DE10148520A1

DE10148520A1 - Kühlluftführung

Info

Publication number: DE10148520A1
Application number: DE2001148520
Authority: DE
Inventors: Guenther Veh
Original assignee: Fujitsu Technology Solutions GmbH
Current assignee: Fujitsu Technology Solutions GmbH
Priority date: 2001-10-01
Filing date: 2001-10-01
Publication date: 2003-04-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlluftführung in einem elektronischen Gerät, wie z. B. einem Computer, Server oder dergleichen, in dem über einem Wärme erzeugenden Bauteil eine Kühlanordnung (2) vorgesehen ist, wobei diese aus einem Kühlelement (3) und einem darüber angeordneten Lüfter (4) besteht. Zur Steigerung der Kühlleistung ist erfindungsgemäß zwischen dem Lüfter (4) und dem Kühlelement (3) der Kühlanordnung (2) eine Entkoppelungsebene (5) ausgebildet, welche verhindert, daß die ausgeblasene Kühlluft wieder auf direktem Wege in den Kühlluftansaugbereich (6) des Lüfters (4) gelangt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlluftführung in einem elektronischem Gerät, wie einem Computer, Server oder dergleichen, in dem über einem Wärme erzeugenden Bauteil eine Kühlanordnung vorgesehen ist, wobei die Kühlanordnung ein Kühlelement und einen am oder im Kühlelement angeordneten Lüfter aufweist, der Kühlluft auf und/oder durch das Kühlelement bläst.
Aus dem Stand der Technik ist z. B. bekannt Kühlluftführungen in Form von Luftleithauben einzusetzen, welche in der Regel am Lüfter des Netzteiles angeschlossen sind und die Kühlluft zur Kühlanordnung leiten.
Durch die Verwendung einer Luftleithaube kommt es zu einer erheblichen Leistungssteigerung bei der Kühlung der Bauelemente, da von außen frische Kühlluft zugeführt wird. Jedoch genügt auch diese Kühlleistung bei gewissen Bauelementen zur Kühlung nicht mehr aus. Insbesondere bei Prozessoren erhöht sich die Wärmeabgabe mit der Erhöhung der Taktfrequenz. Da diese von Generation zu Generation stetig steigt, erhöht sich somit auch stetig die Wärmeabgabe und es müssen immer neue Maßnahmen entwickelt werden, um die Kühlung der Prozessoren effizienter zu gestalten.
Die Luftleithauben haben den weiteren Nachteil, daß relativ - viel Platz benötigt wird und sie nur Computersystemen verwendet werden können, in welchen die Platzverhältnisse einen separaten Kühllufteinlaß von außen erlauben. Insbesondere bei Serversystemen, bei denen die Server in einzelnen Einschüben aufgenommen sind, welche wiederum in einen Serverschrank eingeschoben werden, ist es so gut wie unmöglich separate Kühllufteinlaßöffnungen vorzusehen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Kühlluftführung in einem Computer so weiter zu entwickeln, daß mit einer Kühlanordnung nach dem Stand der Technik eine gesteigerte Kühlleistung erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei der Kühlanordnung durch eine Entkoppelungsebene ein getrennter Kühlluftansaugbereich und Kühlluftausblasbereich definiert ist.

Durch die Entkoppelungsebene wird erreicht, daß die aus der Kühlanordnung ausgestoßene erwärmte Kühlluft nicht wieder unmittelbar eingesaugt wird. Somit ist gewährleistet, daß in den Kühlluftansaugbereich stets kühlere Kühlluft gelangt und diese nicht mit der erwärmten Luft, welche aus dem Kühlelement ausgestoßen wird, vermischt wird.

Durch die im Prinzip einfache Maßnahme der Entkoppelungsebene zwischen Kühlluftansaug- und Kühlluftausblasbereich wird eine hohe Effizienzsteigerung der Kühlanordnung erzielt.

Vorzugsweise umschließt die Entkoppelungsebene die Kühlanordnung vollständig und ist im Bereich zwischen Kühlelement und Lüfter angeordnet. Bei Kühlanordnungen, wie sie z. B. von der amerikanischen Firma Agelant hergestellt werden, ist der Lüfter in der Kühlanordnung integriert. Auch in dieser Ausführung ist die Entkopplungsebene in der Höhe angeordnet, in der der Kühlluftansaugbereich in den Kühlluftausblasbereich übergeht. Die Entkopplungsebene ist dadurch in ca. 2/3 der Geamthöhe der Kühlanordnung angeordnet. Durch das vollständige Umschließen der Kühlanordnung durch die Entkoppelungsebene wird gewährleistet, daß die ausgeblasene Kühlluft an allen Seiten von Kühlluftansaugbereich abgeschirmt ist.

Sind mehrere Kühlanordnungen nebeneinander angeordnet, ist eine weitere Kühlungssteigerung dadurch zu erzielen, daß zwischen den Entkoppelungsebenen relativ zu den Entkoppelungsebenen senkrecht angeordnete Entkoppelungsstege angeordnet sind. Die Entkoppelungsstege verhindern, daß die ausgeblasene Kühlluft der einen Kühlanordnung in den Kühlluftansaugbereich der benachbarten Kühlanordnung gelangen.

In der Regel wird der Kühlanordnung die Kühlluft über den Lüfter im Netzteil oder über ein in der Gehäusewandung angeordneten Lüfter zugeführt. Die Anordnung der Lüfter kann auch (siehe nachfolgendes Ausführungsbeispiel) in einer Zwischenebene erfolgen. Außerdem kann die Luftströmung auch dadurch erzeugt werden, daß saugende Lüfter im System eingesetzt werden.

Um die Kühlluft auf den Kühlluftansaugbereich der Kühlluftanordnung zu lenken, schließt sich an die Entkoppelungsebene vorteilhafterweise eine Ablenkebene an, die zur Unterseite einer Kühlluftzuführung im oder am elektronischem Gerät führt.

Durch die Ablenkebene wird somit erzielt, daß die zugeführte Kühlluft direkt in den Kühlluftansaugbereich der Kühlanordnung gelangt und nicht ungenutzt am Kühlluftausblasbereich der Kühlanordnung vorbeiströmt und somit den Überdruckraum im Ausbalsbereich bzw den Unterdruckraum im Ansaugbereich zerstören würde.

Eine weitere Steigerung der Leistungsfähigkeit der Kühlanordnung kann dadurch erzielt werden, daß von der Oberseite der Kühlluftzuführung im oder am elektronischem Gerät eine Kühlluftleitebene zur Kühlanordnung hinführt, welche die Kühlluft ebenfalls direkt in den Kühlluftansaugbereich und somit zum Lüfter der Kühlanordnung leitet. Des weiteren wird mit der schräg geformten Leitebene erreicht, daß die nachfolgenden Bauteile, wie z. B. Speicherbänke usw. ebenso einem Kühlluftstrom ausgesetzt werden.

In der Kühlluftzuführung im oder am elektronischem Gerät ist vorteilhafterweise wenigstens ein Lüfter vorgesehen, wobei auch der Lüfter des Netzteiles verwendet werden kann.

Die erfindungsgemäße Kühlluftführung ist einfach in jedem elektronischem Gerät einsetzbar und darüber hinaus auch kostengünstig herstellbar. Die geringen Herstellkosten werden dadurch erreicht, daß die Entkoppelungsebene und/oder die Ablenkebene und/oder die Kühlluftleitebene aus einem einzigen Kunststoffteil bestehen, daß im Kunststoffspritzgußverfahren hergestellt werden kann.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Schrägansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 eine weitere Schrägansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
Fig. 3 die Vorrichtung gemäß Fig. 1 und 2 in einer Schnittansicht,
Fig. 4 eine schematische Seitenansicht bei Einsatz der Erfindung in einem Mehrprozessorsystem und
Fig. 5 die Darstellung gemäß Fig. 4 in der Ansicht von oben.
Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen ein Rechnergehäuse 1, welches im dargestellten Ausführungsbeispiel in Form eines Einschubes für einen Server ausgebildet ist.
Das Rechnergehäuse könnte ebenso als Computergehäuse in Desktop- oder Towerform ausgeführt sein oder das Gehäuse irgeneines elektronischen Gerätes darstellen.
In dem Rechnergehäuse 1 ist zur Kühlung von Wärme erzeugenden Bauteilen, wie z. B. Prozessoren, DC/DC-Converter usw. über diesen eine Kühlanordnung 2 angeordnet.
Die Kühlanordnung 2 besteht aus einem Kühlelement 3, in der Regel ein Aluminiumkörper mit Kühlrippen, welches auf das zu kühlende Bauteil aufgeklebt, aufgeklemmt oder aufgeschraubt ist.
Desweiteren weist die Kühlanordnung 2 einen Lüfter 4 auf, welcher oberhalb des Kühlelementes 3 angeordnet oder in dieses integriert ist und die Kühlluft auf und/oder durch das Kühlelement 3 bläst. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kühlanordnung zylindrisch ausgebildet in der Lüfter in der Kühlanordnung integriert.
Um zu verhindern, daß der Lüfter 4 die bereits durch das Kühlelement 3 hindurchgeblasene und somit erwärmte Kühlluft wieder ansaugt, ist erfindungsgemäß zwischen dem Lüfter 4 und dem Kühlelement 3 eine Entkoppelungsebene 5 angeordnet, welche die Kühlanordnung 2 vollständig umschließt und jeweils seitlich über die Kühlanordnung 2 übersteht. Durch die Entkoppelungsebene 5 ist somit eindeutig ein Kühlluftansaugbereich 6 oberhalb der Entkoppelungsebene 5 und ein Kühlluftausblasbereich 7 unterhalb der Entkoppelungsebene 5 definiert.
Seitlich der Kühlanordnungen 2 ist eine Kühlluftzuführung 8 ausgebildet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kühlluftzuführung 8 ein Gehäuse 9, in welches von oben zwei Ventilatoren eingesteckt werden können. Das Gehäuse 9 weist sowohl im Ansaugbereich als auch im Ausblasbereich, welcher Richtung Kühlanordnung 5 weist, entsprechende Gitter 10 auf.
Die Kühlluftzuführung 8 kann ebenso in Form eines Lüfters in der Gehäusewandung eines Computers oder durch den Lüfter am Netzteil eines Computers realisiert sein.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist zur Steigerung der Kühlleistung der Kühlanordnung an der Entkoppelungsebene eine Ablenkebene 13 angeschlossen, welche zur Unterseite der Kühlluftführung 8 führt.
Die Kühlluft kann somit nur in den Kühlluftansaugbereich 6 gelangen und nicht ungenutzt unterhalb der Entkoppelungsebene 5 vorbeistreichen.
Eine weitere Maßnahme zur Leistungssteigerung der Kühlanordnung 4 ist die Ausbildung einer Kühlluftleitebene 11, welche von der Oberseite der Kühlluftzuführung 8 sich über den Kühlluftansaugbereich 6 bis über die Kühlanordnung 2 hinausstreckt.
Die Kühlluftleitebene 11 führt somit zum einen die Kühlluft zum Kühlluftansaugbereich 6 und somit zum Lüfter 4 und erzielt zum anderen dadurch, daß sie über die Kühlanordnung 2 hinausreicht, einen Luftstrom, welcher die erwärmte Kühlluft im Kühlluftausblasbereich 7 mitnimmt.
Die Kühlluftleitebene 11 sowie die Entkoppelungsebene 5 und die Ablenkebene 13 könne einzeln oder einteilig ausgeführt sein, wobei bei der einteiligen Ausführung die Ablenkebene 13 über Stege 12 mit der Kühlluftleitebene 11 verbunden ist.
Die Ablenkebene 13, die Entkoppelungsebene 5, die Stege 12 sowie die Kühlluftleitebene 11 sind insbesondere bei der einteiligen Ausführung als Kunststoffspritzgußteil hergestellt.
Zur Montage wird das Kunststoffteil mit der Entkoppelungsebene 5 auf die Kühlanordnung 2 gesteckt und über eine Rasteinrichtung am Gehäuse 9 für die Ventilatoren festgelegt.
In einem Rechner beziehungsweise Servereinschub können ohne weiteres mehrere Kühlanordnungen nebeneinander angeordnet sein, wobei für jede Kühlanordnung eine entsprechende erfindungsgemäße Kühlluftführung verwendet werden kann.
Fig. 4 zeigt in einer schematischen Seitenansicht den Einsatz der Erfindung, wenn mehrere Kühlanordnungen 2 verwendet werden. In diesem Ausführungsbeispiel wird lediglich die Entkoppelungsebene 5 zur Kühlluftführung eingesetzt. Die nebeneinander angeordnete Kühlanordnungen 2 beziehungsweise heat sinks sind von einer einzigen Entkoppelungsebene 5 umgeben. Unterhalb Entkopplungsebene 5 sind zwischen den Kühlanordnungen 2 züsätzlich Versteifungsstege 14 angeordnet.
Die Entkopplungsebene kann auch bei mehreren Kühlanordnungen 2 pro Kühlanordnung und nicht durchgehend ausgebildet sein, wobei dann vorzugsweise zwischen den Entkopplungsebene 5 dazu senkrechte angeordnete Entkopplungsstege verwendet werden, um sogenannte Fehlströmungen zwischen den Kühlanordnungen zu vermeiden. Die Entkopplungsstege (nicht dargestellt) erstrecken sich vom Kühlluftansaugbereich 6 bis in den Kühlluftausblasbereich 7.
Fig. 5 zeigt die Darstellung gemäß Fig. 4 in der Ansicht von oben. Sechs Kühlanordnungen 2 sind zweireihig angeordnet und werden über zwei Ventilatoren 14, welche im Gehäuse 9 aufgenommen sind mit Kühlluft versorgt. Durch die Lüfter 4 in den Kühlanordnungen 2 wird die Kühlluft aus dem Kühlluftansaugbereich 6 durch die Kühlelemente 3 hindurch in den Kühlluftausblasbereich 7 gedrückt und dadurch die unter den Kühlelementen 3 angeordneten Bauelemente oder Komponenten wirksam gekühlt. Bezugszeichenliste 1 Rechnergehäuse
2 Kühlanordnung
3 Kühlelement
4 Lüfter
5 Entkoppelungsebene
6 Kühlluftansaugbereich
7 Kühlluftausblasbereich
8 Kühlluftzuführung
9 Gehäuse
10 Gitter
11 Kühlluftleitebene
12 Stege
13 Ablenkebene
14 Ventilator

Claims

1. Kühlluftführung in einem elektronischen Gerät, wie einem Computer, Server oder dergleichen,
in dem über einem Wärme erzeugenden Bauteil eine Kühlanordnung (2) vorgesehen ist, wobei die Kühlanordnung (2) ein Kühlelement (3) und einen am oder im Kühlelement (3) angeordneten Lüfter (4) aufweist, der Kühlluft auf und/oder durch das Kühlelement (3) bläst,
dadurch gekennzeichnet, daß
bei der Kühlanordnung (2) durch eine Entkoppelungsebene (5) ein getrennter Kühlluftansaugbereich (6) und Kühlluftausblasbereich (7) definiert ist.

2. Kühlluftführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkoppelungsebene (5) die Kühlanordnung (2) umschließt.

3. Kühlluftführung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren Kühlanordnungen (2) zwischen der Entkoppelungsebene (5) dazu senkrecht ausgebildete Entkoppelungsstege angeordnet sind.

4. Kühlluftführung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkoppelungsebene (5) in eine Ablenkebene (13) übergeht, die zur Unterseite einer Kühlluftzuführung (8) im oder am elekronischen Gerät führt.

5. Kühlluftführung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Kühlanordnung eine Kühlluftleitebene (11) ausgebildet ist, welche die Kühlluft von einer Kühlluftzuführung (8) zum Kühlluftansaugbereich (6) der Kühlanordnung (2) führt.

6. Kühlluftführung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluftzuführung (8) zumindest einen Ventilator (14) oder Lüfter aufweist.

7. Kühlluftführung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkoppelungsebene (5) und/oder die Ablenkebene (13) und/oder die Kühlluftleitebene (11) aus einem einzigen Kunststoffteil hergestellt sind.