Шкаф для охлаждения блоков радиоэлектронной аппаратуры Советский патент 1988 года по МПК H05K7/20 H01L23/34 

(21)4051296/24-21

(22)07.04.86

(46) 23.07.88. Бюл. № 27 (72) В.А.Кудрявцев и А.Ф.Красиков (53) 621.396.67.7(088.8) (56) Патент ФРГ № 2138376, кл. Н 05 К 7/20, опублик. 1977. Авторское свидетельство СССР № 978398, кл. Н 05 К 7/20, 1982,

(54) ШКАФ ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ БЛОКОВ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ

(57) Изобретение может быть использовано, в частности, при разработке радиоэлектронной аппаратуры (РЭА со значительными тепловыделениями в условиях повьшенной температуры окружа- ющей среды. Шкаф для охлаждения бло

б-н

fer

и

(Л

С

ков РЭА содержит корпус 1 с внешними стенками 2 и 3 из листового материала и полыми основаниями 4, 5. Во внутренние стенки 12 встроены зигза- гообразНые трубопроводы 13, на внутренних поверхностях которого в шахматном порядке выполнены вы-ступы 19 треугольной формы, ориентированные своими большими сторонами,наклоненныИзобретение относится к области конструирования средств связи и мо- | жет быть использовано при разработках аппаратуры со значительными теп- ловыделениями в условиях повышенной температуры окружаюш;ей среды.

Цель изобретения - повышение эффективности охлаждения, улучшение массогабаритных характеристик и новы- шение технологичности конструкции.

На фиг.1 изображен предлагаемый шкаф, общий вид сбоку с вертикальным разрезом; на фиг.2 - то же, общий вид в плане с горизонтальным разре- зом; на фиг.З - фрагмент вертикального сечения стенок шкафа с пластинчатыми пружинами; на фиг,4 - фрагмент вертикального сечения внутренней стенки шкафа в плоскости зигза- гообразных трубопроводов, разрезанной на секции.

. Предлагаемый шкаф содержит сборный корпус 1, закрытьй с боковых сторон внешними стенками 2 и 3, вы полненными из листового материала Гна пример, дюралевого сплава), а сверху и снизу - верхним 4 и нижним 5 полыми основаниями. Между стенками шкафа и его верхним и нижним полыми основаниями 4 и 5 помещены резиновые уплотнения 6 и 7,.а между,задними 8 и передними 9 вертикальными силовыми уголками - уплотнения 10 и 11, аналогичные уплотнениям 6 и 7.

Во внутренние стенки 12 шкафа, выполненные из алюминиевого литья, встроены один над другим зигзагообразные трубопроводы 13 (число стенок 12 равно 1 или 2). Число зигзагооб- разных трубопроводов 13 принимается равным числу горизонтальных этажей 14 шкафа (до 7-8 единиц), заполненных

ми относительно внутренних поверхностей соответствующих внутренних стенок, в направлении входного сечения воздуховодных каналов, а на внутренние поверхности стенок корпуса нанесено теплоизолирующее покрытие 25. Шкаф имеет технологическую конструкцию с эффективным охлаждением. 2 з,п. ф-лы, 4 ил.

5 0

5 о

«

5

теплонагруженными блоками и в сово- ,купности образующих нагретую зону шкафа. Каждьй зигзагообразный трубопровод 13 имеет 6-8 колен, одним концом соединен с магистралью 15, из ко- .торой подается под давлением охлаждающая жидкость (например, 60%-ный водный раствор этиленгликоля или антифриз 40%-ный), а другим концом - с магистралью 16,предназначенной.для отвода нагретой жидкости.

Между внутренней 12 и внешней 3 стенками установлены перегородки,перпендикулярные плоскости этих стенок, в виде ребер 17, выполненные за одно целое со стенкой 12. Ребра 17 со стенками 3 и 12 образуют воздуховод- ные каналы 18, перпендикулярные полым основаниям 4 и 5. На поверхности стенки 12, обращенной в сторону теплонагруженных блоков, размещенных на этажах 14, выполнены выступы 19 треугольной формы ориентированные своими большими сторонами в направлении входного сечения воздуховодных каналов 18. Выступы 19 размещены горизонтальными рядами, между этажами 14, а по вертикали - в шахматном порядке.

У каждого выступа 19 плоскость 20 (фиг.З) наклонена под углом 150 - 160° относительно внутренних поверхностей внутренних стенок. Во внутреннем объеме нижнего основания 5 размещены вентиляторы 21, установленные в отверстиях листа 22. Механически лист 22 связан с основанием 5 и перекрывает все нижнее сечение шкафа за исключением выходных сечений воздуховодных каналов 18. Проемы вьщ1е листа 22 перед и за его

i14

нагретой зоной перекрыты заглушками 23 и 24, установленными поэтажно.

Внешняя стенка 3 облицована со стороны воздуховодных каналов 18 тепоизолирующим покрытием из битумного артона 25, расположенным между стеной 3 и ребрами 17.В воздуховодных ка- алах 18 между ребрами 17 могут быть усановлены пластинчатые пружины 26,вы- полненные из пружинной стали. Пластины 26 закреплены своими узкими концами 27 на внутренней стенке 12. Широкие концы 28 пружин 26 свободны и отогнуты под острым углом к наружной поверхности внутренней стенки в направлении выходного сечения воздуховодных каналов. Пружины 26 могут быть расположены рядами напротив выступов 19.

Внутренние стенки 12 могут набраны из секций 29 (фиг.А), каждая из которых содержит один зигзагообразный трубопровод 13, участки магистралей 15 и 16.

Между секциями 29 введены уплотнения 30 для устранения утечек жидкости из магистралей 15 и 16 и воздуха из воздуховодных каналов 18. Секции между собой скреплены болтовыми соединениями (например, фланцевыми) . Число секций равно числу этаей 14 (до 7-8 ед.).

Предлагаемый шкаф работает следующим образом.

При включении вентиляторов 21, установленных в отверстиях листа 22, воздух из полости нижнего основания 5 выходит под давлением около 50 Па, создаваемым лопастями крыльчаток вентиляторов 21, во внутренний объем шкафа, заполненный тепло- нагруженными блоками, размещенными на этажах 14. Причем заглушки 23 и 24, расположенные поэтажно в шкафу, препятствуют протеканию воздуха перед и за нагретой зоной шкасЬа.

Охлаждающий воздух распред ляет- ся по проходным сечениям нагретой зоны, образованным боковыми поверхностями блоков, установленных на эта жах 14, а часть воздуха поступает в зазоры между поверхностями внутренних стенок 12 и боковыми поверхностями блоков, непосредственно примы- каклцими к стенкам 12.

Пройдя через нагретую зону шкафа (этажи 14), воздух, имеющий неко2020

торую начальную температуру, илгр(- вается в объеме шкафа. Горяч1 Й дух из нагретой зоны поступает в полость верхнего основания 4 и затон и воздуховодные каналы 18. Причем наличие заглушек 23 и 24 препятстг ует попаданию горячего воздуха в персдню и заднюю зоны шкафа. По воздуховодQ ным каналам 18 воздух движется сверху вниз, где за счет теплообмена с охлажденными стенками 12 и ребрами 17 охлаждается до первоначальной температуры. Тепло, содержащееся в воздуg хе, от стенок 12 передается охлаждагс щей жидкости, протекающей через зигзагообразные трубопроводы 13 от гистрали 15 (распределительной) в магистраль 16 (сборную). Пройдя через

0 трубопроводы 13, жидкость нагревается до температуры,превьштающей начальную на . Из магистрали 16 нагретая жидкость поступает во внешний теплообменный контур, расположенный

5 вне шкафа.

Охлажденный воздух поступает из каналов 18 в полость нижнего основания 5 шкафа, откуда подается венти- . ляторами 21 во внутреннюю полость шкафа для охлаждения его нагретой зоны 14. Весь процесс движения воздуха повторяется.

Чтобы исключить теплообмен охлаждаемого лйоздуха, протекающего в каналах 18, с окружающей средой, имею5 щей более высокую температуру (например, 60-70°С), через стенки 3, введено теплоизолирующее покрытие 25; одновременно уменьшаются на 5-8 дБ .шумовые помехи от шкафа.

Проходные сечения воздуховодных каналов 18 достаточно велики. Поэтому гидравлические сопротивления каналов 18 относительно малы (по сравнению с сопротивлениями воздушных ка налов обычных теплообменников) и составляют около 50% от суммарного гидравлического сопротивления всего шкафа вдоль тракта движения воздуха.Это позволяет применять вентиляторы 21

0 меньшей мощности и меньших габаритных размеров.

Теплоотдача воздуха, движущегося в воздуховодных каналах 18,, по внут- 5 ренним стенкам 12 с ребрами 17 может быть существенно интенсифицирована (до 1,5-1,8 раза) колебаниями пластинчатых пружин 26, возникающими при обтекании расширенных концов 28,

0

0

когда ламинарный режим движения воздуха в каналах 18 переходит в турбулентный режим в зоне расположения зигзагообразных трубопроводов 13.При этом вследствие понижения температу ры воздуха повышается эффективность охлаждения блоков, установленных в шкафу на этажах 14, в результате чег суммарная мощность тепловыделения шкафа может быть увеличена в 1,2 раза.

В шкафу всегда имеются более и менее теплонагруженные блоки, а также блоки с различной допустимой температурой электрорадиоизделий (ЭРИ). Наиболее критичными по температуре являются блоки, имеющие большие тепловыделения и меньшие допустимые температуры ЭРИ. Если разместить эти блоки на границе нагретой зоны шкафа (этажей 14) в непосредственной близости от охлажденных внутренних стенок 12, тогда поверхности этих : блоков будут находиться в лучистом и конвективном теплообмене с более холодной стенкой 12 и воздухом, прохог дящим вдоль этой стенки, это повьш1ает эффективность охлаждения указанных блоков. Такой эффект достигается также благодаря тому, что часть воздуха, поступающего в шкаф от вентиляторов 21, имеет возможность двигаться вдоль стенки 12 снизу вверх, отдавая тепло, полученное от рассматриваемых блоков,холодной стенке 12 на всем пути своего движения. При этом выступы 19 своими поверхностями 20 направляют воздух, проходящий вдоль стенки 12, в сторону нагретых поверхностей крайних блоков, расположенных на этажах 14 в непосредственной близости от стенки 12, другая часть воздуха протекает между выступами 19-. В результате такого распределения потоков воздуха последний приобретает турбулентный характер движения вдоль стенки 12, что интенсифицирует его охлаждение и температура воздуха на всем пути движения повьш1ается незначительно (на ). Это повышает эффективность охлаждения рассматриваемых теплонагруженных блоков, расположенных как на верхних, так и на нижних этажах шкафа.

5

0

5

Формула изобретения

с внутренними и внешними стенками, перегородки, размещенные между внутренними и внешними стенками с возможностью образования воздуховодных каналой, перпендикулярных полым основаниям и сообщающихся своими концами с полыми основаниями,вентиляторы, теплообменник, выполненный в виде зигзагообразных трубопроводов,и радиоэлектронные блоки, установленные в корпусе, Ьтличающий- с я тем, что, с целью пЬвьш1ения эффективности охлаждения, улучшения массогабаритных характеристик и повышения технологичности конструкции, зигзагообразные трубопроводы поэтажно расположены вдоль внутренних стенок корпуса в одной плоскости, на внутренних поверхностях зигзагообразных трубопроводов выполнены расположенные в шахматном порядке выступы треугольной формы, ориентированные своими большими сторонами, наклоненными относительно внутренних поверхностей соответствующих внутренних стенок, в направлении входного сечения воздуховодных каналов, а на внутренние поверхности внешних стенок корпуса нанесено теплоизолирующее покрытие.

стенка корпуса выполнена в виде набора соединенных между собой секьщй, а каждый зигзагообразный трубопровод установлен на соответствующей секции внутренней стенки корпуса.

0

5

0

5

21

Фие.3

3Zk

/я / /я

1

шпипш

I . - 11 11 ill

4

.