ITVI20100087A1

ITVI20100087A1 - Protezione per componenti elettronici all'interno di un dispositivo elettronico, relativo dispositivo elettronico e uso

Info

Publication number: ITVI20100087A1
Application number: IT000087A
Authority: IT
Inventors: Cristina Battaglia; Luciano Panella
Original assignee: Panatronix S R L
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2010-03-26
Publication date: 2011-09-27

Description

PROTEZIONE PER COMPONENTI ELETTRONICI ALL’INTERNO DI UN DISPOSITIVO ELETTRONICO, RELATIVO DISPOSITIVO ELETTRONICO E USO.

DESCRIZIONE

Campo tecnico

L'invenzione riguarda una protezione per componenti elettronici all’interno di un dispositivo elettronico che comprende una carcassa ermeticamente chiudibile. Inoltre, l'invenzione concerne un relativo dispositivo elettronico che contiene tale protezione e un relativo uso di tale protezione.

Stato dell’arte

Dispositivi elettronici, e in particolare i loro componenti elettronici, sono molto sensibili al calore e a sostanze dannose che potrebbero danneggiarli, come umidità, gas corrosivi e polvere. Durante il loro funzionamento, i componenti elettronici creano molto calore che deve essere asportato per garantire il buon funzionamento degli stessi. Scatole di computer contengono a questo scopo per esempio una ventola posta davanti ad aperture di aerazione praticate su di essa. Questo sistema è sufficiente se l’ambiente in cui è posto il computer non contiene sostanze dannose. Se il computer o altri dispositivi elettronici devono invece essere utilizzati in ambienti dannosi, come nella produzione dell’industria chimica, farmaceutica o galvanica, per nominare solo alcuni esempi, l’aerazione fatta come sopra illustrata introduce aria contaminata all’interno del dispositivo elettrico pregiudicando il suo funzionamento fino alla rottura dei componenti elettronici, e in particolare quelli di calcolo, nel giro di poco tempo. Per ovviare a questo problema, di solito si mettono i dispositivi elettronici in armadi raffreddati ermeticamente chiusi per proteggere i dispositivi elettronici dall’ambiente pericoloso. Questo comporta diversi svantaggi: l’armadio occupa molto spazio e il dispositivo elettronico non può essere utilizzato sul posto, quindi si rendono necessari lunghi collegamenti fra l’armadio e il macchinario che viene controllato dal rispettivo dispositivo elettronico, ciò che comporta anche notevoli costi. Componenti di potenza possono essere coperti con speciali resine per proteggerli da sostanze dannose, una misura che non è idonea per componenti elettronici di calcolo, come per esempio processori o in genere schede con circuiti elettronici. Una copertura degli elementi di calcolo con scatole stagne comporta un aumento della temperatura all’interno che pregiudica il buon funzionamento dei componenti elettronici e che non può essere compensato dall’uso di dissipatori di calore posti sotto i componenti elettronici.

Presentazione dell’invenzione

Lo scopo della presente invenzione è di realizzare una protezione per componenti elettronici, in particolare componenti di calcolo, all’interno di un dispositivo elettronico che fornisca un adeguato isolamento termico e da sostanze dannose dell’ambiente per poter utilizzare il dispositivo elettronico anche direttamente nell’ambiente dannoso. Ulteriore scopo dell’invenzione è di proporre un rispettivo dispositivo elettronico i cui componenti elettronici siano protetti dal calore prodotto dagli elementi elettronici stessi e dalle sostanze dannose dell’ambiente circondante.

Gli scopi dell’invenzione sono raggiunti da una protezione del tipo menzionato inizialmente che comprende inoltre uno scambiatore termico con almeno due percorsi di fluidi separati in cui un primo dei percorsi comunica con l’interno della carcassa e in cui il primo percorso e l’interno della carcassa sono isolati contro l’esterno della carcassa e in cui il fluido del primo percorso è l’aria interna della carcassa. Una tale protezione garantisce che l’aria a contatto con i componenti elettronici, che si trovano all’interno della carcassa, non viene contaminata dall’ambiente eventualmente dannoso circostante. Contemporaneamente, lo scambiatore termico permette un’adeguata asportazione del calore prodotto dai componenti elettronici. Vantaggiosamente, lo scambiatore termico si trova in una posizione che permette di posizionare i componenti elettronici di sotto a questo per sfruttare la direzione verticale ascendente di aria calda per dirigerla automaticamente nello scambiatore,

Come dispositivo elettronico s’intende qualsiasi dispositivo elettronico, come dispositivi di controllo, dispositivi di comando, dispositivi di monitoraggio, dispositivi di misurazione o di analisi, dispositivi che producono onde elettromagnetiche (in particolare generatori ultrasuoni), raddrizzatori di corrente, switching, computer, ecc.

In una variante preferita dell’invenzione, il primo percorso è separato dalla carcassa tramite una piastra e la comunicazione fra il primo percorso e la carcassa viene realizzata da almeno due aperture ricavate nella piastra. Questo permette di creare un circolo di aria che entra per un’apertura nello scambiatore e lo lascia per l’altra per rientrare nella carcassa. Preferibilmente, i componenti elettronici che producono più calore sono disposti di sotto a un’apertura e quelli che producono meno calore di sotto all'altra apertura. L’aria calda creata dai componenti più caldi sale ed entra per la prima apertura nello scambiatore. Lo spazio lasciato da quest’aria viene riempito dataria più fredda sopra i componenti meno caldi creando in questa maniera un flusso di aria, simile allo sviluppo di un vento.

Preferibilmente, in un’altra variante dell’invenzione una delle aperture comprende un dispositivo di aspirazione. Così si aumenta la velocità del flusso migliorando il raffreddamento dell’aria. Un dispositivo di aspirazione idoneo, semplice e poco costoso è per esempio una ventola.

In una variante vantaggiosa dell’invenzione, lo scambiatore termico è uno scambiatore aria-aria in cui un secondo percorso dei almeno due percorsi di fluidi è un percorso in comunicazione con l’esterno della carcassa in cui circola come secondo fluido l’aria che si trova all’esterno della carcassa. L’esterno della carcassa di solito è l’interno della scatola del dispositivo elettronico. Dispositivi elettronici dispongono quasi sempre di sistemi di aerazione che aiutano in questo caso anche a raffreddare il fluido del secondo percorso dello scambiatore. Ipotizzabile è anche il caso, in cui lo scambiatore della protezione venga così integrato nella scatola del dispositivo elettronico che sporge da questa. In questo caso l’aria all’esterno del dispositivo elettronico rappresenta il secondo fluido.

Preferibilmente, lo scambiatore aria-aria è una lamiera ondulata formante una pluralità di canali adiacenti in cui i canali del primo e del secondo percorso di fluido si alternano. Queste lamiere sono ben note nel settore degli scambiatori e possono essere prodotte a basso costo. In genere sono lamiere di alluminio. Sono preferite lamiere in materiali che consentono un efficace scambio termico.

Vantaggiosamente, le estremità dei canali del primo percorso sono sigillate da una resina. Resine ben note all’esperto, come resine di silicone, consentono una chiusura ermetica e affidabile che si adattano facilmente alle forme delle aperture da chiudere.

Come misura supplementare, è vantaggioso dotare la protezione anche di un dissipatore come supporto per i componenti elettronici. Il dissipatore favorisce ulteriormente il raffreddamento dei componenti elettronici.

Un altro aspetto importante dell’invenzione riguarda un dispositivo elettronico che comprende una protezione secondo l’invenzione nella quale sono contenuti componenti elettronici del dispositivo elettronico. Qualsiasi dispositivo elettronico può essere dotato di una tale protezione per proteggere i componenti elettronici interni dal calore prodotto dagli stessi e da un ambiente eventualmente dannoso.

Per motivi di spazio e semplicità della carcassa il dispositivo elettronico comprende una scatola esterna in cui almeno una parte di una sua parete forma una parete della carcassa della protezione.

L’uso della protezione secondo l’invenzione per la protezione di componenti elettronici all’interno di un dispositivo elettronico è particolarmente vantaggioso in ambienti dannosi per componenti elettronici. Specialmente ambienti di galvanica sono noti per le capacità corrosive degli acidi di distruggere facilmente componenti elettronici. Ma l’uso della protezione è particolarmente vantaggioso in tutti gli ambienti dannosi per componenti elettronici, come ambienti corrosivi o esplosivi, collegati in particolare all’industria chimica, farmaceutica e metallurgica. Ambienti dannosi comprendono anche ambienti molto umidi o carichi di polveri.

Varianti dell’invenzione sono oggetto delle rivendicazioni dipendenti. Ulteriori caratteristiche e particolarità dell’invenzione saranno meglio evidenziate nella descrizione di una preferita forma esecutiva, data a titolo indicativo ma non limitativo.

Breve descrizione dei disegni

L’invenzione viene illustrata ora con l’ausilio delle tavole di disegno allegate dove:

- la fig. 1 rappresenta in una vista assonometrica una protezione secondo l’invenzione;

- la fig. 2 rappresenta la protezione della fig. 1 in una vista dal basso;

- la fig. 3 mostra la protezione della fig. 1 in una sezione longitudinale con due pareti aggiunte;

- la fig. 4 mostra la protezione della fig. 1 in una vista frontale;

- la fig. 5 illustra la protezione della fig. 1 in una vista dall’alto;

- la fig. 6 è una rappresentazione della piastra della protezione della fig. 1 che separa la carcassa dallo scambiatore termico; e

- la fig. 7 è un dispositivo elettronico che contiene la protezione della fig. 1 in una vista schematica assonometrica.

Descrizione del preferito esempio d’esecuzione

Elementi uguali hanno numeri di riferimento uguali in tutti i disegni, Come si osserva in fig. 1 , una protezione per componenti elettronici di un dispositivo elettronico è denominata complessivamente con 2. La protezione 2 comprende una carcassa 4 e uno scambiatore termico aria-aria 6. La carcassa qui rappresentata comprende soltanto due pareti laterali 8a e 8b. Le due pareti mancanti possono essere applicate singolarmente oppure possono essere formate da parti delle pareti del relativo dispositivo elettronico. Sono ipotizzabili anche carcasse con quattro pareti. Lo scambiatore termico 6 è realizzato da una lamiera ondulata in cui sono formati dei canali. Canali in comunicazione con l’interno della carcassa 10a si alternano con canali 10b in comunicazione con l’esterno della carcassa 4. Nella carcassa 4 si osservano dei componenti elettronici (accennati solo schematicamente) 11a e 11b che sono disposti sopra un dissipatore di supporto 12. Fra scambiatore termico 6 e carcassa 4 è situata una piastra 14 che viene meglio illustrata nella figura 2.

La fig. 2 mostra la protezione 2 della fig. 1 vista dal basso rappresentando in particolare la piastra 14. Si notano due aperture 16a e 16b attraverso le quali si vedono i canali dello scambiatore 6.

Sull’apertura 16a è applicata una ventola 18, a questo proposito l’apertura è vantaggiosamente circolare, mentre l’altra apertura 16b può essere anche rettangolare. La ventola 18 si trova al di sopra dei componenti elettronici 11a che sono quelli componenti che producono più calore.

La fig. 3 mostra una sezione longitudinale della protezione 2 della fig. I in cui sono state aggiunte due pareti 20a e 20b. I componenti elettronici 11a producono calore, cioè aria calda. L’aria calda sale, passa attraverso l’apertura 16a (aspirata dalla ventola 18) nello scambiatore 6, attraversa in direzione longitudinale lo scambiatore 6 e torna raffreddata attraverso l’apertura 16b nella carcassa 4.

Successivamente, l’aria passa sopra il dissipatore 12 e torna verso i componenti elettronici 11a dove si chiude il circolo deN’aria, indicato complessivamente con X.

La fig. 4 mostra la protezione 2 in una vista frontale. Si osservano bene i canali alternanti 10a e 10b ove i canali 10a sono sigillati con una resina per isolarli verso l’esterno della protezione 2 mentre i canali 10b sono accessibili per l’aria esterna.

La fig. 5 mostra la protezione 2 della fig. 1 dall’alto. Si osserva bene l’estensione dello scambiatore 6 per gran parte della superficie della protezione 2 garantendo così un efficace scambio termico attraverso una grande superficie.

La fig. 6 mostra la piastra 14 della protezione della fig. 1 con l’apertura circolare 16a e l’apertura rettangolare 16b. L’apertura circolare 16a è adatta per alloggiare una classica ventola.

La fig. 7 infine, mostra la protezione 2 installata in un dispositivo elettronico complessivamente denominato con 22. Il dispositivo elettronico comprende una scatola 24 la cui una parete 24a rappresenta in parte la parete 20b della carcassa della protezione 2.

II dispositivo elettronico 22 comprende al di fuori della protezione 2 dei componenti di potenza 26 che non necessitano della particolare protezione che offre la protezione 2 ai sensibili componenti elettronici 11a e 11 b. Per motivi di chiarezza nel disegno sono stati omessi alcuni numeri di riferimento. Lo spazio all’interno della carcassa della protezione 2 e dei canali 10a è ermeticamente isolato dall’esterno della protezione 2 che corrisponde all’interno della scatola 24 del dispositivo elettronico 22.

Inutile dire che la protezione e il dispositivo elettronico illustrati sono solo un esempio e possono avere varie dimensioni e forme.

E’ stato raggiunto lo scopo della presente invenzione di realizzare una protezione per componenti elettronici, in particolare componenti di calcolo, all’interno di un dispositivo elettronico. La protezione proposta fornisce un adeguato isolamento termico e da sostanze dannose dell’ambiente per poter utilizzare il dispositivo elettronico anche direttamente in ambienti dannosi.

L’invenzione ha inoltre proposto un rispettivo dispositivo elettronico i cui componenti elettronici sono protetti dal calore prodotto dagli elementi elettronici stessi e dalle sostanze dannose dell'ambiente circondante. La protezione proposta è di semplice ed economica costruzione.

In fase esecutiva, alla protezione, al dispositivo elettronico e all’uso oggetti dell’invenzione potranno essere apportate ulteriori modifiche o varianti esecutive non descritte. Qualora tali modifiche o tali varianti dovessero rientrare neH’ambito delle rivendicazioni che seguono, si dovranno ritenere tutte protette dal presente brevetto.

Claims

RIVENDICAZIONI 1) Protezione (2) per componenti elettronici (11 a, 1 1 b) all’interno di un dispositivo elettronico (22) comprendente una carcassa (4) ermeticamente chiudibile caratterizzata dal fatto che comprende inoltre uno scambiatore termico (6) con almeno due percorsi di fluidi separati (10a, 10b) in cui un primo di detti percorsi (10a) comunica con l'interno di detta carcassa (4) e in cui detto primo percorso (10a) e l’interno di detta carcassa (4) sono isolati contro l’esterno della carcassa (4) e in cui il fluido di detto primo percorso (10a) è l’aria interna di detta carcassa (4).
2) Protezione (2) secondo la rivendicazione 1 ) caratterizzata dal fatto che detto primo percorso (10a) è separato da detta carcassa (4) tramite una piastra (14) e che la comunicazione fra detto primo percorso (10a) e detta carcassa (4) viene realizzata da almeno due aperture (16a, 16 b) ricavate in detta piastra (14).
3) Protezione (2) secondo la rivendicazione 2) caratterizzata dal fatto che una di dette aperture (16a) comprende un dispositivo di aspirazione (18).
4) Protezione (2) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto che detto scambiatore termico (6) è uno scambiatore aria-aria e che un secondo percorso (10b) di detti almeno due percorsi di fluidi (10a, 10b) è un percorso in comunicazione con l’esterno di detta carcassa (4) in cui circola come secondo fluido l’aria che si trova all’esterno di detta carcassa (4).
5) Protezione (2) secondo la rivendicazione 4) caratterizzata dal fatto che detto scambiatore aria-aria (6) è una lamiera ondulata formante una pluralità di canali adiacenti (10a, 10b) in cui i canali di detto primo (10a) e di detto secondo percorso di fluido ( 10b) si alternano.
6) Protezione (2) secondo la rivendicazione 5) caratterizzata dal fatto che le estremità di detti i canali di detto primo percorso (10a) sono sigillate da una resina.
7) Protezione (2) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto che comprende inoltre un dissipatore (12) come supporto per detti componenti elettronici (11a, 11 b).
8) Dispositivo elettronico (22) caratterizzato dal fatto che comprende una protezione (2) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti nella quale sono contenuti componenti elettronici (11 a, 11 b) di detto dispositivo elettronico (22).
9) Dispositivo elettronico secondo la rivendicazione 8) caratterizzato dal fatto che comprende una scatola esterna (24) in cui almeno una parte di una sua parete (24a) forma una parete (20b) di detta carcassa (4) di detta protezione (2).
10) Uso della protezione (2) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 ) a 7) per la protezione di componenti elettronici ( 11 a , 11 b) all’interno di un dispositivo elettronico (22) in ambienti dannosi per componenti elettronici (11 a, 11 b), in particolare in ambienti di galvanica.