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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Erfindung bezieht sich auf Thermosiphons, um den Elektronikgeräten Wärme zu entziehen.
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HINTERGRUND
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Computerbenutzer konzentrieren sich oft auf die Geschwindigkeit von Computermikroprozessoren (z. B., Megahertz und Gigahertz). Viele vergessen, dass diese Geschwindigkeit mit Kosten und höherem Stromverbrauch verbunden ist. Dieser Stromverbrauch erzeugt auch Wärme. Das basiert auf einfachen physikalischen Gesetzen, der gesamte Strom muss irgendwo hin und dieses „Irgendwo“ ist letztendlich die Umwandlung in Wärme. Ein paar Mikroprozessoren auf eine Hauptplatine montiert kann Hunderte Watt oder mehr Strom verbrauchen. Multiplizieren Sie diese Zahl mit mehreren Tausend (oder Zehntausenden), die durch die vielen Computer in einem großen Datenzentrum entstehen und die Wärmemenge kann schnell eingeschätzt werden, die erzeugt werden kann. Die Auswirkungen des verbrauchten Stroms durch die kritische Belastung im Datenzentrum werden verstärkt, wenn alle erforderlichen Zusatzgeräte integriert werden, um die kritische Belastung zu unterstützen.
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Viele Techniken werden zur Kühlung von Elektronikgeräten verwendet (z. B. Prozessoren, Speicher und andere Wärme erzeugenden Geräte), die sich auf einem Serverrack-Ablagekasten befinden. Zum Beispiel kann erzwungene Konvektion erzeugt werden, indem ein Kühlluftstrom über den Geräten bereitgestellt wird. Ventilatoren, die sich in der Nähe der Geräte befinden, Ventilatoren in Computer-Serverräumen und/oder Ventilatoren im Kanalsystem in fließender Kommunikation mit der Luftumgebung der Elektronikgeräte, können den Kühlluftstrom ins Ablagefach leiten, auf dem sich die Geräte befinden. In einigen Fällen befinden sich ein oder mehrere Bauteile oder Geräte auf einem Server-Ablagefach, dessen Bereich schwierig zu kühlen ist; zum Beispiel in einem Bereich, wo die erzwungene Konvektion nicht besonders wirksam bzw. nicht verfügbar ist.
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Die Folge von unangemessener und/oder unzureichender Kühlung kann zu Störungen von einem oder mehreren Geräten im Ablagekasten führen, aufgrund einer Temperatur des Gerätes, die die Höchst-Solltemperatur überschreitet. Während bestimmte Redundanzen in einem Computer Datenzentrum, einem Serverrack und sogar bei einzelnen Ablagekästen integriert sind, kann die Störung eines Gerätes aufgrund von Überhitzung zu hohen Kosten in Bezug auf Geschwindigkeit, Leistung und Ausgaben führen.
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Thermosiphons sind Wärmeaustauscher, die durch die Nutzung eines Fluids funktionieren, das einer Phasenänderung unterliegt. Eine Flüssigform des Fluids wird in einem Verdampfer vaporisiert und Wärme wird durch den Dampf des Fluids vom Verdampfer zu einem Kondensator geleitet. Im Kondensator verdampft der Dampf und das Fluid wird dann durch die Gravitationskraft zum Verdampfer geleitet. Deshalb zirkuliert das Fluid zwischen Verdampfer und Kondensator ohne Notwendigkeit, eine mechanische Pumpe zu verwenden.
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KURZDARSTELLUNG
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Wie oben bereits erwähnt, erzeugen Elektronikgeräte Wärme, wie beispielsweise in Computerbauteilen, wie z. B. Prozessoren und Speichern. Ein Thermosiphonsystem kann verwendet werden, um Wärme von solchen Elektronikgeräten zu entziehen. Obwohl einige Systeme zum Wärmeentzug an Computerbauteilen vorgeschlagen wurden, kommt zum vorhandenen begrenzten Raum in der Serverrack-Umgebung eine zusätzliche Herausforderung für das Design des Thermosiphonsystems hinzu. Außerdem muss der Thermosiphon für die kommerzielle Anwendung mit hoher Effizienz arbeiten.
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Verschiedene Annäherungen werden beschrieben, die individuell oder in Kombination zur Verbesserung der Effektivität verwendet werden können. Ein Rohr mit Paralleldurchgängen kann verwendet werden, um das Flüssigkondensat vom Kondensator zum Verdampfer zu führen und den Dampf vom Verdampfer zum Kondensator zu leiten. Der Verdampfer kann in das Rohr integriert werden. Der Kondensator kann mit einem winkligen Kerngehäuse gebaut werden. Die gesamte Baugruppe kann durch die Verwendung eines einzigen Materials, wie z. B. Aluminium gebaut werden und durch einen einzigen Lötvorgang zusammengelötet werden. Die Verdampfer Lastplatte kann entlang einer Mittelachse Druck ausüben.
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Ein Gesichtspunkt ist, dass in einem Thermosiphonsystem ein Kondensator, ein Verdampfer und eine Kondensatleitung enthalten sind, die den Kondensator strömungstechnisch an den Verdampfer koppeln. Die Kondensatleitung ist mit einem Rohr ausgestattet, das einen Durchgang in der Mitte hat und ein paar Außendurchgänge, die sich an den entgegengesetzten Seiten des Mitteldurchgangs befinden und sich parallel zum Mitteldurchgang ausdehnen. Der Mitteldurchgang ist so angebracht, damit er eine Dampfphase des Arbeitsfluids vom Verdampfer zum Kondensator befördern kann. Die paar Außendurchgänge sind so gelagert, damit eine Flüssigphase einer Arbeitsfluid vom Kondensator zum Verdampfer zu befördern.
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Implementierungen können eines oder mehrere der folgenden Merkmale beinhalten. Das Rohr kann ein abgeflachtes, rechteckiges Gehäuse sein, die Breite des Gehäuses ist größer als seine Höhe. Der Außendurchgang kann angrenzend an den Seitenwänden des rechteckigen Rohrs positioniert werden. Der Mitteldurchgang kann von der oberen Seitenwand bis zur unteren Seitenwand des rechteckigen Rohrs erweitert werden. Im Rohr kann eine Tragstrebe im Mitteldurchgang positioniert werden die sich entlang der Rohrlänge erstreckt. Die Paar Außendurchgänge können einen Querschnittbereich von ungefähr 5–25 % des Mitteldurchgangs haben. Das Rohr kann ein einheitlich gelötetes Gehäuse sein. Im Verdampfer kann eine Verdampferpfanne mit einer Oberfläche enthalten sein, die in Bezug auf einen Boden des Mitteldurchgangs versenkt ist. Jedes Paar der Außendurchgänge kann eine Öffnung haben, die über oder angrenzend an die Verdampferpfanne positioniert sind. Der Verdampfer kann eine Vielfalt von Lamellen haben, die von der Verdampferpfanne nach oben gerichtet sind.
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Ein anderer Aspekt ist, dass in einem Thermosiphonsystem ein Kondensator, ein Verdampfer und eine Kondensatleitung enthalten sind, die den Kondensator strömungstechnisch an den Verdampfer koppeln. Der Verdampfer enthält eine Verdampferpfanne mit einer Oberfläche, die in Bezug auf den Boden der Kondensatleitung vertieft ist und eine Vielfalt von Vorsprüngen hat, die sich von der Verdampferpfanne nach oben hin ausdehnen, wobei die Spitzen der Lamellen über dem Boden der Kondensatleitung angeordnet sind.
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Implementierungen können eines oder mehrere der folgenden Merkmale beinhalten. Die Vielzahl der Vorsprünge kann eine Vielzahl von Lamellen enthalten. Die Vielzahl der Lamellen kann im Wesentlichen parallel angeordnet sein. Die Lamellen sind auf der gesamten Länge wellenförmig. Die Wellen können einen Abstand zwischen 1 und 2 mm haben und eine Amplitude zwischen 0,1 und 0,5 mm. Eine Decke des Verdampfers kann mit einer Oberseite des Mitteldurchgangs bündig sein. Der Verdampfer und die Kondensatleitung können ein einheitlich gelöteter Körper sein. Die Verdampferpfanne und die Vorsprünge können aus Kupfer sein. Die Kondensatleitung kann ein Rohr sein, mit einem Mitteldurchgang und ein paar Außendurchgängen, die an den entgegengesetzten Seiten des Mitteldurchgangs positioniert sind und sich parallel zum Mitteldurchgang erstrecken. Der Mitteldurchgang kann positioniert sein, um eine Dampfphase der Arbeitsflüssigkeit vom Verdampfer zum Kondensator und das paar Außendurchgänge kann so positioniert werden, um eine Flüssigphase des Arbeitsfluids vom Kondensator zum Verdampfer zu befördern. Jedes Paar der Außendurchgänge kann eine Öffnung haben, die über oder angrenzend an die Verdampferpfanne positioniert sind.
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Ein weiterer Aspekt ist, dass in einem Thermosiphonsystem ein Verdampfer, ein Kondensator und eine Kondensatleitung enthalten sind. Im Kondensator ist ein Körper enthalten, an dessen erster Seite sich eine Öffnung befindet, eine zweite Seite des Körpers gegenüber der ersten Seite, ein Mittelkanal, der von der Öffnung in Richtung zweite Seite führt und eine Vielzahl von parallelen Kammern, die sich seitlich vom Mittelkanal erstrecken. Ein Boden des Mittelkanals und die Vielzahl von parallelen Kammern sind abgeschrägt, wobei ein Ende des Mittelkanals sich näher an der zweiten Seite befindet und höher ist als ein Ende des Mittelkanals an der Öffnung. Die Kondensatleitung koppelt die Öffnung des Kondensators strömungstechnisch mit dem Verdampfer.
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Implementierungen können eines oder mehrere der folgenden Merkmale beinhalten. Die Kondensatleitung kann ein Rohr enthalten, der einen Mitteldurchgang hat und ein paar Außendurchgänge, die sich an den entgegengesetzten Seiten des Mittelkanals befinden und sich parallel zum Mitteldurchgang ausbreiten. Der Mitteldurchgang kann positioniert sein, um eine Dampfphase des Arbeitsfluids vom Verdampfer zum Kondensator zu befördern und das äußere paar der Durchgänge kann so positioniert sein, dass die Flüssigphase vom Kondensator zum Verdampfer befördert wird. Der Körper kann einen Hohlraum haben und eine Vielzahl von Wänden, die den Hohlraum in eine Vielzahl von parallelen Kammern teilen. Eine Vielzahl von Wärme leitenden Lamellen können vom Körper nach außen überstehen. Die Vielzahl von Wärme leitenden Lamellen können waagerecht aus dem Körper herausragen. Die Spitzen der Vielzahl von Wärme leitenden Lamellen können sich auf der waagerechten Ebene befinden. Der Boden des Mittelkanals und die Vielzahl von Parallelkammern können in einem Winkel von 1°–30° geneigt sein, ungefähr 7,5º in Bezug zur waagerechten Ebene.
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Ein anderer Aspekt, eine Methode wie ein Thermosiphonsystem zusammengebaut wird, enthält einen Kondensator, einen Verdampfer und eine Kondensatleitung, diese müssen vorhanden sein und gleichzeitig werden der Kondensator, der Verdampfer und die Kondensatleitung gelötet, damit diese, in einem Lötvorgang, einen einheitlichen Körper bilden.
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Implementierungen können eines oder mehrere der folgenden Merkmale beinhalten. Der Kondensator, der Verdampfer und die Kondensatleitung können aus Aluminium sein. Der Kondensator und die Kondensatleitung können aus Aluminium bestehen und im Verdampfer kann eine Kupfer-Verdampferpfanne enthalten sein. Durch den Einzellötvorgang können der Kondensator, der Verdampfer und die Kondensatleitung gleichzeitig auf eine Temperatur aufgeheizt werden, die ungefähr zwischen 580 und 620 ºC liegt.
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Ein oder mehrere Vorteile können realisiert werden. Das Thermosiphonsystem kann in den begrenzten waagerechten und senkrechten Raum des Serverracks hineinpassen. Eine dünne Fluidschicht kann im Verdampfer über dem Bereich aufrechterhalten werden, an dem der Verdampfer das Elektronikgerät berührt, dadurch wird der Wärmewiderstand des Verdampfers verringert, damit die Wärme des Elektronikgerätes aufgenommen wird. Lamellen im Verdampfer, die über den Fluidpegel herausragen, können die Wärmeübertragung verbessern und/oder die Sensibilität des Montagewinkels des Thermosiphons reduzieren. Der geneigte Kern kann die Wärmeleistung unter anderem dadurch verbessern, dass mehr über die Kondensationslamellen in Dampf aussetzt. Das allgemein rechtwinklig extrudierte Rohr kann die Teileanzahl im Vergleich zu vorherigen Systemen reduzieren, dadurch werden Herstellungskosten verringert und die Rendite erhöht. Die einzelne Materialkonstruktion kann ebenfalls die Komplexität der Herstellung reduzieren, z. B. indem ermöglicht wird, dass das gesamte System als Einzeleinheit gelötet wird, wodurch die Wahrscheinlichkeit von Leckagen verringert wird. Das allgemein rechteckig extrudierte Rohr kann einen höheren Formfaktor bereitstellen, z. B. ähnliche Funktionalität bei weniger Inanspruchnahme von Platz durch Fremdmaterial.
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Die Einzelheiten einer oder mehrerer Implementierungen sind in den begleitenden Zeichnungen und der Beschreibung unten dargelegt. Andere Aspekte, Merkmale und Vorteile der Erfindung können aus der Beschreibung und den technischen Zeichnungen und von den Ansprüchen.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 veranschaulicht eine Seitenansicht eines Serverracks und eine Serverrack-Unterbaugruppe, die so konfiguriert ist, damit sie im Rack montiert werden kann.
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2 und 3 veranschaulichen eine Seitenansicht und eine Draufsicht einer Serverrack-Unterbaugruppe.
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4 veranschaulicht eine Perspektivansicht einer Serverrack-Unterbaugruppe (die gedruckte Leiterplatte und die Wärme erzeugenden Bauteile werden ausgelassen, um eine Ansicht bereitzustellen, die mehr zeigt als nur den Rahmen).
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5 veranschaulicht eine Ansicht eines Thermosiphonsystems.
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6 veranschaulicht eine Querschnittansicht einer Kondensat-/Dampfleitung, die Abbildung dazu finden Sie entlang der Zeile 6-6 von 5.
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7 ist eine Perspektivansicht eines Montagebügels.
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8 ist eine Vorderansicht im Querschnitt von einer Implementierung eines Verdampfers abgebildet.
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9A und 9B veranschaulichen Querschnitt-Seitenansichten einer Implementierung eines Verdampfers von einem Thermosiphonsystem, welches entlang der Zeilen 9A-9A und 9B-9B dargestellt wird bzw. in 8 zu sehen ist.
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9C veranschaulicht ein isometrisches Schnittbild von der Implementierung des Verdampfers aus 9A und 9B.
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9D zeigt eine Draufsicht der Implementierung des Verdampfers aus 9A und 9B.
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9E ist eine detaillierte Ansicht einer Implementierung von Verdampferlamellen in der Implementierung des Verdampfers aus 6A und 6B.
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10 und 11 zeigen Seiten-Querschnittansichten eines Kondensators vom Thermosiphonsystem.
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12 und 13 veranschaulichen Draufsichten, Querschnitt des Thermosystems von 8 und 9.
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14 zeigt eine Perspektiv-Schnittdarstellung eines Thermosiphonsystems.
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15 zeigt eine Explosionszeichnung eines Thermosiphonsystems.
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16 und 17 zeigen einen Schnitt der Drauf- und Seitenansicht einer anderen Implementierung eines Kondensators.
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18 zeigt eine Schnitt-Perspektivansicht des anderen Kondensators.
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19 ist eine Schnittdarstellung einer vergrößerten Draufsicht einer Kammer im Kondensator.
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20 zeigt eine Schnittdarstellung einer Draufsicht einer anderen Implementierung eines Kondensators.
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21 zeigt eine Schnittdarstellung einer Seitenansicht einer Implementierung eines Kondensators in 20.
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Wie Referenzsymbole in den unterschiedlichen Zeichnungen auf ähnliche Elemente hinweisen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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In diesem Dokument wird ein Thermosystem erörtert, das eingebaut werden kann, um einem elektronischen System, z. B. Computerteilen, wie einem Prozessor oder Speicher, Wärme zu entziehen. Der Verdampfer des Thermosiphonsystems hat Verbindung mit dem elektronischen Gerät, sodass an ihm ein konduktiver Wärmeentzug stattfindet. Somit kann das Thermosiphonsystem als Kühlkörper für das Elektronikgerät fungieren, indem es die Wahrscheinlichkeit von Überhitzung und anschließendem Ausfall des Elektronikgerätes reduziert.
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Insbesondere kann das Thermosiphonsystem auf einer Serverrack-Unterbaugruppe montiert oder in diese zum Einbau in ein Serverrack integriert werden. Die Serverrack-Unterbaugruppe kann eine Anzahl an Wärme erzeugenden Elektronikgeräten enthalten oder unterstützen und der Verdampfer des Thermosiphonsystems kann mit einem oder mehreren Elektronikgeräten Kontakt haben. Zusätzlich kann das Thermosiphonsystem auf einer Bus-Leiterplatte, einer Tochterplatte und/oder anderen Platinen mit Wärme erzeugenden Elektronikgeräten montiert werden.
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1 zeigt ein Beispielsystem 100, in diesem sind ein Serverrack 105, z. B. ein 13 Zoll oder 19 Zoll Serverrack und mehrere Serverrack-Unterbaugruppen 110 die innerhalb Rack 105 montiert sind. Obwohl ein Einzel-Serverrack 105 abgebildet ist, kann das Serverrack 105 eines von einer Anzahl an Serverracks innerhalb des Systems 100 sein, das eine Serverfarm oder Colocation-Einrichtung (Rechenzentrum) enthält, in dem verschiedene auf dem Rack montierte Computersysteme enthalten sind. Anstatt der gezeigten mehreren Serverrack-Unterbaugruppen 110 innerhalb von Rack 105, kann auch nur eine verbaut sein. Ganz allgemein weist das Serverrack 105 in systematischer und wiederholter Art und Weise mehrere Schlitze 107 im Serverrack 105 auf, wobei jeder Schlitz 107 ein Platz im Rack ist, in den eine entsprechende Serverrack-Unterbaugruppe 110 platziert und entfernt werden kann. Zum Beispiel kann die Serverrack-Unterbaugruppe auf Schienen 112 abgestützt werden, welche aus den entgegengesetzten Seiten von Rack 105 herausragen und somit ermöglichen, die Position der Schlitze 107 festzulegen. Die Schlitze und die Serverrack-Unterbaugruppen 110 können entsprechend der abgebildeten waagerechten Anordnung ausgerichtet werden (in Bezug auf die Gravitation). Alternativ können die Schlitze 107 und die Serverrack-Unterbaugruppen 110 senkrecht ausgerichtet werden (in Bezug auf die Gravitation), wobei dies eine gewisse Umgestaltung des weiter unten beschriebenen Verdampfer- und Kondensatoraufbaus erfordern würde. Im Falle waagerechter Ausrichtung der Schlitze, können sie in Rack 105 senkrecht, bei senkrechter Ausrichtung der Schlitze waagerecht im Rack 105 angeordnet sein.
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Serverrack 105, als Bestandteil eines größeren Datenzentrums zum Beispiel, kann Datenverarbeitungs- und Speicherkapazität bereitstellen. Bei Betrieb kann ein Datenzentrum an ein Netzwerk angeschlossen werden und kann verschiedene Anfragen vom Netzwerk erhalten und beantworten, um somit die Daten zu verarbeiten, und/oder zu speichern. Bei Betrieb ermöglicht das Serverrack 105 zum Beispiel normalerweise die Kommunikation von Informationen über ein Netzwerk mit Benutzerschnittstellen, die durch Web Browser Anwendungen von Benutzern erzeugt werden, die Dienstleistungen anfordern, die von Applikationen bereitgestellt werden, die im Datenzentrum auf Computern laufen. Das Serverrack 105 kann einem Benutzer helfen, der einen Webbrowser benutzt, um im Internet auf Websites oder das World Wide Web zuzugreifen.
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Die Serverrack-Unterbaugruppe 110 kann eine von einer Vielzahl von Strukturen sein, die auf einem Serverrack montiert werden können. Zum Beispiel kann in einigen Implementierungen, die Serverrack-Unterbaugruppe 110 ein „Ablagefach“ sein oder eine Ablagefach-Baugruppe, die gleitfähig in das Serverrack 105 eingesetzt werden kann. Der Begriff „Ablagefach“ ist nicht auf irgendeine besondere Anordnung begrenzt, sondern bezieht sich hier auf Hauptplatinen oder hauptplatinenähnliche, verhältnismäßig flache Strukturen zu deren Montage in einer Rackstruktur. In einigen Implementierungen ist die Serverrack-Unterbaugruppe 110 ein Servergestell oder ein Servercontainer (z. B. Serverbox). In einigen Implementierungen kann die Serverrack-Unterbaugruppe 110 ein Festplattenkäfig sein.
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Bezugnehmend auf 2, 3 und 4, die Serverrack-Unterbaugruppe 110 enthält einen Rahmen oder Käfig 120, eine Leiterplatte 122, z. B. eine Hauptplatine, die auf einem Rahmen 120 abgestützt ist, ein oder mehrere Wärme erzeugende Elektronikgeräte 124, z. B. ein Prozessor oder Speicher, auf einer gedruckten Leiterplatte 122 montiert und ein Thermosiphonsystem 130. Ein oder mehrere Ventilatoren 126 können ebenfalls auf dem Rahmen 120 montiert werden.
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Der Rahmen 120 kann einfach eine Flachstruktur enthalten oder sein, auf der die Hauptplatine 122 angeordnet ist, sodass der Rahmen 120 von den Technikern gefasst werden kann, indem die Hauptplatine auf ihren Platz geschoben wird und auf der Position im Rack 105 gehalten wird. Zum Beispiel kann die Serverrack-Unterbaugruppe 110 waagerecht im Serverrack 105 montiert werden, wie zum Beispiel durch Schieben des Rahmens 120 in den Schlitz 107 und über ein Paar Schienen in das Rack 105 auf den entgegengesetzten Seiten der Serverrack-Unterbaugruppe 110 — ähnlich wie beim Einschieben eines Lunchtabletts in ein Kantinengestell. Wenngleich in 2 und 3 den Rahmen 120 veranschaulichen, der sich unter der Hauptplatine 122 erstreckt, wobei dieser kann andere Formen haben kann (z. B. durch seine Verwendung als Peripherierahmen um die Hauptplatine) oder weggelassen werden kann, sodass die Hauptplatine selbst z. B. gleitfähig im Rack 105 sitzt. Des Weiteren ist anzumerken, obwohl 2 veranschaulicht den Rahmen 120 als eine Flachplatte, wobei der Rahmen 120 eine oder mehr Seitenwände 121 beinhalten kann (siehe 4), die nach oben über die Kanten der flachen Platte herausragen, und wobei die Flachplatte der Boden einer oben geschlossenen oder oben offenen Box oder eines Käfigs sein kann.
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Die abgebildete Serverrack-Untergruppe 110 enthält eine Leiterplatte 122, z. B. eine Hauptplatine, auf der eine Vielfalt an Bauteilen montiert ist, einschließlich Wärme erzeugende Elektronikgeräte 124. Obwohl eine Hauptplatine 122 auf dem Rahmen 120 montiert abgebildet ist, können, in Abhängigkeit von Anforderungen der jeweiligen Anwendung, mehrere Hauptplatinen 120 auf ihm montiert werden. In einigen Anwendungen können einer oder mehrere Ventilatoren 126 auf Rahmen 120 platziert werden, sodass die Luft an der Vorderkante der Serverrack-Unterbaugruppe 110 (Siehe linke Seite in 3) näher an der Vorderseite des Racks 105 hereinkommt, wenn die Unterbaugruppe 110 im Rack 105 installiert ist (siehe Pfeil A in 4), über der Hauptplatine und über einige Wärme erzeugende Bauteile auf der Hauptplatine 122, und wird an der hinteren Kante von der Serverrackanordnung 110 abgesaugt (an der rechten Seite in 3), näher an der Rückseite des Racks 105, wenn die Unterbaugruppe 110 im Rack 105 installiert wird. Der eine oder mehrere Ventilatoren 126 können am Rahmen 120 durch Klammern 127 gesichert werden. So können die Ventilatoren 126 Luft in den Rahmenbereich 120 ziehen und diese nach Erwärmung aus Rack 105 ausstoßen. Eine Unterseite der Hauptplatine 122 kann vom Rahmen 120 durch eine Lücke getrennt werden.
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Wie in 2–5 dargestellt, beinhaltet das Thermosiphonsystem 130 einen Verdampfer 132, einen Kondensator 134 und eine Kondensat-/Dampfleitung 136, die den Verdampferbereich 132 mit dem Kondensator 134 verbindet. Die Kondensat-/Dampfleitung 136 enthält mindestens zwei, d. h. also z. B. drei Paralleldurchgänge.
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In der Implementierung, die in 6 gezeigt wird, enthält die Kondensat-/Dampfleitung 136 einen Mittelgang 138a und zwei Außendurchgänge 138b. Die zwei Außendurchgänge 138b sind auf den gegenüberliegenden Seiten der Mittelpassage 138a positioniert und erstrecken sich parallel zur Mittelpassage 138a. Insbesondere können die Außendurchgänge 138b an die Seitenwände 136a des Rohres, das die Kondensat-/Dampfleitung 136 darstellt, positioniert werden. Zusätzlich können die Außendurchgänge 138b an den Boden des Rohrs, das die Kondensat-/Dampfleitung 136 darstellt, positioniert werden. Im Betrieb fördert der Mitteldurchgang 138a die Dampfphase des Arbeitsfluids vom Verdampfer 132 zum Kondensator 130, und das Paar der Außendurchgänge 138b befördert die Flüssigphase des Arbeitsfluids vom Kondensator 130 zum Verdampfer 132.
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Die Kondensat-/Dampfleitung 136 kann als flacher, rechteckiger Körper ausgelegt werden, dessen Breite B (gemessen senkrecht zur langen Achse des Verdampfers) größer als seine Höhe H (senkrecht zur Oberfläche der Leiterplatte gemessen) ist. Wie in 6, im Verdampfer 132 und in der Kondensat-/Dampfleitung 136 kann eine Vielzahl von Trennwänden 136b enthalten sein. Das Volumen zwischen jeder Außentrennwand 136b und der Seitenwand 136a und Bodenwand 137b definiert einen Außendurchgang 138b. Das Volumen zwischen den Außentrennwänden 136b, zwischen der Oberwand 137a und der Unterwand 137b, kann den Mitteldurchgang 138a definieren.
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In einigen Implementierungen ist in der Vielzahl der Trennwände ebenfalls ein Mittelgang 135 enthalten. Die Mitteltrennwand 135 kann sich von der Oberwand 137a zur Unterwand 137b der Kondensat-/Dampfleitung 136 erstrecken. Wie in 6, die Mitteltrennwand 135 teilt den Mitteldurchgang 138a in zwei oder mehrere Durchgänge. Die Mitteltrennwand 135 kann eine Tragstrebe sein, die sich von der Oberwand 137a zur Unterwand 137b erstreckt, um verbesserte Strukturfestigkeit und Stabilität bereitzustellen.
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Das Paar Außendurchgänge 138a, zusammengenommen, kann ungefähr 5–25 % vom Querschnittbereich des Mitteldurchgangs 138b sein, z. B. jeder Außendurchgang 138a beträgt ein Drittel der Breite des Mitteldurchgangs 138b. Die Außentrennwände 136a können sich an den entgegengesetzten Seiten des Mitteldurchgangs 136b befinden und parallel zur Mitteltrennwand 136b verlaufen.
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Zurückkehrend zu 2, 5 und 6, der Verdampfer 132 kontaktiert das Elektronikgerät 124, sodass Wärme entzogen wird, durch die Konduktivwärmeübertragung vom Elektronikgerät 124 zum Verdampfer 132. Insbesondere kontaktiert der Boden des Verdampfers 132 den oberen Bereich des Elektronikgerätes 124. Bei Betrieb wird durch die Wärme des Elektronikgerätes 124 ein Arbeitsfluid zur Verdampfung im Verdampfer 132 hervorgerufen. Der Dampf geht durch die Kondensat-/Dampfleitung 136, besonders durch den Mitteldurchgang 138b zum Kondensator 134. Wärme wird vom Kondensator 134 abgestrahlt, z. B. in die Luft geblasen oder von einem oder mehreren Ventilatoren 126, die über dem Kondensator 134 verlaufen, führen dazu, dass das Arbeitsfluid kondensiert. Das kondensierte Arbeitsfluid kann durch die Kondensat-/Dampfleitung 136 zurückfließen, besonders durch die Außendurchgänge 138a zum Verdampfer 132.
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Der Verdampfer 132 kann in Wärmekontakt mit dem Elektronikgerät 124, durch eine Montageklammer 150, gebracht werden, diese Anwendung drängt den Verdampfer 132 in Richtung Elektronikgerät 124. Die Montageklammer 150 kann an die Leiterplatte 122 mit Befestigungselementen 152 angebracht werden.
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Bezugnehmend auf 2, 5 und 7, die Montageklammer, wie auf der Leiterplatte 122 montiert, kann sich nach unten ausweitende Übertragungen 154 haben, z. B. eine Konvexpumpe, die eine größere Druckmenge zur Mitte des Verdampfers 132 bringt. In einigen Implementierungen kann der Vorsprung 154 verlängert werden, z. B. entlang der Längsachse der Kondensat-/Dampfleitung 136. Der Vorsprung 154 kann eine Länge von (gemessen parallel zu den Durchgängen der Kondensat-/Dampfleitung 136) des Verdampfers 132. Zusätzlich kann der Vorsprung 154 um eine Breite (die senkrecht zu den Durchgängen der Kondensat-/Dampfleitung 136) des Verdampfers 132 zentriert werden. Diese Konfiguration wendet eine größere Druckmenge entlang der Mittellinie des Verdampfers an und kann verhindern, dass sich der Boden des Verdampfers 132 von der Oberseite des Elektronikgerätes 124 verbiegt. Indem guter Kontakt zwischen dem Boden des Verdampfers 132 und der Oberseite des Elektronikgerätes 124 aufrechterhalten wird, kann die Kühlleistung verbessert werden.
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Wie in der Implementierung der 5 und 7 veranschaulicht, beinhaltet der Montagebügel 150 eine sich waagerecht erstreckende Quertraverse 155. Der sich nach unten ausbreitende Vorsprung 154 wird an der Bodenoberfläche der Quertraverse 155 gebildet. Die Quertraverse 155 erstreckt sich waagerecht zwischen zwei Seitenflanschen 156, erstreckt sich von der Quertraverse 155 nach unten. Wenn auf der Leiterplatte 122 installiert, können die Seitenflansche 156 auf beiden Seiten des Elektronikgerätes 124 sitzen. Federn 157, die die Seitenflansche aushalten 56 können, drücken den Montagebügel 150 nach unten.
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Wie in 2 und 3, der Kondensator 134 kann sich auf der entgegengesetzten Seite von einem bzw. auf einem von mehreren Ventilatoren 126 des Verdampfers 132 befinden. Alternativ oder zusätzlich kann sich der Kondensator 134 auf der gleichen Seite von einem oder auf mehreren des einen oder mehreren Ventilatoren 126 wie der Verdampfer 132 befinden. Die Kondensat-/Dampfleitung 136 kann sich unter den Ventilatoren 126 befinden.
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Wie in 2 veranschaulicht, kann ein Teil 133 der Kondensat-/Dampfleitung 136 einen leichten (Nicht Null) Winkel haben, damit die Gravitation dafür sorgt, dass das kondensierte Arbeitsfluid durch die Kondensat-/Dampfleitung 136 zum Verdampfer 132 zurückfließt. Der Winkel kann 1°–30° betragen, z. B. 7,5 °, in Bezug zur Waagerechten. Da der Rahmen 120 normalerweise waagerecht im Betrieb ist, kann der Winkel 1°–30° in Bezug zur Oberfläche des Rahmens sein. Somit ist bei einigen Implantationen, mindestens ein Teil 133 der Kondensat-/Dampfleitung 136 nicht parallel zur Hauptoberfläche des Rahmens 120. Zum Beispiel kann das Ende der Kondensatorseite der Kondensat-/Dampfleitung 136 ca. 1–5 mm sein, z. B. 2 mm über dem Ende der Kondensat-/Dampfleitung 136. Es ist jedoch ebenfalls möglich, dass die Kondensat-/Dampfleitung 136 waagerecht ist oder sogar einen leichten negativen Winkel (obwohl der positive Winkel die Gravitation ausnutzt, indem der Flüssigkeitsfluss des Kondensators zum Verdampfer verbessert wird) hat. Da mehrere Wärme erzeugende Elektronikgeräte auf einer einzigen Hauptplatine sein können, wo jeder Verdampfer einem einzigen Elektronikgerät entspricht. Wie dargestellt in den 2 und 3, gibt es einen erster Verdampfer 132 und einen zweiten Verdampfer 132 sowie ein erstes Elektronikgerät 124 und ein zweites Elektronikgerät 124. Die Kondensat-/Dampfleitung 136, die den ersten Verdampfer mit dem zweiten Verdampfer kann eben sein, oder kann einen leichten positiven Winkel haben (wobei der Verdampfer 132 und das Rohrende 136, das weiter vom Kondensator 130 entfernt ist, niedriger als der andere Verdampfer ist).
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Während des Betriebs ist die Oberseite der Flüssigkeit im Kondensator über der Oberseite der Flüssigkeitshöhe im Verdampfer, z. B. von 1 bis 10 mm. Es kann einfacher sein, dieses mit einer Kondensat-/Dampfleitung 136 zu erreichen, die einen leichten (positiven nicht-Null) Winkel hat, jedoch ist die richtige Auswahl der thermischen und mechanischen Eigenschaften des Arbeitsfluids in Hinsicht auf die zu erwarteten Wärmetransport Anforderungen für das Thermosiphonsystem kann dieses immer noch erreicht werden für eine Kondensat-/Dampfleitung 136, die waagerecht oder in einem leichten negativen Winkel ist.
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Während des Betriebs kann die Flüssigphase eines Arbeitsfluids mindestens einen unteren Teil des Bodens eines Innenvolumens der Außendurchgänge 138a der Kondensat-/Dampfleitung 136 füllen, wobei sich der untere Teil des Bodens vom Kondensator zum Verdampferbereich erstreckt und eine Dampfphase der Arbeitsflüssigkeit kann durch den Mitteldurchgang 138b der Kondensat-/Dampfleitung 136. Des Weiteren kann die Flüssigphase des Arbeitsfluids vom Außendurchgang 138a in den Mitteldurchgang 138b durch eine oder mehrere Öffnungen 139 fließen. Die Flüssigphase des Arbeitsfluids kann mindestens einen unteren Teil eines Innenvolumens des Kondensators 124 füllen. Einige Teile der Außendurchgänge 138a können Dampf befördern. Aufgrund der Trennung des Mitteldurchgangs 138b von den Außendurchgängen 138a der Wände der Außentrennwände 136a, Scherspannung zwischen der Flüssigkeit und den Dampfphasen des Arbeitsfluids in entgegengesetzte Richtungen können reduziert werden, und somit werden der Kondensatfluss zum Verdampfer die Leistungsfähigkeit verbessert.
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In einigen Implementierungen kann sich der Kondensator 134 auf einer Höhe über dem Verdampfer 132 befinden, derart, dass eine Flüssigphase des Arbeitsfluids einen Teil eines Innenvolumens der Kondensat-/Dampfleitung 136 füllt, d. h. die Außendurchgänge 138a, derart, dass während des Betriebs eine Oberseite der Flüssigphase einen Winkel hat, der nicht Null ist in Bezug zur waagerechten Form des Kondensators 132 zum Verdampfer 134 hat. Eine Dampfphase des Arbeitsfluids kann durch einen Teil des Innenvolumens der Kondensator-/Dampfleitung 136, d. h. der Mitteldurchgang 138b, der Teil der sich vom Kondensator 132 zum Verdampfer 134 erstreckt.
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2–4 stellt ein Thermosiphonsystem 130 mit mehreren Verdampfern 132 dar; jeder Verdampfer 132 kann mit einem anderen Elektronikgerät 124 Kontakt aufnehmen, oder mehrere Verdampfer 132 können Kontakt zum gleichen Elektronikgerät herstellen, z. B. wenn das Elektronikgerät besonders groß ist oder mehrere Wärme erzeugende Bereiche hat. Wie dargestellt in den 2–4, mehrere Verdampfer 132 können durch die Kondensat-/Dampfleitungen 136 an den Kondensator 134 in Serie angeschlossen werden, d. h. eine erste Kondensat-/Dampfleitung verbindet den Kondensator an einen ersten Verdampfer und eine zweite Kondensat-/Dampfleitung verbindet den ersten Verdampfer an einen zweiten Verdampfer. Alternativ können einige oder alle von mehreren Verdampfern 132 an die Kondensat-/Dampfleitungen 136 parallel am Kondensator 134 angeschlossen sein, d. h. eine erste Kondensat-/Dampfleitung verbindet den Kondensator mit einem ersten Verdampfer, und eine zweite Kondensat-/Dampfleitung verbindet den Kondensator 134 mit einem zweiten Verdampfer. Die Vorteile einer Serienimplementierung sind weniger Rohre, wobei ein Vorteil von Parallelrohren ist, dass die Breite der Rohre geringer sein kann.
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2–4 und 6 zeigen ein Thermosiphonsystem 130, in dem ein abgeflachter rechteckiger Körper einen Mitteldurchgang und ein Paar Außendurchgänge hat, die sich auf den entgegengesetzten Seiten des Mitteldurchgangs befinden, der für den Kondensatfluss vom Kondensator 134 zum Verdampfer 132 benutzt werden und für den Dampffluss vom Verdampfer 132 zum Kondensator 134. Somit besteht in dieser Implementierung die strömungstechnische Kopplung zwischen dem Verdampfer 132 und dem Kondensator 134 in der kombinierten Kondensat- und Dampfübertragungsleitung. Ein potenzieller Vorteil der kombinierten Kondensat- und Dampfübertragungsleitung besteht darin, dass die Leitung an einer Seite des Kondensators angeschlossen werden kann, indem die senkrechte Höhe des Systems in Bezug auf ein System mit einer separaten Leitung für den Dampf verringert wird, da die Dampfleitung normalerweise an den bzw. in der Nähe der Oberseite des Verdampfers gekoppelt ist. Die Kondensat-/Dampfleitung 136 kann ein Rohr oder eine Rohrleitung sein, die z. B. aus Kupfer oder Aluminium besteht.
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Hinzu kommt, dass die Kondensat-/Dampfleitung 136 durch ein Metall-Strangziehverfahren hergestellt werden kann. Die vollständige Kondensat-/Dampfleitung 136 und Kondensator 124 kann eine begrenzte Anzahl an Teilen haben, z. B. wurde die Dampfleitung 135 wie ein abgeflachter, rechteckiger Körper gebaut, das die Teilezählung im Vergleich zu einem ähnlichen System, worin die Kondensat-/Dampfleitung nicht als abgeflachtes, rechteckiges Körper gebaut wurde. Die Reduzierung der Teilezählung kann zu einer geringeren Komplexität bei der Produktion führen, zu geringeren Produktionskosten und höheren Produktionsertrag.
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In 8 und 9A–9E ist ein Thermosiphonsystem 130 abgebildet, in dem der Verdampfer 132 eine Kammer 146 enthält und eine Vielzahl von Verdampferlamellen 142. Das Gehäuse kann eine Basis 140 und eine Hülle 144 enthalten, die an der Basis 140 befestigt wird. Die Hülle 144 kann durch das Rohr der Kondensat-/Dampfleitung 136 bereitgestellt werden. In der Bodenfläche der Kondensat-/Dampfleitung 136 kann eine Öffnung 145 geformt werden. Die Basis 140 grenzt an die Kondensat-/Dampfleitung 136 und umschließt die Öffnung 145. Die Öffnung 145 kann dieselbe Form haben wie die Basis, z. B. Quadrat. Das hermetisch abgeschlossene Volumen über der Basis 140 in der Hülle 144 stellt eine Kammer 146 für den Kondensator 132 bereit.
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Die Oberseite der Basis 140 stellt eine Verdampferpfanne 143 bereit. Das heißt die Oberseite 140 enthält einen Anteil i) der in Bezug zum Boden des Mitteldurchgangs 138b zurückgesetzt wurde und ii) in dem sich die Flüssigphase des Arbeitsfluids 160 sammelt. Zum Beispiel kann die Oberseite der Verdampferpfanne in Bezug zum Boden des Mitteldurchgangs 138b um ca. 1 mm bis 5 mm zurückgesetzt werden, z. B. 2 mm.
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Die Verdampferlamellen 142 ragen von der Verdampferebene 143 nach oben hervor, sodass sie über dem Boden des Mitteldurchgangs 138b sind. Wenn die Flüssigphase des Arbeitsfluids die Verdampferpfanne 143 überschwemmt, wird der Bodenbereich des Innendurchgangs 138b geflutet. Somit kann der Boden des Innendurchgangs 138b als Flutebene betrachtet werden. Zusätzlich wird sichergestellt, dass die Verdampferlamellen 142 nur teilweise überschwemmt sind in der Flüssigphase des Arbeitsfluids.
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Das Gehäuse kann ein abgeflachter rechteckiger Körper sein, mit den gleichen Außenabmessungen wie die Außenabmessungen der Kondensat-/Dampfleitung 136. Das Gehäuse kann ebenfalls Verlängerungen der Außendurchgänge 138a und des Mitteldurchgangs 138b der Kondensat-/Dampfleitung 136 sein.
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Die Basis 140 kann aus dem gleichen Material sein wie das Gehäuse, z. B. Aluminium. Alternativ kann die Basis 140 aus einem anderen Wärme leitenden Material bestehen, z. B. Kupfer. Das Gehäuse, z. B. kann der Boden der Basis 140 direkt in Kontakt mit dem Elektronikgerät 124 stehen, z. B. die Oberseite des Elektronikgerätes 124. Alternativ kann das Gehäuse, z. B. der Boden der Basis 140 zum Elektronikgerät 124 verbunden sein, z. B. die Oberseite des Elektronikgerätes 124, durch ein Wärme leitendes Oberflächenmaterial 141, z. B. ein Wärme leitender Pad oder eine Schicht, z. B. ein Wärme leitendes Fett oder Klebstoff.
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Die Verdampferlamellen haben Kontakt mit der Bodeninnenfläche 142 des Gehäuses, z. B. die Oberseite der Basis 140. Die Verdampferlamellen ragen aus der Verdampferpfanne 143 nach oben. Somit stellen die Verdampferlamellen 142 einen Wärme leitenden Bereich bereit, der Wärme von der Basis 140 zum Arbeitsfluid 160 leitet. Die Spitzen der Lamellen 142 ragen über den Boden der Kondensat-/Dampfleitung 136 heraus.
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Die Lamellen können im Wesentlichen parallel angeordnet werden. In einigen Implementierungen, sind die Lamellen allgemein parallel zur Breite des Mitteldurchgangs 136b angeordnet, d. h. senkrecht zur Länge der Kondensat-/Dampfleitung 136.
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Zusätzlich können die Verdampferlamellen 142 so eingestellt werden, dass sie das Arbeitsfluid 160 von der Basis 140 durch Kapillarwirkung entziehen. Zum Beispiel können die Verdampferlamellen 142 gestanzt bzw. anderseits mit Merkmalen bedruckt werden, z. B. Ziehriefenbildung, durch die das Arbeitsfluid nach oben gezogen wird.
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In einigen Implementierungen können die Lamellen entlang ihrer Länge Wellen haben. Die Wellen können eine Neigung zwischen 1 mm und 2 mm haben und eine Amplitude zwischen 0,1 und 0,5 mm. Wie in 9E, diese Wellen können dazu führen, dass etwas von der Flüssigphase des Arbeitsfluids 160 an den Lamellen 142 durch Kapillarwirkung aufsteigt.
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Dadurch kann die Leistungsfähigkeit des Verdampfers 132 verbessert werden, da mehr Oberflächenbereich der Lamellen 142 der Flüssigphase des Arbeitsfluids ausgesetzt wird.
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Die Lamellen können aus dem gleichen Material gebaut werden wie der Verdampfer, z B. aus Aluminium. Alternativ können die Lamellen aus einem anderen wärmeleitfähigen Material gebaut werden, z. B. aus Kupfer.
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Die Kammer 146 kann Verlängerungen der Außendurchgänge 138a und des Mitteldurchgangs 138b haben. Die Oberseite der Kammer 146 kann mit dem Mitteldurchgang 138b bündig sein. Eine Vielzahl von Öffnungen 139 wurden in den Außendurchgängen 138a in einem Bereich über den Lamellen 142 gebildet. Wenngleich in 9A und 9D werden zwei Öffnungen 139 illustriert, dort könnten mehr als zwei Öffnungen sein.
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In Betrieb fließt das Arbeitsfluid 160 in flüssiger Form von den Außendurchgängen 138a in den Mitteldurchgang 138b und in die Verdampferpfanne 143. Das Arbeitsfluid 160 kann durch die Öffnungen 139 fließen und auf die Verdampferlamellen 142 (siehe die 9A, 9D und 9E). Das Arbeitsfluid kann ein Volumen zwischen der Basis 140 und dem Boden der Außendurchgänge 138a füllen, dabei bildet sich eine dünne Schicht 162 des Arbeitsfluids auf den Verdampferlamellen 142. Die dünne Schicht 162 kann sich besonders in den Tälern zwischen den Wellen der Lamellen bilden. Ein Rest des Arbeitsfluids kann an den Außendurchgängen 138a hinunterfließen zum Verdampfer 132. Indem eine dünne Schicht 162 des Arbeitsfluids 160 geschaffen wird, ist der Wärmewiderstand des Verdampfers effektiv verringert worden (weil das Arbeitsfluid an einer dünnen Schicht leichter verdampfen kann und eine höhere Wärmeübertragung ermöglicht).
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Nun zurück zum Kondensator 132, der Kondensator 132 enthält eine Vielzahl von Kammern und eine Vielzahl von Wärme leitenden Lamellen. Die Kammern können sich parallel und senkrecht ausdehnen. Die oberen Enden der Kammern können abgeschlossen sein, d. h. es gibt keinen Verbindungskanal, der die oberen Kammerbereiche miteinander verbindet.
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10–14 veranschaulicht eine erste Implementierung des Kondensators 134 der einen Körper 170 mit Hohlraum 174 hat, bestehend aus und einer Vielzahl von Wänden 172 im Hohlraum, wodurch die Hohlräume 174 in eine Vielzahl parallel-senkrechter Kammern 174a geteilt werden. Die Kammern 174a können sich parallel und senkrecht erstrecken. Die oberen Enden der Kammern 174a können geschlossen sein, d. h. es ist kein Verbindungskanal vorhanden, der die oberen Enden der Kammern 174a miteinander verbindet. Die Wände 172 fungieren als Kondensationsfläche und als Wärmeleiter vom Dampf durch den Körper zu den Lamellen.
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Der Hohlraum 174 enthält ebenfalls einen Mittelkanal 176 mit einer Öffnung vom Körper 170 nach außen, die mit der Kondensatleitung 136 gekoppelt ist. Die sich senkrecht erstreckenden Kammern 174a können sich seitlich vom Mittelkanal 176 erstrecken und die Kammern 174a können sich parallel zur Längsachse des Körpers 170 erstrecken (d. h., der Körper ist länger als breit und die Längsachse befindet sich entlang der Länge). Der Mittelkanal 176 kann sich seitlich-senkrecht zur Längsachse erstrecken. Wenn der Kondensator 134 auf dem Rahmen montiert wurde, kann der Mittelkanal 176 von der Vorderseite bis zur Rückseite des Körpers 170 verlaufen. Ein erster Satz von sich senkrecht erstreckenden Kammern 174 kann sich seitlich von einer ersten Seite des Mittelkanals 176 ausdehnen und ein zweiter Satz von der Vielzahl von sich senkrecht ausdehnenden Kammern 174 kann sich seitlich von einer gegenüberliegenden zweiten Seite des Mittelkanals 176 ausdehnen. Der Körper 170 kann im Allgemeinen, rechtwinklig, fest sein, obwohl andere Formen möglich sind.
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Diese Implementierung des Kondensators 134, der eine Vielzahl von Wärme leitenden Lamellen 180 besitzt, die vom Körper 170 nach außen ragen. Zum Beispiel die Lamellen 180 können senkrecht vom Körper 170 herausragen. Die Lamellen 170 können allgemein flache, schmale Bleche sein. Die Lamellen 180 können parallel zueinander vom Körper 170 herausragen und können räumlich durch einen regelmäßigen Abstand entlang einer Richtung, die zu ihren flachen Hauptflächen normal ist. In einigen Implementierungen enthalten die Lamellen 180 mindestens eine erste Vielzahl von Lamellen 180a, die von der Oberfläche des Körpers 170 nach oben ragen. In einigen Implementationen enthalten die Lamellen 180 ebenfalls eine zweite Vielzahl von Lamellen 180b, die von der Bodenfläche des Körpers 170 nach unten gerichtet sind.
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Wenn der Kondensator 134 auf dem Rahmen installiert wurde, können die Lamellen 180 nach ihrer Länge parallel oder allgemein parallel zur Richtung des Luftflusses, der durch die Ventilatoren erzeugt wird, ausgerichtet werden, z. B. gemäß ihrer Länge, von der Vorderseite zur Hinterseite des Körpers 170, ausgerichtet werden. Die Lamellen 180 können entsprechend ihrer Längsachse senkrecht zu, bzw. mit einem leichten Winkel zur Längsachse der Kammern 174a und/oder zum Körper 170 angeordnet werden.
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Zurückkehrend zu 2, der Kondensator 134 kann auf dem Rahmen 120 aufliegen und die Lamellen 180b, die von der Bodenfläche des Körpers 170 nach unten zeigen, können unter der Hauptplatine 122 herausragen. Dadurch kann der für die Lamellen verfügbare Oberflächenbereich in Bezug auf die Strahlungsleistung des Kondensators 134 verbessert werden. Das kann ebenfalls bei der Begrenzung der waagerechten Höhe des Kondensators 134 helfen, sodass das Thermosiphonsystem 130 mit der verfügbaren begrenzten Höhe in der Serverrack-Umgebung kompatibel ist. Zum Beispiel kann eine Gesamthöhe vom Boden des Ablagefachs zur Oberseite der Wärme leitenden Ventilatoren höchstens 15,24 cm (6 Zoll), z. B. höchstens 10,16 cm (4 Zoll) betragen.
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Wie in der Implementierung der 10 und 11, die Außendurchgänge 138a können zum Hohlraum 174 des Kondensators 134 verbunden werden, an den Positionen, die waagerecht niedriger sind als der Mittelgang 138b. Der Boden des Mittelgangs 138b kann auf senkrechter Ebene mit der Oberseite der Außendurchgänge 138a sein.
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Bezugnehmend auf 10, der Boden 175 des Hohlraums 174 kann geneigt sein, mit der Seite 175a angrenzend an die Kondensat-/Dampfleitung 136 an einer senkrechten, niedrigeren Position als die Seite 175b auf der gegenüberliegenden Seite des Hohlraums 174 von der Kondensat-/Dampfleitung 136. Der Boden 175 des Hohlraums 174 kann in einem Winkel von 1°–30° geneigt sein, z. B. 7,5 °, in Bezug zu waagerecht. Da die Lamellen 180 bei Betrieb normalerweise senkrecht herausragen, kann der Boden 175 des Hohlraums 174 in einem Winkel von 60°–89° bezogen auf die Lamellen 180 angeordnet sein. In einigen Implementierungen ist der Boden 175 des Hohlraums 174 im gleichen Winkel geneigt wie der Teil 133 der Kondensat-/Dampfleitung 136.
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Der Fluidpegel und der senkrechte Versatz des Mittelgangs 138b kann so eingestellt werden, dass die Öffnungen zu den Außendurchgängen 138a mindestens teilweise mit Flüssigkeit bedeckt sind und die Öffnung zum Mitteldurchgang 138b nur dem Dampf ausgesetzt ist. Der geneigte Boden 175 des Hohlraums 174 kann hervorrufen, dass die Flüssigphase des Arbeitsfluids im Hohlraum 174 in der Nähe der Kondensat-/Dampfleitung 136 gebündelt wird, wodurch die Wahrscheinlichkeit verbessert wird, dass die Eingänge zu den Außendurchgängen 138a von der Flüssigphase des Arbeitsfluids bedeckt bleiben. Des Weiteren kann der geneigte Boden 175 des Hohlraums 174 das Verhältnis der Dampfphase des Arbeitsfluids in dem Teil des Hohlraums 174 am entgegengesetzten Ende der Kondensat-/Dampfleitung 136 erhöht werden, somit bleiben mehr Lamellen 180 in der Region der Dampfphase des Arbeitsfluids ausgesetzt.
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Bezugnehmend auf 15, der Verdampfer 132, der Kondensator 134 und die Kondensat-/Dampfleitung 136 können aus dem gleichen Material gebaut werden, z. B. Aluminium. Beim Bau des Verdampfers 132, des Kondensators 134 und der Kondensat-/Dampfleitung 136 kann durch Verwendung des gleichen Materials die Komplexität der Produktion verringert werden. Zum Beispiel können der Verdampfer 132, der Kondensator 134 und die Kondensat-/Dampfleitung 136 in einem einzigen Lötvorgang hergestellt werden, wobei alle drei Teile gleichzeitig auf eine ausreichende Temperatur erhitzt werden, damit sie zusammengelötet werden können. Zum Beispiel können für Aluminium alle Teile auf eine Temperatur zwischen ungefähr 580–620 ºC erwärmt werden. Dadurch erhalten wir ein einheitliches Teil, bei dem es unwahrscheinlicher zur Entstehung von Leckagen kommt. Zusätzlich können durch Reduzierung der Anzahl der Lötschritte die Produktionskosten gesenkt werden.
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Alternativ kann ein Teil des Verdampfers 132, z. B. kann ein Bodenteil des Verdampfers, das mit dem Wärme erzeugenden Elektronikgerät 124 Kontakt hat, aus unterschiedlichen Materialien, z. B. aus Kupfer hergestellt werden. Diese Konfiguration kann ebenfalls die Produktionskomplexität einigermaßen reduziert werden, da der Kondensator 134 und die Kondensat-/Dampfleitung 136 zusammen in einem einzigen Lötvorgang hergestellt werden können.
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16–18, veranschaulichen eine zweite Implementierung des Kondensators 134, der ebenfalls eine Vielzahl von Wärme leitenden Lamellen 180 hat, die vom Körper 170 nach außen ragen. Jedoch erstrecken sich in dieser Implementierung die senkrecht erstreckenden Kammern 174a, die sich senkrecht vom Mittelkanal 176 ausbreiten. Insbesondere kann der Körper eine Bodenleiste 190 enthalten, auf der sich der Mittelkanal 176 befindet und eine Vielzahl von Rohren 192, die von der Bodenleiste 190 senkrecht nach oben zeigen und die sich senkrecht erstreckenden Kammern 174a enthalten. Die Kondensatleitung 136 ist strömungstechnisch mit der Bodenleiste 190 des Verdampfers 134 gekoppelt.
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Jede Kammer 174a kann sich selbst bilden und die Wände 172, die die Grenzen der sich senkrecht erstreckenden Kammer 174a können die Wände der Rohre 192 sein. Die Kammern 174a können sich senkrecht zur Längsachse des Körpers 170 ausstrecken. Obwohl die sich senkrecht ausstreckenden Kammern 174a an eine Bodenleiste 190 angeschlossen sind, können die oberen Enden der Kammern 174a abgesperrt werden, d. h. im Kondensator 134 ist keine Oberleiste enthalten.
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Die Lamellen 180 können vom Körper 170 waagerecht herausragen, z. B. waagerecht von den Rohren 192. Die Lamellen 180 können sich parallel zur Längsachse der Bodenleiste 190 erstrecken. Die Lamellen 180 können generell flache, schmale Bleche sein. Die Lamellen 180 können von Körper 170 parallel zueinander herausragen und können voneinander getrennt sein, z. B. waagerecht getrennt mit einer regelmäßigen Steigung entlang einer Richtung, die normal zu ihren flachen Hauptflächen ist.
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Wenn der Kondensator 134 auf dem Rahmen installiert wurde, können die Lamellen 180 nach ihrer Länge parallel oder allgemein parallel zur Richtung des Luftflusses, der durch die Ventilatoren erzeugt wird, ausgerichtet werden, z. B. gemäß ihrer Länge, von der Vorderseite zur Hinterseite des Körpers 170, ausgerichtet werden. Die Lamellen 180 können mit ihrer Längsachse parallel zur Längsachse der Kammern 174a verlaufen.
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In einer der beiden Implementierungen des Kondensators, beide der Körper 170 des Kondensators 134 und die Lamellen 180 können aus einem Material geformt sein, das im Vergleich zu Aluminium eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt bzw. besser ist, z. B. von mindestens 200 W/mK. Eine Vernickelung kann zum Schweißen der Lamellen 180 an den Körper 170 verwendet werden, bzw. die Lamellen 180 können an den Körper 170 gelötet werden.
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Bezugnehmend auf 20–21, bei einer anderen Implementierung des Kondensators, können die Enden der Kammer 174a weiter vom Mittelkanal 176 durch einen Kanal 178a angeschlossen werden. Der Kanal 178a ist strömungstechnisch durch einen Kanal 178b an das Ende des Mittelkanals 176 angeschlossen, zusätzlich zum Außenrohr 138a. Die Kanäle 178a und 178b können kürzer als die Kammern 174a sein, z. B. kann der Kanal 178a an den Boden der Kammern 174a angeschlossen werden. Als Option kann eine sich seitlich erstreckende Kammer 178c über dem Kanal 178b platziert werden, um somit zusätzliche Fläche für das Kondensieren bereitzustellen. Der Kondensator kann andererseits, ähnlich wie die Implementierung, veranschaulicht in den 10–14, aufgebaut sein. Ein potenzieller Vorteil dieser Konfiguration ist, dass eine hohe Flusskapazität, ein Fluid, das wohl andererseits am Ende der Kammer 174a aufgebaut wird, weiter vom Mittelkanal 176 und nicht in der Lage zurückzufließen aufgrund des Dampfflusses, kann stattdessen durch die Kanäle 178a und 178b fließt somit über die ausgehenden Außendurchgänge 138a zurück.
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Bezugnehmend auf 13, 16, 19 und 20, mindestens einige Innenflächen des Kondensators, z. B. Flächen, die den Hohlraum 174 binden, können optional texturiert werden. Die Texturierung kann zu beiden Implementierungen des Kondensators angewendet werden. Der Hohlraum 174 stellt ein Innenvolumen bereit, das von einer substanziellen senkrechten Innenfläche umgeben ist, z. B. eine Fläche von einer der Wände 172. Die Texturierung der Innenfläche kann Wellen einschließen, die nach innen ins Innenvolumen ragen. Die Wellen können entlang einer senkrechten ersten Achse homogen sein und können in das Innenvolumen, entlang einer zweiten senkrechten Achse im Lot zur senkrechten ersten Achse hineinragen. Die Wellenspitzen können durch einen Abstand getrennt sein, z. B. mit einem gleichmäßigen Abstand entlang der dritten Achse im Lot zur ersten und zweiten Achse. Die dritte Achse kann parallel zur Längsachse des Körpers 170 und/oder zur Kammer 174a verlaufen. Jede Kammer 174a kann eine Länge entlang der dritten Achse haben und eine Breite entlang der zweiten Achse, wobei die Länge größer als die Breite ist. Die Wellen können glatt sein, z. B. keine Diskontinuitäten in der Fläche entlang der zweiten Achse.
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Die Wellen können einen Abstand entlang der dritten Achse, von 0,1 und 1 mm und eine Amplitude entlang der zweiten Achse zwischen 0,1 und 1 mm haben. In einigen Implementierungen ist das Verhältnis des Abstandes zur Amplitude ungefähr 1:1 bis 2:1. In einigen Implementierungen haben die Wellen eine sinusförmige Wellenform. In einigen Implementierungen werden die Wellen durch eine Vielzahl von Kurvenabschnitten gebildet, in denen dK/dS gleich einem konstanten Wert ist, wobei K eine Umkehr eines Krümmungsradius der Wellen ist und S ist eine Entfernung entlang des Kurvenabschnitts. Andere Formen für die Wellen sind möglich. Diese Wellen können die Ausdünnung des Films von kondensiertem Arbeitsfluid hervorrufen, das auf der senkrechten Innenfläche gebildet wird und dabei wird der Wärmewiderstand des Kondensators reduziert.
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Das Arbeitsfluid kann ein dielektrisches, nicht entflammbares Fluid sein mit geringer Toxizität, sowohl als Kohlenwasserstoffe wie zum Beispiel Methanol, Ethanol oder Aceton eignen sich ebenfalls. Die Zusammensetzung des Arbeitsfluids und der Innendruck des Thermosiphonsystems kann ausgewählt werden, um einen Siedepunkt des Arbeitsfluids im Verdampfer bereitzustellen, der bei der gewünschten Betriebstemperatur für die Elektronikgeräte liegt, z. B. ungefähr 30–100 °C, z. B. 45–55 °C. Zu den Beispielen für das Arbeitsfluid gehören Vextral XF verkauft durch DuPont, Flourinet Electronic Liquid FC-72, verkauft durch 3M, und Novec 7100 verkauft durch 3M.
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Das gesamte Interieur des Thermosiphonsystems 130 einschließlich des Interieurs des Verdampfers 132, Kondensators 134 und der Dampf-/Kondensatleitung 136 sind mit Vakuum gefüllt und versiegelt. Das Anfangsvakuum kann gezogen werden um einen internen Absolutdruck unter 0,05 Millibar (5Pa) zu erreichen, um die Luft aus dem Thermosiphonsystem 130 zu entfernen und dann kann das Arbeitsfluid in ein Thermosiphonsystem 130 eingeführt werden.
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Obwohl die Serverrack-Unterbaugruppe oben beschrieben wurde, kann das Thermosiphonsystem mit Wärme erzeugenden Elektronikgeräten verwendet werden, die auf einer Hauptplatine montiert sind, die nicht Bestandteil einer Serverrack-Unterbaugruppe ist, z. B. auf einer Hauptplatine in einem Desktopcomputer, oder könnte in Wärme erzeugenden Elektronikgeräten verwendet werden, die nicht auf einer Hauptplatine montiert sind. In einigen Implementierungen könnten die Verdampferlamellen durch ein poröses atmungsaktives Material ersetzt werden.
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Eine Anzahl an Ausführungsformen der Erfindung wurden beschrieben. Allerdings wird dabei vorausgesetzt, dass unterschiedliche Modifikationen gemacht werden können, ohne von der Reichweite und dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Dementsprechend liegen Ausführungsformen innerhalb des Umfangs der nachfolgenden Ansprüche.
