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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitskühlvorrichtung.
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Stand der Technik
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Die Zentraleinheit oder der Prozessor im elektronischen Gerät kann eine Betriebswärme erzeugen. Zum Abführen der Wärme der Zentraleinheit oder des Prozessors wird üblicherweise eine Luftkühlung verwendet, z.B. Kühlkörper und Kühlventilator. Die Wasserkühlung ist auch bekannt. Aus dem amerikanischen Patent 8245764 (
US 8245764 ) ist eine Wasserkühlvorrichtung bekannt. Diese Wasserkühlvorrichtung umfasst: einen doppelseitigen Grundkörper, der eine Pumpe aufnimmt, damit die Kühlflüssigkeit zirkuliert, wobei die Pumpe einen Stator und einen Antrieb aufweist, wobei der Antrieb auf der Unterseite des Grundkörpers angeordnet ist, wobei der Stator auf der Oberseite des Grundkörpers angeordnet und von der Kühlflüssigkeit isoliert ist; einen Flüssigkeitsvorratsraum, der einen Pumpenraum auf der Unterseite des Grundkörpers, einen Deckel und einen oder mehrere Kanäle für die Kühlflüssigkeit aufweist; einen Wärmeaustauschraum, der unter dem Pumpenraum gebildet ist und von dem Pumpenraum isoliert ist, wobei der Pumpenraum und der Wärmeaustauschraum separat ausgebildet und durch einen oder mehrere Kanäle miteinander verbunden sind; eine Wärmeaustauschschnittstelle, die sich an einer Seite des Wärmeaustauschraums gebildet ist und mit einer Wärmequelle in Kontakt steht; und einen Kühlkörper, der mit dem Flüssigkeitsvorratsraum verbunden ist und die Kühlflüssigkeit kühlen kann. Aus dem
amerikanischen Patent 20050069432A1 ist ein elektronisches Gerät mit einer Pumpe bekannt. Dieses elektronische Gerät umfasst ein Flüssigkeitsvorratsgehäuse, einen Wärmeabgabeteil, eine Pumpeneinheit und einen Wärmeaufnahmeteil, die mit der Wärmequelle verbunden ist. Die Pumpeneinheit beinhaltet einen Antrieb, der die Kühlflüssigkeit zu dem Wärmeabgabeteil befördert, wodurch die Kühlflüssigkeit zwischen dem Wärmeaufnahmeteil und dem Wärmeabgabeteil zirkuliert, so dass die Kühlflüssigkeit die Wärme der Wärmequelle kontinuierlich zu dem Wärmeabgabeteil transportieren kann. Der Antrieb der Pumpeneinheit und die Wärmequelle sind getrennt. Die Anzahl der Bauteile ist hoch. Diese Bauteile lassen sich leicht beschädigen, so dass die Kühlflüssigkeit austreten kann.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkeitskühlvorrichtung zu schaffen, wobei im Wärmeaustauschraum die Pumpeneinheit und die Kühlrippen angeordnet sind, wodurch das Volumen der Flüssigkeitskühlvorrichtung kleiner ist, die Kühlwirkung höher ist und die Herstellungskosten niedriger sind. Der Erfindung liegt eine weitere Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkeitskühlvorrichtung zu schaffen, wobei der Antrieb der Pumpeneinheit exzentrisch im Wärmeaustauschraum angeordnet ist, wodurch der Antrieb die Kühlflüssigkeit schnell zu den Kühlrippen führen kann. Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Flüssigkeitskühlvorrichtung gelöst, die umfasst: ein Flüssigkeitsvorratsgehäuse, das einen Wärmeaustauschraum, eine Eintrittsöffnung und eine Austrittsöffnung aufweist, wobei die Eintrittsöffnung und die Austrittsöffnung mit dem Wärmeaustauschraum verbunden ist, wobei durch den Wärmeaustauschraum die Kühlflüssigkeit fließt; eine Pumpeneinheit, die zum Befördern der Kühlflüssigkeit dient und einen Stator und einen Rotor beinhaltet, wobei der Rotor mit einem Antrieb verbunden ist, wobei der Rotor und der Antrieb exzentrisch im Wärmeaustauschraum angeordnet sind, wobei sich der Antrieb an der Eintrittsöffnung befindet und in der Kühlflüssigkeit im Wärmeaustauschraum taucht; und eine Wärmeaustauscheinheit, die mit dem Flüssigkeitsvorratsgehäuse verbunden ist und den Boden des Wärmeaustauschraums bildet, wobei die Wärmeaustauscheinheit eine Kontaktfläche, die mit einer Wärmequelle in Kontakt steht, und eine Wärmeaustauschfläche aufweist, die mit der Kühlflüssigkeit im Wärmeaustauschraum in Kontakt steht, wobei auf der Wärmeaustauschfläche entsprechend dem Antrieb eine Wassereintrittszone definiert wird, wobei in dem restlichen Bereich der Wärmeaustauschfläche eine Vielzahl von Kühlrippen vorgesehen sind. Das Flüssigkeitsvorratsgehäuse weist eine Stirnplatte auf, die die Decke des Wärmeaustauschraums bildet, wobei sich der Wärmeaustauschraum zwischen der Stirnplatte und der Wärmeaustauscheinheit befindet.
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Jede Kühlrippe erstreckt sich radial von der Wassereintrittszone und besitzt ein dem Antrieb zugewandtes erstes Ende und ein dem Antrieb abgewandtes zweites Ende.
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Jede Kühlrippe erstreckt sich wellig von dem ersten Ende bis das zweite Ende.
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Die Kühlrippen haben eine gleiche oder unterschiedliche Höhe.
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Auf der Wärmeaustauschfläche der Wärmeaustauscheinheit sind eine Vielzahl von Führungsnuten vorgesehen, wobei sich jede Führungsnut zwischen zwei Kühlrippen befindet.
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Der Stator befindet sich außerhalb des Wärmeaustauschraums und ist durch die Stirnplatte von der Kühlflüssigkeit im Wärmeaustauschraum isoliert.
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Der Stator ist im Wärmeaustauschraum angeordnet und liegt auf der Wärmeaustauschfläche der Wärmeaustauscheinheit.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1A eine Explosionsdarstellung des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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1B eine perspektivische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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1C eine Schnittdarstellung des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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2A–2D Darstellungen der Formen der Wärmeaustauscheinheit,
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3 eine perspektivische Darstellung der Verbindung mit einem Kühlkörper des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,,
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4A eine Explosionsdarstellung des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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4B eine perspektivische Darstellung des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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4C eine Schnittdarstellung des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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4D eine weitere Schnittdarstellung des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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5A eine erste Darstellung der Verbindung mit einem Kühlkörpers des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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5B eine zweite Darstellung der Verbindung mit einem Kühlkörpers des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
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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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Wie aus den 1A, 1B und 1C ersichtlich ist, umfasst die erfindungsgemäße Flüssigkeitskühlvorrichtung 10 ein Flüssigkeitsvorratsgehäuse 11, eine Pumpeneinheit 12 und eine Wärmeaustauscheinheit 13. Das Flüssigkeitsvorratsgehäuse 11 weist einen Wärmeaustauschraum 111, eine Eintrittsöffnung 112 und eine Austrittsöffnung 113 auf. Durch den Wärmeaustauschraum 111 fließt die Kühlflüssigkeit. Die Eintrittsöffnung 112 und die Austrittsöffnung 113 befinden sich an den Seiten des Flüssigkeitsvorratsgehäuses 11 und sind mit dem Wärmeaustauschraum 111 verbunden. Die Eintrittsöffnung 112 und die Austrittsöffnung 113 können auf der Diagonale liegen, damit ein größter Abstand zwischen der Eintrittsöffnung 112 und der Austrittsöffnung 113 erhalten wird. Darauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Die Kühlflüssigkeit tritt durch die Eintrittsöffnung 112 in den Wärmeaustauschraum 111 ein und tritt durch die Austrittsöffnung 113 aus dem Wärmeaustauschraum 111 aus. Das Flüssigkeitsvorratsgehäuse 11 weist eine Stirnplatte 15 auf, die die Decke des Wärmeaustauschraums 111 bildet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Stirnplatte 15 von dem Flüssigkeitsvorratsgehäuse 11 separat ausgebildet und kann durch Verschrauben, Kleben, Schweißen oder dergleichen mit dem Flüssigkeitsvorratsgehäuse 11 verbunden werden. Zwischen der Stirnplatte 15 und dem Flüssigkeitsvorratsgehäuse 11 ist ein erster Dichtring 16 vorgesehen. In der Praxis kann die Stirnplatte 15 auch mit dem Flüssigkeitsvorratsgehäuse 11 einteilig ausgebildet sein, wobei der Dichtring entfallen kann. Das Flüssigkeitsvorratsgehäuse 11 und die Stirnplatte 15 können aus Metall oder Kunststoff hergestellt werden.
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Die Pumpeneinheit 12 beinhaltet einen Stator 121, einen Rotor 122 und einen Antrieb 123. Der Rotor 122 ist mit dem Antrieb 123 verbunden. Der Rotor 122 und der Antrieb 123 sind exzentrisch im Wärmeaustauschraum angeordnet. Der Antrieb 123 befindet sich an der Eintrittsöffnung 112 und taucht in der Kühlflüssigkeit im Wärmeaustauschraum 111. Der Stator 121 befindet sich außerhalb des Wärmeaustauschraums 111 und wird durch die Stirnplatte von der Kühlflüssigkeit im Wärmeaustauschraum 111 isoliert. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besitzt die Stirnplatte 15 eine Ausnehmung 151, in der der Stator 121 angeordnet ist. In der Ausnehmung 151 ist eine Büchse 152 vorgesehen, in der der Rotor 122 angeordnet ist. Der Stator 121 umgibt die Büchse und den Rotor 122, wodurch der Rotor 122 gedreht wird und somit den Antrieb 123 mitdreht. Der Stator 121 ist mit einer Schaltungsplatte 18 verbunden. Die Schaltungsplatte 18 ist mit dem Stator 121 auf der gleichen Seite der Stirnplatte 15 angeordnet. Darauf ist die Erfindung nicht beschränkt.
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Die Wärmeaustauscheinheit 13 kann z.B. durch Verschrauben, Schweißen oder Kleben mit dem Flüssigkeitsvorratsgehäuse 11 verbunden werden und bildet somit den Boden des Wärmeaustauschraums 111. Der Wärmeaustauschraum 111 befindet sich zwischen der Stirnplatte 15 und der Wärmeaustauscheinheit 13. Zwischen dem Flüssigkeitsvorratsgehäuse 11 und der Wärmeaustauscheinheit 13 ist ein zweiter Dichtring 17 vorgesehen, um das Flüssigkeitsvorratsgehäuse 11 und die Wärmeaustauscheinheit 13 abzudichten. Die Wärmeaustauscheinheit 13 ist auch Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie Aluminium, Kupfer, Gold oder Silber hergestellt. Die Wärmeaustauscheinheit weist eine Kontaktfläche 131, die mit einer Wärmequelle in Kontakt steht, und eine Wärmeaustauschfläche 132 auf, die mit der Kühlflüssigkeit im Wärmeaustauschraum 111 in Kontakt steht, damit die Wärme der Wärmequelle durch die Wärmeaustauscheinheit 13 auf die Kühlflüssigkeit im Wärmeaustauschraum 111 geleitet wird.
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Auf der Wärmeaustauschfläche 132 wird entsprechend dem Antrieb 123 eine Wassereintrittszone 1311 definiert. In dem restlichen Bereich der Wärmeaustauschfläche 132 sind eine Vielzahl von Kühlrippen 133 vorgesehen, die sich beabstandet radial von der Wassereintrittszone 1311 erstrecken. Jede Kühlrippe 133 besitzt ein dem Antrieb 123 zugewandtes erstes Ende 1331 und ein dem Antrieb 123 abgewandtes zweites Ende 1332. Wenn der Antrieb 123 gedreht wird, fließt die Kühlflüssigkeit im Wärmeaustauschraum 111 durch die Kühlrippen 133 aus der Austrittsöffnung 113.
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In 1A besitzen die Kühlrippen 133 eine gleiche Höhe. In 2A besitzen die Kühlrippen 133 eine unterschiedliche Höhe. In 2B sind auf der Wärmeaustauschfläche 132 der Wärmeaustauscheinheit 13 eine Vielzahl von Führungsnuten 134 vorgesehen. Jede Führungsnut 134 befindet sich zwischen zwei Kühlrippen 133, um die Kühlflüssigkeit zu führen. In 2C besitzt jede Kühlrippe 133 Kerben 1334. In 2D erstreckt sich jede Kühlrippe 133 wellig von dem ersten Ende 1331 bis das zweite Ende 1332.
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In 3 ist die Flüssigkeitskühlvorrichtung mit einem Kühlkörper verbunden, wodurch ein Wasserkühlsystem gebildet ist. Der Kühlkörper 20 ist von dem Flüssigkeitsvorratsgehäuse 11 der Flüssigkeitskühlvorrichtung 10 entfernt und weist eine Eintrittsöffnung 201 und eine Austrittsöffnung 202 auf. Ein erstes flexibles Rohr 21 und ein zweites flexibles Rohr 22 verbinden den Kühlkörper 21 mit der Flüssigkeitskühlvorrichtung 10. Ein Ende des ersten flexiblen Rohrs 21 ist mit der Austrittsöffnung 202 des Kühlkörpers und das andere Ende ist mit der Eintrittsöffnung 112 des Flüssigkeitsvorratsgehäuses 11 verbunden. Ein Ende des zweiten flexiblen Rohrs 22 ist mit der Eintrittsöffnung 201 des Kühlkörpers 21 und das andere Ende ist mit der Austrittsöffnung 113 des Flüssigkeitsvorratsgehäuses 11 verbunden. Der Kühlkörper 21 kann mit einem Ventilator 30 verbunden werden, um den Kühler 20 zu kühlen. Die Kühlflüssigkeit im Wärmeaustauschraum 111 fließt durch die Austrittsöffnung 113 und das zweite flexible Rohr 22 in den Kühlkörper 20. Nach Kühlen im Kühlkörper 20 fließt die Kühlflüssigkeit durch die Austrittsöffnung 202, das erste flexible Rohr 21 und die Eintrittsöffnung 112 in den Wärmeaustauschraum 111 des Flüssigkeitsvorratsgehäuses 11. Dadurch kann die Kühlflüssigkeit die Wärme der Wärmequelle kontinuierlich wegtransportieren.
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Die 4A, 4B, 4C und 4D zeigen das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung, das sich von dem ersten Ausführungsbeispiel nur dadurch unterscheidet, dass der Stator 421, der Rotor 422 und der Antrieb 423 der Pumpeneinheit 42 alle im Wärmeaustauschraum 111 angeordnet sind. Der Stator 421 befindet sich in einem Isoliergehäuse 424, um einen Kontakt mit der Kühlflüssigkeit im Wärmeaustauschraum 111 zu verhindern. Die Pumpeneinheit 42 liegt auf der Wärmeaustauschfläche 132 der Wärmeaustauscheinheit 13. Die Schaltungsplatte 28 kann in der Isoliergehäuse 424 angeordnet sein. In 4D wird die elektrische Leitung der Schaltungsplatte 28 durch das Isoliergehäuse 424 und das Flüssigkeitsvorratsgehäuse 11 geführt und mit einer externen Stromquelle (nicht dargestellt) verbunden. Die Schaltungsplatte 28 kann auch auf der Stirnplatte 45 angeordnet sein. Die elektrische Leitung der Schaltungsplatte 28 wird durch das Flüssigkeitsvorratsgehäuse 11 und das Isoliergehäuse 424 geführt und mit dem Stator 421 verbunden (nicht dargestellt). Die Durchführungen des Isoliergehäuses 424 und des Flüssigkeitsvorratsgehäuses 11 werden abgedichtet, um einen Eintritt der Kühlflüssigkeit in das Isoliergehäuse 424 zu verhindern.
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Die Wärmeaustauscheinheit 43 weist eine Kontaktfläche 431, die mit einer Wärmequelle in Kontakt steht, und eine Wärmeaustauschfläche 432 auf, die mit der Kühlflüssigkeit im Wärmeaustauschraum 111 in Kontakt steht, damit die Wärme der Wärmequelle durch die Wärmeaustauscheinheit 43 auf die Kühlflüssigkeit im Wärmeaustauschraum 111 geleitet wird. Auf der Wärmeaustauschfläche 432 wird nahe an der Eintrittsöffnung 112 eine Wassereintrittszone 4311 definiert. Der Stator 421 ist in der Wassereintrittszone 4311 angeordnet. In dem restlichen Bereich der Wärmeaustauschfläche 432 sind eine Vielzahl von Kühlrippen 433 vorgesehen, die sich beabstandet radial von der Wassereintrittszone 4311 erstrecken. Jede Kühlrippe 433 besitzt ein dem Antrieb 423 zugewandtes erstes Ende 4331 und ein dem Antrieb 423 abgewandtes zweites Ende 4332. Wenn der Antrieb 423 gedreht wird, fließt die Kühlflüssigkeit im Wärmeaustauschraum 111 durch die Kühlrippen 433 aus der Austrittsöffnung 113.
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In den 5A und 5B ist die Flüssigkeitskühlvorrichtung mit einem Kühlkörper verbunden, wodurch ein Wasserkühlsystem gebildet ist. Die Verbindungsweise ist identisch wie im ersten Ausführungsbeispiel in 3. In 5B befindet sich die Eintrittsöffnung 112 des Flüssigkeitsvorratsgehäuses 11 an der Stelle der Pumpeneinheit 42 auf der Stirnplatte 45. D.h. die Pumpeneinheit 45 befindet sich unter der Eintrittsöffnung 112. Dadurch kann der Antrieb 423 der Pumpeneinheit 42 die von oben nach unten fließende Kühlflüssigkeit zu den Kühlrippen 433 führen.
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Im Wärmeaustauschraum sind die Pumpeneinheit und die Kühlrippen angeordnet, wodurch das Volumen der Flüssigkeitskühlvorrichtung kleiner ist, die Kühlwirkung höher ist und die Herstellungskosten niedriger sind. Da der Antrieb der Pumpeneinheit exzentrisch im Wärmeaustauschraum angeordnet ist, kann der Antrieb die Kühlflüssigkeit schnell zu den Kühlrippen führen.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 8245764 [0002]
- US 20050069432 A1 [0002]
