• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Flüssigkeitskühlung von Mikroprozessoren in Computersystemen, bei der keine Pumpe und kein Radiator zur Wärmeabführung benötig wird. Ein Kühlblock, vorzugsweise aus Kupfer, ist zur Vergrößerung der Oberfläche mit mehreren Bohrungen versehen. Wärmeabgabe erfolgt in einem Wärmetauscher (2), durch den ein Fallrohr (4) geführt ist und der die Wärme an die in Richtung des dritten Pfeils (12) ausströmende Luft abgibt. Das Fallrohr mündet in den Kühlblock (1), der am Mikroprozessor (6) angebracht ist. Aus dem Kühlblock strömt die erwärmte Flüssigkeit in einem Steigrohr (3) aufwärts, das oben mittels eines Krümmers (1.9) mit dem Fallrohr verbunden ist. Auf diese Weise ist ein geschlossener Kreislauf gebildet.
    公开号:DE102004031251A1
    申请号:DE200410031251
    申请日:2004-06-29
    公开日:2006-01-26
    发明作者:Sebastian Jaksch
    申请人:Sebastian Jaksch；
    IPC主号:G06F1-20
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Flüssigkeitskühlung vonMikroprozessoren, die in PC's,Workstations, Servern usw. eingebaut sind.
    [0002] Dieerfindungsgemäße Vorrichtungbenötigt keinePumpe fürden Flüssigkeits-Umlauf. Sie kann insgesamtin dem Gehäuse,in dem sich der Mikroprozessor befindet, angebracht werden und kann auchso angebracht werden, dass einige Elemente der Vorrichtung im erwähnten Gehäuse unddie übrigenElemente außerhalbdes Gehäusesangeordnet sind.
    [0003] Dererfindungsgemäß gestalteteKühlblock wirdauf bekannt Weise am Mikroprozessor angebracht, wobei eine horizontaleLage des Mikroprozessors die beste Wärmeabführung gewährleistet.
    [0004] DerUmlauf der Kühlflüssigkeitwird durch die Differenz zwischen der Dichte der erwärmten Flüssigkeitund der Dichte der abgekühltenFlüssigkeit bewirkt.
    [0005] DieerwärmteKühlflüssigkeitwird durch einen Wärmetauschergeführt,in dem die Luft der Umgebung nach dem Gegenstrom-Prinzip infolgeihrer Erwärmungaufwärtsströmtund so durch Konvektion die Kühlflüssigkeitabkühlt.Vorrichtungen zur Kühlungvon Mikroprozessoren sind bekannt.
    [0006] Diesebekannten Vorrichtungen haben jedoch gemeinsam den Nachteil, dasssie eine Pumpe fürden Flüssigkeits-Umlaufbenötigen.Diese Pumpen sind teuer im Vergleich z.B. mit den Kosten für einendurchschnittlichen PC. Außerdemist ein besonderes Gehäusefür diePumpe außerhalbdes Gehäusesder betreffenden Rechenanlage erforderlich.
    [0007] Inder DE 201 11 305U1 ist ein Wasserkühlsystemzur Kühlungvon CPU's und Mikroprozessorengezeigt, das einen Kühlkörper aufweist,der im Innern mit einem Kern aus Kupfer versehen ist, um den dasKühlmediumkreisförmigmittels einer Pumpe bewegt wird. Die erwärmte Flüssigkeit wird auf einer Seitedes Kühlblocksradial eingeleitet und auf der entgegengesetzten Seite abgeleitet.Wie allerdings die im Kühlblockaufgenommene Wärmeabgeführt wird,ist der genannten Literaturstelle nicht zu entnehmen. Dieses bekannteWasserkühl-System befindet sichim Handel. Hierbei ist festzustellen, dass eine Pumpe erforderlichist, um die Kühlflüssigkeit umeinen Kern herum zu führen,der im Kühlblockangebracht ist.
    [0008] Inder DE 203 11 701U1 ist eine Aktivwasserkühlung für PC- und Workstationsystemengezeigt, bei dem die Wärmeabnahmeam Mikroprozessor durch einen flüssigkeitsführendenKühlkörper erfolgtund die Wärme über einenRadiator innerhalb des Gehäusesfreigegeben wird. Auch bei dieser bekannten Vorrichtung ist einePumpe fürden Wasserumlauf erforderlich. Ein besonderer Nachteil dieser bekanntenVorrichtung besteht darin, dass zusätzlich ein Radiator erforderlichist.
    [0009] Bekanntlichist aber ein Radiator, z.B. in einem PC, nur zur Kühlung desMikroprozessors erforderlich.
    [0010] Ausgehendvon diesem Stand der Technik macht es sich die vorliegende Erfindungzur Aufgabe, eine Vorrichtung zur Flüssigkeitskühlung von Computer-Systemen zu schaffen,die folgende Bedingungen erfüllensoll: 1. Die Kühlflüssigkeit soll durch den Kühlkörper (imweiteren als Kühlblockbezeichnet) ohne Pumpe fließen, 2 es soll kein Radiator zur Wärmeabfuhr benötigt werden, 3. der Kühlblocksoll bei horizontaler und vertikaler Lage des Mikroprozessors andiesem angebracht werden können, 4. der Kühlblocksoll im Innern so beschaffen sein, dass für die durchfließende Kühlflüssigkeiteine möglichtgroßeOberflächezum Zweck eines guten Wärmeübergangsvorhanden ist, 5. die Vorrichtung soll entweder ganz im Gehäuse der Rechenanlage oder diewärmeabgebenden Elementesollen außerhalbdes erwähntenGehäusesangebracht werden können.
    [0011] DieseAufgabe wird gelöstdurch eine Vorrichtung zur Flüssigkeitskühlung vonComputersystemen gemäß der Beschreibung,den Zeichnungen und den Patent-Ansprüchen.
    [0012] DieErfindung wird anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigt:
    [0013] 1 eineDraufsicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
    [0014] 2 eineSeitenansicht der Darstellung gemäß 1,
    [0015] 3 einenSchnitt I–Igemäß 1 einer Ausführungsformeines Wärmetauschers,bei der parallele Radialrippen zur Kühlung an einem Innenkörper desWärmetauschersangebracht sind,
    [0016] 4 einenSchnitt I–Igemäß 1 einer Ausführungsformeines Wärmetauschers,bei der Wendelrippen zur Kühlungam Innenkörperdes Wärmetauschersangebracht sind,
    [0017] 5 einenSchnitt II–IIgemäß 2 einer Ausführungsformeines Wärmetauschers,bei der Längsrippenradial am Innenkörperdes Wärmetauschersangebracht sind und zwar parallel zu dessen Längsachse,
    [0018] 6 einenSchnitt II–IIgemäß 2 einer Ausführungsformdes Wärmetauschers,bei der Längsrippenund außerdemMantelrippen zur Verbesserung der Luftführung im Innern eines Mantels andiesem angebracht sind,
    [0019] 7 eineDraufsicht eines erfindungsgemäß gestaltetenKühlblocks,
    [0020] 8 eineAnsicht III gemäß 7,
    [0021] 9 eineAnsicht IV gemäß 7,
    [0022] 10 einenSchnitt V–Vgemäß 7,
    [0023] 11 einenSchnitt VI–VIgemäß 7,
    [0024] 12 einenSchnitt VII–VIIgemäß 7,
    [0025] 13 eineSeitenansicht einer Anordnung des Kühlblocks an einem vertikalangeordneten Mikroprozessor, wobei die Ablaufbohrung an der Vorderseitedes Kühlblocksangebracht ist und
    [0026] 14 eineDraufsicht einer Anordnung des Kühlblocksan einem vertikal angeordneten Mikroprozessor, wobei die Ablaufbohrungseitlich am Kühlblockangeordnet ist.
    [0027] DerKühlblock 1 bestehtvorzugsweise aus Kupfer. Er wird mit seiner ebenen, glatten Aufsetzfläche 1.1 andem zu kühlendenMikroprozessor 6 angebracht, der auf einer Platine 7 imGehäuse 8 befestigtist, wobei zur Verbesserung des Wärmeübergangs eine bekannte Pasteoder ein bekanntes Pad zwischen der Aufsetzfläche 1.1 und dem Mikroprozessorangeordnet werden kann.
    [0028] DerKühlblockist mit einer Zulaufbohrung 1.2 versehen, die mit einemGewinde versehen ist. In diese Zulaufbohrung ist das untere Endeeines Fallrohres 4 eingeführt, in dem die abgekühlte Kühlflüssigkeitin Richtung des zweiten Pfeils 11 abwärts fließt.
    [0029] Indem zur Zulaufbohrung 1.2 entgegengesetzten Bereich desKühlblocks 1 istdieser an einer seiner Seitenflächenmit einer Ablaufbohrung 1.3 versehen, in der das untereEnde eines Steigrohrs 3 mündet. In diesem Steigrohr strömt die imKühlblock erwärmte Flüssigkeitin Richtung des ersten Pfeils 10 aufwärts. An ihren oberen Endensind das Steigrohr und das Fallrohr mittels eines Krümmers 1.9 miteinander verbunden. Am Krümmer 1.9 istein verschließbarerFüllaufsatz 5 zurBefüllungder Vorrichtung vorgesehen.
    [0030] Aufdiese Weise ist ein geschlossener Kreislauf hergestellt.
    [0031] Zwischendem Krümmer 1.9 undder Zulaufbohrung 1.2 ist ein Wärme-Tauscher 2 vertikal angeordnet.Dieser Wärmetauscherweist einen Innenkörper 2.1 miteiner Körperbohrung 2.1.1 auf,deren Innendurchmesser dem Innendurchmesser des Fallrohrs 4 entspricht.Die Längedes Wärmetauschers 2 unddamit die Längedes Innenkörperssind von der Wärmemengeabhängig,die vom jeweiligen Mikroprozessor 6 erzeugt wird. Am oberenund am unteren Ende des Innenkörpers 2.1 istjeweils ein Anschluss-Stutzen 2.4 angebracht, an dem mittelsbekannter Verbindungselemente 2.5 die Enden des Fallrohrs 4 befestigtsind. Es ist auch möglich,die beiden Enden der Körperbohrungmit einem nicht gezeichneten Innengewinde zu versehen und die Endendes Fall-Rohrs mittelsbekannter Einschraubmuffen am Innenkörper zu befestigen. Der Innenkörper istmit einem Mantel 2.3 umgeben, der als Hohlzylinder ausgebildetist und dessen Mittelachse identisch ist mit der Längsachsedes Innenkörpers 2.1. DieserMantel dient zur Verbesserung der Strömungsverhältnisse der in Richtung desdritten Pfeils 12 aufwärtsströmendenLuft in Verbindung mit den nachfolgend beschriebenen Kühlrippen 2.2.
    [0032] DerInnenkörper 2.1 istaußenmit Kühlrippen 2.2 versehen,die im Rahmen der Erfindung auf verschiedene Weise ausgebildet seinkönnen.
    [0033] In 3 istein Innenkörper 2.1 gezeigt,der aus Kupfer, Aluminium oder einem anderen, wärmeleitenden Material bestehtund parallele Radialrippen 2.2.1 aufweist, die einstückig mitdem Innenkörper verbundensind.
    [0034] In 4 istein Innenkörper 2.1 gezeigt,bei der die Kühlrippenschraubenförmigals Wendelrippen 2.2.2 einstückig mit dem Innenkörper verbunden sind.Diese Anordnung begünstigtden Wärmeübergangan die aufwärtsströmendeLuft.
    [0035] 5 zeigteinen Innenkörper 2.1,an dem Längsrippen 2.2.3 angeformtsind, die parallel zur Längsachsedes Innenkörpersausgerichtet sind. Eine solche Ausführungsform ist herstellbar,in dem man den Innenkörpermit den Längsrippen 2.2.3 als Gusskörper herstelltund anschließenddie Körperbohrung 2.1.1 anbringt.
    [0036] 6 zeigteinen Innenkörper 2.1 andem Längsrippen 2.2.3 angebrachtsind, die einen rechteckförmigenQuerschnitt aufweisen und die am Innenkörper angeschweißt oderangelötetsind.
    [0037] Außerdem istunabhängigvon der Ausführungsartder Kühlrippen 2.2 vorgesehen,den Mantel 2.3 mit Mantelrippen 2.3.1 zu versehen,die in die Zwischenräumeder Kühlrippenhinein ragen.
    [0038] DerMantel ist mit Fixierelementen 2.6 am Innenkörper 2.1 angebracht.Als solche Fixierelemente könnenSchrauben, Haken u.ä.verwendet werden. Der Kühlblock 1 istzur Vergrößerung derOberfläche für die durchfließende Kühlflüssigkeitmit mehreren Bohrungen versehen.
    [0039] EineMittelbohrung 1.5 verbindet direkt die Zulaufbohrung 1.2 mitder Ablaufbohrung 1.3. Im Bereich der Zulaufbohrung sindeine erste Querbohrung 1.6 und im Bereich der Ablaufbohrung 1.3 einezweite Querbohrung 1.7 vorgesehen, die jeweils am vorderenEnde mittels eines Verschlusszapfens 1.8 verschlossen werden.
    [0040] Parallelzur Mittelbohrung sind zwei oder mehrere Seitenbohrungen 1.4 vorgesehen,die jeweils die erste Querbohrung 1.6 mit der zweiten Querbohrung verbinden.In 7, 8, 9, 10, 11 und 12 isteine Anordnung gezeigt, bei der der Kühlblock oben auf dem Mikroprozessor 6 aufgesetztist. Es sind zwei Seitenbohrungen 1.4 eingezeichnet. Diesesind ebenfalls auf einer Seite mittels Verschlusszapfen 1.8 verschlossen.
    [0041] Wennder Mikroprozessor 6 an einer vertikalen Platine 7 angebrachtist, kann die Zulaufbohrung 1.2 seitlich am Kühlblock 1 angebrachtwerden. In 13 ist eine Anordnung gezeigt,bei der die Zulaufbohrung 1.2 rechtwinklig zur Ablaufbohrung 1.3 imunteren Bereich der Vorderseite des Kühlblocks angebracht ist. Indiesem Falle mündetdie Zulaufbohrung rechtwinklig in die erste Querbohrung 1.6.
    [0042] In 14 isteine Anordnung gezeigt, bei der die Zulaufbohrung an einer Seitedes Kühlblocksangebracht ist und die Zulaufbohrung 1.2 direkt geradlinigmit der ersten Querbohrung 1.6 verbunden ist.
    [0043] Temperaturmessungenan einem durchschnittlichen, modernen, im Betrieb befindlichen PC habengezeigt, dass zwischen den Messpunkten am Steigrohr 3 undam Fallrohr 4 vor der Zulaufbohrung eine Temperaturdifferenzvon ca. 10 Grad Celsius erreicht wird.
    1 Kühlblock 1.1 Aufsetzfläche 1.2 Zulaufbohrung 1.3 Ablaufbohrung 1.4 zweiSeitenbohrungen 1.5 Mittelbohrung 1.6 ersteQuerbohrung 1.7 zweiteQuerbohrung 1.8 Verschlusszapfen 1.9 Krümmer 2 Wärmetauscher 2.1 Innenkörper 2.2 Kühlrippen 2.2.1 Radialrippen 2.2.2 Wendelrippen 2.2.3 Längsrippen 2.3 Mantel 2.3.1 Mantelrippen 2.4 Anschluss-Stutzen 2.5 Verbindungselement 2.6 Fixierelemente 3 Steigrohr 4 Fallrohr 5 Füllaufsatz 6 Mikroprozessor 7 Platine 8 Gehäuse 10 ersterPfeil (Strömungsrichtungim Steigrohr 3) 11 zweiterPfeil (Strömungsrichtungim Fallrohr 4) 12 dritterPfeil (Luft-Strömungsrichtungim Wärmetauscher 2)
    权利要求:
    Claims (5)
    [1] Vorrichtung zur Flüssigkeitskühlung von Mikroprozessorenin Computersystemen, die einen, an dem zu kühlenden Mikroprozessor angebrachten Kühlblockmit einer Zulaufbohrung und einer Ablaufbohrung aufweist, gekennzeichnetdurch folgende Merkmale: 1.1 In die Zulaufbohrung (1.2)des Kühlblocks(1) ist das untere Ende eines vertikalen Fallrohres (4)eingeführt,das durch einen Wärmetauscher(2) geführt istund das oben mittels eines Krümmers(1.9) mit einem ebenfalls vertikalen Steigrohr (3)verbunden ist, das unten in die Zulaufbohrung (1.2) mündet, 1.2der Kühlblock(1) ist im Bereich der Zulaufbohrung (1.2) miteiner ersten Querbohrung (1.6) und am entgegengesetztenEnde im Bereich der Ablaufbohrung (1.3) mit einer zweitenQuerbohrung (1.7) versehen, 1.2.1 die erste Querbohrung(1.6) ist mittels einer Mittelbohrung (1.5) mitder zweiten Querbohrung (1.7) verbunden, 1.2.2 parallelzur Mittelbohrung (1.5) sind zwei oder mehrere Seitenbohrungen(1.4) vorgesehen, die jeweils die erste Querbohrung (1.6)mit der zweiten Querbohrung (1.7) verbinden, 1.2.3die erste Querbohrung (1.6), die zweite Querbohrung (1.7)und die Seitenbohrungen (1.4) sind außen mittels Verschlusszapfen(1.8) verschlossen, 1.3 der Wärmetauscher (2), deraußerhalboder innerhalb des Gehäuses(8) angebracht sein kann, ist mit einem Innenkörper (2.1)versehen, dessen Innendurchmesser dem Innendurchmesser des Fallrohres (4)entspricht, 1.3.1 auf der Außenseite ist der Innenkörper (2.1)mit Kühlrippen(2.2) versehen, die entsprechen der erforderlichen Wärmeabführung alsRadialrippen (2.2.1), als Wendelrippen (2.2.2)oder als Längsrippen(2.2.3) ausgebildet sind, 1.3.2 das obere Ende unddas untere Ende des Innenkörpers(2.1) sind jeweils mit dem Fallrohr (4) verbunden, 1.3.2der Innenkörper(2.1) ist mit einem Mantel (2.3) umgeben, derals Hohlzylinder ausgebildet ist und dessen Mittelachse identischist mit der Längsachse desInnenkörpers(2.1), 1.3.2.1 der Mantel (2.3) ist mittelsFixierelementen (2.6) am Innenkörper (2.1) angebrachtund 1.4 am Krümmer(1.9) ist ein Füllaufsatz(5) vorgehen, durch den das in sich geschlossene Systemmit Kühlflüssigkeitvollständigbefüllbarist.
    [2] Vorrichtung zur Flüssigkeitskühlung von Mikroprozessorenin Computersystemen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dassdie Radialrippen (2.2.1) parallel zueinander angeordnetund mit dem Innenkörper(2.1) einstückigverbunden sind.
    [3] Vorrichtung zur Flüssigkeitskühlung von Mikroprozessorenin Computersystemen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dassdie Längsrippen (2.2.3)parallel zur Längsachsedes Innenkörpers (2.1)angeordnet und einstückigmit diesem verbunden sind.
    [4] Vorrichtung zur Flüssigkeitskühlung von Mikroprozessorenin Computersystemen nach Anspruch 1 und Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet,dass am InnenkörperLängsrippen(2.2.3) mit rechteckförmigemQuerschnitt angebracht sind, die parallel zur Längsachse ausgerichtet sind.
    [5] Vorrichtung zur Flüssigkeitskühlung von Mikroprozessorenin Computersystemen dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenwanddes Mantels (2.3) länglicheMantelrippen (2.3.1) angebracht sind, die in die Zwischenräume zwischenden Längsrippen (2.2.3)hinein ragen.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004031251B4|2007-03-22|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2006-01-26| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2007-09-20| 8364| No opposition during term of opposition|
    2008-04-17| 8339| Ceased/non-payment of the annual fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE200410031251|DE102004031251B4|2004-06-29|2004-06-29|Vorrichtung zur Flüssigkeitskühlung von Mikroprozessoren in Computersystemen|DE200410031251| DE102004031251B4|2004-06-29|2004-06-29|Vorrichtung zur Flüssigkeitskühlung von Mikroprozessoren in Computersystemen|
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