WO2005024611A2 - Cooling system for electronic devices, especially computers - Google Patents

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WO2005024611A2 PCT/DE2004/001933 DE2004001933W WO2005024611A2 WO 2005024611 A2 WO2005024611 A2 WO 2005024611A2 DE 2004001933 W DE2004001933 W DE 2004001933W WO 2005024611 A2 WO2005024611 A2 WO 2005024611A2
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Eberhard Günther
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Asetek A/S
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    • H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H01L23/427—Cooling by change of state, e.g. use of heat pipes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
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    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0266—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with separate evaporating and condensing chambers connected by at least one conduit; Loop-type heat pipes; with multiple or common evaporating or condensing chambers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
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Definitions

  • Cooling system for electronic devices in particular for computers
  • the invention relates to a cooling system for electronic devices with heat-generating electrical and electronic components, in particular for computers.
  • Computer processing unit CPU
  • a CPU According to the current state of the art, a CPU generates approx. 80 watts of power loss in a commercially available personal computer, which as
  • Processor type and the manufacturer of the processor required to limit the temperature at the CPU to temperatures between 70 ° C and 90 ° C by cooling.
  • the graphic card (GPU) is related.
  • the chipset is also a significant source of heat loss.
  • the noise level of the cooling system is also an important criterion when assessing it.
  • a system for cooling a computer in which a refrigeration system with a compressor, condenser, expansion valve and evaporator cools the computer or its heat-generating components in a traditional manner after the cold steam process.
  • heat pipes or heat pipes are used for the cooling of electronic devices, which enable a very efficient type of heat transport from the heat-dissipating electronic component to a heat exchanger for heat dissipation from the system.
  • the thermal energy is released to a coolant, for example to an air flow or to a coolant.
  • a disadvantage of this device is that the heat pipe requires a forced return for the refrigerant due to the horizontal arrangement.
  • a further disadvantage is that the design of the heat exchanger as an air guiding device has no expansion options and, because of the spatial conditions, it is not possible to cool several components using different heat pipes.
  • a multi-chip module arrangement which has an integrated heat pipe, with which integrated heat pipe several electronic components are cooled at the same time by the electronic components being arranged on the surface of the evaporator of a heat pipe.
  • US 2002/0181200 A1 discloses a computer assembly which allows the cooling of a plurality of electronic components, wherein in addition to a heat pipe for cooling the evaporator, there are also heat-conducting devices which, via the heat conduction of metallic components, dissipate the heat loss from the point of generation to an element the heat dissipation.
  • An air guiding element which is made up of several channels and serves as an element for the dissipation of heat, absorbs the heat from the heat pipe as well as from the heat conducting elements with a large surface area and releases it to the air flowing in the channels.
  • the air heated in this way leaves the air guide device through openings to the outside, whereby air is conveyed from the interior of the computer to the outside of the computer via the air guide device.
  • a disadvantage of this prior art is that an indispensable prerequisite for the functioning of the device is excellent thermal conductivity, in order to enable heat conduction and then heat transfer to the air flowing through the air guiding device.
  • the prior art has the disadvantage that none of the known systems is able to efficiently lower the interior temperature of the electronic device in order to ensure the functioning of the electronic components, and moreover the known systems are too loud, too heavy and too expensive.
  • the invention is therefore based on the object of providing a cooling system for electronic devices, in particular for computers, which efficiently both the maximum temperature of the electronic
  • the object of the invention is to intensify the heat transfer and heat transfer of the air guiding device to the
  • the object is achieved by a cooling system for electronic
  • Devices solved which has a housing and an air guide arranged in the interior of the housing.
  • the heat pipe has an evaporator arranged on an electronic component and a condenser.
  • the air guide device has an air inlet in the interior of the housing and an air outlet on the housing, the condenser being arranged in the air guide device and the air guide device itself being made of a poorly heat-conducting material with a heat transfer coefficient ⁇ ⁇ 0.5 W / mK at 20 ° C and that the air heated by electronic components is led out of the interior of the housing via the air guiding device and after cooling the condenser directly out of the housing.
  • the concept of the invention is, in particular, that the air-guiding device according to the invention specifically transports the heat loss of the electronic components by sucking in the air from the interior of the housing to the air outlet of the air-guiding device, the air outlet being integrated in a housing wall and thus the air being conducted directly to the outside ,
  • the air outlet is also advantageously integrated into the rear wall of the housing.
  • the indoor air of the electronic device or computer which is warmed by the variety of electronic components, is removed, and the indoor temperature can be limited to less than 38 ° C.
  • the combination of the air guiding device and the heat pipe, the evaporator of which is arranged directly on or on an electronic component such as the CPU or GPU results in a significant reduction in the component temperature to approximately 70 ° C.
  • temperatures of 60 ° C. and less can also be achieved with the cooling system designed according to the invention.
  • the electronic components with a high heat loss production are cooled directly by a heat pipe and the electronic components with a lower heat loss production are indirectly cooled by extracting the computer interior air.
  • This is done particularly efficiently Cooling in that the air-guiding device itself is made of a material that is poorly thermally conductive, so that the computer interior air after heating when flowing through one or more condensers of the heat pipes cannot release the absorbed thermal energy back to the computer interior air on the way from the computer system via the air-guiding device.
  • a third heat pipe is provided, which cools the chipset of the computer and whose condenser is also integrated in the air guiding device.
  • the air guiding device is connected to the power supply unit in such a way that the exhaust air flow is first conducted via the air guiding device and then via the cooling channels for the power supply unit and from there to the outside.
  • the fan of the air guiding device and the power supply fan complement one another.
  • the separate power supply fan can be completely saved if the fan of the air guiding device is adequately dimensioned. Axial fans with diameters of 80 mm, 92 mm or 120 mm are used to provide the required air volume flow for cooling the electronic components and the power supply cooling.
  • the power supply unit of the computer which does not have its own fan, is preferably arranged in the air guiding device. This means that an additional fan for the power supply can be saved. This means that further noise and weight reductions can be achieved.
  • the waste heat from the power supply unit is transported to the air guiding device with a heat pipe or another suitable heat exchanger and is transferred via the condenser to the waste heat flow generated by the fan.
  • the invention is also advantageously carried out when the air guide device is connected to the power supply ventilation and the power supply fan generates the air volume flow for cooling the condensers of the heat pipes in the air guide device.
  • a worse embodiment of the invention is when the indoor air of the computer is sucked in via the power pack and then passed through the air guiding device, since larger amounts of heat are often generated in the power pack at higher temperatures compared to the heat losses of the electronic components.
  • the power supply temperature is lower than the condenser temperature of the heat pipes, this arrangement should be preferred.
  • the air inlet of the air guiding device is preferably arranged in the upper part of the housing, where the heated interior air is in the housing naturally accumulates and jams.
  • the cross-sectional areas at the air inlet and at the air outlet of the air guiding device should preferably be selected in a similar size.
  • the cross-sectional area at the air inlet of the air-guiding device is advantageously predominantly oriented horizontally, the cross-sectional area at the air outlet of the air-guiding device preferably being integrated into a vertical boundary surface of the housing.
  • the air guiding device is designed to be particularly advantageous in that guides are provided which serve to hold fans and / or capacitors. By providing the above-mentioned guides, the components can be easily replaced for maintenance and repair work without dismantling the air control device.
  • the air guiding device is advantageously designed such that it is made of a poorly heat-conducting material with a heat-conducting coefficient ⁇ ⁇ 0.5 W / mK at 20 ° C. This prevents the interior air heated by the condensers in the air guiding device from giving off the heat to the interior surrounding the air guiding device and the components inside the electronic device on the way to the air outlet from the air guiding device.
  • Particularly suitable materials for the design of the air guiding device are cardboard, paper and plastics of any kind, a reduced flammability and flammability being desired as an additional property for safety reasons.
  • An axial fan with a diameter of 80 mm or 92 mm is preferably provided as the fan. It is particularly advantageous that when using fans with large diameters that are operated at low speeds, there is less acoustic stress. Further details, features and advantages of the invention result from the following description of exemplary embodiments with reference to the associated drawings. Show it:
  • Fig. 1 Sectional view of a computer with an air guide and a heat pipe for the CPU
  • Fig. 2 Sectional view of a computer with an air guide and one heat pipe for the CPU and the GPU
  • Fig. 3 Air guide with guides for an axial fan and one Capacitor
  • Fig. 4 Modified computer housing with mounting frame for air guiding device in the opened mounting position
  • Fig. 5 Modified computer housing with mounting frame for air guiding device in assembled position
  • Fig. 6 Sectional view of a computer with heat pipes to heat CPU, chipset and GPU
  • Fig. 7 Computer case with power supply fan and additional fan with air guiding device
  • Fig. 8 Computer case with passive power supply and fan with air guiding device.
  • FIG. 1 shows an air guiding device 2 according to the invention in use for a computer, the CPU of which is cooled with the aid of a heat pipe 5.
  • the current main heat source of the computer is directly cooled with a heat pipe 5.
  • the evaporator 6 of the heat pipe 5 is arranged on the CPU 9, and the condenser 7 of the heat pipe 5 is placed in the air guiding device 2.
  • the axial fan 8 in the air guiding device 2 sucks the computer interior air through the air inlet 3 through the cooling fins of the condenser 7 and conveys the computer interior air through the air outlet 4 to the outside.
  • the air outlet 4 is preferably integrated in one of the vertical side walls of the housing 1.
  • the air outlet 4 is integrated into the rear wall of the housing 1.
  • the air guiding device 2 is constructed like a channel.
  • the air inlet 3 is preferably located in the upper region of the housing 1. According to the illustration, it can be seen that the condenser 7 is advantageously arranged with a slight inclination in relation to the housing 1 in order to prevent the condensed refrigerant from flowing back from the condenser 7 into the condenser To ensure evaporator 6.
  • the temperature of the CPU can be cooled down to 65 ° C., which means an improvement in the cooling temperature compared to cooling systems known according to the prior art and used in practice. It is particularly advantageous that the interior temperature in the housing 1 can be reduced from 35 ° C. to approximately 38 ° C. by extracting interior air at ambient temperatures. Another advantage is that the arrangement of the axial fan 8 in the air guide device significantly reduces the noise level of the cooling system in comparison with known systems.
  • the air guiding device 2 is made of a plastic with a low thermal conductivity, ⁇ 0,6 0.6 W / mK.
  • the use of plastic materials enables the mass of the cooling system to be reduced in comparison to the use of metal, and it is furthermore possible to keep heat emission via the boundary walls of the air guiding device to the computer interior as low as possible. It is also achieved that the fan 8 is elastically fastened in the air guide device 2 by its material, which leads to a further significant reduction in noise.
  • the opening for the air outlet of the air guiding device can optionally be integrated into the rear wall or the side wall of the housing 1.
  • the parallel task of lowering the computer interior temperature by sucking in and removing computer interior air and direct component cooling by using a heat pipe and arranging the condenser in the air guiding device can be realized in a particularly advantageous manner.
  • the weight of the cooling system can be less than 250 g.
  • the noise level at a speed of approx. 1500 revolutions per minute of an axial fan is less than 30 dB.
  • FIG. 2 shows a further advantageous embodiment of the invention, in which two electronic components 9 are cooled directly by a heat pipe 5 each.
  • the GPU which is arranged in the lower part of the computer housing 1, is cooled by an additional heat pipe 5.
  • the evaporator 6 of this heat pipe 5 is positioned under the GPU and connected to the condenser 7 arranged laterally above it.
  • An axial fan 8 is arranged between the condensers 7 of the heat pipes 5 for the CPU and the GPU.
  • the GPU which produces the highest heat loss in the computer in addition to the CPU, is cooled directly.
  • guides 10 are provided in the air guiding device 2, which enables a safe exchange of the components, such as capacitors 7 or fans 8, positioned in or on the air guiding device 2. In particular, this ensures that the fan 8 can be pulled out of the guide 10 and replaced in the event of a defect without dismantling the cooling system and the air guiding device 2, without having to dismantle the entire cooling system.
  • an air guiding device 2 with guides 10 for the condenser 7 of a heat pipe 5 and for an axial fan 8 is shown in perspective.
  • FIG 4 shows a modified computer housing with a mounting frame 11 for the air guiding device 2 in the opened mounting position as an alternative to the design of the air guiding device 2 with guides 10 as an advantageous alternative embodiment of the invention.
  • the air guiding device 2 is rotatably attached to a mounting frame 11 by means of a fastening point 12 on two side walls of the air guiding device 2.
  • Fig. 4 shows the position of the air guiding device 2 before the assembly of the computer.
  • the heat pipe 5 is thermally conductive and statically firmly connected to the electronic component 9, here the CPU, and is held by this or the circuit board. Regardless of the fixation or mounting of the heat pipe 5, the air guide device 2 is rotatably mounted on the mounting frame 11 such that the air guide device 2 is designed to be foldable into the interior of the housing during assembly, as can be seen in FIG. 5.
  • FIG. 5 shows the modified computer housing with mounting frame 11 for the air guiding device 2 in the assembled position in the folded state shown.
  • the air outlet 4 of the air guiding device 2 points upwards in this illustration.
  • This alternative embodiment of the invention is particularly advantageous because, on the one hand, an independent fixation of the heat pipe 5 and the air guiding device 2 is possible for assembly reasons, and on the other hand, for reasons of transport security, it is ensured that the individual elements or components of the computer are fixed in such a way that during transport No damage can occur due to the acceleration of the individual components.
  • the separate suspension of the heat pipe 5 and the air guiding device 2 increases the transport safety of the system, since the cooling system and duct or air guiding device are separated by weight and the loads caused by impacts have less effects, which has a positive effect on the dimensioning of the fastenings.
  • a particularly noteworthy advantage of the cooling system according to the invention is that the design separation of the CPU with the heat pipe and the air guiding device with the fan prevents the CPU from vibrating. This increases the lifespan of the CPU.
  • Another advantage of the cooling system according to the invention is that with a uniform cooler design, both CPU's from different manufacturers and different outputs can be efficiently heated.
  • the fan 8 is advantageous between the capacitor 7 of the CPU and the
  • the air outlet 4 points in this Representation again upwards, when the computer is upright, the air outlet 4 points to the side.
  • variants of the air guiding device 2 are encompassed by the inventive concept, which place the air outlet 4 in the rear wall or also in the horizontal upper housing boundary.
  • Fig. 7 is a computer case with a power supply fan containing
  • Power supply unit 14 and an air guiding device 2 with additional fan 8 are shown.
  • the power supply unit 14 with the power supply fan is connected to the air guide device 2 in such a way that the air flow from the interior can be conducted via the air guide device 2 and the power supply unit 14 to the air outlet 4 from the housing 1.
  • Air guiding device 2 is directed to the air outlet 4.
  • Fig. 8 is a computer case with a passive power supply 15 and one
  • Air guide device 2 shown with a fan 8.
  • a passive power supply unit is to be understood as a power supply unit 15 without a power supply fan.
  • this power supply unit 15 is preferably in or on the
  • Air guiding device 2 is arranged such that the air flow can be conducted from the interior via the air guiding device 2 and the power supply unit 15 to the outside.
  • Air guiding device 2 is directed to the air outlet 4.
  • the invention is also advantageously designed if the combination of a power supply unit 14 with a power supply fan and an air guiding device 2 without a fan 8 is implemented.

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Abstract

The invention relates to a cooling system for electronic devices comprising heat-generating electrical and electronic components, especially for computers. The aim of the invention is to provide improved cooling. Said aim is achieved by a cooling system for electronic devices, comprising a housing (1), an air-conducting apparatus (2) that is disposed inside said housing (1), and a fan (8) which is located in or on the air-conducting apparatus (2) and is used for cooling electronic components (9) by means of a heat pipe (5), said heat pipe (5) being provided with an evaporator (6) that is arranged on an electronic component (9) and a condenser (7). The air-conducting apparatus (2) is provided with an air inlet (3) inside the housing (1) while an air outlet (4) is disposed on the housing (1). The inventive cooling system is characterized in that the condenser (7) is placed in the air-conducting apparatus (2) while the air-conducting apparatus (2) is made of a poorly heat-conducting material having a K-value λ < 0.5 W/mK at 20 °C. In addition, the air heated by electronic components (9) is evacuated from the interior of the housing (1) via the air-conducting apparatus (2) and directly out of the housing (1) after cooling the condenser (7).

Description

Kühlsystem für elektronische Geräte, insbesondere für Computer Cooling system for electronic devices, in particular for computers
Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für elektronische Geräte mit wärmeerzeugenden elektrischen und elektronischen Bauelementen, insbesondere für Computer.The invention relates to a cooling system for electronic devices with heat-generating electrical and electronic components, in particular for computers.
Elektronische Geräte produzieren naturgemäß aus einem bestimmten Anteil der ihnen zugeführten Elektroenergie Verlustwärme. Diese Verlustwärme muss zur Verhinderung von Ausfällen der elektronischen Komponenten abgeführt werden. Insbesondere für Computer ist es notwendig, die Verlustwärme derElectronic devices naturally produce waste heat from a certain proportion of the electrical energy supplied to them. This heat loss must be dissipated to prevent failures of the electronic components. Especially for computers, it is necessary to use the heat loss
Computer-Processing-Unit (CPU) abzuführen.Computer processing unit (CPU).
Nach momentanem Stand der Technik erzeugt eine CPU in einem handelsüblichen Personalcomputer ca. 80 Watt Verlustleistung, welche alsAccording to the current state of the art, a CPU generates approx. 80 watts of power loss in a commercially available personal computer, which as
Wärme aus dem System abgeführt werden muss. Allerdings ist bei zukünftigenHeat must be removed from the system. However, with future
Prozessorgenerationen mit einer Verlustleistung größer als 100 W zu rechnen.Processor generations with a power loss greater than 100 W.
Um ein Funktionieren der CPU zu gewährleisten, ist es in Abhängigkeit desIn order to guarantee the functioning of the CPU, it is dependent on the
Prozessortyps und des Herstellers des Prozessors erforderlich, die Temperatur an der CPU auf Temperaturen zwischen 70 °C und 90 °C durch Kühlung zu begrenzen.Processor type and the manufacturer of the processor required to limit the temperature at the CPU to temperatures between 70 ° C and 90 ° C by cooling.
Neben der CPU befinden sich in einem komplexen elektronischen Gerät, wie einem Personalcomputer, weitere Komponenten, deren maximale Arbeitstemperatur ebenfalls zum Zwecke des reibungslosen Funktionierens nach oben begrenzt ist. Eine weitere wichtige Komponente stellt in diesemIn addition to the CPU, there are other components in a complex electronic device, such as a personal computer, whose maximum working temperature is also capped for the purpose of smooth functioning. Another important component in this
Zusammenhang die Grafikkarte (GPU) dar. Ebenso gilt der Chipsatz als signifikante Veriustwärmequelle.The graphic card (GPU) is related. The chipset is also a significant source of heat loss.
Von Seiten der Hersteller der elektronischen Bauelemente bestehen Vorgaben, dass die maximale Innenraumtemperatur (Local-Ambient-Temperature - LAT) in einem Gehäuse herstellerabhängig 38 °C bis 42 °C betragen darf. Weitere Vorgaben für ein Kühlsystem für elektronische Geräte bestehen darin, dass das Gewicht des Kühlsystems limitiert ist und weiterhin sehr hohe Anforderungen an die Stabilität des Systems wegen des Transports der elektronischen Geräte gestellt werden.The manufacturers of the electronic components stipulate that the maximum indoor temperature (Local Ambient Temperature - LAT) in a housing may be 38 ° C to 42 ° C, depending on the manufacturer. Further requirements for a cooling system for electronic devices are that the weight of the cooling system is limited and very high demands are made on the stability of the system due to the transport of the electronic devices.
Ebenso ist die Geräuschbelastung des Kühlsystems ein wichtiges Kriterium bei dessen Beurteilung.The noise level of the cooling system is also an important criterion when assessing it.
Im Stand der Technik sind eine Reihe von Kühlsystemen für elektronische Geräte bekannt.A number of cooling systems for electronic devices are known in the prior art.
Nach der DE 200 10 977 U1 ist ein System zum Kühlen eines Computers bekannt, bei welchem eine Kälteanlage mit Verdichter, Kondensator, Expansionsventil und Verdampfer auf traditionelle Weise nach dem Kaltdampfprozess den Computer bzw. dessen wärmeerzeugende Komponenten kühlt.According to DE 200 10 977 U1, a system for cooling a computer is known, in which a refrigeration system with a compressor, condenser, expansion valve and evaporator cools the computer or its heat-generating components in a traditional manner after the cold steam process.
Weiterhin werden für die Kühlung von elektronischen Geräten Heatpipes bzw. Wärmerohre eingesetzt, welche eine sehr effiziente Art des Wärmetransportes von dem wärmedissipierenden elektronischen Bauelement zu einem Wärmeübertrager zur Wärmeabfuhr aus dem System ermöglichen. In dem Wärmeübertrager bzw. dem Kondensator des Wärmerohres wird die Wärmeenergie an ein Kühlmittel, beispielsweise an einen Luftstrom oder an eine Kühlflüssigkeit, abgegeben.Furthermore, heat pipes or heat pipes are used for the cooling of electronic devices, which enable a very efficient type of heat transport from the heat-dissipating electronic component to a heat exchanger for heat dissipation from the system. In the heat exchanger or the condenser of the heat pipe, the thermal energy is released to a coolant, for example to an air flow or to a coolant.
Ein solches System ist in der DE 195 27 674 offenbart. Die offenbarte Kühleinrichtung führt die Wärme an einen Kühlluftstrom ab, der mittels eines Ventilators erzeugt wird. Nach der US 6,288,895 ist ein Apparat für die Kühlung elektronischer Komponenten in einem Computersystem offenbart, welches ein Wärmerohr zur Ableitung des Verlustwärmestromes von dem wärmeerzeugenden elektronischen Bauelement nutzt und dessen Kondensator mit einem kanalförmigen Wärmeübertrager in thermischer Verbindung steht, der Wärmeübertragungsrippen aufweist.Such a system is disclosed in DE 195 27 674. The cooling device disclosed dissipates the heat to a cooling air flow which is generated by means of a fan. According to US Pat. No. 6,288,895, an apparatus for cooling electronic components in a computer system is disclosed which uses a heat pipe to dissipate the heat flow from the heat-generating electronic component and whose capacitor is in thermal communication with a channel-shaped heat exchanger which has heat transfer ribs.
Nachteilig an diesem Apparat ist, dass das Wärmerohr aufgrund der horizontalen Anordnung einen Zwangsrücklauf für das Kältemittel benötigt. Weiterhin ist nachteilig, dass die Ausgestaltung des Wärmeübertragers als Luftleiteinrichtung keine Erweitungsmöglichkeiten besitzt und aufgrund der räumlichen Verhältnisse nicht mehrere Bauelemente durch verschiedene Wärmerohre gekühlt werden können.A disadvantage of this device is that the heat pipe requires a forced return for the refrigerant due to the horizontal arrangement. A further disadvantage is that the design of the heat exchanger as an air guiding device has no expansion options and, because of the spatial conditions, it is not possible to cool several components using different heat pipes.
Nach der EP 0 529 837 B1 wird eine Mehrchipmodulanordnung offenbart, die ein integriertes Wärmerohr aufweist, wobei mit diesem integrierten Wärmerohr mehrere elektronische Bauelemente gleichzeitig gekühlt werden, indem die elektronischen Bauelemente auf der Oberfläche des Verdampfers eines Wärmerohres angeordnet sind.According to EP 0 529 837 B1, a multi-chip module arrangement is disclosed which has an integrated heat pipe, with which integrated heat pipe several electronic components are cooled at the same time by the electronic components being arranged on the surface of the evaporator of a heat pipe.
In der US 2002/0181200 A1 wird eine Computerbaugruppe, welche die Kühlung von mehreren elektronischen Komponenten gestattet, offenbart, wobei neben einem Wärmerohr zur Kühlung des Verdampfers auch Wärmeleitvorrichtungen angeordnet sind, die über die Wärmeleitung metallischer Komponenten die Verlustwärme vom Ort der Erzeugung zu einem Element der Wärmeabführung leiten. Als Element für die Ableitung von Wärme dient ein Luftleitelement, welches aus mehreren Kanälen aufgebaut ist und dabei die Wärme vom Wärmerohr als auch von den Wärmeleitelementen mit einer großen Oberfläche aufnimmt und an die in den Kanälen strömende Luft abgibt. Die auf diese Art erwärmte Luft verlässt die Luftleiteinrichtung durch Öffnungen nach außen, wodurch Luft vom Innenraum des Computers über die Luftleiteinrichtung nach außerhalb des Computers gefördert wird. Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass eine unabdingbare Vorraussetzung für das Funktionieren der Vorrichtung eine exzellente Wärmeleitfähigkeit ist, um zunächst die Wärmeleitung und hernach den Wärmeübergang auf die die Luftleiteinrichtung durchströmende Luft überhaupt zu ermöglichen.US 2002/0181200 A1 discloses a computer assembly which allows the cooling of a plurality of electronic components, wherein in addition to a heat pipe for cooling the evaporator, there are also heat-conducting devices which, via the heat conduction of metallic components, dissipate the heat loss from the point of generation to an element the heat dissipation. An air guiding element, which is made up of several channels and serves as an element for the dissipation of heat, absorbs the heat from the heat pipe as well as from the heat conducting elements with a large surface area and releases it to the air flowing in the channels. The air heated in this way leaves the air guide device through openings to the outside, whereby air is conveyed from the interior of the computer to the outside of the computer via the air guide device. A disadvantage of this prior art is that an indispensable prerequisite for the functioning of the device is excellent thermal conductivity, in order to enable heat conduction and then heat transfer to the air flowing through the air guiding device.
In der DE 2002/0053421 A1 wird gelehrt, dass ein Wärmetransport von einer Heatpipe zu einer oberen Wand durch Wärmeleitung stattfinden muss und dass die Wärme aus den Heatpipes, welche die Verlustwärme der Verbraucher aufnehmen, dann über die obere Wand an Rippen und an diese durchströmende Luft abgegeben wird.DE 2002/0053421 A1 teaches that heat must be transported from a heat pipe to an upper wall by heat conduction and that the heat from the heat pipes, which absorb the heat loss from the consumers, then flows through the upper wall to ribs and flows through them Air is released.
Dem Stand der Technik haftet der Nachteil an, dass keines der bekannten Systeme in der Lage ist, effizient die Innenraumtemperatur des elektronischen Gerätes zu senken, um das Funktionieren der elektronischen Bauelemente sicherzustellen, und darüber hinaus sind die bekannten Systeme zu laut, zu schwer und zu kostenintensiv.The prior art has the disadvantage that none of the known systems is able to efficiently lower the interior temperature of the electronic device in order to ensure the functioning of the electronic components, and moreover the known systems are too loud, too heavy and too expensive.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Kühlsystem für elektronische Geräte, insbesondere für Computer, zur Verfügung zu stellen, welches effizient sowohl die maximale Temperatur der elektronischenThe invention is therefore based on the object of providing a cooling system for electronic devices, in particular for computers, which efficiently both the maximum temperature of the electronic
Bauelemente selbst als auch die Temperatur des Innenraumes der elektronischen Geräte begrenzt.Components themselves as well as the temperature of the interior of the electronic devices limited.
Insbesondere besteht die Aufgabe der Erfindung darin, die Wärmeübertragung zu intensivieren und eine Wärmeübertragung der Luftleiteinrichtung an dieIn particular, the object of the invention is to intensify the heat transfer and heat transfer of the air guiding device to the
Computerinnenraumluft zu verhindern bzw. zu minimieren.To prevent or minimize computer interior air.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Kühlsystem für elektronischeAccording to the invention, the object is achieved by a cooling system for electronic
Geräte gelöst, welche ein Gehäuse und eine im Inneren des Gehäuses angeordnete Luftleiteinrichtung aufweist. In oder an der Luftleiteinrichtung ist ein Lüfter zur Kühlung elektronischer Bauteile mittels eines Wärmerohres platziert. Das Wärmerohr weist einen an einem elektronischen Bauteil angeordneten Verdampfer und einen Kondensator auf. Die Luftleiteinrichtung hat einen Lufteintritt im Inneren des Gehäuses und einen Luftaustritt am Gehäuse, wobei der Kondensator in der Luftleiteinrichtung angeordnet ist und die Luftleiteinrichtung selbst aus einem schlecht Wärme leitendenden Material mit einem Wärmeleitkoeffizenten λ < 0,5 W/mK bei 20 °C ausgebildet ist und dass die durch elektronische Bauteile erwärmte Luft aus dem Inneren des Gehäuses über die Luftleiteinrichtung und nach Kühlung des Kondensators direkt aus dem Gehäuse herausgeleitet wird.Devices solved, which has a housing and an air guide arranged in the interior of the housing. In or on the air guiding device is a fan for cooling electronic components by means of a heat pipe placed. The heat pipe has an evaporator arranged on an electronic component and a condenser. The air guide device has an air inlet in the interior of the housing and an air outlet on the housing, the condenser being arranged in the air guide device and the air guide device itself being made of a poorly heat-conducting material with a heat transfer coefficient λ <0.5 W / mK at 20 ° C and that the air heated by electronic components is led out of the interior of the housing via the air guiding device and after cooling the condenser directly out of the housing.
Die Konzeption der Erfindung besteht insbesondere darin, dass die erfindungsgemäße Luftleiteinrichtung gezielt die Verlustwärme der elektronischen Bauelemente durch Ansaugen der Luft aus dem Inneren des Gehäuses zum Luftausgang der Luftleiteinrichtung transportiert, wobei der Luftausgang in eine Gehäusewand integriert ist und somit die Luft direkt nach außen geleitet wird. Vorteilhaft wird der Luftausgang auch in die Gehäuserückwand integriert.The concept of the invention is, in particular, that the air-guiding device according to the invention specifically transports the heat loss of the electronic components by sucking in the air from the interior of the housing to the air outlet of the air-guiding device, the air outlet being integrated in a housing wall and thus the air being conducted directly to the outside , The air outlet is also advantageously integrated into the rear wall of the housing.
Damit werden zwei Aufgaben erfüllt: zum Ersten wird die Innenraumluft des elektronischen Gerätes bzw. des Computers, die sich durch die Vielfalt der elektronischen Bauelemente erwärmt, abgeführt, und die Innenraumtemperatur lässt sich dadurch auf weniger als 38 °C begrenzen. Zum Zweiten wird durch die Kombination von Luftleiteinrichtung und Wärmerohr, dessen Verdampfer direkt auf bzw. an einem elektronischen Bauteil, wie der CPU oder GPU, angeordnet ist, eine deutliche Absenkung der Bauteiltemperatur auf ca. 70 °C erreicht. In Abhängigkeit der Auslegung des Wärmerohres lassen sich mit dem erfindungsgemäß gestalteten Kühlsystem auch Temperaturen von 60 °C und weniger realisieren.This fulfills two tasks: First, the indoor air of the electronic device or computer, which is warmed by the variety of electronic components, is removed, and the indoor temperature can be limited to less than 38 ° C. Secondly, the combination of the air guiding device and the heat pipe, the evaporator of which is arranged directly on or on an electronic component such as the CPU or GPU, results in a significant reduction in the component temperature to approximately 70 ° C. Depending on the design of the heat pipe, temperatures of 60 ° C. and less can also be achieved with the cooling system designed according to the invention.
Somit werden konzeptionsgemäß die elektronischen Bauteile mit einer hohen Verlustwärmeproduktion direkt durch ein Wärmerohr und die elektronischen Bauelemente mit einer geringeren Verlustwärmeproduktion indirekt durch Absaugen der Computerinnenraumluft gekühlt. Besonders effizient erfolgt die Kühlung dadurch, dass die Luftleiteinrichtung selbst aus thermisch schlecht leitendem Material ausgebildet ist, wodurch die Computerinnenraumluft nach der Erwärmung beim Durchströmen eines oder mehrerer Kondensatoren der Wärmerohre die aufgenommene Wärmeenergie nicht auf dem Wege aus dem Computersystem über die Luftleiteinrichtung wieder an die Computerinnenraumluft abgeben kann.As a result, the electronic components with a high heat loss production are cooled directly by a heat pipe and the electronic components with a lower heat loss production are indirectly cooled by extracting the computer interior air. This is done particularly efficiently Cooling in that the air-guiding device itself is made of a material that is poorly thermally conductive, so that the computer interior air after heating when flowing through one or more condensers of the heat pipes cannot release the absorbed thermal energy back to the computer interior air on the way from the computer system via the air-guiding device.
Weiterhin ist es möglich, in dieses Kühlsystem mehrere Wärmerohre zu integrieren, wodurch mehrere elektronische Bauelemente direkt durch die Verdampfer der Wärmerohre gekühlt werden, wobei die Kondensatoren der Wärmerohre in der Luftleiteinrichtung und besonders vorteilhaft in der Luftleiteinrichtung hintereinander angeordnet sind.Furthermore, it is possible to integrate several heat pipes in this cooling system, as a result of which several electronic components are cooled directly by the evaporators of the heat pipes, the condensers of the heat pipes being arranged one behind the other in the air guiding device and particularly advantageously in the air guiding device.
Besonders vorteilhaft ist es, neben der CPU eines Computers auch die Grafikkarte des Computers durch ein Wärmerohr direkt zu kühlen, da bei modernen Computersystemen die Verlustleistung einer Grafikkarte bereits bis zu 70 Watt beträgt und somit in die Größenordnung der Verlustleistung derIt is particularly advantageous, in addition to the CPU of a computer, to also cool the graphics card of the computer directly by means of a heat pipe, since in modern computer systems the power loss of a graphics card is already up to 70 watts and thus in the order of magnitude of the power loss
CPU gelangt.CPU arrives.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein drittes Wärmerohr vorgesehen, welches den Chipsatz des Computers kühlt und dessen Kondensator gleichfalls in die Luftleiteinrichtung integriert ist.According to a further advantageous embodiment of the invention, a third heat pipe is provided, which cools the chipset of the computer and whose condenser is also integrated in the air guiding device.
Beim Einsatz der Erfindung für Computer mit einem zu kühlenden Netzteil ergeben sich weitere vorteilhafte Ausgestaltungen. Nach einer ersten Ausgestaltung wird die Luftleiteinrichtung mit dem Netzteil derart verbunden, dass der Abluftstrom zunächst über die Luftleiteinrichtung und anschließend über die Kühlkanäle für das Netzteil und von dort nach außen geleitet wird. Bei dieser Ausgestaltung ergänzen sich der Lüfter der Luftleiteinrichtung und der Netzteillüfter. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann bei einer ausreichenden Dimensionierung des Lüfters der Luftleiteinrichtung der separate Netzteillüfter gänzlich eingespart werden. Um den erforderlichen Luftvolumenstrom zur Kühlung der elektronischen Bauelemente und der Netzteilkühlung bereitzustellen, werden Axiallüfter mit Durchmessern von 80 mm, 92 mm oder 120 mm eingesetzt.When using the invention for computers with a power supply unit to be cooled, further advantageous configurations result. According to a first embodiment, the air guiding device is connected to the power supply unit in such a way that the exhaust air flow is first conducted via the air guiding device and then via the cooling channels for the power supply unit and from there to the outside. In this embodiment, the fan of the air guiding device and the power supply fan complement one another. According to a further advantageous embodiment of the invention, the separate power supply fan can be completely saved if the fan of the air guiding device is adequately dimensioned. Axial fans with diameters of 80 mm, 92 mm or 120 mm are used to provide the required air volume flow for cooling the electronic components and the power supply cooling.
Vorzugsweise wird bei dieser Ausgestaltung das Netzteil des Computers, welches keinen eigenen Lüfter aufweist, in der Luftleiteinrichtung angeordnet. Damit wird erreicht, dass ein zusätzlicher Lüfter für das Netzteil eingespart werden kann. Somit sind weitere Geräusch- und Gewichtsminierungen erreichbar.In this embodiment, the power supply unit of the computer, which does not have its own fan, is preferably arranged in the air guiding device. This means that an additional fan for the power supply can be saved. This means that further noise and weight reductions can be achieved.
Gleichfalls im Sinne der Erfindung ist, wenn die Abwärme des Netzteils mit einem Wärmerohr oder einem anderen geeigneten Wärmeübertrager zur Luftleiteinrichtung transportiert und über den Kondensator an den vom Lüfter erzeugten Abwärmestrom übertragen wird.It is also within the meaning of the invention if the waste heat from the power supply unit is transported to the air guiding device with a heat pipe or another suitable heat exchanger and is transferred via the condenser to the waste heat flow generated by the fan.
Alternativ dazu wird die Erfindung gleichfalls vorteilhaft ausgeführt, wenn die Luftleiteinrichtung mit der Netzteilbelüftung verbunden wird und der Netzteillüfter den Luftvolumenstrom zur Kühlung der Kondensatoren der Wärmerohre in der Luftleiteinrichtung erzeugt.As an alternative to this, the invention is also advantageously carried out when the air guide device is connected to the power supply ventilation and the power supply fan generates the air volume flow for cooling the condensers of the heat pipes in the air guide device.
Eine verschlechterte Ausgestaltung der Erfindung stellt es dar, wenn die Innenraumluft des Computers über das Netzteil angesaugt und anschließend über die Luftleiteinrichtung geführt wird, da im Netzteil häufig größere Wärmemengen bei höheren Temperaturen im Vergleich zu den Verlustwärmemengen der elektronischen Bauteile anfallen. Sofern jedoch die Netzteiltemperatur niedriger als die Kondensatortemperatur der Wärmerohre ist, so ist diese Anordnung bevorzugt zu wählen.A worse embodiment of the invention is when the indoor air of the computer is sucked in via the power pack and then passed through the air guiding device, since larger amounts of heat are often generated in the power pack at higher temperatures compared to the heat losses of the electronic components. However, if the power supply temperature is lower than the condenser temperature of the heat pipes, this arrangement should be preferred.
Der Lufteintritt der Luftleiteinrichtung ist dabei bevorzugt im oberen Teil des Gehäuses angeordnet, wo sich die erwärmte Innenraumluft im Gehäuse naturgemäß ansammelt und staut. Um die Geräuschbelastung durch den für den Luftstrom erforderlichen Lüfter zu minimieren, sind die Querschnittsflächen am Lufteintritt und am Luftaustritt der Luftleiteinrichtung bevorzugt in ähnlicher Größe zu wählen.The air inlet of the air guiding device is preferably arranged in the upper part of the housing, where the heated interior air is in the housing naturally accumulates and jams. In order to minimize the noise pollution caused by the fan required for the air flow, the cross-sectional areas at the air inlet and at the air outlet of the air guiding device should preferably be selected in a similar size.
Die Querschnittsfläche am Lufteintritt der Luftleiteinrichtung ist vorteilhaft überwiegend horizontal ausgerichtet, wobei die Querschnittsfläche am Luftaustritt der Luftleiteinrichtung bevorzugt in eine vertikale Begrenzungsfläche des Gehäuses integriert ist.The cross-sectional area at the air inlet of the air-guiding device is advantageously predominantly oriented horizontally, the cross-sectional area at the air outlet of the air-guiding device preferably being integrated into a vertical boundary surface of the housing.
Besonders vorteilhaft ausgebildet ist die Luftleiteinrichtung, indem Führungen vorgesehen sind, welche zur Aufnahme von Lüftern und/oder Kondensatoren dienen. Durch das Vorsehen der genannten Führungen können die Komponenten ohne Demontage der Luftleiteinrichtung problemlos für Wartungs- und Reparaturarbeiten ausgewechselt werden.The air guiding device is designed to be particularly advantageous in that guides are provided which serve to hold fans and / or capacitors. By providing the above-mentioned guides, the components can be easily replaced for maintenance and repair work without dismantling the air control device.
Weiterhin erfindungsgemäß vorteilhaft ausgebildet ist die Luftleiteinrichtung dergestalt, dass sie aus einem schlecht wärmeleitenden Material mit einem Wärmeleitkoeffizienten λ < 0,5 W/mK bei 20 °C ausgebildet ist. Dadurch wird vermieden, dass die durch die Kondensatoren in der Luftleiteinrichtung erwärmte Innenraumluft auf dem Wege zum Luftaustritt aus der Luftleiteinrichtung die Wärme an den die Luftleiteinrichtung umgebenden Innenraum und die Komponenten im Inneren des elektronischen Gerätes abgibt. Besonders geeignete Materialien für die Ausgestaltung der Luftleiteinrichtung sind Pappe, Papier und Kunststoffe jedweder Art, wobei eine verminderte Entzündlichkeit und Entflammbarkeit aus Sicherheitsgründen als zusätzliche Eigenschaft gewünscht ist.Furthermore, according to the invention, the air guiding device is advantageously designed such that it is made of a poorly heat-conducting material with a heat-conducting coefficient λ <0.5 W / mK at 20 ° C. This prevents the interior air heated by the condensers in the air guiding device from giving off the heat to the interior surrounding the air guiding device and the components inside the electronic device on the way to the air outlet from the air guiding device. Particularly suitable materials for the design of the air guiding device are cardboard, paper and plastics of any kind, a reduced flammability and flammability being desired as an additional property for safety reasons.
Als Lüfter wird bevorzugt ein Axiallüfter mit einem Durchmesser von 80 mm bzw. 92 mm vorgesehen. Von besonderem Vorteil ist dabei, dass beim Einsatz von Lüftern mit großen Durchmessern, die bei niedrigen Drehzahlen betrieben werden, eine geringere akustische Belastung auftritt. Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:An axial fan with a diameter of 80 mm or 92 mm is preferably provided as the fan. It is particularly advantageous that when using fans with large diameters that are operated at low speeds, there is less acoustic stress. Further details, features and advantages of the invention result from the following description of exemplary embodiments with reference to the associated drawings. Show it:
Fig. 1 : Schnittdarstellung eines Computers mit einer Luftleiteinrichtung und einem Wärmerohr für die CPU, Fig. 2: Schnittdarstellung eines Computers mit einer Luftleiteinrichtung und je einem Wärmerohr für die CPU und die GPU, Fig. 3: Luftleiteinrichtung mit Führungen für einen Axiallüfter und einen Kondensator, Fig. 4: modifiziertes Computergehäuse mit Montagerahmen für Luftleiteinrichtung in aufgeklappter Montagestellung, Fig. 5: modifiziertes Computergehäuse mit Montagerahmen für Luftleiteinrichtung in montierter Stellung,Fig. 1: Sectional view of a computer with an air guide and a heat pipe for the CPU, Fig. 2: Sectional view of a computer with an air guide and one heat pipe for the CPU and the GPU, Fig. 3: Air guide with guides for an axial fan and one Capacitor, Fig. 4: Modified computer housing with mounting frame for air guiding device in the opened mounting position, Fig. 5: Modified computer housing with mounting frame for air guiding device in assembled position,
Fig. 6: Schnittdarstellung eines Computers mit Wärmerohren zur Enthitzung von CPU, Chipsatz und GPU, Fig. 7: Computergehäuse mit Netzteillüfter und zusätzlichem Lüfter mit Luftleiteinrichtung und, Fig. 8: Computergehäuse mit passivem Netzteil und Lüfter mit Luftleiteinrichtung.Fig. 6: Sectional view of a computer with heat pipes to heat CPU, chipset and GPU, Fig. 7: Computer case with power supply fan and additional fan with air guiding device and, Fig. 8: Computer case with passive power supply and fan with air guiding device.
In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Luftleiteinrichtung 2 im Einsatz für einen Computer dargestellt, dessen CPU mithilfe eines Wärmerohres 5 gekühlt wird.1 shows an air guiding device 2 according to the invention in use for a computer, the CPU of which is cooled with the aid of a heat pipe 5.
Im Gehäuse 1 des Computers sind mehrere elektronische Bauteile 9 angeordnet. Die gegenwärtige Hauptwärmequelle des Computers, die CPU, wird mit einem Wärmerohr 5 direkt gekühlt. Der Verdampfer 6 des Wärmerohres 5 ist dabei auf der CPU 9 angeordnet, und der Kondensator 7 des Wärmerohres 5 ist in der Luftleiteinrichtung 2 platziert. Bei Erreichen der Verdampfungstemperatur des Kältemittels im Wärmerohr 5 verdampft das Kältemittel unter Wärmeaufnahme und gelangt in den Kondensator 7. Der Axiallüfter 8 in der Luftleiteinrichtung 2 saugt die Computerinnenraumluft über den Lufteintritt 3 durch die Kühlrippen des Kondensators 7 hindurch an und befördert die Computerinnenraumluft durch den Luftaustritt 4 nach draußen. Der Luftaustritt 4 ist dabei bevorzugt in eine der vertikalen Seitenwände des Gehäuses 1 integriert. Gemäß einer nicht dargestellten vorteilhaften alternativen Gestaltung ist der Luftaustritt 4 in die Rückwand des Gehäuses 1 integriert. Die Luftleiteinrichtung 2 ist kanalartig aufgebaut. Der Lufteintritt 3 befindet sich bevorzugt im oberen Bereich des Gehäuses 1. Gemäß der Darstellung ist zu erkennen, dass der Kondensator 7 vorteilhaft mit einer leichten Schrägstellung in Bezug auf das Gehäuse 1 angeordnet ist, um einen Schwerkraftrückfluss des kondensierten Kältemittels aus dem Kondensator 7 in den Verdampfer 6 zu gewährleisten.Several electronic components 9 are arranged in the housing 1 of the computer. The current main heat source of the computer, the CPU, is directly cooled with a heat pipe 5. The evaporator 6 of the heat pipe 5 is arranged on the CPU 9, and the condenser 7 of the heat pipe 5 is placed in the air guiding device 2. When the evaporation temperature of the refrigerant in the heat pipe 5 is reached, this evaporates Refrigerant with heat absorption and gets into the condenser 7. The axial fan 8 in the air guiding device 2 sucks the computer interior air through the air inlet 3 through the cooling fins of the condenser 7 and conveys the computer interior air through the air outlet 4 to the outside. The air outlet 4 is preferably integrated in one of the vertical side walls of the housing 1. According to an advantageous alternative design, not shown, the air outlet 4 is integrated into the rear wall of the housing 1. The air guiding device 2 is constructed like a channel. The air inlet 3 is preferably located in the upper region of the housing 1. According to the illustration, it can be seen that the condenser 7 is advantageously arranged with a slight inclination in relation to the housing 1 in order to prevent the condensed refrigerant from flowing back from the condenser 7 into the condenser To ensure evaporator 6.
Mittels dieses Kühlverfahrens kann die Temperatur der CPU auf bis zu 65 °C abgekühlt werden, was eine Verbesserung der Kühltemperatur gegenüber nach dem Stand der Technik bekannten und in der Praxis eingesetzten Kühlsysteme bedeutet. Von besonderem Vorteil ist, dass die Innenraumtemperatur im Gehäuse 1 durch die Absaugung von Innenraumluft bei Umgebungstemperaturen von 35 °C auf ca. 38 °C gesenkt werden kann. Weiterhin ist von Vorteil, dass die Anordnung des Axiallüfters 8 in der Luftleiteinrichtung den Geräuschpegel des Kühlsystems im Vergleich mit bekannten Systemen deutlich senkt. Die Luftleiteinrichtung 2 ist nach dieser bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung aus einem Kunststoff mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit, λ ≤ 0,6 W/mK, ausgebildet. Der Einsatz von Plastikwerkstoffen ermöglicht die Reduzierung der Masse des Kühlsystems im Vergleich zum Einsatz von Metall, und weiterhin ist es dadurch möglich, eine Wärmeabgabe über die Begrenzungswände der Luftleiteinrichtung an den Computerinnenraum so gering wie möglich zu halten. Weiterhin wird erreicht, dass der Lüfter 8 in der Luftleiteinrichtung 2 durch deren Material elastisch befestigt ist, was zu einer weiteren deutlichen Geräuschreduzierung führt.By means of this cooling process, the temperature of the CPU can be cooled down to 65 ° C., which means an improvement in the cooling temperature compared to cooling systems known according to the prior art and used in practice. It is particularly advantageous that the interior temperature in the housing 1 can be reduced from 35 ° C. to approximately 38 ° C. by extracting interior air at ambient temperatures. Another advantage is that the arrangement of the axial fan 8 in the air guide device significantly reduces the noise level of the cooling system in comparison with known systems. According to this preferred embodiment of the invention, the air guiding device 2 is made of a plastic with a low thermal conductivity, λ 0,6 0.6 W / mK. The use of plastic materials enables the mass of the cooling system to be reduced in comparison to the use of metal, and it is furthermore possible to keep heat emission via the boundary walls of the air guiding device to the computer interior as low as possible. It is also achieved that the fan 8 is elastically fastened in the air guide device 2 by its material, which leads to a further significant reduction in noise.
Die Öffnung für den Luftaustritt der Luftleiteinrichtung ist wahlweise in die Rück- oder auch die Seitenwand des Gehäuses 1 zu integrieren. Mit dieser Ausgestaltung der Erfindung iässt sich auf besonders vorteilhafte Weise die parallele Aufgabenstellung der Erniedrigung der Computerinnenraumtemperatur durch das Ansaugen und das Abtransportieren von Computerinnenraumluft und der direkten Bauelemente-Kühlung durch Anwendung eines Wärmerohres und der Anordnung des Kondensators in der Luftleiteinrichtung realisieren.The opening for the air outlet of the air guiding device can optionally be integrated into the rear wall or the side wall of the housing 1. With this embodiment of the invention, the parallel task of lowering the computer interior temperature by sucking in and removing computer interior air and direct component cooling by using a heat pipe and arranging the condenser in the air guiding device can be realized in a particularly advantageous manner.
Durch die Verwendung von Leichtbaumaterialien, wie Plastikwerkstoffen, für die Luftleiteinrichtung 2 sowie Kupfer für den Verdampfer und Aluminium für die Kondensatorrippen, Iässt sich ein Gewicht des Kühlsystems von weniger als 250 g Gramm erreichen. Die Geräuschbelastung bei einer Drehzahl von ca. 1500 Umdrehungen pro Minute eines Axiallüfters ist dabei kleiner als 30 dB.By using lightweight materials, such as plastic materials, for the air guiding device 2 as well as copper for the evaporator and aluminum for the condenser fins, the weight of the cooling system can be less than 250 g. The noise level at a speed of approx. 1500 revolutions per minute of an axial fan is less than 30 dB.
In Fig. 2 ist eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dargestellt, in welcher zwei elektronische Bauelemente 9 direkt durch jeweils ein Wärmerohr 5 gekühlt werden. Neben der CPU wird die GPU, welche im unteren Teil des Computergehäuses 1 angeordnet ist, durch ein zusätzliches Wärmerohr 5 gekühlt. Der Verdampfer 6 dieses Wärmerohrs 5 ist gemäß der Ausgestaltung der Erfindung unter der GPU positioniert und mit dem seitlich darüber angeordneten Kondensator 7 verbunden. Zwischen den Kondensatoren 7 der Wärmerohre 5 für die CPU und die GPU ist ein Axiallüfter 8 angeordnet.2 shows a further advantageous embodiment of the invention, in which two electronic components 9 are cooled directly by a heat pipe 5 each. In addition to the CPU, the GPU, which is arranged in the lower part of the computer housing 1, is cooled by an additional heat pipe 5. According to the embodiment of the invention, the evaporator 6 of this heat pipe 5 is positioned under the GPU and connected to the condenser 7 arranged laterally above it. An axial fan 8 is arranged between the condensers 7 of the heat pipes 5 for the CPU and the GPU.
Besonders vorteilhaft wird damit erreicht, dass die GPU, welche neben der CPU die höchste Verlustwärme im Computer produziert, direkt gekühlt wird. Zur Verbesserung der Wartungsfreundlichkeit sowie aus fertigungstechnischen Gründen sind Führungen 10 in der Luftleiteinrichtung 2 vorgesehen, die einen sicheren Austausch der in bzw. an der Luftleiteinrichtung 2 positionierten Komponenten, wie Kondensatoren 7 oder Lüfter 8, ermöglicht. Insbesondere wird dadurch erreicht, dass der Lüfter 8 bei einem Defekt ohne eine Demontage des Kühlsystems und der Luftleiteinrichtung 2 aus der Führung 10 herausgezogen und ersetzt werden kann, ohne das gesamte Kühlsystem demontieren zu müssen.It is particularly advantageous that the GPU, which produces the highest heat loss in the computer in addition to the CPU, is cooled directly. In order to improve the ease of maintenance and for manufacturing reasons, guides 10 are provided in the air guiding device 2, which enables a safe exchange of the components, such as capacitors 7 or fans 8, positioned in or on the air guiding device 2. In particular, this ensures that the fan 8 can be pulled out of the guide 10 and replaced in the event of a defect without dismantling the cooling system and the air guiding device 2, without having to dismantle the entire cooling system.
Gemäß Fig. 3 ist eine Luftleiteinrichtung 2 mit Führungen 10 für den Kondensator 7 eines Wärmerohres 5 sowie für einen Axiallüfter 8 perspektivisch dargestellt.3, an air guiding device 2 with guides 10 for the condenser 7 of a heat pipe 5 and for an axial fan 8 is shown in perspective.
In Fig. 4 ist ein modifiziertes Computergehäuse mit Montagerahmen 11 für die Luftleiteinrichtung 2 in aufgeklappter Montagestellung alternativ zur Gestaltung der Luftleiteinrichtung 2 mit Führungen 10 als eine vorteilhafte alternative Ausgestaltung der Erfindung dargestellt.4 shows a modified computer housing with a mounting frame 11 for the air guiding device 2 in the opened mounting position as an alternative to the design of the air guiding device 2 with guides 10 as an advantageous alternative embodiment of the invention.
Dabei wird die Luftleiteinrichtung 2 an einem Montagerahmen 11 mittels eines Befestigungspunktes 12 an zwei Seitenwänden der Luftleiteinrichtung 2 drehbar befestigt.The air guiding device 2 is rotatably attached to a mounting frame 11 by means of a fastening point 12 on two side walls of the air guiding device 2.
Fig. 4 zeigt die Stellung der Luftleiteinrichtung 2 vor der Montage des Computers. Dabei ist das Wärmerohr 5 mit dem elektronischen Bauteil 9, hier der CPU, thermisch leitend und statisch fest verbunden und wird durch diese bzw. die Platine gehalten. Unabhängig von der Fixierung bzw. Lagerung des Wärmerohres 5 ist die Luftleiteinrichtung 2 am Montagerahmen 11 derart drehbar lagernd fixiert, dass die Luftleiteinrichtung 2 während der Montage, wie in Fig. 5 zu sehen, in das Gehäuseinnere einklappbar ausgeführt ist.Fig. 4 shows the position of the air guiding device 2 before the assembly of the computer. The heat pipe 5 is thermally conductive and statically firmly connected to the electronic component 9, here the CPU, and is held by this or the circuit board. Regardless of the fixation or mounting of the heat pipe 5, the air guide device 2 is rotatably mounted on the mounting frame 11 such that the air guide device 2 is designed to be foldable into the interior of the housing during assembly, as can be seen in FIG. 5.
In Fig. 5 ist das modifizierte Computergehäuse mit Montagerahmen 11 für die Luftleiteinrichtung 2 in montierter Stellung im eingeklappten Zustand dargestellt. Der Luftaustritt 4 der Luftleiteinrichtung 2 zeigt in dieser Darstellung nach oben.5 shows the modified computer housing with mounting frame 11 for the air guiding device 2 in the assembled position in the folded state shown. The air outlet 4 of the air guiding device 2 points upwards in this illustration.
Besonders vorteilhaft ist diese alternative Ausgestaltung der Erfindung deshalb, weil einerseits aus Montagegründen eine unabhängige Fixierung von Wärmerohr 5 und Luftleiteinrichtung 2 möglich ist und andererseits aus Gründen der Transportsicherung gewährleistet wird, dass die einzelnen Elemente bzw. Bauteile des Computers derart fixiert sind, dass beim Transport keine Schäden durch die auftretenden Beschleunigungen der Einzelkomponenten auftreten können.This alternative embodiment of the invention is particularly advantageous because, on the one hand, an independent fixation of the heat pipe 5 and the air guiding device 2 is possible for assembly reasons, and on the other hand, for reasons of transport security, it is ensured that the individual elements or components of the computer are fixed in such a way that during transport No damage can occur due to the acceleration of the individual components.
Durch die separate Aufhängung von Wärmerohr 5 und Luftleiteinrichtung 2 wird die Transportsicherheit des Systems erhöht, da eine gewichtsmäßige Trennung von Kühlsystem und Kanal bzw. Luftleiteinrichtung erfolgt und somit die Belastungen durch Stöße geringere Wirkungen haben, was sich für die Dimensionierung der Befestigungen positiv auswirkt.The separate suspension of the heat pipe 5 and the air guiding device 2 increases the transport safety of the system, since the cooling system and duct or air guiding device are separated by weight and the loads caused by impacts have less effects, which has a positive effect on the dimensioning of the fastenings.
Ein ganz besonders hervorzuhebender Vorteil des erfindungsgemäßen Kühlsystems liegt darin, dass durch die konstruktive Trennung von CPU mit Wärmerohr und Luftleiteinrichtung mit Lüfter eine Schwingungsbelastung der CPU vermieden werden kann. Dies hat eine Erhöhung der Lebensdauer der CPU zur Folge.A particularly noteworthy advantage of the cooling system according to the invention is that the design separation of the CPU with the heat pipe and the air guiding device with the fan prevents the CPU from vibrating. This increases the lifespan of the CPU.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Kühlsystems liegt darin, dass mit einer einheitlichen Kühlergestaltung sowohl CPU's unterschiedlicher Hersteller als auch unterschiedlicher Leistung effizient enthitzt werden können.Another advantage of the cooling system according to the invention is that with a uniform cooler design, both CPU's from different manufacturers and different outputs can be efficiently heated.
In Fig. 6 ist ein erfindungsgemäßes Kühlsystem mit drei Wärmerohren 5 für6 is a cooling system according to the invention with three heat pipes 5 for
CPU, Chipsatz und GPU in einem liegenden Computer dargestellt. Der Lüfter 8 ist dabei vorteilhaft zwischen dem Kondensator 7 der CPU und demCPU, chipset and GPU displayed in a lying computer. The fan 8 is advantageous between the capacitor 7 of the CPU and the
Kondensator 7 des Chipsatzes 13 angeordnet. Der Luftaustritt 4 weist in dieser Darstellung wiederum nach oben, im aufgerichteten Zustand des Computers weist der Luftaustritt 4 zur Seite.Capacitor 7 of the chipset 13 arranged. The air outlet 4 points in this Representation again upwards, when the computer is upright, the air outlet 4 points to the side.
Gleichfalls sind Varianten der Luftleiteinrichtung 2 vom Erfindungsgedanken umschlossen, die den Luftaustritt 4 in die Rückwand oder auch in die horizontale obere Gehäusebegrenzung legen.Likewise, variants of the air guiding device 2 are encompassed by the inventive concept, which place the air outlet 4 in the rear wall or also in the horizontal upper housing boundary.
In Fig. 7 ist ein Computergehäuse mit einem einen Netzteillüfter enthaltendenIn Fig. 7 is a computer case with a power supply fan containing
Netzteil 14 und eine Luftleiteinrichtung 2 mit zusätzlichem Lüfter 8 dargestellt.Power supply unit 14 and an air guiding device 2 with additional fan 8 are shown.
Dabei sind das Netzteil 14 mit Netzteillüfter mit der Luftleiteinrichtung 2 derart verbunden, dass der Luftstrom vom Innenraum über die Luftleiteinrichtung 2 und das Netzteil 14 zum Luftaustritt 4 aus dem Gehäuse 1 leitbar ist.The power supply unit 14 with the power supply fan is connected to the air guide device 2 in such a way that the air flow from the interior can be conducted via the air guide device 2 and the power supply unit 14 to the air outlet 4 from the housing 1.
Erfindungsgemäß ist die nicht dargestellte Ausgestaltung umfasst, wenn dieAccording to the invention, the embodiment not shown is included if the
Innenraumluft zunächst über das Netzteil 14 und anschließend über dieIndoor air first via the power supply 14 and then via the
Luftleiteinrichtung 2 zum Luftaustritt 4 geleitet wird. In Fig. 8 ist ein Computergehäuse mit passivem Netzteil 15 und eineAir guiding device 2 is directed to the air outlet 4. In Fig. 8 is a computer case with a passive power supply 15 and one
Luftleiteinrichtung 2 mit einem Lüfter 8 dargestellt.Air guide device 2 shown with a fan 8.
Unter einem passiven Netzteil ist ein Netzteil 15 ohne Netzteillüfter zu verstehen. Zur Kühlung ist dieses Netzteil 15 bevorzugt in oder an derA passive power supply unit is to be understood as a power supply unit 15 without a power supply fan. For cooling, this power supply unit 15 is preferably in or on the
Luftleiteinrichtung 2 derart angeordnet, dass der Luftstrom vom Innenraum über die Luftleiteinrichtung 2 und das Netzteil 15 nach außen leitbar ist.Air guiding device 2 is arranged such that the air flow can be conducted from the interior via the air guiding device 2 and the power supply unit 15 to the outside.
Erfindungsgemäß ist die nicht dargestellte Ausgestaltung umfasst, wenn dieAccording to the invention, the embodiment not shown is included if the
Innenraumluft zunächst über das Netzteil 15 und anschließend über dieIndoor air first via the power supply 15 and then via the
Luftleiteinrichtung 2 zum Luftaustritt 4 geleitet wird.Air guiding device 2 is directed to the air outlet 4.
Die Erfindung ist gleichfalls vorteilhaft ausgestaltet, wenn die Kombination von einem Netzteil 14 mit Netzteillüfter und einer Luftleiteinrichtung 2 ohne Lüfter 8 realisiert wird. LISTE DER BEZUGSZEICHENThe invention is also advantageously designed if the combination of a power supply unit 14 with a power supply fan and an air guiding device 2 without a fan 8 is implemented. LIST OF REFERENCES
1 Gehäuse1 housing
2 Luftleiteinrichtung2 air guiding device
3 Lufteintritt3 air intake
4 Luftaustritt4 air outlet
5 Wärmerohr5 heat pipe
6 Verdampfer6 evaporators
7 Kondensator7 capacitor
8 Lüfter8 fans
9 elektronische Bauteile (GPU, CPU)9 electronic components (GPU, CPU)
10 Führung10 leadership
11 Montagerahmen11 mounting frames
12 Befestigungspunkt12 attachment point
13 Chipsatz13 chipset
14 Netzteil mit Netzteillüfter14 Power supply unit with power supply fan
15 Netzteil passiv 15 power supply passive

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Kühlsystem für elektronische Geräte mit einem Gehäuse (1) und einer im Inneren des Gehäuses (1 ) angeordneten Luftleiteinrichtung (2) und einem in oder an der Luftleiteinrichtung (2) platzierten Lüfter (8) zur Kühlung elektronischer Bauteile (9) mittels eines Wärmerohres (5) mit einem an einem elektronischen Bauteil (9) angeordneten Verdampfer (6) und einem Kondensator (7), wobei die Luftleiteinrichtung (2) einen Lufteintritt (3) im Inneren des Gehäuses (1 ) aufweist und dass ein Luftaustritt (4) am Gehäuse (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (7) in der Luftleiteinrichtung (2) angeordnet ist und dass die Luftleiteinrichtung (2) aus einem schlecht Wärme leitendenden Material mit einem Wärmeleitkoeffizenten λ < 0,5 W/mK bei 20 °C ausgebildet ist und dass die durch elektronische Bauteile (9) erwärmte Luft aus dem Inneren des Gehäuses (1) über die Luftleiteinrichtung (2) und nach Kühlung des Kondensators (7) direkt aus dem Gehäuse (1) herausgeleitet wird.1. Cooling system for electronic devices with a housing (1) and an air guide device (2) arranged inside the housing (1) and a fan (8) placed in or on the air guide device (2) for cooling electronic components (9) by means of a Heat pipe (5) with an evaporator (6) arranged on an electronic component (9) and a condenser (7), the air guiding device (2) having an air inlet (3) inside the housing (1) and an air outlet (4 ) is arranged on the housing (1), characterized in that the condenser (7) is arranged in the air guiding device (2) and in that the air guiding device (2) is made of a poorly heat-conducting material with a thermal conductivity coefficient λ <0.5 W / mK is formed at 20 ° C and that the air heated by electronic components (9) from the interior of the housing (1) via the air guiding device (2) and after cooling the condenser (7) directly from the housing (1) is diverted.
2. Kühlsystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Wärmerohre (5) zur Kühlung von mehreren elektronischen Bauteilen (9) vorgesehen sind, wobei die Kondensatoren (7) der Wärmerohre (5) in der Luftleiteinrichtung (2) angeordnet sind.2. Cooling system according to claim 1, characterized in that a plurality of heat pipes (5) are provided for cooling a plurality of electronic components (9), the capacitors (7) of the heat pipes (5) being arranged in the air guiding device (2).
3. Kühlsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass je ein Verdampfer (6) eines Wärmerohres (5) auf der CPU, auf der Grafikkarte sowie auf dem Chipsatz eines Computers angeordnet ist.3. Cooling system according to claim 2, characterized in that an evaporator (6) of a heat pipe (5) is arranged on the CPU, on the graphics card and on the chipset of a computer.
4. Kühlsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter (8) zwischen den Kondensatoren (7) der Wärmerohre (5) angeordnet ist. 4. Cooling system according to claim 3, characterized in that the fan (8) between the capacitors (7) of the heat pipes (5) is arranged.
5. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmerohre (5) unterschiedliche Kondensationstemperaturen aufweisen, wobei der Luftstrom vom Lufteintritt (3) zum Luftaustritt (4) nacheinander die mit steigender Kondensationstemperatur angeordneten Kondensatoren (7) passiert.5. Cooling system according to one of claims 2 to 4, characterized in that the heat pipes (5) have different condensation temperatures, the air flow from the air inlet (3) to the air outlet (4) successively passing through the condensers (7) arranged with increasing condensation temperature.
6. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Computer das Netzteil (14) mit Netzteillüfter mit der Luftleiteinrichtung (2) derart verbunden ist, dass der Luftstrom vom Innenraum über die Luftleiteinrichtung (2) und das Netzteil (14) oder umgekehrt nach außen leitbar ist.6. Cooling system according to one of claims 1 to 5, characterized in that in a computer the power supply (14) with the power supply fan is connected to the air guiding device (2) such that the air flow from the interior via the air guiding device (2) and the power supply ( 14) or vice versa can be conducted to the outside.
7. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Computer das Netzteil (15) ohne Netzteillüfter zur Kühlung in oder an der Luftleiteinrichtung (2) derart angeordnet ist, dass der Luftstrom vom Innenraum über die Luftleiteinrichtung (2) und das Netzteil (15) oder umgekehrt nach außen leitbar ist.7. Cooling system according to one of claims 1 to 5, characterized in that in a computer the power supply (15) is arranged without a power supply fan for cooling in or on the air guiding device (2) such that the air flow from the interior via the air guiding device (2) and the power supply unit (15) or vice versa can be conducted to the outside.
8. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Lufteintritt (3) in die Luftleiteinrichtung (2) im oberen Teil des Gehäuses (1) angeordnet ist.8. Cooling system according to one of claims 1 to 7, characterized in that the air inlet (3) in the air guiding device (2) is arranged in the upper part of the housing (1).
9. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftleiteinrichtung (2) als Kanal ausgebildet ist, dessen Querschnittsflächen am Lufteintritt (3) und am Luftaustritt (4) die gleiche Größe aufweisen. 9. Cooling system according to one of claims 1 to 8, characterized in that the air guiding device (2) is designed as a channel, the cross-sectional areas at the air inlet (3) and at the air outlet (4) have the same size.
10. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche der Luftleiteinrichtung (2) am Lufteintritt (3) überwiegend horizontal ausgerichtet ist.10. Cooling system according to one of claims 1 to 9, characterized in that the cross-sectional area of the air guiding device (2) at the air inlet (3) is predominantly oriented horizontally.
11. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche am Luftaustritt (4) der Luftleiteinrichtung (2) in eine vertikale Begrenzungsfläche des Gehäuses (1) integriert ist.11. Cooling system according to one of claims 1 to 10, characterized in that the cross-sectional area at the air outlet (4) of the air guiding device (2) is integrated into a vertical boundary surface of the housing (1).
12. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Luftleiteinrichtung (2) an einem Montagerahmen (11) befestigt ist und dass die Wärmerohre (5) über die elektronischen Bauteile (9) getrennt von der Luftleiteinrichtung (2) befestigt sind.12. Cooling system according to one of claims 1 to 11, characterized in that the air guiding device (2) is fastened to a mounting frame (11) and that the heat pipes (5) are fastened separately from the air guiding device (2) via the electronic components (9) are.
13. Kühlsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftleiteinrichtung (2) an dem Montagerahmen (11) derart drehbar gelagert ist, dass die Luftleiteinrichtung (2) für die Montage einschwenkbar ausgebildet ist.13. Cooling system according to claim 12, characterized in that the air guiding device (2) is rotatably mounted on the mounting frame (11) in such a way that the air guiding device (2) is designed to be pivotable for the mounting.
14. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftleiteinrichtung (2) Führungen (10) zur Aufnahme von Lüftern (8) und/oder Kondensatoren (7) aufweist, durch welche diese Komponenten ohne Demontage der Luftleiteinrichtung (2) ausgewechselt werden können.14. Cooling system according to one of claims 1 to 13, characterized in that the air guiding device (2) has guides (10) for receiving fans (8) and / or capacitors (7), through which these components without dismantling the air guiding device (2 ) can be replaced.
15. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Lüfter (8) ein Axiallüfter mit einem Durchmesser von 80 mm, 92 mm oder von 120 mm vorgesehen ist. 15. Cooling system according to one of claims 1 to 14, characterized in that an axial fan with a diameter of 80 mm, 92 mm or 120 mm is provided as the fan (8).
16. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (7) des Wärmerohres (5) nicht horizontal in der Luftleiteinrichtung angeordnet ist und somit ein schwerkraftgetriebener Ruckfluss von Kondensat zum Verdampfer (6) realisierbar ist.16. Cooling system according to one of claims 1 to 15, characterized in that the condenser (7) of the heat pipe (5) is not arranged horizontally in the air guiding device and thus a gravity-driven return flow of condensate to the evaporator (6) can be realized.
17. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (7) des Wärmerohres (5) direkt am Lufteintritt (3) der Luftleiteinrichtung (2) angeordnet ist. 17. Cooling system according to one of claims 1 to 16, characterized in that the condenser (7) of the heat pipe (5) is arranged directly at the air inlet (3) of the air guiding device (2).
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