ЭЛЕКТРОННЫЙ БЛОК С ВОЗДУШНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ
AIR-COOLED ELECTRONIC UNIT

Изобретение относится к области радиоаппаратостроения и может использоваться при конструировании корпусов радиоэлектронной аппаратуры.
Из уровня техники известен корпус радиоэлектронного блока (Авторское свидетельство №1725414, опубликовано 07.04.1992 г., МПК: H05K 5/00). 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 (Патент RU на изобретение №2327312, опубликовано 20.06.2003 г., МПК: H05K 5/00). Система охлаждения корпуса прибора с заключенным в него тепловыделяющим элементом содержит систему охлаждения корпуса, включающую входное отверстие и выходные отверстия. 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 на внешних боковых стенках и верхней крышке размещены 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 данной системы можно отнести недостаточно эффективный отвод тепла от внутренней передней стенки, так как она находится в центре корпуса и ее охлаждение происходит через боковые стенки, в которых имеются выходные отверстия, что значительно уменьшает количество воздуха, проходящего через переднюю стенку.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому техническому решению является корпус прибора с воздушным охлаждением (Патент RU на изобретение №2491662, опубликовано 27.08.2013 г., МПК: G12B 9/02 (2006.01), G12B 15/04 (2006.01), H05K 5/00 (2006.01), H05K 7/20). 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, выполненными с возможностью прохождения между внутренними и внешними стенками охлаждающего потока воздуха, причем боковые внутренние стенки выполнены в виде радиаторов. Выходные отверстия выполнены на лицевой панели, внутренняя верхняя крышка выполнена в виде радиатора. При этом 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.
К недостаткам данного устройства можно отнести недостаточно эффективный отвод тепла от радиоэлементов и корпуса прибора.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое техническое решение, заключается в повышении эффективности охлаждения корпуса и модулей радиоэлектронной аппаратуры.
Технический результат достигается тем, что электронный блок с воздушным охлаждением содержит систему охлаждения корпуса, образованную входным отверстием на задней стенке, выходными отверстиями на лицевой панели, нижней крышкой, внутренними и внешними левой боковой, правой боковой, задней стенками, а также внутренней и внешней верхними крышками, выполненными с возможностью прохождения между внутренними и внешними стенками и крышками охлаждающего потока воздуха. Причем боковые внутренние стенки выполнены в виде радиаторов, а внутри корпуса установлен, по крайней мере, один функционально скомпонованный тепловыделяющий элемент. Внутри корпуса параллельно задней стенке размещена средняя стенка с рассекателем воздушного потока, установленная с возможностью образования основного отсека и отсека воздухораспределения, во внутренних боковых стенках и внутренней верхней крышке которого выполнены дополнительные входные отверстия. При этом тепловыделяющий элемент в виде радиоэлектронного модуля, включающего печатную плату с электрорадиоизделиями, установленную на радиатор, закрытый крышкой модуля с отверстиями, с возможностью образования внутреннего канала охлаждения, размещен внутри основного отсека параллельно средней стенке и закреплен на внутренних боковых стенках корпуса посредством клинового механизма, обеспечивающего плотное прилегание боковых и верхней торцевых контактных поверхностей радиатора к поверхностям внутренних боковых стенок и верхней крышки корпуса с возможностью осуществления конвективного отвода тепла через внутренний канал охлаждения и кондуктивного отвода тепла на стенки корпуса. При этом внутренняя верхняя крышка выполнена с возможностью образования с внешней верхней крышкой двух отсеков, содержащих дополнительные входные и выходные отверстия, размещенные соосно с отверстиями в крышке модуля.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где: Фиг. 1 - электронный блок с воздушным охлаждением (вид спереди), Фиг. 2 - электронный блок с воздушным охлаждением (вид сзади), Фиг. 3 - электронный блок без внешних боковых стенок и крышки, Фиг. 4 - электронный блок со снятыми верхними крышками, Фиг. 5 - внутренние каналы охлаждения, Фиг. 6 - верхняя внутренняя крышка электронного блока, Фиг. 7 - радиоэлектронный модуль (общий вид), Фиг. 8 - радиоэлектронный модуль (вид спереди), Фиг. 9 - внутренние каналы радиоэлектронных модулей, Фиг. 10 - схема движения охлаждающего воздуха. Электронный блок с воздушным охлаждением включает следующее:
1 - входное отверстие,
2 - задняя стенка,
3 - левая внешняя стенка,
4 - левая внутренняя стенка,
5 - дополнительные входные отверстия,
6 - выходные отверстия,
7 - лицевая панель,
8 - правая внешняя стенка,
9 - правая внутренняя стенка,
10 - верхняя внешняя крышка,
11 - верхняя внутренняя крышка,
12 - входные переходные отверстия,
13 - выходные переходные отверстия,
14 - перегородка внутренней верхней крышки,
15 - нижняя крышка,
16 - средняя стенка,
17 - рассекатель воздушного потока,
18 - отсек воздухораспределения,
19 - основной отсек,
20 - радиоэлектронные модули,
21 - печатная плата радиоэлектронного модуля,
22 - радиатор,
23 - крышка модуля,
24 - отверстия в крышке модуля,
25 - клиновой механизм,
26 - ручки-экстракторы,
27 - отверстия в ручках-экстракторах,
28 - уплотнительные прокладки,
29 - многослойная коммутационная печатная плата.
Электронный блок с воздушным охлаждением содержит систему охлаждения корпуса, включающую входное отверстие 1, расположенное на задней стенке 2, левую внешнюю стенку 3, левую внутреннюю стенку 4 с дополнительными входными отверстиями 5, выходные отверстия 6, размещенные на лицевой панели 7, правую внешнюю стенку 8, правую внутреннюю стеку 9 с дополнительными входными отверстиями 5, верхнюю внешнюю крышку 10, верхнюю внутреннюю крышку 11 с дополнительным входным отверстием 5, переходными входными отверстиями 12, переходными выходными отверстиями 13, разделенными перегородкой 14, нижнюю крышку 15, среднюю стенку 16 с рассекателем воздушного потока 17, установленную параллельно задней стенке 2. Средняя стенка 16 делит внутренний объем корпуса электронного блока с воздушным охлаждением на два отсека: отсек воздухораспределения 18 и основной отсек 19.
Отсек воздухораспределения 18 образован задней стенкой 2, частью левой внутренней стенки 4 с дополнительными входными отверстиями 5, частью правой внутренней стенки 9 с дополнительными входными отверстиями 5, частью верхней внутренней крышки 11 с дополнительным входным отверстием 5, нижней крышкой 15 и средней стенкой 16 с рассекателем воздушного потока 17. Внутри отсека воздухораспределения осуществляется разделение воздушного потока, поступающего под давлением через входное отверстие 1 на задней крышке 2, на три части.
Основной отсек 19 образован лицевой панелью 7, другой частью левой внутренней стенки 4, другой частью правой внутренней стенки, другой частью верхней внутренней крышки 11 с переходными входными отверстиями 12, переходными выходными отверстиями 13, разделенными перегородкой 14, а также нижней крышкой 15 и средней стенкой 16. Внутри основного отсека 19 размещены радиоэлектронные модули 20 (Фиг. 7, 8), установленные и закрепленные с возможностью осуществления кондуктивного отвода тепла от теплонагруженных ЭРИ на стенки корпуса и конвективного отвода тепла через воздушный внутренний канал охлаждения.
Радиоэлектронный модуль 20 состоит из печатной платы 21 с электрорадиоизделиями (ЭРИ), установленной на радиаторе 22, предназначенном для отвода тепла от ЭРИ, а также крышки модуля 23 с отверстиями 24. Крепление радиоэлектронного модуля 20 в корпусе электронного блока осуществляют посредством клинового механизма 25, а для из влечения радиоэлектронного модуля 20 из корпуса электронного блока используют ручки-экстракторы 26 с отверстиями 27.
Наиболее теплонагруженные ЭРИ размещаются на печатной плате 21 со стороны радиатора 22, непосредственно контактируя с его поверхностями. Для уменьшения теплового сопротивления контактирование осуществляется через материалы термоинтерфейса (например, теплопроводящие прокладки GAP PAD).
Функционально скомпонованные тепловыделяющие элементы в виде радиоэлектронных модулей 20 внутри основного отсека 19 установлены и закреплены с возможностью плотного прилегания к поверхностям внутренней левой стенки 4, внутренней правой стенки 9 и внутренней верхней крышки 11.
Радиоэлектронные модули 20 устанавливают в корпус электронного блока с воздушным охлаждением со стороны верхней крышки 11 и закрепляют затяжкой винтов клинового механизма 25, что обеспечивает плотное прижатие к внутренним поверхностям боковых стенок корпуса, а после установки верхней крышки 11 обеспечивается плотное прилегание контактных поверхностей верхней крышки 11 к поверхности крышки модуля 23. При этом контактные поверхности внутренней верхней крышки 11 проходят через отверстия 27 в ручках-экстракторах 26 и плотно прилегают к крышке модуля 23. При этом переходные входные отверстия 12 внутренней верхней крышки 11 и переходные выходные отверстия 13 внутренней верхней крышки 11 находятся на одной оси с отверстиями 24 на крышке модуля 23, причем для предотвращения попадания охлаждающего воздуха в основной отсек 19 места контакта имеют уплотнительные прокладки 28.
Воздушное охлаждение электронного блока осуществляется следующим образом. Охлаждающий поток воздуха через входное отверстие 1 на задней стенке 2 подается в отсек воздухораспределения 18 на рассекатель воздушного потока 17 средней стенки 16, посредством которого распределяется на три потока, которые поступают в левый боковой канал охлаждения, правый боковой канал охлаждения и верхний канал охлаждения, проходя по которым, охлаждают соответствующие стенки корпуса электронного блока и выходят наружу через выходные отверстия 6 на лицевой панели 7.
При этом левый боковой канал охлаждения образован левой внешней стенкой 3, левой внутренней стенкой 4 с дополнительными входными отверстиями 5.
Правый боковой канал охлаждения образован правой внешней стенкой 8, правой внутренней стенкой 9 с дополнительными входными отверстиями 5.
Верхний канал охлаждения образован верхней внешней крышкой 10, верхней внутренней крышкой 11 с дополнительными входными отверстиями 5.
При этом часть воздушного потока из верхнего канала охлаждения через входные переходные отверстия 12 в контактных поверхностях внутренней верхней крышки 11 и отверстия 24 в крышке модуля 23 попадает во внутренний канал охлаждения, охлаждает радиатор 20 радиоэлектронного модуля 20 и поступает через выходные переходные отверстия 13 в контактных поверхностях внутренней верхней крышки 11 снова в верхний канал охлаждения, откуда через выходные отверстия 6 на лицевой панели 7 выходит наружу.
Внутренний канал охлаждения образован радиатором 22 тепловыделяющего радиоэлектронного модуля 20 и крышкой модуля 23, установленной на радиаторе 22. Внутренний канал охлаждения и верхний канал охлаждения образуют единый канал охлаждения посредством входных переходных отверстий 12 и выходных переходных отверстий 13 в контактных поверхностях внутренней верхней крышки 11, разделенных перегородкой 14, а также отверстий 24 в крышке модуля 23.
Предлагаемая конструкция электронного блока с воздушным охлаждением позволяет обеспечить эффективное охлаждение ЭРИ, установленных на радиоэлектронных модулях, так как корпус прибора содержит систему охлаждения. Причем система охлаждения организована как обдувом внешних стенок корпуса прибора (боковой левый канал охлаждения, боковой правый канал охлаждения, верхний канал охлаждения), так и обдувом радиатора радиоэлектронного модуля (установленного непосредственно на ЭРИ) путем прохождения воздуха через внутренний канал охлаждения.
Примером использования электронного блока с воздушным охлаждением может служить электронный блок для бортового вычислительного комплекса (БВК) с отсеком для модулей в корпусе, на лицевой панели которого установлены соединители. Электронный блок с воздушным охлаждением разделен на два отсека: отсек воздухораспределения 18 и основной отсек 19, в котором установлены тепловыделяющие элементы. Тепловыделяющим элементом является радиоэлектронный модуль 20, выполненный в виде печатной платы 21, с установленными на ней электрорадиоизделиями, закрытыми радиатором 22, который совместно с крышкой модуля 23 образует внутренний воздушный канал охлаждения.
В основном отсеке 19 корпуса электронного блока установлены цифровые теплонагруженные радиоэлектронные модули с теплоотводами. Связь между радиоэлектронными модулями 20 осуществляется через многослойную коммутационную объединительную печатную плату 29, установленную со стороны нижней крышки 15.
Во время работы БВК происходит нагрев ЭРИ, тепло от которых поступает на радиатор 22 радиоэлектронного модуля 20, а так как он обдувается воздухом и, кроме того, на нем имеются контактные поверхности, которые плотно прилегают к внутренним поверхностям внутренних боковых стенок 4 и 9 и поверхностям верхней внутренней крышки 11, то через него тепло передается к стенкам 4 и 9 и верхней крышке 11 и происходит их нагрев. Отвод тепла от нагретых стенок 4 и 9, верхней крышки 11 (Фиг. 7) осуществляется следующим образом. Холодный воздух под давлением через входное отверстие 1 в задней стенке 2 попадает на рассекатель воздушного потока 17 средней стенки 16, где делится на три части и через дополнительные входные отверстия 5 на стенках 4, 9 и крышке 11 корпуса электронного блока поступает в левый, правый и верхний каналы охлаждения. В боковых каналах охлаждения поток воздуха охлаждает боковые стенки 4 и 9, выполненные в виде радиаторов, и выходит через выходные отверстия 6 на лицевой панели 7. Из верхнего канала охлаждения часть воздушного потока через входные переходные отверстия 12 внутренней верхней крышки 11 и отверстия 24 в крышке модуля 23 попадает во внутренний канал охлаждения, где охлаждает радиатор 22, и через отверстия 24 и выходные переходные отверстия 13 внутренней крышки 11 поступает обратно в верхний канал охлаждения, откуда выбрасывается через выходное отверстие 6 на лицевой панели 7 (Фиг. 12, 13).
Предлагаемая конструкция электронного блока с воздушным охлаждением позволяет повысить эффективность охлаждения радиоэлектронных модулей за счет образования внутреннего канала (через модуль), а также за счет увеличения количества поверхностей теплопередачи от радиоэлектронных модулей с радиаторами конвективным способом. При этом применяется кондуктивный теплоперенос к стенкам и верхней крышке, что приводит к эффективному использованию охлаждаемых поверхностей и организации в них потоков воздуха, причем охлаждающий поток воздуха не попадает внутрь основного отсека.