RU2470498C1

RU2470498C1 - Processor cooler

Info

Publication number: RU2470498C1
Application number: RU2011124621/07A
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Бодрягин
Original assignee: Владимир Иванович Бодрягин
Priority date: 2011-06-17
Filing date: 2011-06-17
Publication date: 2012-12-20

Abstract

FIELD: physics, computers.

SUBSTANCE: proposed device comprises first container with fusible heat-retaining material (HRM) intended for contact with processor, on one side, and with cold side of thermoelectric module (TEM), on the other side. Second container with HRM is arranged in contact with TEM hot side. Melting point of second HRM exceeds that of the first container. Note that fan is arranged on the side of second container heat sink.

EFFECT: higher efficiency of cooling.

7 cl, 1 tbl, 3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к средствам для обеспечения требуемых тепловых режимов работы элементов радиоэлектронной аппаратуры, в частности процессоров с высоким тепловыделением.The present invention relates to means for providing the required thermal operating conditions of elements of electronic equipment, in particular processors with high heat generation.

Из уровня техники известны следующие способы охлаждения процессоров.The following methods are known for cooling processors.

Первый, наиболее широко распространенный, при котором тепло с горячего процессора передается радиатору, а с последнего непосредственно снимается хладагентом либо конвективно (чаще воздухом, реже - водой), либо кондуктивно, т.е. контактом с холодным твердым телом.The first, the most widespread, in which heat is transferred from a hot processor to a radiator, and directly removed from the latter by a refrigerant is either convective (usually air, less often - water) or conductively, i.e. contact with a cold solid.

Второй, крайне мало применяемый, при котором между процессором и радиатором устанавливается термоэлектрический модуль (ТЭМ) Пельтье, включением которого в электрическую сеть, тепло с процессора снимается холодной стороной ТЭМ и передается его горячей стороной - радиатору, а далее с радиатора - аналогично первому способу.The second, very little used, in which a Peltier thermoelectric module (TEM) is installed between the processor and the radiator, by turning it on the electric network, the heat is removed from the processor by the cold side of the TEM and transferred by its hot side to the radiator, and then from the radiator - similar to the first method.

Недостатком указанных способов является отсутствие термостабилизации процессора на приемлемом уровне температур, что обусловлено следующим. В процессе работы, в зависимости от решаемых задач и их программной реализации, энергопотребление процессоров (и тепловыделение) сильно изменяются. Но проектирование системы охлаждения ведется исходя из максимального тепловыделения. Особо важным это становится для многоядерных процессоров. Поскольку эффективность систем охлаждения в значительной степени определяется температурой хладагента (чаще воздуха), то иметь ее ниже +24-х градусов не рекомендуется, а ниже +20-ти - запрещено. Тому причина - образование росы в устройствах ЭВА. Следствием образования росы являются так называемые перемежающиеся неисправности, которые крайне трудно отыскать. Следует отметить, что во втором способе улучшается теплосъем при повышенном тепловыделении процессора, но при малом - возрастает опасность возникновения росы, т.к. с включением в работу ТЭМ начинается резкое охлаждение еще холодного процессора.The disadvantage of these methods is the lack of thermal stabilization of the processor at an acceptable temperature level, which is due to the following. In the process of work, depending on the tasks being solved and their software implementation, the power consumption of the processors (and heat dissipation) varies greatly. But the design of the cooling system is based on maximum heat dissipation. This becomes especially important for multi-core processors. Since the effectiveness of cooling systems is largely determined by the temperature of the refrigerant (usually air), it is not recommended to have it below + 24 degrees, and below + 20 it is forbidden. The reason for this is the formation of dew in EVA devices. The result of dew formation is the so-called intermittent malfunctions, which are extremely difficult to find. It should be noted that in the second method, heat removal is improved with increased processor heat, but with a small one, the risk of dew is increased, because With the inclusion of TEM, a sharp cooling of the still cold processor begins.

Термостабилизацию процессора при определенной температуре решают путем установки между элементами радиоэлектронной аппаратуры и ТЭМ контейнеров с плавящимся веществом. Подводимое тепло затрачивается на расплавление плавящегося вещества. Данные материалы широко известны, доступны и применяются в строительстве и ж/д транспорте.Thermal stabilization of the processor at a certain temperature is solved by installing containers with a melting substance between the elements of the electronic equipment and the TEM. The supplied heat is expended on the melting of the melting substance. These materials are widely known, available and used in construction and railway transport.

В качестве примеров устройств для охлаждения (термостабилизации) элементов радиоэлектронной аппаратуры с использованием плавящихся веществ можно привести технические решения, описанные в следующих источниках информации: М.П.Ленюк. Применение методов и средств моделирования, ISSN0204-3572. Электронное моделирование, 2010, Т.32, №3, патенты на изобретения РФ №2180161, опубл. 2002 г., №2214701, опубл. 2003 г., №2334380, опубл. 2008 г., №2334381, опубл. 2008 г., №235102, опубл. 2008 г., №2366129, опубл. 2009 г., №2214702, опубл. 2003 г.As examples of devices for cooling (thermal stabilization) of elements of electronic equipment using melting substances, one can cite the technical solutions described in the following sources of information: MP Lenyuk. Application of modeling methods and tools, ISSN0204-3572. Electronic modeling, 2010, Vol. 32, No. 3, patents for inventions of the Russian Federation No. 2180161, publ. 2002, No. 2214701, publ. 2003, No. 2334380, publ. 2008, No. 2334381, publ. 2008, No. 235102, publ. 2008, No. 2366129, publ. 2009, No. 2214702, publ. 2003 year

В качестве наиболее близкого аналога заявленного изобретения можно принять устройство для охлаждения процессора, содержащее контейнер с плавящимся веществом, например парафином, находящийся в контакте с одной стороны с процессором, а с другой - с холодной стороной ТЭМ, и устройство для охлаждения ТЭМ (см. статью М.П.Ленюка. Математическая модель полупроводникового термоэлектрического устройства для охлаждения компьютерного процессора. Применение методов и средств моделирования, ISSN0204-3572. Электронное моделирование, 2010, Т.32, №3, с.53-56, рис.1).As the closest analogue of the claimed invention, it is possible to take a device for cooling a processor containing a container with a melting substance, for example paraffin, in contact with the processor on one side and with the cold side of the TEM on the other, and a device for cooling the TEM (see article MP Lenyuk. A mathematical model of a semiconductor thermoelectric device for cooling a computer processor. The use of modeling methods and tools, ISSN0204-3572. Electronic Modeling, 2010, V.32, No. 3, pp. 53-56, Fig. 1).

Недостатком ближайшего аналога является пониженная эффективность работы ТЭМ, связанная с непостоянным перепадом температур между его горячей и холодной сторонами, что отражается на стабильности работы устройства в целом. Кроме того, используемое плавящееся вещество имеет низкую теплоту плавления, и его температура в процессе работы не остается постоянной, а изменяется в некотором диапазоне, что также снижает стабильность охлаждения процессора.The disadvantage of the closest analogue is the reduced efficiency of the TEM associated with an unstable temperature difference between its hot and cold sides, which affects the stability of the device as a whole. In addition, the melting substance used has a low heat of fusion, and its temperature during operation does not remain constant, but varies in a certain range, which also reduces the stability of the processor cooling.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности термостабилизации процессора.The task of the invention is to increase the efficiency of thermal stabilization of the processor.

Технический результат заключается в обеспечении постоянной низкой температуры охлаждаемого процессора.The technical result is to ensure a constant low temperature of the cooled processor.

Поставленная задача решается тем, что устройство для охлаждения процессора содержит первый контейнер с плавящимся веществом, предназначенный для контакта с одной стороны с процессором, а с другой стороны - контактирующий с холодной стороной термоэлектрического модуля (ТЭМ), и устройство для охлаждения, причем в отличие от ближайшего аналога плавящееся вещество представляет собой теплоаккумулирующий материал (ТАМ), в контакте с горячей стороной ТЭМ установлен второй контейнер с ТАМ, температура плавления которого выше температуры плавления ТАМ первого контейнера, предназначенного для контакта с процессором, а устройство для охлаждения установлено со стороны радиатора второго контейнера.The problem is solved in that the device for cooling the processor contains a first container with a melting substance intended for contact on the one hand with the processor, and on the other hand, in contact with the cold side of the thermoelectric module (TEM), and a device for cooling, and in contrast to The closest analogue to the melting substance is heat-accumulating material (TAM), in contact with the hot side of the TEM a second container with TAM is installed, the melting temperature of which is higher than the melting temperature the TAM of the first container, intended for contact with the processor, and the cooling device is installed on the radiator side of the second container.

Кроме того, первый контейнер с ТАМ, находящийся в контакте с процессором, может быть снабжен источником и приемником светового излучения, установленными с возможностью передачи оптического сигнала через ТАМ и передачи сигнала на включение или выключение ТЭМ при изменении интенсивности оптического сигнала при смене фазового состояния ТАМ.In addition, the first container with TAM in contact with the processor can be equipped with a light source and receiver that can transmit an optical signal through TAM and transmit a signal to turn TEM on or off when the intensity of the optical signal changes when the phase state of TAM changes.

Кроме того, второй контейнер также может быть снабжен источником и приемником светового излучения, установленными с возможностью передачи оптического сигнала через ТАМ и передачи сигнала на включение или выключение устройства для охлаждения второго контейнера при изменении интенсивности оптического сигнала при смене фазового состояния ТАМ.In addition, the second container can also be equipped with a source and receiver of light radiation, installed with the possibility of transmitting an optical signal through TAM and transmitting a signal to turn on or off the device for cooling the second container when the intensity of the optical signal changes when the phase state of the TAM changes.

В первом варианте выполнения устройства ТАМ в первом контейнере представляет собой кристаллогидрат соли неорганической кислоты с температурой плавления от 32 до 42°С, а ТАМ во втором контейнере - кристаллогидрат соли неорганической кислоты с температурой плавления от 48 до 78°С. При этом в качестве устройства для охлаждения второго контейнера с ТАМ достаточно использовать вентилятор.In the first embodiment, the TAM device in the first container is an inorganic acid salt crystalline hydrate with a melting point of 32 to 42 ° C, and the TAM in the second container is an inorganic acid salt crystallohydrate with a melting point of 48 to 78 ° C. At the same time, it is sufficient to use a fan as a device for cooling the second container with TAM.

Во втором варианте устройства ТАМ в первом контейнере представляет собой кристаллогидрат калия азотнокислого с температурой плавления 39-42°С, а ТАМ во втором контейнере - хлорид алюминия с температурой плавления 192°С, а ТЭМ выполнен сдвоенным с общей средней стенкой. При этом в качестве устройство для охлаждения второго контейнера целесообразно использовать низкотемпературную тепловую трубу.In the second version of the device, TAM in the first container is potassium nitrate crystalline hydrate with a melting point of 39-42 ° C, and TAM in the second container is aluminum chloride with a melting point of 192 ° C, and TEM is made double with a common middle wall. Moreover, it is advisable to use a low-temperature heat pipe as a device for cooling the second container.

К теплоаккумулирующим материалам (ТАМ) принято относить материалы с фазовым переходом первого рода, поглощающие при плавлении большое количество тепла, сохраняя постоянной температуру плавления. Обратный процесс затвердевания без гистерезиса происходит с выделением тепла. Эти материалы поглощают большое количество тепла при постоянной температуре без гистерезиса, обеспечивая термостабилизацию и повышая надежность процесса охлаждения. Термоэлектрический модуль (ТЭМ) Пельтье вносит свой вклад в термостабилизацию. Действуя как теплонасос, он отбирает тепло от процессора (через ТАМ в первом контейнере) и передает его радиатору (через ТАМ во втором контейнере). Установка ТЭМ между контейнерами с различными ТАМ, улучшает теплосъем с более горячего контейнера, поскольку при равенстве перепада температур между контейнерами и между рабочими сторонами ТЭМ эффективность работы последних максимальна.Heat storage materials (TAM) are commonly referred to materials with a first-order phase transition, which absorb a large amount of heat during melting, while maintaining a constant melting temperature. The reverse process of solidification without hysteresis occurs with the release of heat. These materials absorb a large amount of heat at a constant temperature without hysteresis, providing thermal stabilization and increasing the reliability of the cooling process. Peltier Thermoelectric Module (TEM) contributes to thermal stabilization. Acting as a heat pump, it removes heat from the processor (through TAM in the first container) and transfers it to the radiator (through TAM in the second container). Installing a TEM between containers with different TAM improves heat removal from a hotter container, since when the temperature difference between the containers and between the working sides of the TEM is equal, the efficiency of the latter is maximum.

Особенно широко применяются ТАМ на основе неорганических соединений - кристаллогидратов солей. Они входят в состав тепловых аккумуляторов, незаменимых при холодном запуске зимой двигателей автомобилей, тракторов, маневровых тепловозов.Particularly widely used are TAMs based on inorganic compounds - crystalline hydrates of salts. They are part of heat accumulators that are indispensable for cold starting in winter of car engines, tractors, shunting locomotives.

Сущность изобретения поясняется с помощью чертежей.The invention is illustrated using the drawings.

На фиг.1 изображена схема варианта выполнения предложенного устройства с традиционным ТЭМ и с вентилятором в разрезе по Б-Б на фиг.2.Figure 1 shows a diagram of an embodiment of the proposed device with a traditional TEM and with a fan in section according to BB in figure 2.

На фиг.2 - то же, разрез по А-А на фиг.1.Figure 2 is the same, a section along aa in figure 1.

На фиг.2 - схема варианта выполнения устройства со сдвоенным ТЭМ и с низкотемпературной тепловой трубой.Figure 2 is a diagram of an embodiment of a device with a dual TEM and with a low temperature heat pipe.

В таблице приведена характеристика некоторых неорганических солей, преимущественно, кристаллогидратов, используемых в качестве ТАМ (теплота плавления более 200 Дж/г).The table shows the characteristics of some inorganic salts, mainly crystalline hydrates used as TAM (heat of fusion of more than 200 J / g).

Предлагаемое устройство (по варианту, изображенному на фиг.1, 2) содержит первый контейнер 1 с ТАМ 2 (например, ТАМ с температурой плавления 32°С см. таблицу - ТАМ-32), который с одной стороны плотно прижат к процессору 3, а с другой - к холодной стороне ТЭМ 4, горячая сторона которого находится в контакте со вторым контейнером 5 с ТАМ 6 (например, с температурой плавления 92°С см. таблицу - ТАМ-92), температура плавления которого выше температуры плавления ТАМ 2 контейнера 1. Контейнер 1 снабжен источником и приемником светового излучения - светодиодом 7 и фотодиодом 8, установленными с возможностью передачи оптического сигнала от светодиода 7 к фотодиоду 8 через ТАМ 2. При смене фазового состояния ТАМ 2 происходит передача сигнала на включение или выключение ТЭМ 4. Контейнер 5 также снабжен светодиодом 9 и фотодиодом 10, установленными с возможностью передачи оптического сигнала через ТАМ 6 от светодиода 9 к фотодиоду 10. При смене фазового состояния ТАМ 6 происходит передача сигнала на включение или выключение вентилятора 11, установленного около задней стенки контейнера 5. Для улучшения на стенке контейнера 5 между ним и вентилятором 11 установлен радиатор 12.The proposed device (according to the variant shown in FIGS. 1, 2) contains a first container 1 with TAM 2 (for example, TAM with a melting point of 32 ° C, see table TAM-32), which is tightly pressed to processor 3 on one side, and on the other, to the cold side of TEM 4, the hot side of which is in contact with the second container 5 with TAM 6 (for example, with a melting point of 92 ° C, see table - TAM-92), whose melting point is higher than the melting temperature of TAM 2 of the container 1. The container 1 is equipped with a source and a receiver of light radiation - LED 7 and f diode 8, installed with the possibility of transmitting an optical signal from LED 7 to photodiode 8 through TAM 2. When the phase state of TAM 2 is changed, a signal is transmitted to turn TEM 4 on or off. Container 5 is also equipped with LED 9 and photodiode 10, which are installed with the possibility of transmitting optical signal through TAM 6 from LED 9 to photodiode 10. When the phase state of TAM 6 changes, a signal is transmitted to turn on or off the fan 11 installed near the rear wall of the container 5. For improvement on the wall onteynera 5 between it and the fan 11, a radiator 12.

В каждом из контейнеров 1 и 5 выполнены два ряда закрепленных на его противоположных сторонах (стенках) теплопроводящих ребер 13. Ребра 13 одного ряда входят в зазоры между ребрами 13 другого ряда. В ребрах 13 выполнены отверстия по оптической оси, соединяющие соответствующие светодиод и фотодиод.In each of the containers 1 and 5, two rows of heat-conducting ribs 13 are mounted on its opposite sides (walls). The ribs 13 of one row enter into the gaps between the ribs 13 of the other row. In the ribs 13, holes are made along the optical axis connecting the corresponding LED and photo diode.

Предлагаемое устройство в варианте, показанном на фиг.3, предназначено для охлаждения процессоров с очень большим тепловыделением («суперкомпьютеров»). В первом контейнере 1 находится ТАМ с температурой плавления 40°С - кристаллогидрат натрия карбонат ТАМ-40, во втором контейнере - ТАМ с температурой плавления 192°С - соль хлорид алюминия ТАМ-192 (см. таблицу). Для охлаждения второго контейнера 5 используется низкотемпературная тепловая труба (НТТТ) 15, имеющая ряд теплопроводящих излучающих ребер 16, расположенных между ребрами 14 радиатора 12. Большая разница температур потребовала использования сдвоенного ТЭМ 17 с общей средней стенкой - керамической пластиной.The proposed device in the embodiment shown in figure 3, is intended for cooling processors with very high heat dissipation ("supercomputers"). In the first container 1 is TAM with a melting point of 40 ° C - sodium crystalline hydrate carbonate TAM-40, in the second container is TAM with a melting point of 192 ° C - salt of aluminum chloride TAM-192 (see table). To cool the second container 5, a low-temperature heat pipe (NTTT) 15 is used, having a series of heat-conducting radiating fins 16 located between the fins 14 of the radiator 12. A large temperature difference required the use of a double TEM 17 with a common middle wall - a ceramic plate.

Работа устройства показана на примере варианта реализации на фиг.1, 2.The operation of the device is shown as an example of the implementation of figure 1, 2.

Включение и работа процессора 3 проходят при нормальной температуре помещения (+20 градусов по Цельсию). Изготовленный из меди контейнер 1 практически без потерь передает тепло кристаллогидрату ТАМ 2 (ТАМ-32). Если условно не учитывать тепло на разогрев меди и ТАМ 2 на 12 градусов при первичном включении, то при мощности процессора в 20 Вт, время полного плавления 140 см³ сульфата натрия составит более 45-ти минут. Примерно такую среднюю тепловую мощность выделяет 64-х ядерный процессор TILE-Gx64. Все эти 45 минут температура содержимого в контейнере 1 остается равной 32°С, а все тепло уходит на плавление. Смена фазового состояния с твердого на жидкое (и обратно), т.е. процесс расплавление - затвердевание, а также смена при этом непрозрачности на прозрачность (и обратно) позволяет использовать на просвет пару светодиод 7-фотодиод 8 для управления началом и окончанием процесса затвердевания и расплавления. Световой луч от светодиода 7 к фотодиоду 8 проходит внутри контейнера 1 через соосные отверстия в теплопроводящих ребрах 13. Световая фиксация прозрачности ТАМ 2 означает завершение плавления и дает команду на включение ТЭМ 4, холодопроизводительность которого должна быть несколько выше тепловой мощности процессора 3. При этом условии ТЭМ 4, действуя как тепловой насос, перекачивает тепло на свою горячую сторону: в ТАМ 2 запускается процесс затвердевания, а в контейнере 5 с ТАМ 6 (ТАМ-92) запускается нагрев последнего до 92°С с последующим переходом в жидкое состояние.The inclusion and operation of processor 3 take place at normal room temperature (+20 degrees Celsius). A container 1 made of copper transfers heat to the TAM 2 crystalline hydrate (TAM-32) almost without loss. If we do not conditionally take into account heat for heating copper and TAM 2 by 12 degrees upon initial switching on, then with a processor power of 20 W, the time of complete melting of 140 cm ^{3 of} sodium sulfate will be more than 45 minutes. A 64-core TILE-Gx64 processor emits approximately the same average heat output. All these 45 minutes, the temperature of the contents in the container 1 remains equal to 32 ° C, and all the heat goes to melting. Change of phase state from solid to liquid (and vice versa), i.e. the process of melting - hardening, as well as changing the opacity to transparency (and vice versa) allows you to use a pair of LED 7-photodiode 8 to the light to control the beginning and end of the solidification and melting process. The light beam from the LED 7 to the photodiode 8 passes inside the container 1 through coaxial holes in the heat-conducting fins 13. The light fixing of the transparency TAM 2 means the completion of melting and gives the command to turn on TEM 4, the cooling capacity of which should be slightly higher than the thermal power of processor 3. Under this condition TEM 4, acting as a heat pump, transfers heat to its hot side: in TAM 2, the solidification process starts, and in the container 5 with TAM 6 (TAM-92), heating of the latter to 92 ° C starts, followed by transition ohm into a liquid state.

После завершения процесса затвердевания ТАМ 2 выключается ТЭМ 4, при этом температура контейнера 1 с ТАМ 2 сохраняется постоянной, равной 32°С.After the solidification process TAM 2 is completed, TEM 4 is turned off, while the temperature of the container 1 with TAM 2 remains constant at 32 ° C.

В контейнере 5 с ТАМ 6 происходят процессы, аналогичные вышеописанным процессам, происходящим в контейнере 1. С завершением процесса расплавления, посредством аналогичного оптического сигнала включается вентилятор 11 и начинается интенсивное охлаждение радиатора воздухом, имеющим температуру окружающей среды. Цикл начинается заново, при этом температура в контейнере 5 сохраняется постоянной на уровне 92°С.In the container 5 with TAM 6, processes similar to those described above occurring in the container 1 occur. With the completion of the melting process, a fan 11 is turned on by means of a similar optical signal and intensive cooling of the radiator by air at ambient temperature begins. The cycle begins anew, while the temperature in the container 5 remains constant at 92 ° C.

В работе процессора 3 его мощность может изменяться, поэтому строгой цикличности в процессах включения-выключения как ТЭМ 4, так и вентилятора 11 нет. При этом в каждом из контейнеров 1 и 5 поддерживается своя постоянная температура, равная температуре плавления помещенного в него ТАМ.In the operation of the processor 3, its power can change, therefore, there is no strict cyclicity in the on-off processes of both TEM 4 and fan 11. Moreover, each of containers 1 and 5 maintains its own constant temperature equal to the melting temperature of the TAM placed in it.

Устройство в варианте, изображенном на фиг.3, работает аналогично вышеописанному. Использование в контейнерах ТАМ-40 и ТАМ-192 позволяет реализовать наибольшие возможности аккумулирования тепла. При этом высокая температура плавления ТАМ-192 обеспечивает возможность передачи большого количества тепла излучением.The device in the embodiment shown in figure 3, works similarly to the above. The use of TAM-40 and TAM-192 in containers allows you to realize the greatest possibilities of heat storage. At the same time, the high melting temperature of TAM-192 allows the transfer of a large amount of heat by radiation.

Ниже приведен упрощенный расчет варианта устройства на фиг.3 для средней тепловой мощности многоядерного процессора в 20 Вт.The following is a simplified calculation of a variant of the device in figure 3 for the average thermal power of a multi-core processor of 20 watts.

У многоядерных процессоров почти равномерное тепловыделение по поверхности кристалла, а соответственно и корпуса. Поэтому тепло передается всей площадью корпуса процессора равномерно, без локальных перегревов.Multi-core processors have almost uniform heat dissipation over the surface of the crystal, and, accordingly, the case. Therefore, heat is transferred evenly over the entire area of the processor case, without local overheating.

Объем ТАМ 2 (ТАМ-40) в первом контейнере 1 составляет ~83 см³, и для его плавления требуется 68 кДж тепловой энергии. При среднем тепловыделении процессора 20 Вт полное плавление завершится через 57 минут. Этот момент фиксируется парой светодиод 7-фотодиод 8, и включается сдвоенный ТЭМ 4 с целью отвода тепла на второй контейнер 5. Для передачи 20 Вт тепла от процессора 3 ТЭМ 4 должен произвести, как минимум, столько же холода. С учетом собственного КПД в 60% ТЭМ 4 потребит из сети 32 Вт. Всего 52 Вт мощности необходимы для термостабилизации процессора 3 про 40°С. Объем ТАМ 6 (ТАМ-192) второго контейнера 5 составляет 54 см³, на его плавление будет затрачено ~369 кДж тепловой энергии. При мощности 52 Вт плавление ТАМ 6 завершится через 118 минут. Суммарное время стабилизации температуры процессора 3 на уровне 40°С составит 175 минут, т.е. ~3 часа. Данный расчет проведен только для установившегося, стационарного режима, поэтому тепло и время нагрева в интервалах температур от 20 до 40°С для ТАМ 2 и от 20 до 192°С для ТАМ 6 не учтено. С завершением плавления ТАМ 6 должен последовать установившийся режим передачи 52 Вт тепла излучением от ребер 14 радиатора 12 на ребра 16 НТТТ 15, имеющего температуру 20°С.The volume of TAM 2 (TAM-40) in the first container 1 is ~ 83 cm ³ , and 68 kJ of thermal energy is required for its melting. With an average heat dissipation of the processor of 20 W, full melting will end in 57 minutes. This moment is fixed by a pair of 7-photodiode 8 LEDs, and the dual TEM 4 is turned on in order to remove heat to the second container 5. To transfer 20 watts of heat from the processor 3, the TEM 4 must produce at least as much cold. Given its own efficiency in 60%, TEM 4 will consume 32 watts from the network. Only 52 watts of power are needed for thermal stabilization of processor 3 pro 40 ° C. The volume of TAM 6 (TAM-192) of the second container 5 is 54 cm ³ , ~ 369 kJ of heat energy will be spent on its melting. At a power of 52 W, melting of TAM 6 will end in 118 minutes. The total stabilization time of the temperature of the processor 3 at 40 ° C will be 175 minutes, i.e. ~ 3 hours. This calculation was performed only for the steady-state stationary mode, therefore, the heat and heating time in the temperature ranges from 20 to 40 ° C for TAM 2 and from 20 to 192 ° C for TAM 6 were not taken into account. With the completion of melting, TAM 6 should be followed by a steady state transfer of 52 W of heat by radiation from the fins 14 of the radiator 12 to the fins 16 of the NTTT 15 having a temperature of 20 ° C.

Таблица
Характеристики кристаллогидратов и солей - теплоаккумулирующих материалов (ТАМ)Table
Characteristics of crystalline hydrates and salts - heat storage materials (TAM) №No. Химическое название кристаллогидратаThe chemical name of crystalline hydrate Химическая формула кристаллогидратаThe chemical formula of crystalline hydrate Плотность
г/см³ Density
g / cm ³ Температура плавления °СMelting point ° C Теплота плавленияHeat of fusion Условное названиеConditional name Дж/см³ J / cm ³ Дж/см³ J / cm ³ 1one Натрия сульфатSodium Sulfate Na₂SO₄·10H₂ONa ₂ SO ₄ · 10H ₂ O 1,5541,554 3232 251,4251.4 390,7390.7 ТАМ-32TAM-32 22 Натрия карбонатSodium carbonate Na₂CO₃·10H₂ONa ₂ CO ₃ · 10H ₂ O 1,4421,442 32-3632-36 247,6247.6 357357 ТАМ-34TAM-34 33 Натрий фосфорнокислыйSodium Phosphate Na₂HPO₄·12H₂ONa ₂ HPO ₄ · 12H ₂ O 1,451.45 35,235,2 279,6279.6 405,4405.4 ТАМ-35TAM-35 4four Кальций азотнокислыйCalcium nitrate Ca(NO₃)₂·4H₂OCa (NO ₃ ) ₂ · 4H ₂ O 1,8261,826 39-4239-42 450450 822822 ТАМ-40TAM-40 55 Натрия тиосульфатSodium Thiosulfate Na₂S₂O₃·5H₂ONa ₂ S ₂ O ₃ · 5H ₂ O 1,7151,715 48,548.5 204204 350350 ТАМ-48TAM-48 6-16-1 90%90% + 10% H₂O+ 10% H ₂ O (СН₃СОО)Na·3H₂O(CH ₃ COO) Na · 3H ₂ O 1,4051,405 5252 290290 407,5407.5 ТАМ-52TAM-52 Ацетат натрияSodium Acetate 6-26-2 95%95% + 5% H₂O+ 5% H ₂ O 1,431.43 5858 220220 319319 ТАМ-58TAM-58 77 Сегнетовая сольFermented salt KNaC₄H₄O₆·4H₂OKNaC ₄ H ₄ O ₆ · 4H ₂ O 1,791.79 70-8070-80 181,4181.4 324,7324.7 ТАМ-75TAM-75 88 Бария гидроксидBarium hydroxide Ва(ОН)₂·8H₂OBa (OH) ₂ · 8H ₂ O 2,182.18 7878 266,7266.7 580580 ТАМ-78TAM-78 99 Галун алюмокалиевыйGalun aluminum potassium KAl(SO₄)₂·12H₂OKAl (SO ₄ ) ₂ · 12H ₂ O 1,751.75 9292 254,3254.3 445445 ТАМ-92TAM-92 1010 Соль хлорид алюминияAluminum chloride salt AlCl₃ AlCl ₃ 2,482.48 192192 28012801 69466946 ТАМ-192TAM-192

Claims

1. A device for cooling a processor, comprising a first container with a melting substance, intended for contact on the one hand with the processor, and on the other hand in contact with the cold side of the thermoelectric module (TEM), and a device for cooling, characterized in that the melting substance is heat-accumulating material (TAM), in contact with the hot side of the TEM, a second container with TAM is installed, the melting temperature of which is higher than the melting temperature of the TAM of the first container, intended for ntakta with the processor, and the device is set for cooling the radiator by the second container with TAM.

2. The device according to claim 1, characterized in that the first container with TAM, in contact with the processor, is equipped with a source and a receiver of light radiation, installed with the possibility of transmitting an optical signal through TAM and transmitting a signal to turn TEM on or off when the optical intensity is changed signal when changing the phase state of TAM.

3. The device according to claim 1, characterized in that the second container with TAM is equipped with a source and a receiver of light radiation, installed with the possibility of transmitting an optical signal through TAM and transmitting a signal to turn on or off the device for cooling when the intensity of the optical signal changes when the phase state changes THERE.

4. The device according to claim 1, characterized in that the TAM in the first container is a crystalline hydrate with a melting point from 32 to 42 ° C, and the TAM in the second container is a crystalline hydrate with a melting point from 48 to 78 ° C.

5. The device according to claim 4, characterized in that the device for cooling the second container with TAM is a fan.

6. The device according to claim 1, characterized in that the TAM in the first container is potassium nitrate crystalline hydrate with a melting point of 39-42 ° C, and the TAM in the second container is aluminum chloride with a melting point of 192 ° C, and the TEM is doubled with common middle wall.

7. The device according to claim 6, characterized in that the device for cooling the second container is a low-temperature heat pipe.