DE19918582B4

DE19918582B4 - Elektronische Vorrichtung mit einem steuerbaren Wärmeübertragungssystem

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Publication number: DE19918582B4
Application number: DE1999118582
Authority: DE
Inventors: Andrew L. van Corvallis Brocklin; James F. Salem Bausch; John R. Albany Sterner
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1998-08-03
Filing date: 1999-04-23
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2019-04-24
Also published as: DE19918582A1

Abstract

Elektronische Vorrichtung (12), mit
einer Wärmeerzeugungskomponente (40);
einem Wärmeverteiler (30), der in der elektronischen Vorrichtung (12) durch die Wärmeerzeugungskomponente (40) erzeugte Wärme innerhalb der elektronischen Vorrichtung (12) verteilt und aus derselben ausgibt;
einem Wärmesenkenbereich (50), der Wärme frei in die Luft abgibt;
eine Wärmeröhre, die ein Wärmeübertragungsfluid enthält, wobei die Wärmeröhre einen ersten Abschnitt (170) und einen zweiten Abschnitt (180) aufweist, wobei der erste Abschnitt (170) mit dem Wärmeverteiler (30) gekoppelt ist, wobei der zweite Abschnitt (180) mit dem Wärmesenkenbereich (50) gekoppelt ist, und wobei die Wärmeerzeugungskomponente (40) an dem zweiten Abschnitt (180) der Wärmeröhre angeordnet ist;
einem Ventil (20), das in der Wärmeröhre zwischen dem ersten Abschnitt (170) und dem zweiten Abschnitt (180) der Wärmeröhre angeordnet ist, um einen Fluß des Wärmeübertragungsfluids zwischen dem ersten Abschnitt (170) und dem zweiten Abschnitt (180) der Wärmeröhre zu regeln;
einer Erfassungseinrichtung (120, 130, 140, 150,...

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Vorrichtung mit einem Wärmeübertragungssystem. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Wärmeübertragungssystem für eine Verwendung bei elektronischen Vorrichtungen mit unterschiedlichen Betriebsmodi, mit einem Ventil, das zwischen zwei Abschnitten eines Wärmerohrs angeordnet ist.
Der Trend bei dem Entwurf von elektronischen Vorrichtungen, wie z. B. Notebook-Computern oder Datenpersonalhilfsvorrichtungen, besteht darin, eine Packung so klein wie bezüglich des Betriebs möglich bereitzustellen, während zu der gleichen Zeit eine ausreichende Kühloperation und eine Leichtgewichtoperation vorgesehen ist. Zusätzlich erfordern es Marktkräfte, daß elektronische Vorrichtungen, wie z. B. Notebook-Computer, dieselbe Computerleistung wie ihre Tischgerät-Äquivalente liefern, um ihre Kosten zu rechtfertigen. Um diese schnellere Leistungsfähigkeit jedoch zu erreichen, erfordern integrierte Schaltungen (IC; IC = Integrated Circuit), insbesondere die Zentralverarbeitungseinheit (CPU; CPU = Central Processing Unit), die Graphiksteuerungseinrichtung und die Speichervorrichtungen jedoch alle mehr Leistung, die jedoch mehr Wärme in der Vorrichtung erzeugt. Die Kombination dieser zusätzlichen Wärme und einer kleineren Packung erzeugt eine zusätzliche Beanspruchung bezüglich der inneren Komponenten, wodurch bewirkt wird, daß die elektronischen Vorrichtungen aufhören zu funktionieren oder buchstäblich zu heiß werden, um gehandhabt zu werden.
Ein weiteres Problem speziell bei Notebooks besteht darin, daß Peripheriemodule, wie z. B. Disketten-, CD-ROM-, Zip- und DVD-Laufwerke und PC-Karten, nicht nur Platz verbrauchen, sondern daß dieselben mehr Wärme erzeugen. Ferner sind viele von diesen Peripheriemodulen auf Wärme empfindlich, die von den anderen Komponenten in der elektronischen Vorrichtung erzeugt wird, und können vorzeitig ausfallen zu arbeiten, falls diese temperaturempfindlichen Module zu heiß werden.
Mehrere unterschiedliche Techniken sind entwickelt worden, um die Überschußwärme zu bewältigen, die in einer elektronischen Vorrichtung erzeugt wird. Durch Verlangsamen des CPU-Takts nimmt die Wärme, die durch die CPU erzeugt wird, ab; der Wunsch des Benutzers nach einer Tischgerätleistungsfähigkeit kann jedoch nicht erfüllt werden. Durch Erzeugen einer Ankopplungsstation, um die verschiedenen Peripherieeinrichtungen zu halten, die nicht verwendet werden, wenn die elektronische Vorrichtung unterwegs ist, wird in der elektronischen Vorrichtung mehr Platz für zusätzliche Wärmeübertragungsstrukturen verfügbar. Die elektronische Vorrichtung in einer Ankopplungsumgebung bewirkt jedoch üblicherweise, daß die Benutzer ihre Erwartungen bezüglich der Verwendung ändern, derart, daß der Benutzer eine vollständige Leistungsfähigkeit mit einem externen Monitor und einer Tastatur sowie Zugang zu einem Netzwerk, wie z. B. dem Internet, haben will. Bei dieser Situation ist die Abdeckung oder die Klappe der elektronischen Vorrichtungen üblicherweise geschlossen oder die elektronische Vorrichtung wird durch die Ankopplungsstation umschlossen, wobei sich bei beiden Fällen die Wärmeübertragungseigenschaften der elektronischen Vorrichtung ändern. Was für zukünftige elektronische Vorrichtungen erforderlich ist, ist ein optimaler Weg, um dieselben zu kühlen, in welchem Betriebsmodus auch immer der Benutzer entscheidet, die Vorrichtung zu verwenden.

Die US-A-4,729,424 betrifft ein Kühlsystem, um eine Temperatur innerhalb eines elektronischen Geräts auf einem vorbestimmten Wert zu halten. Eine Kühlflüssigkeit, wie z.B. Wasser, wird durch das elektronische Gerät gepumpt, so dass in dem elektronischen Gerät erzeugte Wärme aufgenommen wird. Über eine Mehrzahl von Wärmetauschern wird die Kühlflüssigkeit wieder abgekühlt, wobei abhängig von der Temperatur des aus dem elektronischen Gerät abfließenden Wassers die Anzahl der erforderlichen Wärmetauscher bestimmt wird.

Die US-A-5,764,483 beschreibt eine Kühleinheit für ein elektronisches Gerät, bei der Wärme, die durch eine Wärmeerzeugungskomponente erzeugt wird, effektiv zu einer Wand eines Metallkastens transportiert wird, der als Wärmeabstrahleinheit dient, um die wärmeerzeugenden Komponenten auch innerhalb der Vorrichtung zu kühlen.

Die US-A-5,353,358 beschreibt eine Anordnung, um elektronische Komponenten innerhalb eines Systems zu kühlen. Das System umfasst verschiedene Schaltungsplatinen, die mit einer rückwärtigen Schaltungsebene in dem System elektrisch verbunden ist, wobei ferner Wärmeröhren vorgesehen sind, die auf den Platinen angeordnet sind, um eine Verbindung zwischen den elektronischen Komponenten und dem Kühlsystem zu ermöglichen.

Die JP 63-161388 A beschreibt eine Wärmeröhre die ein Ventil aufweist, das zwischen einem wärmeempfangenden und einem wärmeabgebenden Bereich angeordnet ist.

Die US-A-5,203,399 beschreibt eine Kühlvorrichtung, bei der eine geschlossene Röhre vorgesehen ist, welche eine vorbestimmte Menge eines flüssigen Heizmediums aufweist. Die Röhre wird durch eine Schaltungsplatine geführt, um die dort erzeugte Wärme aufzunehmen, wobei die aufgenommene Wärme an eine Wärmeabstrahlvorrichtung vorbeigeleitet wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektronische Vorrichtung zu schaffen, die eine optimale Kühlung in unterschiedlichen Betriebsmodi ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine elektronische Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.

Eine elektronische Vorrichtung weist eine Wärmeröhre auf, die ein Wärmeübertragungsfluid enthält. Die Wärmeröhre weist einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt auf. Innerhalb der Wärmeröhre ist zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt der Wärmeröhre ein Ventil angeordnet. Das Ventil weist einen Betätiger auf, der verwendet wird, um den Fluß des Wärmeübertragungsfluids zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt der Wärmeröhre ansprechend auf einen geänderten Zustand zu regeln, der von einer Erfassungseinrichtung erfaßt wird.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigens

1 eine schematische Darstellung eines Wärmeübertragungssystems für eine elektronische Vorrichtung.

2 die inneren Betriebsabläufe des bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Wärmeröhreventils in einer normalerweise offenen Konfiguration.

3A die Querschnittansicht, die von dem AA-Schnitt von 2 entnommen ist.

3B die Querschnittansicht, die von dem BB-Schnitt von 2 entnommen ist.

3C die Querschnittansicht, die von dem CC-Schnitt von 2 entnommen ist.

4 den inneren Betriebsablauf eines ersten alternativen Ausführungsbeispiels eines Wärmeröhreventils in einer normalerweise geschlossenen Konfiguration.

5 die inneren Betriebsabläufe eines zweiten alternativen Ausführungsbeispiels eines Wärmeröhreventils in einer normalerweise geschlossenen Konfiguration.

6 die inneren Betriebsabläufe eines dritten alternativen Ausführungsbeispiels eines Wärmeröhreventils, das einen magnetischen Betätiger und eine magnetisch-anziehbare Blende verwendet.

7 die inneren Betriebsabläufe eines vierten alternativen Ausführungsbeispiels eines Wärmeröhreventils, das zwei Spulen verwendet, um die Position des Betätigers zu steuern.

8 ein Flußdiagramm eines exemplarischen Ausführungsbeispiels der Logik, die bei der Logikschaltung verwendet wird, um zu bestimmen, wann das Wärmeröhreventil geöffnet/geschlossen werden soll und wann der Lüfter für einen Notebook-Computer angeschaltet/ausgeschaltet werden soll.

1 ist eine schematische Darstellung des Wärmeübertragungssystems 10 für eine elektronische Vorrichtung 12, wie z. B. einen Notebook-Computer oder eine Datenpersonalhilfsvorrichtung (PDA; PDA = Personal Data Assistant), die zumindest eine Wärmeerzeugungskomponente 40 aufweist, die an einem zweiten Wärmerohrabschnitt 180 befestigt ist, der die Wärme von der Komponente 40 zu einem Wärmesenkenbereich 50 überträgt. Eine Wärmeröhre ist ein passiver, hermetisch abgedichteter, geschlossener Behälter, der eine Docht- oder eine andere Kapillarstruktur enthält, die innerhalb der inneren Wände des Behälters beinhaltet ist und mit einer geringen Menge eines verdampfbaren Fluids, vorzugsweise Wasser oder einer anderen Flüssigkeit getränkt ist, die in einen Unterdruck versetzt worden ist, damit der Siedepunkt des Fluids auf eine Temperatur reduziert wird, die geringer als die maximale Betriebstemperatur der Wärmeerzeugungskomponente 40, d. h. 90°C ist. Solange nichts spezifisches ausgesagt wird, umfaßt der Term Fluid, der bei dieser Spezifikation verwendet wird, das Fluid innerhalb der Wärmeröhre in entweder einem flüssigen oder einem dampfförmigen Zustand. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel legt die Wärmeerzeugungskomponente 40 Wärme an einem Ende der Wärmeröhre an, wodurch bewirkt wird, daß das Wasser oder andere Flüssigkeit verdampft wird (kocht) und folglich Energie absorbiert, wobei dieser Dampf daraufhin zu dem kühlen Ende der Wärmeröhre befördert wird und kondensiert. Bei dem Prozeß der Kondensierung gibt das Fluid die Wärme (die Energie, die dasselbe zuvor absorbiert hat) an die Außenumgebung der Wärmeröhre ab. Das Fluid kehrt über die Docht- oder andere Kapillar-Struktur zu dem warmen Teil der Röhre zurück und der Prozeß wird wiederholt. Da der Dampfdruckabfall zwischen der Verdampfungseinrichtung und der Kondensierungseinrichtung sehr klein ist, behält die Wärmeröhre eine im wesentlichen konstante Temperatur entlang der Länge der Wärmeröhre bei. Mit dem korrekten Entwurf kann die Wärmeröhre große Mengen an wärme ohne Temperaturverluste übertragen.
Der Wärmesenkenbereich 50 ist entworfen, um Wärme von der elektronischen Vorrichtung 12 frei in die Luft abzustrahlen. Um die Geschwindigkeit der Wärmeübertragung zu erhöhen, kann wahlweise ein Lüfter 60 mit dem Wärmesenkenbereich 50 kombiniert sein. Der Lüfter 60 wird durch eine Logikschaltung 80 gesteuert, um abhängig von den Zuständen mehrerer Faktoren zu arbeiten, wie es detaillierter im folgenden beschrieben werden wird. Beispielhafte Faktoren stellen dar: Erfassen, wann die Komponente 40 zu heiß ist; Erfassen, daß die umgebende Luft innerhalb der elektronischen Vorrichtung 12 zu heiß ist; Erfassen, daß die elektronische Vorrichtung 12 in unterschiedlichen Moden (wie z. B. des Ankoppelns) verwendet wird; Erfassen, daß die Klappe der elektronischen Vorrichtung 12 geschlossen worden ist; Erfassen, daß ein neues temperaturempfindliches Modul in die elektronische Vorrich tung 12 eingefügt worden ist; und Erfassen, daß eine Komponente, wie z. B. eine integrierte Schaltung (IC), zu einem neuen Betriebsmodus gewechselt hat (d. h. eine CPU-Geschwindigkeitszunahme oder eine Änderung des Graphiksteuerungseinrichtungsanzeigemodus). Für die Fachleute wird offensichtlich sein, daß andere Zustände, die die thermische Leistungsfähigkeit der elektronischen Vorrichtung 12 beeinträchtigen, verwendet werden könnten, um ein Eingangssignal zu der Logikschaltung 80 zu liefern, und immer noch in den Schutzbereich der Erfindung fallen.
Es kann Zeiten während des Betriebs der elektronischen Vorrichtung 12 geben, wie z. B. bei einem Notebook-Computer, wenn eine nominale Wärmedissipation erfordert wird, und eine Lüfteroperation aufgrund des Geräusches, das erzeugt wird, oder der Leistung, die von dem Lüfter verbraucht wird, nicht erwünscht ist. Bei diesen Beispielen ist ein Wärmeverteiler 30 durch einen ersten Wärmeröhreabschnitt 170 mit der Komponente 40 gekoppelt und ist unterhalb der Tastatur, der Handauflagefläche oder eines anderen freiliegenden Oberflächenbereichs plaziert, um es zu ermöglichen, daß Wärme aus der elektronischen Vorrichtung 12 abgegeben werden kann. Dieser Wärmeverteiler 30 verbreitet Wärme jedoch oftmals zu temperaturempfindlichen Modulen oder anderen Peripherievorrichtungen, was deren Leistungsfähigkeit beeinträchtigen kann. Zusätzlich kann es notwendig sein, daß der Wärmeverteiler 30 aufhört zu wirken, wenn die Klappe oder die Abdeckung über dem freiliegenden Oberflächenbereich geschlossen wird, da die Wärme, die derselbe dissipiert, die elektronische Vorrichtung 12 nicht verlassen kann, und sich die Überschußwärme innerhalb der elektronischen Vorrichtung 12 aufbaut, wodurch bewirkt wird, daß die temperaturempfindlichen Module ausfallen. Folglich schränkt der Wärmeverteiler 30 die Temperatur ein, bei der die Wärmeerzeugungskomponente 40 arbeiten kann. Falls der Wärmeverteiler 30 von dem Wärmesenkenbereich 50 und dem Lüfter 60 getrennt werden kann, kann die Wärmeerzeugungskomponente 40 bei höheren Temperaturen betrieben werden, die innerhalb ihrer Spezifikation liegt, ohne die Komponenten in der Nähe des Wärmeverteilers 30 zu beeinträchtigen.
Die Erfindung wendet sich diesem Problem durch Erzeugen eines magnetischen Ventils 20 zu, das zwischen dem zweiten Wärmeröhreabschnitt 180 und dem ersten Wärmeröhreabschnitt 170 angeordnet ist. Der zweite Wärmeröhreabschnitt 180 ist ferner mit der Komponente 40 und dem Wärmesenkenbereich 50 gekoppelt, wobei der erste Wärmeröhreabschnitt 170 ferner mit dem Wärmeverteiler 30 gekoppelt ist. Dieses magnetische Ventil 20 wird durch einen Treiber 70 elektronisch gesteuert, der durch eine Logikschaltung 80 getrieben wird, die mehrere Entscheidungsvariablen von einer Temperatursteuerungsschaltung 90, einer Ankopplungssteuerungsschaltung 100 und einer Steuerungsschaltung für Verschiedenes kombiniert. Eine Temperaturerfassungseinrichtung bzw. Temperaturerfassungseinrichtungen 120 liefern einen Temperaturzustand bzw. Temperaturzustände zu der Temperatursteuerungsschaltung 90 in der Form von unterschiedlichen Pegeln, die umgekehrt das magnetische Ventil 20 antreiben. Die Ankopplungserfassungsschaltung 130 liefert Ankopplungszustände zu der Ankopplungssteuerungsschaltung 100 in der Form von unterschiedlichen Pegeln, die das magnetische Ventil antreiben, um dementsprechend mit den unterschiedlichen Ankopplungssituationen umzugehen. Mehrere verschiedene Erfassungseinrichtungen oder Schalter, wie z. B. ein Klappenschalter 140, ein Modulerfassungselement 150 oder ein IC-Moduserfassungselement 160 unter anderen, können Eingangssignale in eine Steuerungsschaltung für Verschiedenes 110 in der Form von unterschiedlichen Pegeln liefern. Die unterschiedlichen Pegel entsprechen jeweiligen geänderten Zuständen, die bestimmen, wann das magnetische Ventil 20 angetrieben werden soll.
Es ist ferner eine Ankopplungsvorrichtung 64 gezeigt, wie z. B. eine Ankopplungsstation, die einen zusätzlichen Lüfter 62 aufweist, der verwendet werden kann, um einen zusätzlichen Luftfluß über den Luftsenkenbereich 50 zu koppeln, der freiliegend ist, wenn eine Ankopplungssituation vorliegt, abhängig von der Leistungsbelastung der elektronischen Vorrichtung 12 und der Wärmemenge, die in dem Wärmesystem 10 erfaßt wird.
2 stellt einen Querschnitt des magnetischen Ventils 20 des bevorzugten Ausführungsbeispiels und dessen Koppeln mit einem zweiten Wärmeröhreabschnitt 180 und einem ersten Wärmeröhreabschnitt 170 dar. Das magnetische Ventil 20 weist eine Hülse 22 auf, die eine magnetische Durchdringung durch sich hindurch ermöglicht, wie z. B. eine Kupferrohrleitung, die ferner eine hervorragende Wärmeleitung liefert. Um die Hülse 22 herum befindet sich eine Spule 230 eines Drahts, der vorzugsweise in einer Schwingspulenkonfiguration gewunden ist, um es zu ermöglichen, daß ein elektrischer Strom, der durch denselben fließt, ein magnetisches Feld erzeugt. Das magnetische Feld kann ferner durch ein äußeres magnetisches Material oder eine andere Vorrichtung zum Erzeugen eines magnetischen Felds vorgesehen sein. Wenn eine Spule 230 verwendet wird, kann das magnetische Feld darin verstärkt werden oder davon abgehalten werden, von dem magnetischen Ventil 20 weit entfernt abzustrahlen, indem eine wahlweise Feldkonzentrierungseinrichtung 220 verwendet wird, die vorzugsweise ein Ferroschild ist. Innerhalb des magnetischen Ventils 20 ist ein Betätiger 250 plaziert, der entweder magnetisch-anziehbar, wie z. B. ein Ferritkern, oder magnetisch polarisiert, wie z. B. ein Permanentmagnet, sein kann. Eine Feder 240 wird verwendet, um den Betätiger 250 zu positionieren, der in 2 in einer "normalerweise offenen" Position gezeigt ist. Der Betätiger 250 weist eine hohle Mitte oder Rillen an dessen Außenoberfläche auf, um es zu ermöglichen, daß ein Fluid in dem magnetischen Ventil 20 an dem Ventil vorbei kommt. Ein erster Docht 200 ermöglicht es, daß das Fluid durch den ersten Wärmeröhreabschnitt 170 bewegt wird. Eine zweite Blende 260 liefert eine Stützung für die Feder 240 und ist mit zumindest einer Öffnung perforiert, um es zu ermöglichen, daß Fluid und wahlweise ein zweiter Docht 190 von dem zweiten Wärmeröhreabschnitt 180 in das magnetische Ventil 20 fließt. Wenn die Spule 230 nicht aktiviert ist, zieht die Feder 240 den Betätiger 250 von einer ersten Blende 210 zurück, die zumindest eine Öffnung aufweist, die entworfen ist, um es zu ermöglichen, daß Fluid fließt, wenn der Betätiger 250 dasselbe nicht berührt. Wenn die Spule 230 aktiviert ist, treibt das magnetische Feld, das von dem elektronischen Strom erzeugt wird, der durch die Spule 230 fließt, den Betätiger 250 an, um die erste Blende 210 zu berühren, wodurch folglich die zumindest eine Öffnung blockiert wird, um zu verhindern, daß Fluid von dem zweiten Wärmeröhreabschnitt 180 zu dem ersten Wärmeröhreabschnitt 170 fließt. Obwohl der Fluidfluß in der Wärmeröhre auf das Fließen zu dem ersten Wärmeröhreabschnitt 170 eingeschränkt ist, kann eine kleine Wärmemenge durch das Metallschalenelement übertragen werden. Ein weiteres Ausführungsbeispiel sieht vor, daß ein Isolator zwischen dem Ventil und der Metallhülse des ersten Wärmeröhreabschnitts 170 plaziert ist, um diesen Wärmeverlust zu reduzieren. Ein weiteres Ausführungsbeispiel, um den Wärmeverlust zu reduzieren, besteht darin, eine erste Blende 210 aufzuweisen, die aus einem Wärmeisolierungsmaterial hergestellt ist.
Obwohl der erste Docht 200 und der zweite Docht 190 gezeigt sind, als ob sie in der Mitte der Wärmeröhre plaziert sind, sind andere Architekturen zum Vorsehen eines Dochts oder einer Kapillarkraft für Fachleute in dieser Technik bekannt und könnten statt dem, was in den Zeichnungen gezeigt ist, verwendet werden, und würden dabei immer noch in den Schutzbereich der Erfindung fallen.
Es wird darauf hingewiesen, daß der Betätiger 250 und die Feder 240 derart ausgerichtet sein sollten, daß die Feder 240 die zweite Blende 260 berührt, die den Wärmeröhreabschnitt berührt, der an der Wärmeerzeugungskomponente 40 befestigt ist. Diese Auswahl der Ventilausrichtung verhindert, daß ein Druckaufbau in dem Wärmeröhrefluid durch Wärme, die durch die Wärmeerzeugungskomponente 40 erzeugt wird, der Federkompressionskraft der Feder 240 entgegen wirkt, wenn ein geschlossener Zustand vorliegt, wodurch ein Fluidaustreten in das magnetische Ventil 20 verhindert wird.
3A stellt eine Ansicht der Querschnitt-AA-Perspektive von 2 der ersten Blende 210 dar. Die Öffnung 212 sieht Öffnungsabschnitte für einen Fluidfluß vor, wobei eine Scheibe 214 eine Sperre vorsieht.
3B stellt die Querschnittansicht von der BB-Perspektive des Betätigers 250 dar, wobei die Betätigeröffnung 252 gezeigt ist, die es ermöglicht, daß Fluid durch den Betätiger fließt.
3B stellt die Querschnittansicht von der CC-Perspektive von 2 der zweiten Blende 260 dar. Die zweite Blende 260 weist eine Öffnung 262 und eine Mittelöffnung 264 auf, die es ermöglicht, daß ein zweiter Docht 190 in das magnetische Ventil 20 eintritt.
Die Fachleute werden verstehen, daß andere Öffnungsformen für die Blenden und den Betätiger möglich sind und immer noch den Schutzbereich der Erfindung erfüllen.
4 stellt ein erstes alternatives Ausführungsbeispiel eines normalerweise geschlossenen Ventils 20 dar, bei dem die Feder 242 lang genug ist, um den Betätiger 250 gegen die erste Blende 210 zu drängen, wodurch der Fluß des Fluids durch die Öffnungen in der ersten Blende 210 effektiv blockiert wird. Die Spule 230 und die Feldkonzentrierungseinrichtung 220 sind über die Feder 242 verschoben, derart, daß, wenn die Spule 230 aktiviert wird, das erzeugte magnetische Feld den Betätiger 250 zu der zweiten Blende 260 antreibt, wodurch die Feder 242 zusammengedrückt wird und es ermöglicht wird, daß Fluid durch die erste Blende 210 fließt.
5 stellt ein zweites alternatives Ausführungsbeispiel eines Ventils 20 dar, bei dem ein Betätiger 258 geformt ist, um derart in die Öffnung der ersten Blende 210 zu passen, daß die Höhe der Versetzung des Betätigers 258 von der ersten Blende 210 proportional zu der Höhe des elektrischen Stroms in der Spule 230 ist, und daß die Versetzung des Betätigers 258 das Fluidflußvolumen durch die erste Blende 210 steuert. Dieser Lösungsansatz ermöglicht einen gesteuerten variierten Fluidfluß, der ferner die Wärmemenge einschränkt, die zu dem ersten Wärmeröhreabschnitt 170 übertragen wird. Ein Öffnungsabschnitt 252 in dem Betätiger 258 sieht einen Fluidweg durch den Betätiger 258 vor. Um eine enge Steuerung des Flüssigkeitssickerns um den Betätiger 258 beizubehalten, ist ein Schmierfilm 254, vorzugsweise ein Teflon-Schmiermittel, wie z. B. Polytetrafluorethylen (PTFE; PTFE = Polytetrafluoroethylene), auf der Außenseite des Betätigers 258 aufgebracht. Der Docht 190 kann in dem Betätiger 258 plaziert sein, um bei der Steuerung des Fluidflusses von dem zweiten Wärmeröhreabschnitt 180 zu helfen.
6 stelt ein drittes alternatives Ausführungsbeispiel eines Ventils dar, bei dem der Betätiger 259 ein magnetisches Material aufweist, und eine zweite Blende 262 ein magnetisch-anziehbares Material, wie z. B. Eisen, aufweist. Bei diesem Beispiel besteht keine Notwendigkeit für eine Feder, da der Betätiger 259 auf eine Reaktivierung des magnetischen Felds von der Spule 230 hin aufgrund der magnetischen Anziehung des Betätigers zu der zweiten Blende 262 zu einer offenen Position zurückkehrt. Ein Schmierfilm 254, vorzugsweise PTFE, ermöglicht es, daß der Betätiger 259 innerhalb der Hülse 22 glatt vor und zurück gleitet. Die Spule 230 und die Feldkonzentrierungseinrichtung 220 (falls dieselbe verwendet wird) sind über der ersten Blende 210 positioniert, um den Betätiger 259 zu der ersten Blende 210 zu ziehen und anzutreiben, wenn die Spule 230 mit elektrischem Strom energetisch versorgt wird, um ein magnetisches Feld zu erzeugen.
7 stellt ein viertes alternatives Ausführungsbeispiel eines Ventils dar, bei dem der Betätiger entweder ein magne tisches Material oder ein magnetisch-anziehbares Material aufweist. Zwei Spulen, d. h. eine erste Spule 230A und eine zweite Spule 230B, werden verwendet, damit jede den Betätiger 250 derart anzieht, daß durch Aktivieren von entweder der ersten Spule 230A oder der zweiten Spule 230B das Ventil geschlossen bzw. geöffnet wird. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann es ferner vorgesehen sein, daß, sobald das Ventil geschlossen wird, indem die erste Spule 230A aktiviert ist und der Betätiger 250 angetrieben wird, um gegen die erste Blende 210 zu stoßen, nach einer ausreichenden Zeitdauer, damit sich der Verdampfungsdruck in dem zweiten Wärmeröhreabschnitt 180 aufbauen kann, der elektrische Strom in der ersten Spule 230A reduziert werden kann oder ausgeschaltet werden kann, wobei das Ventil durch den Druck in dem zweiten Wärmeröhreabschnitt 180 geschlossen gehalten wird. Diese Reduzierung oder das Ausschalten des Stroms in die erste Spule 230A ermöglicht einen reduzierten Leistungsverbrauch. Während sich der zweite Wärmeröhreabschnitt 180 entweder aufgrund einer reduzierten Leistung von der Wärmeerzeugungskomponente 40 oder aufgrund der Wirksamkeit des Lüfters 60 oder des Ankopplungslüfters 62 und des Wärmesenkenbereichs 50 abkühlt, wird der Druck auf den Betätiger 250 reduziert, wobei Dampf in den ersten Wärmeröhreabschnitt 170 fließt. Während sich daraufhin der Wärmeverteiler 30 aufwärmt, erfaßt die Logikschaltung 80, wann die erste Spule 230A neu aktiviert werden muß, um das Wärmeröhreventil zu schließen. Die magnetischen Felder in der ersten Spule 230A und der zweiten Spule 230B werden wahlweise mit einer ersten Feldkonzentrierungseinrichtung 220A bzw. einer zweiten Feldkonzentrierungseinrichtung 220B verstärkt. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann es vorgesehen sein, daß die erste Spule 230A und die zweite Spule 230B verwendet werden, um die Position des Betätigers 250 zu erfassen, bevor bestimmt wird, welche Spule aktiviert werden soll, um den Betätiger 250 zu einer offenen oder geschlossenen Position anzutreiben. Dieses Erfassen wird durchgeführt, indem die Änderung der Induktion der jeweiligen Spule erfaßt wird, was durch verschiedene Techniken, die bei den Fachleuten bekannt sind, durchgeführt werden kann. Falls die elektronische Vorrichtung 12 erschüttert oder bewegt wird, könnte durch das Bestimmen der Position des Betätigers 250 das Ventil aus der Position bewegt werden, eine Erfassung vorgenommen werden und dasselbe wieder zu dessen korrektem Zustand zurückgebracht werden. Es kann ebenfalls vorgesehen sein, daß der energiezuführende Strom in die Spulen wahlweise zu einem höheren Pegel gepulst werden kann, um entweder eine Anfangsreibung oder magnetische Kräfte zu überwinden, und daraufhin reduziert werden kann, um das Ventil in einer offenen oder geschlossenen Position beizubehalten. Diese veränderbare Technik eines gepulsten Energiezuführungsstroms ermöglicht kleinere Spulen, wodurch die Kosten reduziert werden und Platz gespart wird.
8 ist ein Flußdiagramm, das ein exemplarisches Ausführungsbeispiel der Logikschaltung 80 für eine elektronische Vorrichtung darstellt, wie z. B. einen Notebook-Computer, wobei der Wärmeverteiler als die Hauptwärmedissipation verwendet wird, und der Wärmesenkenbereich und der Lüfter verwendet werden, wenn entweder der Wärmeverteiler überlastet oder die elektronische Vorrichtung in einem Modus verwendet wird, bei dem die Verwendung des Wärmeverteilers unerwünscht ist, wie z. B. dann, wenn die Abdeckung geschlossen ist. Der Startblock 400 definiert den anfänglichen Zustand der Logikschaltung 80, bei dem sich ein Ventil anfänglich in einem offenen Zustand befindet, um es zu ermöglichen, daß der Wärmeverteiler arbeitet, wobei der Lüfter aus ist, um Leistung einzusparen. Die Logikschaltung 80 überprüft bei dem Entscheidungsblock 410 die Steuerungsschaltung für Verschiedenes 110, um zu bestimmen, ob die Klappe geschlossen ist. Falls die Klappe geschlossen ist, schreitet die Logik zu dem Entscheidungsblock 470 fort, da der Wärmeverteiler nicht in der Lage sein wird, die Wärme ohne weiteres von der elektronischen Vorrichtung weg zu dissipieren. Andernfalls überprüft die Logikschaltung 80 bei dem Entscheidungsblock 420 die Ankopplungssteuerungsschaltung 100, um zu erkennen, ob die elektronische Vorrichtung 12 angekoppelt ist. Falls dieselbe angekoppelt ist, empfängt die elektronische Vorrichtung Leistung von einem AC-Auslaß (AC = Analog Circuit = Wechselstrom), und der Lüfter kann ohne Rücksicht auf die von dem Lüfter dissipierte Leistung verwendt werden, so daß die Logik zu dem Entscheidungsblock 470 fortschreitet. Andernfalls überprüft die Logikschaltung 80 bei dem Entscheidungsblock 430 die Steuerungsschaltung für Verschiedenes 110, um zu erkennen, ob ein temperaturempfindliches Modul, wie z. B. eine Batterie oder eine Peripherieeinrichtung, wie z. B. ein Diskettenlaufwerk, ein CD-ROM- oder ein DVD-Gerät, in der elektronischen Vorrichtung eingebaut ist. Wenn ein temperaturempfindliches Modul eingebaut ist, kann der Wärmeverteiler bewirken, daß dasselbe zu warm wird, wobei die Logik zu dem Entscheidungsblock 470 fortschreitet. Andernfalls überprüft die Logikschaltung 80 bei dem Entscheidungsblock 440, um zu erkennen, ob die CPU (die Wärmeerzeugungskomponente 40 in diesem Beispiel) in einem Hochleistungsmodus läuft. Falls dies der Fall ist, fährt die Logik mit dem Entscheidungsblock 470 fort, da in diesem Beispiel der Wärmeverteiler nicht in der Lage sein wird, die Wärmedissipation von der CPU zu bewältigen. Andernfalls überprüft die Logikschaltung 80 bei dem Entscheidungsblock 450 die Temperatursteuerungsschaltung 90, um zu erkennen, ob der Wärmeverteiler 30 seine maximale Betriebstemperatur erreicht hat. Falls dies der Fall ist (vielleicht aus einer Kombination anderer Faktoren, wie z. B. dem Graphikmodus, dem Speicherbetrieb oder den PC-Karten), schreitet die Logik mit dem Entscheidungsblock 490 fort. Andernfalls wird das magnetische Ventil 20 in Block 460 geöffnet, um es zu ermöglichen, daß Wärme von der Komponente 40 (hier durch eine CPU dargestellt) zu dem Wärmeverteiler 30 fließt, wobei die Logik wieder bei Block 410 mit dem Überprüfen anfängt.
Der Entscheidungsblock 470 vergleicht die Umgebungstemperatur in der elektronischen Vorrichtung mit einem voreingestellten Temperaturgrenzwert. Falls der voreingestellte Temperaturgrenzwert erreicht worden ist, versetzt der Block 490 den Lüfter 60 in die Lage angeschaltet zu sein und den Wärmesenkenbereich 50 zu kühlen, wobei der Block 490 das magnetische Ventil 20 schließt, und die Logik zurück zu Startblock 400 springt. Falls die Umgebungstemperatur O.K. ist, wird andernfalls der Lüfter 60 in Block 480 ausgeschaltet, bevor zu dem Startblock 400 zurückgesprungen wird.
Fachleute werden erkennen, daß andere Logikimplementierungen existieren als diejenige, die bei dem exemplarischen Ausführungsbeispiel gezeigt wurde, um das magnetische Ventil 20 und den Lüfter 60 zu steuern, und immer noch in den Schutzbereich der Erfindung fallen. Es sind beispielsweise alternative Ausführungsbeispiele erwogen worden, bei denen unterschiedliche Teilsätze von Entscheidungsblöcken 410 bis 440 vorhanden sind. Tatsächlich entfernt ein Ausführungsbeispiel dieser alternativen Ausführungsbeispiele alle Entscheidungsblöcke 410 – 440 und 470 – 480, wobei der Startblock 400 mit dem Block 450 direkt verbunden ist, und der Block 490 lediglich das Schließen des Ventils aufweist.

Claims

Elektronische Vorrichtung (12), mit einer Wärmeerzeugungskomponente (40); einem Wärmeverteiler (30), der in der elektronischen Vorrichtung (12) durch die Wärmeerzeugungskomponente (40) erzeugte Wärme innerhalb der elektronischen Vorrichtung (12) verteilt und aus derselben ausgibt; einem Wärmesenkenbereich (50), der Wärme frei in die Luft abgibt; eine Wärmeröhre, die ein Wärmeübertragungsfluid enthält, wobei die Wärmeröhre einen ersten Abschnitt (170) und einen zweiten Abschnitt (180) aufweist, wobei der erste Abschnitt (170) mit dem Wärmeverteiler (30) gekoppelt ist, wobei der zweite Abschnitt (180) mit dem Wärmesenkenbereich (50) gekoppelt ist, und wobei die Wärmeerzeugungskomponente (40) an dem zweiten Abschnitt (180) der Wärmeröhre angeordnet ist; einem Ventil (20), das in der Wärmeröhre zwischen dem ersten Abschnitt (170) und dem zweiten Abschnitt (180) der Wärmeröhre angeordnet ist, um einen Fluß des Wärmeübertragungsfluids zwischen dem ersten Abschnitt (170) und dem zweiten Abschnitt (180) der Wärmeröhre zu regeln; einer Erfassungseinrichtung (120, 130, 140, 150, 160), die eine Temperatur des Wärmeverteilers (30) und einen oder mehrere vorbestimmte Betriebsmodi der elektronischen Vorrichtung (12) erfaßt; und einer Logikschaltung (80), die mit der Erfassungseinrichtung (120, 130, 140, 150, 160) gekoppelt ist, wobei die Logikschaltung (80) wirksam ist, um • das Ventil (20) zu öffnen, wenn die Erfassungseinrichtung (120, 130, 140, 150, 160) bestimmt, daß keiner der vorbestimmten Betriebsmodi der elektronischen Vorrichtung (12) vorliegt und die Temperatur des Wärmeverteilers (30) einen maximalen Wert nicht erreicht hat, • das Ventil (20) zu schließen, wenn die Erfassungseinrichtung (120, 130, 140, 150, 160) bestimmt, daß keiner der vorbestimmten Betriebsmodi der elektronischen Vorrichtung (12) vorliegt und die Temperatur des Wärmeverteilers (30) den maximalen Wert erreicht hat, und • das Ventil (20) zu schließen, wenn die Erfassungseinrichtung (120, 130, 140, 150, 160) bestimmt, daß zumindest einer der vorbestimmten Betriebsmodi der elektronischen Vorrichtung (12) vorliegt und eine Umgebungstemperatur in der elektronischen Vorrichtung (12) einen voreingestellten Temperaturgrenzwert erreicht hat.
Elektronische Vorrichtung (12) gemäß Anspruch 1, bei der die Wärmeröhre eine erste Blende (210) aufweist, die zwischen dem ersten Abschnitt (170) und dem zweiten Abschnitt (180) der Wärmeröhre angeordnet ist, wobei die erste Blende (210) zumindest eine Öffnung aufweist, wobei die zumindest eine Öffnung geschlossen ist, wenn ein Betätiger (250) des Ventils (20) angetrieben wird, um gegen die erste Blende anzustoßen, wodurch der Fluß des Wärmeübertragungsfluids zwischen dem ersten Abschnitt (170) und dem zweiten Abschnitt (180) der Wärmeröhre beschränkt wird.
Elektronische Vorrichtung (12) gemäß Anspruch 2, bei der die erste Blende (210) aus einem thermisch isolierenden Material besteht.
Elektronische Vorrichtung (12) gemäß Anspruch 2, bei der die Wärmeröhre eine zweite Blende (260) aufweist, die zwischen dem Betätiger (250) und dem zweiten Abschnitt (180) der Wär meröhre angeordnet ist, wobei die zweite Blende (260) zumindest eine Öffnung aufweist, wobei die zumindest eine Öffnung den Fluß des Wärmeübertragungsfluids zuläßt, und wobei die zweite Blende (260) aus einem magnetisch-anziehbaren Material besteht.
Elektronische Vorrichtung (12) gemäß Anspruch 4, bei der der Betätiger (250) aus einem magnetisch-anziehbaren Material gebildet ist, und das Ventil (20) ferner eine Feder (240) aufweist, wobei die Feder (240) zwischen dem Betätiger (250) und der zweiten Blende (260) angeordnet ist.
Elektronische Vorrichtung (12) gemäß Anspruch 4, bei der der Betätiger (250) aus einem Permanentmagnetmaterial besteht.
Elektronische Vorrichtung (12) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, bei der der Betätiger (250) mit einem Schmiermaterial bedeckt ist.
Elektronische Vorrichtung (12) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7, bei der die Logikschaltung (80) einen elektrischen Strom erzeugt, und die elektronische Vorrichtung (12) ferner zumindest eine Spule (230) aufweist, die die Wärmeröhre umgibt, wobei die zumindest eine Spule (230) mit der Logikschaltung (80) gekoppelt ist, wobei die zumindest eine Spule (230) ein magnetisches Feld erzeugt, wenn der elektrische Strom von der Logikschaltung (80) zu der zumindest einen Spule (230) zugeführt wird, und wobei das magnetische Feld durch die Wärmeröhre verläuft und dabei den Betätiger (250) des Ventils (20) antreibt.
Elektronische Vorrichtung (12) gemäß Anspruch 8, bei der die zumindest eine Spule (230) ferner eine Feldkonzentrierungseinrichtung (220) aufweist, die die zumindest eine Spule (230) umgibt, wobei die Feldkonzentrierungseinrichtung (220) das magnetische Feld innerhalb der Wärmeröhre verstärkt.
Elektronische Vorrichtung (12) gemäß Anspruch 8, bei der der Fluß von Wärmeübertragungsfluid zwischen dem ersten Abschnitt (170) und dem zweiten Abschnitt (180) der Wärmeröhre proportional zu dem Betrag des elektrischen Stromes ist, der zu der zumindest einen Spule zugeführt wird.
Elektronische Vorrichtung (12) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der der Wärmesenkenbereich (50) ferner einen Lüfter (60) aufweist, wobei der Lüfter (60) mit der Logikschaltung gekoppelt ist, und bei der der Lüfter (60) den Wärmesenkenbereich (50) abkühlt, wenn derselbe durch die Logikschaltung aktiviert wird.
Elektronische Vorrichtung (12) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, mit einer Ankopplungsstation (64), die einen Ankopplungslüfter (62) aufweist, wobei der Wärmesenkenbereich (50) freiliegt, um zu ermöglichen, daß der Ankopplungslüfter (62) von der Ankopplungsstation (64) Luft zwischen dem Wärmesenkenbereich (50) und der Ankopplungsstation (64) koppelt.
Elektronische Vorrichtung (12) gemäß Anspruch 12, bei der die Erfassungseinrichtung eine Ankopplungserfassungseinrichtung (130) umfaßt, die einen Ankopplungszustand erfaßt, wobei die Logikschaltung (80) mit der Ankopplungserfassungseinrichtung (130) gekoppelt ist.
Elektronische Vorrichtung (12) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 13, bei der das Ventil (20) normalerweise geschlossen ist, wenn der Betätiger (250) durch die zumindest eine Logikschaltung (80) nicht angetrieben wird, und bei der das Ventil (20) geöffnet ist, wenn der Betätiger (250) durch die zumindest eine Logikschaltung (80) angetrieben wird.
Elektronische Vorrichtung (12) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 13, bei der das Ventil (20) normalerweise geöffnet ist, wenn der Betätiger (250) durch die zumindest eine Logikschaltung (80) nicht angetrieben wird, und bei der das Ventil (20) geschlossen ist, wenn der Betätiger (250) durch die zumindest eine Logikschaltung (80) angetrieben wird.
Elektronische Vorrichtung (12) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die elektronische Vorrichtung ein Notebook-Computer (12) ist, und wobei die vorbestimmten Betriebsmodi des Notebook-Computers (12) den geschlossenen Zustand einer Klappe des Notebook-Computers (12), die Anordnung des Notebook-Computers (12) in einer Ankopplungsvorrichtung (64), das Vorhandensein zumindest eines temperaturempfindlichen Moduls in dem Notebook-Computer (12) oder einen Hochleistungsmodus einer CPU des Notebook-Computers (12) umfassen.