Внекорпусное охлаждение промышленного компьютера
Полезная модель относится к компьютеру (16), имеющему корпус со стенками (24, 26), проходящими в первом направлении и определяющими и заключающими в себе камеру (28), имеющую верхний открытый торец и нижний открытый торец, перпендикулярные первому направлению. Одна (26) из стенок является теплоотводом, а камера включает в себя элементы (32, 34, 36, 38, 40, 42, 44) компьютера. Эти элементы включают в себя главную плату (32), проходящую рядом со стенкой теплоотвода в камере и имеющую первую сторону, обращенную внутрь, и вторую, противоположную сторону, обращенную к стенке теплоотвода и содержащую выделяющие тепло компоненты (40, 42), размещенные для охлаждения посредством стенки (26) теплоотвода, и вспомогательные платы (34, 36, 38), присоединенные к первой стороне главной платы и размещенные под прямым углом к главной плате.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящая полезная модель относится в общем к охлаждению компьютеров. Более конкретно, оно относится к компьютеру, использующему естественное конвекционное охлаждение.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Высокоэффективные промышленные компьютеры, например, в высоковольтных системах передачи, таких как FACT (гибкие системы передачи переменного тока) и HVDC (постоянного тока высокого напряжения), очень сильно нагреваются и поэтому нуждаются в охлаждении.
Традиционно эти и другие типы компьютеров охлаждают, используя охлаждающие вентиляторы, которые продувают воздух горизонтально через компьютерный бокс или раму компьютера через воздушные фильтры. Одна проблема, связанная с этим типом охлаждения, состоит в накоплении пыли внутри корпуса компьютера из-за охлаждения с использованием нагнетаемого воздуха. Накопление пыли может быть очень интенсивным, даже в условиях совершенно чистых окружающих сред пультов управления.
Поэтому имеется потребность в охлаждении компьютеров, особенно в производственной среде, причем при избегании накопления пыли в компьютере.
Одной альтернативой использования вентилятора является использование конвекционного охлаждения. Оно описано в некоторых документах.
Например, в US 5243493 описывается конструкция конвекционного охлаждения без вентилятора для персонального компьютера, чтобы избегать шума, связанного с вентилятором. В документе указано, что имеется кожух для размещения персонального компьютера. Кожух имеет полость. В этой полости размещены основные выделяющие тепло компоненты, такие как блок питания и силовые транзисторы, причем они предусмотрены в верхней передней части, связанной с теплоотводом. Кроме того, имеется ведущая печатная плата, прикрепленная к боковой стороне в задней части полости. Другие печатные платы прикреплены к ведущей печатной плате вертикально и перпендикулярно.
В работе "Улучшение естественной конвекции канальной матрицы, в соединении с поверхностью стенки", конференция по тепловым и термомеханическим процессам в электронных системах, 2004, ITHERM '04, Девятое международное объединение, 1-4 июня 2004, стр.128-133, Kazuaki Yazawa описывает усовершенствование пассивного охлаждения для терморегулирования бытовой электроники для снижения шума, который связан с активным охлаждением. В этом документе описано использование так называемого вытяжного эффекта с использованием стенки кожуха для рассеивания тепла в окружающую среду. Стенка включает в себя канальную матрицу. Внутренняя часть стенки помимо этого присоединена к изотермическому распределителю. Источник тепла на PWB (печатной плате), в свою очередь, присоединен к этому распределителю.
Подобное решение для PC (персонального компьютера) описано в US 5671120, чтобы исключить использование вентилятора, поскольку вентилятор может быть подвержен ошибкам и обладает шумом. В этом документе материнская плата имеет ИС (интегральные схемы), смонтированные на первой стороне, и соединения для портов и внешних устройств на противоположной, второй стороне. Материнская плата через первую сторону прикреплена к пластине теплоотвода. Между схемами ИС на материнской плате и пластиной теплоотвода размещена теплопроводная структура. Пластина теплоотвода, кроме того, является стенкой кожуха для компьютера. На второй стороне материнской платы также предусмотрена плата силовой проводки, чтобы обеспечить возможность монтажа плат расширения на материнской плате.
Следовательно, принимая во внимание все, что было описано выше, имеется потребность в обеспечении охлаждения без вентилятора для компьютера.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩЕСТВА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Одна задача настоящей полезной модели состоит в том, чтобы обеспечить компьютер, в котором во время охлаждения исключают накопления пыли.
Эта задача в соответствии с первым аспектом настоящей полезной модели решена с помощью компьютера, использующего естественное конвекционное охлаждение, содержащего:
корпус со стенками, проходящими, в первом направлении и определяющими и заключающими в себе камеру, имеющую верхний открытый торец и нижний открытый торец, перпендикулярно первому направлению, причем одна из стенок является теплоотводом, а камера включает в себя элементы компьютера,
причем указанные элементы содержат
главную плату, проходящую в первом направлении в камере рядом со стенкой теплоотвода и имеющую первую сторону, обращенную внутрь к внутренней части камеры, и вторую, противоположную сторону, обращенную к стенке теплоотвода и содержащую выделяющие тепло компоненты, размещенные для охлаждения посредством стенки теплоотвода, и
по меньшей мере, одну вспомогательную плату, присоединенную к первой стороне главной платы и размещенную для продолжения в первом направлении в камере, и под прямым углом к главной плате.
Настоящая полезная модель имеет ряд преимуществ. Оно позволяет избежать накопления пыли в корпусе. Оно имеет низкие требования к техническому обслуживанию, благодаря исключению вентилятора. Кроме того, нет необходимости в воздушных фильтрах и нет связанных с такими фильтрами проблем, таких как забивание пылью.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
В дальнейшем настоящая полезная модель поясняется описанием предпочтительного варианта воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг.1 изображает общий вид промышленного компьютера, установленного на диспетчерском пульте управления высоковольтной системы передачи энергии,
фиг.2 - общий вид корпуса для компьютера на фиг.1,
фиг.3 - вид сверху упрощенного компьютера в соответствии с первым вариантом воплощения настоящей полезной модели,
Фиг.4 - вид сверху упрощенного компьютера в соответствии со вторым вариантом воплощения настоящей полезной модели,
Фиг.5 - вид сверху упрощенного компьютера в соответствии с третьим вариантом воплощения настоящей полезной модели, и
Фиг.6 - вид сверху корпуса для компьютера, присоединенного к монтажной плите.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
В дальнейшем будет дано подробное описание предпочтительных вариантов воплощения компьютера в соответствии с настоящей полезной моделью.
На фиг.1 показан общий вид промышленного компьютера 16 в соответствии с настоящей полезной моделью, закрепленного на стене диспетчерского пульта 10 управления. Пульт 10 управления в данном описании представляет собой помещение, в котором обеспеченно кондиционирование воздуха, и поэтому помещение снабжено выпускным отверстием 12 для вытяжки воздуха из помещения и впускным отверстием 14 для подачи воздуха. Выпускное отверстие 12 здесь показано около потолка, а впускное отверстие 14 - вблизи от пола помещения. Компьютер 16 установлен в корпусе 18, который прикреплен к стене помещения посредством монтажной плиты 19.
Обычно компьютер на диспетчерском пульте управления может быть установлен в приборной стойке управления вместе с другими компонентами. В данном случае показано, что компьютер закреплен на стене помещения, чтобы ясно показать, что он не должен быть установлен непосредственно на полу, а должен быть размещен над ним. Причина для этого станет очевидной позже из описания.
На фиг.2 показан общий вид корпуса 18 на фиг.1. Корпус 18, который в данном описании выполнен в виде цилиндра с квадратным поперечным сечением, имеет некоторое количество стенок, причем это количество составляет по меньшей мере два, а в данном описании равно четырем. Одна стенка является передней стенкой, а другая является задней стенкой, стенки соединенные друг с другом двумя боковыми стенками. Передняя стенка на чертеже является наиболее отдаленной стенкой, в то время как задняя стенка на чертеже закрыта. Все стенки в данном описании проходят в первом направлении D1, которое на фиг.2 представляет собой вертикальное направление. Передняя и задняя стенки дополнительно проходят во втором направлении D2, перпендикулярном первому направлению D1, в то время как боковые стенки дополнительно проходят в третьем направлении D3. Посредством этого стенки определяют и заключают в себя камеру 28. Таким образом, камера 28 в данном описании имеет квадратное поперечное сечение и имеет верхний открытый торец 20 и нижний открытый торец 22. Нижний открытый торец 22 предназначен для того, чтобы быть обращенным к полу помещения, в то время как верхний открытый торец 20 может быть обращен к потолку помещения. Должно быть понятно, что каждый открытый торец может быть закрыт защитным и экранирующим экраном, например, в форме проволочной сетки или перфорированного листа из материала подобного металлу. Таким образом, верхний открытый торец 20 расположен в первой плоскости, продолжающейся во втором и третьем направлениях D2 и D3, и таким образом перпендикулярно первому направлению, а нижний открытый торец 22 расположен во второй плоскости, продолжающейся во втором и третьем направлениях D2 и D3, и эта вторая плоскость, таким образом, также является перпендикулярной первому направлению, и параллельной первой плоскости.
В соответствии с настоящей полезной моделью одна из стенок, в данном описании задняя стенка, которая может быть обращена к стене помещения и служит теплоотводом. Должно быть понятно, что корпус 18 может иметь любой тип поперечного сечения, например квадратное и треугольное, причем любая стенка может обеспечивать теплоотвод. Предположительно, если теплоотвод осуществляется стенкой, не имеющей искривления. Тогда эта стенка может продолжаться в первом направлении D1, а также в одном другом направлении, втором или третьем направлении D2 или D3, и таким образом, быть перпендикулярной первой и второй плоскостям. Однако, другие стенки корпуса могут иметь искривление, например, подобное половине цилиндра эллиптического сечения или круглого сечения.
На Фиг.3 показан вид сверху упрощенного компьютера 16 в соответствии с первым вариантом воплощения настоящей полезной модели. Камера 28 в данном описании показана окруженной четырьмя стенками, включающими в себя переднюю стенку 24 и заднюю стенку 26. На чертеже ясно видно, что задняя стенка 26 также является теплоотводом. Стенка 26 теплоотвода включает в себя прямоугольную пластину, с ребрами на ее внешней стороне, обращенной от камеры 28. Эти ребра продолжаются в первом направлении, и таким образом, проходят от нижнего открытого торца до верхнего открытого торца. Кроме того, эти ребра разнесены на расстояние друг от друга во втором направлении. Это разнесение ребер друг от друга определяет некоторое количество каналов 30 в теплоотводе между ребрами, где каждый канал, таким образом, проходит в первом направлении от нижнего открытого торца до верхнего открытого торца корпуса. Стенка 26 теплоотвода предпочтительно изготовлена из соответствующего охлаждающего материала, например, из алюминия.
Внутри камеры 28 кроме этого предусмотрена главная плата 32, часто обозначаемая как материнская плата. Главная плата 32 размещена внутри камеры 28 и продолжается в первом направлении, а также в данном описании во втором направлении рядом и параллельно со стенкой 26 теплоотвода, и таким образом также проходит от нижнего до верхнего открытого торца. Эта главная плата 32 имеет первую сторону, которая обращена внутрь к внутренней части камеры 28, и таким образом к центру камеры 28, а также вторую, противоположную сторону, которая обращена к стенке 26 теплоотвода. К первой стороне главной платы 32 присоединены первая, вторая и третья вспомогательные платы 34, 36 и 38, часто обозначаемые как платы PCI (межсоединения периферийных компонентов). Вспомогательные платы 34, 36, 38 размещены для продолжения в первом направлении и в данном описании также в третьем направлении в камере 28, и таким образом, под прямым углом к главной плате 32, и поэтому также проходят от нижнего до верхнего открытого торца камеры.
На второй стороне главной платы 32 предусмотрено некоторое количество выделяющих тепло компонентов 40 и 42, из которых показаны только два. Эти компоненты 40 и 42 могут включать в себя СР 40 (центральный процессор) и набор 42 микросхем. Другие компоненты, которые не выделяют так много тепла, могут быть размещены на первой стороне. Вспомогательные платы также включают в себя компоненты, но в этом варианте воплощения полезной модели они не включают в себя компоненты, которые выделяют слишком много тепла. Эти выделяющие тепло компоненты 40 и 42 в данном описании размещены в прямом контакте со стенкой 26 теплоотвода. Наконец, предусмотрен модуль 44 блока питания, обеспечивающий энергию для всего компьютера. Модуль 44 блока питания также подсоединен к теплоотводу 26.
Когда корпус правильно установлен в помещении, например, в диспетчерском пульте управления, верхний открытый торец корпуса обращен к потолку, а нижний открытый торец обращен к полу. Это также означает, что элементы компьютера, проходящие в первом и втором направлениях, также как элементы, проходящие в первом и третьем направлениях, ориентированы вертикально, в то время как открытые торцы, которые проходят во втором и третьем направлениях, ориентированы горизонтально. Поэтому в данном описании первое направление представляет собой вертикальное направление. Когда компьютер работает в такой обстановке с такой ориентацией, охлаждение будет происходить автоматически благодаря само-конвекции, то есть используя принцип вытяжки. Это означает, что холодной воздух будет втекать через нижний открытый торец корпуса, проходить вверх, минуя размещенные вертикально вспомогательные платы и размещенную вертикально главную плату, и таким образом охлаждая на них компоненты, и после этого выходить через верхний открытый торец корпуса. В то же самое время холодной воздух также будет течь естественным образом вверх в каналах теплоотвода от пола к потолку помещения и таким образом помогать в его охлаждении и компонентов и модулей, присоединенных непосредственно к нему.
Таким образом, никакой вентилятор не требуется. Кроме того, образующийся поток воздуха недостаточно силен, чтобы заставлять пыль проникать в камеру. Поэтому накопление пыли отсутствует. Поскольку никакой вентилятор не требуется, также нет необходимости в каких-либо воздушных фильтрах. Поэтому дополнительные преимущества этого решения заключаются в том, что очистка фильтра исключается, и не требуется обслуживание из-за выхода из строя вентилятора.
Можно улучшить конструкцию, показанную на фиг.3. Один способ улучшения конструкции показан на фиг.4, которая показывает вид сверху упрощенного компьютера 16 в соответствии со вторым вариантом воплощения настоящей полезной модели.
Здесь имеются только два изменения, относительно фиг.3, и они состоят в том, что на третьей вспомогательной плате 38 имеется дополнительный выделяющий тепло компонент 48, и этот компонент подсоединен к теплоотводу через тепловую трубку 50, причем имеется распределитель 46 тепла, предусмотренный между выделяющими тепло компонентами 40 и 42 главной платы 32 и стенкой 26 теплоотвода. Тепловая трубка 50 первым концом подсоединена к компоненту 48, а вторым концом присоединена к стенке 26 теплоотвода.
Тепловая трубка, как известно из уровня техники, представляет собой трубку, включающую в себя текучую среду. Жидкость на первом конце первоначально предусмотрена в жидкой форме, но из-за нагревания превращается в пар. Этот газ естественным образом течет ко второму концу, где он конденсируется в жидкость, которая затем опускается или перемещается посредством капиллярного воздействия обратно к первому концу. Это выгодно использовать, когда имеются выделяющие тепло компоненты, которые невозможно разместить поблизости от теплоотвода, например, с компонентами на вспомогательной плате 38.
Распределитель тепла, как также известно, из уровня техники, представляет собой пластину, предназначенную для теплоотвода, которую можно использовать в отношении компонентов и различных модулей, таких как экспресс СОМ (модель компонентных объектов Microsoft) и ЕТХ модули. Распределитель тепла в данном описании выполнен с возможностью адаптировать механические свойства компонентов к механическим свойствам теплоотвода.
Должно быть понятно, что настоящая полезная модель может быть обеспечена только одним из этих дополнительных элементов: теплоотвода, распределителя тепла или тепловой трубки. Также должно быть понятно, что можно обеспечивать большее количество тепловых трубок в случае, если на вспомогательной плате имеются дополнительные выделяющие тепло компоненты, нуждающиеся в охлаждении.
Охлаждению компьютера можно помогать посредством кондиционирования воздуха, подаваемого в помещение. Это внешнее охлаждение помещения усиливает естественное охлаждение, обеспечиваемое с помощью настоящей полезной модели.
Однако, кондиционирование воздуха может в некоторых очень редких случаях давать сбой. Из-за этого температура в помещении может подниматься выше такого уровня, когда естественное охлаждение, особенно вспомогательных плат, становится недостаточным. В этом случае можно предусмотреть принудительное охлаждение, которое функционирует по требованию. Один способ обеспечения такого принудительного охлаждение по требованию теперь будет описан со ссылкой на фиг.5, которая показывает вид сверху упрощенного компьютера 16 в соответствии с третьим вариантом воплощения настоящей полезной модели. Там сделано только одно изменение относительно фиг.3, и оно заключается в установке вентилятора 52, который подсоединен к температурному датчику 54.
Вентилятор 52 может быть выполнен с возможностью активации только при чрезвычайно высокой температуре в помещении, причем эта температура определяется температурным датчиком 54. В данном случае вентилятор 52 может быть выполнен с возможностью активации только в течение короткого периода времени, чтобы быстро понизить температуру в помещении. Такое краткосрочное и ограниченное принудительное воздушное охлаждение имеет очень ограниченное влияние на накопление пыли внутри корпуса. Этот тип охлаждения по требованию, кроме того, улучшает обеспечение эксплуатационной безопасности корпуса компьютера.
Как упомянуто выше, систему кондиционирования воздуха, связанную с помещением, можно использовать для усиления естественного охлаждения компьютера. Чтобы описать эту ситуацию более подробно, рассмотрим фиг.1 вместе с фиг.6, которая показывает вид сверху корпуса 18 компьютера, присоединенного к монтажной плите 19.
Таким образом, монтажная плита 19 может быть присоединена к корпусу 18 и проходит в первом направлении, также как во втором или третьем направлениях. В представленном примере она кроме этого присоединена к стенке 26 теплоотвода корпуса. Плита 19 в данном описании размещена параллельно и на расстоянии от стенки 26 теплоотвода в направлении от центра камеры 28. Это сделано для того, чтобы не нарушать воздушный поток, протекающий по каналам стенки 26 теплоотвода. Плита 19, кроме того, размещена перпендикулярно первой и второй плоскостям, в которых обеспечены верхний и нижний открытые торцы корпуса 18. Кроме того, она продолжается за пределы этих торцов и их плоскостей, как показано на фиг.1. Таким образом, гарантируется, что корпус 18 установлен выше пола помещения 10. Поэтому гарантируется, что воздух, вдуваемый системой 12, 14 кондиционирования воздуха по полу, будет достигать корпуса и охлаждать компьютер.
Когда корпус установлен в приборной стойке, эта приборная стойка может быть предусмотрена с впускными отверстиями для воздуха в нижней части для приема воздуха из системы кондиционирования воздуха. Это имеет дополнительное преимущество, заключающееся в еще большем усилении надежности компьютера.
Таким образом, описан компьютер, который имеет преимущество исключения накопления пыли в корпусе. В компьютере, который использует охлаждение нагнетаемым воздухом, эта проблема может возникать уже через год.
Полезная модель также обеспечивает ряд дополнительных преимуществ. Оно имеет низкие требования к техническому обслуживанию, благодаря устранению вентилятора. Кроме того, нет необходимости в воздушных фильтрах и нет проблем, связанных с такими фильтрами, таких как их засорение. В случае представления возможности воздуху из системы кондиционирования воздуха проходить через корпус от пола, обеспечивается очень эффективное охлаждение с улучшенной надежностью.
Настоящая полезная модель дополнительно может быть модифицирована несколькими способами в дополнение к уже упомянутым. Блок питания может быть установлен отдельно, как показано на фиг.3-5, или его можно установить на главной плате. На чертежах показаны три вспомогательные платы. Должно быть понятно, что их может быть больше или меньше, в зависимости от необходимости. Кроме того, должно быть ясно, что корпус может быть установлен в перевернутом виде, по существу с таким же функционированием, как было описано выше. Поэтому верхний открытый торец камеры может стать нижним открытым торцом камеры и наоборот. Кроме того, полезная модель была описана для промышленного компьютера. Должно быть понятно, что настоящая полезная модель может использоваться для любого компьютера, например, для PC. Конечно, также очевидно, что оно не обязательно должно использоваться в помещении с кондиционированным воздухом.
Из вышеизложенного очевидно, что настоящая полезная модель может изменяться множеством способов. Следовательно, должно быть понятно, что настоящая полезная модель ограничена только последующей формулой полезной модели.
1. Компьютер (16), использующий естественное конвекционное охлаждение, содержащий корпус (18) в виде открытого по торцам цилиндра со стенками (24, 26), проходящими в первом направлении (D1) и определяющими и заключающими в себя камеру (28), имеющую верхний открытый торец (20) и нижний открытый торец (22), перпендикулярные первому направлению (D1), причем одна (26) из стенок является теплоотводом, а камера включает в себя элементы (32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 52, 54) компьютера, содержащие главную плату (32), проходящую в первом направлении в камере рядом со стенкой теплоотвода и имеющую первую сторону, обращенную внутрь к внутренней части камеры, и вторую, противоположную сторону, обращенную к стенке теплоотвода и содержащую выделяющие тепло компоненты (40, 42), размещенные для охлаждения посредством стенки (26) теплоотвода, и, по меньшей мере, одну плату межсоединений периферийных компонентов (34, 36, 38), присоединенную к первой стороне главной платы и размещенную для продолжения в первом направлении в камере, а также под прямым углом к главной плате.
2. Компьютер (16) по п.1, в котором выделяющие тепло компоненты (40, 42) главной платы (32) размещены в прямом контакте со стенкой (26) теплоотвода.
3. Компьютер (16) по п.1, в котором выделяющие тепло компоненты (40, 42) размещены в контакте со стенкой теплоотвода через распределитель (46) тепла.
4. Компьютер (16) по любому из пп.1-3, в котором выделяющие тепло компоненты (48) размещены в контакте со стенкой теплоотвода через тепловую трубку (50).
5. Компьютер (16) по любому из пп.1-3, дополнительно содержащий модуль (44) блока питания, размещенный в прямом контакте со стенкой (26) теплоотвода.
6. Компьютер (16) по любому из пп.1-3, дополнительно содержащий охлаждающий вентилятор (52), выполненный с возможностью активации при определенных температурах в камере.
7. Компьютер (16) по любому из пп.1-3, дополнительно содержащий защитный и экранирующий экраны, предусмотренные на верхнем и/или нижнем открытых торцах.
8. Компьютер (16) по п.7, в котором защитный и экранирующий экраны выполнены в виде проволочной сетки или перфорированного листа.
9. Компьютер (16) по любому из пп.1-3, дополнительно содержащий монтажную плиту (56) для монтажа компьютера, причем монтажная плита присоединена к корпусу и продолжается в первом направлении за пределы первого и второго открытых торцов.
10. Компьютер (16) по любому из пп.1-3, в котором упомянутое первое направление представляет собой вертикальное направление после установки компьютера.
