Способ термостабилизации термовыделяющих элементов электронной техники

СООЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБ 5 г)5 Р 25 В 49/00 ГЕ ДЕТЕЛЬСТВ ВТОРСКОМУ ратурн пенИИ ТЕР- ЭЛЕКТпри таком спос димо заранее з ного паросоде отрицательно плуатации, в т работы системь ГОСУДАРСТВЕННый КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ(71) Одесский институт низкотемпетехники и энергетики(54) СПОСОБ ТЕРМОСТАБИЛИЗАМОВЫДЕЛЯЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВРОННОЙ ТЕХНИКИ Изобретение относится к технике систем обеспечения теплового режима изделий электроники и радиоэлектроники с помощью холодильных установок, точнее к способам термостабилизации обьекта охлаждеггия, представляющего собой комплекс тепловыделяющих элементов, 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 состояние хладоносителя, лгожет искажаться из-за наличия различных примесей, а кроме того,(57) 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 испаритела изменяют по температурным пульсациям в стенке канала в зоне дополнительного источника обогрева, величину которого выбирают по максимальной плотности тегглового потока, выделяемой под тепловыделяющим элементом объекта охлаждения. 1 ил. обе регулирования необхокать зависимость предельржания от всех факторов, лияющих на качество аксом числе и на надежность регулирования,Наиболее близким к изобретению является способ, который может быть использован для тармостабилизации обьектов охлаждения, размещенных га поверхности испарителя, Термостабилизация осуществляется следующилл образом. На всасывагощем трубопроводе создают локальный тепловой поток, направленный к хладагвгту, и фиксируют разнос 1 ь температур лгежду датчиком, расположенным в зоне теплопадвода, и базовым значением температуры. Эта разность темперагур является индикатором относительного количества жидкого компонента в хладагенте. Излгерительная аппаратура действует на включение прибора, который управляет вентилем,Недостатки прототипа следующие, Используется дополнительный источник тепла, однако не известно, кэкооамощность этого источника тепла или как ее выбирать, Для осуществления способа регулирования необходима тарироока 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, пока хлада- гент 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 пэро- жидкостного 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.Целью изобретения яоляется 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, о 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, перегреоатель 9, термопару 10, 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 регулируется5 байпасным вентилем 2, конденсируются вконденсаторе 3, далее жидкий хладагентпроходит через ресиоер 4, переохлаждаетсяо регенеративном теплообменнике 5, очищается в фильтре 6, дросселируется нэ ре 10 гулирующем вентиле 7, после которогопарокидкостная смесь поступает о испаритель 8, где кипит за счет выделяемого объектом 13 охлаждения тепла, Затемдвухфазный хладагент с большим паросо 15 держанием доиспаряется о теплообменнике 5, перегревается в перегреоателе 9,температура которого контролируется термопарой 10, расход парообразного хладонаопределяется по перепаду давлений, изме 20 ряемых манометрами 12 нэ расходомернойшайбе 11, после чего пары хлэдагента поступают в компрессор 1.Объект 13 охлаждения связан с источником 11 питания регулятором 15 напряжения25 и позволяет создавать на источнике 16 дополнительного обогрева тепловую мощность, равную максимальной, выделяемойпод тепловыделяющим элементом 21 объекта охлаждения. Датчиком 17 температуры30 фиксируются значения температуры стенкиканала во времени, включая и температурные пульсации, Сигнал от датчика температуры усиливается усилителем 18, вкомпараторе 19 напряжений происходит35 сравнение сигнала датчика 17 с внешнимзаданным сигналом. Результат сравненийсигналов поступает на исполнительный механизм 20, который воздействует на регулирующий вентиль 7 и изменяет расход40 хладагента через канал испарителя 8.Первым этапом включения системы термостабилизации является организация циркуляции хладагента в контуре холодильнойустановки при отсутствии тепловой нагруз 45 ки на испарителе. На этом этапе температурные пульсации не возникают, Сразу жепосле организации циркуляции хладагентанаступает второй этап, когда подается тепловая нагрузка на тепловыделяющие эле 50 менты электронной системы, На этом жеэтапе начинает работать система термостабилизации. В случае, если при подаче тепловой нагрузки испаритель перезалитхладагентом, то пульсаций не возникает и55 формируется командный сигнал на регулирующий вентиль об уменьшении расхода.Если испаритель осушен до такой степени,когда под дополнительным источникомобогрева паросодержание больше ухудшенного ху. то датчиком температуры фиксиру 1760266ются 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 8=22 создание теплового потока о = 50 - 150 кВт/м при массовыхгскоростях р в = 100 - 700 кг(мс) и паросодержаниях х = 0,8 - 1,0 позволяет получить в зоне локального теплового потока температурные пульсации с амплитудой от миним эл ьн о фи к си ру ем ых (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 уменьш нии расхода хладагента 6 (или, что то же самое, при уменьшении р ч), Общая мощность, подводимая к дополнительному нагревателю размерами 4 Х 12 мм, составляет величину 3-10 Вт, что практически не оказывает влияния на параметры хладагента, так как общая мощность, подводимая к испарителю, составляет 400-500 Вт,Необходимая термостабилизация тепловыделяющих элементов на объекте охлаждения достигается благодаря тому, что при формировании командного сигнала ис пользуется возникновение температурныхпульсаций в стенке канала испарителя с амплитудой 2 - 3 градуса. Например, при постоянной температуре кипения допустимая температура объекта обеспечивается при 10 паросодержаниидо 0,9, На дополнительномнагревателе устанавливается удельный тепловой поток о = 50 кВт/м . Тогда в компараторе 19 задается температура, например, 22 С, соответствующаятребуемому паросо 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 термовыде ляющих элементов электронной техники путем изменения количества хлэдагента, подаваемого в объект охлаждения в зависимости от командного сигнала, формируемо. го по температуре (амплитуде) стенки 30 канала испарителя при дополнительномобогреве, о т л и ч а ю щ и й с я 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 изменяютпо температурным пульсациям в стенке канала в зоне дополнительного источника обогрева.1760266 Составитель М.Букрабадактор Л.Волкова Техред М,Моргентал Корректор Л Лукач но-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гаарина, 16 Произв каз 3174 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5