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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine dünne Wärmeplatte, die beliebig ausgestaltet werden, die Wärme schnell zu einem Fernende wegtransportieren und den Wirkungsgrad des Arbeitsfluidkreislaufs erhöhen kann, wodurch eine hohe Kühlwirkung erreicht werden kann.
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Stand der Technik
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Die Arbeitsleistung der elektronischen Bauelemente ist immer höher. Gleichzeitig steigt auch die Betriebswärme. Wenn diese Wärme nicht rechtzeitig abgeleitet wird, steigt die Temperatur der elektronischen Bauelemente, wodurch die elektronischen Bauelemente beschädigt werden können. Um dieses Problem wirksam zu lösen, wurden der Vapor-Chamber-Kühler und das flache Wärmerohr entwickelt, die mit dem Kühlkörper kombiniert werden können.
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Das flache Wärmerohr ist durch ein Rohr gebildet, in dem ein Metallpulver gefüllt ist, das gesintert wird und somit an der Innenwand des Rohrs eine ringförmige Kapillarstruktur bildet. Danach wird das Rohr evakuiert und mit einem Arbeitsfluid gefüllt. Schließlich wird das Rohr geschlossen und flachgepresst. Da die Kapillarstruktur ringförmig an der Innenwand des flachen Wärmerohrs gebildet ist, ist der Kanal für den Dampf zu eng oder kann verstopft werden, nachdem das Rohr flachgepresst wird, so dass der Wirkungsgrad des Arbeitsfluidkreislaufs niedrig ist.
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Das herkömmliche flache Wärmerohr hat einen bestimmten Durchmesser und eine bestimmte Form (wie ein Ende mit größerem Durchmesser und ein Ende mit kleinerem Durchmesser oder ein von den beiden Enden zur Mitte abnehmender oder zunehmender Durchmesser). Eine beliebige Ausgestaltung ist nicht möglich. Wenn die Form des flachen Wärmerohrs verändert wird (wie Biegen oder Falten) kann die ringförmige Kapillarstruktur im flachen Wärmerohr (wie Sinterpulver) gepresst und somit von der Innenwand gelöst werden, so dass die Wärmetransportwirkung des flachen Wärmerohrs reduziert wird. Da das flache Wärmerohr die ringförmige Kapillarstruktur aufweist, ist die Verkleinerung der Dicke des flachen Wärmerohrs beim Flachpressen begrenzt, da die ringförmige Kapillarstruktur beim Flachpressen ihre Dicke verdoppelt.
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Der Vapor-Chamber-Kühler weist ein rechteckiges Gehäuse und eine Kapillarstruktur an der Innenwand des Gehäuses auf. In dem Gehäuse ist ein Arbeitsfluid gefüllt. Das Gehäuse steht an einer Seite (Verdampfungszone) mit einer Wärmequelle (wie Zentraleinheit, Southbridge- und Northbridge-Chip) in Kontakt, um die Wärme der Wärmequelle zu absorbieren. Das flüssige Arbeitsfluid wird in der Verdampfungszone verdampft und fließt in die Kondensationszone des Gehäuses, wo das gasförmige Arbeitsfluid kondensiert wird. Das kondensierte flüssige Arbeitsfluid fließt durch die Schwerkraft oder die Kapillarwirkung in die Verdampfungszone zurück, wodurch ein Arbeitsfluidkreislauf gebildet ist.
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Der Vapor-Chamber-Kühler absorbiert mit einer Seite die Wärme der Wärmequelle, durch die das Arbeitsfluid in dem Vapor-Chamber-Kühler verdampft wird und fließt zu der anderen Seite. Dadurch kann der Vapor-Chamber-Kühler nur durch die Fläche an einer Seite die Wärme absorbieren und die Wärme an die andere Fläche transportieren. Der Vapor-Chamber-Kühler kann nicht wie das Wärmerohr die Wärme zu einem Fernende wegtransportieren, so dass der Vapor-Chamber-Kühler nur für großflächige Wärmeleitung und nicht für Wärmetransport zu einem Fernende geeignet ist.
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Daher weist die herkömmliche Lösung folgende Nachteile auf:
- 1. eine beliebige Veränderung des Durchmessers und der Form des flachen Wärmerohrs ist nicht möglich;
- 2. ein Wärmetransport zu einem Fernende ist nicht möglich;
- 3. das Gewicht ist größer und die Kosten sind höher.
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Aus diesem Grund hat der Erfinder in Anbetracht der Nachteile herkömmlicher Lösungen, basierend auf langjähriger Erfahrung in diesem Bereich, nach langem Studium, zahlreichen Versuchen und unentwegten Verbesserungen die vorliegende Erfindung entwickelt.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine dünne Wärmeplatte zu schaffen, die die Wärme schnell zu einem Fernende wegtransportieren und den Wirkungsgrad des Arbeitsfluidkreislaufs erhöhen kann, wodurch eine hohe Kühlwirkung erreicht werden kann.
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Der Erfindung liegt eine weitere Aufgabe zugrunde, eine dünne Wärmeplatte zu schaffen, die die Kosten reduzieren kann.
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Der Erfindung liegt eine nochmals weitere Aufgabe zugrunde, eine dünne Wärmeplatte zu schaffen, die ein kleines Gewicht und eine kleine Dicke aufweist.
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Diese Aufgaben werden durch die erfindungsgemäße dünne Wärmeplatte gelöst, die umfasst: einen Hauptkörper, der einen Innenraum, ein erstes Ende und ein dem ersten Ende gegenüberliegendes zweites Ende aufweist; und eine Kapillarstruktur, die in dem Innenraum angeordnet ist, mit dem Innenraum mindestens einen Kanal für das Arbeitsfluid bildet und sich im Innenraum von dem ersten Ende bis zum zweiten Ende erstreckt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1A eine Explosionsdarstellung des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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1B eine weitere Explosionsdarstellung des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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2A eine Draufsicht des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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2B eine Schnittdarstellung des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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2C eine weitere Draufsicht des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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2D eine weitere Draufsicht des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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3A eine Draufsicht des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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3B eine Schnittdarstellung des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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3C eine weitere Draufsicht des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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4A eine Explosionsdarstellung des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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4B eine weitere Explosionsdarstellung des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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5A eine Draufsicht des dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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5B eine Schnittdarstellung des dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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5C eine weitere Draufsicht des dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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5D eine weitere Draufsicht des dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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6A eine Draufsicht des vierten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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6B eine Schnittdarstellung des vierten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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6C eine weitere Draufsicht des vierten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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7 eine Darstellung der Erfindung beim Einsatz.
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Wege zur Ausführung der Erfindung
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen.
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Die 1A, 2A, 2B und 7 zeigen das erste bevorzugte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen dünnen Wärmeplatte 1, das einen Hauptkörper 10 und mindestens eine Kapillarstruktur 2 umfasst. Der Hauptkörper 10 weist einen Innenraum 100, ein erstes Ende 101 und ein dem ersten Ende 101 gegenüberliegendes zweites Ende 102 auf. Der Hauptkörper 10 ist durch eine erste Planplatte 11 und eine zweite Planplatte 12 gebildet, die miteinander verbunden sind und den Innenraum 100 bilden. Die Außenseite der ersten Planplatte 11 am ersten Ende 101 (Verdampfungszone) steht mit einer Wärmequelle (wie Zentraleinheit, Southbridge-Chip, Nordbridge-Chip, Grafikkarte) in Kontakt, um die Wärme der Wärmequelle (nicht dargestellt) in das erste Ende 101 zu leiten.
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Die Außenseite der zweiten Planplatte 12 am zweiten Ende 102 (Kondensationszone) ist mit mindestens einem Kühlkörper 4 verbunden. Der Kühlkörper 4 ist durch eine Vielzahl von gestapelten Kühlrippen gebildet. Darauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Der Kühlkörper kann auch ein stranggepresstes Aluminiumprofil oder andere Kühlkörper sein.
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Der Innenraum 100 weist eine erste Wand 1001, eine der ersten Wand 101 gegenüberliegende zweite Wand 1002, eine dritte Wand 1003 und eine der dritten Wand gegenüberliegende vierte Wand 1004 auf. Die erste, zweite, dritte und vierte Wand 1001, 1002, 1003, 1004 bilden den Innenraum 100. In dem Innenraum 100 ist ein Arbeitsfluid gefüllt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Arbeitsfluid Wasser. Darauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Es kann auch ein anderes verdampfbares Fluid, wie Reinwasser, anorganische Verbindung, Alkohol, Keton, flüssiges Metall, Kühlmittel, organische Verbindung oder deren Gemische sein.
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Das erste Ende 101 ist ein Ende des Hauptkörpers 10 und das zweite Ende 102 ist das andere Ende des Hauptkörpers 10. Die Länge, Breite und Form der ersten und zweiten Planplatte 11, 12 zwischen dem ersten Ende 101 und dem zweiten Ende 102 können je nach der Bedarf der Anordnung und der Wärmeleitwirkung gewählt werden. In 1A haben die erste und zweite Planplatte 11, 12 eine Z-Form. Die Kapillarstruktur 2 ist entsprechend der ersten und zweiten Planplatte 11, 12 auch Z-förmig ausgebildet. Darauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Sie können auch eine Kurvenform, L-Form oder eine andere beliebige Form haben.
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Wie aus den 2A und 2B in Verbindung mit 1A ersichtlich ist, ist die Kapillarstruktur 2 in den Innenraum 100 angeordnet und bildet mit dem Innenraum 100 mindestens einen Kanal 5 für das gasförmige Arbeitsfluid. Die Kapillarstruktur 2 erstreckt sich im Innenraum 100 von dem ersten Ende 101 bis zum zweiten Ende 102 und weist eine erste Seite 210, eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite 202, eine dritte Seite 203 und eine der dritten Seite gegenüberliegende vierte Seite 204 auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel liegt die Kapillarstruktur 2 an der vierten Wand 1004 an, wobei die erste und zweite Seite 201, 202 mit der ersten und zweiten Wand 1001, 1002 in Kontakt stehen und die vierte Seite 204 mit der vierten Wand 1004 in Kontakt steht. In der Praxis kann die Kapillarstruktur 2 auch an der dritten Wand 1003 anliegen, wobei die erste und zweite Seite 201, 202 mit der ersten und zweiten Wand 1001, 1002 in Kontakt stehen und die dritte Seite 203 mit der dritten Wand 1003 in Kontakt steht.
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Die Kapillarstruktur 2 kann das Arbeitsfluid zurückführen und bildet mehrere Rückflusskanäle. Zudem hat die Kapillarstruktur 2 eine Stützwirkung. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel enthält die Kapillarstruktur 2 die folgenden drei Arten:
Bei der ersten Art ist die Kapillarstruktur 2 ein Sinterkörper, bei der zweiten Art ist die Kapillarstruktur 2 ein Metallkörper, der aus Aluminium, Kupfer, Silber oder deren Legierung hergestellt ist. Der Metallkörper bildet die Kapillarstruktur, wie Netz, Fasern, Sinterpulver, Sinterpulvernetz und Rillen. Bei der dritten Art ist die Kapillarstruktur 2 durch eine Vielzahl von Metallblechen gebildet, die aus Aluminium, Kupfer, Silber oder deren Legierung hergestellt sind. Die Metallbleche sind von einer Hülse aus Sinterpulver umschlossen.
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Im folgenden wird ein Beispiel beschrieben:
Wie aus den 1A, 2A und 7 ersichtlich ist, wenn die Wärmequelle eine wärme erzeugt, wird die Wärme von der ersten Planplatte 11 absorbiert, wodurch das Arbeitsfluid in der Verdampfungszone der ersten Planplatte 11 verdampft und somit in die Gasform umgewandelt wird. Da die Temperatur am zweiten Ende 102 niedriger ist, fließt das gasförmige Arbeitsfluid entlang dem Kanal 5 zu dem zweiten Ende 102. Dadurch fließt das gasförmige Arbeitsfluid nicht nur von der Verdampfungszone zu der Kondensationszone der zweiten Platte 12 sondern auch von dem ersten Ende 101 zu dem zweiten Ende 102, so dass der Kühlkörper 4 an der zweiten Platte 12 und dem zweiten Ende 102 die Wärme aufnimmt und in die Umgebungsluft abgibt. Dadurch kann das gasförmige Arbeitsfluid schnell die Kondensationszone an der zweiten Planplatte 12 und zweitem Ende 102 erreichen und kondensiert werden. Das kondensierte flüssige Arbeitsfluid fließt durch die Kapillarstruktur 2 zu der Verdampfungszone der ersten Planplatte 11 und des ersten Endes 101 zurück. Daher wird der Wirkungsgrad des Arbeitsfluidkreislaufs erhöht, wodurch die Wärme schnell wegtransportiert wird, so dass eine gute Kühlwirkung erreicht wird.
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2C zeigt eine weitere Ausführungsform der Kapillarstruktur 2, die an einem Ende mindestens eine Verbreiterung 26 aufweist, die dem ersten Ende 101 zugewandt ist und in den Kanal 5 einragt. D. h. die Verbreiterung 26 erstreckt sich von der dritten Seite 203 in den Kanal 5. Wenn die Kapillarstruktur 2 an der dritten Wand 1003 anliegt, ragt die Verbreiterung 26 von der vierten Seite 204 in den Kanal 5 ein.
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1B zeigt eine weitere Ausführungsform der ersten und zweiten Planplatte 11, 12, die an der Innenseite jeweils eine Kapillarstruktur 13 aufweisen, um den Rückfluss des flüssigen Arbeitsfluids in die Verdampfungszone zu beschleunigen, damit der Wirkungsgrad des Arbeitsfluidkreislaufs weiterhin erhöht wird.
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Die Kapillarstruktur 13 kann durch Netz, Fasern, Sinderpulver, Sinterpulvernetz oder Rillen gebildet sein. Wie aus 2D ersichtlich ist, ist zwischen dem Ende der Kapillarstruktur 2 und dem zweiten Ende 102 ein Raum 15 gebildet, der mit dem Kanal 5 verbunden ist.
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Dadurch weist die erfindungsgemäße dünne Wärmeplatte 1 eine bessere Wärmeleitwirkung auf, wodurch die Kühlwirkung erheblich erhöht wird. Zudem kann die dünne Wärmeplatte flexibel ausgestaltet werden und besitzt ein kleines Gewicht, eine kleine Dicke und niedrige Kosten.
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Die 3A, 3B und 4A zeigen das zweite bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung, das sich von dem ersten Ausführungsbeispiel nur dadurch unterscheidet, dass die Kapillarstruktur 2 in der Mitte des Innenraums 100 angeordnet ist, wobei die dritte Seite 203 mit der dritten Wand 1003 einen ersten Kanal 51 und die vierte Seite 204 mit der vierten Wand 1004 einen zweiten Kanal 52 bildet. Durch den ersten und zweiten Kanal 51, 52 kann das gasförmige Arbeitsfluid fließen, wodurch das gasförmige Arbeitsfluid schnell durch den ersten und zweiten Kanal 51, 52 zu dem zweiten Ende 102 fließen kann, so dass ein besserer Wärmetransport erreicht wird.
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3C zeigt eine weitere Ausführungsform der Kapillarstruktur 2, die an einem Ende mindestens eine Verbreiterung 26 aufweist, die dem ersten Ende 101 zugewandt ist und von der dritten und vierten Seite 203, 204 in den ersten und zweiten Kanal 51, 52 einragen.
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4B zeigt eine weitere Ausführungsform der ersten und zweiten Planplatte 11, 12, die an der Innenseite jeweils eine Kapillarstruktur 13 aufweisen, um den Rückfluss des flüssigen Arbeitsfluids in die Verdampfungszone zu beschleunigen, damit der Wirkungsgrad des Arbeitsfluidkreislaufs weiterhin erhöht wird. Die Kapillarstruktur 13 kann durch Netz, Fasern, Sinderpulver, Sinterpulvernetz oder Rillen gebildet sein.
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Die 5A und 5B zeigen das dritte bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung, das sich von dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel nur dadurch unterscheidet, dass die Kapillarstruktur 2 eine erste Kapillarstruktur 21, eine zweite Kapillarstruktur 22 und eine dritte Kapillarstruktur 23 enthält. Die erste, zweite und dritte Kapillarstruktur 21, 22, 23 sind beabstandet in dem Innenraum 100 angeordnet. Die erste Kapillarstruktur 21 bildet mit der dritten Wand 1003 einen ersten Kanal 51. Zwischen der ersten, zweiten und dritten Kapillarstruktur 21, 22, 23 sind ein zweiter Kanal 52 und ein dritter Kanal 53 gebildet. Die dritte Kapillarstruktur 23 bildet mit der vierten Wand 1004 einen vierten Kanal 54.
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Durch den ersten, zweiten, dritten und vierten Kanal 51, 52, 53, 54 wird das gasförmigen Arbeitsfluid geteilt, wodurch das gasförmige Arbeitsfluid schnell durch den ersten, zweiten, dritten und vierten Kanal 51, 52, 53, 54 zu dem zweiten Ende 102 fließen kann. Das flüssige Arbeitsfluid kann durch die erste, zweite und dritte Kapillarstruktur 21, 22, 23 in die Verdampfungszone zurückfließen, wodurch der Wirkungsgrad des Arbeitsfluidkreislaufs erhöht wird, so dass ein besserer Wärmetransport erreicht wird.
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In der Praxis ist die Anzahl der Kapillarstruktur 2 nicht auf drei beschränkt. Der Benutzer kann je nach der Breite des Hauptkörpers 10 und der Anforderung an den Wärmetransport und den Arbeitsfluidkreislauf die Anzahl der Kapillarstruktur 2 wählen. In 5C enthält die Kapillarstruktur 2 vier beabstandete Kapillarstrukturen. D. h. die Kapillarstruktur enthält weiter eine vierte Kapillarstruktur 24, die zwischen der dritten Kapillarstruktur 23 und der vierten Wand 1004 angeordnet ist und einen vierten und fünften Kanal 54, 55 bildet. Die Funktion des fünften Kanals 55 ist gleich wie bei dem ersten, zweiten, dritten und vierten Kanal 51, 52, 53, 54 und wird daher nicht beschrieben.
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5D zeigt eine weitere Ausführungsform der ersten, zweiten und dritten Kapillarstruktur 21, 22, 23, die an einem Ende jeweils mindestens eine Verbreiterung 26 aufweisen, die dem ersten Ende 101 zugewandt ist. Die Verbreiterungen 26 ragen von den beiden Seiten der ersten, zweiten und dritten Kapillarstruktur 21, 22, 23 in den entsprechenden Kanäle ein. Genauer gesagt, die Verbreiterung 26 der ersten Kapillarstruktur 21 ragt von den beiden Seiten der ersten Kapillarstruktur 21 in den ersten und zweiten Kanal 51, 52 ein. Die Verbreiterung 26 der zweiten Kapillarstruktur 22 ragt von den beiden Seiten der zweiten Kapillarstruktur 22 in den zweiten und dritten Kanal 52, 53 ein. Die Verbreiterung 26 der dritten Kapillarstruktur 23 ragt von den beiden Seiten der dritten Kapillarstruktur 23 in den dritten und vierten Kanal 53, 54 ein.
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Die 6A und 6B zeigen das vierte bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung, das sich von dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel nur dadurch unterscheidet, dass die Kapillarstruktur 2 eine erste Kapillarstruktur 21 und eine der ersten Kapillarstruktur 21 gegenüberliegende zweite Kapillarstruktur 22 enthält, die an der dritten und vierten Wand 1003, 1004 anliegen und mit dem Innenraum einen Kanal 5 bilden.
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Durch die erste und zweite Kapillarstruktur 21, 22 kann das flüssige Arbeitsfluid schnell in die Verdampfungszone zurückfließen, wodurch der Wirkungsgrad des Arbeitsfluidkreislaufs erhöht wird, so dass ein besserer Wärmetransport erreicht wird.
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6C zeigt eine weitere Ausführungsform der ersten und zweiten Kapillarstruktur 21, 22, wobei die erste Kapillarstruktur 21 am Ende eine erste Verbreiterung 261 und die zweite Kapillarstruktur 22 am Ende eine zweite Verbreiterung 26 aufweist. Die erste und zweite Verbreiterung 261, 262 sind dem ersten Ende 101 zugewandt. Die erste Verbreiterung 261 ragt in den Kanal 5 ein. Die zweite Verbreiterung 262 erstreckt sich in Richtung der ersten Verbreiterung 261 (ragt auch in den Kanal 5 ein).
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Zusammenfassend ist festzustellen, dass die erfindungsgemäße dünne Wärmeplatte 1 flexibel ausgestaltet werden kann und ein kleines Gewicht, eine kleine Dicke und niedrige Kosten aufweist. Sie kann wie Wärmerohr die wärme zu einem Fernende wegtransportieren, so dass eine hohe Kühlwirkung erreicht wird.
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Daher weist die Erfindung folgende Vorteile auf:
- 1. hohe Kühlwirkung,
- 2. kleines Gewicht, kleine Dicke und guter Wärmetransport,
- 3. niedrige Kosten,
- 4. hoher Wirkungsgrad des Arbeitsfluidkreislaufs,
- 5. flexible Ausgestaltung.
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Die vorstehende Beschreibung stellt nur die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung dar und soll nicht als Definition der Grenzen und des Bereiches der Erfindung dienen. Alle gleichwertige Änderungen und Modifikationen gehören zum Schutzbereich dieser Erfindung.
