DE10032050A1 - Kühlvorrichtung für Computer - Google Patents

Abstract

Zur Schaffung einer einfachen und sicheren Kühlvorrichtung für Computer, mit einem auf einer Hauptplatine (5) angebrachten Prozessor (4), der über eine aktive Kühleinheit (3) auf Temperaturen unterhalb der Raumtemperatur, insbesondere auf Minus-Temperaturen, abkühlbar ist, wird vorgeschlagen, daß der Prozessor (4) und die Hauptplatine (5) in einer Kühlbox (6) aus mikroporösem, verpreßtem Keramikpulver auf Metalloxidbasis, insbesondere pyrogen erzeugter, hochdisperser Kieselsäure oder Silicium-Aerogel, eingesetzt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für Computer, mit einem auf einer Hauptplatine angebrachten Prozessor, der über eine aktive Kühleinheit auf Temperaturen unterhalb der Raumtemperatur, insbesondere auf Minus-Temperaturen, abkühlbar ist.

Zur Kühlung von Computern, insbesondere des Prozessors (CPU), gibt es neben der Kühlung über Kühlkörper und einen darauf angeordneten Gebläse auch aktive Kühleinheiten, mit denen die Prozessortemperatur unterhalb der Raumtemperatur abkühlbar ist. Beispielsweise werden hierzu Wasserkühlungen verwendet oder andere Kühlflüssigkeiten, die über Pumpen und Wärmetauscher umgewälzt werden. Mit diesen aktiven Kühleinheiten lassen sich Temperaturen weit unterhalb des Nullpunkts erreichen, so daß bei diesen Temperaturen der Prozessor und damit verbundene Schaltelemente, die insbesondere auf CMOS-Technologie basieren, mit wesentlich höheren Taktraten betrieben werden können.

Nachteilig bei den vorgenannten Kühleinheiten ist jedoch die Gefahr, daß bei einem Schlauchbruch zwischen der CPU und der Kühleinheit die verwendete Kühlflüssigkeit einen erheblichen Schaden bis zum Totalausfall des Computers anrichten kann. Darüber hinaus ist auch die direkte Wärmeabführung an dem Prozessor sehr aufwendig, da die Kühlflüssigkeit erhebliche Anforderungen an die Abdichtung unmittelbar an stromführenden Bauelementen stellt.

Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kühlvorrichtung für Computer zu schaffen, die einfacher und sicherer aufgebaut ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Kühlvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1. Bevorzugte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Durch die Einbringung des Prozessors zusammen mit seiner Hauptplatine (Motherboard) in eine Kühlbox sind keine Umbauarbeiten direkt an der Hauptplatine oder dem Prozessor erforderlich. Dadurch kann das Motherboard im wesentlichen unverändert in die Kühlbox eingesetzt werden, wobei lediglich die Kabel zu den Peripheriegeräten wie Netzteil, Laufwerke u. dgl. nach außen geführt werden. Von wesentlicher Bedeutung ist hierbei, daß durch die Ausbildung der Kühlbox aus mikroporösem, verpreßtem Keramikpulver auf Metalloxidbasis, insbesondere hochdisperser Kieselsäure oder Silicium-Aerogelen, eine wesentlich verbesserte Isolationsfähigkeit erreicht wird, da derartige Materialien eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit von nur noch etwa 0,01 W/mK oder darunter erreichen. Dieser Effekt wird noch verbessert, wenn derartige Dämmwerkstoffe evakuiert werden, beispielsweise auf Unterdrücke von 1-10 mbar. Hierzu wird das verpreßte Isolierverbundteil in eine möglichst luft- bzw. diffusionsdichte Umhüllung gepackt, um den Evakuierungsgrad über lange Zeit beizubehalten.

Aufgrund der ausgezeichneten Isolationsfähigkeit dieses Materials reichen sehr geringe Antriebsleistungen der aktiven Kühleinheit zur Umwälzung aus. Es sei darauf hingewiesen, daß gegenüber den ansonsten verwendeten Kühlflüssigkeiten hier Luft oder ein ähnliches Gas zur Anwendung gelangt, so daß selbst bei Schlauchbrüchen keine Beschädigung der Elektronik zu erwarten ist. Zudem wird durch die Verwendung von auf ca. -30°C abgekühlter Luft oder ähnlicher Gase (z. B. Stickstoff) der Bauaufwand der Kühleinheit wesentlich reduziert. Lediglich zur Vermeidung von Kondenswasser ist in der Kühleinheit bevorzugt ein Entfeuchter vorgesehen.

Die vorgeschlagene Kühlbox besteht in bevorzugter Ausführungsform aus zwei Halbschalen, die einen inneren Hohlraum bilden, in dem die Hauptplatine zusammen mit dem Prozessor (CPU) eingesetzt ist. Somit muß lediglich dieser Hohlraum mit einem Innenvolumen von z. B. etwa einem Liter gekühlt werden. Hierbei sind neben der Hauptplatine und dem Prozessor auch Speicherbausteine u. dgl. unterzubringen, so daß auch diese bei Minus-Temperaturen mit höheren Taktraten betrieben werden können. Die beiden Halbschalen der Kühlbox sind hierbei bevorzugt symmetrisch aufgebaut, um die Herstellung zu vereinfachen. Die Halbschalen sind dabei bevorzugt über Filmscharniere oder Klammern verbunden, wobei beispielsweise das Filmscharnier bevorzugt über Überstände einer beutelartigen Umhüllung für das isolierende mikroporöse Keramikpulver gebildet ist.

In der Kühlbox ist zudem zumindest eine Auslaßöffnung für die erforderlichen Kabel, beispielsweise die Datenleitungen zu den Laufwerken oder die Versorgungskabel von dem Netzwerk, vorgesehen. Um Wärmeverluste zu vermeiden, weist die Auslaßöffnung bevorzugt einen wellenförmigen Querschnitt auf, der zudem mittels mehrerer Dichtlippen weitgehend luftdicht verschlossen ist. Wie oben angedeutet, ist das mikroporöse, verpreßte Keramikpulver auf Metalloxidbasis bevorzugt in einer Umhüllung umschlossen und evakuiert, um die Wärmeleitfähigkeit weiter zu verringern. Zudem dient diese Umhüllung dem sicheren Einschluß des mikroporösen Keramikpulvers, insbesondere der hochdispersen Kieselsäure, damit keine Staubteilchen an die elektronischen Bauteile gelangen.

Nachfolgend wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel näher beschrieben und erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Perspektivdarstellung eines Computers mit einer Kühlvorrichtung; und

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung einer Kühlbox.

In Fig. 1 ist ein Computer-Gehäuse 1 in Strichpunktlinien angedeutet. Dieses Computer-Gehäuse 1 beherbergt neben einem unten angedeuteten Netzteil und einem oben angedeuteten Laufwerk zumindest eine Hauptplatine 5 und einen darauf angeordneten Prozessor 4. An die Hauptplatine (Motherboard) 5 ist über eine Vielzahl von Kabeln 8, insbesondere in Form eines Flachbandkabels, beispielsweise das darüber angeordnete Laufwerk oder das darunter angeordnete Netzteil angeschlossen. Zumindest der Prozessor 4 und die Hauptplatine 5 (sowie ggf. andere elektronische Bauteile) sind in einer Kühlbox 6 untergebracht, die zusammen mit einer Kühleinheit 3 die Kühlvorrichtung für den Computer bildet. Die Kühleinheit 3 ist hier schematisch am Sockel des Computer-Gehäuses 1 angeordnet und über einen wärmeisolierten Schlauch 3a mit der Kühlbox 6 verbunden.

Wie insbesondere aus der Schnittdarstellung der Kühlbox 6 in Fig. 2 ersichtlich ist, besteht die Kühlbox 6 aus zwei Halbschalen 6a, 6b, die einen inneren Hohlraum 6c bilden. Darin ist die Hauptplatine 5 mit der darauf angeordneten CPU eingesetzt. Die Halbschalen 6a und 6b sind bevorzugt symmetrisch aufgebaut und über ein Filmscharnier 6d miteinander verbunden. Zur Verbindung der beiden Halbschalen 6a und 6b können zudem außen umgreifende Klammern 10 vorgesehen sein. Das Filmscharnier 6d wird dabei bevorzugt durch Überstände einer Umhüllung 6e gebildet, die das hier wesentliche mikroporöse, verpreßte Keramikpulver auf Metalloxidbasis, insbesondere hochdisperser Kieselsäure oder Siliciumoxid-Aerogelen, umschließt. Dieses mikroporöse Keramikpulver, das punktiert dargestellt ist, kann ggf. mit Härter- und/oder Faserzusätzen sowie Trübungsmitteln (z. B. Ilmenit) versetzt sein. Dadurch erreichen diese Kieselsäuren mit einer BET-Oberfläche von mehreren hundert Quadratmetern pro Gramm ausgezeichnet geringe Wärmeleitwerte. Diese kann noch durch Evakuierung verbessert werden, indem das mikroporöse Keramikpulver nach dem Verpressen in eine beutelartige Kunststoff-Umhüllung 6e gegeben wird. Diese Umhüllung 6e ist hierbei bevorzugt diffusionsdicht ausgebildet.

Zur Herausführung der erforderlichen Verkabelung 8 von der Hauptplatine 5 zu den peripheren Bauteilen wie dem Netzteil, Laufwerken u. dgl. ist in der Kühlbox 6 eine schlitzförmige Auslaßöffnung 7 vorgesehen. Um hierbei eine möglichst gute Abdichtung zu erreichen, weist die Auslaßöffnung 7 einen wellenförmigen Querschnitt auf, wobei zumindest an der Innenseite zum Hohlraum 6c hin Dichtlippen 9 vorgesehen sind. Hierdurch läßt sich der Wärme- bzw. Kälteverlust an der Auslaßöffnung 7 weitgehend reduzieren, so daß der Leistungsbedarf der aktiven Kühleinheit 3 am Sockel des Computer-Gehäuses 1 gering gehalten werden kann.

Durch diese vorgeschlagene Kühlvorrichtung für Computer kann ohne großen Umbauaufwand der Prozessor 4 zusammen mit der Hauptplatine in die Kühlbox 6 gesteckt werden und an die aktive Kühleinheit 3 als Zusatzgerät, insbesondere in Form eines Unterbaugerätes, über den wärmeisolierenden Schlauch 3a angeschlossen werden. Sodann kann mit der erreichten Abkühlung der CPU und ähnlicher elektronischer Bauteile die Taktrate der Prozessoren (sog. Übertaktung) durchgeführt werden. Da die Abkühlung im Bereich der CPU aufgrund der umgewälzten Luftmenge eine gewisse Zeit in Anspruch nimmt, wird die Kühlvorrichtung vorzugsweise für dauernd betriebene Computer, insbesondere Netzwerk-Server, eingesetzt. Durch die Umhüllung der wesentlichen elektronischen Bauteile mittels der Kühlbox 6 wird zudem der Geräuschpegel (gegenüber Gebläsekühlung) erheblich reduziert.

Claims (10)

1. Kühlvorrichtung für Computer, mit einem auf einer Hauptplatine angebrachten Prozessor, der über eine aktive Kühleinheit auf Temperaturen unterhalb der Raumtemperatur, insbesondere auf Minus-Temperaturen, abkühlbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor (4) und die Hauptplatine (5) in einer Kühlbox (6) aus mikroporösem, verpreßtem Keramikpulver auf Metalloxidbasis, insbesondere pyrogen erzeugter, hochdisperser Kieselsäure oder Silicium-Aerogel, eingesetzt sind.

2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlbox (6) aus zwei einen inneren Hohlraum (6c) bildenden Halbschalen (6a, 6b) besteht.

3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbschalen (6a, 6b) symmetrisch ausgeformt sind.

4. Kühlvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbschalen (6a, 6b) über ein Filmscharnier (6d) und/oder Klammern (10) verbunden sind.

5. Kühlvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Filmscharnier (6d) durch Überstände einer Umhüllung (6e) gebildet ist.

6. Kühlvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß gegenüber dem Filmscharnier (6d) eine Auslaßöffnung (7) für Kabel (8), insbesondere Flachbandkabel, vorgesehen ist.

7. Kühlvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (7) einen wellenförmigen Querschnitt aufweist.

8. Kühlvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der Auslaßöffnung (7) mehrere Dichtlippen (9) vorgesehen sind.

9. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das mikroporöse, verpreßte Keramikpulver in einer zumindest weitgehenend diffusionsdichten Folienumhüllung (6e) evakuiert ist.

10. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung (6e) aus einem beutelartig ausgestalteten Kunststoffmaterial besteht.