ТОП 10:

Система обеспечения теплового режима (СОРТ). Система охлаждения.



Система обеспечения теплового режима (СОРТ). Система охлаждения.

В большинстве случаев для охлаждения аппаратуры необходимо усложнять конструкцию аппарата. Совокупность устройств и конструктивных элементов, применяемых для охлаждения, назовем системой охлаждения аппарата. Используемые в радиоэлектронной аппаратуре системы охлаждения разделим на воздушные, жидкостные, испарительные, кондуктивные и комбинированные.

Воздушными называют такие системы охлаждения, в которых в качестве теплоносителя используется воздух.

В жидкостных системах охлаждения теплоносителем являются различные капельные жидкости, не доведенные до кипения.

Испарительными называют системы охлаждения, в которых используют кипящие жидкости.

При кондуктивной системе охлаждения отвод тепла от нагретых частей аппаратуры осуществляется за счет теплопроводности. При этом нагретые и холодные части аппарата находятся в непосредственном контакте или соединены специальными металлическими проводниками. К кондуктивному может относиться охлаждение при помощи термоэлектрических устройств.

Наконец, в комбинированных системах охлаждения аппаратуры применяются различные сочетания перечисленных выше систем.

В зависимости от характера контакта теплоносителя и источника тепла различают системы охлаждения прямого и косвенного действия. В системах охлаждения прямого действия теплоноситель непосредственно омывает поверхности источников тепла. В системах охлаждения косвенного действия источник тепла и поверхности теплообмена разделены различными конструктивными элементами, выполняющими роль проводников тепла, так называемых тепловых мостов.

Системы охлаждения радиоэлектронной аппаратуры разделяют на системы общего и локального (местного) охлаждения. При общем охлаждении производится охлаждение всех элементов аппаратуры, при локальном — отдельных наиболее нагруженных или наименее термостойких радиодеталей и узлов.

Воздушные, жидкостные, испарительные и комбинированные системы охлаждения могут быть спроектированы по разомкнутому или замкнутому циклам. В системе, организованной по разомкнутому циклу, отработанный (нагретый) теплоноситель удаляется из системы и больше не используется. Во втором случае нагретый теплоноситель охлаждается и вновь поступает в систему охлаждения. Для охлаждения теплоносителя применяются теплообменники.

Системами охлаждения с промежуточным теплоносителем называют такие системы, в которых тепловая связь между теплоносителем, омывающим источники тепла, и окружающей средой осуществляется при помощи дополнительного контура, в котором протекает промежуточный теплоноситель.


  1. Воздушные системы охлаждения РЭС.

Теплообменники РЭС.

Теплообменным аппаратом называется устройство, в котором осуществляется процесс передачи теплоты от одного теплоносителя к другому. Такие аппараты многочисленны и по своему технологическому назначению и конструктивному оформлению весьма разнообразны. По принципу действия теплообменные аппараты могут быть разделены на рекуперативные, регенеративные и смесительные.

Рекуперативными называются такие аппараты, в которых теплота от горячего теплоносителя к холодному передается через разделяющую их стенку. Примером таких аппаратов являются парогенераторы, подогреватели, конденсаторы и т. п.

Регенеративными называются такие аппараты, в которых одна и та же поверхность нагрева омывается то горячим, то холодным теплоносителем. При протекании горячей жидкости теплота воспринимается стенками аппарата и в них аккумулируется, при протекании холодной жидкости эта аккумулированная теплота ею воспринимается. Примером таких аппаратов являются регенераторы мартеновских и стеклоплавильных печей, воздухоподогреватели доменных печей и др.

В рекуперативных и регенеративных аппаратах процесс передачи теплоты неизбежно связан с поверхностью твердого тела. Поэтому такие аппараты называются также поверхностными.

В смесительных аппаратах процесс теплопередачи происходит путем непосредственного соприкосновения и смешения горячего и холодного теплоносителей. В этом случае теплопередача протекает одновременно с материальным обменом. Примером таких теплообменников являются башенные охладители (градирни), скрубберы и др.Специальные названия теплообменных аппаратов обычно определяются их назначением, например, парогенераторы, печи, водоподогреватели, испарители, перегреватели, конденсаторы, деаэраторы и т. д. Однако несмотря на большое разнообразие теплообменных аппаратов по виду, устройству, принципу действия и рабочим телам, назначение их в конце концов одно и то же, это — передача теплоты от одной, горячей, жидкости к другой, холодной. Поэтому и основные положения теплового расчета для них остаются общими.

Теплообменники отличаются характеристиками распределения температур по длине канала:

 

где T1’ и T2’ – температуры на входе теплообменника; T1'' и T2'' – на выходе.

 

Все теплообменники классифицируются на две группы, исходя из условий теплообмена. Передача тепла от горячего теплоносителя к холодному может идти либо через твердую стенку, либо через фазовую границу раздела. Через твердую стенку – рекуперативный теплообменник, через фазовую границу – градирня.

В справочниках ОСТ приведены характеристики теплообменников, выпускаемых промышленностью для РЭС.

Основная характеристика теплообменников – удельная площадь теплообменной поверхности:

; Sуд ≈ 4500 и более.

Особенности работы теплообменных аппаратов:

1. Режим движения теплоносителя. В теплоносителе должен быть реализован турбулентный режим. Газ – V ≈ 100 ÷ 150 м/c; жидкость – V ≈ 2,5 ÷ 3 м/c. Режимы, которые реализуются в теплообменнике, должны быть выбраны оптимальным образом.

2. Тепловое проектирование теплообменников сводится к выполнению конструкторского и проверочного расчетов.

а) При выполнении конструкторского расчета осуществля­ется проектирование аппарата, цель расчета состоит в определении рабочей площади поверхности теплообменника, если заданы массовые расходы горячего и холодного теплоносителя, их температуры на входе и выходе, а также их удельные теплоемкости.

б) Проверочный расчет осуществляют для теплообменника с известной площадью поверхности (например, для сконструированного теплообменника). Цель расчета - определить значения температур теплоносителя на выходе из теплообменника и потока Ф теплоты, передаваемого от горячего теплоносителя к холодному, то есть установить рабочий режим аппарата.

14.


Радиаторы.Выбор радиатора.

Для увеличения эффективности воздушного охлаждения элементов РЭА на практике широко используют оребрение поверхностей охлаждения. Для мощных радиоэлектронных ламп с воздушным охлаждением наиболее часто встречаются поверхности охлаждения в виде ребренного цилиндра с продольным или поперечным смыванием потоком воздуха. В качестве оребряющих элементов применяются гладкие, перфорированные и гофрированные пластины различной формы, штыри, иголки, проволочные спирали и т. п.

На рисунке 15.1 приведены виды оребрения поверхностей охлаждения мощных электронных ламп.

Рис. 15.1 Схемы оребрения поверхностей охлаждения

 

Цилиндрическая поверхность охлаждения с гладкими ребрами и поперечным омыванием потоком воздуха показана на рисунке 15.1, а; то же, но с продольным омыванием на рисунке – 15.1, г. Направление движения воздуха показано на рисунке 15.1 стрелками. При естественном охлаждении поверхности должны быть ориентированы по этим стрелкам. На рисунке 15.1, б,д приведены оребренные поверхности с перфорированными ребрами. Перфорация ребер осуществляется вдоль потока воздуха, чем достигается срыв пограничного слоя и увеличение конвективного коэффициента теплоотдачи. У перфорированных продольно омываемых пластин по сравнению с гладкими пластинами конвективный коэффициент теплоотдачи увеличивается на 30—50%. На рисунке 15.1, в и е показаны поверхности охлаждения с гофрированными ребрами. Гофрировка поверхности ребра приводит к увеличению конвективного коэффициента теплоотдачи по сравнению с гладкими пластинами в 2—3 раза. На рисунке 15.1, з показана схема игольчатого (штыревого) оребрения, первое или второе название применяется в зависимости от толщины шипов, а на рисунке 15.1, ж - петельно-проволочного оребрения. Применение этих видов оребрения при принудительном воздушном охлаждении позволяет существенно увеличить конвективный коэффициент теплоотдачи по сравнению с гладкими ребрами.

Большое влияние на теплоотдачу оребренных поверхностей, приведенных на рисунке 15.1, оказывает способ соединения ребер с гладкой поверхностью. Наиболее эффективным способом соединения является изготовление ребер зацело с гладкой поверхностью путем литья или механической обработки, а также сварка или пайка. Кроме этого, в настоящее время применяются следующие соединения: завальцовка или зачеканка ребер в пазы, тугая посадка, напряженная навивка с последующей пайкой или без нее, посадка оребренной муфты.

Широко применяются оребренные поверхности для отвода тепла от полупроводниковых приборов средней и большой мощности, монтируемых отдельно (большие элементы) и группами (дискретные элементы). Детали с оребренными поверхностями называют радиаторами или теплоотводами. Радиаторы применяют для полупроводниковых приборов малой мощности, а также для мощных резисторов и других элементов РЭА. Высокая эффективность радиаторов, используемых для отвода тепла от полупроводниковых приборов, а также массовое их применение в РЭА породили большое разнообразие конструкций радиаторов. Условно все конструкции радиаторов можно разбить на четыре класса:

1. пластинчатые;

2. штырьковые;

3. проволочные;

4. особые.

Радиаторы выполняются в виде отдельной конструкции, на которую крепится полупроводниковый прибор. В качестве материалов для радиаторов применяются главным образом алюминиевые сплавы, а также медь, магний, бериллий. Многие радиаторы выпускаются серийно, и их размеры унифицированы.

 

 

Рис. 15.2. Пластинчатые радиаторы

 

В пластинчатых радиаторах теплоотдающие поверхности могут иметь различную форму. На рисунке 15.2 и 15.3 приведены конструкции пластинчатых радиаторов. Простейшая конструкция показана на рисунке 15.2, а. Здесь пластина крепится к шасси. Пластина может быть выполнена в виде лапки для крепления, флажка, крылышек, вертикальных загнутых пластин (рисунок 15.2, б), пружинящей пластины (рисунок 15.3, а), пружинящей обоймы (рисунок 15.3, в). Для увеличения поверхности охлаждения пластина может быть оребрена, как показано на рисунках 15.2, в и 15.3, б. Расположение ребер может быть горизонтальным либо вертикальным в зависимости от расположения радиаторов и направления движения воздуха.

 

Рис. 15.3 Пластинчатые пружинящие радиаторы.

 

На рисунках 15.4 и 15.5 приведены различные конструкции радиаторов с набором пластин. На рисунках 15.4, в и 15.5, б показана конструкция радиатора с зигзагообразным расположением ребер. Ребра располагают так, чтобы облегчить естественную конвекцию воздуха. При принудительном охлаждении направление потока воздуха может быть не строго ориентировано вдоль ребер, что будет способствовать турбулизации потока. На рисунке 15.5, г показаны конструкции радиаторов, в которых для увеличения поверхности охлаждения использованы гофрированные пластины.

 

 

Рис. 15.4. Радиаторы с равномерным набором пластин.

 

 

 

Рис. 15.5. Радиаторы с не равномерным набором пластин.

 

На рисунке 15.6 приведена конструкция штырькового, а на рисунке 15.7 проволочного радиатора.


Рис. 15.6. Штырьковый радиатор

Рис. 15. 7Схема петельно-проволочного радиатора


 

К особым конструкциям относятся обычно радиаторы, предназначенные для работы в специальных условиях: в разреженном воздухе, невесомости, нестационарном режиме и т. д.

Конструкции особых радиаторов могут значительно отличаться от описанных выше. Так, например, радиаторы для полупроводниковых приборов, работающих в кратковременном режиме, выполняются в виде массивных металлических деталей, имеющих большую теплоемкость, либо в виде емкостей для аккумуляторов тепла.

Пластинчатые радиаторы без ребер наиболее просты, но область их применения ограничена элементами малой мощности. Широко используются на практике пластинчатые радиаторы с ребрами, так как они достаточно просты в изготовлении и могут быть применены для полупроводниковых приборов средней и большой мощности. Но ребра радиаторов должны быть ориентированы по направлению потока воздуха (за исключением радиаторов с зигзагообразным расположением ребер), что не всегда удобно для конструкторов РЭА. С этой точки зрения интересен штырьковый радиатор, так как здесь строгой ориентации потока воздуха не требуется. Радиатор используется при естественном и принудительном воздушном охлаждении для полупроводниковых приборов большой и средней мощности. Радиаторы с проволочным оребрением при принудительном воздушном охлаждении имеют, как правило, более высокие эффективные коэффициенты теплообмена, однако технология их изготовления более сложная, поэтому пока они не получили широкого распространения.

 

Выбор радиатора осуществляется в две стадии:

1) На этапе компоновки изделия требуется знание геометрических размеров Sp, (Vp), отводимых под радиатор. Далее графоаналитическим методом определяем зависимость ΔТ от P/S (рис. 15.8). Здесь ΔТ = ТS - Тср, ТS – справочная величина Тпр.доп. При выборе Тср делают запас повышением Тср (минимум на 10оС по сравнению с ТЗ).

Из графоаналитического метода можно определить следующее: вид оребрения, условия теплообмена, при этом нужно учитывать все особенности конструируемого аппарата.

2) Делается окончательный расчет, с учетом теплообмена и особенностей конструкции прибора.

Рекомендации по применению радиаторов:

а) вводится дополнительный элемент конструкции (учитывается масса, стоимость, делается чертеж);

б) в условиях свободной конвекции, когда радиатор – основной источник тепловой энергии, среднее время непрерывной работы устройства ограничивается 8 часами. Для круглосуточной работы необходимо вводить дополнительно принудительную вентиляцию.

Для пластинчатых радиаторов средняя мощность рассеяния должна быть ≤ ≈ 5 Вт.

Для ребристых, игольчато-штыревых ≤ ≈ 15 – 20 Вт.

Данные параметры берутся из расчета удельных характеристик:

Руд.м = Ф/Мр, Мр – масса радиатора;

Руд.V = Ф/V, V – объем;

Руд.S = Ф/S, S – площадь.

В условиях пониженного давления рекомендуется применять радиаторы типа «краб», из-за малого углового коэффициента между ребрами (низкое взаимное облучение ребер).

Для улучшения эксплуатационных свойств радиаторов применяются следующие меры:

а) увеличение степени черноты радиатора, путем нанесения специального покрытия (лаки УР231 - ε = 0,92÷0,98, чернение - ε = 0,95 и т.д.);

б) электрическая изоляция между охлаждаемыми элементами и радиатором.


Вихревые трубы.

Эффект вихревого температурного расширения сжатого газа открыт немецким физиком Р'анком в 1931г., и с конца 40-х годов исследованию и применению этого эффекта посвящено много работ. Вихревой холодильник может быть использован при создании миниатюрных устройств для охлаждения небольших объектов с массой около нескольких граммов до температуры порядка —50° С. Он прост и надежен в работе и требует сравнительно небольших расходов воздуха и давления газа (несколько атмосфер).

Рисунок 16.1 Схема вихревой трубы

Рассмотрим схему вихревой трубы, представленную на рис. 16.1 Сжатый газ поступает в цилиндрическую трубу 2 через отверстие 5, расположенное по касательной к ее внутренней окружности. Труба с одной стороны ограничена диафрагмой 3 с небольшим отверстием в центре 4, с другой стороны — вентилем 1. Благодаря тангенциальному расположению отверстия струе газа, охладившейся при расширении, сообщается вихревое движение. Поле угловых скоростей «вихря в сечении б-б (проходящем через плоскость входного сечения) является неравномерным: наибольшими угловыми скоростями обладают слои, расположенные по оси трубы, и по мере удаления от центра угловая скорость вихря падает. В этой неравномерности распределения угловых скоростей и кроется возможность температурного распределения слоев газа в вихревом холодильнике. При вращательно-поступательном движении вдоль трубы центральные слои, вращающиеся с большими скоростями, испытывают сопротивление со стороны слоев, вращающихся с меньшими скоростями. Наличие трения между слоями газа приводит к тому, что в некотором сечении, а-а распределение угловых скоростей становится близким к равномерному. Это означает, что центральные слои отдали часть своей энергии на производство механической энергии против сил трения и благодаря этому сохранили ту пониженную температуру, которую они получили при расширении на входе в трубу. Для массы газа m, вращающегося со скоростью со на расстоянии r от центра, переданная внешним слоям кинетическая энергия

 

где , — угловые скорости потока в сечениях а-а, б-б на расстоянии r от оси.

Охладившийся центральный поток газа выходит из вихревой трубки через отверстие в диафрагме, более нагретые внешние слои отводятся наружу через вентиль 1. Движение потоков может осуществляться как в одном, так и в противоположном направлениях.

Эффекты охлаждения и подогрева воздуха определяются разностями температур:

, ,

где температуры газа на входе, горячего и холодного потоков на выходе. Отношение массового расхода холодного воздуха к общему расходу G воздуха называется относительным расходом воздуха и является важным параметром ВТ. Для теплоизолированной ВТ известна зависимость

, ,

из которой следует, что чем больше доля холодного воздуха, тем меньше при данной , и наоборот. Характеристика вихревой трубы строится обычно в виде и приведена для теплоизолированной трубы на рис.16.2.

Рисунок 16.2 Характеристики изолированной вихревой трубы

Из рисунка видно, что при достигается наибольший эффект охлаждения, при дальнейшем увеличении этот эффект падает и при исчезает. Подогрев горячего газа, возрастая с ростом , достигает максимального значения при , близком к 1 (на рис. 16.2 не показано), а затем резко падает до нуля.

Получение холода в вихревом холодильнике требует больших
энергетических затрат по сравнению с обычными методами. Напри-
мер, для получения температуры —40° С вихревой холодильник даже при небольших холодопроизводительностях (около 100 Вт) требует в 10 раз большего расхода энергии, чем компрессионные холодильные машины. Энергетические показатели можно значительно улучшить, если вторично использовать энергию выходных потоков (их температуру и давление), так как температура отработанного холодного потока остается ниже температуры сжатого воздуха на входе в ВТ. Для этого используется теплообменник в сочетании с ВТ и объектом охлаждения. На рис. 16.3, а показана принципиальная схема охлаждения объекта 4 с помощью ВТ 1 и с использованием теплообменника 2. На рис. 16.3, б показан вариант конструктивного оформления вихревого холодильника 1 с простейшим теплообменником в виде тонкостенной трубки 2, навитой на трубе холодного воздуха и помещенной в кожух 3 с отверстием 4. Для понижения температур Тг иногда применяют ступенчатое соединение ВТ. Отличительной особенностью ВТ является простота конструкции и надежность работы, что позволяет, несмотря на невысокий к.п.д. (характеризует степень приближения к идеальной тепловой машине и составляет 0,23), конкурировать в ряде случаев с другими способами охлаждения. Известно применение ВТ для создания холодильных камер, термостатов (с объемом камеры до 1 м3), для кондиционирования, и для охлаждения мощных полупроводниковых приборов.

Рисунок 16.3 Регенеративный цикл охлаждения вихревой трубы

 

Обычно ВТ как охлаждающее устройство используют при температурах выше —100° С, причем наиболее целесообразно использовать их для локального охлаждения. Приведем несколько цифр, количественно характеризующих ВТ. Коэффициент теплоотдачи между вихрем и стенкой трубы 1200 Вт/(м2К), между вихрем и помещенным в него (в приосевую область) телом около 600 Вт/(м2К). Вихревая труба диаметром 1 мм и длиной 10 мм при расходе воздуха 0,25 л/с позволяет отвести тепловой поток до 5 Вт. Одна из типичных конструкций микрохолодильника имеет следующие параметры: рабочее давление. воздуха 106 Па; температура сжатого воздуха 20°С; температура холодного воздуха —55°С; общий расход воздуха 0,7 л/с; диаметр 18 мм, длина 50мм; масса 15г; диаметр патрубка горячего потока 3мм.


Тепловые трубы.

Принцип действия и основные характеристики ТТ. Тепловая труба— устройство, предназначенное для переноса теплового потока с одного конца трубы в другой за счет использования скрытой теплоты фазового превращения теплоносителя, помещенного внутригерметичной ТТ.

Рисунок 17.1 Схема тепловой трубы

 

На рис. 17.1 представлено схематическое изображение ТТ в форме круглого полого цилиндра 1 с большим отношением длины L к диаметру d. Внутренняя поверхность трубы выложена капиллярно-пористой структурой 2, последняя насыщена смачивающей жидкостью и граничит с паровым объемом г — центральной частью трубки радиуса rа. Капиллярно-пористая структура может представлять собой металлическую сетку, спеченные шарики, металловолокна, стеклоткани и даже систему канавок на внутренней поверхности корпуса 1. Смачивающая жидкость является теплоносителем и в зависимости от уровня температуры в зоне источника а выбираются жидкие металлы, ртуть, аммиак, вода, ацетон, спирты, фреоны и т. п. При температурах свыше 750 К используются жидкие металлы; для диапазона 550<T<750 К—ртуть (высокотемпературные ТТ). В области среднего диапазона температур 200<T<550 К используются в качестве теплоносителя органические жидкости, вода (низкотемпературные ТТ); при температурах ниже 200 К теплоносителем являются сжиженные газы (криогенные ТТ) При подводе теплового потока Фп к испарительной зоне а теплоноситель в этой части капиллярно-пористой системы начинает испаряться и пары, пройдятранспортную зону б, поступают в противоположный конец трубы в — в конденсационную зону, где отводится теплота. Здесь пар конденсируется, и жидкость под действием капиллярных сил снова поступает по фитилю в зону испарения. При конденсации пара выделяется поток Фо, который отводится в теплообменник. Между зонами испарения и конденсации возникают небольшие температурные градиенты, а боковая поверхность цилиндра 1 в транспортной зоне б практически не меняет температуру, поэтому можно считать, что через зону б переносится весь поток Ф, т. е. Ф=Фп= Фо

Рисунок 17.2 Схема термосифона

 

На рис. 17.2 представлена схема гравитационного термосифона, в котором в отличие от тепловых труб возврат конденсата происходит под действием сил гравитации. Необходимым условием работы термосифонов является наличие гравитационных сил и расположение зоны конденсации Ь лад испарительной зоной а. Тепловые трубы могут иметь различные формы и конфигурации, обычно они стандартизованы по типоразмерам и функциональному назначению или специально изготовлены для охлаждения конкретного объекта. На рис. 17.3, а, в, г изображены некоторые типы тепловых труб.

В 60—70-х годах основной областью применения ТТ являлась ядерная энергетика и космическая техника, в последние годы одним из объектов использования ТТ становятся радиоэлектронные устройства. Физические процессы и особенности конструкций ТТ придают им ряд особых качеств. Прежде всего в ТТ возможно транспортировать тепловые потоки порядка Вт/м2, а также разветвлять тепловой поток по нескольким каналам (рис. 17.3, в).

Рисунок 17.3 Тепловые трубы различного типа: а – плоская; б – гибкая; в - образная; г- змеевидная; - подведенные и отведенные потоки теплоты

 

Низкое тепловое сопротивление транспортной зоны приводит к большой эффективной теплопроводности ТТ, которая в несколько раз превышает теплопроводность меди и серебра. Тепловая труба способна работать в любом положении вне зависимости от ориентации в пространстве и гравитации. Кроме того, при циркуляции теплоносителя внутри ТТ отсутствуют движущиеся детали, насос, а само устройство автономно.

Тепловые трубы принято характеризовать тремя группами параметров: теплофизических, конструктивных и стыковочных.

К теплофизическим параметрам относятся тепловой поток, передаваемый с помощью ТТ от источника теплоты в теплообменник при заданных условиях эксплуатации; уровень рабочих температур; термическое сопротивление R тепловой трубы, равное отношению разности средне поверхностных температур стенок зоны испарения и конденсации к переносимому тепловому потоку:

Конструктивные параметры определяют внешние и внутренние особенности конструкции ТТ, а именно: конфигурацию и наружные размеры корпуса, испарительной, конденсационной и транспортной зон, толщину и материал стенок корпуса, устройство фитиля.

Стыковочные параметры характеризуют условия эксплуатации аппаратуры и способы сочетания последней с ТТ, например, способ передачи теплоты от источника к ТТ, конструктивное оформление областей контакта в испарительной и конденсационной зонах, термическое сопротивление контакта.

Примеры применения тепловых труб в РЭА. В РЭА тепловые трубы могут выполнять ряд функций: с их помощью теплоотдающая поверхность может быть вынесена за пределы основных функциональных блоков и узлов, тепловые трубы позволяют создать внутри приборов области сравнительно равномерного температурного поля и тем самым снизить механические напряжения, решать задачи термостабилизации и др. В настоящее время известны примеры использования ТТ для охлаждения как отдельных теплонагруженных элементов и узлов, так и целых радиоэлектронных блоков, и устройств. Рассмотрим Некоторые примеры.

Пусть весь прибор охлаждается благодаря свободной вентиляции, но при этом возникает необходимость размещения внутри прибора теплонагруженного элемента или блока, требующего для нормальной работы принудительной вентиляции (рис. 17.4, а), а место для размещения вентилятора отсутствует. В этом случае с помощью ТТ тепловой поток может быть отведен на часть оребренного корпуса прибора (рис. 17.4, б). На рис. 17.5 показано одно из возможных решений отвода теплоты от платы с микросхемами: от микросхем 2 тепловой поток через монтажную плату 3 передается к металлической рамке 4, в часть которой встроена тепловая труба 5; зона конденсации выполнена в виде конуса, плотно вставленного в конусное отверстие теплообменника 1. Такое решение позволяет избежать непосредственного омывания жидкостью конструкций РЭА.

Рисунок 17.4 Охлаждение отдельного теплонагруженного блока или элемента

 

Рисунок 17.5 Охлаждение платы с микросхемами с помощью ТТ

 

Тепловые трубы используются также для охлаждения целых радиоэлектронных блоков, в аппаратуре с упорядоченной структурой элементов, во вторичных источниках питания. Применение ТТ в таких системах позволяет эффективно использовать корпус прибора как внешнюю поверхность теплообмена, увеличить компактность прибора, исключить контакт охлаждающей среды с элементами.

На рис. 17.6 приведена схема компоновки секции приборного шкафа 4 с использованием тепловых труб 6, образующих монтажную плату с размещенными на ней транзисторными модулями 5. От плат— тепловых труб поток передается в теплообменник 2, контактирующий с зоной конденсации ЗТТ; теплообменник помещен в общую систему 1 конвективного охлаждения шкафа.

Рисунок 17.5 Компановка приборного шкафа с использованием ТТ

 

Заметим, что эффективность применения ТТ в РЗА достигается благодаря реализации ряда мер, обеспечивающих малые перепады температур на всем тракте теплового потока в аппарате. Для этого необходимо создавать хорошие тепловые контакты в любых соединениях, применять платы с повышенной теплопроводностью.


Криогенное охлаждение.

Охлаждение с помощью фазовых переходов. Такие устройства просты по конструкции, надежны, потребляют мало энергии и по некоторым показателям (массе, габаритам, стабильности температуры) могут быть конкурентоспособными-и даже превосходить другие технические решения. Обычно используют два режима работы рассматриваемых устройств: хранение криогенной жидкости в теплоизолированном контейнере и отвод теплоты от объекта при испарении хладоагента. В качестве хладоагентов используют в основном обычные для криогенной техники вещества. Выбор оптимального хладоагента зависит от диапазона температур охлаждения и других факторов. Например, для 3-40К перспективен жидкий неон, который обладает, кроме того, высокой плотностью. Жидкостные системы чаще используют з устройствах с ограниченным сроком предварительного хранения и малой длительностью рабочего цикла, а системы с твердым хлздоагентом применяют в случае ограниченного энергопотребления.

Жидкостные системы охлаждения применяют в виде трех конструктивных схем:

- совмещеные — объект охлаждения представляет одно целое с сосудом, содержащим хладагент;

- дистанционные — хладогент передается от сосуда к объекту, по специальному трубопроводу;

- дистанционные с испарением хладогент а, который затем в виде сжатого газа подается на вход дроссельного микроохладителя.

В последние годы разработаны различные конструкции криогенных установок с использованием твердого криогенного вещества. Появление таких устройств вызвано рядом причин: меньшей по сравнению с жидкостной массой (теплота фазового перехода при сублимации имеет более высокое значение, чем при кипении); нет проблемы разделения фаз в условиях невесомости.

 

Рисунок 20.1 Схема микрокриогенного устройства с твердым хладоагентом

 

Основные элементы криогенной установки с твердым хладоагентом показаны на рис. 20.1 и содержат теплоизолированный контейнер 4 с отверждеиным хладоагентом 5, устройство для отвода паров и поддержания в контейнере постоянного давления 6, хладопровод 7 к объекту охлаждения; внешний контейнер 2 теплоизолирован с помощью эффективной изоляции 3. Выбор хладоагента во многом определяет характеристики и конструкцию установки.


Классификация термостатов.

При определении базовой конструкции термостата необходимо установить вид исполнительного устройства (элемента) и функциональную схему реализации теплового воздействия исполнительного устройства, число ступеней термостатирования, закон регулирования, а также тип и место установки датчика. Остановимся на особенностях выбора базовой конструкции, опираясь на ряд классификационных признаков термостатов.

Рассмотрим объекты с пренебрежимо малыми собственными тепловыделениями. По расположению заданной температуры стабилизации относительно диапазона изменения температуры окружающей среды термостаты для этих объектов делятся на подогревные , реверсивные и охлаждающие

В качестве исполнительных элементов применяются: в подогревных термостатах — электронагревательные устройства, в реверсивных — термобатареи или холодильные машины с электронагревателями, в охлаждающих — термобатареи или холодильные машины. При этом различают термостаты, у которых основное тепловое взаимодействие исполнительного элемента происходит либо с высокотеплопроводной камерой, либо с газообразной или жидкой средой.

Рисунок 21.1 Базовые функциональные схемы термостатов при взаимодействии исполнительного элемента с камерой

В термостатах первого вида теплообмен между камерой 3 и объектом 1 может быть реализован различными способами, которым соответствуют базовые функциональные схемы, представленные на рис. 21.1.

Теплообмен между объектом 1 и камерой 3 происходит в основном благодаря теплопроводности через элементы крепления 2 объекта 1 к камере 3 (рис. 21.1,а); на рис. 21.1,б объект 1 отделен от камеры 3 газовой или жидкостной прослойкой 7; на рис. 21.1,в для увеличения интенсивности теплообмена между камерой и объектом и степени равномерности теплового воздействия на объект организовано перемешивание газа или жидкости в прослойке 7 между объектом и камерой; на рис. 21.1,г для увеличения равномерности теплового воздействия объект 1 может помещаться в дополнительную теплопроводную камеру 8; на рис. 21.1,д прослойка 7 между основной и дополнительной камерами может быть заполнена кипящим хладагентом.

В термостатах второго вида исполнительное устройство воздействует на газообразную или жидкую среду, которая, в свою очередь, взаимодействует либо непосредственно с объектом, либо с окружающей его теплопроводной камерой. В последнем случае могут быть использованы способы организации теплообмена между камерой и объектом, аналогичные представленным на рис. 21.1, а,б,в.







Последнее изменение этой страницы: 2017-02-05; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 34.204.169.76 (0.032 с.)