DE10360236A1

DE10360236A1 - Fremdenergiefreie Kühlung für elektronische Bauteile

Info

Publication number: DE10360236A1
Application number: DE2003160236
Authority: DE
Inventors: Gerd Lukoschus
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-12-20
Filing date: 2003-12-20
Publication date: 2005-07-28

Abstract

Herkömmlich werden elektronische Bauteile mittels Kühlrippen mit oder ohne Gebläse, mittels Flüssigkeitskreislauf mit oder ohne Umwälzpumpe sowie fremdenergiefreie Kühlung im Ein- oder Mehrrohrsystem mittels Kältemittel gekühlt. Der Nachteil besteht im zusätzlichen Energiebedarf für Lüfter und Pumpen und der damit verbundenen Geräuschbelästigung. Bei der fremdenergiefreien Kühlung bekannter Bauweise besteht der Nachteil in der ungenauen Erfassung des Kältemittelgases. DOLLAR A Die Lösung besteht darin, dass das Kältemittelsteigrohr glockenförmig oder ähnlich ausgebildet in das Kältemittel eintaucht und die nahezu gesamte Verdampferfläche darüber erfasst. Ferner kann das System mit einem der Verdampfungstemperatur zugeordneten dauerhaften Unterdruck betrieben werden. DOLLAR A Der Vorteil liegt darin, dass durch das Eintauchen in das Kältemittel und Erfassen des -gases durch die glockenförmige Ausbildung des Steigrohres über dem Verdampfungsbereich des Kältemittels dieses gezwungen wird, in diesem aufzusteigen. Durch die Erzeugung des Unterdruckes kann das System auch mit Wasser als Kältemittel betrieben werden.

Description

Fremdenergiefreie Kühlung für elektronische Bauteile.

Elektronische Bauteile, wie sie vor allem in der Computerbranche als Mikroprozessoren und Mikrochips verwendet werden, haben eine hohe elektrische Energieaufnahme, welche eine Aufheizung des elektronischen Bauteils bedingt. Um unzulässig hohe Temperaturen an dem elektronischen Bauteil zu vermeiden, werden diese, unabhängig von integrierten oder gefrästen Kühlrippen, mittels Lüftergebläse und oder Wasserkreisläufe gekühlt. Diese Zwangslüftung und oder Wasserkühlung erfordert ebenfalls zusätzliche Energie.

Die technische Aufgabe besteht darin, dass eine Kühlung von elektronischen Bauelementen erreicht wird, ohne dass zusätzliche Energie für diese zu benötigt wird und ohne dass bei der Kühlung eine Geräuschbelästigung durch den Betrieb der Zwangslüftung und der Umwälzpumpe bei Wasserkühlung entsteht.

Die Lösung des technischen Problems wird dadurch erreicht, dass ein Doppelrohrsystem nach 1 aus folgenden Komponenten gefertigt wird. Das äußere Rohr, das Rücklaufrohr (2), ist am unteren Ende durch eine Bodenplatte, der Verdampferplatte (11), und durch einen oberen Rohrdeckel verschlossen. In dem Rücklaufrohr (2) ist ein zweites Rohr, das Steigrohr (3), integriert. Im Bereich der Verdampferplatte (11) sind die beiden Rohre (2 und 3) aus hydraulischen Gründen vorzugsweise glockenförmig ausgebildet. Zusätzlich kann innerhalb des Steigrohres (3) ein zusätzlicher Verdampfungskörper (4) zur besseren Wärmeableitung angeordnet sein. Zur Befüllung des Doppelrohrsystems nach 1 wird am Rücklaufrohr (2) ein verschließbares Füll- bzw. Entleerungsrohr (1) vorgesehen. Am oberen Ende des Rohrsystems nach 1 und 5 wird der Kondensator (Verflüssiger) (6) angeordnet. Dieser Kondensator kann in verschiedenster Form (Konvektor, Kasten, Rohrschlange usw.) ausgebildet sein. Die Länge des Doppelrohrsystems richtet sich nach der Entfernung zwischen dem Verdampfer (11) am elektronischen Bauteil (5) und dem Kondensator (6). Ebenso ergibt sich die Füllmenge des Kältemittels (8) und die Größe (Fläche) des Verdampfers (11) nach der Größe des elektronischen Bauteils und der abzuführenden Energie. Der Verdampfer (11) sollte der Oberfläche des elektronischen Bauteils (5), gegebenenfalls unter Verwendung eines Kontaktmittels, angepasst sein. Der Kondensator (6) wird vorzugsweise außerhalb der Gehäuse bzw. Schaltschränke angeordnet.
Die Funktion der Kühlung erfolgt der Art, dass in das Doppelrohrsystem nach 1 über das Füllrohr (1) Kältemittel (8) gefüllt wird. Vorzugsweise kann das Wasser sein. Um einen entsprechend niedrigen Siedepunkt zu erreichen, wird über verschließbare Füll- bzw. Entleerungsrohr (1) und Vakuumpumpe ein Unterdruck erzeugt, der dem gewünschten Siedepunkt des Wassers entspricht. Danach wird das Rohr (1) dauerhaft verschlossen. Das Kältemittel (8) nimmt über die Verdampferplatte (11) von dem elektronischen Bauteil (5) die anfallende Wärme auf und verdampft. Der Kältemitteldampf (7) steigt in dem inneren Steigrohr (3) nach oben zu dem Kondensator (6). Hier gibt der Kältemitteldampf (7) seine Wärme ab und wird dadurch wieder zu dem flüssigen Kältemittel (7). Unter Beibehaltung eines Gefälles, bei waagerechter Anordnung des Kondensators (6), läuft das Kältemittel (7) wieder zum Verdampfer (11) zurück. Dadurch entsteht ein steter Kreislauf, der keine zusätzliche Energie benötigt.

1: verschließbares Füll- bzw. Evakuierungsrohr
2: Rücklaufrohr (Kondensat, Kältemittel)
3: Steigrohr (Kältemitteldampf)
4: zusätzlicher Verdampfungskörper (z.B. Konvektor)
5: Elektronisches Bauteil als Wärmequelle (Prozessor, Mikrochip usw.)
6: Kondensator (Verflüssiger)
7: Kältemitteldampf
8: Kältemittel
9: Abstandpunkte (Arretierungs-)
10: Klammerarretierung
11: Verdampferplatte
12: Ausdehnungsgefäß (offen oder geschlossen)
13: Absperrventil
14: Umtriebsflüssigkeit

Zeichnungen (als Prinzipdarstellungen)
1 Doppelmantelrohr als Schnittdarstellung mit senkrechtem Kondensator (6)
2 Darstellung bei waagerechter Anordnung des Kondensators (6)
3 Darstellung der Verdampferplatte (11) mit Schraubbügel (10)
4 Draufsicht auf das Doppelmantelrohr mit senkrechtem Kondensator (6) und Varianten einer möglichen Ausführung.
5 Darstellung der Variante im Zweirohrsystem.
6 Darstellung als Schwerkraftumtriebsanlage mit Ausdehnungsgefäß (12) und Absperrventil (13)
7 Darstellung bei waagerechter Anordnung des Kondensators (6) bei Schwerkraftumtriebsanlage mit Ausdehnungsgefäß (12) und Absperrventil (13)

Claims

Fremdenergiefreie Kühlung für elektronische Bauteile mit folgenden Merkmalen: Die Kühlung von elektronischen Bauteilen (Prozessoren, Mikrochips usw.) erfolgt durch die eigene glatte Oberfläche oder mittels, auf dem elektronischen Bauteil integrierten oder eingefrästen Kühlrippen. Durch die hohe Wärmeleistung und der geringen Abmessung der elektronischen Bauteile bedingt, muss zur Abführung der anfallenden Prozessorwärme zusätzlich eine Zwangslüftung oder eine Wasserkühlung mit Umwälzpumpe installiert werden. Der Betrieb der Zwangslüftung und oder Wasserkühlung erfordert zusätzliche elektrische (Fremd-) Energie für den Betrieb des Lüfters und oder der Umwälzpumpe. Der Betrieb der Zwangslüftung und der Umwälzpumpe erzeugt im Dauerbetrieb unangenehme Nebengeräusche. dadurch gekennzeichnet, dass an das elektronische Bauteil (5) die integrierte Grundplatte (Verdampfer) (11) eines geschlossenen Doppelrohrsystems nach 1 angeordnet wird, die Grundplatte (Verdampfer) (11) der Oberflächenform des elektronischen Bauteils (5) angepasst, um einen bestmöglichen Kontakt zwischen dem Bauteil und der Grundplatte (Verdampfer) (11) zu erreichen, angepasst ist, zwischen der Grundplatte (Verdampfer) (11) und dem elektronischen Bauteil (5) zwecks besseren Kontaktes ein Kontaktmittel aufgetragen ist, das innere Rohr (3) als Steigrohr für das Kältemittelgas (-dampf) (7) dient, das äußere Rohr (2) als Kältemittelrücklaufleitung fungiert, das innere (3) und äußere Rohr (2) den Erfordernissen entsprechend glatt (im fortlaufend gleich bleibendem Durchmesser) oder verjüngend 1 und 3 (glockenförmig) ausgebildet ist, auf die Grundplatte (11) zur besseren Wärmeableitung im inneren des Steig-rohres eine zusätzliche Verdampferfläche (4) mit oder ohne Zulauföffnungen, in jeder möglichen Form integriert ist, die Wärmeabgabe durch einen Kondensator 2 und 4 durch die verschiedensten Arten von Kondensationsflächen (Konvektoren, Rohrschlangen, Rippenrohren usw.) erfolgt, an dem Doppelrohrsystem 1 eine verschließbare Füll- und Entleerungsein- richtung (-rohr) (1) angeordnet ist, zwischen dem Innen- (3) und Außenrohr (2) zwecks Abstandsfixierung Abstandspunkte (-warzen) (9) in regel- oder unregelmäßigen Abständen angeordnet sein können, als Kühlmittel (8) vorzugsweise Wasser verwendet und der gewünschten Verdampfungstemperatur entsprechend über die Füll- und Entleerungseinrichtung (1) ein zugeordnetes Vakuum erzeugt wird, welches nach dem Verschluss der Füll- und Entleerungseinrichtung (1) beibehalten wird.
Nebenansprüche: den Temperaturerfordernissen entsprechend jedes beliebige Kältemittel (8) verwendet werden kann, die Grundplatte (11) mittels Schraub- oder Bügelverbindungen auf dem elektronischen Bauteil (5) befestigt werden kann, die fremdenergiefreie Kühlung nicht als Doppelrohr nach 1, sondern den Erfordernissen entsprechend auch als getrenntes Zweirohrsystem nach 5 ausgeführt wird. die fremdenergiefreie Kühlung nicht mit einem Kältemittel (8), sondern mit einer Flüssigkeit (14), vorzugsweise Wasser, im Schwerkraftumtriebsprinzip offen oder geschlossen nach 6 und 7 mit offenen oder geschlossenem Ausdehnungsgefäß (12) betrieben wird. bei Verwendung von unter Unterdruck stehendem Wasser oder einem anderem Kältemittel, das System nicht als Doppelrohr (3 u. 4), sondern als Einrohrsystem, nur mit dem Außenrohr (2), betrieben wird.