DD204149A1

DD204149A1 - COOLING DEVICE ACCORDING TO THE HOT WATER PRINCIPLE, ESPECIALLY FOR ELECTRONIC CIRCUIT ARRANGEMENTS

Info

Publication number: DD204149A1
Application number: DD23588081A
Authority: DD
Inventors: Zsolt Voeroesmarthy
Original assignee: Zsolt Voeroesmarthy
Priority date: 1981-12-17
Filing date: 1981-12-17
Publication date: 1983-11-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kuehlvorrichtung, die vorwiegend fuer die Waermeuebertragung von verteilten und/oder schwer zugaenglichen Waermequellen zu einer Waermesenke geeignet ist. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kuehlvorrichtung, welche auf dem Waermerohrprinzip beruht, zu schaffen, die es gestattet, eine effektive Waermeuebertragung mit einfachen Mitteln zu erreichen, wobei die Kuehlvorrichtung die den zu kuehlenden Teilen entsprechende Form aufweisen soll. Diese Aufgabe wird erfindungsgemaess dadurch geloest, dass in dem Hohlraum zwischen Waermequelle(n) und Waermesenke ein Ballon aus gummiartigem Material eingebracht ist, der mit einem Kuehlmedium, dessen Siedepunkt bei Betriebsdruck zwischen Umgebungstemperatur, z.B. Zimmertemperatur der zu kuehlenden Teile liegt, gefuellt ist und der Ballon den Hohlraum zwischen Waermequelle(n) und Waermesenke weitgehend ausfuellt, wobei er sich an die im Hohlraum angeordneten einzelnen Teile, wie Bauelemente, Baugruppen usw. weitgehend anschmiegt bzw. diese ganz oder teilweise umschliesst.The invention relates to a cooling device, which is mainly suitable for heat transfer of distributed and / or difficult-to-access heat sources to a heat sink. The aim and object of the invention is to provide a cooling device which is based on the heat pipe principle, which allows to achieve an effective heat transfer by simple means, wherein the cooling device should have the shape to be cooled corresponding parts. This object is achieved according to the invention in that in the cavity between heat source (s) and heat sink, a balloon of rubber-like material is introduced, which with a cooling medium whose boiling point at operating pressure between ambient temperature, e.g. Room temperature of the parts to be cooled is filled and the balloon largely fills the cavity between the heat source (s) and heat sink, where it largely conforms to the individual parts arranged in the cavity, such as components, assemblies, etc. or encloses them wholly or partly ,

Description

Titel title der the Erfindunginvention

Kühlvorrichtung nach dem Wärmerohrprinzip, insbesondere für elektronische Schaltungsanordnungen 5Cooling device according to the heat pipe principle, in particular for electronic circuit arrangements. 5

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung, die vorwiegend für die Wärmeübertragung von verteilten und/oder schwer zugänglichen Wärmequellen zu einer Wärmesenke geeignet ist. Die Kühlvorrichtung beruht dabei auf dem Prinzip des sogenannten Wärmerohres und kann insbesondere zur Kühlung elektronischer Schaltungsanordnungen eingesetzt werden.The invention relates to a cooling device, which is mainly suitable for the heat transfer from distributed and / or difficult to access heat sources to a heat sink. The cooling device is based on the principle of the so-called heat pipe and can be used in particular for cooling electronic circuit arrangements.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es ist bekannt, daß Wärmerohre mit sehr hoher Effektivität Wärme von konzentrierten Wärmequellen zu Wärmesenken abführen können. Bei mehreren verteilt angeordneten oder schwer zugänglichen Wärmequellen würde der Aufwand zur Kühlung aber sehr groß bzw. uneffektiv werden. Eine derartige Kühlvorrichtung ist in der DE-OS 2 550 419 enthalten. Sie dient dazu, Wärme von integrierten Schaltungsmodulen abzuführen und besteht aus einer Aluminiuraschichten-Anordnung, die auf der Oberseite einer Leiterplatte gesichert ist. Die Kühl-It is known that heat pipes with very high efficiency can dissipate heat from concentrated heat sources to heat sinks. For several distributed or difficult to access heat sources, the cost of cooling would be very large or ineffective. Such a cooling device is contained in DE-OS 2,550,419. It serves to dissipate heat from integrated circuit modules and consists of an aluminum layer arrangement secured to the top of a printed circuit board. The cooling

vorrichtung weist mehrere Wärmerohre zum Obertragen von Wärme zu einem Kondensationsbereich auf. Oedes Wärmerohr besteht aus einem mittigen Dampfkanal mit mehreren parallelen Kapillar- oder Haarnadelrillen, von denen jede auf einer Seite zum Dampfkanal offen ist und die somit den Docht des Wärmerohres bilden» Sie verlaufen über die Leiterplattenlänge zu einem Kondensationsbereich. Für jede Reihe von integrierten Schaltungsmodulen ist ein Wärmerohr vorgesehen. Die Wärme von den Schaltungsmodulen verdampft ein Arbeitsmittel in den Kapillarrillen und der Dampf strömt im Dampfkanal zum Kondensationsbereich, wo er durch ein in diesem Bereich strömendes Kühlmittel gekühlt und kondensiert wird.Device has a plurality of heat pipes for transferring heat to a condensation region. Oedes heat pipe consists of a central steam channel with several parallel capillary or hairpin grooves, each of which is open on one side to the steam channel and thus form the wick of the heat pipe »They run over the PCB length to a condensation area. For each series of integrated circuit modules, a heat pipe is provided. The heat from the circuit modules vaporizes a working fluid in the capillary grooves and the vapor flows in the vapor channel to the condensation region, where it is cooled and condensed by a coolant flowing in this region.

Dieser Kühlvorrichtung haften mehrere Nachteile an. Sie ist relativ kompliziert aufgebaut und benötigt eine Vielzahl spezieller Teile. Die Bauelemente müssen auf der Leiterplatte verkehrt eingelötet werden und zur Produktion der Kühlvorrichtung ist eine spezielle kostspielige Technologie erforderlich. Die Art der Konstruktion gewährleistet auch nicht die Dichtheit der vielen erforderlichen Wärmerohre.This cooling device has several disadvantages. It is relatively complicated and requires a variety of special parts. The components must be soldered reversed on the circuit board and the production of the cooling device is a special expensive technology required. The nature of the construction does not guarantee the tightness of the many required heat pipes.

Nach der DE-OS 2 614 917 wird zur Kühlung elektronischer Schaltungsanordnungen, wie z. B. einer bestückten Leiterplatte, ein Füllkörper zwischen diese und einer Wärmesenke angeordnet, wobei die Form des Füllkörpers den Bauelementen auf der Leiterplatte und der Wärmesenke angepaßt ist. Der Füllkörper besteht aus elastomerem Material, z. B, Silikongummi, und soll nicht an der elektronischen Schaltungsanordnung oder Wärmesenke haften.According to DE-OS 2,614,917 is for cooling electronic circuitry, such. As a populated circuit board, a filler between this and a heat sink, wherein the shape of the filler body is adapted to the components on the circuit board and the heat sink. The filler is made of elastomeric material, for. B, silicone rubber, and should not adhere to the electronic circuitry or heat sink.

Nachteilig bei dieser Lösung, die auf dem Wärmeleitprinzip beruht, ist, daß die Füllkörper der jeweiligen elektronischen Schaltungsanordnung bzw. den auf der Leiterplatte angeordneten Bauelemente und der Wärmesenke angepaßt werden müssen, d. h., sie müssen für alle Leiterplattentypen entsprschend vorge-A disadvantage of this solution, which is based on the Wärmeleitprinzip is that the filler of the respective electronic circuitry or disposed on the circuit board components and the heat sink must be adjusted, d. h., they must be suitable for all types of PCBs.

gössen bzw· bearbeitet werden. Die Wärmeleitung ist relativ gering und wird mit zunehmender Dicke des Füllkörpers uneffektiver in der Wirkung·pouring or processing. The heat conduction is relatively low and becomes less effective with increasing thickness of the packing.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, eine effektivere Wärmeübertragung, auch von verteilten und/oder schwer zugänglichen Wärmequellen mit einfachen Mitteln zu erreichen· IOThe aim of the invention is to achieve a more effective heat transfer, even of distributed and / or difficult to access heat sources by simple means · IO

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlvorrichtung, welche auf dem Wärmerohrprinzip beruht, zu schaffen, die es gestattet, eine effektive Wärmeübertragung von den einzelnen wärmeerzeugenden Teilen, wie z, 8. Bauelementen, Baugruppen usw. einer elektronischen Schaltungsanordnung, zu einer Wärmesenke zu erreichen, wobei die Kühlvorrichtung die den zu kühlenden Teilen usw, entsprechende Form annehmen bzw. den Raum zwischen Wärmequelle(n) und Wärmesenke ausfüllen soll und Änderungen des konstruktiven Aufbaus der zu kühlenden Teile vermieden werden.The invention has for its object to provide a cooling device, which is based on the heat pipe principle, which allows an effective heat transfer from the individual heat-generating parts, such as, 8. Components, assemblies, etc. of an electronic circuit to a heat sink reach, wherein the cooling device to take the parts to be cooled, etc., corresponding form or fill the space between the heat source (s) and heat sink and changes in the structural design of the parts to be cooled are avoided.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst , daß in dem Hohlraum zwischen Wärmequelle(n) und Wärmesenke ein Ballon aus gummiartigem Material eingebracht ist, der mit einem Kühlmedium, dessen Siedepunkt bei Betriebsdruck zwischen Umgebungstemperatur, z, B. Zimmertemperatur und Temperatur der zu kühlenden Teile liegt, gefüllt ist und der Ballon den Hohlraum zwischen VVärmequelle(n) und Wärmesenke weitgehend ausfüllt, wobei er sich an die im Hohlraum angeordneten einzelnen Teile, wie Bauelemente, Baugruppen usw. weitgehend anschmiegt bzw. diese ganz oder teilweise umschließt.This object is achieved in that in the cavity between the heat source (s) and heat sink, a balloon made of rubbery material is introduced, which is a cooling medium, the boiling point at operating pressure between ambient temperature, z, B. room temperature and temperature of the parts to be cooled , is filled and the balloon largely fills the cavity between VVärmequelle (s) and heat sink, wherein it largely conforms to the individual parts arranged in the cavity, such as components, assemblies, etc., or encloses these wholly or partially.

Aus Gründen der möglichen Osmose ist als Kühlmedium ein Gas bzw· eine Flüssigkeit mit großer Molekülgröße zu wählen.For reasons of possible osmosis, a gas or a liquid with a large molecule size must be selected as the cooling medium.

Zweckmäßigerweise ist an der Eintrittsöffnung des Ballons ein Ventil vorhanden, mit dem es möglich ist, den Ballon abzudichten oder bedarfsweise das darin enthaltene Kühlmedium abzulassen·Conveniently, at the inlet opening of the balloon, a valve is provided, with which it is possible to seal the balloon or, if necessary, drain the cooling medium contained therein ·

Weiterhin ist es möglich, das erforderliche Kühlmedium aus einem Druckbehälter, beispielsweise einer Patrone, zu entnehmen, welche an der Eintrittsöffnung des Ballons bzw. an das Ventil angeschlossen ist» Mittels des Ventils ist es möglich, den Kühlmediendruck im Ballon entsprechend einzustellenFurthermore, it is possible to remove the required cooling medium from a pressure vessel, for example a cartridge, which is connected to the inlet opening of the balloon or to the valve. By means of the valve it is possible to adjust the cooling medium pressure in the balloon accordingly

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Um die Kühlung in den verschiedensten Betriebslagen der Wärmequelle(n) zur Wärmesenke zu sichern und/oder eine gleichmäßige Verteilung des Kühlmediums zu erreichen, kann eine als Docht dienende kapillare Matte, z. B. aus Filz, in den Ballon eingefügt werden. Der Docht muß auf der zu kühlenden Seite und dem tiefsten Teil des Ballons aufliegen und diese verbinden.In order to ensure the cooling in a variety of operating positions of the heat source (s) to the heat sink and / or to achieve a uniform distribution of the cooling medium, serving as a wick capillary mat, z. As felt, are inserted into the balloon. The wick must rest on the side to be cooled and the deepest part of the balloon and connect them.

Working Example

Die Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden. Es stellen darThe invention will be explained below with reference to two exemplary embodiments with reference to the drawings. It represents

Fig. 1: eine mit einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung ausgestattete Baugruppe eines elektronischen GeFig. 1: equipped with a cooling device according to the invention assembly of an electronic Ge

rätes im Schnittadvice on average

Fig. 2: eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung als Kühlmodul für ein elektronisches Gerät im Schnitt2 shows a cooling device according to the invention as a cooling module for an electronic device in section

In Fig, 1 ist als Kühlvorrichtung im Hohlraum 1 zwischen einer bestückten Leiterplatte 2 und einem Metallgehäuse 3 ein Ballon 4 aus gummiartigem und elektrisch nichtleitendem Material eingefügt, der den vorhandenen Hohlraum 1 nach dem Einblasen eines Kühlmediums, z. B, eines Gases bzw, einer Flüssigkeit, mit großer Molekühlgröße über ein Ventil 5 ausfüllt und sich an jedes einzelne Bauelement 6 sowie an das Metallgehäuse 3 anschmiegt ·In Fig. 1 is inserted as a cooling device in the cavity 1 between a populated printed circuit board 2 and a metal housing 3, a balloon 4 made of rubbery and electrically non-conductive material, the existing cavity 1 after blowing a cooling medium, for. B, a gas or, a liquid, with a large molecule size fills via a valve 5 and conforms to each individual component 6 and to the metal housing 3 ·

Das Kühlmedium muß einen Siedepunkt besitzen, der bei Betriebsdruck zwischen Umgebungstemperatur und Temperatur der zu kühlenden Teile liegt. Dadurch tritt eine Wirkung wie bei einem Wärmerohr auf, indem ein Kreislauf des Kühlmediums erfolgt,The cooling medium must have a boiling point which is at operating pressure between the ambient temperature and the temperature of the parts to be cooled. As a result, an effect occurs as with a heat pipe by a circulation of the cooling medium takes place,

15' Gemäß Fig* 2 ist die Kühlvorrichtung als Kühlmodul für ein elektronisches Gerät aufgebaut» Ein derartiger Kühlmodul, welcher als zwischen die einzelnen Leiterplatten einschiebbare Einheit ausgebildet ist, besteht im wesentlichen aus einem Ballon 4, einem Ventil 5, einem Kühlkörper 7, einem Kühlblech 8 und einer über ein Ventil 5 an den Ballon 4 angeschlossenen Patrone 9, die das erwähnte Kühlmedium enthält. Im Kühlmodul ist der Ballon 4 auf das Kühlblech 8 aufgeklebt , damit das Einschieben des Kühlblechs 8 in die vorgesehenen Schienen durch den Ballon 4 nicht erschwert wird,15 'According to Fig * 2, the cooling device is constructed as a cooling module for an electronic device. »Such a cooling module, which is designed as insertable between the individual circuit boards unit consists essentially of a balloon 4, a valve 5, a heat sink 7, a cooling plate 8 and a connected via a valve 5 to the balloon 4 cartridge 9 containing the mentioned cooling medium. In the cooling module, the balloon 4 is glued to the cooling plate 8, so that the insertion of the cooling plate 8 in the rails provided by the balloon 4 is not difficult,

25' Mittels der Patrone 9 wird der Ballon 4 nach öffnen des Ventils 5 mit einem Kühlmedium entsprechend dem Ausführungsbeispiel 1 gefüllt bzw, aufgeblasen und schmiegt sich eng an die auf der bestückten Leiterplatte 2 vorhandenen Bauelemente, den Kühlkörper 8, das Kühlblech 9 und an vorhandene Gehäuseteile an« Damit ist der Kühlmodul funktionsfähig.25 'By means of the cartridge 9, the balloon 4 is filled after opening the valve 5 with a cooling medium according to the embodiment 1 or, inflated and snugly fits the existing on the printed circuit board 2 components, the heat sink 8, the cooling plate 9 and existing Housing parts on «This enables the cooling module to function.

Zum eventuellen Auswechseln der bestückten Leiterplatte 2 wird das Kühlmedium aus dem Ballon 4 über die Eintrittsöffnung abgelassen, der Kühlmodul aus dem elektronischen Gerät herausgezogen und nach Auswechseln der Leiterplatte 2 wieder eingeschoben. An die Eintrittsöffnung des Ballons 4For possible replacement of the assembled printed circuit board 2, the cooling medium is discharged from the balloon 4 via the inlet opening, the cooling module pulled out of the electronic device and inserted after replacing the circuit board 2 again. At the inlet opening of the balloon 4th

wird eine neue Patrone 9 angeschlossen und derselbe wieder entsprechend aufgeblasen.a new cartridge 9 is connected and the same inflated again accordingly.

Die erfindungsgeraäße Kühlvorrichtung ist universell für die verschiedenartigsten Kühlzwecke anwendbar, z. B* zur Kühlung von elektronischen Geräten, die in einem Mastcontainer untergebracht sind und wobei das Containergehäuse die Wärmesenke darstellt, für im Freien montierte Fernsehumsetzer und Antennenverstärker usw.«The erfindungsgeraäße cooling device is universally applicable for a variety of cooling purposes, eg. B * for cooling electronic equipment housed in a mast container, the container housing being the heat sink, for outdoor TV transmitters and antenna amplifiers, etc. «

Claims

- 7 invention claim

1. Cooling device according to the heat pipe principle, in particular for electronic circuit arrangements, characterized in that in the cavity (1) between the heat source (s) and heat sink a balloon (4) made of rubber-like material is introduced, with a cooling medium whose boiling point at operating pressure between Uragebungstemperatur and temperature of the parts to be cooled, is filled and the balloon (4) the cavity (1) between the heat source (s) and heat sink largely fills, wherein it in the cavity (1) arranged individual parts, such as components (6 ), Assemblies, etc. largely clings or wholly or partially surrounds ·

2 »cooling device according to item 1, characterized in that a gas or a liquid is present as the cooling medium whose molecular diameter is large.

3. Cooling device according to item 1 or 2, characterized in that at the inlet opening of the balloon (4), a valve (5) is present.

4. Cooling device according to Pkt. 1 to 3, characterized in that at the inlet opening of the balloon (4) a pressure vessel, for. B. a cartridge (9) is connected to the required cooling medium.

5. Cooling device according to item 1 to 4, characterized in that in aen balloon (4) serving as a wick capillary mat, z. As felt, is inserted so that it rests on the side to be cooled and the deepest part of the balloon and this connects «

For this 1 sheet drawing