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Die Erfindung betrifft eine Luftkühlungsanordnung zum Kühlen von elektronischen Bauteilen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, ein elektronisches System nach Anspruch 14 sowie ein Verfahren zum Kühlen von elektronischen Bauteilen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 16.
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Bei den in Rede stehenden elektronischen Bauteilen handelt es sich insbesondere um Rechenelemente wie Prozessoranordnungen, welche auch in Großrechneranlagen eingesetzt werden. Solche Großrechneranlagen werden für vielfältige Aufgaben mit hohem Rechenaufwand eingesetzt. Auf dem Gebiet der Kryptografie werden insbesondere Prozessoranordnungen mit Grafikkarten eingesetzt, die besonders rechenintensive Operationen übernehmen und daher auch eine hohe Abwärmeleistung bewirken.
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Die Kühlung der Prozessoren und der weiteren in der Großrechneranlage eingesetzten elektronischen Bauteile wird regelmäßig neben den elektronischen Bauteilen separat zugeordneten Kühlern wie Prozessorkühlern, über eine Kühlungsanordnung bewirkt, wobei neben einer Kühlung mittels einer Kühlflüssigkeit auch Luftkühlungsanordnungen verwendet werden. Für einen geringen Raumbedarf sind die elektronischen Bauteile allerdings möglichst dicht zueinander anzuordnen. Neben der hieraus insgesamt resultierenden hohen Abwärmeleistung ergibt sich mit einer kompakten Bauweise auch die Tendenz zu einer unerwünschten Temperaturspreizung, da die elektronischen Bauteile abhängig von ihrer individuellen Lage verschiedene Kühlleistungen erfahren. Folglich ergeben sich hohe Anforderungen an die Kühlungsanordnung, welche entsprechend leistungsfähig ausgestaltet werden muss, um eine ausreichende Temperierung aller Bauteile zu gewährleisten. Dies kann dazu führen, dass ein erheblicher Teil des gesamten Energiebedarfs des elektronischen Systems auf den Betrieb der Kühlungsanordnung entfällt.
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Die bekannte Luftkühlungsanordnung (
US 3,942,586 A ), von der die Erfindung ausgeht, weist eine Verteilerkammer und eine Lüfteranordnung auf. Die Lüfteranordnung stellt einen in Richtung der Kammerachse der Verteilerkammer gerichteten Kühlluftstrom bereit. Über eine Anordnung der elektronischen Bauelemente entlang einer Helix wird eine verbesserte Nutzung der Kühlleistung erreicht. Eine solche Anordnung der elektronischen Bauelemente geht jedoch wiederum zu Lasten eines erhöhten Platzbedarfs für das gesamte elektronische System.
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Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Luftkühlungsanordnung zum Kühlen von elektronischen Bauteilen anzugeben, welche eine effektive Kühlung der elektronischen Bauteile bei gleichzeitig geringem Raumbedarf gewährleistet. Insbesondere soll die Luftkühlungsanordnung auch auf einfache Weise skalierbar sein.
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Das obige Problem wird bei einer Luftkühlungsanordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.
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Die Erfindung geht davon aus, dass die Luftkühlungsanordnung mit einer Lüfteranordnung zur Bereitstellung eines Kühlluftstroms und mit mindestens einer Luftverteileranordnung, welche eine Verteilerkammer mit einem Lufteinlass, einer äußeren Luftleitfläche und einem Luftauslass aufweist, ausgestattet ist. Der Lufteinlass ist zur Zuleitung des Kühlluftstroms in die Verteilerkammer mit einer Lufteinlassrichtung eingerichtet, wobei die äußere Luftleitfläche umfangsseitig um eine geometrische Kammerachse der Verteilerkammer angeordnet ist, und wobei der Luftauslass zum Versorgen der elektronischen Bauteile mit aus der Verteilerkammer austretender Kühlluft eingerichtet ist.
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Wesentlich ist die grundsätzliche Überlegung, dass die Verteilerkammer einerseits dem Kühlluftstrom einen geringen Strömungswiderstand entgegensetzt, um die durch die Lüfteranordnung bereitgestellte Leistung möglichst optimal zu nutzen. Andererseits liegt mit der vorschlagsgemäßen Lösung im Vordergrund, einen möglichst gleichmäßig verteilten Kühlluftstrom am Luftauslass bereitzustellen, um eine unerwünschte Temperaturspreizung der elektronischen Bauteile zu minimieren.
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Im Einzelnen wird vorgeschlagen, dass der Lufteinlass derart eingerichtet ist, dass die Lufteinlassrichtung zum Erzeugen eines in Bezug auf die Kammerachse rotatorischen Kühlluftstroms in der Verteilerkammer zumindest teilweise, vorzugsweise überwiegend, in einer zur Kammerachse senkrechten Ebene verläuft und dass der Lufteinlass in Bezug auf die Kammerachse beabstandet zum Luftauslass angeordnet ist.
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Durch die Ausrichtung der Lufteinlassrichtung zumindest teilweise in einer zur Kammerachse senkrechten Ebene und die umfangsseitige Anordnung der äu-ßeren Luftleitfläche wird die in die Verteilerkammer eingelassene Kühlluft in eine um die Kammerachse umlaufende, rotatorische Bewegung gebracht. Aufgrund des axialen Abstands zwischen Lufteinlass und Luftauslass strömt die Kühlluft insbesondere in einem zum Luftauslass gerichteten Wirbel, wodurch eine besonders gleichmäßige Anströmung des Luftaustritts und damit der elektrischen Bauteile erreicht wird. Es wird davon ausgegangen, dass die vorschlagsgemäße Ausgestaltung der Verteilerkammer nach Art eines Zyklons zur Bildung eines sich entlang der Kammerachse fortpflanzenden rotatorischen Kühlluftstroms führt, wobei hierüber ein effektiver Strömungsausgleich und letztlich eine gleichmäßig verteilte Kühlleistung am Luftauslass erreicht wird. Gleichzeitig wird der Strömungswiderstand in der Verteilerkammer gering gehalten.
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Mit der vorschlagsgemäßen Lösung wird somit davon abgekommen, den Kühlluftstrom unmittelbar entlang der Kammerachse auf den Luftauslass und die elektronischen Bauteile zu richten, da eine solche Anordnung eine ungleichmäßige Kühlleistung verursachen kann. Vielmehr wird vorschlagsgemäß über die Lufteinlassrichtung abseits der Richtung der Kammerachse und den rotatorischen Kühlluftstrom in der Verteilerkammer eine indirekte, hiermit jedoch gleichmäßigere und effektivere, Kühlung der elektronischen Bauteile erreicht.
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In der bevorzugten Ausgestaltung gemäß Anspruch 2 ist der Lufteinlass derart eingerichtet, dass die Lufteinlassrichtung zumindest teilweise, vorzugsweise überwiegend, in einer Tangentialrichtung zur Kammerachse verläuft, wodurch der Effekt eines in der Verteilerkammer umlaufenden Kühlluftstroms weiter verstärkt wird.
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Zur effektiven Ausbildung des umlaufenden Kühlluftstroms trägt weiter die bevorzugte Ausgestaltung gemäß Anspruch 3 bei, wonach die äußere Luftleitfläche eine geschlossene Ringform um die Richtung der Kammerachse bildet. Ist die äußere Luftleitfläche mit einem kreisförmigen Querschnitt in einer zur Kammerachse senkrechten Ebene ausgestattet, kann hierbei ein besonders geringer Strömungswiderstand erreicht werden. Besonders bevorzugt ist zudem, dass die äußere Luftleitfläche in Bezug auf die Kammerachse vom Lufteinlass zum Luftauslass zumindest abschnittsweise mit einem sich aufweitenden Querschnitt ausgestaltet ist. Hierdurch vergrößert sich das für den umlaufenden Kühlluftstrom verfügbare Volumen in der Verteilerkammer, sodass ein weiterer Ausgleich der Strömungsverteilung stattfindet. Vorzugsweise weist die äußere Luftleitfläche hierbei zumindest abschnittsweise eine Kegelstumpfform um die Kammerachse auf.
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Eine zusätzliche Begrenzungsfläche der Verteilerkammer nach der Ausgestaltung gemäß Anspruch 4 stellt eine besonders einfache und effektive Maßnahme dafür dar, den zum Luftauslass gerichteten Kühlluftstrom zu bewirken. Ist der Lufteinlass benachbart zur Begrenzungsfläche angeordnet, kann der für die Verteilerkammer verfügbare Raum optimal für den Ausgleich der Strömungsverteilung genutzt werden.
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In der weiteren, ebenfalls bevorzugten Ausgestaltung gemäß Anspruch 5 weist die Verteilerkammer eine innere Luftleitfläche auf, welche zumindest teilweise von der äußeren Luftleitfläche umschlossen ist. Einerseits kann hiermit die Form der Verteilerkammer weiter optimiert werden. Andererseits kann über die innere Luftleitfläche auch ein Durchgang durch die Verteilerkammer geschaffen werden, welcher beispielsweise zur Versorgung und Anbindung, etwa als Kabelzuführung, der elektronischen Bauteile genutzt wird.
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Ist nach der Ausgestaltung gemäß Anspruch 6 der Lufteinlass rohrförmig ausgestaltet, kann die Lufteinlassrichtung auf besonders einfache Weise durch die Erstreckungsrichtung der Rohrform des Lufteinlasses vorgegeben werden.
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Vorzugsweise weist der Luftauslass gemäß Anspruch 7 eine Mehrzahl von Austrittsöffnungen für die Verteilerkammer auf, wodurch der in der Verteilerkammer erzeugte Kühlluftstrom vorteilhaft genutzt wird. Die Austrittsöffnungen können in einer endseitig an der Verteilerkammer angeordneten Austrittsfläche vorgesehen sein, wodurch sich wiederum ein besonders kompakter Aufbau der Verteilkammer ergibt. Die Austrittsfläche kann sich in weiteren Ausgestaltungen auch an die äußere Luftleitfläche und/oder die innere Luftleitfläche anschließen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Luftkühlungsanordnung mit Austrittsöffnungen sind Gegenstand des Anspruchs 8. Eine weitere Optimierung der Kühlung ergibt sich insbesondere über Austrittsleitflächen für die Austrittsöffnungen.
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Die vorschlagsgemäße Luftkühlungsanordnung kann besonders vorteilhaft in einer Modulbauweise genutzt werden. In der bevorzugten Ausgestaltung gemäß Anspruch 9 sind mehrere Luftverteileranordnungen vorgesehen, wobei weiter mindestens eine Zuleitungsverteileranordnung entlang des Kühlluftstroms zwischen der Lüfteranordnung und den mehreren Luftverteileranordnungen angeordnet ist. Die Zuleitungsverteileranordnung kann hierbei eine besonders effektive Versorgung der Luftverteileranordnungen auf Grundlage des über die Lüfteranordnung bereitgestellten Kühlluftstroms bewirken. Die Zuleitungsverteileranordnung kann ebenfalls eine Verteilkammer aufweisen, welche nach dem für die Luftverteileranordnung bereits angesprochenen Prinzip arbeitet.
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Gemäß Anspruch 10 ist zudem eine Aufnahme für die elektronischen Bauteile vorgesehen, wobei die innere Luftleitfläche auch als Halteelement für die elektronischen Bauteile eingerichtet sein kann, um einen kompakten Aufbau der Luftkühlungsanordnung zu erreichen.
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Anspruch 11 betrifft eine nach dem Luftauslass, und insbesondere nach der Aufnahme für die elektronischen Bauteile, angeordnete Luftableitfläche zu Optimierung des Abluftstroms, wobei die Luftableitfläche gleichzeitig als Halterung für mindestens eine weitere Luftverteileranordnung dienen kann.
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Zur Anpassung des Betriebs der vorschlagsgemäßen Luftkühlungsanordnung an verschiedene Umgebungsbedingungen kann die Lüfteranordnung gemäß Anspruch 12 eine klimatechnische Vorrichtung für den Kühlluftstrom aufweisen.
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Gemäß Anspruch 13 ist vorgesehen, dass die Luftkühlungsanordnung einen Abwärmeverwerter für die Abluft der Luftverteileranordnung aufweist, wodurch die mit dem Betrieb der elektronischen Bauteile entstehende Abwärme vorteilhaft genutzt wird.
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Nach einer weiteren Lehre gemäß Anspruch 14, der eigenständige Bedeutung zukommt, wird ein elektronisches System aufweisend elektronische Bauteile, und eine vorschlagsgemäße Luftkühlungsanordnung zum Kühlen der elektronischen Bauteile, als solches beansprucht. Die elektronischen Bauteile sind vorzugsweise in Richtung der Kammerachse entlang des Kühlluftstroms nach dem Luftauslass angeordnet, um eine besonders effektive Kühlung zu gewährleisten. Auf alle Ausführungen zur vorschlagsgemäßen Luftkühlungsanordnung darf verwiesen werden.
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In der besonders bevorzugten Ausgestaltung gemäß Anspruch 15 sind die elektronischen Bauteile und die Luftkühlungsanordnung in einem Gehäuse eingehaust. Das Gehäuse erlaubt hierbei den Betrieb des elektronischen Systems im Freien. Handelt es sich ferner bei dem Gehäuse um ein Containergehäuse, kann die bereits angesprochene Modularität auch mit dem elektronischen System weiter genutzt werden.
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Nach einer weiteren Lehre gemäß Anspruch 16, der ebenfalls eigenständige Bedeutung zukommt, wird ein Verfahren zum Kühlen von elektronischen Bauteilen als solches beansprucht. Mittels des Lufteinlasses wird ein in Bezug auf die Kammerachse rotatorischer Kühlluftstrom in der Verteilerkammer mit einer zumindest teilweise in einer zur Kammerachse senkrechten Ebene verlaufenden Lufteinlassrichtung erzeugt. Der Lufteinlass ist in Bezug auf die Kammerachse beabstandet zum Luftauslass angeordnet ist. Auch insofern darf auf alle Ausführungen zur vorschlagsgemäßen Luftkühlungsanordnung und zum vorschlagsgemäßen elektronischen System verwiesen werden.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
- 1 eine perspektivische Ansicht eines vorschlagsgemäßen elektronischen Systems mit einer vorschlagsgemäßen Luftkühlungsanordnung,
- 2 a) in einer Seitenansicht sowie b), c) in verschiedenen Schnittdarstellungen die vorschlagsgemäße Luftkühlungsanordnung aus 1,
- 3 schematische Diagramme des Kühlluftstroms in der vorschlagsgemäßen Luftkühlungsanordnung gemäß 1 und 2, und
- 4 a) eine Schnittdarstellung eines weiteren, ebenfalls vorschlagsgemäßen elektronischen Systems und b) eine perspektivische Detailansicht des Systems aus 4a).
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Die vorschlagsgemäße Luftkühlungsanordnung 1 dient zum Kühlen von elektronischen Bauteilen und insbesondere zum Kühlen einer Prozessoranordnung. Unter einer Prozessoranordnung wird insbesondere eine Zusammenstellung von Prozessoren, etwa in eingebetteten Systemen, verstanden, wobei neben dem Prozessor weitere elektronische Komponenten wie Speicher, Schnittstellen oder dergleichen ebenfalls der Prozessoranordnung zugeordnet sein können. Die Prozessoranordnung kann hierbei vorzugsweise Grafikkarten aufweisen, wobei ergänzend auch auf die einleitenden Ausführungen verwiesen werden darf. Allgemein kann es sich bei den elektronischen Bauteilen auch um andere Bauteile mit Kühlbedarf handeln, etwa um Leistungselektronik, elektronische Antriebe oder dergleichen.
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Die Luftkühlungsanordnung 1 ist mit einer in 4 gezeigten Lüfteranordnung 2 zur Bereitstellung eines Kühlluftstroms ausgestattet. Die Lüfteranordnung 2 weist hier und vorzugsweise eine Strömungsmaschine, weiter vorzugsweise einen Ventilator, insbesondere einen Axialventilator, Radialventilator, Kompressor oder dergleichen auf, um einen gerichteten Kühlluftstrom zu erzeugen.
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Wie insbesondere aus 2 hervorgeht, ist die Luftkühlungsanordnung 1 weiter mit mindestens einer Luftverteileranordnung 3 ausgestattet, welche eine Verteilerkammer 4 mit einem Lufteinlass 5, einer äußeren Luftleitfläche 6 und einem Luftauslass 7 aufweist.
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Der Lufteinlass 5 ist zur Zuleitung des Kühlluftstroms in die Verteilerkammer 4 mit einer Lufteinlassrichtung E eingerichtet. Hierbei wird der von der bereits angesprochenen Lüfteranordnung 2 bereitgestellte Kühlluftstrom über den Lufteinlass 5 in die Verteilerkammer 4 geleitet. Unter der Lufteinlassrichtung E ist die Vorzugsbewegungsrichtung der in die Verteilerkammer 4 am Lufteinlass 5 eintretenden Kühlluft zu verstehen. Bei einer Strömungsverteilung am Lufteinlass 5 kann die Lufteinlassrichtung E auch eine räumliche Mittelung der laminaren Strömungsrichtungen am Lufteinlass 5 repräsentieren.
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Die äußere Luftleitfläche 6 ist umfangsseitig um eine geometrische Kammerachse A der Verteilerkammer 4 angeordnet. Bei der Kammerachse A handelt es sich vorzugsweise, jedoch nicht zwingend, um eine Symmetrieachse der Verteilerkammer 4. Wie aus der nachfolgenden Beschreibung noch hervorgeht, entspricht die Richtung der Kammerachse A hier zumindest näherungsweise auch der Abfolge von Lufteinlass 5, Luftauslass 6 und der elektronischen Bauteile entlang des Kühlluftstroms in der Luftverteileranordnung 3.
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Der Luftauslass 7 ist zum Versorgen der elektronischen Bauteile mit aus der Verteilerkammer 4 austretender Kühlluft eingerichtet. Hier und vorzugsweise ist die Verteilerkammer 4 - mit Ausnahme des Lufteinlasses 5 und des Luftauslasses 7 - als abgeschlossener Raum ausgebildet, so dass die durch den Lufteinlass 5 einströmende Kühlluft die Verteilerkammer 4 wieder über den Luftauslass 7 verlässt.
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Wesentlich ist nun, dass der Lufteinlass 5 derart eingerichtet ist, dass die Lufteinlassrichtung E zum Erzeugen eines in Bezug auf die Kammerachse A rotatorischen Kühlluftstroms in der Verteilerkammer 4 zumindest teilweise, vorzugsweise überwiegend, in einer zur Kammerachse A senkrechten Ebene verläuft und dass der Lufteinlass 5 in Bezug auf die Kammerachse A beabstandet zum Luftauslass 7 angeordnet ist.
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Zumindest eine Komponente der Lufteinlassrichtung E verläuft somit in einer zur Kammerachse A senkrechten Ebene. Vorzugsweise ist es so, dass die Lufteinlassrichtung E überwiegend in einer zur Kammerachse A senkrechten Ebene verläuft, womit die größte Komponente der Lufteinlassrichtung E in einer zur Kammerachse A senkrechten Ebene verläuft. In 2c) ist hierzu beispielhaft eine (gedachte) Ebene S senkrecht zur Kammerachse A gezeigt. Mit der Beabstandung in Bezug der Kammerachse A zwischen Lufteinlass 5 und Luftauslass 7 ist gemeint, dass die Projektion von Lufteinlass 5 und Luftauslass 7 auf die Kammerachse A, insbesondere der geometrische Mittelpunkt der jeweiligen Projektion, einen Abstand in Richtung der Kammerachse A zueinander aufweisen.
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Die prinzipielle Wirkungsweise der Luftverteileranordnung 3 ist schematisch in 3 dargestellt. In 3a) sind hierzu beispielhafte Trajektorien der Kühlluft gezeigt. Mit dem Einströmen am Lufteinlass 5 mit der Lufteinlassrichtung E und der umlaufenden äußeren Luftleitfläche 6 wird die Kühlluft in eine um die Kammerachse A umlaufende Bahn gezwungen, sodass ein in Bezug auf die Kammerachse A rotatorischer Kühlluftstrom in der Verteilerkammer 4 entsteht. Aufgrund der axialen Beabstandung von Lufteinlass 5 und Luftauslass 7 ist der rotatorische Kühlluftstrom zudem in Richtung der Kammerachse A gerichtet und erstreckt sich vorzugsweise bis zum Luftauslass 7. In 3b) ist weiter eine Strömungsverteilung der Kühlluft schematisch dargestellt, welche im Bereich des Lufteinlasses 5 zunächst ungleichmäßig ist und hier ein Maximum im Bereich der äußeren Luftleitfläche 6 aufweist. Durch die vorschlagsgemäße Ausgestaltung der Verteilerkammer 4 und das Erzeugen des rotatorischen Kühlluftstroms wird die Strömungsverteilung der Kühlluft jedoch bis zum Erreichen des Luftauslasses 7 weitgehend ausgeglichen.
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Hier und gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der Lufteinlass 5 derart eingerichtet ist, dass die Lufteinlassrichtung E zumindest teilweise, hier und vorzugsweise überwiegend, in einer Tangentialrichtung zur Kammerachse A verläuft. Mit „Tangentialrichtung“ ist hierbei eine Tangente zu einem Kreis einer zur Kammerachse A senkrechten Ebene S mit dem Schnittpunkt der Ebene S zur Kammerachse A als Mittelpunkt gemeint. Insbesondere verläuft die Lufteinlassrichtung E - abgesehen von unvermeidbaren Abweichungen - vollständig entlang der Tangentialrichtung.
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Hier und vorzugsweise bildet die äußere Luftleitfläche 6 eine geschlossene Ringform um die Kammerachse A, welche wie in 2 dargestellt insbesondere einen kreisförmigen Querschnitt in einer zur Kammerachse A senkrechten Ebene S aufweist. Zudem ist die äußere Luftleitfläche 6 in Richtung der Kammerachse A vom Lufteinlass zum Luftauslass zumindest abschnittsweise, hier und vorzugsweise vom Lufteinlass 5 zum Luftauslass 7 insgesamt mit einem sich aufweitenden Querschnitt ausgestaltet. Die äußere Luftleitfläche 6 kann hierzu prinzipiell beliebige, für den jeweiligen Strömungswiderstand vorteilhafte Ausgestaltungen, beispielsweise eine Bogenform, Polygonform oder dergleichen aufweisen. Wie aus 2 weiter zu erkennen ist, weist die äußere Luftleitfläche 6 hier und vorzugsweise zumindest abschnittsweise eine Kegelstumpfform um die Kammerachse A auf.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Verteilerkammer eine Begrenzungsfläche 8 auf, welche dem Luftauslass 7 in Bezug auf die Kammerachse A endseitig gegenüberliegend angeordnet ist. In der in 2 gezeigten und insoweit bevorzugten Ausgestaltung handelt es sich bei der Begrenzungsfläche 8 um einen ebenen Abschluss der Verteilerkammer 4, welcher auch als Grundfläche zum Halten der Luftverteileranordnung 3 dienen kann. Hier und vorzugsweise ist der Lufteinlass 5 benachbart zur Begrenzungsfläche 8 angeordnet.
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Gemäß der in 2 dargestellten und insoweit bevorzugten Ausgestaltung weist die Verteilerkammer 4 eine innere Luftleitfläche 9 auf, welche zumindest teilweise, hier vollständig, von der äußeren Luftleitfläche 6 umschlossen ist. Die innere Luftleitfläche 9 bildet eine geschlossene Ringform um die Kammerachse A, insbesondere mit einem kreisförmigen Querschnitt um die Richtung der Kammerachse A. Hier und vorzugsweise ist es so, dass die innere Luftleitfläche 9 zumindest abschnittsweise eine Zylinderform um die Richtung der Kammerachse A aufweist.
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Der Lufteinlass 5 kann rohrförmig ausgestaltet sein. Die Erstreckungsrichtung der Rohrform des Lufteinlasses 5 gibt näherungsweise die Lufteinlassrichtung E vor und verläuft hier, wie auch aus 2 zu erkennen ist, vorzugsweise überwiegend in einer Tangentialrichtung zur Kammerachse A. Die Rohrform ist vorzugsweise zylindrisch und wird beispielsweise über einen Zuleitungsschlauch oder ein Zuleitungsrohr gebildet, welcher bzw. welches an die Verteilerkammer 4 herangeführt ist. Der Lufteinlass 5 kann wie in 2 gezeigt an einer Ausnehmung der äußeren Luftleitfläche 6 angeordnet sein, wobei die Ausnehmung vorzugsweise an die Begrenzungsfläche 8 angrenzt.
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Der Luftauslass 7 weist hier und vorzugsweise eine Mehrzahl von Austrittsöffnungen 10 für die Verteilerkammer 4 auf. In der in 2 dargestellten Ausgestaltung der vorschlagsgemäßen Luftkühlungsanordnung 1 sind die Austrittsöffnungen 10 in einer in Bezug auf die Kammerachse A endseitig an der Verteilerkammer 4 angeordneten Austrittsfläche 11 vorgesehen. Die Austrittsfläche 11 liegt hier der Begrenzungsfläche 8 in Bezug auf die Kammerachse A endseitig gegenüber. Gemäß nicht dargestellten Ausgestaltungen können die Austrittsöffnungen 10 auch in einer sich in Richtung der Kammerachse A an die äußere Luftleitfläche 6 und/oder die innere Luftleitfläche 8 anschließenden, umfangsseitig zur Kammerachse A angeordneten, Austrittsfläche vorgesehen sein.
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Die Austrittsöffnungen 10 können insbesondere als Austrittsbohrungen und/oder als Austrittsschlitze ausgebildet sein. Hier und vorzugsweise sind Austrittsschlitze vorgesehen, welche eine zur Richtung der Kammerachse A radial verlaufende Erstreckungsrichtung aufweisen, wodurch eine besonders gleichmäßige Kühlung durch die Austrittsöffnungen 10 erreicht wird. Ebenfalls ist es gemäß einer nicht dargestellten Ausgestaltung denkbar, dass die Erstreckungsrichtungen tangential und/oder axial zur Richtung der Kammerachse A verlaufen. Insbesondere ist die Form und Anordnung der Austrittsöffnungen 10 an die für die elektronischen Bauteile vorgesehene Anordnung angepasst und/oder bildet eine gleichmäßige Verteilung über die Austrittsfläche 11.
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Gemäß einer weiteren, ebenfalls nicht dargestellten Ausgestaltung weist der Luftauslass 7 zumindest teilweise in Richtung der Kammerachse A verlaufende Austrittsleitflächen für die Austrittsöffnungen 10 auf. Bei den Austrittsleitflächen handelt es sich beispielsweise um gerade, bogenförmige, und/oder schaufelförmige Ausformungen an der Austrittsfläche 11, welche den Kühlluftstrom am Luftauslass 7 in Richtung der Kammerachse A begünstigen.
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Gemäß einer weiteren, besonders bevorzugten Ausgestaltung weist die vorschlagsgemäße Luftkühlungsanordnung 1 mehrere, insbesondere baugleiche, Luftverteileranordnungen 3 zum Versorgen der elektronischen Bauteile mit aus der jeweiligen Verteilerkammer 4 austretender Kühlluft auf. Wie in 4a) dargestellt, ist mindestens eine Zuleitungsverteileranordnung 12 vorgesehen, welche entlang des Kühlluftstroms zwischen der Lüfteranordnung 2 und den mehreren Luftverteileranordnungen 3 angeordnet ist. Die Zuleitungsverteileranordnung 12 verteilt hierbei die von der Lüfteranordnung 2 bereitgestellte Kühlluft an die Lufteinlässe 5 der Luftverteileranordnungen 3. Folglich können entsprechend den jeweiligen Bauraumanforderungen und abhängig von der Ausgestaltung der elektronischen Bauteile die Luftverteileranordnungen 3 miteinander kombiniert werden, womit die Luftkühlungsanordnung 1 modular erweitert werden kann. Insbesondere ist für mehrere Luftverteileranordnungen 3 weiterhin nur eine Lüfteranordnung 2 vorgesehen.
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Gemäß der in 4a) gezeigten und insoweit bevorzugten Ausgestaltung weist die Zuleitungsverteileranordnung 12 eine Verteilerkammer 13 mit einem Lufteinlass 14, einer äußeren Luftleitfläche und einem Luftauslass zum Versorgen der Luftverteileranordnungen 3 auf. Besonders bevorzugt ist hierbei, dass der Lufteinlass 14 der Zuleitungsverteileranordnung 12 derart eingerichtet ist, dass die Lufteinlassrichtung zumindest teilweise, insbesondere überwiegend, in einer zur Kammerachse der Verteilerkammer 13 senkrechten Ebene verläuft und dass der Lufteinlass 14 in Bezug auf die Kammerachse beabstandet zum Luftauslass angeordnet ist. Die Zuleitungsverteileranordnung 12 kann entsprechend auf dem gleichen Prinzip beruhen wie die bereits erläuterte Luftverteileranordnung 3, wobei zur Ausgestaltung der Zuleitungsverteileranordnung 12 und insbesondere deren Verteilerkammer 13 insoweit auf alle Ausführungen zur Luftverteileranordnung 3 verwiesen werden darf.
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Die äußere Luftleitfläche weist hierbei vorzugsweise einen in Bezug auf die Kammerachse näherungsweise rechteckigen Querschnitt auf, sodass die Luftverteileranordnungen 3 beispielsweise wie in 4a) gezeigt mit einem kompakten Aufbau auf der Verteilerkammer 13 der Zuleitungsverteileranordnung 12 angeordnet werden können. Über die Ausformung und Anordnung kann erreicht werden, dass mit der äußeren Luftleitfläche auch mit dem näherungsweisen rechteckigen Querschnitt eine rotatorische Strömung erreicht wird. Insbesondere weist die äußere Luftleitfläche hierbei abgerundete Flächen auf, welche auch als Leitbleche in der Verteilerkammer 13 ausgestaltet sein können, womit die Strömungsverhältnisse eines runden Querschnitts näherungsweise nachgebildet werden.
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Weiter ist es gemäß einer nicht dargestellten Ausgestaltung denkbar, dass eine Kaskade von Zuleitungsverteileranordnungen vorgesehen ist, wobei in der Kaskade mindestens einer Zuleitungsverteileranordnungen entlang des Kühlluftstroms mehrere Zuleitungsverteileranordnungen nachgeordnet sind, welchen wiederum Luftverteileranordnungen 3 nachgeordnet sind. Entsprechend kann mit einer Lüfteranordnung 2 eine hohe Anzahl an Luftverteileranordnungen 3 versorgt werden.
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Aus 1 geht weiter hervor, dass die Luftverteileranordnung 3 vorzugsweise eine, hier und weiter vorzugsweise durch eine Gehäusewandung 15 begrenzte, entlang des Kühlluftstroms nach dem Luftauslass 7 angeordnete, Aufnahme 16 für die elektronischen Bauteile aufweist. Gemäß der dargestellten Ausgestaltung weist die Gehäusewandung 15 eine geschlossene Ringform um die Kammerachse A, insbesondere eine Zylinderform um die Kammerachse A auf. Die innere Luftleitfläche 9 kann sich hierbei, wie in 2 angedeutet, in Richtung der Kammerachse A über den Luftauslass 7 hinaus erstrecken und als Halteelement für die elektronischen Bauteile eingerichtet sein. Der durch die innere Luftleitfläche 9 gebildete, in Richtung der Kammerachse A verlaufende Durchgang durch die Verteilerkammer 4 kann insbesondere zur Anbindung und Versorgung der elektronischen Bauteile eingerichtet sein. Hier und vorzugsweise weist die Aufnahme 16 zudem einen Abluftauslass 17 auf, welcher beispielsweise etwa analog zu dem bereits erläuterten Luftauslass 7 ausgestaltet ist. Auf alle Ausführungen zum Luftauslass 7 darf insofern verwiesen werden.
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Zudem weist die Luftverteileranordnung vorzugsweise eine entlang des Kühlluftstroms nach dem Luftauslass 7, und insbesondere nach der Aufnahme 16 für die elektronischen Bauteile, angeordnete Luftableitfläche 18 auf. Zudem ist die Luftableitfläche 18 vorzugsweise als Halterung für mindestens eine weitere Luftverteileranordnung 3 der Luftkühlungsanordnung 1 vorgesehen. Besonders bevorzugt ist die Luftverteileranordnung 3 stapelbar ausgebildet, wie dies auch weiter anhand von 4b) verdeutlich ist. Insbesondere sind mehrere Luftverteileranordnungen 3 säulenförmig über die jeweiligen Luftableitflächen 18 aufeinander gestapelt und in vorgegebenen Abständen zueinander angeordnet. Eine solche Anordnung der Luftverteileranordnung 3 lässt sich entsprechend der jeweiligen Anforderungen auf einfache Weise erweitern, wobei gleichzeitig eine effektive Kühlung mit geringer Temperaturspreizung der elektronischen Bauteile gewährleistet wird.
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Die Lüfteranordnung 2 kann eine klimatechnische Vorrichtung 19 für den Kühlluftstrom aufweisen, welche insbesondere zur Temperierung der Kühlluft eingerichtet ist. Die klimatechnische Vorrichtung 19 kann insofern eine Heizanordung und/oder eine Kältemaschine für den Kühlluftstrom aufweisen. Eine Kältemaschine kann hierbei eine Kompressionskältemaschine, Absorptionskältemaschine, eine adiabatische Verdunstungskühlung oder dergleichen aufweisen. Vorteilhaft ist zudem, dass die Verteilerkammer 4 auch aufgrund des umlaufenden Kühlluftstroms als Abscheider für etwaige in der Kühlluft anfallende Tröpfchen wirken kann.
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Gemäß der in 4a) gezeigten Ausgestaltung ist die klimatechnische Vorrichtung ferner zum Bereitstellen des Kühlluftstroms mit Umluft der Luftverteileranordnungen 3 eingerichtet. Hierbei kann die über die Abwärme aufgeheizte Abluft der Luftverteileranordnungen 3 steuerbar zur Zuluft der Luftkühlungsanordnung 1 beigemischt werden. Die klimatechnische Vorrichtung 19 kann auch der Einstellung der Luftfeuchtigkeit und/oder dem Filtern der Kühlluft dienen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Luftkühlungsanordnung 1 einen Abwärmeverwerter 20 für die Abluft der Luftverteileranordnung auf. Beispielsweise kann die Abwärme unmittelbar zum Beheizen von Innenräumen oder dergleichen genutzt werden. Vorzugsweise weist der Abwärmeverwerter 20 einen Wärmetauscher auf. Wird ein Abwärmeverwerter 20 aufweisend einen thermoelektrischen Generator eingesetzt, lässt sich ein Teil der Abwärme wiederum in elektrische Energie umwandeln und kann vorzugsweise zum Betrieb des elektronischen Systems genutzt werden.
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Gemäß einer weiteren Lehre, der eigenständige Bedeutung zukommt, wird das angesprochene elektronische System als solches beansprucht. Das elektronische System weist elektronische Bauteile, insbesondere eine Prozessoranordnung, und eine vorschlagsgemäße Luftkühlungsanordnung 1 zum Kühlen der elektronischen Bauteile, auf. Die elektronischen Bauteile sind vorzugsweise in Richtung der Kammerachse A entlang des Kühlluftstroms nach dem Luftauslass 7 angeordnet. Besonders vorteilhaft hat sich eine um die Kammerachse A sternförmige Ausrichtung der elektronischen Bauteile erwiesen. Die elektronischen Bauteile sind beispielsweise auf Platinen angeordnet, welche mit einer Erstreckungsrichtung radial zur Kammerachse A angeordnet sind. Zum vorschlagsgemäßen elektronischen System darf auf alle Ausführungen zur vorschlagsgemäßen Luftkühlungsanordnung 1 verwiesen werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind die elektronischen Bauteile und die Luftkühlungsanordnung in einem ein Gehäuse 21, insbesondere einem Containergehäuse, des elektronischen Systems zum Betrieb des elektronischen Systems im Freien eingehaust. Bei dem Containergehäuse kann es sich beispielsweise um standardisierte Großraumbehälter, wie beispielsweise 20 Fuß- oder 40 Fuß-Seecontainer, handeln, sodass sowohl der Transport des elektronischen Systems erleichtert als die elektronischen Systeme auf einfache Weise kombiniert werden können. Alternativ zu einem Betrieb im Freien ist natürlich auch ein Betrieb im Innenraum denkbar.
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Gemäß einer weiteren Lehre, der ebenfalls eigenständige Bedeutung zukommt, wird ein Verfahren zum Kühlen von elektronischen Bauteilen, insbesondere einer Prozessoranordnung, mittels einer Luftkühlungsanordnung 1 als solches beansprucht. Die Luftkühlungsanordnung 1 ist mit einer Lüfteranordnung 2, mittels welcher ein Kühlluftstrom bereitgestellt wird, und mit mindestens einer Luftverteileranordnung 3, welche eine Verteilerkammer 4 mit einem Lufteinlass 5, einer äußeren Luftleitfläche 6 und einem Luftauslass 7 aufweist, ausgestattet, wobei mittels des Lufteinlasses 5 der Kühlluftstrom in die Verteilerkammer 4 entlang einer Lufteinlassrichtung E zugeleitet wird, wobei die äußere Luftleitfläche 6 umfangsseitig um eine geometrische Kammerachse A der Verteilerkammer 4 angeordnet ist, und wobei mittels des Luftauslasses 7 die elektronischen Bauteile mit aus der Verteilerkammer 4 austretender Kühlluft versorgt werden.
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Wesentlich ist bei dem vorschlagsgemäßen Verfahren, dass mittels des Lufteinlasses 5 ein in Bezug auf die Kammerachse A rotatorischer Kühlluftstrom in der Verteilerkammer 4 mit einer zumindest teilweise, vorzugsweise überwiegend, in einer zur Kammerachse A senkrechten Ebene verlaufenden Lufteinlassrichtung E erzeugt wird und dass der Lufteinlass 5 in Bezug auf die Kammerachse A beabstandet zum Luftauslass 7 angeordnet ist. Zum vorschlagsgemäßen Verfahren darf auf alle Ausführungen zur vorschlagsgemäßen Luftkühlungsanordnung 1 und zum vorschlagsgemäßen elektronischen System verwiesen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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