Шкаф для охлаждения радиоэлектронной аппаратуры

(504 Н 05 К 7/ О Е ИЗОБРЕТЕНИЯ с1 М РЬХ 1,ЛНЖ МЪ ОСУДАРСТНЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР 0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Авторское свидетельство СССРФ 1050144, кл. Н 05 К /20, 05.07,8Авторское свидетельство СССРФ 978398 ф кл. Н 05 К 7/20, 13.10.80(54) ШКАФ ДЛЯ ОХЛАКЩЕНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОНН 011 АППАРАТУРЫ157) Изобретениествам для охлаждщей аппаратуры степловыделения,относится к устрои ения тепловыделяюразличными уровням размещенной в шкафа Иили стойках. Цель изобретения - повышение эффективности охлаждения и плотности компоновки радиоэлектрон"ной аппаратуры. Она достигается тем,что в Ш с теплоотводящими каналамидля охлаждающей среды, теплапроводньми рамами и теплообменником 6, выполнены дополнительные охлаждающиеэлементы ОЭ. В канавках 17 междутеплообменными трубами 16 установлены вентиляторы 18, выполненны угловые вертикальные каналы 21 с вентиляторами 22, а боковые вертикальные7,8 каналы выполнены с чередующимисяпо высоте корпуса диффузорно-конфузорными 23 и гладкими 24 участками.Все ОЭ соединены таким образом, что1288947 О 111 имеет два контура охлаждения, Изобретение позволяет обеспечить возможность распределения охлаждающего воздуха по секциям, осуществить локальное охлаждение теплонагруженных блоИзобретение относится к устройствам для охлаждения тепловыделяющей аппаратуры, преимущественно РЭА с различными уровнями тепловыделения размещаемой в шкафах или стойках.Цель изобретения - повышение эффективности охлаждения и плотности компоновки.На фиг.1 изображен шкаф 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-В на Фиг.1.; на Фиг.5 - разрез Г-Г на фиг,1 (с частичным вырывом); на фиг.6 - узел 1 на Фиг.5. 11 цкаф содержит верхнее 1 и нижнее 2 основания, 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 теплопроводные рамы 11, выполняющие роль дополнительных теплообменников. Теплообменник 6 снабжен закрывающим его со всех сторон кожухом 12, Для ввода нагретого воздуха из заднего вертикального канала 9 н задней стен - ке кожуха 12 выполнено отверстие 13 теплообменника 6 (фиг.2), а для вы вода охлажденного воздуха в полость 10 основание 14 теплообменника 6 снабжено окном 15. В теплообменнике 6 расположены оребренные теплообменные трубы 16 с каналами для жидкого теплоносителя. сков (1), ликвидировать застойные зоны между Б и в зазорах между ними и стенками корпуса, обеспечивая турбулизацию потоков хладагента, 3 з.п. Ф-лы, 6 ил. Между трубами 16 размещены каналы 7, в которых установлены вентиляторы 18, Каналы 17 соединяют полость10 с секциями 19, заполненными РЭА 20(блоки питания, аналоговые устройства, попупроводниковые ЗУ на ИС и т.д.с уровнями тепловыделения от 100 Втдо 3 кВт).Внутри шкафа дополнительно установлены два угловых вертикальных канала 21 (Фиг.1 и 3) для подачи охлажденного воздуха, на входе которыхустановлены вентиляторы 22, сообщающиеся с теплообменником 6 через полость 1 О для забора воздуха и окно15 основания его кожуха,Вертикальные боковые каналы 7 и8 выполнены с чередующимися по высоте корпуса диффузорно-конфузорными23 и гладкими 24 участками (фиг.1) .Каждый диффузорно-конфузорный участок 23 образован двумя поперечнымигофрами 25 и 26 скругленной Формы,выполненными на внутренней 27 и внешней 28 стенках боковых каналов 7 и 8,выпуклыми частями навстречу другдругу, На вершинах каждого гофра 25и 26 выполнены сквозные отверстия29 (фиг.4). Вогнутая часть гофров 25наружных стенок 28 вертикальных боковых каналов 7 и 8 заглушена пластинами 30 с образованием поперечныхзамкнутых полостей - каналов 31 дляподачи охлажденного воздуха (фиг.Зи 4) . Каналы 31 открыты с одного конца и сообщены с вертикальными угловы 1ми каналами 21 через отверстия 32в их вертикальных стенках (Фиг,4),Горизонтальные теплопроводныерамы 11 выполнены иэ теплообменныхтрубок 33, которые имеют герметичные внутренние полости 34 (Лиг.4),концы которых расположены в полости боковых вертикальных каналов 7и 8 и герметично соединены своими3 12889 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 вертикальных боковых каналов и имеют в своих стенках 10 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 15 этом каналы 35 могут быть составными и выполнены на участке между отверстиями 29 противолежащих гофров 25 и 26, например, в видесильфона 38.20 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 25 вниз по высоте шкафа в случае, если блоки в отсеках размещены сверху вниз в порядке уменьшения тепловыделения.Трубы 16 теплообменника б пропуще ны 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 б). При этом внутренняя полость 39 труб 16 герметично заглушена. 40 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 аммиаком, дистиллированной водой нли спиртом,В верхней части корпуса выполнена.полость 41 для установки разъемов.Теплоотводящий канал 9 на заднейстенке 3 образован перегородкой 42, 55между которой и задней стенкой 3 вверхней части корпуса имеется щель43 для вентиляции 1 фиг.2),47 4Шкаф для охлаждения радиоэлектронной аппаратуры работает следующимобразом.При включении РЭА на полную мощность отвод тепла от всех радиоэлементов и блоков осуществляетсяпреимущественно двумя способами:принудительной конвекцией - обдувомпринудительными воздушными потоками, проходящими по двум замкнутымконтурам; кондуктивным охлаждением -теплопередачей через разъемные тепловые соединения к рамам, теплооб-менные трубки которых выполняют функ.ции эффективных кондуктивных теплостоков.Первый воздушный контур. Из теплообменника 6 с оребренными трубами 16через окно 15 и полость 1 О вентиляторы 18 вытягивают охлажденный воздухи направляют его в секции 19, в которые воздух проходит последовательно снизу вверх, отбирая тепло отэлектронных приборов и нагреваясь,выходит в полость 41, где черезщель 43 направляется в задний теплоотводящий канал 9, проходя по которому и отдавая часть тепла череззаднюю стенку 3 окружающей среде,поступает через отверстие 13 в теплообменник 6, где охлаждается, отдавая тепло теплоносителю, Далее через окно 15 в основании 14 кожухавоздух выходит в полость 10 и через каналы 17 охлажденный с помощьювентиляторов 18 вновь подается в сек.ции 19.Кроме того, воздух дополнительноохлаждается, когда проходит черезрамы 11, отдавая тепло трубкам 33 ичерез зазоры между стенками блоков иповерхностью стенок 27 вертикальныхбоковых каналов 7 и 8, отдавая тепло стенкам 27, При этом теплоотдача интенсифицируется за счет турбулизации потоков на вогнутой частигофров 26,Второй воздушный контур. Из теплообменника 6 с оребренными трубами 16через окно 15 и полость 10 вентиляторы 22 вытягивают охлажденный воздухи направляют его в вертикальные угловые каналы 21 и через отверстия32 в горизонтальные боковые каналы31 (фиг.3 и 4). Далее через отверстия 29 охлажденный воздух попадаетво внутренние полости 36 каналов 35и через отверстия 37 в виде струйнаправляется на радиоэлементы, установленные на платах, или на корпуса блоков, отбирая от них тепло и ликвидируя застойные зоны. Скорость случайных воздушных потоков, выходящих из отверстий 37, находится в пределах от 1 О до 20 м/с, что позволяет в 3-5 раз умвйьшить перегрев радиоэлементов 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 б, где охлаждается, отдавая тепло теплоносителюДалее 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 воздуха по блокам и секциям в соответствии с их мощностью рассеяния; осуществление локального 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.В полости боковых вертикальных каналов 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 иканалов 35, выполняющим функции кондуктивных теплостоков. Далее тепло по трубкам 33 и каналам 35 поступаетна стенки 27 и 28 боковых каналов 7 и 8, в сильфоны 38 и на введенныев полости боковых каналов концы трубок 33 (фиг,1 и 4), с поверхностей которых тепло уносится прокачиваемымтеплоносителем. При этом на конфузорной части каждого. диффузорно-конфузорного участка 23 скорость теплоносителя возрастает и достигает максимального значения в самом узком сечении, т.е. в месте переходаконфузорной (суживающейся) части вдиффузорную (расширяющуюся) - в плос 5 кости, проходящей через образующиевершин противолежащих гофров 25 и2 б (фиг.1). Поэтому расположение концов трубок 33 и сильфонов 38, последние из которых являются составными О частями каналов 35, в области наибольших скоростей теплоносителяинтенсифицирует теплопередачу попути: радиоэлектронные блоки - трубки 33 и каналы 35 - внутренние полости боковых каналов 7 и 8, что повьппает эффективность охлаждения,Кроме того, стенки горизональных боковых каналов 31 находятся в области максимальных коэффициентов теплоотдачи между теплоносителем и стенками диффузорно-конфузорных участков23, что способствует дополнительномуохлаждению воздуха, нагнетаемого вентиляторами 22 и направляемого для г 5локального охлаждения электрорадиоэлементов и корпусов блоков.Когда РЭЛ 20 работает не на полную мощность, вентиляторы 18 или22 отключаются. В этом случае циркуляция воздуха идет по первому илипо второму контуру, соответственно.Повьшение эффективности достигнуто за счет обеспечения возможностираспределения охлаждающего воздуха 35 по секциям, осуществления локального охлаждения теплонагруженных блоков, ликвидации застойных зон междублоками и в зазорах между блокамии стенками корпуса, обеспечения тур булизации потоков хладагента.Повьппение плотности компоновкидостигнуто благодаря повышению эффективности использования внутреннего обьема шкафа за счет размещения 45 дополнительных каналов для хладагента без изменения габаритов шкафа,повышения теплопроводящей способности теплопроводных рам, на которыхразмещаются блоки РЭА.50Формула изобретения 1,Шкаф для охлаждения радиоэлектронной аппаратуры, содержащий откры тый с одной стороны и образованныйстенками и двумя параллельными основаниями корпус, вдоль стенок которого размещены боковые и задний ка1288947 1 палы для охлаждающей среды, установленные в корпусе перпендикулярноего боковым стенкам теплопроводныерамы и теплообменник, выполненныйсообщающимся с задним вертикальнымканалом через отверстия в заднейстенке и со сквозными каналами, размещенными между трубами теплообменника, в которых установлены вентиляторы, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения эффективности охлаждения и плотности компоновки, шкаф снабжен перфорированнымигоризонтальньии каналами и сообщающимися через окно основания с теплообменником дополнительными угловымивертикальными каналами с вентиляторами, установленными на их входе,вертикальные боковые каналы выполнены с чередующимися по их высотегладкими и диффузарно-конфузорнымиучастками и с поперечными замкнутымн полостями на их внешней стороне,образованными поперечными гофрамиего противолежащих внутренних и внешних стенок, которые направленынавстречу один другому, причем теплопроводные рамы выполнены в виде герметичных теплообменных трубок, концы которых расположены в боковыхвертикальных каналах и герметичносоединены своими стенками с внутренними стенками боковых вертикальных каналов и перфорированных каналов, сообщающихся с внутренним объемом шкафа и с поперечными замкнуты 5 ми полостями боковых каналов и герметично соединенных стенками своихконцов с внутренними и внешнимистенками вертикальных боковых канадов,10 2. 111 кафпап,1, о тл ич ающ и Й с я тем, что внутренняя поверхность герметичных теплообменньгхтрубок покрыта слоем материала скапиллярно-пористой структурой, пропитанной жидким теплоносителем,3. Шкаф по п.1, о т и и ч а ющ и й с я тем, что перфорированныегоризонтальные каналы на участкемежду внутренними и внешними стенка 2 О ми вертикальных боковых каналов выполнены в виде сильфонов.4. Шкаф по п.1, о т л и ч а ю -ш и й с я тем, что каналы труб теплоабменника расположены в полостях25боковых вертикальных. каналов, а ихстенки герметично соединены с внутренними стенками вертикальных боковых каналов, причем внутренняя поверхность труб покрыта слоем из материала с капиллярно-пористой структурой, пропитанной жидким теплоносителем.( Т,У. бСоставитель С.Дудк Редактор О.Юрковецкая Техред И,Попович ктор Е.Сирох аказ одписное ТираГосударственн делам изобрет Москва, Жд.4 жгород, ул. Проектна ти роизводственно-полиграфическое пре 825/60 ВНИИП п 113035