DE102016013736A1 - Water cooling microstructure cooler for an electrical or electronic component having a flow diverter and a flow distributor - Google Patents

Abstract

[0017] Die Erfindung betrifft einen Wasserkühler mit Strömungsumlenker und Strömungsverteiler für flüssigkeitsbetriebenen Kühler für elektrische oder elektronische Bauteiledie mittig die Wasserzufuhr bei seitlichem Wassereinlass ermöglichendie einen über die Einspritzöffnung gleichmäßigen Fluidstrom ermöglichendie eine Durchflusssteigerung ermöglichendie eine gesteigerte Wärmeaufnahme in den Randbereichen der Kühlkanalfinnenstruktur ermöglichendie die Wärmeübertragung von der Bodenplatte zu dem Kühlmedium verbesserndie bestehende Kühler in der Kühlleistung und dem Durchfluss verbesserndie bei neuen Kühlern die Vergrößerung des Kühlkanalbereichs ermöglichen ohne dass in den äußeren Kühlkanälen es zu einer Durchflussreduzierung gegenüber den mittigen Kühlkanälen kommt mit der flüssigkeitsbetriebene Kühler für elektrische oder elektronische Bauteile hinsichtlich der Kühlleistung und des Durchflusses verbessert werden dadurch dass über der Bodenplatte eine Zwischenebene mit Strömungsverteiler und aufgesetztem Strömungsumlenker eingesetzt wirdThe invention relates to a water cooler with flow diverter and flow distributor for liquid operated radiator for electrical or electronic components, the water inlet at the side water inlet allow the one through the injection port uniform fluid flow allow the flow increase Enabled an increased heat absorption in the edge regions of the cooling channel fin structure allow the heat transfer from the Improve bottom plate to the cooling medium improve the existing coolers in the cooling performance and flow that allow for new coolers enlargement of the cooling channel area without in the outer cooling channels there is a reduction in flow over the central cooling channels with the liquid-operated cooler for electrical or electronic components in terms of cooling capacity and the flow can be improved by that over the bottom plate an intermediate level with flow distributor and attached flow deflector is used

Description

Bezeichnung: Mikrostrukturkühler zur Wasserkühlung für ein elektrisches oder elektronisches Bauteil mit einem Strömungsumlenker und einem Strömungsverteiler.Designation: Microstructure cooler for water cooling for an electrical or electronic component with a flow diverter and a flow distributor.

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kühler für elektrische oder elektronische Bauteile, genauer gesagt einen Fluidkühler für PC Komponenten wie Prozessoren, Grafikchips, Ramspeicher, Spannungswandler, Festplatten und andere elektrische oder elektronische Bauteile, die Abwärme erzeugen, wie er beispielsweise aus der Patentschrift DE102008058032.5 US6,105,373 und DE102004018144B4 bekannt ist. Zudem ist auch aus der US2009/0071625A1 ein Fluidkühler mit einer Zwischenebene für PC Komponenten bekannt.The present invention relates to a cooler for electrical or electronic components, more specifically a fluid cooler for PC components such as processors, graphics chips, RAM memory, voltage converters, hard disks and other electrical or electronic components that generate waste heat, as for example from the patent DE102008058032.5 US6,105,373 and DE102004018144B4 is known. In addition, also from the US2009 / 0071625A1 a fluid cooler with an intermediate level for PC components known.

Beschreibung des verwandten Standes der TechnikDescription of the Related Art

Aus der DE102004018144B4 ist beispielsweise bekannt, dass in modernen Rechnern die elektronischen Bausteine von Grafikkarten und die Prozessoren an sich, also etwa die so genannten CPUs, hohen thermischen Belastungen ausgesetzt sind, welche bei deren Betrieb entstehen. Aufgrund der immer enger werdenden Leiterstrukturen und der immer größeren Leistungsfähigkeit der Prozessoren erwärmen sich diese im Betrieb stark. Um eine hohe und gleichmäßige Rechnerleistung zu gewährleisten und um die Prozessoren vor thermischen Beschädigungen zu schützen, werden diese durchweg aktiv gekühlt. Eine herkömmliche Kühlung sieht einen Luftkühler in Gestalt eines Ventilators vor, der einem solchen elektronischen Bauteil geregelt oder ungeregelt Kühlluft zuführt. Die erwärmte Luft wird in der Regel an die Umgebung abgeführt.From the DE102004018144B4 It is known, for example, that in modern computers, the electronic components of graphics cards and the processors themselves, ie, for example, the so-called CPUs, are exposed to high thermal loads which arise during their operation. Due to the ever-narrower conductor structures and the ever-increasing performance of the processors, these heat up considerably during operation. To ensure a high and even computer performance and to protect the processors from thermal damage, they are actively cooled throughout. Conventional cooling provides an air cooler in the form of a fan that controls such an electronic component or supplies uncontrolled cooling air. The heated air is usually discharged to the environment.

Bei hochleistungsfähigen Rechnern stößt diese Art der Kühlung an ihre Grenzen. Insbesondere in Großrechenanlagen ist die Erwärmung der Räume, in denen Computer aufgestellt sind, ein Problem, dem mit dem Einsatz von Klimaanlagen unter hohem Energieaufwand begegnet wird.For high-performance computers, this type of cooling reaches its limits. In particular, in large computer systems, the heating of the rooms in which computers are installed, a problem that is encountered with the use of air conditioning systems with high energy consumption.

Als Alternative zur reinen Luftkühlung werden verstärkt Flüssigkeitskühler für elektronische Prozessoren angeboten, die eine Bodenplatte, meist aus Kupfer, aufweisen, auf deren einen Seite der Prozessor angeordnet ist, während die andere Seite mit einem Kühlwasserstrom beaufschlagt wird. Dazu wird beispielsweise Kühlwasser über eine Düsenplatte, die mit Zuleitungs- und Ableitungsanschlüssen versehen ist, mit der Bodenplatte in Kontakt gebracht.As an alternative to pure air cooling reinforced liquid cooler for electronic processors are offered, which have a bottom plate, usually made of copper, on one side of the processor is arranged, while the other side is acted upon by a cooling water flow. For this purpose, for example, cooling water via a nozzle plate, which is provided with supply and discharge connections, brought into contact with the bottom plate.

Es sei hier beispielhaft auf Kühler verwiesen, die aus der US 6,105,373 , der US 5,239,443 und der US 6,167,952 B1 bekannt sind. So weist der in der US 6,105,373 beschriebene thermoelektrische Kühler eine Bodenplatte und eine mehrteilige Düsenplatte auf, bei dem an der ersten Seite der Bodenplatte ein zu kühlendes elektronisches Bauteil und gegenüberliegend die Düsenplatte befestigbar ist. An der Düsenplatte sind ein Zuleitungsanschluss und ein Ableitungsanschluss für ein flüssiges Kühlmedium ausgebildet. Zur Verteilung des Kühlmediums ist in der Düsenplatte eine Kammer ausgebildet, in die der Zuleitungsanschluss mündet und die mit Ausspritzdüsen oder Austrittsbohrungen in Strömungsverbindung steht. Die Austrittsöffnungen dieser Ausspritzdüsen oder Austrittsbohrungen sind auf die von dem elektronischen Bauteil abgewandte Seite der Bodenplatte gerichtet, so dass diese aktiv mittels des Kühlmediums kühlbar ist. Die Ableitung des erwärmten Kühlmediums erfolgt aus dem zwischen der Außenseite der Kammer und der von dem elektronischen Bauteil abgewandten Seite der Bodenplatte gebildeten Kühlraum.It is here by way of example referred to radiator, from the US 6,105,373 , of the US 5,239,443 and the US 6,167,952 B1 are known. Thus, in the US 6,105,373 described thermoelectric cooler a bottom plate and a multi-part nozzle plate, in which on the first side of the bottom plate to be cooled electronic component and opposite the nozzle plate is fastened. On the nozzle plate, a supply port and a discharge port for a liquid cooling medium are formed. For distributing the cooling medium, a chamber is formed in the nozzle plate into which the supply connection opens and which is in flow connection with ejection nozzles or outlet bores. The outlet openings of these ejection nozzles or outlet bores are directed onto the side of the bottom plate remote from the electronic component so that it can be actively cooled by means of the cooling medium. The discharge of the heated cooling medium takes place from the cooling space formed between the outside of the chamber and the side of the bottom plate facing away from the electronic component.

Obwohl diese flüssigkeitsgekühlte Kühlvorrichtung gegenüber luftgekühlten Kühlvorrichtungen für ein elektronisches Bauteil deutliche Vorteile aufweist, ist diese hinsichtlich der Kühlwirkung und der Ersetzbarkeit weiter verbesserungswürdig. Es sei hier verwiesen auf den Mikrostrukturkühler DE102008058032.5 , der durch die Herstellung von sehr feinen Strukturen vorzugsweise durch die neuartige Ätztechniktechnologie eine weitere Leistungssteigerung ermöglicht. Die aus Ätztechnik hergestellten Bodenplatten sind jedoch prozessbedingt sehr dünn (beispielsweise 1mm), so dass diese nur über aufwendige Gewindeinserts mit dem Deckel verschraubt werden können. Daher werden aktuelle Mikrostrukturkühler wieder durch Frästechnik hergestellt und mit einem Deckel und ggf. zusätzlich einer Zwischenebene versehen. Der Boden dieser so hergestellten Kühler ist dabei meist zwischen 1,5 und 8mm dick und muss sehr aufwendig bearbeitet werden, um im Innenbereich eine Restbodenstärke von vorzugsweise <0,5mm und eine Finnenhöhe von 2 bis 6mm zu erreichen.Although this liquid-cooled cooling device has clear advantages over air-cooled cooling devices for an electronic component, it is still in need of improvement in terms of cooling effect and replaceability. It should be noted here on the microstructure cooler DE102008058032.5 , which allows for the production of very fine structures, preferably by the new Ätztechniktechnologie a further increase in performance. However, the bottom plates made of etching technology are very thin due to the process (for example, 1 mm), so that they can only be screwed to the lid via expensive threaded inserts. Therefore, current microstructure coolers are again produced by milling and provided with a lid and possibly also an intermediate level. The bottom of this cooler thus produced is usually between 1.5 and 8mm thick and must be processed very expensive in order to achieve a residual bottom thickness of preferably <0.5 mm and a fin height of 2 to 6 mm in the interior.

Mikrostrukturkühler des aktuellen Stands der Technik stehen vor der Herausforderung einen ausreichend großen Durchfluss und eine möglichst große Kühlleistung zu ermöglichen. Um einen großen Durchfluss zu ermöglichen müssen die Kühlkanäle im Boden eine gewisse Höhe haben, beispielsweise 4 mm, und eine entsprechende Breite, beispielsweise 1mm, so dass der Mikrostrukturkühler für den Wasserkreislauf keine Durchflussbremse darstellt. Um eine möglichst große Kühlleistung zu erreichen müssen die Kühlkanäle möglichst fein sein, beispielsweise <0,5mm, und die Höhe möglichst gering, beispielsweise <2mm, so dass das Kühlmedium direkt über der hitzeabgebenden Stelle die Wärme aufnehmen kann. So konstruierte Kühler haben jedoch einen sehr hohen Durchflusswiderstand, so dass derart konstruierte Kühler mit konventionellen in Computer-Wasserkühlungen eingesetzten Pumpen nicht sinnvoll betrieben werden können. Die zurzeit in solchen Kühlern verwendeten Zwischenebenen haben eine meist zentrische Wasserzufuhr welche in eine Vorkammer geleitet wird, welche sich über der meist schlitzförmigen Einspritzöffnung befindet. Diese Vorkammer hat die Aufgabe das Wasser von dem meist mittig eintreffenden Wasserzufluss in die Breite zu verteilen und möglichst alle Kühlkanäle zu erreichen. Trotz möglichst großer Dimensionierung der Vorkammer verteilt sich der Fluidstrom nicht auf alle Kühlkanäle gleichmäßig, sondern fließt bevorzugt in die mittleren Kühlkanäle, währen die auf den beiden Außenseiten gelegenen Kühlkanäle kaum mit dem Kühlfluid versorgt werden. Darüber hinaus ergibt sich durch die seitliche Wasserzufuhr im Deckel (beispielsweise von links) eine ungleichmäßige seitliche Druckverteilung in der Vorkammer, so dass die Kühlkanäle auf der dem Einlass gegenüberliegenden (rechten) Seite des Wasserkühlers bevorzugt durchströmt werden. Dadurch sinkt die Wärmeübertragungsleistung in den schlecht durchströmten oberen, unteren und linken Bereichen gegenüber den gut durchströmten mittig-rechts-liegendem Bereiche ab, was eine nicht optimale Ausnutzung des Kühlleistungspotentials des Wasserkühlers bedeutet. Selbst bei einem mittigen Wassereinlass direkt über der Vorkammer ergibt sich das Problem, dass in der Regel der Zuführungsschlauch innerhalb weniger Zentimeter um 90° gebogen sein muss, da bauartbedingt der Platz in gewöhnlichen Computergehäusen oder Maschinengehäusen und Servern begrenzt ist. Dieser gebogene Zuführungsschlauch führt zu dem gleichen Effekt wie der seitliche Einlass: Der Fluidstrom wird zu einer Seite abgelenkt, und dadurch entsteht der unsymmetrische Durchfluss des Bodens mit den bekannten Nachteilen der verminderten Kühlleistung.Microstructure coolers of the current state of the art face the challenge of enabling a sufficiently large flow rate and the greatest possible cooling capacity. In order to allow a large flow, the cooling channels in the bottom must have a certain height, for example 4 mm, and a corresponding width, for example 1 mm, so that the microstructure cooler for the water cycle is not a flow brake. In order to achieve the greatest possible cooling capacity, the cooling channels must be as fine as possible, for example <0.5 mm, and the height as low as possible, for example <2 mm, so that the cooling medium can absorb the heat directly above the heat emitting point. However, such designed coolers have a very high flow resistance, so that coolers designed in this way can not be usefully operated with conventional pumps used in computer water cooling systems. The intermediate levels currently used in such coolers have a mostly centric water supply which is passed into a pre-chamber, which is located above the most slit-shaped injection port. This pre-chamber has the task of distributing the water from the mostly centrally incoming water inlet in the width and to reach all possible cooling channels. Despite the largest possible dimensioning of the pre-chamber, the fluid flow is not evenly distributed to all the cooling channels, but preferably flows into the central cooling channels, while the cooling channels located on the two outer sides are hardly supplied with the cooling fluid. In addition, results from the lateral water supply in the lid (for example, from the left) an uneven lateral pressure distribution in the antechamber, so that the cooling channels on the inlet opposite (right) side of the radiator are preferably flowed through. As a result, the heat transfer performance decreases in the poorly flowed through the upper, lower and left regions from the well-flowed center-right-lying areas, which means a non-optimal utilization of the cooling capacity of the water cooler. Even with a central water inlet directly above the pre-chamber, there is the problem that usually the supply hose must be bent by 90 ° within a few centimeters, as the design limits the space in ordinary computer housings or machine housings and servers. This curved feed tube provides the same effect as the lateral inlet: the fluid flow is deflected to one side, thereby creating the unbalanced flow of the soil with the known disadvantages of reduced cooling performance.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde die Problematik des sich trotz ausreichend großer Vorkammer ungleichmäßig in der Höhe verteilenden Fluidstroms und des seitlichen Druckunterschieds bei seitlicher Wasserzufuhr oder gebogenen Schlauch bei mittiger Zuführung zu lösen und somit die Kühlleistung zu steigern ohne dabei den Durchfluss zu verschlechtern oder die Fertigungskosten signifikant zu erhöhen.Against this background, the object of the invention is to solve the problem of the despite sufficiently large pre-chamber unevenly distributing in height fluid flow and the lateral pressure difference with lateral water supply or bent hose with central feed and thus increase the cooling capacity without worsening the flow or significantly increase the manufacturing costs.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung dem Unteranspruch entnehmbar sind.The solution of this problem arises from the features of the main claim, while advantageous embodiments and further developments of the invention can be removed from the subclaim.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Wasserdurchfluss im Boden eines Mikrostrukturkühlers nicht weiter sinnvoll verbessert werden kann, da jede Durchflussoptimierung in Form von Erhöhung oder Verbreiterung der Kühlkanäle zu Lasten der Kühlleistung geht. Des Weiteren haben aktuelle Modelle das Problem, dass der Fluidstrom sich ungleichmäßig über die Kühlkanäle verteilt und daher nicht die volle, theoretisch mögliche Kühlleistung abrufbar ist. Daher wurde auf die Zwischenebene ein zusätzliches Bauteil (sog. Strömungsumlenker) appliziert und in die Einspritzvorkammer ein zusätzliches Bauteil (sog. Strömungsverteiler) eingesetzt, welche den Fluidstrom so ablenken, dass eine gleichmäßige Druckverteilung in der Breite (durch den Strömungsumlenker) und eine gleichmäßige Verteilung des Fluidstroms über die gesamte Länge des Einspritzschlitzes (durch den Strömungsverteiler) ermöglicht wird.The invention is based on the finding that the water flow in the bottom of a microstructure cooler can not be meaningfully improved, since any flow optimization in the form of increase or widening of the cooling channels is at the expense of the cooling capacity. Furthermore, current models have the problem that the fluid flow is distributed unevenly across the cooling channels and therefore not the full, theoretically possible cooling capacity is available. Therefore, an additional component (so-called flow diverter) was applied to the intermediate level and an additional component (so-called flow distributor) was used in the injection prechamber, which deflected the fluid flow in such a way that a uniform pressure distribution in the width (by the flow diverter) and a uniform distribution the fluid flow over the entire length of the injection slot (through the flow distributor) is made possible.

Die Leistungssteigerung basiert somit auf einer gleichmäßigen Verteilung des Fluidstroms auf alle Kühlkanäle mittels eines Strömungsumlenkers und eines Strömungsverteilers. Es ist bekannt, dass je höher der Wasserfluss ist, desto höher ist auch die mögliche Wärmeübertragung. Diese Kurve verläuft jedoch nicht linear (doppelter Durchfluss = doppelte Kühlleistung), sondern logarithmisch, so dass bei den aktuell schon hohen Durchflussraten eine weitere Steigerung nur noch minimale Vorteile (bei unverändertem Wasserkühleraufbau) bietet. Hingegen führt eine Halbierung des Durchflusses zu deutlichen Einbußen in der Wärmeübertragung. Hat ein Wasserkühler nun einen starken Durchfluss in den mittleren Kühlkanälen (der dem Einlass gegenüberliegenden Seite), so bewirkt das gegenüber einem gleichmäßig durchströmten Wasserkühler nur eine minimale lokale Steigerung der Wärmeübertragung an dieser Stelle, wohingegen die schlecht durchströmten äußeren und gegenüberliegenden Kühlkanäle eine deutliche Einbuße in der Wärmeübertragung erfahren. In Summe hat ein Kühler mit ungleichmäßigem Durchfluss eine deutlich geringere Wärmeübertragung und somit eine deutlich geringere Kühlleistung.The power increase is thus based on a uniform distribution of the fluid flow to all cooling channels by means of a flow deflector and a flow distributor. It is known that the higher the water flow, the higher the possible heat transfer. However, this curve is not linear (double flow = double cooling capacity), but logarithmic, so that at the currently already high flow rates, a further increase offers only minimal advantages (with unchanged water cooler structure). By contrast, halving the flow leads to significant losses in heat transfer. Has a water cooler now a strong flow in the middle cooling channels (the opposite side of the inlet), as compared to a uniformly flowed through water cooler causes only a minimal local increase in heat transfer at this point, whereas the poorly flowed outer and opposite cooling channels a significant loss in experience the heat transfer. In sum, a cooler with uneven flow has a significantly lower heat transfer and thus a significantly lower cooling capacity.

Viele aktuelle Modelle sind bereits mit einer Einspritzebene und einer schlitzförmigen oder gelochten Einspritzöffnung ausgestattet. Diese Einspritzöffnungen versagen jedoch bei der Aufgabe den Fluidstrom auf alle Kühlkanäle gleichmäßig zu verteilen. Es ist möglich diese bestehenden Mikrostrukturkühler nachzurüsten, indem in die bestehende Einspritzkammer ein Strömungsverteiler nachgerüstet wird, so dass bei gleichbleibender Bodenstruktur alleine durch die gleichmäßige Verteilung des Fluidstroms die Kühlleistung bestehender Modelle gesteigert wird. Es ist abweichend von dem Einbau des Strömungsverteilers als zusätzliches Bauteil auch möglich diesen direkt in Teile der Zwischenebene oder des Deckels zu integrieren. Die Möglichkeit der Nachrüstung eines Strömungsumlenkers gestaltet sich als schwierig, da in dem Deckel dazu auch die Kanalführung geändert werden muss.Many current models are already equipped with an injection level and a slot-shaped or perforated injection port. However, these injection ports fail in the task to distribute the fluid flow evenly on all cooling channels. It is possible to retrofit these existing microstructure coolers by retrofitting a flow distributor into the existing injection chamber, so that the cooling capacity of existing models is increased by the uniform distribution of the fluid flow while the soil structure remains the same. It is deviating from the installation of the flow distributor as an additional component also possible to integrate this directly into parts of the intermediate level or the lid. The possibility of retrofitting a flow deflector is difficult, since in the lid to the channel guide must be changed.

Bei der Entwicklung neuer Modelle ist es möglich den Strömungsumlenker mit den notwendigen Änderungen im Deckel und den Strömungsverteiler sehr kostengünstig als Spritzgussteil aus Kunststoff herzustellen und auf die Zwischenebene bzw. in die Einspritzvorkammer einzusetzen, so dass bestehende Werkzeuge für das Ober- und Unterteil der Zwischenebene weiter verwendet werden können. Es wäre aber auch möglich bei Neuentwicklungen die Unterseite der Einspritzebene und den Strömungsverteiler aus einem Stück herzustellen, oder den Strömungsumlenker und/oder den Strömungsverteiler in das Oberteil der Einspritzebene zu integrieren, um die Herstellungskosten und Werkzeugkosten zu reduzieren. In the development of new models, it is possible to produce the flow deflector with the necessary changes in the lid and the flow distributor very cost-effective as an injection molded plastic and to use on the intermediate level or in the Einspritzvorkammer, so that existing tools for the upper and lower part of the intermediate level on can be used. However, it would also be possible in new developments to produce the underside of the injection level and the flow distributor in one piece, or to integrate the flow deflector and / or the flow distributor in the top of the injection level in order to reduce manufacturing costs and tooling costs.

Als weiterer Vorteil erweist sich nun die Möglichkeit auch größere Bodenplatten mit mehr Kühlkanälen zu verwenden. Bisher konnte kaum eine Leistungssteigerung durch eine Verbreiterung des Kühlkanalbereichs festgestellt werden. Die außen hinzukommenden zusätzlichen Kühlkanäle werden bei dem aktuellen Stand der Technik nur mit so wenig Kühlfluid durchströmt, dass eine Leistungssteigerung des gesamten Kühlers kaum feststellbar ist. Mit einem Strömungsverteiler hingegen lässt sich der Fluidstrom auch auf größere Breiten gleichmäßig verteilen, so dass eine Steigerung der gesamten Kühlleistung ohne großen technischen Aufwand realisierbar ist.Another advantage now proves to be the ability to use larger floor slabs with more cooling channels. So far, hardly any increase in performance could be detected by broadening the cooling channel area. The outside additional additional cooling channels are flowed through in the current state of the art only with so little cooling fluid that an increase in performance of the entire radiator is barely noticeable. By contrast, with a flow distributor, the fluid flow can be distributed evenly over larger widths, so that an increase in the overall cooling capacity can be achieved without great technical effort.

Das Unterteil der Zwischenebene wird gegenüber dem Oberteil der Zwischenebene mit einem O-Ring abgedichtet um einen parallelen Fluidstrom an den Kühlkanälen vorbei zu vermeiden. Jedoch kann die Abdichtung auch über eine Klebung oder ein anderes geeignetes Dichtmittel erfolgen.The lower part of the intermediate plane is sealed with respect to the upper part of the intermediate plane with an O-ring in order to avoid a parallel fluid flow past the cooling channels. However, the seal can also be done via a bond or other suitable sealant.

Je nach Anwendungsfall und Systembedingungen wie beispielsweise die vorhandene Pumpenleistung, Parallelbetrieb mehrerer Kühler (z.B. bei Mehrprozessorsystemen) oder der Kühlung anderer Bauteile wie Grafikchips, Festplatten, Speicherchips und anderer hitzeemittierender Bauteile kann die der Wasserkühler sowie der Strömungsumlenker und der Strömungsverteiler individuell angepasst werden.Depending on the application and system conditions, such as existing pump performance, parallel operation of multiple coolers (e.g., multi-processor systems), or cooling of other components such as graphics chips, hard drives, memory chips, and other heat-emitting components, the water cooler, flow diverter, and flow manifold can be customized.

Ausführungsbeispiel:Embodiment:

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:Hereinafter, an embodiment will be explained in more detail with reference to the accompanying figures. Show it:

1 (Ansicht senkrecht) und 2 (Ansicht waagerecht) - Stand der Technik. Der hier abgebildete CPU-Kühler zeigt den für aktuelle CPU-Kühler typischen Stand der Technik. Das Kühlmedium wird über einen Einlass (101) in eine Vorkammer (102) verteilt, und von dort aus durch die Einspritzebene (105) zentrisch durch ein oder zwei Schlitze (107) auf die Finnenstruktur / Kühlkanäle (109) der Bodenplatte (106) geleitet, um von dort aus durch die Kühlkanäle (103) nach außen zu entweichen und dabei die Hitze von der Wärmequelle (108) aufzunehmen. Das Kühlmedium wird anschließend im Rückführungskanal (103) gesammelt und über den Auslass (110) abgeführt. Der Kühler wird über eine Montagehalterung (104) befestigt. 1 (Vertical view) and 2 (Horizontal view) - state of the art. The CPU cooler shown here shows the state of the art typical of current CPU coolers. The cooling medium is passed through an inlet ( 101 ) in an antechamber ( 102 ), and from there through the injection level ( 105 ) centrally through one or two slots ( 107 ) on the fin structure / cooling channels ( 109 ) of the bottom plate ( 106 ) from there through the cooling channels ( 103 ) to escape to the outside while removing the heat from the heat source ( 108 ). The cooling medium is then in the return channel ( 103 ) and via the outlet ( 110 ) dissipated. The cooler is connected via a mounting bracket ( 104 ) attached.

3 und 4 - Stand der Technik. Der hier abgebildete CPU-Kühler zeigt den Fluidfluss bzw. die Druckverteilung in einem Wasserkühler nach typischen Stand der Technik. Das Kühlfluid strömt durch den Einlass (101) ein und verteilt sich in der Vorkammer (102). Aufgrund einer suboptimaler Druckverteilung in der Vorkammer ergibt sich ein unterschiedlicher Druck und somit Fluidstrom an der Einspritzebene (105). Der Druck bzw. Fluidstrom ist hier mit unterschiedlich langen Pfeilen gekennzeichnet, je länger, umso größer. Im Falle der 3 haben wir die bestmögliche Lösung nach aktuellem Stand der Technik gezeichnet. Hier sieht man an den Schlitzen eine Druckverteilung bzw. Fluidstrom, welcher in der Mitte am größten ist, und wo die äußeren Bereiche nur gering durchströmt werden. In 4 ist der weiterhin veränderte Druckverteilung bzw. Fluidstrom aufgrund der in der Praxis häufig auftretenden gebogenen Einlassschlauches aufgezeigt. Das Kühlfluid hat schon im Einlass (102) einen nicht geradlinigen Strömungsverlauf, welcher sich in der Vorkammer (105) weiter fortsetzt und somit in der Einspritzebene (105) letztendlich zusätzlich zu der ohnehin schon nachteiligen Verteilung (siehe 3) noch eine weitere Ausprägung in die der Einlassbiegung gegenüberliegende Seite (in der Zeichnung die rechte Seite) hat. Somit ergibt sich zu der bekannten vertikalen Verteilung eine horizontale (nach rechts) ausgerichtete Bevorzugung. Das Ergebnis ist in den Pfeilen schematisch dargestellt. 3 and 4 - State of the art. The CPU cooler shown here shows the fluid flow or the pressure distribution in a water cooler according to the typical state of the art. The cooling fluid flows through the inlet ( 101 ) and spreads in the antechamber ( 102 ). Due to a suboptimal pressure distribution in the antechamber, there is a different pressure and thus fluid flow at the injection level ( 105 ). The pressure or fluid flow is here marked with arrows of different lengths, the longer, the larger. In case of 3 We have drawn the best possible state-of-the-art solution. Here you can see at the slots a pressure distribution or fluid flow, which is largest in the middle, and where the outer areas are only slightly flowed through. In 4 is the continued change in pressure distribution or fluid flow due to the frequently occurring in practice curved inlet hose shown. The cooling fluid is already in the inlet ( 102 ) a non-rectilinear flow course, which in the antechamber ( 105 ) and thus at the injection level ( 105 ) in addition to the already disadvantageous distribution (see 3 ) yet another expression in the inlet bend opposite side (in the drawing, the right side) has. Thus, there is a horizontal (to the right) oriented preference to the known vertical distribution. The result is shown schematically in the arrows.

5 - Stand der Technik. Der hier abgebildete CPU-Kühler zeigt den Fluidfluss bzw. die Druckverteilung in einem Wasserkühler nach typischen Stand der Technik. In dem Kühler befindet sich der Einlass (201) nicht mittig, sondern seitlich im Deckel (213). Dadurch gibt es einen Zuführungskanal (212), welcher zu der Vorkammer (202) führt. Aufgrund der so erzeugten seitlichen Flussrichtung ergibt sich in der Einspritzebene (205) auch ein seitlicher Druck bzw. Fluidstrom, der zu der hier skizzierten Druckverteilung (211) bzw. Fluidstrom führt. Dies führt zu ungleichmäßigen Strömungsgeschwindigkeiten in der Mikrostruktur (209) im Boden (206). Das Kühlfluid wird in dem Rückführungsbecken (203) gesammelt und über den Auslass (210) abtransportiert. Der Wasserkühler wird über die Halterung (204) befestigt. 5 - State of the art. The CPU cooler shown here shows the fluid flow or the pressure distribution in a water cooler according to the typical state of the art. In the cooler is the inlet ( 201 ) not in the middle, but laterally in the lid ( 213 ). There is a feeder channel ( 212 ) leading to the antechamber ( 202 ) leads. Due to the lateral flow direction thus generated, in the injection plane ( 205 ) is also a lateral pressure or fluid flow, the to the sketched here pressure distribution ( 211 ) or fluid flow leads. This leads to uneven flow velocities in the microstructure ( 209 ) in the ground ( 206 ). The cooling fluid is stored in the recirculation basin ( 203 ) and via the outlet ( 210 ) transported away. The radiator is connected via the bracket ( 204 ) attached.

6 - Neuartiger Wasserkühler mit Strömungsumlenker. Der hier abgebildete CPU-Wasserkühler hat im Deckel (213) einen seitlichen Einlass (201) von wo das Kühlfluid in den Zuführungskanal (212) umgelenkt wird um weiter in den Strömungsumleker (213) zu gelangen. Der Strömungsumlenker (213) besteht aus einer Rampe (214) und einer gegenüberliegenden Wölbung (215) sowie einem geraden Auslassschaft (216) welche in Summe dazu führen, dass das Kühlfluid die Vorkammer (202) ohne einen seitlichen Drall erreicht. Dies führt zu einer Druckverteilung bzw. Fluidstrom wie hier skizziert (211), welcher nun in der Mitte seinen Höhepunkt hat und zu den Seiten hin sich vermindert. Obwohl hier noch immer eine ungleichmäßige Druckverteilung bzw. Fluidstrom vorliegt, ist diese Verteilung gegenüber der in 5 gezeigten problematischen seitlichen Verschiebung schon vorteilhafter. Das Problem des seitlich liegenden Einlasses (201) ist hiermit behoben. 6 - New water cooler with flow diverter. The CPU shown here Radiator has in the lid ( 213 ) a lateral inlet ( 201 ) from where the cooling fluid into the feed channel ( 212 ) is deflected to further into the Strömungsumleker ( 213 ) to get. The flow deflector ( 213 ) consists of a ramp ( 214 ) and an opposite curvature ( 215 ) and a straight outlet ( 216 ) which in sum lead to the cooling fluid the antechamber ( 202 ) without a lateral twist. This leads to a pressure distribution or fluid flow as sketched here ( 211 ), which now has its peak in the middle and diminishes towards the sides. Although there is still an uneven pressure distribution or fluid flow, this distribution is compared to the in 5 shown problematic lateral displacement already more advantageous. The problem of the lateral inlet ( 201 ) is hereby fixed.

7, 8 und 9 - Neuartiger Wasserkühler mit Strömungsumlenker und Strömungsverteiler. Zusätzlich zu dem in 6 bezeichneten Aufbau und Eigenschaften trifft das Kühlmedium nach dem Auslassschaft (216) auf den Strömungsverteiler (217) welcher das Kühlfluid von der Mitte nach außen gleichmäßig auf die Vorkammer (202) verteilt, so dass es zu einer symmetrischen, gleichmäßigen Druckverteilung bzw. Fluidstrom wie hier skizziert (211) kommt. Dies ermöglicht einen über die gesamte Fläche der Mikrostruktur (209) gleichmäßig verteilen Fluidstrom, so dass die Wärmeaufnahme der Bodenplatte (206) verbessert wird. Die Zeichnung 8 zeigt 2 Schnittdarstellungen (links 2d, rechts 3d), welche den Strömungsumlenker (213) und Strömungsverteiler (217) in dem Wasserkühler zeigen, sowie die zugeordnete Schnittkante (218) in der Ansicht von oben. Der Strömungsverteiler (217) ist hier als einzelnes Bauteil zusätzlich noch abgebildet. In 9 ist der Wasserkühler als Explosionszeichnung dargestellt. 7 . 8th and 9 - New water cooler with flow diverter and flow distributor. In addition to the in 6 designated construction and properties meets the cooling medium after the outlet shaft ( 216 ) on the flow distributor ( 217 ) which distributes the cooling fluid uniformly from the center outwards to the prechamber (FIG. 202 ) so as to form a symmetric, even pressure distribution or fluid flow as here ( 211 ) comes. This allows one over the entire surface of the microstructure ( 209 ) evenly distribute fluid flow, so that the heat absorption of the bottom plate ( 206 ) is improved. The drawing 8th shows two sectional views (left 2d, right 3d) showing the flow deflector ( 213 ) and flow distributor ( 217 ) in the water cooler, as well as the associated cutting edge ( 218 ) in the view from above. The flow distributor ( 217 ) is additionally shown here as a single component. In 9 the radiator is shown as an exploded view.

10 - Neuartiger Wasserkühler mit Strömungsumlenker und Strömungsverteiler in Kreuzanordnung. Der hier abgebildete CPU-Wasserkühler hat im Deckel (320) einen seitlichen Einlass (301) von wo das Kühlfluid in den Zuführungskanal (312) umgelenkt wird um weiter in den Strömungsumleker (313) zu gelangen. Der Strömungsumlenker (313) besteht aus einer Rampe (314) und einer gegenüberliegenden Wölbung (315) sowie einem geraden Auslassschaft (316) welcher in der Vorkammer (302) mündet. Die Zeichnung zeigt die Ansicht von Oben und die Schnittdarstellung eines Wasserkühlers mit Strömungsverteiler (317) in Kreuzanordnung, in dem das Kühlungsfluid nach dem Austritt aus dem Auslassschaft (316) statt nur in 2 Richtungen (wie in 6 bis 9) nun in 4 Richtungen in der Vorkammer (302 und 322) gleichmäßig verteilt wird. Die Einspritzebene (305) hat in diesem Anwendungsfall dann eine Kreuzförmige Anordnung, entweder mit Einspritzschlitzen oder mit Einspritzlöchern in verschiedenen geometrischen Ausführungen, wobei das Fluid dann auf die Pin-Struktur (309) der Bodenplatte (306) trifft um danach über den Rückführungskanal (303) zum Auslass (310) zu gelangen. Zusätzlich ist noch die Halterung (304) und die Hitzequelle (306) gezeigt, sowie in der Ansicht von unten die Abdichtung (319), die standard-Vorkammer (302) sowie die um 90° gedrehte Vorkammererweiterung (322) welche zusammen die Kreuzanordnung ergeben. 10 - New water cooler with flow diverter and flow distributor in cross arrangement. The CPU water cooler pictured here has (in the lid) 320 ) a lateral inlet ( 301 ) from where the cooling fluid into the feed channel ( 312 ) is deflected to further into the Strömungsumleker ( 313 ) to get. The flow deflector ( 313 ) consists of a ramp ( 314 ) and an opposite curvature ( 315 ) and a straight outlet ( 316 ) which in the antechamber ( 302 ) opens. The drawing shows the view from above and the sectional view of a water cooler with flow distributor ( 317 ) in a cross arrangement, in which the cooling fluid after exiting the outlet shaft ( 316 ) instead of only in 2 directions (as in 6 to 9 ) now in 4 directions in the antechamber ( 302 and 322 ) is evenly distributed. The injection level ( 305 ) has in this application, then a cross-shaped arrangement, either with injection slots or with injection holes in various geometric embodiments, wherein the fluid then on the pin structure ( 309 ) of the bottom plate ( 306 ) then hits via the return channel ( 303 ) to the outlet ( 310 ) to get. In addition, the bracket ( 304 ) and the heat source ( 306 ), as well as in the view from below the seal ( 319 ), the standard prechamber ( 302 ) as well as the 90 ° rotated antechamber extension ( 322 ) which together give the cross arrangement.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• DE 102008058032 [0002, 0007]DE 102008058032 [0002, 0007]
• US 6105373 [0002, 0006]US 6105373 [0002, 0006]
• DE 102004018144 B4 [0002, 0003]DE 102004018144 B4 [0002, 0003]
• US 2009/0071625 A1 [0002]US 2009/0071625 A1 [0002]
• US 5239443 [0006]US 5239443 [0006]
• US 6167952 B1 [0006]US 6167952 B1 [0006]

Claims (5)

Mikrostrukturkühler zur Wasserkühlung für ein elektrisches oder elektronisches Bauteil - Mit einer Bodenplatte, einer mehrteiligen Zwischenebene und einem Deckel, - wobei an der Oberseite der Zwischenebene ein Strömungsumlenker integriert ist - wobei in der Zwischenebene ein Strömungsverteiler integriert ist - wobei die Bodenplatte parallele Kühlkanalfinnen aufweist, - wobei das untere Abschlussstück der Zwischenebene eine schlitzförmige Einspritzöffnung aufweist, - wobei der Strömungumlenker wie eine Rampe angeschrägt ist und so das eintreffende Kühlmedium im Zuführungskanal abgelenkt wird - wobei der Strömungsverteiler angeschrägt ist und zur Mitte hin die Vorkammer verjüngt und so das eintreffende Kühlmedium abgelenkt wird, - wobei beim Einströmen des Kühlmediums der Strömungumlenker und der Strömungsverteiler den Fluidstrom gleichmäßig auf die Einspritzvorkammer verteilen, - wobei die Einspritzöffnung mittig über einer hitzeaufnehmenden Stelle des Mikrostrukturkühlers angebracht ist, - so dass ein gleichmäßiger Einspritzdruck des Kühlmediums über die Länge und Seite der Einspritzöffnung bewirkt wird, welcher zu einem gleichmäßigem Fluidstrom im den Mikrokühlkanälen des Bodens führt, welcher die Kühlleistung des Mikrostrukturkühlers steigert, Microstructure cooler for water cooling for an electrical or electronic component - With a base plate, a multi-part intermediate level and a lid, - Wherein a flow deflector is integrated at the top of the intermediate plane - Wherein a flow distributor is integrated in the intermediate level - wherein the bottom plate has parallel Kühlkanalfinnen, wherein the lower end piece of the intermediate level has a slot-shaped injection opening, - Wherein the flow diverter is chamfered like a ramp and so the incoming cooling medium is deflected in the supply channel wherein the flow distributor is chamfered and the antechamber tapers towards the middle, and thus the incoming cooling medium is deflected, - When flow of the cooling medium of the flow diverter and the flow distributor distribute the fluid flow evenly on the Einspritzvorkammer, wherein the injection opening is mounted centrally above a heat-receiving point of the microstructure cooler, so that a uniform injection pressure of the cooling medium over the length and side of the injection opening is effected, which leads to a uniform fluid flow in the micro cooling channels of the soil, which increases the cooling capacity of the microstructure cooler, Mikrostrukturkühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenebene in dem Deckel unterseitig implementiert ist.Microstructure cooler after Claim 1 , characterized in that the intermediate plane is implemented in the lid on the underside. Mikrostrukturkühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenebene (bestehend aus Oberteil, Strömungsverteiler und Unterteil) nicht mehrteilig ausgestaltet ist, sondern zur Vereinfachung der Massenproduktion mehrere Bauteile ineinander zu einem Bauteil zusammengefasst werden.Microstructure cooler after Claim 1 , characterized in that the intermediate plane (consisting of upper part, flow distributor and lower part) is not designed in several parts, but to simplify the mass production several components are combined into one component. Mikrostrukturkühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wahlweise auch nur der Strömungsablenker oder nur der Strömungsverteiler eingesetzt wird.Microstructure cooler after Claim 1 , characterized in that optionally only the flow deflector or only the flow distributor is used. Mikrostrukturkühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsverteiler um eine weitere um 90° gedrehte Achse erweitert wird, so dass er das Kühlungsfluid statt in eine längliche Vorkammer in einer kreuzgeformten Vorkammer gleichmäßig verteilt, um so durch kreuzförmig verteile Einspritzlöcher oder Einspritzschlitze das Kühlungsfluid auf eine Pin- oder Kreuzschlitzstrukur gleichmäßig zugeführt wird.Microstructure cooler after Claim 1 , characterized in that the flow distributor is extended by a further rotated by 90 ° axis so that it evenly distributed the cooling fluid in an elongated antechamber in a cross-shaped antechamber, so as by crosswise distributed injection holes or injection slots, the cooling fluid on a pin or Kreuzschlitzstrukur is supplied evenly.

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