DE60315095T2

DE60315095T2 - Thermosiphon für elektronische Geräte zum Kühlen mit einem ungleichmässigen Luftstrom

Info

Publication number: DE60315095T2
Application number: DE60315095T
Authority: DE
Inventors: Debashis Amherst Ghosh; Shrikant Mukund Williamsville Joshi; Ilya Williamsville Reyzin; Mohinder Singh Amherst Bhatti
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 2002-07-18
Filing date: 2003-06-25
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2023-06-26
Also published as: US6834713B2; EP1383170A2; DE60315095D1; EP1383170B1; US20040011511A1; JP2004056151A; EP1383170A3

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Kühlkörper und im Spezielleren Kühlkörper zur Verwendung beim Abführen von Abwärme, die durch elektrische oder elektronische Komponenten oder Anordnungen erzeugt wird.
Hintergrund der Erfindung
Forschungsaktivitäten haben sich auf die Entwicklung von Kühlkörpern konzentriert, um Wärme von hoch konzentrierten Wärmequellen wie z. B. Mikroprozessoren und Computerchips effizient abzuführen. Diese Wärmequellen besitzen typischerweise Leistungsdichten im Bereich von etwa 5 bis 35 W/cm² (4 bis 31 Btu/ft²s) und relativ wenig verfügbaren Raum zum Anordnen von Ventilatoren, Wärmetauschern, Kühlkörpern und dergleichen.
Auf dem Komponentenniveau wurden verschiedene Arten von Wärmetauschern und Kühlkörpern verwendet, die eine natürliche oder erzwungene Konvektion oder andere Kühlverfahren anwenden. Die am häufigsten vorhandenen Kühlkörper zur Mikroelektronikkühlung wurden im Allgemeinen verwendet, um Wärme direkt von der Wärmequelle zu entfernen. Allerdings besitzt Luft eine relativ geringe Wärmekapazität. Solche Kühlkörper sind geeignet, um Wärme von Wärmequellen mit relativ geringer Energie mit einer Leistungsdichte im Bereich von 5 bis 15 W/cm² (4 bis 13 Btu/ft²s) zu entfernen. Erhöhungen der Rechengeschwindigkeit haben zu entsprechenden Erhöhungen der Leistungsdichte der Wärmequellen in der Größenordnung von 20 bis 35 W/cm² (18 bis 31 Btu/ft²s) geführt, was somit effektivere Kühlkörper erfordert. Flüssigkeitsgekühlte Kühlkörper, die Fluide mit einer hohen Wärmekapazität verwenden, wie z. B. Wasser und Wasser/Glykol-Lösungen sind spezieller geeignet, um Wärme von diesen Arten von Wärmequellen mit hoher Leistungsdichte zu entfernen. Eine Art von flüssigkeitsgekühltem Kühlkörper zirkuliert die Kühlflüssigkeit, sodass die Flüssigkeit Wärme von der Wärmequelle entfernt und diese dann an einen entfernten Ort transportiert wird, wo die Wärme einfach in einen strömenden Luftstrom unter Verwendung eines Liquid-to-Air-Wärmetauschers abgeführt wird. Diese Arten von Kühlkörpern werden als indirekte Kühlkörper bezeichnet.
Während Rechengeschwindigkeiten weiterhin sogar noch dramatischer zunehmen, steigen die entsprechenden Leistungsdichten der Vorrichtungen bis zu 100 W/cm². Die Rahmenbedingungen der notwendigen Kühlsystem-Miniaturisierung verbunden mit einem hohen Wärmefluss erfordern extrem effiziente, kompakte, einfache und zuverlässige Kühlkörper wie z. B. einen Thermosiphon. Ein typischer Thermosiphon umfasst einen Verdampfungsabschnitt und einen Kondensationsabschnitt. Die Wärme entwickelnde Vorrichtung ist an dem Verdampfungsabschnitt befestigt. In einigen Thermosiphonen ist die Wärme entwickelnde Vorrichtung an der Innenfläche des Verdampfungsabschnittes befestigt, wo sie in das Arbeitsfluid eingetaucht ist. Alternativ kann die Wärme entwickelnde Vorrichtung auch an der Außenfläche des Verdampfungsabschnitts befestigt sein. Das Arbeitsfluid des Thermosiphons ist im Allgemeinen ein Halogenkohlenwasserstoff-Fluid das in einer geschlossenen Schleife zwischen dem Verdampfungs- und dem Kondensationsabschnitt zirkuliert. Das eingeschlossene Arbeitsfluid ändert seinen Zustand in dem Verdampfungsabschnitt von flüssig zu dampfförmig, wenn es Wärme von der Wärme entwickelnden Vorrichtung absorbiert. Ein umgekehrter Übergang des Ar beitsfluids von dampfförmig zu flüssigen erfolgt, wenn es Wärme an ein Kühlfluid, z. B. Luft, zurück abgibt, das an einer äußeren gerippten Fläche des Kondensationsabschnittes strömt. Der Thermosiphon beruht ausschließlich auf der Schwerkraft für die Bewegung des Arbeitsfluids zwischen dem Verdampfungs- und dem Kondensationsabschnitt. Wie für die Bewegung des Kühlfluids an der Außenfläche des Kondensationsabschnittes ist eine fluidbewegende Vorrichtung wie z. B. ein Axialventilator verwendet.
Den meisten Elektronikvorrichtungen ist ein hohes Maß an Unregelmäßigkeit eigen. Ein Wärmemanagement dieser Vorrichtungen unterliegt zwei Rahmenbedingungen, die der Wärmetechniker berücksichtigen muss. Erstens ist der von der Elektronikvorrichtung erzeugte Wärmefluss in hohem Maß unregelmäßig. Zweitens ist die durch die luftbewegende Vorrichtung wie z. B. einen Axialventilator zirkulierte Luft sehr ungleichmäßig verteilt. Bei den meisten Computerchips ist ihre Wärmeentwicklung in einem sehr kleinen Gebiet im Kern des Chips konzentriert. Beispielsweise ist bei einem typischen 40 × 40 mm² Computerchip 80 % seines gesamten Wärmeflusses in seiner mittleren 10 × 10 mm²-Fläche konzentriert. Die Wärmeflussverteilung in einer typischen Elektronikvorrichtung ist in 4 schematisch gezeigt. Die zweite Unregelmäßigkeit ist auf die Befestigung der luftbewegenden Vorrichtung wie z. B. eines an der Außenseite des Thermosiphons befestigten Axialventilators zurückzuführen. Ein Axialventilator besitzt eine große Nabe, die als eine Sperre für die Luftströmung wirkt. Der Luftstrom, der aus dem Axialventilator austritt, ist im Randbereich der Ventilatorflügel hoch konzentriert, wie in 5 gezeigt. Die maximale Luftgeschwindigkeit findet sich im Spitzenbereich der Ventilatorflügel. Im Bereich der zentralen Nabe fällt die Geschwindigkeit scharf auf null ab. Unter (einem) bestimmten Strömungsbedingungen und Flügelwinkel kann die Geschwindigkeit an einer Stelle am Fuß des Ventilatorflü gels sogar negativ, d. h. entgegengesetzt zu der Richtung der vorherrschenden Luftströmung werden.
Die Ungleichmäßigkeit einer Luftströmung ist noch deutlicher in einem Schubmodus ausgeprägt, bei dem der Ventilator relativ kühlere Umgebungsluft in den Wärmetauscher bläst. Im Zugmodus hingegen saugt der Ventilator relativ wärmere Luft aus dem Wärmetauscher. Für einen Schubmodus bei einer hohen Wärmebelastung ist es vorteilhaft, wenn der Luftdurchsatz gering ist. Um ein flacheres Profil der Luftströmung, die in die Wärmetauscherfläche eintritt, zu erreichen, ist ein Sicherheitsabstand des zumindest 3-fachen des Nabendurchmessers zwischen dem Ventilator und dem Wärmetauscher vorzuziehen. Auf Grund von Packaging-Einschränkungen steht jedoch typischerweise ein Sicherheitsabstand zwischen dem Ventilator und dem Wärmetauscher von nur etwa einem Fünftel bis zu einem Viertel des Nabendurchmessers zur Verfügung. Dies deshalb, da die Luftströmung an der Wärmetauscherfläche ungleichmäßig ist.
Eine Begrenzung des Axialventilators bezüglich der Kleinheit des Druckanstieges über den Ventilator ist zu beachten. Die Kurve der durch den Ventilator entwickelten Druckhöhe fällt sehr schnell ab, wenn der Volumenstrom von Luft zunimmt. Anders ausgedrückt kann die Luft, die aus einem Axialventilator austritt, keine hohe Druckdifferenz durch die Rippen aufrechterhalten. Daher ist ein Management der Luftströmung bei einer geringen Druckdifferenz durch den Kühlkörper eine sehr wichtige Überlegung bei der Planung eines Thermosiphons.
Aus den vorhergehenden Überlegungen ist ersichtlich, dass vom Standpunkt einer Vorrichtung der Computerchip, ein Kühlkörper und eine Ventilatoranordnung nicht nur durch einen sehr ungleichmäßigen Wärmefluss sondern auch durch eine ungleichmäßige Luftströmung einge schränkt ist, die in der Lage ist, eine geringe Druckdifferenz über den Wärmetauscher aufrechtzuerhalten. Idealerweise sollte die Luftströmung stark in Gebieten mit einem hohen Wärmefluss und schwach in Gebieten mit einem geringen Wärmefluss sein. Wenn man die 4 und 5 im Schubmodus übereinanderlegt, zeigt sich deutlich, dass die Luftströmungsverteilung der für eine bessere Wärmeübertragung idealerweise gewünschten entgegengesetzt ist. Dies ist für die Funktion eines Computerchips nachteilig, da die Chip-Anschlusstemperatur auf Grund einer unzureichenden lokalen Wärmeabfuhr von dem Kern des Chips hoch wird. Der auf diese Ungleichmäßigkeiten zurückzuführende Nachteil bei der Kühlleistung kann in der Größenordnung von 25 bis 50 % im Vergleich zu dem Fall eines gleichmäßigen Wärmeflusses und einer gleichmäßigen Luftströmung liegen. Somit wird eine thermische Lösung eine beträchtlich größere Herausforderung, wenn sowohl der Wärmefluss als auch die Luftströmung ungleichmäßig sind. Die Schwierigkeit ist vergrößert, wenn der zur Verfügung stehende Luftdurchsatz gering ist. Daher ist besonders auf die Fluidströmungs- und Wärmeübertragungs-Randbedingungen zu achten, wenn die thermischen Lösungen für die Computerchips entwickelt werden.
Die kompakten Thermosiphone, die in ein Computergehäuse passen sollen, erfordern es, dass Siede- und Kondensationsprozesse in enger Nähe zueinander ablaufen, was gegensätzliche thermische Zustände in einem relativ kleinen Volumen mit sich bringt. Dies bringt beträchtliche Herausforderungen bezüglich des Prozesses einer Optimierung der Thermosiphonleistung mit sich.
Somit ist ein Thermosiphon-Optimierungsprozess erwünscht, um die Prozesse des Siedens, der Kondensation und der konvektiven Wärmeübertra gung an der Außenfläche des Kondensators zu intensivieren, während eine geringe luftseitige Druckdifferenz erhalten bleibt.
Die US-A-5 647 430 offenbart eine Kühleinheit für elektronische Komponenten, bei der ein Behälterabschnitt ein Kältemittel beherbergt und ein Rohr dieses Kältemittel zu einer Kühlplatte transportiert.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Kondensator gemäß Anspruch 1 vorgesehen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Kühlkörperanordnung gemäß Anspruch 22 vorgesehen.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Kühlkörperanordnung zum Kühlen einer elektronischen Vorrichtung. Die Kühlkörperanordnung umfasst einen Ventilator, der in einer Verkleidung untergebracht ist, wobei der Ventilator eine Nabe und Ventilatorflügel aufweist, die sich davon weg erstrecken, um eine axial gerichtete Luftströmung durch die Verkleidung hindurch zu bewirken, sodass der Ventilator mit dem Kondensator ausgerichtet ist, um die axiale Luftströmung hierdurch zu lenken. Der Thermosiphon umfasst einen Verdampfer, der einen Verdampfungsraum definiert, welcher ein Arbeitsfluid darin enthält, und ferner einen Kondensator umfasst, der darauf befestigt ist. Der Kondensator umfasst eine Vielzahl von Rohren, die eine Rohrgruppierung definieren. Jedes Rohr weist eine Öffnung in Fluidverbindung mit dem Verdampfer auf, um einen Dampf des Arbeitsfluides aufzunehmen und zu kondensieren, der von dem Verdampfer empfangen wird. Die Rohre sind axial mit der Luftströmung ausgerichtet und seitlich derart positioniert, dass eine seitliche Breite der Rohr gruppierung annähernd gleich einer Breite der Nabe und im Wesentlichen in seitlicher Ausrichtung damit ist.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Kondensator für eine Kühlkörperanordnung zum Kühlen einer elektronischen Vorrichtung. Die Kühlkörperanordnung umfasst eine Basis mit einem daran befestigten oberen Gehäuse, wobei das obere Gehäuse offene Enden aufweist. Ein Ventilator ist an einem der offenen Enden befestigt, wobei der Ventilator eine Nabe und Ventilatorflügel aufweist, die sich davon weg erstrecken, um eine axial gerichtete Luftströmung durch das Gehäuse hindurch bei einer Drehung der Ventilatorflügel zu bewirken. Eine Vielzahl von Rohren ist innerhalb des Gehäuses zum Übertragen eines Dampfes eines Arbeitsfluides hierdurch positioniert. Die Rohre definieren eine Rohrgruppierung, sodass die Rohre in axialer Ausrichtung mit dem Ventilator ausgerichtet und seitlich derart positioniert sind, dass eine seitliche Breite der Rohrgruppierung annähernd gleich einer Breite der Nabe und im Wesentlichen in seitlicher Ausrichtung damit ist.
Diese und weitere Vorteile der Erfindung werden für einen Fachmann durch Bezugnahme auf die nachfolgende/n Spezifikation und Ansprüche in schriftlicher Form und die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich und offensichtlich.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Darstellung einer Kühlkörperanordnung, die die vorliegende Erfindung enthält, wobei ein Axialventilator derart angeordnet ist, dass er Kühlluft durch einen Thermosiphon hindurch zieht.
2 ist eine Querschnittsansicht im Aufriss des in 1 gezeigten Thermosiphons entlang der Linie 2-2.
3 ist ein vergrößertes Segment der Querschnittsansicht der in 2 gezeigten Siedeplatte.
4 ist eine typische Wärmeflussverteilung einer elektronischen Vorrichtung, die eine Kühlung benötigt.
5A ist eine typische Luftgeschwindigkeitsverteilung genau unterstromig des Axialventilators, der in Verbindung mit einem Thermosiphon im Schubmodus verwendet wird.
5B ist eine typische Luftgeschwindigkeitsverteilung genau oberstromig des Axialventilators, der in Verbindung mit einem Thermosiphon im Zugmodus verwendet wird.
6 ist eine Querschnittsansicht im Aufriss eines Thermosiphons gemäß einer zweiten Ausführungsform.
7 ist eine Querschnittsansicht im Aufriss eines Thermosiphons gemäß einer dritten Ausführungsform.
8 ist eine Querschnittsansicht im Aufriss eines Thermosiphons gemäß einer vierten Ausführungsform.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Für die Beschreibung hierin sollen sich die Ausdrücke „obere/s/r", „untere/s/r", „linke/s/r", „hintere/s/r", „rechte/s/r", „vordere/s/r", vertika le/s/r", „horizontale/s/r" und Ableitungen davon auf die Erfindung wie in 2 orientiert beziehen. Es sollte jedoch einzusehen sein, dass die Erfindung verschiedene alternative Orientierungen und Stufenfolgen annehmen kann, außer, wenn ausdrücklich das Gegenteil angegeben ist. Es sollte auch einzusehen sein, dass die in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulichten und in der nachfolgenden Spezifikation beschriebenen spezifischen Vorrichtungen und Prozesse einfach beispielhafte Ausführungsformen der in den beiliegenden Ansprüchen definierten erfinderischen Konzepte sind. Somit sind spezifische Maße und andere physikalische Eigenschaften, die sich auf die hierin offenbarten Ausführungsformen beziehen, nicht als einschränkend zu betrachten, es sei denn, die Ansprüche erklären ausdrücklich etwas anderes.
Wendet man sich den Zeichnungen zu, so zeigt 1 einen luftgekühlten Thermosiphon-Kühlkörper 10, der eine der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist und ihre verschiedenen Komponenten veranschaulicht.
Wie in 1 veranschaulicht, ist ein einziger Axialventilator 14 in einer Verkleidung 16 untergebracht und durch einen Kanal 18 mit dem Thermosiphon 12 verbunden. Der Ventilator 14 könnte ein Zug- oder Schubventilator sein, ein Zugventilator wird jedoch bevorzugt, um eine Abschattung des Thermosiphons 12 durch die Ventilatornabe 15 zu minimieren. Der Abschattungseffekt der Nabe 15 tritt über eine durch ein Maß „H" bezeichnete seitliche Breite 55 und im Wesentlichen an einer Mitte des Thermospihons 12 auf. Der Abschattungseffekt der Nabe 15 ist bei einem Schubventilator größer als bei einem Zugventilator und verringert die Luftströmung hinter der Nabe und stört dadurch die Wärmeübertragung von dem Thermosiphon 12 zu dem kühlenden Luftstrom.
Auch wenn der Axialventilator 14 als Zugventilator ausgebildet ist und dadurch den Abschattungseffekt minimiert, veranschaulichen die 4, 5A und 5B die Unterschiede zwischen der Wärmeverteilung der zu kühlenden Vorrichtung 8 und den Bereichen einer maximalen Luftströmung des Ventilators 14. Wie in 4 gezeigt, nähert sich die Wärmeverteilung der Vorrichtung 8 einer Glockenkurve, wobei die größte Wärme im Bereich oberhalb der Mitte der Vorrichtung 8 auftritt. Im Gegensatz dazu erscheint der Bereich einer maximalen Luftströmung im Zugmodus, wie in 5A veranschaulicht, als ein Reziprok der Wärmeverteilung, nämlich mit einer minimalen Luftströmung in der Mitte und einer maximalen Luftströmung an dem äußersten Abschnitt des Ventilators. In gleicher Weise veranschaulicht 5B, dass die Luftströmung im Zugmodus ähnlich der in 5A veranschaulichten Luftströmung des Zugmodus ist. Daher erzeugt der Ventilator ohne jegliche Verbesserungen eine maximale Luftströmung über den Gebieten mit minimaler Wärme und eine minimale Luftströmung über den Gebieten mit maximaler Wärme.
2 zeigt eine Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausführungsform des Thermosiphons 12. Der Thermosiphon 12 umfasst einen Verdampfer 20 und einen darauf befestigten Kondensator 22.
Der Verdampfer 20 umfasst eine Grundplatte 26 mit einer durch ein Maß „t" bezeichneten Dicke 25 und Seitenwänden 24 um einen Umfang der Grundplatte 26 herum. Die Dicke 25 „t" der Verdampfergrundplatte 26 wird geeigneterweise auf der Basis einer Analyse der besonderen Überlegungen hinsichtlich Siede- und Wärmeübertragung für eine gewünschte Anwendung gewählt. Eine elektronische Vorrichtung 8 mit einer durch ein Maß „z" bezeichneten mittleren Breite 9 ist an der unteren Fläche 27 der Grundplatte 26 unter Verwendung eines wärmeleitenden Klebstoffes, auch als „Wärmeleitpaste" bekannt, befestigt. Die untere Fläche 27 ist vorzugs weise zum Befestigen der elektronischen Vorrichtung 8 poliert, um den Wärmekontakt von der Vorrichtung 8 zu der Grundplatte 26 zu verbessern.
Eine obere Fläche der Grundplatte 26 definiert eine Siedefläche 31 und kann eine Vielzahl von Stehrippen 28 aufweisen, die darauf ausgebildet sind. Die Stehrippen 28 sind vorzugsweise als ein integrales Teil der Grundplatte 26 für eine maximale Wärmeübertragung maschinell gearbeitet. Die Siedefläche 31 der Grundplatte 26 kann auch eine darauf abgeschiedene Oberflächenbeschichtung 30 aufweisen, um die Siedeeigenschaften der Siedefläche 31 zu erhöhen. Die Oberflächenbeschichtung 30 kann ein gesintertes Metallpulver aus Aluminium oder Kupfer umfassen.
Die Seitenwände 24 weisen eine durch ein Maß „h" bezeichnete Höhe 37 auf und besitzen eine Unterseite, die an der Grundplatte 26 befestigt ist. Die Seitenwände 24 können auch mit der Grundplatte 26 integral als eine einzige Struktur ausgebildet sein. Eine obere Fläche der Seitenwände 24 definiert einen oberen horizontalen Flansch 29 um den Umfang des Verdampfers 20 herum, an dem die Basis 32 des Kondensators 22 befestigt ist, wodurch ein Verdampfungsraum 36 definiert ist. Die Höhe des Verdampfungsraumes 36 ist ebenfalls durch ein Maß „h" dargestellt. Die Basis 32 ist mit dem Flansch 29 vorzugsweise durch entweder Löten, Schweißen oder Diffusionsverbinden befestigt, um einen dichten Raum 36 zu bilden. Die Flanschverbindung zwischen den Seitenwänden 24 und der Basis 32 können mithilfe einer Zapfennut-Passung der vorstehenden und der vertieften Seite des Flansches vor dem Löten oder Schweißen verbessert werden. Eine gute Verbindung kann auch mithilfe von Schrauben um den Umfang (nicht gezeigt) verbessert werden, die die Basis 32 an den Seitenwänden 24 befestigen. Die Schrauben sorgen für eine zusätzliche Verstärkung und verhindern eine Undichtigkeit bei hohem Druck. Der Ver dampfungsraum 36 ist mit einem Arbeitsfluid 38 durch eine Füllöffnung 40 in der Basis 32 gefüllt. Der Raum 36 dient auch als Verteiler, um gesättigten oder überhitzten Dampf in die Haarnadel-Kondensatorrohre 44 zu verteilen.
Der Kondensator 22 umfasst eine Basis 32 und zwei Haarnadel-Kondensatorrohre 44. Die Haarnadelrohre 44 sind in einer umgedrehten „U"-Form gebildet, wobei jeder Schenkel davon ein entsprechendes Einlassende 43 aufweist, das sich durch die Basis 32 in den Dampfraum 36 hinein erstreckt. Die Einlassenden 43 sind offen und ordnen ein inneres der Rohre 44 in Fluidverbindung mit dem Verdampfungsraum 36 an. Auf diese Weise kann Arbeitsfluiddampf, der infolge eines Siedens auf der Siedefläche 31 gebildet wird, in beide Enden der Haarnadelrohre 44 eintreten und darin für die endgültige Abfuhr von Wärme aufsteigen. Jedes von den Haarnadelrohren 44 weist eine durch ein Maß „a" bezeichnete Breite 45 und einen durch das Maß „R" bezeichneten Krümmungsradius 48 an einem oberen Ende davon auf; und ist über dem Bereich eines hohen Wärmeflusses q der Vorrichtung 8 positioniert. Der Radius 48 (R) ist derart gewählt, dass die Rohre 44 und ihre jeweiligen Schenkel eine Rohrgruppierung hinter der Ventilatornabe 15 innerhalb eines durch ein Maß „H" bezeichneten Durchmessers 55 der Nabe 15 bilden. Somit befinden sich die Haarnadelrohre 44 im Sog der Nabe 15 in der Mitte des Thermosiphons 12 und dienen primär als Kanäle für einen Dampfstrom zwischen dem Verdampfer 20 und dem Kondensator 22.
Die Rohre 44 weisen eine durch ein Maß „e" bezeichnete minimale seitliche Rohrbeabstandung 46 auf. Die Eigenschaften der Basis 32 und der minimal zulässige Abstand zum Bilden von Schlitzen, um die Rohrenden darin aufzunehmen, bestimmen die Rohrbeabstandung 46. Die Beabstandung 46 (e) zwischen den Rohren 44 dient als ein rechteckiger Kanal 60 mit einem hohen Aspektverhältnis und einem Querschnitt e × D, wobei D die Tiefe der Rohre entlang der Richtung der axialen Luftströmung durch den Thermosiphon 12 ist. Der zentrale Kanal 60 besitzt eine geringe luftseitige Druckdifferenz im Vergleich mit Rippen und einen hohen Wärmeübertragungskoeffizienten, der sich jenem von zwei unendlichen parallelen Platten annähert. Die Luftströmung durch den zentralen Kanal 60 dient dazu, etwas von dem Dampf auf der bloßen Seite der Rohre 44 zu kondensieren, obwohl der Großteil der Kondensation auf der gerippten Seite der Rohre 44 schief ist ist.
Zwei Arten von Rippen werden in dem Kondensator 22 des Thermosiphons 12 verwendet. Erste Rippen 50 mit einer durch ein Maß „q" bezeichneten seitlichen Ausdehnung 51 sind absichtlich außerhalb der Rohre 44 angeordnet und im Wesentlichen in einer Linie mit den Ventilatorflügeln des Axialventilators 14, wo die Luftströmung stark ist. Zweite Rippen 52 mit einer durch ein Maß „p" bezeichneten seitlichen Ausdehnung 53 sind im Strömungsgebiet direkt hinter der Nabe 15 zwischen den Schenkeln eines jeden Haarnadelrohres 44 angeordnet. Die Rippen 50 und 52 besitzen allgemein eine gewellte Faltenkonfiguration und ihre Scheitel sind mit der Oberfläche der Rohre 44 oder des Gehäuses 34, mit dem sie in Kontakt stehen, verbunden. Das Gehäuse 34 umgibt die Rohre 44, die ersten Rippen 50 und die zweiten Rippen 52, um die Luftströmung von dem Ventilator 14 darüber zu leiten und aufrecht zu erhalten.
Das bevorzugte Arbeitsfluid des Thermosiphons 12 ist ein Fluid wie z. B. entmineralisiertes Wasser, Methanol oder ein Halogenkohlenwasserstoff wie z. B. R134a (C₂H₂F₄). Für einen Thermosiphon 12, der R134a als Arbeitsfluid 38 verwendet, können sowohl der Verdampfer als auch der Kondensator aus Aluminium hergestellt sein. Allerdings kann im Hinblick auf die korrosive Wirkung von Wasser auf Aluminium im Laufe der Zeit ein Aluminiumverdampfer oder – kondensator nicht verwendet werden, wenn Wasser das Arbeitsfluid ist. Ein Aufbau ganz aus Aluminium besitzt den Vorteil von reduzierten Herstellungskosten. Auf Grund seiner geringen Wärmeleitfähigkeit bietet Aluminium einen höheren Wärmeleitwiderstand im Vergleich zu Kupfer. Daher ist ein Verdampfer 20, der aus Aluminium aufgebaut ist, nicht geeignet, wenn der durch die Elektronikvorrichtung 8 erzeugte Wärmefluss sehr hoch ist. Kupfer ist das bevorzugte Material des Aufbaus für den Verdampfer 20, wenn der durch die Elektronikvorrichtung 8 erzeugte Wärmefluss sehr hoch ist. Kupfer besitzt auch den Vorteil, dass es sowohl für R134a als auch für Arbeitsfluide 38 auf Wasserbasis verwendet werden kann, während Aluminium im Allgemeinen nur für ein R-134a Arbeitsfluid geeignet ist.
Auf der Basis einer theoretischen und experimentellen Studie wurden die folgenden Maßbeziehungen des Thermosiphons 12 als optimal ermittelt: das Verhältnis der Breite 45 der Rohre 44 zu dem Nabendurchmesser 55 des Ventilators 14 ist durch die Beziehung 0,08 ≤ a/H ≤ 0,25 ausgedrückt; das Verhältnis der seitlichen Ausdehnung 53 der zweiten Rippen 52 zu dem Nabendurchmesser 15 des Ventilators 14 ist durch die Beziehung 0,125 ≤ p/H ≤ 0,5 ausgedrückt; das Verhältnis der seitlichen Ausdehnung 51 der ersten Rippen 50 zu dem Durchmesser 55 der Nabe 15 des Ventilators 14 ist durch die Beziehung 0,15 ≤ q/H ≤ 0,5 ausgedrückt; und das Verhältnis der Höhe 37 des Dampfraumes 36 zu der Höhe 57 der Rohre 44 ist durch die Beziehung 0,075 ≤ h/L ≤ 0,25 ausgedrückt. Die lineare Rippendichte eines jeden Rippenstreifens liegt im Bereich von 8 Rippen pro Zoll bis 20 Rippen pro Zoll.
Im Gebrauch, während die Vorrichtung 8 Energie und somit Wärme erzeugt, wird die Wärme zu der Grundplatte 26 übertragen. Wenn die Temperatur der Grundplatte und insbesondere der Stehrippen 28 ansteigt, wird die Fläche 30 ausreichend warm, um zu bewirken, dass das Arbeitsfluid, das die Grundplatte 26 bedeckt, Blasen bildet oder siedet. Der Arbeitsfluiddampf steigt auf und tritt in die Haarnadel-Kondensatorrohre 44 ein. Der erhitzte Dampf gelangt mit den Seitenwänden der Rohre 44 in Kontakt und überträgt die Wärmeenergie in dem Dampf an die Wände der Rohre 44 und danach durch Konduktion an die gewellten Rippen 50 und 52. Der Axialventilator 14 bewirkt, dass Kühlluft primär durch die gewellten ersten Rippen 50 und sekundär durch die zweiten Rippen 52 und den Kanal 60 strömt und konvektiv Wärme davon abzieht. Durch Entfernen einer Wärmeenergie aus dem Dampf wird der Dampf unter seine Kondensationstemperatur abgekühlt und kondensiert an den inneren Wänden der Rohre 44. Die kondensierte Flüssigkeit sammelt an und fällt zurück durch die Rohre 44 in das Reservoir von Arbeitsfluid in dem Dampfraum 38, wonach der Prozess wiederholt wird.
Wendet man sich nun 6 zu, ist eine weitere Ausführungsform 112 eines Thermosiphons veranschaulicht, wobei gleiche Merkmale gemäß der vorhergehenden Ausführungsform mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet sind, vor denen die Ziffer „1" steht. Bei der Beschreibung des Thermosiphons 112 von 6 werden nur jene Komponenten, die sich von den Komponenten des Thermosiphons 12 von 2 unterscheiden, unten stehend beschrieben, da die gemeinsamen Komponenten bereits unter Bezugnahme auf 2 beschrieben wurden.
In der Ausführungsform von 6 werden zwei verschiedene Rohrhöhen verwendet, um das durch die Ventilatornabe 15 abgeschattete Gebiet für eine Dampfströmung zu nutzen. Ein Haarnadelrohr 144 weist eine durch ein Maß „a" bezeichnete Breite 145 auf und ist zu einem durch ein Maß „R" bezeichneten kleinen Radius 148 gebogen. Das Haarnadelrohr 144 ist im Wesentlichen über dem Gebiet mit dem höchsten Wärmefluss q (der Mitte) der Vorrichtung 108 angeordnet. Der dazwischen liegende Raum zwischen den innersten Rohrsegmenten des Haarnadelrohrs 144 ist mit dritten gewellten Rippen 172 gefüllt, die eine durch ein Maß „n" bezeichnete seitliche Ausdehnung 173 aufweisen. Ein breites Rohr 170 besitzt eine etwas größere Höhe als das Haarnadelrohr 144 und ist derart ausgebildet, dass es das Haarnadelrohr 144 innerhalb seiner umgedrehten U-Form umhüllt. Enden 169 des Rohres 170 erstrecken sich durch die Basis 132, sodass ein Inneres des Rohres 170 in Fluidverbindung mit dem Dampfraum 136 durch beide Enden 169 steht. Das breite Rohr 170 weist eine durch ein Maß „b" bezeichnete Breite 171 auf, die im Allgemeinen größer und somit weniger einengend als die Breite 145 des Rohres 144 ist. Zweite Rippen 152 mit einer durch das Maß „p" bezeichneten seitlichen Ausdehnung 153 erstrecken sich zwischen benachbarten Schenkeln der Rohre 144 und 170. Das Umhüllen des Rohres 144 durch das Rohr 170 auf diese Weise hilft dabei, die strukturelle Integrität bei einem hohen Innendruck zu erhalten und erleichtert auch die Herstellung.
Indem die dritte gerippte Welle 172 mit einer seitlichen Ausdehnung 173 und das Rohr 144 mit einem kleinen Krümmungsradius 148 gewählt werden, kann das breite Rohr 170 relativ eng an der Vorrichtung 108 gehalten werden. Die Oberseite des breiten Rohres 170 kann auch von der Horizontalen abgewinkelt sein, um einen Kondensataufbau zu verhindern und somit immer die Rückkehr des Kondensats von der Oberseite des Rohres 170 zu dem Raum 136 sicherzustellen. Die Größe des Haarnadelrohres 144 mit einem Krümmungsradius 145 und der kurzen seitlichen Ausdehnung 173 der Rippen 172 wird im Speziellen gewählt, um die geringe Luftströmung in dem Gebiet der Nabe 115 zu nutzen. Eine strategische Anordnung des breiten Rohres 170 an der Außenseite des Rohres 144, jedoch innerhalb der Breite 155 der Ventilatornabe 115, ermöglicht eine Wärmeabfuhr durch die ersten Rippen 150. Der Großteil des in dem Verdampfungsraum 138 erzeugten Dampfes strömt durch das weniger einengende breite Rohr 170 mit einem größeren Querschnitt und somit mit einem geringeren Strömungswiderstand. Die ersten Rippen 150 sind mit dem breiten Rohr 170 und mit der Verkleidung 134 verbunden und im Sog der Ventilatorflügel des Ventilators 114 positioniert, wodurch eine gute Luftströmung und eine geringere luftseitige gesamte Druckdifferenz sichergestellt ist. Auf diese Weise werden die Rippen 150 in dem Umfang des Thermosiphons 112 angeordnet und werden verwendet, um den Großteil der latenten Wärme von dem durch das Rohr 170 transportierten Dampf abzuführen.
Für die in 6 als Thermosiphon 112 veranschaulichte Ausführungsform und durch sorgfältige Konstruktions- und Testiterationen wurde festgelegt, dass die Vorteile der vorliegenden Erfindung am besten innerhalb der folgenden Bereiche der Schlüsselmaße realisiert werden: Das Verhältnis der Breite 145 des Rohres 144 zu dem Nabendurchmesser 155 des Ventilators 144 ist durch die Beziehung 0,08 ≤ a/H ≤ 0,2 ausgedrückt. Die Breite des breiten Rohres 170 zu dem Nabendurchmesser 150 ist durch die Beziehung 0,125 ≤ b/H ≤ 0,5 ausgedrückt. Das Verhältnis der seitlichen Ausdehnung 153 der dritten Rippen 152 zu dem Nabendurchmesser 155 des Ventilators 114 ist durch die Beziehung 0,08 ≤ n/H ≤ 0,4 ausgedrückt. Das Verhältnis der seitlichen Ausdehnung 151 der ersten Rippen 150 zu dem Durchmesser 155 der Nabe 115 ist durch die Beziehung 0,2 ≤ q/H ≤ 0,5 ausgedrückt. Das Verhältnis der seitlichen Ausdehnung 153 der zweiten Rippen 152 zu dem Durchmesser 155 der Nabe 115 ist durch die Beziehung 0,08 ≤ b/H ≤ 0,375 ausgedrückt. Das Verhältnis der Höhe 137 des Verdampfungsraumes 136 zu der Höhe 157 der Rohre 144 ist durch die Beziehung 0,075 ≤ h/L ≤ 0,25 ausgedrückt. Die lineare Rippendichte eines jeden Rippenstreifens liegt im Bereich von 8 Rippen pro Zoll bis 20 Rippen pro Zoll.
Wendet man sich nun 7 zu, so ist eine weitere Ausführungsform 212 eines Thermosiphons veranschaulicht, wobei gleiche Merkmale gemäß der vorhergehenden Ausführungsform mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet sind, vor denen die Ziffer „2" steht. Bei der Beschreibung des Thermosiphons 212 von 7 werden nur jene Komponenten, die sich von den Komponenten der vorherigen Ausführungsformen der 2 und 6 unterscheiden, unten stehend beschrieben, da die gemeinsamen Komponenten bereits unter Bezugnahme auf vorhergehende Ausführungsformen beschrieben wurden.
Die in 7 veranschaulichte Ausführungsform verwendet zwei Haarnadelrohre 244 innerhalb eines breiten Rohres 270. Die Haarnadelrohre 244 sind direkt über der Vorrichtung 208 positioniert, wo das Gebiet des maximalen Wärmeflusses q festgestellt wird. Das breite Rohr 270 umfasst beide Haarnadelrohre 244 und erstreckt sich allgemein über die Breite des Ventilators 214. Der Thermosiphon 212 berücksichtigt die Ungleichmäßigkeit der Luftströmung in vollem Ausmaß.
Die Rippengrößen wie auch die linearen Rippendichten werden derart geändert, dass sie mit der durch den Ventilator induzierten Luftströmung übereinstimmen. Dritte Rippen 272 mit einer durch ein Maß „n" bezeichneten seitlichen Ausdehnung 273 sind zwischen zwei eng beabstandeten Haarnadelrohren 244 angeordnet. Zweite Rippen 252 sind mittelgroß und weisen eine durch ein Maß „p" bezeichnete seitliche Ausdehnung 253 auf und sind innerhalb der Schenkel eines jeden Haarnadelrohres 244 angeordnet. Erste Rippen 250 mit einer durch ein Maß „q" bezeichneten seitlichen Ausdehnung 251 sind zwischen den Haarnadelrohren 244 und dem breiten Rohr 270 in dem Gebiet angeordnet, das der maximalen Luftströmung von dem Ventilator 214 entspricht. Äußere Rippen 280 erstrecken sich zwischen dem Rohr 270 und der Verkleidung 234 außerhalb des Pri märluftstromes des Ventilators 214. Die Rippen 280 sind mittelgroß und weisen eine durch ein Maß „r" bezeichnete seitliche Ausdehnung 281 auf.
Diese Konstruktion ist geeignet für eine hohe Wärmebelastung wie auch für einen hohen Wärmefluss. Durch Verwendung ungleichmäßiger Rippengrößen wird die durch die strömende Luft von dem Ventilator 214 erfasste Druckdifferenz vorzugsweise zum Transport von Abwärme genutzt. Wenn die Größe und Dichte der Rippen gleichmäßig wären, wäre die Druckdifferenz noch immer aufgetreten, die Wärmeaufnahme wäre jedoch auf Grund einer verringerten Verfügbarkeit eines Dampfdurchsatzes am Rand geringer gewesen. Indem kleine Biegungsradien und Rippen mit einer entsprechend relativ geringen seitlichen Ausdehnung gewählt werden, wird zugelassen, dass sich ein Maximum eines Rohrraumes direkt über dem Kern der Wärme entwickelnden Vorrichtung 208 konzentriert. Auf diese Weise werden die Rohreintrittsverluste für eine Dampfströmung minimiert und dadurch eine dampfseitige geringe Gesamtdruckdifferenz aufrecht erhalten. Wie aus 7 offensichtlich, sind die Rohre 244 hinter der Ventilatornabe 215 gebündelt und ein beträchtlicher Abschnitt des gerippten Bereiches ist hinter den Flügeln des Ventilators 214 angeordnet. Eine zusätzliche Modulation der Luftströmung, um das Wärmeflussprofil qualitativ nachzuahmen, kann erreicht werden, indem die Rippendichte in der Mitte verringert wird und die Rippendichte am Rand erhöht wird.
Für die in 7 als Thermosiphon 212 veranschaulichte Ausführungsform und durch sorgfältige Konstruktions- und Testiterationen wurde festgelegt, dass die Vorteile der vorliegenden Erfindung am besten innerhalb der folgenden Bereiche der Schlüsselmaße realisiert werden: Das Verhältnis der Breite 245 des Rohres 244 zu dem Nabendurchmesser 255 des Ventilators 214 ist durch die Beziehung 0,08 ≤ a/H ≤ 0,25 ausgedrückt. Die Breite 271 des breiten Rohres 270 zu dem Nabendurchmesser 255 ist durch die Beziehung 0,08 ≤ b/H ≤ 0,2 ausgedrückt. Das Verhältnis der seitlichen Ausdehnung 253 von zweiten Rippen 252 zu dem Nabendurchmesser 255 des Ventilators 214 ist durch die Beziehung 0,1 ≤ p/H ≤ 0,3 ausgedrückt. Das Verhältnis der seitlichen Ausdehnung 281 von äußeren Rippen 280 zu dem Durchmesser 255 der Nabe 215 ist durch die Beziehung 0,1 ≤ r/H ≤ 0,2 ausgedrückt. Das Verhältnis der seitlichen Ausdehnung 251 von ersten Rippen 250 zu dem Durchmesser 255 der Nabe 215 ist durch die Beziehung 0,2 ≤ q/H ≤ 0,4 ausgedrückt. Das Verhältnis der Höhe 237 des Verdampfungsraumes 236 zu der Höhe 257 der Rohre 244 ist durch die Beziehung 0,075 ≤ h/L ≤ 0,25 ausgedrückt. Die lineare Rippendichte eines jeden Rippenstreifens liegt im Bereich von 8 Rippen pro Zoll bis 20 Rippen pro Zoll.
Wendet man sich nun 8 zu, so ist eine weitere Ausführungsform 312 eines Thermosiphons veranschaulicht, wobei gleiche Merkmale gemäß der vorhergehenden Ausführungsform mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet sind, vor denen die Ziffer „3" steht. Bei der Beschreibung des Thermosiphons 312 von 8 werden nur jene Komponenten, die sich von den Komponenten der vorherigen Ausführungsformen der 2 und 6–7 unterscheiden, unten stehend beschrieben, da die gemeinsamen Komponenten bereits unter Bezugnahme auf vorhergehende Ausführungsformen beschrieben wurden.
Wie in 8 veranschaulicht, wurde das Haarnadelrohr 144 des Thermosiphons 112, wie in 6 veranschaulicht, zu einem einzigen zentralen Stammrohr 396 in dem Thermosiphon 312 kombiniert. Das einzelne Rohr 396 reduziert die Anzahl von Schweißverbindungen und reduziert dadurch die Möglichkeit eines Austritts des Arbeitsfluids aus dem Thermosiphon 312, da das Rohr 396 nur einen Einlass 395 aufweist, der sich durch die Basis 332 in den Verdampfungsraum 336 hinein erstreckt. Der Thermosiphon 312 verwendet verschiedene Rohr- und verschiedene Rippengrößen. Das zentrale Stammrohr 396 weist eine durch ein Maß „c" bezeichnete Breite 397 mit einem breiteren Querschnitt als das vorhergehende Rohr 44 auf. Das zentrale Stammrohr 396 ist zentral hinter der Ventilatornabe 315 und direkt über dem Gebiet mit einem hohen Wärmefluss der Vorrichtung 308 angeordnet. Das Rohr 396 ist an seiner Oberseite abgedichtet. Das breite Rohr 370 weist eine durch ein Mai „b" bezeichnete Breite 371 auf und ist derart gebildet, dass es eine im Wesentlichen flache Oberseite über der Oberseite des zentralen Stammrohres 396 aufweist. Erste Rippen 350 am Rand weisen eine durch ein Maß „q" bezeichnete seitliche Ausdehnung 351 auf und liegen im Wesentlichen auf einer Linie mit der Luftströmung von dem Ventilator 314. Die ersten Rippen 350 weisen allgemein dieselbe seitliche Ausdehnung auf wie die zweiten Rippen 352 mit einer durch ein Maß „p" bezeichneten seitlichen Ausdehnung 353, oder sind größer als diese.
Der Thermosiphon 312 ist besonders für einen hohen Wärmefluss und sehr konzentrierte Wärmebelastungen und dort, wo ein Verteilen von Wärme schwierig ist und der Bedarf an einer dampfseitigen Druckdifferenz gering ist, geeignet. Darüber hinaus verbessert ein zentrales Stammrohr 396 deutlich das Wärmeübertragungsvermögen des Verdampfers, da Kondensat direkt über der Mitte der Vorrichtung 308 in das Flüssigkeitsreservoir 338 tropft. Dies verbessert die Leistung der Siedefläche bei einem sehr hohen Wärmefluss.
Für die in 8 als Thermosiphon 312 veranschaulichte Ausführungsform und durch sorgfältige Konstruktions- und Testiterationen wurde festgelegt, dass die Vorteile der vorliegenden Erfindung am besten innerhalb der folgenden Bereiche der Schlüsselmaße realisiert werden. Das Verhältnis der Breite 397 des Rohres 396 zu dem Nabendurchmesser 355 des Ventilators 314 ist durch die Beziehung 0,125 ≤ c/H ≤ 0,3 ausgedrückt. Die Breite 371 des breiten Rohres 370 zu dem Nabendurchmesser 355 ist durch die Beziehung 0,08 ≤ b/H ≤ 0,2 ausgedrückt. Das Verhältnis der seitlichen Ausdehnung 353 von zweiten Rippen 352 zu dem Nabendurchmesser 355 ist durch die Beziehung 0,1 ≤ p/H ≤ 0,325 ausgedrückt. Das Verhältnis der seitlichen Ausdehnung 351 von ersten Rippen 350 zu dem Durchmesser 355 der Nabe 315 ist durch die Beziehung 0,2 ≤ q/H ≤ 0,2 ausgedrückt. Das Verhältnis der Höhe 337 des Verdampfungsraumes 336 zu der Höhe 357 des breiten Rohres 370 ist durch die Beziehung 0,1 ≤ h/L ≤ 0,375 ausgedrückt. Die lineare Rippendichte eines jeden Rippenstreifens liegt im Bereich von 8 Rippen pro Zoll bis 20 Rippen pro Zoll.
In der vorhergehenden Beschreibung wird der Fachmann problemlos erkennen, dass Abwandlungen an der Erfindung vorgenommen werden können, ohne von den hierin offenbarten Konzepten abzuweichen. Solche Abwandlungen sollen im Umfang der nachfolgenden Ansprüche eingeschlossen sein, wenn durch die Ansprüche nicht ausdrücklich anders ausgeführt.

Claims

Kondensator (22) für eine Kühlkörperanordnung zum Kühlen einer elektronischen Vorrichtung, wobei der Kondensator (22) umfasst: eine Basis (32) mit einem daran befestigten oberen Gehäuse (34), wobei das obere Gehäuse offene Enden aufweist; einen Ventilator (14), der an einem der offenen Enden befestigt ist, wobei der Ventilator eine Nabe (15) mit einem Durchmesser „H" (55) und Ventilatorflügel aufweist, die sich davon weg erstrecken, um eine axial gerichtete Luftströmung durch das Gehäuse (34) hindurch bei einer Drehung der Ventilatorflügel zu bewirken; eine Vielzahl von Rohren (44) innerhalb des Gehäuses (34) zum Übertragen eines Dampfes eines Arbeitsfluides (38) hierdurch, wobei die Rohre (44) eine Rohrgruppierung definieren, wobei die Rohre (44) in axialer Ausrichtung mit der Ventilatornabe (15) ausgerichtet sind, und dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (44) seitlich derart positioniert sind, dass eine seitliche Breite der Rohrgruppierung annähernd gleich einer Breite der Nabe (15) und im Wesentlichen in seitlicher Ausrichtung damit ist.
Kondensator (22) nach Anspruch 1, wobei jedes der Rohre (44) zumindest eine Öffnung (43) definiert, um in das Rohr (44) einen Dampf eines Arbeitsfluides (38) aufzunehmen und kondensiertes Arbeitsfluid (38) abzulassen.
Kondensator (22) nach Anspruch 2, ferner umfassend eine primäre gewellte Rippe (50), die an jedem der äußersten Rohre (44) der Rohrgruppierung befestigt ist und sich seitlich im Wesentlichen bis zu einem Spitzendurchmesser der Ventilatorflügel erstreckt.
Kondensator (22) nach Anspruch 1, wobei die Rohre (44) ein derartiges Breitenmaß „a" (45) aufweisen, dass das Verhältnis a/H innerhalb des Ausdruckes 0,08 ≤ a/H ≤ 0,25 liegt.
Kondensator (22) nach Anspruch 1, ferner umfassend eine primäre gewellte Rippe (50), die an jedem der äußersten Rohre (44) der Rohrgruppierung befestigt ist und sich seitlich davon nach außen erstreckt, wobei die primäre gewellte Rippe (50) ein derartiges seitliches Ausdehnungsmaß „q" (51) aufweist, dass das Verhältnis q/H innerhalb des Ausdruckes 0,15 ≤ q/H ≤ 0,5 liegt.
Kondensator (22) nach Anspruch 5, wobei die primäre gewellte Rippe (50) eine Rippendichte aufweist, die innerhalb des Bereiches von 8 bis 20 Rippen pro 2,54 cm (8 bis 20 Rippen pro Zoll) liegt.
Kondensator (122) nach Anspruch 5, wobei zumindest ein erstes (170) von den Rohren eine umgedrehte U-Form mit zwei sich nach unten erstreckenden Schenkeln aufweist und wobei ferner jeder Schenkel eine Öffnung (169) aufweist, um in das Rohr einen Dampf eines Arbeitsfluides (138) aufzunehmen und zum Ablassen von kondensiertem Arbeitsfluid (138).
Kondensator (122) nach Anspruch 7, wobei das erste von den Rohren (170) ein derartiges Breitenmaß „b" (171) aufweist, dass das Verhältnis b/H innerhalb des Ausdruckes 0,08 ≤ b/H ≤ 0,5 hegt.
Kondensator (122) nach Anspruch 7, wobei zumindest ein zweites (144) von den Rohren innerhalb der U-Form des ersten Rohres positioniert ist.
Kondensator (122) nach Anspruch 9, wobei das zweite Rohr (144) eine umgedrehte U-Form mit zwei sich nach unten erstreckenden Schenkeln aufweist und wobei jeder Schenkel eine der Öffnungen (143) aufweist.
Kondensator (122) nach Anspruch 10, wobei benachbarte von den Schenkeln des ersten (170) und zweiten (144) Rohres eine sekundäre gewellte Rippe (152) aufweisen, die sich dazwischen erstreckt.
Kondensator (122) nach Anspruch 11, wobei die sekundäre gewellte Rippe (152) ein derartiges seitliches Ausdehnungsmaß „p" (153) aufweist, dass das Verhältnis p/H innerhalb des Ausdruckes 0,08q ≤ p/H ≤ 0,5 liegt.
Kondensator (122) nach Anspruch 12, wobei die primäre gewellte Rippe (150) und die sekundäre gewellte Rippe (152) eine Rippendichte aufweisen, die innerhalb des Bereiches von 8 bis 20 Rippen pro 2,54 cm (8 bis 20 Rippen pro Zoll) liegt.
Kondensator (122) nach Anspruch 12, wobei die primäre gewellte Rippe (150) eine Rippendichte aufweist, die sich von der der sekundären gewellten Rippe (152) unterscheidet.
Kondensator (122) nach Anspruch 10, ferner umfassend eine dritte gewellte Rippe (172), die sich zwischen zwei innersten von den Schenkeln des ersten und zweiten Rohres (144, 170) erstreckt.
Kondensator (322) nach Anspruch 9, wobei das zweite Rohr ein zentrales Stammrohr (396) umfasst, das eine einzige Einlassöffnung (395) aufweist, um in das Rohr einen Dampf eines Arbeitsfluides (338) aufzunehmen und zum Ablassen von kondensiertem Arbeitsfluid (338).
Kondensator (322) nach Anspruch 16, wobei das zentrale Stammrohr (396) ein derartiges Breitenmaß „c" (397) aufweist, dass das Verhältnis c/H innerhalb des Ausdruckes 0,125 ≤ c/H ≤ 0,3 liegt.
Kondensator (222) nach Anspruch 4, umfassend ein äußeres Rohr (270), das eine umgedrehte U-Form aufweist und zwei sich nach unten erstreckende Schenkeln aufweist, wobei ein Ende eines jeden Schenkels eine Öffnung (269) aufweist, um in das Rohr einen Dampf eines Arbeitsfluides aufzunehmen und zum Ablassen von kondensiertem Arbeitsfluid (238), wobei jeder äußere Schenkel an einem äußeren Ende einer benachbarten von den primären gewellten Rippen (250) befestigt ist.
Kondensator (222) nach Anspruch 18, ferner umfassend eine äußere gewellte Rippe (280), die sich von jedem der Schenkel des äußeren Rohres (270) nach außen erstreckt.
Kondensator (222) nach Anspruch 19, wobei die äußere gewellte Rippe (280) eine derartige seitliche Ausdehnung „r" (281) aufweist, dass das Verhältnis r/H innerhalb des Ausdruckes 0,1 ≤ r/H ≤ 0,2 liegt.
Kühlkörperanordnung (10) zum Kühlen einer elektronischen Vorrichtung (8), wobei die Kühlkörperanordnung (10) umfasst: einen Ventilator (14), der in einer Verkleidung (16) untergebracht ist, wobei der Ventilator (14) eine Nabe (15) mit einem Durchmesser „H" (55) und Ventilatorflügel umfasst, die sich davon weg erstrecken, um eine axial gerichtete Luftströmung durch die Verkleidung (18) hindurch bei einer Drehung der Ventilatorflügel bewirken; und einen Thermosiphon (12) mit einem Verdampfer (20), der einen Verdampfungsraum (36) definiert, welcher ein Arbeitsfluid (38) darin enthält, und einem Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der darüber befestigt ist, wobei der Thermosiphon (12) derart an einem Ende der Verkleidung (18) positioniert ist, dass der Ventilator (14) mit dem Kondensator (22) ausgerichtet ist, um die axiale Luftströmung hierdurch zu lenken.
Kühlkörperanordnung (10) nach Anspruch 21, wobei der Verdampfer eine Grundplatte (26) umfasst und eine zu kühlende elektronische Vorrichtung (8), die an einer unteren Fläche (27) davon befestigt ist, aufweist.
Kühlkörperanordnung (10) nach Anspruch 22, wobei die Grundplatte (26) eine obere Fläche (31) aufweist, die zumindest einen Abschnitt des Verdampfungsraumes (36) definiert, und eine Vielzahl von Rippen (28) an der oberen Fläche (31) umfasst, wobei sich die Rippen (28) in die Verdampfungskammer (36) hinein erstrecken.
Kühlkörperanordnung (10) nach Anspruch 23, wobei die obere Fläche (31) und die Rippen (28) eine Oberflächenbeschichtung (30) zum Verbessern der Siedeeigenschaften darauf aufweisen.
Kühlkörperanordnung (10) nach Anspruch 24, wobei die Oberflächenbeschichtung (30) eine gesinterte Metallschicht umfasst.
Kühlkörperanordnung (10) nach Anspruch 22, wobei die Grundplatte (26) eine obere Fläche (31) aufweist, die zumindest einen Abschnitt des Verdampfungsraumes (36) definiert, und eine Oberflächenbeschichtung (30) zum Verbessern der Siedeeigenschaften darauf aufweist.
Kühlkörperanordnung (10) nach Anspruch 26, wobei die Oberflächenbeschichtung (30) eine gesinterte Metallschicht umfasst.
Kühlkörperanordnung (10) nach Anspruch 22, wobei die Rohre (44) ein derartiges Höhenmaß „L" (57) aufweisen und der Verdampfer (20) ein derartiges Höhenmaß „h" (37) aufweist, dass das Verhältnis h/L innerhalb des Ausdruckes 0,075 ≤ h/L ≤ 0,375 liegt.
Kühlkörperanordnung (10) nach Anspruch 22, wobei die Rohröffnungen (43) im Wesentlichen vertikal über der elektronischen Vorrichtung (8) ausgerichtet sind.
Kühlkörperanordnung (10) nach Anspruch 21, ferner umfassend eine primäre gewellte Rippe (50), die an jedem der äußersten Rohre (44) der Rohrgruppierung befestigt ist und sich seitlich im Wesentlichen bis zu einem Spitzendurchmesser der Ventilatorflügel erstreckt.