RESFRIAMENTO DE ESTRUTURA ABERTA DE UM COMPUTADOR INDUSTRIAL

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Abstract

RESFRIAMENTO DE ESTRUTURA ABERTA DE UM COMPUTADOR INDUSTRIAL. CAMPO DA INVENÇÃO . O presente modelo de utilidade, de um modo geral, refere-se ao resfriamento de computadores. Mais particularmente, refere-se a um computador usando resfriamento por convecção natural. 5.243.493, por exemplo, descreve um desenho de resfriamento por convec- çáo sem ventilador para um computador pessoal a fim de evitar o ruído associado com um ventilador. O documento descreve que há um envoltório para alojamento do computador pessoal. O envoltório define uma cavidade.Nessa cavidade, componentes principais de produção de calor, como o suprimento de energia e transistores de energia, são proporcionados em uma frente de topo conectada a um dissipador de calor. Existe ainda uma placa mestre de circuito impresso preso a um lado na parte traseira da cavidade. Outros painéis de circuito impresso são presos, vertical e perpendicularmente ao painel de circuito impresso mestre. Em Natural Convection Enhancement of Channel Array in Con- junction with Wall Surface, Conference on Thermal and Thermomechanical Phenomena in Electronic Systems, 2004, ITHERM 04, The Ninth lntersociety 1-4 June 2004, page 128 - 133, Kazuaki Yazawa descreve a otimização de resfriamento passivo para gerenciamento térmico de componentes eletrônicos do consumidor, a fim de reduzir o ruído que, de outro modo, está asso- ciado com o resfriamento ativo. O documento descreve o uso do chamado efeito chaminé usando uma parede de envoltório para dissipar calor para o ambiente. A parede inclui um arranjo de canais. O interior da parede, além disso, é conectado a um disseminador isotérmico. Uma fonte de calor em um PWB, por sua vez, é conectada a esse disseminador. Uma solução similar para um PO é descrita na US. 5.671.120, a fim de remover o uso de um ventilador, uma vez que um ventilador pode ser propenso a erro e a ruído. Nesse documento, uma placa-mãe tem lCs mon- tados em um primeiro lado e conexões para portas e periféricos em um segundo lado oposto. A placa-mãe, via o referido primeiro lado, é montada em uma placa de dissipador de calor. Uma estrutura condutora de calor é proporcionada entre os lCs na placa-mãe e a placa de dissipação de calor. A placa de dissipação de calor, além disso, é uma parede do envoltório para o computador. Um cartão-espelho (riser card) também é proporcionado no segundo lado da placa-mãe a fim de permitir a montagem de cartões de expansão na placa-mãe. Em vista do que foi descrito acima, portanto, há uma necessidade de fornecimento de um resfriamento sem ventilador de um computador. SUMÁRIO DA INVENCÃO . Um objetivo do presente modelo de utilidade é proporcionar um computador onde a acumulação de poeira é evitada durante o resfriamento. Esse objetivo, de acordo com um primeiro aspecto do presente modelo de utilidade, é resolvido através de um computador usando resfriamento por convecção natural, compreendendo: uma estrutura com paredes que se estendem em uma primeira direção e definindo e encerrando uma câmara tendo uma extremidade superior aberta e uma extremidade inferior aberta proporcionada perpendicular à primeira direção, onde uma das paredes é um dissipador de calor e a câmara inclui elementos do computador, os elementos compreendendo: - um painel principal que se estende na primeira direção na câmara, adjacente à parede de dissipação de calor e tendo um primeiro lado voltado para dentro, em direção ao interior da câmara, e um segundo lado oposto voltado para a parede de dissipação de calor e compreendendo componentes de geração de calor colocados para serem resfriados pela parede de dissipação de calor e pelo menos um painel auxiliar conectado ao primeiro lado do painel principal e sendo colocado para se estender na pri- meira direção na câmara, bem como em ângulos retos em relação ao painel principal. O presente modelo de utilidade tem um número de vantagens. Ela evita a acumulação de poeira na estrutura. Tem baixas exigências de manutenção por causa da remoção de um ventilador. Além disso, não há necessidade de filtros de ar e problemas associados com esses filtros, tais como ficarem obstruidos. BREVE DESCRICÃO DOS DESENHOS . O presente modelo de utilidade será descrito a seguir, com referência sendo feita aos desenhos anexos, onde: A figura 1 mostra uma vista em perspectiva de um computador industrial montado em um espaço de controle de um sistema de transmissão de energia de alta tensão; A figura 2 mostra uma vista em perspectiva da estrutura para o computador da figura 1; A figura 3 mostra uma vista de cima de um computador simplifi- cado de acordo com uma primeira modalidade do presente modelo de utilidade; A figura 4 mostra uma vista de cima de um computador simplificado de acordo com uma segunda modalidade do presente modelo de utilidade; A figura 5 mostra uma vista de cima de um computador simplifi- ado de acordo com uma terceira modalidade do presente modelo de utili- ade; e A figura 6 mostra uma vista de cima da estrutura para o compu- ador sendo conectada a uma placa de montagem. ESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO . A seguir, uma descrição detalhada das modalidades preferidas e um computador de acordo com o presente modelo de utilidade será dada. Na figura 1 é mostrada uma vista em perspectiva de um computador industrial 16 de acordo com o presente modelo de utilidade sendo ontado em uma parede de um espaço de controle 10. O espaço de controle 10 é aqui um espaço de controle dotado de condicionamento de ar e, portanto, o espaço 10 é dotado de uma saída 12 para aspiração de ar do espa- ço e uma entrada 14 para fornecimento de ar do espaço. Aqui, a saída 12 é mostrada perto do teto do espaço 10 e a entrada 14 perto do piso do espaço 10. O computador 16, além disso, é proporcionado em uma estrutura 18, que é aqui montada em uma parede do espaço 10, usando uma placa de montagem 19. Normalmente, o computador no espaço de controle será montado em um cubículo de controle com outros componentes. Aqui, o computador é mostrado como estando montado na parede do espaço a fim de mostrar claramente que ele não deve ficar diretamente no piso, mas será colocado acima dele. A razão para isso se tornará evidente mais tarde, na descrição. A figura 2 mostra uma vista em perspectiva da estrutura 18 na figura 1. O quadro 18, que é proporcionado aqui como um cilindro com corte transversal quadrático, tem um número de paredes, número que é pelo menos dois e aqui quatro. Uma parede é uma parede dianteira e a outra é uma parede traseiras unidas uma à outra por duas paredes laterais. A parede dianteira é a parede mais distante na figura, enquanto a parede traseira é bloqueada na figura. Todas as paredes aqui se estendem em uma primeira direção Dl, que, na figura 2 é uma direção vertical. As paredes dianteira e traseira se estendem, adicionalmente, em uma segunda direção D2 perpendicular à primeira direção Dl, enquanto as paredes laterais, adicionalmente, estendem-se em uma terceira direção D3. As paredes, assim, definem e encerram uma câmara 28. Desse modo, a câmara 28 aqui tem uma seção transversal quadrática e tem uma extremidade aberta superior 20 e uma extremidade aberta inferior 22. A extremidade aberta inferior 22 pode ser destinada a facear o piso do espaço de controle, enquanto a extremidade aberta superior 20 pode ser destinada a facear o teto do espaço. Aqui, deve ser entendido que cada extremidade aberta pode ser coberta por uma tela protetora e de blindagem, por exemplo, na forma de uma malha de arame ou uma folha perfurada de um material, como, por exemplo, metal. Dessa maneira, a extremidade aberta superior 20 é proporcionada em um primeiro plano que se estende nas segunda e terceira direções D2 e D3 e, assim, é perpendicu- lar à primeira direção e a extremidade aberta inferior 22 é proporcionada em um segundo plano que se estende nas segunda e terceira direções D2 e D3, segundo plano que é, assim, também perpendicular à primeira direção, bem como paralelo com o primeiro plano. De acordo com o presente modelo de utilidade, uma das paredes, aqui a parede traseira, que pode ser destinada a facear uma parede do espaço, é proporcionada na forma de um dissipador de calor. Deve ser entendido aqui que a estrutura 18 pode ter qualquer tipo de seção transversal adequada, como quadrática e triangular e que qualquer parede pode proporcionar um dissipador de calor. É vantajoso se o dissipador de calor for proporcionado por uma parede desprovida de curvatura. Essa parede, então, se estenderá na pri- meira direção Dl, bem como em outra direção, a segunda ou a terceira dire- ção D2 ou D3 e, assim, ser perpendicular aos primeiro e segundo planos. Contudo, as outras paredes da estrutura podem ter uma curvatura, por exemplo, como metade de um cilindro elíptico ou metade de um cilindro circular. A figura 3 mostra uma vista de cima de um computador simplificado 16 de acordo com uma primeira modalidade do presente modelo de utilidade. A câmara 28 é mostrada aqui circundada por quatro paredes, incluindo a parede dianteira 24 e a parede traseira 26. Na figura, pode ser visto claramente que a parede traseira 26 também é um dissipador de calor. A parede de dissipador de calor 26 inclui uma placa retangular dotada de ale- tas em seu lado exterior voltado para longe da câmara 28. Essas aletas se estendem na primeira direção e, assim, estiram-se da extremidade aberta inferior para a extremidade aberta superior. Essas aletas, além disso, são espaçadas uma da outra, na segunda direção. Esse espaçamento das aletas uma da outra define um número de canais 30 no dissipador de calor entre as aletas, canais que, assim, estendem-se, cada um deles, na primeira direção da extremidade aberta inferior para a extremidade aberta superior 20 da estrutura. A placa de dissipação de calor 26 é feita, de preferência, de um material de resfriamento adequado, por exemplo, aluminio. No interior da câmara 28, além disso, é proporcionado um painel principal 32, denotado, frequentemente, placa-mãe. Esse painel principal 32 é proporcionado no interior da câmara 28 e se estende na primeira direção e, aqui, também na segunda direção, adjacente e em paralelo com a parede de dissipação de calor 26 e, assim, também se estira da extremidade aberta inferior para a superior. Esse painel principal 32 tem um primeiro lado que se volta para dentro, para o interior da câmara 28 e, assim, para o centro da câmara 28, bem como um segundo lado oposto que é voltado para a parede de dissipação de calor 26. No primeiro lado do painel principal 32 há conectados primeiro, segundo e terceiro painéis auxiliares 34, 36 e 38, frequentemente denotados painéis de POI (Peripheral Component lnterConnect). Esses painéis auxiliares 34, 36, 38 são colocados para se estenderem na pri- meira direção e aqui também na terceira direção na câmara 28 e, desse modo, em ângulos retos em relação ao painel principal 32 e, portanto, também se estiram da extremidade aberta inferior para a superior da câmara. No segundo lado do painel principal 32, há proporcionado um número de componentes de geração de calor 40 e 42, dos quais apenas dois são mostrados. Esses componentes 40 e 42 podem incluir uma CPU 40 um conjunto de circuitos integrados 42. Outros componentes que não geram aquele tanto de calor podem ser proporcionados no primeiro lado. Os painéis auxiliares também incluem componentes, mas, nesta modalidade do modelo de utilidade, não incluem componentes que geram calor demais. Esses componentes de geração de calor 40 e 42 são aqui proporcionados em contato direto com a parede de dissipação de calor 26. Finalmente, é proporcionado um módulo de fornecimento de energia 44, que proporciona e- nergia para todo o computador. Esse módulo de fornecimento de energia 44 também é conectado ao dissipador de calor 26. Quando a estrutura é montada correntemente em um espaço, tal como um espaço de controle, a extremidade aberta superior da estrutura faceja o teto e a extremidade aberta inferior faceia o piso. Isso também significa que elementos do computador que se estendem nas primeira e segunda direções, bem como elementos que se estendem na primeira e na terceira direção, são orientados verticalmente, enquanto as extremidades abertas, que se estendem nas segunda e terceira direções são orientados horizon- talmente. Aqui, a primeira direção é, portanto, uma direção vertical. Quando o computador é operado em tal situação com essa orientação, o resfriamento ocorrerá automaticamente através de autoconvecção, isto é, usando o princípio da chaminé. Isso significa que ar frio circulará através da extremi- dade aberta inferior da estrutura, para cima, além dos painéis auxiliares dispostos verticalmente e do painel principal disposto verticalmente e, assim, resfria os componentes sobre os mesmos e, em seguida, sai através da extremidade aberta superior da estrutura. Ao mesmo tempo, ar frio também circulará naturalmente para cima nos canais do dissipador de calor do piso em direção ao teto do espaço e, assim, ajudará no resfriamento do mesmo e dos componentes e módulos com ele conectados diretamente. Dessa maneira, nenhum ventilador é requerido. A corrente de ar criada, além disso, não é forte o bastante para fazer a poeira entrar na câmara. Desse modo, não há acumulação de poeira. Uma vez que nenhum ventilador é necessário, também não há necessidade de quaisquer filtros de ar. Outras vantagens dessa solução são, portanto, que a limpeza do filtro é removida e nenhum serviço devido a um ventilador que falhou é necessário. É possível aperfeiçoar o desenho mostrado na figura 3. Uma maneira de aperfeiçoar o desenho será agora descrita em relação com a figura 4, que mostra uma vista de cima de um computador simplificado 16 de acordo com uma segunda modalidade do presente modelo de utilidade. Aqui, há apenas duas mudanças feitas em relação à figura 3 e que é haver outro elemento de geração de calor 48 no terceiro painel auxiliar 38, componente que é conectado ao dissipador de calor via um tubo de calor 50 e que há um disseminador de calor 46 proporcionado entre os componen- tes de geração de calor 40 e 42 do painel principal 32 e a parede de dissipação de calor 26. O tubo de calor 50 é, em uma primeira extremidade, conectado ao componente 48 e, em uma segunda extremidade, conectado à pare- de de dissipação de calor 26. Um tubo de calor é, como é bem conhecido na técnica, um tubo incluindo um fluido. O líquido na primeira extremidade é proporcionado, ori- ginalmente, na forma líquida, mas se transforma em valor por causa do aquecimento. Esse gás circula, naturalmente, para a segunda extremidade, onde ele se condensa em liquido, que, então, cai ou se move por ação capi- lar de volta para a primeira extremidade. Isso é vantajoso usar quando há componentes de geração de calor que não é possível colocar perto do dissipador de calor, por exemplo, com componentes no painel auxiliar 38. Um disseminador de calor é, como também é bem conhecido na técnica, uma placa para remoção de calor que pode ser usado em relação aos componentes e vários módulos, tais como COM expresso e módulos ETX. O disseminador de calor 46 aqui é disposto para adaptar as propriedades mecânicas dos componentes àquelas do dissipador de calor. Será entendido que o presente modelo de utilidade pode ser dotado de apenas um desses elementos de remoção de calor adicionais, disseminador de calor ou tubo de calor. Deve ser entendido também que mais tubos de calor podem ser proporcionados no caso em que há componentes de geração de calor adicionais em um painel auxiliar necessitando resfriamento. O resfriamento de um computador pode ser auxiliado pelo condicionamento de ar proporcionado no espaço de controle. Esse resfriamento externo do espaço, assim, otimiza o resfriamento natural proporcionado através do presente modelo de utilidade. Contudo, esse condicionamento de ar pode, em alguns casos muito raros, falhar. Por causa disso, a temperatura ambiente pode subir acima de um nível, onde o resfriamento natural, especialmente dos painéis auxiliares, não é suficiente. Nesse caso, uma função de resfriamento forçado, a pedido, pode ser proporcionada. Uma maneira de proporcionar esse resfria- mento forçado a pedido será agora descrita em relação à figura 5, que mostra uma vista de cima de um computador simplificado 16 de acordo com uma terceira modalidade do presente modelo de utilidade. Aqui, é feita apenas uma mudança em relação à figura 3 e que é o fato de que há um ventilador 52 proporcionado, o qual é conectado a um sensor de temperatura 54. Aqui, o ventilador 52 pode ser disposto para ser ativado apenas em uma temperatura extremamente alta na câmara, temperatura que é sentida pelo sensor de temperatura 54. O ventilador 52 pode aqui ser disposto para estar ativo durante um curto período de tempo, a fim de diminuir rapi- damente a temperatura na câmara. Esse resfriamento curto e limitado com ar forçado tem um impacto muito limitado sobre a acumulação de poeira dentro da estrutura. Esse tipo de resfriamento a pedido, além disso, acentua a segurança de operação da estrutura de computador. Como mencionado acima, um sistema de condicionamento de ar associado com o espaço pode ser usado para acentuar o resfriamento natural do computador. A fim de descrever essa situação em mais detalhes, referência está sendo feita mais uma vez à figura 1, junto com referência à figura 6, que mostra uma vista de cima da estrutura 18 do computador estando conectada à placa de montagem 19. Uma placa de montagem 19 pode, assim, ser conectada à estrutura 18 e pode, então, estender-se na primeira direção, bem como na sesegunda ou na terceira direção. No presente exemplo, além disso, é conectada à parede de dissipação de calor 26 da estrutura. A placa 19 é aqui proporcionada em paralelo com e distanciada da parede de dissipação de calor 26 em uma direção para longe do centro da câmara 28. Isso é feito a fim de não perturbar o fluxo de ar através dos canais da parede de dissipação de calor 26.Essa placa 19, além disso, é colocada perpendicular aos primeiro e segundo planos em que as extremidades abertas superior e inferior da estrutura 18 são proporcionadas. Além disso, estende-se além dessas extremidades e seus planos, como pode ser visto na figura 1. Dessa maneira, é garantido que a estrutura 18 seja montada acima do piso do espaço 10. Portanto, é assegurado que o ar soprado pelo sistema de condicionamento de ar 12, 14 através do piso alcance a estrutura e esfrie o computador. Quando a estrutura é montada em um cubículo, esse cubículo pode ser dotado de três entradas de ar no fundo para recebimento desse ar do sistema de condicionamento de ar. Isso tem a vantagem adicional de aumentar a confiabilidade do computador ainda mais. Desse modo, foi descrito um computador que tem a vantagem de evitar acumulação de poeira na estrutura. Em um computador que usa resfriamento com ar forçado esse problema pode ocorrer logo após um ano. O modelo de utilidade também proporciona um número de outras vantagens. Ela tem baixas exigências de manutenção por causa da remoção de um ventilador. Além disso, não há necessidade de filtros de ar e problemas associados com esses filtros, tais como, eles ficarem obstruidos. No caso de deixar o ar do sistema de condicionamento de ar passar através da estrutura via o piso, é proporcionado um resfriamento muito efetivo comconfiabilidade aperfeiçoada. O presente modelo de utilidade pode ainda ser variado em umas poucas maneiras além daquelas já mencionadas. A unidade de fornecimento de energia pode ser proporcionada separadamente, conforme mostrado nas figuras 3 - 5 ou pode ser proporcionada no painel principal. Nos desenhos, três painéis auxiliares foram mostrados. Deve ser entendido que pode haver mais ou menos, dependendo de quantos sejam necessários. Além disso, está claro que a estrutura pode ser montada invertida essencialmente com a mesma função, como foi descrito acima. Portanto, a extremidade aberta superior da câmara pode se tornar a extremidade aberta inferior da câmara e vice-versa, O modelo de utilidade, além disso, foi descrito em relação a um computador industrial. Deve ser entendido que o presente modelo de utilida- de pode ser usado para qualquer computador, por exemplo, um PO. Naturalmente, também é evidente que ela não tem que ser usada em combinação com um espaço com ar condicionado. Da discussão precedente, é evidente que o presente modelo de utilidade pode ser variado em uma pluralidade de maneiras. Consequentemente, também será entendido que o presente modelo de utilidade deve ser limitado apenas pelas reivindicações a seguir. gundo lado oposto voltado para a referida parede de dissipação de calor e compreendendo componentes de geração de calor (40, 42) colocados para erem resfriados pela referida parede de dissipação de calor (26) e pelo menos um painel de interconexão de componentes perifé- icos (34, 36, 38) conectado ao primeiro lado do painel principal e sendo colocado para se estender na primeira direção na referida câmara, bem como m ângulos retos em relação ao referido painel principal. 2.Computador (16), de acordo com a reivindicação 1, em que s componentes de geração de calor (40, 42) do painel principal (32) são colocados em contato direto com a parede de dissipação de calor (26). 3.Computador (16), de acordo com a reivindicação 1, em que s componentes de geração de calor (40, 42) são colocados em contato direto com a parede de dissipação de calor via um disseminador de calor (46). 4.Computador (16), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que os componentes de geração de calor (48) são colocados em contato com a parede de dissipação de calor via um tubo de calor (50). 5. Computador (16), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, ainda compreendendo um módulo de fornecimento de energia (44) colocado em contato direto com a referida parede de dissipação de calor (26). 6.Computador (16) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, ainda compreendendo um ventilador de resfriamento (52) disposto para ser ativado em certas temperaturas na câmara. 7.Computador (16), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, ainda compreendendo uma tela protetora e com blindagem, proporcionada sobre as extremidades abertas, superior e/ou inferior. 8. computador (16), de acordo com a reivindicação 7, em que a tela protetora e com blindagem é proporcionada através de uma malha de arame ou uma folha perfurada. 9.Computador (16), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, ainda compreendendo uma placa de montagem (56) para montagem do computador, a referida placa de montagem sendo conectada à referida estrutura e se estendendo na referida primeira direção além das referidas primeira e segunda extremidades abertas. 10.Computador (16) de acordo com qualquer uma das reivindi- cações anteriores, em que a referida primeira direção é uma direção vertical, quando o referido computador é montado. RESFRIAMENTO DE ESTRUTURA ABERTA DE UM COMPUTADOR INDUSTRIAL. O presente modelo de utilidade refere-se a um computador (16) tendo uma estrutura com paredes (24, 26) que se estendem em uma primeira direção e definindo e encerrando uma câmara (28) tendo uma extremidade superior aberta e uma extremidade inferior aberta, proporcionadas perpendicularmente à primeira direção. Uma (26) das paredes é um dissipador de calor e a câmara inclui elementos (32, 34, 36, 38, 40, 42, 44) do computador. Esses elementos incluem um painel principal (32) que se estende adjacente à parede de dissipação de calor na câmara e tendo um primeiro lado voltado para dentro e um segundo lado oposto voltado para a placa de dissipação de calor e compreendendo componentes de geração de calor (40, 42) colocados para serem resfriados pela parede de dissipação de calor (26) e painéis auxiliares (34, 36, 38) conectados ao primeiro lado e sendo colocados para se estenderem em ângulos retos ao painel principal.