RU2161385C1

RU2161385C1 - Gear for thermal stabilization of high-power radio electronic elements

Info

Publication number: RU2161385C1
Application number: RU99114872A
Authority: RU
Inventors: Т.А. Исмаилов; О.В. Евдулов; Х.М. Гаджиев; Ш.А. Юсуфов
Original assignee: Дагестанский государственный технический университет
Priority date: 1999-07-15
Filing date: 1999-07-15
Publication date: 2000-12-27

Abstract

FIELD: provision for required thermal modes for elements of radio electronic equipment. SUBSTANCE: gear includes heat damper made of high heat-conductive material in the form of truncated pyramid whose small base has recess. Enclosure with thermostating substance whose point of phase transition coincides with thermostating temperature of cooled object is put into recess. Cooled object is placed into chamber which is heat insulated from environment and is in direct heat contact with enclosure. Battery of thermal electric modules is placed with its heat-absorbing junctions on bigger base of truncated pyramid. Control unit tests resistance of heat-stabilizing substance, supplies power to battery of thermal electric modules or disconnects it. EFFECT: enhanced accuracy of thermal stabilization of high-power radio electronic elements. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электронике и может быть использовано для обеспечения требуемых тепловых режимов элементов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), рассеивающих при своей работе значительные мощности. The invention relates to electronics and can be used to provide the required thermal regimes of elements of electronic equipment (REA), which dissipate significant power during their operation.

Работа большинства современных приборов и устройств РЭА существенно зависит от систем обеспечения требуемых температурных режимов их работы, которая, как правило, связана с необходимостью отвода значительных теплот от тепловыделяющих элементов. При этом существует целый класс радиоэлектронных элементов, у которых оптимальный режим работы достигается при температурах, превышающих на несколько десятков градусов температуру окружающей среды. С целью повышения эффективности их работы важно термостабилизировать такие элементы при оптимальной рабочей температуре. The operation of most modern REA devices and devices substantially depends on systems for ensuring the required temperature conditions for their operation, which, as a rule, is associated with the need to remove significant heat from fuel elements. At the same time, there is a whole class of electronic components in which the optimal operating mode is achieved at temperatures exceeding the ambient temperature by several tens of degrees. In order to increase the efficiency of their work, it is important to thermally stabilize such elements at the optimum operating temperature.

Известны устройства с развитой поверхностью теплообмена, отводящие теплоту от тепловыделяющих элементов РЭА под действием естественной разности температур. В качестве них широко используют радиаторы различных типов [1, 2, 3] . Для интенсификации теплопередачи радиаторы снабжают дополнительными гофрированными вставками, выполняют ребра радиаторов обтекаемыми, со сквозными отверстиями [4] и т.п. Все эти конструктивные признаки применяют с целью создания турбулентности воздушного потока, обтекающего ребра радиатора, для увеличения интенсивности теплопередачи. Однако такие устройства мало эффективны, когда температура эффективной работы элемента РЭА превышает температуру окружающей среды, но сам элемент при работе разогревается значительно выше. Кроме того, радиаторы в этих случаях имеют значительные габариты, что делает устройство громоздким. Known devices with a developed heat exchange surface that remove heat from the REA fuel elements under the influence of a natural temperature difference. Various types of radiators are widely used as them [1, 2, 3]. To intensify the heat transfer, the radiators are provided with additional corrugated inserts, the radiator fins are streamlined, with through holes [4], etc. All these design features are used to create turbulence in the air flow around the radiator fins to increase the heat transfer rate. However, such devices are not very effective when the temperature of the effective operation of the CEA element exceeds the ambient temperature, but the element itself warms up significantly higher during operation. In addition, radiators in these cases have significant dimensions, which makes the device cumbersome.

Часто практикуются решения, согласно которым к охлаждаемому элементу РЭА непосредственно присоединяется с обеспечением теплового контакта термоэлектрическая батарея (ТЭБ). Недостатком таких методов теплоотвода является малая эффективность, т.к. площадь основания охлаждаемого элемента РЭА мала и это не позволяет присоединить к нему значительное количество термоэлектрических элементов. Often, solutions are practiced according to which a thermoelectric battery (TEB) is directly connected to the cooled CEA element with providing thermal contact. The disadvantage of such methods of heat removal is low efficiency, because the area of the base of the cooled CEA element is small and this does not allow to attach a significant amount of thermoelectric elements to it.

В работе [5] описан термоэлектрический интенсификатор теплопередачи, в котором между теплообменником и тепловыделяющим элементом установлена батарея термоэлектрических модулей (ТЭМ). В этом устройстве интенсификация теплопередача осуществляется за счет применения термоэлектрических элементов, теплопоглощающие спаи которых охлаждают тепловыделяющий элемент, а теплообменник отводит тепло от тепловыделяющих спаев. Недостатком устройства является громоздкость, т.к. требуется теплообменник больших размеров. In [5], a thermoelectric heat transfer intensifier was described, in which a battery of thermoelectric modules (TEM) is installed between the heat exchanger and the fuel element. In this device, the heat transfer is intensified by the use of thermoelectric elements, heat-absorbing junctions of which cool the heat-generating element, and the heat exchanger removes heat from the heat-generating junctions. The disadvantage of this device is cumbersome, because Large heat exchanger required.

Известно устройство [6], содержащее ТЭБ с теплообменником на тепловыделяющих спаях. ТЭБ составлена из низких и высоких полупроводниковых ветвей, причем низкие расположены в середине, а высокие - вокруг них с образованием углубления, в котором в тепловом контакте с теплопоглощающими спаями низких ветвей располагаются охлаждаемый элемент и датчик температуры, связанный с блоком управления работой ТЭБ. Устройство снабжено дополнительным теплообменником, находящимся в тепловом контакте с теплопоглощающими спаями высоких ветвей ТЭБ и охлаждаемым элементом. A device is known [6], containing fuel-cell assembly with a heat exchanger on fuel junctions. The thermopile is composed of low and high semiconductor branches, the low are located in the middle and the high are around them with the formation of a recess in which in cooling contact with the heat-absorbing junctions of the low branches are a cooled element and a temperature sensor connected to the thermopile operation control unit. The device is equipped with an additional heat exchanger in thermal contact with the heat-absorbing junctions of the high branches of the thermopile and a cooled element.

Указанное конструктивное решение позволяет снизить габариты устройства, а также увеличить его эффективность. Недостатком устройства является невысокая точность термостабилизации элементов РЭА. The specified design solution allows to reduce the dimensions of the device, as well as increase its effectiveness. The disadvantage of this device is the low accuracy of thermal stabilization of CEA elements.

Целью изобретения является устранение вышеуказанных недостатков. The aim of the invention is to eliminate the above disadvantages.

Для этого предлагается устройство, конструкция которого показана на чертеже. For this, a device is proposed, the design of which is shown in the drawing.

Устройство содержит тепловой демпфер в виде усеченной четырехугольной пирамиды 1, на малом основании 2 которой находится выемка с размещенным в ней кожухом 3, заполненным термостабилизирующим веществом 4, точка фазового перехода которого совпадает с температурой термостабилизации радиоэлектронного элемента 5. Радиоэлектронный элемент 5 помещен в камеру 6, находящуюся в тепловом контакте с кожухом 3 и теплоизолированную от окружающей среды. На большом основании 7 демпфера 1 в тепловом контакте с ним установлена своими теплопоглощающими спаями батарея ТЭМ 8, к тепловыделяющим спаям которой присоединен с обеспечением теплового контакта теплообменник 9. Блок управления 10 осуществляет контроль сопротивления вещества, заполняющего кожух 3, и питает электрической энергией батарею ТЭМ 8. Демпфер 1, кожух 3 и теплообменник 9 выполнены из высокотеплопроводного материала. The device contains a thermal damper in the form of a truncated quadrangular pyramid 1, on a small base 2 of which there is a recess with a casing 3 placed in it, filled with a heat-stabilizing substance 4, the phase transition point of which coincides with the temperature of thermal stabilization of the radio-electronic element 5. The radio-electronic element 5 is placed in the chamber 6, which is in thermal contact with the casing 3 and insulated from the environment. On a large base 7 of damper 1, a TEM 8 battery is installed in heat contact with it with its heat-absorbing junctions, to the heat-generating junctions of which heat exchanger 9 is connected to provide heat contact. The control unit 10 monitors the resistance of the substance filling the casing 3, and feeds the TEM 8 battery with electrical energy Damper 1, casing 3 and heat exchanger 9 are made of highly conductive material.

Сущность работы устройства состоит в следующем. The essence of the device is as follows.

Известно, что фазовый переход кристаллических веществ происходит при строго определенном значении температуры. Это значение у некоторых кристаллических материалов находится в диапазоне 30-50^oC (например, у галлия ≈30). Если поместить в непосредственный тепловой контакт с таким материалом, находящимся в состоянии фазового перехода,тепловыделяющий элемент РЭА, то можно осуществить его термостабилизацию с очень высокой точностью. При этом возникает проблема отвода тепла, выделяемого элементом РЭА, от термостабилизирующего вещества, находящегося в состоянии фазового перехода. В предлагаемом решении такой отвод избытка тепловыделений осуществляется посредством батареи ТЭБ. Контроль состояния термостабилизирующего вещества реализуется измерением его сопротивления.It is known that the phase transition of crystalline substances occurs at a strictly defined temperature value. This value for some crystalline materials is in the range of 30-50 ^o C (for example, gallium ≈30). If we put in a direct thermal contact with such a material in a phase transition state a REA fuel element, then it can be thermally stabilized with very high accuracy. In this case, the problem arises of the removal of heat generated by the CEA element from the thermostabilizing substance in the state of phase transition. In the proposed solution, such removal of excess heat is carried out by means of a thermopile battery. Monitoring the state of thermostabilizing substance is carried out by measuring its resistance.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Если сопротивление термостабилизирующего вещества 4 отличается от допустимого значения, то блок управления 10 подает необходимый ток питания на батарею ТЭМ 8. В результате батарея ТЭМ 8 отводит избыток тепла от термостабилизирующего вещества 4, сохраняя при этом необходимую температуру элемента РЭА 5. Избыток тепла от тепловыделяющих спаев батареи ТЭМ 8 отводится теплообменником 9. При установлении сопротивления термостабилизирующего вещества 4 на необходимый уровень, блок управления 10 отключает батарею ТЭМ 8. If the resistance of the heat-stabilizing substance 4 differs from the permissible value, the control unit 10 supplies the necessary supply current to the TEM 8 battery. As a result, the TEM 8 battery removes excess heat from the heat-stabilizing substance 4, while maintaining the necessary temperature of the CEA 5. The excess heat from the heat-soldering junctions the batteries of the TEM 8 are discharged by the heat exchanger 9. When the resistance of the thermostabilizing substance 4 is set to the required level, the control unit 10 turns off the battery of the TEM 8.

Литература
1. Дульнев Г. И. Тепло-и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре. М.: Высшая школа, 1984.Literature
1. Dulnev G. I. Heat and mass transfer in electronic equipment. M .: Higher school, 1984.

2. Авт.св. 752836 (СССР) Радиатор./ Федотов A.И, Рейфе Е.Д., Денисенков А.И. и др./ Б.И. 1980. 2. Auto 752836 (USSR) Radiator. / Fedotov A.I., Reife E.D., Denisenkov A.I. et al. / B.I. 1980.

3. Авт. св. 801331 (СССР) Устройство для охлаждения полупроводниковых приборов./ Благодатный В.М., Костюк В.А., Ремха Ю.С./ Б.И. N 4, 1981. 3. Auth. St. 801331 (USSR) A device for cooling semiconductor devices./ Blagodatny V.M., Kostyuk V.A., Remkha Yu.S. / B.I. N 4, 1981.

4. Авт.св. 721870 (СССР) Радиатор./ Сеферовский В.Н./ Б. И. N 10, 1980. 4. Auto 721870 (USSR) Radiator. / Seferovsky V.N. / B.I. N 10, 1980.

5. Лукишкер Э.М., Вайнер А.Л. Эффективность термоэлектрических интенсификаторов теплообмена. Вопросы радиоэлектроники, сер. ТРТО, 1978, N 1, с. 86-90. 5. Lukishker E.M., Weiner A.L. Efficiency of thermoelectric heat transfer intensifiers. Questions of radio electronics, ser. TRTO, 1978, N 1, p. 86-90.

6. Авт.св. 1824681 (СССР) Термоэлектрический интенсификатор теплопередачи преимущественно для отвода тепла от элементов радиоэлектроники большой мощности / Исмаилов Т.А./ Б.И. N 24, 1993. 6. Auto 1824681 (USSR) Thermoelectric heat transfer intensifier primarily for heat removal from high-power electronics elements / T. Ismailov / B.I. N 24, 1993.

Claims

A device for thermal stabilization of high-power electronics elements containing a battery of thermoelectric modules, to the heat-generating junctions of which a heat exchanger is connected to ensure thermal contact, a control unit, characterized in that it contains a heat damper in the form of a truncated pyramid, in the small base of which there is a recess in which a casing with a thermostabilizing substance, the phase transition point of which coincides with the temperature of thermal stabilization of the cooled element, placed in A thermoelectric module battery installed in direct thermal contact with the casing and thermally insulated from the environment, and on the large base of the truncated pyramid of the thermal damper, a thermoelectric module battery is installed with its heat-absorbing junctions, and the control unit monitors the resistance of the heat-stabilizing substance and supplies power to the thermoelectric module battery or turns it off.