Устройство для охлаждения термостабилизации элементов радиоэлектронной аппаратуры, работающих при циклических тепловых воздействиях
Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности к охлаждению радиоэлектронной аппаратуры. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности отвода тепла и точности термостабилизации элементов радиоэлектронной аппаратуры. Устройство содержит тонкостенный металлический контейнер, заполненный рабочим веществом, имеющим стабильную температуру плавления, выполненный в виде прямоугольного параллелепипеда с выступами в верхней части. Элемент радиоэлектронной аппаратуры устанавливается на верхнюю поверхность тонкостенного металлического контейнера с обеспечением хорошего теплового контакта и изолируется от внешних теплопритоков теплоизоляцией. Внутри тонкостенного металлического контейнера с рабочим веществом, в верхней его части, ограниченной выступами, на жестких подвесах размещена гибкая мембрана. Мембрана имеет ребристую поверхность, образованную двумя группами ребер. Ребра образованы пластинами, вырезанными в мембране и отогнутыми под углом 30
к горизонтальной плоскости, причем группы ребер расположены под углами, противоположными друг другу. В непосредственной близости от краев мембраны в выступах тонкостенного металлического контейнера расположены электромагниты, питаемые от источника электроэнергии и обеспечивающие вибрацию мембраны с частотой колебания 50-100 Гц. 2 ил.
Изобретение относится к радиоэлектронной технике, в частности к охлаждению радиоэлектронной аппаратуры, и может быть использовано для обеспечения необходимого теплового режима функционирования элементов радиоэлектронной аппаратуры, работающих при циклических тепловых воздействиях.
Для обеспечения заданного теплового режима функционирования радиоэлектронной аппаратуры применяются различные системы охлаждения: воздушные, жидкостные, кондуктивные, испарительные и др. При эксплуатации циклически работающей аппаратуры перспективным является применение охлаждающих систем, основанных на использовании фазовых превращений плавящихся рабочих веществ.
Устройства для охлаждения аппаратуры такого типа представляют собой тонкостенную металлическую емкость, заполненную рабочим веществом, на которую устанавливаются тепловыделяющие элементы с хорошим тепловым контактом [1]. Тепло, рассеиваемое аппаратурой, поглощается за счет скрытой теплоты плавления вещества. При размещении элементов радиоэлектронной аппаратуры на верхней поверхности металлической емкости процесс проплавления рабочего вещества осуществляется в вертикальном направлении от плоскости установки элемента радиоэлектронной аппаратуры только за счет процесса теплопроводности. При этом для обеспечения движения границы раздела твердой и жидкой фаз от крайнего верхнего до крайнего нижнего слоя рабочего вещества требуется постоянное увеличение температуры верхней оболочки относительно температуры плавления до температуры, обусловленной термическим сопротивлением толщины расплавленного рабочего вещества. Вследствие этого при использовании в качестве рабочих веществ парафина, воска, нафталина, пальмитиновой, лауриновой, стеариновой кислот, фенола и других, имеющих невысокое значение коэффициента теплопроводности, эффективность теплоотвода невысока.
Также, естественно, невозможна термостабилизация элементов радиоэлектронной аппаратуры.
Целью данного изобретения является повышение эффективности отвода тепла и точности термостабилизации элементов радиоэлектронной аппаратуры.
Для достижения данной цели предлагается устройство, конструкция которого показана на фиг.1.
Устройство содержит тонкостенный металлический контейнер 1, заполненный рабочим веществом 2, имеющим стабильную температуру плавления, выполненный в виде прямоугольного параллелепипеда с выступами в верхней части. Элемент радиоэлектронной аппаратуры 3 устанавливается на верхнюю поверхность тонкостенного металлического контейнера 1 с обеспечением хорошего теплового контакта и изолируется от внешних теплопритоков теплоизоляцией 4. Внутри тонкостенного металлического контейнера 1 с рабочим веществом 2, в верхней его части, ограниченной выступами, на жестких подвесах 5 размещена гибкая мембрана 6, внешний вид (вид сверху и сбоку) которой показан на фиг.2. Мембрана имеет ребристую поверхность, образованную двумя группами ребер 7, 8. Ребра 7, 8 образованы пластинами, вырезанными в мембране и отогнутыми под углом 30° к горизонтальной плоскости, причем ребра 8 расположены под углом, противоположным углу расположения ребер 7. В непосредственной близости от краев мембраны 6 и частично в тонкостенном металлическом контейнере 1 помещены электромагниты 9, питаемые от источника электроэнергии 10.
Устройство работает следующим образом.
Тепло, поступающее от элемента радиоэлектронной аппаратуры 3, передается тонкостенному металлическому контейнеру 1 и через поверхность соприкосновения рабочему веществу 2. Далее одновременно происходит прогрев рабочего вещества 2 до температуры плавления и процесс плавления, связанный с появлением жидкой фазы рабочего вещества 2 и ее перемещением в горизонтальной плоскости в направлении, противоположном размещению элемента РЭА 3. Мембрана 6, закрепленная на жестких подвесах 5 к тонкостенному металлическому контейнеру 1, при включении источника электроэнергии 10, питающего электромагнит 9, начинает вибрировать, причем необходимо, чтобы частота колебаний мембраны составляла 50-100 Гц. Вибрация мембраны 6 в горизонтальной плоскости способствует появлению и развитию в жидкой фазе рабочего вещества 2 конвекции. При этом перенос тепла от нагреваемой верхней стенки тонкостенного металлического контейнера 1 к плавящейся при постоянной температуре поверхности раздела фаз осуществляется в основном не теплопроводностью, а за счет циркуляции снизу вверх и обратно нагретых и не нагретых слоев жидкости. Значение теплового сопротивления расплавленного слоя рабочего вещества 2 при этом значительно снижается, что способствует повышению интенсивности теплообмена между стенкой металлического контейнера 1 и рабочим веществом 2. Это улучшает теплоотвод от элемента радиоэлектронной аппаратуры 3 и повышает точность термостабилизации.
Выполнение мембраны в виде оребренной поверхности с ребрами 7, 8 способствует перемещению слоев жидкости не только снизу вверх, но и с боков к центру контейнера, что в еще большей степени способствует развитию конвекции в жидкой фазе рабочего вещества.
Литература
1. Алексеев В.А. Охлаждение радиоэлектронной аппаратуры с использованием плавящихся веществ. - М.: Энергия, 1975.
Формула изобретения
Устройство для охлаждения и термостабилизации элементов радиоэлектронной аппаратуры, работающих при циклических тепловых воздействиях, содержащее тонкостенный металлический контейнер с рабочим веществом, имеющим стабильную температуру плавления, совпадающую с температурой статирования размещенного на нем элемента радиоэлектронной аппаратуры, выполненный в виде прямоугольного параллелепипеда с выступами в своей верхней части, отличающееся тем, что внутри тонкостенного металлического контейнера с рабочим веществом в области, ограниченной выступами, на жестких подвесах размещена гибкая мембрана, имеющая ребристую поверхность, образованную двумя группами ребер, образованных пластинами, вырезанными в мембране и отогнутыми под углом 30 к горизонтальной плоскости, причем группы ребер расположены под углами, противоположными друг другу, а в непосредственной близости от краев мембраны в выступах тонкостенного металлического контейнера расположены электромагниты, питаемые от источника электроэнергии и обеспечивающие вибрацию мембраны с частотой колебаний 50-100 Гц.
