-
Technisches Gebiet
-
Die Erfindung betrifft ein Kühlelement, das eine vielfache Kühlwirkung aufweist und die Kühleffizienz erheblich erhöhen kann.
-
Stand der Technik
-
Mit der Entwicklung der Halbleitertechnik ist die integrierte Schaltung immer kleiner. Gleichzeitig wird die Anzahl der elektronischen Bauelemente auf der integrierten Schaltung vergrößert, um die Arbeitsgeschwindigkeit zu erhöhen. Dadurch wird die Betriebswärme der integrierten Schaltung auch erhöht. Z.B. bei der Vollbelastung kann die Zentraleinheit durch die Betriebswärme ganz verbrannt werden. Daher ist eine Kühlvorrichtung sehr wichtig.
-
Zentraleinheit, Chip oder andere elektronische Bauelemente sind Wärmequellen der elektronischen Produkte. Zur Kühlung der Wärmequellen wird üblicherweise ein Kühlelement, wie Wärmerohr, Vapor-Chamber-Kühler, Flachwärmerohr usw., verwendet. Das Wärmerohr dient zum Wegtransportieren der Wärme und weist ein Wärmeaufnahmeende auf. Das Wärmeaufnahmeende absorbiert die Wärme, wodurch das Arbeitsfluid im Wärmeaufnahmeende verdampft wird. Das verdampfte gasförmige Arbeitsfluid fließt zum anderen Ende des Wärmerohrs, wodurch die Wärme wegtransportiert wird. Für die Kühlung einer größeren Fläche wird der Vapor-Chamber-Kühler verwendet. Der Vapor-Chamber-Kühler steht mit einer Fläche mit der Wärmequelle in Kontakt und leitet die Wärme zu der anderen Fläche ab, wodurch die Wärme gleichmäßig abgeleitet wird.
-
Nur das Wärmerohr oder den Vapor-Chamber-Kühler zu verwenden, ist die Kühlwirkung begrenzt. D.h. die Wärme kann nicht gleichzeitig wegtransportiert und gleichmäßig abgeleitet werden. Daher ist die Kühleffizienz schlecht.
-
Aufgabe der Erfindung
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kühlelement zu schaffen, das eine vielfache Kühlwirkung aufweist.
-
Der Erfindung liegt eine weitere Aufgabe zugrunde, ein Kühlelement zu schaffen, das die Kühleffizienz erheblich erhöhen kann.
-
Diese Aufgaben werden durch das erfindungsgemäße Kühlelement gelöst, das umfasst: einen ersten Hauptkörper, der eine erste Platte und eine zweite Platte aufweist, wobei die erste und zweite Platte miteinander verbunden sind und einen ersten Hohlraum bilden, wobei im ersten Hohlraum eine erste Kapillarstruktur vorgesehen ist, wobei die zweite Platte einen ersten Verbindungsteil besitzt; einen zweiten Hauptkörper, der eine dritte Platte und eine vierte Platte aufweist, wobei die dritte und vierte Platte miteinander verbunden sind und einen zweiten Hohlraum bilden, wobei im zweiten Hohlraum eine zweite Kapillarsturktur vorgesehen ist, wobei die dritte Platte einen zweiten Verbindungsteil besitzt; ein erstes Rohr, das ein erstes Ende, ein zweites Ende und einen ersten Kanal aufweist, wobei an der Innenwand des ersten Rohrs eine vierte Kapillarstruktur vorgesehen ist, wobei das erste Ende mit dem ersten Verbindungsteil verbunden ist und sich bis die Innenseite der ersten Platte erstreckt, wobei das zweite Ende mit dem zweiten Verbindungsteil verbunden ist und sich bis die Innenseite der vierten Platte erstreckt, wodurch die vierte Kapilarstruktur mit der ersten und zweiten Kapillarstruktur verbunden ist, wobei das erste Ende des ersten Rohrs mindestens eine erste Kerbe besitzt, die mit dem ersten Hohlraum verbunden ist, wobei das zweite Ende des ersten Rohrs mindestens eine zweite Kerbe besitzt, die mit dem zweiten Hohlraum verbunden ist, wodurch der erste Kanal durch die erste und zweite Kerbe mit dem ersten und zweiten Hohlraum verbunden ist, wobei die vierte Platte an der Stelle des zweiten Verbindungsteils einen dritten Verbindungsteil besitzt; einen dritten Hauptkörper, der eine fünfte Platte und eine sechste Platte aufweist, wobei die fünfte und sechste Platte miteinander verbunden sind und einen dritten Hohlraum bilden, wobei im dritten Hohlraum eine dritte Kapillarstruktur vorgesehen ist, wobei die fünfte Platte einen vierten Verbindungsteil besitzt; ein zweites Rohr, das ein drittes Ende, ein viertes Ende und einen zweiten Kanal aufweist, wobei an der Innenwand des zweiten Rohrs eine fünfte Kapillarstruktur vorgesehen ist, wobei das dritte Ende durch den ersten, zweiten und dritten Verbindungsteil geführt wird und sich durch den ersten Kanal bis die Innenseite der ersten Platte erstreckt, wobei das vierte Ende mit dem vierten Verbindungsteil ist und sich bis die Innenseite der sechsten Platte erstreckt, wodurch die fünfte Kapilarstruktur mit der ersten und dritten Kapillarstruktur verbunden ist, wobei das dritte Ende des zweiten Rohrs mindestens eine dritte Kerbe besitzt, die mit dem dritten Hohlraum verbunden ist, wobei das viert Ende des zweiten Rohrs mindestens eine vierte Kerbe besitzt, die mit dem dritten Hohlraum verbunden ist, wodurch der zweite Kanal durch die dritte und vierte Kerbe mit dem ersten und dritten Hohlraum verbunden ist, wobei der Durchmesser des zweiten Rohrs kleiner als der des ersten Rohrs ist; und ein Arbeitsfluid.
-
Wenn der erste Hauptkörper des Kühlelements mit der Wärmequelle in Kontakt steht, wird das Arbeitsfluid im ersten Hohlraum verdampft. Ein Teil des verdampften gasförmigen Arbeitsfluids fließt durch die erste Kerbe des ersten Rohrs und den ersten Kanal in den zweiten Hohlraum. Das gasförmige Arbeitsfluid wird im zweiten Hohlraum kondensiert. Das kondensierte flüssige Arbeitsfluid fließt durch die zweite und vierte Kapillarstruktur in den ersten Hohlraum zurück. Der andere Teil des verdampften gasförmigen Arbeitsfluids fließt durch die erste Kerbe des ersten Rohrs und den zweiten Kanal in den dritten Hohlraum. Das gasförmige Arbeitsfluid wird im dritten Hohlraum kondensiert. Das kondensierte flüssige Arbeitsfluid fließt durch die dritte und fünfte Kapillarstruktur in den ersten Hohlraum zurück. In Verbindung mit den Kühlkörpern zwischen dem ersten und zweiten Hauptkörper sowie zwischen dem zweiten und dritten Hauptkörper wird eine vielfache Kühlwirkung erreicht, so dass die Kühleffizienz erheblich erhöht wird.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 eine Explosionsdarstellung des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
-
2 eine perspektivische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
-
3 eine Schnittdarstellung des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
-
4 eine weitere Schnittdarstellung des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
-
5 eine perspektivische Darstellung des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
-
6 eine Schnittdarstellung des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
-
7 eine weitere Schnittdarstellung des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
-
8 eine Draufsicht des dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
-
9 eine Schnittdarstellung des vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
-
Wege zur Ausführung der Erfindung
-
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen.
-
Die 1, 2 und 3 zeigen das erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kühlelements 1, das einen ersten Hauptkörper 11, einen zweiten Hauptkörper 12, ein erstes Rohr 14, einen dritten Hauptkörper 13, ein zweites Rohr 15 und ein Arbeitsfluid 2 umfasst. Der erste Hauptkörper 11 weist eine erste Platte 111 und eine zweite Platte 112 auf. Die erste und zweite Platte 111, 112 sind miteinander verbunden und bilden einen ersten Hohlraum 113. Im ersten Hohlraum 113 ist eine erste Kapillarstruktur 114 vorgesehen. Die zweite Platte 112 besitzt einen ersten Verbindungsteil 1121. Der zweite Hauptkörper 12 weist eine dritte Platte 121 und eine vierte Platte 122 auf. Die dritte und vierte Platte 121, 122 sind miteinander verbunden und bilden einen zweiten Hohlraum 123. Im zweiten Hohlraum 123 ist eine zweite Kapillarsturktur 124 vorgesehen. Die dritte Platte 121 besitzt einen zweiten Verbindungsteil 1211. Das erste Rohr 14 weist ein erstes Ende 141, ein zweites Ende 142 und einen ersten Kanal 143 auf. An der Innenwand des ersten Rohrs 14 ist eine vierte Kapillarstruktur 144 vorgesehen. Das erste Ende 141 ist mit dem ersten Verbindungsteil 1121 verbunden und erstreckt sich bis die Innenseite der ersten Platte 111. Das zweite Ende 142 ist mit dem zweiten Verbindungsteil 1211 verbunden und erstreckt sich bis die Innenseite der vierten Platte 122, wodurch die vierte Kapillarstruktur 144 mit der ersten und zweiten Kapillarstruktur 114, 124 verbunden ist. Das erste Ende 141 des ersten Rohrs 14 besitzt mindestens eine erste Kerbe 1411, die mit dem ersten Hohlraum 113 verbunden ist. Das zweite Ende 142 des ersten Rohrs 14 besitzt mindestens eine zweite Kerbe 1421, die mit dem zweiten Hohlraum 123 verbunden ist, wodurch der erste Kanal 143 durch die erste und zweite Kerbe 1411, 1421 mit dem ersten und zweiten Hohlraum 113, 123 verbunden ist.
-
Die vierte Platte 122 besitzt an der Stelle des zweiten Verbindungsteils 1211 einen dritten Verbindungsteil 1221. Der dritte Hauptkörper 13 weist eine fünfte Platte 131 und eine sechste Platte 132 auf. Die fünfte und sechste Platte 131, 132 sind miteinander verbunden und bilden einen dritten Hohlraum 133. Im dritten Hohlraum 133 ist eine dritte Kapillarstruktur 134 vorgesehen. Die fünfte Platte 131 besitzt einen vierten Verbindungsteil 1311.
-
Das zweite Rohr 15 weist ein drittes Ende 151, ein viertes Ende 152 und einen zweiten Kanal 153 auf. An der Innenwand des zweiten Rohrs 15 ist eine fünfte Kapillarstruktur 154 vorgesehen. Das dritte Ende 151 wird durch den ersten, zweiten und dritten Verbindungsteil 1121, 1211, 1221 geführt und erstreckt sich durch den ersten Kanal 143 bis die Innenseite der ersten Platte 111. Das vierte Ende 152 ist mit dem vierten Verbindungsteil 1311 verbunden und erstreckt sich bis die Innenseite der sechsten Platte 132, wodurch die fünfte Kapilarstruktur 154 mit der ersten und dritten Kapillarstruktur 114, 134 verbunden ist. Das dritte Ende 151 des zweiten Rohrs 15 besitzt mindestens eine dritte Kerbe 1521, die mit dem dritten Hohlraum 133 verbunden ist. Das viert Ende 152 des zweiten Rohrs 15 besitzt mindestens eine vierte Kerbe 1521, die mit dem dritten Hohlraum 133 verbunden ist, wodurch der zweite Kanal 153 durch die dritte und vierte Kerbe 1511, 1521 mit dem ersten und dritten Hohlraum 113, 133 verbunden ist.
-
Das Arbeitsfluid 2 wird in den ersten, zweiten und dritten Hohlraum 113, 123, 133 gefüllt. Das Arbeitsfluid 2 kann Reinwasser, anorganische Verbindung, Alkohol, Keton, Flüssigmetall, Kühlmittel oder organische Verbindung sein.
-
Die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Kapillarstruktur 114, 124, 134, 144, 145 können durch Netz, Faserkörper, gesintertes Pulver, Kombination von Netz und gesintertem Pulver oder Rillen gebildet sein. Die Kapillarstrukturen sind poröse Strukturen und können eine Kapillarwirkung für das Arbeitsfluid 2 erzeugen.
-
Das zweite Rohr 15 hat einen Durchmesser, der kleiner als der Durchmesser des ersten Rohrs 14 ist. Der Durchmesser des dritten und vierten Verbindungsteils 1221, 1311 ist kleiner als der des ersten und zweiten Verbindungsteils 1121, 1211. D.h. Der Durchmesser des ersten Rohrs 14 entspricht dem Durchmesser des ersten und zweiten Verbindungsteils 1121, 1211, wodurch das erste Rohr 14 dicht mit dem ersten und zweiten Hauptkörper 11, 12 verbunden ist. Der Durchmesser des zweiten Rohrs 15 entspricht dem Durchmesser des dritten und vierten Verbindungsteils 1221, 1311, wodurch das zweite Rohr 15 dicht mit dem zweiten und dritten Hauptkörper 12, 13 verbunden ist.
-
Der erste, zweite, dritte und vierte Verbindungsteil 1121, 1211, 1221, 1311 bilden jeweils einen Kragen, damit der erste und zweite Hauptkörper 11, 12 dichter mit dem ersten Rohr 14 und der zweite und dritte Hauptkörper 12, 13 dichter mit dem zweiten Rohr 15 verbunden sind.
-
Wie aus 4 ersichtlich ist, steht die erste Platte 111 des ersten Hauptkörpers 11 mit einer Wärmequelle 3 (wie CPU, MCU, Grafikkarte) in Kontakt. Zwischen dem ersten und zweiten Hauptkörper 11, 12 sowie dem zweiten und dritten Hauptkörper 12, 13 ist mindestens ein Kühlkörper 4 vorgesehen. Darauf ist die Erfindung nicht beschränkt. In der Praxis kann die Wärmequelle auch mit der sechsten Platte 132 des dritten Hauptkörpers 13 in Kontakt stehen (nicht dargestellt). Der Kühlkörper 4 kann zwischen dem ersten und zweiten Hauptkörper 11, 12 oder dem zweiten und dritten Hauptkörper 12, 13 angeordnet sein. Oder zwischen dem ersten und zweiten Hauptkörper 11, 12 sowie dem zweiten und dritten Hauptkörper 12, 13 ist jeweils ein Kühlkörper 4 angeordnet.
-
Wenn der erste Hauptkörper 11 des Kühlelements 1 mit der Wärmequelle 3 in Kontakt steht, wird das Arbeitsfluid 2 im ersten Hohlraum 113 verdampft. Ein Teil des verdampften gasförmigen Arbeitsfluids 2 fließt durch die erste Kerbe 1411 des ersten Rohrs 14 und den ersten Kanal 143 in den zweiten Hohlraum 123. Das gasförmige Arbeitsfluid 2 wird im zweiten Hohlraum 123 kondensiert. Das kondensierte flüssige Arbeitsfluid 2 fließt durch die zweite und vierte Kapillarstruktur 124, 144 in den ersten Hohlraum 113 zurück. Der andere Teil des verdampften gasförmigen Arbeitsfluids 2 fließt durch die erste Kerbe 1411 des ersten Rohrs 14 und den zweiten Kanal 153 in den dritten Hohlraum 133. Das gasförmige Arbeitsfluid 2 wird im dritten Hohlraum 133 kondensiert. Das kondensierte flüssige Arbeitsfluid 2 fließt durch die dritte und fünfte Kapillarstruktur 134, 154 in den ersten Hohlraum 113 zurück. In Verbindung mit den Kühlkörpern 4 zwischen dem ersten und zweiten Hauptkörper 11, 12 sowie zwischen dem zweiten und dritten Hauptkörper 12, 13 wird eine vielfache Kühlwirkung erreicht, so dass die Kühleffizienz erheblich erhöht wird.
-
Da sich das erste und zweite Rohr 14, 15 bis eine Seite des ersten, zweiten und dritten Hauptkörpers 11, 12, 13 erstrecken, ist eine Stützstruktur des Vapor-Chamber-Kühlers nicht erforderlich, so dass die Kosten und die Herstellungszeit des Kühlelements reduziert werden.
-
Die 5, 6, 7 in Verbindung mit den 1, 2 und 3 zeigen das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung, das sich von dem obengenannten Ausführungsbeispiel nur dadurch, dass die sechste Platte 132 an der Stelle des vierten Verbindungsteils 1311 einen fünften Verbindungsteil 1321 besitzt. Das Kühlelement 1 umfasst weiter einen vierten Hauptkörper 16 und ein drittes Rohr 17. Der vierte Hauptkörper 16 weist eine siebte Platte 161 und eine achte Platte 162 auf. Die siebte Platte 161 und die achte Platte 162 bilden einen vierten Hohlraum 163. Im vierten Hohlraum 163 ist eine sechste Kapillarstruktur 164 vorgesehen. Die siebte Platte 161 besitzt einen sechsten Verbindungsteil 1611.
-
Das dritte Rohr 17 wird durch den zweiten und dritten Hauptkörper 12, 13 geführt und ist mit der ersten und vierten Kapillarstruktur 11, 16 verbunden. Das dritte Rohr 17 bildet einen dritten Kanal 173 und besitzt an der Innenwand eine siebte Kapillarstruktur 174. Das dritte Rohr 17 besitzt ein fünftes Ende 171 und ein sechstes Ende 172. Das fünfte Ende 171 wird durch den ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Verbindungsteil 1121, 1211, 1221, 1311, 1321 und den zweiten Kanal 153 geführt und erstreckt sich bis die Innenseite der ersten Platte 111. Das sechste Ende 172 ist mit dem sechsten Verbindungsteil 1611 verbunden und erstreckt sich bis die Innenseite der achten Platte 162, wodurch die siebte Kapillarstruktur 174 mit der ersten und sechsten Kapillarstruktur 114, 164 verbunden ist. Das fünfte Ende 171 besitzt mindestens eine fünfte Kerbe 1711, die mit dem ersten Hohlraum 113 verbunden ist. Das sechste Ende 172 besitzt mindestens eine sechste Kerbe 1721, die mit dem vierten Hohlraum 163 verbunden ist. Dadurch ist der dritte Kanal 173 durch die fünfte und sechste Kerbe 1711, 1721 mit dem ersten und vierten Hohlraum 113, 163 verbunden.
-
Das dritte Rohr 17 hat einen Durchmesser, der kleiner als der Durchmesser des zweiten Rohrs 15 ist. Der Durchmesser des fünften und sechsten Verbindungsteils 1321, 1611 ist kleiner als der des dritten und vierten Verbindungsteils 1221, 1311. Der fünfte und sechste Verbindungsteil 1321, 1611 bilden jeweils einen Kragen, damit der vierte Hauptkörper 16 und das dritte Rohr 17 dicht mit dem dritten Hauptkörper 13 verbunden ist.
-
Wenn der erste Hauptkörper 11 mit der Wärmequelle 3 in Kontakt steht, wird das flüssige Arbeitsfluid 2 im ersten Hohlraum 113 verdampft. Ein Teil des verdampften gasförmigen Arbeitsfluids 2 zirkuliert wie im ersten Ausführungsbeispiel. Der andere Teil des verdampften gasförmigen Arbeitsfluids 2 fließt durch die erste Kerbe 1411 des ersten Rohrs 14 und den dritten Kanal 173 in den vierten Hohlraum 163. Das gasförmige Arbeitsfluid 2 wird im vierten Hohlraum 163 kondensiert. Das kondensierte flüssige Arbeitsfluid 2 fließt durch die sechste und siebte Kapillarstruktur 164, 174 in den Hohlraum 113 zurück. Durch den Kreislauf des Arbeitsfluids wird die Wärme wegtransportiert.
-
Auf das erste und zweite Ausführungsbeispiel ist die Erfindung nicht beschränkt. Je nach Bedarf kann die Anzahl des Hauptkörpers und des Rohrs gewählt werden (vergrößert oder verkleinert), um die beste Einsatzwirkung zu erreichen.
-
8 zeigt das dritte Ausführungsbeispiel der Erfindung, das sich von dem obengenannten Ausführungsbeispiel nur dadurch unterscheidet, dass an der Innenwand des ersten und zweiten Rohrs 14, 15 eine Vielzahl von Rippen 18 und Rillen 19 gebildet sind, die beabstandet oder nicht beabstandet angeordnet sind. Auf den Rippen 18 und den Rillen 19 des ersten und zweiten Rohrs 14, 15 sind die vierte und fünfte Kapillarstruktur 144, 154 gebildet. Dadurch wird die Fläche der vierten und fünften Kapillarstruktur 144, 154 des ersten und zweiten Rohrs 14, 15 vergrößert, so dass der Rückfluss des Arbeitsfluids verbessert wird. Auf die Rippen 18 und die Rillen 19 ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt.
-
9 zeigt das vierte Ausführungsbeispiel der Erfindung, das sich von dem obengenannten Ausführungsbeispiel nur dadurch unterscheidet, dass im zweiten Kanal 153 des zweiten Rohrs 15 ein Stützstab 5 vorgesehen ist, dessen beide Enden auf den Innenseiten der ersten Platte 111 und der sechsten Platte 132 aufliegen. An der Außenseite des Stützstabs 5 ist eine achte Kapillarstruktur 51 vorgesehen, die durch Netz, Faserkörper, gesintertes Pulver, Kombination von Netz und gesintertem Pulver oder Rillen gebildet ist. Durch den Stützstab 5 wird die Rückflussgeschwindigkeit des Arbeitsfluids 2 des Kühlelements 1 erheblich erhöht und eine Stützwirkung erreicht.
-
Daher weist die Erfindung folgende Vorteile auf:
- 1. vielfache Kühlwirkung,
- 2. erhebliche Erhöhung der Kühleffizienz,
- 3. die Kosten für eine Stützstruktur werden gespart und die Herstellungszeit wird verkürzt.
-
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.
