КОРПУС ПРИБОРА

Устройство относится к электронной технике, в частности к устройствам охлаждения и вентиляции с принудительной циркуляцией воздуха. Оно предназначено для использования в комплексе бортового радиоэлектронного оборудования, эксплуатируемого в сложных климатических условиях (повышенная влажность, высокая температура, повышенная вибрация и т.п.).
Известны три механизма отведения тепла: конвективный, кондуктивный и отведение тепла лучеиспусканием. Также известно, что в каждом устройстве имеют место все три механизма отведения тепла и преимущественная работа кого-либо из них определяется конструкторским решением.
Известно устройство (Патент Великобритании №2295669, F24F 11/04; Н05К 7/20, опубл. 05.06.1996), включающее в себя несколько электронных блоков, охлаждаемых вентиляторами, и устройство рециркуляции, обеспечивающее решение задачи охлаждения при отказе одного из вентиляторов.
Одним из недостатков данного технического решения является то, что конструкция не предполагает дальнейшую работу устройства в случае отказа всех вентиляторов. Другим недостатком является невозможность использования данной конструкции в компактных электронных приборах из-за значительных массогабаритных характеристик вентиляторов.
Приведенный аналог отражает случай, когда конвективное отведение тепла преобладает над остальными механизмами, при этом имеет место принудительная конвекция.
Известна конструкция (Заявка РФ на изобретение №97120660, H01L 25/04, опубл. 10.10.1999), содержащая схемную плату, электронный прибор, размещенный на схемной плате, радиатор, имеющий тепловой контакт с этим прибором, теплопроводящие элементы, средства для прижимающего усилия.
Недостатком данного устройства является то, что при таком решении отвод тепла происходит только от теплонагруженного элемента, а задача отведения тепла из прибора не решается. Приведенный аналог отражает случай, когда кондуктивное отведение тепла и лучеиспускание является основными механизмами, при этом конвективному отведению тепла предоставлена второстепенная роль.
Известно устройство (Патент РФ на изобретение №2335813, G12B 15/04, опубл. 10.10.2008), содержащее теплонагруженный элемент, теплоотвод из спрессованной металлической проволоки и всасывающий улавливатель воздуха. Указанное решение представляет собой комбинацию всех механизмов отведения тепла. Сначала тепло от элемента передается в проволоку, затем оно рассеивается в пространство, ограниченное витками проволоки, и принудительным воздушным охлаждением выносится наружу. Указанное решение требует дополнительных мер по обеспечению теплового контакта теплонагруженного элемента и проволочной детали. К тому же требуются меры по предотвращению загрязнения проволочной детали от пыли, так как оно сопровождается увеличением сопротивления воздушному потоку и увеличением теплоемкости перехода от элемента к воздуху, что является существенным недостатком технического решения.
Известны устройства (Патент США №7174951, F28D 15/00, опубл. 13.02.2007, Заявка США №2008302507, Н05К 7/20 опубл. 11.12.2008) представляющие собой комбинацию вентилятора и радиатора, находящегося в тепловом контакте с теплонагруженным элементом. Традиционное сочетание трех механизмов отведения тепла характеризуется высокой эффективностью, но на практике невозможна установка вентилятора на каждый теплонагруженный элемент. Последнее обстоятельство связано не только с увеличением массогабаритных характеристик прибора, но также с лишней коммутацией и повышенными энергетическими затратами на вентиляцию.
Наиболее близким техническим решением является корпус прибора (Патент РФ на полезную модель №62490, Н05К 7/20, Н05К 5/00, опубл. 10.04.2007) с заключенным в него, по крайней мере, одним тепловыделяющим элементом, содержащий систему охлаждения, включающую входные и выходные отверстия. Система охлаждения корпуса образована двойными стенками, выполненными с возможностью прохождения между ними охлаждающего потока воздуха. Причем, внутренние боковые стенки выполнены в виде радиаторов, а внешние боковые стенки содержат, по крайней мере, два выходных отверстия, выполненных со смещением по высоте относительно противоположных боковых стенок. Входное отверстие расположено на задней стенке, а выходные отверстия на внешних боковых стенках и верхней крышке смещены в сторону передней стенки корпуса. В системе охлаждения предусмотрено внешнее устройство подачи воздуха в корпус.
К недостаткам данного устройства относятся недостаточно эффективный отвод тепла из внутреннего корпуса, так как охлаждение происходит только через его стенки, выполненные в виде радиаторов, сложность конструкции из-за наличия двойных стенок корпуса, а также наличие внешнего устройства подачи воздуха и характерные для него высокие энергетические затраты.
Техническим результатом предложенного решения является повышение эффективности системы охлаждения и стабильности работы устройства за счет формирования воздушных потоков внутри прибора и компоновки электронных модулей при сохранении их электромагнитной совместимости, упрощение конструкции, уменьшение энергетических затрат.
Технический результат достигается тем, что корпус прибора, на боковых стенках которого, выполненных в виде радиаторов, расположены отверстия, содержит печатные платы с тепловыделяющими элементами. Причем в корпусе имеется панель, расположенная параллельно его передней стенке вблизи упомянутых отверстий и выполненная в виде тепловода с отверстиями, к одной стороне которого присоединен теплообменник, содержащий ребра, пазы и выступы, а к другой стороне - теплообменник, содержащий пазы, отверстия и выступы, причем, по меньшей мере, на одной из других стенок корпуса расположены отверстия, в области которых размещен, по меньшей мере, один вентилятор, при этом по меньшей мере, одна печатная плата расположена между панелью и задней стенкой корпуса перпендикулярно им. Причем по меньшей мере, одна печатная плата расположена между панелью и передней стенкой корпуса параллельно им. Причем на боковых стенках корпуса и на панели расположены дополнительные тепловыделяющие элементы.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 изображен корпус прибора, с заключенными в нем электронными модулями;
На фиг.2 изображена панель и распределение температуры по ее поверхности в рабочем состоянии.
Внутри корпуса (фиг.1), содержащего переднюю стенку 1, заднюю стенку 2, боковые стенки 3 и 4, нижнюю стенку 5, верхнюю стенку 6, имеется панель (фиг.2), представляющая собой тепловод 7, к одной стороне которого присоединен теплообменник 8, содержащий ребра 9, пазы 10 и выступы 11, а к другой стороне - теплообменник 12, содержащий отверстия 13, пазы 10 и выступы 11. В нижней стенке 5 корпуса в области отверстий 14, предназначенных для выхода воздушного потока из корпуса расположен вентилятор 15. Такие отверстия 14 могут быть расположены также и на задней стенке 2 корпуса, в области которых также может быть установлен вентилятор 15. Благодаря различной форме теплообменников 8 и 12 воздушным потокам, создаваемым вентилятором 15, придается турбулентность, а благодаря тому, что выходные вентиляционные отверстия 14 на нижней стенке 5 выполнены вблизи задней стенки 2 корпуса, происходит 8охлаждение воздушными потоками максимального количества теплонагруженных элементов.
Систему вентиляции целесообразно строить с использованием мало потребляющих электроэнергию вентиляторов, например фирмы PAPST, при соблюдении аэродинамических характеристик и требований по установке вентиляторов. А размеры вентиляционных отверстий в корпусе должны быть минимальны, так как это позволит сохранить электромагнитную совместимость прибора в целом и одновременно обеспечить эффективный теплоотвод.
Между панелью и передней стенкой 1 параллельно им жестко закреплены печатные платы 16 с радиоэлементами, а панелью и задней стенкой 2 параллельно боковым стенкам 3 и 4 расположены печатные платы 17 с радиоэлементами.
Дополнительные теплонагруженные элементы 18 размещены на внутренних поверхностях стенок 3 и 4, а также на панели.
В стенках 3 и 4 выполнены вентиляционные отверстия 19, предназначенные для входа воздушных потоков в корпус прибора и максимально удаленные от площадок, на которых размещены теплонагруженные элементы 18, благодаря чему влияние этих элементов на нагрев входящих воздушных потоков несущественное.
Корпус может быть изготовлен в условиях приборостроительного предприятия. В качестве конструктивного материала целесообразно использование известных сплавов алюминия.
Охлаждение корпуса происходит следующим образом:
Воздушные потоки, формируемые вентилятором 15, через отверстия 19 на боковых стенках 3 и 4 попадают на поверхность панели, которая выделяет тепло во внутреннее пространство корпуса прибора. Ребра 9, пазы 10, выступы 11 и отверстия 13 теплообменников 8 и 12 панели ориентируют входящие потоки на их интенсивное перемешивание в непосредственной близости от панели.
Печатные платы 16, расположенные вдоль входящих потоков, создают минимальное сопротивление воздуху, участвуя в перемешивании потоков. Тепло выделенное элементами 18, расположенными на панели, распространяясь по теплообменникам 8 и 12, лучеиспусканием и свободной конвекцией удаляется из панели в корпус. Тепловод 7 с отверстиями 13 также излучает тепло, выделенное этими элементами, и перемешивает воздушные потоки. Таким образом, воздушные потоки со всех сторон охлаждают поверхность панели.
Печатные платы 17 образуют каналы для свободного прохождения всех воздушных потоков к выходным отверстиям 14. Благодаря этому происходит разделение охлаждающего воздушного потока внутри прибора на турбулентную часть в области отверстий 19 боковых стенок и канальную часть в области выходных отверстий 14.
Частично нагретые канальные воздушные потоки, двигаясь к выходным отверстиям 14, охлаждают элементы 18, расположенные на печатных платах 17, и внутренние поверхности стенок корпуса.
Тепло от элементов 18, расположенных на стенках 3 и 4, рассеивается через радиаторы во внешнее пространство лучеиспусканием и свободной конвекцией.
Тепловая энергия поверхности панели выводится не только воздушным потоком, но и лучеиспусканием, распространяясь в корпусе, поглощается поверхностями стенок 3 и 4, после чего выделяется во внешнюю среду.
Таким образом, обеспечивается одновременное использование всех механизмов охлаждения.
Описанное решение увеличивает эффективную площадь рассеивания тепловой энергии за счет выполнения боковых стенок корпуса в виде радиаторов, а также за счет большой площади поверхности для отвода тепла панели. Благодаря этому, предложенное техническое решение обладает преимуществом по сравнению с аналогами, так как в случае отказа вентилятора, прибор продолжает свое функционирование за счет естественной конвекции и лучеиспускания тепловой энергии с поверхности стенок корпуса, выполненных в виде радиаторов, а также с поверхности теплообменников панели внутри корпуса. К тому же применение однослойных стенок в данном техническом решении ведет к упрощению конструкции.
Сформированные воздушные потоки охлаждают все теплонагруженные элементы корпуса, а система подачи воздуха не требует энергетических затрат.
Испытания показали, что предложенное техническое решение позволяет улучшить отвод тепла на 25-27%.
Из вышеизложенного следует, что описанное техническое решение соответствует критериям патентоспособности полезной модели: новизна и промышленная применимость.