КОРПУС ПРИБОРА С ВОЗДУШНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ
AIR-COOLED DEVICE HOUSING

Изобретение относится к области радиоаппаратостроения и может использоваться при конструировании корпусов радиоэлектронной аппаратуры.
Из уровня техники известен корпус радиоэлектронного блока (авторское свидетельство №1725414, МПК: H05K 5/00, 07.04.1992 г.). Корпус радиоэлектронного блока выполнен в виде верхней и нижней секций коробчатой формы, соединенных между собой по диагональной плоскости. Основания секций и панелей снабжены полками, размещенными под углом к ним. Полки расположены одна над другой и разъемно соединены. Сопрягаемые боковые стенки снабжены фигурными отбортовками П-образной формы. Для отвода тепла в боковых стенках верхней секции выполнены жалюзи.
Недостатком данного устройства является недостаточно эффективный отвод тепла от радиоэлементов и корпуса прибора.
Известна система охлаждения корпуса (заявка №2001113266, опубликована 2003.06.10, МПК: H05K 7/20). Система охлаждения корпуса, в котором расположен выделяющий тепло элемент, имеет входное отверстие, через которое внутрь корпуса снаружи поступает воздух, выходное отверстие, через которое воздух из корпуса выходит наружу, радиатор с рассеивающим тепло ребром, который частично или целиком расположен внутри корпуса рядом с входным отверстием, и устройство для переноса тепла, которое выделяется работающим выделяющим тепло элементом, в радиатор с рассеивающим тепло ребром. При этом тепло, которое выделяется работающим выделяющим тепло элементом, переносится в радиатор с рассеивающим тепло ребром устройством для переноса тепла, а воздух, который попадает внутрь корпуса через входное отверстие, сначала проходит через рассеивающее тепло ребро радиатора, отбирая от него тепло, которое выделяется работающим выделяющим тепло элементом, и затем после нагревания в радиаторе выпускается через выходное отверстие из корпуса наружу, охлаждая при этом сам корпус.
К недостаткам данного устройства можно отнести недостаточно эффективный отвод тепла от радиоэлементов и корпуса прибора.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому техническому решению является система охлаждения корпуса (Патент №2327312, опубликовано 20.06.2008 г., МПК: H05K 7/20). Система охлаждения корпуса прибора с заключенным в него тепловыделяющим элементом содержит систему охлаждения корпуса с входным отверстием и выходными отверстиями. Система охлаждения корпуса образована внутренними и внешними левой боковой, правой боковой, передней и задней стенками, образующими замкнутый контур и выполненными с возможностью прохождения между внутренней и внешней стенками охлаждающего потока воздуха, а также двойной верхней крышкой. Причем внутренние боковые стенки выполнены в виде радиаторов. Входное отверстие расположено на задней стенке, а выходные отверстия размещены на внешних боковых стенках и верхней крышке со стороны передней стенки корпуса.
Так как внутри корпуса находятся тепловыделяющие элементы, то во время работы устройства происходит нагрев внутренних стенок корпуса. Отвод тепла в корпусе прибора осуществляется следующим образом. Через входное отверстие в задней стенке корпуса и систему охлаждения корпуса, охлаждая внутреннюю заднюю стенку, воздух распределяется на три потока и поступает в пространство, образованное внутренней и внешней верхними крышками, а также пространство, образованное внутренними и внешними левыми и правыми боковыми и передними стенками.
К недостаткам данного решения можно отнести недостаточно эффективный отвод тепла от внутренней передней стенки, так как она находится в центре корпуса и ее охлаждение происходит через боковые стенки, у которых имеются выходные отверстия, что значительно уменьшает количество воздуха, проходящего через переднюю стенку.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое техническое решение, заключается в повышении эффективности охлаждения корпуса и модулей радиоэлектронной аппаратуры за счет увеличения площади охлаждения и уменьшения расстояний от электрорадиоизделий (ЭРИ) до поверхностей охлаждения.
Технический результат достигается тем, что корпус прибора с воздушным охлаждением содержит систему охлаждения корпуса, образованную входным отверстием, выходными отверстиями, нижней крышкой, внутренними и внешними левой боковой, правой боковой, задней стенками, а также двойной верхней крышкой, образующими замкнутые внутренний и внешний контуры и выполненными с возможностью прохождения между внутренними и внешними стенками охлаждающего потока воздуха, причем боковые внутренние стенки выполнены в виде радиаторов. При этом выходные отверстия выполнены на лицевой панели, внутренняя верхняя крышка выполнена в виде радиатора. Причем внутри корпуса размещены с возможностью прохождения между ними охлаждающего потока воздуха двойные перегородки, установленные с возможностью образования, по крайней мере, двух основных и одного дополнительного отсеков. Причем внутри каждого основного отсека размещен, по крайней мере, один функционально скомпонованный тепловыделяющий элемент, выполненный в виде радиоэлектронного модуля с теплоотводом, установленный контактными поверхностями теплоотвода на внутренней боковой стенке корпуса или перегородке и закрепленный с возможностью плотного прилегания к их внутренним поверхностям, а торцевой контактной поверхностью - к поверхности внутренней верхней крышки корпуса.
В корпусе прибора с воздушным охлаждением входное отверстие может быть выполнено на задней стенке или на нижней крышке.
В корпусе прибора с воздушным охлаждением в дополнительном отсеке может быть установлен, по крайней мере, один радиоэлектронный модуль.
В корпусе прибора с воздушным охлаждением в дополнительном отсеке может быть размещен, по крайней мере, один радиоэлектронный модуль с теплоотводом, установленный контактными поверхностями теплоотвода на внутренней боковой стенке корпуса или перегородке и закрепленный с возможностью его плотного прилегания к их внутренним поверхностям, а торцевой контактной поверхностью - к поверхности внутренней верхней крышки корпуса.
В корпусе прибора с воздушным охлаждением одна из стенок двойной перегородки может быть выполнена в виде радиатора.
В корпусе прибора с воздушным охлаждением обе стенки двойной перегородки могут быть выполнены в виде радиаторов.
В корпусе прибора с воздушным охлаждением внутренняя задняя стенка может быть выполнена в виде радиатора.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
Фиг.1 - вид спереди корпуса прибора с воздушным охлаждением;
Фиг.2 - вид сзади корпуса прибора с воздушным охлаждением;
Фиг.3 - вид сверху каналов охлаждения;
Фиг.4 - вид сбоку каналов охлаждения;
Фиг.5 - радиоэлектронный модуль (печатная плата с ЭРИ, установленными на ней).
Примером использования корпуса прибора с воздушным охлаждением может служить корпус для бортового вычислительного комплекса (БВК) с тремя основными и одним дополнительным отсеками, на лицевой панели которого установлены соединители. В основных отсеках установлены цифровые теплонагруженные радиоэлектронные модули с теплоотводами, а в дополнительном отсеке установлены, например, импульсные источники питания, выполненные в виде радиоэлектронных модулей. Связь между цифровыми радиоэлектронными модулями и импульсными источниками питания осуществляется через многослойную коммутационную объединительную печатную плату, установленную со стороны нижней крышки.
Корпус прибора с воздушным охлаждением 1 (Фиг.1-Фиг.4) содержит тепловыделяющие элементы 2. Тепловыделяющим элементом может быть, например, радиоэлектронный модуль (Фиг.5), выполненный в виде печатной платы с установленными на ней электрорадиоизделиями и теплоотводом.
Корпус прибора 1 содержит систему охлаждения 3, включающую входное отверстие 4, систему распределения воздуха 5, правый боковой канал охлаждения 6, левый боковой канал охлаждения 7, внутренний правый канал охлаждения 8, внутренний левый канал охлаждения 9, передний правый канал охлаждения 10, передний левый канал охлаждения 11, верхний канал охлаждения 12 и выходные отверстия 13, правый основной отсек 14, левый основной отсек 15, центральный основной отсек 16, дополнительный отсек 17. Входное отверстие 4 расположено, например, на внешней задней стенке 18. Система распределения воздуха 5 образована полостью, ограниченной внутренней задней стенкой 19 и внешней задней стенкой 18, внутренней верхней крышкой 20, внешней верхней крышкой 21, нижней крышкой 22. Левый боковой канал охлаждения 7 образован левой внутренней боковой стенкой 23, левой внешней боковой стенкой 24 и левым рядом выходных отверстий 13. Правый боковой канал охлаждения 6 образован правой внутренней боковой стенкой 25, правой внешней боковой стенкой 26 правым рядом выходных отверстий 13. Внутренний правый канал охлаждения 8 образован правой внутренней перегородкой 27, левой внутренней перегородкой 28. Внутренний левый канал охлаждения 9 образован правой внутренней перегородкой 29, левой внутренней перегородкой 30. Передний правый канал охлаждения 10 образован передней правой внутренней перегородкой 31, передней правой внешней перегородкой 32. Передний левый канал охлаждения 11 образован передней левой внутренней перегородкой 33, передней левой внешней перегородкой 34. Верхний канал охлаждения 12 образован внутренней верхней крышкой 20, внешней верхней крышкой 21, верхним рядом выходных отверстий 13. Причем внутренняя верхняя крышка 20, левая внутренняя боковая стенка 23, внутренняя правая боковая стенка 25, правая внутренняя перегородка 27, левая внутренняя перегородка 28, правая внутренняя перегородка 29, левая внутренняя перегородка 30, передняя левая внутренняя перегородка 33, передняя правая внутренняя перегородка 31 выполнены в виде радиаторов.
Внутри корпуса прибора с воздушным охлаждением 1 размещены основной правый отсек 14, основной левый отсек 15, основной центральный отсек 16, а также дополнительный отсек 17. Причем основной левый отсек 15 отделен от основного центрального отсека 16 внутренним левым каналом охлаждения 9, а основной правый отсек 14 отделен от основного центрального отсека 16 внутренним правым каналом охлаждения 8. Дополнительный отсек 17 отделен от основного левого отсека 15 внутренним левым каналом охлаждения 9 и передним левым каналом охлаждения 11, а от основного правого отсека 14 - внутренним правым каналом охлаждения 8 и передним правым каналом охлаждения 10, а от основного центрального отсека - средней перегородкой 36.
Основной левый отсек 15 образован между левой внутренней боковой стенкой 23, левой внутренней перегородкой 30, передней левой внутренней перегородкой 33, внутренней задней стенкой 19, внутренней верхней крышкой 20 и многослойной коммутационной объединительной печатной платой 37, размещенной в нижней части корпуса параллельно поверхности нижней крышки 22. Основной правый отсек 14 образован между правой внутренней боковой стенкой 25, правой внутренней перегородкой 27, передней правой внутренней перегородкой 31, внутренней задней стенкой 19, внутренней верхней крышкой 20 и многослойной коммутационной объединительной печатной платой 37. Основной центральный отсек 16 образован между правой внутренней перегородкой 29, левой внутренней перегородкой 28, внутренней задней стенкой 19, внутренней верхней крышкой 20, средней перегородкой 36 и многослойной коммутационной объединительной печатной платой 37. Дополнительный отсек 17 образован между правой внутренней перегородкой 29, левой внутренней перегородкой 28, лицевой панелью 35, передней правой внешней перегородкой 32, передней левой внешней перегородкой 34, внутренней верхней крышкой 20, средней перегородкой 36 и многослойной коммутационной объединительной печатной платой 37.
Радиоэлектронные модули (Фиг.5) для данного корпуса прибора с воздушным охлаждением 1, установленные и закрепленные внутри его основных отсеков, выполнены с возможностью осуществления кондуктивного отвода тепла от теплонагруженных ЭРИ на стенки корпуса. Радиоэлектронный модуль состоит из печатной платы 38 с установленными ЭРИ, теплоотвода 39, клинового механизма 40 и ручек-экстракторов 41. Теплоотвод 39 предназначен для отвода тепла от ЭРИ на стенки корпуса и перегородки, ручки-экстракторы 41 - для извлечения модуля из корпуса прибора 1, а клиновой механизм 40 - для закрепления радиоэлектронного модуля в корпусе прибора 1 с возможностью плотного прилегания теплоотвода 39 к стенкам и перегородкам корпуса 1. Наиболее теплонагруженные ЭРИ размещаются на печатной плате 38 со стороны теплоотвода 39, непосредственно контактируя с его поверхностями. Для уменьшения теплового сопротивления контактирование осуществляется через материалы термоинтерфейса (например, паста КПТ-8 или др.). Для передачи тепла на корпус прибора 1 на теплоотводе 39 предусмотрены контактные поверхности 42, 43, 44, 45.
С целью увеличения площади охлаждения, увеличения площади передачи тепла от радиоэлектронного модуля к внутренним стенкам 19, 23, 25 и перегородкам 27, 28, 29, 30, 33 внутренней верхней крышке 20 корпуса и уменьшения теплового потока на теплоотводе 39 радиоэлектронного модуля предусмотрены контактные поверхности 41, 42, 43, 44, что приводит к уменьшению градиента температур от теплонагруженного ЭРИ до внутренних стенок 19, 23, 25, перегородок 27, 28, 29, 30, 33 и внутренней верхней крышки 20. Для эффективного использования контактной поверхности 44 теплоотвода 39 корпус прибора 1 разбит на четыре отсека 14, 15, 16, 17, а между отсеками организованы каналы охлаждения 8, 9, 10, 11. Функционально скомпонованные тепловыделяющие элементы в виде радиоэлектронных модулей с теплоотводами 39 внутри каждого основного отсека установлены и закреплены с возможностью плотного прилегания контактными поверхностями 42, 43, 44 теплоотводов 39 к внутренним стенкам корпуса 19, 23, 25 и перегородкам 27, 28, 29, 30, 33.
Для эффективного использования торцевой контактной поверхности 45 она прижимается к поверхности внутренней верхней крышки 20. Все это позволяет обеспечить тепловой режим ЭРИ, установленных на радиоэлектронных модулях, так как корпус прибора 1 содержит систему охлаждения 3, причем система охлаждения организована как обдувом внешних стенок корпуса прибора 1 (правый боковой канал охлаждения 6, левый боковой канал охлаждения 7, верхний канал охлаждения 12), так и между отсеками (внутренний правый канал охлаждения 8, внутренний левый канал охлаждения 9, передний правый канал охлаждения 10, передний левый канал охлаждения 11).
Радиоэлектронные модули 2 устанавливают в корпус прибора 1 со стороны внутренней верхней крышки 20 и закрепляют затяжкой винтов клинового механизма 40, что обеспечивает плотное прижатие контактных поверхностей 42, 43, 44 теплоотвода 39 к внутренним стенкам корпуса 19, 23, 25 и перегородкам 27, 28, 29, 30, 33, а после установки внутренней верхней крышки 20 обеспечивается плотное прилегание контактных поверхностей 45 радиоэлектронных модулей к этой крышке.
Во время работы БВК происходит нагрев ЭРИ, тепло от которых поступает на теплоотвод 39, а так как на теплоотводе 39 имеются контактные поверхности 42, 43, 44, 45, которые плотно прилегают к внутренним стенкам 19, 23, 25, перегородкам 27, 28, 29, 30, 33 и внутренней верхней крышке 20, то через него тепло передается к внутренним стенкам 19, 23, 25, перегородкам 27, 28, 29, 30, 33 и внутренней верхней крышке 20 и происходит их нагрев. Отвод тепла от нагретых стенок 19, 23, 25, перегородок 27, 28, 29, 30, 33 и внутренней верхней крышки 20 (Фиг.3, 4) осуществляется следующим образом. Через входное отверстие 4 на внешней задней стенке 18 корпуса прибора 1 холодный воздух под давлением поступает в систему распределения воздушного потока 5, где, охлаждая внутреннюю заднюю стенку 19, воздух распределяется на пять потоков. Далее он поступает в правый боковой канал охлаждения 6, левый боковой канал охлаждения 7, внутренний правый канал охлаждения 8, внутренний левый канал охлаждения 9 и верхний канал охлаждения 12. В левом боковом канале охлаждения 7 поток воздуха охлаждает левую внутреннюю боковую стенку 23, в правом боковом канале охлаждения 6 поток воздуха охлаждает правую внутреннюю боковую стенку 25, во внутреннем правом канале охлаждения 8 поток воздуха охлаждает правую внутреннюю перегородку 27 и левую внутреннюю перегородку 28 и дальше поступает в передний правый канал 10, где охлаждает переднюю правую внутреннюю перегородку 31 и переднюю правую внешнюю перегородку 32 и дальше поступает в правый боковой канал охлаждения 6. Во внутреннем левом канале охлаждения 9 поток воздуха охлаждает правую внутреннюю перегородку 29, левую внутреннюю перегородку 30 и дальше поступает в передний правый канал 11, где охлаждает переднюю правую внутреннюю перегородку 33 и переднюю правую внешнюю перегородку 34 и дальше поступает в левый боковой канал охлаждения 7. В верхнем канале охлаждения 12 воздух охлаждает внутреннюю верхнюю крышку 20. Нагретый воздух из левого бокового канала охлаждения 7, из правого бокового канала охлаждения 6 и из верхнего канала охлаждения 12 через выходные отверстия 13, расположенные на лицевой панели 35, выходит во внешнюю среду.
Предлагаемая конструкция корпуса прибора позволяет повысить эффективность охлаждения радиоэлектронных модулей за счет образования разветвленных каналов охлаждения внутри корпуса (между отсеками), за счет увеличения количества поверхностей теплопередачи от радиоэлектронных модулей с теплоотводами к внутренним стенкам, перегородкам, верхней крышке и их эффективного использования (радиоэлектронные модули в каждом отсеке развернуты в противоположные стороны), что приводит к эффективному использованию охлаждаемых поверхностей и к снижению градиента температур от ЭРИ до внутренних стенок корпуса, к увеличению коэффициента теплоотдачи за счет выровненного гидравлического сопротивления различных каналов (длины всех воздушных каналов равны) и организации в них потоков воздуха, при этом охлаждающий поток воздуха не попадает внутрь отсеков.