DE202016002678U1

DE202016002678U1 - Geregelte Kühlung von Mikroprozessoren und/oder elektronischen Bauteilen mittels Peltier-Element

Info

Publication number: DE202016002678U1
Application number: DE202016002678.0U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Lautenbacher Daniel De
Priority date: 2016-04-26
Filing date: 2016-04-26
Publication date: 2016-08-09
Anticipated expiration: 2026-04-27
Also published as: DE102017003890A1

Abstract

Ein Kühlsystem mit einem Peltier-Element für elektronische Datenverarbeitungsanlagen wie etwa PCs, Workstations, Server und ähnliche Systeme sowie deren Komponenten wie etwa Prozessoren bzw. CPUs, Grafikkarten, Chipsätze, Festplatten und Solid-State-Drives, dadurch gekennzeichnet, dass das Peltier-Element (2) die benötigte Kälte für das zu kühlende Medium (1) erzeugt, dieses kühlt das zu kühlende Medium. Ein Temperatursensor (3) ermittelt die Temperatur des zu kühlenden Mediums (1). Eine elektronische und/oder programmierbare Regelung (5) senkt die Spannung/Stromstärke – die dem Peltier-Element zugeführt wird – bei Erreichen bestimmter Temperaturen des zu kühlenden Mediums. Die warme Oberseite des Peltier-Elements wird durch einen anderen Kühlkörper/ein anderes Kühlsystem (4) gekühlt.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der regelbaren Kühlsysteme basierend auf einem Peltier-Element, insbesondere für Elektronische Datenverarbeitungsanlagen wie etwa PCs, Workstations, Server und ähnliche Systemen und deren Komponenten wie etwa Prozessoren bzw. CPUs, Grafikkarten, Chipsätze, Festplatten und Solid-State-Drives nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
Der aktuelle Stand der Technik lässt den Einsatz von Peltier-Elementen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches – in der Praxis – aufgrund der nachfolgenden Probleme nicht zu. Nach dem aktuellen Stand der Technik werden zur Kühlung von Geräten/Bauteilen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches hauptsächlich passive Kühlkörper, Wasserkühlungen, Luftkühlungen und Kombinationen hieraus eingesetzt. Jedoch bieten diese Arten der Kühlung nur eine begrenzte Leistungs-/Kühlfähigkeit im Vergleich zu einer Kombination mit einem Peltier-Element.
Ein Problem bei der Kühlung mit Peltier-Elementen beim heutigen Stand der Technik, entsteht durch eine ungenügende Kühlung der erwärmten Seite des Peltier-Elementes. Dies ist etwa der Fall wenn auf das zu kühlende Medium ein passiver Kühlkörper montiert wird und der passive Kühlkörper durch das Peltier-Element gekühlt werden soll. Durch die Stromzufuhr in das Peltier-Element sowie der Wärmezufuhr des zu kühlenden Mediums, erwärmt sich die Oberseite des Peltier-Elementes bis entweder die Kühlleistung an der unteren kalten Seiten des Peltier-Elementes abnimmt oder die kalte Seite des Peltier-Elements durch die Erwärmung der Unterseite, das Medium nicht weiter kühlen kann. Dieses Problem führt wiederum zu einer Überhitzung oder unzureichenden Kühlung des zu kühlenden Mediums und/oder zur Zerstörung des Peltier-Elementes selbst.
Ein weiteres Problem bei der Kühlung mittels eines Peltier-Elementes bei dem heutigen Stand der Technik ergibt sich beim Einsatz eines Peltier-Elementes mit Abschaltautomatik und der Verwendung von Kälte- sowie Hitzetanks die über eine Kältebrücke mit dem Peltier-Element sowie der CPU verbunden sind. Durch das Abschalten des Peltier-Elements beim Erreichen einer Zieltemperatur, kann die gespeicherte Wärme der/des Hitzetank/s sowie die Restwärme der oberen, warmen Seite des Peltier-Elementes zu einer unmittelbaren Erhitzung der unteren, kälteren Seite des Peltier-Elements führen. Durch die Erhitzung des Peltiers-Elementes als Ganzes wird wiederrum das zu kühlende Medium erwärmt. Dies führt dazu, dass das Peltier-Element sich fortlaufend in kurzen Abständen Ein-/und Ausschaltet, dies führt wiederrum dazu, dass sich die Temperatur an der oberen, warmen Seite des Peltier-Elements fortlaufend erhöht und letztendlich zu einer Zerstörung des Peltier-Elements oder angrenzender Komponenten führen kann. Im übrigen erhöht sich der mittel- und langfristige Stromverbrauch, da die benötigte kurzfristige Spannung/Energie zur Kühlung der unteren Seite des Peltiers-Elementes, für ein erwärmtes Peltier-Element höher ist. Im übrigen führen starke Spannungsschwankungen zu einer überhöhten Inanspruchnahme der stromversorgenden Elektrik und folglich zu einem kürzen Lebenszyklus der stromversorgenden Elektrik. Im übrigen führen starke Spannungsschwankungen zu schwankenden EM-Feldern, die die Funktionsfähigkeit der sich in der unmittelbaren Nähe befindlichen Komponenten, beeinträchtigen könnten.
Ein weiteres Problem bei der Kühlung mittels eines Peltier-Elementes bei dem heutigen Stand der Technik, ergibt sich durch die ungeregelte Kühlleistung des Peltier-Elementes. Durch eine zu hohe Kühlleistung – insbesondere ein Unterschreiten von etwa 3 Grad Celsius – kann zur Bildung von Frost/Eis/Kondenswasser führen. Dies(es) wiederrum kann zu einem elektrischen Kurzschluss bei und/oder in der Nähe des zu kühlenden Mediums führen. Die Abschaltung des Systems des zu kühlenden Mediums kann hierbei zu einem Schmelzen des sich gebildeten Eises führen, was wiederrum zu einem Kurzschluss durch Standby-Strom führen kann.
Eine Lösung bietet die nachfolgende Erfindung, die aufgrund der folgenden Beschreibung ersichtlich wird.
1 zeigt eine Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Kühlsystems. 2 zeigt ein veranschaulichendes Beispiel des erfindungsgemäßen Kühlsystems.
Das Peltier-Element (2) erzeugt die benötigte Kälte für das zu kühlende Medium (1), diese kühlt das zu kühlende Medium. Ein Temperatursensor (3) ermittelt die Temperatur des zu kühlenden Mediums (1). Eine elektronische und/oder programmierbare Regelung (5) senkt die Spannung/Stromstärke – die dem Peltier-Element zugeführt wird – bei Erreichen bestimmter Temperaturen des zu kühlenden Mediums. Hierdurch sinkt die Kühlleistung des Peltier-Elements, gleichzeitig übersteigt die Kühlleistung des Peltier-Elements nie den benötigten Bedarf. Die warme Oberseite des Peltier-Elements wird durch einen anderen Kühlkörper/ein anderes Kühlsystem (4) gekühlt.
Unter einem Peltier-Element ist ein elektronisches Bauelement zu verstehen, das auf dem nach Jean Peltier benannten Peltiereffekt basiert. Ein Peltier-Element wird auch als Wärmepumpe bezeichnet. Ein Peltier-Element zeichnet sich insbesondere durch eine kalte und eine warme Seite mit einem Temperaturunterschied aus. Der Temperaturunterschied zwischen beiden Seiten beträgt in der Regel bis zu 60 Kelvin, kann jedoch variieren.
Ein Vorteil ergibt sich beim Einsatz einer nach dem heutigen Stand der Technik bereits bekannten Wasserkühlung, an der oberen warmen Seite des Peltier-Elementes.
Ein Vorteil ergibt sich beim Einsatz einer nach dem heutigen Stand der Technik bereits bekannten passiven Kühlung mittels eines Kühlkörpers, an der oberen warmen Seite des Peltier-Elementes.
Ein Vorteil ergibt sich beim Einsatz einer nach dem heutigen Stand der Technik bereits bekannten Kombination eines passiven Kühlkörpers und eines Lüfters zur Kühlung, an der oberen warmen Seite des Peltier-Elementes.
Ein Vorteil ergibt sich beim Einsatz einer nach dem heutigen Stand der Technik bereits bekannten Wärmeleitpaste zwischen jeweils dem zu kühlendem Medium und dem Peltier-Element, sowie dem Peltier-Element und dem weiteren Kühlsystem und/anderen Komponenten des Kühlsystems.
Ein Vorteil ergibt sich beim Einsatz einer kühlflächenerweiternden Zwischenschicht – wie z. B. einer dünnen Metallplatte aus z. B. Kupfer – zwischen dem zu kühlenden Medium und dem Peltier Element.
Als CPU wird ein Mikroprozessor bezeichnet, der die zentrale Recheneinheit eines heutigen Computersystems darstellt.
Die Erfindung soll eine geregelte/gleichmäßige Kühlung von elektronische Datenverarbeitungsanlagen wie etwa PCs, Workstations, Servern und ähnliche Systemen sowie deren Komponenten wie etwa Prozessoren bzw. CPUs, Grafikkarten, Chipsätze, Festplatten und Solid-State-Drives ermöglichen. Durch die Anpassung der Kühlleistung des Peltier-Elements an die Temperatur des zu kühlenden Mediums soll eine ideale Betriebstemperatur des zu kühlenden Mediums erreicht werden.
Gleichzeitig sinkt der Stromverbrauch des Peltier-Elements da durch eine geringer benötigte Kühlleistung (und die hierdurch gesenkte Spannung) auch die benötigte Energie sinkt.
Standby-Strom ist ein geringer Stromfluss der durch ein Gerät fliest um grundlegende Funktionen wie etwa eine Ein-/Ausschaltfunktion des selbigen zu ermöglichen.
Ein zu kühlendes Medium im Sinne dieser Erfindung, ist eine elektronische Datenverarbeitungsanlage wie etwa ein/e PC, Workstation, Server und ähnliche Systeme sowie deren Komponenten, insbesondere Prozessoren bzw. CPUs, Grafikkarten, Chipsätze, Festplatten und Solid-State-Drives.
Bezugszeichenliste

1: zu kühlendes Medium
2: Peltier-Element
3: Temperatursensor
4: Anderes Kühlsystem
5: elektronische/programmierbare Regelung/Steuerungselektronik

Claims

Ein Kühlsystem mit einem Peltier-Element für elektronische Datenverarbeitungsanlagen wie etwa PCs, Workstations, Server und ähnliche Systeme sowie deren Komponenten wie etwa Prozessoren bzw. CPUs, Grafikkarten, Chipsätze, Festplatten und Solid-State-Drives, dadurch gekennzeichnet, dass das Peltier-Element (2) die benötigte Kälte für das zu kühlende Medium (1) erzeugt, dieses kühlt das zu kühlende Medium. Ein Temperatursensor (3) ermittelt die Temperatur des zu kühlenden Mediums (1). Eine elektronische und/oder programmierbare Regelung (5) senkt die Spannung/Stromstärke – die dem Peltier-Element zugeführt wird – bei Erreichen bestimmter Temperaturen des zu kühlenden Mediums. Die warme Oberseite des Peltier-Elements wird durch einen anderen Kühlkörper/ein anderes Kühlsystem (4) gekühlt.