ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ МАШИНА

Полезная модель относится к вычислительной технике и предназначена для эксплуатации в экстремальных условиях, преимущественно для установки в уличных условиях или в помещениях, требующих повышенной пыле- и влаго-защищенности (производственные цеха, автомобильные мойки и т.д.), в том числе при различных метео условиях. Малые габариты (250×250×140 мм) и вес (до 7 кг) позволяют производить установку на столбах, «рамах» или подвесных конструкциях, например в составе систем видеонаблюдения.
Известен моноблочный компьютер с пассивной системой охлаждения (см. патент РФ на полезную модель №64400, МПК G06F 3/00 (2006.01), G06F 15/00 (2006.01), опубл. 27.06.2007), под пассивной системой охлаждения имеется в виду то, что моноблочный компьютер не содержит специальных электромеханических блоков, предназначенных для его охлаждения, тепло, выделяемое такими элементами моноблочного компьютера как процессор, chipset и т.д. отводится либо непосредственно от их корпуса, либо с помощью радиаторов за счет излучения и естественной конвекции, без принудительного обдува (принудительной конвекции) или циркуляции охлаждающей жидкости.
Устройство имеет следующие недостатки: ограниченность температурного диапазона, препятствующая эксплуатации в условиях отрицательной температуры, а также недостаточная эффективность системы охлаждения, не позволяющая использовать в таком компьютере современные высокопроизводительные процессоры.
Известна также наиболее близкая по технической сути промышленная электронная вычислительная машина (ПЭВМ) (см. патент РФ на полезную модель №78591, МПК G06F 15/00 (2006.01), опубл. 27.11.2008), содержащая корпус с крышкой из алюминиевого сплава, размещенные в корпусе композиционные элементы: электронные функциональные блоки с процессором, источником электропитания и накопителем, радиатор и наружные разъемы, и снабженная размещенными в корпусе нагревателем, по меньшей мере, одним датчиком температуры в корпусе, и контроллером температуры, к которому подключены источник электропитания, нагреватель и датчик температуры в корпусе, при этом корпус и крышка выполнены литыми из алюминиевого сплава, а процессор размещен на радиаторе, имеющем механический и тепловой контакт с корпусом; предпочтительно, корпус, крышка и разъемы снабжены уплотнительными пыле-, влаго-непроницаемыми прокладками; предпочтительно, корпус и крышка соединены с помощью заклепок вытяжных герметичных; предпочтительно, корпус снабжен крепежной скобой; предпочтительно, радиатор размещен с нижней стороны корпуса; предпочтительно, наружные разъемы выполнены в виде высокопрочных байонетных металлических разъемов; предпочтительно, три разъема внешних соединений для кабелей размещены на передней панели корпуса; предпочтительно, на материнской плате установлены микросхемы процессоров видеообработки (чипсеты); предпочтительно, промышленная электронная вычислительная машина снабжена встроенными модемом, адаптером, графическим контроллером, звуковым контроллером и антенной беспроводного доступа к локальной сети; предпочтительно, промышленная электронная вычислительная машина выполнена с возможностью подключения внешней клавиатуры и внешнего монитора. В этой конструкции решены задачи расширения температурного диапазона применения с обеспечением автоматического оперативного выхода на режим и работоспособности ПЭВМ в условиях отрицательной температуры окружающей среды до минус 40ºС и в условиях воздействия кондуктивных электромагнитных помех нормального и общего видов, обеспечения герметичности для работы в условиях неблагоприятного агрессивного химического состава атмосферы, а также повышения прочности.
Недостатком описанной ПЭВМ является то, что процессор размещен непосредственно на радиаторе, имеющем механический и тепловой контакт с корпусом. Это приводит к неоднородности температурного поля по высоте радиаторной стенки и повышению температуры в области присоединения процессора к радиатору по сравнению со всей поверхностью радиатора, вследствие чего ухудшается отвод теплоты от радиатора в окружающую среду. Температура зон отвода теплоты повышается, что в конечном итоге приводит к росту температуры объекта охлаждения (процессора) и ухудшению его функциональных возможностей. Данный недостаток не позволяет использовать в такой ПЭВМ современные высокопроизводительные процессоры, требующие более эффективного охлаждения.
Технической задачей настоящей полезной модели является повышение эффективности охлаждения процессора за счет улучшения однородности распределения температурного поля по поверхности радиатора и, как следствие, значительного улучшения отвода тепла от него в окружающую среду, а также расширение функциональных возможностей ПЭВМ за счет применения современных процессоров высокой производительности.
Сущность полезной модели состоит в том, что в промышленной электронной вычислительной машине, содержащей корпус, на наружной поверхности одной из стенок которого, являющейся радиатором, имеются теплорассеивающие ребра и размещенные в корпусе по крайней мере системную плату с процессором, контроллер температуры с функциями управления подачей питания, а также нагреватель, согласно полезной модели процессор размещен на базовом теплопередающим блоке, к которому присоединены тепловые трубки, связанные с радиатором; предпочтительно в корпусе имеется вентилятор для обеспечения циркуляции воздуха; предпочтительно на внутренней поверхности стенки корпуса, являющейся радиатором, нанесен слой герметика; предпочтительно на двух взаимно противоположных стенках корпуса закреплены кронштейны для монтажа на месте эксплуатации.
Конструкция заявляемого устройства выполнена таким образом, чтобы добиться максимально равномерного распределения тепла по поверхности радиатора и максимально эффективно использовать естественную конвекцию для отвода тепла; кроме того, за счет наличия в корпусе вентилятора этот эффект повышается вследствие обеспечения циркуляции воздуха внутри корпуса и переноса тепла на все его стенки; нанесение слоя теплоизолирующего герметика на внутренней поверхности стенки корпуса, являющейся радиатором, препятствует возврату тепла с радиатора во внутренний объем корпуса и обеспечивает защиту от проникновения влаги в местах присоединения радиатора.
На фиг.1 изображен общий вид промышленной электронной вычислительной машины со снятой крышкой; на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1; на фиг 3 - разрез по Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - структурная схема ПЭВМ.
ПЭВМ содержит корпус 1, на наружной поверхности одной из стенок которого закреплен радиатор 2 с теплорассеивающими ребрами, внутри корпуса 1 размещена системная плата 3 с процессором 4, источник питания 5, контроллер температуры 6 с функциями управления подачей питания, вентилятор 7, нагреватель 8, дисковые накопители 9, дополнительные платы расширения 10, 11. Согласно полезной модели процессор 4 размещен на базовом теплопередающем блоке 12, к которому присоединены тепловые трубки 13, связанные с теплопередающими блоками 14, контактирующими с радиатором 2, на внутренней поверхности стенки корпуса 1, к которой закреплен радиатор 2, нанесен слой герметика 15, на одной из стенок корпуса 1 размещены влагозащищенные соединители 16 для подключения питания и интерфейсов ввода-вывода, на двух взаимно противоположных стенках корпуса 1 закреплены кронштейны 17 для монтажа ПЭВМ на месте эксплуатации; стенка корпуса 1, противоположная той, на которой закреплен радиатор 2, является съемной, выполняя роль крышки 18, между ней и корпусом 1 находится уплотнительная прокладка 19.
Работа предлагаемой ПЭВМ осуществляется следующим образом. С помощью кронштейнов 17 ПЭВМ монтируется на месте эксплуатации, например на столбе, на стене или внутри металлического шкафа и подсоединяется к питанию, локальной вычислительной сети (ЛВС) и устройствам ввода-вывода посредством влагозащищенных соединителей 16, если какие-то из них не используются - они закрываются защитными крышками (не показаны). При подаче питания контроллер температуры 6 с функциями управления подачей питания подает питание на вентилятор 7 и контролирует его обороты с целью обнаружения блокировки в случае неисправности, он также оценивает температуру внутри корпуса 1 и в случае, когда температура является слишком низкой для работы каких-либо электронных блоков, - подает питание на нагреватель 8. Если значения температуры и напряжения питания находятся в пределах допустимого рабочего диапазона - питание подается на источник питания 5, а на системную плату 3 подается сигнал включения. В процессе работы контроллер температуры 6 автоматически управляет включением и выключением питания нагревателя 8 для поддержания температуры в допустимом диапазоне. После загрузки ПЭВМ программное обеспечение периодически посылает сигнал контроллеру температуры 6 через интерфейс USB или последовательный порт, если в течение некоторого заданного промежутка времени такой сигнал не поступает - ПЭВМ считается «зависшей» и на системную плату 3 посылается сигнал сброса. В случае обнаружения блокировки вентилятора 7 дальнейшая корректная работа ПЭВМ считается невозможной, при этом на системную плату 3 посылается сигнал выключения питания и через некоторое заданное время отключается питание от источника питания 5, такие же действия предпринимаются и в случаях выхода значения температуры или напряжения питания за пределы допустимого диапазона, а также в случае получения сигнала «батарея разряжена» от устройства бесперебойного питания (УБП, не показан). Тепловые трубки 13 (позволяют обеспечить эффективный отвод тепла от наиболее теплонагруженного элемента - процессора 4 через базовый теплопередающий блок 12, и равномерное распределение этого тепла по радиатору 2 через теплопередающие блоки 14, что делает охлаждение высокоэффективным. Вентилятор 7 обеспечивает циркуляцию воздуха внутри замкнутого объема корпуса 1 и его передачу от выделяющих тепло элементов ко всем стенкам корпуса 1, а также при низких температурах обеспечивает передачу тепла через воздух от нагревателя 8 к другим элементам. Наличие слоя теплоизолирующего герметика 15 препятствует возврату тепла от радиатора 2 к внутренним элементам и обеспечивает защиту от проникновения влаги в местах присоединения радиатора 2 к корпусу 1.