RU2800002C1

RU2800002C1 - Thermoelectric device for heat removal from electronic equipment elements

Info

Publication number: RU2800002C1
Application number: RU2023102115A
Authority: RU
Inventors: Олег Викторович Евдулов; Денис Викторович Евдулов; Александр Александрович Иванченко
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Ботлихский радиозавод"
Filing date: 2023-01-31
Publication date: 2023-07-14

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: thermoelectric device for removing heat from elements of radio electronic equipment (REE). In the main heat exchanger in the horizontal direction perpendicular to each other two groups of through cylindrical air ducts are made, which are tubes made of highly thermally conductive material, each group is implemented in a checkerboard pattern, the upper ones are located in height below the level of the surface of the recess in which the REE element is located, at a distance of 2 mm from it, and on the sides of the main heat exchanger opposite each other with the help of fasteners, two pairs of fan units are installed, powered from a source of electrical energy, so that they blow air through two groups of through cylindrical air ducts, respectively. The device comprises the main section of the TEB located in the centre, and two additional sections of the TEB located at the edges, the main and additional sections of the TEB electrically connected in series consist of thermoelements identical in their geometric, electrical and thermal characteristics. In the TEB recess, a REE heat-generating element is installed, with which an additional heat exchanger with a consumable working substance is in contact. A temperature sensor is installed in contact with the REE heat-generating element, the output of which is electrically connected to the input of the temperature controller, the output of the latter is electrically connected to the main and additional sections of the TEB.

EFFECT: improving the efficiency of heat removal from the REE element by increasing the intensity of heat removal from the heat-generating junctions of the sections of the thermoelectric battery through the main heat exchanger due to the organization of forced air heat removal from.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электронике и может быть использовано для обеспечения требуемых температурных режимов элементов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА).The invention relates to electronics and can be used to provide the required temperature conditions for elements of radio electronic equipment (REA).

Прототипом предлагаемого устройства является прибор, описанный в [1]. Устройство содержит термоэлектрическую батарею (ТЭБ), электрически связанную с выходом регулятора температуры, вход которого связан с датчиком температуры, находящемся в контакте с тепловыделяющим элементом РЭА, расположенном в углублении, образованном конструкцией ТЭБ, основной теплообменник, находящийся в тепловом контакте с тепловыделяющими спаями ТЭБ и дополнительный теплообменник. ТЭБ разделена на основную и две дополнительные секции, соединенные электрически последовательно и изготовленные из идентичных по своим геометрическим, электро- и теплофизическим характеристикам термоэлементов. Основная секция ТЭБ находится в центре основного теплообменника, а дополнительные секции ТЭБ расположены по краям на выступах основного теплообменника, площадь которых соответствует площади дополнительных секций ТЭБ. Тепловыделяющий элемент РЭА размещен в образовавшемся углублении с обеспечением теплового контакта с теплопоглощающими спаями основной секции ТЭБ, с теплопоглощающими спаями дополнительных секций ТЭБ и тепловыделяющим элементом РЭА контактирует дополнительный теплообменник. Основной и дополнительный теплообменники выполнены в виде полой цельнометаллической емкости, заполненной плавящимся рабочим веществом с большой теплотой плавления и температурой плавления, лежащей в диапазоне 35-55 °С.The prototype of the proposed device is the device described in [1]. The device contains a thermoelectric battery (TEB) electrically connected to the output of the temperature controller, the input of which is connected to a temperature sensor in contact with the REA fuel element located in the recess formed by the TEB structure, the main heat exchanger in thermal contact with the fuel junctions of the TEB and an additional heat exchanger. The thermopile is divided into the main and two additional sections connected electrically in series and made of thermoelements identical in their geometric, electrical and thermal characteristics. The main section of the thermopile is located in the center of the main heat exchanger, and additional sections of the thermopile are located at the edges on the protrusions of the main heat exchanger, the area of \u200b\u200bwhich corresponds to the area of the additional sections of the thermopile. The REE fuel element is placed in the formed recess to provide thermal contact with the heat-absorbing junctions of the main section of the thermopile, with the heat-absorbing junctions of the additional sections of the thermopile and the REE fuel element, an additional heat exchanger contacts. The main and additional heat exchangers are made in the form of a hollow all-metal container filled with a melting working substance with a high melting heat and a melting temperature in the range of 35-55 °C.

Недостатком устройства является невысокая интенсивность отвода теплоты от тепловыделяющих спаев секций ТЭБ посредством основного теплообменника, реализующего естественный воздушный теплоотвод, характеризующийся малым коэффициентом теплопередачи, что снижает эффективность отвода теплоты от элемента РЭА.The disadvantage of the device is the low intensity of heat removal from the heat-generating junctions of the thermopile sections through the main heat exchanger, which implements natural air heat removal, characterized by a low heat transfer coefficient, which reduces the efficiency of heat removal from the electronic equipment element.

Целью изобретения является повышение эффективности отвода теплоты от элемента РЭА за счет повышения интенсивности теплоотвода от тепловыделяющих спаев секций ТЭБ посредством основного теплообменника за счет организации от него принудительного воздушного теплоотвода.The aim of the invention is to increase the efficiency of heat removal from the electronic equipment element by increasing the intensity of heat removal from the heat-generating junctions of the thermopile sections through the main heat exchanger by organizing forced air heat removal from it.

Цель достигается тем, что в основном теплообменнике в горизонтальном направлении перпендикулярно друг другу выполнены две группы сквозных цилиндрических воздуховодов, представляющих собой трубки из высокотеплопроводного материала, причем каждая группа реализована в шахматном порядке, верхние из которых находятся по высоте ниже уровня поверхности углубления, в котором размещен элемент РЭА, на расстоянии 2 мм от нее. По бокам основного теплообменника напротив друг друга при помощи креплений установлены две пары вентиляторных агрегатов, запитываемых от источника электрической энергии, таким образом, чтобы они осуществляли продув воздуха соответственно через две группы сквозных цилиндрических воздуховодов.The goal is achieved by the fact that in the main heat exchanger in the horizontal direction, two groups of through cylindrical air ducts are made perpendicular to each other, which are tubes made of a highly thermally conductive material, each group being implemented in a checkerboard pattern, the upper of which are located in height below the level of the surface of the recess in which the electronic equipment element is located, at a distance of 2 mm from it. On the sides of the main heat exchanger, opposite each other, by means of fasteners, two pairs of fan units are installed, powered from a source of electrical energy, so that they blow air through two groups of through cylindrical air ducts, respectively.

Конструкция устройства изображена на фиг. 1. Устройство содержит основную секцию ТЭБ 1, находящуюся в центре и две дополнительные секции ТЭБ 2, расположенные по краям. Основная 1 и дополнительные 2 секции ТЭБ, электрически соединенные последовательно, состоят из идентичных по своим геометрическим, электро- и теплофизическим характеристикам термоэлементов. Основная 1 и дополнительные 2 секции ТЭБ своими тепловыделяющими спаями находятся в тепловом контакте с основным теплообменником 3, представляющим собой полую цельнометаллическую емкость, заполненную плавящимся рабочим веществом с большой теплотой плавления и температурой плавления, лежащей в диапазоне 35-55 °С, с выступами по краям, площадь которых соответствует площади дополнительных секций ТЭБ 2. Основная 1, дополнительные 2 секции ТЭБ и основной теплообменник 3 образуют конструкцию, имеющую в своей центральной части углубление, в которое с обеспечением теплового контакта с теплопоглощающими спаями основной секции ТЭБ 1 устанавливается тепловыделяющий элемент РЭА 4. С теплопоглощающими спаями дополнительных секций ТЭБ 2 и тепловыделяющим элементом РЭА 4 контактирует дополнительный теплообменник 5, также изготовленный в виде полой цельнометаллической емкости, заполненной плавящимся рабочим веществом с большой теплотой плавления и температурой плавления, лежащей в диапазоне 35-55 °С. В непосредственный контакт с тепловыделяющим элементом РЭА 4 приведен датчик температуры 6, выход которого электрически связан с входом регулятора температуры 7, выход последнего электрически связан с основной 1 и дополнительной 2 секциями ТЭБ.The structure of the device is shown in Fig. 1. The device contains the main section of the thermopile 1 located in the center and two additional sections of the thermopile 2 located at the edges. The main 1 and additional 2 sections of the thermopile, electrically connected in series, consist of thermoelements identical in their geometric, electrical and thermal characteristics. The main 1 and additional 2 sections of the thermopile with their heat-generating junctions are in thermal contact with the main heat exchanger 3, which is a hollow all-metal container filled with a melting working substance with a high melting heat and a melting temperature in the range of 35-55 ° C, with protrusions along the edges, the area of \u200b\u200bwhich corresponds to the area of the additional sections of the thermopile 2. The main 1, additional 2 sections of the thermopile and the main heat exchanger 3 form a structure that has a recess in its central part , in which, with the provision of thermal contact with the heat-absorbing junctions of the main section of the thermopile 1, the fuel element REE 4 is installed. The heat-absorbing junctions of the additional sections of the thermopile 2 and the fuel element of the REE 4 are in contact with an additional heat exchanger 5, also made in the form of a hollow all-metal container filled with a melting working substance with a high melting heat and a melting temperature lying in the range of 35-55 °C. A temperature sensor 6 is brought into direct contact with the fuel element of the REE 4, the output of which is electrically connected to the input of the temperature controller 7, the output of the latter is electrically connected to the main 1 and additional 2 sections of the thermopile.

В основном теплообменнике 3 в горизонтальном направлении перпендикулярно друг другу выполнены две группы сквозных цилиндрических воздуховодов 8 и 9, представляющих собой трубки из высокотеплопроводного материала, причем каждая группа реализована в шахматном порядке, верхние из которых находятся по высоте ниже уровня поверхности углубления, в котором размещен элемент РЭА, на расстоянии 2 мм от нее. По бокам основного теплообменника 3 напротив друг друга при помощи креплений 10 установлены две пары вентиляторных агрегатов 11 и 12, запитываемых от источника электрической энергии 13, таким образом, чтобы они осуществляли продув воздуха соответственно через две группы сквозных цилиндрических отверстий 8 и 9.In the main heat exchanger 3 in the horizontal direction, two groups of through cylindrical air ducts 8 and 9 are made perpendicular to each other, which are tubes made of a highly thermally conductive material, each group being implemented in a checkerboard pattern, the upper of which are in height below the level of the surface of the recess in which the electronic equipment element is located, at a distance of 2 mm from it. On the sides of the main heat exchanger 3, opposite each other, with the help of fasteners 10, two pairs of fan units 11 and 12 are installed, powered by an electric power source 13, so that they blow air through two groups of through cylindrical holes 8 and 9, respectively.

Устройство работает следующим образом. The device works as follows.

Поскольку температурный режим эффективной работы тепловыделяющего элемента РЭА 4 выше температуры окружающей среды, то при такой работе поток теплоты все время направлен от тепловыделяющего элемента РЭА 4 через теплообменники 3 и 5 в окружающую среду. Основная 1 и дополнительная 2 секции ТЭБ, включаясь в этот процесс интенсифицируют теплопередачу. Часть теплоты от тепловыделяющего элемента РЭА 4 передается теплопоглощающим спаям основной секции ТЭБ 1 и через тепловыделяющие спаи - основному теплообменнику 3, который рассеивает ее в окружающую среду. Другая часть передается дополнительному теплообменнику 5, рассеивание теплоты от которого происходит как непосредственно в окружающую среду, так и через теплопоглощающие и тепловыделяющие спаи дополнительных секций ТЭБ 2, а также основной теплообменник 3. Since the temperature regime of efficient operation of the REA fuel element 4 is higher than the ambient temperature, during such operation, the heat flow is always directed from the REA fuel element 4 through heat exchangers 3 and 5 to the environment. The main 1 and additional 2 sections of the thermopile, being included in this process, intensify the heat transfer. Part of the heat from the fuel element REA 4 is transferred to the heat-absorbing junctions of the main section of the thermopile 1 and through the heat-generating junctions to the main heat exchanger 3, which dissipates it into the environment. The other part is transferred to additional heat exchanger 5, the heat dissipation from which occurs both directly into the environment and through heat-absorbing and heat-releasing junctions of additional sections of thermopile 2, as well as the main heat exchanger 3.

Так как нет необходимости охлаждать тепловыделяющий элемент РЭА 4 ниже температуры окружающей среды, то регулятор температуры 7 в соответствие с показаниями датчика 6 и заданным на шкале регулятора температуры 7 значением рабочей температуры включает и выключает при необходимости основную 1 и дополнительные 2 секции ТЭБ, поддерживая автоматически температуру тепловыделяющего элемента РЭА 4 в заданном диапазоне. Since there is no need to cool the REE fuel element 4 below the ambient temperature, the temperature controller 7, in accordance with the sensor 6 readings and the operating temperature value set on the temperature controller 7 scale, turns on and off, if necessary, the main 1 and additional 2 sections of the thermopile, automatically maintaining the temperature of the REE fuel element 4 in the specified range.

Закрепленные при помощи креплений 10 по бокам основного теплообменника 3 две группы вентиляторных агрегатов 11, и 12 питаемые источником электрической энергии 13,осуществляют продув воздуха через две группы сквозных цилиндрических воздуховодов 8 и 9, тем самым реализуя принудительный отвод теплоты от основного теплообменника 3, при котором коэффициент теплопередачи существенно выше, чем в случае естественного воздушного теплообмена. За счет более высокой интенсивности теплоотвода от основного теплообменника 3 увеличивается и интенсивность отвода теплоты от тепловыделяющих спаев секций ТЭБ, что в свою очередь повышает эффективность теплоотвода от элемента РЭА.Two groups of fan units 11 and 12, which are fixed by fasteners 10 on the sides of the main heat exchanger 3, are fed by an electric power source 13, blow air through two groups of through cylindrical air ducts 8 and 9, thereby realizing the forced removal of heat from the main heat exchanger 3, in which the heat transfer coefficient is significantly higher than in the case of natural air heat exchange. Due to the higher intensity of heat removal from the main heat exchanger 3, the intensity of heat removal from the heat-generating junctions of the thermopile sections also increases, which in turn increases the efficiency of heat removal from the REA element.

ЛитератураLiterature

1. Патент РФ 2788038 Термоэлектрическое устройство для отвода теплоты от элементов РЭА / Исмаилов Т.А., Евдулов О.В., Евдулов Д.В., Ибрагимова А.М. // БИ № 2, 2023. 1. RF patent 2788038 Thermoelectric device for heat removal from REA elements / Ismailov T.A., Evdulov O.V., Evdulov D.V., Ibragimova A.M. // BI No. 2, 2023.

Claims

A thermoelectric device for removing heat from REA elements, containing a thermoelectric battery (TEB) electrically connected to the output of a temperature controller, the input of which is connected to a temperature sensor in contact with the REA fuel element located in a recess formed by the design of the thermopile, the main heat exchanger in thermal contact with the heat-generating junctions of the thermopile and an additional heat exchanger, the thermopile being divided into the main and two additional sections connected electrically in series and made of thermoelements identical in their geometrical, electrical and thermal characteristics, with the main section of the thermopile located in the center of the main heat exchanger, and additional sections of the thermopile located at the edges on the protrusions of the main heat exchanger, the area of \u200b\u200bwhich corresponds to the area of the additional sections of the thermopile; an additional heat exchanger is in contact with the CEA separating element, while the main and additional heat exchangers are made in the form of a hollow all-metal container filled with a melting working substance with a high melting heat and a melting temperature in the range of 35-55 ° C, characterized in that in the main heat exchanger in the horizontal direction, two groups of through cylindrical air ducts are made perpendicular to each other, which are tubes of highly heat-conducting material, each group is implemented in a checkerboard pattern, the upper of which are in height below the level of the surface of the recess , in which the REA element is located, at a distance of 2 mm from it, while on the sides of the main heat exchanger opposite each other, by means of fasteners, two pairs of fan units are installed, powered from a source of electric energy, so that they blow air through two groups of through cylindrical air ducts, respectively.