находящийся в тепловом контакте с тепловыделяющими спаями ТЭБ и дополнительный теплообменник. ТЭБ разделена на основную и две дополнительные секции, соединенные электрически последовательно и изготовленные из идентичных по своим геометрическим, электро- и теплофизическим характеристикам термоэлементов. Основная секция ТЭБ находится в центре основного теплообменника, а дополнительные секции ТЭБ расположены по краям на выступах основного теплообменника, площадь которых соответствует площади дополнительных секций ТЭБ. Тепловыделяющий элемент РЭА размещен в образовавшемся углублении с обеспечением теплового контакта с теплопоглощающими спаями основной секции ТЭБ, с теплопоглощающими спаями дополнительных секций ТЭБ и тепловыделяющим элементом РЭА контактирует дополнительный теплообменник, выполненный в виде испарительного теплоотвода. Основной теплообменник выполнен в виде полой цельнометаллической емкости, заполненной плавящимся рабочим веществом с большой теплотой плавления и температурой плавления лежащей в диапазоне 35-55°С.

Недостатком устройства является невысокая интенсивность отвода теплоты от тепловыделяющих спаев секций ТЭБ посредством основного теплообменника, реализующего естественный воздушный теплоотвод, характеризующийся малым коэффициентом теплопередачи, что снижает эффективность отвода теплоты от элемента РЭА.

Целью изобретения является повышение эффективности отвода теплоты от элемента РЭА за счет повышения интенсивности теплоотвода от тепловыделяющих спаев секций ТЭБ посредством основного теплообменника за счет организации от него принудительного воздушного теплоотвода.

Цель достигается тем, что в основном теплообменнике в горизонтальном направлении перпендикулярно друг другу выполнены две группы сквозных цилиндрических воздуховодов, представляющих собой трубки из высокотеплопроводного материала, причем каждая группа реализована в шахматном порядке, верхние из которых находятся по высоте ниже уровня поверхности углубления, в котором размещен элемент РЭА, на расстоянии 2 мм от нее. По бокам основного теплообменника напротив друг друга при помощи креплений установлены две пары вентиляторных агрегатов, запитываемых от источника электрической энергии, таким образом, чтобы они осуществляли продув воздуха соответственно через две группы сквозных цилиндрических воздуховодов.

Конструкция устройства изображена на фиг. 1. Устройство содержит основную секцию ТЭБ 1, находящуюся в центре и две дополнительные секции ТЭБ 2, расположенные по краям. Основная 1 и дополнительные 2 секции ТЭБ, электрически соединенные последовательно, состоят из идентичных по своим геометрическим, электро- и теплофизическим характеристикам термоэлементов. Основная 1 и дополнительные 2 секции ТЭБ своими тепловыделяющими спаями находятся в тепловом контакте с основным теплообменником 3, представляющим собой полую цельнометаллическую емкость, заполненную плавящимся рабочим веществом с большой теплотой плавления и температурой плавления, лежащей в диапазоне 35-55°С, с выступами по краям, площадь которых соответствует площади дополнительных секций ТЭБ 2. Основная 1, дополнительные 2 секции ТЭБ и основной теплообменник 3 образуют конструкцию, имеющую в своей центральной части углубление, в которое с обеспечением теплового контакта с теплопоглощающими спаями основной секции ТЭБ 1 устанавливается тепловыделяющий элемент РЭА 4. С теплопоглощающими спаями дополнительных секций ТЭБ 2 и тепловыделяющим элементом РЭА 4 контактирует дополнительный теплообменник 5, изготовленный в виде испарительного теплоотвода. В непосредственный контакт с тепловыделяющим элементом РЭА 4 приведен датчик температуры 6, выход которого электрически связан с входом регулятора температуры 7, выход последнего электрически связан с основной 1 и дополнительной 2 секциями ТЭБ.

В основном теплообменнике 3 в горизонтальном направлении перпендикулярно друг другу выполнены две группы сквозных цилиндрических воздуховодов 8 и 9, представляющих собой трубки из высокотеплопроводного материала, причем каждая группа реализована в шахматном порядке, верхние из которых находятся по высоте ниже уровня поверхности углубления, в котором размещен элемент РЭА, на расстоянии 2 мм от нее. По бокам основного теплообменника 3 напротив друг друга при помощи креплений 10 установлены две пары вентиляторных агрегатов 11 и 12, запитываемых от источника электрической энергии 13, таким образом, чтобы они осуществляли продув воздуха соответственно через две группы сквозных цилиндрических отверстий 8 и 9.

Устройство работает следующим образом.

Поскольку температурный режим эффективной работы тепловыделяющего элемента РЭА 4 выше температуры окружающей среды, то при такой работе поток теплоты все время направлен от тепловыделяющего элемента РЭА 4 через теплообменники 3 и 5 в окружающую среду. Основная 1 и дополнительная 2 секции ТЭБ, включаясь в этот процесс, интенсифицируют теплопередачу. Часть теплоты от тепловыделяющего элемента РЭА 4 передается теплопоглощающим спаям основной секции ТЭБ 1 и через тепловыделяющие спаи - основному теплообменнику 3, который рассеивает ее в окружающую среду. Другая часть передается дополнительному теплообменнику 5, рассеивание теплоты от которого происходит как непосредственно в окружающую среду, так и через теплопоглощающие и тепловыделяющие спаи дополнительных секций ТЭБ 2, а также основной теплообменник 3.

Так как нет необходимости охлаждать тепловыделяющий элемент РЭА 4 ниже температуры окружающей среды, то регулятор температуры 7 в соответствие с показаниями датчика 6 и заданным на шкале регулятора температуры 7 значением рабочей температуры включает и выключает при необходимости основную 1 и дополнительные 2 секции ТЭБ, поддерживая автоматически температуру тепловыделяющего элемента РЭА 4 в заданном диапазоне.

Закрепленные при помощи креплений 10 по бокам основного теплообменника 3 две группы вентиляторных агрегатов 11, и 12 питаемые источником электрической энергии 13,осуществляют продув воздуха через две группы сквозных цилиндрических воздуховодов 8 и 9, тем самым реализуя принудительный отвод теплоты от основного теплообменника 3, при котором коэффициент теплопередачи существенно выше, чем в случае естественного воздушного теплообмена. За счет более высокой интенсивности теплоотвода от основного теплообменника 3 увеличивается и интенсивность отвода теплоты от тепловыделяющих спаев секций ТЭБ, что в свою очередь повышает эффективность теплоотвода от элемента РЭА.

Литература

1. Патент РФ 2788036 Термоэлектрическое устройство для отвода теплоты от элементов РЭА / Исмаилов Т.А., Евдулов О.В., Габитов И.А., Ибрагимова А.М. // БИ № 2, 2023.

Изобретение относится к области электротехники, а именно, к термоэлектрическому устройству для отвода теплоты от элементов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). Повышение эффективности отвода теплоты от элемента РЭА является техническим результатом, который достигается за счет того, что в устройстве для отвода теплоты, выполненным в составе с термоэлектрической батареей (ТЭБ) и двумя теплообменниками, контактирующими с тепловыделяющим элементом РЭА, в основном теплообменнике в горизонтальном направлении перпендикулярно друг другу выполнены две группы сквозных цилиндрических воздуховодов, представляющих собой трубки из высокотеплопроводного материала, причем каждая группа реализована в шахматном порядке, верхние из которых находятся по высоте ниже уровня поверхности углубления, в котором размещен элемент РЭА, на расстоянии 2 мм от нее, а по бокам основного теплообменника напротив друг друга при помощи креплений установлены две пары вентиляторных агрегатов, запитываемых от источника электрической энергии, таким образом, чтобы они осуществляли продув воздуха соответственно через две группы сквозных цилиндрических воздуховодов. При этом основная секция ТЭБ, находящаяся в центре и две дополнительные секции ТЭБ, расположенные по краям, своими тепловыделяющими спаями находятся в тепловом контакте с основным теплообменником, представляющим собой полую цельнометаллическую емкость, заполненную плавящимся рабочим веществом с температурой плавления, лежащей в диапазоне 35-55°С, в углублении основной секции ТЭБ расположен тепловыделяющий элемент РЭА с датчиком температуры, выход которого электрически связан с входом регулятора температуры, выход последнего электрически связан с основной и дополнительной секциями ТЭБ. 1 ил.

Термоэлектрическое устройство для отвода теплоты от элементов РЭА, содержащее термоэлектрическую батарею (ТЭБ), электрически связанную с выходом регулятора температуры, вход которого связан с датчиком температуры, находящемся в контакте с тепловыделяющим элементом РЭА, расположенном в углублении, образованном конструкцией ТЭБ, основной теплообменник, находящийся в тепловом контакте с тепловыделяющими спаями ТЭБ и дополнительный теплообменник, причем ТЭБ разделена на основную и две дополнительные секции, соединенные электрически последовательно и изготовленные из идентичных по своим геометрическим, электро- и теплофизическим характеристикам термоэлементов, причем основная секция ТЭБ находится в центре основного теплообменника, а дополнительные секции ТЭБ расположены по краям на выступах основного теплообменника, площадь которых соответствует площади дополнительных секций ТЭБ, при этом тепловыделяющий элемент РЭА размещен в образовавшемся углублении с обеспечением теплового контакта с теплопоглощающими спаями основной секции ТЭБ, с теплопоглощающими спаями дополнительных секций ТЭБ и тепловыделяющим элементом РЭА контактирует дополнительный теплообменник, выполненный в виде испарительного теплоотвода, при этом основной теплообменник выполнен в виде полой цельнометаллической емкости, заполненной плавящимся рабочим веществом с большой теплотой плавления и температурой плавления, лежащей в диапазоне 35-55°С, отличающееся тем, что в основном теплообменнике в горизонтальном направлении перпендикулярно друг другу выполнены две группы сквозных цилиндрических воздуховодов, представляющих собой трубки из высокотеплопроводного материала, причем каждая группа реализована в шахматном порядке, верхние из которых находятся по высоте ниже уровня поверхности углубления, в котором размещен элемент РЭА, на расстоянии 2 мм от нее, при этом по бокам основного теплообменника напротив друг друга при помощи креплений установлены две пары вентиляторных агрегатов, запитываемых от источника электрической энергии, таким образом, чтобы они осуществляли продув воздуха соответственно через две группы сквозных цилиндрических воздуховодов.