RU2788036C2

RU2788036C2 - Thermoelectrical device for heat removal from ree elements

Info

Publication number: RU2788036C2
Application number: RU2021116181A
Authority: RU
Inventors: Тагир Абдурашидович Исмаилов; Олег Викторович Евдулов; Ильдар Азатович Габитов; Асият Магомедовна Ибрагимова
Filing date: 2021-06-02
Publication date: 2023-01-16

Abstract

FIELD: electronics.

SUBSTANCE: invention relates to electronics; it can be used for provision of required temperature modes of radio-electronic equipment (hereinafter – REE) elements. The device contains a thermoelectrical battery (hereinafter – TEB) electrically connected to an output of a temperature adjuster, an input of which is connected to a temperature sensor being in contact with a heat-generating REE element located in a deepening formed by TEB structure, the main heat exchanger being in a heat contact with heat-generating junctions of TEB, and an additional heat exchanger. TEB is separated into main and two additional sections electrically connected in series and made of thermal elements identical in their geometrical, electrical, and heat and physical characteristics. The main section of TEB is located in the center of the main heat exchanger, and additional sections of TEB are located along edges on its protrusions, an area of which corresponds to an area of additional sections of TEB. The heat-generating REE element is placed in the formed deepening to provide a heat contact with heat-absorbing junctions of the main section of TEB. The additional heat exchanger made in the form of an evaporative heat sink contacts with heat-absorbing junctions of additional sections of TEB and the heat-generating REE element, while the main heat exchanger is made in the form of a hollow full-metal container filled with melting working substance with high melting heat and melting point in the range of 35-55°C.

EFFECT: increase in the manufacturability of a device due to the use of thermal elements identical in their geometrical, electrical, and heat and physical characteristics, as well as provision of the maximum cooling coefficient, the maximum cooling capacity in the operation of TEB.

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) с теплообменником для тепловыделяющих спаев, собранную из полупроводниковых ветвей разной высоты таким образом, что тепловыделяющие спаи расположены на одном уровне, а теплопоглощающие - на двух уровнях. При этом высокие ветви расположены по краям, а низкие - в середине с образованием в центре ТЭБ углубления, в которое помещен охлаждаемый элемент РЭА в тепловом контакте с теплопоглощающими спаями низких ветвей. Устройство содержит также дополнительный теплообменник, контактирующий с теплопоглощающими спаями высоких ветвей, и блок управления работой ТЭБ, включающий датчик температуры, установленный в углублении ТЭБ, источник электрической энергии и регулятор температуры.The prototype of the proposed device is the device described in [1]. The device contains a thermoelectric battery (TEP) with a heat exchanger for heat-generating junctions, assembled from semiconductor branches of different heights in such a way that heat-generating junctions are located on the same level, and heat-absorbing junctions - on two levels. In this case, the high branches are located at the edges, and the low ones - in the middle with the formation of a recess in the center of the thermopile, in which the cooled REE element is placed in thermal contact with the heat-absorbing junctions of the low branches. The device also contains an additional heat exchanger in contact with the heat-absorbing junctions of the high branches, and a control unit for the operation of the thermopile, including a temperature sensor installed in the recess of the thermopile, a source of electrical energy and a temperature controller.

Недостатком устройства является сложность технологической реализации ТЭБ, состоящей из термоэлементов с различной длиной ветвей, а также одновременное обеспечение оптимальных режимов работы термоэлементов с высокими и низкими ветвями.The disadvantage of the device is the complexity of the technological implementation of the thermopile, consisting of thermoelements with different lengths of branches, as well as the simultaneous provision of optimal operating modes of thermoelements with high and low branches.

Целью изобретения является повышение технологичности изготовления устройства за счет использования термоэлементов, идентичных по своим геометрическим, электро- и теплофизическим характеристикам, а также обеспечение максимального холодильного коэффициента, максимальной холодопроизводительности при работе ТЭБ.The aim of the invention is to improve the manufacturability of the device through the use of thermoelements identical in their geometric, electrical and thermal characteristics, as well as to ensure the maximum coefficient of performance, maximum cooling capacity during the operation of the thermopile.

Цель достигается тем, что 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, выполненный в виде испарительного теплоотвода, при этом основной теплообменник выполнен в виде полой цельнометаллической емкости, заполненной плавящимся рабочим веществом с большой теплотой плавления и температурой плавления лежащей в диапазоне 35-55°С.The goal is achieved by the fact that 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 REA fuel element is placed in the formed recess to ensure thermal contact with the heat-absorbing junctions of the main section of the thermopile. An additional heat exchanger, made in the form of an evaporative heat sink, is in contact with the heat-absorbing junctions of the additional sections of the thermopile and the fuel element of the REA, while the main heat exchanger is 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 .

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, изготовленный в виде испарительного теплоотвода. 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 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 which 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 having 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. An additional heat exchanger 5, made in the form of an evaporative heat sink, is in contact with the heat-absorbing junctions of the additional sections of the thermopile 2 and the fuel element REA 4. 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.

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 REA fuel element 4 below the ambient temperature, the temperature controller 7, in accordance with the readings of sensor 6 and the operating temperature set on the scale of the temperature controller 7, turns on and off, if necessary, the main 1 and additional 2 sections of the thermopile, automatically maintaining the temperature fuel element REA 4 in a given range.

Изготовление основной 1 и дополнительных 2 секций ТЭБ из идентичных по своим геометрическим, электро- и теплофизическим характеристикам термоэлементов позволяет повысить технологичность создания устройства.The manufacture of the main 1 and additional 2 sections of the thermopile from thermoelements identical in their geometrical, electrical and thermal characteristics makes it possible to increase the manufacturability of the device.

ЛитератураLiterature

1. Патент РФ 1824681 Термоэлектрический интенсификатор теплопередачи преимущественно для отвода тепла от элементов радиоэлектроники большой мощности / Исмаилов Т.А. // БИ №24, 1993.1. RF patent 1824681 Thermoelectric heat transfer intensifier mainly for heat removal from high power radio electronics elements / Ismailov T.A. // BI No. 24, 1993.

Claims

A thermoelectric device for removing heat from REA elements, containing 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 design of the TEB, the main heat exchanger located in thermal contact with the heat-producing junctions of the thermopile and an additional heat exchanger, characterized in that 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, and 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 \u200b\u200bthe additional sections of the thermopile, the REA fuel element is located in the formed recess to ensure thermal contact and 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 fuel element of the REA, an additional heat exchanger is in contact, made in the form of an evaporative heat sink, while the main heat exchanger is made in the form of a hollow all-metal container filled with a melting working substance with a high melting heat and melting temperature lying in the range of 35-55°C.