DE112021006439T5

DE112021006439T5 - Umhüllter Pulverpatch

Info

Publication number: DE112021006439T5
Application number: DE112021006439.8T
Authority: DE
Inventors: S. Kang Sukhvinder
Original assignee: Aavid Thermalloy LLC
Current assignee: Aavid Thermalloy LLC
Priority date: 2020-12-14
Filing date: 2021-12-10
Publication date: 2023-10-19
Also published as: US20220187023A1; WO2022132581A1; CN116745907A

Abstract

Ein Kühlkörper zur Verwendung in einem Tauchkühlsystem, der eine gesinterte Pulverstruktur umfasst, die in einer porösen Umhüllung aufgenommen ist. Die poröse Umhüllung hat Öffnungen, z.B. durch ein Netz gebildet, mit einer Größe, die hilft, gesinterte Pulverpartikel zu enthalten, die sich während des Betriebs des Kühlkörpers lösen können.

Description

Verwandte Anmeldung
Diese Anmeldung beansprucht gemäß 35 U. S.C. § 119(e) die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 63/125076 mit dem Titel „SHROUDED POWDER PATCH“, die am 14. Dezember 2020 eingereicht wurde und durch Bezugnahme hierin in vollem Umfang aufgenommen ist.
Gebiet der Erfindung
Ein Kühlkörper zur Verwendung in Tauchkühlsystemen, z.B. zur Kühlung von Elektronik unter Verwendung eines Kühlflüssigkeitsbades.
Hintergrund
Mit der Entwicklung der elektronischen Technologie sind die Anforderungen an die Wärmeableitung für Computerverarbeitungsgeräte, z.B. integrierte Schaltungen oder Chips, gestiegen, so dass immer leistungsfähigere Wärmeübertragungsvorrichtungen zur Ableitung der von diesen Vorrichtungen erzeugten Wärme erforderlich sind. Eine Technik zur Kühlung elektronischer Vorrichtungen besteht darin, die Vorrichtungen und/oder einen mit den Vorrichtungen thermisch verbundenen Kühlkörper in eine dielektrische Kühlflüssigkeit einzutauchen. Die Wärme wird von den Vorrichtungen abgeleitet, indem die Kühlflüssigkeit, die mit den Vorrichtungen und/oder dem Kühlkörper in Kontakt ist, zum Sieden gebracht oder anderweitig erhitzt wird. Der Dampf und/oder die erhitzte Flüssigkeit wird anschließend abgekühlt, um in eine dichtere flüssige Form zurückzukehren, und der Kühlzyklus wird fortgesetzt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In einigen Ausführungsformen umfasst ein Tauchkühlsystem einen Tank, der eingerichtet ist, eine Kühlflüssigkeit aufzunehmen, eine wärmeerzeugende Vorrichtung (wie eine integrierte Schaltung oder eine andere elektronische Vorrichtung), die in dem Tank angeordnet ist und konfiguriert ist, Wärme zu erzeugen, und einen Kühlkörper, der thermisch mit der wärmeerzeugenden Vorrichtung gekoppelt ist. In einigen Fällen umfasst die wärmeerzeugende Vorrichtung einen elektronischen Schaltkreis, der zusammen mit dem Kühlkörper in Kontakt mit der Kühlflüssigkeit ist. Der Kühlkörper, der in einem Tauchkühlsystem oder in anderen Anwendungen eingesetzt werden kann, kann eine Basis, die zur Aufnahme von Wärme von der wärmeerzeugenden Vorrichtung mit der wärmeerzeugenden Vorrichtung gekoppelt ist, und ein gesintertes Pulver umfassen, das thermisch mit der Basis gekoppelt ist und konfiguriert ist, Wärme von der Basis aufzunehmen und die Wärme an die Kühlflüssigkeit zu übertragen. Das gesinterte Pulver kann gesinterte Partikel umfassen, die miteinander verbunden sind, um eine zusammenhängende Struktur zu bilden, die Zwischenräume zwischen den Partikeln aufweist, um in der zusammenhängenden Struktur Fluiddurchgänge zu bilden. Durch die Zwischenräume und Durchgänge kann Kühlflüssigkeit in die Flüssigkeitsdurchgänge fließen und Dampfblasen, die durch Wärmeübertragung von dem gesinterten Pulver an die Kühlflüssigkeit entstehen, können aus den Durchgängen herausfließen. Durch die Übertragung von Wärme an die Kühlflüssigkeit auf diese Weise kann das gesinterte Pulver die Basis und damit die wärmeerzeugende Vorrichtung kühlen. Die gesinterten Partikel können aus Metallpulver mit einer Größe von 10 bis 200 Mikrometern gebildet sein, und die gesinterten Partikel können eine Größe aufweisen, die größer ist als das Metallpulver, das zur Bildung der gesinterten Partikel verwendet wird. Beispielsweise kann Metallpulver mit einer Größe von 10 bis 50 Mikrometern verwendet werden, um gesinterte Partikel zu bilden, die eine Größe von etwa 20 bis 200 Mikrometern haben und die zusammenhängende Struktur und die Durchgänge des gesinterten Pulvers bilden. Es kann auch eine poröse Umhüllung vorgesehen sein, die an der Basis befestigt ist und konfiguriert ist, das gesinterte Pulver zu umhüllen. Die poröse Umhüllung kann Öffnungen umfassen, die eine Größe aufweisen, dass Kühlflüssigkeit und Dampfblasen in der Kühlflüssigkeit durch die poröse Umhüllung hindurchtreten können und einzelne gesinterte Pulverpartikel, die sich von der zusammenhängenden Struktur gelöst haben, am Durchtritt durch die poröse Umhüllung gehindert werden. Die poröse Umhüllung kann beispielsweise aus einem Drahtnetz ausgebildet sein, dessen Maschenweite kleiner ist als die Mehrheit, als die meisten oder als alle gesinterten Pulverpartikel, welche die zusammenhängende Struktur bilden. Wenn also ein oder mehrere gesinterte Partikel aus der zusammenhängenden Struktur herausgelöst werden, z.B. durch schnelle Dampfblasenbildung und/oder schnelle thermische Ausdehnung/Kontraktion, können die gesinterten Partikel in der porösen Umhüllung eingeschlossen werden. Dies kann dazu beitragen, dass verhindert wird, dass die herausgelösten gesinterte Partikel mit elektrischen Leiterbahnen, Kabeln oder anderen Komponenten in der Kühlflüssigkeit in Kontakt kommen, was Signalstörungen und/oder Schäden verursachen kann.
In einigen Ausführungsformen hat die Basis erste und zweite Seiten, wobei die erste Seite der Basis thermisch mit der wärmeerzeugenden Vorrichtung und die zweite Seite der Basis mit dem gesinterten Pulver gekoppelt ist. In einigen Fällen ist das gesinterte Pulver so mit der Basis verbunden, dass das gesinterte Pulver und die Basis fest miteinander verbunden sind und die Basis ist konfiguriert, das gesinterte Pulver zu tragen. Zum Beispiel kann die Basis eine Vielzahl von Rippen oder eine andere Struktur umfassen, und das gesinterte Pulver kann angeordnet sein, über der Vielzahl von Rippen oder der anderen Struktur eine Beschichtung mit einer bestimmten Dicke zu bilden. Alternativ kann das gesinterte Pulver über eine flache, ebene Oberfläche der Basis angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen ist die poröse Umhüllung an der zweiten Seite der Basis angebracht. Die poröse Umhüllung kann beispielsweise einen Hohlraum bilden, in dem zumindest ein Teil des gesinterten Pulvers aufgenommen ist. Ein Rand oder Flansch, der eine Öffnung zu dem Hohlraum definiert, kann an der Basis befestigt sein. Beispielsweise kann der Rand in einer Nut aufgenommen sein, die in einer sich um das gesinterte Pulver herum erstreckenden Oberfläche der Basis ausgebildet ist. Die poröse Umhüllung kann ohne Kontakt mit dem gesinterten Pulver angeordnet sein oder das gesinterte Pulver an einer oder mehreren Stellen kontaktieren.
Diese und andere Aspekte der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den Ansprüchen ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Aspekte der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Zeichnungen beschrieben, in denen Ziffern gleiche Elemente bezeichnen, und in denen:

1 eine schematische Ansicht eines Tauchkühlsystems in einer beispielhaften Ausführungsform ist;
2 eine perspektivische Explosionsansicht eines Kühlkörpers umfassend ein gesintertes Pulver und eine poröse Umhüllung in einer beispielhaften Ausführungsform zeigt; und
3 eine Seitenansicht eines Kühlkörpers in einer anderen beispielhaften Ausführungsform ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Aspekte der Erfindung sind in deren Anwendung nicht auf die Konstruktionsdetails und die Anordnung der Komponenten beschränkt, die in der nachfolgenden Beschreibung ausgeführt oder in den Zeichnungen dargestellt sind. Es können auch andere Ausführungsformen verwendet werden, und Aspekte der Erfindung können auf verschiedene Weise ausgeführt werden. Auch können Aspekte und/oder verschiedene Merkmale von Ausführungsformen allein oder in jeder geeigneten Kombination miteinander verwendet werden. Daher dienen die hierin verwendeten Ausdrücke und Begriffe nur der Beschreibung und sind nicht als beschränkend zu betrachten.
Kühlkörper sind von entscheidender Bedeutung für die Kühlung kritischer elektronischer Komponenten wie CPUs, GPUs, FPGAs und anderer ASICs in modernen elektronischen Geräten. Die Kühlkörper sind an den elektronischen Bauteilen angebracht und ermöglichen die Übertragung der Wärme von den Bauteilen auf strömende Flüssigkeiten, die mit den Kühlkörpern in Kontakt kommen. Der Flüssigkeitsstrom kann durch natürliche Bewegung aufgrund der Schwerkraft bei Dichteunterschieden in der Flüssigkeit oder durch Zwangsmittel wie Lüfter und Pumpen erreicht werden. Mit zunehmender Leistung und Wärmedichte von Elektronikkomponenten und -systemen wurden immer ausgefeiltere Kühlkörper entwickelt, um die Wärme abzuführen und übermäßige Temperaturen der Komponenten zu vermeiden. Die Zweiphasen-Tauchkühlung ist eine neuere Technologie, bei der das elektronische System vollständig in ein Becken mit dielektrischer Kühlflüssigkeit eingetaucht wird, die nahe deren Siedepunkt gehalten wird und bei Erwärmung verdampft. Kühlkörper für die Tauchkühlung verfügen über eine Grundplatte, die an dem Bauteil befestigt ist, um die Wärme von einer wärmeerzeugenden Vorrichtung (z.B. einem integrierten Schaltkreis) aufzunehmen, und über eine Oberflächenbeschichtung mit erhöhtem Siedepunkt, um die Wärme durch effizientes Sieden der dielektrischen Flüssigkeit zu übertragen. Die verdampfte Flüssigkeit steigt zur Oberfläche des Flüssigkeitspools auf, kondensiert auf einer kalten Wärmeaustauschfläche und tropft als Flüssigkeit zurück in den Pool.
Das Sintern von Kupfer- oder anderem Metallpulver in eine Kupfer- oder andere Metallplatte ist eine kostengünstige Methode zur Herstellung einer hochleistungsfähigen Siedebeschichtung für Kühlkörper zur Zweiphasen-Tauchkühlung. Diese Art der Oberflächenbeschichtung hat die höchste Siedeleistung für viele dielektrische Flüssigkeiten gezeigt, die für die Zweiphasen-Tauchkühlung von Elektronik geeignet sind. Das Verfahren zum Sintern von Kupfer- oder anderen Metallpulvern ähnelt dem, das zur Herstellung von Dochten in Wärmerohren und Dampfkammern verwendet wird. Das Anhaften des Kupferpulvers an einer Kupferplatte ist ein Balanceakt zwischen a) der Notwendigkeit einer minimalen Bindung zwischen den Partikeln, damit die Poren zwischen den gesinterten Metallpartikeln offen bleiben und die Flüssigkeit leicht in die Siedepunkte ein- und austreten kann, und b) einer starken Bindung, die mit einer stärkeren Schrumpfung und einem Verschließen der Poren einhergeht, um die Struktur stark und robust zu machen. Es ist unvermeidlich, dass einige der Pulverpartikel nur eine schwache Bindung zu deren Nachbarn aufweisen. Wenn die Flüssigkeit in den Poren stark siedet, werden die Partikel aufgrund der Trägheit der Flüssigkeit und der Druckschwankungen, die durch die Entstehung, das Wachstum und den Austritt von Dampfblasen in der porösen Beschichtung entstehen, erheblichen mechanischen Kräften ausgesetzt. Diese schwankenden Spannungen führen mit der Zeit dazu, dass sich die schwach gebundenen Partikel von der porösen Beschichtung lösen und in die Kühlflüssigkeit im Pool schwimmen. Diese Metallpartikel können auf freiliegenden Leiterbahnen oder Anschlüssen landen und Signalfehler oder sogar Schäden und Ausfälle der Elektronik verursachen. Die hierin beschriebenen Aspekte tragen dazu bei, das Risiko des Ablösens von Kupferpartikeln von Sintermetallpulver-Siedeflächen bei der Tauchkühlung zu beseitigen, indem die Sintermetallstruktur in eine poröse Umhüllung eingeschlossen wird, die den Durchfluss der Kühlflüssigkeit durch die Umhüllung ermöglicht, aber den Durchgang loser Metallpartikel verhindert. Das Ergebnis ist eine Anordnung, die mechanisch robust, risikoarm und kostengünstig ist und hochleistungsfähige Siedeflächen bereitstellt, während das Risiko einer Beschädigung oder eines fehlerhaften Betriebs elektronischer Schaltkreise durch Metallpartikel, die von der gesinterten Pulverstruktur freigesetzt werden können, minimiert wird.
1 zeigt ein Zweiphasen-Flüssigkeitstauchkühlsystem 100 in einer beispielhaften Ausführungsform. Obwohl Ausführungsformen eines Kühlkörpers in Verbindung mit einem Zweiphasen-Tauchkühlsystem beschrieben werden, ist die Verwendung mit solchen Systemen nicht erforderlich, z.B. kann ein Kühlkörper mit den hierin beschriebenen Merkmalen mit einem Einphasen-Tauchkühlsystem oder anderen Anordnungen verwendet werden. In 1 umfasst das System 100 einen Tank 10, der konfiguriert ist, eine Kühlflüssigkeit 11 aufzunehmen, z.B. eine dielektrische Flüssigkeit, die eine geeignete Siedetemperatur und einen geeigneten Druck aufweist, um eine wirksame Kühlung von wärmeerzeugenden Vorrichtungen 2, z.B. integrierten Schaltkreisen und anderen elektronischen Geräten, zu ermöglichen, die in die Kühlflüssigkeit 11 eingetaucht sind. Die wärmeerzeugenden Vorrichtungen 2 können auf einer Leiterplatte oder einem anderen Träger 1 getragen sein, der andere elektronische Komponenten wie Metallspuren oder Drähte umfassen kann, die für die elektrische Kommunikation zwischen den wärmeerzeugenden Vorrichtungen 2 und anderen Komponenten verwendet werden, z.B. für elektrische Energie, Datenkommunikation, Sensorik, Steuersignale usw. In dieser Ausführungsform sind die wärmeerzeugenden Vorrichtungen 2 und/oder andere elektrische Komponenten auf einer Leiterplatte oder einem anderen Träger 1 in die Kühlflüssigkeit eingetaucht und stehen mit dieser in Kontakt, aber auch andere Anordnungen sind möglich. In einigen Ausführungsformen können die wärmeerzeugenden Vorrichtungen 2 und andere elektrische Komponenten isoliert oder anderweitig vor dem direkten Kontakt mit der Kühlflüssigkeit geschützt sein, z.B. können die Komponenten in einem flüssigkeitsdichten Gehäuse in der Kühlflüssigkeit 11 aufgenommen sein. In einigen Ausführungsformen kann die Wärme im Tank 10 durch einen Wärmetauscher 12 und das zugehörige Wärmeübertragungssystem 13 abgeführt werden. Das Wärmeübertragungssystem 13 kann in jeder geeigneten Weise angeordnet sein, z.B. mit einer Pumpe 14, um ein Wärmeübertragungsfluid zwischen dem Wärmetauscher 12 im Tank und einem Wärmetauscher 15 außerhalb des Tanks zirkulieren zu lassen, um Wärme aus dem Tank 10 an die Umgebung (z.B. Luft, Wasser und/oder Erde außerhalb des Tanks 10) zu übertragen, und einer Steuerung 16, um den Betrieb der Pumpe 14 und anderer Komponenten des Wärmeübertragungssystems 13 zu steuern. Das Wärmeübertragungssystem 13 kann dazu dienen, Dampf im Tank 10 zu kühlen, so dass der Dampf zu Flüssigkeit kondensiert und in die Kühlflüssigkeit 11 zurückfällt.
Ein Kühlkörper 6 ist thermisch mit der wärmeerzeugenden Vorrichtung 2 gekoppelt, um Wärme von der wärmeerzeugenden Vorrichtung 2 aufzunehmen und die Wärme an die Kühlflüssigkeit 11 zu übertragen. Die Kopplung des Kühlkörpers 6 mit der wärmeerzeugenden Vorrichtung 2 kann auf jede geeignete Weise erfolgen, z.B. durch physischen Kontakt einer Oberfläche des Kühlkörpers 6 mit der wärmeerzeugenden Vorrichtung 2, durch Vorsehen eines Wärmeleitfetts oder einer anderen Komponente zwischen dem Kühlkörper 6 und der wärmeerzeugenden Vorrichtung 2, um Wärme zwischen den beiden zu übertragen, und auf andere Weise. In einigen Ausführungsformen umfasst der Kühlkörper 6 eine Basis 3, z.B. eine Metallplatte, die an der wärmeerzeugenden Vorrichtung 2 angebracht ist oder anderweitig in physischem Kontakt mit dieser steht, so dass Wärme durch Leitung von der wärmeerzeugenden Vorrichtung 2 an die Basis 3 übertragen werden kann. Der Kühlkörper 6 umfasst auch ein gesintertes Pulver 4, das thermisch mit der Basis 3 gekoppelt ist und konfiguriert ist, Wärme von der Basis 3 aufzunehmen und an die Kühlflüssigkeit 11 abzugeben. Beispielsweise kann das gesinterte Pulver 4 eine Beschichtung über Teile der Basis 3 bilden, so dass Wärme durch Leitung von der Basis 3 an das gesinterte Pulver 4 übertragen werden kann. Das gesinterte Pulver 4 kann gesintert oder auf andere Weise direkt an der Basis 3 zusammengefügt sein, oder das gesinterte Pulver 4 kann gesintert oder auf andere Weise zusammengefügt sein, um eine Struktur zu bilden, die später an der Basis 3 angebracht wird. In einigen Fällen ist das gesinterte Pulver 4 als Beschichtung an der Basis 3 angeordnet, und die Beschichtung kann mit jeder geeigneten Dicke, Form oder anderen strukturellen Merkmalen angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen ist das gesinterte Pulver 4 mit der Basis 3 so verbunden, dass das gesinterte Pulver 4 und die Basis 3 fest miteinander verbunden sind und die Basis 3 so gestaltet ist, dass diese das gesinterte Pulver 4 mechanisch stützt, z.B. so, dass der Kühlkörper 6 in Bezug auf die Schwerkraft beliebig ausgerichtet werden kann und das gesinterte Pulver 4 an der Basis 3 gestützt bleibt. In einigen Ausführungsformen umfasst das gesinterte Pulver 4 Partikel, die miteinander verbunden sind, um eine zusammenhängende Struktur zu bilden, die Zwischenräume zwischen den Partikeln aufweist, um Fluidkanäle in der zusammenhängenden Struktur zu bilden. Die Durchgänge können so angeordnet sein, dass Kühlflüssigkeit in die Flüssigkeitsdurchgänge fließen kann und Dampfblasen, die durch Wärmeübertragung vom gesinterten Pulver an die Kühlflüssigkeit entstehen, aus den Durchgängen herausfließen können. Konzeptionell kann das gesinterte Pulver 4 wie ein Schwamm angeordnet sein, so dass die Kühlflüssigkeit in die Innenräume der zusammenhängenden Struktur fließen kann. Wenn Wärme vom gesinterte Pulver 4 an die Kühlflüssigkeit in den Kanälen übertragen wird, kann die Kühlflüssigkeit 11 verdampfen und Blasen bilden. Diese Blasen können aus der Struktur des gesinterten Pulvers 4 herausfließen, z.B. durch die Schwerkraft, wodurch zusätzliche Kühlflüssigkeit 11 in den Bereich fließt, der durch die entweichenden Blasen frei geworden ist.
Wie oben beschrieben, kann die Wärmeübertragung vom gesinterte Pulver 4 an die Kühlflüssigkeit 11 dazu führen, dass relativ lose gebundene Partikel aus der zusammenhängenden Struktur des gesinterten Pulvers 4 herausgelöst werden. Das heißt, bei der Herstellung der Struktur des gesinterten Pulvers 4 wird Kupfer-, Aluminium- oder anderes Metallpulver gesintert, gelötet oder anderweitig verbunden, um größere gesinterte Partikel zu bilden, die so miteinander verbunden sind, dass zwischen den Partikeln Durchgänge entstehen. Diese Anordnung kann dazu führen, dass einige gesinterte Partikel lockerer an die zusammenhängende Struktur gebunden sind als andere, und es sind diese relativ größeren gesinterten Partikel, die sich aus der gesinterten Pulverstruktur lösen können. Zum Beispiel kann die Erwärmung der Kühlflüssigkeit mechanische Spannungen verursachen, z.B. durch schnelles Wachstum und Bewegung von Dampfblasen während des Siedens der Kühlflüssigkeit 11. Dadurch können sich einige gesinterte Partikel der gesinterten Pulverstruktur 4 lösen, und die gelösten Partikel können mit elektrischen Bauteilen in Kontakt kommen, z.B. mit Metallspuren oder anderen Verdrahtungen, die mit einer wärmeerzeugende Vorrichtung 2 verbunden sind. Dieser Kontakt kann zu Signalisierungs- oder anderen Betriebsproblemen mit den elektrischen Komponenten führen.
Um solche Probleme zu vermeiden, kann ein Kühlkörper 6 mit einer porösen Umhüllung 5 versehen sein, die an der Basis 3 befestigt ist und konfiguriert ist, das gesinterte Pulver 4 zu umhüllen. Die poröse Umhüllung 5 kann Öffnungen aufweisen, die so groß sind, dass die Kühlflüssigkeit 11 und die Dampfblasen in der Kühlflüssigkeit 11 durch die poröse Umhüllung 5 hindurchtreten können und dennoch verhindern, dass einzelne Partikel des gesinterten Pulvers 4, die sich von der zusammenhängenden Struktur gelöst haben, durch die poröse Umhüllung 5 hindurchtreten. Wenn sich also Partikel aus der gesinterten Pulverstruktur lösen, können die losen Partikel in der porösen Umhüllung 5 zurückgehalten und daran gehindert werden, mit elektrischen Leitungen oder anderen Komponenten in der Kühlflüssigkeit 11 in Kontakt zu kommen. In einigen Ausführungsformen umfasst die poröse Umhüllung 5 ein Netz oder auch Drahtgeflecht, z.B. eines aus Metall, das in einigen Fällen die Wärmeübertragung zwischen der Basis 3 und der Kühlflüssigkeit 11 unterstützen kann. Das Drahtgeflecht kann Maschenöffnungen aufweisen, die so bemessen sind, dass diese gesinterte Pulverpartikel innerhalb des Gehäuses 5 aufnehmen. In einigen Fällen umfasst das gesinterte Pulver beispielsweise gesintertes Metallpulver mit einer Größe von 10-200 Mikrometern vor dem Sintern. Nach dem Sintern eines solchen Pulvers auf die Basis 3 oder auf andere Weise, um eine gesinterte Pulverstruktur zu bilden, können die lockerer gebundenen gesinterten Partikel größer sein als die kleinste Pulvergröße, z.B. größer als 70 Mikrometer. Die poröse Umhüllung 5, z.B. ein Drahtgeflecht, kann Öffnungen mit einer Größe aufweisen, die bei oder unter der Größe der locker gebundenen gesinterten Partikel des gesinterten Pulvers 4 liegt, z.B. das Drahtgeflecht #230 mit Öffnungen von 63 Mikrometer. In einigen Ausführungsformen kann das Metallpulver, das zur Bildung von gesinterten Pulverpartikeln verwendet wird, eine Größe haben, die kleiner ist als die Größe der Öffnungen der porösen Umhüllung 5, und die gesinterten Pulverpartikel können eine Größe haben, die größer ist als die Größe der Öffnungen der porösen Umhüllung 5. In einigen Ausführungsformen muss die poröse Umhüllung 5 nicht elektrisch und/oder thermisch leitend sein, sondern kann auch elektrisch und/oder thermisch isolierend sein, z.B. aus einem Kunststoffmaterial bestehen.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Kühlkörpers 6 in einer beispielhaften Ausführungsform, die z.B. im System 100 von 1 verwendet werden könnte. In der Ausführungsform in 2 umfasst die Basis 3 eine Platte, z.B. aus Kupfer, Aluminium oder einem anderen geeigneten Material, die eine erste und eine zweite Seite aufweist. Eine erste Seite, z.B. die Unterseite in 2, kann konfiguriert sein, mit einer wärmeerzeugenden Vorrichtung 2 zusammenzupassen, um Wärme aufzunehmen. In einigen Fällen kann die erste Seite flach und eben sein, um eine ebene Oberfläche der wärmeerzeugenden Vorrichtung 2 zu kontaktieren, während in anderen Ausführungsformen die erste Seite auf andere Weise geformt sein kann, z.B. so, dass diese sich an eine Oberfläche einer wärmeerzeugenden Vorrichtung 2 anpasst oder auf andere Weise geeignet ist, mit dieser zusammenzuwirken. Die Basis 3 kann Löcher, Befestigungselemente oder andere Strukturen aufweisen, um die Basis 3 an einer wärmeerzeugenden Vorrichtung 2 zu befestigen. Eine zweite Seite der Basis 3, z.B. die Oberseite in 2, kann thermisch und mechanisch mit dem gesinterten Pulver 4 gekoppelt sein, so dass die von der wärmeerzeugenden Vorrichtung 2 aufgenommene Wärme an das gesinterte Pulver 4 übertragen werden kann. In einigen Ausführungsformen und wie in 2 gezeigt, kann die Basis 3 eine Vielzahl von Rippen, Stiften oder anderen Strukturen 31 aufweisen, um eine Oberfläche der Basis zu vergrößern, die zur Übertragung von Wärme an das gesinterte Pulver 4 verwendet wird. Das gesinterte Pulver 4 kann als eine Art Beschichtung oder Abdeckung mit einer bestimmten Dicke über den Rippen 31 oder einem anderen Teil der Basis 3 angeordnet sein. Die Beschichtungsdicke kann zum Beispiel 100 bis 1000 Mikrometer betragen. In einigen Ausführungsformen kann sich das gesinterte Pulver 4 der Form der Rippen 31 oder einer anderen Struktur an einer Innenseite der Struktur des gesinterten Pulvers 4 anpassen und eine ähnliche Form an einer Außenseite der Struktur des gesinterten Pulvers 4 aufweisen, z.B. eine Rippenform, wie in 2 gezeigt. In einigen Ausführungsformen kann die Form der Außenseite der Struktur des gesinterten Pulvers 4 eine Rippenform haben, um den Flüssigkeitsstrom unter der Wirkung der Schwerkraft effizienter über und durch den Kühlkörper zu leiten. In einigen Ausführungsformen kann das gesinterte Pulver 4 an einer Innenseite der Form der Basis 3 entsprechen und an einer Außenseite eine andere Form aufweisen, z.B. könnte das gesinterte Pulver 4 in 2 so angeordnet sein, dass es eine rechteckige Kastenform hat, anstatt eine Vielzahl paralleler Rippen zu bilden. Die poröse Umhüllung 5 wird an der zweiten Seite der Basis 3 über die Struktur des gesinterten Pulvers 4 angebracht, so dass das gesinterte Pulver 4 eingeschlossen ist. In einigen Ausführungsformen definiert die poröse Umhüllung 5 einen Hohlraum, in dem zumindest ein Teil des gesinterten Pulvers 4 aufgenommen ist. Die poröse Umhüllung 5 kann beispielsweise die Form eines hohlen rechteckigen Kastens mit einer offenen Unterseite haben. Die poröse Umhüllung 5 kann so über das gesinterte Pulver 4 angeordnet sein, dass ein unterer Rand 51 der porösen Umhüllung 5, der eine Öffnung zum Hohlraum bildet, die Basis 3 kontaktiert. Der Rand 51 der porösen Umhüllung 5 kann an der Basis 3 befestigt sein, z.B. durch Schweißen, Kleben, Presspassung, Heißkleben, Befestigungsmittel usw. In einigen Ausführungsformen ist der Rand 51 in einer Nut 32 aufgenommen, die in einer Oberfläche der Basis 3 ausgebildet ist. Die Nut 32 kann sich beispielsweise um das gesinterte Pulver 4 herum erstrecken und den Rand 51 der porösen Umhüllung 5 aufnehmen, so dass die poröse Umhüllung 5 an der Basis 3 befestigt ist und alle gesinterten Pulverpartikel, die größer als die Öffnungen der porösen Umhüllung 5 sind, in der porösen Umhüllung enthalten sind.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die poröse Umhüllung 5 anstelle eines Randes einen Flansch 52 umfasst, der eine Öffnung zu einem Hohlraum definiert, in dem das gesinterte Pulver 4 aufgenommen ist. Der Flansch 52 kann die Basis 3 kontaktieren und an dieser befestigt sein, z.B. durch Klebstoff, Befestigungsmittel, Heißkleben usw. Wenn die poröse Umhüllung 5 dazu dient, die Wärmeübertragung an die Kühlflüssigkeit 11 zu unterstützen und Partikel des gesinterten Pulvers 4 aufzunehmen, kann eine vergrößerte Kontaktfläche zwischen der Basis 3 und der porösen Umhüllung 5 zur Verbesserung der Wärmeübertragung beitragen. Eine Flanschanordnung 52 wie in 3 oder ähnliche Konfigurationen können dazu beitragen, die Kontaktfläche zu vergrößern. In einigen Ausführungsformen ist die poröse Umhüllung 5 ganz oder teilweise ohne Kontakt mit dem gesinterten Pulver 4, z.B. ist ein Spalt oder Raum zwischen dem gesinterten Pulver 4 und der porösen Umhüllung 5 vorhanden, wie in 3 zu sehen ist. Dieser Spalt oder Raum kann in einigen Fällen zu einer besseren konvektiven oder sonstigen Strömung um das gesinterte Pulver 4 herum beitragen. In anderen Ausführungsformen kann die poröse Umhüllung 5 zumindest über einige Abschnitte des gesinterten Pulvers 4 mit dem gesinterten Pulver in Kontakt sein. Dies kann dazu beitragen, dass sich die Partikel des gesinterten Pulvers 4 in einigen Fällen nicht verschieben und/oder die Wärmeübertragung zwischen dem gesinterten Pulver 4 und der porösen Umhüllung 5 unterstützen. In einigen Ausführungsformen kann die poröse Umhüllung 5 das gesinterte Pulver 4 an der Basis 3 befestigen. Das heißt, das gesinterte Pulver 4 kann zu einer zusammenhängenden Struktur geformt sein, die von der Basis 3 getrennt ist und an der Basis 3 befestigt ist, indem die poröse Umhüllung 5 über das gesinterte Pulver 4 und an der Basis 3 befestigt ist.
Die unbestimmten Artikel „ein“ und „eine“, wie diese hierin in der Beschreibung und in den Ansprüchen verwendet werden, sind, sofern nicht eindeutig das Gegenteil angegeben ist, so zu verstehen, dass sie „mindestens ein“ bedeuten.
Der Ausdruck „und/oder“, wie dieser hierin in der Beschreibung und in den Ansprüchen verwendet wird, ist so zu verstehen, dass dieser „entweder eines oder beide“ der so verbundenen Elemente bedeutet, d.h. Elemente, die in einigen Fällen konjunktiv und in anderen Fällen disjunktiv vorhanden sind. Mehrere Elemente, die mit „und/oder“ aufgeführt sind, sollten auf die gleiche Weise ausgelegt werden, d.h. „ein oder mehrere“ der so verbundenen Elemente. Neben den durch die „und/oder“-Klausel ausdrücklich genannten Elemente können weitere Elemente vorhanden sein, unabhängig davon, ob diese mit den ausdrücklich genannten Elementen zusammenhängen oder nicht.
Die Verwendung von „umfassend“, „aufweisend“, „mit“, „enthaltend“, „einbeziehend“ und/oder Abwandlungen davon soll die nachfolgend aufgeführten Punkte und deren Äquivalente sowie zusätzliche Punkte umfassen.
Es sollte auch verstanden werden, dass, sofern nicht eindeutig das Gegenteil angegeben ist, in allen hierin beanspruchten Verfahren, die mehr als einen Schritt oder eine Handlung umfassen, die Reihenfolge der Schritte oder Handlungen des Verfahrens nicht notwendigerweise auf die Reihenfolge beschränkt ist, in der die Schritte oder Handlungen des Verfahrens aufgeführt sind.
Obwohl Aspekte der Erfindung unter Bezugnahme auf verschiedene beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurden, sind diese Aspekte nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. So ist es offensichtlich, dass viele Alternativen, Modifikationen und Variationen der beschriebenen Ausführungsformen für den Fachmann offensichtlich sind. Dementsprechend sind die hierin dargestellten Ausführungsformen als Beispiele zu verstehen und nicht als Beschränkungen. Verschiedene Änderungen können vorgenommen werden, ohne vom Geist der Aspekte der Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 63/125076 [0001]

Claims

Tauchkühlsystem, aufweisend: einen Tank, der eingerichtet ist, eine Kühlflüssigkeit aufzunehmen; eine wärmeerzeugende Vorrichtung, die in dem Tank angeordnet ist und konfiguriert ist, Wärme zu erzeugen; einen Kühlkörper, der thermisch mit der wärmeerzeugenden Vorrichtung gekoppelt ist und umfasst, eine Basis, die mit der wärmeerzeugenden Vorrichtung gekoppelt ist, um Wärme von der wärmeerzeugenden Vorrichtung aufzunehmen, ein gesintertes Pulver, das thermisch mit der Basis gekoppelt ist und konfiguriert ist, Wärme von der Basis aufzunehmen und die Wärme an die Kühlflüssigkeit zu übertragen, wobei das gesinterte Pulver gesinterte Partikel umfasst, die miteinander verbunden sind, um eine zusammenhängende Struktur zu bilden, die Zwischenräume zwischen Partikeln aufweist, um Fluiddurchgänge in der zusammenhängenden Struktur zu bilden, um zu ermöglichen, dass Kühlflüssigkeit in die Fluiddurchgänge fließt und dass Dampfblasen, die durch Übertragung von Wärme von dem gesinterten Pulver an die Kühlflüssigkeit erzeugt werden, aus den Durchgängen herausfließen, und eine poröse Umhüllung, die an der Basis befestigt und konfiguriert ist, das gesinterte Pulver zu umhüllen, wobei die poröse Umhüllung Öffnungen mit einer Größe umfasst, die es Kühlflüssigkeit und Dampfblasen in der Kühlflüssigkeit ermöglicht, durch die poröse Umhüllung zu treten, und den Durchtritt einzelner gesinterter Pulverpartikel, die sich von der zusammenhängenden Struktur gelöst haben, durch die poröse Umhüllung verhindert.
System nach Anspruch 1, wobei die Basis eine erste und eine zweite Seite aufweist, wobei die erste Seite der Basis thermisch mit der wärmeerzeugenden Vorrichtung gekoppelt ist und die zweite Seite der Basis mit dem gesinterten Pulver gekoppelt ist.
System nach Anspruch 2, wobei das gesinterte Pulver derart mit der Basis gekoppelt ist, dass das gesinterte Pulver und die Basis miteinander verbunden sind und die Basis konfiguriert ist, das gesinterte Pulver zu tragen.
System nach Anspruch 2, wobei die poröse Umhüllung an der zweiten Seite der Basis angebracht ist.
System nach Anspruch 1, wobei die poröse Umhüllung ein Netz umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei das gesinterte Pulver gesinterte Metallpulverpartikel mit einer Größe von 10 bis 200 Mikrometer umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei die wärmeerzeugende Vorrichtung einen elektronischen Schaltkreis umfasst, der mit Kühlflüssigkeit in Kontakt ist.
System nach Anspruch 1, wobei die Basis eine Vielzahl von Rippen umfasst und das gesinterte Pulver angeordnet ist, über die Vielzahl von Rippen eine eine Dicke aufweisende Beschichtung zu bilden.
System nach Anspruch 1, wobei die poröse Umhüllung einen Hohlraum definiert, in dem mindestens ein Teil des gesinterten Pulvers aufgenommen ist.
System nach Anspruch 9, wobei die poröse Umhüllung einen Rand umfasst, der eine Öffnung zu dem Hohlraum definiert, und der Rand an der Basis befestigt ist.
System nach Anspruch 10, wobei der Rand in einer in einer Oberfläche der Basis gebildeten Nut aufgenommen wird, wobei sich die Nut um das gesinterte Pulver herum erstreckt.
System nach Anspruch 9, wobei die poröse Umhüllung einen Flansch umfasst, der eine Öffnung zu dem Hohlraum definiert, und der Flansch an der Basis befestigt ist.
System nach Anspruch 1, wobei die poröse Umhüllung nicht in Kontakt mit dem gesinterten Pulver ist.
Kühlkörper zur Verwendung bei der Kühlung einer wärmeerzeugenden Vorrichtung in einem Tauchkühlsystem, aufweisend: eine Basis, die zur Kopplung mit der wärmeerzeugenden Vorrichtung konfiguriert ist, um Wärme von der wärmeerzeugenden Vorrichtung aufzunehmen; ein gesintertes Pulver, das thermisch mit der Basis gekoppelt ist und konfiguriert ist, Wärme von der Basis aufzunehmen und die Wärme an eine Kühlflüssigkeit in dem Tauchkühlsystem zu übertragen, wobei das gesinterte Pulver Partikel umfasst, die miteinander verbunden sind, um eine zusammenhängende Struktur zu bilden, die Zwischenräume zwischen Partikeln aufweist, um Fluiddurchgänge in der zusammenhängenden Struktur zu bilden, um zu ermöglichen, dass Kühlflüssigkeit in die Fluiddurchgänge fließt und dass Dampfblasen, die durch Übertragung von Wärme von dem gesinterten Pulver an die Kühlflüssigkeit erzeugt werden, aus den Durchgängen herausfließen; und eine poröse Umhüllung, die an der Basis befestigt und konfiguriert ist, das gesinterte Pulver zu umhüllen, wobei die poröse Umhüllung Öffnungen mit einer Größe umfasst, die es Kühlflüssigkeit und Dampfblasen in der Kühlflüssigkeit ermöglicht, durch die poröse Umhüllung zu treten, und den Durchtritt einzelner gesinterter Pulverpartikel, die sich von der zusammenhängenden Struktur gelöst haben, durch die poröse Umhüllung verhindert.
Kühlkörper nach Anspruch 14, wobei die Basis eine erste und eine zweite Seite aufweist, wobei die erste Seite der Basis konfiguriert ist, thermisch mit der wärmeerzeugenden Vorrichtung gekoppelt zu sein und die zweite Seite der Basis mit dem gesinterten Pulver gekoppelt ist.
Kühlkörper nach Anspruch 15, wobei das gesinterte Pulver derart mit der Basis gekoppelt ist, dass das gesinterte Pulver und die Basis miteinander verbunden sind und die Basis konfiguriert ist, das gesinterte Pulver zu tragen.
Kühlkörper nach Anspruch 15, wobei die poröse Umhüllung an der zweiten Seite der Basis angebracht ist.
Kühlkörper nach Anspruch 14, wobei die poröse Umhüllung ein Drahtnetz umfasst.
Kühlkörper nach Anspruch 14, wobei das gesinterte Pulver gesinterte Metallpulverpartikel mit einer Größe von 10 bis 200 Mikrometer aufweist.
Kühlkörper nach Anspruch 14, wobei die Basis eine Vielzahl von Rippen umfasst und das gesinterte Pulver angeordnet ist, über die Vielzahl von Rippen eine eine Dicke aufweisende Beschichtung zu bilden.
Kühlkörper nach Anspruch 14, wobei die poröse Umhüllung einen Hohlraum definiert, in dem mindestens ein Teil des gesinterten Pulvers aufgenommen ist.
Kühlkörper nach Anspruch 21, wobei die poröse Umhüllung einen Rand umfasst, der eine Öffnung zu dem Hohlraum definiert, und der Rand an der Basis befestigt ist.
Kühlkörper nach Anspruch 22, wobei der Rand in einer in einer Oberfläche der Basis gebildeten Nut aufgenommen ist, wobei sich die Nut um das gesinterte Pulver herum erstreckt.
Kühlkörper nach Anspruch 20, wobei die poröse Umhüllung einen Flansch umfasst, der eine Öffnung zu dem Hohlraum definiert, und der Flansch an der Basis befestigt ist.
Kühlkörper nach Anspruch 13, wobei die poröse Umhüllung nicht in Kontakt mit dem gesinterten Pulver ist.