CZ19376U1 - Chladicí systém pro chlazení počítače - Google Patents

Description

Chladicí systém pro chlazení počítače

Oblast techniky

Technické řešení se týká chladicího systému pro chlazení zejména počítačů, které zabezpečuje chlazení bez použití pohyblivých prvků.

s Dosavadní stav techniky

V současnosti je v drtivé většině chlazení počítačů zajišťováno vzduchem pomocí ventilátorů. Těchto ventilátorů obsahuje počítač několik a to pro chlazení zdroje, procesoru, jižního můstku, grafické karty, pevných disků a eventuelně přídavné chlazení vnitřku skříně. Některé výkonnější počítače mají hlavní komponenty jako je procesor a grafická karta, vyžadující chlazení, chlazeny io pomocí vodních bloků, které odebírají teplo do chladicího vodního okruhu, který za pomoci vodního čerpadla a radiátoru (většinou opatřeného ventilátorem) podobně jako chlazení v automobilu - vodu ochlazuje. Vc skříni počítače zůstává ovšem chlazení dalších komponent (mimo ty, které jsou opatřeny vodním blokem) prouděním vzduchu pomocí ventilátoru. Uvedené systémy chlazení počítače vždy produkují určitý hluk, jehož velikost je dána počtem a kvalitou použitých ventilátorů. Časem se tento hluk zvyšuje, cožje způsobeno opotřebením ložisek ventilátorů a jejich zanášením prachem. U chlazení pomocí vodního okruhu produkuje hluk kromě několika ventilátorů i vodní čerpadlo.

Snaha o bezhlučný provoz počítače vedla k řešení chlazení počítačů metodou převodu tepla od hlavních komponent počítače bloky opatřenými tzv. „heat-pipe“ trubicemi, kterými je teplo z těchto komponent předáváno chladiči z masivního hliníku s vnějším žebrováním (extruzí), takže okolní vzduch tyto bloky ochlazuje a tím prostřednictvím „heat-pipe“ trubic jsou ochlazovány jednotlivé komponenty počítače. Uvedené řešení je řešením německé firmy Deltatronic nebo korejské firmy Zalman. Nevýhodou tohoto řešení je špatné chlazení zbývajících komponent ve skříni počítače, dále s ohledem na fixní geometrický tvar mechanické konstrukce propojení „heat-pipe“ trubicí mezi komponentou a chladičem, lze do takové skříně instalovat jen vybrané modely základních desek s vhodným půdorysem rozmístění chlazených komponent, foto řešení není tedy univerzální a je navíc vystaveno hrozbě nepoužitelnosti takové počítačové skříně v budoucnosti v případě změny půdorysu umístění komponent u nových základních desek.

Dále byly provedeny pokusy chladit počítač ponořením do oleje. Tyto pokusy provádí v součástí) né době v laboratorních podmínkách americká firma Puget Systems, Dlouhodobým používáním bylo prokázáno, že počítač ponořený v oleji funguje. Chlazení olejové náplně však je řešené pomocí olejového čerpadla a radiátoru opatřeného ventilátorem (podobně jako je tomu u chlazení oleje v automobilu), někdy za podpory probublávání oleje vzduchem. Takový systém tedy neřeší eliminaci hluku počítače.

Žádný z výše popsaných systémů chlazení počítačů neřeší uvedené nevýhody tedy zejména hluk a vibrace vytvářené ventilátory případně čerpadly, která jsou napájena elektrickým proudem, uspokojivým způsobem. Cílem předloženého technického řešení je vytvořit chladicí systém pro počítače, kde by jednoduchým způsobem docházelo ke chlazení počítače bez jakéhokoli hluku nebo vibrací a bez přídavných nákladů na spotřebu energie, přičemž chladicí systém by byl snadno vyrobitelný.

Podstata technického řešeni

Cílem technického řešení je vytvořit chladicí systém zejména pro počítače, který odstraňuje výše uvedené nedostatky a jehož podstata spočívá v tom, že systém obsahuje vnější těleso, které je opatřeno dnem. V tělese je obsažena olejová lázeň do níž je ponořen počítač, přičemž těleso jc tvořeno plástem, který je vytvořen buď zcela nebo z části z tcplovodivého materiálu a vytváří ochlazovací plochu. Celá nebo alespoň část ochlazovací plochy je tvořena povrchy vertikálně probíhajících podélných prvků. Dno je k plášti tělesa připevněno v rovině kolmé na vertikální

- I C7. 19376 Ul podélné prvky, a to k vnitřní straně pláště tělesa, přičemž toto připojení je provedeno mechanicky a vodotěsně. Všechny plochy vertikálně probíhajících podélných prvků jsou určeny k přejímání tepla z olejové lázně a jeho předávání do okolního prostředí.

Jedním provedením ochlazovací plochy je, že celá nebo alespoň část ochlazovací plochy verti5 kalně probíhajících podélných prcků jc tvořena povrchy žeber vystupuj ících z vnější strany pláště tělesa.

Jiným provedením ochlazovací plochy je, že celá nebo alespoň část ochlazovací plochy vertikálně probíhajících podélných prvků je tvořena plochou vzájemně spojených dutých profilu tvořících plášť tělesa, to Výhodně má dutý profil kruhový či podobně zaoblený průřez.

V jiném provedení může mit dutý profil příčný průřez ve tvaru čtverce, obdélníka, trojúhelníka, kosodélníka a podobně.

Výhodně je ochlazovací plocha tělesa vytvořena z vertikálně probíhajících prvků stejných průřezů nebo z vertikálně probíhajících prvků odlišných průřezů.

Při využití zejména dutých profilů je při spojování dutých profilů k sobě dbát na to, že spojovaná plocha mezi jednotlivými dutými profily by měla být co nejmenší a zároveň ochlazovací plocha tvořená plochami spojených dutých profilů by měla být co největší.

Z hlediska výroby a funkce takového tělesa není v podstatě rozhodující, zda materiál pláště tělesa a materiál dna jsou totožné. Je třeba pouze zabezpečit, aby spojení dna a pláště tělesa bylo možné provést mechanicky a vodotěsně.

Přehled obrázků na výkresech

Na přiložených obrázcích je znázorněn systém chlazení počítače, přičemž na obr. 1A je znázorněn půdorys prvního provedení technického řešení, obr. 1 je bokorys tohoto prvního provedení. Obr. 2A znázorňuje půdorys druhého provedení a obr. 2B znázorňuje bokorys druhého provede25 ní. Obr. 3A znázorňuje půdorys dalšího provedení technického řešení a obr. 3B je bokorys tohoto dalšího provedení.

Popis příkladných provedení technického řešení

Na obr. IA je znázorněn schematicky bokorys chladicího systému i. Chladicí systém i sestává z tělesa 2 chladicího systému I. Obvodový plášť tohoto tělesa 2 tvoří ochlazovací plochu. Tato ochlazovací plocha je vytvořena zcela nebo jen zčásti z teplovodivého materiálu a je tvořena celá nebo alespoň z části všemi povrchy podélných vertikálních prvků 3, ze kterých je plášť tělesa 2. Podélné vertikální prvky 3 mohou být podélné prvky různého provedení. Například to mohou být vertikální podélná žebra vytvořená na vnějším povrchu pláště tělesa 2. Jiným provedením mohou být duté profily, které jsou k sobě navzájem připojeny a tvoří plášť tělesa 2. Duté profily jsou z teplovodivého matenálu např. mědi, hliníku či jiných materiálů. Jednotlivé duté profily jsou v daných oblastech k sobě spojeny mechanicky a tepelně, a to tak, že osy dutých profilů jsou rovnoběžné s vertikální osou tělesa 2. Takto vytvořený plášť tělesa 2 je opatřen dnem 6.

Dno 6 může být vyrobeno ze stejného nebo odlišného materiálu než je ochlazovací plocha. Dno 6 je s pláštěm tělesa 2 spojeno na vnitřní straně pláště tělesa 2 a to mechanicky a vodotěsně. Me4« chanické a vodotěsné připojení dna 6 k tělesu 2 muže být provedeno různými známými technikami, např. svařením, sešroubováním, snýtováním, slepením, zatřením či jinak.

Přednostně mohou být podélné vertikální prv ky 3 vytvořeny např. z měděného materiálu. Měď je materiál, který má vhodné tepelně vodivé vlastnosti a navíc je měď materiálem, který se dobře a jednoduše zpracovává. Jinou alternativou vhodného kovu může být např. hliník či jeho slitiny.

CZ 19376 Ul

Podélné vertikální prvky 3 tvořené dutými profily jsou výhodně trubky kruhového ěi podobného zaobleného příčného průřezu. Není však vyloučeno ani použití dutých profilů jiných příčných průřezů např. čtvercových, obdélníkových, kosodélníkových, trojúhelníkových či dalších průřezů. Při spojování dutých profilů jiných než kruhových průřezů je však třeba zabezpečit jednu ze základních podmínek, a to, že plocha spojených dutých profilů tvořících plášť tělesa 2 a přicházející do přímého styku s olejem, musí být vytvořena co největší.

Těleso 2 je naplněno olejovou lázní 5, kterou je např. elektroizolační olej, do kterého se ponoří počítač 7,

Je třeba uvést, že odborníkovi v dané oblasti techniky je zcela zřejmé, že provedení pláště tělesa kj 2 může být představeno více variantami. Jednak je možné celý plášť vytvořit z materiálu, opatřeného vertikálním žebráváním, nebo může být celý plášť tělesa vytvořen svařením dutých profilů např. trubek. Dalším provedením může být plášť, jehož ochlazovací plocha je jen zčásti vytvořena z podélných vertikálních prvků, a to buď z vertikálních prvků se žebry nebo s dutými profily nebo z kombinace uvedených vertikálních prvků. Odborníkovi je zcela nasnadě, že ěím větší je povrch ochlazovací plochy, tím účinnější je chlazení. Je tedy na odborníkovi jakou kombinaci vertikálních podélných prvků zvolí.

Fungování popsaného chladicího systému je následující. Teplo produkované jednotlivými součástmi počítače 7 zejména procesorem, grafickou kartou, jižním můstkem, paměťmi apod. je absorbováno olejem a olej toto teplo předává plášti tělesa 2. Plášť tělesa 2 tvořený vertikálními podélnými prvky teplo odvádí pomocí ochlazovací plochy tvořené všemi povrchy těchto podélných prvků do okolního prostředí. Okolní vzduch proudí jak okolo vertikálních žeber tak i vnitřkem podélných vertikálních prvků 3 a obtéká i tyto vertikální prvky 3 z vnějšku, čímž dostatečně ochlazuje obvodový plášť tělesa 2 tak, aby teplota oleje a tím i teplota v něm uloženého počítače 7 byla udržena na hodnotě teploty vhodné pro bezproblémový chod počítače i při jeho maximální ním zatížení. Chlazení oleje se takto děje přirozenou konvekcí tepla mezi olejovou lázní 5, obvodovým pláštěm tělesa 2 tvořeným teplovodivým pláštěm tělesa 2 a vzduchem, který těleso 2 přirozené obtéká.

Výhodně je materiálem, z něhož je plášť tělesa 2 vytvořen, měď. Měděný materiál se jednak dobře zpracovává známými technikami a jednak zajišťuje potřebné teplovodivé vlastnosti. Jiným

5o využitelným materiálem může být hliník ci jeho slitiny případně další materiály, zabezpečující jak požadavky výroby tak i žádané vlastnosti definované konstrukce.

Vzhledem ke skutečnosti, že popsaný chladicí systém nevyužívá žádný další konstrukční prvek jako je ventilátor nebo čerpadlo, je chod takto chlazeného počítače velmi tichý a klidný, bez jakéhokoli hlukového zatížení prostředí, v němž se počítač používá. Kromě toho takto chlazený počítač nemá žádnou přídavnou spotřebu energie a minimální nároky na údržbu.

Průmyslová využitelnost

Předložené řešení je průmyslově využitelné zejména pro chlazení osobních počítačů, a to jak v kancelářích, průmyslových provozech, laboratořích a podobných prostředích tak i v domácnostech či školách. Popsaným řešením je možné ochlazovat i jiná zařízení či prvky, které vyžadují chlazení. Popsaný chladicí systém je vyrobitelný z dostupných materiálů, jednoduchým nepříliš náročným způsobem. Podobné systémy je možné využít i pro chlazení jiných zařízení, které produkují při svém provozu teplo, přičemž je požadováno, aby zatížení hlukem případně vibracemi bylo nulové.

Claims (6)

1. Chladicí systém pro chlazení zejména počítače zahrnující vnější tcieso (2), které je opatřeno dnem (6), v telese (2) je obsaženo chladicí médium zejména olejová lázeň (5) pro chlazení do média ponořeného počítače (7), vyznačující se tím, že těleso (2) je tvořeno zcela nebo alespoň zčásti pláštěm z teplovodivého materiálu, který tvoří ochlazovací plochu, přičemž celá nebo alespoň část ochlazovací plochy je tvořena povrchy vertikálně probíhajících podélných prvku (3) uspořádaných na vnější straně pláště tělesa (2), a dno (6) je k plášti tělesa (2) připevněno v rovině kolmé na podélné prvky, a to k vnitřní straně pláště tělesa (2) mechanicky a vodotěsné, přičemž všechny plochy vertikálně probíhajících podélných prvků (3) jsou určeny k přejímání tepla z olejové lázně (5) a jeho předávání do okolního prostředí.

2. Chladicí systém pro chlazení zejména počítače podle nároku 1, v y z n a č u j í c í se tím, že ochlazovací plocha vertikálně probíhajících podélných prvků (3) je tvořena povrchy žeber vystupujících z vnější strany pláště tělesa (2).

3. Chladicí systém pro chlazení zejména počítače podle nároku 1, vyznačující se tím, že ochlazovací plocha vertikálně probíhajících podélných prvků (3) je tvořena plochou vzájemně spojených dutých profilů, které tvoří plášť tělesa (2).

4. Chladicí systém pro chlazení zejména počítače podle nároku 3, vyznačující s c tím, že dutý profil má kruhový či podobně zaoblený průřez.

5. Chladicí systém pro chlazení zejména počítače podle nároku 3, vyznačující se tím, že dutý profil má příčný průřez ve tvaru čtverce, obdélníka, trojúhelníka, kosodéiníka a podobně.

6. Chladicí systém pro chlazení zejména počítače podle nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že ochlazovací plocha telesa (2) je vytvořena z vertikálně probíhajících prvků (3) stejných průřezů nebo z vertikálně probíhajících prvků (3) odlišných průřezů.