Термоелектричне охолодження теплонапружених елементів електроніки та оптоелектроніки
Вантажиться...
Дата
2012
Автори
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
ОНАХТ
Анотація
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.14 - холодильна та кріогенна техніка, системи кондиціювання повітря.
У дисертації представлені результати теоретичних та експериментальних досліджень, спрямованих на вирішення проблеми підвищення ефективності теплонапружених об'єктів електронної техніки та оптоелектроніки.
Розглядаються перспективи підвищення продуктивності процесорів
персональних комп'ютерів (ППК) та покращення робочих характеристик потужних світловипромїнюючих діодів (СВД) при використанні термоелектричного охолодження.
Побудовано загальну модель термоелектричної системи охолодження та розроблені теоретичні основи оптимального узгодження її компонентів, включаючи охолоджуваний об'єкт, ТЕО і теплообмінник в їх тепловій взаємодії.
Показано теоретично і підтверджено експериментально можливість підвищення потужності ППК на 17-25% при температурі всередині системного блоку 45°С. Встановлено, що при температурі 60°С можливе подвоєння потужності ППК. Сформульовані умови та обмеження, при яких зазначені результати можуть бути реалізовані.
Поставлена і вирішена задача про досягнення мінімальної температури СВД при використанні термоелектричного охолодження. Експериментально доведена можливість зниження температури СВД на 30°С у порівнянні з пасивною системою охолодження при використанні однакових теплообмінників.
Створено нову конструкцію ТЕО, в якій ланцюг живлення охолоджувального об’єкту інтегровано в структуру охолоджувача, завдяки чому усунуто зайві теплонатікаиня до холодної підкладки ТЕО.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.14 - холодильная и криогенная техника, системы кондиционирования воздуха. В диссертации представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований, направленных на решение проблемы повышения эффективности теплонапряженных объектов электронной техники и оптоэлектроники. Рассматриваются перспективы повышения производительности процессоров персональных компьютеров (ППК) и улучшение рабочих характеристик мощных светоизлучающих диодов (СИД) при использовании термоэлектрического охлаждения. Построена модель термоэлектрической системы охлаждения и разработаны теоретические основы оптимального согласования ее компонентов, включая охлаждаемый объект, ТЭО и теплообменник в их тепловом взаимодействии. Особенностью разработанного подхода является идентификация термических сопротивлений на границах ТЭО с учетом трехмерного распределения температур в отдельных элементах системы. Разработан алгоритм оптимизации системы, сочетающий решения уравнений баланса теплоты на границах элементов с решением краевых задач для уравнения стационарной теплопроводности. На основе предложенного теоретического подхода разработаны и испытаны экспериментальные образцы термоэлектрических систем для охлаждения ППК компании Intel. Показана теоретически и подтверждена экспериментально возможность повышения мощности ППК на 17-25% при температуре внутри системного блока порядка 45°С. Установлено, что при температуре 60°С возможно удвоение мощности ППК. Сформулированы условия и ограничения, при которых указанные результаты могут быть реализованы. Поставлена и решена задача о достижении минимальной температуры СИД при использовании термоэлектрического охлаждения. Изготовлены и испытаны опытные образцы термоэлектрической системы охлаждения для светодиода W724C0 мощностью 11,8 Вт. Экспериментально доказана возможность понижения температуры СИД на 30°С по сравнению с пассивной системой охлаждения при использовании одинаковых теплообменников. В процессе разработки ТЭО решена важная задача по адаптации его конструкции к условиям охлаждения мощного энергопотребляющего источника теплоты. Для устранения теплопритоков по проводам питания СИД предложена и реализована новая конфигурация ТЭО, в которой цепь питания СИД интегрирована в структуру охладителя. При этом провода питания СИД присоединяются к горячей подложке ТЭО.
Dissertation for degree of technical sciences Ph. D. in specialty 05.05.14 - Refrigeration, vacuum and compressor equipment, air conditioning systems. The thesis presents results of theoretical and experimental studies aimed at solving the problem of improving the efficiency of heat-stressed electronic and optoelectronic components. Prospects to increase the performance characteristics of central processor units (CPU) and light emitting diodes (LED) using thermoelectric cooling are considered. Generalized model of thermoelectric cooling system is proposed and theoretical basis of optimum matching its components including cooled object, TEC and a heat sink in their thermal interaction is developed. 17-25% increase in CPU power at 45°C inside the system unit was theoretically predicted and approved experimentally when using thermoelectrics. It was also shown that at 60°C inside the system unit it is possible to get doubling of CPU power. The problem of achieving the minimum LED junction temperature using thermoelcctrics was formulated and solved. Up to 30°C temperature reduction of the p-n junction temperature was approved experimentally in comparison with passive cooling system with the same heat sink. Improved TEC design is proposed, which allows avoiding additional thermal load through the lead wires of the cooled object.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.14 - холодильная и криогенная техника, системы кондиционирования воздуха. В диссертации представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований, направленных на решение проблемы повышения эффективности теплонапряженных объектов электронной техники и оптоэлектроники. Рассматриваются перспективы повышения производительности процессоров персональных компьютеров (ППК) и улучшение рабочих характеристик мощных светоизлучающих диодов (СИД) при использовании термоэлектрического охлаждения. Построена модель термоэлектрической системы охлаждения и разработаны теоретические основы оптимального согласования ее компонентов, включая охлаждаемый объект, ТЭО и теплообменник в их тепловом взаимодействии. Особенностью разработанного подхода является идентификация термических сопротивлений на границах ТЭО с учетом трехмерного распределения температур в отдельных элементах системы. Разработан алгоритм оптимизации системы, сочетающий решения уравнений баланса теплоты на границах элементов с решением краевых задач для уравнения стационарной теплопроводности. На основе предложенного теоретического подхода разработаны и испытаны экспериментальные образцы термоэлектрических систем для охлаждения ППК компании Intel. Показана теоретически и подтверждена экспериментально возможность повышения мощности ППК на 17-25% при температуре внутри системного блока порядка 45°С. Установлено, что при температуре 60°С возможно удвоение мощности ППК. Сформулированы условия и ограничения, при которых указанные результаты могут быть реализованы. Поставлена и решена задача о достижении минимальной температуры СИД при использовании термоэлектрического охлаждения. Изготовлены и испытаны опытные образцы термоэлектрической системы охлаждения для светодиода W724C0 мощностью 11,8 Вт. Экспериментально доказана возможность понижения температуры СИД на 30°С по сравнению с пассивной системой охлаждения при использовании одинаковых теплообменников. В процессе разработки ТЭО решена важная задача по адаптации его конструкции к условиям охлаждения мощного энергопотребляющего источника теплоты. Для устранения теплопритоков по проводам питания СИД предложена и реализована новая конфигурация ТЭО, в которой цепь питания СИД интегрирована в структуру охладителя. При этом провода питания СИД присоединяются к горячей подложке ТЭО.
Dissertation for degree of technical sciences Ph. D. in specialty 05.05.14 - Refrigeration, vacuum and compressor equipment, air conditioning systems. The thesis presents results of theoretical and experimental studies aimed at solving the problem of improving the efficiency of heat-stressed electronic and optoelectronic components. Prospects to increase the performance characteristics of central processor units (CPU) and light emitting diodes (LED) using thermoelectric cooling are considered. Generalized model of thermoelectric cooling system is proposed and theoretical basis of optimum matching its components including cooled object, TEC and a heat sink in their thermal interaction is developed. 17-25% increase in CPU power at 45°C inside the system unit was theoretically predicted and approved experimentally when using thermoelectrics. It was also shown that at 60°C inside the system unit it is possible to get doubling of CPU power. The problem of achieving the minimum LED junction temperature using thermoelcctrics was formulated and solved. Up to 30°C temperature reduction of the p-n junction temperature was approved experimentally in comparison with passive cooling system with the same heat sink. Improved TEC design is proposed, which allows avoiding additional thermal load through the lead wires of the cooled object.
Опис
Дехтярук, Р. І. Термоелектричне охолодження теплонапружених елементів електроніки та оптоелектроніки [Текст] : автореф. дис. ... канд. техн. наук : спец. 05.05.14 "Холодильна, вакуумна та компресорна техніка, системи кондиціювання" / Дехтярук Роман Іванович ; наук. кер. В. О. Семенюк ; Одес. нац. акад. харч. технологій. - Одеса : ОНАХТ, 2012. - 20 с.
Ключові слова
термоелектричний охолоджувач, світловипромінюючий діод, процесор персонального комп'ютера, математичне моделювання, чисельні методи, експеримент, термоэлектрический охладитель, светоизлучающий диод, процессор персонального компьютера, математическое моделирование, численные методы, эксперимент, thermoelectric cooler, light emitting diode, central processor unit, mathematic modeling, numerical methods, experiment