Экспериментальные исследования термоэлектрического устройства для охлаждения дискретных электрорадиоэлементов
Введение
В работе рассмотрено устройство для охлаждения дискретных электрорадиоэлементов (ДЭРЭ), в котором источником холода являются стандартные термоэлектрические модули (ТЭМ), образующие две секции с основной и дополнительной теплообменной системой. Описан экспериментальный стенд и результаты натурных испытаний прибора. Результаты исследований представлены в виде графиков зависимостей изменения температуры во времени в контрольных точка структуры термоэлектрическое устройство (ТЭУ) - ДЭРЭ для различных значений тока питания ТЭМ и мощности имитатора ДЭРЭ. Определено, что в разработанном ТЭУ могут быть использованы ТЭМ типа TB-199-1,4-1,5 (производитель ООО "Криотерм", г. Санкт-Петербург). Установлено, что при применении данного типа термомодулей температура ДЭРЭ может быть снижена до 272 К при токе питания, близком к оптимальному (5 А), при этом время выхода на режим составляет 90 с. Оценено расхождение экспериментальных и расчетных данных, которое составило не более 10 %.
Список литературы
Шарков А.В., Кораблев В.А., Герасютенко В.В., Заричняк Ю.П. Системы охлаждения и термостатирования. СПб.: НИУ ИТМО, 2021. 89 с.
Архаров И.А., Махотин И.Д. Сравнительный анализ способов охлаждения серверов вычислительных центров и банков данных. Часть 2. Экономическая эффективность систем с жидкостным и воздушным охлаждением // Вестник Международной академии холода. 2022. № 4. С. 21-28.
Гайдин Н.М., Поклонская М.В., Палий А.В. Исследование влияния конструктивных особенностей теплоотвода на эффективность охлаждения процессора // Инженерный вестник Дона. 2021. № 10 (82). С. 77-85.
Кудж С.А., Кондратенко В.С., Кадомкин В.В., Высоканов А.А. Анализ эффективности теплоотвода в тепловыделяющих устройствах при использовании различных интерфейсов // Известия высших учебных заведений. Электроника. 2020. Т. 25, № 4. С. 347-357.
Ssennoga T., Zhu J., Yuying A., Li B. A comprehensive review of thermoelectric technology: Materials, applications, modeling and performance improvement // Renewable and sustainable energy reviews. 2016. Vol. 65. P. 114-121.
Васильев Е.Н. Термоэлектрическое охлаждение теплонагруженных элементов электроники // Микроэлектроника. 2020. Т. 49, № 2. С. 133-141.
Snyder G.J., LeBlanc S., Crane D., [et al.] Distributed and localized cooling with thermoelectrics // Future energy. 2021. Vol. 5. P. 748-751.
Tan H., Fu H., Yu J. Evaluating optimal cooling temperature of a single-stage thermoelectric cooler using thermodynamic second law // Applied Thermal Engineering. 2017. Vol. 123. P. 845-851.
Zhang L., Shi X.-L., Yang Y.-L., Chen Z.-G. Flexible thermoelectric materials and devices: from materials to applications // Materials today. 2021. Vol. 46. P.62-108.
Исмаилов Т.А., Евдулов О.В., Магомадов Р.А.-М. Охлаждающие системы на базе сильноточных термоэлектрических полупроводниковых преобразователей. - СПб.: Политехника, 2020. 285 с.
В настоящее время задача разработки технических средств для охлаждения РЭА и составляющих ее ДЭРЭ с целью обеспечения оптимальных температурных режимов функционирования, является актуальной и практически значимой. Она решается путем использования совместно с РЭА специальных охлаждающих систем, при разработке которых важным является обеспечение их соответствия с ДЭРЭ по массогабаритным и энергетическим характеристикам [1]. Работа такой охлаждающей аппаратуры основывается на конвективном переносе теплоты от РЭА в окружающую среду. В зависимости от состояния и типа теплоносителя, реализующего конвективный перенос теплоты, а также причины его вызвавшей, на сегодняшний день известны естественное и принудительное воздушное, жидкостное, кондуктивное, испарительное охлаждение РЭА, а также ряд технических средств, реализующих специальные методы теплоотвода [2-4].Все из перечисленных средств обеспечения температурных режимов работы РЭА имеют определенные недостатки. Так, воздушное охлаждение несмотря на свою простоту позволяет обеспечить снижение температуры ДЭРЭ только до температуры окружающей среды, жидкостные и испарительные системы громоздки и зависят от действия гравитационных сил, кондуктивные технические средства теплоотвода характеризуются низкой интенсивностью передачи теплоты от объектов воздействия к системе теплосброса. В этих условиях для обеспечения температурных режимов работы ДЭРЭ, входящих в состав РЭА, перспективным является применение охлаждающих ТЭУ [5-9], характеризующихся высокой надежностью работы, малыми габаритными размерами и высокой экологичностью, практически неограниченным ресурсом эксплуатации [10-12] .Целью работы является экспериментальное исследование ТЭУ для охлаждения ДЭРЭ, отличающего повышенной эффективностью отвода теплоты за счет увеличения площади теплообмена между прибором и электрорадиоэлементом.