Шкаф для охлаждения радиоэлектронной аппаратуры Советский патент 1987 года по МПК H05K7/20 

14 имеет два контура охлаждения. Изобретение позволяет обеспечить возможность распределения охлаждающего воздуха по секциям, осуществить локальное охлаждение теплонагруженных бло1

Р1зобретение относится к устройствам для охлаждения тепловьщеляющей аппаратуры, преимущественно РЭА с различными уровнями тепловьщеления. размещаемой в шкафах или стойках.

Цель изобретения - повышение эффективности охлаждения и плотности компоновки.

На фиг.1 изображен гакаф для охлаждения радиоэлектронной аппаратуры, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг,1; на фиг.З - разрез Б-Б на фиг.1 с частичным.вырывом); на фиг.4 - разрез В-Б на фиг.1. на фиг.З - разрез Г-Г на фиг.1 (с частичным вырывом ; на фиг.6 - узел

1на фиг.5 .

Шкаф содержит верхнее 1 и нижнее

2основания, заднюю стенку 3 и две боковые стенки 4 и 5, которые образуют корпус, расположенные в корпусе теплообменник 6, два боковых вертикальных 7 и 8 (для жидкого теплоносителя, например воды) и один задний 9 (для отвода нагретого воздуха) теплоотводящие каналы для охлаждающих сред, полость 10 для забора воздуха вентиляторами (фиг. 1 и 2) . Между боковыми стенками 4 и 5 внутри корпуса размещены горизонтальные тен лопроводные рамы 11, выполняющие роль дополнительных теплообменников. Теплообменник 6 снабжен закрывающим его со всех сторон кожухом 12, Для

ввода нагретого воздуха из за днего вертикального канала 9 в задней стен ке кожуха 12 выполнено отверстие 13 теплообменника 6 (фиг.2), а для вывода охла/вденного воздуха в полость 10 основание 14 теплообменника 6 снабжено окном 15. В теплообменнике 6 расположены оребренные теплообмен- ные трубы 16 с каналами для жидкого теплоносителя.

ков (В), ликвидировать застойные зоны между Бив зазорах между ними и стенками корпуса, обеспечивая турбу- лизацию потоков хладагента. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

Между трубами 16 размещены каналы 17, в которых установлены вентиляторы I В. Каналы I7 соединяют полость 10 с секциями 19, заполненными РЭА 20

(блоки питания, аналоговые устройст- - на, полупроводниковые ЗУ на ИС и т.д. с уровнями тепловыделения от 100 Вт до 3 кВт).

Внутри шкафа дополнительно установлены два угловых вертикальных канала 21 (фиг.1 и 3) для подачи охлажденного воздуха, на входе которых установлены вентиляторы 22, сообщающиеся с теплообменником 6 через полость 10 для забора воздуха и окно 15 основания его кожуха.

Вертикальные боковые каналы 7 и 8 вьшолнены с чередующимися по высоте корпуса диффузорно-конфузорными 23 и гладкими 24 участками фиг.1). Каждьм диффузорно-конфузорный участок 23 образован двумя поперечными гофрайи 25 и 26 скругленной формы,

, выполненными на внутренней 27 и внешней 28 стенках боковых каналов 7 и 8, вьшуклыми частями навстречу друг другу. На вершинах каждого гофра 25 и 26 выполнены сквозные отверстия 29 (фиг.4). Вогнутая часть гофров 25 наружных стенок 28 вертикальных боковых каналов 7 и 8 заглушена пластинами 30 с образованием поперечных замкнутых полостей - каналов 31 для

подачи охлажденного воздуха (фиг.З ,

и 4) . Каналы 31 открыты с одного конца и сообщены с вертикальными угловыми каналами 21 через отверстия 32 в их вертикальных стенках /фиг.4. .,-. Горизонтальные теплопроводные рамы 11 вьтолнены из теплообменных трубок 33, которые имеют герметичные внутренние полости 34 (фиг.4), концы которых расположены в полос- г ти боков,1х вертикальных каналов 7 и 8 и герметич 1О соединены своими

0

стенками с внутренними стенками боковых вертикальных каналов.

Перфорированные каналы 35 с открытыми концами и с негерметичными полостями 36 пропущены через соосные отверстия 29 противолежащих гофров 25 и 26, герметично соединены стенками своих концов с внутренними и внешними стенками верт1теальньгх боковых каналов и имеют в своих стенках сквозные отверстия 37 для локальной .подачи охлажденного воздуха из боковых каналов 31 к блокам и отдельным силовым радиоэлементам, расположенным в секциях 19 (фиг.1 и 4). При этом каналы 35 могут быть составными и вьшолнены на участке между отверстиями 29 противолежащих гофров 25 и 26, например, в видесильфона 38.

Кроме.того, количество трубок 33 и каналов 35 в рамах 11 может быть .различным и зависит от мощности рассеяния блоков в каждой секции 19 или уменьшается в каждой раме сверху вниз по высоте шкафа в случае, если блоки в отсеках размещены сверху вниз в порядке уменьшения тепловьще- ления.

щель 43 направляется в задний тепло- отводящий канал 9, проходя по которому и отдавая часть тепла через заднюю стенку 3 окружающей среде.

Трубы 16 теплообменника 6 пропуще- 30 поступает через отверстие 13 в тепны через отверстия в боковых стенках его кожуха 12 и отверстия 29 гофров, ориентированных вогнутыми частями внутрь корпуса, герметично соединены своими стенками по периметрам отверстий гофров и введены в полости вертикальных боковых каналов 7 и 8 (фиг.1,5 и 6). При этом внутренняя полость 39 труб 16 герметично заглушена.

Внутренняя поверхность стенок полостей 34 трубок 33 (фиг.4) и полостей 39 труб 16 (фиг.5 и 6) покрыта слоем 40 материала с капиллярно- пористой структурой, например металлической сеткой или спеченным металлическим войлоком, пропитанным жидким теплоносителем, например аммиалообменник 6, где охлаждается, отдавая тепло теплоносителю. Далее через окно 15 в основании 14 кожуха воздух выходит в полость 10 и че35 рез каналы 17 охлажденный с помощью вентиляторов 18 вновь подается в сек ции 1 9.

Кроме того, воздух дополнительно охлаждается, когда проходит через

40 рамы 11, отдавая тепло трубкам 33 и через зазоры между стенками блоков и поверхностью стенок 27 вертикальных боковых каналов 7 и 8, отдавая тепло стенкам 27. При этом теплоотда45 ча интенсифицируется за счет тур- булизации потоков на вогнутой части гофров 26.

Второй воздушньй контур. Из тепло обменника 6 с оребренными трубами 16

ком, дистиллированной водой или спир-50 через окно 15 и полость 10 вентилятом.

в верхней части корпуса 9ыпо.ггаена полость 41 для установки разъемов. Теплоотводящий канал 9 на задней стенке 3 образован перегородкой 42, между которой и задней стенкой 3 в верхней части корпуса имеется щель 43 для вентиляции (фнг.2.

Шкаф для охлаждения радиоэлектронной аппаратуры работает следующ1т образом.

При включении РЭА на полную мощность отвод тепла от всех радиоэлементов и блоков осуществляется преимущественно двумя способами: принудительной конвекцией - обдувом принудительными воздушными потокаO ми, проходящими по двум замкнутым контурам; кондуктивным охлаждением - теплопередачей через разъемные тепловые соединения к рамам, теплооб-( менные трубки которьпс вьтолняют функ5 ции эффективных кондуктивных тепло- стоков.

Первый воздушный контур. Из теплообменника 6 с оребренными трубами 16 через окно 15 и полость 10 вентилято0 ры 18 вытягивают охлажденный воздух и направляют его в секции 19, в которые воздух проходит последовательно снизу вверх, отбирая тепло от электронных приборов и нагреваясь,

5 выходит в полость 41 , где через

щель 43 направляется в задний тепло- отводящий канал 9, проходя по которому и отдавая часть тепла через заднюю стенку 3 окружающей среде.

0 поступает через отверстие 13 в теплообменник 6, где охлаждается, отдавая тепло теплоносителю. Далее через окно 15 в основании 14 кожуха воздух выходит в полость 10 и через каналы 17 охлажденный с помощью вентиляторов 18 вновь подается в секции 1 9.

Кроме того, воздух дополнительно охлаждается, когда проходит через

рамы 11, отдавая тепло трубкам 33 и через зазоры между стенками блоков и поверхностью стенок 27 вертикальных боковых каналов 7 и 8, отдавая тепло стенкам 27. При этом теплоотдача интенсифицируется за счет тур- булизации потоков на вогнутой части гофров 26.

Второй воздушньй контур. Из теплообменника 6 с оребренными трубами 16

55

торы 22 вытягивают охлажденный воздух и направляют его в вертикальные угловые каналы 21 и через отверстия I 32 в горизонтальные боковые каналы 31 (фиг.З и 4). Далее через отверстия 29 охлажденный воздух попадает во внутренние полости 36 каналов 35 и через отверстия 37 в виде струй

JO

51288947

аправляется на радиоэлементы, устаовленные на платах, или на корпуса локов, отбирая от них тепло и ликидируя застойные зоны. Скорость случайных воздушных потоков, выходяих из отверстий 37, находится в преелах от 10 до 20 м/с, что позволяет в 3-5 раз уменьшить перегрев раиоэлементов (микросхем) . Затем нагретый воздух выходит в полость 41, где через щель 43 направляется в задний вертикальный канал 9, проходя по которому и отдавая часть тепла через заднюю стенку 3 окружающей среде, поступает через отверстие 13 в теплообменник 6, где охлаждается, отдавая тепло теплоносителю. Далее через окно 15 в основании 14 кожуха воздух выходит в полость 10 и с помощью вентиляторов 22 вновь подается в угловые вертикальные каналы 21. Таким образом, циркуляция охлажденного воздуха по второму контуру обеспечивает возможность распределения охлажденного возду :а по блокам и секциям в соответствии с их мощностью рассеяния; осуществление ло- кального охлаждения наиболее тепло- нагруженных радиоэлектронных блоков посредством струйного обдува, что позволяет увеличить коэффициент теплоотдачи от нагретых зон и уменьшить перегрев радиоэлементов и соз- дание потоков охлаждающего воздуха, ликвидирующих застойные зоны между блоками и в зазорах между блоками и внутренней поверхностью стенок корпу- са, что также уменьшает перегрев радиоэлементов.

ма ко ко ди ко ве 26 цо ни ча бо ин пу ки 5 ло вь Кр ко ти ло ка 23 ох ти ло эл

ну 22 ля по

то ра 35 по го ко бл и

20

25

30

В полости боковых вертикальных ка- булизации потоков хладагента.

налов 7 и 8 подается жидкий теплоноситель, например вода, из централизованной магистрали. Благодаря процессу теплопередачи тепло от блоков (корпусов и торцов плат) передается рамам 11, состоящим из трубок 33 и каналов 35, выполняющим функции кон- дуктивных теплостоков. Далее тепло по трубкам 33 и каналам 35 поступает на стенки 27 и 28 боковых каналов 7 и 8, в сильфоны 38 и на введенные в полости боковых каналов концы трубок 33 (фиг.1 и 4), с поверхностей которых тепло уносится прокачивдемым теплоносителем. При этом на конфузорной части каждого диффузорно-кон- фузорного участка 23 скорость теплоносителя возрастает и достигает

максимального значения в самом узком сечении, т,е, -в месте перехода конфузорной (суживающейся) части в диффузорную (расширяющуюся) - в плос кости, проходяп1ей через образующие вершин противолежащих гофров 25 и 26 (фиг.1). Поэтому расположение концов трубок 33 и сильфонов 38, последние из которых являются составными частями каналов 35, в области наибольших скоростей теплоносителя интенсифицирует теплопередачу по пути: радиоэлектронные блоки - трубки 33 и каналы 35 - внутренние по- 5 лости боковые каналов 7 и 8, что по- вьшает эффективность охлаждения. Кроме того, стенки горизон лальных боковых каналов 31 находятся в области максимальных коэффициентов теплоотдачи между теплоносителем и стенками диффузорно-конфузорных участков 23, что способствует дополнительному охлаждению воздуха, нагнетаемого вентиляторами 22 и направляемого для локального охлаждения электрорадиоэлементов и корпусов блоков.

Когда РЭЛ 20 работает не на полную мощность, вентиляторы 18 или 22 отключаются. В этом случае циркуляция воздуха идет по первому или по второму контуру, соответственно.

Повьшюние эффективности достигнуто за счет обеспечения возможности распределения охлаждающего воздуха 5 по секциям, осуществления локального охлаждения теплонагруженных блоков , ликвидации застойных зон между блоками и в зазорах между блоками и стенками корпуса, обеспечения тур0

5

0

Повьшение плотности компоновки достигнуто благодаря повьппению эффективности использования внутреннего объема шкафа за счет размещения

дополнительных каналов для хладагента без изменения габаритов шкафа, повышения теплопроводящей способности теплопроводных рам, на которых размещаются блоки РЭА.

50

Форм-ула изобретения

I . для охлаждения радиоэлектронной аппаратуры, содержащий откры- 55 тый с одной стороны и образованньш стенками и двумя параллельными основаниями корпус, вдоль стенок которого размещены боковые и задний ка

налы охлаждающей среды, установленные в корпусе перпендикулярно его боковым стенкам теплопроводные рамы и теплообменник, выполненный сообщающимся с задним вертикальным каналом через отверстия в задней стенке и со сквозными каналами, размещенными между трубами теплообменни ка, в которых установлены вентилято- ры, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективнос- ти охлаждения и плотности, компоновки, шкаф снабжен перфорированными горизонтальными каналами и сообщающимися через окно основания с теплообменником дополнительными угловыми вертикальными каналами с вентиляторами, установленнььми на их входе, вертикальные боковые каналы выполнены с чередующимися по их высоте гладкими и диффузорно-конфузорными участками и с поперечными замкнутыми полостями на их внешней стороне, образованными поперечными гофрами его противолежащих внутренних и внеш них стенок, которые направлены навстречу один другому, причем тепло проводные рамы выполнены в виде герметичных теплообменных трубок, концы которых расположены в боковых вертикальных каналах и герметично соединены своими стенками с внутto

15

88947 8

реннргми стенками боковых вертикальных каналов и перфоририванных каналов, сообщающихся с внутренним объемом шкафа и с поперечными замкнуты- 5 ми полостями боковых каналов и гер - метично соединенных стенками caoi-rx концов с внутренними и внешними стенками вертикальных боковых ка на- лов.

2.Шкаф поп,1, о тл ич ающ и и с я тем, что внутренняя поверхность герметичных теплообменных трубок покрыта слоем материала с капиллярно-пористой структурой, пропитанной жидким теплоносителем.

3.Шкаф ПОП.1, отличающ и и с я тем, что перфорированные . горизонтальные каналы на участке между внутренними и внешними стенками верттсальных боковых каналов выполнены в виде сильфонов.

4. поп.,отличающ и и с я тем, что каналы труб теплообменника расположены в полостях боковых вертикальных, каналов, а их стенки герметично соединены с внут- ренни 1И стенками вертикальных боко-- вых каналов, причем внутренняя поверхность труб покрыта слоем из материала с капиллярно-пористой структурой, пропитанной жидким теплоносителем .

Ъ-5

20

25

30

A-f.

ч1

-и

(pu:.Z

10 V

фиг.З

rs

n

29

W

Vuz.6

Составитель С.Дудкин Редактор О.Юрковецкая Техред И.Попович Корректор Е.Сирохман

Заказ 7825/60 Тираж 823 . Подписное ВНИИПИ- Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, ЛЬЗЗ, Ра:ушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул. Проектная, 4