Способ термостабилизации термовыделяющих элементов электронной техники

 

Изобретение может быть использовано для стабилизации объекта охлаждения (температурной ), когда тепловыделяющие элементы размещены на поверхности испарителя холодильной установки. Сущность изобретения заключается в том, что количество хладагента в испарителе изменяют по температурным пульсациям в стенке канала в зоне дополнительного источника обогрева, величину которого выбирают по максимальной плотности теплового потока, выделяемой под тепловыделяющим элементом объекта охлаждения . 1 ил.

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s(>s F 25 В 49/00

ГОСУДАРСТВЕННый КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4819321/06 (22) 25.04,90 (46) 07.09.92. Бюл. ¹ ЗЗ (71) Одесский институт низкотемпературной техники и энергетики (72) М.А, Букраба, А.Л, Коба, (О.Д. Кожелупенко, Г.В.Резников и Г.Ф.Смирнов (56) Патент CLUA Nã 4586828, кл. G 01 N 25/02, 1986. (54) СПОСОБ ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИИ ТЕРМОВЫДЕЛЯ!ОЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к технике систем обеспечения теплового режима изделий электроники и радиоэлектроники с помощью холодильных установок, точнее к способам термостабилизации обьекта охлажде((ия, представляющего собой комплекс тепловыделяющих эл ментов, размещенных на поверхности испарителя холодильной установки.

Известен способ термостабилизации элементов электронной техники путем изменения расхода хладагента через испаритель холодильной установки, Изменение количества жидкого хладагента осуществляют с помощью соленоидного вентиля в зависимости от величины диэлектрической проницаемости паров, измеренной на выходе из испарителя емкостным датчиком. Недостатком данного способа является низкая эксплуатационная надежность, связанная с тем, что сигнал, характеризующий "îñòîÿ ние хладоносителя, может искажаться из-за наличия различных примесей, а кроме того, „„ Ы„„1760266 А1 (57) Изобретение может быть использовано для стабилизации 05beKT I охлаждения (температурной), когда тепловыделяющие элеме((ты размещены на поверхности испарителя холодильной установки. Сущность изобретения заключается в том, что количество хладагента в испаритела изменяют по температурным пульсациям в стенке канала в зоне дополнительного источника обогрева, величину которого выбирают по максимальной плотности теплового потока, выделяемой под тепловыделяющим элементом объекта охлаждения. 1 ил. при таком способе регулирования необходимо заранее знать зависимость предельного паросодержания от всех факторов, отрицательно влияющих на качество эксплуатации, в том числе и I.B надежность работы системы регулирования.

Наиболее близким к изобретени(о является способ, который может быть использован для тармостабилизации обьектов охлаждения, размещенных на поверхности испарителя, Термостабилизация осуществляется следующим образом. На всасыва(ощем трубопроводе создают локалы(ый тепловой поток, направленный к хладагенту, и фиксируют раз(-(ост ь температур между датчиком, расположенным в зоне теплопадвода, и базовым значением температуры.

Эта разность темперагур является индикатором относительного количества жидкого компонента в хладагенте. Измерительная аппаратура действует на включение прибора, который управляет вентилем, 1760266

Недостатки прототипа следующие, Используется дополнительный источник тепла, однако не известно, какова мощность этого источника тепла или KBK ее выбирать, Для осуществления способа регулирования необходима тарировка устойчива для каждого источника тепла и необходимо иметь двэ датчика измерения температуры. Измерительное устройство устанавливает, является ли сухим хлэдагент, либо он содержит жидкую компоненту. Если хладагент содержит жидкость в потоке расширительный вентиль закрывается до тех пор, покэ хладагент вновь не станет сухим. Такое регулирование непригодно для охлаждения элементов электронной техники, поскольку они сохраняют работоспособность, только находясь в контакте с надежно охлаждаемой стенкой испарителя при течении пэрожидкостного потока и выходят из строя (перегреваются) при течении в канале сухого пара. В прототипе командный сигнал формируется при сопоставлении разности температур датчиков, что является достаточно грубым способом формирования сигнала для охлаждения элементов электронной техники по сравнению, например, с формированием сигнала по температурным пульсациям.

Цепью изобретения является улучшение термостабилизации тепловыделяющих элементов электронной техники и повышение эксплуатационной надежности системы обеспечения теплового режима.

Цель достигается тем, что величину дополнительного обогрева выбирают по максимальной плотности теплового потока, выделяемой под тепловыделяющим элементам объекта охлаждения, в котором количество хладагентэ изменяют по температурным пульсациям в стенке канала в зоне дополнительного источника обогрева, На чертеже представлена установка, в которой осуществляется описываемый способ термостэбилизации, Установка содержит компрессор 1, байпасный вентиль 2, конденсатор 3, ресивер

4, регенеративный теплообменник 5, фильтр 6, регулирующий вентиль 7, испаритель 8, перегреватель 9, термопару t0, расходомерную шайбу 11, манометры 12, объект 13 охлаждения, источник 14 питания объекта охлаждения, регулятор 15 напряжения. дополнительный источник 16 обогрева, датчик 17 температуры, усилитель 18 сигнала, компаратор 19 напряжений, исполнительный механизм 20, тепловыделяющие элементы 21.

Установка работает следующим образом.

Пары хладагента сжимаются в компрессоре 1, расход которых грубо регулируется

5 байпасным вентилем 2, конденсируются в конденсаторе 3, далее жидкий хладагент проходит через ресивер 4, переохлаждается в регенеративном теплообменнике 5, очищается в фильтре 6, дросселируется нэ ре10 гулирующем вентиле 7, после которого паро>кидкостная смесь поступает в испаритель 8, где кипит за счет выделяемого объектом 13 охлаждения тепла. Затем двухфазный хладагент с большим паросо15 держанием доиспаряется в теплообменнике 5, перегревается в перегревателе 9, температура которого контролируется термопарой 10, расход парообразного хладона определяется по перепаду давлений, изме20 ряемых манометрами 12 нэ расходомерной шайбе 11, после чего пары хладагента поступают в компрессор 1.

Объект13 охлаждения связан с источником 11 питания регулятором 15 напряжения

25 и позволяет создавать на источнике 16 дополнительного обогрева тепловую мощность, равную максимальной, выделяемой под тепловыделяющим элементом 21 объекта охлаждения. Датчиком 17 температуры

30 фиксируются значения температуры стенки канала во времени, включая и температурные пульсации. Сигнал от датчика температуры усиливается усилителем 18. в компараторе 19 напряжений происходит

35 сравнение сигнала датчика 17 с внешним заданным сигналом. Результат сравнений сигналов поступает на исполнительный механизм 20, который воздействует на регулирующий вентиль 7 и изменяет расход

40 хладагента через канал испарителя 8.

Первым этапом включения системы термостабилизации является организация циркуляции хладагента в контуре холодильной установки при отсутствии тепловой нагруз45 ки на испарителе. На этом этапе температурные пульсации не возникают, Сразу же после организации циркуляции хладагента наступает второй этап, когда подается тепловая нагрузка на тепловыделяющие эле50 менты электронной системы. На этом же этапе начинает работать система термостабилизации. В случае, если при подаче тепловой нагрузки испаритель перезалит хладэгентом, то пульсаций не возникает и

55 формируется командный сигнал на регулирующий вентиль об уменьшении расхода.

Если испаритель осушен до такой степени, когда под дополнительным источником обогрева паросодержание больше ухудшенного ху. то датчиком температуры фиксиру1760266 ются пульсации и формируется командный сигнал на увеличение расхода хладагентом.

Таким образом, при паросодержаниях под дополнительным источником обогрева, больших ху при включении системы в работу, она попадает на температурную пульсацию. В качестве датчика температуры может использоваться термопара, сигнал от нее подается на самопишущий миллиампервольтметр, и путем сравнения в каждый момент времени величины амплитуды пульсации под источником дополнительного обогрева с заданным допустимым значением пульсации, например, визуальным наблюдением формируется командный сигнал.

Величина тепловой нагрузки, выделяемой под источником 16 дополнительного обогрева, выбирается равной максимальному тепловому потоку какого-либо тепловыделяющего элемента объекта охлаждения и в реальных условиях составляет 50-150 кВт/м, При течении R=22 создание теплог ваго потока q = 50 — 150 кВт/м при массовых г скоростях р w = 100 — 700 кг(м ° с) и паросодержаниях х = 0,8 — 1,0 позволяет получить в зоне локального теплового патока температурные пульсации с амплитудой от минимaflьно фиксируемых (0,5 градуса, что определяется погрешностью датчика температуры) до 25 — 30 градусов. Нарастание амплитуды при фиксированном значении локального теплового потока и давления кипения Ро возможно при уменьшении расхода хладагента G (или, что то же самое, при уменьшении p w), Общая м lUJность, подвоl димая к дополнительному нагревателю размерами 4Х12 мм, сосавляет величину 3-10

Вт, что практически не оказывает влияния на параметры хладагента, так как общая мощность, подводимая к испарителю, составляе т 400-500 Вт.

Необходимая термостабилизация тепловыделяющих элементов на объекте охлаждения достигается благодаря тому, что при формировании командного сигнала ис5 пользуется возникновение температурных пульсаций в стенке канала испарителя с амплитудой 2 — 3 градуса. Например, при постоянной температуре кипения допустимая температура объекта обеспечивается при

10 паросодержаниидо 0,9, На дополнительном нагревателе устанавливается удельный тепловой поток q = 50 кВт/м . Тогда в компараторе 19 задается температура, например, 22 С, соответствующаятребуемому паросо15 держанию. При увеличении паросодержания выше ху амплитуда температурных пульсаций превышает заданную (2-3 градуса), что может фиксироваться, например, визуально, и таким образом формируется

20 командный сигнал, приводящий к уменьшению паросодержания за счет увеличения подачи хладагента в объект охлаждения.

Формула изобретения

Способ термостабилизации термовыде25 ляющих элементов электронной техники пу тем изменения количества хладагента, подаваемого в объект охлаждения в зависимости от командного сигнала. формируемо. го no температуре (амплитуде) стенки

30 канала испарителя при дополнительном обогреве, о т п и ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения термостабилизации тепловыделяющих элементов электронной техники и повышения эксплуатационной

35 надежности системы обеспечения теплового режима, величину дополнительного обогрева выбирают по максимальной плотности теплового потока, выделяемой под тепловыделяющим элементом объекта охлаждения, 40 в котором количество хладагента изменяют по температурным пульсациям в стенке канала в зоне дополнительного источника обогрева.

1760266

Составитель М.Букраба

Техред М.Моргентал

Корректор Л.Лукач

Редактор Л.Волкова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3174 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рауаская наб., 4/5