Die vorliegende Erfindung betrifft einen flachbauenden Verdampfungskühlkörper zum Abführen einer Abwärme wenigstens eines elektronischen Bauteils, mit einem Hauptwärmeabfuhrweg, der von einer mit dem Bauteil wärmeübertragend koppelbaren Verdampfungswand an einer Flachseite des Verdampfungskühlkörpers durch einen an die Verdampfungswand angrenzenden Fluidraum und vom Fluidraum über eine eine Decke des Fluidraums bildende Kondensationswand zu wenigstens einem wärmeleitend mit der Kondensationswand verbundenen Wärmeabfuhrorgan verläuft.The present invention relates to a flat-type evaporative heat sink for discharging waste heat of at least one electronic component having a main heat removal path from a vaporization wall heat-transmissibly couplable to the component to a flat side of the evaporative heat sink through a fluid space adjacent to the evaporation wall and from the fluid space via a ceiling of the fluid space forming condensation wall extends to at least one heat-conducting connected to the condensation wall heat removal member.
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Recheneinrichtung mit wenigstens einem zu kühlenden elektronischen Bauteil.Furthermore, the invention relates to a computing device with at least one electronic component to be cooled.
Kühlkörper und Recheneinrichtungen der vorbezeichneten Art sind bekannt. Die Kühlkörper übertragen die Abwärme elektronischer Bauteile des Rechnersystems wie beispielsweise einer zentralen Prozessoreinheit (Central Processing Unit – CPU), eines Grafikprozessors (Graphics Processing Unit – GPU), eines RAM-Speicherbausteins, einer Northbridge, einer Southbridge, Koprozessoren, Festplatten und/oder Spannungswandler usw. an die Luft innerhalb eines Gehäuses der Recheneinrichtung. Über Lüfter, die im Gehäuse eingebaut sein können, wird die von den Kühlkörpern erwärmte Luft ausgetauscht.Heatsink and computing devices of the aforementioned type are known. The heat sinks transmit the waste heat of electronic components of the computer system, such as a central processing unit (CPU), a graphics processor (GPU), a RAM memory block, a northbridge, a southbridge, coprocessors, hard disks and / or voltage transformers etc. to the air within a housing of the computing device. Fans that can be installed in the housing, the air heated by the heat sinks is replaced.
Die bekannten Kühlkörper kontaktieren eine Oberfläche des elektronischen Bauteils, die meist zu klein ist, um die Abwärme unter Einhaltung einer maximal zulässigen Bauteiltemperatur an die Luft abzuleiten. Die am Kühlkörper zur Verfügung stehende Fläche ist meist sehr viel größer als die am Bauteil zur Verfügung stehende Fläche und in der Regel groß genug, um die Abwärme unter Einhaltung der maximal zulässigen Bauteiltemperaturen an die Umgebungsluft abzuführen.The known heat sink contact a surface of the electronic component, which is usually too small to dissipate the waste heat while maintaining a maximum allowable component temperature to the air. The available surface on the heat sink is usually much larger than the surface available on the component and usually large enough to dissipate the waste heat in compliance with the maximum allowable component temperatures to the ambient air.
Aus der US 7,316,265 B2 ist ein quaderförmiger Kühlkörper bekannt, der einen flachen Boden zur Aufnahme der Abwärme hat und einen horizontal ausgerichteten Fluidraum bildet. Im Fluidraum wird ein Fluid oberhalb des Bodens verdampft. An einem parallel zur Verdampfungsfläche angeordneten Deckenabschnitt kondensiert das Fluid. Der Deckenabschnitt und den Fluidraum seitlich begrenzende Seitenwände des Kühlkörpers sind außen mit Kühlrippen versehen, um die Kondensationswärme an die oberhalb und neben dem Kühlkörper befindliche Umgebungsluft abzugeben.From the US 7,316,265 B2 is a cuboid heat sink known which has a flat bottom for receiving the waste heat and forms a horizontally oriented fluid space. In fluid space, a fluid is vaporized above the bottom. The fluid condenses on a ceiling section arranged parallel to the evaporation surface. The ceiling portion and the fluid space laterally limiting side walls of the heat sink are externally provided with cooling fins to deliver the heat of condensation to the above and located next to the heat sink ambient air.
Bei den in der Druckschrift US 7,369,410 B2 beschriebenen Ausführungsformen von Verdampfungskühlkörpern wird die Abwärme ebenfalls sowohl an die oberhalb als auch seitlich der Kühlkörper befindliche Luft abgegeben. Der Fluidraum im Kühlkörper ist vertikal ausgerichtet. Die Seitenwände des Fluidraums kontaktieren das zu kühlende elektronische Bauteil wärmeleitend.In the in the publication US 7,369,410 B2 described embodiments of evaporative cooling bodies, the waste heat is also delivered both to the above and the side of the heat sink located air. The fluid space in the heat sink is aligned vertically. The side walls of the fluid space contact the electronic component to be cooled heat-conducting.
Weitere flachbauende Verdampfungskühlkörper sind aus der Druckschrift EP 0 603 048 A1 bekannt. In der horizontalen Ausrichtung geben diese Kühlkörper die Abwärme nach oben und in der vertikalen Ausrichtung seitwärts ab.Further flat evaporative heat sinks are from the document EP 0 603 048 A1 known. In the horizontal orientation, these heat sinks give off the waste heat upwards and in the vertical orientation sideways.
Die DE 41 21 447 A1 beschreibt eine Kühlvorrichtung mit einer Kühlplatte, die mit mehreren elektronischen Bauteilen wärmeleitend in Kontakt steht und auf einer von den Bauteilen abgewandten Seite von einem mit Kühlflüssigkeit gefüllten Verdampfungsraum begrenzt ist. Auf einer nach oben weisenden Schmalseite des Verdampfungsraumes öffnet sich dieser zu einer Kondensationskammer, an deren Außenseite ein Kühlkörper mit Kühlrippen zur Abfuhr der Abwärme an die Umgebungsluft angeordnet ist.The DE 41 21 447 A1 describes a cooling device with a cooling plate, which is in heat-conducting contact with a plurality of electronic components and is delimited on a side remote from the components by a cooling space filled with cooling liquid. On an upwardly pointing narrow side of the evaporation chamber, this opens to a condensation chamber, on the outside of which a heat sink with cooling fins for removing the waste heat to the ambient air is arranged.
Die US 6,550,531 B1 und US 6,918,431 B2 betreffen Verdampfungskühlkörper mit einem Fluidraum, der an einer Unterseite des Kühlkörpers von einer die Bauteile wärmeleitend kontaktierenden Platte begrenzt ist. Eine den Fluidraum oben begrenzende Kondensationsdecke ist außen mit Kühlrippen zur Abgabe der Abwärme an die Umgebungsluft versehen.The US Pat. No. 6,550,531 B1 and US 6,918,431 B2 relate evaporative heat sink with a fluid space which is bounded on an underside of the heat sink by a heat-conducting contacting the components plate. A condensation cover delimiting the fluid space at the top is externally provided with cooling fins for delivering the waste heat to the ambient air.
Die EP 0 298 372 A2 beschreibt einen vertikal ausgerichteten quaderförmigen Verdampfungskühlkörper mit einem Fluidraum, dessen unteres Drittel mit einem Fluid gefüllt und mit Verdampfungselementen versehen ist, die wärmeleitend mit elektronischen Bauteilen verbunden sind. Oberhalb der Verdampfungselemente ist ein in einen Kondensationsraum führender Dampfkanal angeordnet, der verdampfte Kühlflüssigkeit im oberen Drittel des Kühlkörpers an neben dem Dampfkanal angeordnete Kondensationskörper leitet.The EP 0 298 372 A2 describes a vertically oriented cuboid evaporation cooling body with a fluid space, the lower third of which is filled with a fluid and provided with evaporation elements, which are thermally conductively connected to electronic components. Above the evaporation elements, a steam channel leading into a condensation space is arranged, which conducts vaporized cooling liquid in the upper third of the heat sink to condensation bodies arranged next to the steam channel.
Allen oben beschriebenen Kühlkörpern ist gemeinsam, dass sie die Abwärme an die sie umgebende Luft innerhalb des Rechnersystems übertragen. Mit einer wachsenden Anzahl und/oder Leistungsaufnahme elektronischer Bauteile in modernen Rechnersystemen steigt die abzuführende Abwärme. Es wird zunehmend zu einem Problem, die Abwärme unter Einhaltung der maximal zulässigen Bauteiltemperaturen an die Luft im Rechnersystem abzuführen. So steigt bei gleichbleibendem Luftaustausch und höherer Wärmeabgabe am Kühlkörper die Lufttemperatur und somit die Gesamttemperatur des Systems. Um dennoch zu verhindern, dass eine zulässige Maximaltemperatur der elektronischen Bauteile überschritten wird, werden mehr und/oder leistungsfähigere Lüfter für einen schnelleren Luftaustausch eingesetzt. Diese Lüfter erzeugen jedoch Lärm und tragen zu einer erhöhten Feinstaubbelastung bei, was unerwünscht ist.All the heat sinks described above have in common that they transfer the waste heat to the surrounding air within the computer system. With a growing number and / or power consumption of electronic components in modern computer systems, the dissipated waste heat increases. It is becoming increasingly a problem to dissipate the waste heat in compliance with the maximum allowable component temperatures to the air in the computer system. Thus, with constant air exchange and higher heat output at the heat sink increases the air temperature and thus the overall temperature of the system. In order nevertheless to prevent a permissible maximum temperature of the electronic components being exceeded, more and / or more powerful fans used for faster air exchange. However, these fans generate noise and contribute to increased particulate pollution, which is undesirable.
Zudem besteht bei der Luftkühlung der Nachteil, dass die Rechnersysteme mit zunehmender Betriebsdauer durch in der Kühlluft befindliche Partikel verschmutzen, wodurch sich die Übertragung der Abwärme von den Bauteilen an die Kühlluft verschlechtert.In addition, there is the disadvantage in air cooling that the computer systems pollute with increasing operating time due to particles in the cooling air, whereby the transmission of waste heat from the components to the cooling air deteriorates.
Das geschilderte Problem potenziert sich in aus mehreren Einzelrechnern zusammengesetzten Recheneinrichtungen (z. B. Multiboard-PC/Cloud-System, Blade-Server, Rechencluster). In diesen Recheneinrichtungen muss die Abwärme aller Einzelrechner abgeführt werden. Die Einzelrechner sind zur Platzersparnis meistens eng benachbart über- und/oder nebeneinander angeordnet. Diese Anordnung bewirkt eine große Leistungsdichte und benötigt sehr leistungsstarke, aber auch sehr große und laute Lüftungssysteme. Bei dem derzeit anhaltenden Trend zu immer rechenstärkeren und möglichst platzsparend angeordneten Einzelrechnern ist abzusehen, dass die bisherigen Kühlkonzepte zur Luftkühlung an ihre Grenzen kommen: Die Wärmekapazität der Luft reicht nicht aus, um die Wärme unter vertretbarem Aufwand und erträglicher Lärmbelästigung abzuführen.The described problem exponentiates in computing devices composed of several individual computers (eg multiboard PC / cloud system, blade server, computing cluster). In these computing devices, the waste heat of all individual computers must be dissipated. The individual computers are mostly closely adjacent over and / or juxtaposed to save space. This arrangement causes a large power density and requires very powerful, but also very large and noisy ventilation systems. With the current trend towards more and more powerful and space-saving arranged individual computers is to be seen that the previous cooling concepts for air cooling reach their limits: The heat capacity of the air is not enough to dissipate the heat with reasonable effort and tolerable noise pollution.
Ein Konzept zur Verbesserung der Luftkühlung verfolgt beispielsweise die WO 06/055387 A1 . Sie beschreibt ein Rack-System zur Kühlung von Rechnereinheiten, die in Form von Einplatinenrechnern (Computerboards) etagenartig mit ihren flachen Ober- bzw. Unterseiten nebeneinander angeordnet sind. Unterhalb des Racks befindet sich ein Ventilator, der Kühlluft durch die Etagen bläst. Zwischen den Etagen sind Gitterrohrwärmetauscher zur Zwischenkühlung der Luft angeordnet.A concept for the improvement of air cooling, for example, pursues the WO 06/055387 A1 , It describes a rack system for cooling of computer units, which are arranged in the form of Einplatinenrechnern (computer boards) floor-like with their flat top or bottom sides next to each other. Below the rack is a fan that blows cooling air through the floors. Between the floors grid pipe heat exchangers are arranged for intermediate cooling of the air.
Die US 2009/025501 A1 beschreibt ein schrankartiges Rack-System mit standardisierten Einschüben, die von in einem Rasterabstand übereinander angeordneten Stützprofilpaaren gebildet sind. In den Einschüben befinden sich schubladenartige Gehäuse für elektronische Bauteilgruppen. An einer Rückseite der Gehäuse ist eine Reihe von Lüftern angeordnet, die Kühlluft aus dem Schrank ansaugen und durch einen flüssigkeitsgekühlten Wärmetauscher hinter der Rückwand aus dem Schrank hinausbefördern.The US 2009/025501 A1 describes a cabinet-like rack system with standardized bays, which are formed by arranged at a grid spacing superimposed support profile pairs. In the drawers are drawer-like housings for electronic component groups. At the rear of the housings, a number of fans are arranged, which suck cooling air out of the cabinet and out of the cabinet through a liquid-cooled heat exchanger behind the rear wall.
Zusätzlich zur Luftkühlung von Bauteilgruppen in belüfteten Rack-Schubladen sieht die US 2005/0068728 A1 ein Flüssigkühlsystem vor, dessen von einer Kühlflüssigkeit durchströmter Kühlkörper direkt wärmeleitend mit einem elektronischen Bauteil verbunden ist. Die Kühlflüssigkeit wird von einer Pumpe durch ein Rohrleitungssystem zu einem an einer Außenwand der Schublade angebrachten Flansch zum Übertragen der Abwärme an eine zentrale Kühleinrichtung befördert.In addition to air cooling component groups in ventilated rack drawers, the US 2005/0068728 A1 a liquid cooling system before, which is flowed through by a cooling liquid heat sink directly connected thermally conductively connected to an electronic component. The cooling liquid is conveyed from a pump through a piping system to a flange mounted on an outer wall of the drawer for transferring the waste heat to a central cooling device.
Die oben beschriebenen Konzepte für eine Zwischenkühlung oder zusätzliche Flüssigkühlung haben den Nachteil, dass die Kühlflüssigkeit bei Leckage des Kühlsystems mit den elektronischen Bauteilen in Berührung kommt und diese zerstören oder zumindest funktionsunfähig machen kann. Des Weiteren ist die direkte Flüssigkühlung aufwendig.The above-described concepts for intercooling or additional liquid cooling have the disadvantage that the cooling liquid comes in contact with the electronic components in case of leakage of the cooling system and can destroy or at least render it inoperable. Furthermore, direct liquid cooling is expensive.
In einer Abkehr von der direkten Flüssigkühlung beschreibt die US 2009/0262495 A1 ein Rack-System für an einer gestellartigen Stützstruktur montierte Bauteilgruppenträger mit Rechnereinheiten im 19''-Standard-Rack-Format. Elektronische Bauteile der Rechnereinheiten werden von stabförmigen Kühlkörpern aus Vollmetall kontaktiert, die aus den Gehäusen austreten und an ein Rohr einer zentralen Kühleinrichtung außen angeflanscht sind. Als nachteilig neben dem Materialaufwand ist hierbei anzusehen, dass die Kühlkörper die Abwärme innerhalb des Gehäuses abgeben und der Wärmetransport stark begrenzt ist.In a departure from direct liquid cooling describes the US 2009/0262495 A1 a rack system for rack-mounted support structure component rack with 19 "standard rack format computing units. Electronic components of the computer units are contacted by rod-shaped heat sinks made of solid metal, which emerge from the housings and are flanged to the outside of a tube of a central cooling device. A disadvantage in addition to the cost of materials is to be considered here that the heat sink give off the waste heat within the housing and the heat transfer is severely limited.
In Anbetracht der obigen Nachteile des Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kühlsystem bereitzustellen, durch das die Abwärme eines elektrischen oder elektronischen Bauteils, insbesondere einer Recheneinrichtung, unter Einhaltung der maximal zulässigen Bauteiltemperaturen besser abgeführt werden kann.In view of the above disadvantages of the prior art, the present invention seeks to provide a cooling system through which the waste heat of an electrical or electronic component, in particular a computing device, can be better dissipated, maintaining the maximum allowable component temperatures.
Diese Aufgabe wird für den eingangs genannten Verdampfungskühlkörper erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das wenigstens eine Wärmeabfuhrorgan an einer Schmalseite des Verdampfungskühlkörpers angeordnet ist.This object is achieved according to the invention for the evaporation heat sink mentioned above in that the at least one heat removal member is arranged on a narrow side of the evaporation heat sink.
Bei der eingangs genannten Recheneinrichtung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Recheneinrichtung einen erfindungsgemäßen Verdampfungskühlkörper zum Kühlen des wenigstens einen kühlenden elektronischen Bauteils umfasst.In the case of the above-mentioned computing device, the object is achieved in that the computing device comprises an evaporation cooling body according to the invention for cooling the at least one cooling electronic component.
Diese einfache Lösung vereint die Vorteile der Verdampfungskühlung mit den Vorteilen einer flachen Bauweise und einer gerichteten Abgabe der Abwärme entlang des vorgegebenen Hauptwärmeabfuhrweges.This simple solution combines the advantages of evaporative cooling with the advantages of a flat design and a directed release of waste heat along the given main heat removal path.
Die Verdampfungskühlung hat den Vorteil, dass eine Verschmutzung des Rechnersystems durch mit der Kühlluft mitgeführte Partikel vermieden wird. Sie ermöglicht zudem eine effektivere Abwärmeaufnahme im Kühlkörper als eine Luft- oder Flüssigkeitskühlung, weil die Abwärme in Verdampfungsenthalpie des Fluids umgewandelt wird. Bei konstantem Druck im Fluidraum ist es möglich, das Bauteil auf die konstante Siedetemperatur des Fluids zu kühlen, solange die Verdampfungswand mit flüssigem Fluid bedeckt ist.The evaporation cooling has the advantage that contamination of the computer system is avoided by entrained with the cooling air particles. It also allows a more effective heat dissipation in the heat sink as an air or liquid cooling, because the waste heat is converted into enthalpy of vaporization of the fluid. at constant pressure in the fluid space, it is possible to cool the component to the constant boiling temperature of the fluid, as long as the evaporation wall is covered with liquid fluid.
Der Vorteil der gerichteten Wärmeabgabe entlang des Hauptwärmeabfuhrweges besteht darin, dass die Abwärme nicht an die Luft innerhalb des Rechnersystems abgeben wird, sondern gezielt und mit nur wenig Verlusten vom Bauteil weg gefördert werden kann. Die Wärmeaufnahme über die Verdampfungswand an der Flachseite und die gerichtete Wärmeabgabe über die Schmalseite des Kühlkörpers ermöglichen eine hohe Packungsdichte der Bauteile. Die Kühlkörper können mit ihren Flachseiten aneinander gepackt werden. Die Flachseite schirmt darüber hinaus vom Bauteil und seiner Umgebung ausgehende Wärmestrahlung ab.The advantage of directed heat dissipation along the main heat removal path is that the waste heat will not be released to the air within the computer system, but can be selectively conveyed away from the component with little loss. The heat absorption via the evaporation wall on the flat side and the directional heat transfer via the narrow side of the heat sink allow a high packing density of the components. The heat sinks can be packed with their flat sides together. The flat side also shields heat radiation emanating from the component and its surroundings.
Der erfindungsgemäße Verdampfungskühlkörper kann insbesondere als Passivkühlkörper eingesetzt werden und erfordert so keine zusätzliche Energie zur aktiven Kühlung des Rechnersystems, beispielsweise durch Lüfter oder pumpenbewegte Kühlmedien.The evaporation heat sink according to the invention can be used in particular as a passive heat sink and thus requires no additional energy for active cooling of the computer system, for example by fans or pump-moving cooling media.
Die erfindungsgemäße Lösung kann mit den folgenden weiteren, jeweils für sich vorteilhaften Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Verdampfungskühlkörpers beliebig kombiniert und weiter verbessert werden.The solution according to the invention can be combined with the following further, in each case advantageous embodiments of an evaporative cooling body according to the invention and further improved.
Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung können die Verdampfungswand und die Kondensationswand an bezüglich des Fluidraums gegenüberliegenden Flachseiten des Verdampfungskühlkörpers angeordnet sein. Da die Kondensation des Fluiddampfes vornehmlich im Deckenbereich des Fluidraums stattfindet, ist diese Ausgestaltung insbesondere bei einem horizontal ausgerichteten Verdampfungskühlkörper vorteilhaft. Erfindungsgemäß gibt bei dieser Ausrichtung der Kühlkörper die Wärme über das Wärmeabfuhrorgan in horizontaler Richtung ab.According to a first advantageous refinement, the evaporation wall and the condensation wall can be arranged on flat sides of the evaporative cooling body that are opposite the fluid space. Since the condensation of the fluid vapor takes place primarily in the ceiling region of the fluid space, this configuration is advantageous, in particular in the case of a horizontally oriented evaporative cooling body. According to the invention, in this orientation, the heat sink releases the heat via the heat dissipation member in the horizontal direction.
Um den Wärmetransport in Richtung des Wärmeabfuhrorgans zu erleichtern, kann eine Materialquerschnittsfläche der Kondensationswand zum Wärmeabfuhrorgan hin zunehmen. Die Wärmequerschnittsfläche liegt dabei im Wesentlichen senkrecht zum Hauptwärmeabfuhrweg. Entlang des größer werdenden Materialquerschnitts kann die von der Kondensationswand eingesammelte Kondensationswärme, die sich in einem zum Wärmeabfuhrorgan hin zunehmenden Wärmestrom niederschlägt, mit geringem Wärmewiderstand zum Wärmeabfuhrorgan geführt werden.In order to facilitate the transport of heat in the direction of the heat removal member, a material cross-sectional area of the condensation wall may increase toward the heat removal member. The heat cross-sectional area is substantially perpendicular to the Hauptwärmeabfuhrweg. Along the increasing cross-section of the material, the condensation heat collected by the condensation wall, which is reflected in a heat flow increasing toward the heat-removal element, can be led to the heat-removal element with little heat resistance.
Um die Kondensation des an der Verdampfungsfläche verdampfenden Fluides zu erleichtern, kann vorgesehen sein, dass die Kondensationswand mit in den Fluidraum ragenden Kondensationskörpern versehen ist. Diese Kondensationskörper können wärmeleitend mit der Kondensationswand verbunden sein bzw. einen Teil der Kondensationswand bilden. Die Kondensationskörper bewirken eine Vergrößerung der Kondensationswand und erleichtern das Abtropfen.In order to facilitate the condensation of the fluid evaporating at the evaporation surface, it can be provided that the condensation wall is provided with condensation bodies projecting into the fluid space. This condensation body may be thermally conductively connected to the condensation wall or form part of the condensation wall. The condensation body cause an enlargement of the condensation wall and facilitate dripping.
Im Betrieb des Kühlkörpers bildet sich aufgrund des gegen die Schwerkraftrichtung aufsteigenden Dampfes und der abfallenden Tropfen eine Strömung im Fluidraum aus. Um die Strömung zu beeinflussen und beispielsweise die Dampfphase zu bestimmten Stellen der Kondensationswand hin zu lenken, an denen bevorzugt eine Kondensation stattfinden soll, können Strömungsleitorgane im Fluidraum vorgesehen sein.During operation of the heat sink, a flow in the fluid space is formed due to the rising steam against the direction of gravity and the falling drops. In order to influence the flow and, for example, direct the vapor phase to certain points of the condensation wall, at which condensation is preferably to take place, flow control elements can be provided in the fluid space.
Die Funktion der Strömungsleitorgane kann von den Kondensationskühlkörpern wahrgenommen werden, indem diese beispielsweise Strömungskanäle ausbilden.The function of the Strömungsleitorgane can be perceived by the condensation heat sinks, for example, by forming flow channels.
Die Kondensationskörper können im Wesentlichen rippenförmig ausgestaltet sein.The condensation body may be configured substantially rib-shaped.
Die Kondensationskörper können im Wesentlichen durchgängig zum Wärmeabfuhrorgan, vorzugsweise bis zu der Schmalseite des Wärmeabfuhrorgans, hin verlaufen und Wärmeleitbrücken bilden, zwischen denen die Kondensation und Strömung der Dampfphase stattfindet. Die Wärmeleitbrücken können vorzugsweise wärmeleitend mit dem Wärmeabfuhrorgan verbunden sein, um die Kondensationswärme gezielt dem Wärmeabfuhrorgan zuzuführen.The condensation body can substantially continuous to the heat removal member, preferably up to the narrow side of the heat dissipation member out and form Wärmeleitbrücken, between which the condensation and flow of the vapor phase takes place. The heat conducting bridges can preferably be connected in a heat-conducting manner to the heat removal member in order to supply the condensation heat to the heat removal element in a targeted manner.
Die Höhe bzw. Querschnittsfläche der Kondensationskörper kann in Richtung der Hauptwärmeabfuhrrichtung zunehmen, um zunehmend mehr Materialquerschnittsfläche für den Wärmetransport bereitzustellen. Die Kondensationskörper können wenigstens bereichsweise in Richtung zum Wärmeabfuhrorgan zunehmend mehr in den Fluidraum ragen.The height or cross-sectional area of the condensation bodies may increase in the direction of the main heat-removal direction in order to increasingly provide more material cross-sectional area for the heat transport. The condensation body can protrude increasingly at least in regions in the direction of the heat dissipation member more in the fluid space.
Um das verdampfte Fluid entlang des Hauptwärmeabfuhrweges in Richtung des Wärmeabfuhrorgans zu lenken, kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Höhe des Fluidraums in der Hauptwärmeabfuhrrichtung, zum Wärmeabfuhrorgan hin, zunehmen. Bei dieser Ausgestaltung strömt die heiße Dampfphase selbständig in den höchst gelegenen Teil des Fluidraums, wo sie nahe beim Wärmeabfuhrorgan kondensiert.In order to direct the vaporized fluid along the main heat removal path in the direction of the heat removal member, according to a further embodiment of the invention, the height of the fluid space in the main heat dissipation direction, toward the heat removal member, increase. In this embodiment, the hot vapor phase flows independently into the highest part of the fluid space, where it condenses close to the heat dissipation member.
Um sicherzustellen, dass diejenigen Bereiche der Verdampfungswand stets mit flüssigem Fluid bedeckt sind, die sich direkt oberhalb des Bauteils befinden, kann vorgesehen sein, dass die Verdampfungswand wenigstens eine Fluidsammelsenke ausbildet. Die Fluidsammelsenke bildet eine Vertiefung, in der sich flüssiges Fluid sammelt und die Wärmeabfuhr sicherstellt.In order to ensure that those regions of the evaporation wall are always covered with liquid fluid, which are located directly above the component, it can be provided that the evaporation wall at least one fluid collection sink formed. The fluid collecting depression forms a depression in which liquid fluid collects and ensures heat dissipation.
Die Wärmekopplung der Verdampfungswand an das elektronische Bauteil kann auf einfache Weise dadurch sichergestellt sein, dass die Verdampfungswand an der dem Bauteil zugewandten bzw. auf der vom Fluidraum abgewandten Flachseite des Verdampfungskühlkörpers an wenigstens einer Stelle vorspringt. Dazu kann beispielsweise die Verdampfungswand auf der vom Fluidraum abgewandten Seite wenigstens eine vom Fluidraum weg vorspringende, flächig auf dem Bauteil koppelbare Wärmeaufnahmefläche ausbilden. Durch den wenigstens einen Vorsprung können Bauhöhen unterschiedlicher Bauteile ausgeglichen werden. Der Vorsprung weist eine vorzugsweise plane Wärmeaufnahmefläche auf, die flächig und luftspaltlos mit dem Bauteil in Kontakt gebracht werden kann.The heat coupling of the evaporation wall to the electronic component can be ensured in a simple manner by the fact that the evaporation wall projects at at least one point on the flat side of the evaporative cooling body facing the component or on the flat side of the evaporative cooling body facing away from the fluid space. For this purpose, for example, the evaporation wall on the side facing away from the fluid space side at least one projecting away from the fluid space away, flat surface on the component heat-absorbing surface form. Due to the at least one projection heights of different components can be compensated. The projection has a preferably planar heat receiving surface, which can be brought into contact with the component in a flat and airless manner.
Die Wärmeaufnahmefläche kann von der Fluidsammelsenke ausgebildet sein, so dass die Fluidsammelsenke direkt vom zu kühlenden Bauteil beheizt ist. Die Wandstärke der Verdampfungswand kann im Bereich der und um die Fluidsammelsenke im Wesentlichen konstant bleiben. Im Bereich des Vorsprungs ist kein höherer Materialeinsatz notwendig. Alternativ kann die Wandstärke im Bereich der Fluidsammelsenke verringert sein, um einen rascheren und effizienteren Wärmetransport in den Fluidraum zu ermöglichen.The heat absorption surface may be formed by the fluid collection depression, so that the fluid collection depression is heated directly by the component to be cooled. The wall thickness of the evaporation wall may remain substantially constant in the region around and around the fluid collection depression. In the area of the projection no higher material usage is necessary. Alternatively, the wall thickness in the area of the fluid collection well can be reduced in order to enable a more rapid and more efficient transport of heat into the fluid space.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verdampfungskühlkörpers kann dieser zur (multi-point) Kühlung mehrerer, vorteilhaft aller zu kühlender Bauteile einer elektronischen Bauteilgruppe verwendet werden. Hierzu kann die Verdampfungswand mehrere voneinander beabstandete, vorspringende Wärmeaufnahmeflächen ausbilden. Die Wärmeaufnahmeflächen können unterschiedlich weit vorspringen, so dass deren Positionen und vorzugsweise auch Höhen jeweils den Positionen und Höhen der Bauteile auf der Bauteilgruppe bzw. Platine entsprechen. Die Luft innerhalb des Rechnersystems heizt sich dadurch weniger auf. Falls einzelne Bauteile nicht direkt wärmeleitend kontaktiert werden können, kann die Wärmeaufnahmefläche gegenüber dem zugeordneten Bauteil mit Rippen versehen sein, um die Abwärme dieses Bauteils konvektiv und durch Wärmestrahlungsübertragung aufzunehmen und weiterzuleiten.According to a further embodiment of the evaporative heat sink according to the invention, this can be used for (multi-point) cooling of several, advantageously all components of an electronic component group to be cooled. For this purpose, the evaporation wall can form a plurality of spaced-apart, projecting heat receiving surfaces. The heat receiving surfaces can protrude differently far, so that their positions and preferably also heights correspond to the positions and heights of the components on the component group or board. The air within the computer system heats up less. If individual components can not be contacted directly in a heat-conducting manner, the heat absorption surface can be provided with ribs in relation to the associated component in order to receive and forward the waste heat of this component convectively and by heat radiation transmission.
Die gerichtete Wärmeabfuhr entlang des Hauptwärmeabfuhrweges lässt sich gemäß einer weiteren Ausgestaltung dadurch verbessern, dass eine Seitenwand des Fluidraums an der Schmalseite, an der sich das Wärmeabfuhrorgan befindet, zusätzlich zum Kondensieren des Fluids verwendet wird. So kann beispielsweise das Wärmeabfuhrorgan wärmeleitend mit einer den Fluidraum zumindest abschnittsweise seitlich begrenzenden Seitenwand des Verdampfungskühlkörpers verbunden sein. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn das Wärmeabfuhrorgan stark gekühlt wird. Die Kondensation wird dann verstärkt in den nahe am Wärmeabfuhrorgan liegenden Bereichen des Fluidraums stattfinden. Um die Kondensation positiv zu beeinflussen, kann die Seitenwand mit den Merkmalen der Kondensationswand in einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen versehen sein.The directional heat dissipation along the main heat removal path can be improved according to another embodiment by using a side wall of the fluid space on the narrow side where the heat dissipation member is located, in addition to condensing the fluid. Thus, for example, the heat dissipation member may be thermally conductively connected to a side wall of the evaporative cooling body that laterally delimits the fluid space at least in sections. This is particularly useful when the heat dissipation member is strongly cooled. The condensation will then take place increasingly in the regions of the fluid space lying close to the heat removal element. In order to positively influence the condensation, the side wall may be provided with the features of the condensation wall in one of the embodiments described above.
Um einen Siedeverzug zu verringern, können im Fluidraum lose Siedekörper, beispielsweise Siedesteine, Glasperlen und/oder bevorzugt Aluminiumgrieß, eingebracht sein.In order to reduce a boiling delay, loose boiling bodies, for example boiling stones, glass beads and / or preferably aluminum semolina, may be introduced into the fluid space.
Die Funktion des Verdampfungskühlkörpers lässt sich in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung dadurch verbessern, dass der Fluidraum druckdicht ausgestaltet und mit einer Flüssigkeitsphase sowie einer Dampfphase eines Fluids gefüllt ist. Die Menge an Fluid kann im Falle eines versiegelten Fluidraums seitens des Herstellers des Verdampfungskühlkörpers bereits optimal bemessen sein, was die Wartungsfreundlichkeit erhöht. Hierzu kann ein abgequetschter Rohrstutzen, bevorzugt aus Kupfer eingepresst, verlötet oder anderweitig abdichtend eingebracht sein. Das Fluid kann aus einem einzigen Fluidmaterial bestehen und/oder die Flüssigkeitsphase kann so eingefüllt sein, dass sie die Verdampfungswand bedeckt.The function of the evaporative heat sink can be improved in a further advantageous embodiment in that the fluid space is pressure-tight and filled with a liquid phase and a vapor phase of a fluid. The amount of fluid can already be optimally sized in the case of a sealed fluid space by the manufacturer of the evaporative heat sink, which increases the ease of maintenance. For this purpose, a squeezed off pipe socket, preferably pressed from copper, soldered or otherwise introduced sealingly. The fluid may consist of a single fluid material and / or the fluid phase may be filled so as to cover the evaporation wall.
Alternativ kann der Rohrstutzen auch durch ein Ventil oder einen Hahn wiederbefüllbar verschlossen sein.Alternatively, the pipe socket can also be closed by a valve or a cock refillable.
Als Fluid kann ein nicht brennbares, nicht korrosives und nicht elektrisch leitendes Kühlmittel eingesetzt sein, bei dem es sich um CO2, ein niedrig siedendes Lösungsmittel wie Alkohol oder Ether, CFK, CKW, FKW oder FCKW handeln kann. Ein Siedepunkt des Fluids kann bei einem Innendruck im Fluidraum von etwa 0,5 bis etwa 2,5 bar bei vorzugsweise etwa 40° bis etwa 50°C liegen. Höchst vorzugsweise kann der Siedepunkt des Fluids zwischen etwa 30° bis etwa 40°C oder sogar unterhalb etwa 30°C liegen. Das Fluidraumvolumen kann weniger als etwa 500 ml, weniger als etwa 250 ml oder weniger als etwa 150 ml oder zum Teil auch weniger als etwa 50 ml betragen. Im Fluidraum kann ein Volumen flüssigen Fluids von beispielsweise etwa 5 bis etwa 200 ml, vorzugsweise unter etwa 100 ml oder unter etwa 50 ml aufgenommen sein.As the fluid, a non-flammable, non-corrosive and non-electrically conductive coolant may be used, which may be CO2, a low-boiling solvent such as alcohol or ether, CFRP, CHC, HFC or CFC. A boiling point of the fluid may be from about 0.5 to about 2.5 bar, preferably about 40 ° to about 50 ° C, at an internal pressure in the fluid space. Most preferably, the boiling point of the fluid may be between about 30 ° to about 40 ° C or even below about 30 ° C. The fluid volume volume may be less than about 500 ml, less than about 250 ml or less than about 150 ml, or in some cases less than about 50 ml. In the fluid space, a volume of liquid fluid of, for example, about 5 to about 200 ml, preferably less than about 100 ml or less than about 50 ml may be included.
Im Fluidraum kann ein Füll- oder Verdrängungskörper angeordnet sein, so dass sich zwischen der Verdampfungswand und dem Füllkörper und/oder der Kondensationswand und dem Füllkörper der Fluidraum spaltförmig erstreckt. Durch den Füllkörper reduziert sich das Fluidraumvolumen und damit die Fluidmenge, die zum Bedecken der Verdampfungswand notwendig ist. Der Füllkörper ist vorzugsweise mit der beim Wärmeabfuhrorgan gelegenen Seitenwand verbunden und leitet zusätzlich Wärme ab. Sein Materialquerschnitt kann zum Wärmeabfuhrorgan hin zunehmen.A filling or displacement body may be arranged in the fluid space, so that the fluid space extends in the form of a gap between the evaporation wall and the filling body and / or the condensation wall and the filling body. Through the filler reduces the fluid volume and thus the amount of fluid that is necessary to cover the evaporation wall. The filler is preferably connected to the side wall located at the heat removal member and additionally dissipates heat. Its material cross section may increase towards the heat dissipation member.
Die Abgabe von Abwärme innerhalb des Rechnersystems kann dadurch weiter unterbunden werden, dass die Verdampfungswand und/oder wenigstens eine Seitenwand zumindest abschnittsweise außen mit einer Wärmedämmung versehen ist. Beispielsweise kann die Flachseite gegenüber der Wärmeaufnahmefläche und/oder eine nicht an das Wärmeabfuhrorgan grenzende Seitenwand des Kühlkörpers zumindest abschnittsweise außen mit einer Wärmedämmung versehen bzw. ausgebildet sein. Die Wärmedämmung kann beispielsweise einen aufgespritzten oder angeklebten Schaum- und/oder Kunststoff nutzen. Auch kann die Wärmedämmung als vorgefertigtes Formteil ausgestaltet sein, das beispielsweise im eingebauten Zustand des Kühlkörpers um den Kühlkörper gelegt wird.The release of waste heat within the computer system can be further prevented by the fact that the evaporation wall and / or at least one side wall is provided at least in sections outside with a thermal insulation. For example, the flat side opposite the heat receiving surface and / or a not adjacent to the heat dissipation member side wall of the heat sink at least partially externally provided or formed with a thermal insulation. The thermal insulation can for example use a sprayed or glued foam and / or plastic. Also, the thermal insulation can be configured as a prefabricated molded part, which is placed, for example, in the installed state of the heat sink to the heat sink.
Der erfindungsgemäße Verdampfungskühlkörper kann vorteilhaft in Rechensystemen mit kleinen Abmaßen oder Großrechnern mit einer Vielzahl dicht gepackter Recheneinheiten eingesetzt werden, wenn die Gesamthöhe des Verdampfungskühlkörpers maximal eine Höheneinheit (HE) eines Standard-Rack-Formates beträgt. So kann eine Höheneinheit (HE) beispielweise 1 ¾ Zoll bzw. 44,45 mm betragen. Höchst vorzugsweise beträgt die Höhe des Verdampfungskühlkörpers samt einer wärmeleitend mit dem Kühlkörper verbundenen elektronischen Bauteilgruppe weniger als 44,45 mm. Eine in einer Höhenrichtung in Richtung quer zu der Bauteilgruppe oder Platine gemessene Höhe des Kühlkörpers beträgt zumindest im Wärmeaufnahmebereicht vorzugsweise zumindest abschnittsweise unter 35 mm. Bei dieser Ausgestaltung lässt sich die Packungsdichte gegenüber herkömmlichen Rechnersystemen um einen Faktor von etwa 7,5 erhöhen, ohne dass Probleme bei der Wärmeabfuhr auftreten.The evaporation heat sink according to the invention can advantageously be used in computing systems with small dimensions or mainframes with a large number of densely packed computing units, if the total height of the evaporation heat sink is at most one height unit (HU) of a standard rack format. For example, a height unit (HE) can be 1 ¾ inch or 44.45 mm. Most preferably, the height of the evaporative heat sink together with an electronic component group connected to the heat sink in a heat-conducting manner is less than 44.45 mm. A measured in a height direction in the direction transverse to the component group or board height of the heat sink is at least partially in the heat receiving region, at least partially below 35 mm. In this embodiment, the packing density compared to conventional computer systems can be increased by a factor of about 7.5, without problems in the heat dissipation occur.
Um zusätzliche elektrische oder elektronische Bauteile, wie Peripheriegeräte oder Zubehörteile der Recheneinrichtung, Massenspeicher in Form von Festplatten, Festkörperspeichern oder eine weitere Bauteilgruppe mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verdampfungskühlkörpers zu kühlen, kann an der der Verdampfungswand gegenüberliegenden Flachseite außen eine Aufnahme zum Halten bzw. zur Befestigung und zur wärmeleitenden Kontaktierung zusätzlicher Bauteile vorgesehen sein. Bei dieser Ausgestaltung können zwei einander gegenüberliegende Verdampfungswände vorgesehen sein. Beispielsweise kann an den beiden gegenüberliegenden Flachseiten jeweils eine Verdampfungswand in einer der obigen Ausgestaltungen vorgesehen sein. Diese Ausgestaltung kann insbesondere bei einer vertikalen Ausrichtung des Verdampfungskühlkörpers von Vorteil sein.To cool additional electrical or electronic components, such as peripherals or accessories of the computing device, mass storage in the form of hard disks, solid state storage or another group of components using the evaporative heat sink according to the invention, on the opposite side of the evaporation wall flat on the outside a receptacle for holding or for attachment and be provided for thermally conductive contacting additional components. In this embodiment, two opposing evaporation walls can be provided. For example, in each case one evaporation wall in one of the above embodiments can be provided on the two opposite flat sides. This refinement can be of advantage in particular in the case of a vertical orientation of the evaporative cooling body.
Ferner können Befestigungsmöglichkeiten für Rechenknotenkabel und weiteres Zubehör am Kühlkörper vorgesehen sein. Der Kühlkörper kann insbesondere mit wenigstens einem Steckverbinder und/oder Daten- bzw. Stromversorgungsleitung(en) baulich vormontiert sein, so dass die Bauteilgruppe ohne zusätzliche Kabel an Kühlkörper angeschlossen werden kann. Insbesondere kann der Kühlkörper mit wenigstens einem Erdungskontakt versehen sein.Furthermore, mounting options for Rechenknotenkabel and other accessories may be provided on the heat sink. The heat sink may in particular be structurally preassembled with at least one plug connector and / or data or power supply line (s), so that the component group can be connected to the heat sink without additional cables. In particular, the heat sink may be provided with at least one ground contact.
Der Kühlkörper kann eine metallische oder metallisierte Hülle umfassen, in der das wenigstens eine elektrische oder elektronische Bauteil aufnehmbar ist. Die Hülle kann zur Verbesserung der EMV-Verträglichkeit mit dem Erdungskontakt verbunden sein.The heat sink may comprise a metallic or metallized shell, in which the at least one electrical or electronic component is receivable. The sheath may be connected to the ground contact for improved EMC compatibility.
Des Weiteren kann der Kühlkörper mit Befestigungselementen zur Befestigung des Bauteils und/oder zur Montage des Kühlkörpers an einer Tragstruktur des Rechnersystems versehen sein. Auch kann der Kühlkörper als ein das Bauteil tragender Baugruppenträger ausgebildet sein bzw. selber eine Tragstruktur des Rechnersystems bilden, indem er mit Befestigungsmitteln versehen ist, an denen sich eine Bauteilgruppe befestigen lässt, so dass sie vom Kühlkörper als Teil der Tragstruktur getragen ist.Furthermore, the heat sink can be provided with fastening elements for fastening the component and / or for mounting the heat sink to a support structure of the computer system. Also, the heat sink may be formed as a subrack carrying the component or itself form a support structure of the computer system by being provided with fastening means to which a component group can be attached, so that it is carried by the heat sink as part of the support structure.
Mittels wenigstens einer zusätzlich eingebrachten Heatpipe kann die Wärmetransportleistung lokal und bezüglich des Betriebsbereiches modifiziert werden. Der Betriebspunkt der wenigstens einen Heatpipe kann oberhalb oder unterhalb der Siedetemperatur bzw. des Betriebspunkts des Verdampfungskühlers liegen, so dass die Heatpipe in einem Bereich optimal arbeitet und den Verdampfungskühler unterstützt, in dem dieser noch nicht oder nicht mehr effizient arbeitet. Durch eine derartige betriebspunktkaskadierte Anordnung lässt sich der Einsatzbereich des Kühlkörpers erweitern. Die wenigstens eine Heatpipe kann im Boden, im Fluidraum zusätzlich oder anstelle des Füllkörpers oder in außen am Kühlkörper angebrachten Rippen integriert sein.By means of at least one additionally introduced heat pipe, the heat transport performance can be modified locally and with respect to the operating range. The operating point of the at least one heat pipe can be above or below the boiling temperature or the operating point of the evaporative cooler, so that the heat pipe works optimally in one area and supports the evaporative cooler in which it is not or no longer efficient. By such an operating point cascaded arrangement, the range of application of the heat sink can be extended. The at least one heat pipe can be integrated in the bottom, in the fluid space in addition to or instead of the filler or in the outside attached to the heat sink ribs.
Zur Erweiterung des Betriebsbereiches können beispielsweise zwei verschiedene Heatpipes vorgesehen sein, die im unteren oder oberen Temperaturbereich ihren jeweiligen optimalen Arbeitspunkt haben. Eine Heatpipe kann beispielsweise so ausgestaltet sein, dass sie bereits bei einer Betriebstemperatur von 20°C Wärme zum Wärmeabfuhrorgan abführt, bei einer Betriebstemperatur von 45°C aber kollabiert, während das Fluid im Fluidraum beispielsweise bei 45°C siedet und, bei höheren Temperaturen von der weiteren Heatpipe mit einem optimalen Arbeitspunkt bei 70°C unterstützt wird. Gerade bei den hohen Temperaturen kann die Kühlleistung aufgrund verringerter Kondensation des Fluids im Fluidraum verringert sein.To expand the operating range, for example, two different heat pipes can be provided, which have their respective optimum operating point in the lower or upper temperature range. A heat pipe, for example, be designed so that it dissipates heat to the heat removal device at an operating temperature of 20 ° C, but collapsed at an operating temperature of 45 ° C, while the fluid in the fluid chamber, for example at 45 ° C and boiling, at higher temperatures of the other heatpipe with an optimal Operating point at 70 ° C is supported. Especially at high temperatures, the cooling capacity may be reduced due to reduced condensation of the fluid in the fluid space.
Die betriebspunktkaskadierte Anordnung von mehreren im Kühlkörper integrierten Kühlsystemen ermöglicht hohe Kühlleistungen über einen breiten Temperaturbereich bei einer gleichzeitig erhöhten Ausfallsicherheit.The operating point cascaded arrangement of several cooling systems integrated in the heat sink allows high cooling capacities over a wide temperature range with simultaneously increased reliability.
Vorzugsweise kann der Verdampfungskühlkörper insbesondere im Bereich der zu kühlenden Bauteile eine dünne Wandstärke aufweisen und aus einem metallischen, gut wärmeleitenden Material, wie beispielsweise Aluminium und/oder Kupfer gefertigt sein. Der Kühlkörper ist insbesondere kostengünstig herstellbar, wenn er zumindest abschnittsweise als in einem Strang- und/oder Druckgussverfahren herstellbares Formteil ausgestaltet ist. Er kann aus mehreren Schalen oder Einzelteilen zusammengesetzt und beispielsweise laserverschweißt sein.The evaporative cooling body can preferably have a thin wall thickness, in particular in the region of the components to be cooled, and be made of a metallic, highly thermally conductive material, such as, for example, aluminum and / or copper. In particular, the heat sink can be produced cost-effectively if it is configured, at least in sections, as a molded part producible in a strand and / or die casting process. It can be composed of several shells or individual parts and laser-welded, for example.
Zur Verbesserung der Wärmeabfuhr können die Seitenwand, der Boden, die Decke, die Verdampfungswand und/oder die Kondensationswand stoffschlüssig miteinander verbunden oder einstückig ausgeformt sein.To improve the heat dissipation, the side wall, the floor, the ceiling, the evaporation wall and / or the condensation wall can be integrally connected to one another or integrally formed.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsformen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Die Ausführungsformen stellen lediglich mögliche Ausgestaltungen dar, bei denen einzelne Merkmale, wie oben beschrieben ist, unabhängig voneinander realisiert und weggelassen werden können. In der Beschreibung der Ausführungsformen sind der Einfachheit halber gleiche Merkmale und Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the following the invention with reference to several embodiments with reference to the accompanying drawings is explained in more detail by way of example. The embodiments merely represent possible embodiments in which individual features, as described above, can be implemented independently of each other and omitted. In the description of the embodiments, the same features and elements are provided with the same reference numerals for the sake of simplicity.
Es zeigen:Show it:
1 eine schematische Perspektivansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rechnersystems mit einer Vielzahl erfindungsgemäßer Kühlkörper; 1 a schematic perspective view of a first embodiment of a computer system according to the invention with a plurality of heat sink according to the invention;
2 eine schematische Perspektivansicht einer Ausführungsform einer als Wärmeabfuhrleitung ausgestalteten erfindungsgemäßen Stützeinrichtung eines Rechnersystems; 2 a schematic perspective view of an embodiment of a designed as a heat dissipation line support according to the invention of a computer system;
3 eine schematische Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Kühlkörpers; 3 a schematic perspective view of a heat sink according to the invention;
4 eine schematische Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Kühlkörpers samt einer elektronischen Bauteilgruppe und eines elektronischen Zusatzgerätes; 4 a schematic exploded view of a heat sink according to the invention, including an electronic component group and an electronic auxiliary device;
5 eine schematische Perspektivansicht des in 4 gezeigten Kühlkörpers, der Bauteilgruppe und des Zusatzgerätes in einem zusammengebauten Zustand; 5 a schematic perspective view of the in 4 shown heat sink, the component group and the accessory in an assembled state;
6 eine schematische Perspektivansicht eines Unterteils eines erfindungsgemäßen Kühlkörpers; 6 a schematic perspective view of a lower part of a heat sink according to the invention;
7 eine schematische perspektivische Schnittansicht durch ein Oberteil und das in 7 a schematic perspective sectional view through an upper part and the in
6 gezeigte Unterteil eines erfindungsgemäßen Verdampfungskühlkörpers entlang der Hauptwärmeabfuhrrichtung des Kühlkörpers; 6 shown lower part of an evaporative heat sink according to the invention along the main heat dissipation direction of the heat sink;
8 eine schematische perspektivische Schnittansicht durch Seitenwände eines erfindungsgemäßen Kühlkörpers in Richtung einer Hauptwärmeabfuhrrichtung des Kühlkörpers; 8th a schematic perspective sectional view through side walls of a heat sink according to the invention in the direction of a main heat dissipation direction of the heat sink;
9 eine schematische Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Rechnersystems mit einer Vielzahl erfindungsgemäßer Kühlkörper; 9 a schematic perspective view of a computer system according to the invention with a plurality of inventive heat sinks;
10 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlkörpers, wie er im Rechnersystem der 9 verbaut werden kann; 10 a schematic side view of another embodiment of a heat sink according to the invention, as in the computer system of 9 can be installed;
11 eine schematische Perspektivansicht der Ausführungsform der 10; 11 a schematic perspective view of the embodiment of the 10 ;
12 eine schematische Schnittdarstellung entlang der Linie XII der 11; 12 a schematic sectional view taken along the line XII of 11 ;
13 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rechnersystems in einer schematischen Perspektivansicht; 13 a further embodiment of a computer system according to the invention in a schematic perspective view;
14a–i schematische Darstellungen von Konzepten zur Führung eines Kühlmediums bei erfindungsgemäßen Verdampfungskühlkörpern. 14a -I schematic representations of concepts for guiding a cooling medium in evaporative cooling bodies according to the invention.
Zunächst ist anhand der 1 eine erfindungsgemäße Recheneinrichtung 100 beschrieben. Die Recheneinrichtung 100 ist modulartig aufgebaut, beispielsweise aus zwei Teilmodulen 100a und 100b, die Rücken an Rücken und/oder nebeneinander angeordnet sein können. Eine gemeinsame vorzugsweise wandförmige Stützeinrichtung 101, oder jeweils eine vorzugsweise wandförmige Stützeinrichtung 101 bzw. 101a eines Teilmoduls, ist Teil einer das tragende Gerüst der Recheneinrichtung 100 bildenden Tragstruktur 102.First, based on the 1 a computing device according to the invention 100 described. The computing device 100 is modular, for example, two sub-modules 100a and 100b , which may be arranged back to back and / or side by side. A common preferably wall-shaped support means 101 , or in each case a preferably wall-shaped support means 101 respectively. 101 a sub-module, is part of the supporting framework of the computing device 100 forming support structure 102 ,
In die Stützeinrichtung 101 ist eine zentrale Kühleinrichtung der Recheneinrichtung 100 integriert, so dass sie eine kalte Wand 103 bildet, die von einem Kühlmedium wie beispielsweise einer Kühlflüssigkeit oder Kühlluft durchströmt sein kann. Die kalte Wand 103 trennt vorzugsweise hermetisch einen zentralen, gekühlten bzw. kühlbar ausgestalteten Kaltbereich K der Recheneinrichtung 100 von einem Warmbereich W, in dem Abwärme durch elektronische und/oder elektrische Bauteilgruppen 104 oder Bauteile erzeugt wird. Der Kaltbereich K wird von einem zentralen Kühlsystem gekühlt.In the support device 101 is a central cooling device of the computing device 100 integrated so that they have a cold wall 103 formed by a cooling medium such as a Coolant or cooling air can be flowed through. The cold wall 103 preferably separates hermetically a central, cooled or cooled designed cold area K of the computing device 100 from a warm area W, in the waste heat by electronic and / or electrical component groups 104 or components is generated. The cold zone K is cooled by a central cooling system.
In 1 sind als Bauteilgruppen 104 Einzelrechner gezeigt, aus denen die Recheneinrichtung 100 bzw. die Teilmodule 100a, 100b aufgebaut sind. Vom Warmbereich W erfolgt der Zugriff auf die Bauteilgruppen 104 durch Wartungspersonal.In 1 are as component groups 104 Single computer shown from which the computing device 100 or the submodules 100a . 100b are constructed. Warm area W accesses the component groups 104 by maintenance personnel.
Der Transport der Abwärme aus dem Warmbereich W zum Kaltbereich K erfolgt durch Bauteilgruppenträger 1, die gleichzeitig als Kühlkörper 1a dienen. Die Kühlkörper 1a sind bevorzugt als Verdampfungskühlkörper 1a ausgestaltet, können jedoch auch Heatpipes umfassen. Die Bauteilgruppenträger 1 sind Teil der Tragstruktur 102 der Recheneinrichtung 100 und tragen die Bauteilgruppen 104 bzw. einzelne Bauteile. Die Wärme wird von der jeweiligen Bauteilgruppe 104 über einen der Bauteilgruppe 104 zugewandten Wärmeaufnahmebereich 104' in den Kühlkörper 1a bzw. Bauteilgruppenträger 1 geleitet.The transport of the waste heat from the warm area W to the cold area K is carried out by component group carriers 1 , at the same time as a heat sink 1a serve. The heat sinks 1a are preferred as evaporation heat sink 1a but may also include heatpipes. The component group carriers 1 are part of the support structure 102 the computing device 100 and carry the component groups 104 or individual components. The heat is from the respective component group 104 over one of the component group 104 facing heat absorption area 104 ' in the heat sink 1a or component group carrier 1 directed.
Somit ist vorzugsweise die Kühlfunktion der Recheineinrichtung 100 in die gesamte Tragstruktur 102 integriert. Die elektrischen Bauelemente und Bauteilgruppen 104 gruppieren sich um diese tragende und kühlende Struktur 102 herum. Die Kopplung der Kühlkörper 1a mit dem Kaltbereich K erfolgt über ein Wärmeabfuhrorgan 2, das wärmeleitend mit der Stützeinrichtung 101 verbunden ist.Thus, preferably, the cooling function of the computing device 100 in the entire support structure 102 integrated. The electrical components and component groups 104 group around this supporting and cooling structure 102 around. The coupling of the heat sink 1a with the cold zone K via a heat dissipation member 2 , the heat-conducting with the support means 101 connected is.
Die Kühlkörper 1a sind über Befestigungsmittel 3 an der Stützeinrichtung 101 befestigt, die mit komplementären Befestigungsmitteln 105 der Stützeinrichtung 101 verbunden sind. Als Befestigungsmittel 3, 105 kommen Schraub- oder Rastverbindungen sowie formschlüssige, stoffschlüssige oder kraftschlüssige, beispielsweise magnetische Halterungen in Betracht. Die Kühlkörper 1a verfügen über weitere Befestigungsmittel 4, an denen die Bauteilgruppen 104 befestigt sind.The heat sinks 1a are about fasteners 3 at the support device 101 fastened with complementary fasteners 105 the support device 101 are connected. As a fastener 3 . 105 come screw or locking connections and positive, cohesive or non-positive, such as magnetic brackets into consideration. The heat sinks 1a have more fasteners 4 at which the component groups 104 are attached.
Die elektronischen Bauteilgruppen 104 sind vorzugsweise in einem Raster, beispielsweise in einer Seitenrichtung X der Recheneinrichtung 100 in einem Seitenrasterabstand x nebeneinander, in einer Querrichtung Y der Recheneinrichtung 100 in einem Querrasterabstand y hintereinander und in einer Höhenrichtung Z der Recheneinrichtung 100 in einem Höhenrasterabstand z übereinander voneinander beabstandet angeordnet. In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist der Höhenrasterabstand z vorzugsweise kleiner oder gleich einer Höheneinheit HE eines 19''-Standard-Rack-Formates. Wenn als Bauteilgruppen 104 beispielsweise Recheneinheiten im Mini-ITX-Format eingesetzt werden, können in einem zu einem Volumen eines Standardserverschranks gemäß dem Stand der Technik äquivalenten Volumen, das ca. 42 HE × 60 cm × 100 cm beträgt und theoretisch 112 Rechnereinheiten, derzeit realisierbar 96 Rechenknoten aufnehmen kann, in der 1 gezeigten Anordnung bis zu 720 Recheneinheiten untergebracht werden. Bei einer erfindungsgemäßen Recheneinrichtung 100, in der die Kühlfunktion von den tragenden Teilen wahrgenommen wird, ist folglich eine Erhöhung der Packungsdichte von Rechenknoten gegenüber dem Stand der Technik von bis zu einem Faktor von derzeit mindestens 7,5 möglich. Diese dichte Packung wird durch den flachen Aufbau der Kühlkörper 1a erreicht, bei dem die Wärmeabfuhr über die Wärmeabfuhrorgane 2 an den Schmalseiten B erfolgt, während die Wärmeaufnahme über die den Bauteilgruppen 104 zugewandten Flachseiten C erfolgt.The electronic component groups 104 are preferably in a grid, for example in a lateral direction X of the computing device 100 in a side grid spacing x next to each other, in a transverse direction Y of the computing device 100 in a transverse grid spacing y in succession and in a height direction Z of the computing device 100 arranged at a height grid spacing z one above the other from each other. In the in 1 illustrated embodiment, the height grid spacing z is preferably less than or equal to a height unit HE of a 19 '' - standard rack format. When as component groups 104 For example, computing units in mini-ITX format can be used in a volume equivalent to a volume of a standard server cabinet according to the prior art, which is about 42 HE × 60 cm × 100 cm and theoretically 112 computer units, currently realizable 96 compute nodes can accommodate , in the 1 arrangement can be accommodated up to 720 arithmetic units. In a computing device according to the invention 100 in that the cooling function is perceived by the supporting parts, an increase in the packing density of computing nodes compared to the prior art of up to a factor of currently at least 7.5 is consequently possible. This dense packing is due to the flat design of the heat sink 1a achieved, in which the heat dissipation through the heat removal organs 2 takes place on the narrow sides B, while the heat absorption over the component groups 104 facing flat sides C takes place.
In 2 ist die Stützeinrichtung 101 der Recheneinrichtung 100 ohne Kühlkörper 1a und Bauteile oder Bauteilgruppen 104 gezeigt. Die komplementären Befestigungsmittel 105 bilden jeweils im Raster angeordnete Befestigungspositionen 106 für die tragenden Kühlkörper 1a. Wie gezeigt können die Befestigungspositionen im Seitenrasterabstand x und Höhenrasterabstand y zu einer jeweils benachbarten Befestigungsposition 106 beabstandet angeordnet sein.In 2 is the support device 101 the computing device 100 without heat sink 1a and components or component groups 104 shown. The complementary fasteners 105 each form arranged in grid mounting positions 106 for the carrying heat sink 1a , As shown, the attachment positions at the side grid spacing x and height grid spacing y can be made to a respectively adjacent attachment position 106 be spaced apart.
Die Stützeinrichtung 101 mit dem integrierten Kühlsystem kann Eintrittsöffnungen I und/oder Austrittsöffnungen O für ein Kühlmedium beispielsweise in einem Seitenbereich 107, einem Oberbereich 108 und/oder einem Sockel- bzw. Unterbereich 109 aufweisen. Das Kühlmedium kann bei einem Ein- und Ausleiten durch den Sockel 109 beispielsweise in mäandrierenden Kühlkanälen (nicht gezeigt) durch die Stützeinrichtung 101 geleitet sein. Alternativ kann das Kühlmedium entlang der Höhenrichtung Z vom Unterbereich 109 zum Oberbereich 108 geleitet werden. Des Weiteren kann das Kühlmedium in den Seitenbereich 107 ein- und aus dem gegenüberliegenden Seitenbereich ausgeleitet werden. Eine derartige Anordnung einer das Kühlmittel führenden zentralen Wärmeabfuhrleitung in der wandförmigen Stützeinrichtung 101 kann eine gleichmäßige Kühlung der Stützeinrichtung 101 ermöglichen.The support device 101 with the integrated cooling system can inlet openings I and / or outlet openings O for a cooling medium, for example in a side area 107 , an upper area 108 and / or a pedestal or sub-area 109 exhibit. The cooling medium can enter and exit through the base 109 for example in meandering cooling channels (not shown) by the support means 101 be guided. Alternatively, the cooling medium along the height direction Z from the lower region 109 to the upper area 108 be directed. Furthermore, the cooling medium in the side area 107 be discharged on and off the opposite side area. Such an arrangement of a coolant leading central heat dissipation in the wall support means 101 can be a uniform cooling of the support device 101 enable.
In die Stützeinrichtung 101 können Fördermittel (nicht dargestellt) für das Kühlmittel wie Pumpen oder Ventilatoren integriert sein. Da der Warmbereich W und der Kaltbereich K durch die Stützeinrichtung 101 hermetisch voneinander getrennt sind, können im Kaltbereich K, in dem es auf eine hohe Wärmeabfuhr ankommt, leistungsstarke Fördermittel eingesetzt werden, ohne dass dies zu einer übermäßigen Lärmbelastung im Warmbereich W führt. Der dezentrale Wärmetransport im Warmbereich W, bei dem jedem Kühlkörper 1a eine bestimmte Anzahl von Bauteilgruppen zugeordnet ist, kommt dagegen ohne Umwälzung eines Kühlmittels aus.In the support device 101 For example, conveying means (not shown) for the coolant, such as pumps or fans, can be integrated. Since the warm area W and the cold area K by the support means 101 hermetically separated from each other, can be used in the cold area K, in which it depends on a high heat dissipation, powerful funding, without this to a Excessive noise in the warm area W leads. The decentralized heat transfer in the warm area W, where each heat sink 1a a certain number of component groups is assigned, in contrast, does without circulation of a coolant.
Die Befestigungspositionen 106 sind vom Warmbereich W her leicht zugänglich angeordnet. Sie ermöglichen einen einfachen Zusammenbau der Recheneinrichtung 100, indem die erforderliche Anzahl von Bauteilgruppen 104 mittels der Kühlkörper 1a an der Stützeinrichtung 101 befestigt wird. Vorzugsweise ist hierzu die jeweilige Bauteilgruppe 104 mit dem zugehörigen kühlenden Bauteilgruppenträger 1 vormontiert. Es sind keinerlei Schubladen, Kästen oder Einhausungen erforderlich, da keine zusätzliche Luftkühlung mehr notwendig ist. Die Abwärme der elektronischen Bauteilgruppen 104 wird zum überwiegenden Teil über die Tragstruktur 102 abgeleitet. Eine zusätzliche Klimatisierung des Warmbereichs W ist nicht erforderlich.The mounting positions 106 are arranged easily accessible from the warm area W forth. They allow a simple assembly of the computing device 100 by adding the required number of component groups 104 by means of the heat sink 1a at the support device 101 is attached. Preferably, this is the respective component group 104 with the associated cooling component group carrier 1 preassembled. There are no drawers, boxes or housings required because no additional air cooling is necessary. The waste heat of the electronic component groups 104 is for the most part about the support structure 102 derived. An additional air conditioning of the warm area W is not required.
Die Stützeinrichtung 101 kann beispielsweise aus Metall gefertigt sein, um eine gute Wärmeleitung zwischen den Wärmeabfuhrorganen 2 und den Befestigungspositionen 106 zu gewährleisten. Es ist jedoch auch denkbar, dass lediglich die Befestigungspositionen 106 aus Metall oder einem anderen gut wärmeleitenden Material gefertigt sind und übrige Abschnitte der Stützeinrichtung 101 aus anderen Materialien bestehen. Alternativ können die Befestigungspositionen 106 als Öffnungen zu einem Fluidkanal für beispielsweise Kühlluft ausgestaltet sein. Das Wärmeabfuhrorgan 2 kann durch die Öffnungen in den Fluidkanal ragen und/oder eine Wandung des Fluidkanals bilden und somit jenseits der kalten Wand 103 direkt gekühlt werden.The support device 101 may be made of metal, for example, to ensure good heat conduction between the heat removal organs 2 and the mounting positions 106 to ensure. However, it is also conceivable that only the attachment positions 106 are made of metal or other good heat conducting material and other portions of the support means 101 made of other materials. Alternatively, the attachment positions 106 be configured as openings to a fluid channel for example, cooling air. The heat removal member 2 may protrude through the openings in the fluid channel and / or form a wall of the fluid channel and thus beyond the cold wall 103 be cooled directly.
In einer anderen Ausgestaltung können an den Befestigungspositionen 106 zum Wärmeabfuhrorgan komplementäre Ableitflächen 110 angeordnet sein, die das jeweilige Wärmeabfuhrorgan 2 des Kühlkörpers 1a wärmeleitend kontaktieren. Die Wärmeabfuhrorgane 2 und Ableitflächen 110 kontaktieren einander wärmeleitend, möglichst flächig und luftspaltlos, gegebenenfalls unter Zwischenlage von wärmeleitenden Pads oder Pasten zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen.In another embodiment, at the attachment positions 106 to the heat removal member complementary discharge surfaces 110 be arranged, which is the respective heat dissipation member 2 of the heat sink 1a contact thermally conductive. The heat removal organs 2 and drainage surfaces 110 contact each other thermally conductive, as possible flat and air gapless, optionally with the interposition of thermally conductive pads or pastes to compensate for manufacturing tolerances.
Mit Bezug auf die 3 ist nun der Aufbau eines Kühlkörpers 1a bzw. Bauteilgruppenträgers 1 beschrieben.With reference to the 3 is now the construction of a heat sink 1a or component group carrier 1 described.
Der Kühlkörper 1a ist flachbauend mit zwei von Schmalseiten B begrenzten Flachseiten C ausgestaltet. Eine der Bauteilgruppe 104 zugewandte Verdampfungswand 5 des Kühlkörpers 1a ist an einer Flachseite C angeordnet und weist an ihrer Außenseite vorzugsweise eine oder mehrere Wärmeaufnahmeflächen 6 auf. Die Wärmeaufnahmeflächen 6 springen von der Verdampfungswand 5 in Richtung der jeweils zugeordneten Bauteilgruppe 104 vor und bilden Vorsprünge 7.The heat sink 1a is flat construction with two limited by narrow sides B flat sides C designed. One of the component group 104 facing evaporation wall 5 of the heat sink 1a is arranged on a flat side C and has on its outer side preferably one or more heat receiving surfaces 6 on. The heat receiving surfaces 6 jump from the evaporation wall 5 in the direction of the respectively assigned component group 104 before and make tabs 7 ,
Ferner sind Abstandhalter 8 vorgesehen, die ebenfalls von der Verdampfungswand 5 vorspringen. Die Abstandhalter 8 definieren mit ihren von der Verdampfungswand 5 abgewandten Enden eine Befestigungsebene E, in der beispielsweise eine Platine der Bauteilgruppe 104 nach ihrer Befestigung am Kühlkörper 1a zu liegen kommt. Die Abstandhalter 8 springen üblicherweise weiter vor als die Vorsprünge 7. Im Falle des Verdampfungskühlers bildet die Verdampfungswand 5 den Wärmeaufnahmebereich 104' (1).Furthermore, spacers 8th provided, also from the evaporation wall 5 protrude. The spacers 8th define with theirs from the evaporation wall 5 opposite ends of a mounting plane E, in the example, a board of the component group 104 after its attachment to the heat sink 1a to come to rest. The spacers 8th usually jump forward than the projections 7 , In the case of the evaporative cooler, the evaporation wall forms 5 the heat absorption area 104 ' ( 1 ).
In der Befestigungsebene E ist die Platine so gehalten, dass die an den Vorsprüngen 7 ausgeformten Wärmeaufnahmeflächen 6 unterschiedlich hohe Bauteile auf der Platine kontaktieren.In the mounting plane E, the board is held so that the at the projections 7 shaped heat receiving surfaces 6 Contact different components on the board.
In die Abstandhalter 8 können die Befestigungselemente 4 beispielsweise in Form von Gewindebohrungen, Rastöffnungen, Clips, Rasthaken oder ähnlichem integriert sein.Into the spacers 8th can the fasteners 4 be integrated, for example, in the form of threaded holes, latching openings, clips, latching hooks or the like.
Des Weiteren ist in 3 ersichtlich, dass das Wärmeabfuhrorgan 2 als eine Art Flansch ausgestaltet ist, der über die Verdampfungswand 5 und insbesondere die Befestigungsebene E übersteht. Das Wärmeabfuhrorgan 2 bildet so einen Schutz und eine Positionierhilfe für die Bauteilgruppe 104.Furthermore, in 3 it can be seen that the heat removal member 2 is designed as a kind of flange, which over the evaporation wall 5 and in particular the attachment level E survives. The heat removal member 2 thus forms a protection and a positioning aid for the component group 104 ,
Das Wärmeabfuhrorgan 2 weist in der in 3 dargestellten Ausführungsform an seiner Schmalseite B eine vorzugsweise plane Wärmeleitfläche 2' auf, deren Normalenvektor im Wesentlichen parallel zu einer Hauptwärmeabfuhrrichtung F des Kühlkörpers 1a verläuft. Entlang der Hauptwärmeabfuhrrichtung F wird der überwiegende Teil der Abwärme der Bauteilgruppe 104 transportiert und, an dessen Ende über das Wärmeabfuhrorgan 2 abgegeben. Eine Hauptwärmeaufnahmerichtung A, in der die Abwärme der Bauteilgruppe 104 in den Kühlkörper 1a eingeleitet wird, verläuft im Wesentlichen senkrecht zur Flachseite C des Kühlkörpers 1a. Die Hauptwärmeaufnahmerichtung A und die Hauptwärmeabfuhrrichtung F stehen im Wesentlichen senkrecht zueinander.The heat removal member 2 points in the in 3 illustrated embodiment on its narrow side B a preferably planar heat conduction surface 2 ' whose normal vector is substantially parallel to a main heat dissipation direction F of the heat sink 1a runs. Along the main heat removal direction F, the majority of the waste heat of the component group 104 transported and, at its end via the heat dissipation member 2 issued. A main heat receiving direction A, in which the waste heat of the component group 104 in the heat sink 1a is introduced, runs substantially perpendicular to the flat side C of the heat sink 1a , The main heat receiving direction A and the main heat removing direction F are substantially perpendicular to each other.
Der Kühlkörper 1a der 4 unterscheidet sich in seiner Ausgestaltung etwas vom Kühlkörper 1a der vorangegangenen Ausführungsbeispiele. Auf diese Unterschiede ist nachfolgend eingegangen. In 4 ist beispielhaft eine Funktionseinheit 111 einer erfindungsgemäßen Recheneinrichtung 100 gezeigt. Die Funktionseinheit 111 stellt beispielsweise einen Einzelrechner dar, um den die Recheneinrichtung 100 modulweise erweiterbar ist. Die Funktionseinheit 111 umfasst wenigstens die Bauteilgruppe 104 und, als zentralen Befestigungspunkt, den als Kühlkörper 1a ausgestalteten Bauteilgruppenträger 1. Zusätzlich kann die Funktionseinheit 111 ein weiteres zu kühlendes elektronisches Zusatzgerät 112 aufweisen, beispielsweise ein Speicher- oder Kommunikationsgerät. 4 zeigt beispielhaft eine Festplatte.The heat sink 1a of the 4 differs in its design something of the heat sink 1a the previous embodiments. These differences are discussed below. In 4 is an example of a functional unit 111 a computing device according to the invention 100 shown. The functional unit 111 represents, for example, a single computer to the the computing device 100 modularly expandable. The functional unit 111 includes at least the component group 104 and, as a central attachment point, as a heat sink 1a designed component group carrier 1 , In addition, the functional unit 111 another electronic accessory to be cooled 112 have, for example, a storage or communication device. 4 shows an example of a hard disk.
In 4 ist zu erkennen, dass die Positionen der Befestigungsmittel 4 des Kühlkörpers 1a auf die Positionen der komplementären Befestigungsmittel 105 der Bauteilgruppe 104 abgestimmt sind. Des Weiteren sind Anzahl, Positionen und vorzugsweise auch Höhen H der Vorsprünge 7 auf die Anzahl, Positionen und vorzugsweise auch Höhen J wärmeerzeugender elektronischer Bauelemente 113 der Bauteilgruppe 104 abgestimmt. Mit Hilfe der Vorsprünge 7 können die zu kühlenden Bauelemente 113 auch dann noch kontaktiert werden, wenn nicht zu kühlende Bauteile 114 die zu kühlenden Bauteile 113 überragen. Vorsprünge 7 sind so angeordnet, dass die Bauteile 113 nicht im Bereich der Vorsprünge 7 liegen. Die Länge der Abstandhalter ist so bemessen, dass auch noch die höchsten nicht zu kühlenden Bauelemente 114 einer Bauteilgruppe 104 zwischen der Befestigungsebene E und der Verdampfungswand 5 aufgenommen werden können. Liegt die Bauteilgruppe 114 in der Befestigungsebene E, so liegen die Oberflächen 115 der Abwärme erzeugenden Bauteile 113 an den Wärmeaufnahmeflächen 6 der Verdampfungswand 5 an.In 4 It can be seen that the positions of the fasteners 4 of the heat sink 1a on the positions of the complementary fasteners 105 the component group 104 are coordinated. Furthermore, number, positions and preferably also heights H of the projections 7 on the number, positions and preferably also heights J of heat-generating electronic components 113 the component group 104 Voted. With the help of the projections 7 can the components to be cooled 113 even then be contacted, if not to be cooled components 114 the components to be cooled 113 overtop. projections 7 are arranged so that the components 113 not in the area of the projections 7 lie. The length of the spacers is such that even the highest non-cooling components 114 a component group 104 between the mounting plane E and the evaporation wall 5 can be included. Is the component group 114 in the mounting plane E, so are the surfaces 115 the waste heat generating components 113 at the heat receiving surfaces 6 the evaporation wall 5 at.
In der in 4 gezeigten Ausführungsform ist das Wärmeabfuhrorgan 2 als Rippenkühler 9 mit Außenkühlrippen ausgestattet. Der Kühlkörper 1a ist als Verdampfungskühlkörper mit einem Fluidraum 10 versehen, der oben von einer Kondensationswand 11 begrenzt ist. Die Kondensationswand 11 kann mit Kondensationskörpern 12 versehen sein, die beispielsweise als in den Fluidraum ragende Innenkühlrippen eine Vergrößerung der Kondensationswand 11 bewirken und das kondensierende Fluid besser abtropfen lassen.In the in 4 the embodiment shown is the heat dissipation member 2 as a ribbed cooler 9 equipped with external cooling fins. The heat sink 1a is as evaporation heat sink with a fluid space 10 The top of a condensation wall 11 is limited. The condensation wall 11 can with condensation bodies 12 be provided, for example, as in the fluid space projecting internal cooling fins an enlargement of the condensation wall 11 cause and drain the condensing fluid better.
Die Kondensationswand 11 befindet sich an einer der Wärmeaufnahmefläche 6 gegenüberliegenden, hier oberen Flachseite 13 des Kühlkörpers 1a. Die Kondensationswand 11 ist, unabhängig von der konkreten Ausgestaltung des Kühlkörpers 1a, an einer Decke 14 des Kühlkörpers 1a angeordnet, da die heiße Dampfphase des Fluids entgegen der Schwerkraftrichtung G stets nach oben strömt. Zumindest in einem Teilbereich, beim Ausführungsbeispiel der 4 in dem vom Wärmeabfuhrorgan 2 abgewandten Teilbereich, nimmt die Höhe des Fluidraumes ab.The condensation wall 11 is located on one of the heat receiving surface 6 opposite, here upper flat side 13 of the heat sink 1a , The condensation wall 11 is, regardless of the specific design of the heat sink 1a on a ceiling 14 of the heat sink 1a arranged, since the hot vapor phase of the fluid against the direction of gravity G always flows upwards. At least in a partial area, in the embodiment of 4 in the heat removal device 2 remote portion, decreases the height of the fluid space.
Der Materialquerschnitt der Kondensationswand 11 nimmt in Querrichtung Y in Richtung des Wärmeabfuhrorgans 2 zu, so dass der Wärmetransport in Richtung des zunehmenden Querschnitts zum Wärmeabfuhrorgan 2 hin gegenüber den anderen Richtungen erleichtert ist. Das Wärmeabfuhrorgan 2 und die Kondensationswand 11 sind einstückig ausgestaltet und bilden ein Oberteil 15 des Kühlkörpers 1a, das auf ein Unterteil 16 des Kühlkörpers 1a aufsetzbar ausgestaltet ist. Das Unterteil 16 ist der elektronischen Baugruppe 104 zugewandt. Ober- und Unterteil sind aus Aluminiumdruckguss gefertigt und miteinander laserverschweißt.The material cross section of the condensation wall 11 takes in the transverse direction Y in the direction of the heat dissipation member 2 to, so that the heat transfer in the direction of the increasing cross-section to the heat dissipation member 2 towards the other directions. The heat removal member 2 and the condensation wall 11 are designed in one piece and form a shell 15 of the heat sink 1a on a lower part 16 of the heat sink 1a is designed to be placed. The lower part 16 is the electronic assembly 104 facing. The upper and lower parts are made of die-cast aluminum and laser-welded together.
Gegenüber der der Bauteilgruppe 104 zugewandten Flachseite C kann, wie 4 zeigt, eine Aufnahme 17 ausgeformt sein, um das Zusatzgerät 112 am Kühlkörper 1a zu halten. Die vom Zusatzgerät 112 während des Betriebs erzeugte Wärme wird durch eine Wärmeaufnahmefläche 18 in den Kühlkörper 1a geleitet. Das Wärmeabfuhrorgan 2 kann auch die Wärmeaufnahmefläche 18 überragen und somit einen Schutz für das Zusatzgerät 112 bilden.Opposite of the component group 104 facing flat side C can, like 4 shows a shot 17 be shaped to the attachment 112 on the heat sink 1a to keep. The from the attachment 112 Heat generated during operation is transmitted through a heat receiving surface 18 in the heat sink 1a directed. The heat removal member 2 can also heat absorption area 18 surpass and thus provide protection for the attachment 112 form.
Der Kühlkörper 1a hält und trägt als Teil der Tragstruktur 102 sowohl die elektronische Bauteilgruppe 104 als auch das Zusatzgerät 112.The heat sink 1a holds and carries as part of the support structure 102 both the electronic component group 104 as well as the attachment 112 ,
In 5 ist die Funktionseinheit 111 der 4 in einem zusammengesetzten Zustand gezeigt. Der Kühlkörper 1a trägt die elektronische Bauteilgruppe 104 an den Befestigungsmittel 4, 105. Die an den Vorsprüngen 7 ausgeformten Wärmeaufnahmeflächen 6 sind wärmeleitend an die elektronischen Bauteile 113 angekoppelt. Die Wärmeaufnahmeflächen 6 und/oder 18 können bei Bedarf mit Wärmeleitpasten, -klebern und/oder -pads versehen sein, um die Wärmeübertragung von den Bauteile 113 zum Kühlkörper 1a zu verbessern und Toleranzen auszugleichen.In 5 is the functional unit 111 of the 4 shown in an assembled state. The heat sink 1a carries the electronic component group 104 to the fastener 4 . 105 , The at the projections 7 shaped heat receiving surfaces 6 are heat-conducting to the electronic components 113 coupled. The heat receiving surfaces 6 and or 18 may be provided with thermal grease, adhesive and / or pad as needed to facilitate heat transfer from the components 113 to the heat sink 1a to improve and to compensate for tolerances.
Aus 5 ist insbesondere ersichtlich, dass mit einem erfindungsgemäßen Kühlkörper 1a eine sehr flachbauende Funktionseinheit 111 geschaffen ist. Die Funktionseinheit 111 kann vormontiert über den Kühlkörper 1a einfach an der Stützeinrichtung 101 befestigt werden.Out 5 is particularly apparent that with a heat sink according to the invention 1a a very flat construction functional unit 111 is created. The functional unit 111 Can be preassembled over the heat sink 1a simply on the support device 101 be attached.
6 zeigt das Unterteil 16 in einer schematischen Perspektivansicht. An dem Unterteil 16 ausgeformte Seitenwände 18 begrenzen mit seitlichen Innenflächen 19 den Fluidraum 10. Auf seiner Unterseite ist der Fluidraum 10 durch eine von der Verdampfungswand 5 gebildete Verdampfungsfläche 20 begrenzt. Die Verdampfungsfläche 20 ist an der Innenseite, der Wärmeaufnahmebereich 5' auf der Außenfläche der Verdampfungswand 5 des Kühlkörpers 1a angeordnet. 6 shows the lower part 16 in a schematic perspective view. At the bottom 16 shaped side walls 18 limit with lateral inner surfaces 19 the fluid space 10 , On its underside is the fluid space 10 through one of the evaporation wall 5 formed evaporation surface 20 limited. The evaporation surface 20 is on the inside, the heat receiving area 5 ' on the outer surface of the evaporation wall 5 of the heat sink 1a arranged.
Die Verdampfungswand 5 kann eine oder mehrere sich entgegen der Höhenrichtung Z erstreckende Fluidsammelsenken 21 in Form von Vertiefungen aufweisen. Die Positionen der Fluidsammelsenken 21 sind auf die Positionen der Vorsprünge 7 abgestimmt: Ein Vorsprung 7 auf der Außenseite des Kühlkörpers 1a bildet auf der Innenseite, im Fluidraum 10, eine Fluidsammelsenke 21. Des Weiteren kann die Verdampfungswand 5 wenigstens eine Bauelementaufnahme 22 zur Aufnahme besonders hoher Bauelemente 113 oder 114 aufweisen. Die Bauelementaufnahme 22 bildet einen in den Fluidraum 10 ragenden Vorsprung.The evaporation wall 5 may sink one or more fluid collection extending counter to the height direction Z. 21 have in the form of depressions. The positions of the fluid collection sinks 21 are on the positions of the projections 7 coordinated: a lead 7 on the outside of the heatsink 1a forms on the inside, in the fluid space 10 , a fluid collection sink 21 , Furthermore, the evaporation wall 5 at least one component holder 22 for receiving particularly high components 113 or 114 exhibit. The component holder 22 forms one in the fluid space 10 protruding projection.
7 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlkörpers 1a in einer schematischen Schnittansicht. Die der elektronischen Baugruppe 104 zugewandte Flachseite C, die in 7 einen Boden 23 bildet, weist auf ihrer dem Fluidraum 10 zugewandten Seite die Verdampfungsfläche 20 und auf ihrer der elektronischen Bauteilgruppe zugewandten Seite den Wärmeaufnahmebereich 5' aus. An der Kondensationswand 11 sind Kondensationskörper 12 ausgeformt, die sich in der Ausführungsform der 7 als rippenförmige Wärmeleitbrücken 12' entlang der Decke 14 bis zum Wärmeabfuhrorgan 2 erstrecken und über eine vom Wärmeabfuhrorgan 2 gebildete hintere Seitenwand des Fluidraums 10 sowie über die bzw. als Teil der Decke 14 mit dem Wärmeabfuhrorgan 2 wärmeleitend verbunden sind. Zwischen den Wärmeleitbrücken 12' sind Strömungskanäle ausgebildet, die die Dampfphase bis nahe an das Wärmeabfuhrorgan 2 leiten. 7 shows a further embodiment of a heat sink according to the invention 1a in a schematic sectional view. The electronic assembly 104 facing flat side C, which in 7 a floor 23 forms on her the fluid space 10 facing side of the evaporation surface 20 and on its electronic component group side facing the heat receiving area 5 ' out. At the condensation wall 11 are condensation bodies 12 formed in the embodiment of the 7 as rib-shaped Wärmeleitbrücken 12 ' along the ceiling 14 to the heat removal device 2 extend and over a heat removal device 2 formed rear side wall of the fluid space 10 as well as over or as part of the ceiling 14 with the heat dissipation member 2 are thermally conductively connected. Between the thermal bridges 12 ' flow channels are formed, which close the vapor phase to the heat removal member 2 conduct.
Die Querschnittsfläche der Kondensationskörper 12 nimmt in Richtung zum Wärmeabfuhrorgan 2 hin zu. In 7 wird dies dadurch erreicht, dass die Höhe K der Rippen zunimmt.The cross-sectional area of the condensation body 12 takes towards the heat dissipation device 2 towards. In 7 this is achieved by increasing the height K of the ribs.
In der in 7 dargestellten Ausführungsform wird beispielhaft deutlich, dass ein Hauptwärmeabfuhrweg Q von der mit dem Bauteil wärmeübertragend gekoppelten Verdampfungswand 5 durch den an die Verdampfungsfläche 20 angrenzenden Fluidraum 10 über die Kondensationswand 11 und/oder die Kondensationskörper 12 zum Wärmeabfuhrorgan 2 verläuft. Vom Wärmeabfuhrorgan 2 wird die Abwärme weiter abgegeben, beispielsweise an die kalte Wand 103 (1) oder nach außerhalb eines hier nicht dargestellten Rechnergehäuses.In the in 7 illustrated embodiment, it is clear by way of example that a Hauptwärmeabfuhrweg Q of the heat-transmitting coupled to the component evaporation wall 5 through the to the evaporation surface 20 adjacent fluid space 10 over the condensation wall 11 and / or the condensation bodies 12 to the heat dissipation member 2 runs. From the heat removal device 2 the waste heat is released further, for example to the cold wall 103 ( 1 ) or to outside of a computer housing, not shown here.
Die Kondensationswand 11 verläuft vorzugsweise quer zu einer in Schwerkraftrichtung G weisenden Dampfaufstiegsrichtung des Fluids 25. Die Kondensationswand 11 und die Verdampfungswand 5 sind bei den horizontal ausgerichteten Kühlkörpern 1a der 3 bis 7 parallel zueinander und im Fluidraum einander gegenüberliegend angeordnet. Die Höhe L des Fluidraums ist vorzugsweise im Mittel kleiner oder höchstens gleich einer sich jeweils quer zur Höhenrichtung Z erstreckenden Breite und/oder Länge des Fluidraums 10. Das Wärmeabfuhrorgan 2 kann sich quer zur Höhenrichtung Z von der Kondensationswand 11 weg erstrecken.The condensation wall 11 preferably runs transversely to a pointing in the direction of gravity G vapor rising direction of the fluid 25 , The condensation wall 11 and the evaporation wall 5 are in the horizontally oriented heat sinks 1a of the 3 to 7 arranged parallel to one another and in the fluid space opposite one another. The height L of the fluid space is preferably on average less than or at most equal to a respective width and / or length of the fluid space extending transversely to the height direction Z. 10 , The heat removal member 2 can be transverse to the height direction Z of the condensation wall 11 extend away.
8 zeigt den Bauteilgruppenträger 1 der 7 in einer perspektivischen Schnittansicht durch die Seitenwände 18 entlang der Querrichtung Y. In der in 8 gezeigten Ansicht ist zu erkennen, dass die Kondensationskörper 12 an der dem Wärmeabfuhrorgan 2 zugewandten seitlichen Innenfläche 19 einstückig in das Wärmeabfuhrorgan 2 übergehen. Die Kondensationskörper 12 können zur Decke 14 und zum Wärmeabfuhrorgan 2 vorzugsweise sich konisch verbreiternd ausgestaltet sein, um die Wärmeleitung in Richtung des Wärmeabfuhrorgans 2 zu verbessern. 8th shows the component group carrier 1 of the 7 in a perspective sectional view through the side walls 18 along the transverse direction Y. In the in 8th shown view can be seen that the condensation body 12 at the heat removal device 2 facing lateral inner surface 19 in one piece into the heat dissipation member 2 pass. The condensation body 12 can go to the ceiling 14 and to the heat dissipation member 2 preferably be conically widening designed to the heat conduction in the direction of the heat dissipation member 2 to improve.
9 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Recheneinrichtung bzw. eines Rechnersystems 100, bei dem die Kühlkörper 1a im Unterschied zu der Ausführungsform der 1 vertikal ausgerichtet sind. 9 shows a further embodiment of a computing device or a computer system 100 in which the heat sink 1a in contrast to the embodiment of the 1 are vertically aligned.
Die Recheneinrichtung 100 der 9 weist ebenfalls eine Tragstruktur 102 auf, die gleichzeitig die elektronischen Bauteilgruppen 104 trägt und kühlt. Auch das Rechnersystem der 9 kann aus zwei Teilmodulen 100a und 100b zusammen gebildet sein, wie durch die strichpunktierte Linie angedeutet ist. Die elektronischen Bauteilgruppen 104 sind außen an der Recheneinrichtung 100 in einem Warmbereich W der Recheneinrichtung 100 in mehreren übereinanderliegenden Etagen und innerhalb der Etagen nebeneinander angeordnet. In jeder Etage sind die Bauteilgruppenträger über die Kühlkörper 1a an gekühlten, sich horizontal erstreckenden Etagenträgern 117 der Stützeinrichtung 101 befestigt, beispielsweise aufgehängt. Diese Anordnung ermöglicht es beispielsweise, jeweils zwei Bauteilgruppenträger 1 einem gemeinsamen Kühlkörper 1a zuzuordnen und an diesem zu befestigen. Die Etagenträger 117 sind gekühlt und beispielsweise von einem Kühlmedium durchströmt. Sie sind damit Teil der Kühl-/Tragstruktur 102.The computing device 100 of the 9 also has a support structure 102 at the same time the electronic component groups 104 wears and cools. Also the computer system of 9 can consist of two submodules 100a and 100b be formed together, as indicated by the dash-dotted line. The electronic component groups 104 are outside the computing device 100 in a warm area W of the computing device 100 arranged in several superimposed floors and within the floors next to each other. On each floor, the component group carriers are above the heatsinks 1a on refrigerated, horizontally extending floorboards 117 the support device 101 attached, for example suspended. This arrangement makes it possible, for example, two component group carrier 1 a common heat sink 1a assign and attach to this. The floor supports 117 are cooled and, for example, flows through a cooling medium. They are thus part of the cooling / support structure 102 ,
Der Warmbereich W ist für das Wartungs- und Bedienungspersonal leicht zugänglich, so dass Wartungsarbeiten, beispielsweise der Austausch einzelner elektronischer Bauteilgruppen 104, leicht und mit wenig Aufwand durchgeführt werden kann. Der Kaltbereich K ist, vorzugsweise hermetisch vom Warmbereich W getrennt, in der gemeinsamen Stützeinrichtung 101 angeordnet. Wie bei der Recheneinrichtung 100 der 1 wird durch tragende Kühlkörper 1a an denen die elektronischen Bauteilgruppen 104 befestigt sind, die Abwärme aus dem Warmbereich W in den Kaltbereich K geleitet, ohne dass ein Kühlmedium zwischen den beiden Bereichen ausgetauscht wird.The warm area W is easily accessible to the maintenance and operating personnel, so that maintenance work, for example, the replacement of individual electronic component groups 104 , can be done easily and with little effort. The cold area K is, preferably hermetically separated from the warm area W, in the common support means 101 arranged. As with the computing device 100 of the 1 is by carrying heat sink 1a where the electronic component groups 104 are fixed, the waste heat from the warm area W in the cold area K passed without a cooling medium is exchanged between the two areas.
10 zeigt beispielhaft den Aufbau eines Kühlkörpers, wie er in der 10 verwendet werden kann. Der Kühlkörper 1a ist als Verdampfungskühlkörper ausgestaltet, kann aber auch alternativ oder zusätzlich eine oder mehrere Heatpipes umfassen, wie oben erläutert ist. 10 shows by way of example the structure of a heat sink, as shown in the 10 can be used. The heat sink 1a is designed as evaporative heat sink, but can also alternatively or additionally comprise one or more heatpipes, as explained above.
Der Kühlkörper 1a ist, wie bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen, flachbauend und an zwei gegenüberliegenden Flachseiten C mit Verdampfungswänden 5 versehen. Die Verdampfungswände 5 verlaufen etwas geneigt zueinander, so dass sich ein in Schwerkraftrichtung G verjüngender Querschnitt des Kühlkörpers 1a ergibt. Die obere, dem Wärmeabfuhrorgan 2 zugewandete Schmalseite B des Kühlkörpers weist einen größeren Flächeninhalt auf als die untere, vom Wärmeabfuhrorgan 2 abgewandte Schmalseite. Entsprechend bilden die an den Verdampfungswänden 5 bzw. Wärmeaufnahmeflächen 6 anliegenden Bauteilgruppen 104 eine sich nach oben hin öffnende V-förmige Anordnung.The heat sink 1a is, as in the previous embodiments, flat and on two opposite flat sides C with evaporation walls 5 Mistake. The evaporation walls 5 slightly inclined to each other, so that in a direction of gravity G tapered cross-section of the heat sink 1a results. The upper, the heat dissipation member 2 facing narrow side B of the heat sink has a larger surface area than the lower, from the heat dissipation member 2 opposite narrow side. Accordingly, the form on the evaporation walls 5 or heat receiving surfaces 6 adjacent component groups 104 an upwardly opening V-shaped arrangement.
10 zeigt ein mit Außenkühlrippen 9 versehenes Wärmeabfuhrorgan 9. Anstelle der Außenkühlrippen 9 kann jedoch, wie bei den vorangegangenen Ausführungsformen, das Wärmeabfuhrorgan 2 als plane Fläche ausgestaltet an der kalten Wand 103 anliegen, wie dies beispielsweise bei der Recheneinrichtung 100 der 9 der Fall ist. Dort liegen die Wärmeabfuhrorgane 2 flächig an den gekühlten, brettförmigen Etagenträgern 117 der Tragstruktur 101 an. 10 shows one with external cooling fins 9 provided heat dissipation member 9 , Instead of the external cooling fins 9 However, as in the previous embodiments, the heat dissipation member 2 designed as a flat surface on the cold wall 103 concern, as for example in the computing device 100 of the 9 the case is. There are the heat removal organs 2 flat on the cooled, board-shaped floor supports 117 the supporting structure 101 at.
Wie in der 11 zu erkennen ist, muss sich der Kühlkörper 1a nicht über die gesamte Breite der Bauteilgruppe 104 erstrecken, sondern kann nur die Abwärme erzeugenden Bauelemente 113 mittelbar oder unmittelbar kontaktieren.Like in the 11 It is necessary to recognize the heat sink 1a not over the entire width of the component group 104 extend, but only the waste heat generating components 113 contact directly or indirectly.
Der Kühlkörper 1a kann mit einem oder mehreren Steckverbindern 118 baulich integriert sein. An den Steckverbindern 118 können die Bauteilgruppen 104 und/oder die Bauteilgruppen 104 untereinander verbindende Kommunikations- und/oder Stromversorgungsleitungen angeschlossen werden. Vorzugsweise ist wenigstens ein Steckverbinder 118 so ausgestaltet, dass er beim Anbringen des Kühlkörpers 1a in der Recheneinrichtung 100 automatisch mit einem Gegenstecker (nicht gezeigt) verbunden wird.The heat sink 1a can with one or more connectors 118 be structurally integrated. On the connectors 118 can the component groups 104 and / or the component groups 104 interconnecting communication and / or power supply lines are connected. Preferably, at least one connector 118 designed so that when attaching the heat sink 1a in the computing device 100 automatically connected to a mating connector (not shown).
Da bei der hängenden Ausgestaltung des Kühlkörpers die der zu kühlenden Bauteilgruppe 104 zugewandte Verdampfungswand 5 nicht mehr am Boden des Fluidraumes 10, sondern an einer seitlichen Flachseite C angeordnet ist, hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn im Fluidraum 10 ein Füllkörper 28 angeordnet ist, der sowohl der Wärmeleitung als auch der Verdrängung von Fluid dient, so dass der Fluidraum 10 einen hohen Füllstand bei nur geringem Fluidvolumen aufweist. Durch den hohen Füllstand soll sichergestellt sein, dass sämtliche, auch oben liegende Wärmeaufnahmeflächen 6 mit Flüssigkeit bedeckt sind. Das Fluid 25 befindet sich in einem Spalt 29 zwischen dem Füllkörper 28 und den die Flachseiten C bildenden Wänden des Kühlkörpers 1a.Since in the hanging configuration of the heat sink, the component to be cooled 104 facing evaporation wall 5 no longer at the bottom of the fluid space 10 but is arranged on a lateral flat side C has proved to be advantageous when in the fluid space 10 a packing 28 is arranged, which serves both the heat conduction and the displacement of fluid, so that the fluid space 10 has a high level with only a small volume of fluid. Due to the high level, it should be ensured that all, including the top heat receiving surfaces 6 covered with liquid. The fluid 25 is in a gap 29 between the filler 28 and the flat sides C forming walls of the heat sink 1a ,
Der Füllkörper 28 verjüngt sich, wie die Außenkontur des Kühlkörpers 1a, in Richtung weg vom Wärmeabfuhrorgan 2. Dies bewirkt, dass sich die Querschnittsfläche des Füllkörpers 28 hin zum Wärmeabfuhrorgan 2 vergrößert und somit die in dieser Richtung hin zunehmende Wärme leichter abtransportiert werden kann.The filler 28 tapers, like the outer contour of the heat sink 1a , in the direction away from the heat dissipation device 2 , This causes the cross-sectional area of the packing 28 towards the heat dissipation member 2 increases and thus increasing in this direction towards increasing heat can be easily removed.
Die Kondensationswand 11 befindet sich in einem flanschförmigen Sockelabschnitt 31 des Kühlkörpers 1a direkt am Wärmeabfuhrorgan 2. Der Sockel 31 springt in Breitenrichtung gegenüber den Wärmeaufnahmebereichen 5' seitlich vor. Im Sockel 31 erweitert sich der Fluidraum 10 zu beiden Seiten des Füllkörpers 28 und bildet eine Kondensationskammer 32. Der Sockel 31 dient zur Befestigung und Positionierung des Kühlkörpers 1a in der Recheneinrichtung 100. Er springt in Breitenrichtung vorzugsweise bis wenigstens zu der Außenfläche 33 der Bauteilgruppen 104 vor, um diese gleichzeitig vor Beschädigung zu schützen.The condensation wall 11 is located in a flange-shaped base section 31 of the heat sink 1a directly on the heat dissipation device 2 , The base 31 jumps in the width direction with respect to the heat absorption areas 5 ' laterally in front. In the pedestal 31 the fluid space widens 10 on both sides of the packing 28 and forms a condensation chamber 32 , The base 31 used for mounting and positioning of the heat sink 1a in the computing device 100 , It preferably jumps in the width direction to at least the outer surface 33 the component groups 104 to protect them from damage at the same time.
Bei einer vertikalen Ausrichtung des Kühlkörpers 1a und der Bauteilgruppe 104 sind weitere Abwandlungen im Aufbau der Recheneinrichtung 100 möglich. Eine dieser Abwandlungen ist in 13 gezeigt. Die Recheneinrichtung 100 weist hier eine insgesamt wandförmige Struktur auf, deren Außenseite von den Außenflächen 33 der Bauteilgruppen 104 gebildet senen Warmbereich, der wiederum den hermetisch getrennten Kaltbereich umgibt. Jeder Bauteilgruppe 104 kann ein Kühlkörper 1a zugeordnet sein, der die Abwärme der jeweiligen Bauelemente 113 dem zentral gekühlten Kühlbereich zuführt.For a vertical orientation of the heat sink 1a and the component group 104 are further modifications in the structure of the computing device 100 possible. One of these modifications is in 13 shown. The computing device 100 has an overall wall-shaped structure, the outside of the outer surfaces 33 the component groups 104 formed senen warm area, which in turn surrounds the hermetically separated cold area. Each component group 104 can be a heat sink 1a be assigned to the waste heat of the respective components 113 the centrally cooled cooling area supplies.
Die 14a bis 14i zeigen Möglichkeiten, das Wärmeabfuhrorgan 2 mittels einer Fluidströmung zu kühlen. Die Fluidströmung verläuft entlang eines Strömungswegs S am Wärmeabfuhrorgan 2 vorbei bzw. durch das Wärmeabfuhrorgan 2 hindurch. Ein Fördermittel 119 führt ein ein- bzw. zuströmendes Fluid zum Wärmeabfuhrorgan 2. Als Fördermittel 119 ist beispielsweise für gasförmige Fluide, wie Kühlluft, ein Gebläse bzw. Ventilator einsetzbar. Für flüssige Fluide kann als Fördermittel 119 eine Pumpe eingesetzt werden.The 14a to 14i show possibilities, the heat dissipation organ 2 to cool by means of a fluid flow. The fluid flow runs along a flow path S at the heat removal element 2 over or through the heat dissipation member 2 therethrough. A subsidy 119 leads an incoming or inflowing fluid to the heat dissipation member 2 , As a subsidy 119 For example, for gaseous fluids, such as cooling air, a fan or fan can be used. For liquid fluids can be used as a conveyor 119 a pump can be used.
Gemäß der in 14a gezeigten Anordnung fördert das Fördermittel 119 das Fluid zum Wärmeabfuhrorgan 2. Das Fluid wird dann durch Kühlleitbleche 34 umgelenkt und strömt entlang des Wärmeabfuhrorgans 2, beispielsweise durch Kühlrippen 9, als erwärmtes, aus- bzw. abströmendes Fluid Sa seitlich. Alternativ kann das Fluid vor dem Abströmen nochmals umgelenkt werden, wie der gestrichelte Pfeil andeutet.According to the in 14a shown arrangement promotes the funding 119 the fluid to the heat removal member 2 , The fluid is then passed through Kühlleitbleche 34 deflected and flows along the heat dissipation member 2 , For example, by cooling fins 9 , as a heated, outflowing or outflowing fluid S a laterally. Alternatively, the fluid can be deflected again before the outflow, as the dashed arrow indicates.
Gemäß 14b führen zwei Fördermittel 119 zu zwei Seiten des Wärmeabfuhrorganes das Fluid jeweils in der Querrichtung Y. Die beiden zugeführten Fluidströme SE werden mittig am Wärmeabfuhrorgan 2 zusammengeführt, nachdem sie in der Seitrichtung X entlang zweier Abschnitte des Wärmeabfuhrorgans 2 geströmt sind, um dann zusammengeführt in der Querrichtung Y vom Wärmeabfuhrorgan 2 wegzuströmen. Auch diese Strömung kann durch entsprechende Leitbleche 34 geleitet werden. According to 14b carry two subsidies 119 to two sides of the heat removal member, the fluid in each case in the transverse direction Y. The two supplied fluid streams S E are centered on the heat removal member 2 merged, after in the lateral direction X along two sections of the heat dissipation member 2 have flowed, then merged in the transverse direction Y from the heat removal member 2 flow away. Also, this flow can be through appropriate baffles 34 be directed.
14c zeigt eine Anordnung, bei der die beiden Fördermittel 119 das Fluid in bzw. entgegen der Seitrichtung X in zwei aufeinander zu führenden einströmenden Fluidströmen SE in das Wärmeabfuhrorgan 2 befördern, wo die einströmenden Fluidströme SE zusammengeführt in Form der abgeführten Fluidströme SA weggeführt werden. 14c shows an arrangement in which the two conveying means 119 the fluid in or opposite to the side direction X in two successive inflowing fluid streams S E in the heat dissipation member 2 convey, where the inflowing fluid streams S E are led away in the form of the discharged fluid flows S A.
14d zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung, in dem das zugeführte Fluid SE vom Fördermittel 119 entgegen der Seitrichtung X durch das Wärmeabfuhrorgan 2 bzw. dessen Kühlrippen 9 hindurch oder an der Wärmeableitfläche 2' entlang geführt wird, um anschließend entgegen der Seitrichtung X oder alternativ in oder entgegen der Querrichtung Y als abströmender Fluidstrom SA vom Wärmeabfuhrorgan 2 fortzuströmen. 14d shows an embodiment of an arrangement in which the supplied fluid S E from the conveyor 119 opposite to the side X by the heat dissipation member 2 or its cooling ribs 9 through or on the heat dissipation surface 2 ' is guided along, then against the side direction X or alternatively in or against the transverse direction Y as a flowing fluid flow S A from the heat removal member 2 fortzuströmen.
14e zeigt eine Anordnung mit einem Kühlkörper 1a, der mit einer Vielzahl von Wärmeaufnahmebereichen 5' zur Aufnahme einer entsprechenden Vielzahl elektronischer Bauteilgruppen 104 ausgestaltet ist. Einzelne Bauteilgruppenabschnitte 27, die jeweils eine komplette Kühleinheit mit einem Oberteil 15 und einem Unterteil 16 bzw. den davon umfassten Elemente beinhalten können, sind durch ein gemeinsames Wärmeabfuhrorgan 2 miteinander verbunden. Entlang bzw. durch dieses gemeinsame Wärmeabfuhrorgan 2 strömt das Fluid entgegen der Seitrichtung X. 14e shows an arrangement with a heat sink 1a that with a variety of heat absorption areas 5 ' for receiving a corresponding plurality of electronic component groups 104 is designed. Individual component group sections 27 , each a complete cooling unit with an upper part 15 and a lower part 16 or may include the elements covered by it, are by a common heat dissipation member 2 connected with each other. Along or through this common heat dissipation member 2 the fluid flows in the opposite direction X.
14f zeigt eine Ausführungsform des Kühlkörpers 1a, mit einem angeschrägten Seitenbereich des Wärmeabfuhrorgans 2, an dem das Fördermittel 119 so angebracht ist, dass es das Fluid in einem zugeführten Fluidstrom SE in der Querrichtung Y ansaugt und parallel zur Seitrichtung X umlenkt. Analog zur in 14a dargestellten Ausführungsform kann das Fluid dann entgegen der Seitrichtung X oder quer dazu abströmen. 14f shows an embodiment of the heat sink 1a , with a tapered side portion of the heat dissipation member 2 on which the funding 119 is arranged so that it sucks the fluid in a supplied fluid flow S E in the transverse direction Y and deflects parallel to the lateral direction X. Analogous to in 14a In the embodiment shown, the fluid can then flow away against the lateral direction X or transversely thereto.
14g zeigt eine mögliche Strömungsanordnung, bei der zwei Fördermittel 119 jeweils an angeschrägten Seiten des Wärmeabfuhrorgans 2 angeordnet sind und das Fluid wie in 14f gezeigt umlenken und anschließend die beiden zugeführten Fluidströme SE, ähnlich wie in 14b dargestellt, zusammengeführt umgelenkt als Fluidströme SA abgeführt werden. 14g shows a possible flow arrangement in which two conveying means 119 each on tapered sides of the heat dissipation member 2 are arranged and the fluid as in 14f deflected and then the two supplied fluid streams S E , similar to in 14b represented merged deflected as fluid streams S A are discharged.
14h zeigt eine Anordnung, bei der das Fördermittel 119 in einer Fördermittelaufnahme am Kühlkörper 1a, aufgenommen und in der Querrichtung Y ausgerichtet ist, so dass es das Fluid durch schräge Endbereiche des Wärmeaufnahmeorgans 2 als zwei entlang der jeweiligen Seitenwände 18 verlaufende zugeführte Fluidströme SE ansaugt und mittig abführt. 14h shows an arrangement in which the conveyor 119 in a conveyor on the heat sink 1a , is received and aligned in the transverse direction Y, so that it fluid through oblique end portions of the heat receiving member 2 as two along the respective side walls 18 extending supplied fluid streams S E sucks and discharges in the middle.
14i zeigt eine Anordnung, bei der zwei zugeführte Fluidströme SE jeweils entgegen der Querrichtung Y von einem Fördermittel 119 von außen in das Wärmeabfuhrorgan 2 bzw. zur Wärmeableitfläche 2' geführt werden, wo sie in bzw. entgegen der Seitrichtung X abgelenkt werden, um dann nach einer weiteren Ablenkung an jeweils einem angeschrägten Ende des Wärmeabfuhrorgans 2 entgegen der Querrichtung Y umgelenkt als jeweils ein abgeführter Fluidstrom SA fort- bzw. außen entlang der Seitenwände 18 zuströmen. Anstelle der Durchströmung mit Luft kann ein Wärmebereich mit Flüssigkühlung angeschlossen sein. 14i shows an arrangement in which two supplied fluid streams S E respectively opposite to the transverse direction Y of a conveyor 119 from the outside into the heat removal device 2 or to the heat dissipation surface 2 ' are guided, where they are deflected in or against the side direction X, then, after a further deflection at each of a tapered end of the heat dissipation member 2 deflected opposite to the transverse direction Y as in each case a discharged fluid flow S A continued or outside along the side walls 18 flow to. Instead of the air flow, a heated area with liquid cooling may be connected.
Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind Abweichungen vom den oben beschriebenen Ausführungsformen möglich. So kann das Wärmeabfuhrorgan 2 bzw. die Wärmeableitfläche 2' den jeweiligen Anforderungen gemäß zumindest abschnittsweise einen Teil eines Fluidkanals bilden und mit Außenkühlrippen 9 versehen sein, die von einem Fluid in der Seitrichtung X, Querrichtung Y und/oder Höhenrichtung Z durchströmbar sein können. Fördermittel 119 müssen dazu nicht zwangsläufig am Kühlkörper 1a angeordnet sein, sondern können vom Kühlkörper 1a bzw. der Stützeinrichtung 101 beabstandet in einer zentralen Fördereinrichtung eines zentralen Kühlsystems angeordnet sein.Within the scope of the inventive idea, deviations from the embodiments described above are possible. So the heat dissipation organ 2 or the heat dissipation surface 2 ' according to the respective requirements form at least in sections a part of a fluid channel and with external cooling fins 9 be provided, which can be flowed through by a fluid in the lateral direction X, transverse direction Y and / or height direction Z. funding 119 do not necessarily have to heat sink 1a can be arranged but can from the heat sink 1a or the support device 101 spaced to be arranged in a central conveyor of a central cooling system.
Die Kühlkörper 1a können als Baugruppenträger für eine beliebige Anzahl elektronischer Bauteilgruppen 104 mit elektronischen Bauelementen 113 ausgestaltet und mit entsprechenden Befestigungsmitteln 3, 4 versehen sein.The heat sinks 1a Can be used as a rack for any number of electronic component groups 104 with electronic components 113 designed and with appropriate fasteners 3 . 4 be provided.
Der Wärmeaufnahmebereich 5' kann den jeweiligen Anforderungen gemäß mit beliebig vielen Wärmeaufnahmeflächen 6, unteren Flachseiten 8, Verdampfungsflächen 20, Fluidsammelsenken 21, Bauelementaufnahmen 22, mit Aufnahmen 17, unteren Seitenwänden 24 ausgestaltet sein, um die Abwärme aufnehmen zu können. Entsprechend kann eine Wärmeaufnahmefläche 6 auch an einer Seitenwand 18 ausgeformt sein.The heat absorption area 5 ' can according to the requirements according to any number of heat absorption surfaces 6 , lower flat sides 8th , Evaporation surfaces 20 , Fluid collection sinks 21 , Component recordings 22 , with recordings 17 , lower side walls 24 be configured to absorb the heat can. Accordingly, a heat receiving surface 6 also on a side wall 18 be formed.
Eine Trennung in Oberteil 15 und Unterteil 16 ist nicht erforderlich. Stattdessen kann der Kühlkörper 1a auch in ein Vorder- und ein Rückteil unterteilt sein, beispielsweise durch Ansetzen des Wärmeabfuhrorgans 2 als rückwärtiger Verschluss des Fluidraums 10. Der Fluidraum kann beispielsweise aus einem nichtmetallischen Werkstoff wie einer Keramik oder einem Kunststoff gefertigt sein. Die Verdampfungsfläche 20, Kondensationswand 11 und das wärmeleitend mit der Kondensationswand 11 verbundene Wärmeabfuhrorgan 2 können aus einem anderen Material als den Fluidraum 10 bildende Boden-, Wand- und Deckenelemente gefertigt sein. Hierzu kommen beispielsweise Metallplatten, die eingesetzt und wärmeleitend miteinander verbunden sein können, in Frage.A separation in shell 15 and lower part 16 not necessary. Instead, the heat sink can 1a be divided into a front and a back, for example, by applying the heat dissipation member 2 as a backward closure of the fluid space 10 , The fluid space can for example be made of a non-metallic material such as a ceramic or a plastic. The evaporation surface 20 , Condensation wall 11 and the heat-conducting with the condensation wall 11 connected heat dissipation member 2 can be made of a different material than the fluid space 10 be made forming floor, wall and ceiling elements. For this purpose, for example, metal plates that can be used and connected to one another in heat-conducting, in question.
Der Kühlkörper 1a muss nicht zwangsläufig in direktem Kontakt mit einem zu kühlenden Bauelement 113 stehen. Alternativ zu den hier beschriebenen Ausführungsformen können beispielsweise Wärmeleitfolien, -pads und/oder -pasten auf Basis von Kupfer, Silber oder Carbon Nanotubes (CNT) zwischen dem Bauelement 113 und der Wärmeaufnahmefläche 6 oder auch Adapterplatten vorgesehen sein, deren zwei Adapterseiten jeweils komplementär zu einem wenigstens eines der Bauelemente 113 umfassenden Wärmeabgabebereich der elektronischen Bauteilgruppe 104 bzw. zum Wärmeaufnahmebereich 5', 104' ausgestaltet sein können, um die Verwendung des Kühlkörpers 1a, an unterschiedlichen Bauteilgruppen 104 zu ermöglichen.The heat sink 1a does not necessarily have to be in direct contact with a component to be cooled 113 stand. As an alternative to the embodiments described here, for example, heat conduction films, pads and / or pastes based on copper, silver or carbon nanotubes (CNT) between the component 113 and the heat receiving surface 6 or adapter plates may be provided, the two adapter sides each complementary to a at least one of the components 113 comprehensive heat dissipation area of the electronic component group 104 or to the heat absorption area 5 ' . 104 ' can be designed to use the heat sink 1a , on different component groups 104 to enable.
Der Kühlkörper 1a kann so ausgestaltet sein, dass er sämtliche elektronischen Bauelemente 113 mit Abwärmeentwicklung in einer Projektion in der Höhenrichtung Z abdeckt und möglichst verhindert, dass die Abwärme die Luft innerhalb der Recheneinrichtung 100 erwärmt, indem sie direkt über den Boden 23, die Seitenwände 18 und/oder die Decke 14 bzw. durch den Fluidraum 10 und/oder andere Wärmeleitmittel wie beispielsweise Wärmerohre zum Wärmeabfuhrorgan 2 von dort fortgeführt wird.The heat sink 1a can be designed so that it all electronic components 113 covered with waste heat development in a projection in the height direction Z and preferably prevents the waste heat from the air within the computing device 100 warmed by placing it directly above the ground 23 , the side walls 18 and / or the ceiling 14 or through the fluid space 10 and / or other heat conducting means such as heat pipes for heat removal member 2 is continued from there.
Zur Befüllung des als Verdampfungskühlkörper 1a ausgestalteten Kühlkörpers 1a, kann dieser beispielsweise mit einem Befüllstutzen, Hahn und/oder Ventil versehen sein. Im Fluidraum 10 können Siedekörper eingebracht sein.To fill the as evaporative heat sink 1a designed heatsink 1a , this can be provided for example with a filling nozzle, cock and / or valve. In the fluid room 10 may be introduced boiling body.
Der Kühlkörper 1a kann zusätzlich zur Tragefunktion für Baugruppen mit einer Backplane bzw. Busplatine oder Rückplatte versehen sein, die als Anschlussfeld bzw. Adapter für die Baugruppe und/oder Peripheriegeräte ausgestaltet sein kann. Es kann insbesondere von Vorteil sein, den Kühlkörper 1a mit einem Erdpotentialanschluss zu versehen, mit dessen Hilfe der Kühlkörper 1a und/oder die Bauteilgruppe 104 beispielsweise an der Stützeinrichtung 101 geerdet sein kann. Durch die Erdung kann der Kühlkörper 1a zum EMV-Schutz der Bauteilgruppe 104 beitragen. Die Bauteilgruppe 104 kann von einer metallischen oder metallisierten Hülle umgeben sein, die über den Kühlkörper geerdet ist.The heat sink 1a can be provided in addition to the support function for modules with a backplane or bus board or back plate, which can be configured as a connection pad or adapter for the assembly and / or peripherals. It may be particularly advantageous to the heat sink 1a provided with a ground potential terminal, with the help of the heat sink 1a and / or the component group 104 for example, on the support device 101 can be grounded. By grounding, the heat sink can 1a for EMC protection of the component group 104 contribute. The component group 104 may be surrounded by a metallic or metallized shell grounded over the heat sink.
Gemäß einem Versuchsbeispiel hat der erfindungsgemäße Kühlkörper 1a eine sehr hohe Leistungsfähigkeit bewiesen, indem er die CPU einer Versuchsbauteilgruppe mit einer Leistungsaufnahme von ca. 120 W auf 65°C gekühlt hat, wohingegen ein Kühler gemäß dem Stand der Technik unter gleichen Bedingungen die Versuchsbauteilgruppe lediglich auf 80°C kühlen konnte. Als Multi-Spot-Kühler ausgestaltet hat der im Versuchsbeispiel verwendete Kühlkörper 1a zusätzlich zur CPU den Chipsatz (Northbridge/Southbridge) der Versuchsbauteilgruppe auf 38°C bzw. 63°C gekühlt, wohingegen ein Kühlkörper gemäß dem Stand der Technik den Chipsatz unter gleichen Versuchsbedingungen lediglich auf 45°C bzw. 92°C kühlen konnte. Dieser Temperaturvergleich basiert auf dem Vergleich von Kerntemperaturen von Mikrochips unter Volllast mit Primzahlenberechnung (Prime 95). Als Versuchsbauteilgruppe wurde ein Mainboard „DQ45EK” im Mini-ITX-Format, bestückt mit einer CPU „Intel Core 2 Duo E7200” verwendet.According to an experimental example, the heat sink according to the invention 1a showed a very high performance by cooling the CPU of a test component group with a power consumption of about 120 W to 65 ° C, whereas a prior art condenser under the same conditions could only cool the experimental component group to 80 ° C. Designed as a multi-spot cooler has the heat sink used in the experimental example 1a in addition to the CPU, the chipset (Northbridge / Southbridge) of the experimental device group was cooled to 38 ° C and 63 ° C, respectively, whereas a prior art heat sink could cool the chipset to 45 ° C and 92 ° C under the same experimental conditions. This temperature comparison is based on the comparison of core temperatures of microchips under full load with prime number calculation (Prime 95). The experimental component group used was a motherboard "DQ45EK" in Mini-ITX format, equipped with a CPU "Intel Core 2 Duo E7200".
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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