устройство для термостабилизации элементов радиоэлектронной аппаратуры большой мощности

Формула изобретения

Устройство для термостабилизации элементов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) большой мощности, содержащее термоэлектрическую батарею, 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, тепловыделяющим спаем приведенную в тепловой контакт с теплообменником, а также теплоизоляцию, отличающееся тем, что в углубление, образованное высокими и низкими ветвями термоэлектрической батареи, помещена тонкостенная металлическая емкость, заполненная рабочим веществом, температура плавления которого совпадает с температурой термостабилизации элемента РЭА, размещенного внутри тонкостенной металлической емкости с рабочим веществом в камере, помещенной на подставку, причем в объеме тонкостенной металлической емкости с рабочим веществом размещены два датчика температуры, которые электрически связаны с входом устройства 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 низких и высоких ветвей термоэлектрической батареи.

Описание изобретения к патенту

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 содержит термоэлектрическую батарею 1, состоящую из расположенных в середине низких ветвей 2 и расположенных по краям высоких ветвей 3, тепловыделяющие спаи которых расположены на одном уровне и примыкают к теплообменнику 4, а теплопоглощающие спаи расположены на двух уровнях. В середине термоэлектрической батареи 1 образовано углубление, в которое помещена тонкостенная металлическая емкость 5, заполненная рабочим веществом 6, температура плавления которого совпадает с температурой термостабилизации элемента РЭА 7. Элемент РЭА 7 помещен в камеру 8, размещенную на подставке 9 в тонкостенной металлической емкости 5, и находящуюся в непосредственном тепловом контакте с рабочим веществом 6. В объеме тонкостенной металлической емкости 5 с рабочим веществом 6 размещены два датчика температуры 10 и 11. Они электрически связаны с входом устройства управления 12, выход которого электрически связан с термоэлектрической батареей 1. Электрическая связь устройства управления 12 с термоэлектрической батареей 1 осуществляется таким образом, чтобы имелась возможность последовательного подключения или отключения низких 2 и высоких ветвей 3 термоэлектрической батареи 1. Для снижения до минимума влияния колебаний температуры окружающей среды применяется теплоизоляция 13.

Устройство работает следующим образом.

Тепло, поступающее от элемента РЭА 7, находящегося в камере 8, размещенной на подставке 9 передается через поверхность соприкосновения рабочему веществу 6. Происходит прогрев рабочего вещества 6 до температуры плавления и процесс плавления, связанный с появлением жидкой фазы рабочего вещества 6 и ее перемещением в направлении от поверхности камеры 8 к стенкам тонкостенной металлической емкости 5. При плавлении рабочего вещества 6 температура тонкостенной металлической емкости 5 и соответственно температура элемента РЭА 7 будет поддерживаться при постоянном значении, равном температуре плавления рабочего вещества 6.

До тех пор, пока жидкая фаза расплавленного рабочего вещества 6 не переместиться до места расположения первого датчика температуры 10, термоэлектрическая батарея 1 не питается электрической энергией и не отводит тепло. При проплавлении рабочего вещества 6 до места расположения первого датчика температуры 10, с последнего передается электрический сигнал на устройство управления 12, которое начинает осуществлять питание электрической энергией части термоэлектрической батареи 1, состоящей из низких ветвей 2. Часть термоэлектрической батареи 1, состоящая из низких ветвей, начинает интенсивно отводить тепло от тонкостенной металлической емкости 5 с рабочим веществом 6. При дальнейшем увеличении мощности рассеяния тепла элементом РЭА 7 и соответственно при достижении жидкой фазы расплавленного рабочего вещества 6 второго датчика температуры 11, в соответствии с поступившим с него электрическим сигналом устройство управления 12 подключает к питанию электрической энергией дополнительно к низким ветвям 2 высокие ветви 3 термоэлектрической батареи 1. При этом отвод тепла от тонкостенной металлической емкости 5 с рабочим веществом 6 будет осуществляться уже всей термоэлектрической батареей 1.

При уменьшении уровня тепловыделений элемента РЭА 7 за счет отвода тепла термоэлектрической батареей 1 жидкая фаза рабочего вещества 6 будет перемещаться в обратном направлении (от стенки тонкостенной металлической емкости 5 и камере 8). При этом устройство управления 12 в зависимости от электрических сигналов с датчиков температуры 10 и 11, до которых переместилась твердая фаза рабочего вещества 2, будет последовательно отключать высокие ветви 3 и низкие ветви 2 термоэлектрической батареи 1 соответственно.

Последовательное подключение и отключение низких ветвей 2 и высоких ветвей 3 термоэлектрической батареи 1 к процессу теплоотвода от тонкостенной металлической емкости 5 с рабочим веществом 6 при изменении уровня тепловыделений элемента РЭА 7 будет способствовать повышению экономичности устройства термостабилизации.

Отвод тепла от тепловыделяющего спая термоэлектрической батареи 4 производится теплообменником 4. Для снижения до минимума влияния колебаний температуры окружающей среды применяется теплоизоляция 13.

Источники информации

1. Патент РФ 1824681. Термоэлектрический интенсификатор теплопередачи преимущественно для отвода тепла от элементов радиоэлектроники большой мощности./Исмаилов Т.А.//БИ № 24, 1993.