DE102004023037A1

DE102004023037A1 - Rippenkühlkörperstruktur

Info

Publication number: DE102004023037A1
Application number: DE102004023037A
Authority: DE
Inventors: Liu I-Ming
Original assignee: Liu I-Ming
Current assignee: THERMASOL TECHNOLOGY CO., LTD., TAINAN, TW
Priority date: 2004-05-06
Filing date: 2004-05-06
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2024-05-07
Also published as: DE102004023037B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rippenkörperstruktur, die eine Basisplatte (10) und Abstrahlungsrippen (11) aufweist, die auf der Basisplatte (10) angeordnet sind. Die Basisplatte (10) weist Passagen (102) auf, die maschinell geformt sind und die kapillare Mittel (12) aufweist, die integral geformt sind durch Extrusion, um eine doppellagige Passagenzirkulation zu erreichen. Nachdem ein Vakuum geschaffen wurde, wird der Kreislauf gefüllt mit einem hitzeableitenden Medium (flüssig oder gasförmig) (101) in einer Menge von 50% bis 90% der internen Volumenkapazität der Passagen (102). Die Basisplatte (10) steht in Kontakt mit einer Kontaktoberfläche, die wiederum von einem hitzegenerierenden Computerbauteil stammt. Die Hitze kann somit an dem hitzeabsorbierenden Ende der Basisplatte (10) konzentriert werden, um sie dann über die Abstrahlungsrippen (11) weiterzuleiten, wobei die Hitze durch einen Lüfter verteilt wird, um die Hitzeverteilung zu verbessern.

Description

Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Rippenkühlkörperstruktur, die so angepasst ist, dass sie für PCs oder Notebook-Rechner, Projektoren oder Plasma-Fernseher und entsprechende Peripheriegeräte davon genutzt werden kann.
Hintergrund der Erfindung
Heutzutage werden Computeranwendungen in unterschiedlichen Formen in nahezu jedem Bereich des täglichen menschlichen Bedarfes eingesetzt. Dadurch, dass die Bearbeitungsgeschwindigkeit der Computer konstant erhöht wird, wird die Hitze, die die Computer abgeben ebenfalls gesteigert. Die Echtzeit-Hitzeverteilung ist eine Aufgabe geworden, die zufrieden stellend gelöst werden muss, um eine normale Nutzung des Computers zu ermöglichen. Die Kühlkörper für die bekannten PCs oder Notebook-Computer umfassen in der Regel eine Basisplatte mit einer Vielzahl von Kühlrippen, die auf ihnen in aufrechter Form angeordnet sind. Die untere Seite der Basisplatte ist als glatte Oberfläche ausgebildet. Zur Installation wird der Kühler mit dem hitzegenerierenden Element des Computers durch einen exzentrischen Clip befestigt, um die untere flache Oberfläche mit dem hitzegenerierenden Element in dichte Verbindung zu bringen. Ein Lüfter ist über den Kühlrippen angeordnet. Sobald der Computer seine Funktion aufnimmt, wird gemäß den Hitzetransferprinzipien die Hitze, die durch das Computerelement erzeugt wird, über die flache Kontaktoberfläche des Radiators zur Basisplatte und den Kühlrippen des Radiators transferiert, wobei der Lüfter einen Luftstrom erzeugt, um die Hitze ab zu transportieren. Eine solche Hitzeverteilungsmethode basiert auf der bekannten Metallhitzeleitfähigkeit. Die Hitzeableitung und ihre Effizienz hängt von der Hitzeleitfähigkeit des Materials ab, das den Kühler bildet. Da eine feste Substanz eine limitierte Hitzetransferfähigkeit besitzt, ist der Ableitungseffekt von konventionellen Kühlern bzw. Radiatoren ebenfalls limitiert.
Zusammenfassung der Erfindung
In Anbetracht der vorgenannten Nachteile, die durch die konventionellen Kühler entstehen, welche eine limitierte Hitzeableitungsfähigkeit besitzen, zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, eine Rippenkühlkörperstruktur bereitzustellen, um den Hitzeableitungseffekt bzw. Verteilungseffekt zu verbessern. Die Rippenkühlkörperstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Basisplatte und Kühlrippen, die integriert durch Extrusion, Pressen, Schmieden oder durch Schweißen ausgebildet sind. Die Basisplatte weist Passagen auf, die durch eine mechanische Bearbeitung bzw. durch Verspannungstechnik entstanden sind. Die Passagen nehmen kapillare Mittel auf, die integral ausgeformt sind, um einen doppellagigen Passagenkreislauf entstehen zu lassen. Nachdem diese vakuumverschlossen sind, wird der Kreislauf mit einem Hitzeverteilungsmedium (gasförmig oder flüssig) in einer Menge von 50% bis 90% der internen Volumenkapazität der Passagen aufgefüllt. Hierdurch kann die Hitze auf dem Hitzeabsorptionsende konzentriert werden, das auf der Basisplatte ausgebildet ist, und kann durch die Kühlrippen geleitet werden und kann dann durch den Lüfter verteilt werden, um ein Hitzeableitungseffekt zu erreichen.
Im Vergleich zu konventionellen Kühlsystemen kann die Erfindung eine Reihe von Vorteilen aufweisen, insbesondere: Die Basisplatte hat an ihrem unteren Ende der Kühlrippen einen Kreislauf, der aus doppellagigen Passagen besteht, die kapillare Mittel aufweisen, die integral durch eine Extrusion ausgeformt sind, wobei zusätzlich ein hitzeableitendes Medium in den Kreislauf gefüllt wird. Das hitzeableitende Medium kann sich dabei von der flüssigen Phase in die gasförmige Phase und zurück in die flüssige Phase transformieren. Und während dieser zyklischen Phasentransformation kann das hitzeverteilende Medium die Hitze aufnehmen und die Hitze abgeben, sowie die Hitze erneut aufnehmen. Die Kontaktfläche der Basisplatte der Abstrahlungsrippen kann die Arbeitshitze der Computerelemente absorbieren und die Hitze an die Abstrahlungsrippen wiederum abgeben. Somit wird die konventionelle Hitzeableitungsmethode, die im Wesentlichen auf der metallischen Hitzeleitung basiert, verändert. Hierdurch wird die Hitzeableitungsfähigkeit der Kühlrippen verbessert und der Hitzeableitungseffizienz der Kühlrippen gesteigert.
Das Vorgenannte sowie weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Wesentlichen durch die folgende detaillierte Beschreibung verdeutlicht, die auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug nimmt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Explosionsansicht der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
1a ist eine Schnittansicht der 1;
2 ist eine schematische Ansicht einer zirkulierenden Hitzeableitung des hitzeableitenden Mediums gemäß 1;
3 ist eine schematische Ansicht einer zirkulierenden Hitzeableitung des hitzeableitenden Mediums gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 ist eine Explosionsansicht einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 ist eine Explosionsansicht einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 ist eine schematische Ansicht einer zirkulierenden Hitzeableitung des hitzeableitenden Mediums gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 ist eine schematische Ansicht einer Hitzeableitung des hitzeableitenden Mediums gemäß einer sechsten Ausführung der vorliegenden Erfindung;
8 ist eine schematische Ansicht einer zirkulierenden Hitzeableitung des zirkulierenden hitzeableitenden Mediums gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9 ist eine schematische Ansicht einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine Vielzahl von Radiatoren in Reihe schaltet;
10 ist eine schematische Ansicht einer zirkulierenden Hitzeableitung eines hitzeableitenden Mediums gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die 1 und 1a zeigen die Rippenkühlkörperstruktur 1 gemäß der vorliegenden Erfindung, diese umfasst eine Basisplatte 10 und Abstrahlungsrippen 11, die oberhalb der Basisplatte 10 angeordnet sind und die integral in Aluminium durch eine Extrusion, durch Fräsen, durch Schmieden oder Stanzen oder durch Schweißen ausgebildet sind. Die Basisplatte 10 weist Passagen 102 auf, die in ihr geformt sind. Die Passagen 102 nehmen kapillare Mittel 12 auf, die integral in den Passagen durch Extrusion ausgebildet sind, um einen doppellagigen Passagenkreislauf zu bilden. Die Rippenkühlkörperstruktur 1, die entsprechend geformt ist, kann auf PCs oder Notebook-Rechnern eingesetzt werden sowie auch in Projektoren, Plasma-Fernsehern und Peripheriegeräten, um eine Hitzeabführung zu ermöglichen.
Die Basisplatte 10 steht in Kontakt mit einem Hitze erzeugenden Element eines Computers, um die Hitze zu absorbieren. Die Passagen 102, die sich in der Basisplatte 10 befinden, werden durch maschinellen Einsatz geformt, um einen geschlossenen Kreislauf zu bilden. Die Passagen 102 nehmen kapillare Mittel auf, die durch Extrusion ausgebildet sind. Weiterhin sind die Basisplatte und die Kühlrippen miteinander verbunden, um bei der Benutzung einen Körper zu bilden. Die Erfindung kann weiterhin auch unabhängig verwendet werden auf kleinen Computerbauteilen, die eine Hitzeabfuhr benötigen.
Die Kühlrippen 11 sind auf der Basisplatte 10 angeordnet, wobei die Basisplatte ein Hitze absorbierendes Ende aufweist, um die Hitze zu den Kühlrippen 11 zu transferieren, wobei dann die Hitze durch einen Lüfter verteilt wird.
Die kapillaren Mittel 12 sind integral durch Extrusion mit den Passagen 102 der Basisplatte 10 ausgeformt. Die kapillaren Mittel 12 enthalten eine runde Röhre 120, die mindestens ein Abstandsmittel 121 aufweist, das an der Außenseite angeordnet ist. Die kapillaren Elemente 12 können auf eine vorbestimmte Länge geschnitten werden, um in unterschiedlichen Computerelementen verwendet zu werden.
Wie die 2 zeigt, sind die Passagen 102 in der Basisplatte 10 mit kapillaren Mitteln 12 versehen, um einen doppellagigen Passagenkreislauf zu bilden. Jede der Passagen 102 hat einen Auslass, der an beiden Enden versiegelt ist, in dem ein Verschluss 103 verwendet wird, sodass die Passagen 102 einen geschlossenen Kreislauf bilden. Nachdem dieser Vakuum verschlossen wurde, wird die Passage 102 mit einem Hitze ableitenden Medium (flüssig oder gasförmig) 101 gefüllt, wobei die Menge 50% bis 90% der internen Volumenkapazität der Passage 102 (dargestellt durch Pfeile in der 2) beträgt.
Die Rippenkühlkörperstruktur 1 weist eine flache Oberfläche auf, die im engen unmittelbaren Kontakt mit dem Computerelement steht (wie z. B. ein Hitze erzeugendes Element), nachdem es installiert wurde. Hitze, die durch das Computerelement während seines Betriebs erzeugt wurde, passiert die Kontaktoberfläche, um in die Rippenkühlkörperstruktur 1 zu gelangen. Auf der einen Seite transferiert die Aluminiumbasisplatte 10 die Hitze durch die Leitwirkung zu den Kühlrippen 11. Auf der anderen Seite absorbiert das Hitzeverteilungsmedium 101, das in den Passagen 102 angeordnet ist, die Hitze von der Hochtemperaturkontaktoberfläche und wird dadurch von dem flüssigen Zustand in einen gasförmigen Zustand transferiert und absorbiert somit die Hitze, die vom Computerelement erzeugt bzw. transferiert wurde. Das im gasförmigen Zustand vorhandene Hitzeverteilungsmittel 101 wird durch die geringere Temperatur der Abstrahlungsrippen 11 gekühlt, wodurch eine Transformation vom gasförmigen Zustand zum flüssigen Zustand erfolgt und die Hitze über die Abstrahlungsrippen 11 abgegeben wird. Hierdurch geht das Hitzeverteilungsmedium 1 wiederholt durch den Zustandstransformationskreislauf, des flüssigen Zustands – zum gasförmigen Zustand – zum flüssigen Zustand, um den Hitzetransferprozess der Hitzeabsorption – zur Hitzeabgabe – zur Hitzeabsorption durchzuführen. Schließlich erzeugt ein Lüfter einen Luftzug, um die Hitze von den Abstrahlungsrippen 11 zu verteilen. Der o. g. Prozess stellt eine doppelte Hitzeableitung bereit und kann somit stark die Hitzeableitungseffizienz der Rippenkühlkörperstruktur 1 verbessern.
Aus der 3 wird eine andere Ausführungsform der Erfindung deutlich. Sie ist im Wesentlichen ähnlich zu dem, was in 1 gezeigt wird. Der Unterschied ist, dass die Passagen 102a, die in der Basisplatte 10a angeordnet sind, durch die Verwendung einer Extrusion der Länge nach ausgebildet sind. Sie umfassen ebenfalls Kapillarmittel 12a, die durch Extrusion ausgebildet sind. Die Ausgangsenden der Passagen 102 sind ebenfalls durch Verschlüsse 103a versiegelt.
Die 4 zeigt noch eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese entspricht im Wesentlichen der in der 1 gezeigten. Der Unterschied liegt darin, dass die Passagen 102b in der Basisplatte 10b durch Ausspanung entstanden sind, um integrierte kapillare Mittel 12b, die durch Extrusion geformt sind, aufzunehmen, wodurch ein doppellagiger Passagenkreislauf entsteht, wobei die Ausgangsenden der Passagen 102b durch Verschlüsse 103b versiegelt sind.
Die 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Sie ist im Wesentlichen wie die 4 ausgebildet. Während die Rippenkühlkörperstruktur 1c eine Basisplatte 10c der gleichen Höhe aufweist, wie sie in 4 gezeigt wurden, so sind die Abstrahlungsrippen 11c in unterschiedlichen Längen mit einer unterschiedlichen Dichte angeordnet, um den unterschiedlichen Platz zu berücksichtigen, der um das Hitze erzeugende Element vorgegeben ist.
Die 6 zeigt eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Sie entspricht im Wesentlichen, der in der 1 gezeigten. Der Unterschied liegt darin, dass die Passagen 102d in der Basisplatte 10d der Länge nach und quer angeordnet sind, um eine netztypische Form zu bilden, wobei Ausspanungstechnik verwendet wurde, und wobei die sich kreuzenden Passagen miteinander austauschen. Die Ausgangsenden der Passagen 102d sind durch Verschlüsse 103d versiegelt. Nachdem die Passagen Vakuum verschlossen wurden, werden die Passagen 102d mit einem Hitze ableitenden Medium 101 (gezeigt durch die Pfeile in 6) versehen, wobei die Menge zwischen 50% und 90% der internen Volumenkapazität der netztypischen Passagen 102d aufweist.
Die 7 zeigt eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Sie entspricht im Wesentlichen der, die in der 1 gezeigt wurde. Der Unterschied der Passagen 102 in der Basisplatte 10e liegt darin, dass im Bodenbereich der Rippenkühlkörperstruktur 1e reziproke Passagen angeordnet sind, die durch zwei Enden der Basisplatte 10e verlaufen und die durch Ausspanung oder Extrusion gebildet sind, wobei die Kapillarmittel 12e durch die Passagen 102e in separater Form aufgenommen werden oder integriert ausgebildet sind innerhalb der Passagen 102e durch die Extrusion. Die Ausgangsenden der Passagen sind durch Verschlüsse 103e versiegelt. Nachdem sie vakuumisiert wurden, werden die reziproken Passagen 102e mit einem Hitze ableitenden Medium 101 (gezeigt durch die Pfeile in 7) gefüllt, wobei die Menge ca. 50% bis 90% der internen Volumenkapazität der reziproken Passagen 102e beträgt.
Die 8 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese entspricht im Wesentlichen der in der 1 gezeigten. Der Unterschied liegt darin, dass die Passagen 102f in der Basisplatte 10f der Länge nach und quer verlaufend in einer netztypischen Form angeordnet sind, wobei Ausspantechnik verwendet wird und wobei sie einander kreuzen und dadurch miteinander in Verbindung stehen. Eine Passage weist ein Ausgangsende an einer Seite der Basisplatte 10f auf, um ein Ausgangsverbindungsende 104f bereitzustellen, während das Ausgangssende der Passagen an einer anderen Seite der Basisplatte ein Eingangsverbindungsende 105f darstellt. Alle anderen Ausgangsenden der Passagen sind durch Verschlüsse 103f versiegelt. Nachdem diese vakuumisiert wurden, werden die gitterförmigen Passagen 102f mit einem Hitze verteilenden Medium 101 (gezeigt durch die Pfeile in 8) gefüllt, wobei die Menge ca. 50% bis 90% der internen Volumenkapazität der netzförmigen Passagen 102f umfasst.
Die 9 zeigt eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die entspricht im Wesentlichen der in der 1 gezeigten. Der Unterschied liegt darin, dass die Ausgangs- und Eingangsverbindungsenden der Basisplatte 10g entsprechend mit einem Ende mit den Passagen verbunden sind und mit dem anderen Ende zu einem externen Hitzeaustauschzirkulationssystem, um einen offenen Kreislauf 100g zu bilden. Abhängig vom Raum, den die Hitze erzeugende Quelle benötigt, können zwei oder mehrere Basisplatten 10g in Reihe miteinander verbunden werden.
Die 10 zeigt eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der in der 1 gezeigten. Der Unterschied liegt darin, dass die reziproken Kreisläufe 100h, die in der Basisplatte 10h durch Ausspanung entstanden sind. Die reziproken Kreisläufe 100h sind mit einem externen Hitzeaustauschzirkulationssystem verbunden, um das Hitzeableitungsmedium 101 (dargestellt durch Pfeile in der 10) zirkulieren zu lassen.

Claims

Eine Rippenabstrahlungsstruktur umfassend eine Basisplatte (10) und Abstrahlungsrippen (11), die auf der Basisplatte (10) angeordnet sind, wobei innerhalb der Basisplatte (10) Passagen (102) ausgeformt sind, die Kapillarmittel (12) aufweisen, die vorzugsweise durch Extrusion geformt sind, weiterhin umfassend eine runde Röhre (120), die im Zentrum angeordnet ist und die mit mindestens einem Abstandsmittel (121) an der Außenseite verbunden ist, um einen geschlossenen Kreislauf von doppellagigen Passagen zu formen, wobei die Passagen vakuumiert sind und mit einem hitzeableitenden Medium (101) gefüllt sind, wobei die Basisplatte ein hitzeabsorbierendes Ende aufweist, um die Hitze zu den oberhalb angeordneten Abstrahlungsrippen (11) zu transferieren und wodurch die Hitze von einer hitzeerzeugenden Quelle vorzugsweise mithilfe eines Lüfters verteilt wird.
Die Rippenabstrahlungsstruktur nach dem vorhergehenden Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisplatte (10) und die Abstrahlungsrippen (11) integral ausgeführt sind, durch Extrusion, Pressen, Schmieden oder Schweißen, wobei die Basisplatte (10) frei installierbar auf einem kleinen Computerelement ist.
Die Rippenabstrahlungsstruktur nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das hitzeableitende Mittel (101) flüssig oder gasförmig ist und in die Passagen in einem Volumen von 50% bis 90% der internen Volumenkapazität der Passagen (102) gefüllt ist.
Die Rippenabstrahlungsstruktur nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Passagen (102a) in der Basisplatte (10a) der Länge nach ausgebildet sind.
Die Rippenabstrahlungsstruktur nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Passagen (102b) in der Basisplatte (10b) Kapillarmittel (12b) umfassen, die integral durch Extrusion geformt sind, um eine doppellagige Kreispassage zu bilden.
Die Rippenabstrahlungsstruktur nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe und die Dichte der Abstrahlungsrippen (11c) veränderbar sind, entsprechend der Größe und/oder Hitze der hitzeerzeugenden Quelle.
Die Rippenabstrahlungsstruktur nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisplatte (10d) längs und quer verlaufende Passagen aufweist, die einander kreuzen und miteinander kommunizieren, um rastertypische Passagen (102d) zu bilden.
Die Rippenabstrahlungsstruktur nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisplatte reziproke Passagen (102e) aufweist und durch zwei Enden der Basisplatte laufen, wobei jede der reziproken Passagen (102e) Kapillarmittel (12e) in ihr aufweist, die auch integral durch Extrusion ausgebildet sein können.
Die Rippenabstrahlungsstruktur nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisplatte (10f) ein Ausgangsverbindungsende (104f) auf einer Seite und ein Eingangsverbindungsende (105f) an einer anderen Seite aufweist, wobei das Ausgangsverbindungsende (104f) und das Eingangsverbindungsende (105f) ein inneres Ende aufweisen, dass mit den rastertypischen Passagen (102f) verbunden ist, und wobei das äußere Ende mit einem externen Hitze austauschenden Zirkulationssystem verbunden ist.
Die Rippenabstrahlungsstruktur nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der offene Kreislauflauf (100g) und der reziproke Kreislauf (100h) mit einem externen hitzeaustauschenden Zirkulationssystem verbunden ist, wobei der offene Kreislauf (100g) ermöglicht, in Reihe geschaltet zu werden.