КОНДЕНСАЦИОННЫЙ ШКАФ РЭА Российский патент 2014 года по МПК G12B15/04 H05K7/20 H02B1/56 

Поскольку компьютерное оборудование и системы питания становятся все более компактными, вопрос рассеивания тепла приобретает все большее значение. Подобное оборудование имеет специальные требования по рабочей температуре, и когда оно смонтировано внутри серверных или монтажных шкафов, температура может стать настоящей проблемой. Избыток тепла, выделяемый оборудованием внутри монтажного шкафа, является наиболее важным фактором, негативно влияющим на производительность, надежность, и приводит к сбоям. Требования по охлаждению стоит учитывать еще на начальном этапе конструирования, так как наличие эффективной стратегии охлаждения в значительной степени помогает с теплоотводом.

За прототип взято устройство [Патент (19)RU(11)2338345(13) C1] для размещения радиоэлектронной аппаратуры с решением вопроса отвода теплоты от нее. Устройство, содержит корпус и платы с электронной аппаратурой, при этом на платах размещены пластины из высокотеплопроводного материала. Система отвода тепла состоит из тепловых труб, приведенных в тепловой контакт с пластинами из высокотеплопроводного материала в области зоны испарения тепловой трубы и задней стенкой шкафа, также выполненной из высокотеплопроводного материала, на внешней стороне которой крепится зона конденсации тепловой трубы. Данное устройство неэффективно с точки зрения обеспечения теплового режима радиоэлектронной аппаратуры, т.к. при выделении большого количества тепла радиоэлектроникой система охлаждения не будет справляться с возложенной задачей. Также недостатком данного шкафа является то, что нет системы обеспечения прокладки соединительного кабеля между радиоблоками и системой обдува внутренней полости, а не только заднего отсека. Тепловая труба выполнена в виде единого замкнутого контура, что недостаточно для такого стабильного режима работы системы охлаждения. Тыльную сторону крепления тепловых труб (зона конденсации) с пластинами из высокотеплопроводного материала можно назвать пассивным охлаждением, что тоже играет немаловажную роль при интенсивном выделении тепла внутри шкафа.

Для решения проблемы отвода тепла, авторами предлагается конденсационный шкаф РЭА, обеспечивающий повышение эффективности отвода тепла из объема шкафа.

Устройство состоит из: плотно упакованного герметичного корпуса, отображенного на фиг.1; двух и более форсунок - 2, служащих для впрыскивания смеси во внутреннюю полость шкафа; высокотеплопроводящей пластины с установленной тепловыделяющей аппаратурой - 3; ТЭБ - 4; тепловых мостиков - 5; игольчатого радиатора - 6; блока вентиляторов - 7; блока управления (БУ) - 8; желоба - 9 для стекания конденсата; насоса, служащего для подачи конденсата в форсунки; датчика температуры; защитного кожуха.

Принцип работы. В радиоэлектронный шкаф - 1, который плотно изолирован от окружающей среды, пагубно влияющей на элементы электронного оборудования устанавливаются различного рода электронные платы. Основной задачей является поддержание оптимальной температуры, которая не приведет к выходу из строя дорогостоящего оборудования. Авторами этой работы предлагается испарительно-конденсационный принцип охлаждения. На фиг.1 представлен общий вид конденсационного термоэлектрического шкафа. После непродолжительного включения аппаратуры она, как мы знаем, начинает нагреваться и выделять тепло, датчик температуры подает сигнал на БУ, который включает насос для подачи жидкости на форсунки - 2, расположенные на потолке шкафа. Впрыскивается смесь жидкости во внутреннюю полость шкафа, осев на тепловыделяюще элементы - 3 происходит процесс испарения ее, тем самым мы добиваемся охлаждения тепловыделяющих элементов. Пары смеси, поднявшись вверх, конденсируются на потолке (верхняя часть шкафа), который технически выполнен под наклоном к задней стенке шкафа для направленного стекания конденсата. Для усиления конденсационных свойств испаряемой жидкости используются ТЭБ - 4, находящиеся в плотном контакте холодными спаями с верхней крышкой шкафа, а установленный игольчатый радиатор - 6, находящийся также в плотном контакте спаями ТЭБ, но уже с горячей стороны, осуществляет снятия тепла. Тепловые мостики - 5 расположены между ТЭБ (чередуются в шахматном порядке с ТЭБ) и служат для охлаждения верхней поверхности крыши посредством игольчатого радиатора и блоков вентиляторов без включения ТЭБ для экономии электроэнергии. Блок вентиляторов - 7, состоящий из четырех вентиляторов, контролируется блоком управления (БУ) - 8, который дает возможность попарно включать их для экономии электроэнергии, обдувая радиатор. Питание ТЭБ осуществляется через БУ. Сконденсировавшая смесь на верхней крышке стекает через заднюю стенку, попадая на специальный желоб - 9, расположенный по всей длине задней стенки. Оттуда она по жидкостному каналу (не изображен на фиг.1) попадает в БУ, в котором установлен насос. Под действием насоса смесь через жидкостные каналы попадает обратно в форсунки - 2.

Литература

1. Анатычук Л.И., Булат Л.П. Полупроводники в экстремальных температурных условиях. Санкт-Петербург: Наука, 2001.

2. Брусницын П.С., Кораблев В.А. Шарков А.В. Применение термоэлектрических элементов в системах охлаждения // Изв. Вузов. Приборостроение, 2000.

3. Голощапов В.Н., Курская Н.М., Мацевитый Ю.М., Цаканян О.С. Интенсификация теплообмена в платах микросборок РРЭА // Тепловые режимы и охлаждение радиоэлектронной аппаратуры, 1993, №2.

Изобретение относится к системам отвода тепла от компьютерного оборудования, смонтированного внутри серверных или монтажных шкафов, в частности к конденсационному шкафу. Технический результат - обеспечение эффективности отвода тепла из объема шкафа. Достигается тем, что в конденсационном шкафу, состоящем из: защитного кожуха; двух и более форсунок, служащих для впрыскивания смеси во внутреннюю полость шкафа; высокотеплопроводящих пластин с установленной тепловыделяющей аппаратурой; термоэлектрических батарей (ТЭБ); тепловых мостиков; игольчатого радиатора; блока вентиляторов; блока управления (БУ); желоба для стекания конденсата; насоса, служащего для подачи конденсата в форсунки; датчика температуры, действует испарительно-конденсационный принцип охлаждения. При этом жидкость через форсунки, расположенные на потолке шкафа, впрыскивается во внутреннюю полость шкафа, после оседания на тепловыделяющих элементах происходит процесс испарения ее, тем самым охлаждая тепловыделяющие элементы. Пары жидкости конденсируются на потолке (верхняя часть шкафа), который технически выполнен под наклонном к задней стенке шкафа для направленного стекания конденсата. Для усиления конденсационных свойств испаряемой жидкости используются ТЭБ, находящиеся в плотном контакте холодными спаями с верхней крышкой шкафа, а установленный игольчатый радиатор, находящийся также в плотном контакте со спаями ТЭБ, но уже с горячей стороны, осуществляет снятие тепла. Тепловые мостики расположены между ТЭБ (чередуются в шахматном порядке с ТЭБ) и служат для охлаждения верхней поверхности крыши посредством игольчатого радиатора и блоков вентиляторов без включения ТЭБ для экономии электроэнергии. Блок вентиляторов, состоящий из четырех вентиляторов, контролируется блоком управления (БУ), который дает возможность попарно включать их для экономии электроэнергии, обдувая радиатор. Питание ТЭБ осуществляется через БУ. Сконденсированная смесь на верхней крышке стекает через заднюю стенку, попадая на специальный желоб, расположенный по всей длине задней стенки. Оттуда она по жидкостному каналу попадает в БУ, в котором установлен насос. Под действием насоса смесь через жидкостные каналы попадает обратно в форсунки. 1 ил.

Конденсационный шкаф РЭА, содержащий пластины из высокотеплопроводного материала, вентиляторы, защитный кожух, блок управления и температурный датчик, отличающийся тем, что в качестве охлаждения используется испарительно-конденсационный принцип, имеются форсунки, впрыскивающие жидкость во внутреннюю полость шкафа, верхняя стенка (крыша) выполнена под наклоном к задней стенке для стекания конденсата, система конденсации состоит из термоэлектрических батарей (ТЭБ), усиливающих конденсационные свойства, тепловых мостиков, служащих для экономии электроэнергии и переноса тепла, игольчатого радиатора, находящегося в плотном контакте с горячими спаями ТЭБ, блока из четырех вентиляторов, управляемых через блок управления (БУ), контролирующий количество включаемых вентиляторов, желоба, служащего для стекания конденсата, который расположен на всей длине задней стенки шкафа, насоса, расположенного в БУ для подачи стекаемой жидкости обратно в форсунки.