CC BY
20
Вестник ДГТУ. Технические науки. №12, 2006 А-
УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОТВОДА ТЕПЛА ОТ ЭЛЕМЕНТОВ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ИСПОЛЬЗОВАНИИ ЭНДОТЕРМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПЛАВЛЕНИЯ
Евдулов О.В., Махмудова М.М.
Дагестанский государственный технический университет, г. Махачкала
Одним из эффективных средств отвода тепла от элементов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), работающих в режиме с повторно-кратковременными тепловыделениями, является применение в устройствах для их охлаждения и термостабилизации плавящихся рабочих веществ, обладающих относительно большой теплотой и надежной многократной обратимостью фазовых превращений [1, 2]. К наиболее распространенному типу таких конструкций относятся конструкции, у которых охлаждаемые элементы РЭА располагаются вне объема с рабочим плавящимся веществом на плоской поверхности разделяющей герметичной оболочки и имеют с ней хороший тепловой контакт [1]. При этом как наружная, так и внутренняя поверхности герметичной оболочки могут иметь оребрения для интенсификации теплообмена соответственно с рабочим веществом и окружающей средой. При эксплуатации РЭА основная часть рассеиваемого ею тепла поглощается за счет скрытой теплоты плавления рабочего вещества. После окончания работы аппаратуры происходит остывание рабочего вещества и его затвердевание вследствие теплообмена с окружающей средой.
Рабочее вещество, форма и размеры герметичной оболочки, а также степень ее оребрения определяются количеством выделяемой элементов РЭА тепловой энергии, точностью стабилизации температуры, длительностью работы элемента РЭА и другими эксплуатационными показателями. Данные параметры подбираются на основе теплотехнического расчета и экспериментальной проверки полученных данных для вполне конкретных условий работы теплоотводящего устройства и не предусматривают его функционирование при непредвиденном увеличении длительности эксплуатации элемента РЭА, мощности тепловыделений или же изменения условий окружающей среды.
С целью устранения недостаточной надежности работы существующих устройств для отвода тепла от элементов РЭА, работающих в режиме повторно-кратковременных тепловых нагрузок, авторами разработан ряд конструктивных вариантов теплоотводящих приборов, описание которых приведено в настоящей работе.
Первый конструктивный вариант.
Для повышения эффективности теплоотвода от плавящегося вещества, в частности для снижения теплового сопротивления на участке теплопоглощающие спаи термобатареи - плавящееся вещество предлагается устройство, конструкция которого показана на рис. 1. Устройство состоит из тонкостенной металлической емкости 1, разделенной металлическими перегородками 2, расположенными параллельно плоскости размещения охлаждаемых радиоэлементов 3, на изолированные отсеки, количество которых равно количеству плавящихся веществ с заданной температурой плавления. Верхний отсек (самый больший по площади), на который устанавливается охлаждаемый электрорадиоэлемент, имеет в качестве наполнителя вещество 4 с наибольшей температурой плавления. Каждый последующий отсек меньше
предыдущего по площади, и заполнен плавящимся наполнителем 4 с меньшей температурой плавления, чем предыдущий. К нижней поверхности отсека, заполненного плавящимся веществом с наибольшей температурой плавления, в части выступающей над последующим отсеком, прилегают одними из спаев термоэлектрические модули 5. Вторые спаи термоэлектрического модуля 5 размещены на теплопоглощающем спае нижнего базового каскада 6 термоэлектрической батареи. Центральная область нижнего базового каскада 6 термоэлектрической батареи теплопоглощающим спаем приведена в контакт с поверхностью металлической емкости 1, противоположной размещению охлаждаемых радиоэлементов 3. К тепловыделяющему спаю каскадной термоэлектрической батареи
присоединен радиатор 7. Питание каскадной термоэлектрической батареи осуществляется источником электрической энергии 8.
Тепло, поступающее от радиоэлемента 3, передается металлической емкости 1 и через поверхность соприкосновения плавящимся наполнителям 4. Далее одновременно происходит прогрев наполнителей 4 до температуры плавления и процесс плавления. Температура оболочки металлической емкости 1 и, соответственно, радиоэлемента 3 не будет существенно возрастать по сравнению с температурой плавления наполнителя 4,
находящегося в самом верхнем отсеке, пока существуют обе фазы (твердая и жидкая). После окончания цикла работы радиоэлемента 3 происходит остывание наполнителей 4 и их затвердевание за счет отвода тепла термоэлектрической батареей. Использование
термоэлектрической батареи в предлагаемом исполнении позволит интенсифицировать процесс охлаждения и затвердевания наполнителей 4. Основной отвод тепла от металлической емкости 1 с наполнителями 4 осуществляется нижним базовым каскадом 6 каскадной термоэлектрической батареи. Термоэлектрические
Рис.1
I
А
5
+
Рис. 2
модули 5, создают дополнительный теплосъем для интенсификации процесса охлаждения наполнителей 4. Отвод тепла от тепловыделяющего спая базовой термоэлектрической батареи производится радиатором 7. Питание термоэлектрической батареи осуществляется источником постоянного электрического тока 8.
Второй конструктивный вариант.
Для сокращения времени остывания и затвердевания наполнителя и сокращения дополнительных источников энергии (для питания термоэлектрических батарей), снижения весогабаритных показателей предлагается использование следующей конструкции (рис.2, фиг.3) устройства для охлаждения радиоэлементов, работающих в циклическом режиме.
Устройство, как и в случае первого конструктивного варианта, состоит из тонкостенной металлической емкости 1, разделенной параллельно плоскости размещения охлаждаемых радиоэлементов 3 на отсеки, заполненные плавящимися наполнителями 4 с различными температурами плавления, возрастающими в направлении к плоскости установки охлаждаемых радиоэлементов 3. На границе двух отсеков с наполнителями с разными температурами плавления расположены параллельно плоскости размещения охлаждаемых радиоэлементов испарительные части тепловых труб 2, с обеспечением теплового контакта с наполнителями. Зоны конденсации тепловых труб 2 ориентированы перпендикулярно плоскости размещения охлаждаемых радиоэлементов вдоль двух противоположных боковых поверхностей тонкостенной металлической емкости 1.
При достижении жидкой фазы области расположения испарительных частей тепловых труб, размещенных на границах отсеков, начинается отвод тепла от наполнителей в окружающую среду посредством тепловых труб. Процесс отвода тепла тепловыми трубами от наполнителей, их остывание и затвердевание происходит и после окончания цикла работы радиоэлемента 3. Использование тепловых труб ускоряет процесс охлаж- 3
дения и затвердевания /
наполнителей 4 без при- А-А. /
менения каких либо дополнительных энерге- (оУ;
тических затрат.
1
2
2
Рис. 3
Библиографический список:
1. Алексеев В.А. Охлаждение радиоэлектронной аппаратуры с использованием плавящихся веществ. М., «Энергия», 1975, с. 88.
2. Дульнев Г.Н. Тепло - и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре. М., «Высш. шк.», 1984, с. 247.
3. Авторское свидетельство СССР №1148063, кл. Н 01 Ь 23/42, 1985.
4. Патент РФ №2214702, Исмаилов Т.А., Евдулов О.В., Абдурахманова М.М. «Охладитель радиоэлектронной аппаратуры» кл 7 Н 05 К 7/20.
