BR112016012632B1

BR112016012632B1 - equipamento eletrônico com resfriamento duplo

Info

Publication number: BR112016012632B1
Application number: BR112016012632-7A
Authority: BR
Inventors: Nicolas Dangy-Caye
Original assignee: Sagemcom Broadband Sas
Priority date: 2013-12-13
Filing date: 2014-12-02
Publication date: 2021-02-23
Also published as: EP3081063A1; CN105814977B; US9756760B2; US20160302327A1; WO2015086385A1; FR3015178B1; CN105814977A; EP3081063B1; FR3015178A1

Abstract

Equipamento eletrônico que compreende uma caixa (1) provida de aberturas de ventilação inferiores e superiores e de uma turbina de ventilação forçada (5) que tem uma entrada em comunicação com o interior da caixa e uma saída que desemboca no exterior da caixa. Pelo menos uma divisória interna delimita pelo menos uma câmara periférica (2) e uma câmara central (3) na parte superior da qual é montada a turbina. As aberturas (51, 52, 53, 54) são dispostas para permitir um fluxo de ventilação natural a partir das aberturas inferiores (51, 52) até as aberturas superiores (53, 54) quando a turbina (5) está parada e um fluxo de ventilação forçada a partir das aberturas inferiores (51, 52) e das aberturas superiores (53, 54) até a turbina (5) quando a turbina está em funcionamento.

Description

[0001] A presente invenção se refere a um equipamento eletrônico doméstico ou profissional como, por exemplo, um gateway internet, um equipamento multimídia ou outro.

[0002] Tal equipamento compreende geralmente uma caixa que contém componentes eletrônicos destinados a ser conectados a uma fonte de tensão elétrica. Em decorrer de funcionamento, a maior parte dos componentes elétricos se aquece e é necessário prever meios de resfriamento que permitem impedir que a temperatura dentro da caixa se eleve a ponto de se tornar incompatível com o funcionamento correto do equipamento.

[0003] Para equipamentos dos quais os componentes eletrônicos se aquecem pouco ou resistem à temperatura, são previstas na caixa aberturas inferiores e superiores que permitem, dentro da caixa, a formação por convecção de um fluxo de ar que circula naturalmente entre as aberturas inferiores e superiores. A ventilação natural é interessante por seu silêncio mas sofre de uma capacidade de resfriamento limitada O calor Q que pode ser dissipado é igual a h x S x ΔT onde h é o coeficiente de troca convectiva, S é a superfície do produto e ΔT é a diferença de temperatura entre a superfície e o ar ambiente. Para aumentar a capacidade de resfriamento, é preciso portanto ou aumentar o coeficiente de troca convectiva, quer dizer aumentar o número ou o tamanho das aberturas, ou aumentar a superfície em contato com o ar ambiente. Isso tem um impacto sobre a estética do equipamento do qual as aberturas são mais visíveis e o volume maior, impacto que pode ser prejudicial à atração que o equipamento pode exercer sobre os usuários potenciais do equipamento. O coeficiente de troca convectiva e a superfície do equipamento deverão ser otimizados, do ponto de vista do calor a dissipar, no caso mais desfavorável (quer dizer aquele no qual o equipamento se encontra dentro de um ambiente quente e gera um máximo de calor) quando esse caso só intervém na prática uma pequena parte do tempo.

[0004] Para os equipamentos dos quais as necessidades em resfriamento são maiores, são previstas na caixa aberturas inferiores e uma turbina de ventilação forçada que tem uma entrada em comunicação com o interior da caixa e uma saída que desemboca no exterior da caixa para gerar, quando a turbina está em funcionamento, um fluxo de ventilação forçada a partir das aberturas inferiores até a turbina. A ventilação forçada é interessante por sua eficácia e a velocidade da turbina pode ser regulada em função das necessidades de resfriamento. Em contrapartida o funcionamento da turbina é ruidoso e obriga a prever meios de insonorização. Por outro lado, para que a turbina ofereça toda sua eficácia, é necessário prever condutos estanques entre as aberturas inferiores e a entrada da turbina.

[0005] Um objetivo da invenção é fornecer um equipamento com resfriamento melhorado.

[0006] Com essa finalidade, é previsto, de acordo com a invenção, um equipamento eletrônico que compreende uma caixa provida de aberturas de ventilação e de uma turbina de ventilação forçada que tem uma entrada em comunicação com o interior da caixa e uma saída que desemboca no exterior da caixa, caracterizado pelo fato de que a caixa compreende pelo menos uma divisória interna que delimita pelo menos uma câmara periférica e uma câmara central na parte superior da qual é montada a turbina, pelo menos uma abertura inferior interna sendo feita na parte baixa da caixa na câmara central, pelo menos uma abertura inferior externa sendo feita na parte baixa da caixa na câmara periférica, pelo menos uma abertura superior interna sendo feita na parte alta da divisória e pelo menos uma abertura superior externa sendo feita na parte alta da caixa na câmara periférica e/ou na câmara central, as aberturas sendo dispostas para permitir um fluxo de ventilação natural a partir das aberturas inferiores até a abertura superior externa quando a turbina está parada e um fluxo de ventilação forçada partir das aberturas inferiores e da abertura superior externa até a turbina quando a turbina está em funcionamento, pelo menos a abertura superior externa assegurando uma passagem de ar em dois sentidos diferentes de acordo com o fluxo de ventilação.

[0007] A turbina parada impede uma comunicação direta da câmara central para o exterior para favorecer o fluxo de ventilação natural dentro da câmara periférica e em funcionamento assegura a criação e a saída do fluxo de ventilação forçada. Assim, as mesmas aberturas são utilizadas para a passagem do fluxo de ventilação natural e para a passagem do fluxo de ventilação forçada: a abertura inferior serve sempre como entrada de ar; a abertura superior externa serve como saída para o fluxo de ventilação natural e como entrada para uma parte do fluxo de ventilação forçada; a abertura superior interna assegura a passagem de uma parte do fluxo de ventilação forçada da câmara periférica para a câmara central. É portanto possível utilizar um ou outro dos modos de ventilação em função das necessidades de resfriamento.

[0008] De preferência, a abertura superior externa é feita na parte alta da caixa na câmara periférica e a abertura superior interna assegura também uma passagem de ar em dois sentidos diferentes de acordo com o fluxo de ventilação.

[0009] A abertura superior interna assegura então a passagem de uma parte do fluxo de ventilação natural da câmara central para a câmara periférica e a passagem de uma parte do fluxo de ventilação forçada da câmara periférica para a câmara central.

[0010] Ainda de preferência, pelo menos uma abertura inferior externa é feita na parte baixa da caixa na câmara central.

[0011] Isso permite aumentar o fluxo de ar suscetível de circular dentro da câmara central melhorando assim a varredura dessa última pelo dito fluxo de ar.

[0012] Outras características e vantagens da invenção se destacarão com a leitura da descrição que se segue de modos de realização especiais não limitativos da invenção.

[0013] Será feito referência aos desenhos anexos, entre os quais: • a figura 1 é uma vista esquemática em corte e de cima de um equipamento de acordo com a invenção; • a figura 2 é uma vista esquemática desse equipamento em corte de acordo com a linha II-II da figura 1, em modo de ventilação forçada; • a figura 3 é uma vista análoga à figura 2 do equipamento em modo de ventilação natural; • a figura 4a é uma vista esquemática em perspectiva de uma divisória que separa a câmara central e uma das câmaras periféricas; • a figura 4b é uma vista esquemática em perspectiva de uma divisória que separa a câmara central e outra das câmaras periféricas; • a figura 5 é uma vista análoga à figura 2 de um equipamento de acordo com uma primeira variante de realização da invenção; • a figura 6 é uma vista análoga à figura 2 de equipamento de acordo com uma segunda variante de realização da invenção.

[0014] A invenção é aqui descrita em aplicação a um equipamento eletrônico tal como um gateway informático ou um aparelho multimídia.

[0015] Em referência às figuras 1 a 4, o equipamento eletrônico compreende uma caixa, geralmente designada em 1, que compreende uma parede inferior 1.1, uma parede superior 1.2 e uma parede periférica 1.3 que se estende entre as paredes inferior 1.1 e superior 1.2 para delimitar esse recinto.

[0016] O dito recinto recebe componentes eletrônicos, notadamente componentes eletrônicos 10 levados por três placas de circuito impresso 11 que se estendem verticalmente entre as paredes inferior 1.1 e superior 1.2 para formar divisórias que delimitam dentro do recinto três câmaras periféricas 2 que circundam uma câmara central 3 de forma substancialmente quadrada. Os componentes eletrônicos 10 se estendem no lado das placas de circuito impresso 11 voltado para as câmaras periféricas 2 e alguns dos componentes 10 são providos aqui de um radiador 12. Uma parede vertical 13 se estende verticalmente entre as paredes inferior 1.1 e superior 1.2 para formar uma divisória que delimita dentro do recinto uma câmara periférica 4 que fecha o quarto lado da câmara central 3. Os componentes eletrônicos 10 são de preferência componentes frequentemente em funcionamento como: componentes de alimentação que estão o tempo todo em funcionamento para alimentar o equipamento, componentes de comunicação sem fio (de tipo Wi-Fi por exemplo) que asseguram na maior parte do tempo (quer dizer fora operação de download) uma troca mínima de dados... Esses componentes são compatíveis com um resfriamento por ventilação natural na maior parte de seu tempo de funcionamento.

[0017] A câmara central 3 recebe uma turbina 5 de ventilação forçada que é fixada sob a parede superior 1.2 para ter uma entrada em comunicação com o interior da câmara central 3 e uma saída que desemboca no exterior da caixa 1. A turbina 5 é ligada a uma unidade de comando conhecido em si e disposta para regular o funcionamento da turbina 5 em função de temperaturas detectadas dentro da caixa 1. A entrada da turbina 5 desemboca substancialmente no eixo vertical central da câmara central 3 e a saída da turbina 5 desemboca na proximidade da câmara periférica 4. A câmara central 3 recebe também pelo menos um componente eletrônico 20 solidário de uma placa de circuito impresso 21 fixada dentro da câmara central 3 para se estender horizontalmente e dividir a câmara central 3 em um compartimento inferior 3.1 e um compartimento superior 3.2. O componente eletrônico 20 é provido de um radiador 22 e é disposto dentro do compartimento superior 3.2 na proximidade da entrada da turbina 5. Um dispositivo de memorização 23, tal como um disco rígido, é montado dentro do compartimento inferior 3.1.

[0018] Será notado que o número e o tipo de componentes eletrônicos, do mesmo modo que o circuito elétrico que os liga, são pouco importantes no que diz respeito à invenção.

[0019] O equipamento é provido de aberturas de ventilação a saber: • pelo menos uma abertura inferior externa 51 feita na parte baixa da caixa 1 na câmara central 3 (de preferência várias aberturas inferiores externas 51 são aqui feitas na parte baixa da caixa 1 e são distribuídas no perímetro da câmara central), • pelo menos uma abertura inferior externa 52 feita na parte baixa da caixa 1 em cada câmara periférica 2, • pelo menos uma abertura superior interna 53 delimitada na parte alta de cada placa de circuito impresso 11, • pelo menos uma abertura superior externa 54 feita na parte alta da caixa 1 em cada câmara periférica 2, • aberturas intermediárias internas 55 delimitadas na placa de circuito impresso 21.

[0020] As aberturas inferiores externas 51 são feitas na parede inferior 1.1 e desembocam assim em uma superfície inferior da caixa 1.

[0021] As aberturas inferiores externas 52 são feitas na parede inferior 1.1 e desembocam assim na superfície inferior da caixa 1.

[0022] Será notado que a caixa compreende pés 56 sobre os quais repousa a caixa 1 de tal maneira que as aberturas inferiores externas 51, 52 permanecem desobstruídas.

[0023] Nas figuras 2 e 3, é possível ver que à direita a abertura superior interna 53 foi recortada diretamente na placa de circuito impresso 11 (figura 4b) e que à esquerda a abertura superior interna 53 compreende um entalhe feito na borda superior da placa de circuito impresso 11 de modo que a abertura superior interna 53 é delimitada entre a placa de circuito impresso 11 e a parede superior 1.2 da caixa 1 (figura 4b).

[0024] As aberturas superiores externas 54 são feitas na parede superior 1.2 e desembocam em uma superfície superior da caixa 1.

[0025] As aberturas intermediárias internas 55 são recortadas diretamente na placa de circuito impresso 21 ou são delimitadas pela placa de circuito impresso 11 e pela borda de um entalhe feito na placa de circuito impresso 21.

[0026] O princípio de resfriamento do equipamento em curso de funcionamento vai doravante ser descrito.

[0027] As aberturas são assim dispostas para permitir um fluxo de ventilação natural a partir das aberturas inferiores até a abertura superior externa quando a turbina está parada e um fluxo de ventilação forçada a partir das aberturas inferiores e da abertura superior externa até a turbina quando a turbina está em funcionamento. A turbina 5 parada impede uma comunicação direta da câmara central 3 para o exterior para favorecer o fluxo de ventilação natural dentro da câmara periférica 2 e em funcionamento assegura a criação e a saída do fluxo de ventilação forçada.

[0028] Mais precisamente, quando a turbina 5 está parada, o aquecimento dos componentes eletrônicos gera um fenômeno de convecção que produz: • um primeiro fluxo de ventilação natural dentro da câmara periférica 2, esse fluxo entrando dentro da caixa 1 pelas aberturas inferiores externas 52 para sair dela pelas aberturas superiores externas 54; • um segundo fluxo de ventilação natural dentro da caixa 1, esse fluxo entrando dentro da câmara central 3 pelas aberturas inferiores internas 51, passando pelas aberturas intermediárias internas 55 e depois saindo da câmara central 3 pelas aberturas superiores internas 53 para se juntar ao primeiro fluxo de ventilação natural e sair pelas aberturas superiores externas 54.

[0029] Quando a turbina 5 está em funcionamento, ela cria o fluxo de ventilação forçada que compreende: • um primeiro fluxo de ventilação forçada dentro da câmara central 3, esse fluxo entrando dentro da câmara central 3 pelas aberturas inferiores internas 51, passando pelas aberturas intermediárias internas 55 e depois saindo da câmara central 3 pela turbina 5; • um segundo fluxo de ventilação forçada dentro da câmara periférica 2, esse fluxo entrando dentro das câmaras periféricas 2 pelas aberturas inferiores externas 52, reentrando dentro da câmara central 3 pelas aberturas superiores internas 53 e depois saindo da câmara central 3 pela turbina 5. • um terceiro fluxo de ventilação forçada dentro de cada câmara periférica 2, esse fluxo entrando dentro das câmaras periféricas 2 pelas aberturas superiores externas 54, reentrando dentro da câmara central 3 pelas aberturas superiores internas 53 e depois saindo da câmara central 3 pela turbina 5.

[0030] É constatado que as aberturas superiores 53, 54 asseguram uma passagem de ar em dois sentidos diferentes de acordo com que a ventilação é natural ou forçada.

[0031] As aberturas de pelo menos uma das câmaras periféricas podem ter áreas diferentes daquelas das aberturas de pelo menos outra das câmaras periféricas que contêm componentes eletrônicos que têm necessidades de resfriamento diferentes.

[0032] Será notado que os componentes eletrônicos 10, 20 e o radiador 12, 22 dos mesmos são posicionados para se estender dentro dos fluxos de ventilação.

[0033] De acordo com uma primeira variante e em referência à figura 5: • as aberturas inferiores externas 52 são feitas na parte inferior da parede lateral 1.3 e desembocam assim em uma superfície lateral da caixa 1; • as aberturas superiores externas 54 são feitas na parte superior da parede lateral 1.3 e desembocam assim em uma superfície lateral da caixa 1; • a caixa 1 é provida de aberturas intermediárias externas que são feitas em uma parte intermediária (em altura) da parede lateral 1.3 e desembocam assim em uma superfície lateral da caixa 1.

[0034] De acordo com uma segunda variante e em referência à figura 6: • a caixa 1 só compreende aqui uma câmara periférica 2 e uma câmara central 3 (ou mais precisamente principal); • aberturas inferiores externas 51 são feitas na parte inferior da parede inferior 1.1 para desembocar dentro da câmara principal 3; • uma abertura inferior externa 52 é feita na parte inferior da parede inferior 1.1 para desembocar dentro da câmara periférica 2; • uma abertura superior interna 53 é delimitada na parte alta da placa de circuito impresso 11 que separa a câmara periférica 2 da câmara principal 3; • pelo menos uma abertura superior externa 54 é feita na parede superior 1.2 para desembocar dentro da câmara principal 3 entre a placa de circuito impresso 11 e a turbina 5 (aqui várias aberturas superiores externas 54 são feitas na parede superior 1.2 para desembocar no perímetro da câmara principal 3); • aberturas intermediárias internas 55 são delimitadas na placa de circuito impresso 21.

[0035] Quando a turbina 5 está parada, o aquecimento dos componentes eletrônicos gera um fenômeno de convecção que produz: • um primeiro fluxo de ventilação natural dentro da câmara periférica 2, esse fluxo entrando dentro da caixa 1 pela abertura inferior externa 52, saindo da câmara periférica pela abertura superior interna 53 para escapar pelas aberturas superiores externas 54; • um segundo fluxo de ventilação natural dentro da caixa 1, esse fluxo entrando dentro da câmara principal 3 pelas aberturas inferiores externas 51, passando pelas aberturas intermediárias internas 55 e depois saindo da câmara central 3 pelas aberturas superiores externas 54.

[0036] Quando a turbina 5 está em funcionamento, ela cria o fluxo de ventilação forçada que compreende: • um primeiro fluxo de ventilação forçada dentro da câmara principal 3, esse fluxo entrando dentro da câmara principal 3 pelas aberturas inferiores externas 51, passando pelas aberturas intermediárias internas 55 e depois saindo da câmara central 3 pela turbina 5; • um segundo fluxo de ventilação forçada dentro da câmara periférica 2, esse fluxo entrando dentro da câmara periférica 2 pela abertura inferior externa 52, reentrando dentro da câmara principal 3 pela abertura superior interna 53 e depois saindo da câmara central 3 pela turbina 5; • um terceiro fluxo de ventilação forçada dentro de cada câmara principal 3, esse fluxo entrando dentro da câmara principal 3 pelas aberturas superiores externas 54 e depois saindo da câmara principal 3 pela turbina 5.

[0037] É constatado que as aberturas superiores 54 asseguram uma passagem de ar em dois sentidos diferentes de acordo com que a ventilação é natural ou forçada.

[0038] Evidentemente, a invenção não está limitada aos modos de realização descritos mas sim engloba qualquer variante que entra no campo da invenção tal como definida pelas reivindicações.

[0039] Em especial, o tipo de equipamento pode ser diferente daquele descrito, a invenção se aplicando ao resfriamento de todo equipamento eletrônico qualquer que seja ele.

[0040] O equipamento pode compreender uma número diferente de câmaras periféricas dentro da caixa, e por exemplo uma só câmara periférica.

Claims

1. Equipamento eletrônico que compreende uma caixa (1) provida de aberturas de ventilação e de uma turbina de ventilação forçada (5) que tem uma entrada em comunicação com o interior da caixa e uma saída que desemboca no exterior da caixa, e meios de comando da turbina, caracterizado pelo fato de que: • a caixa compreende pelo menos uma divisória interna que delimita pelo menos uma câmara periférica (2) e uma câmara central (3) na parte superior da qual é montada a turbina, • pelo menos uma abertura inferior externa (51) é feita na parte baixa da caixa na câmara central, • pelo menos uma abertura inferior externa (52) é feita na parte baixa da caixa na câmara periférica, • pelo menos uma abertura superior interna (53) é delimitada na parte alta da divisória, • pelo menos uma abertura superior externa (54) é feita na parte alta da caixa na câmara periférica e/ou na câmara central, • as aberturas são dispostas para permitir um fluxo de ventilação natural a partir das aberturas inferiores até a abertura superior externa quando a turbina está parada e um fluxo de ventilação forçada a partir das aberturas inferiores e da abertura superior externa até a turbina quando a turbina está em funcionamento, pelo menos a abertura superior externa assegurando uma passagem de ar em dois sentidos diferentes de acordo com o fluxo de ventilação.

2. Equipamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a abertura superior externa (54) é feita na parte alta da caixa na câmara periférica (2) e a abertura superior interna (53) assegura também uma passagem de ar em dois sentidos diferentes de acordo com o fluxo de ventilação.

3. Equipamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma abertura inferior externa (51) é feita na parte baixa da caixa (1) na câmara central (3).

4. Equipamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que pelo menos um componente eletrônico (10) é montado sobre a divisória dentro da câmara periférica (2).

5. Equipamento, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que um radiador (12) é fixado sobre o componente (10) para se estender dentro dos fluxos de ventilação.

6. Equipamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a câmara central (2) recebe uma placa de circuito impresso (21) que se estende horizontalmente e que divide a câmara central em um compartimento inferior e um compartimento superior, a placa de circuito impresso delimitando pelo menos uma abertura intermediária interna (55) de passagem de ar do compartimento inferior para o compartimento superior.

7. Equipamento, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que um componente eletrônico (20) a resfriar é montado sobre a placa de circuito impresso dentro do compartimento superior na proximidade da entrada da turbina.

8. Equipamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a abertura inferior externa (51, 52) desemboca em uma superfície inferior da caixa (1).

9. Equipamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a abertura inferior externa (52) desemboca em uma superfície lateral da caixa (1).

10. Equipamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a abertura superior externa (54) desemboca em uma superfície superior da caixa (1).

11. Equipamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a abertura superior externa (54) desemboca em uma superfície lateral da caixa (1).

12. Equipamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a abertura superior interna (53) é feita na divisória.

13. Equipamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a abertura superior interna (53) é delimitada entre a divisória e uma parede superior (1.2) da caixa (1).

14. Equipamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a caixa (1) é provida de pelo menos uma abertura intermediária externa que desemboca em uma superfície lateral da caixa.

15. Equipamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que várias câmaras periféricas (2) são delimitadas dentro da caixa (1).

16. Equipamento, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que as aberturas (52, 54) de pelo menos uma das câmaras periféricas (3) têm áreas diferentes daquela das aberturas de pelo menos outra das câmaras periféricas.

17. Equipamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a divisória interna é formada por uma placa de circuito impresso (11).