ГЕРМЕТИЧНЫЙ КОРПУС ПРИБОРА Российский патент 2008 года по МПК H05K5/00 

Изобретение относится к области радиоаппаратостроения и может использоваться при конструировании корпусов радиоэлектронной аппаратуры.

Из уровня техники известен корпус радиоэлектронного блока (Авторское свидетельство №1725414, МПК Н05К 5/00, 07.04.1992 г.). 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.

Известно устройство для тепловой защиты электронных модулей (Патент RU №2236099, опубликован 2004.09.10, МПК Н05К 7/20, Н05К 5/02, Н05К 5/06), которое служит для отвода тепла от электронных модулей с помощью теплозащитных смесей в процессе их эндотермического разложения. Устройство содержит внешний корпус, теплоизолирующий кожух, разделяющий внутреннюю полость, образованную внутренними поверхностями внешнего корпуса, на две части, теплозащитные смеси и средства для удаления из корпуса газообразных продуктов разложения. Часть полости между внутренними поверхностями внешнего корпуса и внешними поверхностями теплоотражающего кожуха содержит смесь, состоящую из кристаллогидратов карбоната натрия и гидрофосфата натрия, а часть полости между внутренними поверхностями теплоотражающего кожуха и электронными модулями содержит смесь, состоящую из кристаллогидратов карбоната натрия и пентаэритритбората натрия. Кроме того, для увеличения теплозащитных свойств наружная металлическая поверхность внешнего корпуса имеет огнезащитное вспучивающееся покрытие - краску толщиной от 0,2 до 2 мм с кратностью вспучивания от 40 до 100, температурой начала вспучивания не ниже 90°С и не более 120°С. Недостатком данного устройства является его сложность.

Известны герметичные корпуса, содержащие кожух и крышку, в которой пазы под резиновую прокладку, стальную проволоку и припой выполнены таким образом, что усилия, возникающие на крышке при наддуве герметичного корпуса или помещении его в разреженную атмосферу, воспринимают, в большей мере, стенки корпуса, а не паяный шов (Авторское свидетельство СССР №880235, МПК Н05К 5/06, опубликовано 1980 г.).

Корпусам, герметизируемым пайкой, присущи недостатки, заключающиеся в том, что конструкция кожухов и крышек сложна из-за наличия в них пазов и скосов, не обеспечивается надежность герметизации при эксплуатации корпуса в условиях повышенных механических воздействий, перепадов давлений и температур, возможен перегрев корпуса при пайке с передачей тепла на герметизируемый радиоэлектронный прибор.

Известен герметичный корпус, который содержит кожух и крышку, выполненные с покрытием в виде слоя металла по их смежным плоскостям, обладающего хорошей свариваемостью и малой теплопроводностью, например титановый сплав. В этом слое кожух и крышка снабжены буртами, совмещенными по периметру. Герметизация корпуса производится по стыку кожуха и крышки лазерной сваркой вакуум-плотным швом (Патент РФ №1780200, МПК Н05К 5/06, опубл. 1992 г.).

Недостатком данного корпуса является использование лазерной сварки или электронно-лучевой сварки, что может привести к перегреву герметизируемой радиоэлектронной платы, ее деформации, а также сложность процесса герметизации. Возможны локальные проникновения пыли и влаги по периметру сварного шва из-за его неравномерности. Возможна разгерметизация при температурных изменениях из-за высокой теплопроводности корпуса.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому техническому решению является система охлаждения корпуса (Заявка №2001113266, опубликована 2003.06.10, МПК Н05К 7/20). Система охлаждения корпуса, в котором расположен выделяющий тепло элемент, имеет входное отверстие, через которое внутрь корпуса снаружи поступает воздух, выходное отверстие, через которое воздух из корпуса выходит наружу, радиатор с рассеивающим тепло ребром, который частично или целиком расположен внутри корпуса рядом с входным отверстием, и устройство для переноса тепла, которое выделяется работающим выделяющим тепло элементом, в радиатор с рассеивающим тепло ребром, при этом тепло, которое выделяется работающим выделяющим тепло элементом, переносится в радиатор с рассеивающим тепло ребром устройством для переноса тепла, а воздух, который попадает внутрь корпуса через входное отверстие, сначала проходит через рассеивающее тепло ребро радиатора, отбирая от него тепло, которое выделяется работающим выделяющим тепло элементом, и затем после нагревания в радиаторе выпускается через выходное отверстие из корпуса наружу, охлаждая при этом сам корпус.

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 обеспечении эффективного отвода тепла и надежной герметизации в корпусе прибора радиоэлектронной аппаратуры.

Технический результат достигается тем, что корпус прибора с заключенным в него, по крайней мере, одним тепловыделяющим элементом содержит систему охлаждения корпуса, включающую входное отверстие и выходное отверстие. При этом он отличается тем, что 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 стенкой охлаждающего потока воздуха, а также двойной верхней крышкой. 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 размещены со стороны передней стенки корпуса, причем корпус прибора дополнительно содержит герметизирующий элемент, выполненный с возможностью одновременного обеспечения герметизации, теплопроводности и электропроводности между стенками корпуса прибора.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

Фиг.1 - вид корпуса прибора спереди;

Фиг.2 - вид корпуса прибора сзади;

Фиг.3 - сечение А-А, В-В на Фиг.1;

Фиг.4 - сечение Б-Б, Г-Г на Фиг.1;

Фиг.5 - сечение Д-Д на Фиг.2.

Герметичный корпус прибора 1 (Фиг.1-Фиг.5) содержит, по крайней мере, один тепловыделяющий элемент 2. Тепловыделяющим элементом может быть, например печатная плата с размещенными на ней электрорадиоэлементами. Корпус прибора 1 содержит систему охлаждения 3 корпуса прибора 1, включающую входное отверстие 4 и выходные отверстия 5. Система охлаждения 3 корпуса прибора 1 образована внутренней левой боковой стенкой 6 и внешней боковой левой стенкой 7, а также внутренней боковой правой 8 и внешней боковой правой стенкой 9, внутренней передней стенкой 10 и внешней передней стенкой 11, внутренней задней стенкой 12 и внешней задней стенкой 13, а также внутренней крышкой 14 и внешней крышкой 15. Стенки образуют замкнутый контур и выполнены с зазором, дающим возможность прохождения между внутренней и внешней стенками охлаждающего потока воздуха. Причем внутренние боковые стенки 6, 8 выполнены в виде радиаторов, а внешние боковые стенки 7, 9 содержат, по крайней мере, два вертикальных выходных отверстия 5, выполненных со смещением по высоте относительно противоположных боковых стенок. Входное отверстие 4 расположено на внешней задней стенке 13, а выходные отверстия 5 на внешних боковых 7, 9 стенках и верхней крышке 14, 15 размещены со стороны передней стенки 10, 11 корпуса прибора 1.

Так как внутри корпуса прибора 1 находятся тепловыделяющие элементы 2, то во время работы устройства происходит нагрев внутренних стенок корпуса прибора 1. За счет небольшого теплового сопротивления между стенками корпуса тепло распределяется равномерно по всем элементам конструкции. С целью исключения перегрева внутри корпуса прибора необходимо предусмотреть отвод тепла. Причем корпус прибора дополнительно содержит герметизирующий элемент 17, который позволяет одновременно обеспечивать герметизацию и теплопроводность корпуса прибора, а также осуществлять электрическую связь между стенками корпуса прибора. Герметизирующий элемент 17 выполнен в виде прокладки из терморасширенного графита, обладающей хорошей работоспособностью при высоких давлениях и температурах, химической стойкостью в большинстве агрессивных сред, стабильностью уплотнительных свойств в диапазоне температур (-200...+600°С), низким коэффициентом трения и пластичностью.

Отвод тепла в корпусе прибора 1 осуществляется следующим образом. Через входное отверстие 4 в задней стенке корпуса 12, 13 (Фиг.3, 4, 5) воздух под давлением поступает в систему охлаждения 3 корпуса прибора 1, образованную двойными стенками (внутренними и внешними) левыми боковыми 6, 7, правыми боковыми 8, 9, задними 12, 13 и передними 10, 11, а также двойными верхними крышками 14, 15. Охлаждая внутреннюю заднюю стенку 12, воздух распределяется на три потока и поступает в пространство, образованное внутренней 14 и внешней 15 верхними крышками, а также пространство, образованное внутренними и внешними левыми и правыми боковыми и передними стенками. При этом внутренние стенки корпуса выполнены в виде радиаторов, а внешние стенки имеют отверстия, обеспечивающие свободный выход охлаждающего потока воздуха во внешнюю среду. Выходные отверстия 5 на наружных боковых левой и правой стенках (Фиг.1, 2) размещены со смещением по высоте стенок, что позволяет обеспечить образование каналов для прохождения охлаждающего потока воздуха и равномерный отвод тепла на разных уровнях.

Охлаждение боковых стенок корпуса прибора осуществляется следующим образом. Охлаждающий поток воздуха от задней 12, 13 стенки распределяется и поступает в пространство между внутренней 14 и внешней 15 крышками и внутренними 6, 8 и внешними 7, 9 боковыми стенками, образуя горизонтальные каналы. При этом в одном из каналов (Фиг.3) с левой стороны охлаждающий поток воздуха проходит пространство между внутренней и внешней боковыми стенками и направляется в пространство между внутренней и внешней передними стенками, охлаждая их, и выходит в выходное отверстие на правой наружной стенке. Охлаждающий поток воздуха с правой стороны проходит пространство между внутренней и внешней правыми боковыми стенками, охлаждая их, и выходит в выходное отверстие на внешней стенке. В то же время в другом канале (Фиг.4) охлаждение происходит в обратном порядке: с правой стороны охлаждающий поток воздуха проходит пространство между внутренней и внешней боковыми стенками и направляется в пространство между внутренней и внешней передними стенками, охлаждая их, и выходит в выходное отверстие на левой наружной стенке. Охлаждающий поток воздуха с левой стороны проходит пространство между внутренней и внешней левыми боковыми стенками, охлаждая их, и выходит в выходное отверстие на внешней стенке.

Количество каналов определяется количеством выходных отверстий на боковых стенках и может быть различным, в зависимости от габаритов корпуса прибора. Причем охлаждающий поток воздуха от задней стенки проходит через все внутреннее пространство верхней крышки (Фиг.5), охлаждая ее. Выход охлаждающего потока воздуха из пространства верхней крышки осуществляется через выходное отверстие 5, расположенное со стороны передней стенки.

Примером использования корпуса прибора с теплоотводом может служить корпус 1 для электронной вычислительной машины (ЭВМ), внутри которого установлены между передней и задней стенками печатные платы с тепловыделяющими элементами 2. Во время работы ЭВМ происходит нагрев внутренних стенок корпуса. За счет небольшого теплового сопротивления между стенками корпуса тепло распределяется равномерно по всем элементам конструкции. С целью исключения перегрева внутри корпуса ЭВМ он содержит систему охлаждения 3. Система охлаждения 3 корпуса ЭВМ 1 образована внутренней левой боковой стенкой 6 и внешней боковой левой стенкой 7, а также внутренней боковой правой 8 и внешней боковой правой стенкой 9, внутренней передней стенкой 10 и внешней передней стенкой 11, внутренней задней стенкой 12 и внешней задней стенкой 13, а также внутренней крышкой 14 и внешней крышкой 15. Стенки образуют замкнутый контур и выполнены с зазором, дающим возможность прохождения между внутренней и внешней стенками охлаждающего потока воздуха. Причем внутренние боковые стенки 6, 8 выполнены в виде радиаторов, а каждая из внешних боковых стенок 7, 9 содержит по две группы из двух вертикальных выходных отверстий 5, выполненных со смещением по высоте относительно противоположных боковых стенок, что позволяет обеспечить образование горизонтальных каналов для прохождения охлаждающего потока воздуха и равномерный отвод тепла на разных уровнях. Входное отверстие 4 расположено на внешней задней стенке 13, а выходные отверстия 5 на внешних боковых стенках и верхней крышке размещены со стороны передней стенки корпуса. Для обеспечения надежной герметизации корпус прибора содержит герметизирующие элементы 16 в виде прокладок из терморасширенного графита, установленные в местах стыковки стенок корпуса прибора. При этом после обжатия плоской прокладки на величину 35% от первоначальной толщины, что является достаточным для обеспечения гарантированной герметичности, электрическое сопротивление параллельно поверхности снизится до 4-5 Ω мм²/м, а перпендикулярно возрастет до 800 Ω мм²/м.

Корпус ЭВМ также содержит лицевую панель 17 с установленными на ней разъемами и дно 18. Охлаждение боковых стенок корпуса ЭВМ осуществляется следующим образом. Охлаждающий поток воздуха из отверстия в задней стенке разделяется на три части и поступает в пространство между внутренней и внешней крышкой, а также между внутренними и внешними боковыми стенками, образуя горизонтальные каналы. При этом в одном из каналов с левой стороны охлаждающий поток воздуха проходит пространство между внутренней 6 и внешней 7 боковыми стенками и направляется в пространство между внутренней 10 и внешней 11 передними стенками, охлаждая их, и выходит в выходное отверстие 5 на правой внешней стенке 9. Охлаждающий поток воздуха с правой стороны проходит пространство между внутренней 8 и внешней 9 правыми боковыми стенками, охлаждая их, и выходит в выходное отверстие 5 на правой внешней стенке 9. В то же время в другом канале охлаждение происходит в обратном порядке: с правой стороны охлаждающий поток воздуха проходит пространство между внутренней 8 и внешней 9 правыми боковыми стенками и направляется в пространство между внутренней 10 и внешней 11 передними стенками, охлаждая их, и выходит в выходное отверстие на левой внешней 7 стенке. Охлаждающий поток воздуха с левой стороны проходит пространство между внутренней 6 и внешней 7 левыми боковыми стенками, охлаждая их, и выходит в выходное отверстие на левой внешней 7 стенке. Охлаждение верхней крышки осуществляется охлаждающим потоком воздуха, проходящим от задней стенки по всей внутренней поверхности крышки и выходящим через отверстие во внешней крышке. Для обеспечения надежной герметизации корпус ЭВМ содержит герметизирующие элементы 16 в виде прокладок из терморасширенного графита, установленные в местах стыковки стенок корпуса ЭВМ.

Предлагаемая конструкция герметичного корпуса прибора позволяет обеспечить эффективный отвод тепла как от стенок корпуса, так и от элементов, расположенных внутри корпуса, за счет создания организованных потоков воздуха в корпусе прибора, а также создать надежную герметизацию корпуса прибора радиоэлектронной аппаратуры.

Изобретение может использоваться при конструировании корпусов радиоэлектронной аппаратуры. Технический результат заключается в обеспечении эффективного теплоотвода в корпусе радиоэлектронной аппаратуры. Сущность изобретения состоит в том, что герметичный корпус прибора с заключенным в него, по крайней мере, одним тепловыделяющим элементом содержит систему охлаждения корпуса, при этом система охлаждения корпуса образована внутренними и внешними левой боковой, правой боковой, передней и задней стенками, а также двойной верхней крышкой, образующими замкнутый контур и выполненными с возможностью прохождения 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 размещены со стороны передней стенки корпуса. Причем корпус прибора дополнительно содержит герметизирующий элемент, выполненный с возможностью одновременного обеспечения герметизации, теплопроводности и электропроводности между стенками корпуса прибора. 5 ил.

Герметичный корпус прибора с заключенным в него, по крайней мере, одним тепловыделяющим элементом, содержащий систему охлаждения корпуса, включающую входное отверстие, выходное отверстие, отличающийся тем, что система охлаждения корпуса образована внутренними и внешними левой боковой, правой боковой, передней и задней стенками, а также двойной верхней крышкой, образующими замкнутый контур и выполненными с возможностью прохождения между внутренними и внешними стенками и между внешней и внутренней крышками двойной верхней крышки охлаждающего потока воздуха, при этом внутренние боковые стенки выполнены в виде радиаторов, а внешние боковые стенки содержат, по крайней мере, два выходных отверстия, выполненных со смещением по высоте боковых стенок, причем входное отверстие расположено на внешней задней стенке, а выходные отверстия на внешних боковых стенках и верхней крышке размещены со стороны передней стенки корпуса, причем корпус прибора дополнительно содержит герметизирующий элемент, выполненный с возможностью одновременного обеспечения герметизации, теплопроводности и электропроводности между стенками корпуса прибора.