КОРПУС МУЛЬТИСЕРВИСНОЙ ТРАНСПОРТНОЙ ПЛАТФОРМЫ Российский патент 2021 года по МПК H05K7/20 H05K5/00 

Заявляется изобретение - корпус мультисервисной транспортной платформы, конструктивным решением которого обеспечивается определенный способ отвода тепла из устройства.

Данное изобретение относится к средствам связи и предназначено для отвода тепла из устройства, в котором размещены модульно-интерфейсные блоки магистральных сетей связи, позволяющие, например, организовывать сети на основе технологий OTN (Optical Transport Network - оптические транспортные сети), DWDM (Dense Wavelength-Division Multiplexing-Плотное спектральное уплотнение).

В процессе работы любое электронное устройство выделяет тепло и нагревается, в связи, с чем в современном мире достаточно остро стоит вопрос охлаждения оборудования средств связи, расположенного внутри помещений, электротехнических и/или серверных шкафов так называемое внешнее и внутреннее охлаждение. Внешняя система охлаждения обеспечивает использование устройств в хорошо вентилируемых помещениях при соответствующей температуре. Внутренняя система отвода тепла в современном оборудовании разработана таким образом, чтобы обеспечить охлаждение всех внутренних компонентов, выделяющих тепло в процессе работы. Существуют различные исследования по созданию эффективного охлаждения устройств средств связи. Производители устанавливают собственную систему охлаждения и внедряют ее в свое оборудование для универсальности его использования.

В данное время известно несколько технических решений по задачам отвода тепла из устройств средств связи.

Известен патент на изобретение «Монтаж платы электронной схемы и метод близкой укладки плат и охлаждения того же самого» (патент США US 5991163, МПК H05K 7/10, дата публикации 23.11.1999 г., другие номера патента: СА 2350135 А1, ЕР 1166607 А1, WO 2000030421 A1), в котором рассматривается конструкция для монтажа плат, позволяющая устанавливать рабочие электронные платы строго вертикально, при этом верхние и нижние стенки конструкции имеют перфорацию, позволяющую беспрепятственно проникать воздуху. Охлаждающий воздух идет снизу вверх через всю конструкцию.

Недостатком указанного технического решения является вертикальное направление беспрепятственного прохождения охлаждающего воздуха через конструкцию, поскольку нижняя и верхняя стенки могут не иметь открытого доступа к охлаждающему воздуху или он может быть ограничен, что приведет к отсутствию или ограничению процесса охлаждения устройства. Соответственно указанное устройство необходимо использовать с существенным свободным пространством снизу и сверху, однако такое сложно применимо, в связи с тем, что в большинстве случаев в процессе эксплуатации сетевое оборудование, располагают в вертикальных шкафах, устанавливая его друг над другом. В результате перекрытие или ограничение свободного доступа охлаждающего воздуха с нижней и/или верхней сторон конструкции устройства существенно повлияет на эффективность охлаждения рабочих электронных плат, что может привести к их перегреву.

Известен патент на изобретение «Вентиляторное охлаждающее устройство для охлаждения электронных компонентов» (патент РФ №2378808, МПК H05K 7/20, дата публикации 10.01.2010), используемое в телекоммуникационных базовых станциях с воздушным охлаждением в местах открытых для воздействия различных погодных условий, которое содержит защитный закрывающий элемент для отверстия впуска воздуха в корпусе, в который помещаются электронные компоненты. Защитный закрывающий элемент с фильтрующим элементом позволяет проникать внутрь устройства очищенному воздуху.

Из уровня техники известен патент на изобретение «Компактное устройство для охлаждения печатных плат, расположенных внутри клетки» (патент Германии DE69800586, МПК H05K 7/20, G06F1/20, дата публикации 14.03.2001, другие номера патента, ЕР0886463, JPH1114776), в котором представлена конструкция с возможностью охлаждения печатных плат, расположенных в опорной конструкции (клетке), где реализован равномерный поток большого объема охлаждающего газа высокого статического давления посредством вентилятора, при снижении шума окружающей среды. Воздушный поток проходит сквозь печатные платы, тем самым охлаждая их.

Недостатком указанных выше технических решений является использование работающего на выдув вентилятора или вентиляторов на задней стенке устройства, обеспечивающих поток воздуха сквозь него за счет образования низкого давления в корпусе устройства. При таком способе вентиляции могут образовываться застойные зоны нагретого воздуха, в частности, если электронные компоненты (платы) установлены поперек потока воздуха, что может привести к снижению эффективности охлаждения электронных компонент и нагреву корпуса устройства.

Из уровня техники известен патент на изобретение «Корпус и система охлаждения для электронного оборудования» (патент США № US 10575433 B2, МПК H05K 7/20, H05K 5/06, H05K 7/14, дата публикации 25.02.2020), выбранный в качестве прототипа, в котором раскрыта конструкция корпуса и система охлаждения, обеспечивающие принудительно воздушное охлаждение нескольких отсеков электронных компонент, одновременно изолируя их от окружающей среды и сохраняя их свободными от загрязнения из-за вредной пыли, грязи, воды, коррозийных веществ и других находящихся в воздухе инородных тел. Канал поступления охлажденного атмосферного воздуха содержит ребристый сердечник, расположенный между отсеками с электронными компонентами, так что атмосферный воздух поступающий из воздухозаборника через общий канал, выкачивается наружу посредством вентиляторов и выводит тепло, генерируемое электронными компонентами внутри герметичных отсеков.

Недостатками данного технического решения является то, что основной охлаждающий поток атмосферного воздуха проходит по каналу между отсеками, в которых расположены электронные компоненты и соответственно охлаждается только нагретая от них стенка отсека, в то время как электронные компоненты не охлаждаются, а только отдают тепло стенке отсека. Таким образом, прямого охлаждения потоком воздуха нагревающихся в процессе работы электронных компонент нет. Вероятно, что через отверстия в стенках отсеков атмосферный воздух в малом количестве проходит через отсеки, но при этом там также могут образовываться застойные зоны с повышенной температурой воздуха.

Из физики известно, что наилучший теплообмен осуществляется непосредственным нахождением нагретого элемента в охлаждающей среде, поскольку осуществляется прямая передача тепла и теплоноситель уводит тепло от нагретого элемента. При этом при постоянном потоке теплопередача осуществляется лучше, поскольку разница температур на входе постоянна.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение оптимизированного принудительного воздушного охлаждения электронных компонентов, расположенных в корпусе мультисервисной транспортной платформы, где затруднен доступ охлаждающего воздуха.

Техническим результатом заявляемого технического решения является увеличение эффективности принудительного вентиляторного охлаждения находящихся внутри корпуса мультисервисной транспортной платформы электронных компонентов.

Указанный технический результат достигается тем, что в корпусе мультисервисной транспортной платформы, содержащем стенки, при этом боковые стенки выполнены с перфорацией, плату объединительную с разъемами, полости для размещения плат с электронными компонентами, блоки вентиляторов, согласно настоящему изобретению плата объединительная расположена параллельно задней стенке и на расстоянии от нее, каждый из блоков вентиляторов установлен у соответствующей боковой стенки корпуса и параллельно ей, в пространстве между задней стенкой и платой объединительной установлены дополнительные вентиляторы, расположенные симметрично друг другу у соответствующих боковых стенок, фигурный элемент, жестко закрепленный к плате объединительной и к стенкам корпуса, грани которого образуют с соответствующими им боковой и нижней стенками замкнутые пространства, и плата объединительная выполнена со сквозными отверстиями в своей нижней части. Фигурный элемент может быть выполнен трапециевидной формы и закреплен меньшим основанием к нижней стенке корпуса, а большее основание вынесено за форму трапеции элемента, так чтобы ребра большего основания были жестко закреплены к боковым стенкам корпуса над установленными дополнительными вентиляторами. Фигурный элемент может быть выполнен единым или составным. Грани фигурного элемента могут быть выполнены загнутыми по краям.

Конструкция корпуса мультисервисной транспортной платформы подразумевает расположение электронных компонентов, в частности плат, в нижней части корпуса, которая является труднодоступной для прямого охлаждения посредством потока воздуха от вентиляторов, так как находится под основной полостью для размещения электронных компонентов, и под блоками вентиляторов, обеспечивающих их охлаждение. Размещение платы объединительной на расстоянии от задней стенки корпуса устройства позволяет образовать дополнительное пространство, которое можно использовать для осуществления направленного потока воздуха от дополнительного вентилятора в труднодоступные места, в частности нижнюю часть корпуса.

Установка дополнительных вентиляторов в пространстве между задней стенкой и платой объединительной в дополнение к уже установленным блокам вентиляторов на соответствующих боковых стенках обеспечивает увеличение скорости и объема потока охлаждающего воздуха поступающего внутрь корпуса и исходящего из него.

Дополнительный вентилятор, работающий на вдув воздуха внутрь корпуса, способствует созданию избыточного давления в пространстве между платой объединяющей и задней стенкой корпуса с соответствующей стороны, а дополнительный вентилятор, работающий на выдув, создает пониженное давление с другой стороны, за счет чего улучшается подвод воздуха и отвод тепла от электронных компонентов.

Установка фигурного элемента в пространстве между платой объединяющей и задней стенкой обеспечивает образование замкнутого пространства вблизи соответствующего дополнительного вентилятора, в котором создается зона избыточного или пониженного давления. Выполнение отверстий в нижней части платы объединяющей обеспечивает направленность потока поступающего от вентилятора охлаждающего воздуха в труднодоступные места устройства или вывод потока воздуха из корпуса устройства. Кроме того, сквозные отверстия в плате объединяющей выполняют роль диффузора увеличивая скорость потока, проходящего сквозь них, соответственно, увеличивает скорость и объем отвода тепла из устройства. Однако скорость потока также должна соответствовать эффективности охлаждения электронных компонент. Это связано с тем, что если скорость потока теплоносителя слишком велика, то теплообмен неэффективен, поскольку недостаточно время нахождения нагретого элемента внутри теплоносителя, а если скорость теплоносителя слишком низкая, то теплоноситель может принять температуру нагретого элемента и не увести достаточное количество тепла.

Таким образом, по результатам математического моделирования и проведенных экспериментальных физических моделирований потока охлаждающего воздуха в корпусе устройства были определены технические характеристики дополнительных вентиляторов, геометрические параметры фигурного элемента, образующего замкнутое пространство у дополнительных вентиляторов, и геометрические характеристики сквозных отверстий в плате объединительной, для обеспечения определенного объема и скорости потока воздуха внутри устройства, в целях осуществления оптимизированного отвода тепла из корпуса устройства..

Указанные признаки являются существенными для решения поставленной задачи и достижения указанного технического результата. Заявляемое изобретение поясняется чертежом. На фигурах представлены изображения заявляемого технического решения, а также картина теплообмена внутри нижней части корпуса мультисервисной транспортной платформы.

Описание чертежей:

Фиг. 1 - изометрический вид корпуса мультисервисной транспортной платформы спереди;

Фиг. 2 - изометрический вид корпуса мультисервисной транспортной платформы сзади;

Фиг. 3 - вид корпуса сбоку;

Фиг. 4 - вид корпуса сзади;

Фиг. 5 - фигурный элемент (изометрический вид);

Фиг. 6 - картина распределения температуры внутри корпуса мультисервисной транспортной платформы.

На фигурах 1-4 представлен пример реализации корпуса мультисервисной транспортной платформы, который содержит стенки: заднюю 1, нижнюю 2, верхнюю 3 и боковые 4, выполненные с перфорацией 5; плату объединительную 6, расположенную параллельно задней стенке 1 и на расстоянии L от нее, направляющие 7 в полости для размещения электронных компонентов, установленные в нижней части корпуса электронные компоненты 8 и блоки вентиляторов 9, каждый из которых установлен вдоль соответствующей боковой стенки 4. С одной боковой стороны корпуса мультисервисной транспортной платформы между боковой стенкой 4 и соответствующим блоком вентиляторов 9 может быть установлен фильтр (не обозначен позицией) для предотвращения попадания загрязнения внутрь корпуса.

В пространстве между задней стенкой 1 и платой объединительной 6 с обеих боковых сторон корпуса в дополнение к блокам вентиляторов симметрично друг другу установлены дополнительные вентиляторы 10, которые могут иметь такие же технические характеристики, как и вентиляторы блока 9. Кроме того, в пространстве между задней стенкой 1 и платой объединительной 6 установлен фигурный элемент 11..

Фигурный элемент 11, в представленном на фигурах примере реализации, выполнен трапециеобразной формы. Фигурный элемент 11 закреплен своим меньшим основанием к нижней стенке 2 корпуса, а его большее основание, вынесенное за боковые грани трапециевидной формы, и своими ребрами жестко закреплено к боковым стенкам 4 над дополнительными вентиляторами 10, так, что грани боковых сторон трапециевидной формы фигурного элемента 11 образуют с соответствующими боковыми стенками 4 и нижней стенкой 3 корпуса замкнутые пространства, внутри которых расположены соответствующие дополнительные вентиляторы 10.

В представленном на фигурах примере выполнения фигурного элемента 11, его грани выполнены загнутыми для упрощения жесткого крепления к стенкам корпуса мультисервисной транспортной платформы.

В нижней части платы объединительной 6 в области образованного фигурным элементом 11 замкнутого пространства выполнены сквозные отверстия 12.

На фигуре 6 представлена картина распределения температуры потока воздуха внутри корпуса мультисервисной транспортной платформы.

Принудительная вентиляция в заявляемом изобретении осуществляется следующим образом:

Блоки вентиляторов 9 и дополнительные вентиляторы 10, установленные в корпусе с одной стороны работают на вдув воздуха в корпуса, с другой стороны работают на выдув. В представленном примере реализации устройства движение воздуха идет справа налево, если смотреть спереди. Такая работа блока вентиляторов 9 и дополнительных вентиляторов 10 позволяет за счет образования избыточного давления с одной стороны корпуса и пониженного давления с другой стороны обеспечить направленный поток воздуха внутрь корпуса и тем самым обеспечить оптимальную принудительную вентиляцию с определенной скоростью и объемом потока охлаждающего воздуха и, соответственно, оптимальный теплообмен. Электронные компоненты (не показанные на фигурах), которые могут быть установлены горизонтально в средней части корпуса в полости для электронных компонентов по направляющим 7, охлаждаются прямым потоком воздуха, поступающего внутрь корпуса от блока вентиляторов 9. Электронные компоненты 8, которые установлены в нижней части корпуса устройства охлаждаются направленным потоком воздуха, поступающим от дополнительного вентилятора 10 через сквозное отверстие 12 в плате объединяющей 6 из замкнутого пространства, образованного фигурным элементом 11 и задней 1 и соответствующей боковой 4 стенками корпуса устройства. Замкнутое пространство у дополнительного вентилятора 10, работающего на вдув, позволяет образовать зону избыточного давления и направить тем самым усиленный поток воздуха через сквозное отверстие 12 в плате объединяющей 6. С другой стороны корпуса платформы второй дополнительный вентилятор 10, как и весь блок вентиляторов 9, работающий на выдув, позволяет создать пониженное давление в соответствующем замкнутом пространстве, образованным фигурным элементом 11 и задней 1 и соответствующей боковой 4 стенками корпуса платформы.. Вследствие чего горячий воздух, отводящий тепло от электронных компонентов из нижней части корпуса, поступает во второе замкнутое пространство через второе сквозное отверстие 12 в плате объединяющей 6 и посредством дополнительного вентилятора 10 выходит наружу устройства.

Такое конструктивное выполнение корпуса мультисервисной транспортной платформы позволяет оптимизировать принудительное вентиляторное охлаждение корпуса и снизить температуру электронных компонент, расположенных в нижней части корпуса, до 58° градусов Цельсия, в представленном варианте исполнения, что обеспечивает стабильную работу электронных компонент без риска перегрева

Представленное на фигурах заявляемое техническое решение реализовано. Таким образом, заявляемое изобретение полностью реализует поставленную задачу, реализовано и промышленно применимо.

Изобретение относится к корпусу мультисервисной транспортной платформы. Техническим результатом является увеличение эффективности принудительного вентиляторного охлаждения находящихся внутри корпуса мультисервисной транспортной платформы электронных компонентов. Упомянутый технический результат достигается тем, что корпус мультисервисной транспортной платформы содержит стенки (3,4), при этом боковые стенки (4) выполнены с перфорацией (5), плату объединительную (6), расположенную параллельно задней стенке и на расстоянии от нее, полости для размещения электронных компонентов (8), блоки вентиляторов (9), каждый из которых установлен вдоль соответствующей боковой стенки (4); в пространстве между задней стенкой и платой объединительной (6) с обеих боковых сторон (4) корпуса в дополнение к блокам вентиляторов (9) симметрично друг другу установлены дополнительные вентиляторы (10) и фигурный элемент (11), в нижней части платы объединительной (6) выполнены сквозные отверстия (12). 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Корпус мультисервисной транспортной платформы, содержащий стенки, при этом боковые стенки выполнены с перфорацией, плату объединительную с разъемами, полости для размещения электронных компонентов, блоки вентиляторов, отличающийся тем, что плата объединительная расположена параллельно задней стенке и на расстоянии от нее, каждый из блоков вентиляторов установлен у соответствующей боковой стенки корпуса и параллельно ей, в пространстве между задней стенкой и платой объединительной установлены дополнительные вентиляторы, расположенные симметрично друг другу у соответствующих боковых стенок, и фигурный элемент, жестко закрепленный к плате объединительной и к стенкам корпуса, грани фигурного элемента образуют с соответствующими им боковой и нижней стенками замкнутые пространства, при этом плата объединительная выполнена со сквозными отверстиями в своей нижней части.

2. Корпус мультисервисной транспортной платформы по п. 1, отличающийся тем, что фигурный элемент выполнен трапециевидной формы и закреплен меньшим основанием к нижней стенке корпуса, а большее основание вынесено за форму трапеции элемента, так чтобы его ребра были жестко закреплены к боковым стенкам корпуса над установленными дополнительными вентиляторами.

3. Корпус мультисервисной транспортной платформы по п. 1, отличающийся тем, что фигурный элемент может быть выполнен единым.

4. Корпус мультисервисной транспортной платформы по п. 1, отличающийся тем, что фигурный элемент может быть выполнен составным.

5. Корпус мультисервисной транспортной платформы по п. 1, отличающийся тем, что грани фигурного элемента могут быть выполнены загнутыми по краям.