Brevet FR2570920A1 — publié le 19860328

1. La présente invention concerne-un équipement de refroidissement par air destiné à être utilisé dans des systèmes électroniques tels que des systèmes de communica- tion et des systèmes de traitement de l'information. En général, des éléments actifs tels que les tran- sistors montés sur une plaquette à circuits imprimés ont tendance à dégager une chaleur qui est proportionnelle à la puissance électrique dissipée. La chaleur produite a un effet néfaste sur les caractéristiques des éléments actifs et si elle est trop élevée peut avoir finalement pour conséquence de détruire ces éléments actifs. C'est pour cette raison qu'une limitation très stricte de la tempéra- ture ambiante est imposée aux composants électroniques de manière à assurer leur fiabilité. Cette limitation est faci- lement satisfaite dans les circuits n'utilisant que peu d'éléments actifs. Cependant, tout récemment, il a été né- cessaire dans les systèmes électroniques de concentrer un grand nombre d'éléments actifs sur une puce avec une den- sité élevée de manière à obtenir un fonctionnement à haute vitesse et une microminiaturisation. Par conséquent, la 2. présence d'un plus grand nombre d'éléments actifs s'accom- pagne d'une augmentation de la dissipation de la puissance électrique et de la quantité de la chaleur produite devant être dissipée. Cela s'effectue typiquement avec un équipe- ment de refroidissement qui permet de refroidir effective- ment les composants électroniques de manière à maintenir leur température à une valeur inférieure à leur températu- re maximum de fonctionnement. Une tentative d'utilisation pratique d'un tel équipement de refroidissement est divulguée dans un système de refroidissement par air décrit dans le brevet américain n 4 158 875. Le dispositif décrit dans ce brevet comporte plusieurs ventilateurs disposés sur les bords d'une plura- lité de plaquettes de cêblage contiguës les unes aux au- tres. Ainsi, la distance entre éléments connectés les uns aux autres devient plus grande. Il en résulte qu'on ne peut obtenir un fonctionnement à haute vitesse avec un tel dis- positif électrique. En outre, pour atteindre le débit d'air permettant de refroidir complètement les composants électro- niques, il est nécessaire de disposer d'un ventilateur d'air volumineux, ce qui se traduit par une plus grande sur- face pour les conduites d'admission et d'échappement. Par conséquent, le changement des composants lors des opérations d'entretien devient difficile. En conséquence, la présente invention a pour ob- jet un appareil de refroidissement exempt des inconvénients de l'art antérieur venant d'être mentionnés, tels que la grande distance séparant les éléments et la difficulté de procéder aux opérations d'entretien. Selon la présente invention, dans un premier mode de réalisation, une multitude de plaquettes à circuits com- porte une pluralité de composants électriques dégageant de la chaleur. Un premier ventilateur introduit de l'air v de refroidissement à partir du sommet de l'appareil -et un premier canal d'air ayant des orifices d'admission et des 3. orifices d'échappement reçoit de l'air en provenance du premier ventilateur. Un second ventilateur introduit l'air de refroidissement à partir du fond de l'appareil. Un se- cond canal d'air comportant des orifices d'admission et des orifices de refoulement reçoit l'air provenant du second ventilateur. Une cloison sépare le premier canal d'air et le second canal d'air. Dans un second mode de réalisation, une multitu- de de plaquettes à circuits présente une pluralité de compo- sants électriques dégageant de la chaleur. Une conduite d'ad- mission introduit de l'air de refroidissement à partir du fond de l'appareil. Un ventilateur entraîne l'air à partir de la conduite d'admission pour l'introduire dans une portion de trajet qui reçoit l'air enprovenance du ventilateur. Cet- te portion de trajet s'étend jusqu'aux côtés de l'appareil de refroidissement par air. Une conduite d'échappement ex- trait l'air de cette portion de trajet pour l'entraIner jus- qu'au sommet de l'équipement. La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les dessins ci-joints dans lesquels: La figure 1 et la figure 2 sont, respectivement, une vue en perspective et une vue en coupe d'un premier mode de réalisation de l'invention; Les figures 3 à 6 sont, respectivement, une vue avant en perspective, une vue arrière en perspective, et des vues en coupe d'un second mode de réalisation de la présente invention. Dans les dessins, les flèches représentent le sens de circulation de l'air dans une conduite ou d'un trajet d'écoulement. En liaison maintenant avec les figures 1 et 2, un premier mode de réalisation de la présente inven- tion comporte un réseau de plaquettes secondaires 1 comprenant chacune une pluralité de composants la et une plaquette de câblage lb, des plaquettes principales 3 sur lesquelles sont 4. insérées les plaquettes secondaires et des connecteurs 2 pour relier les plaquettes 1 aux plaquettes 3. Des sup- ports 7 maintiennent une pluralité de plaquettes 3 du ré- seau. Un ensemble supérieur d'admission 5 comportant des ventilateurs 6 est monté dans la partie supérieure de l'appareil par rapport aux plaquettes 1 et 3, connec- teurs 2 et supports 7. Un ensemble inférieur d'admission 4 équipé de ventilateurs 6 est monté dans une position bas- se par rapport au réseau de plaquettes 1 et 3, aux connec- teurs 2 et aux supports 7. Des couvercles 8 sont fixées aux supports 7 et présentent des orifices d'échappement 9. Une plaque de séparation 8c fixée à la partie appropriée des supports 7 sépare les trajets de circulation de l'air des ventilateurs respectifs de manière à éviter le mélange du courant d'air provenant de la partie supérieure et en- trant dans la partie inférieure et du courant d'air prove- nant de la partie inférieure et entrant dans la partie supé- rieure.Cette disposition est illustrée en figure 2. Des plaques de guidage 8b fixées aux couvercles 8 dirigent l'air chaud pour lui faire suivre le trajet d'écoulement vers l'atmosphère extérieure. Les trajets des courants d'air en figure 2 sont les suivants. L'air frais provenant de la partie inférieure de l'équipement est introduit par les ventilateurs 6 de l'ensemble 4. Ensuite,l'air de refroidissement passepar l'enceinte A en suivant la flèche et refroidit les composants électroniques inférieurs la montées sur les plaquettes de ca- blage lb. Ensuite, l'air chauffé par la chaleur dégagée par les composants électriques la passe de l'enceinte B à l'ori- fice d'échappement en étant guidé par la plaque 8b. Dans une action simultanée, l'air de refroidissement provenant de la partie supérieure de l'appareil est introduit par les ventilateurs 6 de l'ensemble 5. Le courant d'air passe par l'enceinte D dans le sens de la flèche et refroidit les composants électroniques supérieurs la montés sur les pla- qvettes de câblage lb. Alors, l'air chauffé par la chaleur 5. dégagée par les composants électroniques supérieurs la passe de l'enceinte C à l'orifice d'échappement 9 en étant guidé par la plaque 8b. On décrira maintenant un second mode de réalisa- tion de la présente invention en liaison avec les figures 3 à 6. Dans ces figures, un grand nombre de composants électroniques 111 sont montés sur chacune des plaquettes de cablage 110. Les composants 111 sont des éléments dégageant de la chaleur. Les plaquettes de câblage 110 sont fixées à un châssis 112 dont la face avant est plus grande que la plaquette 111, et comporte une partie 112a formant manche. Un couvercle frontal 113 est fixé à la partie 112a, de sor- te qu'une conduite d'admission 114 est formée par le châs- sis 112 et le couvercle 113. Plusieurs ventilateurs sont fi- xés à la partie 112a, et sont situés auprès de la conduite d'admission 114. Les parties d'admission des ventilateurs sont connectées à une partie d'entrée 116 de la manche 112a et les parties d'échappement des ventilateurs sont connec- tées à un trajet formant une conduite 117 du chassis 112.Le trajet 117 a une forme rectangulaire dans une vue en coupe. Les ventilateurs entraînent l'air de refroidissement pour le faire pénétrer dans la partie d'entrée 116 et l'achemine jusqu'aux plaquettes de cablage 110 en lui faisant suivre le trajet 117. Des plaques de fermeture étanche 118 fixées aux plaquettes de câblage 110 et un couvercle intérieur 119 monté sur le chassis 118 enferment la plaquette de cablage 110 et le trajet 117.Un trajet 120 est formé qui guide l'air de refroidissement dans la direction horizontale sur les côtés arrière de la surface de montage des plaquettes de cablage 110 à partir du trajet 117. Le trajet 120 est divisé en deux parties par une plaque verticale de séparation 121 située dans la partie centrale de ce trajet. Un couvercle extérieur arrière 122 a la forme d'un U, et comporte un couvercle intérieur 119 qui lui est lié par des parties à flasque, de sorte qu'une 6. conduite d'échappement 123 ayant une largeur M (figure 5) se trouve formée par la combinaison du couvercle extérieur 122 et du couvercle intérieur 119. La partie inférieure de la conduite d'échappement 123 est fermée en étant étan- che et sa partie supérieure est ouverte. L'air chauffé par la chaleur produite par le réseau 111 des composants pas- se du trajet 120 et entre dans la conduite d'échappement 123 via une partie de sortie 124. La figure 6 représente égale- ment des connecteurs de cable 125 fixes aux plaquettes de ca- blage 110, et connectent les plaquettes de câblage montées sur un autre appareil par l'intermédiaire d'un câble de signaux 126. Des lignes 128 connectent les broches 127 à signaux qui sont montées sur les plaquettes de câblage du même appareil. Ces composants sont également soumis à l'air de refroidissement par suite des tourbillons et des courants de convexion. On décrira maintenant le courant d'air traversant les conduites. L'air de refroidissement introduit par la conduite d'admission 114 circule dans le sens de la flèche à partir du ventilateur pour entrer dans les zones 120 entre les composants 111 et le trajet 117 formant conduite. L'air de refroidissement empruntant le trajet 120 dans le sens de la flèche refroidit les compo- sants 111 montés sur les plaquettes de cablage 110. L'air chauffé par la chaleur dégagée par les composants 111 est fourni par les zones 120 à la conduite d'échappement 123 par l'intermédiaire de la sortie 124. En figure 6, l'air présent dans la conduite 123, étant donné-.qu'il a été chauffé, s'élèvera naturellement et sera déchargé par la conduite d'échappement 123 dans le sens de la flèche supérieure. Dans ce mode de réalisa- tion, les ventilateurs 115 ne sont pas montés sur le côté du chassis 112 et le trajet 117 est rectangulaire dans le sens orthogonal, de sorte que les plaquettes de cablage peuvent être proches les unes des autres. Par conséquent, la distance séparant deux composants est plus petite que 7. dans l'art antérieur. La surface de la conduite d'échappement est supé- rieure à celle des conduites utilisées dans les dispositifs de l'art antérieur, par exemple, dans le brevet américain n 4 158 875. La présente invention n'est pas limitée aux exem- ples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. 8. REVENDICATIONS 1 - Appareil de refroidissement par air pour une enceinte comportant une pluralité de plaquettes de cabla- ge (lb) sur lesquelles sont montées une pluralité de compo- sants électroniques (la) dégageant de la chaleur, caractérisé en ce qu'il comprend: - un premier moyen de ventilateur (6) pour intro- duire l'air de refroidissement à partir du sommet de l'enceinte; - un premier moyen de canal d'air ayant un orifi- ce d'admission et un orifice d'échappement pour transmettre l'air provenant du premier ventilateur; - un second moyen de ventilateur (6) pour intro- duire l'air de refroidissement à partir du fond de l'encein- te; - un second moyen de canal d'air ayant un orifice d'admission et un orifice d'échappement (9) pour le passa- ge de l'air provenant du premier ventilateur; et - une paroi de séparation (8c) pour séparer le premier moyen de canal d'air et le second moyen de canal d'air. 2 - Appareil de refroidissement par air pour une enceinte comportant une pluralité de plaquettes de cabla- ge (110) sur lesquelles sont montées une multitude de compo- sants électroniques (111) dégageant de la chaleur, caractéri- sé en ce qu'il comprend: - un moyen de conduite d'admission (114) pour in- troduire de l'air de refroidissement à partir du fond de l'enceinte; - un moyen de ventilateurs (115) recevant de l'air provenant du moyen de conduite d'admission; - un moyen de portion de conduite (112a) pour transmettre l'air provenant du moyen de ventilateurs, cet- te portion étant située sur les côtés de l'enceinte; - un moyen de trajet d'air (121) pour diriger 9. l'air provenant du moyen de portion de conduite pour qu'il traverse les composants dégageant de la chaleur; et un moyen de conduite d'échappement (123) pour évacuer l'air provenant du moyen de trajet d'air à la par- tie supérieure de l'enceinte. 3 - Appareil selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les plaquettes de câblage (lb) sont mon- tées suivant des rangées parallèles sur une plaquette prin- cipale (3), l'enceinte comportant une pluralité de plaquet- tes principales et la paroi de séparation (8c) étant située entre deux plaquettes de la pluralité de plaquettes princi- pales. 4 - Appareil selon la revendication 3, caractéri- sé en ce qu'il comprend en outre un moyen de couvercle (8) disposé sur les côtés de l'enceinte, les orifices d'échappe- ment (9) étant placés sur les côtés opposés de la paroi de séparation (8c) , des moyens de plaque de guidage (8b) pour diriger l'air vers les orifices d'échappement o l'air in- troduit à partir du sommet et du fond de l'enceinte circule autour des éléments dégageant de la chaleur et s'échappe sur les côtés opposes de la paroi de séparation par l'intermé- diaire des orifices d'échappement. - Appareil selon la revendication 2, o les com- posants électroniques (111) dégageant de la chaleur sont pla- cés en réseau sur une plaquette de cablage (110), cette pla- quette ayant le moyen de portion de conduite (112a) dispo- sé sur chacun de ses côtés; une plaque de fermeture (121} disposée verticalement qui est placée entre les composants dégageant de la chaleur du réseau, o l'air provenant de l'un des moyens de portion de conduite pour entrer dans le réseau ne se mélange pas à l'air provenant de l'autre moyen de portion de conduite. 6 - Appareil selon la revendication 2, caractéri- sé en ce que le moyen de ventilateur comprend des premier et second ventilateurs placés dans l'enceinte aux côtés opposés 10. du moyen de conduite d'admission, et le moyen de portion de conduite comprend des première et seconde conduites disposées de manière à recevoir l'air provenant d'un ven- tilateur et le diriger vesr les composants dégageant de la chaleur. 7 - Appareil selon la revendication 2, caractéri- sé en ce qu'il comprend en outre un couvercle extérieur (122), ce couvercle étant fixé à l'enceinte, la conduite d'échappement (123), étant située dans le couvercle exté- rieur et le moyen de trajet d'air séparant les composants dégageant de la chaleur de la conduite d'échappement. 8 - Appareil selon la revendication 7, caractéri- sé en ce qu'il comprend en outre une plaque d'étanchéité (118) disposée horizontalement dans l'enceinte, le couver- cle extérieur (122) comportant deux sections, une section montée sur un côté de la plaque d'étanchéité et l'autre section sur son autre côté. 9 - Appareil selon la revendication 7, caracté- risé en ce que le couvercle extérieur est relié au moyen de trajet d'air, ce moyen de trajet d'air comportant une paroi de séparation ayant un canal orienté verticalement qui assure la communication avec la conduite d'échappement.