ITTO20080858A1 - Apparecchiatura elettronica - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo: “APPARECCHIATURA ELETTRONICA”

La presente invenzione è relativa ad una apparecchiatura elettronica.

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.

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.

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.

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.

Generalmente i sistemi di refrigerazione dei diversi componenti siano comuni a più componenti dello stesso momento.

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.

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.

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.

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.

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.

Per le ragioni che precedono i componenti elettronici e, quindi, anche il convertitore elettronico risultano essere relativamente complessi e particolarmente costosi.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

L'invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:

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

la figura 2 è una figura analoga alla figura 1, ed illustra una variante di un particolare della figura 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.

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.

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”.

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.

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.

In particolare i diversi componenti vengono tutti uniformemente raffreddati, non presentando quindi problemi di riscaldamento locali che possono portare alla rottura del componente stesso.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1.- 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. 2.- Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che i detti mezzi circuitali sono direttamente ed almeno parzialmente annegati nel detto liquido elettricamente isolante e refrigerante. 3.- Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che il detto liquido elettricamente isolante e refrigerante è un liquido polidimetilsiliconico. 4.- Apparecchiatura secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzata dal fatto che il detto liquido elettricamente isolante e refrigerante presenta una conduttività termica di variabile tra 0.10 e 0.20 W|(mK). 5.- Apparecchiatura secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzata dal fatto che il detto liquido refrigerante presenta un fattore di dissipazione a 25° e 50 Hz variabile tra 0.00009 e 0,00015. 6.- Apparecchiatura secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzata dal fatto che il detto liquido refrigerante presenta una temperatura di combustione maggiore di 350° 7.- Apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che i detti mezzi circuitali elettrici comprendono componenti elettrici e mezzi di interconnessione elettrica dei detti componenti elettrici; i detti componenti elettrici essendo collegati fra loro unicamente tramite i detti mezzi di interconnessione elettrica. 8.- Apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il detto involucro esterno comprende almeno una porzione metallica di materiale termicamente dissipativo. 9.- Apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il detto involucro alloggia primi mezzi di scambiatori di calore per la refrigerazione del detto liquido elettricamente isolante e refrigerante collegabili a secondi mezzi scambiatori di calore disposti all’esterno del detto involucro esterno. 10.- Uso di un liquido elettricamente isolante e refrigerante all’interno di un involucro stagno di una apparecchiatura elettronica comprendente mezzi circuitali elettrici; l’involucro stagno alloggiando i detti mezzi circuitali direttamente immersi nel detto liquido elettricamente isolante e refrigerante. 11.- Uso di un liquido polidimetilsiliconico all’interno di un involucro stagno di una apparecchiatura elettronica comprendente mezzi circuitali elettrici; l’involucro stagno alloggiando i detti mezzi circuitali direttamente immersi nel detto liquido.