DE102016213627A1

DE102016213627A1 - Thermoelektrisch unterstützte, mit Einlassluft gekühlte thermische Leiter

Info

Publication number: DE102016213627A1
Application number: DE102016213627.5A
Authority: DE
Inventors: Levi. A. Campbell; Milnes Paul David; Dustin W. Demetriou; Robert E. Simons; Roger R. Schmidt; Michael J. Ellsworth Jr.
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2015-08-12
Filing date: 2016-07-26
Publication date: 2017-02-16
Anticipated expiration: 2036-07-27
Also published as: US20180077824A1; GB2541997B; US10694644B2; US9949412B2; GB2541997A; DE102016213627B4; US20170049010A1

Abstract

Ein Verfahren, bei dem eine Kühlvorrichtung für ein Kühlen einer Wärme abführenden Komponente (von Wärme abführenden Komponenten) eines Elektronik-Gehäuses bereitgestellt wird, beinhaltet: Bereitstellen eines thermischen Leiters für eine Kopplung mit der (den) Wärme abführenden Komponente(n), wobei der thermische Leiter einen ersten Leiterabschnitt, der mit der Wärme abführenden Komponente gekoppelt ist, und einen zweiten Leiterabschnitt beinhaltet, der entlang einer Lufteinlassseite des Elektronik-Gehäuses positioniert ist, so dass der erste Leiterabschnitt im Betrieb Wärme von der (den) Komponente(n) zu dem zweiten Leiterabschnitt transferiert; Koppeln von wenigstens einer mit Luft gekühlten Wärmesenke mit dem zweiten Leiterabschnitt, um einen Transfer von Wärme zu dem Luftstrom zu erleichtern, der in das Elektronik-Gehäuse eintritt; Bereitstellen von wenigstens einer thermoelektrischen Einheit, die mit dem ersten oder dem zweiten Leiterabschnitt gekoppelt ist, um ein Bereitstellen einer aktiven unterstützenden Kühlung für den thermischen Leiter zu erleichtern; sowie Bereitstellen einer Steuereinheit, um den Betrieb der thermoelektrischen Einheit(en) zu steuern und selektiv den Betrieb der Kühlvorrichtung zwischen einem aktiven und einem passiven Kühl-Modus umzuschalten.

Description

HINTERGRUND
Die Abführung der Leistung vieler Komponenten von Computersystemen nimmt weiterhin zu, um Erhöhungen der Leistungsfähigkeit zu erzielen. Diese Entwicklung stellt eine Herausforderung für eine Kühlung sowohl auf der Ebene der Komponenten als auch auf der Ebene der Systeme dar. Es sind erhöhte Durchflussraten von Luft notwendig, um Komponenten mit höherer Leistung wirkungsvoll zu kühlen und um die Temperatur der Luft zu begrenzen, die zum Beispiel in ein Computerzentrum abgeführt wird.
Bei vielen großen Server-Anwendungen sind Prozessoren zusammen mit ihrer zugehörigen Elektronik (z. B. Speichern, Plattenlaufwerken, Stromversorgungen etc.) in herausnehmbaren Systemkonfigurationen gepackt und innerhalb eines Elektronik(oder IT)-Racks oder -Rahmens montiert. In anderen Fällen kann die Elektronik an festen Stellen innerhalb des Racks oder des Rahmens befestigt sein. Typischerweise werden die Wärme erzeugenden Komponenten innerhalb eines elektronischen Systems mit Luft gekühlt, die sich von einer oder mehreren die Luft bewegenden Einheiten (z. B. Axial- oder Zentrifugalgebläsen) angetrieben in Luftströmungs-Pfaden bewegt. In einigen Fällen kann die Möglichkeit bestehen, eine erhöhte Abführung von Leistung innerhalb eines Systems oder Racks zu handhaben, indem durch die Verwendung einer leistungsstärkeren, die Luft bewegenden Einheit ein stärkerer Luftstrom bereitgestellt wird oder indem die Drehzahl (RPM) einer vorhandenen, die Luft bewegenden Einheit erhöht wird. Diese Vorgehensweise kann jedoch auf der Ebene der Komponenten in Abhängigkeit teilweise von dem System-Layout und von der Temperatur der Einlassluft problematisch sein.
KURZDARSTELLUNG
In einem oder mehreren Aspekten werden die Unzulänglichkeiten des Standes der Technik durch ein Verfahren überwunden und werden zusätzliche Vorteile durch ein Verfahren bereitgestellt, das Folgendes beinhaltet: Bereitstellen einer Kühlvorrichtung für ein Kühlen einer Wärme abführenden Komponente (von Wärme abführenden Komponenten) innerhalb eines Elektronikgehäuses, wobei das Elektronikgehäuse eine Lufteinlassseite aufweist, durch die hindurch ein Luftstrom in das Elektronikgehäuse eintritt. Das Bereitstellen der Kühlvorrichtung beinhaltet: Bereitstellen eines thermischen Leiters für eine Kopplung mit der (den) Wärme abführenden Komponente(n) innerhalb des Elektronikgehäuses, wobei der thermische Leiter beinhaltet: einen ersten Leiterabschnitt für eine Kopplung mit der (den) Wärme abführenden Komponente(n), um Wärme von dieser (diesen) abzuleiten; sowie einen zweiten Leiterabschnitt für eine Positionierung entlang der Lufteinlassseite des Elektronikgehäuses, wobei der erste Leiterabschnitt im Betrieb wenigstens teilweise Wärme von der (den) Wärme abführenden Komponente(n) zu dem zweiten Leiterabschnitt transferiert; Koppeln von wenigstens einer mit Luft gekühlten Wärmesenke mit dem zweiten Leiterabschnitt des thermischen Leiters, um einen Transfer von Wärme von dem zweiten Leiterabschnitt zu dem Luftstrom zu erleichtern, der in das Elektronikgehäuse eintritt; Bereitstellen von wenigstens einer thermoelektrischen Einheit, die mit wenigstens einem von dem ersten Leiterabschnitt oder dem zweiten Leiterabschnitt des thermischen Leiters gekoppelt ist, um selektiv eine aktive unterstützende Kühlung für den thermischen Leiter bereitzustellen; sowie Bereitstellen einer Steuereinheit, um den Betrieb der wenigstens einen thermoelektrischen Einheit zu steuern und um den Betrieb der Kühlvorrichtung selektiv zwischen einem aktiven Kühl-Modus, in dem die wenigstens eine thermoelektrische Einheit aktiv ist, und einem passiven Kühl-Modus umzuschalten, in dem die wenigstens eine thermoelektrische Einheit nicht aktiv ist.
Weitere Merkmale und Vorteile werden durch die Techniken der vorliegenden Erfindung realisiert. Weitere Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung sind hierin im Detail beschrieben und werden als ein Teil der beanspruchten Erfindung angesehen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ein oder mehrere Aspekte der vorliegenden Erfindung sind als Beispiele in den Ansprüchen am Ende der Beschreibung genauer aufgezeigt und eindeutig beansprucht. Das Vorstehende und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen ersichtlich, in denen:
1 eine Ausführungsform eines herkömmlichen Layouts mit einem erhöhten Boden für ein mit Luft gekühltes Datenzentrum darstellt;
2A eine Ausführungsform eines gekühlten elektronischen Systems mit mehreren Subsystem-Gehäusen, die eine oder mehrere Wärme abführende Komponente(n) beinhalten, die zu kühlen sind, gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung darstellt;
2B das gekühlte elektronische System von 2A gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung darstellt, bei dem bestimmte Subsysteme entfernt sind, um einen Luftstrom durch ausgewählte Elektronik-Gehäuse des gekühlten elektronischen Systems zu veranschaulichen;
3 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Layouts für ein elektronisches Subsystem, wie beispielsweise eines Layouts für Eingabe-/Ausgabekarten, die mehrere Verbinder oder Wärme abführende Komponenten veranschaulicht, die über eine Kühlvorrichtung zu kühlen sind, gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung ist;
4 das Layout des elektronischen Subsystems von 3 gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung darstellt, wobei eine Ausführungsform einer Kühlvorrichtung gezeigt ist, die innerhalb des Elektronik-Gehäuses über ausgewählten, Wärme abführenden Komponenten liegt,
5A eine vergrößerte perspektivische Ansicht der Ausführungsform der Kühlvorrichtung von 4 gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung ist;
5B eine weitere vergrößerte End-Aufriss-Ansicht der Kühlvorrichtung von 5A gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung ist;
6 eine vergrößerte Aufriss-Ansicht in teilweisem Querschnitt einer Ausführungsform einer thermoelektrischen Einheit für eine Kühlvorrichtung, wie beispielsweise in den 4 bis 5B dargestellt, gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung ist;
7 ein Ablaufplan einer Ausführungsform eines Prozesses für ein Steuern des Betriebs der thermoelektrischen Module der thermoelektrischen Einheit(en) innerhalb einer Kühlvorrichtung, wie beispielsweise in den 4 bis 6 dargestellt, gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung ist;
8 eine alternative Ausführungsform einer Kühlvorrichtung, wie beispielsweise in den 4 bis 6 dargestellt, für ein Layout eines elektronischen Subsystems, wie beispielsweise in 3 gezeigt, gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung darstellt;
9 eine weitere Ausführungsform einer Kühlvorrichtung für ein Kühlen ausgewählter Komponenten innerhalb eines Elektronik-Gehäuses, wie beispielsweise in 3 gezeigt, gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung darstellt;
10A eine End-Aufriss-Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Kühlvorrichtung für ein Kühlen ausgewählter Komponenten innerhalb eines Elektronik-Gehäuses, wie beispielsweise in 3 gezeigt, gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung ist;
10B eine Seiten-Aufriss-Ansicht der Kühlvorrichtung von 10A gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung ist; und
11 eine Ausführungsform eines Datenverarbeitungssystems darstellt, das einen oder mehrere Aspekte der vorliegenden Erfindung realisiert.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In einem herkömmlichen, mit Luft gekühlten Datenzentrum können mehrere Elektronik-Racks in einer oder mehreren Reihen angeordnet sein, wobei das Datenzentrum mehrere hundert oder sogar mehrere tausend Mikroprozessoren innerhalb der Elektronik-Racks aufnimmt. Es ist anzumerken, dass ”Elektronik-Rack”, ”Rack”, ”Informationstechnologie(IT)-Rack” etc. austauschbar hierin verwendet werden können und sie, wenn nichts anderes spezifiziert ist, irgendein Gehäuse, irgendeinen Rahmen, irgendeinen Träger, irgendeine Struktur, irgendeinen Raum etc. mit einer oder mehreren Wärme erzeugenden Komponenten eines Computersystems, eines elektronischen Systems, eines IT-Systems etc. beinhalten können. Es ist außerdem anzumerken, dass nachstehend auf die Zeichnungen Bezug genommen wird, die zum besseren Verständnis der verschiedenen Aspekte der vorliegenden Erfindung eventuell nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind, wobei die gleichen Bezugszeichen, die in verschiedenen Figuren durchweg verwendet werden, die gleichen oder ähnliche Komponenten bezeichnen.
1 stellt eine Ausführungsform eines Datenzentrums 100 dar, bei dem es sich bei einem Beispiel um ein Layout mit einem erhöhten Boden für eine mit Luft gekühlte Computer-Installation oder ein mit Luft gekühltes Datenzentrum 100 handelt. Das Datenzentrum 100 beinhaltet Elektronik(oder Informationstechnologie(IT))-Racks 110, die in einer oder mehreren Reihen auf einem erhöhten Boden 106 des Datenzentrums 100 angeordnet sind. Ein oder mehrere Lüftungsgeräte des Computerraums (CRAHs, Computer Room Air-Handling units) 120 (die auch als Klimaanlagen des Computerraums (CRACs, Computer Room Air-Conditioners) bezeichnet werden) saugen warme Luft an (zum Beispiel durch eine oder mehrere Lufteinlassöffnungen in der Oberseite der CRAHs) und führen gekühlte Luft in einen Unterboden-Zwischenraum 108 unterhalb des erhöhten Bodens 106 ab. Ein warmer Luftstrom durch das Datenzentrum 100 ist mit hellen Pfeilen 112 dargestellt, und ein abgekühlter Luftstrom durch das Datenzentrum 100 ist mit getüpfelten Pfeilen 111 gekennzeichnet.
In 1 setzen Elektronik-Racks 110 eine Vorgehensweise für eine Kühlung von vorne nach hinten ein. Und zwar wird gemäß dieser Vorgehensweise gekühlte Luft 111 durch eine Vorderseite oder eine Lufteinlassseite 121 jedes Racks eingesaugt, und warme Luft 112 wird von einer Rückseite oder einer Luftauslassseite 131 jedes Racks abgeführt. Die gekühlte Luft, die in die Vorderseite des Racks eingesaugt wird, wird Lufteinlässen der elektronischen Komponenten (z. B. Servern) zugeführt, die innerhalb der IT-Racks angeordnet sind. Ein Raum zwischen dem erhöhten Boden 106 und einem Unterboden 104 definiert den Unterboden-Zwischenraum 108. Der Unterboden-Zwischenraum 108 dient als ein Kanal, um zum Beispiel gekühlte Luft 111 von den Klimaanlagen-Einheiten 120 zu den Elektronik-Racks 110 zu transportieren. Bei einer Ausführungsform sind die Elektronik-Racks 110 in einer Konfiguration mit einem warmen Gang/einem kalten Gang angeordnet, wobei ihre Lufteinlassseiten und Luftauslassseiten in alternierenden Richtungen angeordnet sind, wie in 1 dargestellt. Gekühlte Luft 111 wird durch eine oder mehrere perforierte Bodenfliesen 115 in dem erhöhten Boden 106 aus dem Unterboden-Zwischenraum 108 in die kalten Gänge des Datenzentrums eingebracht. Die gekühlte Luft 111 wird dann über die Einlässe der Elektronik-Racks 110 in diese eingesaugt und nachfolgend in das Datenzentrum hinein über einen oder mehrere Luftauslässe der einzelnen Elektronik-Racks in die warmen Gänge des Datenzentrums hinein abgeführt.
2A stellt als ein Beispiel eine Ausführungsform eines gekühlten elektronischen Systems dar, das allgemein mit 200 bezeichnet ist, das zum Beispiel innerhalb eines Elektronik(oder IT)-Racks 110 innerhalb eines Datenzentrums liegen kann, wie beispielsweise vorstehend in Verbindung mit 1 beschrieben. Bei der dargestellten Ausführungsform beinhaltet das gekühlte elektronische System 200 eine Mehrzahl von elektronischen Subsystemen, wie beispielsweise Server-Einschübe, Eingabe-/Ausgabe(E/A)-Karten, Stromversorgungen etc., die mittels eines an der Lufteinlassseite 121 des Elektronik-Racks 110 eintretenden kalten Luftstroms 201 zu kühlen sind, wobei ein erwärmter Luftstrom 202 aus der Luftauslassseite 131 abgeführt wird. Bei der dargestellten Ausführungsform sind mehrere die Luft bewegende Einheiten 203 an der Luftauslassseite des gekühlten elektronischen Systems 200 bereitgestellt, um einen Luftstrom durch die einzelnen elektronischen Subsysteme hindurch zu erleichtern. Mehrere die Luft bewegende Einheiten 203 können ähnliche Einheiten mit der gleichen Abmessung oder mit unterschiedlichen Abmessungen sein, wie beispielsweise Lüfter-Pakete mit 80 mm oder 40 mm. Als ein Beispiel beinhaltet das gekühlte elektronische System 200 mehrere Server-Einschübe 205, die operativ an eine Seite einer Mittelebene 220 andocken, wobei die andere Seite der Mittelebene 220 als ein Beispiel mit mehreren Stromversorgungen 210, mehreren die Luft bewegenden Einheiten 203 mit zugehörigen Logikkarten ebenso wie mit Eingabe-/Ausgabe(E/A)-Karten 215, wie beispielsweise skalierbaren Schaltelementen, sowie Steuerkarten 211 gekoppelt ist. Bei einer oder mehreren Ausführungen können die verschiedenen elektronischen Subsysteme, die in 2A dargestellt sind, von der Lufteinlassseite 121 aus, wie in dem Fall der Server-Einschübe 205, oder von der Luftauslassseite 131 aus in das Elektronik-Rack 110 gleiten, wie in dem Fall mit den die Luft bewegenden Einheiten 203, den Stromversorgungen 210, den Steuerkarten 211 sowie den E/A-Karten 215, und sie sind, wenn sie in Betrieb sind, über die Mittelebene 220 elektrisch verbunden und/oder tauschen über diese Daten aus.
2B stellt das gekühlte elektronische System von 2A dar, wobei die Mittelebene, die Stromversorgungen und die meisten der die Luft bewegenden Einheiten entfernt sind, um einen kühlenden Luftstrom 230 in ausgewählte Elektronik-Gehäuse hinein und durch diese hindurch zu veranschaulichen, die bei dem dargestellten Beispiel die E/A-Karten 215 oder skalierbare Schaltelemente für die mehreren Server-Einschübe 205 beinhalten. Wie dargestellt, tritt bei einer oder mehreren Ausführungen ein kühlender Luftstrom 230, der durch das Elektronik-Rack hindurch strömt, zum Beispiel über einen oder mehrere Luftkanäle (nicht gezeigt) unterhalb der Server-Einschübe 205 in eine Lufteinlassseite 216 der Elektronik-Gehäuse ein, in denen die E/A-Karten 215 aufgenommen sind, und tritt als eine erwärmte Abluft 231 aus Luftauslassseiten 217 derselben aus. Diese erwärmte Abluft 231 wird in jeweilige überbrückende Luft-Zwischenräume 232 eingesaugt und (bei diesem Beispiel) über die Luft bewegende Einheiten 203 abgeführt, die in der Nähe der Luftauslassseiten 217 der Elektronik-Gehäuse angeordnet sind, welche die E/A-Karten 215 enthalten. Es ist anzumerken, dass jede die Luft bewegende Einheit 203 bei der dargestellten Ausführungsform den Abluftstrom 231 ansaugt, der auf beiden Seiten der die Luft bewegenden Einheit aus den Gehäusen der elektronischen Subsysteme austritt.
3 stellt lediglich als ein Beispiel eine Ausführungsform des Layouts einer Komponente für eine E/A-Karte 215 oder ein skalierbares Schaltelement dar. Wie angemerkt, tritt der Luftstrom 230 in die Lufteinlassseite 216 des Elektronik-Gehäuses ein und tritt als erwärmte Abluft 231 aus der Auslassseite 217 aus. Bei bestimmten Ausführungsformen wird die erwärmte Abluft 231 in einen benachbarten überbrückenden Zwischenraum eingesaugt und über eine jeweilige die Luft bewegende Einheit (siehe 2B) aus der Luftauslassseite des Elektronik-Racks abgeführt, in welches das gekühlte Elektroniksystem aufgenommen ist. Eine oder mehrere Wärme erzeugende Komponenten innerhalb des Pfads des Luftstroms durch das Elektronik-Gehäuse hindurch kann mit diesem verknüpfte, mit Luft gekühlte Wärmesenken 300 aufweisen, die bei einer oder mehreren Ausführungsformen über der (den) jeweiligen Komponente(n) liegen können, die zu kühlen ist (sind). Bei diesem Beispiel für eine Eingabe-/Ausgabe-Karte kann sich eine Mehrzahl von Verbindern 310, wie beispielsweise von aktiven optischen Verbindern, entlang einer Seite des Layouts für das elektronische Subsystem befinden, wobei die eine Seite bei diesem Beispiel an dem Gang des Datenzentrums für warme Luft anzuordnen ist, wenn die Eingabe-/Ausgabekarte innerhalb des Elektronik-Racks an der Luftauslassseite desselben operativ angedockt ist. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen weist jeder Verbinder 310 mit diesem verknüpft einen Temperatursensor (T) 311 auf, um ein Überwachen der Temperatur des Verbinders 310 zu erleichtern. Jeder Verbinder führt Wärme ab, und aufgrund ihrer Funktion befinden sich die Verbinder zwangsläufig entlang des Rands der E/A-Karte benachbart zu dem Gang des Datenzentrums für warme Luft. Diese Konfiguration ist vorteilhaft für eine Verkabelung und für eine Verschaltung des Gesamtsystems, da Übertragungskabel, die mit den Verbindern gekoppelt sind, ohne Weiteres an dem Gang für warme Luft aus dem Elektronik-Rack austreten können. Die Konfiguration ist jedoch außerdem nachteilig für kühlende Verbinder 310, da sich die Verbinder nicht im Hauptpfad des Luftstroms 230 durch das Elektronik-Gehäuse hindurch befinden. Eine potentielle Lösung wäre die Bereitstellung von die Luft abführenden Öffnungen in dem Elektronik-Gehäuse benachbart zu den Verbindern 310, um zu ermöglichen, dass ein zusätzlicher Luftstrom über die Verbinder 310 hinweg strömt. Bei der Konfiguration der 2A und 2B ist jedoch die die Luft bewegende Einheit 203 stromabwärts des Gehäuses angeordnet und saugt Abluft durch das Elektronik-Gehäuse hindurch an. Somit würde jegliche Öffnung in der Wand, entlang der die Verbinder an dem Gang für warme Luft angeordnet sind, nachteiligerweise ein Einsaugen von warmer Luft in das Elektronik-Gehäuse hinein ermöglichen. Somit ist eine alternative Vorgehensweise für eine Kühlung notwendig.
Hierin sind eine Kühlstruktur und eine Kühlvorrichtung für ein Elektronik-Gehäuse bereitgestellt, das mehrere Wärme erzeugende Komponenten beinhaltet, die zu kühlen sind. Die mehreren Wärme erzeugenden Komponenten können mehrere elektronische oder optoelektronische Komponenten beinhalten, wie beispielsweise optische Verbinder, die Elektronikeinheiten enthalten, die Wärme abführen, wie bei dem vorstehend in Verbindung mit den 2A bis 3 beschriebenen Beispiel. Die Kühlvorrichtung kann einen thermischen Leiter beinhalten, der mit einem ersten Abschnitt für eine Kopplung mit der einen oder den mehreren Wärme abführenden Komponente(n), um Wärme aus diesen abzuleiten, sowie einem zweiten Leiterabschnitt für eine Positionierung zum Beispiel entlang der Lufteinlassseite des Elektronik-Gehäuses konfiguriert ist, wobei der erste Leiterabschnitt Wärme wenigstens teilweise von der (den) Wärme abführenden Komponente(n) zu dem zweiten Leiterabschnitt leitet. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Kühlvorrichtung des Weiteren wenigstens eine mit Luft gekühlte Wärmesenke, die mit dem zweiten Leiterabschnitt des thermischen Leiters entlang der Lufteinlassseite des Elektronik-Gehäuses gekoppelt ist, um einen Transfer von Wärme von dem zweiten Leiterabschnitt zu dem Luftstrom zu erleichtern, der in das Gehäuse eintritt, sowie wenigstens eine thermoelektrische Einheit beinhalten, die mit wenigstens einem von dem ersten Leiterabschnitt oder dem zweiten Leiterabschnitt des thermischen Leiters gekoppelt ist, um selektiv eine aktive unterstützende Kühlung für den thermischen Leiter bereitzustellen. Eine Steuereinheit steuert den Betrieb der wenigstens einen thermoelektrischen Einheit und schaltet selektiv den Betrieb der Kühlvorrichtung zwischen einem aktiven Kühl-Modus, in dem die wenigstens eine thermoelektrische Einheit aktiv ist, und einem passiven Kühl-Modus um, in dem die wenigstens eine thermoelektrische Einheit nicht aktiv ist.
Bei einer oder mehreren Ausführungen weist die Kühlvorrichtung mehrere mit Luft gekühlte Wärmesenken auf, wobei sich eine erste mit Luft gekühlte Wärmesenke und eine zweite mit Luft gekühlte Wärmesenke auf entgegengesetzten Seiten des zweiten Leiterabschnitts des thermischen Leiters entlang der Lufteinlassseite des Gehäuses befinden. Bei bestimmten Ausführungen beinhalten die entgegengesetzten Seiten des zweiten Leiterabschnitts und des thermischen Leiters eine erste Seite und eine zweite Seite, und die wenigstens eine thermoelektrische Einheit ist zwischen der ersten Seite des zweiten Leiterabschnitts und der ersten mit Luft gekühlten Wärmesenke angeordnet. Die wenigstens eine thermoelektrische Einheit pumpt, wenn sie aktiv ist, Wärme von der ersten Seite des zweiten Leiterabschnitts zu der ersten mit Luft gekühlten Wärmesenke, um eine aktive Kühlung des thermischen Leiters und infolgedessen eine aktive unterstützende Kühlung der Wärme abführenden Komponente(n) zu erleichtern. Die zweite mit Luft gekühlte Wärmesenke kann mit der zweiten Seite des zweiten Leiterabschnitts des thermischen Leiters gekoppelt sein.
Bei einer oder mehreren Ausführungsformen erstrecken sich der erste Leiterabschnitt und der zweite Leiterabschnitt des thermischen Leiters in verschiedenen Richtungen, und die wenigstens eine thermoelektrische Einheit weist mehrere thermoelektrische Module auf. Die mehreren thermoelektrischen Module können mit der ersten Seite des zweiten Leiterabschnitts des thermischen Leiters entlang der Lufteinlassseite des Elektronik-Gehäuses gekoppelt sein, und die Steuereinheit kann selektiv den Betrieb jedes thermoelektrischen Moduls der mehreren thermoelektrischen Module zum Beispiel in einer vorprogrammierten Weise getrennt steuern. Als ein Beispiel kann die Steuereinheit steuerbar eine unterstützende Kühlung für den thermischen Leiter bereitstellen, indem eine Aktivierung von einem oder mehreren thermoelektrischen Modulen der mehreren thermoelektrischen Module priorisiert wird, das (die) am nächsten bei dem ersten Leiterabschnitt des thermischen Leiters angeordnet ist (sind), wenn eine unterstützende Kühlung gewünscht ist. Des Weiteren können mit dem zweiten Leiterabschnitt verknüpfte Temperatursensoren bereitgestellt sein, um zum Beispiel das Ermitteln einer Temperaturdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Seite des zweiten Leiterabschnitts zu erleichtern. Die Steuereinheit kann diese Information bezüglich der Temperaturdifferenz verwenden, um den Betrieb von einem oder mehreren der thermoelektrischen Module der mehreren thermoelektrischen Module zu steuern. Bei einer oder mehreren Ausführungen kann eine isolierende Schicht den zweiten Leiterabschnitt in einen oberen Leiterabschnitt und einen unteren Leiterabschnitt unterteilen. Die isolierende Schicht kann sich bei einer oder mehreren Ausführungen innerhalb des zweiten Leiterabschnitts parallel zu der ersten Seite und der zweiten Seite des zweiten Leiterabschnitts erstrecken und kann einen Transfer von Wärme von der zweiten Seite zu der ersten Seite verhindern, wenn sich die Kühlvorrichtung in dem aktiven Kühl-Modus befindet.
Bei bestimmten Ausführungen können mehrere mit Luft gekühlte Wärmesenken bereitgestellt sein, und die wenigstens eine thermoelektrische Einheit kann mehrere thermoelektrische Module beinhalten. Die mehreren mit Luft gekühlten Wärmesenken können zum Beispiel eine erste mit Luft gekühlte Wärmesenke und eine zweite mit Luft gekühlte Wärmesenke beinhalten, wobei die erste mit Luft gekühlte Wärmesenke und die zweite mit Luft gekühlte Wärmesenke an entgegengesetzten Seiten des zweiten Leiterabschnitts des thermischen Leiters angeordnet sind. Die entgegengesetzten Seiten des zweiten Leiterabschnitts des thermischen Leiters können eine erste Seite und eine zweite Seite beinhalten, und ein thermoelektrisches Modul oder mehrere thermoelektrische Module der mehreren thermoelektrischen Module kann oder können mit der ersten Seite des zweiten Leiterabschnitts gekoppelt sein, und ein weiteres thermoelektrisches Modul oder mehrere weitere thermoelektrische Module der mehreren thermoelektrischen Module kann oder können mit der zweiten Seite des zweiten Leiterabschnitts gekoppelt sein. Als ein Beispiel kann das eine thermoelektrische Modul oder können die mehreren thermoelektrischen Module und das eine weitere thermoelektrische Modul oder die mehreren weiteren thermoelektrischen Module jeweils mit der ersten Seite und der zweiten Seite des zweiten Leiterabschnitts des thermischen Leiters näher an einem Ende desselben entfernt von der Stelle gekoppelt sein, an welcher der erste Leiterabschnitt innerhalb des thermischen Leiters auf den zweiten Leiterabschnitt trifft.
Als ein weiteres Beispiel kann die wenigstens eine thermoelektrische Einheit mehrere thermoelektrische Module beinhalten, die mit dem ersten Leiterabschnitt des thermoelektrischen Leiters gekoppelt sind. Bei einer derartigen Ausführung kann die Kühlvorrichtung des Weiteren eine unterstützende Wärmesenke beinhalten, die mit den mehreren thermoelektrischen Modulen gekoppelt ist. Die mehreren thermoelektrischen Module können zwischen dem ersten Leiterabschnitt des thermischen Leiters und der unterstützenden Wärmesenke angeordnet sein.
Innerhalb der Kühlvorrichtung können verschiedene Ausführungsformen eines thermischen Leiters verwendet werden. Zum Beispiel kann der thermische Leiter ein thermisch leitendes Element aufweisen, das zum Beispiel eine feste Leitungsschicht beinhaltet, die Graphit, CVD-Diamant, Kupfer, Aluminium etc. beinhaltet. Bei einer oder mehreren Ausführungen kann das thermische leitende Element außerdem oder alternativ ein oder mehrere eingebettete Wärmerohre oder Dampfkammern innerhalb des Elements beinhalten, um einen Transfer von Wärme zum Beispiel von dem ersten Leiterabschnitt zu dem zweiten Leiterabschnitt zu erleichtern. Die eine oder die mehreren mit Luft gekühlte(n) Wärmesenke(n) der Kühlvorrichtung kann oder können ein thermisch leitfähiges Material aufweisen, wie beispielsweise ein Metall (z. B. Kupfer oder Aluminium), und bei einer oder bei mehreren Ausführungen kann es sich um gerippte Wärmesenken-Strukturen mit Basen handeln, die in Abhängigkeit von der Ausführung zum Beispiel mit dem thermischen Leiter und/oder den thermoelektrischen Modulen der wenigstens einen thermoelektrischen Einheit verbunden sind.
Es ist anzumerken, dass sich ”Wärmerohr”, wie hierin verwendet, auf eine Wärmetransfer-Einheit oder ein Wärmetransfer-Element bezieht, die oder das die Gesetze sowohl der thermischen Leitfähigkeit als auch des Phasenübergangs kombiniert, um einen Transfer von Wärme zwischen zwei Stellen des thermischen Leiters wirksam zu handhaben. Bei einer oder mehreren Ausführungen kann der erste Leiterabschnitt (oder die warme Seite) des Wärmerohrs eine Flüssigkeit aufweisen, die sich in Kontakt mit thermisch leitfähigen festen Oberflächen des thermischen Leiters befindet. Die Flüssigkeit verdampft, indem sie Wärme von den Oberflächen aufnimmt, und der Dampf wandert entlang des Wärmerohrs zu dem kühleren zweiten Leiterabschnitt des thermischen Leiters, wo er wieder zu einer Flüssigkeit kondensiert, wobei die latente Wärme freigesetzt wird. Die Flüssigkeit kehrt dann zu dem warmen Abschnitt des thermischen Leiters zurück. Als ein Beispiel kann eine Dampfkammer ein spezieller Typ eines Wärmerohrs sein, der alternativ als ein flaches Wärmerohr bezeichnet wird, das die gleichen grundlegenden Komponenten wie ein rohrförmiges Wärmerohr aufweist, wie beispielsweise einen hermetisch abgedichteten hohlen Behälter, ein Arbeitsfluid sowie ein geschlossenes Kapillar-Kreislauf-Rückführsystem.
4 stellt eine Ausführungsform des Beispiels der 2A bis 3 für ein Elektronik-Gehäuse und eine E/A-Karte 215 dar, wobei eine allgemein mit 400 bezeichnete Kühlvorrichtung bereitgestellt ist, die über den mehreren Verbindern 310 (3) oder Wärme abführenden Komponenten liegt, die zu kühlen sind. Bei der dargestellten Ausführungsform beinhaltet die Kühlvorrichtung 400 einen thermischen Leiter 401, der einen ersten Leiterabschnitt 410 und einen zweiten Leiterabschnitt 420 aufweist, die zum Beispiel als eine integrierte oder unitäre Struktur ausgebildet sind, wobei sich der erste und der zweite Abschnitt 410, 420 in unterschiedlichen Richtungen erstrecken, so dass der thermische Leiter 401 bei einem Beispiel eine L-Form aufweist. Der erste Leiterabschnitt 410 liegt bei diesem Beispiel über den mehreren Wärme abführenden Komponenten, zum Beispiel den Verbindern 310 (3), und ist mit diesen gekoppelt, um ein Abführen von Wärme 415 von diesen zu erleichtern. Der zweite Leiterabschnitt 420 des thermischen Leiters 401 ist bei der dargestellten Ausführungsform entlang der Lufteinlassseite 216 des Gehäuses positioniert und befindet sich in thermischem Kontakt mit (zum Beispiel integriert mit oder thermisch gekoppelt mit) dem ersten Leiterabschnitt 410 des thermischen Leiters 401. Wenn er in Betrieb ist, wird die Wärme 415 von dem ersten Leiterabschnitt 410 zu dem zweiten Leiterabschnitt 420 geleitet, wo die Wärme zum Beispiel über die wenigstens eine mit Luft gekühlte Wärmesenke und die wenigstens eine thermoelektrische Einheit an den eintretenden Luftstrom abgeführt wird, wie nachstehend unter Bezugnahme auf die 5A und 5B weiter erläutert.
Auf die 5A und 5B zusammen bezugnehmend ist die Ausführungsform der Kühlvorrichtung 400 von 4 detaillierter gezeigt. Wie angemerkt, beinhaltet die Kühlvorrichtung 400 zum Beispiel einen thermischen Leiter 401, wenigstens eine mit Luft gekühlte Wärmesenke 430 sowie wenigstens eine thermoelektrische Einheit 440 zusammen mit einer Steuereinheit 450 (4). Bei der in den 5A und 5B dargestellten Ausführungsform weist die Kühlvorrichtung mehrere mit Luft gekühlte Wärmesenken 431, 432 auf, die an entgegengesetzten Seiten des zweiten Leiterabschnitts 420 des thermischen Leiters 401 angeordnet sind. Darüber hinaus ist gezeigt, dass die wenigstens eine thermoelektrische Einheit 440 mehrere thermoelektrische Module 441 beinhaltet, die zwischen der ersten mit Luft gekühlten Wärmesenke 431 und einer ersten Seite 421 des zweiten Leiterabschnitts 420 des thermischen Leiters 401 positioniert sind. Wie nachstehend erläutert, können die mehreren thermoelektrischen Module 441 mit einer Aktivierung von einem oder mehreren der thermoelektrischen Module, was die Kühlvorrichtung in einen aktiven Kühl-Modus versetzt, und einer Deaktivierung von sämtlichen thermoelektrischen Modulen, was die Kühlvorrichtung in einen passiven, lediglich mit Luft gekühlten Kühl-Modus versetzt, einzeln mittels der Steuereinheit gesteuert werden. Der thermische Leiter 401 oder das thermische leitende Element können teilweise über den zu kühlenden Komponenten liegen und können unter Verwendung geeigneter Befestigungselemente (nicht gezeigt) an der Leiterplatte des elektronischen Subsystems angebracht sein. Der erste Leiterabschnitt 410 kann zum Beispiel mit den darunter liegenden, Wärme abführenden Komponenten, wie beispielsweise den Verbindern 310 (3) bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel, über ein Material für eine thermische Grenzfläche, ein Pad für eine thermische Grenzfläche thermisch gekoppelt sein oder kann mit einer federnden Kontaktstruktur konfiguriert sein, um eine gute Kopplung mit diesen sicherzustellen. Die Wärme wird durch den thermischen Leiter von den Wärme abführenden Komponenten zu dem zweiten Leiterabschnitt 420 an der Lufteinlassseite des Elektronik-Gehäuses geleitet. An der Lufteinlassseite des Elektronik-Gehäuses führen die mit Luft gekühlten Wärmesenken 431, 432 Wärme von dem thermischen Leiter zu dem Luftstrom zurück, der in das Elektronik-Gehäuse eintritt. Es ist anzumerken, dass wenigstens ein Anteil der Wärme, die von den Wärme abführenden Komponenten abgeführt wird und von dem ersten Leiterabschnitt 410 entlang des thermischen Leiters geleitet wird, direkt an den Luftstrom abgeführt wird, der durch die Lufteinlassseite des Gehäuses hindurch strömt, da die zweite mit Luft gekühlte Wärmesenke 432 direkt mit einer zweiten Seite 422 des zweiten Leiterabschnitts 420 gekoppelt ist. Die mit Luft gekühlten Rippen können zum Beispiel thermisch und mechanisch mit einer Metallverkleidung des thermischen Leiters 401 entweder metallurgisch, mit einer Hartlötmasse oder einer Weichlötmasse oder über ein Material für eine thermische Grenzfläche und Befestigungselemente verbunden sein. Bei der Ausführungsform der 5A und 5B kann der thermische Leiter 401 eine Graphit-Struktur, ein Metall oder einen anderen festen thermischen Leiter beinhalten, wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium oder Aluminiumsiliciumcarbid (als ein Beispiel). Darüber hinaus oder alternativ können ein oder mehrere Wärmerohre innerhalb des thermischen Leiters oder einer oder mehrerer Dampfkammern eingebettet sein. Über der thermisch leitenden Schicht des thermischen Leiters 401 können eine obere und eine untere Metallverkleidung 501, 502 bereitgestellt sein, wenn gewünscht.
Bei der dargestellten Ausführung kann auf einer von der ersten Seite 421 oder der zweiten Seite 422 des zweiten Leiterabschnitts 420 eine thermische Grenzfläche zu einer kalten Seite der wenigstens einen thermoelektrischen Einheit bereitgestellt sein, die in den dargestellten Ausführungsformen so gezeigt ist, dass sie mehrere thermoelektrische Module 441 aufweist, die in einer Reihe angeordnet sind. Die thermoelektrischen Module können zum Beispiel irgendwelche einer Vielzahl von kommerziell erhältlichen thermoelektrischen Modulen sein, die lediglich als ein Beispiel thermoelektrische Module, die von Ferrotec, Santa Clara, Kalifornien (USA) erhältlich sind, oder thermoelektrische Module beinhalten, die von Marlo Industries, Inc., Dallas, Texas (USA) erhältlich sind. Für eine Verwendung in einem Steuerprozess, wie beispielsweise nachstehend unter Bezugnahme auf 7 beschrieben, können mehrere Temperatursensoren 510 (5B) entlang der ersten Seite 421 und der zweiten Seite 422 des zweiten Leiterabschnitts 420 bereitgestellt sein. In Reaktion auf Temperaturen, die an den Wärme abführenden Komponenten zum Beispiel über die Temperatursensoren 311 (3) erfasst werden, kann den thermoelektrischen Modulen 441 ein elektrischer Strom von dem System zugeführt werden, um Wärme von den kalten Seiten der thermoelektrischen Module (TEMs) 441 zu den warmen Seiten zu pumpen, wodurch die Kühlung des thermischen Leiters und somit der Wärme abführenden Komponenten unterstützt wird, die mit dem thermischen Leiter gekoppelt sind. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die warmen Seiten der thermoelektrischen Module 441 mechanisch und thermisch mit der ersten mit Luft gekühlten Wärmesenke 431 gekoppelt, durch die Wärme mittels der thermoelektrischen Module abgeführt wird, und Wärme, die mittels der thermoelektrischen Module gepumpt wird, wird an den Luftstrom abgeführt, der in das Elektronik-Gehäuse eintritt.
6 ist eine Aufriss-Ansicht im Querschnitt einer Ausführungsform einer thermoelektrischen Einheit 440, die eine Reihe oder ein Feld von thermoelektrischen Modulen 441 aufweist, die jeweils einzelne thermoelektrische Elemente 600 beinhalten können. Bei dem dargestellten Beispiel ist die thermoelektrische Einheit 440 zwischen dem zweiten Leiterabschnitt 420 und einer mit Luftgekühlten Wärmesenke 431 angeordnet, wobei eine kalte Seite jedes thermoelektrischen Moduls 441 mit dem zweiten Leiterabschnitt 420 gekoppelt ist und eine warme Seite jedes thermoelektrischen Moduls mit der mit Luft gekühlten Wärmesenke 431 gekoppelt ist.
Die Verwendung von relativ großen thermoelektrischen Kühlelementen ist bekannt. Diese Elemente arbeiten elektronisch, um eine Kühlwirkung zu erzeugen. Indem ein Gleichstrom durch die Schenkel einer thermoelektrischen Einheit hindurch geleitet wird, wird ein Wärmestrom über die Einheit hinweg erzeugt, was konträr dazu sein kann, was aus dem Fourier-Gesetz zu erwarten wäre.
An einem Übergang des thermoelektrischen Elements bewegen sich als eine Folge des Stroms, der durch den Übergang hindurch fließt, sowohl Löcher als auch Elektronen weg in Richtung zu dem anderen Übergang. Löcher bewegen sich durch das Material vom p-Typ, und Elektronen bewegen sich durch das Material vom n-Typ. Um diesen Verlust an Ladungsträgern zu kompensieren, werden zusätzliche Elektronen aus dem Valenzband in das Leitungsband angehoben, um neue Paare von Elektronen und Löchern zu erzeugen. Da dafür Energie erforderlich ist, wird an diesem Übergang Wärme absorbiert. Wenn umgekehrt an dem anderen Übergang ein Elektron in ein Loch fällt, wird dessen überschüssige Energie in Form von Wärme freigesetzt. Dieser Transfer von thermischer Energie von dem kalten Übergang zu dem warmen Übergang ist als der Peltier-Effekt bekannt.
Die Verwendung des Peltier-Effekts ermöglicht, dass die Oberflächen, die zum Beispiel an einer Wärmequelle angebracht sind, auf einer Temperatur unter jener einer Oberfläche gehalten werden, die an einer Wärmesenke angebracht ist. Diese thermoelektrischen Module stellen die Fähigkeit bereit, die kalte Seite unterhalb der Umgebungstemperatur des kühlenden Mediums (z. B. Luft oder Wasser) zu betreiben. Wenn ein Gleichstrom durch die thermoelektrischen Module hindurch geleitet wird, wird eine Temperaturdifferenz mit dem Resultat erzeugt, dass eine Seite vergleichsweise kälter als die andere Seite ist. Diese thermoelektrischen Module werden daher so betrachtet, dass sie eine warme Seite und eine kalte Seite besitzen, und sie stellen einen Mechanismus bereit, um den Transfer von thermischer Energie von der kalten Seite des thermoelektrischen Moduls zu der warmen Seite des thermoelektrischen Moduls zu erleichtern.
Es ist anzumerken, dass die thermoelektrische Einheit irgendeine Anzahl von thermoelektrischen Modulen aufweisen kann, die ein Modul oder mehrere Module beinhaltet, und sie (teilweise) von der Abmessung der elektronischen Module ebenso wie von der Menge an Wärme abhängig ist, die von dem thermischen Leiter zu der mit Luft gekühlten Wärmesenke zu transferieren ist.
Das thermoelektrische (TE) Feld kann ein planares thermoelektrisches Feld mit Modulen aufweisen, die in einem reihenförmigen, einem quadratischen, einem rechteckigen Feld etc. angeordnet sind. Wenngleich die Verdrahtung nicht gezeigt ist, kann jedes thermoelektrische Modul in einer Spalte in Reihe verdrahtet sein und mit einem elektrischen Strom (I) gespeist werden, und die Spalten der thermoelektrischen Module können elektrisch parallel verdrahtet sein, so dass der Gesamtstrom, der zugeführt wird, für ein quadratisches Feld, das M thermoelektrische Module aufweist, gleich I × √(M) ist, wobei ein Verständnis der inhärenten Skalierbarkeit des Felds vorausgesetzt wird. Wenn auf diese Weise ein einzelnes thermoelektrisches Modul ausfällt, hat dies lediglich eine Auswirkung auf eine Spalte, und der elektrische Strom für die verbleibenden Spalten kann erhöht werden, um den Ausfall zu kompensieren.
Wie angemerkt, steuert die Steuereinheit 450 (4) den Betrieb der thermoelektrischen Einheit(en), welche die mehreren thermoelektrischen Module aufweist (aufweisen), und schaltet den Betrieb der Kühlvorrichtung selektiv zwischen einem aktiven Kühl-Modus, in dem eines oder mehrere der thermoelektrischen Module aktiv ist oder sind, und einem passiven Kühl-Modus um, in dem die thermoelektrischen Module nicht aktiv oder ausgeschaltet sind. Die Steuereinheit kann an einer Vielzahl von Stellen innerhalb oder außerhalb des Elektronik-Gehäuses, das die zu kühlenden Komponenten enthält, oder des Elektronik-Racks liegen, welches das Elektronik-Gehäuse enthält. Darüber hinaus kann die Steuereinheit in einer Vielzahl von Weisen ausgeführt sein. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Steuereinheit mit einem vordefinierten Prozess programmiert oder konfiguriert sein, um zu ermitteln, ob und wann ein spezielles thermoelektrisches Modul der thermoelektrischen Einheit(en) zu aktivieren oder zu deaktivieren ist. Wie angemerkt, sind bei einer oder mehreren Ausführungen Temperatursensoren mit der (den) Wärme abführenden, zu kühlenden Komponent(en) (z. B. dem (den) Verbinder(n) (T_connector)) ebenso wie mit der ersten und der zweiten Seite 421, 422 (5A und 5B) des zweiten Leiterabschnitts 420 des thermischen Leiters unterhalb jedes thermoelektrischen Moduls verknüpft (d. h. T_TEM, T_aircooled)
7 stellt eine Ausführungsform eines Steuerprozesses dar, der von der Steuereinheit ausgeführt werden kann. Dieser Steuerprozess ermittelt die für eine gewünschte Kühlwirkung geeignete Menge eines Stromflusses zu jedem thermoelektrischen Modul. Die Steuerung 700 für ein thermoelektrisches Modul beinhaltet bei 710 ein Lesen jedes Temperatursensors T_connector, T_aircooled, T_TEM sowie bei 720 ein anschließendes Ermitteln, ob die Temperatur irgendeines Verbinders (T_connector) über einer spezifizierten maximalen Temperatur T_max liegt. Bei ”Nein”, können dann sämtliche thermoelektrischen Module (TEMs) ausgeschaltet verbleiben, wobei bei 730 der Strom I_TEM = 0 für jedes thermoelektrische Modul ist. Unter dieser Bedingung befindet sich die Kühlvorrichtung in einem energiesparenden, passiven Kühl-Modus, wobei die abgeleitete Wärme über die eine oder die mehreren mit Luft gekühlten Wärmesenken an den Luftstrom abgeführt wird, der durch die Lufteinlassseite des Elektronik-Gehäuses in dieses eintritt.
Wenn eine Verbindertemperatur (T_connector) über der spezifizierten maximalen Temperatur (T_max) liegt, ermittelt der Prozessablauf bei 740 dann für jedes thermoelektrische Modul, das die zugehörigen T_TEM und T_aircooled verwendet, beginnend mit dem thermoelektrischen Modul, das am nächsten bei der (den) Wärme abführenden, zu kühlenden Komponente(n) liegt, das heißt am nächsten bei dem ersten Leiterabschnitt, die Temperaturänderung über den zweiten Leiterabschnitt hinweg benachbart zu jenem thermoelektrischen Modul, das die zugehörigen T_TEM und T_aircooled verwendet (ΔT_throughplane = T_TEM – T_aircooled). Der Prozessablauf ermittelt bei 750, ob ΔT_throughplane für das thermoelektrische Modul, das am nächsten bei den Wärme abführenden Komponenten liegt, über einer eingestellten ΔT_min liegt. Bei ”Nein” wird dann bei 760 der Strom zu jenem thermoelektrischen Modul (I_TEM) auf Null eingestellt, wobei jenes thermoelektrische Modul deaktiviert oder nicht aktiv gehalten wird. Wenn jedoch die Temperaturänderung über den zweiten Leiterabschnitt hinweg in dem Bereich des thermoelektrischen Moduls (ΔT_throughplane) über dem definierten Minimum liegt, dann führt der Prozessablauf bei 770 eine PID-Steuerung von I_TEM in Reaktion auf die erfasste Temperatur T_connector auf einen Schwellenwert T_max + T_offset aus. Der Prozessablauf ermittelt dann bei 780, ob das betreffende thermoelektrische Modul das letzte thermoelektrische Modul in der thermoelektrischen Einheit ist, das dem Prozessablauf zu unterziehen ist, zum Beispiel das letzte thermoelektrische Modul in einer Reihe von thermoelektrischen Modulen. Bei ”Nein” wiederholt sich der Prozess dann für ein nächstes thermoelektrisches Modul in der Reihe. Ansonsten kehrt der Prozess zu einem erneuten Lesen der Verbindertemperatur (T_connector) ebenso wie der Temperatursensoren auf der mit Luft gekühlten Seite (T_aircooled) und der Seite der thermoelektrischen Module (T_TEM) des zweiten Leiterabschnitts zurück und wiederholt den Prozess.
Es ist anzumerken, dass der Prozess von 7 bei einer oder mehreren Ausführungsformen den thermoelektrischen Strom in Reaktion auf die Temperatursensoren steuert. Wenn die Temperatur der Verbinder einen Schwellenwert übersteigt, sind im Allgemeinen ein thermoelektrisches Modul oder mehrere thermoelektrische Module eingesetzt, vorausgesetzt, dass die Temperatur des Leiters an der Seite der mit Luft gekühlten Rippen, die direkt entgegengesetzt zu dem zur Debatte stehenden thermoelektrischen Modul liegt, nicht gleich der Temperatur des Leiters ist oder diese übersteigt, der direkt mit der kalten Seite des thermoelektrischen Moduls gekoppelt ist. Dies verhindert einen Wärmestrom direkt von den mit Luft gekühlten Rippen durch den Leiter hindurch zu den thermoelektrischen Modulen. Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann ein derartiger unerwünschter ”Kurzschluss” des Wärmestroms bei Fehlen eines Prozessablaufs, wie beispielsweise in 7 dargestellt, auftreten, wenn die Einlassluft relativ kalt ist (z. B. 20°C) und die Verbinder bei hoher Auslastung (z. B. 9 W für einen aktiven optischen Verbinder, wie beispielsweise hierin erörtert, bei insgesamt 81 W in einem Feld mit 9 Verbindern) betrieben werden. Die alternativen Ausführungsformen, die in den 8 bis 10B dargestellt sind, stellen zum Teil alternative Lösungen für den ”Kurzschluss”-Effekt eines Wärmestroms von einer Seite zu der anderen Seite des zweiten Leiterabschnitts bereit.
Als ein Beispiel stellt 8 eine Kühlvorrichtung 400' dar, die im Wesentlichen identisch mit der Kühlvorrichtung 400 ist, die in den 4 bis 5B dargestellt und vorstehend beschrieben ist. In der Konfiguration von 8 ist eine isolierende Schicht 800 innerhalb des zweiten Leiterabschnitts 420 bereitgestellt, die den zweiten Leiterabschnitt in einen oberen Leiterabschnitt 801 und einen unteren Leiterabschnitt 802 unterteilt. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen kann sich die isolierende Schicht 800 im Wesentlichen parallel zu der ersten Seite 421 und der zweiten Seite 422 des zweiten Leiterabschnitts 420 erstrecken und kann so konfiguriert sein, dass sie einen Transfer von Wärme von der zweiten Seite 422 zu der ersten Seite 421 verhindert, wenn sich die Kühlvorrichtung in dem aktiven Kühl-Modus befindet, das heißt, wenn einem oder mehreren der thermoelektrischen Module 441 ein Strom zugeführt wird. Bei einer oder mehreren Ausführungen kann die isolierende Schicht 800 einen Kunststoff oder eine andere Schicht aus einem nicht leitfähigen Material oder einen Luftspalt etc. aufweisen, der oder die innerhalb des zweiten Leiterabschnitts des thermischen Leiters ausgebildet ist, um einen Wärmestrom direkt von der Seite des Leiters mit den mit Luft gekühlten Rippen zu der thermoelektrisch gekühlten Seite des Leiters zu verhindern. Wie angemerkt, kann diese Konfiguration vorteilhaft verwendet werden, um zu verhindern oder zu beschränken, dass die thermoelektrischen Module Wärme pumpen, die von der Seite des zweiten Leiterabschnitts mit den mit Luft gekühlten Rippen abgeleitet wird.
9 stellt eine weitere Ausführungsform einer Kühlvorrichtung 400'' gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung dar. Die Kühlvorrichtung 400'' ist der Kühlvorrichtung 400 ähnlich, die vorstehend in Verbindung mit den 4 bis 5B beschrieben wurde, mit der Ausnahme, dass auf beiden Seiten des zweiten Leiterabschnitts 420 thermoelektrische Module 441 bereitgestellt sind. Im Besonderen sind eine erste mit Luft gekühlte Wärmesenke 431 und eine zweite mit Luft gekühlte Wärmesenke 432 bereitgestellt, die mit entgegengesetzten Seiten 421, 422 des zweiten Leiterabschnitts 420 des thermischen Leiters der Kühlvorrichtung 400'' gekoppelt sind. Darüber hinaus sind ein thermoelektrisches Modul 441 oder mehrere thermoelektrische Module 441 mit der ersten Seite 421 des zweiten Leiterabschnitts 420 gekoppelt, und ein weiteres thermoelektrisches Modul 441 oder mehrere weitere thermoelektrische Module 441 sind mit der zweiten Seite 422 des thermischen Leiterabschnitts 420 des thermischen Leiters gekoppelt. Wie in 9 dargestellt, sind diese thermoelektrischen Module 441 bei einer oder mehreren Ausführungen benachbart zu einem Ende des zweiten Leiterabschnitts 420 entfernt von der Stelle bereitgestellt, bei welcher der zweite Leiterabschnitt 420 auf den ersten Leiterabschnitt 410 trifft oder sich in thermischem Kontakt mit diesem befindet. Wie dargestellt, liegt die erste mit Luft gekühlte Wärmesenke 431 bei einer oder mehreren Ausführungsformen über den thermoelektrischen Modulen, die mit der ersten Seite 421 des zweiten Leiterabschnitts 420 gekoppelt sind, und die zweite mit Luft gekühlte Wärmesenke 432 liegt über den thermoelektrischen Modulen und ist mit diesen gekoppelt, die mit der zweiten Seite 421 des zweiten Leiterabschnitts 420 gekoppelt sind. Bei dieser Konfiguration erleichtern die mit Luft gekühlten Wärmesenken ein Abführen von Wärme von den thermoelektrischen Modulen ebenso wie von Wärme von den Wärme abführenden Komponenten. Bei der dargestellten Ausführungsform ist jede kalte Seite der thermoelektrischen Module mit dem zweiten Leiterabschnitt gekoppelt, und die jeweiligen mit Luft gekühlten Wärmesenken sind mit den warmen Seiten der thermoelektrischen Module ebenso wie mit dem zweiten Leiterabschnitt selbst gekoppelt. Bei dieser Konfiguration sind parallele Wärmepfade bereitgestellt, wobei der erste Pfad durch den zweiten Leiterabschnitt hindurch zu den mit Luft gekühlten Rippen führt, die über ein Material einer thermischen Grenzfläche direkt an dem Leiter angebracht sind, und wobei der zweite Pfad durch die kalten Seiten der thermoelektrischen Module hindurch führt, an denen Wärme über eine geeignete thermische Grenzfläche durch die thermoelektrischen Module hindurch zu einer weiteren thermischen Grenzfläche und dann zu den mit Luft gekühlten Rippen auf den warmen Seiten der thermoelektrischen Module gepumpt wird.
Die 10A und 10B stellen eine weitere Ausführungsform einer Kühlvorrichtung 400''' gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung dar. Diese Kühlvorrichtung ist wiederum jener ähnlich, die vorstehend in Verbindung mit den 4 bis 5B beschrieben wurde, wobei jedoch die thermoelektrischen Module 441 der thermoelektrischen Einheiten entlang des ersten Leiterabschnitts 410 des thermischen Leiters 401 anstatt entlang des zweiten Leiterabschnitts 420 positioniert sind. Bei dieser Konfiguration sind die erste und die zweite mit Luft gekühlte Wärmesenke 431, 432 jeweils mit der ersten und der zweiten Seite 421, 422 des zweiten Leiterabschnitts an der Lufteinlassseite des Elektronik-Gehäuses gekoppelt, das die Wärme abführenden Komponenten beinhaltet, die zu kühlen sind, wobei sich der erste Leiterabschnitt 410 zum Beispiel orthogonal zu dem zweiten Leiterabschnitt entlang einer Seite des Gehäuses über die Wärme abführenden Komponenten erstreckt, die zu kühlen sind, wie es beispielsweise bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform von 4 der Fall ist. Die mehreren thermoelektrischen Module 441 sind an ihrer kalten Seite mit der Oberseite des ersten Leiterabschnitts 410 gekoppelt, dessen Unterseite mit den zu kühlenden Komponenten thermisch gekoppelt ist. Die warmen Seiten der thermoelektrischen Module 441 sind mit einer unterstützenden Wärmesenke 1000 gekoppelt.
Bei einer oder mehreren Ausführungsformen kann die unterstützende Wärmesenke 1000 eine Wärmesenke mit Rippen oder Pins beinhalten, wobei sich eine Mehrzahl von Rippen oder eine Mehrzahl von Pins von einer thermisch leitfähigen Basis-Struktur aus erstrecken. Wie bei dem Beispiel dargestellt, kann die Höhe der unterstützenden Wärmesenke 1000 geringer als jene der ersten und der zweiten mit Luft gekühlten Wärmesenke sein, um die thermoelektrischen Module 441 zwischen der unterstützenden Wärmesenke 1000 und dem ersten Leiterabschnitt 410 aufzunehmen. Bei der Ausführungsform der 10A und 10B sind wiederum parallele Wärmestrompfade bereitgestellt, wobei ein erster Pfad durch Wärme definiert ist, die durch den thermischen Leiter hindurch mittels der thermoelektrischen Module 441 zu der unterstützenden, mit Luft gekühlten Wärmesenke 1000 gepumpt wird, die mit den warmen Seiten der thermoelektrischen Module gekoppelt ist, und der zweite Pfad in Richtung zu dem distalen Ende des zweiten Leiterabschnitts 420 zu der ersten und der zweiten, mit Luft gekühlten Wärmesenke 431, 432 verläuft, die mit entgegengesetzten Seiten des zweiten Leiterabschnitts an der Lufteinlassseite des Elektronik-Gehäuses gekoppelt sind.
Nunmehr bezugnehmend auf 11 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels für ein Datenverarbeitungssystem 1110 gezeigt. Das Datenverarbeitungssystem 1110 ist lediglich ein Beispiel für ein geeignetes Datenverarbeitungssystem und soll keinerlei Beschränkung in Bezug auf den Umfang der Verwendung oder der Funktionalität von hierin beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung nahelegen. Ungeachtet dessen kann das Datenverarbeitungssystem 1110 implementiert werden und/oder kann irgendeine Funktionalität durchführen, die vorstehend hierin dargelegt ist, wie beispielsweise die erörterte Funktionalität einer Steuereinheit für die Kühlvorrichtung.
In dem Datenverarbeitungssystem 1110 ist ein Computersystem/Server 1112 vorhanden, das/der mit zahlreichen weiteren Computersystem-Umgebungen oder Konfigurationen für einen allgemeinen Zweck oder einen speziellen Zweck betrieben werden kann. Beispiele für allgemein bekannte Computersysteme, Umgebungen und/oder Konfigurationen, die für eine Verwendung mit dem Computersystem/Server 1112 geeignet sein können, beinhalten Personalcomputer-Systeme, Server-Computersysteme, Thin Clients, Thick Clients, in der Hand gehaltene Geräte oder Laptop-Geräte, Multiprozessor-Systeme, Systeme auf der Grundlage von Mikroprozessoren, Digitalempfänger, programmierbare Unterhaltungselektronik, Netzwerk-PCs, Minicomputer-Systeme, Zentralrechner-Systeme sowie Computerumgebungen mit verteilten Clouds, die irgendeines von den vorstehenden Systemen oder Einheiten beinhalten, und dergleichen, sind jedoch nicht darauf beschränkt.
Das Computersystem/der Server 1112 kann im allgemeinen Zusammenhang von ausführbaren Anweisungen von Computersystemen beschrieben werden, wie beispielsweise Programm-Modulen, die von einem Computersystem ausgeführt werden. Allgemein können Programm-Module Routinen, Programme, Objekte, Komponenten, Logik, Datenstrukturen und so weiter beinhalten, die spezielle Aufgaben durchführen oder spezielle abstrakte Datentypen implementieren. Das Computersystem/der Server 1112 kann in Computerumgebungen mit verteilten Clouds betrieben werden, in denen Aufgaben von entfernt gelegenen Verarbeitungseinheiten durchgeführt werden, die durch ein Kommunikationsnetzwerk verbunden sind. In einer Computerumgebung mit verteilten Clouds können sich Programm-Module sowohl in lokalen als auch in entfernt gelegenen Speicherdatenträgern des Computersystems befinden, die Speichereinheiten beinhalten.
Wie in 11 gezeigt, ist das Computersystem/der Server 1112 in dem Datenverarbeitungssystem 1110 in der Form einer Computereinheit für einen allgemeinen Zweck gezeigt. Die Komponenten des Computersystems/des Servers 1112 können einen oder mehrere Prozessoren oder Verarbeitungseinheiten 1116, einen Systemspeicher 1128 sowie einen Bus 1118 beinhalten, der verschiedene Systemkomponenten, die den Systemspeicher 1128 beinhalten, mit dem Prozessor 1116 koppelt, sie sind jedoch nicht darauf beschränkt.
Der Bus 1118 repräsentiert einen oder mehrere von irgendwelchen von mehreren Typen von Bus-Strukturen, die einen Speicherbus oder eine Speicher-Steuereinheit, einen peripheren Bus, einen Anschluss für eine beschleunigte Graphik sowie einen Prozessor oder einen lokalen Bus beinhalten, der irgendeine von einer Vielzahl von Bus-Architekturen verwendet. Als ein Beispiel und nicht als eine Beschränkung beinhalten derartige Architekturen die Industry Standard Architecture (ISA), Micro Channel Architecture (MCA), Enhanced ISA (EISA), Video Electronics Standards Association (VESA) und Peripheral Component Interconnect (PCI).
Das Computersystem/der Server 1112 beinhaltet typischerweise eine Vielzahl von mit einem Computersystem lesbaren Datenträgern. Bei derartigen Datenträgern kann es sich um irgendwelche verfügbaren Datenträger handeln, auf die von dem Computersystem/dem Server 1112 zugegriffen werden kann, und sie beinhalten sowohl flüchtige als auch nicht flüchtige Datenträger, herausnehmbare und nicht herausnehmbare Datenträger.
Der Systemspeicher 1128 kann mit einem Computersystem lesbare Datenträger in der Form eines flüchtigen Speichers beinhalten, wie beispielsweise einen Speicher 1130 mit wahlfreiem Zugriff (RAM) und/oder einen Cache-Speicher 1132. Das Computersystem/der Server 1112 kann des Weiteren andere herausnehmbare/nicht herausnehmbare, flüchtige/nicht flüchtige Computersystem-Speicherdatenträger beinhalten. Lediglich als ein Beispiel kann ein Speichersystem 1134 bereitgestellt sein, um aus nicht herausnehmbaren, nicht flüchtigen magnetischen Datenträgern (nicht gezeigt und typischerweise als eine ”Festplatte” bezeichnet) zu lesen und auf diese zu schreiben. Wenngleich nicht gezeigt, können ein magnetisches Diskettenlaufwerk, um aus einer herausnehmbaren, nicht flüchtigen magnetischen Diskette (z. B. einer ”Floppy-Disk”) zu lesen und auf diese zu schreiben, sowie ein Laufwerk für optische Speicherplatten bereitgestellt sein, um aus einer herausnehmbaren, nicht flüchtigen optischen Speicherplatte zu lesen oder auf diese zu schreiben, wie beispielsweise eine CD-ROM, eine DVD-ROM oder ein anderer optischer Datenträger. Bei derartigen Beispielen kann jede mit dem Bus 1118 mittels einer oder mehrerer Datenträger-Schnittstellen verbunden sein. Wie nachstehend weiter dargestellt und beschrieben, kann der Speicher 1128 wenigstens ein Programmprodukt mit einem Satz von Programm-Modulen (z. B. wenigstens einem Programm-Modul) beinhalten, die so konfiguriert sind, dass sie die Funktionen von Ausführungsformen der Erfindung ausführen.
Ein Programm/Hilfsprogramm 1140 mit einem Satz von Programm-Modulen 1142 (wenigstens einem Programm-Modul 1142) kann als ein Beispiel und nicht als eine Beschränkung in dem Speicher 1128 gespeichert sein, ebenso wie ein Betriebssystem, ein oder mehrere Anwendungsprogramme, weitere Programm-Module sowie Programmdaten. Jedes von dem Betriebssystem, einem oder mehreren Anwendungsprogrammen, weiteren Programm-Modulen sowie Programmdaten oder irgendeiner Kombination derselben kann eine Implementierung einer Netzwerk-Umgebung beinhalten. Die Programm-Module 1142 führen im Allgemeinen die Funktionen und/oder Methodologien von Ausführungsformen der Erfindung aus, wie hierin beschrieben.
Das Computersystem/der Server 1112 kann außerdem Daten austauschen mit einer oder mehreren externen Einheiten 1114, wie beispielsweise einer Tastatur, einer Zeige-Einheit, einer Anzeige 1124 etc.; mit einer oder mehreren Einheiten, die einen Nutzer in die Lage versetzen, mit dem Computersystem/dem Server 1112 zu interagieren; und/oder mit irgendwelchen Einheiten (z. B. einer Netzwerk-Karte, einem Modem etc.), die das Computersystem/den Server 1112 in die Lage versetzen, mit einer oder mehreren anderen Computereinheiten Daten auszutauschen. Ein derartiger Datenaustausch kann über Eingabe-/Ausgabe(E/A)-Schnittstellen 1122 stattfinden. Noch weiter kann das Computersystem/der Server 1112 über Netzwerk-Adapter 1120 mit einem oder mehreren Netzwerken Daten austauschen, wie beispielsweise einem lokalen Netzwerk (LAN, Local Area Network), einem allgemeinen Weitverkehrsnetzwerk (WAN, Wide Area Network) und/oder einem öffentlichen Netzwerk (z. B. dem Internet). Wie dargestellt, tauscht der Netzwerk-Adapter 1120 über den Bus 1118 Daten mit den anderen Komponenten des Computersystems/des Servers 1112 aus. Es versteht sich, dass in Verbindung mit dem Computersystem/dem Server 1112 weitere Hardware- und/oder Software-Komponenten verwendet werden können, wenngleich nicht gezeigt. Beispiele beinhalten, sind jedoch nicht beschränkt auf: Mikrocode, Gerätetreiber, redundante Verarbeitungseinheiten, externe Plattenlaufwerk-Anordnungen, RAID-Systeme, Band-Laufwerke sowie Datenarchivierungs-Systeme etc.
Bei der vorliegenden Erfindung kann es sich um ein System, ein Verfahren und/oder ein Computer-Programmprodukt handeln. Das Computer-Programmprodukt kann einen mit einem Computer lesbaren Speicherdatenträger (oder Datenträger) beinhalten, der (die) mit einem Computer lesbare Programmanweisungen darauf aufweisen, um einen Prozessor zu einem Ausführen von Aspekten der vorliegenden Erfindung zu veranlassen.
Bei dem mit einem Computer lesbaren Speicherdatenträger kann es sich um eine materielle Einheit handeln, die Anweisungen für eine Verwendung durch eine Anweisungsausführungs-Einheit halten und speichern kann. Der mit einem Computer lesbare Speicherdatenträger kann zum Beispiel eine elektronische Speichereinheit, eine magnetische Speichereinheit, eine optische Speichereinheit, eine elektromagnetische Speichereinheit, eine Halbleiter-Speichereinheit oder irgendeine geeignete Kombination der vorstehenden sein, ist jedoch nicht auf diese beschränkt. Eine nicht erschöpfende Auflistung von mehreren spezifischen Beispielen für den mit einem Computer lesbaren Speicherdatenträger beinhaltet die Folgenden: eine tragbare Computer-Diskette, ein Festplatte, einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), einen Festwertspeicher (ROM), einen löschbaren programmierbaren Festwertspeicher (EPROM oder Flash-Speicher), einen statischen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (SRAM), einen tragbaren Kompaktdisk-Festwertspeicher (CD-ROM), eine digitale vielseitige Disk (DVD), einen Speicherstick, eine Floppy-Disk, eine mechanisch codierte Einheit, wie beispielsweise Lochkarten oder erhabene Strukturen in einer Vertiefung mit darauf aufgezeichneten Anweisungen, sowie irgendeine geeignete Kombination der Vorstehenden. Ein mit einem Computer lesbarer Speicherdatenträger, wie hierin verwendet, soll nicht aus temporären Signalen per se bestehen, wie beispielsweise Radiowellen oder anderen sich frei ausbreitenden elektromagnetischen Wellen, elektromagnetischen Wellen, die sich durch einen Wellenleiter oder andere Übertragungsmedien ausbreiten (z. B. Lichtimpulsen, die durch einen Lichtwellenleiter hindurch laufen) oder elektrischen Signalen, die durch einen Draht übertragen werden.
Hierin beschriebene, mit einem Computer lesbare Programmanweisungen können von einem mit einem Computer lesbaren Speicherdatenträger auf jeweilige Computer-Verarbeitungseinheiten oder über ein Netzwerk, zum Beispiel das Internet, ein lokales Netzwerk, ein Weitverkehrsnetzwerk und/oder ein drahtloses Netzwerk, auf einen externen Computer oder eine externe Speichereinheit herunter geladen werden. Das Netzwerk kann Übertragungskabel aus Kupfer, Lichtwellenleiter, eine drahtlose Übertragung, Router, Firewalls, Schalter, Gateway-Computer und/oder Edge Server beinhalten. Eine Netzwerk-Adapterkarte oder eine Netzwerk-Schnittstelle in jeder Computer-Verarbeitungseinheit empfängt mit einem Computer lesbare Programmanweisungen von dem Netzwerk und leitet die mit einem Computer lesbaren Programmanweisungen für eine Speicherung in einem mit einem Computer lesbaren Speicherdatenträger innerhalb der jeweiligen Computer-/Verarbeitungseinheit weiter.
Bei mit einem Computer lesbaren Programmanweisungen zum Ausführen von Operationen von Aspekten der vorliegenden Erfindung kann es sich um Assembler-Anweisungen, Instruction-Set-Architecture(ISA)-Anweisungen, Maschinen-Anweisungen, maschinenabhängige Anweisungen, einen Mikrocode, Firmware-Anweisungen, Zustandseinstelldaten oder entweder einen Quellen-Code oder einen Objekt-Code handeln, der in irgendeiner Kombination von einer oder mehreren Programmiersprachen geschrieben ist, die eine Objekt-orientierte Programmiersprache, wie beispielsweise Smalltalk, C++ oder dergleichen, und herkömmliche verfahrensorientierte Programmiersprachen beinhalten, wie beispielsweise die Programmiersprache ”C” oder ähnliche Programmiersprachen. Die mit einem Computer lesbaren Programmanweisungen können insgesamt auf dem Computer des Nutzers, teilweise auf dem Computer des Nutzers, als eine eigenständige Software-Packung, teilweise auf dem Computer des Nutzers und teilweise auf einem entfernt gelegenen Computer oder insgesamt auf dem entfernt gelegenen Computer oder einem Server ausgeführt werden. In dem letzteren Szenario kann der entfernt gelegene Computer mit dem Computer des Nutzers durch irgendeine Art von Netzwerk verbunden sein, das ein lokales Netzwerk (LAN) oder ein Weitverkehrsnetzwerk (WAN) beinhaltet, oder die Verbindung kann mit einem externen Computer hergestellt werden (zum Beispiel durch das Internet unter Verwendung eines Internet Service Providers). Bei einigen Ausführungsformen kann ein elektronischer Schaltungsaufbau, der zum Beispiel einen programmierbaren Logik-Schaltungsaufbau, feldprogrammierbare Gate-Arrays (FPGA, Field-Programmable Gate Arrays) oder programmierbare Logik-Arrays (PLA, Programmable Logic Arrays) beinhaltet, die mit einem Computer lesbaren Programmanweisungen ausführen, indem er für eine Personalisierung des elektronischen Schaltungsaufbaus Zustands-Informationen der mit einem Computer lesbaren Programmanweisungen verwendet, um Aspekte der vorliegenden Erfindung durchzuführen.
Aspekte der vorliegenden Erfindung sind hierin unter Bezugnahme auf Darstellungen als Ablaufplan und/oder Blockschaubilder von Verfahren, Vorrichtungen (Systemen) und Computer-Programmprodukten gemäß Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Es versteht sich, dass jeder Block der Darstellungen als Ablaufplan und/oder der Blockschaubilder sowie Kombinationen von Blöcken in den Darstellungen als Ablaufplan und/oder den Blockschaubildern durch mit einem Computer lesbare Programmanweisungen realisiert werden können.
Diese mit einem Computer lesbaren Programmanweisungen können für einen Prozessor eines Computers für einen allgemeinen Zweck, eines Computers für einen speziellen Zweck oder eine andere programmierbare Datenverarbeitungs-Vorrichtung bereitgestellt werden, um eine Maschine derart zu erzeugen, dass die Anweisungen, die über den Prozessor des Computers oder der anderen programmierbaren Datenverarbeitungs-Vorrichtung ausgeführt werden, Mittel für ein Realisieren der Funktionen/Maßnahmen erzeugen, die in dem Block oder den Blöcken des Ablaufplans und/oder des Blockschaubilds spezifiziert sind. Diese mit einem Computer lesbaren Programmanweisungen können auch in einem mit einem Computer lesbaren Speicherdatenträger gespeichert sein, der einen Computer, eine programmierbare Datenverarbeitungs-Vorrichtung und/oder andere Einheiten so steuern kann, dass sie in einer speziellen Weise derart funktionieren, dass der mit einem Computer lesbare Speicherdatenträger, in dem Anweisungen gespeichert sind, einen Herstellungsartikel beinhaltet, der Anweisungen beinhaltet, die Aspekte der Funktion/der Maßnahme realisieren, die in dem Block oder den Blöcken des Ablaufplans und/oder des Blockschaubilds spezifiziert ist.
Die mit einem Computer lesbaren Programmanweisungen können auch auf einen Computer, eine andere programmierbare Datenverarbeitungs-Vorrichtung oder eine andere Einheit geladen werden, um die Durchführung einer Reihe von operativen Schritten auf dem Computer, einer anderen programmierbaren Vorrichtung oder einer anderen Einheit zu veranlassen, um einen von einem Computer implementierten Prozess derart zu erzeugen, dass die Anweisungen, die auf dem Computer, der anderen programmierbaren Vorrichtung oder der anderen Einheit ausgeführt werden, die Funktionen/Maßnahmen implementieren, die in dem Block oder den Blöcken des Ablaufplans und/oder des Blockschaubilds spezifiziert sind.
Der Ablaufplan und die Blockschaubilder in den Figuren stellen die Architektur, die Funktionalität sowie die Betriebsweise möglicher Realisierungen von Systemen, Verfahren und Computer-Programmprodukten gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Im Hinblick darauf kann jeder Block in dem Ablaufplan oder den Blockschaubildern ein Modul, ein Segment oder einen Teilbereich von Anweisungen repräsentieren, der eine oder mehrere ausführbare Anweisungen für ein Realisieren der spezifizierten logischen Funktion(en) beinhaltet. Bei einigen alternativen Realisierungen können die in dem Block vermerkten Funktionen in einer anderen Reihenfolge als in den Figuren vermerkt erfolgen. Zwei Blöcke, die in Aufeinanderfolge gezeigt sind, können zum Beispiel in Wirklichkeit im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden, oder die Blöcke können manchmal in Abhängigkeit von der involvierten Funktionalität in der umgekehrten Reihenfolge ausgeführt werden. Es ist außerdem anzumerken, dass jeder Block der Blockschaubilder und/oder der Darstellung als Ablaufplan sowie Kombinationen von Blöcken in den Blockschaubildern und/oder der Darstellung als Ablaufplan mittels Systemen auf der Grundlage einer Spezial-Hardware realisiert werden können, welche die spezifizierten Funktionen oder Maßnahmen durchführen oder Kombinationen einer Spezial-Hardware und Computeranweisungen ausführen.
Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich dem Zweck des Beschreibens spezieller Ausführungsformen und soll die Erfindung nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen ”ein, eine, eines”, ”ein, eine, eines” sowie ”der, die, das” ebenso die Pluralformen beinhalten, wenn der Kontext nicht klar etwas anderes anzeigt. Es versteht sich des Weiteren, dass es sich bei den Begriffen ”aufweisen” (und jeglicher Form von aufweisen, wie beispielsweise ”weist auf” und ”aufweisend”), ”aufweisen” (und jeglicher Form von aufweisen, wie beispielsweise weist auf und ”aufweisend”), ”beinhalten” (und jeglicher Form von beinhalten, wie beispielsweise ”beinhaltet” und ”beinhaltend”) sowie ”enthalten” (und jeglicher Form von enthalten, wie beispielsweise ”enthält” und ”enthaltend”) um offene verknüpfende Verben handelt. Als ein Ergebnis besitzt ein Verfahren oder eine Einheit, die einen oder mehrere Schritte oder Elemente ”aufweist”, ”aufweist”, ”beinhaltet” oder ”enthält”, diesen einen oder diese mehreren Schritte oder Elemente, ist jedoch nicht darauf beschränkt, ausschließlich diesen einen oder diese mehreren Schritte oder Elemente zu besitzen. In einer ähnlichen Weise besitzt ein Schritt eines Verfahrens oder ein Element einer Einheit, der oder das ein oder mehrere Merkmale ”aufweist”, ”aufweist”, ”beinhaltet” oder ”enthält”, dieses eine oder diese mehreren Merkmale, ist jedoch nicht darauf beschränkt, ausschließlich dieses eine oder diese mehreren Merkmale zu besitzen. Des Weiteren ist eine Einheit oder eine Struktur, die in einer bestimmten Weise konfiguriert ist, in wenigstens dieser Weise konfiguriert, kann jedoch auch In Weisen konfiguriert sein, die nicht aufgelistet sind.
Die entsprechenden Strukturen, Materialien, Maßnahmen und Äquivalente sämtlicher Mittel oder Schritt-plus-Funktion-Elemente in den nachstehenden Ansprüchen sollen, wenn vorhanden, jegliche Struktur, jegliches Material oder jegliche Maßnahme für ein Durchführen der Funktion in Kombination mit anderen beanspruchten Elementen beinhalten, wie spezifisch beansprucht. Die Beschreibung der vorliegenden Erfindung wurde für die Zwecke der Darstellung und Beschreibung präsentiert, soll jedoch nicht erschöpfend oder beschränkend für die Erfindung in der offenbarten Form sein. Für einen Fachmann sind viele Modifikationen und Variationen ersichtlich, ohne von dem Umfang und dem Inhalt der Erfindung abzuweichen. Die Ausführungsform wurde gewählt und beschrieben, um die Grundgedanken von einem oder mehreren Aspekten der Erfindung sowie die praktische Anwendung am besten zu erläutern und um andere Fachleute in die Lage zu versetzen, einen oder mehrere Aspekte der Erfindung für verschiedene Ausführungsformen mit verschiedenen Modifikationen zu verstehen, wie sie für die spezielle, in Erwägung gezogene Verwendung geeignet sind.

Claims

Kühlvorrichtung, die aufweist: einen thermischen Leiter, um ein Kühlen einer Wärme abführenden Komponente (von Wärme abführenden Komponenten) innerhalb eines Elektronik-Gehäuses zu erleichtern, wobei das Elektronik-Gehäuse eine Lufteinlassseite aufweist, durch die hindurch ein Luftstrom in das Elektronik-Gehäuse eintritt, wobei der thermische Leiter aufweist: einen ersten Leiterabschnitt für eine Kopplung mit der (den) Wärme abführenden Komponente(n), um Wärme von dieser (diesen) abzuleiten; und einen zweiten Leiterabschnitt für eine Positionierung entlang der Lufteinlassseite des Gehäuses, wobei der erste Leiterabschnitt, wenn er in Betrieb ist, Wärme wenigstens teilweise von der (den) Wärme abführenden Komponente(n) zu dem zweiten Leiterabschnitt transferiert; wenigstens eine mit Luft gekühlte Wärmesenke, die mit dem zweiten Leiterabschnitt des thermischen Leiters gekoppelt ist, um einen Transfer von Wärme von dem zweiten Leiterabschnitt zu dem Luftstrom zu erleichtern, der durch die Lufteinlassseite hindurch in das Elektronik-Gehäuse eintritt; wenigstens eine thermoelektrische Einheit, die mit wenigstens einem von dem ersten Leiterabschnitt oder dem zweiten Leiterabschnitt des thermischen Leiters gekoppelt ist, um selektiv eine aktive unterstützende Kühlung für den thermischen Leiter bereitzustellen; und eine Steuereinheit, die den Betrieb der wenigstens einen thermoelektrischen Einheit steuert und selektiv den Betrieb der Kühlvorrichtung zwischen einem aktiven Kühl-Modus, in dem die wenigstens eine thermoelektrische Einheit aktiv ist, und einem passiven Kühl-Modus umschaltet, in dem die wenigstens eine thermoelektrische Einheit nicht aktiv ist.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kühlvorrichtung mehrere mit Luft gekühlte Wärmesenken aufweist, wobei die wenigstens eine mit Luft gekühlte Wärmesenke wenigstens eine mit Luft gekühlte Wärmesenke der mehreren mit Luft gekühlten Wärmesenken ist, und wobei die mehreren mit Luft gekühlten Wärmesenken eine erste mit Luft gekühlte Wärmesenke und eine zweite mit Luft gekühlte Wärmesenke aufweisen, die sich an entgegengesetzten Seiten des zweiten Leiterabschnitts des thermischen Leiters an der Lufteinlassseite des Elektronik-Gehäuses befinden.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die entgegengesetzten Seiten des zweiten Leiterabschnitts des thermischen Leiters eine erste Seite und eine zweite Seite aufweisen, wobei sich die wenigstens eine thermoelektrische Einheit zwischen der ersten Seite des zweiten Leiterabschnitts und der ersten mit Luft gekühlten Wärmesenke befindet und die wenigstens eine thermoelektrische Einheit eine kalte Seite und eine warme Seite aufweist, wenn sie aktiv ist, wobei die kalte Seite mit der ersten Seite des zweiten Leiterabschnitts des thermoelektrischen Leiters gekoppelt ist und die warme Seite mit der ersten mit Luft gekühlten Wärmesenke gekoppelt ist, und wobei die zweite mit Luft gekühlte Wärmesenke mit der zweiten Seite des zweiten Leiterabschnitts des thermischen Leiters gekoppelt ist.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 3, wobei sich der erste Leiterabschnitt und der zweite Leiterabschnitt des thermischen Leiters in unterschiedlichen Richtungen erstrecken und wobei die wenigstens eine thermoelektrische Einheit mehrere thermoelektrische Module aufweist, wobei die mehreren thermoelektrischen Module mit der ersten Seite des zweiten Leiterabschnitts des thermischen Leiters entlang der Lufteinlassseite des Elektronik-Gehäuses gekoppelt sind, und wobei die Steuereinheit selektiv den Betrieb jedes thermoelektrischen Moduls der mehreren thermoelektrischen Module getrennt steuert.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Steuereinheit steuerbar eine unterstützende Kühlung für den thermischen Leiter bereitstellt, indem eine Aktivierung von einem oder mehreren thermoelektrischen Modulen der mehreren thermoelektrischen Module priorisiert wird, das (die) am nächsten bei dem ersten Leiterabschnitt des thermischen Leiters angeordnet ist (sind), wenn eine aktive unterstützende Kühlung erforderlich ist.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 4, die des Weiteren Temperatursensoren aufweist, die mit dem zweiten Leiterabschnitt verknüpft sind, um ein Ermitteln einer Temperaturdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Seite desselben zu erleichtern, wobei die Steuereinheit die Temperaturdifferenz bei dem Steuern des Betriebs von wenigstens einem thermoelektrischen Modul der mehreren thermoelektrischen Module verwendet.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 4, die des Weiteren eine isolierende Schicht innerhalb des zweiten Leiterabschnitts aufweist, die den zweiten Leiterabschnitt in einen oberen Leiterabschnitt und einen unteren Leiterabschnitt aufteilt, wobei die isolierende Schicht einen Transfer von Wärme von der zweiten Seite zu der ersten Seite verhindert, wenn sich die Kühlvorrichtung in dem aktiven Kühl-Modus befindet.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, die des Weiteren mehrere mit Luft gekühlte Wärmesenken aufweist, wobei die wenigstens eine mit Luft gekühlte Wärmesenke wenigstens eine mit Luft gekühlte Wärmesenke der mehreren mit Luft gekühlten Wärmesenken ist und die wenigstens eine thermoelektrische Einheit mehrere thermoelektrische Module aufweist, und wobei die mehreren mit Luft gekühlten Wärmesenken eine erste mit Luft gekühlte Wärmesenke und eine zweite mit Luft gekühlte Wärmesenke aufweist, wobei die erste mit Luft gekühlte Wärmesenke und die zweite mit Luft gekühlte Wärmesenke an entgegengesetzten Seiten des zweiten Leiterabschnitts des thermischen Leiters angeordnet sind, und wobei die entgegengesetzten Seiten des zweiten Leiterabschnitts des thermischen Leiters eine erste Seite und eine zweite Seite aufweisen und ein thermoelektrisches Modul oder mehrere thermoelektrische Module der mehreren thermoelektrischen Module mit der ersten Seite des zweiten Leiterabschnitts des thermischen Leiters gekoppelt sind und ein weiteres thermoelektrisches Modul oder mehrere weitere thermoelektrische Module der mehreren thermoelektrischen Module mit der zweiten Seite des zweiten Leiterabschnitts des thermischen Leiters gekoppelt sind.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 8, wobei das eine thermoelektrische Modul oder die mehreren thermoelektrischen Module und das eine weitere thermoelektrische Modul oder die mehreren weiteren thermoelektrischen Module jeweils mit der ersten Seite und der zweiten Seite des zweiten Leiterabschnitts des thermischen Leiters näher bei einem Ende desselben entfernt von der Stelle gekoppelt sind, an welcher der erste Leiterabschnitt innerhalb des thermischen Leiters auf den zweiten Leiterabschnitt trifft.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine thermoelektrische Einheit mehrere thermoelektrische Module aufweist, die mit dem ersten Leiterabschnitt des thermischen Leiters gekoppelt sind, und die Kühlvorrichtung des Weiteren eine unterstützende Wärmesenke aufweist, die mit den mehreren thermoelektrischen Modulen gekoppelt ist, wobei die mehreren thermoelektrischen Module zwischen dem ersten Leiterabschnitt des thermischen Leiters und der unterstützenden Wärmesenke angeordnet sind.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der thermische Leiter wenigstens eines von einer thermischen Leitungsschicht, einem Wärmerohr oder einer Dampfkammer aufweist, die oder das innerhalb von wenigstens einem von dem ersten Leiterabschnitt oder dem zweiten Leiterabschnitt angeordnet ist.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der thermische Leiter eine thermische Leitungsschicht aufweist, wobei die thermische Leitungsschicht wenigstens eine von einer Graphitschicht, einer CVD-Diamantschicht, einer Kupferschicht oder einer Aluminiumschicht aufweist.
Gekühltes elektronisches System, das aufweist: ein Elektronik-Gehäuse, wobei das Elektronik-Gehäuse eine Lufteinlassseite beinhaltet, durch die hindurch ein Luftstrom in das Elektronik-Gehäuse eintritt; mehrere Wärme abführende Komponenten, die innerhalb des Elektronik-Gehäuses angeordnet sind; und eine Kühlvorrichtung, wobei die Kühlvorrichtung aufweist: einen thermischen Leiter, der mit einer oder mehreren Wärme abführenden Komponenten der mehreren Wärme abführenden Komponenten gekoppelt ist, wobei der thermische Leiter aufweist: einen ersten Leiterabschnitt, der mit der einen oder den mehreren Wärme ableitenden Komponente(n) gekoppelt ist, um Wärme von dieser (diesen) abzuleiten; und einen zweiten Leiterabschnitt, der entlang der Lufteinlassseite des Elektronik-Gehäuses positioniert ist, wobei der erste Leiterabschnitt Wärme wenigstens teilweise von der einen oder den mehreren Wärme ableitenden Komponente(n) zu dem zweiten Leiterabschnitt transferiert; wenigstens eine mit Luft gekühlte Wärmesenke, die mit dem zweiten Leiterabschnitt des thermischen Leiters entlang der Lufteinlassseite des Elektronik-Gehäuses gekoppelt ist, um einen Transfer von Wärme von dem zweiten Leiterabschnitt zu dem Luftstrom zu erleichtern, der in das Elektronik-Gehäuse eintritt; wenigstens eine thermoelektrische Einheit, die mit wenigstens einem von dem ersten Leiterabschnitt oder dem zweiten Leiterabschnitt des thermischen Leiters gekoppelt ist, um selektiv eine aktive unterstützende Kühlung für den thermischen Leiter bereitzustellen; und eine Steuereinheit, die den Betrieb der wenigstens einen thermoelektrischen Einheit steuert und den Betrieb der Kühlvorrichtung selektiv zwischen einem aktiven Kühl-Modus, in dem die wenigstens eine thermoelektrische Einheit aktiv ist, und einem passiven Kühl-Modus umschaltet, in dem die wenigstens eine thermoelektrische Einheit nicht aktiv ist.
Verfahren, das aufweist: Bereitstellen einer Kühlvorrichtung für ein Kühlen einer Wärme abführenden Komponente (von Wärme abführenden Komponenten) innerhalb eines Elektronik-Gehäuses, wobei das Elektronik-Gehäuse eine Lufteinlassseite aufweist, durch die hindurch ein Luftstrom in das Elektronik-Gehäuse eintritt, wobei das Bereitstellen der Kühlvorrichtung aufweist: Bereitstellen eines thermischen Leiters für eine Kopplung mit der (den) Wärme abführenden Komponente(n) innerhalb des Elektronik-Gehäuses, wobei der thermische Leiter aufweist: einen ersten Leiterabschnitt für eine Kopplung mit der (den) Wärme abführenden Komponente(n), um Wärme von dieser (diesen) abzuleiten; und einen zweiten Leiterabschnitt für eine Positionierung entlang der Lufteinlassseite des Elektronik-Gehäuses, wobei der erste Leiterabschnitt, wenn er in Betrieb ist, Wärme wenigstens teilweise von der (den) Wärme abführenden Komponente(n) zu dem zweiten Leiterabschnitt transferiert; Koppeln wenigstens einer mit Luft gekühlten Wärmesenke mit dem zweiten Leiterabschnitt des thermischen Leiters, um einen Transfer von Wärme von dem zweiten Leiterabschnitt zu dem Luftstrom zu erleichtern, der in das Elektronik-Gehäuse eintritt; Bereitstellen von wenigstens einer thermoelektrischen Einheit, die mit wenigstens einem von dem ersten Leiterabschnitt oder dem zweiten Leiterabschnitt des thermischen Leiters gekoppelt ist, um selektiv eine aktive unterstützende Kühlung für den thermischen Leiter bereitzustellen; und Bereitstellen einer Steuereinheit, um den Betrieb der wenigstens einen thermoelektrischen Einheit zu steuern und selektiv den Betrieb der Kühlvorrichtung zwischen einem aktiven Kühl-Modus, in dem die wenigstens eine thermoelektrische Einheit aktiv ist, und einem passiven Kühl-Modus umzuschalten, in dem die wenigstens eine thermoelektrische Einheit nicht aktiv ist.