Устройство для охлаждения электрорадиоэлементов Советский патент 1991 года по МПК H05K7/20 

Изобретение относится к радиотехнике, предназначено для обеспечения теплового режима радиоэлементов, термоэлементов, радиоэлектронных аппаратов, работающих с кратковременными тепловыми перегрузками, и может быть использовано в других отраслях, где требуется обеспечение теплового режима при циклических тепловых перегрузках.

Цель изобретения - расширение эксплуатационных возможностей путем увеличения диапазона рабочих температур.

На чертеже представлена конструкция устройства для охлаждения электрорадиоэлементов.

Устройство для охлаждения тепловыделяющего электрорадиоэлемента 1 содержит пассивный внешний охлаждающий контур в виде внешнего кожуха 2 из теплопроводного

материала, терморегулирующий элемент 3, активный контур, выполненный в виде герметичного корпуса из двух отсеков 4 и 5, которые выполнены из металлов с различными значениями термоэлектродвижущей силы и контактируют между собой в месте спая 6, отсек 4 - тепловоспринимающий - заполнен активным теплопоглощающим веществом 7, отделен от теплопоглощающего отсека 5 перегородкой 8 из газопроницаемого и нетеплопроводного материала, отсек 5 заполнен активным веществом 9. Коэффициенты теплопоглощения веществ 7 и 9 различаются между собой. Металл стенок отсека 4 имеет большее значение термо- ЭДС, чем металл стенок отсека 5. Терморе- гулирующий элемент 3 размещен между кожухог 2 внешнего пассивного охлаждающего контура и отсеком 4 герметичного корпуса активного контура с обеспечением теплового контакта с ними. Установочная площадка 10 для размещения электрорадиоэлементов 1 расположена на внешнем кожухе 2 со стороны размещения терморегулирующего элемента 3 с обеспечением теплового контакта с ними соответственно. Причем терморегулирующий элемент 3 расположен со стороны основания 11 герметичного корпуса отсека 4.

При проведении экспериментальных исследований корпус активного контура выполняли с использованием пары разнородных металлов Zn-Cu, кожух 2 пассивного контура - из Ai, терморегулирующий элемент 3 - из тиганоникелевого сплава.

В качестве перегородки 8 использована мембрана из нетеплопроводного и газопроницаемого материала, например пластина цеолита. Теплонагруженным электрорадиоэлементом 1 является термобатарея (ТЭ- МО-3).

Определяющей характеристикой при выборе материалов стенок отсеков 4, 5 герметичного корпуса активного .конгура является рпзность их коэффициентов термоЭДС, при которых возникающая в месте спая 6 температурная и контактная разность потенциалов должна способствовать интенсивному перемещению активного теплопоглощающего вещества из тепловос- принимающего отсека 4 в теплопоглощаю- щий отсек 5 с соответствующими процессами охлаждения, т.е. термоЭДС металла корпуса тепловоспринимающего отсека 4 должна быть выше термоЭДС металла корпуса теплопоглощающего отсека 5.

Устройство работает следующим образом.

При включении электрорадиоэлементов 1 выделяемое ими тепло отводится

внешним охлаждающим пассивным контуром в окружающую среду за счет теплопроводности, конвекции и излучения до тех пор, пока температура электрорадиоэлемента 1 не станет приближаться к допустимой по условиям эксплуатации. Когда температура электрорадиоэлемента 1 приблизится к заданному допустимому уровню, терморегулирующий элемент 3, управляющий величиной теплового сопротивления, подключает к отводу тепла внутренний активный контур. Разность термоЭДС металлов отсеков 4 и 5, а именно тепловоспринимающего отсека 4 и теплопоглощающего отсека 5 активного контура, приводит к возникновению разности их температур и контактной разности потенциалов в месте спая 6, обусловливающих перемещение активного теплопоглощающего вещества 7 из тепловоспринимающего отсека 4 через перегородку 8 в теплопоглощающий отсек 5, заполненный активным теплопоглощающим веществом 9. В ходе перемещения активного вещества 7 из отсека 4 через перегородку 8 в отсек 5 снижается температура в отсеке 4 за счет реализации капилляр- ного эффекта (эффекта Пельтве) при использовании электропроводных активных веществ, а в отсеке 5 идет поглощение тепла в ходе эндотермической реакции при соединении активных веществ 7 и 9. Как только температура электрорадиоэлемента снизится до допустимого уровня, активный контур отключается, дальнейший отвод тепла осущесвтляется внешним охлаждающим пассивным контуром. При возникновении температурных перегрузок процесс повторяется. Скорость отвода тепла, время функционирования активного контура определяются типом используемых активных веществ 7, 9 и рабочими объемами тепловоспринимающего и теплопоглощающего отсеков 4, 5 соответственно.

При проведении экспериментальных исследований в отсеке 5 обеспечивалось смешение МНзЫОзСН20, сопровождающееся поглощением тепла.

В прототипе, где корпус выполнен из однородного металла, единственной возможностью обеспечить ход эндотермической реакции является температурное воздействие, распространяющееся на весь охлаждающий объем, а прогрев активных веществ до критических температур приводит к изменению их физических и химических свойств, ограничению ресурса работы устройства примерно на два порядка по сравнению с предлагаемым.

Изобретение исключает температурное воздействие на весь охлаждающий объем,

что обеспечивает устойчивость свойств активных веществ при многократных температурных циклах, повышает срок службы устройства. Дополнительный пассивный контур, контактирующий с активным контуром через терморегулирующий элемент, исключает непроизводительный расход активных веществ в случаях, когда нормальный тепловой режим работы электрорадиоэлемента обеспечивается работой пассивного охлаждающего контура.

Итак, предлагаемое устройство обладает большим ресурсом работы вследствие реализованной возможности регулирования расхода активных веществ и управления интенсивностью теплообмена температурной и контактной разностью потенциалов, исключения непроизводительного расхода активных веществ путем отключения активного контура, сохранения стабильности свойств активных веществ. Формула изобретения 1. Устройство для охлаждения электрорадиоэлементов, содержащее герметичный корпус с основаниями, выполненными из двух герметично соединенных между собой по общей параллельной основаниям корпуса перегородке из газопроницаемого и нетеплопроводного материала отсеков, которые заполнены активными теплопогло- щающими материалами с разными коэффициентами теплопоглощения, стенки которых выполнены из теплопроводных материалов, и установочную площадку для размещения электрорадиоэлементов, о т- л и чающееся тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей путем увеличения диапазона рабочих температур, оно снабжено внешним кожухом из теплопроводного материала и термо- регулирующим элементом, а в качестве теплопроводных материалов остальных стенок отсеков корпуса использованы металлы с разными значениями их термоэлектродвижущей силы соответственно, причем герметичный корпус установлен внутри внешнего кожуха, терморегулирующий элемент размещен между внешним кожухом и отсеком герметичного корпуса, остальные стенки которого выполнены из металла с большим значением ею термоэлектродвижущей силы, с обеспечением теплового контакта между ними соответственно, а установочная площадка для размещения электрорадиоэлементов расположена нв внешнем кожухе в месте размещения терморегулирующего элемента с обеспечением теплового контакта с ними.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что терморегулирующий элемент размещен со стороны основания герметичного корпуса его соответствующего отсека.

Изобретение относится к электрорадиоэлектронике, в частности к устройствам для охлаждения электрорадиоэлементов, предназначено для обеспечения нормальных тепловых режимов работы элементов, подвергаемых кратковременным тепловым перегрузкам. Цель изобретения - расширение эксплуатационных возможностей - достигается путем увеличения диапазона рабочих температур. Устройство содержит два контура: внешний - пассивный и внутренний - активный. Пассивный контур обеспечивает отвод тепла от электрорадиоэлемента за счет кондукции, конвекции и излучения при работе электрорадиоэлемента в номинальном режиме. Активный контур подключается терморегулирующим элементом в случае, если пассивный контур не обеспечивает нормальный тепловой режим электрорадиоэлемента. Конструкция активного контура позволяет осуществить дополнительный отвод тепла за счет капиллярного эффекта, эффекта Пельтье и поглощения тепла при эндотермической реакции. Для этого герметичный корпус активного контура выполнен из отсеков, стенки которых выполнены из разнородных металлов, обладающих различными значениями термоЭДС, по периметру спая металлов герметичный корпус разделен перегородкой на два отсека, заполненных активными теплопоглощающими веществами, которые при наличии температурной и контактной разности потенциалов обеспечивают отвод и поглощение тепла, создавая нормальный тепловой режим работы электрорадоэлементов при многократных термоциклах. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

V V V V V

v v v v vv

V V V V V V V

vv v v v v v

о о о о о о о о о о ° о о о

о о

5