DE102021130964A1

DE102021130964A1 - Kühlplatte mit gleichmässiger plenumströmung

Info

Publication number: DE102021130964A1
Application number: DE102021130964.6A
Authority: DE
Inventors: Mark D. Schultz; Pritish Ranjan Parida
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2020-12-26
Filing date: 2021-11-25
Publication date: 2022-06-30
Also published as: GB2603278A; CN114698333A; GB2603278B; GB202117486D0; US20220210946A1

Abstract

Eine Kühlplattenvorrichtung umfasst Wände, welche ein aktives Volumen in Nachbarschaft zu einem Einlassplenum umgeben; die Wände umfassen eine Einlassöffnung an einem Ende einer Oberseite des Einlassplenums und eine Plenumöffnung zwischen dem Einlassplenum und dem aktiven Volumen. Ebenfalls umfasst ist ein Blockierelement, welches das Einlassplenum teilweise von dem aktiven Volumen trennt. Das Blockierelement ist strukturell dafür konfiguriert, vorzugsweise eine Strömung von dem Einlassplenum in das aktive Volumen umzuleiten.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung betrifft die Elektrotechnik, die Elektronik, die Wärmetechnik, die Mechanik und die Computertechnik und insbesondere Vorrichtungen zum Kühlen von Computerkomponenten.
Eine Art einer Vorrichtung zum Kühlen von Computerkomponenten ist die „Kühlplatte“, welche eine leitende Wärmesenke ist, die in Kontakt mit einer Komponente angeordnet ist, entweder direkt oder mit einem dazwischen angeordneten thermischen Zwischenmaterial (Thermal Interface Material, TIM). Eine Kühlplatte kann ein fester Metallblock sein, oft mit Finnen für eine verbesserte Luftkühlung; oder sie kann eine hohle Struktur sein, durch welche ein Kühlmittel (z.B. Wasser) von einem Einlass zu einem Auslass fließt.
Im Allgemeinen ist es bei einem Wärmetauscher wünschenswert, auf jeder Seite eines aktiven (z.B. mit Finnen versehenen) Volumens des Wärmetauschers Plenen bereitzustellen; die Plenen sind breit und dick genug, um gleichmäßige (isobare) Druckbedingungen herzustellen, welche eine im Wesentlichen gleichmäßige Strömung durch den aktiven Bereich erzeugen. Jedoch ist bei einer typischen Kühlplattenanwendung die Plenumgröße durch die Größe und den Abstand der zu kühlenden Komponenten begrenzt. Häufig sind Kühlplattenplenen nicht groß genug, um Bedingungen herzustellen, die isobaren Bedingungen ausreichend nahe kommen, um zu der gewünschten Gleichmäßigkeit der Strömung zu führen.
KURZDARSTELLUNG
Durch die Prinzipien der Erfindung werden Techniken zum Abstimmen von Kühlplatten-Plenumübergängen bereitgestellt.
Gemäß einer Erscheinungsform weist eine beispielhafte Kühlplattenvorrichtung Wände, welche ein aktives Volumen in Nachbarschaft zu einem Einlassplenum umgeben, und ein Blockierelement auf, welches das Einlassplenum teilweise von dem aktiven Volumen trennt. Die Wände umfassen eine Einlassöffnung an einem Ende des Einlassplenums und eine Plenumöffnung zwischen dem Einlassplenum und dem aktiven Volumen. Das Blockierelement ist strukturell dafür konfiguriert, vorzugsweise eine Strömung von dem Einlassplenum in das aktive Volumen umzuleiten.
Gemäß einer anderen Erscheinungsform weist eine beispielhafte Kühlplattenvorrichtung einen oberen Teil, welcher eine Einlassöffnung durch ihn hindurch aufweist; einen unteren Teil, welcher ein aktives Volumen und ein Einlassplenum an einer Seite des aktiven Volumens umgibt, wobei das Einlassplenum die Einlassöffnung überlappt; und ein Ablenkelement auf, welches von einer Außenwand des Einlassplenums in Richtung des aktiven Volumens hervorsteht. In einigen Fällen kann das Ablenkelement in der Nähe einer unteren Fläche des Einlassplenums näher zu der Einlassöffnung hervorstehen, als es das Ablenkelement in der Nähe einer oberen Fläche des Einlassplenums tut.
Gemäß einer weiteren Erscheinungsform weist eine beispielhafte Kühlplattenvorrichtung eine obere Platte, welche eine Einlassöffnung durch sie hindurch aufweist; eine untere Platte und einen Stapel von N Zwischenplatten auf, welche zwischen der oberen und der unteren Platte angeordnet und aneinander und an der oberen und der unteren Platte befestigt sind, wobei jede Zwischenplatte eine zentrale Öffnung aufweist, wobei sich die zentralen Öffnungen des Stapels von Zwischenplatten überlappen, um ein Innenvolumen zu definieren, welches von der oberen Platte, der unteren Platte und den Zwischenplatten umschlossen ist. Das Innenvolumen umfasst ein aktives Volumen, ein Einlassplenum an einer Seite des aktiven Volumens und eine Einlassöffnung, welche das Einlassplenum überlappt. Diese Erscheinungsform umfasst außerdem ein Ablenkelement, welches von einer Außenwand des Einlassplenums in Richtung des aktiven Volumens hervorsteht. Das Ablenkelement steht in der Nähe der unteren Platte weiter in Richtung des aktiven Volumens hervor, als es das Ablenkelement in der Nähe der oberen Platte tut, so dass bei einer untersten Zwischenplatte das Ablenkelement um eine Strecke P von der Außenwand des Einlassplenums hervorsteht und bei einer obersten Zwischenplatte das Ablenkelement um eine zweite Strecke P/N von der Außenwand des Einlassplenums hervorsteht und bei jeder Zwischenplatte, aufsteigend von der untersten Platte bis zur obersten Platte, das Ablenkelement um P/N weniger weit hervorsteht.
Gemäß einer weiteren Erscheinungsform wird eine Kühlplattenvorrichtung durch ein beispielhaftes Verfahren hergestellt, welches Erhalten einer anfänglichen Kühlplattenausgestaltung, welche ein aktives Volumen, ein Einlassplenum in Nachbarschaft zu dem aktiven Volumen, welches durch eine Plenumöffnung mit dem aktiven Volumen verbunden ist, und eine Einlassöffnung umfasst, welche das Einlassplenum überlappt; Durchführen einer computergestützten Fluiddynamik-Analyse der anfänglichen Kühlplattenausgestaltung; Identifizieren einer simulierten Strömung in einem ersten Segment des aktiven Volumens in der Nähe der Einlassöffnung, die größer ist als eine simulierte Strömung in einem zweiten Segment des aktiven Volumens entfernt von der Einlassöffnung; und Erzeugen einer überarbeiteten Kühlplattenausgestaltung durch Einfügen eines Blockierelements in die anfängliche Kühlplattenausgestaltung umfasst, welches das Einlassplenum teilweise von dem aktiven Volumen trennt. Das Blockierelement blockiert die vollständige Höhe oder einen Teil der vollständigen Höhe der Plenumöffnung in Nachbarschaft zu der Einlassöffnung und blockiert mit zunehmender Entfernung von der Einlassöffnung entlang der Plenumöffnung einen kleiner werdenden Teil der Höhe der Plenumöffnung. Das Blockierelement blockiert mehr von der Plenumöffnung in der Nähe einer Unterseite der Plenumöffnung, als in der Nähe einer Oberseite der Plenumöffnung blockiert wird. Weitere Schritte umfassen Durchführen einer computergestützten Fluiddynamik-Analyse der überarbeiteten Kühlplattenausgestaltung; Identifizieren, dass die simulierte Strömung in dem ersten Segment und die simulierte Strömung in dem zweiten Segment nicht mehr als zehn Prozent von einer mittleren Strömung durch die Plenumöffnung abweichen; und Herstellen der Kühlplattenvorrichtung gemäß der überarbeiteten Kühlplattenausgestaltung.
Gemäß einer weiteren Erscheinungsform umfasst ein Verfahren zum Verbessern der Strömungsgleichmäßigkeit durch ein aktives Volumen einer Kühlplattenvorrichtung Einführen von Kühlmittel in ein Einlassplenum der Kühlplattenvorrichtung durch eine Einlassöffnung der Kühlplattenvorrichtung; Blockieren eines Teils des Kühlmittels dagegen, aus dem Einlassplenum in ein erstes Segment des aktiven Volumens zu strömen, wobei sich das erste Segment in der Nähe der Einlassöffnung befindet; und Ablenken eines Teils des Kühlmittels, so dass es aus dem Einlassplenum in ein zweites Segment des aktiven Volumens strömt, wobei sich das zweite Segment entlang dem Einlassplenum stromabwärts des ersten Segments befindet.
In Anbetracht der vorstehenden Ausführungen können Techniken der vorliegenden Erfindung wesentliche technische Vorteile bereitstellen. Beispielsweise bieten eine oder mehrere Ausführungsformen eines oder mehreres aus Folgendem:
Verbessertes Strömungsprofil durch ein aktives Volumen der Kühlplatte.
Verbesserte Wärmeübertragung innerhalb eines aktiven Volumens der Kühlplatte.
Verbesserte Strömungshomogenität durch ein aktives Volumen der Kühlplatte.
Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung veranschaulichender Ausführungsformen davon ersichtlich, welche in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen zu lesen ist.
Figurenliste

1 zeigt eine aufgeschnittene Darstellung einer Kühlplatte gemäß dem Stand der Technik.
2 zeigt eine erste aufgeschnittene Darstellung einer Kühlplatte mit einem abgestimmten Plenum gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
3 zeigt eine zweite aufgeschnittene Darstellung der Kühlplatte, die in 2 dargestellt ist.
4 zeigt bestimmt Abmessungen eines Strömungsblockierelements, das in 3 dargestellt ist.
5 zeigt eine dritte aufgeschnittene Darstellung der Kühlplatte, die in 2 und 3 dargestellt ist.
6 zeigt bestimmt Abmessungen eines Strömungsablenkelements, das in 5 dargestellt ist.
7 zeigt bestimmt Abmessungen des Strömungsablenkelements, das in 5 dargestellt ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
1 zeigt eine aufgeschnittene Darstellung einer Kühlplatte 100 gemäß dem Stand der Technik, welche einen oberen Teil 102 und einen unteren Teil 104 umfasst, mit welcher am oberen Teil ein Einlassstutzen 106 und ein Auslassstutzen (nicht dargestellt, um eine Verwirrung zu vermeiden) verbunden sind. Der obere Teil 102 und der untere Teil 104 umschließen ein Einlassplenum 108, ein aktives Volumen 110 und ein Auslassplenum 112. Man beachte die glatten durchgängigen ebenen Außenwände 116, 118 des Einlass- und des Auslassplenums 108, 112. Man beachte ebenfalls die Offenheit des aktiven Volumens 110 entlang der gesamten Länge des Einlass- und des Auslassplenums 108, 112. Individuelle Merkmale wie Finnen, Stifte oder Gitter sind innerhalb des aktiven Volumens 110 vorhanden, aber nicht dargestellt, um eine Verwirrung zu vermeiden; wie der Fachmann erkennt, definieren die individuellen Merkmale des aktiven Volumens Routen, wo ein Fluid vom Einlassplenum 108 zum Auslassplenum 112 strömen kann, und stellen typischerweise vergrößerte Oberflächen bereit, um die Wärmeübertragung zu verbessern.
Bei herkömmlichen Kühlplatten trifft Strömung von einem Einlass der Kühlplatte, welche gewöhnlich durch eine obere Fläche des Einlassplenums in einem beträchtlichen Winkel (z.B. einem Winkel von mehr als 70°) zu der Länge des Einlassplenums eintritt, auf eine untere Fläche des Einlassplenums und „spritzt“ derart, dass eine Kühlmittelströmung durch ein aktives Volumen der Kühlplatte ungleichmäßig wird. Beispielsweise rauscht die Kühlmittelströmung bei einer herkömmlichen Kühlplatte in ein erstes Segment des aktiven Volumens in der Nähe der Einlassöffnung, umgeht ein zweites Segment des aktiven Volumens stromabwärts des ersten Segments teilweise und tritt dann in ein drittes Segment des aktiven Volumens stromabwärts des zweiten Segments ein.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird vorteilhafter Weise zumindest ein Teil dieser Strömungsungleichmäßigkeit behoben, d.h. es wird die Homogenität der Strömung durch das aktive Volumen verbessert, indem bereitgestellt wird: (i) ein Strömungsblockierelement in der Nähe der Einlassöffnung, welches eine übermäßige Strömung durch ein erstes Segment des aktiven Volumens abschwächt; und (ii) ein Strömungsablenkelement in der Nähe (in einigen Ausführungsformen geringfügig stromaufwärts) des zweiten Segments des aktiven Volumens, welches die Strömung durch das zweite Segment verstärkt.
2 zeigt eine erste aufgeschnittene Darstellung einer Kühlplatte 200 mit Wänden, welche einen oberen Teil 202 und einen unteren Teil 204 umfassen, welche ein abgestimmtes Einlassplenum 208 umschließen, das sich zu einem aktiven Volumen 210 öffnet, welches sich wiederum zu einem Auslassplenum 212 öffnet. Individuelle Merkmale wie Finnen, Stifte oder Gitter sind innerhalb des aktiven Volumens 210 nicht dargestellt, um eine Verwirrung zu vermeiden; wie der Fachmann erkennt, definieren solche Merkmale Routen, wo ein Fluid vom Einlassplenum 208 zum Auslassplenum 212 strömen kann, und stellen typischerweise vergrößerte Oberflächen bereit, um die Wärmeübertragung zu verbessern. Bei dem oberen Teil 202 kann es sich um eine einzelne Platte oder um einen Block oder um eine Mehrzahl von gestapelten Platten handeln, während es sich bei dem unteren Teil 204 um eine einzelne Platte oder Puppe oder um eine Mehrzahl von gestapelten Platten 230 handeln kann (weiter beschrieben in Bezug auf 5). Ein Einlassstutzen 206 ist durch den oberen Teil 202 hindurch mit dem Einlassplenum 208 verbunden. In einer oder mehreren Ausführungsformen ist das Auslassplenum 212 mit dem Einlassplenum 208 symmetrisch, so dass eine Strömung durch die Kühlplatte 200 einfach umgeleitet werden kann, ohne die Wirksamkeit der beispielhaften Kühlplatte zu verringern. In einer oder mehreren Ausführungsformen ist in einer Plenumöffnung 221 (siehe 3) zwischen einem Teil des Einlassplenums 208 und einem Teil des aktiven Volumens 210 ein Blockierelement 220 (weiter beschrieben in Bezug auf 3) positioniert. Das Einlassplenum 208 umfasst eine erste Zone 234, eine zweite Zone 236 und eine dritte Zone 238. Im normalen Betrieb befindet sich die dritte Zone stromabwärts der zweiten Zone und die zweite Zone befindet sich stromabwärts der ersten Zone.
Auch Bezug nehmend auf 3, welche eine zweite aufgeschnittene Darstellung der Kühlplatte 200 zeigt, ist in dem oberen Teil 202 eine Einlassöffnung 209 zum Aufnehmen des Einlassstutzens (206, dargestellt in 2) ausgebildet. Das Blockierelement 220 trennt das Einlassplenum 208 teilweise von dem aktiven Volumen 210. Das Blockierelement 220 ist in Nachbarschaft zu einem Einlassübergang 207 angeordnet, an welchem gewöhnlich der Einlassstutzen (206, dargestellt in 2) durch die Einlassöffnung 209 hindurch angebracht ist. Das Blockierelement ist strukturell so konfiguriert, dass es vorzugsweise Strömung von dem Einlassplenum in das aktive Volumen derart umleitet, dass ein „Spritzen“ der Strömung von der Einlassöffnung gegen eine untere Fläche des Einlassplenums nicht zu sehr in ein erstes Segment des aktiven Volumens in der Nähe der Einlassöffnung gerät und nicht zu wenig in ein zweites Segment des aktiven Volumens weiter von der Einlassöffnung entfernt gerät. Beispielsweise ist das Blockierelement 220 in einer oder mehreren Ausführungsformen strukturell so konfiguriert, dass es vorzugsweise Strömung dadurch umleitet, dass es eine Mehrzahl von Fingern 222 unterschiedlicher Längen umfasst, wobei Finger in der Nähe des oberen Teils 202 oder der oberen Fläche des Einlassplenums 208 kürzer sind (sich weniger weit von dem Einlassübergang 207 aus erstrecken) als Finger in der Nähe der unteren Platte 204 oder der unteren Fläche des Einlassplenums 208. Beispielsweise beträgt in einer oder mehreren Ausführungsformen (wie in 4 dargestellt), wobei ein unterster Finger die Länge L aufweist, eine Abnahme der Länge von jedem unteren Finger zu einem nächsthöheren Finger (L/Anzahl der Finger N), so dass für drei Finger jeder höhere Finger um 1/3 der Länge des längsten/untersten Fingers kürzer ist, wobei der höchste Finger L/N oder 1/3 der Länge des untersten Fingers aufweist. Eine Auswirkung der unterschiedlichen Fingerlängen ist, dass das Blockierelement 220 in der Nähe des oberen Teils 202 weniger beschränkend für Strömung in das aktive Volumen 210 ist, als es in der Nähe des unteren Teils 204 ist. Im Betrieb der Kühlplatte 200 weist eine Kühlmittelströmung in der Nähe des unteren Teils 204 eine höhere Geschwindigkeit in Richtung des aktiven Volumens 220 auf als eine Kühlmittelströmung in der Nähe des oberen Teils 202, da das Auftreffen der hereinkommenden Strömung aus dem Stutzen auf die untere Fläche des Einlassplenums eine Strömung hoher Geschwindigkeit entlang dieser Fläche erzeugen kann. Diese Strömung kann mehr Kühlmittel als erwünscht in den aktiven Bereich in der Nähe des Stutzens zwingen, insbesondere in der Nähe der unteren Fläche des Einlassplenums. Im Allgemeinen hilft das Blockierelement 220 dabei, diese Kühlmittelströmung hoher Geschwindigkeit von einer ersten Zone des aktiven Volumens 210 wegzuleiten, die dem Einlassübergang 207 am nächsten gelegen ist, und stromabwärts entlang dem Einlassplenum 208 in Richtung der Zonen 236 und 238 des aktiven Volumens 210 zu leiten, die anderenfalls „strömungsverarmt“ sein könnten.
In einer oder mehreren Ausführungsformen werden Abmessungen des Blockierelements 220 durch die Durchführung einer computergestützten Fluiddynamik-Analyse (Computational Fluid Dynamic, CFD) der Strömung aus dem Einlassplenum 208 in das aktive Volumen 210 unter Verwendung von CFD-Software erhalten, beginnend mit einer vorgegebenen anfänglichen Maschendichte (z.B. mindestens 100 Elemente über die Plenumöffnung 221 in dem Finite-Element-Rechennetz). In einer oder mehreren Ausführungsformen wird die Maschengröße verringert (d.h. mehr, kleinere Elemente), bis maximale und minimale Geschwindigkeitswerte, erhalten mit einer kleineren Maschengröße, innerhalb von 5 % der Werte bleiben, die mit einer nächstgrößeren Maschengröße erhalten werden. Die Abmessungen des Blockierelements werden variiert, bis die CFD-Analyse zu einer Strömungsgleichmäßigkeit über die Plenumöffnung innerhalb eines vorgegebenen Prozentsatzes (z.B. 10 %) der mittleren Strömung durch die Plenumöffnung 221 führt. Dem Fachmann ist geeignete CFD-Software bekannt, wie z.B., ohne darauf beschränkt zu sein, die Software ANSYS FLUENT oder ANSYS CFX, erhältlich von Ansys, Inc., Canonsburg, Pennsylvania, USA. Der Fachmann kennt sich mit der Erzeugung geeigneter Netze für die Finite-Element-Analyse mit passenden Arten von Elementen und passender Netzfeinheit aus, umfassend detailliertere Netze in Bereichen eines höheren Strömungsgradienten und iteratives Ankommen bei einer geeigneten Maschengröße.
Weiter Bezug nehmend auf 3, umfasst eine Außenwand 216 des Einlassplenums 208 ein Ablenkelement 224, welches von der Außenwand in Richtung des aktiven Volumens 210 hervorsteht, im Allgemeinen ausgerichtet nahe der zweiten Zone des aktiven Volumens. Nun auch Bezug nehmend auf 5, umfasst in einer oder mehreren Ausführungsformen eine Außenwand 217 des Auslassplenums 212 ein Ablenkelement 225. Dieses Auslass-Ablenkelement 225 führt Strömung aus dem aktiven Volumen 210 (zu sehen in 2 und 3) in einen Auslassübergang 227, welcher über eine Auslassöffnung 229 zu einem Auslassstutzen 228 führt.
Wieder Bezug nehmend auf 3, steht das Ablenkelement 224 in einer oder mehreren Ausführungsformen in der Nähe der unteren Platte 204 oder der unteren Fläche des Einlassplenums weiter in Richtung des aktiven Volumens 210 hervor und in der Nähe der oberen Platte 202 oder der oberen Fläche des Einlassplenums weniger weit in Richtung des aktiven Volumens hervor. Beispielsweise variiert in einer oder mehreren Ausführungsformen (wie in 6 dargestellt) die Strecke des Hervorstehens linear entsprechend der Höhe des Ablenkelements 224, wobei der unterste Punkt um eine Strecke P hervorsteht und der höchste Punkt um eine Strecke (P/N) hervorsteht, wobei N die Strecke in Schichten oder Abmessungseinheiten von der Unterseite zur Oberseite des Ablenkelements ist. Somit weist in einer oder mehreren Ausführungsformen das Ablenkelement 224 eine geneigte Stirnseite in Richtung des aktiven Volumens 210 auf. Dies ist wiederum mit der Strömung höherer Geschwindigkeit in der Nähe der unteren Fläche verbunden. In einer oder mehreren Ausführungsformen steht jedoch das Ablenkelement 224 über seine gesamte Höhe um dieselbe Strecke in Richtung des aktiven Volumens hervor und ist somit nicht geneigt. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das maximale Hervorstehen des Ablenkelements 224 einen Abstand von dem Einlassübergang 207 aufweisen, der zu der Größe des Hervorstehens proportional ist, so dass ein größerer Teil des Ablenkelements weiter von dem Einlassübergang hervorsteht. Das heißt, das Ablenkelement 224 kann an jeder Schicht i in einem Abstand X_i von der Mittellinie der Einlassöffnung 209 hervorstehen (wie in 7 dargestellt), wobei X_i proportional zu P_i ist. In einer oder mehreren Ausführungsformen liegt jedoch ein maximales Hervorstehen des Ablenkelements 224 in jeder Ebene in demselben Abstand von dem Einlassübergang 207, egal wie groß das maximale Hervorstehen ist. Somit kann in einer oder mehreren Ausführungsformen das maximale Hervorstehen des Ablenkelements 224 in der Nähe des oberen Teils 202 in demselben Abstand von dem Einlassübergang 207 liegen wie in der Nähe des unteren Teils 204.
In einer oder mehreren Ausführungsformen beginnt, wo das Ablenkelement 224 weiter in Richtung des aktiven Volumens 210 hervorsteht, das Ablenkelement sein Hervorstehen näher an dem Einlassübergang 207. Somit erstreckt sich das Ablenkelement 224 in der Nähe des unteren Teils 204 näher zu dem Einlassübergang 207 als in der Nähe des oberen Teils 202. Beispielsweise variiert in einer oder mehreren Ausführungsformen ein Abstand Y_i von einer Mittellinie der Einlassöffnung 209 zu einem Beginn des Ablenkelements 224 an jeder Schicht i des Ablenkelements proportional zu (P-P_i/P), wobei P_i die Strecke ist, um welche das Ablenkelement 224 an der Schicht i hervorsteht, und P die maximale Strecke des Hervorstehens von der Außenwand des Einlassplenums 208 ist.
Wieder Bezug nehmend auf 5, ist in einer oder mehreren Ausführungsformen die Kühlplatte 200 zwischen der oberen Platte 202 und der unteren Platte 204 aus Zwischenschichten 230 aufgebaut, von denen jede 0,25 Millimeter (mm) bis 0,5 mm (z.B. etwa 0,3 mm) dick ist. In einer oder mehreren Ausführungsformen gibt es sechs Zwischenschichten 230, so dass die Innenhöhe der Kühlplatte 200 1,5 mm bis 3,0 mm (z.B. etwa 1,8 mm) beträgt, während die Kühlplatte 200 2,0 mm bis 4,0 mm (z.B. etwa 2,5 mm) dick ist. In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst die Kühlplatte 200 eine vergrößerte Oberfläche (z.B. Stifte, Finnen oder Gitter) innerhalb des aktiven Volumens 210. Beispielsweise weist die Kühlplatte 200 in einer oder mehreren Ausführungsformen vertikale Finnen in dem aktiven Volumen 210 auf, welche durch Ausschnitte der Zwischenschichten 230 oder durch spanende Bearbeitung oder Formen in Erweiterungen der unteren Platte 204 gebildet werden. Es kann eine beliebige vergrößerte Oberfläche eingesetzt werden; Finnen sind in den Zeichnungen weggelassen worden, um eine Verwirrung zu vermeiden, erstrecken sich aber im Allgemeinen (im Allgemeinen vertikal) von der oberen und der unteren Platte aus und definieren Strömungskanäle zwischen den Plenen.
Anhand der bisherigen Beschreibung ist zu erkennen, dass allgemein eine beispielhafte Kühlplattenvorrichtung gemäß einer Erscheinungsform der Erfindung eine obere Platte 202, welche eine Einlassöffnung 209 durch sie hindurch aufweist; eine untere Platte 204 und einen Stapel von Zwischenplatten 230 umfasst, welche zwischen der oberen und der unteren Platte angeordnet sind und aneinander und an der oberen und der unteren Platte befestigt sind. Jede Zwischenplatte weist Ausschnitte auf, welche ein Einlassplenum 208 und ein Auslassplenum 212 definieren, die von der oberen Platte, der unteren Platte und den Zwischenplatten umschlossen sind. Das Innenvolumen 205 umfasst ein aktives Volumen 210, ein Einlassplenum 208 an einer Seite des aktiven Volumens und einen Einlassübergang 207, welcher die Einlassöffnung überlappt. Die beispielhafte Vorrichtung 200 umfasst außerdem ein Blockierelement 220, welches das Einlassplenum 208 von dem aktiven Volumen 210 trennt, wobei das Blockierelement eine Mehrzahl von Fingern 222 auf verschiedenen Ebenen des Stapels aufweist und die höher in dem Stapel angeordneten Finger für weniger Trennung sorgen als die niedriger in dem Stapel angeordneten Finger. Außer einem Stapel von Platten können auch andere Ansätze angewendet werden, z.B. spanende Bearbeitung, 3D-Drucktechniken und Ähnliches, wobei in diesem Fall die angeführten „Stufen“ in den Platten „ausgeglättet“ werden können.
In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst die beispielhafte Vorrichtung außerdem ein Ablenkelement 224, welches von einer Außenwand 216 des Einlassplenums 208 in Richtung des aktiven Volumens 210 hervorsteht. In einer oder mehreren Ausführungsformen steht das Ablenkelement in der Nähe der unteren Platte 204 näher zu dem Einlassübergang 207 hervor, als es das Ablenkelement in der Nähe der oberen Platte 202 tut. In einer oder mehreren Ausführungsformen steht das Ablenkelement in der Nähe der unteren Platte weiter in Richtung des aktiven Volumens 210 hervor, als es das Ablenkelement in der Nähe der oberen Platte tut.
In einer oder mehreren Ausführungsformen umschließt das Einlassplenum im normalen Betrieb eine erste Zone 234 in unmittelbarer Nachbarschaft zu dem Einlassübergang, eine zweite Zone 236 stromabwärts der ersten Zone und eine dritte Zone 238 stromabwärts der zweiten Zone. Das Ablenkelement 224 befindet sich in der zweiten Zone 236, wo es eine Strömung von Kühlmittel in Richtung des aktiven Volumens 210 fördert.
In einer oder mehreren Ausführungsformen ist jede Zwischenplatte 230 0,2 Millimeter (mm) bis 0,5 mm dick und das Innenvolumen 205 ist 1,5 mm bis 3,0 mm tief.
Gemäß einer anderen Erscheinungsform umfasst eine beispielhafte Kühlplattenvorrichtung 200 eine obere Platte, welche eine Einlassöffnung 209 durch sie hindurch aufweist; eine untere Platte 204 und einen Stapel von Zwischenplatten 230, welche zwischen der oberen und der unteren Platte angeordnet sind und aneinander und an der oberen und der unteren Platte befestigt sind. Jede Zwischenplatte weist eine zentrale Öffnung auf. Die zentralen Öffnungen des Stapels von Zwischenplatten überlappen sich, um ein Innenvolumen 205 zu definieren, welches von der oberen Platte, der unteren Platte und den Zwischenplatten umschlossen ist. Das Innenvolumen 205 umfasst ein aktives Volumen 210, ein Einlassplenum 208 an einer Seite des aktiven Volumens und einen Einlassübergang 207, welcher die Einlassöffnung überlappt. Ein Ablenkelement 224 steht von einer Außenwand 216 des Einlassplenums 208 in Richtung des aktiven Volumens 210 hervor. Das Ablenkelement 224 steht in der Nähe der unteren Platte 204 näher zu dem Einlassübergang 207 hervor, als es das Ablenkelement in der Nähe der oberen Platte 202 tut. In einer oder mehreren Ausführungsformen steht das Ablenkelement in der Nähe der unteren Platte weiter in Richtung des aktiven Volumens hervor, als es das Ablenkelement in der Nähe der oberen Platte tut. In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung außerdem ein Blockierelement 200, welches das Einlassplenum 208 von dem aktiven Volumen 210 trennt. Das Blockierelement umfasst eine Mehrzahl von Fingern 222 auf verschiedenen Ebenen des Stapels und die höher in dem Stapel angeordneten Finger beschränken die Strömung weniger als die weiter unten in dem Stapel angeordneten Finger.
Gemäß einer weiteren Erscheinungsform umfasst eine beispielhafte Kühlplattenvorrichtung einen oberen Teil, welcher eine Einlassöffnung durch ihn hindurch aufweist, und einen unteren Teil, welcher ein Innenvolumen umgibt, das von dem oberen Teil umschlossen ist. In einigen Ausführungsformen können der obere und der untere Teil einstückig hergestellt werden, z.B. durch 3D-Druck oder eine andere additive Fertigung. In anderen Ausführungsformen kann der untere Teil eine Mehrzahl von gestapelten Platten aufweisen, d.h. eine untere Platte und eine oder mehrere Zwischenplatten. Das Innenvolumen umfasst ein aktives Volumen, ein Einlassplenum an einer Seite des aktiven Volumens und einen Einlassübergang, welcher die Einlassöffnung überlappt. Das Einlassplenum umfasst ein Ablenkelement, welches von einer Außenwand des Einlassplenums in Richtung des aktiven Volumens hervorsteht, wobei das Ablenkelement in der Nähe der Unterseite des Innenvolumens weiter in Richtung des aktiven Volumens hervorsteht, als es dies in der Nähe der oberen Platte tut. Das Einlassplenum umschließt im normalen Betrieb eine erste Zone in unmittelbarer Nachbarschaft zu dem Einlassübergang, eine zweite Zone stromabwärts der ersten Zone und eine dritte Zone stromabwärts der zweiten Zone.
In einer oder mehreren Ausführungsformen steht das Ablenkelement in der Nähe der Unterseite des Innenvolumens näher zu dem Einlassübergang hervor, als es dies in der Nähe der oberen Platte tut. In einer oder mehreren Ausführungsformen ist das Innenvolumen 1,5 Millimeter (mm) bis 3,0 mm tief.
Die „obere“ Platte in einer oder mehreren Ausführungsformen sollte für einen gegebenen Plenumbereich als die Platte verstanden werden, wo der Stutzen mündet. Obwohl in einigen Fällen beide Stutzen in dieselbe Platte münden, ist dies nicht erforderlich. Tatsächlich kann der Stutzen auch am Ende der Kühlplatte münden oder die Stutzen können an gegenüberliegenden Platten münden.
Gemäß einer weiteren Erscheinungsform umgibt eine beispielhafte Kühlplattenvorrichtung ein Innenvolumen. Das Innenvolumen umfasst ein aktives Volumen, ein Einlassplenum an einer Seite des aktiven Volumens und eine Einlassöffnung, welche das Einlassplenum überlappt. Ein Blockierelement beschränkt eine Strömung aus dem Einlassplenum in das aktive Volumen. Der Teil des Blockierelements in der Nähe der oberen Platte beschränkt die Strömung weniger, als es der weiter von der oberen Platte entfernte Teil tut.
In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst die beispielhafte Vorrichtung außerdem ein Ablenkelement, welches von einer Außenwand des Innenplenums in Richtung des aktiven Volumens hervorsteht. Das Ablenkelement steht in der Nähe der Unterseite des Innenvolumens weiter in Richtung des aktiven Volumens hervor, als es dies in der Nähe der oberen Platte tut. In einer oder mehreren Ausführungsformen steht das Ablenkelement in der Nähe der Unterseite des Innenvolumens näher zu dem Einlassübergang hervor, als es dies in der Nähe der oberen Platte tut.
Gemäß einer anderen Erscheinungsform weist eine beispielhafte Kühlplattenvorrichtung Wände, welche ein aktives Volumen in Nachbarschaft zu einem Einlassplenum umgeben, und ein Blockierelement auf, welches das Einlassplenum teilweise von dem aktiven Volumen trennt. Die Wände umfassen eine Einlassöffnung an einem Ende des Einlassplenums und eine Plenumöffnung zwischen dem Einlassplenum und dem aktiven Volumen. Das Blockierelement ist strukturell dafür konfiguriert, vorzugsweise eine Strömung aus dem Einlassplenum in das aktive Volumen umzuleiten. In einer oder mehreren Ausführungsformen blockiert das Blockierelement in der Nähe einer Unterseite der Plenumöffnung mehr von der Plenumöffnung, als in der Nähe einer Oberseite der Plenumöffnung blockiert wird, und/oder blockiert am Ende des Einlassplenums in der Nähe der Einlassöffnung mehr von der Plenumöffnung, als weiter von der Einlassöffnung entfernt blockiert wird, oder das Blockierelement blockiert in der Nähe der Einlassöffnung mehr von der Plenumöffnung, als weiter von der Plenumöffnung entfernt blockiert wird, und blockiert in der Nähe einer Unterseite der Plenumöffnung mehr von der Plenumöffnung, als in der Nähe einer Oberseite der Plenumöffnung blockiert wird.
In einer oder mehreren Ausführungsformen weist das Blockierelement eine Mehrzahl von N Fingern auf, welche sich von der Einlassöffnung entlang dem Einlassplenum erstrecken, wobei ein unterster Finger am längsten ist und ein oberster Finger am kürzesten ist. In einer oder mehreren Ausführungsformen weist der unterste Finger eine Länge L auf, der oberste Finger weist eine Länge L/N auf und jeder Finger, aufsteigend vom untersten bis zum obersten, ist um L/N kürzer als ein nächstniedrigerer Finger.
In einer oder mehreren Ausführungsformen weist das Blockierelement eine Mehrzahl von Fingern auf, welche sich von einer Unterseite der Plenumöffnung in Richtung einer Oberseite der Plenumöffnung erstrecken, wobei ein der Einlassöffnung am nächsten gelegener Finger am längsten ist und ein von der Einlassöffnung am weitesten entfernter Finger am kürzesten ist. In einer oder mehreren Ausführungsformen ist jeder Finger durch einen Spalt von einem benachbarten Finger getrennt.
In einer oder mehreren Ausführungsformen trennt das Blockierelement über mindestens zehn Prozent eines Segments der Plenumöffnung das Einlassplenum von dem aktiven Volumen, wobei das Segment mindestens zehn Prozent des Bereichs der Plenumöffnung ausmacht. In einer oder mehreren Ausführungsformen trennt das Blockierelement über mindestens dreißig Prozent des Segments der Plenumöffnung das Einlassplenum von dem aktiven Volumen.
Das Blockierelement kann durchgängig sein. Das Blockierelement kann in Segmente unterteilt sein. Das Blockierelement kann Perforationen umfassen.
Eine oder mehrere Ausführungsformen umfassen außerdem ein Ablenkelement, welches von einer Außenwand des Einlassplenums in Richtung des aktiven Volumens hervorsteht. In einer oder mehreren Ausführungsformen steht das Ablenkelement in der Nähe einer unteren Fläche des Einlassplenums näher zu der Einlassöffnung hervor, als es das Ablenkelement in der Nähe einer oberen Fläche des Einlassplenums tut. In einer oder mehreren Ausführungsformen steht das Ablenkelement in der Nähe einer unteren Fläche des Einlassplenums weiter in Richtung des aktiven Volumens hervor, als es das Ablenkelement in der Nähe einer oberen Fläche des Einlassplenums tut. In einer oder mehreren Ausführungsformen steht das Ablenkelement in Nachbarschaft zu der unteren Fläche um eine Strecke P hervor und das Ablenkelement in Nachbarschaft zu der oberen Fläche steht um eine Strecke P/N hervor, wobei N ein Maß für die Höhe des Einlassplenums ist. In einer oder mehreren Ausführungsformen umschließt das Einlassplenum im normalen Betrieb eine erste Zone in unmittelbarer Nachbarschaft zu der Einlassöffnung, eine zweite Zone stromabwärts der ersten Zone und eine dritte Zone stromabwärts der zweiten Zone und das Ablenkelement befindet sich in der zweiten Zone.
In einer oder mehreren Ausführungsformen weisen die Wände eine obere Platte, eine untere Platte und einen Stapel von Zwischenplatten zwischen der oberen Platte und der unteren Platte auf, wobei jede Zwischenplatte 0,2 Millimeter (mm) bis 0,5 mm dick ist und das Innenvolumen 1,5 mm bis 3,0 mm tief ist. Die „obere“ Platte umfasst in einigen Ausführungsformen die Einlassöffnung, wie beschrieben und veranschaulicht.
Gemäß einer weiteren Erscheinungsform weist eine beispielhafte Kühlplattenvorrichtung einen oberen Teil, welcher eine Einlassöffnung durch ihn hindurch aufweist; und einen unteren Teil auf, welcher ein aktives Volumen und ein Einlassplenum an einer Seite des aktiven Volumens umgibt. Das Einlassplenum überlappt die Einlassöffnung. Ebenfalls umfasst ist ein Ablenkelement, welches von einer Außenwand des Einlassplenums in Richtung des aktiven Volumens hervorsteht. In einigen Fällen steht das Ablenkelement in der Nähe einer unteren Fläche des Einlassplenums näher zu der Einlassöffnung hervor, als es das Ablenkelement in der Nähe einer oberen Fläche des Einlassplenums tut. Im Allgemeinen werden das Blockierelement und das Ablenkelement in Abhängigkeit von Kühlmitteleigenschaften und Betriebsbedingungen konfiguriert (z.B. unter Anwendung einer computergestützten Fluiddynamik, wie hierin beschrieben).
In einer oder mehreren Ausführungsformen steht das Ablenkelement in der Nähe der unteren Fläche weiter in Richtung des aktiven Volumens hervor, als es das Ablenkelement in der Nähe der oberen Fläche tut (dieses Merkmal kann im Allgemeinen getrennt von oder zusammen mit dem Merkmal bereitgestellt werden, dass das Ablenkelement in der Nähe einer unteren Fläche des Einlassplenums näher zu der Einlassöffnung hervorsteht, als es das Ablenkelement in der Nähe einer oberen Fläche des Einlassplenums tut).
In einer oder mehreren Ausführungsformen umschließt das Einlassplenum im normalen Betrieb eine erste Zone in unmittelbarer Nachbarschaft zu der Einlassöffnung, eine zweite Zone stromabwärts der ersten Zone und eine dritte Zone stromabwärts der zweiten Zone und das Ablenkelement befindet sich in der zweiten Zone.
Eine oder mehrere Ausführungsformen umfassen außerdem ein Blockierelement, welches das Einlassplenum teilweise von dem aktiven Volumen trennt. Das Blockierelement blockiert in Nachbarschaft der Einlassöffnung die vollständige Höhe der Plenumöffnung und blockiert mit zunehmender Entfernung von der Einlassöffnung entlang der Plenumöffnung einen kleiner werdenden Teil der Höhe der Plenumöffnung und das Blockierelement blockiert in der Nähe einer Unterseite der Plenumöffnung mehr von der Plenumöffnung, als in der Nähe einer Oberseite der Plenumöffnung blockiert wird. In einer oder mehreren Ausführungsformen trennt das Blockierelement über mindestens zehn Prozent eines Segments der Plenumöffnung das Einlassplenum von dem aktiven Volumen, wobei das Segment mindestens zehn Prozent des Bereichs der Plenumöffnung ausmacht.
In einer oder mehreren Ausführungsformen weist der untere Teil eine untere Platte gegenüber dem oberen Teil und mindestens eine Zwischenplatte auf, die zwischen der unteren Platte und dem oberen Teil befestigt ist, wobei jede Zwischenplatte 0,2 Millimeter (mm) bis 0,5 mm dick ist und das Innenvolumen 1,5 mm bis 3,0 mm tief ist.
Gemäß einer weiteren Erscheinungsform weist eine beispielhafte Kühlplattenvorrichtung eine obere Platte, welche eine Einlassöffnung durch sie hindurch aufweist; eine untere Platte und einen Stapel von N Zwischenplatten auf, welche zwischen der oberen und der unteren Platte angeordnet und aneinander und an der oberen und der unteren Platte befestigt sind. Jede Zwischenplatte weist eine zentrale Öffnung auf. Die zentralen Öffnungen des Stapels von Zwischenplatten überlappen sich, um ein Innenvolumen zu definieren, welches von der oberen Platte, der unteren Platte und den Zwischenplatten umschlossen ist. Das Innenvolumen umfasst ein aktives Volumen, ein Einlassplenum an einer Seite des aktiven Volumens und eine Einlassöffnung, welche das Einlassplenum überlappt. Diese Erscheinungsform umfasst außerdem ein Ablenkelement, welches von einer Außenwand des Einlassplenums in Richtung des aktiven Volumens hervorsteht. Das Ablenkelement steht in der Nähe der unteren Platte weiter in Richtung des aktiven Volumens hervor, als es das Ablenkelement in der Nähe der oberen Platte tut, so dass bei einer untersten Zwischenplatte das Ablenkelement um eine Strecke P von der Außenwand des Einlassplenums hervorsteht und bei einer obersten Zwischenplatte das Ablenkelement um eine zweite Strecke P/N von der Außenwand des Einlassplenums hervorsteht und bei jeder Zwischenplatte, aufsteigend von der untersten Platte bis zur obersten Platte, das Ablenkelement um P/N weniger weit hervorsteht.
Gemäß einer weiteren Erscheinungsform wird eine Kühlplattenvorrichtung durch ein beispielhaftes Verfahren hergestellt, welches Erhalten einer anfänglichen Kühlplattenausgestaltung, welche ein aktives Volumen, ein Einlassplenum in Nachbarschaft zu dem aktiven Volumen, welches durch eine Plenumöffnung mit dem aktiven Volumen verbunden ist, und eine Einlassöffnung umfasst, welche das Einlassplenum überlappt; Durchführen einer computergestützten Fluiddynamik-Analyse der anfänglichen Kühlplattenausgestaltung; Identifizieren einer simulierten Strömung in einem ersten Segment des aktiven Volumens in der Nähe der Einlassöffnung, die größer ist als eine simulierte Strömung in einem zweiten Segment des aktiven Volumens entfernt von der Einlassöffnung; und Erzeugen einer überarbeiteten Kühlplattenausgestaltung durch Einfügen eines Blockierelements in die anfängliche Kühlplattenausgestaltung umfasst, welches das Einlassplenum teilweise von dem aktiven Volumen trennt. Das Blockierelement blockiert die vollständige Höhe der Plenumöffnung in Nachbarschaft zu der Einlassöffnung und blockiert mit zunehmender Entfernung von der Einlassöffnung entlang der Plenumöffnung einen kleiner werdenden Teil der Höhe der Plenumöffnung. Das Blockierelement blockiert mehr von der Plenumöffnung in der Nähe einer Unterseite der Plenumöffnung, als in der Nähe einer Oberseite der Plenumöffnung blockiert wird. Weitere Schritte umfassen Durchführen einer computergestützten Fluiddynamik-Analyse der überarbeiteten Kühlplattenausgestaltung; Identifizieren, dass die simulierte Strömung in dem ersten Segment und die simulierte Strömung in dem zweiten Segment nicht mehr als zehn Prozent von einer mittleren Strömung durch die Plenumöffnung abweichen; und Herstellen der Kühlplattenvorrichtung gemäß der überarbeiteten Kühlplattenausgestaltung. In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst das Herstellen der Kühlplattenvorrichtung Aufbauen von Zwischenschichten oben auf einer unteren Platte durch additive Fertigung. In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst das Herstellen der Kühlplattenvorrichtung Befestigen von Zwischenplatten auf der unteren Platte.
Gemäß einer weiteren Erscheinungsform umfasst ein Verfahren zum Verbessern der Strömungsgleichmäßigkeit durch ein aktives Volumen einer Kühlplattenvorrichtung Einführen von Kühlmittel in ein Einlassplenum der Kühlplattenvorrichtung durch eine Einlassöffnung der Kühlplattenvorrichtung; Blockieren eines Teils des Kühlmittels dagegen, aus dem Einlassplenum in ein erstes Segment des aktiven Volumens zu strömen, wobei sich das erste Segment in der Nähe der Einlassöffnung befindet; und Ablenken eines Teils des Kühlmittels, so dass es aus dem Einlassplenum in ein zweites Segment des aktiven Volumens strömt, wobei sich das zweite Segment entlang dem Einlassplenum stromabwärts des ersten Segments befindet. In einer oder mehreren Ausführungsformen wird das Kühlmittel in der Nähe einer unteren Fläche des Einlassplenums mehr blockiert und abgelenkt als in der Nähe einer oberen Fläche des Einlassplenums.
Die Beschreibungen der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dienen Zwecken der Veranschaulichung, sollen aber nicht erschöpfend oder auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt sein. Dem Fachmann werden viele Modifikationen und Variationen ersichtlich sein, ohne vom Umfang und von der Idee der beschriebenen Ausführungsformen abzuweichen. Die hierin verwendete Terminologie wurde gewählt, um die Prinzipien der Ausführungsformen, die praktische Anwendung oder die technische Verbesserung gegenüber marktüblichen Technologien bestmöglich zu erläutern oder um anderen Fachleuten zu ermöglichen, die hierin offenbarten Ausführungsformen zu verstehen.

Claims

Kühlplattenvorrichtung, aufweisend: Wände, welche ein aktives Volumen in Nachbarschaft zu einem Einlassplenum umgeben, wobei die Wände eine Einlassöffnung an einem Ende einer Oberseite des Einlassplenums und eine Plenumöffnung zwischen dem Einlassplenum und dem aktiven Volumen umfassen; und ein Blockierelement, welches das Einlassplenum teilweise von dem aktiven Volumen trennt, wobei das Blockierelement strukturell dafür konfiguriert ist, vorzugsweise eine Strömung von dem Einlassplenum in das aktive Volumen umzuleiten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Blockierelement in der Nähe einer Unterseite der Plenumöffnung gegenüber der Einlassöffnung mehr von der Plenumöffnung blockiert, als in der Nähe einer Oberseite der Plenumöffnung in der Nähe der Einlassöffnung blockiert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Blockierelement eine Mehrzahl von N Fingern aufweist, welche sich von der Einlassöffnung entlang dem Einlassplenum erstrecken, wobei ein unterster Finger am längsten ist und ein oberster Finger am kürzesten ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der unterste Finger eine Länge L aufweist, der oberste Finger eine Länge L/N aufweist und jeder Finger, aufsteigend vom untersten bis zum obersten, um L/N kürzer als ein nächstniedrigerer Finger ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Blockierelement in der Nähe des einen Endes des Einlassplenums mehr von der Plenumöffnung blockiert, als entlang dem Einlassplenum weiter entfernt von der Einlassöffnung blockiert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Blockierelement in der Nähe einer Unterseite der Plenumöffnung gegenüber der Einlassöffnung mehr von der Plenumöffnung blockiert, als in der Nähe einer Oberseite der Plenumöffnung in der Nähe der Einlassöffnung blockiert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Blockierelement eine Mehrzahl von Fingern aufweist, welche sich von einer Unterseite der Plenumöffnung in Richtung einer Oberseite der Plenumöffnung erstrecken, wobei ein der Einlassöffnung am nächsten gelegener Finger am längsten ist und ein von der Einlassöffnung am weitesten entfernter Finger am kürzesten ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei jeder Finger durch einen Spalt von einem benachbarten Finger getrennt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Blockierelement über mindestens zehn Prozent eines Segments der Plenumöffnung das Einlassplenum von dem aktiven Volumen trennt, wobei das Segment mindestens zehn Prozent des Bereichs der Plenumöffnung ausmacht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend: ein Ablenkelement, welches von einer Außenwand des Einlassplenums in Richtung des aktiven Volumens hervorsteht.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Ablenkelement in der Nähe einer unteren Fläche des Einlassplenums weiter in Richtung des aktiven Volumens hervorsteht, als es das Ablenkelement in der Nähe einer oberen Fläche des Einlassplenums tut.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei: das Einlassplenum im normalen Betrieb eine erste Zone in unmittelbarer Nachbarschaft zu der Einlassöffnung, eine zweite Zone stromabwärts der ersten Zone und eine dritte Zone stromabwärts der zweiten Zone umschließt, und sich das Ablenkelement in der zweiten Zone befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Wände eine obere Platte, eine untere Platte und einen Stapel von Zwischenplatten zwischen der oberen Platte und der unteren Platte aufweisen, wobei jede Zwischenplatte 0,2 Millimeter (mm) bis 0,5 mm dick ist und das Innenvolumen 1,5 mm bis 3,0 mm tief ist.
Kühlplattenvorrichtung, aufweisend: einen oberen Teil, welcher eine Einlassöffnung durch ihn hindurch aufweist; einen unteren Teil, welcher ein aktives Volumen und ein Einlassplenum an einer Seite des aktiven Volumens umgibt, wobei das Einlassplenum die Einlassöffnung überlappt; und ein Ablenkelement, welches von einer Außenwand des Einlassplenums in Richtung des aktiven Volumens hervorsteht.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei das Ablenkelement in der Nähe einer unteren Fläche des Einlassplenums näher zu der Einlassöffnung hervorsteht, als es das Ablenkelement in der Nähe einer oberen Fläche des Einlassplenums tut.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei das Ablenkelement in der Nähe der unteren Fläche weiter in Richtung des aktiven Volumens hervorsteht, als es das Ablenkelement in der Nähe der oberen Fläche tut.
Vorrichtung nach Anspruch 14, ferner aufweisend: ein Blockierelement, welches das Einlassplenum teilweise von dem aktiven Volumen trennt, wobei das Blockierelement mit zunehmender Entfernung von der Einlassöffnung entlang der Plenumöffnung einen kleiner werdenden Teil der Höhe der Plenumöffnung blockiert oder wobei das Blockierelement in der Nähe einer Unterseite der Plenumöffnung mehr von der Plenumöffnung blockiert, als in der Nähe einer Oberseite der Plenumöffnung blockiert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei: das Einlassplenum im normalen Betrieb eine erste Zone in unmittelbarer Nachbarschaft zu der Einlassöffnung, eine zweite Zone stromabwärts der ersten Zone und eine dritte Zone stromabwärts der zweiten Zone umschließt, und sich das Ablenkelement in der zweiten Zone befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei der untere Teil eine untere Platte gegenüber dem oberen Teil und mindestens eine Zwischenplatte aufweist, die zwischen der oberen Platte und der unteren Platte befestigt ist, wobei jede Zwischenplatte 0,2 Millimeter (mm) bis 0,5 mm dick ist und das Innenvolumen 1,5 mm bis 3,0 mm tief ist.
Kühlplattenvorrichtung, aufweisend: eine obere Platte, welche eine Einlassöffnung durch sie hindurch aufweist; eine untere Platte; einen Stapel von N Zwischenplatten, welche zwischen der oberen und der unteren Platte angeordnet und aneinander und an der oberen und der unteren Platte befestigt sind, wobei jede Zwischenplatte eine zentrale Öffnung aufweist, sich die zentralen Öffnungen des Stapels von Zwischenplatten überlappen, um ein Innenvolumen zu definieren, welches von der oberen Platte, der unteren Platte und den Zwischenplatten umschlossen ist, wobei das Innenvolumen ein aktives Volumen, ein Einlassplenum an einer Seite des aktiven Volumens und eine Einlassöffnung umfasst, welche das Einlassplenum überlappt; und ein Ablenkelement, welches von einer Außenwand des Einlassplenums in Richtung des aktiven Volumens hervorsteht, wobei das Ablenkelement in der Nähe der unteren Platte weiter in Richtung des aktiven Volumens hervorsteht, als es das Ablenkelement in der Nähe der oberen Platte tut, wobei bei einer untersten Zwischenplatte das Ablenkelement um eine Strecke P von der Außenwand des Einlassplenums hervorsteht und bei einer obersten Zwischenplatte das Ablenkelement um eine zweite Strecke P/N von der Außenwand des Einlassplenums hervorsteht, wobei bei jeder Zwischenplatte, aufsteigend von der untersten Platte bis zur obersten Platte, das Ablenkelement um P/N weniger weit hervorsteht.
Kühlplattenvorrichtung, hergestellt durch ein Verfahren, umfassend: Erhalten einer anfänglichen Kühlplattenausgestaltung, welche ein aktives Volumen, ein Einlassplenum in Nachbarschaft zu dem aktiven Volumen, welches durch eine Plenumöffnung mit dem aktiven Volumen verbunden ist, und eine Einlassöffnung umfasst, welche das Einlassplenum überlappt; Durchführen einer computergestützten Fluiddynamik-Analyse der anfänglichen Kühlplattenausgestaltung; Identifizieren einer simulierten Strömung in einem ersten Segment des aktiven Volumens in der Nähe der Einlassöffnung, die größer ist als eine simulierte Strömung in einem zweiten Segment des aktiven Volumens entfernt von der Einlassöffnung; Erzeugen einer überarbeiteten Kühlplattenausgestaltung durch Einfügen eines Blockierelements in die anfängliche Kühlplattenausgestaltung, welches das Einlassplenum teilweise von dem aktiven Volumen trennt, wobei das Blockierelement die vollständige Höhe der Plenumöffnung in Nachbarschaft zu der Einlassöffnung blockiert und mit zunehmender Entfernung von der Einlassöffnung entlang der Plenumöffnung einen kleiner werdenden Teil der Höhe der Plenumöffnung blockiert, wobei das Blockierelement in der Nähe einer Unterseite der Plenumöffnung mehr von der Plenumöffnung blockiert, als in der Nähe einer Oberseite der Plenumöffnung blockiert wird; Durchführen einer computergestützten Fluiddynamik-Analyse der überarbeiteten Kühlplattenausgestaltung; Identifizieren, dass die simulierte Strömung in dem ersten Segment und die simulierte Strömung in dem zweiten Segment nicht mehr als zehn Prozent von einer mittleren Strömung durch die Plenumöffnung abweichen; und Herstellen der Kühlplattenvorrichtung gemäß der überarbeiteten Kühlplattenausgestaltung.
Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei das Herstellen der Kühlplattenvorrichtung Aufbauen von Zwischenschichten oben auf einer unteren Platte durch additive Fertigung umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei das Herstellen der Kühlplattenvorrichtung Kleben von Zwischenplatten auf die untere Platte umfasst.
Verfahren zum Verbessern der Strömungsgleichmäßigkeit durch ein aktives Volumen einer Kühlplattenvorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: Einführen von Kühlmittel in ein Einlassplenum der Kühlplattenvorrichtung durch eine Einlassöffnung der Kühlplattenvorrichtung; Blockieren eines Teils des Kühlmittels dagegen, aus dem Einlassplenum in ein erstes Segment des aktiven Volumens zu strömen, wobei sich das erste Segment in der Nähe der Einlassöffnung befindet; und Ablenken eines Teils des Kühlmittels, so dass es aus dem Einlassplenum in ein zweites Segment des aktiven Volumens strömt, wobei sich das zweite Segment entlang dem Einlassplenum stromabwärts des ersten Segments befindet.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei das Kühlmittel in der Nähe einer unteren Fläche des Einlassplenums mehr blockiert und abgelenkt wird als in der Nähe einer oberen Fläche des Einlassplenums.