ES2934860T3

ES2934860T3 - Sistema de refrigeración sin ventilador

Info

Publication number: ES2934860T3
Application number: ES18810888T
Authority: ES
Inventors: Frank Bienek
Original assignee: Siemens Mobility GmbH
Current assignee: Siemens Mobility GmbH
Priority date: 2017-12-07
Filing date: 2018-11-08
Publication date: 2023-02-27
Anticipated expiration: 2038-11-08
Also published as: AU2018381805A1; CN111434199A; AU2018381805B2; EP3698611A1; CN111434199B; EP3698611B1; DE102017222148A1; US11678463B2; US20210168971A1; WO2019110233A1

Abstract

Con el fin de proporcionar una solución particularmente a prueba de fallas para enfriar eficientemente los sistemas de ensamblaje electrónico (10) para su uso en vehículos, más particularmente en vehículos sobre rieles, se propone un sistema de enfriamiento sin ventilador (19) que comprende: un soporte de ensamblaje preferiblemente en forma de marco (2) para albergar al menos un conjunto (3), más en particular un conjunto procesador que comprende procesadores multinúcleo de alto rendimiento (15); y un cuerpo de transferencia de calor (18), que se puede montar de manera de transferencia de calor en un componente (15, 16) del conjunto (3), teniendo el soporte de conjunto (2) al menos un cuerpo de distribución de calor (26; 39), a la que se puede fijar el cuerpo caloportador (18) de manera caloportadora, preferiblemente de forma desmontable, cuando el conjunto (3) al componente (15, 16) al que se acopla el cuerpo caloportador (18) se sujeta en el soporte de montaje (2), (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de refrigeración sin ventilador

La presente invención hace referencia a un sistema de refrigeración sin ventilador para sistemas de montaje electrónico para el uso en vehículos, en particular, en vehículos ferroviarios.

Se conoce del estado del arte que en el caso de un módulo de procesador utilizado del lado del vehículo (por ejemplo, con un procesador Intel Atom) con una pérdida de potencia de hasta 12 vatios, la pérdida de potencia se disipa al entorno a través de la superficie del componente o a través de un disipador de calor dentro del módulo de dimensiones apropiadas, respectivamente en relación con la convección libre del aire. En este caso, como el límite superior para el rango de temperatura de funcionamiento se define un valor de 70 °C. Para el funcionamiento fiable de un módulo de procesador de este tipo no se requiere un ventilador. Para implementar tales plataformas informáticas del lado del vehículo, por lo general se utilizan sistemas de montaje electrónico en los que los módulos de procesadores se alojan en subracks estandarizados, por ejemplo, en subracks de 19 pulgadas.

Por lo general, los módulos consisten en módulos cuboides que se pueden insertar en el subrack en forma de marco, para lo cual el subrack presenta guías correspondientes. Generalmente, los módulos se pueden enchufar en las ranuras de un bus de placa posterior y a través de este bus se conectan eléctricamente entre sí. Los módulos de procesador generalmente están diseñados como módulos enchufables que se pueden enchufar en las ranuras de un bus de placa posterior y se pueden conectar eléctricamente entre sí a través de este. Una ventaja de este sistema de montaje consiste en que los módulos se pueden reemplazar con poco esfuerzo. Para ello, simplemente hay que sacarlos del subrack.

Para las nuevas plataformas informáticas de dispositivos de protección de trenes, está previsto equipar los ordenadores centrales con CPU multinúcleo (procesadores multinúcleo) de alto rendimiento, en donde el número de núcleos activos es, por ejemplo, de 8 ó 16. Dichos microprocesadores con múltiples núcleos de procesador principal completos en un único chip son mucho más potentes que los procesadores de un solo núcleo. Otras funciones (canal de baliza, funciones de E/S, interfaces de odometría) se conectan a un ordenador central como dispositivos descentralizados a través de una red de comunicaciones a bordo.

La pérdida de potencia de estos procesadores multinúcleo de alto rendimiento (por ejemplo, con un procesador Intel Xeon) es mucho mayor que con los procesadores actuales que se utilizan en los vehículos. De acuerdo con el estado actual, se debe suponer una pérdida de potencia de hasta 70 vatios. No se puede lograr una disipación adecuada de la pérdida de energía con disipadores de calor simples con convección de aire libre y teniendo en cuenta los requisitos ambientales (EN50155, TX). Por ello, hasta ahora, las plataformas informáticas con procesadores multinúcleo no se han utilizado para los equipos de protección de trenes, o bien las aplicaciones sólo utilizan un único núcleo de un procesador de dos o cuatro núcleos, mientras que los restantes núcleos se desconectan para que no produzcan una disipación de energía significativamente menor.

Es conocido, por ejemplo, refrigerar activamente servidores y otros ordenadores de alto rendimiento, por ejemplo, mediante refrigeración por agua, o climatizar activamente los espacios de instalación de dichos ordenadores. Sin embargo, este tipo de medidas son demasiado costosas para enfriar ordenadores en vehículos ferroviarios y, por lo tanto, no son aplicables. Esto se aplica en particular cuando hay que garantizar un alto nivel de seguridad contra fallos, por ejemplo, al proporcionar equipos de protección de trenes.

La publicación DE 103 09 130 A1 describe un sistema de refrigeración sin ventilador para enfriar componentes eléctricos y electrónicos que emiten calor, en particular, de procesadores de ordenador o de electrónicas de potencia, con un disipador de calor multicapa que emite calor, uno o varios tubos de calor y sus correspondientes sistemas adaptadores para recibir los extremos de los tubos de calor que absorben y emiten calor; en donde los adaptadores para el acoplamiento térmico están hechos de cobre y/o aleaciones del mismo y en donde el disipador de calor multicapa emisor de calor presenta una excelente absorción de calor mediante una placa difusora de calor y una excelente disipación de calor por convección.

La presente invención hace referencia a un sistema de refrigeración sin ventilador para sistemas de montaje electrónico para uso en vehículos, en particular, en vehículos ferroviarios, con un subrack para alojar al menos un subrack, en particular, un módulo de procesador, con un cuerpo de transporte de calor que se puede acoplar a un componente del módulo de forma que se transfiere calor; en donde el subrack presenta al menos un cuerpo de distribución de calor, al que se puede fijar el cuerpo de transporte de calor de manera que se transfiere calor cuando el módulo, en cuyo componente está acoplado el cuerpo de transporte de calor, se aloja en el subrack, y con al menos un tubo de calor conectado de manera que transfiere calor al cuerpo de distribución de calor. La publicación DE 102015202487 A1 revela un dispositivo de conversión de energía que representa un sistema de este tipo.

Un objeto de la presente invención consiste en proporcionar una solución particularmente a prueba de fallas para el enfriamiento eficiente de sistemas de montaje electrónico para su uso en vehículos, en particular, en vehículos ferroviarios. Dicho objeto se consigue mediante un sistema de refrigeración según la reivindicación 1, en el cual el subrack presenta dos partes laterales verticales que se extienden en la dirección transversal del subrack y en el que el lado inferior y superior del subrack son al menos parcialmente permeables al aire.

El sistema de montaje electrónico según la reivindicación 7 está caracterizado por un sistema de refrigeración sin ventilador de este tipo para refrigerar un módulo de procesador alojado en el subrack y que presenta una pluralidad de procesadores multinúcleo para una plataforma informática del lado del vehículo para un dispositivo de protección de trenes.

La invención proporciona una solución sin ventilador y, por lo tanto, especialmente a prueba de fallos para la refrigeración eficiente de sistemas de montaje electrónico para su uso en vehículos, en particular, en vehículos ferroviarios, que garantiza que los módulos con pérdidas de potencia elevadas, en particular, los módulos de procesadores multinúcleo de alto rendimiento, se puedan enfriar sin restringir la intercambiabilidad de los módulos. Las ejecuciones ventajosas de la invención se describen en las reivindicaciones relacionadas.

Para disipar la pérdida de potencia de los procesadores multinúcleo de alto rendimiento del módulo y también para realizar una superficie disipadora de calor ampliada correspondiente a la mayor pérdida de potencia, se propone una aplicación combinada de dos tecnologías de refrigeración.

Por razones de seguridad de funcionamiento, no se debe instalar un ventilador en el propio módulo, ni para ventilar el subrack en su conjunto. También se prescinde de las soluciones conocidas, por ejemplo, en los ordenadores portátiles en las que el disipador de calor está fijado directamente a la placa de circuitos impresos o a la fuente de calor, es decir, al componente dispuesto en la placa de circuitos impresos.

De acuerdo con la invención se utiliza el principio de enfriamiento por conducción (conduction cooling) para transportar el calor lejos de la o las fuentes de calor, en este caso, lejos del módulo y hacia el subrack, desde donde el calor se disipa con la ayuda de otras medidas. Estas medidas adicionales implican preferentemente el uso de un tubo de calor con una pluralidad de disipadores de calor. A partir de ahí, el calor se disipa del subrack y, en última instancia, de todo el sistema de montaje a través de la refrigeración por convección.

Ventajosamente, para ello, el subrack que está diseñado como un marco o con forma de marco, y que generalmente presenta dos partes laterales y cuatro puentes de conexión, en donde las partes laterales están atornilladas a los puentes de conexión en las esquinas, está diseñado de tal manera que el lado inferior y el lado superior del subrack son al menos parcialmente permeables al aire, para que el subrack se ventile por convección incluso sin ventilador, ya que una corriente de aire ascendente sirve para arrastrar el calor de los elementos de refrigeración y enfriar así el sistema de montaje.

En otras palabras, la invención propone el uso combinado de refrigeración por conducción con un tubo de calor. Debido a que los tubos de calor permiten desacoplar funcionalmente la absorción y la emisión de calor, el sistema de refrigeración según la invención no depende de la proximidad local a la fuente de calor. De la, al menos una, fuente de calor enfriada por conducción dentro del módulo, el calor residual puede liberarse de manera dirigida a través de la conducción térmica a las grandes superficies del subrack o de los tubos de calor unidos al mismo y desde allí al flujo de aire de una refrigeración por convección. De acuerdo con la invención, el subrack o el cuerpo de distribución de calor conectado a él y los tubos de calor, así como los disipadores de calor unidos eventualmente a los tubos de calor, sirven como disipadores de calor del sistema de refrigeración. En resumen, la pérdida de potencia en forma de calor se conduce primero fuera de la fuente de calor y del módulo mediante refrigeración por conducción, para después transferirla al subrack o a los elementos funcionales conectados al subrack, en donde la energía térmica suministrada así se disipa a un medio adyacente, aquí preferentemente, aire guiado por convección. Dicho de otro modo, el propio subrack se utiliza como disipador de calor, que en las soluciones anteriores sólo servía solo como elemento de soporte para alojar y fijar mecánicamente los módulos. Esto ofrece la ventaja de que todo el ancho y/o largo o la superficie del subrack se puede utilizar para disipar calor al entorno o para disponer elementos de refrigeración o similares.

Este concepto de disipación de calor se puede utilizar preferentemente para módulos de procesadores, en particular, para módulos con procesadores multinúcleos, en los cuales se debe disipar una pérdida de potencia significativamente mayor que con los procesadores de un solo núcleo para poder mantener el límite superior del rango de temperatura de funcionamiento. Aunque es de esperar que el número de núcleos en los procesadores multinúcleo continúe aumentando, se puede suponer que la pérdida de potencia se reducirá, por lo que el resultado es que el sistema de refrigeración sin ventilador según la invención también puede se puede usar en módulos con una cantidad significativamente mayor de núcleos de procesador principal, por ejemplo, 32 núcleos. Sin embargo, la invención también se puede utilizar con otros tipos de módulos, particularmente cuando dichos módulos presentan componentes que generan una gran cantidad de calor.

La presente invención está diseñada preferentemente para su uso en vehículos, en particular, para la refrigeración de plataformas informáticas "a bordo" de alto rendimiento. La invención se puede utilizar en particular en vehículos ferroviarios o sobre raíles. Sin embargo, la presente invención también se puede utilizar en otro tipo de vehículos, como embarcaciones y aeronaves, en los que se exigen requisitos similares para la seguridad contra fallos y, por lo tanto, sólo se pueden utilizar sistemas sin ventilador.

La invención resulta particularmente ventajosa para la refrigeración a prueba de fallos de plataformas informáticas para dispositivos de protección de trenes a bordo. Gracias a la invención, se puede garantizar una refrigeración permanente del módulo de procesadores y, por lo tanto, la disponibilidad operativa de la correspondiente plataforma informática. Esto resulta particularmente importante en el caso de los dispositivos de protección de trenes, porque las funciones que se van a proporcionar allí deben cumplir con un alto estándar de seguridad y presentar un alto grado de fiabilidad. El fallo de una función de protección del tren puede provocar el fallo de todo el vehículo. Resulta especialmente ventajoso cuando los subracks ya existentes pueden equiparse con los componentes del sistema de refrigeración conforme a la invención. De esta manera, una pluralidad de cuerpos de distribución de calor adecuados y los tubos de calor necesarios se pueden adaptar al subrack. Asimismo, los módulos utilizados en este subrack pueden ser reequipados con un correspondiente cuerpo de transporte de calor. Esto significa que todos los componentes del sistema de refrigeración también se pueden agregar con posterioridad y los subracks que ya están en uso pueden alojar módulos de procesadores con procesadores multinúcleos sin que surjan problemas con la disipación de la pérdida de energía.

Las propiedades, características y ventajas de la presente invención arriba mencionadas, así como la forma en la que las mismas se obtienen, se clarifican y deducen en relación con la siguiente descripción de los ejemplos de ejecución, los cuales se explican en detalle en relación con los dibujos. Las figuras muestran:

Figura 1: una vista lateral de una primera forma de ejecución de un sistema de refrigeración.

Figura 2: una vista en planta del sistema de refrigeración de la figura 1.

Figura 3: una vista lateral de una segunda forma de ejecución de un sistema de refrigeración.

Todas las figuras muestran la invención sólo esquemáticamente y con sus componentes esenciales. Los mismos símbolos de referencia indican los elementos que presentan la misma función o una función comparable.

Para la realización de un sistema de montaje electrónico 1 para una plataforma informática del lado del vehículo para un dispositivo de protección de trenes, se utiliza un subrack 2 de 19 pulgadas en forma de marco, que puede alojar uno o más módulos de procesador 3 y, opcionalmente, otros módulos, como por ejemplo, módulos de comunicaciones. Según la invención, el subrack 2 presenta dos partes laterales 5, 6 que son perpendiculares a un lado inferior (11) y un lado superior (12) del subrack (2) y se extienden en la dirección transversal 4 del subrack y cuatro puentes de conexión 8, 9 que se extienden en la dirección longitudinal 7 del subrack, en donde las partes laterales 5, 6 están atornilladas a los puentes de conexión 8, 9 en las esquinas o conectadas de alguna otra manera. Además, el subrack 2 está diseñado de tal manera que el lado inferior 11 y el lado superior 12 del subrack 2 son al menos parcialmente permeables al aire. De esta manera resulta posible una convección libre, es decir, un flujo de aire 13 de abajo hacia arriba a través del volumen interior 14 del subrack 2. El subrack 2 es particularmente adecuado para disipar el calor ya que dispone de una superficie comparativamente grande. Los propios elementos estructurales del subrack 2 se pueden utilizar como disipadores de calor o de transferencia de calor.

El módulo de procesador 3 presenta un procesador multinúcleo 15 con dieciséis núcleos de procesador principales y otro componente eléctrico 16 que emite pérdida de potencia, montado en una placa de circuitos impresos 17 del módulo 3 y en contacto con ella. Cada módulo 3 puede presentar una o más placas de circuitos impresos 17. Estos procesadores multinúcleo 15 u otros componentes 16 del módulo 3 actúan como fuentes de calor.

Como parte del módulo 3, se proporciona un cuerpo de transporte de calor 18, que se puede acoplar de manera que se transfiera calor a aquellos componentes 15, 16 del módulo 3, de los cuales se disipará la pérdida de potencia en forma de calor.

El enfriamiento, más precisamente la eliminación de la pérdida de potencia en forma de calor, se realiza así inicialmente por conducción térmica. Para ello, el cuerpo de transporte de calor 18 de material termoconductor, preferentemente aluminio, se acopla térmicamente a la fuente de calor, es decir, al componente 15, 16 a refrigerar, y el calor se disipa por contacto físico. El cuerpo de transporte de calor 18 está configurado preferentemente como marco, bloque, carcasa o cubeta y adaptado individualmente a la disposición de los componentes (fuentes de calor) 15, 16 en la placa de circuitos impresos 17. También sirve como carcasa que encierra al menos parcialmente la placa de circuitos impresos 17 o el módulo 3. El cuerpo de transporte de calor 18 también sirve para proteger la placa de circuitos impresos 17 y los componentes 15, 16 conectados a ella contra daños y/o para proteger otros componentes (aquí no mostrados) del módulo 3.

Mientras que en la forma de realización mostrada en la figura 1, el cuerpo de transporte de calor 18 está dispuesto sólo en un lado de la placa de circuitos impresos 17, en la forma de realización mostrada en la figura 3 la placa de circuitos impresos 17 está rodeada a ambos lados por el cuerpo de transporte de calor 18, que con este fin consiste en dos carcasas de aluminio, que conforman una carcasa en la que está prácticamente incrustada la placa de circuitos impresos 17. En este caso, se encuentran cuerpos de contacto 19, por ejemplo, como cúpulas fresadas, que en el estado montado sobresalen del cuerpo base 21 en forma de placa del cuerpo de transporte de calor 18 en la dirección longitudinal 7 del subrack y sobre los que están conformadas superficies de contacto 22, en las fuentes de calor ("hot spots") 15 del módulo 3 o bien el propio cuerpo base 21 descansa con una superficie de contacto 23 sobre una fuente de calor 16 de este tipo. Para la transferencia de calor desde los componentes 15, 16 dispuestos en la placa de circuitos impresos 17 al cuerpo de transferencia de calor 18, se puede aplicar un medio de transferencia de calor adecuado, por ejemplo, una pasta de transferencia de calor, a las superficies de contacto 22, 23.

En el estado montado, la placa de circuitos impresos 17 del módulo 3 y al mismo tiempo del cuerpo base 21 en forma de placa del cuerpo de transporte de calor 18 son perpendiculares y paralelos a las partes laterales 5, 6 entre los puentes de conexión superior e inferior 8, 9 del subrack 2. La placa de circuitos impresos 17 se puede introducir en las guías 24 del subrack 2 previstas al efecto para asegurar mecánicamente su posición. Estas guías 24, 25 están unidas a los puentes de conexión superior e inferior 8, 9 según sea necesario. En estado montado, por tanto, la placa de circuitos impresos 17, que está vertical en su posición de instalación, se inserta tanto en una guía superior 24 como en una guía inferior 25 del subrack 2.

Al mismo tiempo, el cuerpo de transporte de calor 18 del módulo 3 se puede fijar de forma desmontable a por lo menos un cuerpo de distribución de calor 26 del subrack 2 de manera que se transfiera calor para permitir suficiente conducción térmica desde el módulo 3 al subrack 2. Un dispositivo de bloqueo de cuña 27 sirve preferentemente para fijar el cuerpo de transporte de calor 18 al cuerpo de distribución de calor 26 de una manera que se transfiera calor. En lugar de un dispositivo de bloqueo de cuña 27, se puede usar otra unión por complementariedad de forma para transferir la pérdida de potencia al cuerpo de distribución de calor 26. La intercambiabilidad de los módulos 3 sigue siendo posible como antes, liberando la unión por complementariedad de forma.

El cuerpo de transporte de calor 18, que se apoya por un lado con sus superficies de contacto 22, 23 en el procesador multinúcleo refrigerado por conducción 15 o en otro componente 16 refrigerado por conducción, por otro lado, presenta una forma de placa en sus extremos de conexión 28 apuntando hacia arriba y hacia abajo en el estado montado, de modo que el cuerpo de distribución de calor 26 del subrack 2 se pueda asegurar con el dispositivo de bloqueo de cuña 27. Para ello, el cuerpo de distribución de calor 26, que está fijado a los puentes de conexión superiores 8 y situado en las inmediaciones de la guía superior 24 del subrack 2, presenta al menos una disposición de guía compuesta por elementos de acoplamiento paralelos, entre los cuales se crea una ranura de inserción 31 para un borde de la placa 32 del lado del montaje del cuerpo base 21 del cuerpo de transporte de calor 18.

Mientras que en una forma de ejecución de la invención se proporcionan uno o más cuerpos de distribución de calor 26 sólo por encima del módulo 3 (figura 1), en otras formas de ejecución también pueden proporcionar cuerpos de distribución de calor 26 por debajo del módulo 3, en particular, en el caso de cuerpos de distribución de calor 33 diseñados como carcasas y, por lo tanto, pesados, que encierran la placa de circuitos impresos 17 por ambos lados y quedando así prácticamente integrada (figura 3). En estos casos, dichos cuerpos de distribución de calor inferiores 33 sirven principalmente para asegurar mecánicamente el módulo 3 en el subrack 2, preferentemente de la misma manera que con el cuerpo de distribución de calor superior 26; sin embargo, no se pretende una transferencia de calor sustancial desde el módulo 3 al lado inferior 11 del subrack 2 para disipar el calor del módulo 3.

Cuando la placa de circuitos impresos 17 está integrada en el cuerpo de transporte de calor 18, como se muestra en la figura 3, no son absolutamente necesarias guías separadas 24, 25 para la placa de circuitos impresos 17. En cambio, la placa de circuitos impresos 17 puede estar fijada en el cuerpo de transporte de calor 18, por ejemplo, entre las dos semicarcasas que conforman la carcasa.

La estructura y el modo de funcionamiento del dispositivo de bloqueo de cuña 27 se describen a continuación, sin que los componentes del dispositivo de bloqueo de cuña 27 se muestren en detalle en las figuras. El dispositivo de bloqueo de cuña comprende por lo general una cuña central que presenta superficies inclinadas en sus dos extremos opuestos, y dos cuñas de extremo, cada una de las cuales presenta una superficie inclinada que hace tope con las superficies inclinadas de la cuña central. En las figuras sólo se muestra la superficie exterior de la cabeza de la cuña del extremo frontal 29. La cuña central está diseñada de tal manera que se puede fijar al borde de la placa 32 del cuerpo de transporte de calor 18. Un husillo se extiende en la dirección longitudinal, aquí correspondiente a la dirección transversal 4 del subrack, a través de la cuña central y la conecta con las dos cuñas de extremo. La cuña de extremo alejada de la cabeza del tomillo 34 presenta un orificio roscado que encaja en el husillo de tal manera que una rotación del husillo en el sentido de las agujas del reloj atrae las dos cuñas finales una hacia la otra. Debido a que las superficies inclinadas de las dos cuñas de los extremos se apoyan contra las superficies inclinadas de la cuña central, al girar el husillo, las cuñas de los extremos se extienden transversalmente hacia el exterior. Como resultado, el ancho efectivo del bloqueo de cuña aumenta al ancho de la ranura de inserción 31, de modo que el propio bloqueo de cuña provoca una fijación en la ranura de inserción 31. Una mayor rotación en el sentido de las agujas del reloj del husillo aprieta aún más el dispositivo. La liberación del bloqueo de cuña es posible mediante la rotación del husillo en la dirección opuesta, haciendo que los dos extremos de las cuñas diverjan longitudinalmente y reduciendo el ancho efectivo del módulo de bloqueo de cuña, de modo que la fuerza de sujeción del módulo de bloqueo de cuña dentro de la ranura de inserción 31 se reduzca lo suficiente como para permitir que el borde de la placa 32 del cuerpo de transporte de calor 18 se retire de la ranura de inserción 31.

Entonces, mientras el módulo 3, más precisamente, la placa de circuitos impresos 17, se inserta en las guías correspondientes 24, 25 del subrack 2, en donde el calor generado en el interior del módulo 3 no se transfiere a través de esta conexión mecánica o lo hace en una medida insignificante, el cuerpo de transporte de calor 18, que ha absorbido el calor a través de sus superficies de contacto 22, 23, transfiere este calor preferentemente a través de bloqueos de cuña especiales, que también están fabricados de un material térmicamente conductor, directamente al subrack 2, más precisamente, al cuerpo de distribución de calor 26 fijado al subrack 2, que está diseñado preferentemente como un bloque sólido de material. En este caso el cuerpo de distribución de calor 26 también está fabricado de aluminio o consta de otro material adecuado. A continuación, el calor se libera desde el cuerpo de distribución de calor 26 a uno o más tubos de calor 35 que presentan una alta conductividad térmica y preferentemente se extienden esencialmente por toda la longitud o el ancho del subrack 2.

Para ello, en el, al menos un, cuerpo de distribución de calor 26 se colocan a intervalos regulares múltiples tubos de calor idénticos 35 en forma de caloductos, que sirven para distribuir el calor por todo el ancho 36 del subrack 2, desde donde el calor puede ser conducido al exterior o fuera del subrack 2 mediante refrigeración por convección Los tubos de calor 35 están acoplados al cuerpo de distribución de calor 26 con sus superficies de contacto 37. El cuerpo de distribución de calor 26 está dispuesto preferentemente en la parte superior con respecto al subrack 2 y para ello está unido a los puentes de conexión superiores 8 de tal manera que su cuerpo de distribución de calor exterior 38 se encuentra en el lado superior 12 del subrack 2 o sobresale del lado superior 12 de tal manera que los caloductos 35 también se extienden a lo largo del lado superior 12 del subrack 2, más precisamente, a una distancia definida de dicho lado superior 12. Los tubos de calor 35 están dispuestos preferentemente fuera del volumen interior 14 definido por el marco 5, 6, 8, 9 del subrack 2. En cualquier caso, desde el punto de vista de la refrigeración por convección, los caloductos 35 se extienden siempre por encima de los módulos 3 a refrigerar, para evitar el autocalentamiento de los módulos 3 como consecuencia del calor emitido por los caloductos 35. Los tubos de calor 35 se extienden preferentemente en la dirección transversal del subrack 4. En el ejemplo ilustrado, seis tubos de calor 35 conectados con el cuerpo de distribución de calor 26 están dispuestos paralelos entre sí.

El concepto de refrigeración conforme a la invención se puede utilizar no sólo en subracks 2, que presentan un único módulo 3 con componentes 15, 16 que deben refrigerarse de esta manera. El concepto también se puede trasladar a los subracks 2 en los cuales se alojan dos, tres o más de estos módulos 3. La disposición de los cuerpos de distribución de calor 26 y de los tubos de calor 35 conectados a los mismos debe adaptarse a la ubicación de los módulos 3 en el subrack 2 o viceversa.

El cuerpo de distribución de calor 26 está montado preferentemente cerca de una parte lateral 5 del subrack 2, de modo que un tubo de calor 35 que sale del cuerpo de distribución de calor 26 se extienda lo más posible a lo largo a todo el ancho 36 del subrack 2 hasta la parte lateral opuesta parte 6. Cuando sólo está presente un único módulo de procesador 3, éste permanece con el cuerpo de distribución de calor 26 colocado de esta manera (figura 1). Cuando se alojan dos módulos de procesador 3 en el subrack 2 (figura 3), esto también se aplica al primer cuerpo de distribución de calor 26, pero también se proporciona un segundo cuerpo de distribución de calor 39 dispuesto en la parte superior centralmente entre las dos partes laterales 5, 6 del subrack 2 y desde cada uno de los dos cuerpos de distribución de calor 26, 39, los tubos de calor 35 se extienden cada uno sobre aproximadamente la mitad del ancho 36 del subrack 2, utilizando así nuevamente la superficie disponible del subrack 2 lo más completamente posible. En la figura 3 se muestra el módulo 3 dispuesto centralmente con su placa frontal 41.

Los tubos de calor 35, como se muestra en la figura 1, se pueden extender a una distancia definida desde el lado superior 12 del subrack 2. En este caso, los tubos de calor 35 están doblados en forma de U en su lado de conexión 42 hacia el cuerpo de distribución de calor 26, con el miembro en U inferior 43 descansando con la superficie de contacto 37 en el exterior 38 del cuerpo de distribución de calor 26 , mientras que el miembro en U superior 44, que se encuentra en un plano vertical con el miembro en U inferior 43, se extiende alejándose del cuerpo de distribución de calor 26 en la dirección de la parte lateral opuesta 6 del subrack 2.

Sin embargo, como se muestra en la figura 3, los tubos de calor 35 también se pueden disponer como tubos rectos a una pequeña distancia del subrack 2 economizando así espacio. Después los tubos se conectan térmicamente en sus lados de conexión 42 con sus superficies de contacto 37 con los lados exteriores 38 de los cuerpos de distribución de calor 26, 39.

El cuerpo de transporte de calor 18 se acopla a las fuentes de calor 15, 16 y/o el cuerpo de transporte de calor 18 se acopla al cuerpo o a los cuerpos de distribución de calor 26, 39 del subrack 2 y/o los tubos de calor 35 se acoplan al cuerpo o a los cuerpos de distribución de calor 26, 39 de manera que se transfiere calor, a través de superficies de contacto de calor adecuadas, que consisten preferentemente en superficies planas, de modo que se pueda producir una conexión por complementariedad de forma en cada caso. Las correspondientes superficies de contacto de calor están diseñadas preferentemente para ser lo más grandes posible y así transferir grandes flujos de calor.

El modo de funcionamiento de un tubo de calor 35 como intercambiador de calor, que permite transportar grandes cantidades de calor utilizando el calor de vaporización de un medio, es conocido en principio por el especialista. Aquí, se utiliza preferentemente un así denominado como caloducto, generalmente en forma de un volumen tubular en el que se encuentra el medio de trabajo del tubo de calor 35. El medio de trabajo que se evapora cuando se introduce calor en la zona de calentamiento del tubo de calor 35, es decir, en el área donde el tubo de calor 35 está acoplado al cuerpo de distribución de calor 26, 39, fluye a la zona de enfriamiento del tubo de calor 35, donde se condensa y el calor de condensación liberado puede liberarse al entorno. El medio de trabajo ahora líquido regresa a través de fuerzas capilares al punto en el que se introduce el calor. El uso de caloductos resulta ventajoso porque el proceso de retorno del medio de trabajo al evaporador es independiente de la posición, a diferencia de los tubos de calor 35 que funcionan según el principio de termosifón, en el que el medio de trabajo líquido retorna por gravedad. De esta manera, los caloductos utilizados aquí pueden unirse, como se muestra, horizontalmente en el subrack 2 sin temor a que se sequen porque el medio de trabajo condensado no fluye hacia atrás con la suficiente rapidez debido a que la inclinación es demasiado baja.

Los tubos de calor 35 están provistos en su superficie de múltiples disipadores de calor 45, que están diseñados preferentemente como aletas de refrigeración. Debido a que los tubos de calor 35 se extienden preferentemente por todo el ancho 36 del subrack 2, todo el lado superior 12 del subrack 2 está provisto preferentemente de disipadores de calor 45 conformando así una superficie de refrigeración muy grande. Como resultado, la pérdida de energía, que aumenta significativamente en el caso de los procesadores multinúcleo, también puede disiparse al entorno mediante la simple convección libre del aire a lo largo del disipador de calor 45. La potencia de perdida se libera así al aire circundante sin ventilador.

Los disipadores de calor 45 utilizados presentan preferentemente una forma de placa, en donde las placas están alineadas verticalmente reforzando la eliminación de calor mediante un enfriamiento por convección; en donde el flujo de aire 13 recorre los lados longitudinales de gran superficie de las placas del disipador de calor desde abajo hacia arriba. En este caso, preferentemente no se proporcionan disipadores de calor 45 separados para cada tubo de calor 35. En su lugar, los disipadores de calor 45 que se extienden en la dirección transversal 4 del subrack y están dispuestos paralelos entre sí están conectados respectivamente con los seis tubos de calor 35, de modo que el resultado es una distribución especialmente uniforme de la disipación de calor al aire que circula.

Dependiendo de la colocación de los tubos de calor 35, los disipadores de calor 45 están dispuestos por encima del volumen interior 14 del subrack 2 (figura 1) o sobresalen al menos parcialmente de este volumen interior 14 (figura 3).

La selección y disposición del tipo y la forma del disipador de calor 45 se realizan con el objetivo de proporcionar la mayor superficie de disipación térmica posible, en particular, para maximizar el número de disipadores térmicos 45 sobre la superficie del subrack 2. Los tubos de calor 35 permiten transportar el calor a disipar a través del disipador de calor 45 hasta el punto del subrack 2 más alejado del cuerpo de distribución de calor 26, 39 para aprovechar la mayor área posible del subrack 2 para la disipación del calor. De acuerdo con la invención, la pérdida de potencia en forma de calor se conduce fuera del módulo 3; sin embargo, el calor no se transporta a un disipador de calor alejado del subrack para disipar el calor. Por el contrario, el disipador de calor se implementa como parte del subrack 2 y, por lo tanto, en las inmediaciones del volumen interior 14 del subrack 2, aquí, en forma de tubos de calor 35 con disipadores de calor 45, de modo que la disipación del calor emitido o más precisamente la eliminación del calor fuera del subrack 2, se puede realizar mediante el flujo de aire que atraviesa el volumen interior 14 del subrack 2. Como alternativa a un gran número de disipadores de calor individuales (pequeños), también es posible utilizar un único disipador de calor (grande) provisto de orificios o aberturas para el paso del flujo de convección y con un gran número de superficies de refrigeración para la fijación a los tubos de calor 35, o varios disipadores de calor (grandes).

Debido a que la tecnología estándar de subracks de 19" sigue definiendo el sistema de montaje 1, también se pueden montar convencionalmente módulos con baja pérdida de potencia (aquí no mostrados) además de módulos cuya disipación de calor se realiza con la ayuda del concepto de disipación de calor conforme a la invención. Estos módulos, por ejemplo, módulos periféricos para entrada/salida digital, interfaces de datos, etc., continúan emitiendo calor a través de la superficie del componente y se pueden integrar al subrack 2 de la forma convencional. En otras palabras, también resulta posible instalar convencionalmente módulos con baja pérdida de potencia en el subrack 2 que se ha actualizado para la refrigeración según la invención, sin tener que utilizar el concepto de disipación de calor según la invención. El sistema de refrigeración sin ventilador 10 propuesto con la presente invención con cuerpo de transporte de calor 18, cuerpos de distribución de calor 26, 39 y tubos de calor 35 no impide el uso del subrack con un montaje de módulos tradicional sin aplicar el concepto especial de disipación de calor. Los subracks 2, que han sido mejorados como se ha descrito anteriormente en referencia al concepto de disipación de calor según la invención, se pueden utilizar por lo tanto de forma particularmente universal.

En aras de la claridad, las figuras no muestran las estructuras de fijación para los tubos de calor 35 ni el disipador de calor 45 unido a ellos, así como los posibles módulos periféricos, otros rieles de guía ni piezas del subrack.

Aunque la invención ha sido descrita e ilustrada en detalle mediante el ejemplo de ejecución preferido, dicha invención no está limitada por los ejemplos revelados y el especialista puede derivar de aquí otras variaciones sin abandonar el alcance de la presente invención según las reivindicaciones adjuntas.

Lista de símbolos de referencia

1 Sistema de montaje electrónico

2 Subrack

3 Módulo de procesador múltiple

4 Dirección transversal del subrack

5 Parte lateral del subrack

6 Parte lateral del subrack

7 Dirección longitudinal del subrack

8 Puente de conexión superior del subrack

9 Puente de conexión inferior del subrack

10 Sistema de refrigeración

11 Lado inferior del subrack

12 Lado superior del subrack

13 Flujo de aire

14 Volumen interior del subrack

15 Procesador, fuente de calor

16 Componente eléctrico/ electrónico, fuente de calor

17 Placa de circuitos impresos

18 Cuerpo de transporte de calor

19 Cuerpo de contacto

20 (libre)

21 Cuerpo base del cuerpo de transporte de calor

22 Primera superficie de contacto del cuerpo de transporte de calor

Segunda superficie de contacto del cuerpo de transporte de calor

Guía superior

Guía inferior

Cuerpo de distribución de calor superior

Dispositivo de bloqueo de cuña

Extremo de conexión

Cuña de extremo

(libre)

Ranura de inserción

Borde de la placa

Cuerpo de distribución de calor inferior

Cabeza de tornillo

Tubo de calor, caloducto

Ancho total del subrack

Superficie de contacto

Lado externo del cuerpo de distribución de calor

Cuerpo de distribución de calor superior

(libre)

Placa frontal

Lado de conexión

Miembro en U inferior

Miembro en U superior

Disipador de calor

Claims

REIVINDICACIONES

1. Sistema de refrigeración sin ventilador (10) para sistemas de montaje electrónico (1) para su uso en vehículos, en particular, en vehículos ferroviarios

- con un subrack (2) para alojar al menos un módulo (3), en particular, un módulo de procesador;

- con un cuerpo de transporte de calor (18) que se puede acoplar a un componente (15, 16) del módulo (3) de manera que transfiera calor;

- en donde el subrack (2) presenta al menos un cuerpo de distribución de calor (26; 39) al que se puede fijar el cuerpo de transporte de calor (18) de manera que se transfiera calor cuando el módulo (3) en cuyo componente (15, 16 ) está acoplado el cuerpo de transporte de calor (18), se aloja en el subrack (2);

- y con al menos un tubo de calor (35) conectado de manera que transfiere calor al cuerpo de distribución de calor (26; 39),

caracterizado porque

el subrack (2) presenta dos partes laterales (5, 6) que son perpendiculares a un lado inferior (11) y a un lado superior (12) del subrack (2) y que se extienden en la dirección transversal (4) del subrack; y

porque el lado inferior (11) y el lado superior (12) del subrack (2) son al menos parcialmente permeables al aire.

2. Sistema de refrigeración (10) según la reivindicación 1, en donde el cuerpo de transporte de calor (18) está diseñado como una carcasa que encierra, al menos parcialmente, una placa de circuitos impresos (17) del módulo (3).

3. Sistema de refrigeración (10) según la reivindicación 1 ó 2, con un dispositivo de bloqueo de cuña (27) para la fijación del cuerpo de transporte de calor (18) al cuerpo de distribución de calor (26; 39) de una manera que transfiere calor.

4. Sistema de refrigeración (10) según las reivindicaciones 1 a 3, en donde el, al menos un, tubo de calor (35) se extiende esencialmente sobre todo el ancho disponible (36) del subrack (2).

5. Sistema de refrigeración (10) según las reivindicaciones 1 a 4, en donde al menos un tubo de calor (35) está provisto de una pluralidad de disipadores de calor (45).

6. Sistema de refrigeración (10) según la reivindicación 5, en donde los disipadores de calor (45) están diseñados de tal forma que el calor emitido por los mismos puede ser evacuado por un flujo de convección que recorre el volumen interior (14) del subrack (2).

7. Sistema de montaje electrónico (1) con un sistema de refrigeración sin ventilador (10) según una de las reivindicaciones 1 a 6 para la refrigeración de un módulo de procesador (3) alojado en el subrack (2) y que presenta una pluralidad de procesadores multinúcleo (15) para una plataforma informática del lado del vehículo para un dispositivo de protección de trenes.