Die Erfindung geht aus von einem Kühlkörper für eine elektronische Komponente, wobei der Kühlkörper einen Luftwärmetauscher mit einer Vielzahl Lamellen aufweist, die Luftführungskanäle durch den Luftwärmetauscher begrenzen. Ein derartiger Kühlkörper ist in der DE 10 2004023 037 B4 beschrieben.

Mit steigender Leistungsdichte elektronischer Komponenten, etwa IT-Komponenten oder Wechselrichter, sowie mit siegender Rechenleistung von Mikrochips (CPUs, GPUs) steigt auch deren Wärmeentwicklung. Die bisher verwendeten Luftwärmetauscher sind häufig als Aluminiumblöcke ausgebildet und weisen daher eine limitierte Dissipationskapazität auf. Weiterentwicklungen etwa im Bereich der Mikrochip-Technologie ermöglichen Chip-Leistungen von bis zu 400 Watt pro Chip. Aufgrund der gestiegenen Leistungsdichte sind die bekannten Luftwärmetauscher nicht mehr dazu geeignet, die entstehende Verlustleistung in ausreichendem Maße zu dissi pieren. Neue Kühltechnologien wie „Direct Chip Cooling“ ermöglichen es zwar, die Komponente effektiv zu kühlen. Andererseits sind diese Technologien jedoch wesentlich komplexer und vergleichsweise weniger robust gegenüber Ausfällen als zum Beispiel die in die CPU oder GPU integrierten Luftwärmetauscher. Auch die aus dem Stand der Technik bekannten Heatpipes auf Grundlage von Kupferrohren und Aluminiumlamellen weisen eine nur begrenzte Kühlkapazität auf.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen Kühlkörper mit einem Luftwärmetauscher derart weiter zu entwickeln, dass er eine möglichst hohe Kühlleistungsdichte aufweist.

Diese Aufgabe wird durch einen Kühlkörper mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der nebengeordnete Anspruch 12 betrifft eine entsprechende Anordnung. Vorteilhafte Ausführungsformen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Demgemäß ist bei einem Kühlkörper vorgesehen, dass die Lamellen des Luftwärmetauschers zumindest teilweise als Heatpipe ausgebildet sind. Durch die Verwendung der Heatpipes wird die Verlustleistung effizient auf das Volumen des Luftwärmetauschers verteilt, wodurch der Wärmeabtausch an die den Luftwärmetauscher durchströmende Luft verbessert und damit der Wirkungsgrad des Kühlkörpers erhöht wird.

Die als Heatpipe ausgebildeten Lamellen können jeweils mindestens einen vertikalen Hohlleiter oder MicroChannel aufweisen, in dem ein Arbeitsmedium der Heatpipe geführt ist. Demgemäß können die Lamellen als medienführende Hohllamellen ausgeführt sein. Die Hohllamellen können zwischen einer Verdampfungszone in einem unteren Bereich des Luftwärmetauschers und einem Hohlraum im oberen Bereich des Luftwärmetauschers ausgebildet sein und in diese münden. Vorzugsweise können sich die Heatpipes bzw. die Lamellen parallel zueinander erstrecken. Die als Hohllamellen ausgebildeten Lamellen können demgemäß das Medienvolumen der Verdampfungszone mit dem Hohlraum fluidisch verbinden, sodass sämtliche Heatpipes über die Verdampfungszone und den Hohlraum fluidisch miteinander in Verbindung stehen können.

Der Luftwärmetauscher kann ein, vorzugsweise vorlauf- und rücklauffreier, Microchannel-Wärmeübertrager mit einem hermetisch gekapselten Volumen eines Arbeitsmediums sein. Der Luftwärmetauscher kann beispielsweise dadurch bereitgestellt werden, dass bei einem handelsüblichen Microchannel-Wärmeübertrager gegebenenfalls vorhandene Vor- und Rückläufe verschlossen werden, nachdem der Microchannel-Wärmeübertrager mit einem Arbeitsmedium, beispielsweise mit einem 2-Phasen-Kältemittel, befüllt worden ist, sodass das Arbeitsmedium in dem verschlossenen Microchannel-Wärmeübertrager hermetisch gekapselt ist.

Der Microchannel-Wärmeübertrager kann eine Vielzahl MicroChannel aufweisen, die jeweils eine der Heatpipes bilden. Die MicroChannel können durch die Verdampfungszone und ggf. einen oberen Hohlraum miteinander verbunden sein. Dadurch ergibt sich eine verbesserte Verteilung der Verlustleistung auf sämtliche MicroChannel, wodurch die Wärmeabfuhrkapazität erhöht wird. Dies trägt ebenfalls zur Vermeidung von Hotspots in der elektronischen Komponente bei. Weiterhin kann die Verlustfläche deutlich über die Kontaktfläche der elektronischen Komponente mit dem Kühlkörper hinaus vergrößert werden.

Vorzugsweise bildet jeder MicroChannel der Vielzahl MicroChannel des Microchannel- Wärmeübertragers jeweils eine der Heatpipes. Der MicroChannel -Wärmeübertrager kann eine Verdampfungszone aufweisen, in welche die MicroChannel mit einem ersten Ende münden und über welche die MicroChannel fluidisch miteinander verbunden sind. Die Verdampfungszone kann ein Reservoir für ein Arbeitsmittel der Heatpipes sein, welche von den MicroChannel gebildet werden.

Die Verdampfungszone kann in unmittelbarem oder mittelbarem thermischem Kontakt zu einer Montageseite des Kühlkörpers für die Montage des Kühlkörpers auf einer zu kühlenden elektronischen Komponente stehen. Vorzugsweise sind die Montageseite des Kühlkörpers und übrige Bestandteile des Kühlkörpers, insbesondere die Heatpipes des Kühlkörpers, beispielsweise der die Heatpipes bereitstellende Microchannel- Wärmeübertrager, einteilig ausgebildet, vorzugsweise aus demselben Werkstoff. Ein derartiger Kühlkörper kann beispielsweise mit Hilfe eines additiven Fertigungsverfahrens, etwa mittels Auftragsschweißen, hergestellt werden. Die Einteiligkeit gewährleistet eine optimale Wärmeübertragung zwischen der Montageseite und den Heatpipes bzw. zwischen der Montageseite und der Verdampfungszone der Heatpipes. Geeignete Materialien umfassen Aluminium oder eine aluminiumhaltige Legierung.

Der Microchannel-Wärmeübertrager kann einen Hohlraum aufweisen, in welchen die MicroChannel mit ihren den ersten gegenüber angeordneten zweiten Enden münden. Der Hohlraum kann Bestandteil einer Kondensationszone der Heatpipes sein. Da funktionsgemäß die Kondensation jedoch aufgrund der den Luftwärmetauscher durchsetzenden Luft entlang der als Heatpipes ausgebildeten Lamellen geschieht, bedarf der Kühlkörper nicht zwangsläufig einer separaten Kondensationszone, wie dies bei aus dem Stand der Technik bekannten Heatpipe-Anordnungen bekannt ist. Der Hohlraum kann daher insbesondere die Funktion aufweisen, die zweiten Enden der Vielzahl Heatpipes miteinander zu verbunden, um einen fluidischen Austausch zwischen den Heatpipes und damit eine Optimierung des Wirkungsgrades des Kühlkörpers durch eine bessere Verteilung der Kühllast über sein Kühlkörpervolumen zu erreichen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Microchannel-Wärmeübertrager zusätzlich zu den als Heatpipe ausgebildeten Lamellen weitere Lamellen auf, die sich im Wesentlichen parallel zueinander und voneinander beabstandet sowie im Wesentlichen senkrecht zu den als Heatpipe ausgebildeten Lamellen erstrecken. In der Einbausituation sind die als Heatpipe ausgebildeten Lamellen zur Gewährleistung einer optimalen Funktion der Heatpipes vertikal, oder im Wesentlichen vertikal, oder zumindest abschnittsweise vertikal ausgerichtet. Folglich können die bei der bevorzugten Ausführungsform zusätzlich vorhandenen, weiteren Lamellen in der Einbausituation im Wesentlichen horizontal ausgerichtet sein. Die weiteren Lamellen können im Wesentlichen zwei Funktionen aufweisen. Zum einen dienen die Lamellen zur Wärmeübertragung zwischen den Heatpipes und damit zur Steigerung der Effizienz des Kühlkörpers, indem eine erforderliche Kühllast besser über das Kühlkörpervolumen verteilt bzw. eine lokal in der zu kühlenden elektronischen Komponente entstehende Verlustleistung optimal abgeführt wird. Andererseits bilden die weiteren Lamellen eine zusätzliche Fläche für die Wärmeübertragung zwischen dem Kühlkörper und der den Kühlkörper durchströmenden Luft, insbesondere zwischen den Heatpipes und der den Kühlkörper durchströmenden Luft.

Die weiteren Lamellen können daher als massive Lamellen aus einem wärmeleitfähigen Material ausgebildet sein, wobei benachbarte der als Heatpipe ausgebildeten Lamellen über eine Vielzahl der weiteren Lamellen thermisch miteinander gekoppelt sind.

Die als Heatpipe ausgebildeten Lamellen können sich parallel zueinander erstrecken und einen Abstand zueinander aufweisen, der weniger als 10 mm, vorzugsweise weniger als 8 mm und besonders bevorzugt weniger als 6 mm beträgt.

Die als Heatpipe ausgebildeten Lamellen können jeweils eine Mehrzahl vertikaler und paralleler MicroChannel aufweisen, die in einer Längsrichtung der als Heatpipe ausgebildeten Lamellen hintereinander angeordnet sind. Soweit hier von vertikal ausgerichteten Lamellen zur Ausbildung der Heatpipes gesprochen wird, ist dabei die Einbausituation des Kühlkörpers auf einer elektronischen Komponente beschrieben, bei welcher der Kühlkörper zur Bereitstellung einer möglichst hohen Effizienz der Heatpipes vorzugsweise derart ausgerichtet ist, dass die Heatpipes vertikal ausgerichtet sind. Dazu kann es beispielsweise erforderlich sein, dass die Heatpipes sich senkrecht zu einer Montageseite erstrecken, mit der der Kühlkörper auf einer zu kühlenden elektronischen Komponente montiert ist. Dazu kann diese, wie dies beispielsweise bei CPUs durchaus üblich ist, eine im Wesentlichen horizontale Befestigungsseite aufweisen, über welche der Kühlkörper montiert werden kann und die elektronische Komponente ihre Verlustleistung an die Umgebung abgibt. Die als Heatpipe ausgebildeten Lamellen können jeweils eine Mehrzahl vertikaler und paralleler MicroChannel aufweisen, die in einer Längsrichtung der als Heatpipe ausgebildeten Lamellen hintereinander angeordnet sind.

Gemäß einem anderen Aspekt wird eine Anordnung aus mindestens einem Kühlkörper der zuvor beschriebenen Art und einer elektronischen Komponente beschrieben, wobei der Kühlkörper in thermischem Kontakt auf der elektronischen Komponente angeordnet ist. Dabei sind die Heatpipes als vertikale Hohlleiter oder MicroChannel ausgebildet bzw. weisen solche vertikale Hohlleiter oder MicroChannel auf. Die vertikalen Hohlleiter oder MicroChannel können sich zumindest abschnittsweise vertikal erstrecken, um eine optimale Funktionsweise der Heatpipes zu gewährleisten. Die Heatpipes können auch unter einem Winkel zur Vertikalen angeordnet sein, wobei die Funktionsweise der Heatpipe mit abnehmendem Höhenunterschied zwischen einer Verdampfungszone und einem oberen Ende, beispielsweise einer Kondensationszone, abnimmt. Analog sollten sich die Heatpipes im Wesentlichen senkrecht zu der zu kühlenden elektronischen Komponente erstrecken, um die Wärmeableitung von der elektronischen Komponente zu optimieren.

Der Kühlkörper kann mit einer Montageseite des Kühlkörpers, die eine Wärmeeinkopplungsseite einer Verdampfungszone der Heatpipes sein kann, mit der elektronischen Komponente in thermischem Kontakt stehen.

Der Kühlkörper kämm an einer der Verdampfungszone gegenüberliegenden Außenseite einen Hohlraum aufweisen, in den die vertikalen Hohlleiter oder MicroChannel der Heatpipes münden, sodass über den Hohlraum ein fluidischer Übergang zwischen den Heatpipes bereitgestellt ist.

Die Anordnung kann weiterhin einen Luftstromerzeuger, beispielsweise einen Lüfter, aufweisen, mit dem Luft durch die Luftführungskanäle transportiert ist, sodass die als Heatpipe ausgebildeten Lamellen mit der Luft umströmt sind. Der Lüfter kann beispielsweise ein Radiallüfter sein.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der nachstehenden Figuren erläutert. Dabei zeigt: Figur 1 in der teilangeschnittenen perspektivischen Darstellung eine beispielhafte Ausführungsformform eines Kühlkörpers;

Figur 2 einen horizontalen Querschnitt durch die Ausführungsform gemäß Figur 1; und

Figur 3 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung aus einem Kühlkörper und einer IT-Komponente.

Die Figuren 1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlkörpers 1. Der Kühlkörper i kann einteilig bereitgestellt sein, beispielsweise in einem additiven Fertigungsverfahren aufgebaut sein, etwa mittels Auftragsschweißens, aus einem wärmeleitfähigen Material, vorzugsweise aus Aluminium oder Aluminiumlegierung. Die aus dem Stand der Technik bekannten additiven Verfahren sind insbesondere dazu geeignet, die feinen Strukturen nach Art eines Microchannel- Wärmeübertragers, der wesentliche Bestandteil der Ausführungsform des Kühlkörpers i gemäß Figur i ist, auszubilden.

Demgemäß weist der Kühlkörper 1 einen Luftwärmetauscher 2 mit einer Vielzahl Lamellen 3, 4 auf, die Luftführungskanäle 5 durch den Luftwärmetauscher 2 begrenzen, wie dies grundsätzlich bei aus dem Stand der Technik bekannten Kühlkörpern für IT-Komponenten bekannt ist. Der erfindungsgemäße Kühlkörper zeichnet sich dadurch aus, dass die Lamellen 3, 4 zumindest teilweise als Heatpipe 6 ausgebildet sind. Vorliegend sind die in der Darstellung vertikalen Lamellen 3 als Hohlleiter oder Microcannel 7 ausgebildet, in denen ein Arbeitsmedium 8 der Heatpipe 6 geführt ist. Im Sockelbereich weist der Kühlkörper 1 eine Montageseite 9 auf, über die der Kühlkörper 1 auf einer zu kühlenden IT-Komponente (nicht dargestellt, vgl. Figur 3, dort IT-Komponente 100) montiert werden kann. Die von der zu kühlenden IT- Komponente dissipierte Verlustleistung kann über die Montageseite 9 unmittelbar in die Verdampfungszone 10 der Heatpipes 6 eingekoppelt werden. Über die Verdampfungszone stehen sämtliche Heatpipes 6 fluidisch miteinander in Verbindung, sodass selbst bei lokal auftretender Wärmekopplung in die Montageseite, welche von der Geometrie und Bauart der zu kühlenden IT-Komponente abhängen kann, eine optimale Verteilung der Verlustleistung über die Montageseite 9 bzw. die Verdampfungszone 10 erfolgt und damit die Heatpipes 6 gleichermaßen oder annähernd in gleicher Weise beaufschlagt werden und folglich zur Abführung der Verlustleistung beitragen können.

Die als Hohlleiter oder MicroChannel 7 ausgebildeten Lamellen 3 sind im Wesentlichen vertikal ausgerichtet und parallel zueinander beabstandet, wobei die vertikalen Lamellen 3 einen Abstand von weniger als 10 mm aufweisen können. Aufgrund der hohen Packungsdichte der vertikalen Lamellen 3 und damit der Heatpipes, kann bei vergleichsweise geringem Bauvolumen des Kühlkörpers 1 eine hohe Kühlleistung bereitgestellt werden. Benachbarte vertikale Lamellen 3 sind über weitere horizontal ausgerichtete massive Lamellen 4 miteinander verbunden und aufgrund der guten thermischen Leitfähigkeit sowohl der vertikalen Lamellen 3 als auch der weiteren horizontalen Lamellen 4 kann bei einem den Kühlkörper 1 durchsetzenden Luftstrom ein optimaler Wärmeabtausch zwischen den Heatpipes und dem Luftstrom erfolgen. Die Horizontallamellen 4 erhöhen somit nicht nur die für die Wärmeübertragung effektive Wirkungsfläche zwischen Luft und Kühlkörper 1, sondern sie dienen auch zur Wärmeübertragung und damit zum Lastausgleich zwischen den Heatpipes.

An einer oberen horizontalen Außenseite des Kühlkörpers 1, welche an einer der Montageseite 9 gegenüberliegenden Seite des Kühlkörpers 1 angeordnet ist, ist ein Hohlraum 11 ausgebildet, über den die der Verdampfungszone 10 gegenüberliegenden Enden der Heatpipes 6 fluidisch miteinander in Verbindung stehen, wodurch auch ein fluidischer Übergang zwischen den Heatpipes 6 im Bereich einer Kondensationszone der Heatpipes 6 bereitgestellt ist. Prinzipbedingt ist dieser Hohlraum 11, insbesondere eine die Heatpipe 6 miteinander verbindende Kondensationszone, nicht zwingend erforderlich. Dies hängt damit zusammen, dass die Heatpipe 6 aufgrund ihrer Ausbildung als MicroChannel in den Vertikallamellen 3 über ihre gesamte Länge von dem den Kühlkörper 1 durchsetzenden Luftstrom beaufschlagt werden und somit eine im Wesentlichen über ihre gesamte vertikale Länge verteilte Kondensationszone aufweisen.

Die Figur 2 veranschaulicht, dass der Kühlkörper 1, insbesondere dessen Luftwärmetauscher 2, nach dem Prinzip eines Microchannel-Wärmeübertragers ausgebildet ist, bei dem die sich in Luftströmungsrichtung durch den Wärmetauscher über die gesamte Tiefe des Kühlkörpers 1 erstreckenden vertikalen Lamellen 3 eine Vielzahl von unmittelbar aneinandergrenzender, jedoch fluidisch voneinander getrennter MicroChannel 7 aufweisen, welche jeweils eine Heatpipe bilden, sodass jede Lamelle 3 tatsächlich eine Vielzahl Heatpipes aufweist.

Die Ausführungsform gemäß Figur 3 zeigt eine Anordnung aus einer weiteren Ausführungsform eines Kühlkörpers 1, der auf einer zu kühlenden IT-Komponente 100, beispielsweise auf einem CPU-Chipsatz, über seine Montageseite 9 montiert ist. Ein Radiallüfter 12 ist dazu eingerichtet, einen Luftvolumenstrom zu erzeugen, welcher den Kühlkörper 1 in Pfeilrichtung durchsetzt. Der Radiallüfter 12 kann über einen Montageflansch 13 an dem Luftwärmetauscher 2 montiert sein.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

Bezugszeichenliste

Kühlkörper

Luftwärmetauscher

Lamelle

Weitere Lamelle

Luftführungskanal

Heatpipe

MicroChannel

Arbeitsmedium

Montageseite

Verdampfungszone

Hohlraum

Luftstromerzeuger elektronische Komponente