Mit der zunehmenden Bau-und Leistungsdichte bei elektrischen und elektronischen Geräten, insbesondere auch bei Rechnern ergeben sich zunehmend höhere Anforderungen an die Kühlung der elektrischen oder elektronischen Bauelemente, beispielsweise auch des Prozessors oder der Festplatte zum Abführen der Verl ustwärme.

Bekannt ist eine Kühlvorrichtung (US 6 234 290), bei der die von einem Prozessor erzeugte Verlustleistung oder-wärme über einen Kühlkreislauf mit einem flüssigen Kühlmittel an einen an eine Außenseite des Rechnergehäuses vorgesehenen Außenkühler in Form eines Rippenkühlers übertragen wird, und zwar unter Verwendung eines in unmittelbarer Nähe des Bauelementes vorgesehenen, von dem Kühlmittel durchströmten Primärkühlers und eines am Außenkühler vorgesehenen, ebenfalls von dem Kühlmittel durchströmten Sekundärkühlers. Zur Erhöhung der Kühlleistung ist im bekannten Fall zwischen dem Bauelement und dem Primärkühler ein Peltier-Kühler vorgesehen, und zwar derart, dass die kalte Seite dieses Peltier- Kühlers thermisch unmittelbar mit der Kühl-oder Wärmeübertragungsfläche des Bauelementes und die heiße Seite des Peltier-Kühlers mit der Kühl-oder Wärmeübertragungsfläche des Primärkühlers in Verbindung stehen.

Diese bekannte Kühlvorrichtung hat gewisse Nachteile. Zum einen ist es erforderlich, die Stromversorgung für den Peltier-Kühler unmittelbar an das zu kühlende

Bauelement heranzuführen, was insbesondere bei höheren Strömen zu Störungen der Funktion des zu kühlenden Bauelementes führen kann.

Nachteilig ist weiterhin, dass sich die heiße Seite des Peltier-Kühlers, der über den Peltier-Kühler auf eine Temperatur höher als die Temperatur des Bauelementes erwärmte Primärkühler und die Leitungen zum Zuführen und Abführen Kühlmittels in unmittelbarer Nähe des zu kühlenden Bauelementes befinden und hierdurch der das Bauelement umgebende Raum und auch das Bauelement zusätzlich aufgeheizt werden, was die angestrebte Kühlwirkung verschlechtert bzw. dieser entgegenwirkt.

Nachteilig ist im bekannten Fall auch, dass der Peltier-Kühler zusätzlichen Raum in unmittelbarer Nähe des zu kühlenden Bauelementes und über einer dieses Bauelement tragenden Leiterplatte beansprucht, was einer angestrebten dichten und kompakten Bauweise widerspricht.

Nachteilig ist weiterhin auch, dass die wirksamen Wärmeübertragungsflächen zwischen dem Peltier-Kühler und dem Bauelement in ihrem Flächenmaß maximal nur gleich dem Flächenmaß der Wärmeübertragungsfläche des zu kühlenden Bauelementes sein können, hierdurch aber die maximal über den Peltier-Kühler übertragbare Verlustwärme begrenzt ist. Physikalisch ist dies darauf zurückzuführen, dass der Wirkungsgrad des Peltier-Kühlers mit steigender Temperaturdifferenz zwischen der kalten und heißen Seite bzw. mit steigender Leistungsdichte (thermische Kühlleistung/Flächenmaß der Wärmeübertragungsfläche) dieses Kühlers stark abnimmt.

So ist beispielsweise bei einer Temperaturdifferenz von 10°C zwischen der kalten und heißen Seite, die einen brauchbaren Wirkungsgrad sicherstellt, und bei einer Wärmeübertragungsfläche von 40x 40 mm eine maximale Leistung von etwa 50-60 Watt möglich. Dies bedeutet, dass bei der bekannten Vorrichtung durch den zwischen

dem Bauelement und dem Primärkühler angeordneten Peltier-Kühler nur bei geringen Verlustleistungen eine Verbesserung der Kühlwirkung erreicht werden kann.

Bekannt sind weiterhin Rippenkühler mit integriertem Peltier-Kühler (US 5 456 081).

Bekannt ist schließlich auch (US 5 269 146) zum Kühlen eines thermisch isolierten Raumes in diesem die Kühlrippen eines Peltier-Kühlers vorzusehen, der mit seiner heißen Seite thermisch mit einem von einem Kühlmittel durchströmten Wärmetauscher verbunden ist, der Bestandteil eines Kühlmittelkreislaufs ist und über diesen Kühlmittelkreislauf die Wärme an einen außenliegenden von einem Wärmetauscher und einem Lüfter gebildeten Außenkühler abgibt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kühlvorrichtung mit verbesserter Kühlwirkung aufzuzeigen. Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Kühlvorrichtung entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat u. a. den Vorteil, dass auch höhere Verlustleistungen, d. h. solche von mehreren 100 Watt zuverlässig von einem Bauelement oder Baugruppe abgeführt werden können, und zwar insbesondere auch bei einer die jeweils aktuelle Temperatur des Bauelementes nicht oder nur geringfügig übersteigenden Temperatur der an diesem Bauelement oder in dessen Umgebung vorgesehenen Funktionselemente der Kühlvorrichtung. Ein weiterer entscheidender Vorteil besteht darin, dass der an dem zu kühlenden Bauelement vorzusehende Primärkühler nur eine geringe Bauhöhe erfordert.

Der Peltier-Kühler befindet sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit räumlichen Abstand von dem zu kühlenden Bauelement am Außenkühler, d. h. die Temperatur des Peltier-Kühlers an der heißen Seite dieses Kühlers kann keine Temperaturerhöhung des Bauelementes oder dessen Umgebung bewirken.

Weiterhin kann der Peltier-Kühler an seinen Wärmeübertragungsflächen (heiße Seite und kalte Seite) mit einem großen Flächenmaß realisiert werden, wodurch sich auch bei hohen thermischen Leistungen eine geringe Leistungsdichte und damit geringe Differenztemperatur zwischen der heißen und kalten Seite ergeben und ein optimaler Wirkungsgrad für den Peltier-Kühler sichergestellt ist.

Weiterhin bietet die erfindungsgemäße Ausbildung die Möglichkeit, bei entsprechend hoher Verlustleistung oder-wärme mehrere Peltier-Kühler zum Kühlen eines Bauelementes einzusetzen.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Einrichtung zum Kühlen von elektrischen oder elektronischen Bauelementen gemäß der Erfindung ; Fig. 2 in vereinfachter Darstellung und im Schnitt den Primärkühler der Vorrichtung der Figur 1 ; Fig. 3-5 in Darstellungen ähnlich Figur 1 weitere mögliche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In der Figur ist 1 eine Vorrichtung zum Kühlen eines elektrischen oder elektronischen Bauelementes 2. Dieses Bauelement ist beispielsweise ein Prozessor oder ein anderes, Verl ustwärme erzeugendes Bauelement oder eine Baugruppe.

Das Bauelement 2 ist bei der dargestellten Ausführungsform auf einer Oberflächenseite einer Leiterplatte 3 vorgesehen, die nur teilweise dargestellt ist und auf der noch

weitere Bauelemente, beispielsweise die Bauelemente einer den Prozessor aufweisenden Platine vorgesehen sind.

An der der Leiterplatte 3 abgewandten Oberseite des Bauelementes ist über eine wärmeleitende Zwischenschicht 4, beispielsweise über eine Zwischenschicht aus einer Wärmeleitpaste ein Primärkühler 5 zum Kühlen des Bauelementes 2, d. h. zum Abführen der Verlustwärme vorgesehen. Der Primärkühler 5 liegt dabei mit einer planen Kühl-oder Wärmeübertragungsfläche 5.1 über die Zwischenschicht 4 flächig gegen die plane Oberseite (Wärmeübertragungsfläche) des Bauelementes 2 an, sodass sich eine Wärmeübertragung auf möglichst großer Fläche ergibt. Durch eine Spannvorrichtung 6, die beispielsweise von einer oder von mehreren, in der Leiterplatte 3 verankerten Befestigungsklammern gebildet ist, liegt der Primärkühler 5 über die Zwischenschicht 4 angepresst gegen die Oberseite des Bauelementes 2 an, sodass sich die erwähnte Wärmeübertragung auf großer Fläche ergibt.

Der Primärkühler 5 ist so ausgebildet, dass er in seinem platten-oder quarderförmigen Körper aus einem Wärme gut leitenden Material (z. B. Metall, wie Aluminium oder Kupfer) zwischen einem Anschluss 7 (Einlass) und einem Anschluss 8 (Auslass) einen Strömungsweg für ein flüssiges Kühlmittel (z. B. Wasser) bildet. Der Primärkühler 5 besteht z. B. aus mehreren, flächig miteinander verbundenen Lagen oder Schichten, die im Inneren des Primärkühlers 5 zur Bildung eines möglichst weitverzweigten Strömungsweges entsprechend strukturiert bzw. mit Öffnungen versehen sind. Ein derartiger Kühler ist beispielsweise in der DE 197 10 783 beschrieben. Mit den Anschlüssen 7 und 8 ist der Primärkühler 5 an einen Kreislauf für das flüssige Kühlmittel angeschlossen. Dieser Kreislauf enthält u. a. einen Sekundärkühler 9, der z.

B. in gleicher Weise wie der Kühler 5 ausgebildet ist, aber bei der dargestellten Ausführungsform mit größeren Abmessungen, sodass die plane Wärmeübertragungsfläche dieses ebenfalls plattenförmigen oder als flacher Quader

ausgebildeten Sekundärkühlers im Flächenmass größer ist als die Kühlfläche des an die Größe des Bauelementes 2 angepassten Primärkühlers 5. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Anschluss 8 des Primärkühlers 5 über eine Leitung 10 mit dem Anschluss 11 (Einlass) des Sekundärkühlers 9 verbunden. In der Leitung 12 zwischen dem Anschluss 13 (Auslass) des Sekundärkühlers 9 und dem Anschluss 7 des Primärkühlers 5 sind eine Umwälzpumpe 14 sowie ein Reservoir und/oder Druckausgleichsbehälter 15 für das flüssige Kühlmittel vorgesehen. Der gesamte Kühlkreislauf ist mit dem Kühlmittel komplett, d. h. luft-oder gasblasenfrei gefüllt und nach außen hin verschlossen, sodass u. a. für die Umwälzpumpe 14 nur eine relativ geringe Leistung erforderlich ist, und zwar auch dann, wenn der Primärkühler 5 und der Sekundärkühler 9 auf unterschiedlichem Höhenniveau angeordnet sind, und außerdem Korrosionen insbesondere auch innerhalb der Kühler 5 und 9 wirksam verhindert sind. Der Vorrats-und Druckausgleichsbehälter 15 ist hierfür beispielsweise als ein nach außen hin verschlossenes Ausgleichsgefäß mit einer den Innenraum dieses Gefäßes zumindest teilweise begrenzenden flexiblen Wand ausgebildet.

An der Kühlfläche 9.1 des Sekundärkühlers ist ein Peltier-Kühler 16 mit seiner kühlenden oder kalten Seite 16.1 flächig angeschlossen. Um einen optimalen Wärmeübergang auf einer Wärmeübertragungsfläche mit möglichst großem effektiven Flächenmass zu erreichen, ist zwischen dieser von einer planen Fläche gebildeten kalten Seite 16.1 und der ebenfalls planen Wärmeübertragungsfläche 9.1 des Sekundärkühlers 9 wiederum eine Zwischenschicht 17 aus dem wärmeleitenden Material, beispielsweise aus der Wärmeleitpaste vorgesehen. An der der Seite 16.1 gegenüberliegenden heißen Seite 16.2 weist der Peltier-Kühler 16 eine plane, Wärmeübertragungsfläche auf, an die über eine Zwischenschicht 18 aus dem wärmeleitenden Material (Wärmeleitpaste) die plane Wärmeübertragungsfläche 19.1 eines eine Vielzahl von Rippen aufweisenden Kühlelementes 19 anschließt. Das

Kühlelement 19 bildet zusammen mit einem Gebläse 20 einen die Verlustwärme an die Umgebung abgebenden Außenkühler 21.

Durch eine geeignete Verbindung 22, beispielsweise durch eine oder mehrere Befestigungsklammern sind der Sekundärkühler 9, der Peltier-Kühler 16 und das Kühlelement 19 des Außenkühlers 21 miteinander verbunden, und zwar derart, dass diese Elemente für eine optimale Wärmeübertragung in der erforderlichen Weise aneinander angepresst anliegen.

In der Praxis ist der Primärkühler 5 beispielsweise im Inneren eines Gehäuses eines elektrischen oder elektronischen Gerätes, beispielsweise eines Rechners oder eines PCs an dem dortigen, zu kühlenden Bauelement 2 vorgesehen, während sich der Außenkühler 21 und ebenso auch der Sekundärkühler 9 und der Peltier-Kühler 16 in räumlicher Entfernung vom Primärkühler 5 z. B. an der Außenfläche des Gehäuses des Gerätes befinden.

Zumindest der Primärkühler 5 ist entsprechend der Figur 2, die in vereinfachter Darstellung einen Schnitt durch diesen Kühler zeigt, so ausgebildet, dass die Summe Fq der Innenflächen Fn die mit dem flüssigen Kühlmittel in Berührung stehen auf jeden Fall größer ist als die wirksame Wärmeübertragungsfläche F2 der den Anschlüssen 7 und 8 gegenüberliegenden Seite 5.1 des Primärkühlers 5. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Fläche F, mindestens um den Faktor Drei größer als die Fläche F2, d. h.

F1 = E Fn >/= 3x F2.

Das Material für die wärmeübertragenen Zwischenschichten 4,17 und 18 ist so ausgewählt, dass es eine Wärmeleitfähigkeit > 0,5 W/mK° aufweist.

Mit der Vorrichtung 1 ist eine besonders wirksame Kühlung des Bauelementes 2 möglich. Die von dem Bauelement erzeugte Verlustwärme wird zunächst über den Primärkühler 5 an das diesen Kühler durchströmende Kühlmittel und dann über den Sekundärkühler 9, den Peltier-Kühler 16 und den Außenkühler 21 an die Umgebung abgegeben.

Der Peltier-Kühler 16 steht in bekannter Weise im Wesentlichen aus einer Vielzahl von Peltier-Elementen, die beispielsweise elektrisch in Serie betrieben werden und zwischen zwei die Seiten 16.1 und 16.2 bildenden Platinen vorgesehen sind.

Der Peltier-Kühler 16 wirkt als Wärmepumpe, d. h. mit diesem Kühler wird einerseits der Sekundärkühler 9 an seiner Wärmeübertragungsfläche 9.1 abgekühlt und andererseits wird die abzuführende Verlustwärme durch Erwärmen des Kühlelementes 19 an dieses verstärkt weitergeleitet, um durch einen möglichst hohen Temperaturgradienten zwischen dem Kühlelement 19 und der Umgebungsluft eine möglichst hohe Kühlleistung zu erreichen.

Ein wesentlicher Vorteil der Vorrichtung 1, bei der der Peltier-Kühler 16 zwischen dem Sekundärkühler 9 und dem Außenkühler 21 vorgesehen ist und nicht etwa zwischen dem Bauelement 2 und dem Primärkühler 5, besteht unter anderem auch darin, dass der Peltier-Kühler 16 großflächig ausgeführt werden kann, also auf jeden Fall Großflächiger als dies bei einer Anordnung des Peltier-Kühlers 16 auf dem Bauelement 2 möglich wäre, und dass durch diese großflächige Ausbildung des Peltier-Kühlers 16 bei hoher, über den Peltier-Kühler 16 an den Außenkühler 21 übertragener Verlustleistung die Leistungsdichte dennoch klein bleibt, sodass ein hoher Wirkungsgrad für den Peltier-Kühler 16 gewährleistet ist. Durch die Anordnung des

Peltier-Kühlers 16 am Außenkühler 21 ergibt sich weiterhin auch eine Vereinfachung der Stromversorgung für die Peltier-Elemente.

Die Vorrichtung 1 wird beispielsweise so betrieben, dass die Umwälzpumpe 14 kontinuierlich arbeitet und in Abhängigkeit von der jeweiligen Verlustleistung bzw. der notwendigen Kühlwirkung, d. h. z. B. in Abhängigkeit von der Temperatur am Bauelement 2 oder des Kühlmittels in der Leitung 10 der Peltier-Kühler 16 bzw. dessen Kühl-oder Pumpleistung durch eine entsprechende Steuerung des Stromes durch die Peltier-Elemente geregelt wird. Hierbei ist auch der Lüfter 20 kontinuierlich angetrieben. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit einer anderen Art der Regelung, beispielsweise in der Form, dass der Lüfter 20 in Abhängigkeit von der Temperatur des Bauelementes 2 und/oder des Kühlmittels zu-und abgeschaltet wird.

Auch Kombinationen der unterschiedlichen Arten der Regelung sind denkbar.

Die Figur 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der im Kreislauf des Kühlmittels zwei Sekundärkühler 9 mit jeweils einem Peltier-Kühler 16 und einem Außenkühler 21 vorgesehen sind, sodass das Kühlmittel die beiden Sekundärkühler 9 nacheinander durchströmt.

Die Figur 4 zeigt als weitere mögliche Ausführungsform eine Vorrichtung 1 b, bei der wiederum ein einziger Sekundärkühler 9 im Kühlmittelkreislauf vorgesehen ist, an der Wärmeübertragungsfläche 9.1 dieses Sekundärkühlers aber mehrere, d. h. bei der dargestellten Ausführungsform zwei Peltier-Kühler 16 mit jeweils einem eigenen Außenkühler 21 angeschlossen sind.

Die Vorrichtungen 1 a und 1 b bieten die Möglichkeit die Kühlwirkung durch Zu-oder Abschalten einzelner Peltier-Kühler oder der Lüfter der zugehörigen Außenkühler 21 zu regeln.

In der Figur 5 ist sehr schematisch als weitere mögliche Ausführungsform eine Vorrichtung 1c wiedergegeben, bei der im Kühlmittelkreislauf zwei Sekundärkühler 9 parallel vorgesehen sind. Hierfür sind Verteiler 23 und 24 vorhanden, die jeweils mit einem Anschluss 23.1 bzw. 24.1 mit der Leitung 10 bzw. 12 und mit weiteren Anschlüssen 23.2 bzw. 24.2 mit den Anschlüssen 11 bzw. 13 der Sekundärkühler 9 verbunden sind.

Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrunde liegende Erfindungsgedanke verlassen wird.

Bezugszeichenliste 1, 1a, 1b, 1c Vorrichtung 2 Bauelement 3 Leiterplatten 4 Zwischenschicht aus wärmeleitenden Material (z. B.

Wärmeleitpaste) 5 Primärkühler 5.1 Kühlerfläche 6 Befestigung 7, 8 Anschluss 9 Sekundärkühler oder Wärmetauscher 9.1 Wärmeübertragungsfläche 10 Leitung 11 Anschluss 12 Leitung 13 Anschluss 14 Umwälzpumpe 15 Ausgleichsbehälter oder Reservoir 16 Peltier-Kühler 16. 1, 16.2 Wärmeübertragungsfläche 17, 18 Zwischenschicht 19 Kühlelement oder Rippenkühler 19. 1 Wärmeübertragungsfläche 20 Lüfter oder Gebläse 21 Außenkühler 22 Halter 23,24 Verteiler 23. 1, 23. 2 Anschluss 24. 1, 24. 2 Anschluss