Овсищер П.И., Голованов Ю.В. Несущие конструкции радиоэлектронной аппаратуры. Под ред. П.И.Овсищера (1988) (1092054), страница 40
Текст из файла (страница 40)
Принцип работы испарительной системы заключается в том, что под действием выделяемой в аппаратуре мощности жидкость испаряется, отнимая тепло от элементов. Далее пар поступает в теплосток в виде оребренного радиатора или теплообмеиниха, где конденсируясь отдает тепло в окружающую среду или промежуточному теплоносителю, Конденсат стекает обратно, и цикл повторяется.
Пример использования испарительной системы охлаждения приведен на рис, 9З8. Как отмечалось ранее, для охлаждения мощных электровакуумных приборов в основном используются воздушная и жидкостная системы с принудительной прокачкой теплоносителя. Эти снстемы обладают рядом существенных недостатков: низкой надежностью, высокими затратами на охлаждение на массе, объему и энергопотреблению на единицу отводимой мощности. Разработанный вариант электровакуумного прибора с испарнтельным охлаждением предстаиляет собой анод, снабженный оребрением, заключенный в корпус бойлера, в который заливается охлаждающая жидкость. Вознвкающий в результате кипения жидкости пар конденсируется в конденсаторе, представляющем собой два алюминиевых пластинчато-ребристых тегшообменника типа «воздух — жидкость» Каждый теплообмеиник обдувается осевым злектровентилятором.
Конденсат из каждого теплообменника поступает в бойлер по кондеисатопроводу. Сраннеиие комплекса «электровакуумяый прибор — система испарительиого охлаждения» с его жидкостным аналогом показывает, что применение испа- Рис. 9.!9. Конструкция термосифонного радиатора: 1-7 капсула; 3 — транзистор; Л вЂ” радиатор; Š— заправоеный щтупер; 1- жидкОсть, 6 — уплотннтелькав прокладка; 7 — бтланеп Рис. 9.18.
Анодный узел электроваиуумного прибора с испарительным охлаждением: 1 — теплоноснтель; 2 — кондексатопроаод; 3 — корпус бойлера: Š— аребрекне анода; 3 — нзоллтар; б — корпус анода зительпого охлаждения для прибора мощностью 25 иВт позволяет уменьшить пассу комплекса в 4 — 5 раз, габариты в 3 — 4 раза, энергопотребление в 6 раз. В РЭЛ в последние годы часто применяются устройства, основанные на тринципе персдачи ~сила испарением. Одним из таких устройств янляется териоснфонный теплоотвод.
Принцип его работы следующий. В вертикально установленную трубу заливается жидкость. К нижней части трубы крепятся тепловыделяющие элементы, подлежащие охлаждению, На верхней части трубы помещен конденсатор пара, выполненный, каи правило, в виде оребренного радиатора. Под действием выделяемой элементом мощности жидкость в термосифоне испаряется„ пар поднимается вверх, охлаждается в радиаторе и конденсат стекает вниз. Вследствие того что тепловое сопротинление потоку тепла при испарении очень мало (см. табл, 9.1), разность температур на противоположных концах трубы термосифона тоже мала. Следовательно, температура охлаждаемого элемента будет в значительной степени зависеть от температуры теплостоиа, т.
е. в конечном счете от его теплового сопротивления. Тсрмосифонный теплоотвод может применяться для охлаждения различных элементов с высокой концентрацией мощности. Ниже приводятся две иоиструкции с термосифоном. Термосифонный теплоотвод (риц 9.19), преднааиа. ченный для яепосредствениого жидкостного охлаждения кристалла мощного транзистора, представляет собой вертикальную цилиндрическую трубку с наружным штырьковым оребреиием Нижний конец теплоотвода выполнен в виде к:и гулы с фзанцсм и канавкой под уплотнение.
Для улучшешщ теплоотдачи излучением внешние поверхности покрыты черной глубокоматовой эмалью. При сстествсниои конвекцнн воздуха транзистор мажет рассеивать через тор. моснфпнпый .еплготвод мощность до 42 Вт, в то время как мощность, рассеиваемая крез конлуклнвиый игольчато-штыревой радиатор с аналогнчнымк массо-габаритными характеристиками, составляет 12--15 Вт. Аналогичная конструкция с применением термоспфона для охлаждения Шп-днпндоп 1591 прнасдсиа иа рис. 9.20. В аависпмостн от рассеивасмой а рш диоде мопаноств н конструкции предусмотрено применение разшшных теплосюкоп для волошиною н жидкостного охлаждения пара Наряду г высокой эфф(ктпвностью примо пения термоснфоны обладаю н рядом ~ рупных недостатков, Во-первых, онв должны всегда устанавливаться аерпжалнко и, во-вторнлх, хля работы термоснфона необходимы гравпташюнныс силы для обеспечопнн нормального возвращения конденсата.
Этих недо. статков лпшено устройство. работающее на том же принципе, под названием тепловая труба 1'Г!'). Типовая тегловая труба состоит гж герметичною объема, внутри которого имеется фитвль или структура, обладающая капклляриым действием. Фитиль насыщается рабочей жидкостью. Если на адин конец трубки подво~си тепло, ~о рабочая жидко ~ь испарнется и перемещается по трубе лс тех пор, нока пар не кондснспруето, в белес холодной части а и< перейдет в жидкое состояние, Затеи жидкость вь ирагпается н нагретой части благода- Рпс 9.20.
Кокса рукцпя в пл~ о подящсын устройства: / н,па топлоно пн п., Ы ~рао п Папан ': на; ра « ра. 2 раалалйпальпа натнлна . ю жнан и юпоа н лнпо, Е - ац;пп Л Рис. 9.21. Блок об'ьемиой конструкции па бескорпусных 1йСБ: 1 ря капнллярному деуктвию фитиля, в результате тепло иепрерынио передается от одной части трубки к другой с помощью почти изотермнческого процесса пснарення и конденсации. Тепловые трубки могут существенно снизить тепловое сопротивление между источником тепла и теплостоком в самых различ.
пых применениях. Особенно ценно их применение для охлаждения систем, занимающих ограниченный объем, а также для охлаждения замкнутых систем. Следует отметить, что и термосифои н тепловая труба являются не снстемамп охлаждения, а элемеитамп систем охлаждения, способными транспортн)ювагь тепло иэ одной частя аппарата в другую при мннкмальной разности темпершур между источником тепла н тенлостоком. Эта разность составляет десягые дола градуса. Другими словашк ТТ аналогична стержню, передающему зевло ьопдукццей, изготовленному нз материала, имеющего коэффициент теплопроводности порядка 10' Вт/(м.К). Отвод тепла от термосифона и ТТ дол.лен осуществляться теплостоком, установленным на конденсаторной части устройства.
Тепловые трубы применяются в комбинации с традиционными спо. собамп озаода тепла: естественным и принудительным (газовым и жидкостным), с использованием теплоты фазовых преврашенпй — кипение, плавления„ отводом тепла на элементы конструкции, обладающие болыпой теплоаккумулнругощей способностью и др. Наиболее перспективно применение ТТ при проектировании современной ашщратуры на базе комплексной мпнпатюрпзадин, где проблема уменьшения обы ма и массы конструкции наиболее важна н требует поисков новых зффектнвных решений. Тепловые трубы способны передавать большие тепловые поакк на значительныс расстонппя с малыми перепадами шмператур, рассеивать нлв концентрировать тепловые потоки большой плотности, разделять и разветалш ., источники и стоки тепла.
Характерные задачи, решаемые с помощью ТТ а РЭА (39); снижение термического сопротивления между асточниками и сзокаып тепла, т. е. передача селла прн минимальных температурных перепадах; отвод тепла из труднодоступ. ных зон аппаратуры с большой плотностью тепловых потоков н монтажа и граясформация тепловых потоков; выравнивание температурного поля по конструкции аппаратуры, снижение перегрев;в и повышение эффективности работы теплоотводов; сбор тепла от многих источников энергии, расположенных в различных зонах внутри аппаратуры, к едююму стоку тепла, где созданы овтимальяые условия охлаждения. и др.
Тепловые трубы могут быть любой формы (круглые, плоские, гнбиие и т. и.) н нз любого материала (металла, пластмассы н пр.), так как корпус ТГ в теплообмене не участвует Применение ТТ, как и любого другого устройства передачи тепла кондукцней, требует обеспечения хорошего теплового конгакта трубы с источником тенла и теплостоком. 11аиболее характерные конструкции теплоотводящих устройств на основе 1Т приведены на рнс.
921 — 923. На рпс. 92! показано применение ТТ для ох. .гажлегшя гсряеюшного блока объемной коню рукина на бескорпусных МСВ. Блок представляет собой алюминиевую этажерку, состоящую из осноаанкя и полок, на которых приклеены бескорпусные МСБ. Вся конструкцпя покрыта герметичным компаундом, В центре основания этажерки имеется отверстие для размещении круглой тепловой трубы. Теплосток ТТ предстанляет собой штыревой радиатор. Сравнительный анализ показал, что применение ТТ позволяет снизить перегрев МСЬ на 40 — 46%, а прн обдуве радиатора — на 55--607ь.
Это Рис. 9.22 Принцвпиальная схема системы охлаждения тирнстора с тепловой тру бой: à — теолоезн труба; à — зона нолеаза тепла; 3 знрнстор, Š— оребренне з нонлен~ач онноа зоне соответствует унелячеипю допустимой рассеиваемой блоком мощности в 2 раза и более. На рпс 922 показана принципиальная схема системы охлаждения полупроводниковых приборов (тнрпсторов) с помощью ТТ, Б связи с разработкой унифицированных БНК и внедрением функционально-узлового метода проектирования РЭА выявилась необходимость создания ТТ, размеры и форма которой увязаны кан с размерами охлаждаемого элемента, твк в с размерами печатной платы, на ксоорой ои устанавливается. Поскольку ТТ целесообразно применять для отвода относительно больших мощностей, зо в первую очередь была разработана конструкция ячейки источника вторвчпого электропитания, приведенная в ОСТ 4Г0.010.009 — 84 (рнс.
9.23). На печатную плату устанавливается плоская ТТ На одзве ее конец приклеивается источник тепловыделения в виде МСБ высокой степени интеграции, на противоположный -- астыревой радиатор. Тепловой поток от МСБ через теп- Р"с 9.23. Конструкция ячейки с плоской тепловой трубой стейшнм теплоаккумулятором является массивный кусок металла, на который устанавливается тспловыделяющее устройство. Масса теплоаккумулятора выбирается такам образом, чтобы за время выделения устройством тепла аккумулятор не нагрелся выше температуры, допустимой для устройства. В качестве геплааккумуляторов могут использоваться также элементы конструкции, баки с топливом и т, п, Теплоаккумулятор, основанный на принципе нагрева, прост по конструкции, ио обладает спешкам большой массой Поэтому чаще применяются тепло- аккумуляторы.
основанные на принципе постоянства температуры при изменении веществом своего агрегатного состояния, например при переходе пз твер. дога состояния в жидкое (плавление). Устройство для охлажлеиня аппаратуры, как правило, представляет собой таикошенную металлическую емкость с гладкой или оребренной поверхностью, геометрический объем которой заполнен рабочим веществом. Тепловыделяющие влемеизы устаиаяливаются иа металлической конструкции — оболочке емкости с хорошим тепловым контактом снаружи илп реже внутри полости с рабочим веществом Ва время работы основная часть тепла, рассеиваемая элементам, поглощается за счет скрытой теплоты плавления вещества.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
