Термоелектричний термостатуючий пристрій

Реферат: UA 83202 U UA 83202 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі термоелектричних приладів і знайде застосування в радіоелектроніці для термостатування різноманітних елементів, які використовуються в апаратурі щільного розташування. В даний час термостатування різноманітних елементів радіоелектронної апаратури та волоконної оптики проводиться, в цілому, конвективними методами за допомогою повітряних кульок [1]. Цей метод характеризується обмеженими можливостями та, в основному, застосовується в апаратурі вільного розташування. У випадку апаратури щільного розташування термостатування вибраних елементів радіоелектроніки та волоконної оптики здійснюється, як правило, термоелектричними методами [2]. Із існуючих аналогів найбільш близьким за технічною суттю є пристрій [3]. Він складається з кулера та теплорозсіючого радіатора, який знаходиться у тепловому контакті з нижньою, гарячою гранню однокаскадної термоелектричної батареї Пельтьє. Верхня, холодна грань цієї батареї, у свою чергу, знаходиться в тепловому контакті з елементом, який термостатується. При цьому кожний елемент має свій індивідуальний термостатуючий пристрій. Це веде до збільшення масогабаритних розмірів апаратури та зростання енергетичних затрат при зменшенні надійності її роботи. Тому досить актуальною є задача створення термостатуючого пристрою для елементів опто-, фото-, твердотільної електроніки та волоконної оптики, який би характеризувався, з одного боку, зростанням надійності роботи апаратури, з другого - зменшенням масогабаритних розмірів. Вказана задача досягається тим, що в термоелектричному термостатуючому пристрої для елементів опто-, фото-, твердотільної електроніки та волоконної оптики, що складається з термоелектричної батареї Пельтьє, системи теплоскиду, тепловий контакт між гарячою гранню термоелектричної батареї Пельтьє та системою теплоскиду здійснюється за допомогою жорстких теплопроводів, а тепловий контакт між охолоджуючою гранню термоелектричної батареї Пельтьє та елементом, який термостатується, - за допомогою гнучких теплопровідних сифонів, при цьому кількість гнучких теплопровідних сифонів дорівнюється кількості елементів, що термостатується. Відповідність критерію "новизна" запропонованому пристрою забезпечує та обставина, що заявлена сукупність ознак не міститься ні в одному з об'єктів існуючого рівня техніки. В корисній моделі запропоновано принципово нове рішення, яке полягає в тому, що в термостатуючому пристрої, який складається з термоелектричної батареї Пельтьє, системи теплоскиду та елемента, який термостатується, тепловий контакт між гарячою гранню термоелектричної батареї Пельтьє та системою теплоскиду здійснюється за допомогою жорстких теплопроводів, а тепловий контакт між охолоджуючою гранню термоелектричної батареї Пельтьє та елементом, який термостатується, - за допомогою гнучких теплопровідних сифонів, при цьому кількість гнучких теплопровідних сифонів дорівнюється кількості елементів, що термостатується. Промислове використання запропонованого пристрою не вимагає спеціальних технологій і матеріалів, його реалізація можлива на існуючих підприємствах приладобудування. На кресленні представлена схематична конструкція запропонованого термоелектричного пристрою. Він складається з р- (1) і n- (2) віток термоелектричної батареї, які розділені гарячими та холодними електротеплокомутуючими елементами 3 і 4, відповідно. Ці елементи з'єднано з холодної сторони гнучкими теплопровідними сифонами 5, а з гарячої сторони жорсткими теплопроводами 6. Сифони 5, 6 з'єднано за допомогою теплових роз'ємів 7. Протилежні кінці сифонів 5 знову через теплові роз'єми 7 під'єднано до елементів 13, 14, 15, які термостатуються. Протилежні кінці жорстких теплопроводів також через теплові роз'єми 7 під'єднано до зовнішньої системи теплоскиду 11. Тепловий контакт роз'ємів 7 з термостатуючими елементами 13, 14, 15 та системою теплоскиду 11 здійснюється за допомогою керамічних теплопереходів 8, 9 та 10. Електричний струм через термоелектричну батарею Пельтьє пропускається за допомогою контактів 12. Гілки 1, 2 термоелектричної батареї виготовлюються з відповідно легованих кристалів -3 -3 телуриду вісмуту, які мають термоелектричну добротність Z=3,2·10 К . Електротеплопереходи 3, 4 виготовлюються з міді, поверхня яких має антидифузійне покриття з нікелю. Як матеріали ізольованих теплокомутуючих роз'ємів 7 використовується кераміка 22ХС. Гнучкі сифони 5 виготовлюються з багатожильного мідного кабелю, який легко вигинається та приймає необхідну геометричну форму у внутрішньому об'ємі апаратури. Зовнішня поверхня сифонів 5 містить теплоізолюючий шар з теплоізолу. Система теплоскиду виконувалася на основі 1 UA 83202 U 5 10 15 20 25 30 водяного охолоджуючого радіатора, який розміщується за межами апаратури. Теплоперехід 9 теж виготовлявся з кераміки 22ХС. Запропонований пристрій працює наступним чином: в нормальному робочому стані та оптимальному робочому діапазоні температур елемент твердотільної електроніки 13 (в нашому випадку інтегральна схема), світлодіодна матриця 14 та оптичний транспондер 15 виділяють деяку потужність Q1, Q2, Q3. Ця сумарна теплова потужність проходить через електроізольовані теплокомутуючі роз'єми 7, теплові сифони 5 та поглинається верхньою гранню термоелектричної батареї, яка складається з гілок 1, 2 та переходів 3, 4, і далі через нижню грань скидається за допомогою жорстких теплопереходів 6 у систему теплоскиду 11. Поперечний переріз гнучких сифонів 6, при цьому, вибирається у відповідності з тепловою потужністю, яка виділяється елементами 13, 14, 15. У випадку підвищення теплової потужності елементів 13, 14, 15 або температури оточуючого середовища, в залежності від їх значень, змінюється за допомогою терморегулятора, величина електричного струму, який протікає через термоелектричну батарею. Це веде до збільшення величини "від'ємного тепла", яке виділяється на верхній гранні батареї, відповідного поглинання та компенсації зміни температури об'єму цих елементів. В свою чергу, "позитивне" тепло нижньої грані термоелектричної батареї скидається у зовнішню систему теплоскиду 11. Випробування експериментальних зразків запропонованого термоелектричного термостатуючого пристрою показали його дієздатність в широких діапазонах температурних та теплових навантажень різноманітних апаратур зв'язку. Його застосування дозволяє значно підвищити надійність роботи вузлів апаратури зв'язку із щільним розташуванням різних елементів опто-, фото-, твердотільної електроніки та волоконної оптики на 4-5 % при зменшенні енергозатрат на 10-12 %. Джерела інформації: 1. Майданский В.М. Устройство для охлаждения термоэлементов радиоэлектронной аппаратуры, выполненное на базе сильноточных термоэлектрических батарей слоистой конструкции, с цельнометаллическими теплопроводами. // Криогенная техника и технология на рубеже второго столетия МИХ. Материалы НТК. Санкт-Петербург. СПбГУНиПт.-2004. - С. 12-14. 2. Коленко Е.А. Термоэлектрические охлаждающие приборы. АН СССР, М-М., 1963, 190 с. 3. Ильярский О.И., Удалов Н.Р. Термоэлектрические элементы. Энергия, М. 1970, 72 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 1. Термоелектричний термостатуючий пристрій для елементів опто-, фото-, твердотільної електроніки та волоконної оптики, що складається з термоелектричної батареї Пельтьє, системи теплоскиду та елемента, що термостатується, який відрізняється тим, що тепловий контакт між гарячою гранню термоелектричної батареї Пельтьє та системою теплоскиду здійснюється за допомогою жорстких теплопроводів, а тепловий контакт між охолоджуючою гранню термоелектричної батареї Пельтьє та елементом, який термостатується, - за допомогою гнучких теплопровідних сифонів. 2. Термоелектричний термостатуючий пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що кількість гнучких теплопровідних сифонів дорівнюється кількості елементів, що термостатується. 2 UA 83202 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3