УСТРОЙСТВО ОХЛАЖДЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)
COOLING DEVICE (VERSIONS)

Изобретение относится к области космической техники и радиотехники, в частности к устройствам, где используются элементы, работающие в режиме повторного выделения тепловой мощности.
Известно устройство охлаждения (охладитель), включающее в себя корпус и крышку из теплопроводного материала с внешним оребрением, герметично соединенные между собой с образованием полости, которая заполнена плавящимся веществом, установочную площадку для приборов, размещенную на основании корпуса с его внешней стороны, пружину, расположенную в корпусе и жестко закрепленную одним витком одного своего конца у основания корпуса, и пластину с вырезами из теплопроводного материала, закрепленную на другом конце пружины и размещенную между крышкой и пружиной с обеспечением их возвратно-поступательного перемещения в направлении, перпендикулярном основанию корпуса, и контакта витков пружины с внутренними поверхностями боковых стенок корпуса. Пружина выполнена из материала с памятью формы, а крышка выполнена с двухсторонним оребрением и теплоизолирована относительно корпуса в месте их соединения, причем ребра внутреннего оребрения крышки расположены в вырезах пластины (а.с. СССР №1704303, МПК5 Н05К 7/20, опубл. 07.01.92. Бюл. №1).
Недостатками этого устройства охлаждения являются:
- малая область применения (для полупроводниковых приборов с небольшой поверхностью охлаждения);
- сложность конструкции и технологии изготовления (наличие дополнительных устройств - пружины, выполненной из материала с памятью формы).
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство, предназначенное для поддержания в допустимых пределах температуры электронного оборудования, размещенного внутри специального кожуха, обладающего высокой теплопроводностью (В.А.Алексеев. "Охлаждение радиоэлектронной аппаратуры с использованием плавящихся веществ", «Энергия», Москва, 1975, стр.72, 73). Электронное оборудование устанавливается на теплопроводящую диэлектрическую плату. Плата прикреплена к основанию, образующему емкость с теплоприемником. Емкость разделена на несколько отсеков, отделенных друг от друга ребрами, и заполнена рабочим веществом. Электронный блок устанавливается с хорошим тепловым контактом основания - охлаждаемой поверхности на массивную охлаждающую конструкцию, которая поглощает аккумулированное плавящимся веществом тепло.
Недостатками этого устройства охлаждения являются:
- большие масса и габариты устройства охлаждения из-за наличия массивной охлаждающей конструкции;
- низкий уровень рассеиваемой тепловой мощности и эффективности охлаждения, т.к. отвод тепла производится через малую контактную поверхность на массивную охлаждающую конструкцию.
Техническая задача, решаемая с помощью предлагаемого устройства охлаждения, заключается в повышении эффективности охлаждения, улучшении массогабаритных характеристик устройства охлаждения и расширении области применения.
Технический результат:
- повышение эффективности охлаждения;
- улучшение массогабаритных характеристик;
- расширение области применения.
Для решения поставленной задачи по первому варианту предлагается устройство охлаждения, содержащее корпус из теплопроводного материала с охлаждаемой поверхностью, образованные в корпусе полость для размещения объекта, отсеки, отделенные друг от друга ребрами и заполненные теплопоглощающим веществом, изменяющим агрегатное состояние при нагреве. В отличие от прототипа отсеки выполнены в виде полых цилиндров, соосно расположенных вдоль продольной оси корпуса. Полость для размещения объекта размещена между внутренними боковыми поверхностями полых цилиндров. Охлаждаемая поверхность расположена вдоль внутренних или наружных боковых поверхностей отсеков. Ребра выполнены расширяющимися в направлении к охлаждаемой поверхности.
Корпус устройства охлаждения может быть выполнен герметичным.
Выполнение отсеков в виде полых цилиндров, расположенных вдоль продольной оси корпуса, обеспечивает максимальный контакт с теплопроводящей поверхностью, что обеспечивает повышение эффективности охлаждения и ведет к улучшению массогабаритных характеристик.
Расположение охлаждаемой поверхности вдоль внутренних боковых поверхностей отсеков позволяет более эффективно отводить тепло от охлаждаемой поверхности при поступлении тепла от объекта, размещенного в полости корпуса, и тем самым обеспечивать оптимальный температурный режим для защищаемых объектов.
Расположение охлаждаемой поверхности вдоль наружных боковых поверхностей отсеков позволяет эффективно поглощать тепло, поступающее снаружи, и тем самым обеспечивать оптимальный температурный режим защищаемых объектов, размещаемых внутри устройства охлаждения.
Выполнение ребер расширяющимися в направлении к охлаждаемой поверхности способствует повышению теплопередачи от охлаждаемой поверхности к теплопоглощающему веществу, что увеличивает эффективность охлаждения.
Выполнение корпуса устройства герметичным обеспечивает использование в устройстве охлаждения широкой номенклатуры теплопоглощающих веществ, в том числе и токсичных, с высокими теплофизическими характеристиками, что в конечном итоге ведет к повышению эффективности охлаждения, а также к расширению области применения устройства охлаждения, в том числе в космических условиях.
Для решения поставленной задачи по второму варианту предлагается устройство охлаждения, содержащее корпус из теплопроводного материала с охлаждаемой поверхностью, образованные в корпусе полость для размещения объекта, по крайней мере, один отсек, заполненный теплопоглощающим веществом, изменяющим агрегатное состояние при нагреве. В отличие от первого варианта отсек выполнен в виде полого цилиндра, расположенного соосно продольной оси корпуса. Охлаждаемая поверхность расположена вдоль наружной боковой поверхности отсека.
Выполнение в устройстве охлаждения отсека в виде полого цилиндра, расположенного соосно продольной оси корпуса, расположение охлаждаемой поверхности вдоль наружной боковой поверхности отсека упрощает конструкцию устройства охлаждения.
Сущность изобретения поясняется чертежами:
- На фиг.1 представлен общий вид устройства охлаждения по первому варианту.
- На фиг.2 представлен общий вид устройства охлаждения при альтернативном выполнении первого варианта устройства охлаждения.
- На фиг.3 представлен общий вид устройства охлаждения по второму варианту.
Устройство охлаждения по первому варианту содержит корпус 1 из теплопроводного материала (в данном примере из меди M1 ГОСТ 859-2001) с охлаждаемой поверхностью 2, образованные в корпусе полость 3 для размещения объекта 4 и отсеки 5. Полость 3 для размещения объекта 4 размещена между внутренними боковыми поверхностями 6 отсеков 5. Отсеки 5 отделены друг от друга ребрами 7 и заполнены теплопоглощающим веществом 8 (в данном примере гидратом окиси бария), изменяющим агрегатное состояние при нагреве. Отсеки 5 выполнены в виде полых цилиндров, соосно расположенных вдоль продольной оси 9 корпуса 1. Охлаждаемая поверхность 2 может быть расположена вдоль внутренних 6 (фиг.1) или наружных 10 (фиг.2) боковых поверхностей отсеков 5. Ребра 7 выполнены расширяющимися в направлении к охлаждаемой поверхности 2.
Работает устройство охлаждения следующим образом. От выделяемого в процессе работы, расположенного внутри устройства охлаждения объекта 4 тепла (фиг.1) или тепла, выделяемого каким-либо устройством, расположенным снаружи устройства охлаждения (фиг.2), нагревается охлаждаемая поверхность 2. Далее от охлаждаемой поверхности 2 через ребра 7 и корпус 1 тепло передается теплопоглощающему веществу 8. За счет изменения агрегатного состояния (фазового перехода) происходит аккумуляция тепла теплопоглощающим веществом 8 и тем самым обеспечивается заданная температура на охлаждающей поверхности 2, а следовательно, и в зоне размещения объекта 4.
Устройство охлаждения по второму варианту (фиг.3) в отличие от устройства охлаждения по первому варианту содержит корпус 1 из теплопроводного материала с охлаждаемой поверхностью 2, расположенный в корпусе 1 отсек 5, заполненный теплопоглощающим веществом 8, изменяющим агрегатное состояние при нагреве. Отсек 8 выполнен в виде полого цилиндра, расположенного соосно продольной оси 9 корпуса 1. Охлаждаемая поверхность 2 расположена вдоль наружной боковой поверхности 10 отсека 5.
Работает данное устройство охлаждения аналогично устройству охлаждения, приведенному на фиг.2.
Использование предлагаемого устройства охлаждения позволяет:
- повысить эффективность охлаждения;
- улучшить массогабаритные характеристики;
- расширить область применения.