автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.03, диссертация на тему:Разработка систем термостабилизации компьютерного процессора на основе полупроводниковых термоэлектрических преобразователей

На правах рукописи

Нежведилов Тимур Декартович

РАЗРАБОТКА СИСТЕМ ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИИ КОМПЬЮТЕРНОГО ПРОЦЕССОРА НА ОСНОВЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Специальность: 05,04.03 - Машины и аппараты, процессы холодильной и криогенной техники, систем кондиционирования и

жшнеобес леч ени я

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Махачкала - 2006

Работа выполнена в Дагестанском государственном техническом университете

Научный руководитель—доктор технических наук, профессор Исмаклов Т.Д.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Адамов А.П.

Ведущая организация — ОАО НИИ «Сапфир», Махачкала

Защита диссертации состоится 29 декабря 2006 г. в 10-00 часов на заседании диссертационного совета К212.052.01 Дагестанского государственного технического университета по адресу: 367015, г. Махачкала, пр. И. Шамиля,

кандидат технических наук, профессор Клещу нов Е.И.

70

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета по адресу: г. Махачкала, пр. И. Шамиля, 70

Автореферат разослан «3? » . 200бгода.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Функционирование современных высокоэффективных электронных компонентов, составляющих основу компьютера, сопровождается значительным тепловыделением. Эффективная работа таких компонентов требует адекватных средств охлаждения, обеспечивающих необходимые температурные режимы их работы. В первую очередь это относится к процессору, поскольку тепловыделения процессора настолько высоки, что могут негативно сказаться на его работоспособности.

Существующие в настоящее время устройства для отвода теплоты и термостатирования компьютерного процессора не всегда отвечают указанному требованию.

Актуальность рассматриваемой в работе проблемы связана с необходимостью разработки и всестороннего исследования новых систем для охлаждения и термостатирования процессора и термостабилизации блока компьютера, в том числе с использованием полупроводниковых термоэлектрических преобразователей (ТЭП), позволяющих увеличить эффективность обеспечения теплового режима процессора с учётом его высоких тепловых нагрузок.

В последние годы для охлаждения и термостатирования высокопроизводительных процессоров все более широкое практическое использование находят полупроводниковые кулеры, основанные на применении термоэлектрических модулей (ТЭМ), Постоянно растущие потребности в практическом применении ТЭМ обусловлены рядом их достинств, к числу которых относятся: возможность получения искусственного холода на основе эффекта Пельтье при отсутствии движущихся частей холодильного агента, универсальность, т.е. возможность перевода из режима охлаждения в режим нагревания путем реверса постоянного тока; возможность работы при любой ориентации в пространстве и при отсутствии гравитационных полей; простота устройства, компактность и взаимозаменяемость, возможность применения практически в любой компоновочной схеме; высокая надёжность; практически неограниченный срок службы; простота и широкий диапазон регулирования холодо- и тешюпроиз водитель ности.

За последние пять десятилетий проведён большой объём теоретических и экспериментальных исследований полупроводниковых ТЭП и охлаждающих устройств на их основе. Накопленный опыт по эксплуатации, надёжности, работоспособности в специфических условиях и другим техннко-экономи-ческим показателям подтверждает возможность широкого применения термоэлектрических устройств (ТЭУ) для различных объектов.

Несмотря на большие достижения в области термоэлектрической техники, на сегодняшний день остаётся открытым вопрос о создании систем термоэлектрического охлаждения, позволяющих с максимальной эффективностью организовать отвод тепла от процессора и термостабилиэацию системного блока компьютера.

Цель работы. Целью диссертационной работы является повышение надёжности компьютерного процессора путем обеспечения необходимого тем-

пературного режима era работы за счёт использования новых систем охлаждения, основанных на применении полупроводниковых ТЭП.

Для достижения данной цели в диссертационной работе поставлены и решены следующие задачи:

1. создание новых схем обеспечения необходимого температурного режима компьютерного процессора, реализующих плавный прогрев и охлаждение процессора в режиме включения и выключения компьютера и предусматривающих использование плавящегося рабочего вещества для термостатировани» процессора в установившемся режиме работы;

2. разработка математической модели термоэлектрической системы, реализующей плавный прогрев и охлаждение процессора в режиме включения и выключения компьютера и математической модели системы, основанной на использовании плавящегося! рабочего вещества для тер-мостатирования процессора в установившемся режиме работы;

3. на осног.е проведенных исследований разработка новых конструктивных вариантов ТЭУ для охлаждения н термостабидизации процессора;

4. проведение комплекса экспериментальных исследований с целью подтверждения теоретических данных;

5. внедрение результатов исследований и разработок на предприятиях электронной промышленности, в учебные процессы кафедр, в научно-исследовательскую деятельность лабораторий вузов Республики Дагестан и Российской Федерации.

Методы исследования. .Для решения поставленных задач использованы принципы системного подхода, теория теплопроводности твердых тел, теория фазового перехода веществ, математическая статистика, принципы структурного программирования, теория оптимизации, численные методы решения дифференциальных уравнений и систем дифференциальных уравнений, экспериментальные методы исследования.

Новые научные результаты. При решении задач, поставленных в диссертационной работе, получены следующие новые научные результаты:

1. Разработана система теплоотвода и термостабидизации процессора, основанная на использовании полупроводникового ТЭП, отличающаяся от аналогов возможностью постепенного прогрева н охлаждения процесс-сора в режиме включения и выключения компьютера для устранения тепловых ударов.

2. Разработана система теплоотвода и термостагирования компьютерного процессора с применением плавящегося вещества, отличающаяся тем, что для повышения точности тер мостатнрования между процессором н ТЭМ в ней установлен контейнер с плавящимся веществом.

3. Математические модели систем термостабнлизации процессора в режиме включения и выключения компьютера и с применением плавящегося веществ.!.

Практическая педгез^рсть работы состоит в том, что разработанные системы теплоотвода н термосгатирования компьютерного процессора позволяют

повысить надежность и эффективность работы аппаратуры за счет организации наиболее оптимального температурного режима ее работы.

Реализация .и внедрение результатов работы. Полученные результаты исследований нашли практическое применение при выполнении работ по теме «Исследование электро- и теплофгаическнх гтроцессои в полупроводниковых термоэлектрических системах теплоотвода и создание математических моделей и устройств на их основе» на кафедре «Теоретической и обшей электротехники» Дагестанского государственного технической: университета (ДГТУ).

Основные результаты диссертационной работы внедрены; в практику проектирования и производства ОАО «Эльдаг», а также в учебный процесс Дагестанского государственного технического университета.

Апробация результатов рабрты, Результаты, полученные в ходе работы по диссертации, докладывались и обсуждались на VII] международной конференции «Термоэлектрики и их применения» (Санкт-Петербург, ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН. 2002 г.), на научных сессиях Международной академии информатизации (2002 - 200S гг.), на [I Всероссийской научно-технической конференции «Состояние к перспективы развития термоэлектрического приборостроения» (г. Махачкала, ДГТУ, 2003 г.), на научно-технических семинарах кафедры «Теоретической и обшей электротехники» ЦГТУ с 2000 по 2006г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 8 статей, получено 2 патента Российской Федерации на изобретения.

Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы, включающего 155 наименований, и приложения, содержащего акты внедрения. Основная часть работы изложена на 95 страницах машинописного текста. Работа содержит 50 рисунков и 3 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ '

Во введении дано обоснование актуальности темы диссертационной работы, определены цель н основные задачи исследования.

В первой главе проведён обзор развития термоэлгктрической техники и полупроводниковых ТЭУ, который показал, что на сегодняшний день в этой области накоплен большой теоретический и экспериментальный материал, разработано и внедрено большое количество разнообразных аппаратов, устройств и приборов. Достаточно полно разработаны м«тодики расчета охлаждающих ТЭУ, предложены аналитические, графические и графоаналитические способы расчета, а также численные методы с применением ЭВМ. Проведён анализ режимов работы ТЭУ - минимальной темпер:ггуры холодных спаев, максимальной холодопроизводительности, максимальной энергетической эф--фективкосги, и другие. Исследованы вопросы влияния на работу охлаждающих ТЭУ пульсаций тока, контактных электрических н тепловых сопротивлений, изоляционных прослоек и других факторов. Проведены исследования в области влияния теплообмена на энергетические и другие показатели термоэлектрических охладителей.

В настоящее время одной из областей применения эффективных средств охлаждения и термостабилизации является использование их для термостабилизации процессоров вычислительной техники. Анализ известных способов охлаждения показал, что применение систем обеспечения тепловых режимов процессоров на основе воздушного, водяного и криогенного охлаждения часто является недостаточно эффективным или неприемлемым из-за эксплуатации-онных и массогабаритных ограничений, а также из-за конструктивной сложности таких систем. Наиболее приемлемым решением задачи температурной стабилизации процессора является использование системы охлаждения процессора на основе ТЭМ. В последние годы для охлаждения современных мощных процессоров стали использовать такие средства, как полупроводниковые кулеры Пельтье. Кулер Пельтье — это система охлаждения; в состав которой входят ТЭМ, радиатор и установленный на нём вентилятор. Основание радиатора находится в кондукгивном тепловом контакте с горячими спаями ТЭМ, а вентилятор служит для создания принудительного воздушного потока, направленного на пластины радиатора с целью повышения коэффициента теплоотдачи радиатор-среда. Благодаря своим уникальным тепловым и эксплуатационным свойствам кулеры Пельтье, созданные на основе ТЭМ, позволяют достичь необходимого уровня охлаждения процессора без особых технических трудностей и финансовых затрат. Как кулеры электронных компонентов, данные средства поддержки необходимых температурных режимов их эксплуатации являются чрезвычайно перспективными. Они компактны, удобны, надежны и обладают очень высокой эффективностью работы.

Проведённые автором статистические исследования показали, что проблема обеспечения эффективного отвода тепла от процессора достаточно актуальна. Одна из составляющих этой проблемы - обеспечение необходимого теплового режима процессора в момент включения и выключения компьютера, когда процессор испытывает сильнейшие тепловые перегрузки. Другая составляющая этой проблемы — это обеспечение теплового режима процессора во время работы компьютера. Проведенные в дальнейшем испытания показали, что плавный нагрев и охлаждение процессора однозначно устраняют тепловой удар, а термостатнрОвание снижает температуру процессора при работе компьютера со сложными программами, когда резко повышается загруженность процессора.

С учетом проведенных исследований, сформулирована цель диссертационной работы, которая заключается в повышении надежности процессоров вычислительной техники путем обеспечения необходимого температурного режима их функционирования за счет применения новых систем охлаждения, основанных на использовании ТЭМ в составе систем для охлаждения и тер-мостзгнрования процессора, определены задачи, которые необходимо решить для достижения поставленной цели,

Зо второй главе рассмотрены математические модели системы термо-статирования процессора в режиме включения и выключения компьютера и системы охлаждения системного блока компьютера и термостатнрования процессора при совместном использовании кулера Пельтье и контейнера с плавящимся веществом.

Рассматриваемое устройство представляет собой устройство для постепенного прогрева процессора в режиме включения компьютера и постепенного охлаждения процессора в режиме выключения компьютера. Устройство содержит таймер, включающий систему за определенное время до включения компьютера, устройство управления, времязадающую ЯС-цепь, ТЭМ, установленный на процессоре, цифроаншюговый преобразователь (ЦАП), транзистор, термореле. Постепенный прогрев н охлаждение процессора в режиме включения и выключения компьютера происходит посредством КС-цепи. Во время работы компьютера температурный режим в процессоре регулируется через ЦАП. Отвод тепла от процессора осуществляется посредством ТЭМ.

Таким образом, условия эксплуатации ТЭМ требуют знания времени выхода на стационарный режим или когда требуемую температуру охлажда-мого (нагреваемого) процессора необходимо осуществить в заданный промежуток времени.

Математическая постановка задачи определения температуры в зоне контакта ТЭМ и процессора сводится к задаче определения температуры в зоне контакта термоэлемента, сопряжённого с источником постоянного тепловыделения со. Для случая, когда с источником тепловыделения сопряжён холодный спай, уравнение теплового баланса примет вид:

где Ql) ~ холодопроизводительность одного термоэлемента, вт; г - время, час;

С/7-теплоёмкость полупроводникового вещества, вт часУ кг*°С;

вес полупроводникового вещества одного термоэлемента, кг; а)— коэффициент теплоотдачи, вт/м^'С;

/ — поверхность теплообмена, приходящаяся на один термоэлемент, м~; р — коэффициент, учитывающий «эффективную» массу полупроводникового вещества термоэлемента, участвующую в охлаждении, сумма произведений теплоёмкости на вес охлаждаемого, тела, приходящихся на один термоэлемент,

г - полное электрическое сопротивление холодного спая. Интегрируя выражение (1), получим выражение для понижения температуры холодного спая в зависимости от времени т:

где АТ„ - разность температур на спаях термоэлемента в стационарном состоянии.

Для определения времени, в течение которого разность температур на спаях , термоэлемента достигнет заданного значения ДТ, из (2) нетрудно получить следующее уравнение:

(1)

(2)

АТп Тст

т ~ г„1п---

0 Д Тгт-&Т' w

где

о ¿Cgg + £C|g<

г° = --■ (4)

-+ al +aTf

RZ TJ

Для случая эксплуатации термоэлемента в режиме нагрева (Тх= const) уравнение теплового баланса следующее:

в^т=^+ХОГ'}^+[(?> - 7>К/+/У+¿o\iT (5)

Здесь Q,- тепло производительность одного термоэлемента; У^С ig 1 - сумма произведений теплоёмкости на вес охлаждаемого тела, приходящихся на один термоэлемент; г' - полное элекгрическое сопротивление горячего спая. Решение уравнений (5) приводит к виду выражений (2) и (3). С учётом замедления, вносимого наличием R.C-цепи в составе системы термостатирования процессора, выражение (3) примет вид:

Таким образом, выражение для температуры горячего спая ТЭМ, прогревающего процессор примет вид:

Г, = Г,+ДГЯ

(7)

В режиме выключении компьютера направление теплового потока изменяется. В этом случае:

Г.г-Гг-ДГв^1. (8)

Также были проведены исследования каскадных ТЭП для указанных целей. Применение ТЭП подобного типа требуется для достижения более глубокого уровня охлаждения.

На рис.1 и 2 приведены графики зависимости температуры процессора от времени в режиме включения и выключения компьютера, без применения рассматриваемого устройства и с применением устройства, полученные в результате рагнётов в пакете прикладных программ МаАса{1, Из полученных графиков видно, что применение устройства для термостатирования процессора в режим«: включения и выключения компьютера позволяет замедлить в 3-

s

-4 раза увеличение температуры процессора при вкгючснии компьютера и снижение температуры процессора при выключении компьютера. Указанное обстоятельство является фактором, обеспечивающим применение рассматриваемого устройства в качестве средства для постепенного прогрева процессора в режиме включения компьютера и постепенного охлаждения процессора в режиме выключения компьютера.

60 120 180 240 300 МО Т .с

Рис.1 Зависимость температуры процессора от времени при включении компьютера 1 - без применения устройства 2-е применением устройства

60 120

180

240 300 360 С

Рнс.2 Зависимость температуры продоссора от времени при »мк иочении юмпкютсра .

1 - без применения устройства 2-е применением устройства

Математическая модель системы термостатирования процессора с применением плавящегося вещества построена на основе решения задачи Стефана, которая формулируется как задача о сопряжении температурных полей в соприкасающихся фазах при наличии особого граничного условия на движущейся поверхности раздела. Это условие хара!гтеризуется равенством температур в соприкасающихся фазах и неравенством "епловых потоков слева и справа от границы раздела, связанных с тепловым эффектом фазового превращения.

НИМИ! ту

об2

и т ттгттттт~

Рис.3. Расчетная схема процесса теплообмена

Для изучения процессов теплообмена при фазовых переходах, происходящих в рабочем веществе, используется приближенный интегральный метод, основанный на замене истинных температурных кривых их приближенными аналогами. Расчетная схема процесса теплообмена при плавлении н затвердевании рабочего вещества, соответствующая работе процессора и ТЭМ, приведена на рис.3.

Уравнения теплового баланса при плавлении для оболочки 1 и затвердевании для оболочки 2 имеют вид.*

(^Ь, + (Т„-Г*,) (9)

с.Аг^-аиСГ^-Г.Нс^-Г,) (10)

СЧ)

где с,р,3- соответственно теплоемкость, плотность и толщина метали ческой оболочки I устройства; о^,коэффициенты теплоотдачи соответственно от оболочки к жидкости и от поверхности раздела фаз к жидкости; г-время; к^ -коэффициент теплоотдачи в окружающую среду, Т„л,ТЛ1- среднемассовые температуры металлической оболочки 1 и оболочки 2 устройства; 7] - средняя температура жидкой фазы;тф - температура окружающей среды; qv-количество тепла, рассеиваемого процессором; количество теплоты,

переданного рабочему веществу, ч„,г - количество теплоты, отданного рабочим веществом.

Для жидкой (1) и твердой (2) фаз рабочего вещества:

(12)

ах дх л г

где Ci.Pi.Xi - теплоемкость, плотность и теплопроводность жидкой и твердой фазы рабочего вещества;

Т,=Т, =ГЧ. при X (14)

-Ъ,. (15)

(16)

) ^п

1 ЁБ - &

(17)

При решении указанной системы уравнений был использован приближенный интегральный метод, с помощью которого система уравнений в частных производных была приведена к системе обыкновенных дифференциальных уравнений первого порядка:

kps)a

dTM

dt

■■ Ч № + (с - )+ (Г, - Г*,)

Ч AÍ = - Г,)+«„(Г, . Г,)

ML, ^ = +

л г d Z . ! ~ Г„, ) ( т Ч

(18)

(19)

(20)

(21)

Решение системы уравнений (18), (19), (20), (21) было осуществлено численным методом Рунге-Кутта 4-го порядка в среде МАТНСАО 8.0 (профессиональная версия).

На рис,4 представлена полученная зависимость температуры процессора, одновременно являющаяся и температурой нагреваемой им поверхности Тоб] контейнера с плавящимся веществом, от времени т после включения иссле дуемого устройства. Согласно графику, сразу после включения компьютера температура процессора увеличивается. Далее она плавно стабилизируется.

На рис.5 представлена зависимость температуры поверхности Тоб2 контейнера с плавящимся веществом, находящегося в тепловом контакте с ох-

Тоб] 75 50 21 0

-25

Тоб2,аС 75 50 25

100 ЮО 300 400 500 600 Ш 1)0

Рно4 Зависимость TCMnepaiypu горкчаЛ

стороны контейнера с плашкщ-смсд

«икстдои от ярки г ни {плавящееся

вйщест»о - парафин): (cpSXe-2,М0" Дж^и1-К>Д-0,008м; 1- -26tX>DIlW

г-ч^-гтооовт/м1

-2)

Л г'

100 200 JM 400 500 S00 700 SOO 1'с Рис 5. Завденыост* темгтсратуры холодной стороны кон-геНнерв с плавя щимсв вещее* таон от рргдони (ппавяняееся вешетео-■ парафин); (ср5)л -2, М 0'Дж/(«1 К), И=0,00«и;чг j-2S0<K>bW; I-чч-26000вт/ма; -27000Bt/u'

лаждающим згу поверхность ТЭМ от времени т после включения устройства. Наблюдая за ходом изменения графика, видим, чтэ на начальном этапе температура оболочки, находящейся в тепловом контакте с ТЭМ, падает. Далее Тоб2 постепенно стабилизируется.

Модель ТЭУ термостабилизации системного блока компьютера заключается в расчете условий теплообмена и расчете электрофизических параметров ТЭМ, Здесь имеет место непосредственный тепловей контакт спаев ТЭМ с объемом статирования.

it

В третьей главе описаны результаты экспериментальных исследований, проведённых с целью подтверждения адекватности математических моделей реальным процессам, протекающим в ТЭУ и проверки правильности сделанных на их основе выводов.

Основными задачами экспериментальных исследований являлись;

- оценка точности принятых математических моделей ТЭУ и сравнение основных выходных характеристик исследуемых изделий с теоретическими;

- экспериментальная проверка влияния конструктивных, теплофнзи-ческих и режимных факторов на характеристики полупроводниковых ТЭУ.

Поставленные задачи решались путём исследования опытных конструкций на специально разработанных для этой цели стендах.

Экспериментальные исследования проводились в нормальных лабораторных условиях при температуре 20вС. .Для проведения экспериментальных исследований ТЭУ для термостатирования процессора в режиме включения и выключения компьютера нами был собран стенд, на котором исследовался разработанный и изготовленный в лаборатории опытный образец, представляющий собой систему термостабилизации процессора, установленную в блоке компьютера, которая включает в себя кулер Пельтье (состоящий из ТЭМ (ICE-71), радиатора и вентилятора), выключатель, триггер, RC-цепь, транзистор, термореле.

Для определения основных параметров исследуемого устройства при испытаниях нами замерялись следующие величины: напряжение и ток на ТЭМ; температуры на его спаях, температура процессора, температура радиатора, температура в системном блоке компьютера, время прогрева процессора до рабочей температуры в режиме включения компьютера, время охлаждения процессора до температуры окружающей среды в режиме выключения компьютера.

Температуры на горячей и холодной сторонах ТЭМ, температуры процессора и радиатора измерялись медь-константановымн термопарами, опорные спаи которых находились в сосуде Дьюара с тающим льдом. Выходные сигналы с термопар через многоканальный переключатель поступали в измерительный комплекс. Питание системы термостатирования процессора осуществлялось от регулируемого источника постоянного тока. Ток, проходящий через ТЭМ и напряжение питания на нём контролировались встроенными в блок питания приборами.

На основе полученных данных были построены зависимости температуры процессора от времени в режиме включения и выключения компьютера, а также зависимость перепада температур на сторонах процессора от времени с момента включения и с момента выключения компьютера. Дня сравнения данные зависимости были получены при использовании разработанного ТЭУ и при использовании обычного кулера Пельтье. Сравнение расчетных и экспериментальных данных показало их хорошую сходимость. Максимальная погрешность составила не более 12% на всем диапазоне измерений. Экспе-

рнментальные исследования подтвердили правильность выводов о преимуществе системы термостатирования процессора в режиме включения и выключения компьютера нал системой охлаждения процессора на основе кулера Пельтье. Применение разработанного устройства позволяет значительно увеличить (в 4 раза) время прогрева процессора в режиме включения компьютера и обеспечивает плавное увеличение температуры процессора, а также увеличить (в 3,2 раз) время остывания процессора в режиме выключения компьютера, тем самым обеспечивая плавное снижение температуры процессора. При этом перепад температур на сторонах процессора (сторона корпуса процессора, находящаяся в тепловом контакте с ТЭМ и противоположная сторона) не превышает 2°С, что означает отсутствие возможности термических ударов.

Были проведены экспериментальные исследования системы термостатирования процессора с применением плавящихся веществ. Исследования осуществлялись на экспериментальной модели устройства, представляющего собой систему термостабилнзации процессора, которая включает в себя ТЭМ (ICE-7I), радиатор, вентилятор и контейнер с плавящимся веществом, установленный между ТЭМ и процессором. На корпусе компьютера установлен термоохладитель, в состав которого входят термобатарея (ТЭБ), радиаторы с установленными на них вентиляторами с внутренней и внешней стороны корпуса системного блока. Для исследований был выбран корпус системного блока герметичного типа.

На основе экспериментальных данных построены зависимости температуры процессора от времени при плавлении н затвердевании рабочего вещества, зависимость координаты границы раздела фаз от времени, зависимости температуры в системном блоке компьютера от тока питания охладителя.

По результатам проведённых экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы: разработанное устройство позволяет получить необходимый температурный режим в системном блоке компьютера за небольшой промежуток времени. При использовании ТЭБ, состоящей из двух стандартных модулей типа ICE-71, при токе питания SA время выхода на рабочий режим составит не более 11 минут; экспериментальные данные подтверждают правомочность выбранной математической модели. Отличия расчетных данных от экспериментальных не превышают 12% на всём диапазоне измерений.

В четвёртой главе описаны конструкции устройств „-ля термостабилизации процессора, построенные на основе разработанных систем охлаждения и тер мостатирования,

На рнс. 6 схематически показано устройство для термостатирования процессора в режиме включения и выключения компьютера. Данное устройство содержит таймер 1, устройство управления 2, времязадающую RC-цепь 3, ТЭМ 4, цифроаиалоговый преобразователь (ЦАП) 5, процессор б, транзистор 7, термореле 8.

При включении компьютера таймер 1, переда&г сигнал на устройство управления 2, в качестве которого используется триггер. Триггер передает сиг-

нал "1" на времязадакщую ЯС-цепь 3. Происходил- накопление заряда на конденсатореС. При этом постепенно увеличивается ток через транзистор 7. Соответственно, ТЭМ 4 Постепенно прогревает до рабочей температуры процессор 6. Чергз 1-2 мин. после включения таймера (время, достаточное для установления рабочего температурного режима процессора) включается компьютер, при этом термореле 8 переключает ТЭМ на ЦАП 5, а транзистор 7 закрывается. 'ГЭМ включается на охлаждение процессора. Во время работы компьютера температурный режим процессора регулируется через ЦАП 5. При выключении компьютера ЦАП 5 передает сигнал на устройство управления 2. Начинается обратный процесс. Триггер передает сигнал "О" на КС-цепочку. Конденсатор С разряжается. Транзистор вновь открывается. При этом ТЭМ 4 постепенно охлаждает процессор б до комнатной температуры.

Рис.6 Схем» устро!*™ для .териосч^ромим Ри(;.7 Схем оыождени.. ежггеиного

процессора »режине «кто *ИН1 я «ыгавчент блока н т«р»опатмромни»

коми потере процессор!

На рис.7 схематически показано устройство для термостатирования процессора с применением плавящегося вещества. Устройство установлено в корпусе компьютера 1 герметичного типа. 'ГЭБ 4 установлена на корпусе компьютера 1 На этой ТЭБ с обеих сторон установлены радиаторы. Радиатор 3, установленный на холодных спаях ТЭБ, расположен внутри, корпуса компьютера, а радиатор 5, установленный на горячих спаях — снаружи. На радиаторе 3 установлен вентилятор 2 дня увеличения коэффициента теплопередачи радиатор-среда. " '

Термостатарование процессора 7 обеспечивает система, в состав которой входят контейнер с плавящимся веществом 8, ТЭМ 9, радиатор 10, вентилятор П. Источник питания 7 обеспечивает работу системы охлаждения системного блока и термостатирования процессора. Контейнер с плавящимся веществом представляет собой тонкостенную ёмкость, изготовленную из меди в виде параллелепипеда с гладкой поверхностью, герметичный объем которой заполнен рабочим веществом. В качестве рабочего вещества использовался парафин. '

Устройство позволяет поддерживать допустимый предел рабочих температур процессора а также обеспечить необходимый температурный режим внутри корпуса компьютера.

э заключении сформулированы основные выводы по диссертационной работе в целом.

В приложении к диссертации приведены акты внедрения: результатов работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В процессе решения задач, поставленных в диссертационной работе, получены следующие основные результаты:

1. На основе проведенного обзора способов охла:кдення процессора показано, что для отвода тепла и термостабилизации процессора наиболее приемлемым является термоэлектрический метод охлаждения.

2. Разработана система охлаждения и термостагированш процессора, основанная на использовании ТЭМ для плавного прогрева процессора в режиме включения и плавного охлаждения - в режиме выключения компьютера.

3. Разработана система термостатирования процессора с применением плавящегося рабочего вещества, в которой для эффективного отвода тепла от процессора контейнер с плавящимся веществом установлен между процессором и ТЭМ, а для охлаждения системного блока компьютера использован охладитель на основе ТЭМ.

4. Разработаны математические модели системы термостатирования процессора в режиме включения и выключения компьютера и системы термостатирования процессора с применением плавящегося рабочего вещества и ТЭМ.

5. Выполнены исследования по экспериментальной проверке разработанных математических моделей, установлен;, хороша;! сходимость расчетных и экспериментальных данных.

6. Спроектированы новые конструктивные варианты устройств для теп-лоотвода и термостабилизации процессора.

Т. Результаты диссертационной работы внедрены в производство на предприятии электронной промышленности и в учебный процесс вуза.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Патент РФ №2208830 7 в 05 О 23/22 Терм ©регулирующее устройство для обеспечения минимальных тепловых напряжений в режимах включения и выключения ЭВМ/ Исмаилов Т.Д., Гаджнев Х.М., Нежведилов Т.Д. (РФ) -№2000123386; Заявл. 07.09.2000; Опубл. 20.07.2003, Бюл. №20.

2. Патент РФ №2256946 7 в 05 В 23/22 Термоэлектрическое устройство терморегулирования компьютерного процессора с применением плавящегося вещества/ Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Гаджиева С.М., Нежведилов Т.Д., Гафуров К.А. (РФ) - №2003124399; Заявл. 04.08.2C03; Опубл. 20.07.2005, Вюл. №20.

3. Исмаилов Т,А., Гаджиев Х.М., Нежведилов Т.Д. Устройство температурной стабилизации при включении и выключении ЭВМ // Материалы VIII Межгосударственного семинара. Термоалектрнки и их применение, СПб.: ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН. 2002г. С. 379-381

4. Исмаилов Т.А. Устройство терморегулирования для микропроцессорной техники (статья)/ Гаджиев Х.М., Нежведилов ТДУ/ «Вестник ДГТУ. Тех. науки», Махачкала, 2002, №5 С. 36-38

5. Исмаилов Т.А. Устройство температурной стабилизации для микропроцессорной техники (статья)/ Гаджиев Х.М., Нежведилов Т.Д.// «Вестник ДГТУ. Тех. науки», Махачкала, 2002, Ха5 С. 3S-39

6. Гаджиев Х.М., Нежведилов Т.Д. Расчет параметров термоэлектрического устройства для охлаждения компьютерного процессора // Материалы П Всероссийской научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития термоэлектрического приборостроения», Махачкала, 2003.-С.83-84

7. Гаджиев Х.М., Нежведилов Т.Д. Термоэлектрическое устройство для охлаждения системного блока компьютера // Материалы 11 Всероссийской научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития термоэлектрического приборостроения», Махачкала, 2003.-С,85-86

8. Гаджиев Х.М., Нежведилов Т.Д. Термоэлектрический теплоотвод// Материалы II Всероссийской научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития термоэлектрического приборостроения», Махачкала, 2003 .-С. 108-109

9. Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Нежведилов Т.Д. Применение многокаскадных термоэлектрических модулей для охлаждения процессора компьютера // Изв. Вузов. Приборостроение, СПб.: Изв вузов. 2004. Т.47, №7.С.25-29

10. Гаджиев Х.М., Нежведилов Т.Д. К вопросу обеспечения температурных режимов БИС, используемых в ЭВМ, с использованием плавящегося веществам/Материалы восьмой научной сессии Международной академии информатизации (Сборник трудов). Махачкала, 2002. С39-41

11. Нежведилов Т.Д. Математическая модель системы термостатирования компьютерного процессора с применением плавящегося вещества // Материалы десятой научной сессии Международной академии информатизации (Сборник трудов). Махачкала, 2005. С.80-85

12. Нежведилов Т.Д. Термостабилизация компьютера с применением полупроводниковых термоэлектрических преобразователей // «Полупроводии-никовые термоэлектрические приборы и преобразователи» (Сборник научных трудов). Махачкала, 2005. С.58-64.

Нежведилов Тимур Дскартович

РАЗРАБОТКА СИСТЕМ ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИИ КОМПЬЮТЕРНО! ПРОЦЕССОРА НА ОСНОВЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Сдик»»набор22.11.0й. Подписано к печать23.1 (.06.

Форм" напаипл бОхМ 1/16, Еум»п пхтнгл

Гдонгтура Тайне. Печете рюоерйф. Уел печ. я. I-Уч-ИМ. А 7,5 Тира* 100 эт. Зл«п<]7

Отямши» ■ ИПЦ ДГТУ. 347015, Г.Мптч**»», рр.Имлмй Шичиля.ТО,

Введение.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Краткий обзор развития термоэлектрической техники.

1.2. Способы охлаждения компьютерного процессора.

1.3 Термоэлектрические устройства для охлаждения и термостатирования компьютерного процессора.

1.3.1. Полупроводниковые термоэлектрические устройства. Основные режимы работы.

1.3.2. Применение термоэлектрических устройств для охлаждения компьютерного процессора.

1.3.3 Особенности эксплуатации термоэлектрических устройств для охлаждения процессора.

1.4. Постановка задач исследования.

2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ТЕРМОЭЛЕКТРЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ И ТЕРМОСТАТИРОВАНИЯ КОМПЬТЕРНОГО ПРОЦЕССОРА.

2.1. Математическая модель полупроводникового термоэлектричес кого устройства для термостатирования компьютерного процессора в режиме включения и выключения компьютера.

2.2. Математическая модель полупроводникового термоэлекрическо-го устройства для термостатирования компьютерного процессора с применением плавящегося вещества.

2.3 Математческая модель устройства для охлаждения компьютерного процессора с применением каскадных ТЭМ.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНОГО ПРОЦЕССОРА.

3.1. Описание стендов и методики проведения экспериментальных и лабораторных испытаний.

3.2. Результаты экспериментальных исследований полупроводникового термоэлектрического устройства для термостатирования компьютерного процессора в режиме включения и выключения компьютера.

3.3. Результаты экспериментальных исследований полупроводникового термоэлектрического устройства для термостатирования компьютерного процессора с применением плавящегося вещества. Л

3.4. Оценка погрешности измерений.

4. РАЗРАБОТКА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНОГО ПРОЦЕССОРА.

4.1. Полупроводниковое термоэлектрическое устройство для термостатирования компьютерного процессора в режиме включения и выключения компьютера.

4.2. Полупроводниковое термоэлектрическое устройство для термостатирования компьютерного процессора с применением плавящегося вещества.

4.3. Устройство для охлаждения компьютерного процессора с применением каскадного ТЭМ.

4.4. Термоэлектрический теплоотвод для охлаждения компьютерного процессора.,.

4.5. Полупроводниковое термоэлектрическое устройство для охлаждения компьютерного процессора с применением тепловой тру* бы.

Развитие научно-технического прогресса определяет уровень жизни людей в современном обществе. Совершенствование аппаратуры во многих областях техники связано с применением наиболее перспективного из известных методов - твердотельной технологии. Применение этого метода позволяет увеличить удельную плотность упаковки элемен-6 2 тов до 10 на 1 см . В связи с этим особую роль приобретает проблема использования качественно новых способов и методов терморегулирования и термостабилизации процессов в схемах с большой степенью интеграции элементов микропроцессорной техники, а также микроминиатюрных устройств с высокими удельными тепловыми потоками.

В данное время формирование необходимого температурного режима работы компонентов микропроцессорной техники осушествляется рядом мероприятий, к числу которых относятся системы воздушного охлаждения, работающие на продув воздуха через тепловыделяющие элементы посредством вентилятора.

В настоящее время определяющее значение в развитии науки и техники имеет развитие вычислительных систем. Совершенствование процессора, одного из основных функциональных компонентов компьютера, позволит увеличить объем обрабатываемой информации. Это напрямую связано с использованием новых методов терморегулирования и термостабилизации температурного режима компьютера. Использование систем, работающих на продув воздуха посредством вентилятора, имеет ряд недостатков:

- низкая точность термостатирования;

-неспособность обеспечить температуру ниже комнатной;

-неспособность обеспечить необходимый уровень пылезащиты;

-неспособность обеспечить изоляцию от температурных воздействий внешней среды.

Решение данной проблемы возможно при использовании полупроводниковых термоэлектрических устройств (ТЭУ), в принципе работы которых заложен эффект Пельтье — термоэлектрических модулей (ТЭМ).

Целесообразность применения термоэлектрических преобразователей (ТЭП) обусловлена рядом их преимуществ. К числу этих преимуществ следует отнести:

- возможность получения искусственного холода на основе использования эффекта Пельтье при отсутствии движущихся частей холодильного агента;

- универсальность, т.е. возможность перевода ТЭУ из режима охлаждения в режим нагревания путем реверса постоянного тока;

- сочетание в едином устройстве таких традиционно раздельных элементов, как источник холода или тепла и теплообменный аппарат;

- возможность работы при любой ориентации в пространстве и при отсутствии гравитационных сил;

- простота устройства, компактность и взаимозаменяемость, возможность применения практически любой компоновочной схемы;

- высокая надежность;

- практически неограниченный срок службы;

- возможность форсировки по холодо- и теплопроизводительности;

- простота и широкий диапазон регулирования холодо- и теплопроизводительности.

Использование ТЭП следует признать весьма перспективным в качестве термоэлектрических интенсификаторов теплопередачи, которые, как показывает опыт использования, могут обеспечить интенсивный процесс переноса теплоты от нагреваемого объекта в окружающую среду по сравнению с другими традиционными способами.

За последние пять десятилетий проведен достаточно большой объем теоретических и экспериментальных исследований полупроводниковых ТЭУ. Накопленный опыт по эксплуатации, надежности, работоспособности в специфических условиях и др. технико-экономическим показателям подтверждает возможность широкого применения ТЭУ.

Целью диссертационной работы является исследование и разработка на основе ТЭУ новых приборов для охлаждения и термостатирования процессора компьютера, а также проведение комплекса теоретических и экспериментальных исследований, направленных на создание математических моделей создаваемых устройств и методик расчета.

Основными задачами диссертационной работы являются:

1. Разработка новых схем обеспечения требуемого температурного режима компьютерного процессора.

2. Разработка математических моделей ТЭУ для охлаждения и термостатирования компьютерного процессора.

3. На основе проведенных исследований разработка новых конструктивных вариантов охлаждающих ТЭУ.

4. Проведение комплекса экспериментальных исследований с целью подтверждения теоретических данных.

5. Практическая реализация результатов работы.

Результаты теоретических исследований подтверждены серией экспериментов, проведенных для ТЭУ на специально созданном стенде, и разработанными методиками проведения испытаний. Проведенные исследования позволяют правильно оценить возможности ТЭУ, проводить целенаправленный и обоснованный их выбор для различных условий эксплуатации и сравнительный анализ с другими способами отвода теплоты и термостатирования.

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили разработать практические рекомендации по использованию ТЭУ при различных условиях эксплуатации с учетом тепловых нагрузок компьютерного процессора.

Полученные результаты исследований нашли практическое применение на предприятиях электронной промышленности, внедрены в учебный процесс.

Диссертация подводит итог комплексу исследований, выполненных автором за последние 6 лет в Дагестанском государственном техническом университете.

Выводы по 3 главе: разработанная система термостатирования процессора в режиме включения и выключения компьютера позволяет вывести процессор на необходимый температурный режим за достаточно небольшой промежуток времени; указанная система имеет преимущества перед обычными системами охлаждения процессора по температурным показателям в режиме включения и выключения компьютера, согласно проведенным экспериментальным исследованиям в режиме включения и выключения компьютера температура процессора изменяется медленнее в 3 - 4 раза, благодаря чему обеспечивается более плавный переход процессора в рабочий режим и выход из рабочего режима, при этом отсутствуют термические удары; экспериментальные исследования подтверждают правильность разработанной математической модели системы термостатирования процессора в режиме включения и выключения компьютера, отклонение расчётных данных от экспериментальных составляет не более 12 %. разработанное устройство для охлаждения процессора с применением плавящегося вещества позволяет обеспечить термостатирование процессора, и при этом позволяет получить необходимый температурный режим в системном блоке компьютера за небольшой промежуток времени. При использовании ТЭБ, состоящей из стандартных модулей типа ICE-71, при токе питания 5 А время выхода на рабочий режим составит не более 11 минут. экспериментальные данные подтверждают правомочность выбранной математической модели устройства для охлаждения процессора с применением плавящегося вещества. Отличие расчётных данных от экспериментальных не превышает 12% на всём диапазоне измерений.

4. РАЗРАБОТКА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ И ТЕРМОСТАТИРОВАНИЯ КОМПЬЮТЕРНОГО ПРОЦЕССОРА 4.1 Полупроводниковое термоэлектрическое устройство для термостатирования компьютерного процессора в режиме включения и выключения компьютера

Работа современных высокопроизводительных электронных компонентов, составляющих основу компьютеров, сопровождается значительным тепловыделением, особенно при эксплуатации их в форсированных режимах разгона. Эффективная работа таких компонентов требует адекватных средств охлаждения, обеспечивающих необходимые температурные режимы их работы. Как правило, такими средствами поддержки оптимальных температурных режимов являются кулеры, основой которых являются традиционные радиаторы и вентиляторы. Надежность и производительность таких средств непрерывно повышаются за счет совершенствования их конструкции, использования новейших технологий и применения в их составе разнообразных датчиков и средств контроля. Это позволяет интегрировать подобные средства в состав компьютерных систем, обеспечивая диагностику и управление их работой с целью достижения наибольшей эффективности при обеспечении оптимальных температурных режимов эксплуатации компьютерных элементов, что повышает надежность и удлиняет сроки их безаварийной работы. Недостатками охлаждающих устройств такого типа являются: низкая точность термостатирования; неспособность влиять на температурный режим компьютера при его включении и выключении; невозможность обеспечения необходимого уровня пылезащиты.

Решение данной проблемы возможно при использовании полупроводниковых термоэлектрических устройств на основе элементов, в принципе работы которых заложен эффект Пельте.

В лаборатории термоэлектричества Дагестанского государственного технического университета разработано устройство [66, 68, 112] для термостатирования процессора в режиме включения и выключения компьютера. На рис.4.1.1 представлена принципиальная схема устройства, а на рис.4.1.2 -внешний вид устройства. Данное устройство содержит таймер 1, включающий термомодуль за определенное время до включения компьютера, устройство управления 2, времязадающую RC-цепь 3, термомодуль 4, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 5, процессор 6, транзистор 7, термореле 8.

Принцип работы устройства заключается в следующем. При включении компьютера включаем таймер 1, который подает сигнал на устройство управления 2, в качестве которого используется триггер. Триггер передает сигнал "1" на времязадающую RC-цепь 3. Происходит накопление заряда на конденсаторе С. При этом постепенно увеличивается ток через транзистор 7. Соответственно, термомодуль 4 постепенно прогревается и нагревает до рабочей температуры процессор 6. При достижении рабочей температуры термореле 8 переключает термомодуль на ЦАП 5, при этом транзистор 7 закрывается. Через 1-2 мин. после включения таймера (время, достаточное для установления требуемого температурного режима работы процессора) включается компьютер. Во время работы компьютера температурный режим в процессоре регулируется через ЦАП 5. Отвод тепла от процессора осуществляется посредством термомодуля. При выключении компьютера ЦАП 5 передает сигнал на устройство управления 2. Начинается обратный процесс. Триггер передает сигнал "О" на RC-цепочку. Конденсатор С разряжается. Транзистор вновь открывается. При этом термомодуль 4 постепенно охлаждает процессор 6 до комнатной температуры.

Применение описанного устройства позволяет значительно снизить термическое напряжение, возникающее в процессоре в режиме включения и выключения компьютера, что позволяет увеличить надежность и долговечность его работы.

4.1.1 Схема устройства для термостатирования процессора в режиме включения и выключения компьютера t

Рис.4.1.2 Внешний вид устройства для термостатирования процессора в режиме включения и выключения компьютера

Разработанная система охлаждения и термостатирования на основе термомодулей имеет перспективу применения не только для процессора, но и для других компонентов компьютера, имеющих значительные тепловыделения. На представленное устройство автором получен Патент РФ на изобретение [112].

4.2 Полупроводниковое термоэлектрическое устройство для термостатирования компьютерного процессора с применением плавящегося вещества

В связи с развитием вычислительной техники особую роль приобретает проблема использования качественно новых способов и методов терморегулирования и термостабилизации процессов в схемах с большой степенью интеграции элементов микропроцессорной техники, а также микроминиатюрных устройств с высокими удельными тепловыми потоками.

В настоящее время формирование требуемого температурного режима работы компонентов микропроцессорной техники осуществляется рядом мероприятий, к числу которых относятся системы воздушного охлаждения, работающие на продув воздуха через тепловыделяющие элементы посредством вентилятора. Использование систем, работающих на продув воздуха посредством вентилятора, имеет ряд недостатков: низкая точность термостатирования; неспособность обеспечить температуру ниже комнатной; неспособность обеспечить необходимый уровень пылезащиты; инерционность процесса охлаждения; неспособность обеспечить изоляцию от температурных воздействий внешней среды.

Для устранения отрицательного влияния указанных особенностей на температурный режим внутри корпуса компьютера нами предложено устройство для охлаждения системного блока компьютера и термостатирования процессора [96]. Для охлаждения системного блока компьютера можно использовать термомодуль. На рис.4.2.1 представлена принципиальная схема охлаждения системного блока и термостатирования процессора компьютера. Термомодуль 4 установлен на корпусе компьютера 1. На этом термомодуле с обеих сторон установлены радиаторы. Радиатор 3, установленный на холодных спаях термомодуля, расположен внутри корпуса компьютера, а радиатор 5, установленный на горячих спаях термомодуля

2.1 Схема охлаждения системного блока и термостатирования процессора

Рис.4.2.2 Внешний вид системы термостатирования процессора с применением плавящегося вещества снаружи. На радиаторе 3 установлен вентилятор 2 для увеличения коэффициента теплопередачи радиатор-среда.

Термостатирование процессора 7 обеспечивает система, в состав которой последовательно входят контейнер с плавящимся веществом 8, термомодуль 9, радиатор 10, вентилятор 11. Источник питания 7 обеспечивает работу системы охлаждения системного блока и термостатирования процессора компьютера. На рис.4.2.2 представлен внешний вид системы термостатирования процессора с применением плавящегося вещества.

Контейнер с плавящимся веществом [16] представляет собой тонкостенную металлическую ёмкость в виде параллелепипеда с гладкой поверхностью, герметичный объём которой заполнен рабочим веществом. В качестве материала для изготовления контейнера можно использовать медь или аллюминий, имеющие высокий коэффициент теплопроводности.

Контейнер с рабочим веществом установлен таким образом, что обеспечивает хороший тепловой контакт с одной стороны с процессором, а с другой - с холодными спаями термомодуля. В качестве плавящегося вещества в составе контейнера могут быть использованы некоторые металлы и их сплавы, некоторые кристаллогидраты.

Органические вещества, такие как парафин, лауриновая, пальмитиновая, элаидиновая кислоты, обладающие лучшими технологическими и эксплуатационными свойствами по сравнению с другими плавящимися веществами, особенно перспективны с применением конструкционных наполнителей, увеличивающих их эффективную теплопроводность. Высокая теплопроводность плавящегося вещества является обязательным условием, поскольку от этого зависит эффективность охлаждения и точность термостатирования процессора. Перегрев или переохлаждение могут вызвать стойкое зависание работы процессора, что означает сбой в работе компьютера.

Во время работы компьютера контейнер с плавящимся веществом с одной стороны нагревается процессором, а с другой - охлаждается термомодулем. Соответственно, рабочее вещество в контейнере с одной стороны поглощает тепло, выделяемое процессором, а с другой стороны -передаёт тепло на холодные спаи термомодуля. В контейнере образуется граница раздела фаз вещества, за счет скрытой теплоты плавления которого происходит поглощение тепловыделений процессора. Далее термомодуль передает отведённое тепло радиатору. А от радиатора тепло переходит в воздушную среду в системном блоке компьютера. Для увеличения коэффициента теплопередачи радиатор-среда [80] на радиаторе установлен вентилятор, создающий интенсивный воздушный поток, направленный на пластины радиатора.

Температура процессора зависит от объема обрабатываемой им информации [120]. Чем больше количество информации обрабатывается процессором в единицу времени, тем выше температура процессора. Высокая теплопроводность плавящегося вещества позволяет осуществлять поглощение излишних тепловыделений процессора. В зависимости от температуры процессора граница раздела фаз вещества в контейнере смещается в сторону процессора или термомодуля. Таким образом, происходит тер-мостатирование процессора, обеспечивающее стабильный температурный режим его работы в условиях высоких тепловых нагрузок, которые могут в нём возникать.

Тепло, которое отводится от процессора, поступает в воздушное пространство внутри системного блока компьютера и может вызвать там значительный рост температуры. Повышенная температура в системном блоке недопустима, поскольку может вызвать сбои в работе других компонентов компьютера. Для решения этой проблемы на корпусе компьютера установлена описанная выше система охлаждения, которая даёт возможность эффективно отвести лишнее тепло и установить необходимую температуру внутри корпуса компьютера.

Испытания, проведённые в лаборатории термоэлектричества Дагестанского государственного технического университета, показали, что применение представленного устройства для охлаждения системного блока и термостатирования компьютерного процессора позволяет получить необходимый температурный режим внутри корпуса компьютера, а также позволяет поддерживать допустимый предел рабочих температур процессора независимо от мощности возникающих в нём тепловых нагрузок, благодаря чему обеспечивается надёжная и эффективная работа компьютера в различных режимах эксплуатации.

На представленное устройство автором получен Патент РФ на изобретение [113].

4.3 Устройство для охлаждения компьютерного процессора с применением каскадного ТЭМ

Работа современных высокопроизводительных электронных компонентов, составляющих основу компьютеров, сопровождается значительным тепловыделением, особенно при эксплуатации их в форсированных режимах. Эффективная работа таких компонентов требует адекватных средств охлаждения, обеспечивающих необходимые температурные режимы fr их работы. Как правило, такими средствами поддержки оптимальных температурных режимов являются кулеры, основой которых являются традиционные радиаторы и вентиляторы.

В настоящее время для охлаждения и термостатирования высокопроизводительных процессоров широкое применение нашли кулеры Пельтье, основанные на применении ТЭМ. Кулер Пельтье состоит из ТЭМ, радиатора и вентилятора. ТЭМ горячими спаями сопряжён с основанием радиатора. А над пластинами радиатора для увеличения коэффициента теплоотдачи радиатор-среда путём продува воздуха установлен вентилятор. I Кулер устанавливается на процессоре таким образом, что холодные спаи

ТЭМ и процессор находятся в кондуктивном тепловом контакте.

Для обеспечения эффективного охлаждения мощных процессоров, требующих адекватные средства охлаждения, разработано устройство для охлаждения процессора с применением многокаскадного ТЭМ. На рис.4.3.1 представлена конструкция устройства для охлаждения процессора с применением многокаскадного ТЭМ: 1 — корпус компьютера; 2 - процессор; 3 - многокаскадный ТЭМ; 4 - радиатор; 5 - вентилятор; 6 - источник питания.

В данном устройстве используется свойство нагретых тел отводить

часть теплоты за счет инфракрасного излучения. Известно, что радиатор обеспечивает отвод тепла от горячих спаев термоэлектрического модуля

Рис.4.3.1 Конструкция устройства для охлаждения процессора с применением многокаскадного ТЭМ в основном за счёт конвекции воздуха и в меньшей степени посредством инфракрасного излучения. Чем больше перепад температур, который обеспечивает ТЭМ, тем больше доля инфракрасного излучения в количестве теплоты, отводимого от нагретого радиатора. Применение многокаскадного ТЭМ позволяет существенно увеличить долю инфракрасного излучения в общем потоке отводимого тепла.

Таким образом, применение многокаскадного ТЭМ в рассмотренном устройстве позволяет увеличить перепад температур между процессором и радиатором, обеспечивая более глубокое охлаждение процессора, при этом значительно возрастает доля инфракрасного излучения в общем потоке отводимого тепла.

4.4 Термоэлектрический теплоотвод для охлаждения компьютерного процессора

В различных устройствах применяется схожий принцип функционирования, в конечной фазе которого теплоотдача осуществляется через радиатор.

Известен металлический радиатор (теплоотвод) [9, 15], содержащий основание и исходящие из него чередующиеся металлические стержни. В процессе теплопереноса тепло, неравномерно распределяясь по объёму конструкции (в частности из-за теплопроводности материала теплоотвода), не позволяет добиться достаточно эффективной теплоотдачи в окружающую среду.

Применение термомодулей в качестве исходного материала, из которого создаётся теплоотвод [36] охлаждения, даёт возможность решить данную проблему и существенно повысить эффективность работы охлаждающих устройств.

Цель разработки термоэлектрического теплоотвода — улучшение процесса охлаждения и отвода тепла. Это достигается тем, что в термоэлектрическом теплоотводе, выполненном из термомодулей основание теплоотвода представляет собой базовый термомодуль, стержни теплоотвода игольчатого типа расположены на основании в шахматном или коридорном порядке, каждый стержень состоит из оптимального числа (2 или 3) расположенных каскадно друг над другом дополнительных термомодулей [27], имеющих площадь на много меньшую, чем базовый термомодуль. На рис. 4.4.1 представлена конструкция термоэлектрического теплоотвода.

На рис.4.4.2 представлена конструкция устройства для охлаждения процессора с применением термоэлектрического теплоотвода: 1 ~ корпус компьютера; 2 - процессор; 3 - основание теплоотвода; 4 - стержни теплоотвода; 5 - вентилятор; 6 - источник питания. Термоэлектрический теплоотвод представляет собой набор чередующихся термомодулей, образующих основание 3 и стержни 4. Между термомодулями, образующими стержни теплоотвода, проложена электроизоляционная пластинка. Холодные спаи термомодулей, образующих основание теплоотвода (базовый термомодуль), находятся в соприкосновении с объектом теплоотдачи, а горячие спаи в месте расположения каждого стержня находятся под холодными спаями нижнего темомодуля каждого стержня. Холодные спаи верхнего термомодуля каждого стержня расположены над горячими спаями нижнего термомодуля каждого стержня. Горячие спаи верхних термомодулей каждого стержня выдвинуты на некоторое расстояние вперёд от объекта теплоотдачи (процессора). Тем самым на кончиках спаев, за счёт каскадного теплопереноса, образуется сильно нагретая зона, что обеспечивает высокую интенсивность излучения, так как при повышении температуры увеличение излучения возрастает в четвертой степени. Кроме того, повышается эффективность кондукции и конвекции в окружающую среду, за счёт увеличения перепада температур между средой и тепло-отводом. Для повышения коэффициента теплоотдачи в окружающую среду над теплоотводом установлен вентилятор, обеспечивающий продув воздуха через теплоотвод.

Использование данной конструкции позволяет повысить интенсивность теплопередачи, а также тем самым и эффективность работы систем охлаждения. Возможность повышения интенсивности теплопередачи путём использования излучения, кондукции и конвекции при высоких температурах имеет перспективу применения для дискретных источников тепловыделения, типа мощных полупроводниковых компонентов (триггеров, диодов, транзисторов и т.д.).

Рис.4.4.1 Конструкция термоэлектрического теплоотвода

Рис.4.4.2 Конструкция устройства для охлаждения процессора с применением термоэлектрического теплоотвода

4.5 Полупроводниковое термоэлектрическое устройство для охлаждения компьютерного процессора с применением тепловой трубы.

Функционирование современных высокоэффективных электронных компонентов, составляющих основу компьютеров, характеризуется значительным тепловыделением сопровождающим их в процессе работы. Эффективное функционирование таких компонентов требует применения более производительных средств охлаждения, обеспечивающих необходимые температурные режимы их работы. Важнейшим компонентом компьютера, для которого обеспечение допустимого предела рабочих температур особенно важно, является процессор.

В настоящее время для охлаждения и термостатирования высокопроизводительных процессоров широкое применение нашли кулеры Пельтье, основанные на применении термомодулей. Кулер Пельтье состоит из термомодуля, радиатора и вентилятора. Термомодуль горячими спаями сопряжён с основанием радиатора. А над пластинами радиатора для увеличения коэффициента теплоотдачи радиатор-среда путём продува воздуха установлен вентилятор. Кулер Пельтье устанавливается на процессоре таким образом, что холодные спаи термомодуля и процессор находятся в кондуктивном тепловом контакте.

Кулер Пельтье имеет много преимуществ: компактность, надежность, долговечность, высокая производительность, эффективность отвода тепла от процессора. Благодаря выдающимся тепловым и эксплуатационным свойствам устройства, созданные на основе термоэлектрических модулей - модулей Пельтье, позволяют достичь необходимого уровня охлаждения процессора без особых технических затруднений и финансовых затрат.

Недостатком применения кулера Пельтье для охлаждения процессора является то, что в нём для отвода тепла от горячих спаев термомодуля применяется радиатор. Из-за недостаточной теплопроводности материала радиатора тепло в нём распределяется неравномерно. Основание радиатора нагревается сильнее, чем пластины. Практика показывает, что радиатор не всегда достаточно эффективен, из-за чего возникает перегрев процессора и, как следствие, стойкое зависание компьютера.

Повышение эффективности системы охлаждения компьютерного процессора возможно при совместном использовании термомодулей и тепловой трубы [97].

Разработанная конструкция представляет собой простое и надёжное устройство для обеспечения требуемого температурного режима работы компьютерного процессора (рис.4.5.1).

Данное устройство содержит термомодуль 2, предназначенный для охлаждения процессора 1, тепловую трубу 3, установленную на термомодуле, вентилятор 4 для повышения коэффициента теплоотдачи между зоной конденсации в тепловой трубы и окружающей средой, блок питания 5.

Во время работы компьютера процессор 1 охлаждается термомодулем 2. Отводимое от процессора тепло посредством термомодуля передаётся в тепловую трубу 3. Тепловая труба обеспечивает эффективное поглощение и отвод тепла в среду. Вентилятор 4, установленный над зоной конденсации в тепловой трубе, служит для повышения коэффициента теплоотдачи между зоной конденсации и окружающей средой.

В рассматриваемом устройстве для поддержания требуемого температурного режима процессора применяется термомодуль и тепловая труба, представляющая собой полый параллелепипед, к которому припаяны медные цилиндры, заглушённые с одного конца и открытые в месте контакта с параллелепипедом. Нижняя грань параллелепипеда приведена в тепловой контакт с горячими спаями термомодуля. Теплоноситель, поглощая тепло с термомодуля, испаряется и поступает в полые медные цилиндры, где конденсируется, отдаёт избыточное тепло в окружающую среду и поступает в объём параллелепипеда. Тепловая труба такой формы обеспечивает эффективный отвод тепла от термомодуля в среду. В случае, когда

Рис.4.5.1 Принципиальная схема устройства для охлаждения процессора применением тепловой трубы f I

Рис.4.5.2 Тепловая труба в виде игольчатого радиатора зона конденсации ниже зоны кипения, внутренняя поверхность медных цилиндров выкладывается металло-волокнистой капиллярной структурой.

На рис.4.5.2 представлен внешний вид тепловой трубы в виде игольчатого радиатора. Высокая теплопроводность тепловой трубы обеспечивает эффективный отвод тепла от горячих спаев термомодуля, а следовательно, от процессора, и тем самым позволяет системе охлаждения более эффективно реагировать на возникновение тепловых нагрузок в процессоре.

Дополнительным преимуществом представленной выше системы охлаждения на основе термомодуля и тепловой трубы является то, что она обладает свойствами термостатирования. При увеличении загруженности процессора возникающее тепло благодаря свойствам тепловой трубы может быть эффективно отведено в среду.

Применение разработанного устройства позволяет обеспечить необходимый уровень охлаждения компьютерного процессора. При этом уменьшаются габариты системы охлаждения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Решена важная научно-прикладная проблема отвода тепла и термостатирования компьютерного процессора путём применения полупроводниковых термоэлектрических преобразователей.

Разработаны различные тепловые схемы полупроводниковых ТЭУ для охлаждения и термостатирования процессора, позволяющие получить конкретные рекомендации по их использованию для различных условий эксплуатации компьютера.

Созданы математические модели полупроводниковых ТЭУ для терморегулирования и термостатирования компьютерного процессора, позволяющие произвести их расчет для различных режимов эксплуатации процессора.

Разработанные методики являются эффективным инструментом, позволяющим разработчикам проводить целенаправленный выбор ТЭУ в зависимости от предъявляемых требований.

Использование ТЭУ для охлаждения и термостатирования процессора значительно улучшает температурные характеристики процессора во время его работы в различных режимах, что позволяет значительно увеличить надежность и долговечность процессора. Экспериментальные исследования термоэлектрических полупроводниковых устройств для охлаждения и термостатирования процессора подтвердили правомочность разработанных математических моделей.

Разработанные методики и рекомендаций по использованию ТЭУ внедрены в электронную промышленность и нашли практическое применение.

Совокупность результатов проведённых исследований позволяет использовать их в качестве научной основы в дальнейшем при разработке и создании ТЭУ для охлаждения и термостатирования процессора.

142

1. А.с. 240064 (СССР) Теплоотвод. /Воронин А.Н., Зорин И.В./ Б.И. №12, 1969.

2. А.с. 721870 (СССР) Радиатор. /Сеферовский В.Н./ Б. И. №10, 1980.

3. А.с. 752836 (СССР) Радиатор. /Федотов А.И., Рейфе Е.Д., Денисенков А.И. и др./ Б. И. №28, 1980.

4. А.с. 1148063 (СССР) Охлаждающее устройство. /Троицкий Б.М., Зелепукин В.П., Тюриков Д.С., Глазков Е.С. и Горина JI.B./ Б.И.№12, 1985.

5. А.с. 1174687 (СССР) Термоэлектрический охладитель. /Абдинов Д.Ш., Абдуллаев Н.И., Аскеров Г.М., Бабаев Р.А., Салаев Э.Б./ Б.И. №11,1985.

6. А.с. 1367731 Устройство для стабилизации температуры нескольких объектов на различных температурных уровнях /Наер В.А., Хирич А.Я., Белозорова Л.А., Котюков Ю.Д./ Б.И. №22, 1985.

7. А.с. 1670817 (СССР) Радиатор для охлаждения электрорадио- элементов. /Шульга Г.Ф./ б.и.№ 30,1991 .

8. А.с. 1725424 (СССР) Термоэлектрическое полупроводниковое устройство для термостабилизации элементов радиоэлектронной аппаратуры. / Исмаилов Т.А., Набиулин А.Н. и др./ Б.И.№13,1992.

9. А.с. 1786697 (СССР) Охладитель для мощных полупроводниковых приборов. /Наконечный В.Ф. / Б.И. № 1, 1993 .

10. А.с. (СССР) Термокомпенсирующее устройство и его варианты /Кален-тьев В.И., Ермолаев В.М., Петошин А.В./ Б.И. №24, 1993.

11. А.С. 1824681 (СССР) Термоэлектрический интенсификатор теплопередачи преимущественно для отвода тепла от элементов радиоэлектроники большой мощности./Исмаилов Т.А./Б.И.№ 24,1993.

12. Акаев А.К., Дульнев Г.Н. Обобщение метода JI.B. Канторовича применительно к краевым задачам теплопроводности. Инженерно-физический журнал, 1971,т.21,№3.

13. Аксенов А.И., Глушкова Д.Н., Иванов В.И. Отвод тепла в полупроводниковых приборах. М.: Энергия, 1971.

14. Алексеев В.А. Охлаждение радиоэлектронной аппаратуры с использованием плавящихся веществ. М.: Энергия, 1975.

15. Алексеев A.M., Вахонин A.JI. и др. Семикаскадный термоэлектрический охладитель. Холодильная техника, 1977, №8.

16. Анатычук Л.И. Термоэлементы и термоэлектрические устройства. Киев: Наукова думка, 1979.

17. Банага М.П., Баранов С.Н., Буймистр Б.С. и др. Полупроводниковые термоэлектрические холодильники. Электронная обработка материалов, 1974, №5.

18. Брусницын П.С., Кораблев В.А. Шарков А.В. Применение термоэлектрических элементов в системах охлаждения. Изв. Вузов. Приборостроение, 2000, №3.

19. Бурштейн А.И. Физические основы расчета полупроводниковых термоэлектрических устройств. М.: Физматгиз, 1962.

20. Вайнер А.Л. Каскадные термоэлектрические источники холода. М.: Сов. радио, 1976.

21. Вайнер А.Л., Зайков В.П., Лукишкер Э.М. Термоэлектрический термостат для прецизионного кварцевого резонатора. Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТРТО, 1973, вып.2.

22. Вайнер А.Л., Лукишкер Э.М., Зайков В.П. Оребренная термобатарея минимальной массы с рассредоточенным размещением термоэлементов. Холодильная техника, 1975, №1.

23. Вайнер A.JI., Прошкин Н.Н., Андрущенко С.В. Унифицированные термоэлектрические микроохладители. Вопросы радиоэлектроники.Г1. Сер. ТРТО, 1976, вып.З.

24. Вайнер А.Л. Расчет термоэлектрического охладителя с максимальной холодопроизводительностью. Тепловые режимы и охлаждение радиоэлектронной аппаратуры, 1994, №1-2.

25. Вайнер А.Л., Коломоец Н.В. Проектирование и испытание каскадных термобатарей. Тепловые режимы и охлаждение радиоэлектронной аппаратуры, 1994, №1 -2.

26. Ванов О.Д., Иоффе Л.И., Смирнов Ю.О. Устройство термостабилизации фотоэлектрических умножителей. Приборы и техника эксперимента, 1983, №3.

27. Войтенко Г.И., Возная Г.А. Твердотельные электронные микроохладители (ТЭМО) и термоэлектрические батареи (ТЭБ). Информационный листок №80 - 0685, ВИМИ, 1980.

28. Войтенко Г.И., Возная Г.А. Конструктивно-унифицированный ряд термоэлектрических модулей и батарей. В кн.: Тепловые процессы в МГД и термоэлектрических генераторах. Сб. научных трудов. Киев: Наукова думка, 1982.

29. Волков В.Н., Кузнецова З.Н. О применении интегральных методов к задачам плавления и затвердевания тел. В кн.: Исследования по теплопроводности, Минск, 1967.

30. Волохов В.А., Хрычиков Э.Е., Киселев В.И. Системы охлаждения теплонагруженных радиоэлектронных приборов. М.: Сов. радио, 1975.

31. Воронин А.Н., Гальперин В.Л., Зорин И.В., Кудасов А.С. Термоэлектрический холодильник для радиоэлектронной аппаратуры ТЭХПА-1. Приборы и техника экспериментов, 1988 , №5.

32. Гаджиев Х.М., Нежведилов Т.Д. Термоэлектрический теплоотвод // Материалы II Всероссийской научно-технической конференции «Состоя-ие и перспективы развития термоэлектрического приборостроения», Махачкала, 2003.- С. 108-109

33. Гаджиев Х.М., Нежведилов Т.Д. К вопросу обеспечения температурных режимов БИС, используемых в ЭВМ, с использованием плавящегося вещества // Материалы восьмой научной Международной академии информатизации (Сборник трудов). Махачкала, 2002. С.39-41

34. Гальперин B.JI. Экстремальная последовательность температур и экономичность каскадной термобатареи. ФТП, 1976, т. 10, вып.8.

35. Голощапов В.Н., Курская Н.М., Мацевитый Ю.М., Цаканян О.С. Интенсификация теплообмена в платах микросборок РЭА. Тепловые режимы и охлаждение радиоэлектронной аппаратуры, 1993, №2.

36. Гольцман В.М., Баш И.М., Гладких JI.M., Изупак Э.А., Федорова М.А. Термоэлектрические микромодули из высокоэффективных полупроводниковых материалов. Вопросы радиоэлектроники, 1970, №3 .

37. Гринберг А.А. О нестационарном режиме работы охлаждающих термоэлементов. ЖТФ, 1968, т. 38, №3.

38. Дульнев Г.Н. Теплообмен в радиоэлектронных устройствах. M.-JL: Госэнергоиздат, 1963.

39. Дульнев Г.И. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре. М.: Высшая школа, 1984.

40. Дульнев Г.Н., Семяшкин Э.М. Теплообмен в радиоэлектронной аппаратуре. Л.: Энергия, 1968.

41. Дульнев Г.Н., Тарновский Н.Н. Тепловые режимы электронной аппаратуры. JL: Энергия, 1971.

42. Дульнев Г.Н., Парфенов В.Г., Сигалов А.В. Методы расчета теплового режима приборов. М.: Радио и связь, 1990.

43. Дульнев Г.Н., Парфенов В.Г., Сигалов А.В. Применение ЭВМ для решения задач теплообмена в радиоэлектронной аппаратуре. М.: Высш. шк., 1990.

44. Дьяконов В.П., Абраменкова И.В. MATHCAD 8 PRO в математике, физике и интернет. М.: Нолидж, 2000, 512 с.

45. Дьячук Г.Г., Квасников JI.A. Согласование каскадов батарей многокаскадного термоэлектрического генератора. - Энергетика и транспорт, 1983, №5.50.3орин И.В., Зорина 3.JI. Термоэлектрические холодильники и генераторы. JL: Энергия, 1973.

46. Ильярский О.И., Удалов Н.П. Термоэлектрические элементы. М.: Энергия, 1970.

47. Иорданишвили Е.К. Термоэлектрические источники питания. М.: Сов. радио, 1968.

48. Иорданишвили Е.К., Бабин В.П. Нестационарные процессы в термоэлектрических и термомагнитных системах преобразования энергии. М.: Наука, 1983.

49. Иоффе А.Ф. Полупроводниковые термоэлементы. Изд-во АН СССР, 1956.

50. Иоффе А.Ф., Стильбанс JI.C., Иорданишвили Е.К, Ставицкая Т.С. Термоэлектрическое охлаждение. M.-JL: Изд-во АН СССР, 1956.

51. Исакеев А.И., Киселев И.Г., Филатов В.В. Эффективные способы охлаждения силовых полупроводниковых приборов. JI.: Энергоиздат, 1982.

52. Исмаилов Т.А., Соболев В.И., Цветков Ю.Н. Полупроводниковое термоэлектрическое устройство. Холодильная техника, 1988, №10.

53. Исмаилов Т.А. Термоэлектрическое полупроводниковое устройство для термостабилизации. Приборы и техника эксперимента, 1989, №6.

54. Исмаилов Т.А. Исследование термоэлектрических интенсификаторов теплопередачи контактного типа с промежуточным теплоотводом. Изв. Вузов. Приборостроение, 1992, т.35, №3- 4.

55. Исмаилов Т.А., Гаджиева С.М. Термоэлектрические полупроводниковые интенсификаторы теплопередачи. Изв. Вузов. Приборостроение, 1994, т.37, №11-12.

56. Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Юсуфов Ш.А. Анализ тепловых процессов в нестационарном режиме работы полупроводниковых термоэлектрических интенсификаторов теплопередачи.-Изв.Вузов. Приборостроение, 1998, №6, т.41.

57. Исмаилов Т.А., Магомедов К.А., Гаджиев Х.М., Гаджиева С.М. Повышение эффективности термоэлектрических интенсификаторов охлаждения радиоэлектронной аппаратуры. Изв. Вузов. Приборостроение, 1997, №9.

58. Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Гаджиева С.М. Термоэлектрические полупроводниковые системы теплоотвода и охлаждающие устройства. -Холодильное дело, 1997, №4.

59. Исмаилов Т.А. Модель термоэлектрического полупроводникового интенсификатора теплопередачи контактного типа. Изв. Вузов. Приборостроение, 1995, №5-6.

60. Исмаилов Т.А. Устройство терморегулирования для микропроцессорной техники (статья)/ Гаджиев Х.М., Нежведилов Т.Д.// «Вестник ДГТУ. Тех. науки», Махачкала, 2002, №5 С. 36-38

61. Исмаилов Т.А. Устройство температурной стабилизации для микропроцессорной техники (статья)/ Гаджиев Х.М., Нежведилов Т.Д.// «Вестник ДГТУ. Тех. науки», Махачкала, 2002, №5 С.38-39

62. Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Нежведилов Т.Д. Устройство температурной стабилизации при включении и выключении ЭВМ // Материалы VIII Межгосударсвенного семинара. Термоэлектрики и их применение, СПб.: ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН. 2002г. С.379-381

63. Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Нежведилов Т.Д. Применение многокасных термоэлектрических модулей для охлаждения процессора компьютера // Изв. Вузов. Приборостроение, СПб.: Изв вузов. 2004. Т.47, №7. С.25-29.

64. Исмаилов Т.А., Евдулов О.В. К вопросу применения термоэлектрических устройств для функциональной электроники. Вестник Университета. Тех.науки, г. Махачкала, ДГТУ, 1998, № 2.

65. Исмаилов Т.А., Аминов М.С., Гаджиев Х.М. Термоэлектрические устройства для теплоотвода и термостатирования радиоэлектронных систем. Махачкала: ДГТУ, 2000.

66. Исмаилов Т.А., Евдулов О.В., Гаджиева С.М. Устройство для термостабилизации элементов радиоэлектроники большой мощности. -Вестник Университета. Тех.науки, г. Махачкала, ДГТУ, 1999, № 3.

67. Каганов М.А, Привин М.Р. Термоэлектрические тепловые насосы. Л.: Энергия, 1970.

68. Калафти Д.Д., Попасов В.В. Оптимизация теплообменников по эффективности теплообмена. М.: Энергоатомиздат, 1986.

69. Каменецкая В.В., Кошкин В.В., Рзников В.И. Нестационарный тепловой режим герметичного радиоэлектронного блока на полупроводниковых микросхемах в условиях фазового перехода хладагента. Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТРТО, 1970, вып.1.

70. Карпов В.Г., Тайц Д.А., Тюльпанова Г.А., Чернявский В.В. Нормализованные термоэлектрические батареи типа «Селен». -Холодильная техника, 1971.

71. Кирпиченков В.И., Нагиев В.А. Петросян Э.А., Сергунин А.В., Черняев В.Н. Термоэлектрический метод охлаждения радиоэлектронных устройств. Электронная промышленность, 1974, №4.

72. Коваленко JI.M., Глушков А.Ф. Теплообменники с интенсификацией теплоотдачи. М.: Энергоатомиздат, 1986.

73. Коленко Е.А. Термоэлектрические охлаждающие приборы. JL: Наука, 1967.

74. Коленко Е.Н., Орлов В.А. Термоэлектрическое охлаждение приемников излучения. Оптико-механическая промышленность, 1985, №9.

75. Краус А.Д. Охлаждение электронного оборудования. М.: Энергия, 1971.

76. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. Новосибирск: Наука. Сибирское отд-е, 1970.

77. Лебедев Б.Ф., Калинин Ю.А., Новикова Т.В. Графико-аналитический метод расчета термоэлектрических охлаждающих устройств. В кн.: Термоэлектрическое охлаждение. М., 1973.

78. Лидоренко Н.Р., Коломоец А.В., Лукишкер Э.М., Вайнер А.Л. Комплексная оптимизация термоэлектрических охлаждающих устройств. -Холодильная техника, 1977, №4.

79. Лукишкер Э.М. Минимизация габаритных размеров и массы термоэлектрических охладителей. Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТРТО, 1977, вып.1.

80. Лукишкин Э.М., Вайнер А.Л. Оптимальная последовательность температур энергетически эффективной каскадной термобатареи. -Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТРТО, 1975, вып.З.

81. Лукишкер Э.М., Вайнер А.Л. Особенность оптимального распределения температур каскадной термобатареи. Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТРТО, 1979, вып.1.

82. Лукишкер Э.М., Вайнер А.Л., Сомкин М.Н., Володагин В.Ю. Термоэлектрические охладители. М.: Радио и связь, 1986.

83. Лыков А.В. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1967.

84. Мичай В.К. Повышение эффективности современных теплообменников. Л.: Энергия, 1980.

85. Модуль МТС (пояснительная записка), инв. №Б 660790. Л.: ГСКБ ТПФ, 1977.

86. Наер В.А., Гарачук В.К. Полупроводниковые термоэлектрические охладители транзисторов. Изв. Вузов СССР. Приборостроение, 1965, №1.

87. Наер В.А. Неустановившиеся режимы термоэлектрических охлаждающих и нагревающих установок. ИФК, 1965, т.8, №4.

88. Нежведилов Т.Д. Математическая модедь системы термостатирования компьютерного процессора с применением плавящегося вещества // Материалы десятой научной сессии Международной академии информатизации (Сборник трудов). Махачкала, 2005. С.80-85.

89. Нежведилов Т.Д. Термостабилизация компьютера с применением полупроводниковых термоэлектрических преобразователей // «Полупроводни-никовые термоэлектрические приборы и преобразователи» (Сборник научных трудов). Махачкала, 2005. С.58-64.

90. Осипов Э.В., Борисенко В.Д. Твердотельные криогенные охладители. Зарубежная электронная техника, 1975, вып.7.

91. Патент РФ №2110020 F25 В21/02 Термоэлектрическое охлаждающе-нагревательное устройство/ Костин В.Е.; Макаровец Н.А.; Морозов Н.В.; Проскурин Н.М.; Семенов В.И.; Соколов А.С. (РФ)-№96105484; Заявл. 20.03.1996; Опубл. 27.04.1998.

92. Патент РФ №2117362 6 Н01 L35/28 Термоэлектрический охлаждающий модуль/ Каменский В.Т. (РФ)-№96104467; Заявл. 12.03.1996; Опубл. 10.08.1998.

93. Патент РФ №2126118 F25 В21/02 Способ охлаждения объекта каскадной термоэлектрической батареей/ Дубинин Н.И., Манухин В.В., Колобаев В.А., Волков В.Ю.(РФ) №96118537; Заявл. 16.09.1996; Опубл. 10.02.1999

94. Патент РФ 2133084 Термоэлектрическое полупроводниковое устройство для отвода теплоты и термостабилизации микросборок./ Исмаилов Т. А., Гаджиева С.М./ Б.И. №19,1999.

95. Патент РФ 2133560 Термоэлектрический интенсификатор теплопередачи преимущественно для отвода тепла от импульсных источников и элементов радиоэлектроники большой мощности. /Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Гаджиева С.М., Мамедов К. А./ Б.И. №20,1999.

96. Патент РФ №2161385 Устройство для термостабилизации элементов радиоэлектроники большой мощности /Исмаилов Т.А., Евдулов О.В., Гаджиев Х.М., Юсуфов Ш.А./ Б.И. №36, 2000.

97. Патент РФ №2155917 7 F25 В21/02 Термоэлектрическое устройство/ Терегулов В.Н., Канюков В.Н., Харлов А.И.(РФ)-№98119257; Заявл. 23.10.1998; Опубл. 10.09.2000.

98. Патент РФ №2158988 7 Н01 L35/30 Термоэлектрический модуль/ Дубов В.И., Котов Б.В., Рыжов Е.М., Пушкина Т.Л.(РФ)-№99105581; Заявл. 17.06.1997; Опубл. 10.11.2000.

99. Патент РФ №2179768 H01L35/30 Термоэлектрический модуль/ Демидов А.В.; Пенкин В.Н.; Холопкин А.И.(РФ)-№99120885; Заявл.7.10.1999; Опубл. 10.09.2001.

100. Патент РФ №2185042 7 Н01 L35/34 Термоэлектрический модуль с улучшенным теплообменом и способ его изготовления/ Йошиока Хирока-зу, Камада Казуо, Урано Йоджи, Кобаияши Кентаро (JP) №2000112331; Заявл. 18.05.2000; Опубл. 10.07.2002.

101. Патент РФ №2190278 7 Н01 Н37/46 Термоэлектрическое устройство/ Каратаев К.С.(РФ)-№ 2000110422; Заявл.21.04.2000; Опубл. 27.09.2002.

102. Пехович А.И., Жидких В.М. Расчеты теплового режима твердых тел. Л.: Энергия, 1976.

103. Поздняков Б.С., Коктейлев Е.А. Термоэлектрическая энергетика. М.: Атомиздат, 1974.

104. Покорный Е.Г., Щербина А.Г. Расчет полупроводниковых охлаждающих устройств. JI.: Наука, 1969.

105. Радиатор для группы полупроводниковых приборов, установленных на плате. Пат. 5172301 США, МКИ5 Н 05 К 7/20,1992.

106. Разработка термоэлектрических охлаждающих микромодулей (отчет), тема 8011, инв. №Б 774055. Одесса: ОТИХП, 1979.

107. Роткоп JI.JL, Спокойный Ю.Е. Обеспечение тепловых режимов при конструировании радиоэлектронной аппаратуры. М.: Сов. радио, 1976. 255 с.

108. Рудометов В.Е., Рудометов Е.А. PC: Настройка, оптимизация и разгон. СПб.: БХВ-Петербург, 2003. 496 с.

109. Самодед А.С. Блоки охлаждения полупроводниковых приборов. -Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТРТО, 1970, вып.З.

110. Семенюк В.А., Калюжный Б.А., Вихорев А.Г. Использование метода Хармана для контроля серийно выпускаемых термоэлектрических модулей.-ХТТ, 1975, №21.

111. Семенюк В.А. Термоэлектрическое охлаждение: проблемы и перспективы. Вестник МАХ, 1999, вып.4.

112. Система охлаждения для твердотельных устройств формирователей сигналов изображения. Пат. 5332031 США, МКИ5 Н 01 L 23/427,1994.

113. Система воздушного охлаждения РЭА, расположенной в несколько ярусов. Пат. 5319520 США, МКИ5 Н 05 К 7/20, 1994.

114. Слаботочные термоэлектрические модули МТС-300 (отчет), инв. №Б 505734. Л.: ГСКБ ТФП, 1976.

115. Создание термоэлектрических микромодулей на основе прогрессивной малооперационной технологии (заключительный отчет), тема 9012, инв. №814806. Одесса: ОТИХП, 1979.

116. Соолятэ О.П., Цветков Ю.Н. Надежность термоэлектрических охлаждающих устройств. В кн.: Холодильная и криогенная техника и технология. М.: Внешторгиздат, 1975.

117. Стильбанс JI.C. Физика полупроводников. М.: Сов. радио, 1967.

118. Теплоотвод для электронных компонентов, устанавливаемый с использованием пружинных элементов. Пат. 5321582 США, МКИ5 Н 05 К 7/20, 1994.

119. Теплоотвод. Пат. 5343362 США, МКИ5 Н 05 К 7/20, 1994.

120. Туник А.Т. Охлаждение радиоэлектронной аппаратуры жидкими диэлектриками. М.: Сов. радио, 1973.

121. Цветков Ю.Н., Исмаилов Т.А. Термоэлектрические системы кондиционирования воздуха и приборы контроля. JL: Энергоатомиздат. Санкт-Петербургское отделение, 1988.

122. Ши Д. Численные методы в задачах теплообмена. Пер. с англ. М.: Мир, 1988.

123. Яхац М.С., Орлов B.C. и др. Термоэлектрические охлаждающие приборы за рубежом. М.: Информэлектро, 1971.

124. Blank Irene. Cooling devices including fans, blowers, heat sinks and air conditioners. Electron. Compon. News, 1994, №8.

125. Enclosure cooling units. Electron. Compon. News, 1995, №8.

126. Harpster Taseph W.C. Improved spececraft heat rejection with practical thermoelectric. Energy convers. -N.Y., 1980.

127. Idnurm M., Landecker K. Experiments with peltier junctions pulsed with high transient currents. J. Appl. Phys.1963, №6.

128. International modular cooling system. Electron. Compon. News, 1995, №8.

129. Low-temperature recirculating cooler. Electron. Compon. News, 1995, №8.

130. Mac. Donald D.K.C. and oth. On the possibility of thermoelectric refrigeration at very low temperatures. Philos. Mag., 1959, №40.

131. Olachea Gil. Managing heat: A focus on power 1С packaging. Electron. Packag. and Prod, 1994, №11.

132. Mahan G.D., Sofo J.O., Bartkowiak M. Multilayer Thermionic Refrigerator and Generator. J. Appl. Phys., 1998, v.83, №9.

133. Peich A.D., Madigan I.R. Transient responce of a thermocouple circuit under steady current. T. Appl. Pys. 1961, №4.

134. Peich A.D., Madigan I.R. Transient responce of a thermocouple circuit under steady current. T. Appl. Pys. 1961, №4.

135. Poulton Ken, Knudsen Knud L, Corcoran John J., Wang Keh-Chung, Pierson Richard L., Nubling Randall В., Chang Man-Chung. Thermal design and simulation of bipolar integrated circuits IEEE J. Solid - State Circuits, 1992, №10.

136. Pujado P.R., Stermole F.G., Golden I.O. Melting of a finite paraffin slab as applied to phase-change thermal control. Journal of Spacecraft and Rockets, 1969, v.6, №3.

137. Rollinger C.N. Sunderland T.F. Performance of thermoelecheat pump with surface heat transfer. Solid-state Electronies, 1963, v.6, №1.

138. Sridhar S., Bhadath Shrikar, Joshi Y. Reviewing today is cooling techniques: The established methods of heat removal are most effective when coupied with the use analysis tools. Electron. Packag. and Prod. - 1994, №5.

139. Surface mount heat sink. Electron. Packad. and Prod., 1994, №12.

140. Tardiff David W., Dore-North Lyne. Thermal modeling speeds up design. -Electron. Packag. and Prod. 1994, №9.

141. The Cambion tarurorteitic Handbook. Cambridge.: Thermoelectric Caporation, Cambridge, Massaehusett, 1972.

142. Ward Arthur. Providing cooling in tight spaces. Des. News. - 1995, №2.

143. УТВЕРЖДАЮ» Проректор по научной работе1. ГОУ ВПО «ДГТУ»V1. УТВЕРЖДАЮ»директор ОАО «Эльдаг» Алиев1. Щ^иооо^Х1. АКТо внедрении результатов НИР

144. Вид внедрения результатов НИР Рабочее термоэлектрическое устройство для термостатирования компьютерного процессора в режиме включения и выключения компьютера

145. Экономический эффект При внедрении указанной разработки на предприятии получен фактический экономический эффект в размере 50 тыс. руб.

146. От предприятия: Главный инженер ОАО «Эльдаг»1. Гасанбегов А Г

147. От университета. Руководитель НИРд.т.н., проф. Исмаилов Т к.(дн.с. Нежведилов Т Д1. УТВЕРЖДАЮ»1. УТВЕРЖДАЮ»

148. Проректор по научной работе ГОУ ВПО «ДГТУ»

149. О.В. Евдулов «-#» имлА. 2006 г.иректор ОАО «Эльдаг» ^ Ь.Д. Алиев1. АКТо внедрении результатов НИР

150. Вид внедрения результатов НИР Рабочее термоэлектрическое устройство для термостатирования компьютерного процессора с применением плавящегося вещества

151. Экономический эффект При внедрении указанной разработки на предприятии получен фактический экономический эффект в размере 45 тыс. руб.

152. От предприятия: Главный инженер ОАО «Эльдаг»1. Гасанбегов

153. От университета"? Руководитель НИРд.т.н., проф. Исмаилов/Т.Аг

154. УТВЕРЖДАЮ» Проректор по научной работе ГОУ ВПО «ДГТУ»1. О.В. Евдулов 2006 г.директор ОАО «Эльдаг» Ш.Д. Алиев 2006 г.1. АКТо внедрении результатов НИР

155. Вид внедрения результатов НИР Термоэлектрический теплоотвод

156. Экономический эффект При внедрении указанной разработки на предприятии фактический экономический эффект в размере 55 тыс. руб.получен

157. От предприятия: Главный инженер ОАО «Эльдаг»1. Гасанбегов А.Г.

158. От университету Руководитель НИР 41/д.т.н., проф. Исмаиловн.с. Нежведилов Т. Д.

159. ГОУ ВПО «ДАГЕСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» УПРАВЛЕНИЕ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

160. СОГЛАСОВАНО Проректодпо^учной работе О.В. Евдулов «//» 2006 г.-А»1. X /ПОДТВЕРЖДАЮ'"tK -.>по учебной работе u" ——- " шит/-// ^wj-. Азаев2006 г.1. АКТвнедрения результатов НИР в учебный процесс

161. Совета факультета информатики, управления и сервиса (протокол №9 от 16.05.2006 заседания кафедры ТиОЭ и протокол № 9 от 23.05.2006 заседания Совета факультета информатики, управления и сервиса)

162. Вид внедренных результатов разработаны термоэлектрическиенаименование pcjvuiaioiiустройства, предназначенные для охлаждения и термостатирования компьютерного процессора, проведены теоретические исследования и экспериментальные испытания данных устройств

163. Форма внедрения: Указанные результаты включены в курсы лекций:название курса лекций, методических рекомендаций

164. Измерительные преобразователи и датчики бытовых машин и приборов»,и указаний по выполнению лабораторных, курсовых и дипломных проектов (работ), наглядных пособии,

165. Декан факультета информатики управления и сервиса

166. Заведующий кафедрой теоретической и общей электротехники1. Ильясов Э.Э.1. Исмаилов Т.А.