DE102016119095B4

DE102016119095B4 - computer system

Info

Publication number: DE102016119095B4
Application number: DE102016119095.0A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Kannler
Original assignee: Fujitsu Technology Solutions Intellectual Property GmbH
Current assignee: Fujitsu Client Computing Ltd
Priority date: 2016-10-07
Filing date: 2016-10-07
Publication date: 2018-11-22
Anticipated expiration: 2036-10-08
Also published as: DE102016119095A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Computersystem (1), aufweisend- ein zumindest partikeldichtes Computergehäuse (2), in welchem ein Innenraum (4) ausgebildet ist;- eine in dem Innenraum (4) angeordnete wärmeerzeugende Komponente;- einen im Innenraum (4) angeordneten Kühlkörper (8) mit einem Kühlkanal (16), wobei der Kühlkörper (8) thermisch mit der wärmeerzeugenden Komponente verbunden ist;- einen mit Luft durchströmbaren Wärmetauscher (3) zum Wärmeenergieaustausch mit einer Umgebung des Computersystems (1);- einen im Innenraum (4) angeordneten Lüfter (9); wobei- der Wärmetauscher (3) fluidisch mit dem Kühlkanal (16) gekoppelt ist, so dass Luft von dem Kühlkanal (16) über den Wärmetauscher (3) in den Innenraum (4) des Computergehäuses (2) strömen kann; und- der Lüfter (9) eingerichtet ist, Luft aus dem Innenraum (4) des Computergehäuses (2) anzusagen und in den Kühlkanal (16) des Kühlkörpers (8) einzublasen.The invention relates to a computer system (1), comprising - an at least particle-tight computer housing (2) in which an interior space (4) is formed, - a heat-generating component arranged in the interior space (4), - a heat sink arranged in the interior space (4) (8) with a cooling channel (16), wherein the heat sink (8) is thermally connected to the heat-generating component, - an air-flowable heat exchanger (3) for heat energy exchange with an environment of the computer system (1), - in the interior (4 ) arranged fan (9); wherein the heat exchanger (3) is fluidically coupled to the cooling channel (16), so that air from the cooling channel (16) via the heat exchanger (3) in the interior (4) of the computer housing (2) can flow; and - the fan (9) is arranged to announce air from the interior (4) of the computer housing (2) and to blow into the cooling channel (16) of the heat sink (8).

Description

Die Erfindung betrifft ein Computersystem, welches ein Computergehäuse mit einem Innenraum aufweist, in welchem eine wärmeerzeugende Komponente angeordnet ist.The invention relates to a computer system which has a computer housing with an interior, in which a heat-generating component is arranged.

Computersysteme, beispielsweise Desktop- oder Tower-Computer, erzeugen in ihrem Betrieb eine verhältnismäßig große Menge an Abwärme, die zum sicheren Betrieb des Computersystems abgeführt werden muss. Eine wesentliche Wärmequelle stellt dabei ein Prozessor des jeweiligen Computersystems dar. Derartige Computersysteme sind typicherweise mit einer Hauptplatine ausgestattet, an welcher ein Systemlüfter angeschlossen ist. Der Systemlüfter ist im Inneren eines Gehäuses des Computersystems angeordnet und saugt frische Umgebungsluft zum Kühlen in das Innere des Gehäuses ein. Hierbei weist das Gehäuse in der Regel nicht im Bereich des Systemlüfters, sondern auch in anderen Bereichen des Gehäuses Öffnungen auf, über welche die Luft ins Innere des Gehäuses gesogen werden kann.Computer systems, such as desktop or tower computers, generate a relatively large amount of waste heat in their operation, which must be dissipated for safe operation of the computer system. A major source of heat is a processor of the respective computer system. Such computer systems are typically equipped with a motherboard to which a system fan is connected. The system fan is located inside a housing of the computer system and draws fresh ambient air for cooling into the interior of the housing. In this case, the housing usually has not in the region of the system fan, but also in other areas of the housing openings through which the air can be sucked into the interior of the housing.

Für verschiedene Anwendungsfälle eines Computersystems, etwa bei Dauerbetrieb in einer staubigen Umgebung, kann es jedoch nachteilig sein, dass dieses für das Ansaugen und Ausblasen der Kühlluft zur Umgebung hin geöffnet ist.For various applications of a computer system, such as continuous operation in a dusty environment, it may be disadvantageous, however, that this is open for sucking and blowing the cooling air to the environment.

Aus der US 2011/0228470 A1 ist ein staubfreier und vibrationsfreier Computer bekannt. Aus der US 2006/0249283 A1 ist ein Wärmetauscher mit aktiver Oberfläche bekannt, über die Fluid zum Wärmeaustausch strömt. Aus der US 2010/0186933 A1 ist ein wärmeverteilendes Modul bekannt.From the US 2011/0228470 A1 is a dust-free and vibration-free computer known. From the US 2006/0249283 A1 For example, an active surface heat exchanger is known over which fluid flows for heat exchange. From the US 2010/0186933 A1 is a heat distributing module known.

Eine Aufgabe, welche der Erfindung zugrunde liegt, ist es, ein Kühlkonzept für ein Computersystem zu beschreiben, welches zu einer effizienten Kühlung und flexiblen Verwendbarkeit des Computersystems beiträgt.An object underlying the invention is to describe a cooling concept for a computer system which contributes to efficient cooling and flexible usability of the computer system.

Es wird ein Computersystem offenbart, welches ein zumindest partikeldichtes Computergehäuse aufweist, innerhalb welchem ein Innenraum ausgebildet ist. Das Computersystem weist eine in dem Innenraum angeordnete wärmeerzeugende Komponente auf. Weiterhin ist ein im Innenraum angeordneter Kühlkörper mit einem Kühlkanal vorgesehen, wobei der Kühlkanal durch Wandungen begrenzt ist, einen Kanaleinlass und einen Kanalauslass aufweist und so ausgebildet ist, dass sich ein Strömungsquerschnitt zumindest teilweise vom Kanaleinlass zu dem Kanalauslass hin verringert. Der Kühlkörper ist thermisch mit der wärmeerzeugenden Komponente verbunden. Das Computersystem weist weiter einen mit Luft durchströmbaren Wärmetauscher zum Wärmeenergieaustausch mit einer Umgebung des Computersystems auf. Weiterhin ist im Innenraum des Computergehäuses ein Lüfter angeordnet. Der Wärmetauscher ist fluidisch mit dem Kühlkanal gekoppelt, sodass Luft von dem Kühlkanal über den Wärmetauscher in den Innenraum des Computergehäuses strömen kann, etwa diffus oder nicht über eine Kanalleitung. Der Lüfter ist eingerichtet, Luft aus dem Innenraum des Computergehäuses anzusaugen und in den Kanaleinlass des Kühlkanal des Kühlkörpers einzublasen. Der Kühlkörper ist so ausgebildet, dass der Kühlkanal zumindest teilweise einen Verlauf gemäß einer logarithmischen Spirale oder gemäß einer Loxodrome aufweist.A computer system is disclosed which has an at least particle-tight computer housing within which an interior space is formed. The computer system has a heat generating component disposed in the interior. Furthermore, a cooling body arranged in the interior is provided with a cooling channel, wherein the cooling channel is bounded by walls, has a channel inlet and a channel outlet and is designed such that a flow cross-section is at least partially reduced from the channel inlet to the channel outlet. The heat sink is thermally connected to the heat generating component. The computer system further includes an air-to-air heat exchanger for exchanging thermal energy with an environment of the computer system. Furthermore, a fan is arranged in the interior of the computer housing. The heat exchanger is fluidically coupled to the cooling channel, so that air can flow from the cooling channel via the heat exchanger into the interior of the computer housing, for example diffusely or not via a channel line. The fan is designed to suck in air from the interior of the computer housing and to blow it into the channel inlet of the cooling channel of the heat sink. The heat sink is designed so that the cooling channel at least partially has a course according to a logarithmic spiral or according to a loxodrome.

Das Computersystem ist partikeldicht ausgebildet, so dass ein Austausch von Luft zwischen einer Umgebung und dem Gehäuseinneren im Wesentlichen unterbunden ist. Das Computersystem wird durch einen in dem Computersystem im Betrieb ausgebildeten, nach außen abgeschlossenen Luftkreislauf gekühlt. Mit anderen Worten wird eine innerhalb des Computergehäuses ausgebildete aktive Luftkühlung erzeugt.The computer system is formed particle-tight, so that an exchange of air between an environment and the interior of the housing is substantially prevented. The computer system is cooled by an outwardly closed air circuit formed in the computer system during operation. In other words, an active air cooling system formed within the computer housing is created.

Dies trägt dazu bei, dass im Gehäuse keine punktuellen Wärmequellen, sogenannte Hot Spots, ausgebildet werden, da die Luft in das Computergehäuse, etwa den Innenraum, eingeblasen wird. Es ist kein geschlossenes Luftkanalsystem ausgebildet, sondern die Luft wird nur teilweise über den Kühlkörper dem Wärmetauscher geschlossen zugeführt, während der Lüfter selbst Luft aus dem gesamten Innenraum des Computergehäuses ansaugt. Dadurch kann auch Abwärme von anderen im Gehäuse befindlichen Komponenten effektiv und effizient über den Wärmetauscher abgeführt werden. Das beschriebene System ermöglicht es kältere Bereiche, beispielsweise kalte Ecken, in dem Computergehäuse zu vermeiden. Dies trägt weiter dazu bei eine Kondenswasserbildung zu reduzieren oder zu verhindern. Auch ist es möglich, sämtliche im Gehäuse befindlichen Komponenten auf eine etwa gleiche Temperatur zu kühlen.This contributes to the fact that no punctual heat sources, so-called hot spots are formed in the housing, since the air is blown into the computer case, such as the interior. It is not a closed air duct system formed, but the air is supplied to the heat exchanger only partially closed via the heat sink, while the fan itself draws air from the entire interior of the computer case. As a result, waste heat from other components in the housing can be removed effectively and efficiently via the heat exchanger. The system described makes it possible to avoid colder areas, such as cold corners, in the computer housing. This further contributes to the reduction or prevention of condensation. It is also possible to cool all the components located in the housing to an approximately same temperature.

Dies wäre bei rein passiv gekühlten Systemen beispielsweise nicht möglich, da hierbei nur die Abwärme einer wärmeerzeugenden Komponente, die mit einem Kühlkörper thermisch verbunden ist, über einen direkte thermische Kontakt des Passiv-Kühlkörpers mit einer Gehäuseseite abgeführt würde. Aufgrund der direkten mechanischen Kontakte der beteiligten Bauteile würde typischerweise ein spezieller Toleranzausgleich benötigt, um beispielsweise mechanische Verspannungen aufgrund von Fertigungstoleranzen zu kompensieren.This would not be possible with purely passively cooled systems, for example, because in this case only the waste heat of a heat-generating component, which is thermally connected to a heat sink, would be dissipated via a direct thermal contact of the passive heat sink with a side of the housing. Due to the direct mechanical contacts of the components involved, a special tolerance compensation would typically be required, for example, to compensate for mechanical stresses due to manufacturing tolerances.

Weiterhin kann das Computersystem für spezielle Anwendungsfälle, beispielsweise als Internet-of-Things-Gerät oder Industrie-PC verwendet werden, welche typischerweise in einem Dauerbetrieb eingesetzt werden. Das dichte Gehäuse ermöglicht, dass beispielsweise kein Staub oder Wasser in das System eingebracht wird, wodurch die Komponenten im Gehäuse Schaden nehmen könnten. Somit wird dazu beigetragen, dass das Computersystem unter erschwerten Umweltbedingungen über längere Zeiträume, etwa viele Jahre, sicher arbeiten kann.Furthermore, the computer system can be used for special applications, for example as an Internet of Things device or industrial PC, which are typically in continuous operation be used. The sealed housing allows, for example, no dust or water is introduced into the system, which could damage the components in the housing. Thus, it helps that the computer system can operate safely under harsh environmental conditions for extended periods of time, such as many years.

Durch das beschriebene Kühlsystem kann das Computersystem besonders geschützt ausgebildet sein. Beispielsweise ist das Computersystem gegen Einflüsse von außen, wie z.B. Staub, Fremdkörper, Berührung, Feuchtigkeit und Wasser geschützt gemäß einer IP-Schutzart (kurz für englisch: international protection) nach den Normen IEC 60529 bzw. DIN EN 60529 . Letztere legen Grade der Schutzart fest und teilen diese in Klassen ein. Ein Grad der Schutzart ist beispielsweise an einen vorgesehenen Einsatz des Computersystems angepasst. Beispielsweise ist das Computersystem gemäß der Schutzart IP 44 oder darüber hinaus ausgebildet. Beispielsweise ist das Computersystem geeignet ausgebildet, einen Betrieb in einem Umgebungstemperaturbereich zwischen -20° Celsius und +60° Celsius zu ermöglichen. Einsaugen von Umgebungskühlluft in ein Computersystem über Öffnungen würde es erheblich erschweren oder sogar verhindern hohe Grad von IP-Schutzarten zu erreichen.By the described cooling system, the computer system can be designed to be particularly protected. For example, the computer system is protected against external influences such as dust, foreign matter, touch, moisture and water according to an IP protection (short for English: international protection) according to the Standards IEC 60529 respectively. DIN EN 60529 , The latter determine degrees of protection and divide them into classes. A degree of protection is adapted, for example, to an intended use of the computer system. For example, the computer system is designed according to protection class IP 44 or more. For example, the computer system is adapted to enable operation in an ambient temperature range between -20 ° Celsius and + 60 ° Celsius. Sucking ambient cooling air into a computer system via openings would make it significantly more difficult or even prevent high levels of IP protection from reaching.

Zudem kann das Gehäuse aus speziellen Materialien zusammengesetzt oder zusätzlich mit solchen versehen sein, um eine thermische, Schall- oder Vibrationsdämpfung zu ermöglichen. Dies liegt unter anderem daran, dass keine Rücksicht auf Öffnungen des Computergehäuses genommen werden muss und eine besonders hohe Gestaltungsfreiheit gegeben ist.In addition, the housing may be composed of special materials or additionally provided with such to allow thermal, acoustic or vibration damping. Among other things, this is due to the fact that no consideration has to be given to openings of the computer housing and a particularly high freedom of design is given.

Zumindest partikeldicht bedeutet beispielsweise staubdicht. Zusätzlich oder alternativ ist das Gehäuse wasserdicht, etwa geschützt gegen Spritzwasser, Tropfen oder fester Wasserstrahlen. Insbesondere ist das Gehäuse so ausgebildet, dass dieses im Wesentlichen luftdicht ausgebildet ist. Im Wesentliche sind keine Öffnungen oder Spalte im Gehäuse vorgesehen, sodass ein Luftaustausch von innen nach draußen oder umgekehrt im Wesentlichen unterbunden ist Beispielsweise kann keine oder nahezu keine Luft von außerhalb des Computersystems in das Computergehäuse eindringen oder eingesogen werden. Mit anderen Worten ist das Gehäuse dicht ausgebildet. Eine beispielhafte Partikelgröße beträgt 1 mm oder kleiner. Die Luftdichtigkeit von Anschlüssen des Computersystems, etwa I/O-Ports wie USB-, LAN- und weiteren Anschlüssen, stellen kritische Bereiche bezüglich einer zu erreichenden Partikel- und/oder Luftdichtigkeit dar, insbesondere für Partikel kleiner 1 mm. Beispielsweise mit sogenannten Gaskets, etwa mit Metallgewebe ummantelte Schaumstoffe, können derartige Anschlüsse ausreichend partikel- und/oder luftdicht abgedichtet werden.At least particle-tight, for example, means dustproof. Additionally or alternatively, the housing is waterproof, such as protected against splashing water, drops or solid water jets. In particular, the housing is designed so that this is formed substantially airtight. Essentially, no openings or gaps are provided in the housing so that air exchange from the inside to the outside or vice versa is substantially prevented. For example, no or almost no air from outside the computer system can penetrate or be drawn into the computer housing. In other words, the housing is dense. An exemplary particle size is 1 mm or smaller. The airtightness of computer system connections, such as I / O ports such as USB, LAN and other ports, are critical areas for achieving particle and / or air tightness, especially for particles less than 1 mm in diameter. For example, with so-called Gaskets, such as foamed with metal fabric foams, such connections can be sealed sufficiently particle and / or airtight.

Der Kühlkanal ist in dem Kühlkörper ausgebildet und ist mit Luft durchströmbar. Es begrenzen Wandungen des Kühlkörpers den Kühlkanal. Der Kühlkanal verbindet einen Kanaleinlass und einen Kanalauslass des Kühlkörpers. Thermisch verbunden bedeutet, dass Wärme der wärmeerzeugenden Komponente auf den Kühlkörper und deren Material übertragen wird und von dort auf die Luft übergeht. Beispielsweise ist der Kühlkörper mittels einer Kontaktoberfläche direkt mit der wärmeerzeugenden Komponente verbunden.The cooling channel is formed in the heat sink and can be flowed through by air. It walls of the heatsink limit the cooling channel. The cooling channel connects a channel inlet and a channel outlet of the heat sink. Thermally connected means that heat of the heat-generating component is transferred to the heat sink and its material and from there to the air passes. For example, the heat sink is connected directly to the heat-generating component by means of a contact surface.

Gemäß einer Ausgestaltung verringert der Strömungsquerschnitt bezüglich einer Dimension, etwa einer Kühlkanalbreite. In einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist der Kühlkanal so ausgebildet, dass der Kühlkanal zumindest teilweise einen Verlauf gemäß einer logarithmischen Spirale aufweist. Die logarithmische Spirale zeichnet sich insbesondere durch einen stetigen und sich konstant verringernden Strömungsquerschnitt des Kühlkanals aus. Dadurch dreht sich der Kühlkanal etwa spiralförmig zu einer Mitte hin oder nach innen ein. Dadurch wird die Geschwindigkeit der Luft erhöht und die beschriebenen Effekte treten ein.According to one embodiment, the flow cross-section decreases with respect to a dimension, such as a cooling channel width. In an embodiment of the invention, the cooling channel is formed so that the cooling channel at least partially has a course according to a logarithmic spiral. The logarithmic spiral is characterized in particular by a steady and constantly decreasing flow cross-section of the cooling channel. As a result, the cooling channel turns approximately helically toward a center or inwards. This increases the speed of the air and the described effects occur.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung verringert sich der Strömungsquerschnitt bezüglich zweier Dimensionen, etwa bezüglich einer Kühlkanalbreite und einer Kühlkanalhöhe. Dies trägt besonders dazu bei, dass die Kühlluft innerhalb des Kühlkörpers zum Kühlauslass hin beschleunigt wird. In einer alternativen erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist der Kühlkörper so ausgebildet, dass der Kühlkanal zumindest einen Verlauf gemäß einer Loxodrome aufweist. Dadurch wird ein spiralförmiger Kühlkanalverlauf vorgegeben, bei welchem sich der Strömungsquerschnitt über zwei Dimensionen verringert. Dabei verringert sich der Strömungsquerschnitt stetig. Dies trägt besonders zu den beschriebenen Effekten bei.According to a further embodiment, the flow cross-section decreases with respect to two dimensions, for example with respect to a cooling channel width and a cooling channel height. This contributes particularly to the fact that the cooling air is accelerated within the heat sink to the cooling outlet. In an alternative embodiment of the invention, the heat sink is formed so that the cooling channel has at least one course according to a Loxodrome. As a result, a spiral-shaped cooling channel course is predetermined, in which the flow cross-section is reduced over two dimensions. The flow cross-section is steadily reduced. This contributes especially to the effects described.

Der Wärmetauscher ist zum Austausch von Wärmeenergie mit einer Umgebung des Computersystems eingerichtet. Mit anderen Worten wird über den Wärmetauscher Wärmeenergie des Computersystems an die Umgebung abgegeben. Beispielsweise weist der Wärmetauscher einen Lufteinlass und einen Luftauslass auf.The heat exchanger is adapted to exchange heat energy with an environment of the computer system. In other words, heat energy of the computer system is released to the environment via the heat exchanger. For example, the heat exchanger has an air inlet and an air outlet.

Fluidisch gekoppelt bedeutet, dass zwei Komponenten über eine Luftführung, Luftleitung oder Luftkanal verbunden sind, sodass Luft der einen Komponente vollständig der anderen Komponente zugeführt wird. Mit anderen Worten ausgedrückt handelt es sich um eine abgeschlossene fluidische Verbindung zwischen den beiden Komponenten. Dadurch wird die Luft, die in den Kühlkanal eingeblasen wird, von dem Kühlkörper direkt dem Wärmetauscher zugeführt.Fluidically coupled means that two components are connected via an air duct, air duct or air duct, so that air of one component is completely supplied to the other component. In other words, it is a closed fluidic connection between the two components. This will blow the air into the cooling duct is fed from the heat sink directly to the heat exchanger.

Der Lüfter ist beispielsweise direkt an dem Kühlkörper angeordnet, etwa angeflanscht oder montiert, sodass von dem Lüfter angesaugte Luft aus dem Innenraum direkt und ausschließlich in den Kühlkanal eingeblasen wird. Beispielsweise ist der Lüfter kraft- und formschlüssig mit dem Kühlkörper verbunden. Beispielsweise ist der Lüfter über einen Verrastmechanismus mit dem Kühlkörper mechanisch gekoppelt.The fan is for example arranged directly on the heat sink, flanged or mounted so that sucked by the fan air from the interior is blown directly and exclusively into the cooling channel. For example, the fan is positively and positively connected to the heat sink. For example, the fan is mechanically coupled to the heat sink via a latching mechanism.

Die wärmeerzeugende Komponente ist beispielsweise ein Prozessor des Computersystems, der auf einem Mainboard oder einer Hauptplatine des Computersystems angeordnet ist. Insbesondere ein Prozessor produziert im Betrieb eine hohe Abwärme, die sicher abgeführt werden muss.The heat-generating component is, for example, a processor of the computer system which is arranged on a mainboard or a motherboard of the computer system. In particular, a processor produces a high waste heat during operation, which must be safely dissipated.

Gemäß einer Ausgestaltung sind ein Lufteinlass des Wärmetauschers, welcher mit dem Kühlkanal fluidisch gekoppelt ist, und ein Luftauslass des Wärmetauschers im Innenraum des Computergehäuses angeordnet. Dies trägt dazu bei, dass der aktive Kühlkreislauf ausschließlich innerhalb des Computersystems beziehungsweise innerhalb des Computergehäuses stattfindet.According to one embodiment, an air inlet of the heat exchanger, which is fluidically coupled to the cooling channel, and an air outlet of the heat exchanger in the interior of the computer housing are arranged. This contributes to the fact that the active cooling circuit takes place exclusively within the computer system or within the computer housing.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist der Wärmetauscher eine Wärmetauscheroberseite auf, die eine Außenseite des Computergehäuses bildet. Über die Wärmetauscheroberseite steht der Wärmetauscher in thermischem Kontakt mit der Umgebung des Computersystems. Der Wärmetauscher bildet etwa einen Teil des Computersystems und begrenzt somit zumindest teilweise den Innenraum dessen. Optional ist der Wärmetauscher an der Wärmetauscheroberseite für eine Oberflächenvergrößerung ausgebildet, etwa profiliert, zinnenartig oder dergleichen. Beispielsweise weist der Wärmetausche an der Oberseite eine Rippenstruktur, etwa Kühlrippen, auf. Dadurch wird zu einem besseren Wärmetausch beigetragen.According to a further embodiment, the heat exchanger has a heat exchanger upper side, which forms an outer side of the computer housing. Through the top of the heat exchanger, the heat exchanger is in thermal contact with the environment of the computer system. The heat exchanger forms approximately a part of the computer system and thus at least partially limits the interior space of the latter. Optionally, the heat exchanger is formed on the heat exchanger top for an increase in surface area, such as profiled, crenellated or the like. For example, the heat exchanger on the upper side has a rib structure, such as cooling ribs. This will contribute to a better heat exchange.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der Wärmetauscher als Diffusor ausgebildet. Der Diffusor sorgt dafür, dass die dem Wärmetauscher von dem Kühlkörper zugeführte erwärmte Luft verzögert und entspannt wird, aufgrund von einem erweiterten Volumen des Diffusors. Die erwärmte Luft erhält im Diffusor somit Zeit, die Wärme auf die Kühlrippen und somit nach außen zu übertragen. Beispielsweise ist ein Strömungsquerschnitt des Diffusors im Vergleich zu einem Strömungsquerschnitt des Kühlkörpers derart vergrößert, dass eine Strömungsgeschwindigkeit der erwärmten Luft im Vergleich zu einem Kühlkanalauslass oder -ausgang deutlich reduziert ist.According to a further embodiment, the heat exchanger is designed as a diffuser. The diffuser ensures that the heated air supplied to the heat exchanger from the heat sink is delayed and relaxed due to an enlarged volume of the diffuser. The heated air in the diffuser thus takes time to transfer the heat to the cooling fins and thus to the outside. For example, a flow cross section of the diffuser is increased in comparison to a flow cross section of the heat sink such that a flow rate of the heated air is significantly reduced in comparison to a cooling duct outlet or outlet.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist der Wärmetauscher auf einer Seite, die dem Innenraum zugewandt ist, eine Wärmeisolierung auf. Die dem Innenraum zugewandte Seite begrenzt den Innenraum des Computergehäuses. Die Wärmeisolierung trägt dazu bei, dass die Wärmeenergie der erwärmten Luft, die dem Wärmetauscher zugeführt wird, nahezu ausschließlich an die Umgebung des Computersystems abgegeben wird und nicht zumindest teilweise an Luft und Komponenten in dem Innenraum übertragen wird.According to a further embodiment, the heat exchanger on a side facing the interior, a heat insulation. The interior facing side limits the interior of the computer case. The thermal insulation contributes to the heat energy of the heated air, which is supplied to the heat exchanger, is released almost exclusively to the environment of the computer system and is not at least partially transmitted to air and components in the interior.

Gemäß einer Ausgestaltung ist die Wärmeisolierung durch eine abgeschlossene, mit Luft gefüllte Kammer gebildet.According to one embodiment, the thermal insulation is formed by a closed, filled with air chamber.

Gemäß einer Ausgestaltung weist der Kühlkörper einen Kanaleinlass und einen Kanalauslass auf und ist so ausgebildet, dass der Kanalauslass in Richtung des Wärmetauschers weist, insbesondere entgegen einer Schwerkraftrichtung in einem bestimmungsgemäßen Betrieb des Computersystems. In dem bestimmungsgemäßen Betrieb des Computersystems ist letzteres so angeordnet oder aufgestellt, dass eine Oberseite des Computersystems beziehungsweise des Computergehäuses durch den Wärmetauscher gebildet ist. Der Kanalauslass des Kühlkörpers im Inneren des Computersystems ist in Richtung des Wärmetauschers, etwa nach oben entgegen der Schwerkraftrichtung, geöffnet. Dies begünstigt den Wärmetransport an die Umgebung, wobei warme Luft typischerweise das Bestreben hat, aufzusteigen. Mit anderen Worten ausgedrückt liegt ein Wärmetauschereinlass, der Lufteinlass, in der betriebsgemäßen Anordnung des Computersystems in einer Ebene oberhalb des Kühlkanalauslasses.According to one embodiment, the cooling body has a channel inlet and a channel outlet and is designed such that the channel outlet points in the direction of the heat exchanger, in particular against a direction of gravity in a normal operation of the computer system. In the intended operation of the computer system, the latter is arranged or set up such that an upper side of the computer system or of the computer housing is formed by the heat exchanger. The channel outlet of the heat sink in the interior of the computer system is open in the direction of the heat exchanger, approximately upwards against the direction of gravity. This promotes heat transfer to the environment, with warm air typically endeavoring to ascend. In other words, a heat exchanger inlet, the air inlet, in the operating arrangement of the computer system lies in a plane above the cooling channel outlet.

Der Kühlkanal weist einen Kanaleinlass und einen Kanalauslass auf und ist so ausgebildet, dass sich ein Strömungsquerschnitt zumindest teilweise vom Kanaleinlass zu dem Kanalauslass hin verringert. Beispielsweise verringert sich der Strömungsquerschnitt konstant und/oder stetig. Dies trägt dazu bei, dass im Kühlkanal selbst keine Umlenkungen oder Strömungshindernisse ausgebildet sind. Durch die Verringerung des Strömungsquerschnitts wird erreicht, dass eine Strömungsgeschwindigkeit der Luft innerhalb des Kühlkörpers zunimmt. Dies liegt daran, dass ein von dem Lüfter erzeugter Volumenstrom konstant bleibt. Aufgrund der Geschwindigkeitserhöhung nimmt ein Strömungsdruck innerhalb des Kühlkörpers zu, insbesondere wird ein Druck auf den Kühlkörper, also dessen Wandungen, die den Kühlkanal begrenzen, erhöht. Dies trägt zu einem verbesserten Wärmeübergang von der wärmeerzeugenden Komponente auf die Kühlluft bei. Beispielsweise verläuft der Kühlkanal spiralförmig und verringert seinen Strömungsquerschnitt. Insbesondere aufgrund des spiralförmigen Verlaufs gibt es keine Hindernisse, eckige Umlenkungen oder dergleichen, die die Strömung behindern und einen Druckabfall darstellen könnten.The cooling channel has a channel inlet and a channel outlet and is designed such that a flow cross-section is at least partially reduced from the channel inlet to the channel outlet. For example, the flow cross-section decreases constantly and / or steadily. This contributes to the fact that no deflections or flow obstacles are formed in the cooling channel itself. By reducing the flow cross section is achieved that a flow rate of air increases within the heat sink. This is because a volume flow generated by the fan remains constant. Due to the increase in speed, a flow pressure within the heat sink increases, in particular, a pressure on the heat sink, so its walls, which limit the cooling channel increases. This contributes to improved heat transfer from the heat generating component to the cooling air. For example, the cooling channel runs in a spiral shape and reduces its flow cross section. In particular, due to the spiral course there are no obstacles, angular deflections or the like, the Obstruct flow and could represent a pressure drop.

Gemäß einer Ausgestaltung sind im Kühlkanal ein oder mehrere Kühlrippen angeordnet, die sich in Richtung einer Strömungsrichtung der Luft durch den Kühlkanal erstrecken. In Strömungsrichtung bedeutet, dass die Rippen parallel oder tangential zu den Kühlkanal begrenzenden Kühlkanalwänden oder -wandungen verlaufen. Mit anderen Worten sind die Kühlrippen tangential zu dem Verlauf des Kühlkanals angeordnet. Mit anderen Worten folgen die Kühlrippen dem Verlauf des Kühlkörpers. Dadurch stellen die Kühlrippen selbst im Wesentlichen keine Strömungshindernisse für die Kühlluft durch den Kühlkanal dar. Die Kühlrippen tragen dazu bei, dass Wärme besonders effektiv von der wärmeerzeugenden Komponente über den Kühlkörper auf die Luft übertragen wird.According to one embodiment, one or more cooling fins are arranged in the cooling channel, which extend in the direction of a flow direction of the air through the cooling channel. In the flow direction means that the ribs extend parallel or tangentially to the cooling passage delimiting cooling channel walls or walls. In other words, the cooling fins are arranged tangentially to the course of the cooling channel. In other words, the cooling fins follow the course of the heat sink. As a result, the cooling fins themselves essentially do not present any obstacles to the flow of cooling air through the cooling channel. The cooling fins contribute to transferring heat from the heat-generating component via the heat sink to the air in a particularly effective manner.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der Kühlkörper zur Begrenzung des Kühlkanals dünnwandig ausgebildet. Dies trägt zu einem besonders effektiven Wärmeübergang bei. Insbesondere ist es nicht notwendig, einen massiven Kühlkörper herzustellen. Weiterhin ist ermöglicht, den Kühlkörper zweiteilig herzustellen, wobei beispielsweise ein Grundkörper und ein Deckel zur Bildung des Kühlkanals zusammengefügt sein können.According to a further embodiment, the cooling body is designed to be thin-walled for limiting the cooling channel. This contributes to a particularly effective heat transfer. In particular, it is not necessary to produce a massive heat sink. Furthermore, it is possible to produce the heat sink in two parts, wherein, for example, a base body and a lid can be joined together to form the cooling channel.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der Lüfter integraler Bestandteil des Kühlkörpers. Dadurch kann der Lüfter mit dem Kühlkörper zusammen als eine Baueinheit an die wärmeerzeugende Komponente angeordnet werden.According to a further embodiment, the fan is an integral part of the heat sink. Thereby, the fan with the heat sink can be arranged together as a unit to the heat-generating component.

Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass der Kühlkörper und die zugehörig beschriebenen Merkmale auch unabhängig von dem beschriebenen Computersystem verwendet werden, etwa in anderen, nicht dichten Systemen. Dies kann beispielsweise sinnvoll sein, wenn ein besonders effektiver Wärmeübergang von einer zu kühlenden Komponente erwünscht ist.It should be noted at this point that the heat sink and the associated features described are also used independently of the computer system described, such as in other, non-dense systems. This can be useful, for example, if a particularly effective heat transfer from a component to be cooled is desired.

Gemäß einer Ausgestaltung ist das Computersystem ein Internet-of-Things-Gerät. Bei derartigen IoT-Geräten ist typischerweise ein 24-Stunden-Betrieb gewünscht. Dabei muss sichergestellt sein, dass ein solches Gerät beispielsweise vor Umgebungseinflüssen geschützt ist.In one embodiment, the computer system is an Internet of Things device. Such IoT devices typically require 24-hour operation. It must be ensured that such a device, for example, protected from environmental influences.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Funktionen sind in der nachfolgenden, ausführlichen Beschreibung von einem Ausführungsbeispiel offenbart.Further advantageous embodiments and functions are disclosed in the following detailed description of an embodiment.

Das Ausführungsbeispiel wird unter Zuhilfenahme der angehängten Figuren nachfolgend beschrieben. Gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.The embodiment will be described below with the aid of the appended figures. Similar or identically acting elements are provided across the figures with the same reference numerals.

In den Figuren zeigen:

1A und 1B zwei perspektivische Ansichten eines Computersystems gemäß einem Ausführungsbeispiel,
2 eine perspektivische Innenansicht des Computersystems,
3 eine weitere perspektivische Innenansicht des Computersystems,
4 eine perspektivische Ansicht einer Baugruppe umfassend einen Kühlkörper und einen Lüfter,
5 eine Explosionsdarstellung der Baugruppe,
6 eine schematische Querschnittsansicht des Kühlkörpers und
7 bis 9 drei verschiedene Querschnittsansichten des Computersystems.

In the figures show:

1A and 1B two perspective views of a computer system according to an embodiment,
2 an interior perspective view of the computer system,
3 another perspective inside view of the computer system,
4 a perspective view of an assembly comprising a heat sink and a fan,
5 an exploded view of the assembly,
6 a schematic cross-sectional view of the heat sink and
7 to 9 three different cross-sectional views of the computer system.

1A und 1B zeigen zwei perspektivische Ansichten eines Computersystems 1. Das Computersystem 1 hat ein Computergehäuse 2, wovon eine Seite durch einen Wärmetauscher 3 gebildet ist, der als Diffusor ausgebildet ist. Das Computergehäuse 2 ist zu einer Umgebung des Computersystems 1 hin dicht, insbesondere partikeldicht, so dass keine Luft von außen in das Computersystem 1 oder von innerhalb nach außen gelangen kann. Auf einer Seite weist das Computersystem 1 optional mehrere Anschlüsse, beispielsweise USB-Anschlüsse, einen DVI-Anschluss und andere, auf. Auf einer anderen Seite ist ein Netzanschluss vorgesehen. Die Anschlüsse sind lediglich exemplarisch zu verstehen und können je nach Ausgestaltung des Computersystems 1 variieren. Entscheidend ist, dass das Computersystem 1 dicht ist und im Wesentlichen keine Luft von außen nach innen eindringen kann. Die Anschlüsse sind daher so abgedichtet, dass keine Luft eindringen kann. Das Computersystem 1 ist im betriebsgemäß aufgestellten Zustand gezeigt, wobei der Wärmetauscher 3 die Oberseite des Computersystems 1 bildet. 1A and 1B show two perspective views of a computer system 1 , The computer system 1 has a computer case 2 one of which is through a heat exchanger 3 is formed, which is designed as a diffuser. The computer case 2 is to an environment of the computer system 1 towards tight, in particular particle-tight, so that no air from the outside into the computer system 1 or from inside to outside. On one side points the computer system 1 optional multiple ports, such as USB ports, a DVI port, and others. On another side, a power connection is provided. The connections are only to be understood as examples and may vary depending on the configuration of the computer system 1 vary. It is crucial that the computer system 1 is dense and essentially no air can penetrate from outside to inside. The connections are therefore sealed so that no air can penetrate. The computer system 1 is shown in the operational condition set up, wherein the heat exchanger 3 the top of the computer system 1 forms.

Das Computersystem 1 erfüllt die Anforderung einer IP-Schutzart, etwa IP-44 oder mehr. Das Computersystem 1 ist als Internet-of-Things-Gerät (kurz: IoT) ausgebildet und ist insbesondere eingerichtet für einen durchgehenden 24-Stunden-Betrieb. Das Computersystem 1 kann auch für andere Anwendungen verwendet werden und beispielsweise hinsichtlich seiner äußeren Abmessungen variieren. Das Computersystem eignet sich beispielsweise für einen Betrieb in einem Temperaturbereich von -20° bis +60° Celsius. Aufgrund dieser Rahmenbedingungen ist ein besonderes Kühlsystem notwendig, welches nachfolgend anhand des Ausführungsbeispiels beschrieben wird.The computer system 1 meets the requirement of IP protection, such as IP-44 or more. The computer system 1 is designed as an Internet of Things device (short: IoT) and is especially designed for a continuous 24-hour operation. The computer system 1 can also be used for other applications and vary, for example, in terms of its external dimensions. The computer system is suitable, for example, for operation in a temperature range of -20 ° to + 60 ° Celsius. Due to these conditions, a special cooling system is necessary which will be described below with reference to the embodiment.

2 und 3 zeigen das Computersystem 1 von innen aus verschiedenen Blickrichtungen, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit auf eine Darstellung des Computergehäuses 2 verzichtet ist. In dem Computergehäuse 2 ist ein Innenraum 4 ausgebildet, der durch die Seitenwände des Computergehäuses 2 und den Wärmetauscher 3 begrenzt ist. Innerhalb des Innenraums 4 des Computergehäuses 2 ist eine Hauptplatine 5 angeordnet, auf der mehrere elektronische Komponenten wie Anschlüsse, Spannungsregler oder dergleichen angeordnet sind. Die Hauptplatine 5 entspricht im Ausführungsbeispiel dem Mini-ITX Formfaktor, wobei andere Systemplatinen ebenso denkbar sind. Weiterhin ist ein Netzteil 6 zur Spannungsversorgung im Innenraum 4 angeordnet. Eine wesentliche Wärmequelle im Betrieb stellt ein Prozessor 7 des Computersystems dar, welcher auf der Hauptplatine 5 angeordnet ist und eine wärmeerzeugende Komponente bildet. 2 and 3 show the computer system 1 from the inside out of different viewing directions, wherein for reasons of clarity on a representation of the computer case 2 is omitted. In the computer case 2 is an interior 4 formed by the side walls of the computer case 2 and the heat exchanger 3 is limited. Inside the interior 4 of the computer case 2 is a motherboard 5 arranged on which a plurality of electronic components such as terminals, voltage regulator or the like are arranged. The motherboard 5 corresponds in the embodiment of the mini-ITX form factor, with other system boards are also conceivable. Furthermore, there is a power supply 6 for power supply in the interior 4 arranged. A significant heat source in operation is a processor 7 of the computer system which is on the motherboard 5 is arranged and forms a heat-generating component.

Das Computersystem 1 zeichnet sich durch eine in dem Computersystem 1 beziehungsweise Computergehäuse 2 ausgebildete aktive Luftkühlung aus. Um das Computersystem 1 effektiv zu kühlen, ist auf den Prozessor 7 ein Kühlkörper 8 mit daran angeordnetem Lüfter 9 angeordnet. Der Kühlkörper 8 und der Lüfter 9 stellen eine Baugruppe oder Baueinheit dar, die zusammen auf dem Prozessor anordenbar ist. Der Lüfter 9 ist beispielsweise ein 40x40 mm Lüfter, der Lüfterdrehzahlen zwischen 1500 bis 23000 Umdrehungen pro Minute erreichen kann. Der Kühlkörper 8 hat beispielsweise eine Größe gemäß Intel LGA 115x. Der Lüfter 9 sowie der Kühlkörper 8 können auch andere Formfaktoren haben.The computer system 1 characterized by a in the computer system 1 or computer case 2 trained active air cooling. To the computer system 1 effectively cooling is on the processor 7 a heat sink 8th with fan arranged on it 9 arranged. The heat sink 8th and the fan 9 represent an assembly or assembly that can be arranged together on the processor. The fan 9 is for example a 40x40 mm fan, which can reach fan speeds between 1500 to 23000 rpm. The heat sink 8th for example, has a size according to Intel LGA 115x. The fan 9 as well as the heat sink 8th can also have other form factors.

Mittels des Lüfters 9 wird aus dem Innenraum 4 Luft angesaugt, direkt in den Kühlkörper 8 eingeblasen und von diesem mittels einer Luftführung 10 und einem Lufteinlass 11 des Wärmetauschers 3 dem Wärmetauscher 3 zugeführt. Nach Durchströmen des Wärmetauschers 3 strömt die Luft über zwei Luftauslässe 12 des Wärmetauschers 3 zurück in den Innenraum 4 des Computersystems 1. Anstelle von zwei Luftauslässen 12 können auch nur ein oder mehr als zwei Auslässe vorgesehen sein.By means of the fan 9 gets out of the interior 4 Sucked air, directly into the heat sink 8th blown in and of this by means of an air duct 10 and an air intake 11 of the heat exchanger 3 the heat exchanger 3 fed. After flowing through the heat exchanger 3 the air flows over two air outlets 12 of the heat exchanger 3 back to the interior 4 of the computer system 1 , Instead of two air outlets 12 may also be provided only one or more than two outlets.

Durch diesen Kühlsystemaufbau wird erreicht, dass die Luft zunächst gezielt durch den Kühlkörper 8 geführt wird, um Wärme der typischerweise am meisten wärmeerzeugenden Komponente 7, also des Prozessors, aufzunehmen. Mittels des Kühlkörpers 8 kann die Wärme des Prozessors effektiv aufgenommen werden. Durch das direkte Zuführen dieser erwärmten Luft dem Wärmetauscher 3, kann die Wärme der durchströmenden Luft gezielt über eine Wärmetauscheroberseite 13 des Wärmetauschers 3 an die Umgebung abgegeben werden, ehe die Luft über die Luftauslässe 2 diffus und optional großflächig in den Innenraum 4 des Computergehäuses 2 eingeblasen wird. Durch dieses diffuse und großflächige Einblasen in den Innenraum 4 kann die abgekühlte Luft weitestgehend die im Betrieb erzeugte Abwärme sämtlicher Komponenten im Inneren des Computersystems 1 aufnehmen, ehe die Luft wieder von dem Lüfter 9 angesaugt wird. Dadurch werden wie eingangs erwähnt Kondenswasserbildungen in Ecken und sogenannte Hot Spots vermieden.This cooling system construction ensures that the air is initially directed through the heat sink 8th is led to heat of the typically most heat-generating component 7 So the processor, to record. By means of the heat sink 8th The heat of the processor can be absorbed effectively. By feeding this heated air directly to the heat exchanger 3 , the heat of the air flowing through can be targeted via a heat exchanger top 13 of the heat exchanger 3 be discharged to the environment, before the air through the air outlets 2 diffuse and optionally large area in the interior 4 of the computer case 2 blown. Through this diffuse and large-scale injection into the interior 4 The cooled air can largely reduce the waste heat generated during operation of all components inside the computer system 1 record before the air returns from the fan 9 is sucked. As a result, as mentioned above, condensation in corners and so-called hot spots are avoided.

Das Einblasen in den Innenraum 4 aus den Luftauslässen 12 kann optional durch zusätzlich Luftführungen, etwa Leitbleche oder dergleichen, gesteuert werden. Dadurch kann gezielt die ausgeblasene, abgekühlte Luft zu ein oder mehreren Komponenten im Inneren gezielt geführt werden, wenn diese beispielsweise besonders gekühlt werden sollen.The blowing into the interior 4 from the air outlets 12 can optionally be controlled by additional air ducts, such as baffles or the like. As a result, the blown-out, cooled air can be purposefully directed to one or more components in the interior in a targeted manner, if they are to be particularly cooled, for example.

Weitere Details des Computersystems 1 werden anhand der weiteren Figuren beschrieben.Further details of the computer system 1 will be described with reference to the other figures.

4 zeigt perspektivisch die Baugruppe bestehend aus dem Lüfter 9 und dem Kühlkörper 8. 5 zeigt eine Explosionsdarstellung dieser Baugruppe. Der Kühlkörper 8 ist im Ausführungsbeispiel durch eine Grundplatte 14 gebildet, die in thermischem Kontakt mit dem Prozessor 7 im montierten Zustand steht. Die Grundplatte 14 weist folglich eine den Prozessor zugewandte Kontaktoberfläche 15 auf. Auf der Grundplatte 14 sind dünne Kühlkanalwände angeordnet, die einen Kühlkanal 16 begrenzen, der mittels eines Deckels 17 abgeschlossen ist. Die Grundplatte 14 und die Kühlkanalwände bilden im Ausführungsbeispiel einen Grundkörper, auf den der Deckel montiert ist. Der Kühlkörper 8 hat einen Kühlkanaleinlass 18 und einen Kühlkanalauslass 19. Der Kühlkörper 8 ist aus einem Aluminiumwerkstoff hergestellt. Der Kühlkanalauslass 19 ist mit der Luftführung 10, im Ausführungsbeispiel ein Luftleitrohr, verbunden. 4 shows in perspective the assembly consisting of the fan 9 and the heat sink 8th , 5 shows an exploded view of this assembly. The heat sink 8th is in the embodiment by a base plate 14 formed in thermal contact with the processor 7 in the assembled state. The base plate 14 thus has a contact surface facing the processor 15 on. On the base plate 14 thin cooling channel walls are arranged, which form a cooling channel 16 limit that by means of a lid 17 is completed. The base plate 14 and the cooling channel walls form in the embodiment a base body on which the lid is mounted. The heat sink 8th has a cooling duct inlet 18 and a cooling passage outlet 19 , The heat sink 8th is made of an aluminum material. The cooling duct outlet 19 is with the air duct 10 , In the embodiment, an air duct, connected.

Der Kühlkörper 8 kann auch anders aufgebaut oder hergestellt sein. Insbesondere kann der Deckel 17 auf verschiedene Art und Weise mit dem Grundkörper montiert sein. Weiterhin kann der Kühlkörper 8 weitere separate Einzelteile aufweisen. Alternativ ist der Kühlkörper 8 einstückig gefertigt. Der Kühlkörper 8 kann alternativ auch massiv ausgebildet sein.The heat sink 8th can also be constructed or made differently. In particular, the lid can 17 be mounted in different ways with the main body. Furthermore, the heat sink 8th have further separate items. Alternatively, the heat sink 8th made in one piece. The heat sink 8th may alternatively be solid.

Wie in 6 in einer Querschnittsansicht durch den Kühlkörper 8 gezeigt, hat der Kühlkörper 8 den Kanaleinlass 18 und einen Kanalauslass 19. Der Querschnitt verläuft parallel zur Basisplatte 14. Der Kühlkanal 16 ist so ausgebildet, dass sich ein Strömungsquerschnitt zwischen dem Kanaleinlass 18 und dem Kanalauslass 19 zumindest teilweise Richtung Kanalauslass 19 hin verringert. Im Ausführungsbeispiel der 6 ist exemplarisch ein erster Strömungsquerschnitt A1 dargestellt, der im Vergleich zu einem im Bereich des Kühlkanalauslasses 18 vorliegenden Strömungsquerschnitt A2 vergrößert ist. Im Ausführungsbeispiel ist der Kühlkanal 16 spiralförmig ausgebildet, etwa zumindest teilweise entsprechend einer logarithmischen Spirale basierend auf Fibonacchi-Figuren. Jedoch verringert sich der Strömungsquerschnitt nicht nur in einer, sondern in zwei Dimensionen, etwa entsprechend einer Loxodrome. Somit verringert sich der Strömungsquerschnitt nicht nur hinsichtlich einer Breite, wie in 6 gezeigt, sondern auch bezüglich einer Kühlkanalhöhe. Exemplarisch ist eine erste Kühlkanalhöhe H1 im Bereich des Kanaleinlasses 18 und eine zweite Kühlkanalhöhe H2 im Bereich des Kühlkanalauslasses 19 in 5 dargestellt.As in 6 in a cross-sectional view through the heat sink 8th shown has the heat sink 8th the channel inlet 18 and a channel outlet 19 , The cross section is parallel to the base plate 14 , The cooling channel 16 is formed so that there is a flow cross-section between the channel inlet 18 and the duct outlet 19 at least partially towards the canal outlet 19 decreased. In the embodiment of 6 is an example shown first flow cross-section A1, compared to one in the region of the Kühlkanalauslasses 18 present flow cross-section A2 is increased. In the embodiment, the cooling channel 16 formed spirally, approximately at least partially corresponding to a logarithmic spiral based on Fibonacchi figures. However, the flow cross-section decreases not only in one, but in two dimensions, approximately corresponding to a Loxodrome. Thus, the flow area does not decrease only in width, as in FIG 6 shown, but also with respect to a cooling channel height. An example is a first cooling channel height H1 in the area of the canal inlet 18 and a second cooling passage height H2 in the area of the cooling channel outlet 19 in 5 shown.

Diese Ausgestaltung des Kühlkanals 16 hat den Effekt, dass in dem Kühlkanal 16 eingeblasene Luft des Lüfters 9 aufgrund des gleichbleibenden Volumenstroms beschleunigt wird. Durch das Beschleunigen erhöht sich ein Strömungsdruck auf die Innenwände des Kühlkanals 16, sodass der Wärmeübergang von dem Kühlkörper 8 auf die Luft verbessert ist.This embodiment of the cooling channel 16 has the effect of being in the cooling channel 16 blown air of the fan 9 is accelerated due to the constant volume flow. By accelerating a flow pressure increases on the inner walls of the cooling channel 16 so that the heat transfer from the heat sink 8th is improved on the air.

Damit die Luft gezielt in den Kühlkanal 16 eingeblasen wird, ist der Lüfter 9 direkt an den Kühlkörper 8 angeflanscht. Hierzu können wie in 5 beispielhaft dargestellt ein Halteadapter 20 sowie ein Montagerahmen 21 verwendet werden, dies ist jedoch nicht zwingend notwendig. Insbesondere sind der Lüfter und der Kühlkörper 8 so aufeinander abgestimmt, dass eine Lüfteraustrittsöffnung 22 des Lüfters 9 den Dimensionen des Kühlkanaleinlasses 18 angepasst ist.So that the air is targeted in the cooling channel 16 blown is the fan 9 directly to the heat sink 8th flanged. For this purpose, as in 5 exemplified a holding adapter 20 as well as a mounting frame 21 but this is not mandatory. In particular, the fan and the heat sink 8th coordinated so that a fan outlet opening 22 of the fan 9 the dimensions of the cooling channel inlet 18 is adjusted.

Die Baugruppe kann vormontiert werden, sodass Lüfter und Kühlkörper zusammen auf dem Prozessor beziehungsweise die Hauptplatine 5 montiert werden können. In anderen Worten handelt es sich um einen Kühlkörper 8 mit integriertem Lüfter 9 und integriertem spiralförmigen Kühlkanal 16. Der Kühlkanalauslass 19 ist an die Luftführung 10 angepasst.The assembly can be preassembled so that the fan and heatsink together on the processor or motherboard 5 can be mounted. In other words, it is a heat sink 8th with integrated fan 9 and integrated spiral cooling channel 16 , The cooling duct outlet 19 is to the air duct 10 customized.

Wie weiterhin zu erkennen, strömt die Luft des Lüfters 9 im Wesentlichen parallel zur Hauptplatine 5 in den Kühlkanal 16 ein, während die Luft in einer um 90° nach oben gerichteten Richtung über den Kühlkanalauslass 18 den Kühlkörper 8 verlässt. Dadurch strömt die erwärmte und beschleunigte Luft entgegen der Schwerkraftrichtung nach oben in Richtung des Wärmetauschers 3, was thermodynamisch vorteilhaft ist.As will be seen, the air of the fan flows 9 essentially parallel to the motherboard 5 in the cooling channel 16 while the air is directed in a 90 ° upward direction over the cooling duct outlet 18 the heat sink 8th leaves. As a result, the heated and accelerated air flows upwards in the direction of the direction of the heat exchanger in the direction of the gravitational force 3 which is thermodynamically advantageous.

Der Kühlkanal 16 verläuft stetig, wobei insbesondere keine Strömungshindernisse, eckige Umlenkungen oder dergleichen vorgesehen sind. Weiterhin können optional eine oder mehrere Kühlrippen 23 innerhalb des Kanals 16 angeordnet sein, die zu einem verbesserten Wärmeübergang der Wärme von dem Prozessor 7 über den Kühlkörper 8 auf die Kühlluft im Betrieb sorgen. The cooling channel 16 runs continuously, in particular no flow obstacles, angular deflections or the like are provided. Furthermore, optionally one or more cooling fins 23 within the channel 16 be arranged, resulting in improved heat transfer of heat from the processor 7 over the heat sink 8th Ensure the cooling air during operation.

7 bis 9 zeigen drei Querschnittsansichten gemäß den in 2 angedeuteten Schnittebenen S1 bis S3 des Computersystems 1, wobei diesmal das Computergehäuse 2 vollständig gezeigt ist. 7 to 9 show three cross-sectional views according to the in 2 indicated cutting planes S1 to S3 of the computer system 1 , this time the computer case 2 is shown completely.

In 7 ist zu erkennen, dass der Wärmetauscher 3 an der Wärmetauscheroberseite 13 zinnenartig ausgebildet ist, sodass eine Oberfläche zum Wärmeaustausch vergrößert ist. Weiterhin ist zu erkennen, dass der Wärmetauscher 3 zwei Kammern 24 und 25 aufweist. In die erste, obere Kammer 24 wird die Luft eingeblasen, die anschließend über die in 7 erkennbare Luftauslässe 12 zurück in den Innenraum strömt. Die zweite, untere Kammer 25 stellt eine Wärmeisolierung 26 dar, wobei es sich um eine abgeschlossene Kammer handelt, die mit Luft gefüllt ist. Die Wärmeisolierung 26 ist dem Innenraum 4 zugewandt und verhindert oder reduziert, dass Wärme der Luft, die sich in der ersten Kammer 24 des Wärmetauschers 3 befindet, in den Innenraum 4 zurück abgegeben wird.In 7 it can be seen that the heat exchanger 3 on the heat exchanger top 13 is formed crenellated, so that a surface for heat exchange is increased. Furthermore, it can be seen that the heat exchanger 3 two chambers 24 and 25 having. In the first, upper chamber 24 the air is blown in, which then passes over the in 7 recognizable air outlets 12 back into the interior flows. The second, lower chamber 25 provides a thermal insulation 26 which is a sealed chamber filled with air. The thermal insulation 26 is the interior 4 facing and preventing or reducing that heat of the air, which is in the first chamber 24 of the heat exchanger 3 is located in the interior 4 is returned.

In 8 ist ein prinzipieller Strömungsverlauf mit Doppelpfeilen angedeutet.In 8th is a basic flow pattern indicated by double arrows.

Das Computersystem 1 ermöglicht die eingangs genannten Vorteile und Funktionen. Insbesondere ist es so möglich, das gesamte Computersystem 1 effektiv zu kühlen.The computer system 1 allows the advantages and functions mentioned above. In particular, it is possible to use the entire computer system 1 to cool effectively.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die konkreten konstruktiven Ausgestaltungen der beschriebenen Elemente variieren können. Weiterhin ist es nicht zwingend notwendig, beispielsweise ein Netzteil 6 vorzusehen. Auch können die Anschlüsse und/oder Elemente der Hauptplatine 5 anders sein. Entscheidend ist, dass das Computersystem 1 abgedichtet ist und im Inneren eine nach dem beschriebenen Prinzip aktive und abgeschlossene Luftkühlung vorgesehen ist, die im Wesentlichen keinen Luftaustausch mit einer Umgebung des Computersystems 1 vorsieht. Ein weiterer Aspekt des Computersystems 1 ist die Ausgestaltung des Kühlkörpers 8 mit daran angeflanschtem Lüfter. Dabei ist entscheidend, dass sich der Kühlkanal 16 hinsichtlich eines Strömungsquerschnittes stetig verringert, sodass eine Kühlgeschwindigkeit innerhalb des Kühlkörpers aufgrund der geometrischen Bedingungen erhöht wird.It should be noted at this point that the specific constructive embodiments of the described elements can vary. Furthermore, it is not absolutely necessary, for example, a power supply 6 provided. Also, the connectors and / or elements of the motherboard 5 be different. It is crucial that the computer system 1 is sealed and inside an active according to the principle described and completed air cooling is provided, which essentially no air exchange with an environment of the computer system 1 provides. Another aspect of the computer system 1 is the embodiment of the heat sink 8th with fan attached to it. It is crucial that the cooling channel 16 is continuously reduced with respect to a flow area, so that a cooling speed within the heat sink is increased due to the geometric conditions.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Computersystemcomputer system
22: Computergehäusecomputer case
33: Wärmetauscherheat exchangers
44: Innenrauminner space
55: Hauptplatinemotherboard
66: Netzteilpower adapter
77: Prozessorprocessor
88th: Kühlkörperheatsink
99: LüfterFan
1010: Luftführungair duct
1111: Lufteinlassair intake
1212: Luftauslassair outlet
1313: WärmetauscheroberseiteHeat exchanger top
1414: Basisplattebaseplate
1515: Kontaktflächecontact area
1616: Kühlkanalcooling channel
1717: Deckelcover
1818: KühlkanaleinlassCooling duct inlet
1919: KühlkanalauslassKühlkanalauslass
2020: Halteadapterholding adapter
2121: Montagerahmenmounting frame
2222: LüfteraustrittsöffnungFan discharge opening
2323: Kühlrippecooling fin
2424: erste Kammerfirst chamber
2525: zweite Kammersecond chamber
2626: Wärmeisolierungthermal insulation
A1A1: erster Strömungsquerschnittfirst flow cross section
A2A2: zweiter Strömungsquerschnittsecond flow cross section
H1H1: erste Kühlkanalhöhefirst cooling channel height
H2H2: zweite Kühlkanalhöhesecond cooling channel height
S1 bis S3S1 to S3: Schnittebenencutting planes

Claims

Computersystem (1), aufweisend - ein zumindest partikeldichtes Computergehäuse (2), in welchem ein Innenraum (4) ausgebildet ist; - eine in dem Innenraum (4) angeordnete wärmeerzeugende Komponente; - einen im Innenraum (4) angeordneten Kühlkörper (8) mit einem Kühlkanal (16), wobei der Kühlkanal (16) durch Wandungen begrenzt ist, einen Kanaleinlass (18) und einen Kanalauslass (19) aufweist und so ausgebildet ist, dass sich ein Strömungsquerschnitt zumindest teilweise vom Kanaleinlass (18) zu dem Kanalauslass (19) hin verringert, und wobei der Kühlkörper (8) thermisch mit der wärmeerzeugenden Komponente verbunden ist; - einen mit Luft durchströmbaren Wärmetauscher (3) zum Wärmeenergieaustausch mit einer Umgebung des Computersystems (1); - einen im Innenraum (4) angeordneten Lüfter (9); wobei - der Wärmetauscher (3) fluidisch mit dem Kühlkanal (16) gekoppelt ist, so dass Luft von dem Kühlkanal (16) über den Wärmetauscher (3) in den Innenraum (4) des Computergehäuses (2) strömen kann; - der Lüfter (9) eingerichtet ist, Luft aus dem Innenraum (4) des Computergehäuses (2) anzusagen und in den Kanaleinlass (18) des Kühlkanals (16) des Kühlkörpers (8) einzublasen, und - der Kühlkörper (8) so ausgebildet ist, dass der Kühlkanal (16) zumindest teilweise einen Verlauf gemäß einer logarithmischen Spirale oder gemäß einer Loxodrome aufweist. Computer system (1) comprising - An at least particle-tight computer housing (2), in which an interior space (4) is formed; - A in the interior (4) arranged heat-generating component; - A in the interior (4) arranged cooling body (8) with a cooling channel (16), wherein the cooling channel (16) is bounded by walls, a channel inlet (18) and a channel outlet (19) and is formed so that a The flow cross-section is at least partially reduced from the channel inlet (18) to the channel outlet (19), and wherein the heat sink (8) is thermally connected to the heat-generating component; - A traversed by air heat exchanger (3) for heat energy exchange with an environment of the computer system (1); - One in the interior (4) arranged fan (9); in which - The heat exchanger (3) is fluidically coupled to the cooling channel (16), so that air from the cooling channel (16) via the heat exchanger (3) in the interior (4) of the computer housing (2) can flow; - The fan (9) is arranged to announce air from the interior (4) of the computer housing (2) and in the channel inlet (18) of the cooling channel (16) of the heat sink (8) to blow, and - The heat sink (8) is formed so that the cooling channel (16) at least partially has a course according to a logarithmic spiral or according to a Loxodrome.

Computersystem (1) nach Anspruch 1, wobei ein Lufteinlass (11) des Wärmetauschers (3), welcher mit dem Kühlkanal (16) fluidisch gekoppelt ist, und ein Luftauslass (12) des Wärmetauschers im Innenraum (4) des Computergehäuses (2) angeordnet sind.Computer system (1) after Claim 1 wherein an air inlet (11) of the heat exchanger (3), which is fluidically coupled to the cooling channel (16), and an air outlet (12) of the heat exchanger in the interior (4) of the computer housing (2) are arranged.

Computersystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Wärmetauscher (3) eine Wärmetauscheroberseite (13) aufweist, die eine Außenseite des Computergehäuses (2) bildet.Computer system (1) after Claim 1 or 2 wherein the heat exchanger (3) has a heat exchanger upper side (13) which forms an outer side of the computer housing (2).

Computersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wärmetauscher (3) als Diffusor ausgebildet ist.Computer system (1) according to one of the preceding claims, wherein the heat exchanger (3) is designed as a diffuser.

Computersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wärmetauscher (3) auf einer Seite, die dem Innenraum (4) zugewandt ist, eine Wärmeisolierung (26) aufweist.Computer system (1) according to one of the preceding claims, wherein the heat exchanger (3) on one side, which faces the interior (4), a heat insulation (26).

Computersystem (1) nach Anspruch 5, wobei die Wärmeisolierung (26) durch eine abgeschlossene, mit Luft gefüllte Kammer (25) gebildet ist.Computer system (1) after Claim 5 wherein the thermal insulation (26) is formed by a sealed, air-filled chamber (25).

Computersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kühlkörper (8) einen Kanaleinlass (18) und einen Kanalauslass (19) aufweist und so ausgebildet ist, dass der Kanalauslass (19) in Richtung des Wärmetauschers (3) weist, insbesondere entgegen einer Schwerkraftrichtung in einem bestimmungsgemäßen Betrieb des Computersystems (1).Computer system (1) according to one of the preceding claims, wherein the cooling body (8) has a channel inlet (18) and a channel outlet (19) and is designed such that the channel outlet (19) points in the direction of the heat exchanger (3), in particular against a direction of gravity in a normal operation of the computer system (1).

Computersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich der Strömungsquerschnitt bezüglich einer Dimension, etwa einer Kühlkanalbreite, verringert.The computer system (1) of any one of the preceding claims, wherein the flow area decreases with respect to a dimension, such as a cooling channel width.

Computersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich der Strömungsquerschnitt bezüglich zweier Dimensionen, etwa bezüglich einer Kühlkanalbreite und einer Kühlkanalhöhe, verringert.Computer system (1) according to one of the preceding claims, wherein the flow cross-section with respect to two dimensions, such as with respect to a cooling passage width and a cooling passage height.

Computersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kühlkanal (16) einen stetigen Verlauf aufweist.Computer system (1) according to one of the preceding claims, wherein the cooling channel (16) has a continuous course.

Computersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Kühlkanal (16) ein oder mehrere Kühlrippen (22) angeordnet sind, die sich in Strömungsrichtung der Luft durch den Kühlkanal (16) erstrecken.Computer system (1) according to one of the preceding claims, wherein in the cooling channel (16) one or more cooling ribs (22) are arranged, which extend in the flow direction of the air through the cooling channel (16).

Computersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kühlkörper (8) zur Begrenzung des Kühlkanals (16) dünnwandig ausgebildet ist.Computer system (1) according to one of the preceding claims, wherein the cooling body (8) is designed to be thin-walled for limiting the cooling channel (16).

Computersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lüfter (9) integraler Bestandteil des Kühlkörpers ist.Computer system (1) according to one of the preceding claims, wherein the fan (9) is an integral part of the heat sink.

Computersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Computersystem (1) ein Internet-of-Things Gerät ist.A computer system (1) according to any one of the preceding claims, wherein the computer system (1) is an Internet-of-Things device.