ШКАФ ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ Российский патент 2003 года по МПК H05K7/20 

Изобретение относится к электротехнике, а имнно к устройствам охлаждения радиоэлектронной аппаратуры.

В большинстве случаев при конструировании радиоэлектронной аппаратуры встает вопрос о способе отвода тепла от тепловыделяющих элементов.

Конструктивное размещение в одном объеме микромощных каскадов, работающих на исполнительные устройства, налагает очень жесткие требования на тепловой режим всего устройства, т.к. мощные каскады, которые, как правило, выделяют значительную тепловую энергию, не должны превышать температуру внутри объема прибора.

Известны шкафы для радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), содержащие корпуса, воздуховоды, теплообменники и блоки управления (1,2,3). Например, известен шкаф для размещения РЭА, в котором теплообменник выполнен в виде игольчатого радиатора, снабженного закрывающим его со всех сторон кожухом, в боковых стенках которого выполнены отверстия и основание с окном. Вентиляторы вмонтированы в сквозные каналы, установленные между зигзагообразными участками трубопровода теплообменника и сообщающиеся с ним через окно его основания, а теплоотводящие каналы сообщаются с теплообменником через боковые отверстия его кожуха.

В известных шкафах нерационально используются объемы, занимаемые блоками вентиляторов и теплообменником; усложнены конструкции; недостаточная эффективность теплообменника; отсутствует возможность автоматического регулирования теплового режима и тушения возможного возгорания РЭА.

Технический результат заявленного изобретения заключается в упрощении конструкции, повышении эффективности теплообмена, возможности автоматического регулирования теплового режима и тушения возможного возгорания.

Технический результат достигается тем, что в шкафу для охлаждения радиоэлектронной аппаратуры, содержащем корпус, расположенные в нем теплообменник и сквозные каналы с вентиляторами, выполненными в виде единого выдвижного блока, а также проложенные вдоль стенок корпуса теплоотводящие каналы для охлаждающей среды, согласно изобретению выдвижной блок снабжен расположенным над ним радиатором, выполненным из высокотеплопроводного металла как одно целое со стенками сквозных каналов, и установлен в нижней части закрытого корпуса с образованием между ним и нижним основанием корпуса полости, через которую сообщаются теплоотводящие каналы и сквозные каналы с вентиляторами, а к стенкам сквозных каналов с их внешней стороны присоединены "холодные" спаи батареи термоэлектрических модулей, к "горячим" спаям которых примыкает змеевик с хладагентом, снабженный впускным и выпускным патрубками.

Кроме того, шкаф может дополнительно содержать блок автоматического регулирования температуры, вход которого электрически связан с установленным внутри шкафа датчиком температуры, а выход - с цепями электропитания батареи термоэлектрических модулей.

Змеевик с хладагентом может быть дополнительно снабжен электромагнитными вентилями, связанными с расположенными внутри шкафа датчиками возгорания.

Заявленный шкаф для охлаждения РЭА обеспечивает возможность автоматического регулирования теплового режима и отличается от известных соединением вентиляторов и теплообменника для охлаждения воздуха в единый компактный выдвижной блок, позволяющий более эффективно использовать занимаемый ими объем шкафа. В нем использованы термоэлектрические модули, связанные с регулятором температуры и датчиком фактической температуры, что позволяет не просто более эффективно, по сравнению с существующими устройствами, охлаждать воздух, но и автоматически регулировать тепловой режим в шкафу в необходимых пределах. Шкаф снабжен автоматической системой погашения возможного возгорания РЭА, связанной с системой охлаждения воздуха, т.к. охлаждающая "горячие" спаи термоэлементов смесь, например фреон, одновременно служит и средством пожаротушения с помощью соответствующих датчиков и электромагнитных вентилей.

На чертеже показано устройство вентиляторного блока для охлаждения РЭА шкафа. Каждый вентилятор 1 в выдвижном блоке 2 заключен в выполненную из высокотеплопроводного металла прямоугольную ячейку 3, к стенкам которой с внешней стороны припаяны "холодные" спаи термоэлектрических модулей 4, подключенных последовательно к выходу блока автоматического регулятора температуры 5, вход последнего связан с датчиком температуры (не показан), расположенным внутри шкафа рядом с элементами РЭА. Блок вентиляторов сверху накрыт ребристым радиатором 6, выполненным также из высокотеплопроводного металла и припаянным к стенкам ячеек 3. "Горячие" спаи термоэлектрических модулей 4 охлаждаются, например, фреоном, протекающим по змеевику 7, снабженному впускным и выпускным 9 патрубками и электромагнитными вентилями 10 и 11, связанными с датчиками возгорания (не показаны), расположенными внутри шкафа рядом с элементами РЭА.

Принцип работ устройства следующий. На блок автоматического регулятора температуры 5 устанавливают необходимую внутри шкафа температуру. В зависимости от этой заданной температуры и фактической температуры в шкафу, измеряемой расположенным в нем датчиком, на выход блока автоматического регулятора 5 устанавливается напряжение определенной полярности и величины. Ток, пропорциональный этому напряжению, проходит через последовательно включенные термоэлектрические модули 4, при этом они начинают охлаждать стенки каналов 3 и радиатор 6 и нагревать змеевик 7, и наоборот, в зависимости от полярности на выходе блока автоматического регулятора 5. Избыточное тепло от змеевика 7 отводится охлаждающей смесью, например фреоном. А воздух, нагнетаемый вентиляторами 1, проходя через каналы 3 и щели (жалюзи) радиатора 6, охлаждается, и, в свою очередь, охлаждает элементы РЭА, проходя через секции шкафа. Из верхней части шкафа воздух через теплоотводящие каналы, прилегающие к стенкам шкафа, проходит вниз в полость для забора воздуха, расположенную под блоком с вентиляторами, затем цикл повторяется.

В случае самовозгорания электронных блоков, находящихся в шкафу, срабатывает расположенный там же датчик возгорания, открываются электромагнитные вентили 10 и 11 на змеевике 7 и газообразный фреон, заполняя весь шкаф, гасит возникший пожар.

Проведенные испытания показали, что термоэлектрический шкаф более эффективен. В известных шкафах принципиально невозможно установить температуру более низкую, чем температура хладагента, протекающего по змеевику теплообменника. Использование термоэлектрических модулей с терморегулятором и датчиком фактической температуры согласно изобретению позволяет не только более эффективно охлаждать воздух, но и автоматически регулировать его температуру в необходимых пределах. Преимуществом предлагаемого устройства является также наличие системы автоматического тушения возможного возгорания, причем последняя задача решается совместно с задачей охлаждения воздуха; конструктивное выполнение вентиляторов и теплообменника в виде единого блока позволяет более рационально использовать объем шкафа. Возможно также эффективное и рациональное использование таких блоков в уже находящихся в эксплуатации шкафах.

ЛИТЕРАТУРА
1. Авторское свидетельство СССР 750767, Н 05 К 7/20, 20.06.1977 г.

2. Авторское свидетельство СССР 700941, Н 05 К 7/20, 22.03.1978 г.

3. Авторское свидетельство СССР 978398, Н 05 К 7/20, 13.10.1980 г. - прототип.

Использование: в высокоинтегральных элементах, рассеивающих при работе значительные мощности. Технический результат заключается в повышении эффективности термостабилизации РЭА. В нижней части закрытого корпуса шкафа расположены выполненные в виде единого выдвижного блока теплообменник и сквозные каналы с вентиляторами. Выдвижной блок снабжен расположенным над ним радиатором, выполненным из высокотеплопроводного металла как одно целое со сквозными каналами для вентиляторов. Между выдвижным блоком и нижним основанием корпуса имеется полость, через которую сквозные каналы сообщаются с вентиляторами и расположенными вдоль стенок корпуса теплоотводящими каналами для охлаждающей среды. Стенки сквозных каналов охлаждаются "холодными" спаями присоединенных к ним термоэлектрических модулей и отбирают тепло у проходящего через каналы воздуха. Тепло от "горячих" спаев термомодулей отводится с помощью хладагента, протекающего через примыкающий к ним змеевик, снабженный впускным и выпускным патрубками. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Шкаф для охлаждения радиоэлектронной аппаратуры, содержащий корпус, расположенные в нем теплообменник и сквозные каналы с вентиляторами, выполненными в виде единого выдвижного блока, а также проложенные вдоль стенок корпуса теплоотводящие каналы для охлаждающей среды, отличающийся тем, что выдвижной блок снабжен расположенным над ним радиатором, выполненным из высокотеплопроводного металла как одно целое со стенками сквозных каналов, и установлен в нижней части закрытого корпуса с образованием между ним и нижним основанием корпуса полости, через которую сообщаются теплоотводящие каналы и сквозные каналы с вентиляторами, а к стенкам сквозных каналов с их внешней стороны присоединены "холодные" спаи батареи термоэлектрических модулей, к "горячим" спаям которых примыкает змеевик с хладагентом, снабженный впускным и выпускным патрубками. 2. Шкаф по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит блок автоматического регулирования температуры, вход которого электрически связан с установленным внутри шкафа датчиком температуры, а выход - с цепями электропитания батареи термоэлектрических модулей. 3. Шкаф по п.1, отличающийся тем, что змеевик с хладагентом, дополнительно снабжен электромагнитными вентилями, связанными с расположенными внутри шкафа датчиками возгорания.