RU2804036C1

RU2804036C1 - Thermoelectric device for heat removal from radioelectronic equipment elements

Info

Publication number: RU2804036C1
Application number: RU2023112290A
Authority: RU
Inventors: Олег Викторович Евдулов; Владислав Олегович Евдулов; Александр Александрович Иванченко
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Ботлихский радиозавод"
Filing date: 2023-05-12
Publication date: 2023-09-26

Abstract

FIELD: electronics.

SUBSTANCE: providing the required temperature conditions for elements of radio electronic equipment (REE). Non-through cylindrical holes are made in the main heat exchanger in a checkerboard pattern, having a depth equal to 3/4 of the height of the main heat exchanger in its centre, while on the lower surface with the help of fasteners a fan unit is installed, powered by an electric power source, working to blow air into the cylindrical holes. In addition, an additional heat exchanger made in the form of a hollow all-metal container filled with a melting substance with a high melting heat and a melting temperature in the range of 35-55°C is in contact with heat-absorbing junctions of the TEB sections. A temperature sensor is brought into direct 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: increasing the efficiency of heat removal from the REE element by increasing the intensity of heat removal from the heat-generating junctions of the thermoelectric battery (TEB) through the main heat exchanger due to the organization of forced air heat removal from it.

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 ensure the required temperature conditions of electronic equipment (REA) elements.

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 в виде полой цельнометаллической емкости, заполненной плавящимся рабочим веществом с большой теплотой плавления и температурой плавления, лежащей в диапазоне 35-55 °С. Основной теплообменник выполнен в виде цельнометаллической конструкции.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 fuel element of the REA, located in the recess formed by the design of the TEB, the main heat exchanger, which is in thermal contact with the fuel junctions of the TEB and additional heat exchanger. The fuel cell is divided into a main section and two additional sections, electrically connected in series and made from thermoelements identical in their geometric, electrical and thermophysical characteristics. The main TEB section is located in the center of the main heat exchanger, and additional TEB sections are located at the edges on the protrusions of the main heat exchanger, the area of which corresponds to the area of the additional TEB sections. The fuel element of the REA is placed in the resulting recess, ensuring thermal contact with the heat-absorbing junctions of the main section of the TEB, with the heat-absorbing junctions of the additional sections of the TEB and the fuel element of the REA, an additional heat exchanger in the form of a hollow all-metal container filled with a consumable working substance with a high heat of fusion and a melting point of in the range of 35-55 °C. The main heat exchanger is made in the form of an all-metal structure.

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 fuel junctions of the TEB 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 RE 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 purpose of the invention is to increase the efficiency of heat removal from the electronic element by increasing the intensity of heat removal from the fuel junctions of the fuel cell sections through the main heat exchanger by organizing forced air heat removal from it.

Цель достигается тем, что в основном теплообменнике в вертикальном направлении выполнены несквозные цилиндрические отверстия в коридорном порядке, имеющие глубину, равную 3/4 высоты основного теплообменника в его центре. На нижней поверхности при помощи креплений установлен вентиляторный агрегат, запитываемый от источника электрической энергии, работающий на вдув воздуха в цилиндрические отверстия.The goal is achieved by the fact that in the main heat exchanger, non-through cylindrical holes are made in the vertical direction in a corridor order, having a depth equal to 3/4 of the height of the main heat exchanger in its center. A fan unit is installed on the lower surface using fasteners, powered by an electrical energy source, and working to blow air into the cylindrical holes.

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 цельнометаллическую конструкцию 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, 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 design of the device is shown in Fig. 1. The device contains a main section of fuel cell 1 located in the center and two additional sections of fuel cell 2 located at the edges. The main 1 and additional 2 sections of the fuel cell, electrically connected in series, consist of thermoelements identical in their geometric, electrical and thermophysical characteristics. The main 1 and additional 2 sections of the fuel cell with their heat-releasing junctions are in thermal contact with the main heat exchanger 3, which is an all-metal structure with protrusions along the edges, the area of which corresponds to the area of the additional sections of the fuel cell 2. The main 1, additional 2 sections of the fuel cell and the main heat exchanger 3 form the structure , having in its central part a recess into which the heat-generating element REA 4 is installed to ensure thermal contact with the heat-absorbing junctions of the main section of TEB 1. An additional heat exchanger 5, made in the form of a hollow all-metal container, is in contact with the heat-absorbing junctions of additional sections of TEB 2 and the heat-absorbing element of REA 4 , filled with a melting working substance with a high heat of fusion and a melting point in the range of 35-55°C. A temperature sensor 6 is brought into direct contact with the fuel element REA 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 fuel cell.

В основном теплообменнике 3 в вертикальном направлении выполнены несквозные цилиндрические отверстия 8 в коридорном порядке, имеющие глубину, равную 3/4 высоты основного теплообменника в его центре. На нижней поверхности при помощи креплений 9 установлен вентиляторный агрегат 10, запитываемый от источника электрической энергии 11, работающий на вдув воздуха в цилиндрические отверстия.In the main heat exchanger 3, non-through cylindrical holes 8 are made in the vertical direction in a corridor order, having a depth equal to 3/4 of the height of the main heat exchanger in its center. On the lower surface, using fasteners 9, a fan unit 10 is installed, powered by an electrical energy source 11, which blows air into the cylindrical holes.

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 for effective operation of the fuel element REA 4 is higher than the ambient temperature, during such operation the heat flow is always directed from the fuel element REA 4 through heat exchangers 3 and 5 into the environment. The main 1 and additional 2 sections of the fuel cell, being included in this process, intensify 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 TEB 1 and through the fuel junctions to the main heat exchanger 3, which dissipates it into the environment. The other part is transferred to an additional heat exchanger 5, the heat from which is dissipated both directly into the environment and through the heat-absorbing and heat-releasing junctions of additional sections of the fuel cell 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 fuel element REA 4 below the ambient temperature, the temperature controller 7, in accordance with the readings of the sensor 6 and the operating temperature value set on the scale of the temperature controller 7, turns on and off, if necessary, the main 1 and additional 2 sections of the fuel cell, automatically maintaining the temperature fuel element REA 4 in a given range.

Закрепленный при помощи креплений 9 вентиляторный агрегат 10, запитываемый от источника электрической энергии 11, работающий на вдув воздуха в цилиндрические отверстия 8, реализует 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 1 и 2, что в свою очередь повышает эффективность теплоотвода от элемента РЭА 4.The fan unit 10, fixed with the help of fasteners 9, powered by an electrical energy source 11, operating to blow air into the cylindrical holes 8, implements forced heat removal 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 fuel junctions of TEB sections 1 and 2 also increases, which in turn increases the efficiency of heat removal from the REA element 4.

ЛитератураLiterature

1. Патент РФ 2788108 Термоэлектрическое устройство для отвода теплоты от элементов РЭА / Исмаилов Т.А., Евдулов О.В., Миспахов И.Ш., Ибрагимова А.М. // БИ № 2, 2023. 1. RF Patent 2788108 Thermoelectric device for heat removal from RE elements / Ismailov T.A., Evdulov O.V., Mispakhov I.Sh., Ibragimova A.M. // BI No. 2, 2023.

Claims

A thermoelectric device for removing heat from elements of a REA, 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 fuel element of the REA, located in a recess formed by the design of the TEB, a main heat exchanger located in thermal contact with the heat-releasing junctions of the thermopile, and an additional heat exchanger, wherein 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 thermophysical characteristics, and the main section of the fuel thermopile is located in the center of the main heat exchanger, and additional fuel cell sections are located at the edges on the protrusions of the main heat exchanger, the area of which corresponds to the area of the additional fuel cell sections, while the REA fuel element is placed in the resulting recess to ensure thermal contact with the heat-absorbing junctions of the main section of the fuel cell, with the heat-absorbing junctions of additional fuel cell sections and the REA fuel element contacts an additional heat exchanger in the form of a hollow all-metal container filled with a consumable working substance with a high heat of fusion and a melting point lying in the range of 35-55 ° C, while the main heat exchanger is made in the form of an all-metal structure, differing in that in the main heat exchanger in the vertical direction there are non-through cylindrical holes in a corridor order, having a depth equal to 3/4 of the height of the main heat exchanger in its center, and on the lower surface with the help of fasteners a fan unit is installed, powered from a source of electrical energy, operating on blowing air into cylindrical holes.