europeisk patentskrift

Transkript

1 (12) Oversettelse av europeisk patentskrift (11) NO/EP B1 (19) NO NORGE (1) Int Cl. G06F 1/ (06.01) G06F 1/18 (06.01) Patentstyret (21) Oversettelse publisert (80) Dato for Den Europeiske Patentmyndighets publisering av det meddelte patentet: (86) Europeisk søknadsnr: (86) Europeisk innleveringsdag (87) Den europeiske søknadens Publiseringsdato (30) Prioritet CH (84) Utpekte stater AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MT NL NO PL PT RO SE SI SK TR (73) Innehaver Kontron AG, Oskar-von-Miller-Strasse Eching, Tyskland (72) Oppfinner Kunz, Felix, Obere Steingrubenstrasse 9400 Solothurn, Sveits (74) Fullmektig Protector Intellectual Property Consultants AS, Oscarsgate, 032 OSLO, Norge (4) Benevnelse Passivt kjølt computer (6) Anførte publikasjoner US-A B1, US-B B1, US-A B1, US-A B1

2 1 PASSIVT KJØLT COMPUTER Oppfinnelsen vedrører området elektroniske databehandlingsinnretninger. Den angår spesielt en passivt kjølt computer ifølge den innledende delen til patentkrav 1. 1 TEKNIKKENS STAND En slik computer er for eksempel kjent fra US 7,09,611. Kabinettets lokk og bunn er utformet som kjøleelementer. I sitt indre er computeren delt i en øvre, varm del, og en nedre, kjøligere del. Komponenter med høyere varmetap, for eksempel prosessoren, er anordnet i den øvre delen. Det har vist seg at kjøleelementenes temperatur kan føles ubehagelig, og at varmeeffekten som kan ledes bort, er begrenset. US,671,1 viser en PC der den ene siden av kabinettet er utformet som kjølelegeme og kjøler prosessoren. Kabinettets andre sider består av hullplater som muliggjør en luftstrøm gjennom hele det indre kabinettvolumet. Gjennom åpningene i kabinettveggene kan fremmedlegemer trenge inn og skade computeren. 2 US 4,980,848 viser en bærbar computer der komponenter som må kjøles er anordnet bak skjermen, og der et mellomrom i skjermhusets indre er gjennomstrømmet av luft. Skjermhuset har på en nedre side luftinngangsåpninger og på en øvre side luftutgangsåpninger slik at varme ved hjelp av konveksjon i luften ledes bort. 30 US 06/ A1 viser en computer med tre avsnitt. I et midtre avsnitt er det anordnet en harddisk med kjøleribber som er anbragt på oppsiden av den. I et hosliggende avsnitt er det anordnet et sett av vertikalt forløpende

3 kjøleribber for kjøling av kretskort. Kjøleribbene danner en intern kanal, og i bunn og lokk kan det være tilsvarende hull. En vifte er valgfri. 2 US 04/16180 A1 beskriver en passivt kjølt computer med kjøleribber som er vendt utover. Mellom dem er det blant annet anordnet et hovedkort slik at prosessoren ved hjelp av fjærende opphengninger er presset mot et av kjølelegemene. Harddisken ligger mellom kjølelegemene og er adskilt fra dem ved et fleksibelt sjikt for å dempe vibrasjonen. Ved de kjente løsningene er bortledningen av varme fra computerens forskjellige komponenter ikke tilstrekkelig slik at moderne prosessorers regneytelse ikke kan utnyttes. 1 BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN Det er derfor oppfinnelsens oppgave å tilveiebringe en passivt kjølt computer av den innledningsvis nevnte art som avhjelper de ovennevnte ulempene. Denne oppgaven løses med en passivt kjølt computer med trekkene i patentkrav I den passivt kjølte computeren ifølge oppfinnelsen er det altså anordnet to eller flere komponenter i en kabinettramme, hvorved hver av disse komponentene er tilordnet et kjølelegeme for å lede bort tapsvarmen fra komponenten som er i drift. Minst en masselagringsenhet er termisk koblet til et av kjølelegemene for bortledning av tapsvarmen fra den minst ene masselagringsenheten. Ved dette oppviser kjølelegemene en kjøleoverflate hver, og disse kjølelegemene er med sine kjøleoverflater vendt mot hverandre og begrenser minst en luftkanal som fører vertikalt gjennom kabinettrammens indre. Masselagringsenhetens kjølelegeme er et av kjølelegemene som danner

4 3 luftkanalen. Den i det minste ene masselagringsenheten er sammen med det termisk tilkoblede kjølelegemet hengt opp svingende, og masselagringsenheten er fast koblet til det termisk tilkoblede kjølelegemet. Dette gjør det mulig å lede bort all varme fra computeren uten aktiv kjøling, det vil si særlig uten vifter, i det omfang at driftstemperaturene i computeren på lang sikt forblir lave og dette i et område som er tillatt for varig drift. Den vertikale luftkanalen som går gjennom hele kabinettet virker som en skorstein som transporterer den kjølende luften gjennom kanalen. Denne skorsteinseffekten inntrer som regel fra en kanallengde på cm eller mer (begrepet "loddrett" eller "vertikalt" refererer i hele søknaden til orienteringen av computeren i driftsposisjon). 1 2 Luftkanalen er fortrinnsvis i det vesentlige ved hjelp av kjølelegemene lukket mot kabinettrammens øvrige volum. Kjøleluften kommer derved bare i berøring med kjølelegemenes kjøleflater. Ved at det foreligger en lukket kjølekanal, fordi det altså ikke er nødvendig med luftehull i kabinettet eller i kjølelegemene, kan skader på computerens komponenter på grunn av deler som faller inn, elimineres. I en foretrukket utførelsesform ifølge oppfinnelsen oppviser luftkanalen en nedre luftinngangsåpning og en øvre luftutgangsåpning, og luftinngangsåpningen har på grunn av utformingen av kabinettrammen en avstand fra flaten computeren står på. På denne måten forsynes kanalen mellom kjølelegemene med luft. Kabinettrammen oppviser for dette fortrinnsvis en bunn med en åpning tilsvarende luftkanalens luftinngangsåpning, og bunnen har ved hjelp av fotelementer en avstand fra flaten computeren står på. 30 Denne anordningen muliggjør passivt å lede bort tapsvarmen til en computer med normal ytelse, det vil si uten vifter, uten at regneytelsen til computeren og dens komponenter, særlig prosessoren, masselagringsenheten, strømforsyningen osv. må innskrenkes vesentlig.

5 4 Kabinettrammen danner fortrinnsvis det bærende stativet som computerens komponenter eller komponentgrupper som prosessor(er), hovedminne (RAM), masselagringsenhet som platelager, CD og/eller DVDstasjon, grensesnittadapter, strømforsyning og/eller batteri osv. er montert på. Kabinettrammen består fortrinnsvis av tynne metallplater, eksempelvis med en tykkelse på ca. en millimeter. Derved forbedres den termiske frakoblingen mellom de forskjellige varme komponentgruppene. For å redusere ytterligere termiske broer mellom forskjellige avsnitt av kabinettet er det eventuelt anordnet kledningselementer utenpå kabinettrammen, og disse har en avstand fra kabinettrammen som er dannet av en luftspalte. 1 På kabinettets overside kan det være anordnet en luftgjennomtrengelig kledning som (sett i horisontal retning) har et rundt tverrsnitt. På denne måten hindres det at gjenstander som lukker luftkanalen blir lagt på kabinettet. Resultatet er at forskjellige avsnitt i computeren oppviser forskjellige temperaturer som tar hensyn til komponentenes driftsområder. "Varme" komponentgrupper som prosessorenheten er derved adskilt fra "kjølige" komponentgrupper som platelagere og fra strømproduserende enheter som strømforsyningen. 2 I en foretrukket utførelsesform ifølge oppfinnelsen er den minst ene masselagringsenheten en harddiskstasjon. 30 Den minst ene masselagerenheten er sammen med sitt termisk tilkoblede kjølelegeme hengt opp svingende. Det vil si at denne masselagringsenheten er fast koblet til det tilordnede kjølelegemet. Ved den svingende opphengningen er kjølelegemet på den ene siden termisk adskilt fra de øvrige kjølelegemene, på den andre siden er også vibrasjoner fra masselagringsenheten typisk nok av et platelager frakoblet det øvrige

6 kabinettet. På denne måten overføres nesten ingen kjørestøy til kabinettet, noe som medfører en nesten lydløs drift av computeren. Denne opphengningen foregår fortrinnsvis ved hjelp av fleksible elementer på et kjølelegeme som ligger på motsatt side, altså med et av kjølelegemene som masselagringsenhetens kjølelegeme danner en luftkanal med. Fortrinnsvis er også minst en prosessorenhet og en strømforsyning termisk koblet til et eget, tilordnet kjølelegeme hver. Disse egne kjølelegemene er fortrinnsvis termisk adskilte, det vil si de berører hverandre ikke, eller de er i det minste separate kjølelegemer. 1 Nevnte kjølelegemer har fortrinnsvis en flat utstrekning og er med denne flaten anordnet vertikalt. De har fortrinnsvis kjøleribber, hvorved kjøleribbene forløper fremfor alt vertikalt. På denne måten kan en kanal, eller et flertall av delkanaler dannes mellom de vertikalt forløpende ribbene av to kjølelegemer som står med ribbene mot hverandre. 2 I en ytterligere foretrukket utførelsesform ifølge oppfinnelsen er det mellom minst et par av kjølelegemer som ligger overfor hverandre, anordnet et isolasjonssjikt. Dette sjiktet forløper altså parallelt med og mellom kjølelegemene og strekker seg i det vesentlige over hele flaten til de to kjølelegemene. Derved er kjølelegemene hva varmestrålingen angår, koblet fra hverandre slik at det nesten ikke foregår temperaturutligning mellom kjølelegemene. Derfor kan elementer og kjølelegemer med forskjellige temperaturer anordnes mot hverandre uten at det varmere kjølelegemet varmer opp det kjøligere. 30 kravene. Ytterligere foretrukne utførelsesformer fremgår av de uselvstendige

7 6 KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE Nedenfor forklares oppfinnelsesgjenstanden nærmere ved hjelp av foretrukne utførelseseksempler som er vist i de vedlagte tegningene. Følgende figurer viser skjematisk: Figur 1-4 en passivt kjølt computer delvis oppskåret Figur en anordning av kjølelegemer for å danne en luftkanal Figur 6 en eksplosjonstegning av denne anordningen Figur 7 et tverrsnitt gjennom denne anordningen Figur 8 en detalj fra området Z i figur 7 Figur 9 et tverrsnitt av en detalj fra området til en kabinettkledning 1 Henvisningstallene brukt i tegningene og tallenes betydning er samlet i listen over henvisningstall. Prinsipielt har like deler i figurene like henvisningstall VEIER TIL UTFØRELSE AV OPPFINNELSEN Hovedelementene til en computer som er kjølt ifølge oppfinnelsen fremgår av figurene 1 til 4. Computeren er for dette tegnet i driftsposisjon, altså med loddrett anordnede kjølekanaler. Hovedelementene for kjølingen, sett separat, fremgår av figurene til 7. Computeren oppviser flere komponentgrupper 1, 2, 3 som er anordnet i et kabinett med en bærende kabinettramme 41: En prosessorenhet 1 med en eller flere prosessorer 12 og ytterligere komponenter som typisk nok anvendes på et hovedkort til en computer. Prosessoren 12 og eventuelle andre komponenter er termisk koblet til et prosessorkjølelegeme 11, altså for eksempel mekanisk presset mot hverandre, med et varmeledende materiale for å bygge bro over mellomrom.

8 7 Prosessorkjølelegemet 11 er i et kantområde forbundet med kabinettrammen 41. En platelagerenhet 2 med ett eller flere platelagre 22. Dette/disse er termisk forbundet med et harddiskkjølelegeme 21. Harddiskkjølelegemet 21 er montert til prosessorkjølelegemet 11 som ligger på motsatt side, ved hjelp av en svingende opphengning dannet av avstandsbolter 6 og gummielementer 7. Dette fremgår tydelig av figurene 6, 7 og 8. En strømforsyningsenhet 3 med en strømforsyning 32. Denne er termisk forbundet med et kjølelegeme for strømforsyningen 31. Strømforsyningens kjølelegeme 31 er i et kantområde festet til kabinettrammen 41. Selve strømforsyningen 32 er konstruert for passiv kjøling. 1 Kjølelegemene 11, 21, 31 er i det vesentlige utformet flate og har kjøleribber 8 på hver sin kjøleoverflate som vender bort fra komponentene som skal kjøles. Kjøleoverflatene er i det vesentlige (når computeren er i drift) anordnet vertikalt, hvorved også kjøleribbene 8 forløper i vertikal retning. Kjølelegemene 11, 21, 31 begrenser med sin kjøleoverflate en eller flere luftkanaler 9. Disse forløper likeledes vertikalt, tilsvarende kjøleoverflatenes henholdsvis kjøleribbenes 8 orientering, og er ved hjelp av kjølelegemene 11, 21, 31 lukket mot kabinettrammens 41 øvrige volum Luftkanalen(e) 9 danner på sin felles nedre ende en luftinngangsåpning 91, og på sin felles øvre ende en luftutgangsåpning 92. Tilsvarende foreligger i området av disse åpningene også kabinettrammens 41 åpninger. Under luftinngangsåpningen 91 tilføres luften fra siden ved at luftinngangsåpningen 91 er hevet i forhold til computerens standflate. Dette foregår for eksempel ved at kabinettrammen 41 heves med føtter 43. Alternativt oppviser kabinettrammen 41 luftinngangsåpninger på siden og et hulrom som fører fra disse til luftinngangsåpningen 91.

9 8 Ovenfor luftutgangsåpningen 92 er det fortrinnsvis anordnet en kabinettkledning med luftutgangsåpninger som ligger øverst og/eller på siden. Disse kan være bøyd konvekst eller ha en skrå overflate for å unngå at luftutgangen stenges av gjenstander som legges på computeren. I den viste utførelsesformen ifølge oppfinnelsen er platelagerets kjølelegeme 21 adskilt fra strømforsyningens kjølelegeme 31, det vil si at de er fremstilt av adskilte legemer, og at de ligger med sine kjøleoverflater overfor prosessorkjølelegemets 11 kjøleoverflate. Mellom kjøleoverflatene som ligger overfor hverandre, er det fortrinnsvis anordnet en isolasjon for å hindre temperaturutligning på grunn av stråling. Denne isolasjonen består eksempelvis av et ca. en millimeter tykt, varmebestandig kunststoff. 1 Kabinettrammen 41 kan på utsiden være kledd med kledningselementer, for eksempel med en kabinettkledning 42. Denne dekker minst en sideflate av computeren. Av estetiske eller mekaniske grunner kan det være ønskelig med en kabinettkledning 42 av metall. For å hindre at varmen overføres fra en side av kabinettet til den andre skrus en slik kabinettkledning 42 ikke bare flatt på kabinettrammen 41, men den har en utfrest utsparing 44 og/eller den er festet til kabinettrammen med avstandselementer 4 slik at det foreligger et isolerende luftsjikt mellom kabinettrammen 41 og kabinettkledningen Den viste endeplaten til kabinettkledningen 42 oppviser dermed på den ene siden føtter 43 for å heve kabinettrammen 41, og videre en innenforliggende utfrest utsparing 44. Figur 9 viser et horisontalt tverrsnitt gjennom en endeplate og det tilgrensende området til kabinettrammen 41. Den bærende kabinettrammen 41 av en tynn metallplate danner altså ingen nevneverdig bro som kunne transportere varme fra prosessorenhetens 1 og prosessorkjølelegemets 11 varmere område til strømforsyningens 3 med strømforsyningskjølelegemets 31 kjøligere område. For at dette heller ikke skal

10 skje via kabinettkledningen 42, er denne termisk adskilt fra kabinettrammen 41 ved hjelp av luftspalten dannet av den utfreste utsparingen Figur 4 viser et hovedkort 14 (hovedkretskort) som er anordnet parallelt med prosessorkjølelegemet 11 og som bærer ytterligere elektroniske komponenter til computeren. Prosessoren 12 er med sine tilkoblinger forbundet med hovedkortet 14. I en annen foretrukket utførelsesform ifølge oppfinnelsen er prosessoren fast forbundet med hovedkortet 14, og blokken som i figurene er markert med 12, er en kjøleblokk som presses mot prosessoren og som fører prosessorens varme til prosessorkjølelegemet I figur 4 er det videre tegnet en kretskortholder 46. Denne har en vertikalt anordnet grunnplate som ved hjelp av en bøyle 0 kan trekkes ut av computeren, og som, når den er satt på, er plugget inn med en innskyvningsplugg 47 i en innstikksplass 49 til computeren. Kretskortholderen 46 har minst en kretskortplugg 48 der et tilleggskort (ikke vist) kan plugges inn, og dette slik at tilleggskortet likeledes er anordnet loddrett. På denne måten kan også tilleggskortet kjøles passivt ved hjelp av en vertikal luftstrøm. Ved en kombinasjon av de nevnte tiltak oppnås for eksempel at temperaturforskjellen mellom de enkelte komponentgruppene også i stasjonær tilstand etter flere timer forblir signifikant høy. For eksempel er prosessorenhetens temperatur da ca. 70 C, platelagerenhetens temperatur ca. 3 C. De vertikale kjølelegemene 11, 21, 31 og luftkanalene 9 deler altså computeren inn i en varmere del på den ene siden av luftkanalene 9 (med komponentgrupper med en relativt høy tapseffekt) og en kjøligere del på den andre siden av luftkanalene 9 (med komponentgrupper med en relativt lav tapseffekt). I et eksempel av en computer ifølge oppfinnelsen er det mulig å lede bort en maksimal effekt opptil ca. 10 W. I den forbindelse er det integrert

11 ca. 4 kg aluminium i form av kjølelegemer. Kabinettrammens 41 yttermål er ca. 40 cm (høyde) ganger 40 cm (dybde) ganger 18 cm (bredde).

12 FORTEGNELSE OVER HENVISNINGSTALL 1 Prosessorenhet 11 Prosessorkjølelegeme 12 Prosessor 14 Hovedkort 2 Platelagerenhet 21 Platelagerkjølelegeme 22 Platelager 3 Strømforsyningsenhet 31 Strømforsyningskjølelegeme 32 Strømforsyning 41 Kabinettramme 42 Kabinettkledning 43 Føtter 44 Utfrest usparing 4 Avstandselement 46 Kretskortholder 47 Innskyvningsplugg 48 Kretskortplugg 49 Innstikksplass 0 Bøyle Isolasjon 6 Avstandsbolt 7 Gummielement 8 Kjøleribbe 9 Luftkanal 91 Luftinngangsåpning 92 Luftutgangsåpning Computer

13 12 P a t e n t k r a v 1. Passivt kjølt computer () som oppviser to eller flere komponenter (12, 22, 32) anordnet i en kabinettramme (41), hvorved hver av disse komponentene (12, 22, 32) er tilordnet et kjølelegeme (11, 21, 31) for bortledning av tapsvarmen til komponenten (12, 22, 32) i drift, hvorved minst en masselagringsenhet (22) termisk er koblet til et av kjølelegemene (21) for bortledning av tapsvarmen til den minst ene masselagringsenheten (22), hvorved det foreligger minst en luftkanal (9) som vertikalt fører gjennom kabinettrammens (41) indre, k a r a k t e r i s e r t v e d a t kjølelegemene (11, 21, 31) har en kjøleoverflate hver, og disse kjølelegemene med sine kjøleoverflater er vendt mot hverandre og derved begrenser luftkanalen (9) som vertikalt fører gjennom kabinettrammens (41) indre, at masselagringsenhetens (22) kjølelegeme (21) er et av kjølelegemene (11, 21, 31) som danner luftkanalen (9), at den minst ene masselagringsenheten (22) sammen med det termisk tilkoblede kjølelegemet (21) er hengt opp svingende, og at den minst ene masselagringsenheten (22) er koblet fast til det termisk tilkoblede kjølelegemet (21). 2. Passivt kjølt computer () ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d a t luftkanalen (9) i det vesentlige er lukket overfor det øvrige volumet til kabinettrammen (41) ved hjelp av kjølelegemene (11, 21, 31). 3. Passivt kjølt computer () ifølge krav 1 eller 2, k a r a k t e r i s e r t v e d a t masselagringsenheten (22) er en harddiskstasjon.

14 13 4. Passivt kjølt computer () ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d a t den minst ene masselagringsenheten (22) og kjølelegemet (21) som termisk er koblet til denne, er hengt opp ved hjelp av fleksible elementer (7) på kjølelegemet (11) som ligger på motsatt side.. Passivt kjølt computer () ifølge krav 4, k a r a k t e r i s e r t v e d a t den minst ene masselagringsenheten (22) og kjølelegemet (21) som termisk er koblet til denne, bare er hengt opp på kjølelegemet (11) som ligger på motsatt side. 6. Passivt kjølt computer () ifølge et av kravene 2 til, k a r a k t e r i s e r t v e d a t d e inneholder minst en prosessorenhet (1) og en strømforsyning (3) som hver er termisk koblet til et eget tilordnet kjølelegeme (11, 31). 7. Passivt kjølt computer () ifølge et av de foregående krav, k a r a k t e r i s e r t v e d a t kjølelegemene (11, 21, 31) har en flat utstrekning, og særlig er anordnet vertikalt. 8. Passivt kjølt computer () ifølge et av de foregående krav, k a r a k t e r i s e r t v e d a t kjølelegemene (11, 21, 31) på sine kjøleoverflater har kjøleribber (8), hvorved kjøleribbene (8) i minst to av kjølelegemene (8) er vendt mot hverandre og danner vertikale kanaler. 9. Passivt kjølt computer () ifølge et av de foregående krav, k a r a k t e r i s e r t v e d a t det mellom kjøleribbene (8) av minst et par av kjølelegemer (11, 21,

15 31) som ligger overfor hverandre, er anordnet et isolasjonssjikt () for termisk isolasjon. 14. Passivt kjølt computer () ifølge et av de foregående krav, k a r a k t e r i s e r t v e d a t luftkanalen (9) oppviser en nedre luftinngangsåpning (91) og en øvre luftutgangsåpning (92), og luftinngangsåpningen (91) på grunn av utformingen av kabinettrammen (41) har en avstand til flaten som computeren () står på. 11. Passivt kjølt computer () ifølge krav, k a r a k t e r i s e r t v e d a t kabinettrammen (41) har en bunn med en åpning tilsvarende luftkanalens (9) luftinngangsåpning (91), og bunnen ved hjelp av fotelementer (43) har en avstand fra flaten som computeren () står på. 12. Passivt kjølt computer () ifølge et av de foregående krav, k a r a k t e r i s e r t v e d a t kabinettrammen (41) består av tynne metalldeler som fortrinnsvis har en tykkelse på ca. en millimeter. 13. Passivt kjølt computer () ifølge krav 12, k a r a k t e r i s e r t v e d a t den inneholder metalliske kabinettelementer (42) som er anordnet utenpå kabinettrammen (41), og som dekker minst en av computerens () sideflater, og som ved hjelp av en luftspalte har en avstand fra kabinettrammen (41).

16 1/3 P4091NO00

17 2/3 P4091NO00

18 3/3 P4091NO00