Die 1000%-Heat-Pipe

Forscher der Purdue University (USA) konnten eine verbesserte Kühltechnik für Leistungselektronik demonstrieren, die gut zehn Mal so leistungsfähig wie konventionelle Heat-Pipes ist und daher wesentlich mehr Wärmeenergie abführen kann, als für konventionelle CPUs erforderlich wäre. Außerdem imponiert die neue Kühltechnik auch mit besonders kleinen Abmessungen und geringem Gewicht. Ein solches neuartiges Kühlelement besteht aus Kupfer und Kohlenstoff-Nanoröhrchen, was einen passiven Kühlmittelfluss aufgrund der Flüssigkeiten aufsaugenden Eigenschaften (Kapillarwirkung) des Füllmaterials ermöglicht.

Auf diese Weise gelangt die Kühlflüssigkeit zu den heißen Stellen, von denen Wärmeenergie abtransportiert werden soll, wo sie dann verdunstet. Dieses Grundprinzip, das im Prinzip dem Verhalten von Wasser in Textilien entspricht, ermöglicht den Bau wassergefüllter ultradünner Kühlkörper höchster Leistung.

Heat-Pipe-Konstruktionen werden schon seit mehr als zwanzig Jahren in Laptops zur Kühlung von CPUs und GPUs eingesetzt. Für diesen Einsatzzweck sind sie auch gut geeignet, da konventionelle Heat-Pipes dazu in der Lage sind, etwa 50 W/cm² abzuführen. Diese Technik reicht zwar bislang für die Chips in Laptops aus, ist aber für die Kühlung von Halbleitern in moderner Leistungselektronik für militärische und industrielle Anwendungen eindeutig suboptimal.

Eine Kooperation der Purdue Universität mit der Firma Thermacore und des Georgia Tech Research Institute unter der Führung der Firma Raytheon erforscht die praktische Anwendung der neuen Kühltechnik und wird deshalb von der DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) unterstützt. Im Moment wird gerade an Heat-Pipes gearbeitet, die nur ein Fünftel der Dicke konventioneller Ausführungen erreichen und dabei größere Flächen abdecken können, wobei außerdem eine deutlich höhere Wärmeabfuhr möglich ist. Neueste Ergebnisse zeigen, dass diese Saugfließtechnik mehr als 550 W/cm² abführen kann und damit gut die zehnfache Kühlleistung bisheriger Konzeptionen erreicht.