Способ термостабилизации термовыделяющих элементов электронной техники Советский патент 1992 года по МПК F25B49/00 

Изобретение относится к технике систем обеспечения теплового режима изделий электроники и радиоэлектроники с помощью холодильных установок, точнее к способам термостабилизации обьекта охлаждения, представляющего собой комплекс тепловыделяющих элементов, размещенных на поверхности испарителя холодильной установки.

Известен способ термостабилизации элементов электронной техники путем изменения расхода хладагента через испаритель холодильной установки. Изменение количества жидкого хладагента осуществляют с помощью соленоидного вентиля в зависимости от величины диэлектрической проницаемости паров, измеренной па выходе из испарителя емкостным датчиком. Недостатком данного способа является низкая эксплуатационная надежность, связанная с тем, что сигнал, характеризующий состоя- ние хладоносителя, может искажаться из-за наличия различных примесей, а кроме того,

при таком способе регулирования необходимо заранее знать зависимость предельного паросодержания от всех факторов, отрицательно влияющих на качество эксплуатации, в том числе и на надежность работы системы регулирования.

Наиболее близким к изобретению является способ, который может быть использован для тсрмостабилизации объектов охлаждения, размещенных на поверхности испарителя, Термостэбилизация осуществляется следующим образом. На всасывающем трубопроводе создают локальный тепловой потек, направленный к хладагенту, и фиксируют разность температур между датчиком, расположенным в зоне теплопод вода, и базовым значением температуры. Эта разность температур является индикатором относительного количества жидкого компонента в хладагенте. Измерительная аппаратура действует на включение прибора, который управляет вентилем,

С

«

Недостатки прототипа следующие. Используется дополнительный источник тепла, однако не известно, какова мощность этого источника тепла или как ее выбирать. Для осуществления способа регулирования необходима тарировка устойчива для каждого источника тепла и необходимо иметь два датчика измерения температуры. Измерительное устройство устанавливает, является ли сухим хладагент, либо он содержит жидкую компоненту. Если хладагент содержит жидкость в потоке расширительный вентиль закрывается до тех пор, пока хладагент вновь не станет сухим. Такое регулиро- вание непригодно для охлаждения элементов электронной техники, поскольку они сохраняют работоспособность.только находясь в контакте с надежно охлаждаемой стенкой испарителя при точении паро- жидкостпого потока и выходят из строя (перегреваются) при течении в канале сухого пара. В прототипе командный сигнал формируется при сопоставлении разности температур датчиков, что является достаточно грубым способом формирования сигнала для охлаждения элементов электронной техники по сравнению, например, с формированием сигнала по температурным пульсациям.

Целью изобретения является улучшение термостабилизации тепловыделяющих элементов электронной техники и повышение эксплуатационной надежности системы обеспечения теплового режима.

Цель достигается тем, что величину дополнительного обогрева выбирают по максимальной плотности теплового потока, выделяемой под тепловыделяющим элементам объекта охлаждения, в котором количество хладагента изменяют по температурным пульсациям в стенке канала в зоне дополнительного источника обогрева.

На чертеже представлена установка, в которой осуществляется описываемый способ термостабилизации.

Установка содержит компрессор 1, бай- пасный вентиль 2, конденсатор 3, ресивер 4, регенеративный теплообменник 5, фильтр б, регулирующий вентиль 7, испаритель 8, перегреватель 9, термопару 10, рас- ходомерную шайбу 11, манометры 12, обьект 13 охлаждения, источник 14 питания объекта охлаждения, регулятор 15 напряжения, дополнительный источник 16 обогрева, датчик 17 температуры, усилитель 18 сигнала, компаратор 19 напряжений, исполнительный механизм 20, тепловыделяющие элементы 21.

Установка работает следующим образом.

Пары хладагента сжимаются в компрессоре 1, расход которых грубо регулируется

байпасным вентилем 1, конденсируются в конденсаторе 3, далее жидкий хладагент проходит через ресивер 4, переохлаждается в регенеративном теплообменнике 5, очищается в фильтре 6, дросселируется на ре0 гулирующем вентиле 7, после которого парожидкостная смесь поступает в испаритель 8, где кипит за счет выделяемого объектом 13 охлаждения тепла. Затем двухфазный хладагент с большим паросо5 держанием доиспаряется в теплообменнике 5, перегревается в перегревателе 9, температура которого контролируется термопарой 10, расход парообразного хладона определяется по перепаду давлений, изме0 ряемых манометрами 12 на расходомерной шайбе 11, после чего пары хладагента поступают в компрессор 1.

Обьект 13 охлаждения связан с источником 11 питания регулятором 15 напряжения

5 и позволяет создавать на источнике 16 дополнительного обогрева тепловую мощность, равную максимальной, выделяемой под тепловыделяющим элементом 21 объекта охлаждения. Датчиком 17 температуры

0 фиксируются значения температуры стенки канала во времени, включая и температурные пульсации. Сигнал от датчика температуры усиливается усилителем 18, в компараторе 19 напряжений происходит

5 сравнение сигнала датчика 17 с внешним заданным сигналом. Результат сравнений сигналов поступает на исполнительный механизм 20, который воздействует на регулирующий вентиль 7 и изменяет расход

0 хладагента через канал испарителя 8.

Первым этапом включения системы термостабилизации является организация циркуляции хладагента в контуре холодильной установки при отсутствии тепловой нагруз5 ки на испарителе. На этом этапе температурные пульсации не возникают. Сразу же после организации циркуляции хладагента наступает второй этап, когда подается тепловая нагрузка на тепловыделяющие эле0 менты электронной системы. На этом же этапе начинает работать система термостабилизации. В случае, если при подаче тепловой нагрузки испаритель перезалит хладагентом, то пульсаций не возникает и

5 формируется командный сигнал на регулирующий вентиль об уменьшении расхода. Если испаритель осушен до такой степени, когда под дополнительным источником обогрева паросодержание больше ухудшен- ного ху, то датчиком температуры фиксируются пульсации и формируется командный сигнал на увеличение расхода хладагентом. Таким образом, при паросодержаниях под дополнительным источником обогрева, больших Ху при включении системы в работу, она попадает на температурную пульсацию. В качестве датчика температуры может использоваться термопара, сигнал от нее подается на самопишущий миллиам- первольтметр, и путем сравнения в каждый момент времени величины амплитуды пульсации под источником дополнительного обогрева с заданным допустимым значением пульсации, например, визуальным наблюдением формируется командный сигнал.

Величина тепловой нагрузки, выделяемой под источником 16 дополнительного обогрева, выбирается равной максимальному тепловому потоку какого-либо тепловыделяющего элемента объекта охлаждения и в реальных условиях составляет 50-150 кВт/м2. При течении создание, теплового потока q 50-150 кВт/м2 при массовых

скоростях f) w 100-7GQ кг(м2. с) и паросодержаниях х 0,8-1,0 позволяет получить в зоне локального теплового потока температурные пульсации с амплитудой от минимально фиксируемых (0,5 градуса, что определяется погрешностью датчика температуры) до 25-30 градусов. Нарастание амплитуды при фиксированном значении локального теплового потока и давления кипения Ро возможно при уменьшзнии расхода хладагента G (или. что то же самое, при

уменьшении р1 w), Общзя мощность, подводимая к дополнительному нагревателю размерами 4X12 мм, состлвляет величину 3-10 Вт, что практически не оказывает влияния на параметры хладагента, так как общая мощность, подводимая к испарителю, составляет 400-500 Вт.

Необходимая термостабилизация тепловыделяющих элементов на объекте охлаждения достигается благодаря тому, что при формировании командного сигнала используется возникновение температурных пульсаций в стенке канала испарителя с амплитудой 2-3 градуса. Например, при постоянной температуре кипения допустимая температура объекта обеспечивается при

паросодержаниидоО,9. На дополнительном нагревателе устанавливается удельный тепловой поток q -50 кВт/м2. Тогда в компараторе 19 задается температура, например, 22°С, соответствующаятребуемому паросодержанию. При увеличении паросодёржа- ния выше Ху амплитуда температурных пульсаций превышает заданную (2-3 градуса), что может фиксироваться, например, визуально, и таким образом формируется

командный сигнал, приводящий к уменьшению паросодержания за счет увеличения подачи хладагента в ооьект охлаждения. Формула изобретения Способ термостабилизации термовыделяющих элементов электронной техники путем изменения количества хладагента, подаваемого в объект охлаждения в зависимости от командного сигнала, формируемо- . го по температуре (амплитуде) стенки

канала испарителя при дополнительном обогреве, отличающийся тем, что, с целью улучшения термостабилизации тепловыделяющих элементов электронной техники и повышения эксплуатационной

надежности системы обеспечения теплового режима, величину дополнительного обогрева выбирают по максимальной плотности теплового потока, выделяемой под тепловыделяющим элементом объекта охлаждения,

в котором количество хладагента изменяют по температурным пульсациям в стенке канала в зоне дополнительного источника обогрева.

Изобретение может быть использовано для стабилизации объекта охлаждения (температурной), когда тепловыделяющие элементы размещены на поверхности испарителя холодильной установки. Сущность изобретения заключается в том, что количество хладагента в испарителе изменяют по температурным пульсациям в стенке канала в зоне дополнительного источника обогрева, величину которого выбирают по максимальной плотности теплового потока, выделяемой под тепловыделяющим элементом объекта охлаждения. 1 ил.

16

ГУ V V Y V Y

тj j

L..L.1, J.

15

P

fj