RU2650878C1

RU2650878C1 - Radio-electronic equipment cabinet

Info

Publication number: RU2650878C1
Application number: RU2017116083A
Authority: RU
Inventors: Владимир Михайлович Бутылин; Михаил Илларионович Евстифеев; Алексей Владимирович Гриненков; Валерий Борисович Бурдин
Original assignee: Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор"
Priority date: 2017-05-05
Filing date: 2017-05-05
Publication date: 2018-04-18

Abstract

FIELD: radio engineering and communications.

SUBSTANCE: invention relates to cooling systems for radio-electronic equipment (REE). Body is formed by side walls and heat exchangers, the heat exchangers are in the form of plates, each of the external and internal heat exchangers being combined with a corresponding partition. Each of the mains is made in the form of a through hole directly in the corresponding side wall. Coils in each of the heat exchangers are formed by intersecting holes made directly in the plates, and plugs installed along the end faces of the plates in the holes perpendicular to these sides, in places before the intersection of one hole with the other. Connecting elements for hydraulic communication of each of the mains with each of the heat exchangers are made in the form of partially hollow bushings with holes for passing refrigerant between the main hole in the side wall and the corresponding hole of the coil plate, the partially hollow bushings are arranged coaxially with the refrigerant inlet and outlet holes in each of the heat exchangers.

EFFECT: reduction in the number of parts of the REE cabinet, respectively, increasing the technological effectiveness of its manufacture and the efficiency of its cooling.

1 cl, 10 dwg

Description

Изобретение относится к области приборостроения и системам охлаждения радиоэлектронной аппаратуры и может быть использовано при конструировании приборов, приборных шкафов, в которые встраиваются съемные электронные модули с повышенным тепловыделением.The invention relates to the field of instrumentation and cooling systems of electronic equipment and can be used in the design of devices, instrument cabinets, which are embedded removable electronic modules with increased heat.

К аналогам изобретения относится блок радиоэлектронной аппаратуры [1], который может быть составной частью шкафа радиоэлектронной аппаратуры. Блок содержит жидкостные теплообменники и расположенные между ними субблоки, имеющие возможность теплового контакта с теплообменниками. Теплообменники представляют собой плиты из теплопроводного материала, снабженные каналами для прохождения хладоносителя, которые, как следует из графических материалов, выполнены из трубок, вмонтированных в плиты теплообменников.The analogues of the invention include a block of electronic equipment [1], which may be an integral part of the cabinet of electronic equipment. The block contains liquid heat exchangers and subunits located between them, with the possibility of thermal contact with heat exchangers. Heat exchangers are plates of heat-conducting material, equipped with channels for passing the coolant, which, as follows from graphic materials, are made of tubes mounted in plates of heat exchangers.

Недостатками данного технического решения являются его конструктивная и технологическая сложность, так как блок состоит из значительного количества конструктивных элементов (теплообменников различной конструкции с вмонтированными в них трубками, клиньев, магистралей с переходными трубками, деталями для соединения переходных трубок, накидными гайками и др.). Суммарное количество деталей такого блока (без учета субблоков и крепежных изделий) составляет в реальной конструкции, как правило, более 100 штук. Шкаф радиоэлектронной аппаратуры (далее - шкаф), построенный из подобных блоков и содержащий несколько этажей, будет включать в свой состав детали, количество которых будет увеличено пропорционально количеству этажей, а также детали составных частей общего назначения (передней и задней крышек, коробок внешних электрических связей и др.). Конструкция теплообменников (в соответствии с графическим изображением из [1]) с вмонтированными в них трубками сложна в технологической реализации и требует для их изготовления больших затрат на технологическое оборудование и оснастку (литьевые машины, формы из жаропрочной стали и т.п.). Это может быть экономически оправдано только при крупносерийном или массовом производстве. Кроме того, конструкция теплообменников недостаточно эффективна в части съема тепла, так как трубки змеевиков должны выполняться из материала со значительно более высокой температурой плавления, чем у материала теплообменного основания. Например, при выполнении теплообменного основания из алюминиевого сплава змеевики выполняют из трубок из нержавеющей стали, теплопроводность которой в несколько раз ниже, чем у алюминиевого сплава. Кроме того, в литейных сплавах часто имеют место дефекты их внутренней структуры, например, в виде воздушных пор, наличие которых также приводит к увеличению теплового сопротивления теплообменников и к ухудшению передачи тепла от субблоков к теплообменникам, то есть в итоге к снижению эффективности системы охлаждения.The disadvantages of this technical solution are its structural and technological complexity, since the block consists of a significant number of structural elements (heat exchangers of various designs with tubes mounted in them, wedges, highways with adapter tubes, parts for connecting adapter tubes, union nuts, etc.). The total number of parts of such a block (excluding subunits and fasteners) in a real design, as a rule, is more than 100 pieces. The cabinet of electronic equipment (hereinafter referred to as the cabinet), constructed from similar blocks and containing several floors, will include parts that will increase in proportion to the number of floors, as well as parts of general purpose components (front and back covers, boxes of external electrical connections and etc.). The design of heat exchangers (in accordance with the graphic image from [1]) with tubes mounted in them is complicated in technological implementation and requires large expenditures for technological equipment and accessories (injection molding machines, molds made from heat-resistant steel, etc.) for their manufacture. This can be economically justified only in large-scale or mass production. In addition, the design of the heat exchangers is not effective enough in terms of heat removal, since the coil tubes must be made of material with a significantly higher melting point than that of the material of the heat exchange base. For example, when making a heat transfer base from an aluminum alloy, coils are made of stainless steel tubes, the thermal conductivity of which is several times lower than that of an aluminum alloy. In addition, casting alloys often have defects in their internal structure, for example, in the form of air pores, the presence of which also leads to an increase in the thermal resistance of heat exchangers and to a deterioration in heat transfer from subunits to heat exchangers, i.e., as a result, to a decrease in the efficiency of the cooling system.

Следует учитывать, что в конструкции блока отвод тепла осуществляется только теплообменниками, что также снижает эффективность охлаждения шкафа.Please note that in the design of the unit, heat is removed only by heat exchangers, which also reduces the cooling efficiency of the cabinet.

К аналогам изобретения относится также стойка с жидкостным охлаждением, описанная в книге [2]. Стойка включает в свой состав каркас, к которому поэтажно крепятся алюминиевые теплообменные плиты со змеевиками из трубок, образующие параллельно-последовательный контур жидкостного охлаждения совместно с магистралями для ввода и вывода хладагента (магистрали, соединительные трубки для гидравлического соединения магистралей с плитами, горизонтальные и вертикальные несущие конструкции и другие фрагменты каркаса для его усиления, для усиления и крепления плит с пазами над змеевиками в схематичных графических материалах из [2] не показаны).The analogues of the invention also include a liquid-cooled rack described in the book [2]. The rack includes a frame to which aluminum heat-exchange plates with coil coils from the tubes are formed floor-by-stage, forming a parallel-serial liquid cooling circuit together with lines for introducing and discharging refrigerant (lines, connecting tubes for hydraulic connection of lines with plates, horizontal and vertical supporting designs and other fragments of the frame for its reinforcement, for reinforcing and fastening plates with grooves above the coils in the schematic graphic materials from [2] not yet Ana).

Недостатком этого технического решения является его конструктивная и технологическая сложность, так как стойка состоит из весьма большого количества конструктивных элементов, включающих детали каркаса, теплообменников, змеевиков, магистральных труб и их составных частей, соединительных элементов между теплообменниками и магистралями и т.д. Суммарное количество деталей такой многоэтажной стойки, без учета субблоков и крепежных изделий, составляет в реальной конструкции, как правило, нескольких сотен. Конструкция теплообменников стойки недостаточно эффективна в части съема тепла, так как имеет те же недостатки, что и в конструкции блока по [1], рассмотренные выше. В теплообменники включены змеевики для транспортирования хладагента. Однако в настоящее время находят применение технологии глубокого сверления, которые могут использоваться для передачи хладагента в теплообменных плитах и существенно упростить их конструкцию и изготовление.The disadvantage of this technical solution is its structural and technological complexity, since the rack consists of a very large number of structural elements, including frame parts, heat exchangers, coils, main pipes and their components, connecting elements between heat exchangers and highways, etc. The total number of parts of such a multi-story rack, excluding subunits and fasteners, in a real design, as a rule, is several hundred. The design of the rack heat exchangers is not efficient enough in terms of heat removal, as it has the same drawbacks as in the block design according to [1], discussed above. Heat exchangers include coils for transporting refrigerant. However, at present, deep drilling technologies that can be used to transfer refrigerant to heat transfer plates and significantly simplify their design and manufacture are being used.

Кроме того, в конструкции стойки теплосъем обеспечивается преимущественно теплообменниками, а каркас стойки изолирован от теплоемкого жидкого теплоносителя (хладагента) и в связи с этим не участвует в теплообмене.In addition, in the design of the rack, heat removal is provided mainly by heat exchangers, and the rack frame is isolated from the heat-intensive liquid coolant (refrigerant) and therefore is not involved in heat transfer.

В качестве прототипа принята конструкция шкафа, описанная в патенте РФ №2106076. Шкаф содержит корпус с боковыми стенками и с расположенными между ними перегородками, разделяющими его на секции, с контуром жидкостного охлаждения, образованным магистралями для ввода и вывода хладагента, расположенными вдоль боковых стенок, с расположенными в каждой секции один под другим теплообменниками с проходящими в них змеевиками для хладагента, размещенные в секциях корпуса между верхними и нижними теплообменниками субблоки со съемными электронными модулями, гидравлическая связь каждой из магистралей с каждым из теплообменников осуществлена с помощью соединительных элементов.As a prototype, the cabinet design described in the patent of the Russian Federation No. 2106076 is adopted. The cabinet contains a housing with side walls and with partitions located between them, dividing it into sections, with a liquid cooling circuit formed by refrigerant inlet and outlet lines located along the side walls, with heat exchangers located in each section one below the other with heat exchangers for refrigerant, subunits with removable electronic modules located in sections of the housing between the upper and lower heat exchangers, hydraulic connection of each of the lines with each of the heat exchangers Ik carried out using connecting elements.

Однако и это техническое решение имеет идентичные вышеуказанным конструктивно-технологические недостатки, которыми являются большое количество конструктивных элементов, ограниченная эффективность теплообменников в части теплосъема, связанная с их выполнением составными из алюминиевых плит и вмонтированных в них стальных змеевиков, хотя в настоящее время находят применение технологии глубокого сверления, которые могут использоваться для передачи хладагента в теплообменных плитах и существенно упростить их конструкцию и изготовление.However, this technical solution also has structural and technological disadvantages identical to the above, which are a large number of structural elements, the limited efficiency of heat exchangers in terms of heat removal, associated with their implementation of components of aluminum plates and steel coils mounted in them, although at present they find application of deep drilling, which can be used to transfer refrigerant in heat transfer plates and significantly simplify their design and manufacture nie.

Корпус шкафа практически исключен из активного теплообмена, так как он изолирован от жидкого теплоносителя, который протекает в магистральных трубах и в змеевиках теплообменников.The cabinet body is practically excluded from active heat transfer, since it is isolated from the liquid coolant that flows in the main pipes and in the heat exchanger coils.

Таким образом, конструкция шкафа с жидкостным охлаждением, принятая в качестве прототипа, имеет недостаточную простоту конструкции и, как следствие, недостаточно высокую технологичность изготовления, а также недостаточно высокую эффективность охлаждения.Thus, the design of the liquid-cooled cabinet, adopted as a prototype, has insufficient simplicity of design and, as a consequence, insufficiently high manufacturability, as well as insufficiently high cooling efficiency.

Целью заявляемого изобретения являются упрощение конструкции и повышение эффективности охлаждения шкафа.The aim of the invention is to simplify the design and increase the cooling efficiency of the cabinet.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание конструкции шкафа, в частности его корпуса, являющегося его самой сложной и трудоемкой составной частью, с существенно сокращенным количеством деталей, а также снижение тепловых потерь в системе охлаждения шкафа, использование всего корпуса шкафа для съема тепла.The task to which the claimed invention is directed is to create a cabinet design, in particular its cabinet, which is its most complex and time-consuming component, with a significantly reduced number of parts, as well as reduce heat loss in the cabinet cooling system, use the entire cabinet body for removal heat.

Достигаемый технический результат - сокращение количества деталей шкафа и, соответственно, повышение технологичности его изготовления, а также повышение эффективности охлаждения.Achievable technical result - reducing the number of cabinet parts and, accordingly, increasing the manufacturability of its manufacture, as well as improving the cooling efficiency.

Решение поставленной задачи достигается за счет того, что корпус шкафа образован боковыми стенками и теплообменниками, верхний теплообменник в крайней верхней секции и нижний теплообменник в крайней нижней секции выполнены из плит с объединением соответствующей им верхней или нижней перегородки корпуса и соответствующего им теплообменника. Внутренние теплообменники выполнены из плит с объединением теплообменников смежных секций и разделяющих их перегородок. Каждая из магистралей выполнена в виде глубокого сквозного отверстия непосредственно в соответствующей ей боковой стенке. Змеевики в каждом из теплообменников образованы пересекающимися, например взаимно перпендикулярными, отверстиями, выполненными непосредственно в плитах, и заглушками, установленными по торцевым сторонам плит в отверстиях, перпендикулярных этим сторонам, в местах до пересечения одного отверстия с другим, кроме отверстий ввода и вывода хладагента. Соединительные элементы для гидравлической связи каждой из магистралей с каждым из теплообменников выполнены в виде частично полых втулок с отверстиями для прохождения хладагента между магистральным отверстием в боковой стенке и соответствующим ей отверстием змеевика плиты, причем частично полые втулки расположены соосно отверстиям ввода и вывода хладагента в каждом из теплообменников.The solution to this problem is achieved due to the fact that the cabinet body is formed by side walls and heat exchangers, the upper heat exchanger in the extreme upper section and the lower heat exchanger in the extreme lower section are made of plates with a combination of the corresponding upper or lower partition of the housing and the corresponding heat exchanger. Internal heat exchangers are made of plates with a combination of heat exchangers of adjacent sections and partitions separating them. Each of the highways is made in the form of a deep through hole directly in the corresponding side wall. The coils in each of the heat exchangers are formed by intersecting, for example, mutually perpendicular, holes made directly in the plates, and plugs installed on the end sides of the plates in the holes perpendicular to these sides, in places before the intersection of one hole with the other, except for the refrigerant inlet and outlet openings. The connecting elements for the hydraulic connection of each of the pipelines with each of the heat exchangers are made in the form of partially hollow bushings with holes for the passage of refrigerant between the main hole in the side wall and the corresponding coil hole of the plate, the partially hollow bushings being aligned with the refrigerant inlet and outlet openings in each of heat exchangers.

Сущность изобретения, его реализуемость и возможность промышленного применения поясняются фиг. 1-10, иллюстрирующими пример выполнения заявляемого шкафа.The invention, its feasibility and the possibility of industrial application are illustrated in FIG. 1-10, illustrating an example implementation of the inventive cabinet.

На фиг. 1 - шкаф с выдвинутыми на двух из его секций субблоками с электронными модулями, общий вид;In FIG. 1 - cabinet with subunits with electronic modules advanced on two of its sections, general view;

фиг. 2 - корпус шкафа радиоэлектронной аппаратуры, общий вид;FIG. 2 - cabinet electronic equipment, General view;

фиг. 3 - корпус, общий вид, с разрезом по внутреннему теплообменнику;FIG. 3 - housing, general view, with a slit along the internal heat exchanger;

фиг. 4 - внутренний теплообменник шкафа, общий вид;FIG. 4 - internal heat exchanger of the cabinet, general view;

фиг. 5 - внутренний теплообменник шкафа, общий вид с разрезом;FIG. 5 - internal heat exchanger of the cabinet, a general view with a section;

фиг. 6 - корпус шкафа, вид сверху в разрезе по внутреннему теплообменнику;FIG. 6 - cabinet body, top view in section along the internal heat exchanger;

фиг. 7 - корпус шкафа, вид слева в разрезе;FIG. 7 - cabinet body, sectional view of the left;

фиг. 8 - корпус шкафа, вид слева с разрезом через боковую стенку,FIG. 8 - cabinet body, left side view with a slit through the side wall,

фиг. 9 - шкаф, вид снизу;FIG. 9 - cabinet, bottom view;

фиг. 10 - субблок со съемными электронными модулями, общий вид.FIG. 10 - subunit with removable electronic modules, general view.

На фиг. 1-10 приняты следующие обозначения:In FIG. 1-10 the following notation is accepted:

1 - корпус;1 - housing;

2, 3 - субблоки;2, 3 - subunits;

4, 5 - съемные электронные модули (далее - съемные модули);4, 5 - removable electronic modules (hereinafter referred to as removable modules);

6, 7 - боковые стенки, левая и правая соответственно (далее - боковые стенки);6, 7 - side walls, left and right, respectively (hereinafter referred to as side walls);

8, 9, 10 - теплообменники, наружные (верхний и нижний) и внутренний соответственно (далее - теплообменники);8, 9, 10 - heat exchangers, external (upper and lower) and internal, respectively (hereinafter referred to as heat exchangers);

11 - плита теплообменника (далее - плита);11 - plate heat exchanger (hereinafter - the plate);

12, 13 - отверстия, образующие змеевик, горизонтальные и вертикальные соответственно (далее - отверстия);12, 13 - holes forming a coil, horizontal and vertical, respectively (hereinafter - holes);

14 - заглушки;14 - stubs;

15, 16 - отверстия, входное и выходное соответственно (далее - отверстия);15, 16 - holes, input and output, respectively (hereinafter referred to as holes);

17 - отверстия для снижения массы теплообменников (далее - отверстия);17 - holes to reduce the mass of heat exchangers (hereinafter - holes);

18 - технологические отверстия (далее - отверстия);18 - technological holes (hereinafter referred to as holes);

19, 20 - плиты боковых стенок, левой и правой соответственно (далее - плиты);19, 20 - plates of the side walls, left and right, respectively (hereinafter referred to as plates);

21 - магистральное отверстие (в каждой из боковых стенок);21 - trunk hole (in each of the side walls);

22 - отверстия в боковых стенках с их задней торцевой стороны, входящие в отверстия 21 перпендикулярно к последним (далее - отверстия);22 - holes in the side walls from their rear end side, entering the holes 21 perpendicular to the latter (hereinafter referred to as holes);

23 - заглушки (для отверстий 22);23 - plugs (for holes 22);

24 - листы, закрывающие боковые стенки корпуса с его наружных боковых сторон (далее - листы);24 - sheets covering the side walls of the housing from its outer sides (hereinafter - the sheets);

25 - частично полые втулки (далее втулки);25 - partially hollow bushings (hereinafter bushings);

26, 30 - кольца резиновые;26, 30 - rubber rings;

27, 28 - взаимно перпендикулярные отверстия в частично полых втулках (далее - отверстия); 29 - втулки с фланцем;27, 28 - mutually perpendicular holes in partially hollow bushings (hereinafter referred to as holes); 29 - bushings with a flange;

31, 32 - угловые трубопроводы, ввода и вывода хладагента соответственно (далее - угловые трубопроводы);31, 32 - angular pipelines, refrigerant inlet and outlet, respectively (hereinafter - angular pipelines);

33 - штуцеры;33 - fittings;

34 - ниппели для стравливания воздуха при заполнении шкафа радиоэлектронной аппаратуры хладагентом (далее - ниппели);34 - nipples for bleeding air when filling the cabinet of electronic equipment with refrigerant (hereinafter - nipples);

35 - корпус субблока 2;35 - the body of the subunit 2;

36, 37 - основания корпуса субблока 2, верхнее и нижнее соответственно (далее - основания);36, 37 - the base of the subunit 2, upper and lower, respectively (hereinafter - the base);

38 - клиновые замки (субблока 2);38 - wedge locks (subunit 2);

39 - отверстия в основании 36 для крепления клиновых замков в субблоке 2 (далее - отверстия);39 - holes in the base 36 for mounting wedge locks in the subunit 2 (hereinafter - holes);

40 - угловые фланцы (крепления корпуса 35 субблока 2);40 - angular flanges (fixing the housing 35 of the subunit 2);

41 - теплопроводящая пластина съемного электронного модуля (далее теплосток);41 - heat-conducting plate of a removable electronic module (hereinafter referred to as a heat sink);

42 - печатная плата с электронными компонентами (далее - печатная плата);42 - printed circuit board with electronic components (hereinafter referred to as the printed circuit board);

43 - клиновые замки (съемного электронного модуля 4);43 - wedge locks (removable electronic module 4);

44 - монтажный модуль;44 - mounting module;

45 - съемная передняя крышка;45 - removable front cover;

46 - коробка внешних связей;46 - a box of external relations;

47 - горизонтальные желоба для жгутов электромонтажа. 47 - horizontal grooves for wiring harnesses.

Заявляемый шкаф в рассматриваемом примере выполнения (см. фиг. 1) содержит корпус 1, в который устанавливаются по секциям субблоки 2 и 3 со съемными электронными модулями 4 и 5 (на фиг. 1 условно показаны два субблока с различными размерами по высоте).The inventive cabinet in the considered exemplary embodiment (see Fig. 1) comprises a housing 1, in which subunits 2 and 3 are installed in sections with removable electronic modules 4 and 5 (two subunits with different sizes in height are conventionally shown in Fig. 1).

Конструкция корпуса 1 (см. фиг. 2, 3) включает в свой состав боковые стенки 6, 7, теплообменники 8, 9 и 10, которые образуют секции для размещения субблоков со съемными электронными модулями. На фиг. 2 изображен пятисекционный корпус, в котором верхняя секция служит, например, для размещения субблоков со съемными модулями формата «Евромеханика-3U», а нижерасположенные четыре секции - для субблоков со съемными модулями формата «Евромеханика-6U» с кондуктивным теплоотводом (за счет тепловой проводимости материалов).The design of the housing 1 (see Fig. 2, 3) includes side walls 6, 7, heat exchangers 8, 9 and 10, which form sections for accommodating subunits with removable electronic modules. In FIG. Figure 2 shows a five-section housing in which the upper section serves, for example, for accommodating subunits with removable modules of the Euromechanics-3U format, and the four sections below for subunits with removable modules of the Euromechanics-6U format with conductive heat sink (due to thermal conductivity materials).

Теплообменники 8, 9 и 10 близки между собой по конструктивному исполнению, а в части организации гидравлического тракта отличаются тем, что сечение отверстий 12, 13 в теплообменниках 10 должно быть в два раза больше, чем сечения тех же отверстий в теплообменниках 8, 9. Конструктивно теплообменники 8, 9, 10 выполнены в виде плит 11 из алюминиевого сплава АМг61, обладающего высокой коррозионной стойкостью, и обеспечивающего работу с различными жидкими теплоносителями, например, с водой, проходящей внутри теплообменников. Толщина плит 11 в заявляемой конструкции шкафа составляет, например, 39 мм для наружных 8, 9 и 44 мм для внутренних 10 теплообменников в целях обеспечения необходимой жесткости и прочности конструкции шкафа, который может эксплуатироваться на различных подвижных объектах. Внешний вид и конструкция внутренних теплообменников 10 представлена на фиг. 4, 5, 6. Он состоит из плиты 11, в которой выполнены пересекающиеся, например, взаимно перпендикулярно отверстия. При этом более глубокие отверстия 12 выполнены параллельно передней стороне плиты 11, а менее глубокие отверстия 13 - параллельно ее боковым сторонам. Более глубокие отверстия выполнены с использованием технологии глубокого сверления. Отверстиями 12, 13 и завариваемыми заглушками 14 образован змеевик для прохождения жидкого хладагента с входным 15 и выходным 16 отверстиями. Диаметр отверстий 15 и 16, несколько больший, чем у отверстий 12, 13.The heat exchangers 8, 9 and 10 are close to each other in design, and in terms of the organization of the hydraulic path, they differ in that the cross section of the holes 12, 13 in the heat exchangers 10 should be two times larger than the cross sections of the same holes in the heat exchangers 8, 9. Structurally heat exchangers 8, 9, 10 are made in the form of plates 11 of aluminum alloy AMg61, which has high corrosion resistance, and provides work with various liquid heat carriers, for example, with water passing inside the heat exchangers. The thickness of the plates 11 in the claimed design of the cabinet is, for example, 39 mm for the external 8, 9 and 44 mm for the internal 10 heat exchangers in order to provide the necessary rigidity and strength of the cabinet structure, which can be operated on various moving objects. The appearance and design of the internal heat exchangers 10 is shown in FIG. 4, 5, 6. It consists of a plate 11, in which intersecting, for example, mutually perpendicular holes are made. The deeper holes 12 are parallel to the front side of the plate 11, and the deeper holes 13 are parallel to its sides. Deeper holes are made using deep drilling technology. Holes 12, 13 and welded caps 14 formed a coil for the passage of liquid refrigerant with inlet 15 and outlet 16 openings. The diameter of the holes 15 and 16 is slightly larger than that of the holes 12, 13.

В плите 11 выполнены глубокие отверстия 17 для снижения массы тепоообменников, а также технологические отверстия 18 для фиксации технологического приспособления, используемого при сборке корпуса 1.In the plate 11, deep holes 17 are made to reduce the mass of heat exchangers, as well as technological holes 18 for fixing the technological device used in the assembly of the housing 1.

Каждая из боковых стенок 6, 7 (см. фиг. 3, 6, 8) представляет собой плиты 19, 20 соответственно, в которых выполнены сквозные магистральные отверстия 21 и перпендикулярные им отверстия 22, входящие в отверстия 21 с торцевой стороны каждой из боковых стенок. Отверстия 21 выполнены по технологии глубокого сверления. Отверстия 22 расположены на уровне отверстий 15 и 16 теплообменников 8, 9, 10 и заглушены с задней торцевой стороны боковых стенок 6, 7 завариваемыми заглушками 23. Каждая из стенок с их наружной стороны закрыта листами 24 при сборке корпуса 1.Each of the side walls 6, 7 (see Fig. 3, 6, 8) is a plate 19, 20, respectively, in which through main openings 21 and perpendicular openings 22 are made, entering holes 21 from the end side of each of the side walls . Holes 21 are made by deep drilling technology. The holes 22 are located at the level of the holes 15 and 16 of the heat exchangers 8, 9, 10 and are muffled from the rear end side of the side walls 6, 7 with welded plugs 23. Each of the walls from their outer side is covered by sheets 24 during assembly of the housing 1.

При сборке корпуса 1 (см. фиг. 3, 6) в нем через стенки 6, 7 выполняются отверстия, соосные отверстиям 15 и 16 внутренних 10 и внешних 8, 9 теплообменников, в которые установлены втулки 25, в канавках которых смонтированы стандартные уплотнительные резиновые кольца 26. Каждая из втулок 25 имеет три канавки для резиновых колец с целью исключения прохода хладагента в стыки между боковыми стенками 6, 7 и боковыми торцевыми сторонами теплообменников 8, 9, 10, а также наружу со стороны внешних частей втулок 25. Каждая втулка 25 имеет по крайней мере два взаимно перпендикулярных отверстия, одно из которых 27 соосно отверстиям 15, 16 входа и выхода хладагента, а другое 28 соосно отверстиям 22. В целях исключения регулировки положения втулок 25 для совмещения осей их отверстий 28 и осей отверстий 22, а затем и фиксации частично полых втулок 25 вместо одного отверстия 28 в частично полых втулках 25 могут быть выполнены два взаимно перпендикулярных друг другу отверстия, оси которых должны находиться в плоскости, пересекающей оси отверстий 22, и параллельные боковым стенкам 6, 7.When assembling the housing 1 (see Fig. 3, 6), holes are made through it through the walls 6, 7, aligned with the holes 15 and 16 of the internal 10 and external 8, 9 of the heat exchangers, in which the sleeves 25 are installed, in the grooves of which standard rubber sealing rings are mounted rings 26. Each of the bushings 25 has three grooves for rubber rings to prevent the passage of refrigerant into the joints between the side walls 6, 7 and the side ends of the heat exchangers 8, 9, 10, and also outward from the outer parts of the bushings 25. Each sleeve 25 has at least two mutually perp individual holes, one of which is 27 coaxial with the refrigerant inlet and outlet openings 15, and the other 28 coaxially with the openings 22. In order to avoid adjusting the position of the bushings 25 to align the axes of their holes 28 and the axes of the holes 22, and then fix the partially hollow bushes 25 instead of one hole 28 in the partially hollow bushings 25, two holes mutually perpendicular to each other can be made, the axes of which must be in a plane intersecting the axis of the holes 22 and parallel to the side walls 6, 7.

В конструкцию корпуса 1 (см. фиг. 8) включены полые втулки с фланцами 29, установленные в нижних частях магистральных отверстий 21 в боковых стенках 6, 7. Втулки с фланцами 29 уплотнены резиновыми кольцами 30, а их наружные нижние части имеют наружную резьбу для подсоединения угловых трубопроводов 31, 32 со штуцерами 33 (см. фиг. 1) ввода и вывода хладагента. В верхней части магистральных отверстий 21 в стенках 6, 7 установлены ниппели 34 для стравливания воздуха при заполнении системы охлаждения шкафа.The design of the housing 1 (see Fig. 8) includes hollow bushings with flanges 29 installed in the lower parts of the main holes 21 in the side walls 6, 7. The bushings with flanges 29 are sealed with rubber rings 30, and their outer lower parts have an external thread for connecting corner pipelines 31, 32 with fittings 33 (see Fig. 1) of refrigerant inlet and outlet. In the upper part of the main openings 21 in the walls 6, 7 are installed nipples 34 for bleeding air when filling the cooling system of the cabinet.

Конструкция любого из субблоков 2, 3 со съемными модулями 4, 5 одинакова по технической реализации, за исключением размеров по высоте. Субблок 2 (см. фиг. 10), например, включает корпус 35 с верхним 36 и нижним 37 основаниями, в которых выполнены направляющие пазы для модулей. На корпусе 35 установлены несколько (в зависимости от тепловой нагрузки в субблоке 2) клиновых замков 38 и выполнено отверстие 39 с возможностью перемещения вверх. Конструкция клиновых замков, включающая в свой состав систему подвижных и неподвижных клиньев, длинный винт и др. элементы, широко известна из технической литературы и стандартов «Евромеханики» на конструкции модульной аппаратуры с кондуктивным теплоотводом и в данной заявке не требует упоминания. Для крепления в секции шкафа корпус 35 субблока 2 в передней части с боковых сторон снабжен угловыми фланцами 40.The design of any of the subunits 2, 3 with removable modules 4, 5 is the same in technical implementation, with the exception of dimensions in height. Subunit 2 (see Fig. 10), for example, includes a housing 35 with upper 36 and lower 37 bases, in which guide grooves for modules are made. On the housing 35 there are several (depending on the heat load in the subunit 2) wedge locks 38 and a hole 39 is made with the possibility of moving up. The design of wedge locks, which includes a system of movable and fixed wedges, a long screw, and other elements, is widely known from the technical literature and Euromechanics standards on the design of modular equipment with conductive heat sink and does not require mention in this application. For mounting in the cabinet section, the housing 35 of the subunit 2 in the front part from the sides is provided with angular flanges 40.

Конструкция съемных модулей 4 включает в свой состав теплосток 41, печатную плату 42 и два клиновых замка 43, сверху и снизу.The design of the removable modules 4 includes a heat sink 41, a printed circuit board 42 and two wedge locks 43, above and below.

Шкаф (см. фиг. 1) для электрического подключения размещаемых в нем субблоков 2, 3 снабжен монтажным модулем 44 со съемной передней крышкой 45. В своей верхней части монтажный модуль 44 снабжен коробкой внешних связей 46 для установки на ее верхней наклонной поверхности электрических соединителей внешних связей (не показаны). Модуль монтажный 44 с боковых сторон снабжен вертикальными каналами для прокладки электрических жгутов, а на уровне передних торцов теплообменников 8, 9, 10 имеет горизонтальные желоба 47 для укладки в них жгутов электромонтажа с электрическими соединителями на концах (не показаны), которые накидываются на ответные части электрических соединителей, установленные в субблоках 2, 3 спереди или, при необходимости, на лицевых поверхностях съемных модулей 4, 5 (не показаны). В субблоках 2, 3 может быть предусмотрена электрическая связь между съемными модулями 4, 5 с помощью установленных на модулях сзади электрических соединителей и кроссплат с ответными частями соединителей, установленными с задних сторон субблоков (не показаны).The cabinet (see Fig. 1) for electrical connection of the subunits 2, 3 placed in it is equipped with a mounting module 44 with a removable front cover 45. In its upper part, the mounting module 44 is equipped with a box of external connections 46 for installing external electrical connectors on its upper inclined surface links (not shown). Mounting module 44 on the sides is provided with vertical channels for laying electrical harnesses, and at the level of the front ends of heat exchangers 8, 9, 10 it has horizontal grooves 47 for laying electrical harnesses in them with electrical connectors at the ends (not shown) that are wound onto mating parts electrical connectors installed in subunits 2, 3 in front or, if necessary, on the front surfaces of removable modules 4, 5 (not shown). In subunits 2, 3, electrical connection between removable modules 4, 5 can be provided by means of electrical connectors mounted on the modules at the back and crossplates with mating connectors installed on the rear sides of the subunits (not shown).

Заявляемый шкаф в части системы охлаждения работает следующим образом (см. фиг. 1, 3, 6, 8, 9). Подаваемый в шкаф охлажденный до определенной температуры хладагент через левый штуцер 33 поступает на вход системы охлаждения шкафа. Далее через угловой трубопровод 31 и через втулку с фланцем 29 поступает в магистральное отверстие 21 в боковой стенке 6 и через отверстия 22, втулки 25, отверстия 15 подается параллельно на входы теплообменников 8, 9, 10. В этих теплообменниках хладагент проходит через отверстия, образующие змеевик в каждом из них, после чего, уже нагретый, через выходные отверстия 16, втулки 25, отверстия 22, магистральное отверстие 21, втулку с фланцем 29 в боковой стенке 7, через угловой трубопровод 32 поступает через правый штуцер 33 - на выход.The inventive cabinet in part of the cooling system operates as follows (see Fig. 1, 3, 6, 8, 9). The refrigerant supplied to the cabinet cooled to a certain temperature through the left fitting 33 enters the input of the cabinet cooling system. Then, through the corner pipe 31 and through the sleeve with the flange 29, it enters the main hole 21 in the side wall 6 and through the holes 22, the sleeve 25, the holes 15 are supplied in parallel to the inputs of the heat exchangers 8, 9, 10. In these heat exchangers, the refrigerant passes through the holes forming a coil in each of them, after which it is already heated, through the outlet openings 16, bushings 25, holes 22, main hole 21, the sleeve with the flange 29 in the side wall 7, through the right-angled conduit 32 through the right fitting 33 - to the outlet.

Передача тепла от съемных модулей, которая поясняется на примере субблока 2 (см. фиг. 10), происходит следующим образом. Тепло от установленных печатных плат с электронными компонентами кондуктивно передается на теплостоки 41, верхние и нижние части которых в пазах оснований 36, 37 корпуса 35 субблока 2 с большим усилием прижаты клиновыми замками модулей к левым стенкам этих пазов. Передаваемое на корпус 35 субблока 2 тепло в нижней части через основание 37 передается на верхнюю теплоотводящую поверхность теплообменника 10 и в его плите 11 сбрасывается на хладагент. С верхнего основания 37 корпуса 35 субблока 2 тепло через клиновые замки 38 передается на теплообменник 8. В верхнем основании 36 корпуса 35 субблока 2 предусмотрены отверстия 39, дающие возможность установки необходимого количества клиновых замков 38 в зависимости от тепловой нагрузки субблока 2.Heat transfer from removable modules, which is illustrated by the example of subunit 2 (see Fig. 10), is as follows. Heat from installed printed circuit boards with electronic components is conductively transferred to heat sinks 41, the upper and lower parts of which in the grooves of the bases 36, 37 of the housing 35 of the subunit 2 are pressed with great effort by the wedge locks of the modules to the left walls of these grooves. The heat transferred to the housing 35 of the subunit 2 in the lower part through the base 37 is transferred to the upper heat-removing surface of the heat exchanger 10 and in its plate 11 is discharged to the refrigerant. From the upper base 37 of the housing 35 of the subunit 2, heat is transmitted through the wedge locks 38 to the heat exchanger 8. In the upper base 36 of the housing 35 of the subunit 2, openings 39 are provided, which make it possible to install the required number of wedge locks 38 depending on the heat load of the subunit 2.

Технический результат достигается за счет того, что в заявляемом шкафу по сравнению с прототипом в несколько раз сокращено количество деталей, в связи с чем упрощена конструкция шкафа и повышена технологичность его изготовления, а также повышена эффективность охлаждения встраиваемой в шкаф аппаратуры за счет снижения тепловых потерь (тепловых сопротивлений) при передаче тепла от электронных компонентов съемных модулей к хладагенту.The technical result is achieved due to the fact that in the inventive cabinet in comparison with the prototype the number of parts is reduced several times, in connection with this the cabinet design is simplified and the manufacturability of its manufacture is improved, and the cooling efficiency of the equipment built into the cabinet due to the reduction of heat losses is increased ( thermal resistance) when transferring heat from the electronic components of removable modules to the refrigerant.

Корпус, например, 5-ти секционного шкафа радиоэлектронной аппаратуры состоит всего из 8 относительно сложных деталей (двух боковых стенок 6, 7 и теплообменников 8, 9, 10). Небольшое количество остальных деталей (листов 24 обшивки, планок, заглушек, втулок и др., не упоминаемых в настоящей заявке) являются простыми деталями с низкой трудоемкостью изготовления.The case, for example, of a 5-section cabinet of electronic equipment consists of only 8 relatively complex parts (two side walls 6, 7 and heat exchangers 8, 9, 10). A small number of other parts (sheets of 24 sheathing, strips, plugs, bushings, etc., not mentioned in this application) are simple parts with low laboriousness of manufacture.

По сравнению с прототипом, в котором для 5-секционного корпуса использовались бы шесть перегородок и десять теплообменников, в корпусе по заявляемому техническому решению необходимы всего лишь шесть теплообменников, каждый из которых совмещает технические функции теплообменного устройства и элемента несущей конструкции корпуса - перегородки.Compared to the prototype, in which six partitions and ten heat exchangers would be used for a 5-section building, according to the claimed technical solution, only six heat exchangers are needed in the building, each of which combines the technical functions of the heat exchanger and the structural element of the housing - the partition.

Кроме того, прототип корпуса включает в свой состав теплообменники, содержащие змеевики, изготавливаемые гибкой трубок из нержавеющей стали. Причем изготовление змеевика производится из нескольких частей, так как необходимая полная длина трубки-заготовки достигает шести метров. Гибка частей змеевика выполняется с заполнением трубок песком в нагретом состоянии на специальной технологической оснастке. После выполнения гибочных работ по всем частям производится их очистка, промывка, а затем их сварка. Каждый из изготовленных змеевиков подлежит укладке в соответствующий ему теплообменник, в котором выполнены пазы специального профиля. Далее в зависимости от способа заделки змеевика в пазах теплообменника осуществляется либо его установка на теплопроводящий клей с последующим механическим креплением специальными деталями, либо (для большего улучшения тепловых характеристик) его завальцовка на станке роликом с многоразовым проходом каждого прямолинейного участка трубы, которых, как правило, семь или девять. В заявляемом техническом решении каждый из теплообменников состоит из плиты, в которой змеевики выполнены из отверстий в теле плит и нескольких заглушек.In addition, the prototype housing includes heat exchangers containing coils made by flexible stainless steel tubes. Moreover, the manufacture of the coil is made of several parts, since the required total length of the workpiece tube reaches six meters. Bending of coil parts is carried out with filling the tubes with sand in a heated state on special technological equipment. After bending is completed, all parts are cleaned, rinsed, and then welded. Each of the manufactured coils must be laid in its corresponding heat exchanger, in which grooves of a special profile are made. Further, depending on the method of sealing the coil in the grooves of the heat exchanger, it is either installed on a heat-conducting adhesive followed by mechanical fastening with special parts, or (to improve thermal performance) it is rolled on a machine with a roller with a reusable passage of each straight pipe section, which, as a rule, seven or nine. In the claimed technical solution, each of the heat exchangers consists of a plate, in which the coils are made of holes in the body of the plates and several plugs.

5-секционный корпус по заявляемому техническому решению по результатам детальной разработки содержит всего около 130 деталей, из которых сложными являются только восемь (две боковые стенки и шесть теплообменников). 5-секционный корпус прототипа в зависимости от конструктивного исполнения содержит более 500 деталей. При этом в сравнительные данные не включены стандартные крепежные изделия.According to the claimed technical solution, the 5-section building according to the results of detailed development contains only about 130 parts, of which only eight are complex (two side walls and six heat exchangers). The 5-section prototype case, depending on the design, contains more than 500 parts. At the same time, standard fasteners are not included in the comparative data.

По сравнению с прототипом, в котором передача тепла в каждом теплообменнике осуществляется со значительными потерями из-за наличия воздушных и/или клеевых зазоров между трубками змеевиков и телом теплообменника, из-за использования в качестве материала трубок из стали 12Х18Н9Т с низкой тепловой проводимостью, а также вследствие фактической тепловой изоляции теплообменников от боковых стенок корпуса, в предлагаемом техническом решении хладагент проходит внутри тел (по отверстиям в плитах) каждого из теплообменников и в каждой из боковых стенок с отсутствием тепловых потерь. Таким образом, весь корпус, включая боковые стенки, омывается изнутри хладагентом, то есть активно участвует в теплообмене с внутренней средой, что обеспечивает более низкую рабочую температуру внутри шкафа и повышение эффективности охлаждения встраиваемой аппаратуры. Более того, крепящиеся к охлаждаемому корпусу другие составные части шкафа радиоэлектронной аппаратуры (задняя крышка, модуль монтажный), имеющие некоторую кондуктивную связь с корпусом, будут иметь более низкую температуру их поверхностей и также будут способствовать обеспечению более низкой рабочей температуры внутри шкафа.Compared to the prototype, in which heat transfer in each heat exchanger is carried out with significant losses due to the presence of air and / or adhesive gaps between the coil tubes and the heat exchanger body, due to the use of tubes made of 12X18H9T steel with low thermal conductivity, and also due to the actual thermal insulation of the heat exchangers from the side walls of the housing, in the proposed technical solution, the refrigerant passes inside the bodies (through holes in the plates) of each of the heat exchangers and in each of the side tenok with the lack of heat loss. Thus, the entire case, including the side walls, is washed from the inside with refrigerant, that is, it actively participates in heat transfer with the internal environment, which ensures a lower operating temperature inside the cabinet and an increase in the cooling efficiency of the built-in equipment. Moreover, other components of the cabinet of electronic equipment (back cover, mounting module) attached to the cooled case, having some conductive connection with the case, will have a lower temperature of their surfaces and will also contribute to a lower working temperature inside the cabinet.

Достигнутый результат связан с применением технологии глубокого сверления, позволившей выполнять в боковых стенках сквозные отверстия глубиной около 1450 мм, диаметром 16 мм, а в плитах теплообменников отверстия глубиной около 440 мм, диаметром 9 мм.The achieved result is associated with the use of deep drilling technology, which made it possible to make through holes in the side walls with a depth of about 1450 mm, diameter 16 mm, and in the plates of heat exchangers, holes with a depth of about 440 mm, diameter 9 mm.

Таким образом, заявленный технический результат достигнут.Thus, the claimed technical result is achieved.

На предприятии изготовлен опытный образец шкафа по заявляемому техническому решению, который подтвердил существенное повышение технологичности изготовления, а также повышение эффективности охлаждения аппаратуры, размещаемой в шкафу. По результатам расчетов трудоемкости изготовления корпуса шкафа по заявляемому техническому решению и корпуса ранее применяемых шкафов составили соответственно 1145 и 2242 нормочаса, то есть достигнуто снижение трудоемкости почти в 2 раза.A prototype cabinet was manufactured at the enterprise according to the claimed technical solution, which confirmed a significant increase in manufacturability, as well as an increase in the cooling efficiency of equipment placed in the cabinet. According to the calculation results of the complexity of manufacturing the cabinet body according to the claimed technical solution and the housing of previously used cabinets were 1145 and 2242 hours, respectively, that is, a decrease in labor intensity of almost 2 times was achieved.

Повышение эффективности охлаждения подтверждается компьютерным моделированием и достаточно наглядно тем, что при одинаковых температуре и расходе хладагента на секцию шкафа один теплообменник по заявляемому техническому решению с суммарной длиной змеевика из глубоких отверстий 1400 мм (см. фиг. 5) заменяет в изготовленном опытном образце шкафа два теплообменника со змеевиками, каждый из которых имел бы суммарную длину активных участков теплосъема 4000 мм.The increase in cooling efficiency is confirmed by computer simulation and quite clearly by the fact that at the same temperature and flow rate of refrigerant per cabinet section, one heat exchanger according to the claimed technical solution with a total coil length of 1400 mm deep holes (see Fig. 5) replaces two in the manufactured prototype cabinet a heat exchanger with coils, each of which would have a total length of active sections of heat removal of 4000 mm.

Список литературыBibliography

1 А.с. СССР №1120501, 1983.1 A.S. USSR No. 1120501, 1983.

2 Савельев А.Я., Овчинников В.А. Конструирование ЭВМ и систем: Учебник для ВУЗов по спец. "Выч. машины, компл., сист. и сети". - М.; Высш. шк., 1984, с. 129, рис. 6.19, 6.20.2 Savelyev A.Ya., Ovchinnikov V.A. Designing computers and systems: Textbook for universities on special. "Computing machines, comp., Systems and networks." - M .; Higher school., 1984, p. 129, fig. 6.19, 6.20.

Claims

Шкаф радиоэлектронной аппаратуры, содержащий корпус с боковыми стенками и с расположенными между ними перегородками, разделяющими его на секции, с контуром жидкостного охлаждения, образованным магистралями для ввода и вывода хладагента, расположенными вдоль боковых стенок, и с расположенными в каждой секции один под другим теплообменниками с проходящими в них змеевиками для хладагента, размещенные в секциях корпуса между верхними и нижними теплообменниками субблоки со съемными электронными модулями, гидравлическая связь каждой из магистралей с каждым из теплообменников осуществлена с помощью соединительных элементов, отличающийся тем, что корпус образован боковыми стенками и теплообменниками, теплообменники выполнены в виде плит, при этом каждый из наружных теплообменников объединен с соответствующей ему перегородкой, каждый из внутренних смежных теплообменников объединены друг с другом и с соответствующей им перегородкой, каждая из магистралей выполнена в виде отверстия непосредственно в соответствующей ей боковой стенке, змеевики в каждом из теплообменников образованы пересекающимися, например, взаимно перпендикулярно, отверстиями, выполненными непосредственно в плитах, и заглушками, установленными по торцевым сторонам плит в отверстиях, перпендикулярных этим сторонам, в местах до пересечения одного отверстия другим, кроме отверстий ввода и вывода хладагента, оси всех отверстий размещены в плоскости, параллельной поверхности контактирования теплообменника с субблоками, соединительные элементы для гидравлической связи каждой из магистралей с каждым из теплообменников выполнены в виде частично полых втулок с отверстиями для прохождения хладагента между магистральным отверстием в боковой стенке и соответствующим ей отверстием змеевика плиты, частично полые втулки расположены соосно отверстиям ввода и вывода хладагента в каждом из теплообменников.A cabinet of electronic equipment comprising a housing with side walls and with partitions between them, dividing it into sections, with a liquid cooling circuit formed by refrigerant inlet and outlet lines located along the side walls, and with heat exchangers located in each section one below the other refrigerant coils passing in them, subunits with removable electronic modules located in sections of the housing between the upper and lower heat exchangers, hydraulic connection of each of the ma The heat exchangers with each of the heat exchangers are implemented using connecting elements, characterized in that the casing is formed by side walls and heat exchangers, the heat exchangers are made in the form of plates, each of the external heat exchangers combined with its corresponding partition, each of the internal adjacent heat exchangers combined with each other and with a corresponding partition, each of the mains is made in the form of a hole directly in its corresponding side wall, coils in each of the heat exchangers formed by intersecting, for example, mutually perpendicular, holes made directly in the plates, and plugs installed on the end sides of the plates in the holes perpendicular to these sides, in places before the intersection of one hole with the other, except for the refrigerant inlet and outlet openings, the axes of all holes are located in plane parallel to the contact surface of the heat exchanger with subunits, connecting elements for hydraulic connection of each of the pipelines with each of the heat exchangers are made in the form partially hollow bushes with holes for the passage of refrigerant between the main hole in the side wall and the corresponding hole of the coil of the plate, partially hollow bushes are aligned with the holes of the input and output of the refrigerant in each of the heat exchangers.