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Hintergrund der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft einen Kühlmantel
in einem Kühlmodul,
und spezieller einem Kühlmodul,
an dem CPUs mit verschiedenen Heizwerten in einem PC oder dergleichen
montiert werden können.
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Stand der Technik
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Herkömmliche
Informationsverarbeitungsvorrichtungen wie PCs verwenden ein Zwangskühlverfahren,
bei dem eine Kühlrippe
an einer CPU angebracht wird und eine Kühlrippe an der Oberseite des
Kühllüfters angebracht
wird, um die CPU einer Luftkühlung
zu unterziehen.
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Die
Arbeitsgeschwindigkeit von in Informationsverarbeitungsvorrichtungen
wie PCs verwendeten CPUs hat ständig
zugenommen. In den letzten Jahren lag die konzipierte Wärmeleistung
einer CPU nahe bei 100 W. Das Kühlvermögen der
herkömmlichen
Zwangsluftkühlung
ist nun unzureichend, um den erhöhten
Energieverbrauch einer CPU zu meistern.
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Als
Technik zum Kühlen
von CPUs, deren Energieverbrauch zunahm, wird aktuell bei einigen PCs
Wasserkühlung
verwendet. Bei der Wasserkühlungstechnik
werden ein Kühlmantel
und ein Kühler unter
Verwendung einer Leitung miteinander verbunden, durch die eine Kühlflüssigkeit
umläuft.
Der Kühlmantel
wird an der CPU befestigt, damit die Kühlflüssigkeit durch diese erzeugte
Wärme absorbieren kann.
Der Kühler
sorgt dann dafür,
dass die Kühlflüssigkeit
die Wärme
abgibt.
JP-A-10-294582 offenbart ein
Beispiel einer derartigen Wasserkühlungstechnik.
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Ferner
wurde, zur obigen Zwangsluftkühltechnik,
eine Wärmesenke
verbessert, um das Kühlvermögen zu erhöhen, wie
es in
JP-A-10-294582 offenbart
ist.
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In
vielen Fällen
werden PCs, selbst wenn sie vom selben Modell sind, mit verschiedenen CPU-Qualitäten mit
verschiedenen Arbeitsfrequenzen ausgeliefert, um den Erfordernissen
der Benutzer zu genügen,
und die Preise werden entsprechend diesen Qualitäten festgelegt. So können CPUs
desselben Modells verschiedene Heizwerte zeigen. Ferner wird, bei
einer bestimmten Verkaufsform eines zu verkaufenden PCs abhängig von
der Bestellung des Benutzers variiert, und der kundenspezifische
PC wird innerhalb kurzer Zeit an den Benutzer versandt.
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Bei
einer derartigen Verkaufsform ist es möglich, den Typ und die Arbeitsfrequenz
der CPU, das Speichervermögen
eines HDD, das montierte Speichervermögen von Arbeitsspeichern, den
Laufwerkstyp bei austauschbaren Medien und dergleichen auszuwählen. Der
Hersteller baut diese Vorrichtungen auf Grundlage der vom Benutzer
vorgegebenen Spezifikationen in ein Gerät ein. Selbst wenn der Benutzer
separate Spezifikationen für
die CPU, das HDD, das Arbeitsspeichermodul und das Laufwerk anfordert,
kann der Hersteller die geeigneten Vorrichtungen einfach auswählen und
sie in das Gerät
einbauen, da jede Vorrichtung trotz der Unterschiede der Qualität über dieselben
Außenabmessungen
verfügt.
So können
dieselbe Montagekonstruktion und dieselbe Hauptplatine verwendet
werden.
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Da
jedoch die Anzahl der Wahlmöglichkeiten der
Typen oder der Arbeitsfrequenzen der CPU und damit der Bereich des
Energieverbrauchs größer wurde,
ist es nun schwierig, für
CPUs ein gemeinsames Kühlmodul
zu verwenden. Genauer gesagt, nimmt, wenn die Zwangsluftkühlungstechnik
verwendet wird, um ein Kühlmodul
auf Grundlage desselben Systems bei allen CPUs anzuwenden, die Größe desselben
in nachteiliger Weise zu, da es an den maximalen Energieverbrauch
der ausgewählten
CPU angepasst werden muss. Ferner kann, wenn die Wasserkühlungstechnik
verwendet wird, um die Größe des Kühlmoduls
zu verkleinern, dasselbe nachteiligerweise höhere Kosten verursachen und
ungeeignet angebaut werden.
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US-6 360 816-B1 offenbart
eine Luftkühlvorrichtung
für eine
integrierte Schaltung, die die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs
1 mit der vorliegenden Erfindung gemeinsam hat.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, für eine effizientere Kühlung der
CPU einer Informationsverarbeitungsvorrichtung zu sorgen.
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Diese
Aufgabe wird von einem Kühlmantel nach
Anspruch 1 gelöst.
Die abhängigen
Ansprüche betreffen
bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung.
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Um
die oben genannten Probleme zu lösen, kann
das gleiche Kühlmodul
sowohl bei der Wasserkühlung
als auch bei der Zwangsluftkühlung
eingesetzt werden. So erlaubt das Kühlmodul die Auswahl von Zwangsluftkühlung, wenn
eine CPU geringer Leistungsaufnahme verwendet wird, oder die Auswahl
von Wasserkühlung,
wenn eine CPU hoher Leistungsaufnahme verwendet wird.
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Das
Kühlmodul
verfügt über einen
Kühlmantel,
der thermisch mit einer CPU verbunden ist, um durch diese erzeugte
Wärme an
eine Kühlflüssigkeit zu übertragen,
eine Pumpe, die die Kühlflüssigkeit umwälzt, einen
Reservetank, der dazu verwendet wird, zusätzliche Kühlflüssigkeit zu liefern, und einen ersten
Kühler
und einen zweiten Kühler,
die dafür sorgen,
dass die Kühlflüssigkeit
Wärme abgibt.
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Darüber hinaus
sind der Kühlmantel,
die Pumpe, der Reservetank sowie der erste und der zweite Kühler des
Kühlmoduls
in einem Umlaufweg für
die Kühlflüssigkeit
angeordnet. Die Pumpe und der Reservetank sind über dem Kühlmantel installiert. Der erste
Kühler
ist über
der Pumpe und dem Reservetank installiert. Der zweite Kühler befindet sich
an der Seite des Kühlmantels,
der Pumpe, des Reservetanks und des ersten Kühlers. Der zweite Kühler liegt
auf der stromabwärtigen
Seite der Kühlventilationsströme in Bezug
auf den ersten Kühler.
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Der
die CPU intern kühlende
Kühlmantel
verfügt über eine
zylindrische Rippe, bei der mehrere Rippen aufgeschichtet sind.
Durch die CPU erzeugte Wärme
wird an die Zylinderrippe übertragen,
die dann die Wärme
an die Kühlflüssigkeit überträgt. Ferner
sind an einigen der in der Zylinderrippe aufgeschichteten Rippen
Geraderichtflügel
vorhanden. Ferner ist jede der in der Zylinderrippe aufgeschichteten
Rippen mit einem ersten konvexen Abschnitt, der einen Stapelzwischenraum
bildet, und einem zweiten konvexen Abschnitt versehen, der an der Oberseite
des ersten konvexen Abschnitts vorhanden ist, um die Rippe zu positionieren.
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Daher
kann die Erfindung ein Kühlmodul
auf Grundlage des Wasserkühlungsverfahrens
bereitstellen, das eine Kühlrippe
auf Grundlage des Zwangsluftkühlungssystems
ersetzen kann. Dies beseitigt das Erfordernis, für jeweilige CPUs verschiedene
Kühlverfahren
zu verwenden. So ist es möglich, für andere
Module als das Kühlmodul
gemeinsame Komponenten zu verwenden.
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Ferner
kann das Kühlmodul
durch ein solches auf Grundlage des Zwangsluftkühlungssystems ersetzt werden.
So ist es überflüssig, die
Struktur der Vorrichtung abhängig
vom Modell des PC zu ändern.
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Andere
Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden
Beschreibung der Ausführungsformen
der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Ansicht eines Kühlmoduls von oben gesehen;
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2 ist
eine schematische Ansicht des Kühlmoduls
von unten gesehen;
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3 ist
ein Diagramm, das die Konfiguration eines PC zeigt, bei dem das
Kühlmodul
angewandt ist;
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4 ist
eine Ansicht, die die Außenabmessungen
des Kühlmoduls
zeigt;
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5 ist
ein Diagramm, das schematisch einen Umlaufweg für eine Kühlflüssigkeit zeigt;
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6 ist
ein Diagramm, das schematisch die Konfiguration des Kühlmoduls
zeigt;
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7 ist
eine Ansicht, die zeigt, wie ein Mantel des Kühlmoduls zusammengebaut wird;
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8 ist
eine Schnittansicht einer Mantelrippe;
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9 ist eine Ansicht, die die Konfiguration eines
Mantelgehäuses
zeigt;
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10 ist
eine Schnittansicht des Kühlmantels;
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11 ist
ein Diagramm zum Veranschaulichen einer anderen Kühlmantelrippe
(1); und
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12 ist
ein Diagramm zum Veranschaulichen einer anderen Kühlmantelrippe
(2)
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Bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung
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Um
auch als Kühlmodul
auf Grundlage eines Zwangsluftkühlungssystems
verwendbar zu sein, ist das Kühlmodul
so konzipiert, dass die folgenden Komponenten über einer CPU aufgeschichtet
sind: ein Kühlmantel 1,
der es ermöglicht,
dass eine Kühlflüssigkeit
durch die CPU erzeugte Wärme
absorbiert, eine Pumpe 2, die dafür sorgt, dass die Kühlflüssigkeit
umläuft,
ein Reservetank 3, der dazu verwendet wird, zusätzliche
Kühlflüssigkeit
bereitzustellen und Luft aus ihr abzulassen, und einen ersten Kühler 4,
der die Kühlflüssigkeit
kühlt.
Das Kühlmodul ist
auch so konzipiert, dass sich ein zweiter Kühler 5 an einer Seite
des ersten Kühlers 4 befindet,
um die Kühlflüssigkeit
zu kühlen.
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Darüber hinaus
wird die Kühlflüssigkeit
so durch die Pumpe 2 angetrieben, dass sie vom Kühlmantel 1,
der durch die CPU erzeugte Wärme
absorbiert, durch den Kühler 5 und
den Kühler 4 zum
Reservetank 3 läuft.
Dabei strömen
Kühlventilationsströme vom Kühler 4 zum
Kühler 5.
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Ausführungsform
1
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Die 1 ist
eine schematische Ansicht des Kühlmoduls
von oben gesehen. Als Erstes wird die Konfiguration des Kühlmoduls
beschrieben. Das Kühlmodul
ist so konzipiert, dass es über
der CPU eines persönlichen
Computers (nachfolgend bei den Ausführungsformen als "PC" bezeichnet) montiert wird.
Das Kühlmodul
und ein Zwangsluftkühlungslüfter sind
so konzipiert, dass sie im selben Montageabschnitt in Bezug auf
die CPU montiert werden, so dass das Kühlmodul durch den Zwangsluftkühlungslüfter ersetzt
werden kann. Obwohl es später
detailliert beschrieben wird, wird die durch die CPU erzeugte Wärme von
einer Fläche
eines CPU-Gehäuses
(in einigen Fällen
CPU-Waferchip) an eine die CPU-Wärme empfangende
Fläche
des Kühlmoduls übertragen.
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Das
Kühlmodul
in der 1 beruht auf einem Flüssigkühlsystem, das Wärme durch
Umwälzen
einer Kühlflüssigkeit
aufnimmt und abgibt. Das Kühlmodul
besteht aus dem Kühlmantel 1,
der dafür sorgt,
dass eine Kühlflüssigkeit
durch die CPU erzeugte Wärme
absorbiert, der Pumpe 2, die für das Umlaufen der Kühlflüssigkeit
sorgt, den Reservetank, der dazu verwendet wird, zusätzliche
Kühlflüssigkeit zu
liefern und Luft aus ihr abzulassen, und einem ersten Kühler 4,
der die Kühlflüssigkeit
kühlt,
und dem zweiten Kühler 5.
Diese Elemente sind durch mit einer Kühlflüssigkeit gefüllte Leitungen
in Reihe miteinander verbunden. Die Kühlflüssigkeit läuft durch diese Elemente um.
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Der
Kühlmantel 1,
die Pumpe 2, der Reservetank 3 und der Kühler 4 sind
in dieser Reihenfolge in der Richtung entgegengesetzt zur CPU aufgeschichtet.
Der Kühler 5 befindet
sich in solcher Weise an der Seite der aufgeschichteten Elemente,
dass seine Rippe mit dem Kühler 4 fluchtet.
Die Höhe
des Kühlers 5 entspricht
im Wesentlichen der Gesamthöhe
der aufgeschichteten Elemente.
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Nun
erfolgt eine detaillierte Beschreibung für die Struktur des Kühlers, der
es ermöglicht,
dass eine Kühlflüssigkeit
Wärme abgibt.
Die Kühler 4 und 5 bestehen
jeweils aus dünnen
Platten, die mit festen Intervallen aufgeschichtet sind. Mehrere
Leitungen sind so vorhanden, dass sie die Rippe durchdringen. Darüber hinaus
sind die Enden der Leitungen über und
unter dem Kühler
miteinander verbunden, so dass die Kühlflüssigkeit im Zickzack fließt. Unter
Verwendung einer solchen Struktur, bei der die Leitungen so angeordnet
sind, dass sie die Kühlrippe
zickzackförmig
durchdringen, ist es möglich,
Temperaturdifferenzen zwischen den Rippen zu verlängern. Es ist
auch zu erwarten, dass diese Struktur dadurch einen Kühleffekt
erzeugt, dass Kühlventilationsströme gegen
die Leitungen geblasen werden.
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Ferner
besteht die Rippe aus dünneren
Platten als eine Kühlrippe
auf Grundlage des Zwangsluftkühlungssystems.
Dies ermöglicht
es, eine größere Strahlungsfläche unter
Verwendung eines Volumens zu liefern, das durch eine vergleichbare
Außenform aufgebaut
wird. Daher kann diese Struktur für bessere Kühlfähigkeiten als eine Zwangsluftkühlungsrippe sorgen.
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Obwohl
es später
detailliert beschrieben wird, sind die getrennten Kühler 4 und 5 vorhanden, um
die Rippe gemeinsam zu nutzen, was es ermöglicht, dass jeder Kühler aus
einem Typ dünner,
plattenförmiger
Rippen besteht.
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Die 2 ist
eine schematische Ansicht des Kühlmoduls
von unten gesehen. Das Kühlmodul 1 ist über ein
Diamantblech 7 thermisch mit der CPU auf dem Sockel verbunden.
Auf das Diamantblech ist Diamantpulver aufgetragen. Das Diamantblech
wird beim Kühlmodul 1 angewandt,
um für
Wärmediffusion
in der Richtung der Blechfläche
zu sorgen. Es ist allgemein bekannt, dass Diamant über die
höchste Wärmeleitfähigkeit
verfügt.
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Jedoch
wird er auch wirkungsvoll für
ein Wärmediffusionsblech
des Kühlmantels
verwendet. Insbesondere ist für
CPUs, bei denen ein LSI-Gehäuse
keinerlei Wärmeverteiler
enthält
(beispielsweise einem LSI-Gehäuse
mit freiliegendem CPU-Waferchip) Diamant erforderlich, um die durch
die CPU erzeugte Wärme
effizient zum HF-Signal zu übertragen.
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Alternativ
ist es möglich,
um die Wärmeleitfähigkeit
der Wärmeaufnahmefläche des
Kühlmantels zu
verbessern, möglich,
beispielsweise Silikonfett aufzutragen oder eine Kontaktfläche zu polieren,
um die Oberflächenrauhigkeit
zu verringern. Alternativ kann die Wärmeleitfähigkeit dadurch verbessert
werden, dass in den vier Ecken der CPU-Wärmeaufnahmefläche des
Kühlmoduls
Feststellschrauben angebracht werden, damit das Kühlmodul
in Druckkontakt mit der CPU gebracht werden kann.
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Die 3 ist
ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration eines PC zeigt,
bei dem das Kühlmodul
angewandt ist. Ein PC-Hauptgehäuse 15 besteht
aus einer Grundplatine 9, auf der eine CPU 10,
ein Arbeitsspeichermodul 13 und dergleichen montiert sind,
einer Spannungsversorgungseinheit (nicht dargestellt), einem Medienlaufwerk 14 wie
einem HDD. Zusätzlich
zur CPU 10 und zum Arbeitsspeichermodul 13 sind
Adapterverbinder 11, in die verschiedene Steuerungs-LSIs
oder Erweiterungskarten eingesteckt werden, und ein Schnittstellenverbinder
(nicht dargestellt) an der Grundplatine 9 montiert. Um
ein Schnittstellenkabel direkt mit dem Schnittstellenverbinder zu
verbinden, ist die Grundplatine 9 in einem Teil des PC-Hauptgehäuses 15 montiert,
der zu dessen Rückseite
hin zeigt. An der Vorderseite des PC 15 sind mehrere Medienlaufwerke 14 montiert
(ein HDD, ein DVD-ROM-Laufwerk, ein Diskettenlaufwerk und dergleichen).
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Die
Höhenabmessung
des PC-Hauptgehäuses 15 wird
auf Grundlage der Höhenabmessungen der
in die Adapterverbinder 11 eingesetzten Erweiterungskarten
und die Außenabmessungen
der Medienlaufwerke 14 bestimmt. Beispielsweise ist bei
einem Tower-PC die Höhenabmessung
auf Grundlage der Breitenabmessungen der Medienlaufwerke 14 bestimmt;
sie entspricht im Allgemeinen der Breitenabmessung eines 5-Zoll-Laufwerks,
d. h. ungefähr
150 mm, zuzüglich
einer Konstruktionstoleranz. In diesem Fall befinden sich über der
CPU 10 auf der Grundplatine 9 keine Vorrichtungen.
Demgemäß kann das
Kühlmodul 8 in
diesem Bereich installiert werden. Ferner existiert, wenn PCI-Karten in die Adapterverbinder 11 eingesetzt
werden, wodurch die Abmessungen des Geräts bestimmt sind, ein Freiraum
von ungefähr
100 mm über
der Grundplatine. So kann ein Kühlmodul 8 mit
einer Höhe
von mindestens 100 mm installiert werden. Der Kühllüfter auf Grundlage des Zwangsluftkühlungssystems
wird über
der CPU 10 montiert, und er kann das Kühlmodul 8 ersetzen.
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Genauer
gesagt, wird das Kühlmodul 8 so über der
CPU 10 installiert, dass sein Kühler 5 näher an der
Rückseite
des PC-Hauptgehäuses 15 liegt. Ein
die Kühler 4 und 5 kühlender
Lüfter 12 wird
ferner hinter dem Kühlmodul 8 installiert.
In diesem Fall wird der Lüfter 12 so
angetrieben, dass er heiße
Luft von der Rückseite
des PC-Hauptgehäuses 15 ausbläst. Dies
ermöglicht
es, das Innere des PC-Hauptkörpers 15 durch
Ventilation zu belüften.
So ist es möglich, andere
Wärmeerzeugungselemente
als die CPU 10 (beispielsweise das Arbeitsspeichermodul 13 und
die Medienlaufwerke 14) zu kühlen.
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Die 4 ist
eine Ansicht, die die Außenabmessungen
des Kühlmoduls
gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
genauer zeigt. Diese Außenabmessungen
sorgen für
ein Abstrahlvermögen
von ungefähr
120 W, und sie ermöglichen
das Kühlen
einer CPU, die mit einer Frequenz von 3 G oder mehr arbeitet. Eine
Zwangsluftkühlungsrippe
mit einem Volumen, das demjenigen des Kühlmoduls in der 4 vergleichbar
ist, verfügt über ein
Kühlvermögen von
nur ungefähr
70 W. Obwohl das Zwangsluftkühlungssystem
angewandt werden kann, um für eine
Wärmeabstrahlung
zu sorgen, die mit der vergleichbar ist, wie sie durch das Kühlmodul
erzielt wird, wenn die Drehzahl des Lüfters erhöht wird und so der Umfang an
Kühlventilationsströmen erhöht wird,
werden Geräusche
lauter, die sich aus der Drehung des Lüfters ergeben. Wenn dagegen
das Kühlmodul
der 4 für
eine CPU mit kleinerem Heizwert verwendet wird, ist es möglich, die
Drehzahl des Lüfters 12 und
so dessen Geräusch
zu senken.
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Die 5 ist
ein Diagramm, das schematisch einen Umlaufweg für eine Kühlflüssigkeit für das Kühlmodul 8 zeigt. Die
Kühlflüssigkeit
wird durch die Pumpe 2 über
den Umlaufweg in der 5 umgewälzt. Die von der Pumpe 1 ausgestoßene Kühlflüssigkeit
absorbiert die durch die CPU erzeugte Wärme, während sie durch den Kühlmantel 1 läuft. Die Kühlflüssigkeit
wird dann durch die Kühler 5 und 4,
in dieser Reihenfolge, geleitet. In den Kühlern 5 und 4 wird
die Wärme,
die sich in der Kühlflüssigkeit
angesammelt hat, zu den Kühlrippen
und so zu Kühlventilationsströmen vom
Lüfter übertragen.
So wird die Wärme
abgestrahlt. Die Kühlflüssigkeit
verfügt
am Einlass des Kühlers 5 über die
höchste
Flüssigkeitstemperatur.
Dann wird die Wärme
abgegeben, während
die Kühlflüssigkeit
durch die Kühler
fließt.
Am Auslass des Kühlers 4 kehrt
die Temperatur der Kühlflüssigkeit
zum Wert zurück,
wie er vorlag, bevor die durch die CPU 10 erzeugte Wärme absorbiert
wurde. So ist die mittlere Temperatur der Kühlflüssigkeit im Kühler 5 höher als
im Kühler 4.
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Die
Kühlflüssigkeit
vom Kühler 4 fließt in den Reservetank 3.
Der Reservetank 3 ist vorhanden, um ein Auslecken von Kühlflüssigkeit
aus der Leitung 6, den Kühlern 4 und 5 und
dergleichen zu kompensieren. Die Module sind so konfiguriert, dass
die Kühler 4 und 5 nahe
beim Kühlmantel 1 liegen.
Demgemäß ist die
Leitung 6, durch die die Kühlflüssigkeit fließt, kurz,
so dass nur eine kleine Menge an Kühlflüssigkeit ausleckt. Demgemäß ist es
nur erforderlich, den Reservetank mit einem kleinen Fassungsvermögen zu versehen.
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Der
Reservetank 3 wird nicht nur dazu verwendet, für zusätzliche
Kühlflüssigkeit
zu sorgen, sondern auch dazu, mögliche
Blasen aus der Kühlflüssigkeit
auszulassen. So besteht der Reservetank 3 aus zwei Schichten,
nämlich
einem Flüssigkeitsschichtteil
und einem Luftschichtteil, so dass Blasen aus der Kühlflüssigkeit
im Luftschichtteil gesammelt werden. Die Kühlflüssigkeit wird durch den Luftschichtteil
aus dem Reservetank 3 ausgelassen. So müssen ein Kühlflüssigkeit-Ansaugstutzen und
ein Kühlflüssigkeit-Auslassstutzen
des Reservetanks 3 abhängig
von der Richtung eingestellt werden, in der das Kühlmodul
installiert wird.
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Wenn
die Grundplatine 9 eine horizontale Ebene bildet, wie es
in der 3 dargestellt ist, wird auch die CPU 10 so
installiert, dass sie sich in horizontaler Richtung erstreckt. Der
Kühlflüssigkeit-Ansaugstutzen
des Reservetanks 6, der über der CPU 10 vorhanden
ist, ist in einem oberen Teil des Reservetanks 3 ausgebildet.
Der Kühlflüssigkeit-Auslassstutzen
ist im unteren Teil des Reservetanks 6 ausgebildet. Alternativ
kann die Grundplatine 9 so installiert sein, dass sie eine
vertikale Ebene bildet. In diesem Fall ist auch die CPU 10 so
installiert, dass sie eine vertikale Ebene bildet. Demgemäß muss der
Kühlflüssigkeit-Ansaugstutzen
des Reservetanks 6, der über der CPU 10 vorhanden
ist, in einem vertikal oberen Teil des Reservetanks 3 vorhanden
sein. Der Kühlflüssigkeit-Auslassstutzen
muss in einem vertikal unteren Teil des Reservetanks ausgebildet
sein.
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Die 6 ist
eine Schnittansicht eines Trägers
des Kühlmoduls
und einer senkrechten Ebene. Der Kühlmantel 1 des Kühlmoduls
ist thermisch mit der CPU 10 verbunden, bei der es sich
um ein wärmeerzeugendes
Element handelt, das, wie bereits beschrieben, an der Grundplatine 9 montiert
ist. Die Pumpe 2 und der TFT 3 sind über dem
Kühlmantel 1 installiert.
Ferner ist der Kühler 4 über der
Pumpe 2 und dem Reservetank 3 installiert. Der
Kühler 5 befindet
sich an der Seite des Stapels aus dem Kühlmantel 1, der Pumpe 2,
dem Reservetank 3 und dem Kühler 4.
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Kühlventilationsströme, die
die Kühler 4 und 5 kühlen, werden
durch Ansaugen durch einen Lüfter, der
sich an der Seite des Kühlers 5,
die vom Kühler 4 abgewandt
ist, erzeugt. Die Kühlventilationsströme fließen zwischen
den Kühlrippen
in der Reihenfolge der Kühler 4 und 5 hindurch,
um die Rippen zu kühlen.
Wie es für
die 5 beschrieben ist, ist die mittlere Temperatur
des Kühlers 5 höher als
die des Kühlers 4.
Ferner wird, im Kühler,
Wärme dank
der Temperaturdifferenz zwischen der Kühlrippe und den Kühlventilationsströmen übertragen.
So wird, wenn die Kühlventilationsströme Wärme absorbieren,
bis ihre Temperatur die mittlere Temperatur des Kühlers 4 erreicht,
Wärme immer
noch von der Kühlrippe
im Kühler 5 abgeführt, da
die mittlere Temperatur desselben höher als die des Kühlers 4 ist,
so dass der Kühler 5 heißer als
die Kühlventilationsströme ist.
Auf diese Weise kann Wärme
dadurch effizient abgeführt werden,
dass der heiße
Kühler
auf der Abluftseite der Kühlventilationsströme angebracht
wird.
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Darüber hinaus
sind, da nämlich
die Kühlventilationsströme entlang
den Kühlrippen
in den Kühlern 4 und 5 fließen, die
Kühlrippen
der Kühler 4 und 5 wünschenswerterweise
in derselben Ebene angeordnet. Diese Anordnung dient dazu, den Strömungswiderstand
für die
Kühlventilationsströme zu senken.
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Ferner
verfügt
der Kühler 5 auf
Grund seiner Gesamthöhe über eine
größere Strahlungsfläche als der
Kühler 4.
Wärme kann
dadurch effizient abgeführt
werden, dass Kühlventilationsströme über einen Bereich
hinweg fließen
können,
der der Gesamthöhe des
Kühlers
entspricht. Der Lüfter 12 ist
vorteilhafterweise auf derjenigen Seite des Kühlers 5 vorhanden, die
vom Kühler 4 abgewandt
ist, da zwischen dem Lüfter 12 und
dem Kühler 5 keine
Hindernisse vorhanden sind, die die Kühlventilationsströme behindern.
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Das
Abstrahlvermögen
des Kühlers
ist proportional zur Strahlungsfläche der Kühlrippe und kann demgemäß durch
Erhöhen
der Anzahl der bis zu 22 hochgeschichteten Rippen eingestellt werden. Wie
es in der 3 beschrieben ist, ist das Gebiet über dem
Kühlmodul
kein Hohlraum, in dem Vorrichtungen montiert wären. Demgemäß kann das Abstrahlvermögen des
Kühlers
leicht innerhalb des Bereichs der Abmessungen des PC-Hauptgehäuses 15 eingestellt
werden. In diesem Fall ist es, um den Bereich der Kühlventilationsströme entsprechend
zu erhöhen,
wünschenswert,
den Durchmesse des Lüfters 12 zu
erhöhen.
Es ist zu beachten, dass die Anzahl der aufgeschichteten Kühlrippen
verringert werden kann, um das Kühlvermögen zu verkleinern.
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Ferner
kann das Kühlvermögen des
Kühlers 5 dadurch
verbessert werden, dass das Gebiet der Kühlrippen bis zu 23 erhöht wird.
Das Kühlvermögen des
Kühlers 5 kann
auch dadurch erhöht
werden, dass sowohl die Anzahl der aufgeschichteten Rippen als auch
die Fläche
derselben erhöht
wird. In jedem Fall kann das Kühlvermögen dadurch
leicht eingestellt werden, dass die Anzahl der aufgeschichteten Rippen
oder die Fläche
der Rippen verändert
wird.
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Bei
der Beschreibung der 1 und 6 sowie
anderer Figuren wird die L-förmige Kühlrippe durch
geeignetes Anordnen der Kühler 4 und 5 gebildet.
Selbst wenn jedoch eine L-förmige
Kühlrippe
dadurch gebildet wird, dass Rippen verschiedener Größen in vertikaler
Richtung aufgeschichtet werden, kann das Kühlvermögen leicht durch Ändern der
Anzahl aufgeschichteter Rippen oder der Fläche der Rippen eingestellt
werden. Jedoch sind in diesem Fall zwei Rippentypen erforderlich,
und so ist es unmöglich,
aus dem Verringern der Teilezahl durch gemeinsames Verwenden bestimmter
Teile Nutzen zu ziehen.
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Die 7 ist
eine Ansicht, die zeigt, wie der Kühlmantel des Kühlmoduls
zusammengebaut wird. Der Kühlmantel
besteht aus einem Mantelgehäuse 1, Mantelrippen 17 und
einer Mantelabdeckung 19, und er ist thermisch mit der CPU 10 unter
dem Gehäuse 1 verbunden.
Die Mantelrippen 17 werden über einen zylindrischen Abschnitt 24 geführt, der
in einem zentralen Teil des Mantelgehäuses 1 vorhanden ist,
so dass zwischen den Rippen 17 ein Zwischenraum gebildet
wird. So wird eine Zylinderrippe erzeugt. In diesem Fall beinhaltet
die Zylinderrippe, was jedoch nicht detailliert beschrieben wird,
eine Anzahl von Rippen 18, die wegen des Anbringens eines
Geraderichtflügels
verschieden von den Mantelrippen 17 geformt sind.
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In
das Gehäuse 1 wird
eine Kühlflüssigkeit gefüllt. Durch
die CPU erzeugte Wärme,
die am Boden des Gehäuses 1 aufgenommen
wird, wird über den
zylindrischen Abschnitt 24 zu den mehreren Mantelrippen 17 übertragen.
Dann wird die Wärme von
den Mantelrippen 17 zur Kühlflüssigkeit übertragen. Die Mantelabdeckung 19 verhindert,
dass Kühlflüssigkeit
aus dem Mantelgehäuse 1 ausleckt.
Die Kühlflüssigkeit
wird an einem Ende des Mantelgehäuses 1 angesaugt
und am anderen Ende ausgelassen. Da sich die Kühlflüssigkeit in das Mantelgehäuse 1 und
aus ihm heraus bewegt, kann die Wärme von der CPU 10 über die
Mantelrippen 17 abgeführt
werden.
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Die
Mantelrippen 17 bestehen jeweils aus einer Kupferplatte
mit der höchsten
Wärmeleitfähigkeit. Die
Mantelrippen 17 werden in den zylindrischen Abschnitt 24 eingesetzt
und dann verlötet.
Für das
Verfahren zum Befestigen der Mantelrippen 17 besteht keine
Einschränkung
auf Löten.
Es ist zulässig,
ein Herstellverfahren auf Grund eines Einpressens der Rippen oder
eines Einsetzens und Ausdehnens und Verstemmens derselben zu verwenden.
Die Kühler 4 und 5 können ähnlich hergestellt
werden.
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Die 8 ist
eine Schnittansicht eines Stapelabschnitts der Mantelrippen, die
so installiert sind, dass zwischen ihnen ein Zwischenraum vorhanden ist.
An jeder Mantelrippe sind auf Grund eines Extrusionsverfahrens ein
erster konvexer Abschnitt 20 und ein zweiter konvexer Abschnitt 21 vorhanden.
In diesem Fall verfügt
der vorstehende Abschnitt des ersten konvexen Abschnitts 20 über eine
Querschnittsform, die verschieden von der seines vertieften Abschnitts
ist, so dass dann, wenn die Mantelrippen aufgeschichtet werden,
in der Richtung ihrer Höhe
ein Zwischenraum zwischen ihnen erzeugt wird. Der zweite konvexe
Abschnitt 21 ist an der Oberseite des ersten konvexen Abschnitts 20 vorhanden,
und er ist so geformt, dass er den vertieften Abschnitt des ersten
konvexen Abschnitts 20 überdeckt.
Dies ermöglicht
es, die Mantelrippen so aufzuschichten, dass zwischen ihnen ein
spezieller Zwischenraum gebildet wird, durch den die Kühlflüssigkeit
fließen
kann. Es ist ferner möglich,
ein Drehen der Rippen zu verhindern. Da die Mantelrippen am Drehen
gehindert sind, kann der Schritt des Verlötens derselben gleichmäßig ausgeführt werden.
Dies ist beim Positionieren der Mantelrippen 18, die jeweils über den
Geraderichtflügel
verfügen,
besonders effektiv, wie es später beschrieben
wird.
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Die 9 ist eine Ansicht, die die Konfiguration
des Mantelgehäuses 1 zeigt.
Die 9A ist eine schematische Ansicht. Die 9B ist
eine zentrale Schnittansicht. Die 9C ist
eine quergeschnittene Schnittansicht. Die 9D ist
eine Seitenansicht. Links und rechts am Gehäuse sind ein Kühlflüssigkeit-Einlassstutzen
bzw. ein Kühlflüssigkeit-Auslassstutzen ausgebildet,
wie es in der 9C dargestellt ist. Eine Kühlflüssigkeit
fließt
in das Gehäuse
und durch den zentralen Teil desselben, in dem die bereits beschriebenen
Mantelrippen vorhanden sind, und dann wird sie aus dem Auslassstutzen
ausgelassen. In jeder der vier Ecken des Mantelgehäuses 1 ist ein
Montageabschnitt ausgebildet, um es an der CPU zu montieren. Das
Gehäuse 1 wird
an seiner Unterseite mit der CPU verbunden, und es besteht mit einem
Material mit ausreichend hoher Wärmeleitfähigkeit,
um durch die CPU erzeugte Wärme
zur Kühlflüssigkeit
zu übertragen.
Ein geeignetes Material ist beispielsweise Aluminium oder Kupfer.
Insbesondere kann das Gehäuse
unter Verwendung von Aluminium und eines Druckgießverfahrens
effizient hergestellt werden.
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Die 10 ist
ein Diagramm, das eine Schnittansicht des Kühlmantels 1 zeigt.
Die bereits beschriebenen Kühlrippen
sind in einem zentralen Abschnitt des Kühlmantels 1 angeordnet.
Demgemäß wird Wärme, die
durch die CPU erzeugt wird, die am Boden des Kühlmantels thermisch mit diesem verbunden
ist, an die Mantelrippen übertragen.
Eine die Mantelrippen kühlende
Kühlflüssigkeit
wird durch eines der entgegengesetzten Enden derselben in den Kühlmantel
eingespeist oder aus ihm ausgelassen. Um die durch die CPU erzeugte
Wärme zur Kühlflüssigkeit
zu übertragen,
ist es erforderlich, dass die Gesamthöhe der Mantelrippen größer als der
Durchmesser einer Umwälzleitung
für die
Kühlflüssigkeit
ist, und zwar selbst dann, wenn die bereits beschriebene Zylinderrippe
verwendet wird. So strömt
die Kühlflüssigkeit
nicht gleichmäßig zwischen den
Kühlrippen,
was zu einer Verteilung der Wärmefreisetzung
führt.
Um dieses Problem zu verhindern, sind Geraderichtflügel vorhanden,
um für
eine gleichmäßige Strömung der
Kühlflüssigkeit
in der Höhenrichtung
der Mantelrippen im Zylinder zu sorgen. Die 10 zeigt
ein Beispiel, bei dem eine Rippe 18 vorhanden ist, die über Geraderichtflügel verfügt, die durch
Verlängern
der Mantelrippe erzeugt wurden. Die 11 zeigt
eine Zylinderrippe, bei der Mantelrippen mit zwei Typen von Geraderichtflügeln, die sich
in verschiedenen Richtungen erstrecken, aufgeschichtet sind, um
eine Kühlflüssigkeit
in der vertikalen Richtung zu verteilen, wobei diese Kühlflüssigkeit in
den zentralen Teil der Kühlrippen
strömt.
In diesem Fall sind Rippen mit zwei Typen von Geraderichtflügeln mit
normalen Rippen kombiniert, weswegen die Kosten erhöht sind.
So können
die Geraderichtflügel als
gesonderte Teile in den Kühlmantel
eingesetzt werden, wie es in der 12 dargestellt
ist.
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Ferner
ist es vom Fachmann zu beachten, dass zwar die vorstehende Beschreibung
für Ausführungsformen
der Erfindung erfolgte, dass jedoch die Erfindung nicht hierauf
eingeschränkt
ist, sondern dass verschiedene Änderungen
und Modifizierungen vorgenommen werden können, ohne vom Grundgedanken
der Erfindung und vom Schutzumfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen.