ШКАФ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ Российский патент 1998 года по МПК H05K7/20 

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано при конструировании приборных шкафов для съемных субблоков с повышенным тепловыделением.

Известен шкаф радиоэлектронной аппаратуры с воздушно-жидкостным охлаждением, описанный в а.с. СССР N 1473097, H 05 K 7/20. Однако этот шкаф имеет недостаточно высокие плотность компоновки, эффективность охлаждения, удобство эксплуатационного обслуживания при встраивании в него теплонагруженных съемных блоков, размеры которых по высоте и глубине меньше, чем это требует конструкция шкафа.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является конструкция стойки с жидкостным охлаждением, описанная в книге Савельев А. Я. Овчинников В.А. Конструирование ЭВМ и систем. Учебник для ВУЗов по спец. "Электронно-вычислительные машины". М. Высшая школа, 1984, с. 129, рис. 6, 19. Стойка включает каркас, к которому крепятся алюминиевые плиты со змеевиками (теплообменниками), образующие контур жидкостного охлаждения. Стойка предназначена для встраивания съемных блоков со значительным тепловыделением.

Однако в практике проектирования радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) нередко приходится решать обусловленную техническими или экономическими соображениями задачу построения приборов или стоек на базе ранее разработанных съемных блоков или субблоков, имеющих размеры по высоте и длине (глубине) меньше, чем те, которые требует конструкция стойки. В этом случае существенно снижается плотность компоновки аппаратуры, а также эффективность охлаждения этих субблоков, т.к. субблоки сначала встраиваются в промежуточные несущие конструкции 2-го уровня и образуют блоки, в составе которых они и устанавливаются в стойку. Понятно, что снижение плотности компоновки субблоков обусловлено не только присутствием промежуточной несущей конструкции, но и необходимостью размещения средств коммутации субблоков в составе блоков, а блоков в составе стойки. Снижение эффективности охлаждения субблоков также связано с промежуточной несущей конструкцией 2-го уровня, вносящей дополнительные тепловые сопротивления, т.к. передача тепла, как правило, осуществляется с несущих конструкций субблоков на несущие конструкции блоков, с которых уже и передается на теплообменники стойки.

Следует заметить, что известны, например, из а.с. СССР N 890578, H 05 K 7/20 способы построения электронных блоков, при которых передача тепла с субблоков на темлообменники стоек выполняется непосредственно. Но и при таком варианте построения блоков эффективность охлаждения субблоков недостаточно высока, т. к. рамки субблоков имеют малый по площади тепловой контакт с выступами направляющей стойки. Увеличение же площади контакта приведет к еще большему снижению плотности компоновки аппаратуры. Кроме того, данный принцип может быть использован лишь при небольшой длине (глубине) субблоков из-за возрастания теплового сопротивления при передаче тепла по всей длине рамок на их контактные площадки.

Наконец, встраивание субблоков в стойку в составе блоков снижает удобство эксплуатации аппаратуры, т.к. исключает непосредственный или прямой доступ к субблокам при их замене.

Таким образом, известная конструкция стойки с жидкостным охлаждением, принятая в качестве прототипа, обеспечивает недостаточно высокие плотность компоновки, эффективность охлаждения и удобство эксплуатации при встраивании в нее субблоков.

Цель изобретения повышение плотности компоновки, эффективности охлаждения и удобства эксплуатации.

Цель достигается за счет того, что в шкафу радиоэлектронной аппаратуры, содержащем корпус с перегородками, разделяющими его на секции, контур жидкостного охлаждения, включающий верхний и нижний теплообменники с каналами для хладагента в каждой секции, магистрали для ввода и вывода хладагента, размещенные в секциях между теплообменниками съемные субблоки, корпус выполнен из двух, снабженных контурами жидкостного охлаждения и расположенных одна позади другой частей, неподвижной и поворотной, в каждой из которых установлены съемные субблоки, обе части корпуса соединены между собой, например, по левым боковым сторонам двумя парами петель, в которых выполнены каналы для прохождения хладагента, в каждой из пар петли состыкованы друг с другом с помощью полой оси с отверстием для прохождения хладагента из одной петли в другую, петли гидравлически связаны с соответствующими им магистралями, а ввод и вывод хладагента для контура жидкостного охлаждения поворотной части корпуса осуществлены через петли и элементы контура жидкостного охлаждения неподвижной части.

Сопоставительный анализ показывает, что предложенное устройство отличается от известных и прототипа выполнения корпуса шкафа, содержащего контур жидкостного охлаждения, из двух, расположенных одна позади другой частей, каждая из которых снабжена контурами жидкостного охлаждения. При этом контуры жидкостного охлаждения обеих частей корпуса гидравлически связаны друг с другом с помощью петель с каналами для прохождения хладагента, которые скрепляют обе части корпуса, например, по левым боковым сторонам. Плотность компоновки и удобство эксплуатации повышены за счет того, что съемные субблоки размещены в неподвижной и поворотной частях корпуса с возможностью удобного доступа к ним. Повышение эффективности охлаждения обеспечивается тем, что съемные субблоки и повышенным тепловыделением установлены в обеих частях корпуса, каждая из которых снабжена контурами жидкостного охлаждения, благодаря чему съемные субблоки имеют непосредственный тепловой контакт с жидкостными темплообменниками в каждой из частей корпуса.

Таким образом, предложенное устройство соответствует критерию "Новизна".

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом, а также с другими техническими решениями в данной области техники позволяет сделать вывод о соответствтии его критерию "Существенное отличие".

На фиг. 1 изображен предлагаемый шкаф радиоэлектронной аппаратуры, общий вид в аксонометрии; на фиг. 2 вид на шкаф спереди; на фиг. 3 вид на шкаф сверху; на фиг. 4 вид на шкаф слева; на фиг. 5 разрез В-В на фиг. 4; на фиг. 6 вид А на фиг. 2; на фиг 7 вид Б на фиг. 2; на фиг. 8 схема ввода, распределения и вывода хладагента в шкафу.

Шкаф радиоэлектронной аппаратуры содержит корпус 1, выполненный из расположенных одна позади другой двух частей, неподвижной 2 и поворотной 3. Неподвижная 2 часть корпуса 1 снабжена задней 4, а поворотная 3 передней 5 крышками.

Обе части 2 и 3 корпуса 1, снабженные контурами жидкостного охлаждения, имеют перегородки 6, разделяющие их на секции. В каждой из секций на перегородках 6 закреплены верхний 7 и нижний 8 теплообменники с проходящими в них змеевиками 9. Концы змеевиков 9 своими наконечниками 10 входят во втулки 11 с уплотнительными резиновыми кольцами 12. Втулки 11 являются окончаниями соединитедбных трубок 13, которые своими концами с помощью штуцерных соединений 14 состыковываются с магистралями ввода 15, 16 и вывода 17, 18 хладагента для контуров жидкостного охлаждения соответствующих частей корпуса 1.

Неподвижная 2 и поворотная 3 части корпуса 1 по своим левым боковым сторонам соединяются друг с другом двумя парами петель нижних 19, 20 и верхних 21, 22. Кроме того, части 2 и 3 корпуса 1 свинчиваются винтами 23, для чего они снабжены необходимыми конструктивными элементами (фланцами, резьбовыми втулками), которые в графических материалах не обозначены. Петли 19 22 имеют конструкцию, обеспечивающую возможность не только поворота части 3 корпуса 1 на угол 90^o относительно части 2 корпуса 1, но и гидравлической связи контуров жидкостного охлаждения части 2 и 3 корпуса 1. Каждая из пар петель состоит их двух частей неподвижной 19, 21 и поворотной 20, 22, крепящихся соответственно к неподвижной 2 и поворотной 3 частями корпуса 1. Неподвижные 19, 21 и поворотные 20, 22 петли состыковываются друг с другом одинаковыми полыми на определенном участке осями 24 с отверстием на образующей. Уплотнение осей 24 обеспечивается резиновыми кольцами 25, уложенными в канавки, которые выполнены в петлях 19 22. В петлях также выполнены отверстия (каналы) для прохождения хладагента, связанные между собой. Благодаря частично полой оси 24 с отверстием на образующей, связанным с ее полостью, обеспечивается прохождение хладагента из неподвижной 19 или 21 в поворотную 20 или 22 петлю. К петле 19 снизу крепится по фланцу (например, сваркой) входной штуцерный узел 26, состоящий из соединительной трубы с фланцем и собственно штуцера. Сверху к петле 19 крепится магистраль 15 ввода хладагента, оканчивающаяся приваренной к ней втулкой 27 с фланцем для крепления. Уплотнение втулки 27 в петле 19 выполнено резиновыми кольцами 25, такими же, как и оси 24. Аналогично в поворотной 3 части корпуса 1 петля 20 сверху соединяется с магистралью 16 ввода хладагента, а петля 22 с помощью соединительной трубы 28, уложенной в пазу сверху, связана с магистралью 18 вывода хладагента на противоположной боковой стенке поворотной части 3. Петля же 21 трубой 29 связана с магистралью 17 вывода хладагента в контуре жидкостного охлаждения неподвижной 2 части корпуса 1. Внизу магистраль 17 оканчивается штуцером 30 вывода хладагента.

В секциях обеих частей корпуса 1 размещены съемные субблоки 31, которые вдвигаются по направляющим пазам в теплообменниках 7 и 8. Каждый съемный субблок 31 выполнен на основе одной или нескольких теплопроводящих пластин (теплостоков), на которые с двух сторон наклеены теплопроводящим клеем, например, ВК-9 тонкие многослойные печатные платы с электрорадиоизделиями (ЭРИ) для поверхностного монтажа (в графических материалах конструкция субблока подробно не показана). Благодаря минимальному зазору между теплостоками и стенками пазов и возможному непосредственному тепловому контакту обеспечивается хорошая передача тепла по всей длине (глубине) теплостоков субблоков 31 сверху и снизу на теплообменники 7 и 8 в секциях обеих частей 2 и 3 корпуса 1.

Съемные субблоки 31 в каждой из секций объединены электрически коммутационными платами 32. На неподвижной 2 части корпуса сверху, а при необходимости и снизу устанавливаются электрические разъемы 33 внешних связей. В неподвижной 2 части корпуса 1 спереди уложен жгут 34, который с помощью накидных разъемов с плоскими жгутами обеспечивает электрическую связь коммутационных плат в обеих частях корпуса 1 вдоль их левых боковых стенок. Жгут 34 сверху, а при наличии разъемов внизу и снизу распаивается на электрические разъемы 33.

Шкаф работает следующим образом. Хладагент через входной штуцерный узел 26, петлю 19 и втулку 27 поступает в магистраль 15 контура жидкостного охлаждения неподвижной 2 части корпуса 1 и через соединительные трубки 13 распределяется параллельно по теплообменникам 7 и 8 секций, начиная с нижней. Через каналы в петле 19, полую ось 24 и ее отверстие на образующей хладагент поступает в петлю 20, а через каналы в ней подается через втулку 27 в магистраль 16 ввода хладагента в контур жидкостного охлаждения поворотной 3 части корпуса 1 и далее распределяется параллельно по теплообменникам всех секций, начиная с нижней.

При прохождении хладагента по змеевикам 9 теплообменников 7 и 8 во всех секциях неподвижной 2 и поворотной 3 частей корпуса 1 происходит съем тепла, выделяемого субблоками 31, которое передается по следующему тракту: корпуса ЭРИ, тонкие многослойные печатные платы, теплостоки, теплообменники, стенки трубок змеевиков, хладагент.

Хладагент, подогретый при прохождении по змеевикам 9 теплообменников 7 и 8 неподвижной 2 части корпуса, поступает в выходную магистраль 17, из которых через штуцер 30 выходит из шкафа. В поворотной 3 части корпуса 1 хладагент поступает с теплообменников 7 и 8 в выходную магистраль 18, а из нее через соединительную трубу 28, втулку 27 в петлю 22. Через каналы в петле 22, отверстие в образующей оси 24, ее полую часть, каналы в петле 21, втулку 27 хладагент подается в соединительную трубу 29 и далее в магистраль 17, из которой через штуцер 30 выходит из шкафа.

Эксплуатационное обслуживание шкафа осуществляется следующим образом. Для доступа к субблокам 31, размещенным в поворотной 3 части корпуса 1, снимается крышка 5, и производится замена неисправного субблока 3 на исправный. Доступ к субблокам 31 неподвижной 2 части корпуса 1 обеспечивается после того, как, отвернув винты 23, поворотная 3 часть корпуса опрокидывается на угол 90^o. При этом также обеспечивается удобный доступ к обратной стороне коммутационных плат 32 с элетромонтажом в поворотной 3 части корпуса 1. В случае необходимости доступа к коммутационным платам 32 в секциях неподвижной части 2 корпуса 1 из данной секции извлекаются субблоки 31, а коммутационная плата 32 извлекается вперед, как это делается в обычных шкафах радиоэлектронной аппаратуры.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого технического решения заключается в следующем.

По сравнению с прототипом, за который принята стойка с жидкостным охлаждением, описанная в книге Савельева А.Я. и Овчинникова В.А. "Конструирование ЭВМ и систем.", предлагаемый шкаф радиоэлектронной аппаратуры имеет более высокую плотность компоновки. Это связано с тем, что корпус шкафа выполнен из двух, расположенных одна позади другой частей, снабженных контурами жидкостного охлаждения и соединенных между собой, например, по левым боковым сторонам двумя парами петель, обеспечивающими возможность не только поворота одной из частей корпуса относительно неподвижной другой, но и гидравлической связи контуров жидкостного охлаждения обеих частей корпуса друг с другом. Благодаря этому съемные субблоки могут размещаться в обеих частях корпуса шкафа непосредственно без встраивания их сначала в промежуточные несущие конструкции 2-го уровня с образованием блоков. Повышение плотности компоновки легко показывается на конкретном примере. Так, в секцию обычного шкафа с внутренними размерами каждой секции по высоте, ширине и глубине 200 х 484 х 420 мм могут в составе двух блоков 2-го уровня встроиться 44 субблока с размерами по высоте, ширине и глубине 174 х 15 х 180 мм. В предлагаемом же шкафу с внутренними размерами двух секций, расположенных на одном уровне и относящихся одна к неподвижной а другая к поворотной частям корпуса, 162 (174) х 484 х 420 мм с учетом размещения коммутационных плат и электромонтажа между ними в обеих частях корпуса могут быть встроены не менее 56 субблоков. При этом в первом случае плотность компоновки составляет примерно 1,1 субблока на дм³, а во втором 1,6 субблока на дм³. Таким образом, предлагаемое техническое решение повышает плотность компоновки в 1,45 раза.

Более высокая эффективность отвода тепла в предлагаемом шкафу связана с тем, что субблоки встраиваются в шкаф непосредственно и имеют хороший тепловой контакт с теплообменниками в обеих частях корпуса, а потери, которые бы имели место в случае использования промежуточной несущей конструкции 2-го уровня, отсутствуют.

Заявляемое техническое решение также более удобно в эксплуатации, т.к. субблоки напрямую встраиваются в неподвижную и поворотную части корпуса шкафа и при необходимости могут легко извлекаться из каждой части. При этом исключается необходимость в извлечении сначала блока 2-го уровня, а уж затем из него и субблока. Кроме того, в поворотной части корпуса обеспечен удобный доступ к электромонтажу коммутационных плат.

Видимо, не вызывает сомнений и то, что в предлагаемом техническом решении существенно снижаются металлоемкость конструкции, ее масса из-за исключения промежуточных несущих конструкций.

Кроме того, имеет место упрощение электромонтажа за счет того, что двухуровневая коммутация субблоков в составе стойки прототипа заменяется на одноуровневую коммутацию субблоков в составе предлагаемого шкафа.

Область использования изобретения: изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано при конструировании приборных шкафов для съемных субблоков с повышением тепловыделением. Сущность изобретения: в шкафу радиоэлектронной аппаратуры, содержащем корпус 1 с перегородками 6, разделяющими его на секции, контур жидкостного охлаждения, включающий верхний и нижний теплообменники 7 и 8 с каналами для хладагента в каждой из секций, магистрали для ввода 15, 16 и вывода 17, 18 хладагента, размещенные в секциях между теплообменниками 7, 8 съемный субблоки, корпус с контуром жидкостного охлаждения выполнен из двух, снабженных контурами жидкостного охлаждения и расположенных одна позади другой частей 2, 3 - неподвижной 2 и поворотной 3, соединенных, например, по левым боковым сторонам двумя парами петель 19, 20 и 21, 22, в которых выполнены каналы для прохождения хладагентов, петли гидравлически связаны с соответствующими им магистралями, а ввод и вывод хладагента для контура жидкостного охлаждения поворотной части 3 корпуса 1 осуществлен через петли и элементы контура жидкостного охлаждения неподвижной части 2, в результате этого повышаются плотность компоновки, эффективность охлаждения и удобства эксплуатации. 8 ил.

Шкаф радиоэлектронной аппаратуры, содержащий корпус с перегородками, разделяющими его на секции, с контуром жидкостного охлаждения, образованным расположенными в каждой секции один под другим теплообменниками с каналами для хладагента и магистралями для ввода и вывода хладагента, и размещенные в секциях корпуса между верхними и нижними теплообменниками съемные субблоки, отличающийся тем, что указанный корпус с перегородками и контуром жидкостного охлаждения выполнен из двух расположенных одна позади другой неподвижной и поворотной частей с контурами жидкостного охлаждения, соединенных между собой по одним их одноименным боковым сторонам посредством двух пар петель с каналами для прохождения хладагента, при этом в каждой паре петель указанные петли состыкованы одна с другой посредством полой оси с отверстием для прохождения хладагента из одной петли в другую петлю указанной пары петель и гидравлически связаны с соответствующими магистралями ввода и вывода хладагента, причем съемные субблоки установлены в неподвижной и поворотной частях корпуса с возможностью теплового контакта с соответствующими жидкостными теплообменниками их контуров жидкостного охлаждения.