Корпус прибора

Устройство относится к электронной технике, в частности к устройствам охлаждения и вентиляции с принудительной циркуляцией воздуха и может быть использовано в комплексе бортового радиоэлектронного оборудования. Технический результат - повышение эффективности охлаждения и стабильности работы устройства при сохранении его электромагнитной совместимости в целом, упрощение конструкции, уменьшение энергетических затрат. Он достигается тем, что боковые стенки корпуса, выполненные в виде радиаторов, содержат отверстия. В корпусе расположены печатные платы с тепловыделяющими элементами, а также панель, расположенная параллельно передней стенке вблизи отверстий боковых стенок корпуса и выполненная в виде тепловода с отверстиями, к одной стороне которого присоединен теплообменник, содержащий ребра, пазы и выступы, а к другой стороне - теплообменник, содержащий пазы, отверстия и выступы. Причем, по меньшей мере, на одной из оставшихся стенок корпуса расположены отверстия, в области которых размещен, по меньшей мере, один вентилятор. В корпусе, по меньшей мере, одна печатная плата расположена между панелью и задней стенкой корпуса перпендикулярно им, а, по меньшей мере, одна печатная плата расположена между панелью и передней стенкой параллельно им. Дополнительные тепловыделяющие элементы расположены на боковых стенках корпуса и на панели.

Устройство относится к электронной технике, в частности к устройствам охлаждения и вентиляции с принудительной циркуляцией воздуха. Оно предназначено для использования в комплексе бортового радиоэлектронного оборудования, эксплуатируемого в сложных климатических условиях (повышенная влажность, высокая температура, повышенная вибрация и т.п.).

Известны три механизма отведения тепла: конвективный, кондуктивный и отведение тепла лучеиспусканием. Также известно, что в каждом устройстве имеют место все три механизма отведения тепла и преимущественная работа кого-либо из них определяется конструкторским решением.

Известно устройство (Патент Великобритании 2295669, F24F 11/04; Н05К 7/20, опубл. 05.06.1996), включающее в себя несколько электронных блоков, охлаждаемых вентиляторами, и устройство рециркуляции, обеспечивающее решение задачи охлаждения при отказе одного из вентиляторов.

Одним из недостатков данного технического решения является то, что конструкция не предполагает дальнейшую работу устройства в случае отказа всех вентиляторов. Другим недостатком является невозможность использования данной конструкции в компактных электронных приборах из-за значительных массогабаритных характеристик вентиляторов.

Приведенный аналог отражает случай, когда конвективное отведение тепла преобладает над остальными механизмами, при этом имеет место принудительная конвекция.

Известна конструкция (Заявка РФ на изобретение 97120660, H01L 25/04, опубл. 10.10.1999), содержащая схемную плату, электронный прибор, размещенный на схемной плате, радиатор, имеющий тепловой контакт с этим прибором, теплопроводящие элементы, средства для прижимающего усилия.

Недостатком данного устройства является то, что при таком решении отвод тепла происходит только от теплонагруженного элемента, а задача отведения тепла из прибора не решается. Приведенный аналог отражает случай, когда кондуктивное отведение тепла и лучеиспускание является основными механизмами, при этом конвективному отведению тепла предоставлена второстепенная роль.

Известно устройство (Патент РФ на изобретение 2335813, G12B 15/04, опубл. 10.10.2008), содержащее теплонагруженный элемент, теплоотвод из спрессованной металлической проволоки и всасывающий улавливатель воздуха. Указанное решение представляет собой комбинацию всех механизмов отведения тепла. Сначала тепло от элемента передается в проволоку, затем оно рассеивается в пространство, ограниченное витками проволоки, и принудительным воздушным охлаждением выносится наружу. Указанное решение требует дополнительных мер по обеспечению теплового контакта теплонагруженного элемента и проволочной детали. К тому же требуются меры по предотвращению загрязнения проволочной детали от пыли, так как оно сопровождается увеличением сопротивления воздушному потоку и увеличением теплоемкости перехода от элемента к воздуху, что является существенным недостатком технического решения.

Известны устройства (Патент США 7174951, F28D 15/00, опубл. 13.02.2007, Заявка США 2008302507, Н05К 7/20 опубл. 11.12.2008) представляющие собой комбинацию вентилятора и радиатора, находящегося в тепловом контакте с теплонагруженным элементом. Традиционное сочетание трех механизмов отведения тепла характеризуется высокой эффективностью, но на практике невозможна установка вентилятора на каждый теплонагруженный элемент. Последнее обстоятельство связано не только с увеличением массогабаритных характеристик прибора, но также с лишней коммутацией и повышенными энергетическими затратами на вентиляцию.

Наиболее близким техническим решением является корпус прибора (Патент РФ на полезную модель 62490, Н05К 7/20, Н05К 5/00, опубл. 10.04.2007) с заключенным в него, по крайней мере, одним тепловыделяющим элементом, содержащий систему охлаждения, включающую входные и выходные отверстия. Система охлаждения корпуса образована двойными стенками, выполненными с возможностью прохождения между ними охлаждающего потока воздуха. Причем, внутренние боковые стенки выполнены в виде радиаторов, а внешние боковые стенки содержат, по крайней мере, два выходных отверстия, выполненных со смещением по высоте относительно противоположных боковых стенок. Входное отверстие расположено на задней стенке, а выходные отверстия на внешних боковых стенках и верхней крышке смещены в сторону передней стенки корпуса. В системе охлаждения предусмотрено внешнее устройство подачи воздуха в корпус.

К недостаткам данного устройства относятся недостаточно эффективный отвод тепла из внутреннего корпуса, так как охлаждение происходит только через его стенки, выполненные в виде радиаторов, сложность конструкции из-за наличия двойных стенок корпуса, а также наличие внешнего устройства подачи воздуха и характерные для него высокие энергетические затраты.

Техническим результатом предложенного решения является повышение эффективности системы охлаждения и стабильности работы устройства за счет формирования воздушных потоков внутри прибора и компоновки электронных модулей при сохранении их электромагнитной совместимости, упрощение конструкции, уменьшение энергетических затрат.

Технический результат достигается тем, что корпус прибора, на боковых стенках которого, выполненных в виде радиаторов, расположены отверстия, содержит печатные платы с тепловыделяющими элементами. Причем в корпусе имеется панель, расположенная параллельно его передней стенке вблизи упомянутых отверстий и выполненная в виде тепловода с отверстиями, к одной стороне которого присоединен теплообменник, содержащий ребра, пазы и выступы, а к другой стороне - теплообменник, содержащий пазы, отверстия и выступы, причем, по меньшей мере, на одной из других стенок корпуса расположены отверстия, в области которых размещен, по меньшей мере, один вентилятор, при этом по меньшей мере, одна печатная плата расположена между панелью и задней стенкой корпуса перпендикулярно им. Причем по меньшей мере, одна печатная плата расположена между панелью и передней стенкой корпуса параллельно им. Причем на боковых стенках корпуса и на панели расположены дополнительные тепловыделяющие элементы.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен корпус прибора, с заключенными в нем электронными модулями;

На фиг.2 изображена панель и распределение температуры по ее поверхности в рабочем состоянии.

Внутри корпуса (фиг.1), содержащего переднюю стенку 1, заднюю стенку 2, боковые стенки 3 и 4, нижнюю стенку 5, верхнюю стенку 6, имеется панель (фиг.2), представляющая собой тепловод 7, к одной стороне которого присоединен теплообменник 8, содержащий ребра 9, пазы 10 и выступы 11, а к другой стороне - теплообменник 12, содержащий отверстия 13, пазы 10 и выступы 11. В нижней стенке 5 корпуса в области отверстий 14, предназначенных для выхода воздушного потока из корпуса расположен вентилятор 15. Такие отверстия 14 могут быть расположены также и на задней стенке 2 корпуса, в области которых также может быть установлен вентилятор 15. Благодаря различной форме теплообменников 8 и 12 воздушным потокам, создаваемым вентилятором 15, придается турбулентность, а благодаря тому, что выходные вентиляционные отверстия 14 на нижней стенке 5 выполнены вблизи задней стенки 2 корпуса, происходит 8охлаждение воздушными потоками максимального количества теплонагруженных элементов.

Систему вентиляции целесообразно строить с использованием мало потребляющих электроэнергию вентиляторов, например фирмы PAPST, при соблюдении аэродинамических характеристик и требований по установке вентиляторов. А размеры вентиляционных отверстий в корпусе должны быть минимальны, так как это позволит сохранить электромагнитную совместимость прибора в целом и одновременно обеспечить эффективный теплоотвод.

Между панелью и передней стенкой 1 параллельно им жестко закреплены печатные платы 16 с радиоэлементами, а панелью и задней стенкой 2 параллельно боковым стенкам 3 и 4 расположены печатные платы 17 с радиоэлементами.

Дополнительные теплонагруженные элементы 18 размещены на внутренних поверхностях стенок 3 и 4, а также на панели.

В стенках 3 и 4 выполнены вентиляционные отверстия 19, предназначенные для входа воздушных потоков в корпус прибора и максимально удаленные от площадок, на которых размещены теплонагруженные элементы 18, благодаря чему влияние этих элементов на нагрев входящих воздушных потоков несущественное.

Корпус может быть изготовлен в условиях приборостроительного предприятия. В качестве конструктивного материала целесообразно использование известных сплавов алюминия.

Охлаждение корпуса происходит следующим образом:

Воздушные потоки, формируемые вентилятором 15, через отверстия 19 на боковых стенках 3 и 4 попадают на поверхность панели, которая выделяет тепло во внутреннее пространство корпуса прибора. Ребра 9, пазы 10, выступы 11 и отверстия 13 теплообменников 8 и 12 панели ориентируют входящие потоки на их интенсивное перемешивание в непосредственной близости от панели.

Печатные платы 16, расположенные вдоль входящих потоков, создают минимальное сопротивление воздуху, участвуя в перемешивании потоков. Тепло выделенное элементами 18, расположенными на панели, распространяясь по теплообменникам 8 и 12, лучеиспусканием и свободной конвекцией удаляется из панели в корпус. Тепловод 7 с отверстиями 13 также излучает тепло, выделенное этими элементами, и перемешивает воздушные потоки. Таким образом, воздушные потоки со всех сторон охлаждают поверхность панели.

Печатные платы 17 образуют каналы для свободного прохождения всех воздушных потоков к выходным отверстиям 14. Благодаря этому происходит разделение охлаждающего воздушного потока внутри прибора на турбулентную часть в области отверстий 19 боковых стенок и канальную часть в области выходных отверстий 14.

Частично нагретые канальные воздушные потоки, двигаясь к выходным отверстиям 14, охлаждают элементы 18, расположенные на печатных платах 17, и внутренние поверхности стенок корпуса.

Тепло от элементов 18, расположенных на стенках 3 и 4, рассеивается через радиаторы во внешнее пространство лучеиспусканием и свободной конвекцией.

Тепловая энергия поверхности панели выводится не только воздушным потоком, но и лучеиспусканием, распространяясь в корпусе, поглощается поверхностями стенок 3 и 4, после чего выделяется во внешнюю среду.

Таким образом, обеспечивается одновременное использование всех механизмов охлаждения.

Описанное решение увеличивает эффективную площадь рассеивания тепловой энергии за счет выполнения боковых стенок корпуса в виде радиаторов, а также за счет большой площади поверхности для отвода тепла панели. Благодаря этому, предложенное техническое решение обладает преимуществом по сравнению с аналогами, так как в случае отказа вентилятора, прибор продолжает свое функционирование за счет естественной конвекции и лучеиспускания тепловой энергии с поверхности стенок корпуса, выполненных в виде радиаторов, а также с поверхности теплообменников панели внутри корпуса. К тому же применение однослойных стенок в данном техническом решении ведет к упрощению конструкции.

Сформированные воздушные потоки охлаждают все теплонагруженные элементы корпуса, а система подачи воздуха не требует энергетических затрат.

Испытания показали, что предложенное техническое решение позволяет улучшить отвод тепла на 25-27%.

Из вышеизложенного следует, что описанное техническое решение соответствует критериям патентоспособности полезной модели: новизна и промышленная применимость.

1. Корпус прибора, на боковых стенках которого, выполненных в виде радиаторов, расположены отверстия, содержащий печатные платы с тепловыделяющими элементами, отличающийся тем, что в корпусе имеется панель, расположенная параллельно его передней стенке вблизи упомянутых отверстий и выполненная в виде тепловода с отверстиями, к одной стороне которого присоединен теплообменник, содержащий ребра, пазы и выступы, а к другой стороне - теплообменник, содержащий пазы, отверстия и выступы, причем, по меньшей мере, на одной из других стенок корпуса расположены отверстия, в области которых размещен, по меньшей мере, один вентилятор, при этом, по меньшей мере, одна печатная плата расположена между панелью и задней стенкой корпуса перпендикулярно им.

2. Корпус прибора по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одна печатная плата расположена между панелью и передней стенкой корпуса параллельно им.

3. Корпус прибора по п.2, отличающийся тем, что на боковых стенках корпуса и на панели расположены дополнительные тепловыделяющие элементы.