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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
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Bei dieser Anmeldung handelt es sich um die Fortsetzung der US-Patentanmeldung Nr. 13/627 216, eingereicht am 26. September 2012 unter dem Titel „Immersion-Cooling of Selected Electronic Component(s) Mounted to Printed Circuit Board”, die hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen wird.
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HINTERGRUND
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Die Verlustleistung von IC-Chips und der diese Chips enthaltenden Baugruppen nimmt weiter zu, beispielsweise um eine weitere Steigerung bei der Prozessorleistung zu erreichen. Diese Tendenz bringt Probleme mit der Kühlung auf Modul- und Systemebene mit sich.
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In vielen großen Server-Anwendungen werden Prozessoren zusammen mit ihrer zugehörigen Elektronik (beispielsweise Arbeitsspeicher, Plattenlaufwerke, Netzteile usw.) in Wechsel-Einschubanordnungen untergebracht, die in einem Elektronik-Rack oder -rahmen gestapelt werden, das bzw. der Informationstechnologie-(IT-)Ausrüstungen aufweist. In anderen Fällen kann sich die Elektronik an festen Positionen innerhalb des Rack oder Rahmens befinden. Üblicherweise werden die Bauelemente mit Luft gekühlt, die sich in parallelen Luftströmungswegen, üblicherweise von vorn nach hinten, bewegt und von einer oder mehreren Luftbewegungseinheiten (beispielsweise Lüfter oder Gebläse) umgewälzt wird. In einigen Fällen kann es möglich sein, einer erhöhten Verlustleistung innerhalb eines einzelnen Einschubs oder eines Teilsystems Rechnung zu tragen, indem ein stärkerer Luftstrom bereitgestellt wird, beispielsweise durch Verwendung einer leistungsstärkeren Luftbewegungseinheit oder durch Erhöhen der Drehzahl (d. h. der Umdrehungen pro Minute) einer vorhandenen Luftbewegungseinheit. Dieser Ansatz wird allerdings problematisch, insbesondere im Zusammenhang mit einer Computerzentrum-Anlage (d. h. einem Datenzentrum).
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Die wahrnehmbare Wärmelast, die von der aus dem Rack austretenden Luft mitgeführt wird, belastet die Fähigkeit der Raumklimaanlage, die Last wirksam zu bewältigen. Dies trifft insbesondere für große Anlagen mit „Server-Parks” oder großen, nahe beieinander positionierten Bänken von Computer-Racks zu. In derartigen Anlagen ist Flüssigkeitskühlung eine interessante Technologie, um höhere Wärmeströme zu bewältigen. Die Flüssigkeit nimmt die von den Bauelementen/Modulen abgegebene Wärme wirksam auf. Normalerweise wird die Wärme schließlich von der Flüssigkeit an eine Außenumgebung, entweder Luft oder eine andere Flüssigkeit, übertragen.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
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Die Unzulänglichkeiten des Stands der Technik werden überwunden und zusätzliche Vorteile werden in einem Gesichtspunkt durch ein Verfahren bereitgestellt, das ein Kühlen eines elektronischen Systems ermöglicht. Das Verfahren beinhaltet: Bereitstellen einer Gehäuseanordnung, die ein abgeteiltes Fach um das mindestens eine elektronische Bauelement definiert, wobei das mindestens eine elektronische Bauelement mit einer ersten Seite einer Leiterplatte verbunden ist. Das Bereitstellen der Gehäuseanordnung beinhaltet: Bereitstellen eines ersten Rahmens, der mindestens eine Öffnung aufweist, deren Größe so gewählt ist, dass das mindestens eine elektronische Bauelement darin aufgenommen werden kann, und Verbinden des ersten Rahmens mit der ersten Seite der Leiterplatte, indem eine erste Haftschicht zwischen dem ersten Rahmen und der Leiterplatte verwendet wird; Bereitstellen eines zweiten Rahmens und Verbinden des zweiten Rahmens mit einer zweiten Seite der Leiterplatte, indem eine zweite Haftschicht verwendet wird, um den zweiten Rahmen an der zweiten Seite gegenüber der Leiterplatte abzudichten, wobei es sich bei der ersten Seite und der zweiten Seite der Leiterplatte um gegenüberliegende Seiten der Leiterplatte handelt; und wobei die Leiterplatte mindestens teilweise für ein Kühlmittel durchlässig ist, damit es zum Kühlen des mindestens einen elektronischen Bauelements durch das abgeteilte Fach strömt, und wobei der erste Rahmen, der zweite Rahmen, die erste Haftschicht und die zweite Haftschicht in Bezug auf das Kühlmittel nicht durchlässig sind und für eine kühlmitteldichte Abdichtung gegenüber der ersten Seite und der zweiten Seite der Leiterplatte sorgen.
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Zusätzliche Merkmale und Vorteile werden durch die Techniken der vorliegenden Erfindung verwirklicht. Weitere Ausführungsformen und Gesichtspunkte der Erfindung werden hierin ausführlich beschrieben und als Teil der beanspruchten Erfindung betrachtet.
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KURZBESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
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Ein oder mehrere Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung werden in den Ansprüchen am Ende der Beschreibung besonders hervorgehoben und als Beispiele gesondert beansprucht. Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung ersichtlich, die in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen zu lesen ist, auf denen:
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1 eine Ausführungsform eines herkömmlichen Doppelbodenaufbaus einer luftgekühlten Computeranlage darstellt;
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2 eine Vorderseiten-Aufrissansicht von einer Ausführungsform eines flüssigkeitsgekühlten Elektronik-Rack ist, das mehrere elektronische Systeme aufweist, die mittels einer Kühlvorrichtung gemäß einem oder mehreren Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung zu kühlen sind;
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3 eine schematische Darstellung eines elektronischen Systems eines Elektronik-Rack und eines Ansatzes zum Flüssigkeitskühlen eines elektronischen Bauelements mit dem elektronischen System ist, wobei das elektronische Bauelement indirekt durch ein Systemkühlmittel flüssigkeitsgekühlt wird, welches von einer oder mehreren modularen Kühleinheiten bereitgestellt wird, die gemäß einem oder mehreren Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung innerhalb des Elektronik-Rack angeordnet sind;
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4 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer modularen Kühleinheit für ein flüssigkeitsgekühltes Elektronik-Rack, wie beispielsweise in 2 veranschaulicht, gemäß einem oder mehreren Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung ist;
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5 eine Grundrissansicht einer Ausführungsform eines Layouts eines elektronischen Systems ist, die einen Luft- und Flüssigkeitskühlungsansatz zum Kühlen von elektronischen Bauelementen des elektronischen Systems gemäß einem oder mehreren Gesichtspunkten der vorlegenden Erfindung veranschaulicht;
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6 eine Teil-Grundrissansicht einer weiteren Ausführungsform eines Layouts eines elektronischen Systems und einer Kühlvorrichtung auf der Ebene des elektronischen Systems gemäß einem oder mehreren Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung ist;
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7 eine Explosionsansicht ist, die elektronische Bauelemente eines elektronischen Systems und eine Gehäuseanordnung einer Kühlvorrichtung gemäß einem oder mehreren Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung teilweise veranschaulicht;
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8A eine Ansicht in montierten Zustand des Teils des elektronischen Systems und der Gehäuseanordnung von 7 gemäß einem oder mehreren Gesichtspunkten der vorlegenden Erfindung darstellt;
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8B eine Schnitt- und Vorderseitenansicht der Anordnung von 8A, die entlang von deren Linie 8B-8B erstellt wurde, gemäß einem oder mehreren Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung ist; und
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8C eine Schnitt- und Vorderseitenansicht einer Ausführungsform der Anordnung von 8A, die entlang von deren Linie 8C-8C erstellt wurde, gemäß einem oder mehreren Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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In der hier verwendeten Weise werden die Begriffe „Elektronik-Rack” „rackmontierte elektronische Ausrüstung” und „Rack-Einheit” austauschbar verwendet, und sofern nicht anders festgelegt, schließen sie jegliche Gehäuse, Rahmen, Racks, Fächer, Blade-Server-Systeme usw. ein, die ein oder mehrere wärmeerzeugende Bauelemente eines elektronischen Systems aufweisen, beispielsweise eines Computersystem oder einer Informationstechnologieausrüstung, und können zum Beispiel einen eigenständigen Computerprozessor mit einer hohen, mittleren oder niedrigen Verarbeitungsfähigkeit beinhalten. In einer Ausführungsform kann ein Elektronik-Rack einen Teil eines elektronischen Systems, ein einzelnes elektronisches System oder mehrere elektronische Systeme aufweisen, beispielsweise in einem oder mehreren Teilgehäusen, Blades, Books, Einschüben, Knoten, Fächern usw., die jeweils ein oder mehrere darin angeordnete wärmeerzeugende elektronische Bauelemente aufweist. Ein oder mehrere elektronische Systeme innerhalb eines Elektronik-Rack können im Verhältnis zu dem Elektronik-Rack ortsveränderlich oder ortsfest sein, wobei rackmontierte elektronische Einschübe und Blades eines Blade-Center-Systems zwei Beispiele von elektronischen Systemen (oder Teilsystemen) eines zu kühlenden Elektronik-Rack sind.
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„Elektronisches Bauelement” bezieht sich auf ein beliebiges wärmeerzeugendes elektronisches Bauelement, beispielsweise von einem Kühlung erfordernden elektronischen System. Ein elektronisches Bauelement kann beispielsweise einen oder mehrere IC-Chips und/oder andere zu kühlende elektronische Einheiten aufweisen, darunter einen oder mehrere Prozessorchips, Speicherchips oder Speicherunterstützungschips. Weiterhin beispielhaft kann ein elektronisches Bauelement einen oder mehrere Nacktchips oder einen oder mehrere Gehäusechips aufweisen, die auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sind. Weiterhin beziehen sich, sofern hier nicht anders festgelegt, die Begriffe „flüssigkeitsgekühlte Kälteplatte” oder „flüssigkeitsgekühlte Struktur” jeweils auf eine beliebige herkömmliche, wärmeleitende Struktur, die eine Vielzahl von darin gebildeten Kanälen oder Durchgängen aufweist, damit sie von einem flüssigen Kühlmittel durchströmt werden.
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In der hier verwendeten Weise kann ein „Flüssig-Flüssig-Wärmetauscher” oder ein „Wärmetauscher von dielektrischem Kühlmittel zu sekundärem Kühlmittel” beispielsweise zwei oder mehrere Kühlmittel-Strömungswege aufweisen, die von wärmeleitenden Röhren (beispielsweise Kupfer oder andere Röhren) gebildet werden, die miteinander in thermischem oder mechanischem Kontakt stehen. Größe, Konfiguration und Bauweise des Wärmetauschers können verschieden sein, ohne vom Geltungsbereich der hier offenbarten Erfindung abzuweichen. Weiterhin bezieht sich „Datenzentrum” auf eine Computeranlage, die ein oder mehrere zu kühlende Elektronik-Racks enthält. Als konkretes Beispiel kann ein Datenzentrum eine oder mehrere Reihen in Gehäusen montierter Computereinheiten, beispielsweise Server-Einheiten, enthalten.
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Ein Beispiel eines Anlagenkühlmittels und Systemkühlmittels ist Wasser. Die hier offenbarten Konzepte lassen sich jedoch ohne Weiteres für den Gebrauch mit anderen Kühlmittelarten auf der Anlagenseite und/oder auf der Systemseite anpassen. Beispielsweise können ein oder mehrere Kühlmittel eine Sole, eine dielektrische Flüssigkeit, einen flüssigen Kohlenwasserstoff, ein flüssiges Metall oder ein anderes ähnliches Kühlmittel oder ein Kältemittel aufweisen und dabei die Vorteile und einzigartigen Merkmale der vorliegenden Erfindung weiterhin beibehalten.
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Nachstehend wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, die zum leichteren Verständnis der verschiedenen Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind, wobei die in den verschiedenen Figuren durchgängig verwendeten gleichen Bezugsziffern dieselben oder ähnliche Bauelemente bezeichnen.
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Wie in 1 dargestellt, sind in einem für den Stand der Technik üblichen luftgekühlten Datenzentrum 100 mit Doppelbodenaufbau mehrere Elektronik-Racks 110 in einer oder mehreren Reihen angeordnet. In einer Computeranlage, wie sie in 1 dargestellt ist, können mehrere hundert oder sogar mehrere tausend Mikroprozessoren untergebracht sein. In der Anordnung von 1 tritt Kaltluft über die Lüftungsöffnungen im Boden aus einem Zuluftraum 145, der zwischen dem Doppelboden 140 und einem Grund- oder Unterboden 165 des Raums definiert ist, in den Computerraum ein. Gekühlte Luft tritt durch die mit Schlitzen versehenen Abdeckungen an den Lufteinlassseiten 120 der Elektronik-Racks ein und wird durch die Rückwände, d. h. die Luftauslassseiten 130, der Elektronik-Racks ausgestoßen. Jedes Elektronik-Rack 110 kann eine oder mehrere luftbewegende Einheiten (z. B. Lüfter oder Gebläse) aufweisen, um einen Zwangsluftstrom vom Einlass zum Auslass bereitzustellen, um die elektronischen Bauelemente innerhalb des einen oder der mehreren der Einschübe des Rack zu kühlen. Der Zuluftraum 145 stellt aufbereitete und gekühlte Luft für die Lufteinlassseiten der Elektronik-Racks durch durchbrochene Bodenfliesen 160 bereit, die in einem „Kaltgang” der Computeranlage angeordnet sind. Die aufbereitete und gekühlte Luft wird dem Raum 145 von einer oder mehreren Klimaanlagen 150 zugeführt, die ebenfalls innerhalb des Datenzentrums 100 angeordnet sind. Raumluft tritt in jede Klimaanlage 150 in der Nähe eines oberen Teils davon ein. Diese Raumluft kann (zum Teil) Abluft aus den „Warmgängen” der Computeranlage aufweisen, die durch gegenüberliegende Luftauslassseiten 130 der Elektronik-Racks 110 definiert sind.
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2 stellt eine Ausführungsform eines flüssigkeitsgekühlten Elektronik-Rack 200 dar, das eine Kühlvorrichtung aufweist. In einer Ausführungsform weist das flüssigkeitsgekühlte Elektronik-Rack 200 eine Vielzahl von elektronischen Systemen 210 auf, bei denen es sich um Prozessor- oder Server-Knoten (in einer Ausführungsform) handeln kann. Eine Stromversorgungseinheit 220 ist in einem oberen Teil des flüssigkeitsgekühlten Elektronik-Rack 200 angeordnet, und zwei modulare Kühleinheiten („modular cooling units”, MCUs) 230 sind in einem unteren Teil des flüssigkeitsgekühlten Elektronik-Rack angeordnet, um Systemkühlmittel für die elektronischen Systeme bereitzustellen. In den hier beschriebenen Ausführungsformen wird lediglich als Beispiel angenommen, dass es sich bei dem Systemkühlmittel um Wasser oder eine wässrige Lösung handelt.
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Zusätzlich zu den MCUs 230 beinhaltet die dargestellte Kühlvorrichtung einen Systemkühlmittel-Zulaufverteiler 231, einen Systemkühlmittel-Rücklaufverteiler 232 und Verteiler-Knoten-Medienverbindungsschlauche 233, die den Systemkühlmittel-Zulaufverteiler 231 mit den elektronischen Teilsystemen 210 (beispielsweise mit Kälteplatten (siehe 5) oder Wärmetauschern von dielektrischem Kühlmittel zu sekundärem Kühlmittel (siehe 6), die innerhalb der Systeme angeordnet sind) verbinden, sowie Knoten-Verteiler-Fluidverbindungsschläuche 234, die die einzelnen elektronischen Systeme 210 mit dem Systemkühlmittel-Rücklaufverteiler 232 verbinden. Jede MCU 230 steht über einen zugehörigen Systemkühlmittel-Zulaufschlauch 235 in Fluidverbindung mit dem Systemkühlmittel-Zulaufverteiler 231, und jede MCU 230 steht über einen zugehörigen Systemkühlmittel-Rücklaufschlauch 236 in Fluidverbindung mit dem Systemkühlmittel-Rücklaufverteiler 232.
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Die Wärmelast der elektronischen Systeme 210 wird von dem Systemkühlmittel auf das Kühlmittel der Kühlereinrichtung innerhalb der MCUs 230 übertragen, welches über die Anlagenkühlmittel-Zuleitung 240 und die Anlagenkühlmittel-Rückleitung 241 bereitgestellt wird, die in der veranschaulichten Ausführungsform in dem Raum zwischen dem Doppelboden 145 und dem Unterboden 165 angeordnet sind.
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3 veranschaulicht schematisch einen Lösungsansatz für eine Kühlung unter Verwendung der Kühlvorrichtung von 2, wobei eine flüssigkeitsgekühlte Kälteplatte 300 gezeigt ist, die mit einem elektronischen Bauelement 301 eines elektronischen Systems 210 innerhalb des flüssigkeitsgekühlten Elektronik-Rack 200 verbunden ist. Wärme wird von dem elektronischen Bauelement 301 über das Systemkühlmittel abgeführt, das über die Pumpe 320 durch die flüssigkeitsgekühlte Kälteplatte 300 innerhalb des Systemkühlmittel-Kreislaufs umgewälzt wird, der zum Teil durch den Flüssig-Flüssig-Wärmetauscher 321 der modularen Kühleinheit 230, die Schläuche 235, 236 und die Kälteplatte 300 definiert ist. Der Systemkühlmittel-Kreislauf und die modulare Kühleinheit sind so gestaltet, dass sie Kühlmittel mit gesteuerter Temperatur und gesteuertem Druck sowie mit überwachter chemischen Eigenschaft und Reinheit für die elektronischen Systeme bereitstellen. Darüber hinaus ist das Systemkühlmittel räumlich von dem weniger streng kontrollierten Anlagenkühlmittel in den Leitungen 240, 241 getrennt, auf das die Wärme letztendlich übertragen wird.
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4 stellt ebne detaillierte Ausführungsform einer modularen Kühleinheit 230 dar. Wie in 4 gezeigt, beinhaltet die modulare Kühleinheit 230 einen Anlagenkühlmittel-Kühlkreislauf, in dem in einem Gebäude gekühltes Anlagenkühlmittel (über die Leitungen 240, 241) bereitgestellt und durch ein von einem Motor 425 angetriebenes Steuerventil 420 geleitet wird. Durch das Ventil 420 wird eine Menge von Anlagenkühlmittel festgelegt, die durch den Wärmetauscher 321 zu leiten ist, wobei ein Teil des Anlagenkühlmittels möglicherweise direkt über eine Umgehungsöffnung 435 zurückgeleitet wird. Die modulare Kühleinheit beinhaltet weiterhin einen Systemkühlmittel-Kreislauf mit einem Vorratsbehälter 440, aus dem Systemkühlmittel entweder von der Pumpe 450 oder der Pumpe 451 in den Flüssig-Flüssig-Wärmetauscher 321 gepumpt wird, um aufbereitet und daraus als gekühltes Systemkühlmittel zu dem zu kühlenden Elektronik-Rack ausgeleitet zu werden. Jede modulare Kühleinheit ist mit dem Systemzuleitungsverteiler und dem Systemrückleitungsverteiler des flüssigkeitsgekühlten Elektronik-Rack über den Systemkühlmittel-Zuleitungsschlauch 235 beziehungsweise den Systemkühlmittel-Rückleitungsschlauch 236 verbunden.
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5 stellt einen weiteren Lösungsansatz für eine Kühlung dar, der eine Ausführungsform eines Bauelement-Layouts eines elektronischen Systems 210 veranschaulicht, wobei eine oder mehrere Luftbewegungseinheiten 511 einen Zwangsluftstrom 515 im Normalbetriebsmodus bereitstellen, um mehrere elektronische Bauelemente 512 innerhalb des elektronischen Systems 210 zu kühlen. Kühle Luft wird durch eine Vorderseite 531 angesaugt und aus einer Rückseite 533 des Einschubs ausgestoßen. Die mehreren zu kühlenden Bauelemente beinhalten mehrere Prozessormodule, mit denen flüssigkeitsgekühlte Kälteplatten 520 verbunden sind, sowie mehrere Anordnungen von Speichermodulen 530 (z. B. Dual Inline Memory Modules (DIMMs)) und mehrere Reihen von Speicherunterstützungsmodulen 532 (z. B. DIMM-Steuermodule), mit denen luftgekühlte Kühlkörper verbunden werden können. In der veranschaulichten Ausführungsform sind die Speichermodule 530 und die Speicherunterstützungsmodule 532 teilweise in Gruppen in der Nähe der Vorderseite 531 des elektronischen Systems 210 und teilweise in Gruppen in der Nähe der Rückseite 533 des elektronischen Systems 210 angeordnet. In der Ausführungsform von 5 werden außerdem die Speichermodule 530 und die Speicherunterstützungsmodule 532 durch den Luftstrom 515 durch das Elektroniksystem gekühlt.
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Die veranschaulichte Kühlvorrichtung enthält weiterhin mehrere kühlmittelführende Rohre, die mit den flüssigkeitsgekühlten Kälteplatten 520 verbunden sind und mit ihnen in Fluidverbindung stehen. Die kühlmittelführenden Rohre weisen Sätze von kühlmittelführenden Rohren auf, wobei jeder Satz (beispielsweise) ein Kühlmittelzulaufrohr 540, ein Brückenrohr 541 und ein Kühlmittelrücklaufrohr 542 beinhaltet. In diesem Beispiel stellt jeder Satz von Rohren ein flüssiges Kühlmittel für ein in Reihe verbundenes Paar von Kälteplatten 520 bereit (die mit einem Paar von Prozessormodulen verbunden sind). Kühlmittel strömt in eine erste Kälteplatte jedes Paars über das Kühlmittelzulaufrohr 540 und von der ersten Kälteplatte zu einer zweiten Kälteplatte des Paars über das Brückenrohr oder die Brückenleitung 541, die wärmeleitend sein kann, aber nicht sein muss. Von der zweiten Kälteplatte des Paars wird das Kühlmittel durch das zugehörige Kühlmittelrücklaufrohr 542 zurückgeleitet.
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Da die Anforderungen an die Datenverarbeitung weiter ansteigen, steigen auch die Anforderungen an die Wärmeabführung der elektronischen Bauelemente wie beispielsweise Mikroprozessoren und Speichermodule. Dies hat die Entwicklung der Anwendung von Ein-Phasen-Flüssigkeitskühlungslösungen wie der oben beschriebenen angeregt. Eine Ein-Phasen-Flüssigkeitskühlung weist jedoch bestimmte einige Probleme auf. Eine deutliche Erwärmung der Flüssigkeit, während sie entlang der Kühlkanäle und durch die in Reihe verbundenen Kälteplatten strömt, führt zu einem Temperaturgradienten. Um eine gleichmäßigere Temperatur in dem bzw. allen wärmeerzeugenden Bauelementen aufrechtzuerhalten, sollten Temperaturänderungen in der Flüssigkeit minimiert werden. Dazu muss die Flüssigkeit mit höheren Durchflussraten gepumpt werden, wodurch die Stromaufnahme der Pumpe steigt wird, was so zu einem System mit geringerem Wirkungsgrad führt. Außerdem verschärft sich das Problem, alle Wärmequellen in einem Server- oder elektronischen System unter Verwendung gepumpter Flüssigkeit und eines Lösungsansatzes für indirekte Kühlung zu kühlen, beispielsweise aufgrund der Dichte und Anzahl der Bauelemente wie Steuereinheit-Chips, E/A-Bauelementen und Speichermodulen. Die geringen Abstände zwischen zu kühlenden Bauelementen können bei indirekter Kühlung zu komplexen Konstruktions- und Fertigungsproblemen führen und die Gesamtkosten der Kühlungslösung erheblich ansteigen lassen.
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Tauchkühlung ist eine mögliche Lösung für diese Probleme. Bei einer Tauchkühlung werden die zu kühlenden Bauelemente in ein dielektrisches Fluid eingetaucht, das Wärme beispielsweise durch Sieden abführt. Der Dampf wird dann von einem sekundären Arbeits-(oder System-)Kühlmittel auf Rack-Ebene unter Verwendung von Kondensatoren oder Wärmetauschern auf Knoten- oder Modulebene kondensiert, wie weiter unten erklärt wird.
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Eine direkte Tauchkühlung von elektronischen Bauelementen eines elektronischen Systems der Rack-Einheit unter Verwendung eines dielektrischen Kühlmittels (z. B. eines flüssigen dielektrischen Kühlmittels) verringert in vorteilhafter Weise die Notwendigkeit einer Luft-Zwangskühlung des Systems und ermöglicht eine Hybridkühlung des Elektronik-Rack, bei der ausgewählte Bauelemente der Elektroniksysteme unter Verwendung eines gepumpten dielektrischen Kühlmittels tauchgekühlt werden. Obwohl eine indirekte Flüssigkeitskühlung, wie sie oben in Verbindung mit 3 und 5 beschrieben ist, gewisse Vorteile dank der niedrigen Kosten und der weilgehenden Verfügbarkeit von Wasser als Kühlmittel sowie seiner hervorragenden thermischen und hydraulischen Eigenschaften aufweist, kann, wo dies möglich und durchführbar ist, die Verwendung eines dielektrischen Fluids zum selektiven Tauchkühlen bestimmter Bauelemente eines Systems mehrere einzigartige Vorzüge bieten.
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Beispielsweise würde die Verwendung eines dielektrischen Kühlmittels, das bei einer Temperatur oberhalb der üblichen Außenumgebungstemperatur kondensiert, Kühlarchitekturen von Datenzentren ermöglichen, die keine energieintensiven Kältemaschinen zur Kühlung erfordern. Durch weitere praktische Vorteile wie beispielsweise die Möglichkeit, ein kühlmittelgefülltes elektronisches System oder Teilsystem zu transportieren, zeigt sich die Überlegenheit gegenüber Lösungsansätzen mit Wasserkühlung, wie sie in 3 und 5 dargestellt sind, welche einen Transport in trockenem Zustand und die Verwendung eines Füll- und Entleerungsprotokolls erfordern, um Frostschäden während des Transports auszuschließen. Ebenso kann die Verwendung einer selektiven Tauchkühlung in bestimmten Fällen eine größere Verdichtung von elektronischen Bauelementen auf der Ebene von elektronischen Teilsystemen und/oder der Ebene von Elektronik-Racks gestatten, da leitende Kühlstrukturen entfallen könnten. Anders als bei korrosionsanfälligen wassergekühlten Systeme würde ein chemisch inertes dielektrisches Kühlmittel (das bei einem Lösungsansatz mit Tauchkühlung, wie er hier beschrieben ist, verwendet wird) nicht zwingend Kupfer als primäres wärmeleitendes, benetztes Metall erfordern. Aluminiumstrukturen mit niedrigeren Kosten und geringerer Masse könnten überall dort, wo dies thermisch realisierbar ist, Kupferstrukturen ersetzen, und die gemischten benetzten Metallbaugruppen wären nicht durch galvanische Korrosion angreifbar, wie dies bei einem Lösungsansatz mit einem wässrigen Kühlmittel der Fall wäre. Aufgrund mindestens dieser potenziellen Vorzüge kann eine mit einem dielektrischen Fluid arbeitende Tauchkühlung von einem oder mehreren elektronischen Bauelementen der elektronischen Systeme (beispielsweise Knoten, Books, Server usw.) eines Elektronik-Rack erhebliche Vorzüge hinsichtlich Energieeffizienz und eine Kühlung mit höherer Leistung im Vergleich zu derzeit verfügbaren Hybridsystemen mit Luft- und indirekter Wasserkühlung bieten, wie sie oben in Verbindung mit 5 beschrieben wurden.
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In dem weiter unten erörterten Beispiel kann das dielektrische Kühlmittel beispielsweise ein beliebiges aus einer Vielzahl handelsüblicher dielektrischer Kühlmittel aufweisen. Zum Beispiel könnte ein beliebiges der Fluide FluorinertTM oder NovecTM, die von der 3M Corporation hergestellt werden (z. B. FC-72, FC-86, HFE-7000 und HFE-7200), verwendet werden. Als Alternative kann, sofern gewünscht, ein Kältemittel wie beispielsweise R-134a oder R-245fa verwendet werden.
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6 ist eine Teil-Grundrissansicht einer Ausführungsform eines Elektronik-Rack mit Kühlmittel- und Luft-Hybridkühlung, insgesamt mit 600 bezeichnet, das ein oder mehrere elektronische Systeme 610 aufweist, von denen mindestens eines (oder jedes) von ihnen eine Kühlvorrichtung wie die dargestellte verwenden kann, welche Gehäuseanordnungen 620 aufweist, die eine Tauchkühlung von ausgewählten elektronischen Bauelementen des elektronischen Systems (oder Teilsystems, Einschubs, Knotens usw.) ermöglichen. Das Elektronik-Rack 600 mit Kühlmittel- und Luft-Hybridkühlung verkörpert in einer Ausführungsform einen Hybridkühlungsansatz, in dem bestimmte elektronische Bauelemente des elektronischen Systems in einer ähnlichen Weise wie der oben in Verbindung mit 5 beschriebenen luftgekühlt werden und ausgewählte elektronische Bauelemente (beispielsweise Prozessoren und deren unterstützende Bauelemente) über ein gepumptes dielektrisches Kühlmittel tauchgekühlt werden. In der veranschaulichten Ausführungsform bildet jede Gehäuseanordnung 620 der Kühlvorrichtung ein abgeteiltes Fach über ein oder mehrere zugehörige elektronische Bauelemente, beispielsweise einen oder mehrere Prozessoren, die mittels eines gepumpten dielektrischen Kühlmittels, das von redundanten Kühlmittelpumpen 622 durch einen Kühlkreislauf 625 für ein dielektrisches Fluid umgewälzt wird, tauchzukühlen ist. Die Kühlvorrichtung beinhaltet weiterhin einen Wärmetauscher 630 von dielektrischem Kühlmittel zu sekundärem Kühlmittel, der die Übertragung von Wärme von dem erwärmten dielektrischen Kühlmittel innerhalb des veranschaulichten elektronischen Systems oder Knotens auf ein sekundäres Kühlmittel innerhalb eines Kreislaufs 635 für ein sekundäres Kühlmittel des kühlmittelgekühlten elektronischen Systems ermöglicht. In einer Ausführungsform kann das veranschaulichte elektronische System eines aus einer Vielzahl derartiger elektronischer Systeme innerhalb eines Elektronik-Rack sein, und das sekundäre Kühlmittel kann ein innerhalb des Elektronik-Rack bereitgestelltes Systemkühlmittel aufweisen, beispielsweise in einer Weise, wie weiter oben in Verbindung mit 2 bis 5 beschrieben wurde. In einer Ausführungsform kann dieses sekundäre Kühlmittel Wasser aufweisen.
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Im Betrieb wird das dielektrische Kühlmittel innerhalb des elektronischen Systems 610 durch die Gehäuseanordnungen 620 zum direkten Tauchkühlen von einem oder mehreren elektronischen Bauelementen innerhalb jeder Anordnung (wie weiter unten beschrieben) umgewälzt. Redundante Pumpen 622 ermöglichen das Umwälzen des dielektrischen Kühlmittels durch einen Kreislauf 625 für das dielektrische Kühlmittel, indem sie dielektrisches Kühlmittel über einen Zulaufverteiler 626 für das dielektrische Kühlmittel zu den jeweiligen Gehäuseanordnungen 620 pumpen. Erwärmtes dielektrisches Ein-Phasen- oder Zwei-Phasen-Kühlmittel tritt aus den Gehäuseanordnungen 620 aus und wird über einen Rückleitungsverteiler 627 für das dielektrische Kühlmittel zum Wärmetauscher 630 von dem dielektrischen Kühlmittel zu einem sekundären Kühlmittel zurückgeleitet, wo die Wärme, die den tauchgekühlten elektronischen Bauelementen entzogen wurde, an das sekundäre Kühlmittel abgegeben wird, das durch den Kreislauf 635 für das sekundäre Kühlmittel strömt. Wie angemerkt, handelt es sich bei dem veranschaulichten elektronischen System mit Kühlmittel- und Luft-Hybridkühlung von 6 in einem Beispiel um eines aus einer Vielzahl derartiger elektronischer Systeme mit einem Elektronik-Rack. Mehrere derartige Systeme können jeweils eine selektive Tauchkühlung für bestimmte ihrer elektronischen Bauelemente in einer hier beschriebenen Weise bereitstellen, während andere Bauelemente des elektronischen Systems luftgekühlt sind, beispielsweise so, wie weiter oben in Verbindung mit dem Layout eines elektronischen Systems von 5 beschrieben wurde. In einer Ausführungsform kühlt das dielektrische Kühlmittel, das durch die jeweiligen Gehäuseanordnungen fließt, mittels Eintauchen die mehreren Bauelemente von oder innerhalb von beispielsweise einem elektronischen Modul. Wärme kann den Bauelementen unter Verwendung einer Kombination eines Ein-Phasen- und Zwei-Phasen-Wärmeübertragungsprozesses entzogen werden. Somit veranschaulicht 6 einen Lösungsansatz einer Hybridkühlung von Bauelementen, bei dem ein gepumptes dielektrisches Kühlmittel ausgewählte Bauelemente durch Eintauchen kühlt, wobei die entzogene Wärme innerhalb des mit sekundärem Kühlmittel gekühlten Wärmetauschers 630 auf der System- oder Knotenebene abgeführt wird.
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Allgemein ausgedrückt, der oben beschriebene Hybridkühlungsansatz wird durch eine neuartige Konfiguration einer Gehäuseanordnung 620 ermöglicht, die das Definieren eines abgeteilten Fachs um ein oder mehrere elektronische Bauelemente eines elektronischen Systems ermöglicht, wie in 6 veranschaulicht und oben beschrieben wurde. Eine Ausführungsform der Gehäuseanordnung wird in 7 bis 8C veranschaulicht und nachstehend beschrieben. Unter gemeinsamer Bezugnahme auf 7 bis 8C erzeugt die veranschaulichte Gehäuseanordnung ein abgeteiltes Fach, durch welches ein dielektrisches Kühlmittel ein oder mehrere Bauelemente tauchkühlen kann, zum Beispiel auf einer Leiterplatte 700, wie beispielsweise einer Steuerplatine eines elektronischen Systems, wobei die Leiterplatte zumindest teilweise für das dielektrische Kühlmittel durchlässig ist, wie dies bei einer Leiterplatte auf organischer Grundlage der Fall wäre. Die Leiterplatte 700 kann in einem Beispiel Teil eines Server-Knotens sein, wie weiter oben in Verbindung mit 5 beschrieben wurde. Wie in Verbindung mit 6 angemerkt, werden die flüssigkeitsgekühlten Kälteplatten der Ausführungsform von 5 jedoch durch Gehäuseanordnungen 620 ersetzt, die eine Tauchkühlung mittels eines gepumpten Flusses eines dielektrischen Kühlmittels über ein oder mehrere elektronische Bauelemente des elektronischen Systems ermöglichen.
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In den Ausführungsformen von 7 bis 8C trägt die Leiterplatte 700 ein Substrat 710, das in diesem Beispiel mehrere elektronisches Bauelemente 711, 715 aufweist. Das elektronische Bauelement 711 kann beispielsweise ein stark wärmeerzeugendes elektronisches Bauelement, beispielsweise einen Prozessor, aufweisen, und die elektronischen Bauelemente 715 können geringer wärmeerzeugende elektronische Bauelemente wie (beispielsweise) Kondensatoren aufweisen. Poröse Schaumelemente 712 können bereitgestellt werden, damit der Fluss eines dielektrischen Kühlmittels zu dem Bereich des (weiter unten beschriebenen) Kühlmittelfluss-Zwischenraums über dem elektronischen Bauelement 711 eingeschränkt wird, wie in 8C veranschaulicht wird.
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In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet die Gehäuseanordnung 620 einen ersten, oberen Rahmen 720 und einen zweiten, unteren Rahmen 730. Erstens beinhaltet der obere Rahmen 720 eine zentrale Öffnung, deren Größe so gewählt ist, dass sie ein oder mehrere elektronische Bauelemente 711, 715 darin aufnehmen kann, und er ist so gestaltet, dass er mit einer ersten Seite 801 (8B und 8C) der Leiterplatte 700 verbunden werden kann. Zweitens wird der untere Rahmen 730 mit einer zweiten, gegenüberliegenden Seite 802 der Leiterplatte 700 verbunden. In dieser Ausführungsform beinhaltet der zweite, untere Rahmen 730 Ausrichtungsstifte 735, die durch zugehörige Ausrichtungsöffnungen in der Leiterplatte 700 geführt werden, und zugehörige Ausrichtungsöffnungen 725 in dem ersten, oberen Rahmen 720, und die dadurch ein gemeinsames Ausrichten des oberen und unteren Rahmens ermöglichen. Eine erste Haftschicht 721 ist zwischen dem ersten, oberen Rahmen 720 und der ersten Seite der Leiterplatte 700 angeordnet, und eine zweite Haftschicht 731 ist zwischen dem zweiten, unteren Rahmen 730 und der zweiten Seite der Leiterplatte 700 angeordnet. In der Umsetzung sind der erste Rahmen, der zweite Rahmen, die erste Haftschicht und die zweite Haftschicht jeweils in Bezug auf das dielektrische Fluid nicht durchlässig und definieren zusammen eine kühlmitteldichte Abdichtung auf der ersten Seite und der zweiten Seite der Leiterplatte. In der veranschaulichten Ausführungsform handelt es sich bei dem zweiten, unteren Rahmen 730 um eine Plattenstruktur, und mit Ausnahme der Ausrichtungsöffnungen handelt es sich bei der zweiten Haftschicht 731 um eine flache, massive Schicht, die ein Entweichen von Kühlmittel durch die zweite Seite der Leiterplatte 700 verhindern kann. In einer Ausführungsform handelt es sich bei der ersten Haftschicht um eine erste Epoxidschicht, und bei der zweiten Haftschicht handelt es sich um eine zweite Epoxidschicht, und die erste und die zweite Epoxidschicht können jeweils beispielsweise in die erste Seite und die zweite Seite der Leiterplatte eindringen und eine für fluiddichte Abdichtung zwischen der ersten und zweiten Seite der Leiterplatte bilden.
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Dielektrisches Kühlmittel wird in das (von der Öffnung in dem ersten, oberen Rahmen 720 definierte) abgeteilte Fach, das die elektronischen Bauelemente aufnimmt, durch einen Kühlmitteleinlass 750 und einen Kühlmittelauslass 751 eingeleitet, die in diesem Beispiel in einer Abdeckung 740 bereitgestellt werden, die mittels einer Dichtung 741 teilweise dicht mit dem ersten, oberen Rahmen 720 verbunden ist. In der veranschaulichten Ausführungsform befindet sich die Dichtung 741 zumindest teilweise in einem zugehörigen Kanal, der in dem ersten, oberen Rahmen 720 gebildet ist. Beispielsweise können der Kühlmitteleinlass 750 und der Kühlmittelauslass 751 mit Schlauchstutzen ausgestattet sein, um ein kühlmitteldichtes Verbinden von Schläuchen oder Rohren (nicht gezeigt) des Kreislaufs für das dielektrische Kühlmittel mit dem Kühlmitteleinlass 750 und dem Kühlmittelauslass 751 für die Zuführung des dielektrischen Kühlmittels zu der Gehäuseanordnung in einer Weise wie der oben in Verbindung mit 6 beschriebenen zu ermöglichen.
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Zu beachten ist, dass der obere Rahmen 720 beispielsweise unter Verwendung der aus dem unteren Rahmen herausragenden Stützen 735 dicht mit der Leiterplatte 700 über dem unteren Rahmen 730 verbunden werden kann. Die Abdeckung 740 kann an dem oberen Rahmen entlang des Außenrands der O-Ring-Dichtung befestigt werden (z. B. unter Verwendung von Befestigungsschrauben oder -bolzen). Kühlmittel tritt durch den Kühlmitteleinlass 750 am und wird in einen Raum verteilt, der sich auf einer Seite des zu kühlenden elektronischen Bauelements befindet. Das Fluid strömt dann durch das Bauelement in einem dünnen Zwischenraum für den Kühlmittelfluss, der über dem Bauelement zwischen dem Bauelement 711 und der Unterseite der Abdeckung 740 geschaffen wurde. Das flüssige Kühlmittel kann von der Oberfläche des Bauelements verdampfen, und ein Zwei-Phasen-Gemisch kann die Bauelementoberfläche verlassen und in einen Auslassraum innerhalb des abgeteilten Fachs eintreten und danach das abgeteilte Fach durch den Kühlmittelauslass 751 verlassen. Der Schaum 712 kann zwischen der Abdeckung 740 und der Leiterplatte 700 auf beiden Seiten des Substrats 710 oder des elektronischen Bauelements 711 angebracht werden, um zu verhindern, dass das dielektrische Fluid die elektronischen Bauelemente umgeht. Der Schaum kann zwischen der Abdeckung und der Platine 700 oder dem Substrat 710 leicht zusammengedrückt werden. Der Schaum kann „atmen” und wird während des Betriebs mit dem dielektrischen Fluid gefüllt. Gegebenenfalls kann der mit dielektrischem Kühlmittel gefüllte Schaum elektronische Bauteile mit geringer Wärmeabgabe 715 kühlen, beispielsweise Kondensatoren, die auch um das stärker Wärme erzeugende elektronische Bauelement 711 herum angeordnet sein kann.
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8A veranschaulicht das zusammengebaute elektronische Bauelement und die Gehäuseanordnung von 7, wobei eine kühlmitteldichte Abdichtung auf den gegenüberliegenden Hauptseiten der Leiterplatte 700 des elektronischen Systems gebildet wird. 8B und 8C stellen Querschnitt- und Vorderansichten einer Ausführungsform der zusammengebauten Struktur von 8A dar. Wie in diesen Figuren veranschaulicht, ist der zweite, untere Rahmen 730 mittels der zweiten Haftschicht 731 an der zweiten Seite 802 der Leiterplatte 700 befestigt, und der erste, obere Rahmen 720 ist in einer kühlmitteldichten Weise mittels der ersten Haftschicht 721 an der ersten Seite 801 der Leiterplatte 700 befestigt. Wie angemerkt, weisen in einer Ausführungsform die Haftschichten 721, 731 Epoxidschichten auf. Indem die Größe des ersten, oberen Rahmens 720 und des zweiten, unteren Rahmens 730 ungefähr so gewählt wird, dass sie sich um einen ausreichenden Abstand über die Grundfläche des Substrats 710 (auf dem die elektronischen Bauelemente 711, 715 montiert sind) hinaus erstrecken, wird ein kühlmitteldichtes, abgeteiltes Fach 810 definiert, unbeschadet dessen, dass es sich bei der Leiterplatte um eine organische Platine handeln kann, welche für das Kühlmittel teilweise durchlässig ist. Wie veranschaulicht, ist in dieser Ausführungsform das Substrat über eine oder mehrere elektrische Substrat-Platine-Verbindungen 800, beispielsweise Lötkontakthügel, mit der Leiterplatte verbunden. Die Dichtung 741 ermöglicht eine fluiddichte Abdichtung zwischen der Abdeckung 740 und dem ersten, oberen Rahmen 720. Die Gestaltung der Abdeckung 740 kann dahingehend beeinflusst werden, dass die Höhe („H”) des Kühlmittelfluss-Zwischenraums zwischen dem frei liegenden, abgeteilten Fach 810 an der unterseitigen Fläche der Abdeckung 740 und der oberen Fläche von, beispielsweise, dem elektronischen Bauelement 711 ausreichend ist, damit das dielektrische Kühlmittel über das elektronische Bauelement strömt 811 und das elektronische Bauelement tauchkühlt und dabei gleichzeitig für eine verbesserte Wärmeübertragung auf das Kühlmittel von dem elektronischen Bauelement sorgt, indem der Strömungsraum über dem elektronischen Bauelement eingeschränkt und dadurch ein Sieden des strömenden Kühlmittels ermöglicht wird.
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Eine Ausführungsform des in Querrichtung verlaufenden Querschnitts der Anordnung von 8A ist in 8C veranschaulicht, in der mehrere Kanäle 820 innerhalb der Abdeckung 740 dargestellt sind. Diese Kanäle ermöglichen in einer Zwei-Phasen-Umsetzung den Austritt des dielektrischen Kühlmitteldampfs aus dem Kühlmittelfluss-Zwischenraum oder dem Bereich über dem (den) elektronischen Bauelement(en). Zu beachten ist jedoch, dass die Kanäle 820 wahlfrei sind, insbesondere in dem Fall, in dem die Kühlung im Ein-Phasen-Kühlmodus betrieben werden soll, wobei es in diesem Fall wünschenswert sein kann, einen vergleichsweise engen Zwischenraum über den zu kühlenden elektronischen Bauelementen aufrechtzuerhalten, sodass das durch die Gehäuseanordnung hindurchtretende dielektrische Fluid in unmittelbare Nähe zu den erwärmten elektronischen Bauelementen gezwungen wird, um das Entziehen von Wärme von den Bauelementen zu erleichtern.
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Die Anordnung von 8A bis 8C kann weiterhin so abgewandelt werden, dass sie beispielsweise eine Siede-Kühlkörperstruktur auf dem tauchgekühlten elektronischen Bauelement 711 beinhaltet, und/oder dass der Aufprall eines Strahls des dielektrischen Fluids auf eine oder mehrere Oberflächen des zu kühlenden elektronischen Bauelements verwendet wird, beispielsweise mit an der Peripherie oder an ort und Stelle erfolgendem Entfernen des Zwei-Phasen-Kühlmittels. Vorteilhafterweise wird hier ein Hybridkühlungsansatz zum Kühlen eines elektronischen Systems offenbart, bei dem nur ausgewählte elektronische Bauelemente des elektronischen Systems unter Verwendung eines gepumpten dielektrischen Kühlmittels tauchgekühlt werden. Der übrige Teil des elektronischen Systems kann luftgekühlt werden. Gemäß der offenbarten Kühlvorrichtung handelt es sich bei der Vorrichtung um eine Vorrichtung auf System- oder Knotenebene, mit Ausnahme der Verteiler und Leitungen für das sekundäre bzw. Systemkühlmittel, die erforderlich sind, um System-(oder Anlagen-)Kühlmittel in die Wärmetauscher auf Knotenebene einzuspeisen. Bereitgestellt werden Gehäuseanordnungen, um mediendichte Abdichtungen um die gegenüberliegenden Seiten einer Leiterplatte bereitzustellen, auf der ein oder mehrere durch Eintauchen zu kühlende Bauelemente innerhalb des elektronischen Systems montiert sind. In einer Umsetzung kann es sich bei der Leiterplatte um eine Kunststoff-/eine organische Platine handeln, die für das verwendete dielektrische Kühlmittel ein wenig durchlässig sein kann, und somit ist die Gehäuseanordnung so gestaltet, dass sie die Platine abdichtet und eine kühlmitteldichte Abdichtung um die Platine zumindest innerhalb der Grundfläche des zu kühlenden elektronischen Bauelements bereitstellt. Sobald die Gehäuseanordnung die Leiterplatte abdichtet, stellt die hier offenbarte Kühlvorrichtung eine gepumpte Tauchkühlung der ausgewählten Bauelemente des elektronischen Systems bereit und kann entweder als Ein-Phasen- oder Zwei-Phasen-Kühlkonzept arbeiten.
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Die hier verwendete Terminologie dient lediglich zum Zweck der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und ist nicht als Einschränkung der Erfindung gedacht. in der hier verwendeten Weise sollen die Einzahlformen „ein”, „einer”, „eine” und „der” „die”, „das” auch die Pluralformen einschließen, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist. Es versteht sich weiterhin, dass es sich bei den Begriffen „aufweisen” (und jede Form von aufweisen, beispielsweise „weist auf” und „aufweisend”), „haben” (und jede Form von haben, beispielsweise „hat” und „habend”), „beinhalten” (und jede Form von beinhalten, beispielsweise „beinhaltet” oder „beinhaltend”) und „enthalten” (und jede Form von enthalten, beispielsweise „enthält” oder „enthaltend”) um Verbindungsverben mit offenem Ende handelt. infolgedessen besitzt ein Verfahren oder eine Einheit, das bzw. die einen oder mehrere Schritte oder Elemente „aufweist”, „habt”, „beinhaltet” oder „enthält”, diesen einen bzw. dieses eine oder mehrere Schritte oder Elemente, ist jedoch nicht darauf beschränkt, nur diesen einen bzw. dieses eine oder mehrere Schritte oder Elemente zu besitzen. Ebenso besitzt ein Schritt eines Verfahrens oder ein Element einer Einheit, der bzw. das ein oder mehrere Merkmale „aufweist”, „hat”, „beinhaltet” oder „enthält” dieses eine oder mehrere Merkmale, ist jedoch nicht darauf beschränkt, nur dieses eine oder mehrere Merkmale zu besitzen. Darüber hinaus ist eine Einheit oder Struktur, die in einer bestimmten Weise gestaltet ist, in mindestens dieser Weise gestaltet, kann jedoch auch in nicht aufgeführten Weisen gestaltet sein.
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Die entsprechenden Strukturen, Materialien, Handlungen und Äquivalente aller Mittel oder aus Schritt plus Funktion bestehender Elemente in den nachfolgenden Ansprüchen, sofern zutreffend, sollen alle Strukturen, Materialien oder Handlungen zum Ausführen der Funktion in Kombination mit anderen beanspruchten Elementen so, wie sie ausdrücklich beansprucht werden, einschließen. Die Beschreibung der vorliegenden Erfindung wurde zur Veranschaulichung und Beschreibung vorgelegt, ist jedoch nicht als erschöpfend oder beschränkt auf die Erfindung in der offenbarten Form zu verstehen. Viele Änderungen und Varianten werden für den Fachmann ersichtlich sein, ohne vom Geltungsbereich und Geist der Erfindung abzuweichen. Die Ausführungsform wurde gewählt und beschrieben, um die Grundgedanken der Erfindung und die praktische Anwendung zu erklären und es einem anderen Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung durch verschiedene Ausführungsformen und verschiedenen Abwandlungen daran zu verstehen, die von dem jeweils betrachteten bestimmten Zweck abhängen.
