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HINTERGRUND
ZU DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ganz allgemein die Kühlung elektronischer
Komponenten und insbesondere die Verwendung von Ventilatoren zum
Kühlen
elektronischer Komponenten.
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Die
Kühlung
elektronischer Komponenten, beispielsweise sind dies Geräte hoher
Leistungsdichte (HPDDs = High Power Density Devices), zu denen z.B.
integrierte Schaltkreise (ICs) und Zentraleinheiten (CPUs) hoher
Leistungsdichte gehören,
spielt eine wesentliche Rolle in der Konstruktion von Rechnerservern, militärischer
Luft- und Raumfahrtausrüstung,
medizinischer Bildgebungsvorrichtung und anderen Systemen, die elektronische
Vorrichtungen hoher Leistungsdichte verwenden. Der hier verwendete
Begriff HPDD kennzeichnet Wärme
hervorbringende Vorrichtungen mit einem 10 W/cm2 übersteigenden
Hitzefluss. Neben Schwankungen des Hitzeflusses weisen HPDDs unterschiedliche
zulässige
Temperaturspitzenwerte auf, die sich ebenfalls auf Anforderungen
an die Kühlung
auswirken. Elektronische Systeme werden mit Blick auf höhere Rechengeschwindigkeit
und -leistung sowie geringeren Platzbedarf konstruiert. Aus diesen
Konstruktionszielen ergibt sich eine HPDD, die große Wärmemengen
auf einer kleinen Fläche
oder in einem geringen Volumen erzeugt. Die Wärmeabfuhr ist notwen dig, um
die Zerstörung
eines ICs oder einer CPU zu vermeiden. Leistungsdichten einiger
elektronischer Systeme erreichen etwa 200 Watt pro Quadratzentimeter
(W/cm2) und die Tendenz scheint steigend
zu sein. Zusätzlich
zu den auf die Wärmeentwicklung
zurückzuführenden
Wärmeabfuhranforderungen,
stellen Beschränkungen
der Kapselabmessungen Probleme für
die Konstruktion dar. Beispielsweise verwenden herkömmliche
Rechnerserver gewöhnlich
Leiterplatten, die in Kapseln mit einer als 1U-Anwendung bezeichneten
maximalen Höhe
von 1,75 Zoll untergebracht sind, wobei mehrere einander benachbarte
Leiterplatten in einem Rack-Grundboard gestapelt sind. Im Falle
einer typischen elektronischen Komponente, die eine Betriebsumgebungstemperatur
von nicht mehr als etwa 120 Grad Celsius (°C) und eine Sperrschichttemperaturbeschränkung von
etwa 90 °C
aufweisen, werden Kühlsysteme
verwendet, um die Wärme
der HPDD an die Umgebung abzuführen.
Typische Kühlsysteme
enthalten Ventilatoren, Gebläse,
Wärmeabfuhranordnungen
und Kühlsysteme,
die im Maße
erhöhter
Anforderungen an die Wärmeübertragung
größer zu dimensionieren
sind.
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Dementsprechend
besteht ein Bedarf nach einem effizienten Wärmemanagementsystem für elektronische
Komponenten, die Geräte
hoher Leistungsdichte enthalten.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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In
einem Aspekt enthält
ein Kühlsystem
zum Kühlen
mehrerer elektronischer Komponenten eine zentral angeordnete Quelle,
die wenigstens einen Mikrokühler,
der dazu eingerichtet ist, um einen Kühlmittelstrom zu liefern, und
mehrere Ablenkwände
aufweist, die dazu eingerichtet sind, um das Kühlmedium über die elektronischen Komponenten
zu verteilen. Die elektronischen Komponenten sind in einer Kapsel
angeordnet.
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In
noch einem weiteren Aspekt enthält
ein Kühlsystem
zum Kühlen
mehrerer elektronischer Komponenten, zu denen wenigstens eine CPU
und ein Satz übriger
elektronischer Komponenten gehört,
eine zentral angeordnete Quelle, die dazu eingerichtet ist, der
CPU einen Kühlmittelstrom
bereitzustellen und einen Auslassstrom des Kühlmediums zu erzeugen. Das
Kühlsystem
umfasst ferner mehrere Ablenkwände,
die dazu eingerichtet sind, den Auslassstrom zu verteilen, um den übrigen Satz
elektronischer Komponenten zu kühlen, wobei
die CPU und der übrige
Satz elektronischer Komponenten in einer Kapsel angeordnet sind.
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In
einem anderen Aspekt gehören
zu einem Verfahren zum Kühlen
mehrerer elektronischer Komponenten die Schritte, ein von wenigstens
einem Mikrokühler
ausgehendes Kühlmedium
bereitzustellen und das Kühlmedium
mittels mehrerer Ablenkwände über die
mehreren elektronischen Komponenten zu verteilen.
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In
noch einem weiteren Aspekt gehören
zu einem Verfahren zur Kühlung
mehrerer elektronischer Komponenten, die wenigstens eine CPU und
einen übrigen
Satz elektronischer Komponenten aufweisen, die Schritte, aus einer
zentral angeordneten Quelle ein Kühlmedium zu liefern und das
Kühlmedium über die
CPU zu verteilen und einen Auslassstrom zu erzeugen. Das Verfahren
beinhaltet ferner den Schritt, den Auslassstrom mit tels mehrerer
Ablenkwände über den übrigen Satz
von elektronischen Komponenten zu verteilen.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Es
wird nun auf die exemplarischen Zeichnungen eingegangen, wobei in
den beigefügten
Figuren gleichartige Elemente mit denselben Bezugsnummern versehen
sind:
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1 veranschaulicht
ein exemplarisches Kühlsystem
für elektronische
Komponenten;
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2 veranschaulicht
ein zweites exemplarisches Kühlsystem
für elektronische
Komponenten;
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3 veranschaulicht
ein drittes exemplarisches Kühlsystem
für elektronische
Komponenten;
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4 veranschaulicht
ein viertes exemplarisches Kühlsystem
für elektronische
Komponenten;
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5 veranschaulicht
ein fünftes
exemplarisches Kühlsystem
für elektronische
Komponenten;
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6 veranschaulicht
ein sechstes exemplarisches Kühlsystem
für elektronische
Komponenten;
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7 veranschaulicht
ein siebtes exemplarisches Kühlsystem
für elektronische
Komponenten; und
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8 veranschaulicht
ein achtes exemplarisches Kühlsystem
für elektronische
Komponenten.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Offenbart
sind hier Kühlsysteme
zum Kühlen
mehrerer elektronischer Komponenten. Das Kühlsystem enthält eine
zentral angeordnete Quelle, die dazu eingerichtet ist, einen Kühlmittelstrom
bereitstellen und mehrere Ablenkwände, die dazu eingerichtet
sind, das Kühlmedium über die
elektronischen Komponenten zu verteilen. Die elektronischen Komponenten
sind in einer Kapsel angeordnet. 1 veranschaulicht
ein exemplarisches Kühlsystem 2 zum
Kühlen
elektronischer Komponenten. Die elektronischen Komponenten sind
in einer Kapsel 4 eingeschlossen. Das Kühlsystem 2 weist eine
zentral angeordnete Quelle 12 auf, die dazu eingerichtet
ist, einen Kühlmittelstrom über die
innerhalb der Kapsel 4 angeordneten elektronischen Komponenten
zu liefern.
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In
einigen Ausführungsbeispielen
gehören
zu den elektronischen Komponenten Geräte hoher Leistungsdichte, beispielsweise
ein integrierter Schaltkreis (IC) mit hoher Leistungsebene für den Einsatz
in einem Serverrechnersystem, der wenigstens einen Ventilator verwendet,
beispielsweise einen im folgenden als Mikrokühler bezeichneten Mikroverdichter,
und ein Wärmetauscher
hoher Leistung. Der Ventilator ist für Anwendungen mit einer Abmessungsbeschränkung von
1,75 Zoll ("1U"-Anwendungen) dimensioniert.
In einigen Ausführungsbei spielen
kann der Ventilator für
2U-Anwendungen dimensioniert sein. In einigen Ausführungsbeispielen
weist die zentral angeordnete Quelle 12 wenigstens einen
Mikrokühler
auf. Wie in 1 zu sehen, weist die zentral
angeordnete Quelle 12 zwei Ventilatoren auf, beispielsweise
Mikrokühler 13 und 14.
Die Mikrokühler 13 und 14 sind
dazu eingerichtet, einen starken Strom von Kühlmedium, beispielsweise Luft
mit einem ausreichend hohem Druck zu liefern, um Druckverluste in
dem System zu bewältigen.
Der hier verwendete Begriff "starker
Luftstrom" bezieht
sich auf einen Luftstrom in der Größenordnung von wenigstens etwa 25
CFM (Kubikfuß pro
Minute).
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In
einem hier beschriebenen exemplarischen Ausführungsbeispiel ist die Kapsel 4,
in der die elektronischen Komponenten angeordnet sind, eine Rechnerserverbox.
Die Kapsel 4 ist mit einer Unterseite 6, einer (nicht
gezeigten) Oberseite und zwei Seitenwänden 8 und 10 konstruiert.
Während
die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele
als ein exemplarisches Gerät
hoher Leistungsdichte eine Rechnerserverbox veranschaulichen, können die
offenbarten Kühlsysteme
selbstverständlich
auch im Zusammenhang mit anderen Geräten hoher Leistungsdichte gewendet
werden, z.B. für
Komponenten und Ausstattung militärische Luft- und Raumfahrtelektronik
oder medizinischer Bildgebung. Die hier beschriebenen elektronischen
Komponenten sind Vorrichtungen, die Wärme entwickeln. Um die Lebensdauer
zu verlängern
und die Leistung zu verbessern, ist es erforderlich, diese Komponenten
auf eine gewisse Temperatur abzukühlen.
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Zu
den elektronischen Komponenten gehören gewöhnlich beispielsweise mehrere
Zentraleinheiten (CPUs) 20 und 22, ein Plattenlaufwerk 28 und
eine Spannungsquelleneinheit 36. Die Kapsel 4 kann
außerdem weitere
Komponenten aufweisen, zu denen, ohne auf diese beschränken zu
wollen, eine (nicht gezeigte) Grafikkarte gehört. Im Betrieb wird das Kühlmedium,
beispielsweise Luft, zunächst
aus dem Mikrokühler 13 und 14 über die
CPUs 20 und 22 geblasen und erzeugt einen Auslassstrom 24.
Das Kühlsystem
kann ferner konvergierende Kanäle 16 und 18 aufweisen,
wobei die CPUs 20 und 22 innerhalb einer konvergierenden
Leitung 17, die durch die vertikal angeordneten festen
konvergierenden Kanäle 16 und 18 gebildet
wird, (relativ zur zentral angeordneten Quelle 12) in Reihe
angeordnet sind. In einem (nicht gezeigten) alternativen Ausführungsbeispiel
sind die CPUs 20 und 22 bezüglich der zentral angeordneten
Quelle 12 parallel angeordnet.
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Die
konvergierende Leitung 17 stellt sicher, dass die CPUs
auch dann zumindest einen Teil des Kühlmittelstroms erhalten, wenn
einer der Mikrokühler
versagt. Die CPUs bilden die Vorrichtung höchster Leistungsdichte in der
Serverbox, und es ist ein effizientes Kühlsystem erforderlich, um die
Lebensdauer der CPUs 20 und 22 zu verbessern.
Daher wird das Kühlmedium
in dem Kühlsystem 2 zuerst,
wie in 1 veranschaulicht, über die CPUs 20 und 22 geblasen.
Am Einlass der Mikrokühler 13 und 14 ist
die Kühlmitteltemperatur am
niedrigsten.
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Ausführungsbeispiele
mit konvergierenden Kanälen 16 und 18 ermöglichen
eine Steigerung der Geschwindigkeit, während das Kühlmedium über die erste CPU 20 gelangt.
Die erhöhte
Geschwindigkeit verbessert den Wärmeübertragungskoeffizienten.
Obwohl die Temperatur des Kühlmediums
ansteigt, während
das Kühlmedium
durch die konvergierenden Kanäle 16 und 18 strömt, bleibt
die Kühlung
der zweiten CPU 22 insbesondere aufgrund des verbesserten
Wärmeübertragungskoeffizienten
vorteilhaft. In dieser Konstruktion stimmen die Winkel der konvergierenden
Kanäle 16 und 18 gegenüber den
CPUs 20 und 22 überein. In einigen weiteren
Ausführungsbeispielen,
wie sie in 2 veranschaulicht sind, bei
denen beide Mikrokühler
im Betrieb sind, können
die Winkel geeignet modifiziert sein, so dass ein Teil des von einem
der Mikrokühler
stammenden Kühlerstroms
normalerweise, nachdem er von einer der konvergierenden Platten
abgelenkt wurde, unmittelbar zu der CPU 22 strömt. 2 veranschaulicht
ein zweites exemplarisches Kühlsystem 46,
bei dem der konvergierende Kanal 16 einen Winkel bildet,
der im Vergleich zu dem durch den konvergierenden Kanal 18 (gegenüber den
CPUs 20 und 22) gebildeten Winkel weiter ist.
Im Betrieb strömt
der Strom 19 von dem Mikrokühler 13 zu der CPU 20.
Ein Teil des von dem Mikrokühler 14 ausgehenden
Stroms 21 trifft auf den konvergierenden Kanal 16 und
wird in Richtung der CPU 22 gelenkt. Dem Fachmann ist klar,
dass dieselbe Konfiguration des Kühlsystems für eine, zwei oder auch mehr
als zwei CPUs verwendet werden kann. In einigen Ausführungsbeispielen
können
die CPUs, statt in Reihe fluchtend auf einer Geraden angeordnet
zu sein, hintereinander um eine Gerade, jedoch in einer versetzten
Weise angeordnet sein.
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Das
Kühlsystem 2 nach 1 enthält ferner
mehrere Ablenkwände 30 und 32,
die dazu dienen, den Auslassstrom 24 zu einem übrigen Satz
von elektronischen Komponenten (wie sie beispielsweise als das Plattenlaufwerk 28 und
die Spannungsquelleneinheit 36 veranschaulicht sind) zu
verteilen. In einem Ausführungsbeispiel
weisen die Ablenkwände 30 und 32 eine
einzelne integrierte Struktur auf. Die Ablenkwände 30 und 32 sind
beide vertikal angeordnet und erstrecken sich durch die Dicke 26 der
Kapsel 4. In dem speziellen Ausführungsbeispiel von 1 basiert
die Ablenkwand 30 auf einer perforierten Platte oder einem
Netzgewebe, wobei die Platte oder das Netzgewebe im Wesentlichen
hohl ist. Der Begriff "im
Wesentlichen hohl" schließt im vorliegenden
ein Vorhandensein eines optimierten offenen Bereichs ein, um einem
Teilstroms eines Kühlmediums
zu ermöglichen,
sich zu dem stromabwärts
angeordneten Bereich 34 in der Kapsel 4 zu bewegen,
um irgendwelche (nicht gezeigten) sonstigen elektronischen Komponenten
zu kühlen.
In einigen weiteren Ausführungsbeispielen,
bei denen ein Strom über
den stromabwärts
angeordneter Bereich 34 weniger wichtig ist als in anderen
Bereichen der Kapsel, kann die Ablenkwand 30 alternativ
ein massives Blech sein. In dem Ausführungsbeispiel von 1 ist
die Ablenkwand 32 ein massives Metallblech und ist gegenüber der
Ablenkwand 30 unter einem Winkel angeordnet. Die Ablenkwand 30 wirkt
als ein Deflektor, der dazu dient, das Kühlfluid zu Bereichen zu bewegen,
die Kühlung
benötigen,
z.B. zu der Spannungsquelleneinheit 36 und zu Speichereinheiten,
beispielsweise zu dem Laufwerk 28.
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Ein
Teil 38 des Auslassstroms 24 wird durch die perforierte
Ablenkwand 30 abgelenkt, und der übrige Teil gelangt durch die
Ablenkwand 30 und strömt
zu dem stromabwärts
angeordneten Bereich 34, um eventuell vorhandene sonstige
elektronische Komponenten zu kühlen.
Ein Teil des abgelenkten Kühlmediums 38 wird über das
Plattenlaufwerk 28 geblasen, und nachdem das Kühlmedium über das
Plattenlaufwerk 28 geströmt ist, gelangt der Strom 42 zu
der Spannungsquelleneinheit 36.
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3 veranschaulicht
ein drittes exemplarisches Kühlsystem 50,
bei dem die Kapsel 4 ähnliche
elektronische Komponenten aufweist, wie sie in 1 gezeigt
sind. In dem exemplarischen Kühlsystem,
wie es in 3 veranschaulicht ist, ist die
Ablenkwand 30 nicht an der Seitenwand 8 der Kapsel 4 befestigt.
Die Ablenkwände 32 und 30 sind
beabstandet zu der Seitenwand 8 der Kapsel 4 angeordnet
und definieren einen Spalt 52, durch den Kühlmedium
strömen
kann. Die Ablenkwand 32 erstreckt sich vertikal durch die
gesamte Dicke 26 der Kapsel 4 und wirkt als ein
Deflektor. Die Ablenkwand 30 kann, wie in vorhergehenden
Abschnitten erwähnt,
eine perforiert Platte oder ein Netzgewebe sein. In diesem Ausführungsbeispiel
kann die Ablenkwand 30 abhängig von den Anforderungen
an die Kühlung
in dem stromabwärts
angeordneten Bereich 34 der Kapsel 4 alternativ
eine massive Platte sein. Ein Beispiel, das eine feste Platte verwendet,
ist ein Ausführungsbeispiel,
bei dem die Anforderungen an die Kühlung des stromabwärts angeordneten
Bereichs 34 angemessen durch das Volumen des Kühlmediums
bewältigt
wird, das den Spalt 52 durchquert. Im Betrieb strömt ein Teil des
Auslassstroms 24 zu dem stromabwärts angeordneten Bereich 34.
Der übrige
Teil des Auslassstroms 24 wird durch die massive Ablenkwand 32 abgelenkt
und strömt über das
Plattenlaufwerk 28 und die Spannungsquellen einheit 36,
wie sie in 2 gezeigt sind. Die vorbeigeleitete
Strömung 54,
die durch den Spalt 52 strömt, kann durch eine Anzahl
kleinerer Ablenkwände 56, 58 und 60 weiter
abgelenkt werden, die eine wirkungsvolle Verteilung der vorbeigeleiteten
Strömung 54 über den
stromabwärts
angeordneten Bereich 34 sicherstellen.
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4 veranschaulicht
ein viertes exemplarisches Kühlsystem 70 zum
Kühlen
elektronischer Komponenten. Das in 4 veranschaulichte
Kühlsystem
weist drei Ablenkwände
auf, wobei die erste Ablenkwand 72 in einer parallel mit
dem Strom des Kühlmediums
verlaufenden horizontalen Position angeordnet ist. Diese horizontale
Ablenkwand 72 kann auch als ein horizontaler Spalter bezeichnet
werden, der auf halber Höhe 26 der
Kapsel 4 angeordnet ist. Die Ablenkwand 72 unterteilt
gewöhnlich
den aus den Mikrokühlern 13 und 14 austretenden
Auslassstrom 24 in zwei Ströme, nämlich in eine obere Strömung 71 und
eine untere Strömung 78.
Die horizontale Ablenkwand 72 ist an einer zweiten Ablenkwand 70 befestigt,
wobei die Ablenkwand 70 vertikal angeordnet ist. Die vertikale
Ablenkwand 70 ist an der (nicht gezeigten) Oberseite und
an der Seitenwand 8 der Kapsel 4 und an der vertikalen
Ablenkwand 70 befestigt. Die horizontale Ablenkwand 72 und
die zweite Ablenkwand 70 sind mit einer dritten Ablenkwand 74 und
einer vierten Ablenkwand 76 verbunden. Die dritte Ablenkwand 74 ist
vertikal angeordnet und an der Unterseite 4 befestigt.
Die Höhe
der dritten Ablenkwand 74 stimmt gewöhnlich mit der Höhe überein,
in der die horizontale Ablenkwand 72 angeordnet ist. Im Betrieb
wird die obere Strömung 71 abgelenkt
und strömt
hinüber
zu dem Plattenlaufwerk 28 und der Spannungsquellen einheit 36.
Die untere Strömung 78 strömt weiter
zu dem stromabwärts
angeordneten Bereich 34, um die in diesem Bereich angeordneten
Elektronikkomponenten zu kühlen.
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Jede
der Ablenkwände
in der in 4 gezeigten Konfiguration trägt zu der
effizienten Verteilung des von den CPUs 20 und 22 herrührenden
Auslassstroms 24 bei. Die obere Strömung 71 trifft auf
die Ablenkwand 70 auf, die die obere Hälfte der Kapsel 4 oberhalb
der horizontalen Ablenkwand 72 absperrt. Nach dem Auftreffen
wird der Strom, wie durch Pfeile 75 gezeigt, abgelenkt.
Die vierte Ablenkwand 76 ist der Deflektor, wobei die Ablenkwand 76 auch
den Strom ablenkt, der sich in Richtung der Spannungsquelleneinheit 36 bewegt.
Die vierte Ablenkwand 76 kann eine vertikale Wand sein,
die an die horizontale Ablenkwand 72 anschließt und an der
Unterseite 4 der Kapsel 4 befestigt ist. Diese
exemplarische Anordnung von Ablenkwänden stellt sicher, dass sich
die gesamte untere Strömung 78 zu
dem stromabwärts
angeordneten Bereich 34 bewegt, und verhindert jedes Rückmischen
des Strom 78 in Richtung der Spannungsquelleneinheit 36 oder
des Plattenlaufwerks 28.
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In
sämtlichen
in 1-4 veranschaulichten Ausführungsbeispielen
sind die CPUs in Reihe angeordnet. Alternativ können die CPUs in dem stromabwärts angeordneten
Bereich 34 auch parallel angeordnet sein. In dieser Konfiguration
wird die untere Strömung 78 verwendet,
um die in dem stromabwärts
liegenden Bereich 34 angeordneten CPUs zu kühlen. Falls
die CPUs parallel angeordnet sind, stellen stromaufwärts der CPUs
ein konvergierender und anschließend ein (nicht gezeigter)
diver gierender Abschnitt sicher, dass die CPUs auch dann gleichmäßig gekühlt werden,
wenn einer der Mikrokühler
versagen sollte. Dieser konvergierende (oder konvergierende und
divergierende) Abschnitt kann eine beliebige Position gegenüber den
Ablenkwänden
aufweisen, ist jedoch unbedingt stromaufwärts der CPUs angeordnet.
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5 veranschaulicht
ein fünftes
exemplarisches Kühlsystem 80 zum
Kühlen
elektronischer Komponenten. Ähnlich
wie in der in 1 gezeigten Konfiguration gehören zu den
elektronischen Komponenten mehrere Zentraleinheiten (CPUs) 20 und 22,
ein Plattenlaufwerk 28 und eine Spannungsquelleneinheit 36. Das
Kühlsystem 70 enthält ferner
zwei zu den CPUs und dem Plattenlaufwerk 28 parallel verlaufende
Ablenkwände 83 und 81,
wobei ein Kanal für
den Luftstrom entsteht. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Mikrokühler 13 und 14 innerhalb
der Kapsel 4 angeordnet. Aufgrund der Saugkraft von Luft,
weisen die Mikrokühler 13 und 14 auf
der Saugseite einen geringeren Druck als die Umgebung auf. Die zu
dem Plattenlaufwerk 28 benachbarte Wand 11 ist
mit mehreren Öffnungen
ausgebildet, um der Umgebungsatmosphäre 86 zu ermöglichen,
in die Kapsel 4 zu strömen.
Da der Druck quer über
das Plattenlaufwerk 28 geringer ist als der Druck an der
Saugseite der Mikrokühler,
wird die Luft durch die Öffnungen
in der Wand 11 hineingesaugt und von der Ablenkwand 85 abgelenkt.
Die Ablenkwände 85, 83 und 81 bilden
einen Strömungspfad 88 für eine Rezirkulation
des Luftstroms 86 zurück
zu der Saugseite der Mikrokühler 13 und 14.
Wie in 5 gezeigt, wird der Rezirkulationsstrom durch
den Strom 82 bzw. 84 zu der Saugseite der Mikrokühler 13 und 14 einer
Wiederverwendung zuge führt.
Es sollte klar sein, dass die rechteckige Gestalt der Kapsel 4,
wie sie in dem Ausführungsbeispiel 80 gezeigt
ist, auch für
Ablenkwandanordnungen verwendet werden kann, die sich von den in
den 1-4 und 6-8 gezeigten
unterscheiden.
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6 veranschaulicht
ein sechstes exemplarisches Kühlsystem 89,
bei dem die CPUs 20 und 22 gegenüber der
zentral angeordneten Quelle 12 in einer parallel verlaufenden
Konfiguration angeordnet sind. Die aus den Mikrokühlern 13 und 14 austretenden
Luftströme
werden, wie in 6 gezeigt, über die CPUs 20 und 22 geblasen.
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7 veranschaulicht
ein siebtes exemplarisches Kühlsystem 90 zum
Kühlen
elektronischer Komponenten. Zu den elektronischen Komponenten gehören mehrere
Zentraleinheiten (CPUs) 20 und 22, ein Plattenlaufwerk 28 und
eine Spannungsquelleneinheit 36. Die Kapsel 4 kann
ferner andere Komponenten aufweisen zu denen, ohne auf diese beschränken zu
wollen, eine Grafikkarte gehört.
Das Kühlsystem
weist eine zentral angeordnete Quelle 12 auf, die zwei
Mikrokühler 13 und 14 enthält. Das
Kühlsystem
weist ferner mehrere Ablenkwände 92, 94, 96 und 98 auf.
Die Ablenkwände
können
auf gesonderten Einheiten basieren oder können alternativ einstückig ausgebildet
sein. Die CPUs 20 und 22 sind in dem stromabwärts angeordneten
Bereich 34 der Kapsel 4 in Reihe angeordnet. Die
Ablenkwände 92 und 94 sind
vertikal angeordnet, wobei sie den aus jedem Mikrokühler 13 und 14 austretenden
Strom aufteilen. Der aus dem Mikrokühler 14 austretende Strom 106 wird,
wie in 7 gezeigt, unmittelbar über die CPUs 20 und 22 geblasen.
Der von dem Mikrokühler 13 stammende
Strom 108 wird durch Ab lenkwände 96 und 98 abgelenkt,
um über
das Plattenlaufwerk 28 und über die Spannungsquelleneinheit 36 zu
strömen.
Die Ablenkwand 96 kann abhängig von der Anforderung an das
Volumen des Kühlmediums,
das zum Kühlen
der CPUs 20 und 22 verwendet wird, eine massive
Platte oder eine perforierte Platte oder ein Netzgewebe sein. Die
Ablenkwände 94 und 92 können um
Gelenke 100, 102 und 104 beweglich sein,
so dass sich die Positionen von 94 und 92 einstellen
lassen, falls einer der Mikrokühler
im Betrieb ausfällt.
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8 veranschaulicht
ein achtes exemplarisches Kühlsystem,
bei dem die Konstruktion der Ablenkwände dazu eingerichtet ist,
um den Strom über
die CPUs 20 und 22 zu steigern. Die Ablenkwände 112, 96 und 98 sind
in der Mitte des Auslasses 116 des Mikrokühlers 13 positioniert.
Diese Anordnung leitet die Hälfte des
von dem Mikrokühler 13 austretenden
Stroms sowie den gesamten von dem Mikrokühler 14 stammenden Strom
zu den CPUs 20 und 22. An der Verbindungsstelle 100 ist
senkrecht zu dem aus dem Mikrokühler 13 austretenden
Strom eine zusätzliche
Ablenkwand 114 angeordnet. Die zusätzliche Ablenkwand 114 lenkt
den von dem Mikrokühler 13 ausgehenden
Strom in Richtung der CPUs 20 und 22 ab. Die Ablenkwand 112 ist
an den Gelenken 100 und 116 und 118 beweglich,
und zwar in der Mitte des Auslasses des Mikrokühlers 14. In dem exemplarischen
Ausführungsbeispiel
arbeitet das Kühlsystem
auch dann effizient, wenn einer der Mikrokühler 13 und 14 ausfallen
sollte. Falls der Mikrokühler 13 im
Betrieb ausfällt,
kann die Ablenkwand 112 zu der Position 118 bewegt
werden, wodurch einem Teil des (noch) arbeitenden Mikrokühlers 14 ermöglicht wird,
mittels der Ablenkwände 96 und 98 Kühlmedium über das
Plattenlaufwerk 28 und die Spannungsquelleneinheit 36 zu
blasen. Falls im Betrieb der Mikrokühler 14 ausfällt, ermöglicht die
Konstruktion der Ablenkwände,
wie sie in 8 gezeigt sind, einem Teil des
von dem arbeitenden Mikrokühler 13 ausgehenden
Stroms mittels der zusätzlichen
Ablenkwand 114 über
die CPUs 20 und 22 zu gelangen. In sämtlichen
der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele
ist die Kapsel 4 im Wesentlichen frei von den Kühlmittelfluss
stagnierenden rezirkulierenden Hohlräumen, was den Wirkungsgrad
der Kühlung
erhöht.
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Die
hier beschriebenen Kühlsysteme
sorgen wirkungsvoll dafür,
das die Temperatur der elektronischen Komponenten auf keinen Fall
den Grenzwert überschreitet,
was die Betriebslebensdauer der Komponenten steigert. Die hier beschriebenen
Kühlsysteme
beschränken
die Temperatur der CPUs auf etwa 78 °C, des Plattenlaufwerks 28 auf
etwa 55 °C
und der Spannungsquelleneinheit auf etwa 50 °C.
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Offenbart
sind hier Verfahren zum Kühlen
elektronischer Komponenten, wie sie in den vorhergehenden Abschnitten
beschrieben sind. Einem Verfahren zum Kühlen mehrerer elektronischer
Komponenten beinhaltet die Schritte, aus einer zentral angeordneten
Quelle ein Kühlmedium
zu liefern und das Kühlmedium
mittels mehrerer Ablenkwände über die
elektronischen Komponenten zu verteilen.
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In
noch einem weiteren exemplarischen Verfahren zum Kühlen mehrerer
elektronischer Komponenten, zu denen wenigstens eine CPU und ein übriger Satz
elektronischer Komponenten ge hören,
wird das Kühlmedium
von einer zentral angeordneten Quelle hervorgebracht. Das Kühlmedium
wird zuerst über
die CPUs verteilt, wobei ein Auslassstrom erzeugt wird. Der Auslassstrom
wird anschließend
mittels mehrerer Ablenkwände über den übrigen Satz
elektronischer Komponenten aufgeteilt.
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Ein
Kühlsystem
zum Kühlen
mehrerer elektronischer Komponenten enthält eine zentral angeordnete Quelle
(12), die wenigstens einen Mikrokühler (13), der dazu
eingerichtet ist, einen Kühlmittelstrom
bereitzustellen, und mehrere Ablenkwände aufweist, die dazu eingerichtet
sind, um das Kühlmedium über die
elektronischen Komponenten zu verteilen. Die elektronischen Komponenten
sind in einer Kapsel (4) angeordnet.
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Während die
Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
beschrieben wurde, ist es dem Fachmann klar, dass an deren Elementen
vielfältige Änderungen
vorgenommen werden können
und die Beispiele durch äquivalente
Ausführungen
substituiert werden können,
ohne dass der Schutzumfang der Erfindung berührt ist. Darüber hinaus
können
viele Abwandlungen vorgenommen werden, um eine besondere Situation
oder ein spezielles Material an die Lehre der Erfindung anzupassen,
ohne von dem hauptsächlichen
Gegenstand der Erfindung abzuweichen. Es ist daher nicht beabsichtigt,
die Erfindung auf das spezielle Ausführungsbeispiel zu beschränken, das
als die am besten geeignete Weise der Verwirklichung der Erfindung
erachtet wird, vielmehr soll die Erfindung sämtliche Ausführungsbeispiele
einbeziehen die in den Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche fallen.
Darüber
hinaus ist mit der Verwendung der Begriffe erste, zweite, usw. nicht
eine Reihenfolge oder ein Vorrang festgelegt, sondern es werden
die Begriffe erste, zweite, usw. vielmehr verwendet, um ein Element
von einem anderen zu unterscheiden.
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