Устройство для термостабилизации элементов радиоэлектронной аппаратуры большой мощности
Изобретение относится к электронике и может быть использовано для обеспечения требуемых тепловых режимов элементов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), рассеивающих при своей работе значительные мощности. Техническим результатом изобретения является повышение точности термостабилизации элемента РЭА за счет использования рабочего вещества, температура плавления которого совпадает с температурой термостабилизации элемента РЭА. Устройство состоит из тонкостенной металлической емкости, заполненной рабочим веществом, температура плавления которого совпадает с температурой термостабилизации элемента РЭА. Элемент РЭА установлен на верхней поверхности тонкостенной металлической емкости с обеспечением теплового контакта, к нижней поверхности тонкостенной металлической емкости присоединена своим теплопоглощающим спаем термоэлектрическая батарея, состоящая из нескольких последовательно соединенных секций термоэлементов. Своим тепловыделяющим спаем термоэлектрическая батарея приведена в тепловой контакт с воздушным радиатором. В объеме тонкостенной металлической емкости с рабочим веществом размещены датчики температуры, число которых равно числу секций термоэлементов в термоэлектрической батареи. Они электрически связаны с входом устройства управления, выход которого электрически связан с термоэлектрической батарей. Электрическая связь устройства управления с термоэлектрической батареей осуществляется таким образом, чтобы имелась возможность последовательного подключения или отключения каждой из секций термоэлементов. Для снижения до минимума влияния колебаний температуры окружающей среды применяется теплоизоляция. 1 ил.
Изобретение относится к электронике и может быть использовано для обеспечения требуемых тепловых режимов элементов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), рассеивающих при своей работе значительные мощности.
Прототипом предлагаемого устройства является прибор, описанный в [1]. Он содержит термоэлектрическую батарею с теплообменником для тепловыделяющих спаев, собранную из полупроводниковых ветвей разной высоты таким образом, что тепловыделяющие спаи расположены на одном уровне, а теплопоглощающие - на двух уровнях. При этом высокие ветви расположены по краям, а низкие - в середине с образованием в центре термоэлектрической батареи углубления, в которое помещен охлаждаемый элемент РЭА в тепловом контакте с теплопоглощающими спаями низких ветвей. Устройство содержит также дополнительный теплообменник, контактирующий с теплопоглощающими спаями высоких ветвей, и блок управления работой термоэлектрической батареи, включающий датчик температуры, установленный в углублении термоэлектрической батареи, источник электрической энергии и регулятор температуры.
Недостатком устройства является невысокая точность термостабилизации элемента РЭА, связанная с невысокой точностью поддержания температуры на заданном уровне термоэлектрической батареей.
Для устранения указанном недостатка предлагается конструкция устройства, показанная на чертеже.
Устройство состоит из тонкостенной металлической емкости 1, заполненной рабочим веществом 2, температура плавления которого совпадает с температурой термостабилизации элемента РЭА 3. Элемент РЭА 3 установлен на верхней поверхности тонкостенной металлической емкости 1 с обеспечением теплового контакта, к нижней поверхности тонкостенной металлической емкости 1 присоединена своим теплопоглощающим спаем термоэлектрическая батарея 4, состоящая из нескольких последовательно соединенных секций термоэлементов. Своим тепловыделяющим спаем термоэлектрическая батарея 4 приведена в тепловой контакт с воздушным радиатором 5. В объеме тонкостенной металлической емкости 1 с рабочим веществом 2 размещены датчики температуры 6, число которых равно числу секций термоэлементов в термоэлектрической батарее 4. Они электрически связанны с входом устройства управления 7, выход которого электрически связан с термоэлектрической батареей 4. Электрическая связь устройства управления 7 с термоэлектрической батареей 4 осуществляется таким образом, чтобы имелась возможность последовательного подключения или отключения каждой из секции термоэлементов. Для снижения до минимума влияния колебаний температуры окружающей среды применяется теплоизоляция 8.
Устройство работает следующим образом.
Тепло, поступающее от элемента РЭА 3, передается тонкостенной металлической емкости 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 горизонтальной плоскости в направлении, противоположном размещению элемента РЭА 3. При плавлении рабочего вещества 2 температура тонкостенной металлической емкости 1 и соответственно температура элемента РЭА 3 будет поддерживаться при постоянном значении, равном температуре плавления рабочего вещества 2.
До тех пор, пока жидкая фаза расплавленного рабочего вещества 2 не переместится до места расположения первого датчика температуры 6, термоэлектрическая батарея 4 не питается электрической энергией и не отводит тепло. При проплавлении рабочего вещества 2 до места расположения первого датчика температуры 6 с последнего передается электрический сигнал на устройство управления 7, которое начинает осуществлять питание электрической энергией крайней секции термоэлементов в термоэлектрической батарее 4. Часть термоэлектрической батареи 4, состоящая из термоэлементов крайней секции, начинает интенсивно отводить тепло от тонкостенной металлической емкости 1. При дальнейшем увеличении мощности рассеяния тепла элементом РЭА 3 и соответственно при достижении жидкой фазы расплавленного рабочего вещества 2 второго датчика температуры 6, в соответствии с поступившим с него электрическим сигналом устройство управления 7 начинает осуществлять питание электрической энергией крайней и расположенной рядом с ней секций термоэлементов термоэлектрической батареи 4. При этом отвод тепла от тонкостенной металлической емкости 1 будет осуществляться уже двумя секциями термоэлектрической батареи 4. При еще большем увеличении мощности рассеяния тепла элементом РЭА 3 посредством датчиков температуры 6 и устройства управления 7 к процессу теплоотвода будут подключаться последовательно следующие секции термоэлементов термоэлектрической батареи 4.
Процесс последовательного подключения секций термоэлементов термоэлектрической батареи 4 и, следовательно, увеличения уровня теплоотвода от тонкостенной металлической емкости 1 будет осуществляться до тех пор, пока граница раздела жидкой и твердой фазы рабочего вещества 2 не стабилизируется на определенном уровне.
При уменьшении уровня тепловыделений элемента РЭА 3 за счет отвода тепла термоэлектрической батареей 4 жидкая фаза рабочего вещества 2 будет перемещаться в обратном направлении (в направлении размещения элемента РЭА 3). При этом устройство управления 7 в зависимости от электрических сигналов с датчиков температуры 6, до которых переместилась твердая фаза рабочего вещества 2, будет последовательно отключать секции термоэлементов термоэлектрической батареи 4. Процесс отключения секций термоэлементов термоэлектрической батареи 4 будет происходить до тех пор, пока граница раздела жидкой и твердой фазы рабочего вещества 2 не стабилизируется на определенном уровне.
Отвод тепла от тепловыделяющего спая термоэлектрической батареи 4 производится воздушным радиатором 5. Для снижения до минимума влияния колебаний температуры окружающей среды применяется теплоизоляция 8.
Литература
1. Патент 1824681 РФ Термоэлектрический интенсификатор теплопередачи преимущественно для отвода тепла от элементов радиоэлектроники большой мощности. /Исмаилов Т.А.//Б.И.№24, 1993.
Формула изобретения
Устройство для термостабилизации элементов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) большой мощности, содержащее термоэлектрическую батарею, тепловыделяющим спаем приведенную в тепловой контакт с воздушным радиатором, теплоизоляцию, отличающееся тем, что термоэлектрическая батарея, состоящая из нескольких последовательно соединенных секций термоэлементов, теплопоглощающим спаем присоединена к нижней поверхности тонкостенной металлической емкости с установленным на ее верхней поверхности элементом РЭА, наполненной рабочим веществом, температура плавления которого совпадает с температурой термостабилизации элемента РЭА, в объеме которой размещены датчики температуры по числу секций термоэлементов в термоэлектрической батарее, электрически связанные с входом устройством управления, выход которого электрически связан с термоэлектрической батареей, причем электрическая связь устройства управления с термоэлектрической батареей осуществляется таким образом, чтобы имелась возможность последовательного подключения или отключения каждой из секции термоэлементов в зависимости от поступающего с датчиков температуры сигнала.
РИСУНКИРисунок 1
