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Zugehörige Anmeldungen
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Diese
Patentanmeldung beansprucht die Priorität unter 35 U. S. C. 119 (e)
der parallelen U. S. Provisional Patent Application, Serien Nr. 60/817,855,
die am 30. Juni 2006 eingereicht worden ist und den Titel „MEHRSTUFIGER
GESTAFFELTER RADIATOR FÜR
HOCHLEISTUNGSFLÜSSIGKEITSKÜHLANWENDUNGEN" hat. Die Provisional Patent
Application, Seriennr. 60/817,855 vom 30. Juni 2006 mit dem Titel „MEHRSTUFIGER
GESTAFFELTER RADIATOR FÜR
HOCHLEISTUNGSFLÜSSIGKEITSKÜHLANWENDUNGEN" wird hier weiter durch
Bezugnahme einbezogen.
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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht einen Kühlkreislauf zum
Kühlen
einer wärmeerzeugenden
Einheit im Allgemeinen und, insbesondere, ein Flüssigkeitsreservoir, das bei
Flüssigkeitskühlanwendungen
verwendet wird.
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Hintergrund der Erfindung
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Das
Kühlen
von integrierten Hochleistungsschaltungen mit hoher Wärmeverteilung
ist eine wichtige Herausforderung auf dem Gebiet des Kühlens. Übliche auf
Wärmeröhrchen und Gebläsen beruhende
Wärmesenken
sind nicht für
Kühlchips
mit ständig
zunehmendem Stromverbrauch geeignet.
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Ein
besonderes Problem bei dem Kühlen
von integrierten Schaltungen innerhalb von PCs ist die zunehmende
Anzahl und die zunehmende Leistung von integrierten Schaltungen,
die in derselben Größe oder
kleinen Chassis von PCs konfiguriert sind. Da leistungsfähigere integrierte
Schaltungen entwickelt werden, jeweils mit einer zunehmenden Dichte
von wärmeerzeugenden
Transistoren, nimmt die Wärme, die
von jeder einzelnen integrierten Schaltung erzeugt wird, kontinuierlich
zu. Weiter werden mehr und mehr integrierte Schaltungen, etwa Grafik
verarbeitende Einheiten, Mikroprozessoren und Mehrchip-Sätze PCs
hinzugefügt.
Weiter werden leistungsfähigere
und mehr integrierte Schaltungen auf dasselbe oder ein kleines Chassis
eines PCs angeordnet, wodurch die Wärme pro Einheit, die für diese
Einheiten erzeugt wird, erhöht
wird. Bei derartigen Ausbildungen schaffen übliche Chassis von PCs einen
eingeschränkten
Raum, innerhalb dessen eine geeignete Lösung der Kühlung verwirklicht werden kann. Üblicherweise
werden integrierte Schaltungen eines PCs gekühlt unter Verwendung einer
Wärmesenke
und eines großen
Gebläses,
das Luft über
die Wärmesenke
bläst oder
einfach durch Blasen von Luft direkt über die Schaltkarte, die die
integrierten Schaltungen aufnimmt. Unter Berücksichtigung des freien Raums
innerhalb des PC-Chassis ist die Luftmenge, die zum Kühlen der
integrierten Schaltungen verwendbar ist und der Raum, der für übliche Kühleinrichtungen
verwendbar ist, etwa Wärmesenken- und
Gebläse,
begrenzt.
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Ein
geschlossener Kühlkreislauf
bietet alternative Verfahren zu üblichen
Kühllösungen.
Kühlungen
mit geschlossenem Kreislauf geben Wärme effektiver an die Umgebung
ab als Luftkühlungen.
Ein geschlossenes Kühlsystem
weist eine Kühlplatte zum
Abführen
von Wärme
von einer Wärmequelle, einen
Radiator für
eine Gebläsekühlung zur
Wärmeabführung und
eine Pumpe zum Treiben von Flüssigkeit
durch den geschlossenen Kreislauf auf. Die Ausbildung jeder Komponente
ist oft komplex und erfordert eine eingehende Analyse und Optimierung
für bestimmte
Anwendungen. Ein übliches
geschlossenes System leidet an einem Verlust von Flüssigkeit über die
Zeit, hauptsächlich
aufgrund der Permeation. Zum Ergänzen
von verloren gegangener Flüssigkeit
wird häufig
ein Flüssigkeitsreservoir
in dem geschlossenen System vorgesehen.
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1 zeigt
eine weggeschnittene Ansicht eines üblichen Flüssigkeitsreservoirtanks 2.
Der Flüssigkeitsreservoirtank 2 weist
einen Eingangsanschluss 5 auf, der mit einer Einlassflüssigkeitsleitung 7 und
einem Auslassanschluss 6, der mit einer Auslassflüssigkeitsleitung 8 gekoppelt
ist, auf. Die Einlassflüssigkeitsleitung 7 und
die Auslassflüssigkeitsleitung 8 sind
Teil eines auf einem Flüssigkeit
basierenden Kühlkreislaufs.
Der Flüssigkeitsreservoirtank 2 speichert überschüssige Flüssigkeit 4.
Flüssigkeit, die
durch den Kühlkreislauf
fließt,
erreicht den Flüssigkeitsreservoirtank 2 über den
Einlassanschluss 5 und tritt über den Auslassanschluss 6 aus.
Eine solche Ausbildung leidet an einer erhöhten Druckdifferenz zwischen
dem Einlassanschluss 5 und dem Auslassanschluss 6 des
Flüssigkeitsreservoirtanks 2,
da die Flüssigkeit,
die den Flüssigkeitsreservoirtank 2 erreicht,
sich relativ zu dem Flüssigkeit,
das in der Einlassflüssigkeitsleitung
strömt,
entschleunigt und Flüssigkeit,
das aus dem Flüssigkeitsreservoirtank 2 über den
Auslassanschluss 6 austritt und die Ausgangsflüssigkeitsleitung 8 erreicht,
wird relativ zu dem Flüssigkeit
in dem Flüssigkeitsreservoirtank 2 beschleunigt.
Die sich ergebende Druckdifferenz zwischen dem Einlassanschluss 5 und
dem Auslassanschluss 6 des Flüssigkeitsreservoirtanks 2 erfordert eine
zusätzliche
Pumpleistung in dem Kühlkreislauf zum
Kompensieren.
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Ein
Problem tritt weiter auf, wenn ein solcher Flüssigkeitsreservoirtank nicht
richtig ausgerichtet ist. Da der Kühlkreislauf Flüssigkeit
verliert und das Flüssigkeitsreservoir
Flüssigkeit
dem Kühlkreislauf zuführt, beginnt
Gas sich in dem Reservoirtank als eine Gastasche zu akkumulieren,
etwa als Gastasche 3 in 1. Wenn
der Flüssigkeitsreservoirtank schlecht
ausgerichtet ist, kann sich die Gastasche an dem Auslassanschluss
positionieren, wodurch Gas in den Kühlkreislauf eingeführt wird.
Dies kann eine Gefahr für
Systeme bedeuten, die eine Zentrifugalpumpe verwenden, da dann,
wenn eine große
Gasblase ein Volumen in dem System akkumuliert, sich frei bricht,
was die Pumpe zu einem Dampfverschluss veranlasst, bei dem sich
Gas in der Pumpe verfängt
und das Pumpen von Flüssigkeit
verhindert. Auch bei einer richtigen Ausrichtung kann ein Fehler auftreten
aufgrund einer Gasakkumulation in der Kühlschleife, die nicht in den
Flüssigkeitsreservoirtank
extrahiert wird.
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Üblicherweise
gibt es zwei Hauptverfahren, um diesem Problem zu begegnen. Zum
einen wird der Flüssigkeitsreservoirtank
als ein großer
offener Tank mit einem Einlass und einem Auslass ausgebildet. Das
Problem bei dieser Ausgestaltung ist der Druckabfall, wie oben beschrieben,
durch den die Geschwindigkeit der Flüssigkeit bei dem Eintreten
in den Flüssigkeitsreservoirtank
erheblich reduziert wird und bei dem Austritt erheblich gesteigert
wird. Die Pumpe muss schwerer arbeiten, um das Wiedergewinnen des
Moments der Flüssigkeit
an dem Auslass des Reservoirtanks zu bewirken. Zum anderen wird
der Flüssigkeitsreservoirtank
unter Druck gesetzt. Bei dieser Ausbildung wird Gas durch Unterdrucksetzen
der Flüssigkeitsleitungen
in dem Kühlkreislauf
minimiert, wodurch das Wandern von Gas in den Kreislauf von dem
Flüssigkeitsreservoirtank
verhindert wird. Das Problem bei dieser Ausbildung ist die Zunahme
an Komplexität.
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Was
erforderlich ist, ist ein effizienteres Verfahren und eine effizientere
Vorrichtung zum Zuführen
von Flüssigkeit
in einen Kühlkreislauf.
Was weiter benötigt
ist, ist ein effizientes Verfahren zum Entfernen von Luftblasen
aus einem Kühlkreislauf.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Vorrichtung zur Flüssigkeitskompensation
ist ausgebildet zum Liefern von Ersatzflüssigkeit, auch als Volumenkompensation
bezeichnet, zu einem flüssigkeitsbasierten
Kühlkreislauf,
wobei gelöstes
Gas oder Gas in großen
Blasen aus dem Kühlkreislauf
entfernt werden. Das Entfernen oder die Verringerung von Gas aus
dem Kühlkreislauf
reduziert oder verhindert einen Pumpendampfverschluss. Das entfernte
Gas wird in der Flüssigkeitskompensationsvorrichtung
zurückgehalten.
Bei einigen Ausbildungen ist die Flüssigkeitskompensationsvorrichtung zum
Hindern des eingefangenen Gases an einer Rückführung in den flüssigkeitsbasierten
Kühlkreislauf
unabhängig
von der Ausrichtung der Flüssigkeitskompensationsvorrichtung
ausgebildet.
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Zusätzlich ist
die Flüssigkeitskompensationsvorrichtung
zum Entfernen von Gas aus dem Kühlkreislauf
und Zufügen
von Flüssigkeit
mit begrenztem oder keinen Druckabfall zwischen dem Einlassanschluss
und dem Auslassanschluss der Flüssigkeitskompensationsvorrichtung ausgebildet. Infolgedessen
benötigt
die Pumpe nicht zusätzliche Leistung
zum Kompensieren einer derartigen Druckdifferenz.
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Nach
einem Aspekt weist eine Kompensationsvorrichtung einen Flüssigkeitsreservoirtank
auf mit einem Einlassanschluss und einem Auslassanschluss, wobei
der Flüssigkeitsreservoirtank
zum Speichern von Flüssigkeit
ausgebildet ist, einer mit dem Einlassanschluss gekoppelten Einlassflüssigkeitsleitung,
die zum Einführen
von Flüssigkeit
in den Einlassanschluss ausgebildet ist, einer mit dem Auslassanschluss
gekoppelten Auslassflüssigkeitsleitung,
die dazu ausgebildet ist, Flüssigkeit
von dem Auslassanschluss abzugeben und einer überbrückenden Flüssigkeitsleitung, die mit dem
Einlassanschluss und dem Auslassanschluss gekoppelt ist, wobei die überbrückenden
Flüssigkeitsleitung
ausgebildet ist zum Führen
von Eingangsflüssigkeit
von dem Einlassanschluss zu dem Auslassanschluss, wobei die überbrückenden
Flüssigkeitsleitung
weiter eine oder mehrere Austauschöffnungen aufweist, wodurch
die Flüssigkeit
in der überbrückenden
Flüssigkeitsleitung
der Flüssigkeit
in dem Flüssigkeitsreservoirtank
ausgesetzt wird, jede der einen oder der mehreren Austauschöffnungen
dazu ausgebildet ist, es dem Gas, das in der überbrückenden Flüssigkeitsleitung vorhanden
ist, zu erlauben, in den Flüssigkeitsreservoirtank
zu gelangen und es der Flüssigkeit in
dem Reservoirtank erlaubt, in die überbrückenden Flüssigkeitsleitung zu gelangen.
Die Größe jeder
der einen oder mehreren Austauschöffnungen, die Flächenspannung
der Flüssigkeit
in der überbrückenden Flüssigkeitsleitung
und die Flüssigkeitsflussrate
der Flüssigkeit
in der überbrückenden
Flüssigkeitsleitung kann
ausgebildet sein um zu verhindern, dass die Flüssigkeit in der überbrückenden
Flüssigkeitsleitung durch
eine oder mehrere Austauschöffnungen
dringt. Die Größe jeder
der einen oder der mehreren Austauschöffnungen, die Oberflächenspannung
der Flüssigkeit
in der überbrückenden
Flüssigkeitsleitung und
die Flüssigkeitsflussrate
der Flüssigkeit
in der überbrückenden
Flüssigkeitsleitung
kann ausgebildet sein, um es Gas, das in der überbrückenden Flüssigkeit vorhanden ist, zu
erlauben, durch die eine oder die mehreren Öffnungen in den Flüssigkeitsreservoirtank
zu gelangen. Die Größe jeder
der einen oder der mehreren Öffnungen,
die Oberflächenspannung
der Flüssigkeit
in der überbrückenden
Flüssigkeitsleitung
und die Flüssigkeitsstromrate
der Flüssigkeit
in der überbrückenden
Flüssigkeitsleitung können ausgebildet
sein, um Gas, das sich in dem Flüssigkeitsreservoirtank
gesammelt hat, im wesentlichen daran zu hindern, durch die eine
oder mehreren Austauschöffnungen
und in die überbrückenden Flüssigkeitsleitung
zu gelangen. Der Flüssigkeitsreservoirtank
kann derart ausgebildet sein, dass Gas, das sich in dem Flüssigkeitsreservoirtank
angesammelt hat, nicht zu der überbrückenden
Flüssigkeitsleitung
exponiert ist. Der Flüssigkeitsreservoirtank
kann von seiner Ausrichtung unabhängig sein. Der Flüssigkeitsreservoirtank
kann in bestimmter Weise ausgerichtet sein. Jede der einen oder
der mehreren Austauschöffnungen
kann ein Loch, ein Schlitz oder eine Perforation sein. Jede der
einen oder der mehreren Austauschöffnungen kann ein Sieb sein.
Das Gas, das in der überbrückenden
Flüssigkeitsleitung vorhanden
ist, kann aus Gasblasen oder aus einem löslichen Gas bestehen. Der Flüssigkeitsreservoirtank
kann abgedichtet sein. Der Flüssigkeitsreservoirtank
kann zum Öffnen
ausgebildet sein. Die Flüssigkeitskompensationsvorrichtung
kann mit einem flüssigkeitsbasierten
Kühlkreislauf
gekoppelt sein, wobei der Kühlkreislauf
zum Führen
von Flüssigkeit
zu und weg von der Flüssigkeitskompensationsvorrichtung
ausgebildet sein.
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Nach
einem weiteren Aspekt weist eine Flüssigkeitskompensationsvorrichtung
einen Flüssigkeitsreservoirtank
auf mit einer Zugangsöffnung, wobei
der Flüssigkeitsreservoirtank
zum Speichern einer Flüssigkeit
ausgebildet ist, eine Extension, die mit der Zugangsöffnung gekoppelt
ist und eine überbrückende Flüssigkeitsleitung,
die mit der Extension gekoppelt ist, wobei die überbrückenden Flüssigkeitsleitung ausgebildet
ist zum Führen
von Flüssigkeit
durch diese, wobei die überbrückende Flüssigkeitsleitung
weiter eine oder mehrere Austauschöffnungen aufweist, die mit
der Extension derart gekoppelt sind, dass eine oder mehrere Austauschöffnungen
zu der Flüssigkeit
in dem Flüssigkeitsreservoirtank über die
Extension exponiert sind, wobei jede der einen oder der mehreren Öffnungen
zu der Flüssigkeit
in dem Flüssigkeitsreservoirtank über Extension
freiliegen, jede der einen oder der mehreren Austauschöffnungen
ausgebildet ist, um es Gas, das in der überbrückenden Flüssigkeitsleitung vorhanden ist,
zu ermöglichen,
in den Flüssigkeitsreservoirtank zu
gelangen und es der Flüssigkeit
in dem Flüssigkeitsreservoirtank
zu erlauben, in die überbrückenden
Flüssigkeitsleitung
zu gelangen. Die Größe der einen
oder der mehreren Austauschöffnungen,
die Oberflächenspannung
der Flüssigkeit
in der überbrückenden
Flüssigkeitsleitung
und eine Flüssigkeitsströmungsrate
der Flüssigkeit
in der überbrückenden Flüssigkeitsleitung
können
ausgebildet sein, um die Flüssigkeit
in der überbrückenden
Flüssigkeitsleitung daran
zu hindern, durch die eine oder die mehreren Austauschöffnungen
zu gelangen. Die Größe jeder der
einen oder der mehreren Austauschöffnungen, die Flächenspannung
der Flüssigkeit
in der überbrückenden
Flüssigkeitsleitung
und die Flüssigkeitsströmungsrate
der Flüssigkeit
in der überbrückenden Flüssigkeitsleitung
können
ausgebildet sein, um es Gas, das in der überbrückenden Flüssigkeitsleitung vorhanden
ist, zu ermöglichen,
durch die eine oder die mehreren Austauschöffnungen und in den Flüssigkeitsreservoirtank
zu gelangen. Die Größe jeder der
einen oder der mehreren Austauschöffnungen, die Flüssigkeitsspannung
der Flüssigkeit
in der überbrückenden
Flüssigkeitsleitung
und die Flüssigkeitsströmungsrate
der Flüssigkeit
in der überbrückenden Flüssigkeitsleitung
können
ausgebildet sein, um Gas, das in den Flüssigkeitsreservoirtank gesammelt
hat, im wesentlichen an einem Passieren durch die einen oder mehrere
Austauschöffnungen
und in die überbrückenden
Flüssigkeitsleitung
zu hindern. Der Flüssigkeitsreservoirtank
kann derart ausgebildet sein, dass Gas, das in dem Flüssigkeitsreservoirtank
gesammelt wird, nicht gegenüber
der überbrückenden Flüssigkeitsleitung
exponiert ist. Jede der einen oder der mehreren Austauschöffnungen
kann ein Loch, ein Schlitz oder eine Perforation sein. Jede der
einen oder der mehreren Ausgangsöffnungen
kann ein Sieb sein. Das Gas, das in der überbrückenden Flüssigkeitsleitung vorhanden
ist, können
Gasblasen oder ein lösliches
Gas sein. Der Flüssigkeitsreservoirtank
kann abgedichtet sein. Der Flüssigkeitsreservoirtank
kann zum Öffnen
ausgebildet sein. Der Flüssigkeitsreservoirtank
kann eine oder mehrere Zugangsöffnungen
aufweisen und die Flüssigkeitskompensationsvorrichtung
kann eine oder mehrere Extensionen aufweisen, die ausgebildet sind
zum Koppeln des Flüssigkeitsreservoirtanks
an die überbrückenden
Flüssigkeitsleitung.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich nach Betrachten
der eingehenden Beschreibung der im folgenden wiedergegebenen Ausführungsbeispiele.
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Kurze Erläuterung der Zeichnungen
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1 zeigt
eine geschnittene Seitenansicht eines üblichen Flüssigkeitsreservoirtanks.
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2 zeigt
ein schematisches Blockdiagramm eines beispielhaften flüssigkeitsbasierten Kühlkreislaufs.
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3 zeigt
eine geschnittene Seitenansicht einer beispielhaften Ausbildung
des Flüssigkeitsvorrats
von 2.
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4 zeigt
eine Mehrzahl von Öffnungen, die
längs entlang
der relativen Oberfläche
der überbrückenden
Flüssigkeitsleitung
ausgebildet ist.
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5 zeigt
eine Mehrzahl von Öffnungen, die
radial um die überbrückenden
Flüssigkeitsleitung angeordnet
sind.
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6 zeigt
eine Mehrzahl von Öffnungen, die
sowohl längs
und radial um die überbrückenden Flüssigkeitsleitung
angeordnet sind, wobei die Mehrzahl von Öffnungen in Längsrichtung
ausgebildet ist.
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7 zeigt
eine Mehrzahl von Öffnungen, die
sowohl längs
als auch radial um die überbrückenden
Flüssigkeitsleitung
ausgebildet sind, wobei die Mehrzahl von Öffnungen in Längsrichtung
gestuft ist.
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8 zeigt
eine beispielhafte Ausbildung der überbrückenden Flüssigkeitsleitung mit einem Sieb.
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9 zeigt
Schnittansichten einer beispielhaften Ausbildung eines in seiner
Ausrichtung freien Flüssigkeitsreservoirtanks
und überbrückenden
Flüssigkeitsleitung.
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10 zeigt
eine geschnittene Ansicht einer beispielhaften alternativen Ausbildung
eines Flüssigkeitsreservoirtanks,
der mit einer äußeren überbrückenden
Flüssigkeitsleitung
gekoppelt ist.
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Die
vorliegende Erfindung wird in Bezug auf verschiedene Ansichten in
der Zeichnung beschrieben. Falls geeignet und nur wo identische
Elemente in mehr als einer Zeichnung offenbart und gezeigt werden,
werden dieselben Bezugszeichen verwendet, um derartige identische
Elemente zu kennzeichnen.
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Eingehende Beschreibung der
vorliegenden Erfindung
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Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung sind auf eine Flüssigkeitskompensationsvorrichtung
zum Zufügen
von Flüssigkeit
zu einem flüssigkeitsbasierten
Kühlkreislauf
und zum Entfernen von Luftblasen aus dem Kühlkreislauf gerichtet. Der Kühlkreislauf
ist in einem Kühlsystem
eingeschlossen, wobei das Kühlsystem
Wärme abführt, die
von einem oder mehreren Wärme
erzeugenden Bauteilen in einem elektronischen System, etwa einem
PC erzeugt wird. Die Wärme
erzeugenden Bauteile schließen
um ohne darauf begrenzt zu sein, einen oder mehrere Zentralrecheneinheiten
(CPU), einen Chipsatz, der zum Verwalten des Eingangs/Ausgangs eines
oder mehrerer CPUs verwendet wird, eine oder mehrere Graphikverarbeitungseinheiten (GPUs)
und/oder einen oder mehrere physikalische Recheneinheiten (PPUs)
auf, die auf einer Motherboard, einer Tochterkarte und/oder einer
PC Expansionskarte angeordnet sind. Das Kühlsystem kann weiter zum Kühlen von
Leistungselektronik wie Mosfets, Schalter und andere Hochleistungselektroniken verwendet
werden, die eine Kühlung
benötigen.
Im Allgemeinen kann das hier beschriebene Kühlsystem bei beliebigen elektronischen
Subsystemen verwendet werden, die ein Wärme erzeugendes Bauteil, das zu
kühlen
ist, beinhalten. Das Kühlsystem
ist vorzugsweise mit einem Chassis eines PC ausgebildet. Alternativ
ist das Kühlsystem
als ein Teil eines beliebigen elektronischen Systems konfiguriert,
das zu kühlende
Wärme erzeugende
Bauteile aufweist. Der Kühlkreislauf
weist ein Flüssigkeitsreservoir,
eine Pumpe, einen Wärmeabweiser
und einen oder mehrere Wärmetauscher
auf. Die Komponenten in dem Kühlkreislauf
sind über
flexible Flüssigkeitsleitungen miteinander
gekoppelt.
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Die
Flüssigkeitskompensationsvorrichtung weist
einen Flüssigkeitsreservoirtank
und eine überbrückende Flüssigkeitsleitung
auf. Der Flüssigkeitsreservoirtank
hat einen Flüssigkeitseinlassanschluss und
Flüssigkeitsauslassanschluss.
Die überbrückende Flüssigkeitsleitung
koppelt den Einlassanschluss und den Auslassanschluss mit dem Flüssigkeitsreservoirtank.
Die überbrückende Flüssigkeitsleitung
ist mit einem oder mehreren Öffnungen
konfiguriert, die Öffnungen
in der überbrückenden
Flüssigkeitsleitung sind,
die den Austausch von Gas und Flüssigkeit
zwischen dem Flüssigkeitsreservoirtank
und der Flüssigkeit
in dem Kühlkreislauf,
dessen Teil das Reservoir ist, erlaubt.
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2 zeigt
ein schematisches Blockdiagramm eines beispielhaften flüssigkeitsbasierten Kühlkreislaufs 10,
der einen Wärmetauscher 16,
einen Wärmeabweiser 12,
eine Pumpe 14 und ein Flüssigkeitsreservoir 20 aufweist,
gekoppelt über Flüssigkeitsleitungen 22, 24, 26, 28.
Der Wärmetauscher 16 ist
thermisch mit einer wärmeerzeugenden Einheit 18 gekoppelt.
Die Pumpe 14 pumpt und zirkuliert Flüssigkeit in dem geschlossenen
Kreislauf 16. Wärme,
die von der Wärme
erzeugenden Einheit 18 erzeugt wird, wird zu der Flüssigkeit,
die durch den Wärmetauscher 16 fließt, geführt.
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Die
Flüssigkeitskompensationsvorrichtung sammelt
Gas in einem Flüssigkeitsreservoirtank
unter Minimieren eines Druckabfalls über dem Flüssigkeitsreservoirtank. Der
zusätzliche
Nutzen dieser Ausbildung besteht darin, dass das Gas in einer Weise
eingefangen wird, das das Gas daran hindert, wieder in den Kühlkreislauf
eingeführt
zu werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen
wird das Gas daran gehindert, in den Kühlkreislauf zurückgeführt zu werden,
unabhängig
von der Ausrichtung des Reservoirtanks und dessen internen Komponenten.
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Die
Austauschöffnungen
in der überbrückenden
Flüssigkeitsleitung
erlauben es Gasblasen, in den Reservoirtank über den Auftrieb zu wandern
und so das entfernte Gas durch zusätzliche Arbeitsflüssigkeit
zu ersetzen, um das Bilden von Gas in dem System, das zu einem Pumpendampfverschluss
führen
kann, zu verhindern. Die Öffnungen,
durch die Gas durch Flüssigkeit
ersetzt wird, kann entweder eine einzelne Öffnung sein oder eine Mehrzahl
von Öffnungen.
Die bevorzugte Öffnungsgröße, die
den Austausch von Gas erlaubt, ist abhängig von dem Arbeitsdruck in
dem Flüssigkeitsreservoirtank,
der Flüssigkeitsgeschwindigkeit
durch die überbrückende Flüssigkeitsleitung
und die Flüssigkeitsoberflächenspannung.
Im Allgemeinen haben die Gasblasen in der Flüssigkeit eine bestimmte Größe. Die Größe wird
durch die spezifischen Flüssigkeitseigenschaften
bestimmt. Die Größe der Öffnungen
wird entsprechend der Größe der Gasblasen
und einer Maximalgeschwindigkeit der Flüssigkeit durch die überbrückende Flüssigkeitsleitung
optimiert. Die maximale Geschwindigkeit der Flüssigkeit relativ zu der Größe der Gasblasen
und der Größe der Öffnungen kann
nicht so groß sein,
dass die Gasblasen die Öffnungen
ohne Herauszutreten passieren. Die Form der Öffnungen kann auch entsprechend
den vorgenannten Faktoren bestimmt werden.
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Bei
einigen Ausführungsbeispielen
sind die Arbeitsparameter derart optimiert, dass Flüssigkeit
in der überbrückenden
Flüssigkeitsleitung
an einem Austreten aus den Öffnungen
gehindert wird. Eine derartige Ausbildung ist besonders nützlich,
wenn der Flüssigkeitsreservoirtank
nicht richtig ausgerichtet ist und die überbrückende Flüssigkeitsleitung zu einer Gastasche,
in dem Flüssigkeitsreservoirtank frei
liegt. In einem solchen Fall sind die Flüssigkeitsoberflächenspannung,
die Größe der Öffnungen
und die Flüssigkeitsgeschwindigkeit
derart ausgebildet, dass Gas aus dem Flüssigkeitsreservoirtank, jedoch außerhalb
der überbrückenden
Flüssigkeitsleitung, nicht
die überbrückende Flüssigkeitsleitung
erreicht und der Flüssigkeitsstrom
durch die überbrückende Flüssigkeitsleitung
nicht aus den Öffnungen
austritt. In diesem Fall muss die Größe der Öffnungen klein genug sein und
die Oberflächenspannung
der Flüssigkeit
muss groß genug
sein, um Gas daran zu hindern, wieder in die Flüssigkeitsleitung einzutreten. Die
Lineargeschwindigkeit der Flüssigkeit
durch die überbrückende Flüssigkeitsleitung
ist weiter ein Faktor bei dieser Beschränkung.
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3 zeigt
eine geschnittene Seitenansicht einer beispielhaften Ausbildung
des Flüssigkeitsreservoirtanks 20 von 2.
Der Flüssigkeitsreservoirtank 20 weist
einen Einlassanschluss 38 auf, der mit der Einlassflüssigkeitsleitung 24 und
einem Auslassanschluss 40 gekoppelt ist, der wiederum mit
der Auslassflüssigkeitsleitung 22 gekoppelt
ist. Eine überbrückende Flüssigkeitsleitung
ist in dem Flüssigkeitsreservoirtank 20 ausgebildet
und koppelt den Eingangsanschluss 38 mit dem Auslassanschluss 40.
Der Flüssigkeitsreservoirtank 20 speichert überschüssige Flüssigkeit 30.
Flüssigkeit,
die durch den Kühlkreislauf
strömt,
erreicht den Flüssigkeitsreservoirtank 20 über den
Eingangsanschluss 38, fließt durch den Flüssigkeitsreservoirtank 20 über die überbrückende Flüssigkeitsleitung 34 und
tritt aus dem Flüssigkeitsreservoirtank 20 über den
Auslassanschluss 40 aus. Wenn Flüssigkeit durch die Flüssigkeitsleitung 34 fließt, tritt
Gas in der Flüssigkeit über die
eine oder die mehreren Öffnungen 36 aus
der überbrückenden
Flüssigkeitsleitung 34 aus.
Die Querschnittsfläche
der überbrückenden
Flüssigkeitsleitung 34 ist
vorzugsweise dieselbe oder ähnlich
der Querschnittsfläche
der Einlassflüssigkeitsleitung 24 und
der Querschnittsfläche
der Auslassflüssigkeitsleitung 22.
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Jede Öffnung 36 ist
eine Öffnung
wie eine Bohrung, ein Schlitz oder eine Perforation in der überbrückenden
Flüssigkeitsleitung 34,
die den Austausch von Gas durch Flüssigkeit zwischen dem Kühlkreislauf
und dem Flüssigkeitsreservoirtank
erlaubt. Die überbrückende Flüssigkeitsleitung 34 kann mit
einer beliebigen Anzahl von Öffnungen 36 ausgebildet
sein. Beispielsweise zeigt 3 die überbrückende Flüssigkeitsleitung 34 mit
einer einzigen Öffnung 36,
die an der relativen Oberfläche
der überbrückenden
Flüssigkeitsleitung 34 ausgebildet
ist. Alternativ kann die einzige Öffnung an jeder Position an der überbrückenden
Flüssigkeitsleitung 34 ausgebildet
sein. 4 zeigt eine Mehrzahl von Öffnungen, die entlang der relativen
Oberfläche
ausgebildet sind. 5 zeigt eine Mehrzahl von Öffnungen,
die radial um die überbrückende Flüssigkeitsleitung 34 ausgebildet
sind. 6 zeigt eine Mehrzahl von Öffnungen, die sowohl längs entlang
als auch radial um die überbrückende Flüssigkeitsleitung
ausgebildet sind, wobei die Mehrzahl von Öffnungen in Längsrichtung ausgerichtet
sind. 7 zeigt eine Mehrzahl von Öffnungen, die sowohl längs entlang
als auch radial um die überbrückende Flüssigkeitsleitung
angeordnet sind, wobei die Mehrzahl von Öffnungen in Längsrichtung
versetzt sind. Es versteht sich, dass andere Ausgestaltungen der Öffnungen
zu berücksichtigen sind.
Eine radiale Konfiguration der überbrückenden Flüssigkeitsleitung
mit Öffnungen
befreit den Flüssigkeitsreservoirtank
davon, in bestimmter Weise ausgerichtet zu sein, damit das Gas in
der überbrückenden
Flüssigkeitsleitung
aus den Öffnungen
in den Flüssigkeitsreservoirtank
austritt. Das Positionieren der Öffnungen
in radialer Richtung um die überbrückende Flüssigkeitsleitung
macht die Ausrichtung des Reservoirtanks diesbezüglich unabhängig.
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Bei
einigen Ausführungsbeispielen
sind die Öffnungen
durch eine oder mehrere siebartige Abschnitte ersetzt. 8 zeigt
eine Ausbildung der überbrückenden
Flüssigkeitsleitung 34 mit
einem Sieb 42. Jeder Siebabschnitt kann, wie in 8 gezeigt,
die überbrückende Flüssigkeitsleitung
teilweise oder vollständig
umfassen. Im Allgemeinen ist die überbrückende Flüssigkeitsleitung mit einer
oder mehreren Öffnungen
versehen, um es Luftblasen in der überbrückenden Flüssigkeitsleitung zu erlauben, durch
eine oder mehrere Öffnungen
in dem Flüssigkeitsreservoirtank
auszutreten und um es der Flüssigkeit
in dem Flüssigkeitsreservoirtank
zu erlauben, die überbrückende Flüssigkeitsleitung
zu erreichen.
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Abhängig von
der Anwendung des Kühlkreislaufes
kann der Flüssigkeitsreservoirtank
für eine
oder mehrere bestimmte Ausrichtungen konfiguriert sein oder der
Flüssigkeitsreservoirtank
kann ausrichtungsunabhängig
ausgebildet sein. Beispielsweise ist ein Desktop-Computer typischerweise
in seiner Position fest und wird selten, fast überhaupt, bewegt, insbesondere
bei Betrieb. Der Flüssigkeitsreservoirtank
bei dieser Anwendung kann ähnlich
zu derjenigen von 1 ausgebildet sein, bei der
sich die Gastasche 32 an dem oberen Abschnitt des Flüssigkeitsreservoirtanks
sammelt und die überbrückende Flüssigkeitsleitung
nahe dem Boden des Flüssigkeitsreservoirtanks
konfiguriert ist. Bei dieser Anwendung ist es nicht vorgesehen,
dass der Flüssigkeitsreservoirtank
umgekehrt wird, da, wenn der Desktop-Computer umgekehrt betrieben wird, wodurch eine
Situation vermieden wird, bei der die Austauschöffnungen in der überbrückenden
Flüssigkeitsleitung zu
der Gastasche exponiert ist. Dagegen wird ein Laptop in einer beliebigen
aus einer Mehrzahl unterschiedlicher Positionen verwendet. Der Flüssigkeitsreservoirtank
bei dieser Anwendung kann ausrichtungsunabhängig konfiguriert sein, wobei
die Austauschöffnungen
in der überbrückenden
Flüssigkeitsleitung
nicht zu der Gastasche exponiert sind unabhängig von der Ausrichtung des
Flüssigkeitsreservoirtanks.
Bei alternativen Anwendungen können
der Flüssigkeitsreservoirtank,
die Position der überbrückenden
Flüssigkeitsleitung
in dem Flüssigkeitsreservoirtank
und die Position der Austauschöffnungen an
der überbrückenden
Flüssigkeitsleitung
für viele Ausrichtungen,
beispielsweise mehr als eine Ausrichtung aber nicht völlig unabhängig von
der Ausrichtung ausgebildet sein.
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9 zeigt
eine geschnittene Ansicht einer beispielhaften Ausbildung eines
von der Ausrichtung unabhängigen
Flüssigkeitsreservoirtanks
und überbrückenden
Flüssigkeitsleitung.
Bei dieser beispielhaften Ausbildung ist eine überbrückende Flüssigkeitsleitung im wesentlichen
entlang einer Mittelachse eines Flüssigkeitsreservoirtank 50 positioniert. Der
Flüssigkeitsreservoirtank 50 weist
einen Einlassanschluss 52 auf, der mit der Einlassflüssigkeitsleitung 24 gekoppelt
ist und einen Auslassanschluss 54, der mit der Auslassflüssigkeitsleitung 22 gekoppelt
ist. Die überbrückende Flüssigkeitsleitung 56 weist
eine oder mehrere Austauschöffnungen 58 auf. Bei
einer von der Ausrichtung unabhängigen
Ausbildung ist die überbrückende Flüssigkeitsleitung 56 in dem
Flüssigkeitsreservoirtank 50 ausgebildet
und die Austauschöffnungen 58 sind
an der überbrückende Flüssigkeitsleitung
derart konfiguriert, dass die Austauschöffnungen 58 nicht
einer Gastasche exponiert sind, die in dem Flüssigkeitsreservoirtank 50 gebildet wird,
unabhängig
von der Ausrichtung des Flüssigkeitsreservoirtanks 50.
Die Austauschöffnungen 58 sind,
mit anderen Worten, immer zu der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsreservoirtank 50 exponiert.
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Der
Flüssigkeitsreservoirtank
und die überbrückende Flüssigkeitsleitung,
die oben in Bezug auf die überbrückende Flüssigkeitsleitung
beschrieben sind, sind in dem Flüssigkeitsreservoirtank
ausgebildet. Bei alternativen Ausgestaltungen sind die überbrückende Flüssigkeitsleitung
außerhalb
des Flüssigkeitsreservoirtanks
und die eine oder die mehreren Austauschöffnungen in der überbrückenden Flüssigkeitsleitung
sind zu der Flüssigkeit
in dem Flüssigkeitsreservoirtank über eine
Zugangsöffnung oder
einen Zugangsanschluss in dem Flüssigkeitsreservoirtank
exponiert. 10 zeigt eine geschnittene Seitenansicht
einer beispielhaften Ausbildung eines Flüssigkeitsreservoirtanks 60,
der mit einer externen überbrückenden
Flüssigkeitsleitung 80 gekoppelt
ist. Bei dieser beispielhaften alternativen Ausgestaltung weist
der Flüssigkeitsreservoirtank 60 eine Öffnung 62 auf,
die konfiguriert ist zum Erlauben eines Zugangs zu der Flüssigkeit,
die in dem Flüssigkeitsreservoirtank 60 gespeichert
ist. Eine Erstreckung 70 koppelt die Öffnung 62 der überbrückenden
Flüssigkeitsleitung 80 derart,
dass die Austauschöffnungen 82 der überbrückenden
Flüssigkeitsleitung 80 zu
der Flüssigkeit
von dem Flüssigkeitsreservoirtank 60 über die
Extension 70 freiliegen. Die Extension 70 weist
einen Einlass 72 auf, der mit der Einlassflüssigkeitsleitung 42 gekoppelt
ist und einen Auslass 74, der mit der Auslassflüssigkeitsleitung 22 gekoppelt ist,
auf. Bei einigen Ausführungsbeispielen
ist die Erstreckung 70 eine von dem Flüssigkeitsreservoirtank 60 gesonderte
Komponente und die Ersteckung 70 ist mit dem Flüssigkeitsreservoirtank 60 abgedichtet. Bei
anderen Ausführungsbeispielen
ist die Extension 70 ein integrierter Teil des Flüssigkeitsreservoirtanks 60.
Obwohl in 10 eine einzige Öffnung 62 dargestellt
ist, kann der Flüssigkeitsreservoirtank 60 mit
einer oder mehreren Öffnungen 62 ausgebildet
sein, die jeweils mit der überbrückenden
Flüssigkeitsleitung 80 über eine
oder mehrere Erstreckungen gekoppelt ist.
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Obwohl
die in den 3, 9 und 10 gezeigten
Flüssigkeitsreservoirtanks
rechteckig sind, kann der Flüssigkeitsreservoirtank
entsprechend in jeder beliebigen gewünschten Form ausgebildet sein.
Dies ist insbesondere nützlich
bei Anwendungen mit begrenztem Raum, wo der verfügbare Raum unregelmäßige Dimensionen
haben kann zwischen oder in vorhandenen Bauelementen.
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Bei
einigen Ausgestaltungen ist der Flüssigkeitsreservoirtank abgedichtet
und wird in einem geschlossenen Kreislaufsystem verwendet, der genutzt werden
kann beispielsweise in kontaminationsfreien Systemen. Bei anderen
Ausführungsbeispielen
ist der Flüssigkeitsreservoirtank
ausgebildet um geöffnet
zu werden oder weist eine Zugangsanschluss auf, der das Nachfüllen über ein
erstreckbares System erlaubt.
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Obwohl
die Flüssigkeitskompensationsvorrichtung
wie sie oben zur Verwendung in einem flüssigkeitsbasierten Kühlkreislauf
beschrieben worden ist, kann die Flüssigkeitskompensationsvorrichtung bei
jedem nicht unter Druck stehenden Flüssigkeitskreislauf verwendet
werden, der empfindlich ist auf oder die Freiheit von einem löslichen
Gas oder Gasblasen in der Arbeitsflüssigkeit erfordert.
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Es
versteht sich für
den Fachmann, dass das vorliegende Kühlsystem nicht auf die in 2 gezeigten
Komponenten beschränkt
ist und alternativ weitere Bauelemente oder Einheiten aufweist.
Beispielsweise kann, obwohl dies in 2 nicht
gezeigt ist, das Kühlsystem
ein oder mehrere Luftbeweger, etwa Gebläse, aufweisen, um einen Luftstrom
zu dem Wärmeabweiser
zu richten.
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Die
vorliegende Erfindung wurde anhand von bestimmten Ausführungsbeispielen
unter Einschluss von Einzelheiten beschrieben, um das Verständnis der
Prinzipien der Konstruktion und der Arbeitsweise der Erfindung zu
erlauben. Die hier bei bestimmten Ausführungsbeispielen verwendeten
Bezugnahmen und Einzelheiten sollen den Schutzbereich der beiliegenden
Ansprüche
nicht einschränken.
Es versteht sich für
den Fachmann, dass Modifikationen der zur Darstellung gewählten Ausführungsbeispiele
möglichen
ohne sich von dem Grundgedanken und dem Schutzbereich der Erfindung
zu lösen.
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Zusammenfassung
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Eine
Flüssigkeitskompensationsvorrichtung ist
konfiguriert zum Liefern einer Ersatzflüssigkeit zu einem flüssigkeitsbasierten
Kühlkreislauf,
während gelöstes Gas
oder Gas in Blasen aus dem Kühlkreislauf
entfernt wird. Das Entfernen oder Reduzieren des Gases aus dem Kühlkreislauf
verringert oder verhindert einen Pumpendampfverschluss. Das entfernte
Gas wird in der Flüssigkeitskompensationsvorrichtung
zurückgehalten.
Die Flüssigkeitskompensationsvorrichtung
ist ausgebildet zum Hindern des eingefangenen Gases an einer Rückführung in
den flüssigkeitsbasierten
Kühlkreislauf
unabhängig
von der Ausrichtung der Flüssigkeitskompensationsvorrichtung.
Zusätzlich
ist die Flüssigkeitskompensationsvorrichtung
zum Entfernen von Gas aus und zum Zuführen von Flüssigkeit zu dem Kühlkreislauf
mit begrenztem oder keinem Druckabfall zwischen dem Einlass und
dem Auslass der Fluidkompensationsvorrichtung ausgebildet. Infolgedessen
benötigt
die Pumpe keine zusätzliche
Leistung zum Kompensieren einer derartigen Druckdifferenz.