ITTO20080858A1 - ELECTRONIC EQUIPMENT - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
del brevetto per invenzione industriale dal titolo: “APPARECCHIATURA ELETTRONICA” of the patent for industrial invention entitled: "ELECTRONIC EQUIPMENT"
La presente invenzione è relativa ad una apparecchiatura elettronica. The present invention relates to an electronic apparatus.
Per apparecchiatura elettronica si intende una apparecchiatura costituita da alcuni componenti elettronici, quali, ad esempio, microprocessori, operazionali, diodi, resistenze, transistor, valvole elettroniche ecc, collegati elettricamente tra di loro attraverso opportuni collegamenti elettrici o attraverso opportune schede elettroniche al fine di svolgere determinate funzioni. By electronic equipment we mean an equipment consisting of some electronic components, such as, for example, microprocessors, opamps, diodes, resistors, transistors, electronic valves, etc., electrically connected to each other through appropriate electrical connections or through appropriate electronic boards in order to perform certain functions.
In particolare, la presente invenzione è relativa ad una apparecchiatura elettronica, in generale, e ad un convertitore elettronico di potenza, in particolare, cui la trattazione che segue farà esplicito riferimento senza per questo perdere in generalità. In particular, the present invention relates to electronic equipment, in general, and to an electronic power converter, in particular, to which the following discussion will make explicit reference without thereby losing generality.
Come è noto, un convertitore elettronico di potenza è realizzato da una serie di componenti elettronici connessi tra di loro attraverso opportuni collegamenti elettrici o attraverso opportune schede elettroniche. As is known, an electronic power converter is made up of a series of electronic components connected to each other through suitable electrical connections or through suitable electronic boards.
Al fine di garantire il buon funzionamento del convertitore elettronico è necessario che i diversi componenti elettronici che lo costituiscono siano opportunamente refrigerati attraverso dei sistemi di refrigerazione. In order to ensure the proper functioning of the electronic converter, the various electronic components that constitute it must be suitably cooled through refrigeration systems.
Generalmente i sistemi di refrigerazione dei diversi componenti siano comuni a più componenti dello stesso momento. Generally the refrigeration systems of the different components are common to several components at the same time.
In particolare, i sistemi di refrigerazione vengono normalmente realizzati in lega di alluminio, presentano una o più porzioni alettate e sono collegati, in alcuni casi, a dispositivi esterni di raffreddamento del tipo ad aria o a liquido. In particular, the refrigeration systems are normally made of aluminum alloy, have one or more finned portions and are connected, in some cases, to external cooling devices of the air or liquid type.
I diversi componenti disposti sui sistemi di refrigerazione ed i sistemi di refrigerazione stessi non presentano, generalmente, forme e dimensioni qualsiasi, nè sono disposti in posizioni arbitrarie, ma sono realizzati e distribuiti con precisi criteri volti a creare, di volta in volta, flussi preferenziali di evacuazione del calore con lo scopo di realizzare un uniforme raffreddamento dei diversi componenti. The various components arranged on the refrigeration systems and the refrigeration systems themselves do not generally have any shapes and sizes, nor are they arranged in arbitrary positions, but are made and distributed with precise criteria aimed at creating, from time to time, preferential flows. heat evacuation with the aim of achieving uniform cooling of the various components.
E’ importante osservare che i sistemi di refrigerazione, oltre alla funzione dissipativa dell’energia termica generata dai suddetti componenti svolgono anche una funzione di attacco e supporto dei diversi componenti. It is important to note that refrigeration systems, in addition to the dissipative function of the thermal energy generated by the aforementioned components, also perform an attachment and support function for the various components.
Così facendo nasce l’esigenza di garantire un idoneo isolamento tra i vari componenti posizionati sul sistema di refrigerazione che essendo realizzato in metallo non è per sua natura elettricamente isolante. By doing so, the need arises to ensure suitable insulation between the various components positioned on the refrigeration system which, being made of metal, is not by its nature electrically insulating.
Al fine di garantire l’isolamento elettrico richiesto al buon funzionamento del convertitore elettronico e una elevata conducibilità termica i diversi componenti elettronici possono presentare sulla superficie di contatto con il sistema di refrigerazione delle basette di materiale ceramico. In order to ensure the electrical insulation required for the proper functioning of the electronic converter and a high thermal conductivity, the various electronic components may have ceramic bases on the contact surface with the refrigeration system.
Per le ragioni che precedono i componenti elettronici e, quindi, anche il convertitore elettronico risultano essere relativamente complessi e particolarmente costosi. For the reasons that precede the electronic components and, therefore, also the electronic converter, turn out to be relatively complex and particularly expensive.
I convertitori noti, ma, in generale, la maggior parte delle apparecchiature elettroniche note, sono poi sensibili sia all’umidità che, inevitabilmente, produce condensa ma anche alle polveri e ad altri contaminati esterni. Per questa ragione, le apparecchiature elettroniche note vengono, generalmente, alloggiate in involucri esterni di protezione. Le caratteristiche realizzative degli involucri di protezione sono però sempre tali da raggiungere una condizione di compromesso tra lo smaltimento della potenza termica generata dai diversi componenti elettrici e la necessità di inibire l’ingresso di contaminati esterni o di acqua, qualora si preveda un utilizzo sommerso dell’apparecchiatura. The known converters, but, in general, most of the known electronic equipment, are then sensitive both to humidity which, inevitably, produces condensation but also to dust and other external contaminants. For this reason, known electronic equipment is generally housed in external protective casings. However, the manufacturing characteristics of the protective casings are always such as to reach a compromise condition between the disposal of the thermal power generated by the various electrical components and the need to inhibit the entry of external contaminants or water, if submerged use of the 'equipment.
In ambienti deflagranti, ad esempio, l’apparecchiatura elettronica viene confinata in un ambiente definito al fine di non permettere che un eventuale danneggiamento elettrico dell’apparecchiatura elettronica possa danneggiare l’ambiente esterno all’apparecchiatura elettronica. In explosive environments, for example, the electronic equipment is confined to a defined environment in order not to allow any electrical damage to the electronic equipment to damage the external environment of the electronic equipment.
La disposizione dei componenti in un ambiente ventilato, se da un lato, agevola lo scambio termico con l’ambiente esterno produce, dall’altro, l’ossidazione degli stessi componenti riducendone la funzionalità e la vita operativa. The arrangement of the components in a ventilated environment, if on the one hand, facilitates the heat exchange with the external environment, on the other hand, produces the oxidation of the same components, reducing their functionality and operational life.
L’utilizzo di involucri esterni dedicati non è però in alcuni casi sufficiente ad assolvere le funzioni di protezione e smaltimento del calore per cui, in alcuni casi, le apparecchiature vengono alloggiate in ambienti protetti e condizionati a fronte, però, di un innalzamento dei costi e dei consumi interni degli impianti. However, the use of dedicated external enclosures is not in some cases sufficient to perform the functions of heat protection and disposal so that, in some cases, the equipment is housed in protected and air-conditioned environments in the face, however, of an increase in costs. and internal consumption of the plants.
Scopo della presente invenzione è quella di realizzare una apparecchiatura elettronica, la quale consenta di risolvere in maniera semplice ed economica i problemi sopra esposti. The object of the present invention is that of realizing an electronic apparatus which allows the above problems to be solved in a simple and economical way.
Secondo la presente invenzione viene realizzata una apparecchiatura elettronica comprendente mezzi circuitali elettrici; un involucro esterno alloggiante i detti mezzi circuitali; e mezzi scambiatori di calore per dissipare il calore generato dai detti mezzi circuitali; caratterizzata dal fatto che il detto involucro è un involucro stagno ed i detti mezzi scambiatori di calore comprendono almeno un liquido elettricamente isolante e refrigerante alloggiato all’interno del detto involucro stagno. According to the present invention, an electronic apparatus is provided comprising electrical circuit means; an external casing housing said circuit means; and heat exchanger means for dissipating the heat generated by said circuit means; characterized by the fact that said casing is a watertight casing and said heat exchanger means comprise at least one electrically insulating and refrigerating liquid housed inside said watertight casing.
Preferibilmente, nell’apparecchiatura sopra definita, i mezzi circuitali sono direttamente ed almeno parzialmente annegati nel liquido elettricamente isolante e refrigerante, ed il liquido è un liquido polidimetilsiliconico. Preferably, in the apparatus defined above, the circuit means are directly and at least partially embedded in the electrically insulating and refrigerating liquid, and the liquid is a polydimethylsilicone liquid.
L'invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui: The invention will now be described with reference to the attached drawings, which illustrate a non-limiting example of embodiment, in which:
la figura 1 è una vista prospettica, con parti asportate per chiarezza, di una preferita forma di attuazione dell’apparecchiatura elettronica realizzata secondo i dettami della presente invenzione; e Figure 1 is a perspective view, with parts removed for clarity, of a preferred embodiment of the electronic equipment made according to the dictates of the present invention; And
la figura 2 è una figura analoga alla figura 1, ed illustra una variante di un particolare della figura 1. Figure 2 is a figure similar to Figure 1, and illustrates a variant of a detail of Figure 1.
Nella figura 1, con 1 è indicata, nel suo complesso, una apparecchiatura elettronica e nelle specifico un convertitore di potenza, cui la trattazione che segue farà esplicito riferimento senza per questo perdere in generalità. In Figure 1, 1 indicates, as a whole, an electronic equipment and specifically a power converter, to which the following discussion will make explicit reference without thereby losing generality.
L’apparecchiatura elettronica 1 comprende un involucro esterno stagno 2, il quale è, convenientemente, realizzato di materiale metallico ed alloggia un circuito elettrico 3 comprendente una pluralità di componenti 4, di per sé noti e non descritti in dettaglio, ed una pluralità di elementi di connessione elettrica 5 dei componenti 4 stessi fra loro del tipo a filo e/o a circuito integrato. The electronic equipment 1 comprises a watertight outer casing 2, which is conveniently made of metallic material and houses an electric circuit 3 comprising a plurality of components 4, per se known and not described in detail, and a plurality of elements electrical connection 5 of the components 4 themselves of the wire and / or integrated circuit type.
L’involucro stagno 2 alloggia, inoltre, un liquido elettricamente isolante e refrigerante e, convenientemente, un liquido polidimetilsiliconico, nel quale il circuito elettrico è direttamente annegato. Il liquido presenta una conduttività termica variabile tra 0.10 e 0.20 W|(mK), un fattore di dissipazione a 25° e 50 Hz variabile tra 0.00009 e 0,00015, una temperatura di combustione maggiore di 350° ed un potere calorifico basso rispetto ad altri liquidi isolanti di classe K. Convenientemente, il liquido utilizzato è noto con il termine commerciale “DOW CORNING® 561”. The watertight casing 2 also houses an electrically insulating and coolant liquid and, conveniently, a polydimethylsilicone liquid, in which the electrical circuit is directly drowned. The liquid has a thermal conductivity varying between 0.10 and 0.20 W | (mK), a dissipation factor at 25 ° and 50 Hz varying between 0.00009 and 0.00015, a combustion temperature greater than 350 ° and a low calorific value compared to other insulating liquids of class K. Conveniently, the liquid used is known under the commercial term “DOW CORNING® 561”.
Nella variante illustrata nella figura 2, l’involucro esterno 2 alloggia, inoltre, uno scambiatore 7 di calore, schematicamente illustrato, il quale è, anch’esso, in parte immerso nel liquido ed è collegato ad una unità 8 di raffreddamento, di per sé nota e anch’essa schematicamente illustrata, disposta all’esterno all’involucro 2, e, a sua volta, predisposta per il collegamento ad una unità, non illustrata, per il recupero del calore sottratto al liquido refrigerante. In the variant illustrated in Figure 2, the external casing 2 also houses a heat exchanger 7, schematically illustrated, which is also partially immersed in the liquid and is connected to a cooling unit 8, per itself known and also schematically illustrated, arranged outside the casing 2, and, in turn, arranged for connection to a unit, not shown, for recovering the heat removed from the refrigerant liquid.
Da quanto precede appare evidente che nell’apparecchiatura 1 descritta, i diversi componenti, per il fatto di essere direttamente annegati nel liquido refrigerante trasferiscono direttamente al liquido il calore generato ed operano, quindi, tutti in condizioni di temperatura uniforme. From the foregoing it is clear that in the apparatus 1 described, the different components, by virtue of being directly drowned in the coolant, transfer the heat generated directly to the liquid and therefore all operate under uniform temperature conditions.
In particolare i diversi componenti vengono tutti uniformemente raffreddati, non presentando quindi problemi di riscaldamento locali che possono portare alla rottura del componente stesso. In particular, the different components are all uniformly cooled, thus not presenting local heating problems that can lead to the breakage of the component itself.
La presenza del liquido refrigerante ed elettricamente isolante evita, quindi, l’uso delle tradizionali basette ceramiche isolanti eliminando conseguentemente tutti i problemi ad esse connessi, quali le imposte forme, dimensioni e caratteristiche costruttive dei componenti elettrici nonché la determinata disposizione sulle stesse basette. The presence of the coolant and electrically insulating liquid therefore avoids the use of traditional insulating ceramic bases, consequently eliminating all the problems associated with them, such as the imposed shapes, dimensions and construction characteristics of the electrical components as well as the specific arrangement on the bases themselves.
L’assenza della basetta ceramica isolante elimina, poi, i problemi legati ai costi derivanti dall’utilizzo di materiali speciali, quali i materiali ceramici, mentre il problema dell’isolamento elettrico tra i diversi componenti viene risolto agevolmente sollevando i componenti dal sistema di raffreddamento e facendo lambire il componente dal liquido refrigerante. Ne consegue, quindi, che i componenti utilizzati nell’apparecchiatura descritta risultano essere costruttivamente più semplici e di costo più contenuto rispetto ai componenti noti e, in alcuni casi, la realizzazione del circuito elettrico è agevolata. The absence of the insulating ceramic base then eliminates the problems related to costs deriving from the use of special materials, such as ceramic materials, while the problem of electrical insulation between the different components is easily solved by lifting the components from the cooling system. and letting the coolant lick the component. It follows, therefore, that the components used in the described equipment are constructively simpler and of lower cost than known components and, in some cases, the construction of the electrical circuit is facilitated.
Il fatto, poi, di immergere completamente i diversi componenti nel liquido refrigerante risolve definitivamente tutti i problemi legati alla presenza di umidità e all’esposizione di polveri e, in generale, di contaminanti esterni. The fact, then, of completely immersing the different components in the coolant definitively solves all the problems related to the presence of humidity and the exposure of dust and, in general, of external contaminants.
In particolare l’immersione evita anche tutti i problemi di contenimento associati agli ambienti speciali, come l’ambiente deflagrante, nel quale una eventuale scintilla causata dal danneggiamento di un componente potrebbe causare seri problemi. In particular, immersion also avoids all the containment problems associated with special environments, such as the explosive environment, in which any spark caused by damage to a component could cause serious problems.
Infine, l’utilizzo del liquido refrigerante ed il fatto di prevedere all’interno dell’involucro esterno uno scambiatore di calore collegato ad una unità esterna per il controllo della temperatura dello stesso liquido refrigerante consente di dissipare il calore prodotto dal circuito elettrico e di controllare la temperatura indipendentemente dalle condizioni esterne di utilizzo dell’apparecchiatura elettronica 1 descritta e, conseguentemente, non è più necessario alloggiare l’apparecchiatura 1 in ambienti protetti e condizionati limitando sensibilmente i costi iniziali e di funzionamento. Non solo, ma essendo l’involucro esterno 2 stagno, realizzato di materiale metallico e riempito di liquido, l’apparecchiatura 1 descritta risulta essere insensibile alla pressione esterna e quindi tale da poter operare in acqua anche ad elevate profondità. Finally, the use of the refrigerant liquid and the fact of providing inside the external casing a heat exchanger connected to an external unit to control the temperature of the refrigerant liquid allows to dissipate the heat produced by the electrical circuit and to control the temperature regardless of the external conditions of use of the electronic apparatus 1 described and, consequently, it is no longer necessary to house the apparatus 1 in protected and conditioned environments, significantly limiting the initial and operating costs. Not only that, but since the external casing 2 is watertight, made of metal material and filled with liquid, the described apparatus 1 is insensitive to external pressure and therefore such as to be able to operate in water even at great depths.
Infine, la particolare trasparenza del liquido utilizzato agevola sensibilmente le operazioni di ispezione visiva dei diversi componenti costituenti l’apparecchiatura elettronica in caso di anomale di funzionamento dell’apparecchiatura elettronica stessa. Finally, the particular transparency of the liquid used significantly facilitates the visual inspection operations of the various components making up the electronic equipment in the event of abnormal operation of the electronic equipment itself.
Da quanto precede appare evidente che all’apparecchiatura 1 descritta possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall’ambito protettivo definito dalla rivendicazione indipendente. From the foregoing it is clear that modifications and variations may be made to the described apparatus 1 without thereby departing from the protective scope defined by the independent claim.
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