DE102016119095B4 - computer system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Computersystem (1), aufweisend- ein zumindest partikeldichtes Computergehäuse (2), in welchem ein Innenraum (4) ausgebildet ist;- eine in dem Innenraum (4) angeordnete wärmeerzeugende Komponente;- einen im Innenraum (4) angeordneten Kühlkörper (8) mit einem Kühlkanal (16), wobei der Kühlkörper (8) thermisch mit der wärmeerzeugenden Komponente verbunden ist;- einen mit Luft durchströmbaren Wärmetauscher (3) zum Wärmeenergieaustausch mit einer Umgebung des Computersystems (1);- einen im Innenraum (4) angeordneten Lüfter (9); wobei- der Wärmetauscher (3) fluidisch mit dem Kühlkanal (16) gekoppelt ist, so dass Luft von dem Kühlkanal (16) über den Wärmetauscher (3) in den Innenraum (4) des Computergehäuses (2) strömen kann; und- der Lüfter (9) eingerichtet ist, Luft aus dem Innenraum (4) des Computergehäuses (2) anzusagen und in den Kühlkanal (16) des Kühlkörpers (8) einzublasen.The invention relates to a computer system (1), comprising - an at least particle-tight computer housing (2) in which an interior space (4) is formed, - a heat-generating component arranged in the interior space (4), - a heat sink arranged in the interior space (4) (8) with a cooling channel (16), wherein the heat sink (8) is thermally connected to the heat-generating component, - an air-flowable heat exchanger (3) for heat energy exchange with an environment of the computer system (1), - in the interior (4 ) arranged fan (9); wherein the heat exchanger (3) is fluidically coupled to the cooling channel (16), so that air from the cooling channel (16) via the heat exchanger (3) in the interior (4) of the computer housing (2) can flow; and - the fan (9) is arranged to announce air from the interior (4) of the computer housing (2) and to blow into the cooling channel (16) of the heat sink (8).
Description
Die Erfindung betrifft ein Computersystem, welches ein Computergehäuse mit einem Innenraum aufweist, in welchem eine wärmeerzeugende Komponente angeordnet ist.The invention relates to a computer system which has a computer housing with an interior, in which a heat-generating component is arranged.
Computersysteme, beispielsweise Desktop- oder Tower-Computer, erzeugen in ihrem Betrieb eine verhältnismäßig große Menge an Abwärme, die zum sicheren Betrieb des Computersystems abgeführt werden muss. Eine wesentliche Wärmequelle stellt dabei ein Prozessor des jeweiligen Computersystems dar. Derartige Computersysteme sind typicherweise mit einer Hauptplatine ausgestattet, an welcher ein Systemlüfter angeschlossen ist. Der Systemlüfter ist im Inneren eines Gehäuses des Computersystems angeordnet und saugt frische Umgebungsluft zum Kühlen in das Innere des Gehäuses ein. Hierbei weist das Gehäuse in der Regel nicht im Bereich des Systemlüfters, sondern auch in anderen Bereichen des Gehäuses Öffnungen auf, über welche die Luft ins Innere des Gehäuses gesogen werden kann.Computer systems, such as desktop or tower computers, generate a relatively large amount of waste heat in their operation, which must be dissipated for safe operation of the computer system. A major source of heat is a processor of the respective computer system. Such computer systems are typically equipped with a motherboard to which a system fan is connected. The system fan is located inside a housing of the computer system and draws fresh ambient air for cooling into the interior of the housing. In this case, the housing usually has not in the region of the system fan, but also in other areas of the housing openings through which the air can be sucked into the interior of the housing.
Für verschiedene Anwendungsfälle eines Computersystems, etwa bei Dauerbetrieb in einer staubigen Umgebung, kann es jedoch nachteilig sein, dass dieses für das Ansaugen und Ausblasen der Kühlluft zur Umgebung hin geöffnet ist.For various applications of a computer system, such as continuous operation in a dusty environment, it may be disadvantageous, however, that this is open for sucking and blowing the cooling air to the environment.
Aus der
Eine Aufgabe, welche der Erfindung zugrunde liegt, ist es, ein Kühlkonzept für ein Computersystem zu beschreiben, welches zu einer effizienten Kühlung und flexiblen Verwendbarkeit des Computersystems beiträgt.An object underlying the invention is to describe a cooling concept for a computer system which contributes to efficient cooling and flexible usability of the computer system.
Es wird ein Computersystem offenbart, welches ein zumindest partikeldichtes Computergehäuse aufweist, innerhalb welchem ein Innenraum ausgebildet ist. Das Computersystem weist eine in dem Innenraum angeordnete wärmeerzeugende Komponente auf. Weiterhin ist ein im Innenraum angeordneter Kühlkörper mit einem Kühlkanal vorgesehen, wobei der Kühlkanal durch Wandungen begrenzt ist, einen Kanaleinlass und einen Kanalauslass aufweist und so ausgebildet ist, dass sich ein Strömungsquerschnitt zumindest teilweise vom Kanaleinlass zu dem Kanalauslass hin verringert. Der Kühlkörper ist thermisch mit der wärmeerzeugenden Komponente verbunden. Das Computersystem weist weiter einen mit Luft durchströmbaren Wärmetauscher zum Wärmeenergieaustausch mit einer Umgebung des Computersystems auf. Weiterhin ist im Innenraum des Computergehäuses ein Lüfter angeordnet. Der Wärmetauscher ist fluidisch mit dem Kühlkanal gekoppelt, sodass Luft von dem Kühlkanal über den Wärmetauscher in den Innenraum des Computergehäuses strömen kann, etwa diffus oder nicht über eine Kanalleitung. Der Lüfter ist eingerichtet, Luft aus dem Innenraum des Computergehäuses anzusaugen und in den Kanaleinlass des Kühlkanal des Kühlkörpers einzublasen. Der Kühlkörper ist so ausgebildet, dass der Kühlkanal zumindest teilweise einen Verlauf gemäß einer logarithmischen Spirale oder gemäß einer Loxodrome aufweist.A computer system is disclosed which has an at least particle-tight computer housing within which an interior space is formed. The computer system has a heat generating component disposed in the interior. Furthermore, a cooling body arranged in the interior is provided with a cooling channel, wherein the cooling channel is bounded by walls, has a channel inlet and a channel outlet and is designed such that a flow cross-section is at least partially reduced from the channel inlet to the channel outlet. The heat sink is thermally connected to the heat generating component. The computer system further includes an air-to-air heat exchanger for exchanging thermal energy with an environment of the computer system. Furthermore, a fan is arranged in the interior of the computer housing. The heat exchanger is fluidically coupled to the cooling channel, so that air can flow from the cooling channel via the heat exchanger into the interior of the computer housing, for example diffusely or not via a channel line. The fan is designed to suck in air from the interior of the computer housing and to blow it into the channel inlet of the cooling channel of the heat sink. The heat sink is designed so that the cooling channel at least partially has a course according to a logarithmic spiral or according to a loxodrome.
Das Computersystem ist partikeldicht ausgebildet, so dass ein Austausch von Luft zwischen einer Umgebung und dem Gehäuseinneren im Wesentlichen unterbunden ist. Das Computersystem wird durch einen in dem Computersystem im Betrieb ausgebildeten, nach außen abgeschlossenen Luftkreislauf gekühlt. Mit anderen Worten wird eine innerhalb des Computergehäuses ausgebildete aktive Luftkühlung erzeugt.The computer system is formed particle-tight, so that an exchange of air between an environment and the interior of the housing is substantially prevented. The computer system is cooled by an outwardly closed air circuit formed in the computer system during operation. In other words, an active air cooling system formed within the computer housing is created.
Dies trägt dazu bei, dass im Gehäuse keine punktuellen Wärmequellen, sogenannte Hot Spots, ausgebildet werden, da die Luft in das Computergehäuse, etwa den Innenraum, eingeblasen wird. Es ist kein geschlossenes Luftkanalsystem ausgebildet, sondern die Luft wird nur teilweise über den Kühlkörper dem Wärmetauscher geschlossen zugeführt, während der Lüfter selbst Luft aus dem gesamten Innenraum des Computergehäuses ansaugt. Dadurch kann auch Abwärme von anderen im Gehäuse befindlichen Komponenten effektiv und effizient über den Wärmetauscher abgeführt werden. Das beschriebene System ermöglicht es kältere Bereiche, beispielsweise kalte Ecken, in dem Computergehäuse zu vermeiden. Dies trägt weiter dazu bei eine Kondenswasserbildung zu reduzieren oder zu verhindern. Auch ist es möglich, sämtliche im Gehäuse befindlichen Komponenten auf eine etwa gleiche Temperatur zu kühlen.This contributes to the fact that no punctual heat sources, so-called hot spots are formed in the housing, since the air is blown into the computer case, such as the interior. It is not a closed air duct system formed, but the air is supplied to the heat exchanger only partially closed via the heat sink, while the fan itself draws air from the entire interior of the computer case. As a result, waste heat from other components in the housing can be removed effectively and efficiently via the heat exchanger. The system described makes it possible to avoid colder areas, such as cold corners, in the computer housing. This further contributes to the reduction or prevention of condensation. It is also possible to cool all the components located in the housing to an approximately same temperature.
Dies wäre bei rein passiv gekühlten Systemen beispielsweise nicht möglich, da hierbei nur die Abwärme einer wärmeerzeugenden Komponente, die mit einem Kühlkörper thermisch verbunden ist, über einen direkte thermische Kontakt des Passiv-Kühlkörpers mit einer Gehäuseseite abgeführt würde. Aufgrund der direkten mechanischen Kontakte der beteiligten Bauteile würde typischerweise ein spezieller Toleranzausgleich benötigt, um beispielsweise mechanische Verspannungen aufgrund von Fertigungstoleranzen zu kompensieren.This would not be possible with purely passively cooled systems, for example, because in this case only the waste heat of a heat-generating component, which is thermally connected to a heat sink, would be dissipated via a direct thermal contact of the passive heat sink with a side of the housing. Due to the direct mechanical contacts of the components involved, a special tolerance compensation would typically be required, for example, to compensate for mechanical stresses due to manufacturing tolerances.
Weiterhin kann das Computersystem für spezielle Anwendungsfälle, beispielsweise als Internet-of-Things-Gerät oder Industrie-PC verwendet werden, welche typischerweise in einem Dauerbetrieb eingesetzt werden. Das dichte Gehäuse ermöglicht, dass beispielsweise kein Staub oder Wasser in das System eingebracht wird, wodurch die Komponenten im Gehäuse Schaden nehmen könnten. Somit wird dazu beigetragen, dass das Computersystem unter erschwerten Umweltbedingungen über längere Zeiträume, etwa viele Jahre, sicher arbeiten kann.Furthermore, the computer system can be used for special applications, for example as an Internet of Things device or industrial PC, which are typically in continuous operation be used. The sealed housing allows, for example, no dust or water is introduced into the system, which could damage the components in the housing. Thus, it helps that the computer system can operate safely under harsh environmental conditions for extended periods of time, such as many years.
Durch das beschriebene Kühlsystem kann das Computersystem besonders geschützt ausgebildet sein. Beispielsweise ist das Computersystem gegen Einflüsse von außen, wie z.B. Staub, Fremdkörper, Berührung, Feuchtigkeit und Wasser geschützt gemäß einer IP-Schutzart (kurz für englisch: international protection) nach den
Zudem kann das Gehäuse aus speziellen Materialien zusammengesetzt oder zusätzlich mit solchen versehen sein, um eine thermische, Schall- oder Vibrationsdämpfung zu ermöglichen. Dies liegt unter anderem daran, dass keine Rücksicht auf Öffnungen des Computergehäuses genommen werden muss und eine besonders hohe Gestaltungsfreiheit gegeben ist.In addition, the housing may be composed of special materials or additionally provided with such to allow thermal, acoustic or vibration damping. Among other things, this is due to the fact that no consideration has to be given to openings of the computer housing and a particularly high freedom of design is given.
Zumindest partikeldicht bedeutet beispielsweise staubdicht. Zusätzlich oder alternativ ist das Gehäuse wasserdicht, etwa geschützt gegen Spritzwasser, Tropfen oder fester Wasserstrahlen. Insbesondere ist das Gehäuse so ausgebildet, dass dieses im Wesentlichen luftdicht ausgebildet ist. Im Wesentliche sind keine Öffnungen oder Spalte im Gehäuse vorgesehen, sodass ein Luftaustausch von innen nach draußen oder umgekehrt im Wesentlichen unterbunden ist Beispielsweise kann keine oder nahezu keine Luft von außerhalb des Computersystems in das Computergehäuse eindringen oder eingesogen werden. Mit anderen Worten ist das Gehäuse dicht ausgebildet. Eine beispielhafte Partikelgröße beträgt 1 mm oder kleiner. Die Luftdichtigkeit von Anschlüssen des Computersystems, etwa I/O-Ports wie USB-, LAN- und weiteren Anschlüssen, stellen kritische Bereiche bezüglich einer zu erreichenden Partikel- und/oder Luftdichtigkeit dar, insbesondere für Partikel kleiner 1 mm. Beispielsweise mit sogenannten Gaskets, etwa mit Metallgewebe ummantelte Schaumstoffe, können derartige Anschlüsse ausreichend partikel- und/oder luftdicht abgedichtet werden.At least particle-tight, for example, means dustproof. Additionally or alternatively, the housing is waterproof, such as protected against splashing water, drops or solid water jets. In particular, the housing is designed so that this is formed substantially airtight. Essentially, no openings or gaps are provided in the housing so that air exchange from the inside to the outside or vice versa is substantially prevented. For example, no or almost no air from outside the computer system can penetrate or be drawn into the computer housing. In other words, the housing is dense. An exemplary particle size is 1 mm or smaller. The airtightness of computer system connections, such as I / O ports such as USB, LAN and other ports, are critical areas for achieving particle and / or air tightness, especially for particles less than 1 mm in diameter. For example, with so-called Gaskets, such as foamed with metal fabric foams, such connections can be sealed sufficiently particle and / or airtight.
Der Kühlkanal ist in dem Kühlkörper ausgebildet und ist mit Luft durchströmbar. Es begrenzen Wandungen des Kühlkörpers den Kühlkanal. Der Kühlkanal verbindet einen Kanaleinlass und einen Kanalauslass des Kühlkörpers. Thermisch verbunden bedeutet, dass Wärme der wärmeerzeugenden Komponente auf den Kühlkörper und deren Material übertragen wird und von dort auf die Luft übergeht. Beispielsweise ist der Kühlkörper mittels einer Kontaktoberfläche direkt mit der wärmeerzeugenden Komponente verbunden.The cooling channel is formed in the heat sink and can be flowed through by air. It walls of the heatsink limit the cooling channel. The cooling channel connects a channel inlet and a channel outlet of the heat sink. Thermally connected means that heat of the heat-generating component is transferred to the heat sink and its material and from there to the air passes. For example, the heat sink is connected directly to the heat-generating component by means of a contact surface.
Gemäß einer Ausgestaltung verringert der Strömungsquerschnitt bezüglich einer Dimension, etwa einer Kühlkanalbreite. In einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist der Kühlkanal so ausgebildet, dass der Kühlkanal zumindest teilweise einen Verlauf gemäß einer logarithmischen Spirale aufweist. Die logarithmische Spirale zeichnet sich insbesondere durch einen stetigen und sich konstant verringernden Strömungsquerschnitt des Kühlkanals aus. Dadurch dreht sich der Kühlkanal etwa spiralförmig zu einer Mitte hin oder nach innen ein. Dadurch wird die Geschwindigkeit der Luft erhöht und die beschriebenen Effekte treten ein.According to one embodiment, the flow cross-section decreases with respect to a dimension, such as a cooling channel width. In an embodiment of the invention, the cooling channel is formed so that the cooling channel at least partially has a course according to a logarithmic spiral. The logarithmic spiral is characterized in particular by a steady and constantly decreasing flow cross-section of the cooling channel. As a result, the cooling channel turns approximately helically toward a center or inwards. This increases the speed of the air and the described effects occur.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung verringert sich der Strömungsquerschnitt bezüglich zweier Dimensionen, etwa bezüglich einer Kühlkanalbreite und einer Kühlkanalhöhe. Dies trägt besonders dazu bei, dass die Kühlluft innerhalb des Kühlkörpers zum Kühlauslass hin beschleunigt wird. In einer alternativen erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist der Kühlkörper so ausgebildet, dass der Kühlkanal zumindest einen Verlauf gemäß einer Loxodrome aufweist. Dadurch wird ein spiralförmiger Kühlkanalverlauf vorgegeben, bei welchem sich der Strömungsquerschnitt über zwei Dimensionen verringert. Dabei verringert sich der Strömungsquerschnitt stetig. Dies trägt besonders zu den beschriebenen Effekten bei.According to a further embodiment, the flow cross-section decreases with respect to two dimensions, for example with respect to a cooling channel width and a cooling channel height. This contributes particularly to the fact that the cooling air is accelerated within the heat sink to the cooling outlet. In an alternative embodiment of the invention, the heat sink is formed so that the cooling channel has at least one course according to a Loxodrome. As a result, a spiral-shaped cooling channel course is predetermined, in which the flow cross-section is reduced over two dimensions. The flow cross-section is steadily reduced. This contributes especially to the effects described.
Der Wärmetauscher ist zum Austausch von Wärmeenergie mit einer Umgebung des Computersystems eingerichtet. Mit anderen Worten wird über den Wärmetauscher Wärmeenergie des Computersystems an die Umgebung abgegeben. Beispielsweise weist der Wärmetauscher einen Lufteinlass und einen Luftauslass auf.The heat exchanger is adapted to exchange heat energy with an environment of the computer system. In other words, heat energy of the computer system is released to the environment via the heat exchanger. For example, the heat exchanger has an air inlet and an air outlet.
Fluidisch gekoppelt bedeutet, dass zwei Komponenten über eine Luftführung, Luftleitung oder Luftkanal verbunden sind, sodass Luft der einen Komponente vollständig der anderen Komponente zugeführt wird. Mit anderen Worten ausgedrückt handelt es sich um eine abgeschlossene fluidische Verbindung zwischen den beiden Komponenten. Dadurch wird die Luft, die in den Kühlkanal eingeblasen wird, von dem Kühlkörper direkt dem Wärmetauscher zugeführt.Fluidically coupled means that two components are connected via an air duct, air duct or air duct, so that air of one component is completely supplied to the other component. In other words, it is a closed fluidic connection between the two components. This will blow the air into the cooling duct is fed from the heat sink directly to the heat exchanger.
Der Lüfter ist beispielsweise direkt an dem Kühlkörper angeordnet, etwa angeflanscht oder montiert, sodass von dem Lüfter angesaugte Luft aus dem Innenraum direkt und ausschließlich in den Kühlkanal eingeblasen wird. Beispielsweise ist der Lüfter kraft- und formschlüssig mit dem Kühlkörper verbunden. Beispielsweise ist der Lüfter über einen Verrastmechanismus mit dem Kühlkörper mechanisch gekoppelt.The fan is for example arranged directly on the heat sink, flanged or mounted so that sucked by the fan air from the interior is blown directly and exclusively into the cooling channel. For example, the fan is positively and positively connected to the heat sink. For example, the fan is mechanically coupled to the heat sink via a latching mechanism.
Die wärmeerzeugende Komponente ist beispielsweise ein Prozessor des Computersystems, der auf einem Mainboard oder einer Hauptplatine des Computersystems angeordnet ist. Insbesondere ein Prozessor produziert im Betrieb eine hohe Abwärme, die sicher abgeführt werden muss.The heat-generating component is, for example, a processor of the computer system which is arranged on a mainboard or a motherboard of the computer system. In particular, a processor produces a high waste heat during operation, which must be safely dissipated.
Gemäß einer Ausgestaltung sind ein Lufteinlass des Wärmetauschers, welcher mit dem Kühlkanal fluidisch gekoppelt ist, und ein Luftauslass des Wärmetauschers im Innenraum des Computergehäuses angeordnet. Dies trägt dazu bei, dass der aktive Kühlkreislauf ausschließlich innerhalb des Computersystems beziehungsweise innerhalb des Computergehäuses stattfindet.According to one embodiment, an air inlet of the heat exchanger, which is fluidically coupled to the cooling channel, and an air outlet of the heat exchanger in the interior of the computer housing are arranged. This contributes to the fact that the active cooling circuit takes place exclusively within the computer system or within the computer housing.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist der Wärmetauscher eine Wärmetauscheroberseite auf, die eine Außenseite des Computergehäuses bildet. Über die Wärmetauscheroberseite steht der Wärmetauscher in thermischem Kontakt mit der Umgebung des Computersystems. Der Wärmetauscher bildet etwa einen Teil des Computersystems und begrenzt somit zumindest teilweise den Innenraum dessen. Optional ist der Wärmetauscher an der Wärmetauscheroberseite für eine Oberflächenvergrößerung ausgebildet, etwa profiliert, zinnenartig oder dergleichen. Beispielsweise weist der Wärmetausche an der Oberseite eine Rippenstruktur, etwa Kühlrippen, auf. Dadurch wird zu einem besseren Wärmetausch beigetragen.According to a further embodiment, the heat exchanger has a heat exchanger upper side, which forms an outer side of the computer housing. Through the top of the heat exchanger, the heat exchanger is in thermal contact with the environment of the computer system. The heat exchanger forms approximately a part of the computer system and thus at least partially limits the interior space of the latter. Optionally, the heat exchanger is formed on the heat exchanger top for an increase in surface area, such as profiled, crenellated or the like. For example, the heat exchanger on the upper side has a rib structure, such as cooling ribs. This will contribute to a better heat exchange.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der Wärmetauscher als Diffusor ausgebildet. Der Diffusor sorgt dafür, dass die dem Wärmetauscher von dem Kühlkörper zugeführte erwärmte Luft verzögert und entspannt wird, aufgrund von einem erweiterten Volumen des Diffusors. Die erwärmte Luft erhält im Diffusor somit Zeit, die Wärme auf die Kühlrippen und somit nach außen zu übertragen. Beispielsweise ist ein Strömungsquerschnitt des Diffusors im Vergleich zu einem Strömungsquerschnitt des Kühlkörpers derart vergrößert, dass eine Strömungsgeschwindigkeit der erwärmten Luft im Vergleich zu einem Kühlkanalauslass oder -ausgang deutlich reduziert ist.According to a further embodiment, the heat exchanger is designed as a diffuser. The diffuser ensures that the heated air supplied to the heat exchanger from the heat sink is delayed and relaxed due to an enlarged volume of the diffuser. The heated air in the diffuser thus takes time to transfer the heat to the cooling fins and thus to the outside. For example, a flow cross section of the diffuser is increased in comparison to a flow cross section of the heat sink such that a flow rate of the heated air is significantly reduced in comparison to a cooling duct outlet or outlet.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist der Wärmetauscher auf einer Seite, die dem Innenraum zugewandt ist, eine Wärmeisolierung auf. Die dem Innenraum zugewandte Seite begrenzt den Innenraum des Computergehäuses. Die Wärmeisolierung trägt dazu bei, dass die Wärmeenergie der erwärmten Luft, die dem Wärmetauscher zugeführt wird, nahezu ausschließlich an die Umgebung des Computersystems abgegeben wird und nicht zumindest teilweise an Luft und Komponenten in dem Innenraum übertragen wird.According to a further embodiment, the heat exchanger on a side facing the interior, a heat insulation. The interior facing side limits the interior of the computer case. The thermal insulation contributes to the heat energy of the heated air, which is supplied to the heat exchanger, is released almost exclusively to the environment of the computer system and is not at least partially transmitted to air and components in the interior.
Gemäß einer Ausgestaltung ist die Wärmeisolierung durch eine abgeschlossene, mit Luft gefüllte Kammer gebildet.According to one embodiment, the thermal insulation is formed by a closed, filled with air chamber.
Gemäß einer Ausgestaltung weist der Kühlkörper einen Kanaleinlass und einen Kanalauslass auf und ist so ausgebildet, dass der Kanalauslass in Richtung des Wärmetauschers weist, insbesondere entgegen einer Schwerkraftrichtung in einem bestimmungsgemäßen Betrieb des Computersystems. In dem bestimmungsgemäßen Betrieb des Computersystems ist letzteres so angeordnet oder aufgestellt, dass eine Oberseite des Computersystems beziehungsweise des Computergehäuses durch den Wärmetauscher gebildet ist. Der Kanalauslass des Kühlkörpers im Inneren des Computersystems ist in Richtung des Wärmetauschers, etwa nach oben entgegen der Schwerkraftrichtung, geöffnet. Dies begünstigt den Wärmetransport an die Umgebung, wobei warme Luft typischerweise das Bestreben hat, aufzusteigen. Mit anderen Worten ausgedrückt liegt ein Wärmetauschereinlass, der Lufteinlass, in der betriebsgemäßen Anordnung des Computersystems in einer Ebene oberhalb des Kühlkanalauslasses.According to one embodiment, the cooling body has a channel inlet and a channel outlet and is designed such that the channel outlet points in the direction of the heat exchanger, in particular against a direction of gravity in a normal operation of the computer system. In the intended operation of the computer system, the latter is arranged or set up such that an upper side of the computer system or of the computer housing is formed by the heat exchanger. The channel outlet of the heat sink in the interior of the computer system is open in the direction of the heat exchanger, approximately upwards against the direction of gravity. This promotes heat transfer to the environment, with warm air typically endeavoring to ascend. In other words, a heat exchanger inlet, the air inlet, in the operating arrangement of the computer system lies in a plane above the cooling channel outlet.
Der Kühlkanal weist einen Kanaleinlass und einen Kanalauslass auf und ist so ausgebildet, dass sich ein Strömungsquerschnitt zumindest teilweise vom Kanaleinlass zu dem Kanalauslass hin verringert. Beispielsweise verringert sich der Strömungsquerschnitt konstant und/oder stetig. Dies trägt dazu bei, dass im Kühlkanal selbst keine Umlenkungen oder Strömungshindernisse ausgebildet sind. Durch die Verringerung des Strömungsquerschnitts wird erreicht, dass eine Strömungsgeschwindigkeit der Luft innerhalb des Kühlkörpers zunimmt. Dies liegt daran, dass ein von dem Lüfter erzeugter Volumenstrom konstant bleibt. Aufgrund der Geschwindigkeitserhöhung nimmt ein Strömungsdruck innerhalb des Kühlkörpers zu, insbesondere wird ein Druck auf den Kühlkörper, also dessen Wandungen, die den Kühlkanal begrenzen, erhöht. Dies trägt zu einem verbesserten Wärmeübergang von der wärmeerzeugenden Komponente auf die Kühlluft bei. Beispielsweise verläuft der Kühlkanal spiralförmig und verringert seinen Strömungsquerschnitt. Insbesondere aufgrund des spiralförmigen Verlaufs gibt es keine Hindernisse, eckige Umlenkungen oder dergleichen, die die Strömung behindern und einen Druckabfall darstellen könnten.The cooling channel has a channel inlet and a channel outlet and is designed such that a flow cross-section is at least partially reduced from the channel inlet to the channel outlet. For example, the flow cross-section decreases constantly and / or steadily. This contributes to the fact that no deflections or flow obstacles are formed in the cooling channel itself. By reducing the flow cross section is achieved that a flow rate of air increases within the heat sink. This is because a volume flow generated by the fan remains constant. Due to the increase in speed, a flow pressure within the heat sink increases, in particular, a pressure on the heat sink, so its walls, which limit the cooling channel increases. This contributes to improved heat transfer from the heat generating component to the cooling air. For example, the cooling channel runs in a spiral shape and reduces its flow cross section. In particular, due to the spiral course there are no obstacles, angular deflections or the like, the Obstruct flow and could represent a pressure drop.
Gemäß einer Ausgestaltung sind im Kühlkanal ein oder mehrere Kühlrippen angeordnet, die sich in Richtung einer Strömungsrichtung der Luft durch den Kühlkanal erstrecken. In Strömungsrichtung bedeutet, dass die Rippen parallel oder tangential zu den Kühlkanal begrenzenden Kühlkanalwänden oder -wandungen verlaufen. Mit anderen Worten sind die Kühlrippen tangential zu dem Verlauf des Kühlkanals angeordnet. Mit anderen Worten folgen die Kühlrippen dem Verlauf des Kühlkörpers. Dadurch stellen die Kühlrippen selbst im Wesentlichen keine Strömungshindernisse für die Kühlluft durch den Kühlkanal dar. Die Kühlrippen tragen dazu bei, dass Wärme besonders effektiv von der wärmeerzeugenden Komponente über den Kühlkörper auf die Luft übertragen wird.According to one embodiment, one or more cooling fins are arranged in the cooling channel, which extend in the direction of a flow direction of the air through the cooling channel. In the flow direction means that the ribs extend parallel or tangentially to the cooling passage delimiting cooling channel walls or walls. In other words, the cooling fins are arranged tangentially to the course of the cooling channel. In other words, the cooling fins follow the course of the heat sink. As a result, the cooling fins themselves essentially do not present any obstacles to the flow of cooling air through the cooling channel. The cooling fins contribute to transferring heat from the heat-generating component via the heat sink to the air in a particularly effective manner.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der Kühlkörper zur Begrenzung des Kühlkanals dünnwandig ausgebildet. Dies trägt zu einem besonders effektiven Wärmeübergang bei. Insbesondere ist es nicht notwendig, einen massiven Kühlkörper herzustellen. Weiterhin ist ermöglicht, den Kühlkörper zweiteilig herzustellen, wobei beispielsweise ein Grundkörper und ein Deckel zur Bildung des Kühlkanals zusammengefügt sein können.According to a further embodiment, the cooling body is designed to be thin-walled for limiting the cooling channel. This contributes to a particularly effective heat transfer. In particular, it is not necessary to produce a massive heat sink. Furthermore, it is possible to produce the heat sink in two parts, wherein, for example, a base body and a lid can be joined together to form the cooling channel.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der Lüfter integraler Bestandteil des Kühlkörpers. Dadurch kann der Lüfter mit dem Kühlkörper zusammen als eine Baueinheit an die wärmeerzeugende Komponente angeordnet werden.According to a further embodiment, the fan is an integral part of the heat sink. Thereby, the fan with the heat sink can be arranged together as a unit to the heat-generating component.
Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass der Kühlkörper und die zugehörig beschriebenen Merkmale auch unabhängig von dem beschriebenen Computersystem verwendet werden, etwa in anderen, nicht dichten Systemen. Dies kann beispielsweise sinnvoll sein, wenn ein besonders effektiver Wärmeübergang von einer zu kühlenden Komponente erwünscht ist.It should be noted at this point that the heat sink and the associated features described are also used independently of the computer system described, such as in other, non-dense systems. This can be useful, for example, if a particularly effective heat transfer from a component to be cooled is desired.
Gemäß einer Ausgestaltung ist das Computersystem ein Internet-of-Things-Gerät. Bei derartigen IoT-Geräten ist typischerweise ein 24-Stunden-Betrieb gewünscht. Dabei muss sichergestellt sein, dass ein solches Gerät beispielsweise vor Umgebungseinflüssen geschützt ist.In one embodiment, the computer system is an Internet of Things device. Such IoT devices typically require 24-hour operation. It must be ensured that such a device, for example, protected from environmental influences.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Funktionen sind in der nachfolgenden, ausführlichen Beschreibung von einem Ausführungsbeispiel offenbart.Further advantageous embodiments and functions are disclosed in the following detailed description of an embodiment.
Das Ausführungsbeispiel wird unter Zuhilfenahme der angehängten Figuren nachfolgend beschrieben. Gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.The embodiment will be described below with the aid of the appended figures. Similar or identically acting elements are provided across the figures with the same reference numerals.
In den Figuren zeigen:
-
1A und1B zwei perspektivische Ansichten eines Computersystems gemäß einem Ausführungsbeispiel, -
2 eine perspektivische Innenansicht des Computersystems, -
3 eine weitere perspektivische Innenansicht des Computersystems, -
4 eine perspektivische Ansicht einer Baugruppe umfassend einen Kühlkörper und einen Lüfter, -
5 eine Explosionsdarstellung der Baugruppe, -
6 eine schematische Querschnittsansicht des Kühlkörpers und -
7 bis 9 drei verschiedene Querschnittsansichten des Computersystems.
-
1A and1B two perspective views of a computer system according to an embodiment, -
2 an interior perspective view of the computer system, -
3 another perspective inside view of the computer system, -
4 a perspective view of an assembly comprising a heat sink and a fan, -
5 an exploded view of the assembly, -
6 a schematic cross-sectional view of the heat sink and -
7 to9 three different cross-sectional views of the computer system.
Das Computersystem
Das Computersystem
Mittels des Lüfters
Durch diesen Kühlsystemaufbau wird erreicht, dass die Luft zunächst gezielt durch den Kühlkörper
Das Einblasen in den Innenraum
Weitere Details des Computersystems
Der Kühlkörper
Wie in
Diese Ausgestaltung des Kühlkanals
Damit die Luft gezielt in den Kühlkanal
Die Baugruppe kann vormontiert werden, sodass Lüfter und Kühlkörper zusammen auf dem Prozessor beziehungsweise die Hauptplatine
Wie weiterhin zu erkennen, strömt die Luft des Lüfters
Der Kühlkanal
In
In
Das Computersystem
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die konkreten konstruktiven Ausgestaltungen der beschriebenen Elemente variieren können. Weiterhin ist es nicht zwingend notwendig, beispielsweise ein Netzteil
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Computersystemcomputer system
- 22
- Computergehäusecomputer case
- 33
- Wärmetauscherheat exchangers
- 44
- Innenrauminner space
- 55
- Hauptplatinemotherboard
- 66
- Netzteilpower adapter
- 77
- Prozessorprocessor
- 88th
- Kühlkörperheatsink
- 99
- LüfterFan
- 1010
- Luftführungair duct
- 1111
- Lufteinlassair intake
- 1212
- Luftauslassair outlet
- 1313
- WärmetauscheroberseiteHeat exchanger top
- 1414
- Basisplattebaseplate
- 1515
- Kontaktflächecontact area
- 1616
- Kühlkanalcooling channel
- 1717
- Deckelcover
- 1818
- KühlkanaleinlassCooling duct inlet
- 1919
- KühlkanalauslassKühlkanalauslass
- 2020
- Halteadapterholding adapter
- 2121
- Montagerahmenmounting frame
- 2222
- LüfteraustrittsöffnungFan discharge opening
- 2323
- Kühlrippecooling fin
- 2424
- erste Kammerfirst chamber
- 2525
- zweite Kammersecond chamber
- 2626
- Wärmeisolierungthermal insulation
- A1A1
- erster Strömungsquerschnittfirst flow cross section
- A2A2
- zweiter Strömungsquerschnittsecond flow cross section
- H1H1
- erste Kühlkanalhöhefirst cooling channel height
- H2H2
- zweite Kühlkanalhöhesecond cooling channel height
- S1 bis S3S1 to S3
- Schnittebenencutting planes
Claims (14)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102016119095.0A DE102016119095B4 (en) | 2016-10-07 | 2016-10-07 | computer system |
Publications (2)
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---|---|
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Family
ID=61695468
Family Applications (1)
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Citations (3)
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---|---|---|---|---|
US20060249283A1 (en) | 2002-01-03 | 2006-11-09 | Pax Scientific, Inc. | Heat exchanger |
US20100186933A1 (en) | 2009-01-28 | 2010-07-29 | Kun-Jung Chang | Heat dispersing module |
US20110228470A1 (en) | 2008-12-26 | 2011-09-22 | Acetronix Co., Ltd. | Industrial computer capable of dust prevention and resistant to vibration |
-
2016
- 2016-10-07 DE DE102016119095.0A patent/DE102016119095B4/en active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20060249283A1 (en) | 2002-01-03 | 2006-11-09 | Pax Scientific, Inc. | Heat exchanger |
US20110228470A1 (en) | 2008-12-26 | 2011-09-22 | Acetronix Co., Ltd. | Industrial computer capable of dust prevention and resistant to vibration |
US20100186933A1 (en) | 2009-01-28 | 2010-07-29 | Kun-Jung Chang | Heat dispersing module |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
DIN EN 60529 |
Normen IEC 60529 |
RINORTNER, Kristin: Laminar und turbulent. 19.09.2006. URL: http://www.elektronikpraxis.vogel.de/laminar-und-turbulent-a-44749/ [abgerufen am 15.09.2017] * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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