DE10244805A1

DE10244805A1 - Offenporig poröser Kühlkörper eines Wärmetauschers

Info

Publication number: DE10244805A1
Application number: DE2002144805
Authority: DE
Inventors: Andreas Donth; Olaf Richter; Heiko Stieber
Original assignee: SMA REGELSYSTEME GmbH
Current assignee: SMA REGELSYSTEME GmbH
Priority date: 2002-09-26
Filing date: 2002-09-26
Publication date: 2004-04-08

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein offenporing poröser Kühlkörper eines Wärmetauschers, insbesondere aus einem wärmeleitfähigen Material gegossener, gesinterter oder geschäumter Kühlkörper, der mit einem zu kühlenden Gegenstand in Verbindung steht, wobei mit zunehmender Entfernung von dem zu kühlenden Gegenstand (1, 65) die Porosität des Kühlkörpers (10, 30) zunimmt.

Description

Die Erfindung betrifft einen offenporig porösen Kühlkörper eines Wärmetauschers, insbesondere aus einem wärmeleitfähigen Material gegossener, gesinterter oder geschäumter Kühlkörper, der mit einem zu kühlenden Gegenstand in Verbindung steht.

Kühlkörper von Wärmetauschern sind vielfach bekannt, und zwar für die unterschiedlichsten Anwendungsgebiete. Es sind Kühlkörper beispielsweise als Bestandteil von Wärmetauschern von Fahrzeugmotoren bekannt. Diese Kühlkörper zeichnen sich durch eine Vielzahl von Lamellen aus, die eine erhebliche Oberfläche bilden, um die anfallende Wärme abführen zu können. Des Weiteren ist ein Kühlkörper als Bestandteil eines Wärmetauschers für einen Prozessor bekannt. Prozessoren produzieren mit steigender Leistung immer mehr Wärme, die durch entsprechende Kühlkörper abgeführt werden muss. Da der Platz für derartige Kühlkörper relativ begrenzt ist, gleichwohl aber eine erhebliche Wärmeleistung abgeführt werden muss, sind derartige Kühlkörper stark verrippt. So sind beispielsweise Kühlkörper bekannt, die längs und quer geschlitzt sind, wobei sich aufgrund der Anordnung der Schlitze auf dem Kühlkörper stabförmige Erhebungen ergeben. Um eine noch bessere Kühlleistung zu erbringen, sind diese Schlitze nicht nur mit parallelen Flanken versehen, sondern insbesondere konisch ausgebildet, um einen erhöhten Luftaustausch im Bereich des Kühlkörpers zu ermöglichen.

Darüber hinaus ist auch ein Kühlkörper eines Prozessors bekannt, der aus einem porösen Material ausgebildet ist. Dieser Kühlkörper hat den Vorteil, dass er eine relativ große Fläche zur Verfügung stellt, von der die anfallende Wärme abgestrahlt werden kann. Rein praktisch hat sich jedoch herausgestellt, dass der Wärmeübergang von dem zu kühlenden Gegenstand, also hier insbesondere einem Prozessor, zu dem Kühlkörper schlecht ist, so dass die abzuführende Wärme überhaupt nicht erst in den Kühlkörper gelangt, um von dort aus in die Umgebung abgegeben zu werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kühlkörper der eingangs genannten Art bereitzustellen, der derart ausgebildet ist, dass die in dem Gegenstand, also beispielsweise einem Aggregat, z. B. einem Prozessor anfallende Wärme auch tatsächlich in den Kühlkörper gelangt, und in dem Kühlkörper auch derart zu verteilen, dass die angebotene Fläche auch tatsächlich zur Wärmeabfuhr genutzt werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mit zunehmender Entfernung von dem zu kühlenden Gegenstand die Porosität des Kühlkörpers zunimmt. Das bedeutet anders herum, dass die Dichte des Kühlkörpers im Bereich des Überganges zum zu kühlenden Gegenstand wesentlich größer ist, als am gegenüberliegenden Ende. Dies deshalb, weil die erhöhte Dichte bzw. Masse im Übergangsbereich zum zu kühlenden Gegenstand dafür sorgt, dass die im zu kühlenden Gegenstand auftretende Wärme zunächst einmal überhaupt in den Kühlkörper überführt werden kann. Mit abnehmender Dichte, d. h. mit zunehmender Porosität mit steigender Entfernung von dem zu kühlenden Gegenstand wird dann die wärmetauschende Fläche größer, wobei dies jedoch im Wesentlichen kontinuierlich geschehen soll, um eine Verteilung der anfallenden Wärme von dem zu kühlenden Gegenstand hin weg bis zum äußersten Rand des Kühlkörpers zu ermöglichen.

Erst durch diese konstruktive Gestaltung, nämlich dergestalt, dass die Dichte mit zunehmender Entfernung von dem zu kühlenden Gegenstand, also mit zunehmender Entfernung von dem Punkt aus, von dem die Wärme in den Kühlkörper eingeleitet wird, bis zu der gegenüberliegenden freien Oberfläche des Kühlkörpers abnimmt, und die Porosität zunimmt, kann die in einem porösen offenporigen Kühlkörper vorhandene verhältnismäßig große Kühlfläche optimal zum Wärmetauscher ausgenutzt werden.

Im Einzelnen ist vorgesehen, dass der Kühlkörper mehrere Schichten von porösem Material unterschiedlicher Porosität aufweist. Hiermit wird der Tatsache Rechnung getragen, dass es schwierig ist, einen Kühlkörper herzustellen, der eine abnehmende Dichte aufweist, wie dies zuvor beschrieben worden ist. Durch die Ausbildung eines Kühlkörpers mit mehreren Schichten besteht nunmehr die Möglichkeit, jede einzelne Schicht mit unterschiedlicher Porosität auszubilden, um diese dann untereinander zu dem beschriebenen Kühlkörper zu verbinden.

Um den Übergang von dem zu kühlenden Gegenstand in den Kühlkörper zu verbessern kann vorgesehen sein, dass der Kühlkörper eine wärmespreizende Grundplatte aufweist, die mit dem zu kühlenden Gegenstand in Verbindung steht.

Nach einem besonders vorteilhaften Merkmal ist vorgesehen, dass der Kühlkörper eine bis auf einen Zu- und Ablauf geschlossene Oberfläche aufweist, um den Kühlkörper mit einem Kühlmedium, z. B. einer Flüssigkeit (z. B. Wasser) zu kühlen. Denkbar ist allerdings auch, dass der Kühlkörper einen Lüfter aufweist, wobei durch den Lüfter entweder durch den Kühlkörper Luft gefördert wird oder von diesem abgesaugt wird.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Kühlkörper mit einem sogenannten Finnenkühlkörper in Verbindung steht. Ein solcher Finnenkühlkörper zeichnet sich durch einzelne auf seiner Oberfläche angeordnete Kühlrippen auf, wobei der offenporig poröse Kühlkörper mit diesem Finnenkühlkörper vollflächig in Verbindung steht, mithin der offenporig poröse Kühlkörper auf seiner dem Finnenkühlkörper zugewandten Seite eine entsprechend negative Ausbildung zu dem Finnenkühlkörper aufweist, so dass eine ineinander verzahnende Verbindung, beispielsweise durch Kleben und Löten möglich ist. In einem solchen Fall steht der Finnenkühlkörper mit dem zu kühlenden Gegenstand, also beispielswiese einem Prozessor in Verbindung.

Gegenstand der Erfindung ist ebenfalls ein Wärmetauscher, der sich durch einen Kühlkörper der zuvor beschriebenen Art auszeichnet bzw. ist Gegenstand der Erfindung auch ein Prozessor eines Rechners mit einem Kühlkörper der zuvor beschriebenen Art.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielhaft näher erläutert.
1 zeigt einen offenporigen Kühlkörper aus Metall, sowie einen Lüfter, wobei der Kühlkörper auf der Grundplatte aufsitzt, die wiederum auf dem schematisch dargestellten Prozessor angeordnet ist;
2 zeigt eine Darstellung gemäß 1, wobei der Kühlkörper aus drei Schichten unterschiedlicher Porosität besteht;
3 zeigt einen Kühlkörper mit Grundplatte und schematisch dargestellten Prozessor, wobei der Kühlkörper nach außen flüssigkeitsdicht abgeschlossen ist;
4 zeigt die Kombination eines Finnenkühlkörpers mit einem porösen Kühlkörper;
5 zeigt einen zentrisch in einem Gehäuse angeordneten Kühlkörper, auf dem pheriphär die zu kühlenden Gegenstände, also z. B. Prozessoren angeordnet sind.
In den Zeichnungen ist schematisch ein Prozessor dargestellt, der das Bezugszeichen 1 trägt. Auf dem Prozessor befindet sich eine wärmespreizende Grundplatte 2, auf der sich der Kühlkörper 10 aus geschäumtem Metall befindet (1). Gemäß 2 besteht der Kühlkörper 10 aus drei Schichten 11, 12, 13 von geschäumten Metall, die eine unterschiedliche Porosität aufweisen. Diese drei Schichten 11, 12 und 13 zeichnen sich im Einzelnen dadurch aus, dass die Schicht 11 eine geringere Porosität aufweist, als die Schichten 12 und 13, was bedeutet, dass die Schicht 10 eine geringere Oberfläche aber eine höhere Masse als die Schichten 12 und 13 aufweist, um hierdurch den Wärmeübergang, insbesondere von der wärmespreizende Grundplatte 2, in die Schicht 11 und kontinuierlich bis in die Schichten 12 und 13 zu übertragen. Die höhere spezifische Dichte der Schicht 11 bewirkt den besseren Wärmeübergang vom Prozessor bzw. der Grundplatte in den Kühlkörper. Die Schichten 12, 13 besitzen jeweils eine im Vergleich zur vorliegenden Schicht geringere Dichte, mithin eine erhöhte Porosität und somit eine vergleichsweise hohe spezifische Oberfläche. Auf der Schicht 13 bzw. auf dem Kühlkörper 10 sitzt der mit 20 bezeichnete Lüfter auf, der entweder die Kühlluft in den Kühlkörper hineindrückt oder warme Luft aus diesem heraussaugt.
Vorteilhaft ist hierbei, dass aufgrund des offenporigen Schaumes der gesamte Kühlkörper mit Kühlluft durchströmt werden kann, so dass eine erhebliche Wärmeabfuhr möglich ist.
Gemäß 3 ist ein Metallschaumkörper 30 vorgesehen, der eine geschlossene, insbesondere flüssigkeitsdichte Oberfläche aufweist. Dieser Metallschaumkörper besitzt einen Einlass 31 für die Kühlflüssigkeit und einen Auslass 32 für die erwärmte Kühlflüssigkeit. Ein solcher Kühlkörper kann ebenfalls auf eine wärmeleitende Grundplatte 2 aufgebracht sein bzw. auch unmittelbar auf den Prozessor 1 aufsitzen. Wesentlich ist, dass der Metallschaum als offenporig geschäumter Körper hergestellt ist.
Gemäß 4 ist die Kombination eines Finnenkühlkörpers mit einem porösen offenporigen Kühlkörper dargestellt. Der mit 50 bezeichnete Finnenkühlkörper ist hierbei mit dem porösen Kühlkörper 10 verbunden, wobei die Verbindung zwischen dem Finnenkühlkörper und dem Kühlkörper 10 formschlüssig ist, was bedeutet, dass der Kühlkörper 10 quasi die Negativform des Finnenkühlkörpers 50 darstellt, mithin der Kühlkörper 10 entsprechend dem Kühlkörper 50 auch einzelne Finnen 10a entsprechend den Finnen 50a aufweist. Der schematisch dargestellt und mit 1 bezeichnete Prozessor befindet sich auf der Unterseite des Finnenkühlkörpers 50.
Bei der Ausführungsform gemäß 5 ist ein Gehäuse 60 vorgesehen mit einem zentrischen Durchlass 61, wobei in diesen zentrischen Durchlass 61 der Kühlkörper 10 aus porösem Material eingeführt wird. Auf dem Kühlkörper 10 sitzen nun die zu kühlenden Gegenstände 65, die von dem Gehäuse 60 umgeben sind. Zur Kühlung kann hierbei am vorderen oder am hinteren Ende des Gehäuses ein Lüfter (nicht dargestellt) vorgesehen sein, der die zu kühlende Luft entweder durch den Kühlkörper treibt bzw. die warme Luft absaugt.

Claims

Offenporing poröser Kühlkörper eines Wärmetauschers, insbesondere aus einem wärmeleitfähigen Material gegossener, gesinterter oder geschäumter Kühlkörper, der mit einem zu kühlenden Gegenstand in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass mit zunehmender Entfernung von dem zu kühlenden Gegenstand (1, 65) die Porosität des Kühlkörpers (10, 30) zunimmt.
Kühlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (10, 30) mehrere Schichten (11, 12, 13) eines offenporigen porösen Material unterschiedlicher Porosität aufweist.
Kühlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (10, 30) eine wärmeleitende Grundplatte (2) aufweist, die mit dem zu kühlenden Gegenstand (1) in Verbindung steht.
Kühlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (10, 30) eine bis auf einen Zu- und Ablauf (31, 32) geschlossene Oberfläche aufweist, um den Kühlkörper mit einem Kühlmedium z. B. Flüssigkeit (z. B. Wasser) zu kühlen.
Kühlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (10) einen Lüfter (20) aufweist, wobei durch den Lüfter entweder durch den Kühlkörper Luft gefördert wird oder von diesem abgesaugt wird.
Kühlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (10, 30) mit einem Finnenkühlkörper (50) in Verbindung steht.
Kühlörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Finnenkühlkörper (50) mit dem zu kühlenden Gegenstand (1) verbunden ist.
Wärmetauscher, gekennzeichnet durch einen Kühlkörper (10, 30) gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 7.
Prozessor eines Rechners, gekennzeichnet durch einen Kühlkörper (10, 30) gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 7.