CN100502628C - 应用于通信产品的散热机构及风扇墙 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种应用于通信设备的散热机构，其包括一机箱以及一风扇墙；其中该机箱包含多个芯片模块与至少一电源供应模块，该任两芯片模块间形成一对流信道，以产生热对流；该风扇墙排列于该机箱的一侧，以增加该机箱内部的热对流。该风扇墙架设于该对流信道的入口侧或出口侧，且该风扇墙上的一控制区域的风扇独立控制，以使该区域形成一控制流通量。本发明所提出的风扇墙配置结构及其操作方式不仅具有较强的散热能力，而且可以减少风扇墙所使用的风扇个数，具有降低成本的优势。同时可以有效改善通信设备内的温度分布，达到增强冷却效果的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一风扇墙的配置结构，特别是涉及一种应用于通信设备的风扇墙的配置结构。
背景技术
在通信设备中，如数据交换机内部，常因为需要配置相当多数量的通信设备及电源供应设备而使数据交换机的机箱(Chassis)内部产生极大的热量。然而，对于多数电子产品的集成电路芯片来说，热量的产生不仅会影响电子芯片操作性能，而且长期处于操作温度过高的环境下，更可能会使芯片的使用寿命大幅缩短。因此，如何降低通信设备内部的环境温度，一直是通信设备设计优劣的关键要素之一。
在电子散热领域中，利用风扇来促进空气对流，以提高散热功效一直是该领域解决散热问题常见的手段。然而，为了应付越来越严重的散热问题，增加配置风扇的数目以增强热源周围的对流效果，已经逐渐成为克服散热问题的必要手段。在通信设备，如常用的9U规格(430×415×550mm)的数据交换机中，在其机箱内其中一侧，架设一由多个风扇所组成的风扇墙(Fan Tray)，以增强机箱内部的热对流，已经是本领域相当常见的一种散热手段。请参阅图1A，其表示现有技术中，一9U尺寸的通信设备及其散热模块的配置。如图1A中所示，该通信设备100包括一机箱10，其中该机箱10内部可配置七个通信板20以及两个电源供应器30，其中各通信板20上还具有多个电子芯片201。在该通信设备100的操作过程中，该电源供应器30及该芯片201都会因芯片操作或电源供应器供电而产生热能，因此需要在该机箱10的上方配置一风扇墙40，以通过该风扇墙40的抽气作用，而使该机箱10内部的热空气通过该风扇墙40排出；同时，因气体流动的现象，机箱10外部的冷却空气会从该机箱10的其它通气孔流入，而达到机箱10内外空气交换的目的。请参阅图1B，其表示图1A的风扇墙40对该通信设备100的机箱10内部所产生的流场分布仿真图即图1A的效果图。从图1B中可以看出，从该机箱10底部进入的气流，可通过该风扇墙40的牵引而在两通信板20间的冷却信道中形成由下往上流动的冷却气流，以达到冷却该通信板20上的芯片201的目的。
尽管现有技术中已存在利用风扇墙的设计来促进通信设备机箱内部的空气对流的方法。然而，过去对于风扇墙的配置形态与散热效果之间的关系，并没有太深入的研究，而仅限于扩大风扇墙面积的思想。然而，风扇墙的面积越大，其所具备的散热能力当然越高，但是在有限的空间条件下，无限制的增加风扇墙的面积是不切实际的设计方法。因此，目前风扇墙的设计只限于增加风扇墙的面积、增加风扇数目或增加风扇尺寸，而其所获得的效果往往与其付出的成本是不成比例，因而在实际应用上工作效率低下。
综上所述，本发明动机即由此而产生。本发明的目的在于进一步寻找不同的风扇墙配置方式对通信设备机箱内部流场变化的影响；并通过内部流场的变化，提出进一步改良式的风扇墙配置方式，同时也通过不同的风扇墙操作模式，使风扇墙发挥更佳的散热能力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种应用于通信产品的散热机构及风扇墙，通过风扇墙的配置形态与散热效果之间动态平衡，合理设置风扇的面积数目及尺寸，以发挥更佳的散热能力。
为实现上述目的，本发明的第一构想提供了一种应用于通信设备的散热机结构，其包括一机箱(chassis)，该机箱包括多个芯片模块与至少一电源供应模块，该任意两芯片模块间形成一对流信道，以产生热对流；以及一风扇墙，排列于该机箱的一侧，以增加该机箱内部的热对流。
根据上述结构，该风扇墙架设于该对流信道的入口侧或出口侧，且该风扇墙上的一局部区域的风扇独立控制，以使该局部区域内的流通量形成一控制流通量。
根据上述结构，该局部区域占该风扇墙面积的1/4。
根据上述结构，该风扇墙包含2×2个风扇。
根据上述结构，该控制流通量由移除该局部区域的一风扇而产生。
根据上述结构，该控制流通量由该局部区域的一风扇失效(disabled)而产生。
根据上述结构，该控制流通量由该局部区域的一风扇反向旋转而产生。
根据上述结构，该控制流通量由该局部区域的一风扇减速旋转而产生。
根据上述结构，该控制流通量由该局部区域的一风扇改装成风车装置而产生。
根据上述结构，该风扇墙为3×3或4×4的风扇墙。
本发明还提出一种通信设备用的风扇墙(fan tray)配置，其包括多个呈矩阵排列的风扇，该风扇墙涵盖一主面积范围且该主面积范围具有第一流通量，其中该风扇墙中还具有一局部区域涵盖一第二面积范围，且该局部区域的风扇独立控制，以使该第二面积范围具有一第二流通量。
根据上述配置，该第二面积为该主面积的1/4。
根据上述配置，该第二流通量由移除该局部区域的至少一风扇而产生。
根据上述配置，该第二流通量由该局部区域的一风扇失效(disabled)而产生。
根据上述配置，该第二流通量由该局部区域的一风扇反向旋转而产生。
根据上述配置，该第二流通量由该局部区域的一风扇减速旋转而产生。
根据上述配置，该第二流通量由该局部区域的一风扇改装成风车装置而产生。
本发明所提出的风扇墙配置结构及其操作方式不仅具有较强的散热能力，而且可以减少风扇墙所使用的风扇个数，具有降低成本的优势。同时可以有效改善通信设备内的温度分布，达到增强冷却效果的目的。
附图说明
图1A及图1B表示通信设备配置中常见的风扇墙配置结构及该风扇墙作用下所形成的流场分布效果图；
图2A及图2B表示本发明第一实施例的一通信设备配置一改良式的风扇墙配置结构及该风扇墙作用下所形成的流场分布效果图；
图3A及图3B表示本发明第二实施例的一通信设备配置一改良式的风扇墙配置结构及该风扇墙作用下所形成的流场分布效果图；
图4A及图4B表示本发明第三实施例的一通信设备配置一改良式的风扇墙配置结构及该风扇墙作用下所形成的流场分布效果图；
图5表示本发明第四实施例的通信设备中配置一包含反向通风区域的风扇墙配置结构所形成的流场分布效果图；以及
图6表示本发明第五实施例的通信设备中配置一具转速差的风扇墙配置结构所形成的流场分布效果图。
其中，附图标记：
通信设备 100 机箱(chassis) 10
通信板 20 电子芯片 201
电源供应器 30 风扇墙 40
控制区域 40’
具体实施方式
在本发明以下所述的具体实施例中，其中所述的通信设备的组成与图1A所述的通信设备100完全相同。为避免重复，下面的实施例将只针对风扇墙的设计配置及其操作方式详加说明，而且，各图中对应的组件将以配合与图1A相同的组件符号来表示。
请参阅图2A所示，其表示本发明的第一具体实施例，一改良式风扇墙配置结构。相对于图1A的2×2风扇墙配置，图2A所示的风扇墙配置结构移除了其中一个风扇，在本发明中，风扇移除后该区域定义为控制区域40’。请进一步参阅图2B所示，其表示对应图2A的风扇墙配置结构，机箱内部所产生的流场分布的仿真图即图2A的效果图。从图2B中可以看出该控制区域40’内的流场相对于图1B相同位置上的流场产生变化。从风速的分布情况可以看出该控制区域40’内的流通量因为气流反向(从由下往上流动转变为由上往下流动)而改变，因而在该机箱中的控制区域40’范围内形成一回流(circulation)情况，因而造成该控制区域40’范围内冷却效果的增强。
根据上述情况，本发明进一步提出以下几种可使机箱内的流场产生回流情况的风扇墙配置架构及风扇墙操作方式的具体实施例：
请参阅图3A及图3B，其表示将图1A的2×2的风扇墙配置改变为3×3的风扇墙配置。在本实施例中，同样通过移除掉最外侧的两个风扇来产生回流的效果。从图3B的流场分布效果图中可以看出，在移除掉风扇的该控制区域40’内同样因为流通量改变而形成回流情况。而图4A及图4B则是将图1A的2×2的风扇配置结构改变为4×4风扇配置。同样的，从图4B的流场分布效果图中，也可看出类似图2B及图3B的流场分布结果。
这里须进一步说明的是，前述2×2、3×3或4×4的风扇墙总面积都是相同的，所以尽管每一种风扇墙所包含的单一风扇大小不一样，但其组合出来的风扇墙面积是一致的。而在控制区域的规划方面，由于前述回流的产生缘于控制区域40’内流通量的改变，若控制区域40’面积超过风扇墙面积的1/4，则产生的回流效果将不明显。因此，本发明前述的实施例中，都将控制区域40’设计成接近风扇墙面积的1/4，以达到最佳的回流效果。
另一方面，本发明除了前述移除风扇的设计外，为改变该控制区域40’流通量还可采用将该控制区域40’上的风扇失效(disabled)的方法，例如断电的方式。这样的设计可以使该控制区域40’上的风扇备而不用，并省去风扇移除的步骤。或者，也可通过风扇墙电路的设计达到进一步任意调整该控制区域40’位置的目的。除了通过电路控制外，该控制区域40’上的风扇也可以替换为其它装置而达到改变流通量的目的。例如在该控制区域40’的风扇可以替换成类似风车结构的叶片，以达到大幅提升回流效果的目的。
除了上述的风扇配置结构的设计外，本发明还提出通过控制风扇的操作方式，来改变控制区域40’流通量。请参阅图5，其表示一2×2风扇墙配置情况下的流场分布效果图。与图1B的风扇墙结构相比，图5中的控制区域40’内的风扇改为由上往下通风，因而该控制区域40’下方的回流情况更为明显。在另一较佳实施例中，本发明提出通过该风扇墙上各风扇之间不同的转速差而产生流通量变化的构想。请参阅图6的流场分布效果图，其用以说明该图上方的两个风扇减速运转的情况下，所产生的流场分布情况。从图中也可以看出控制区域40’(两个减速运转的风扇区域)使得另两个未减速的风扇区域的流量增加而加速散热的效果。
表1 上述图1到图6不同风扇墙配置对通信板上的芯片温度的影响
| 芯片1 | 芯片2 | 芯片3 | 芯片4 | 芯片5 | |
| 4风扇配置(图1B) | 89.6℃ | 92.4℃ | 93.1℃ | 91.8℃ | 90.7℃ |
| 3风扇配置(图2B) | 73.4℃ | 77.1℃ | 78.7℃ | 78.4℃ | 92.1℃ |
| 7风扇配置(图3B) | 79.9℃ | 84.1℃ | 86.8℃ | 87.9℃ | 102.9℃ |
| 12风扇配置(图4B) | 84.9℃ | 88.0℃ | 88.2℃ | 86.9℃ | 95.1℃ |
| 1反向风扇配置(图5) | 70.5℃ | 72.8℃ | 74.4℃ | 76.5℃ | 95.1℃ |
| 2减速风扇配置(图6) | 82.5℃ | 85.2℃ | 86.1℃ | 85.1℃ | 90.8℃ |
上表中的数据以该通信设备100中，温度最高的通信板上的芯片温度为例。其中，芯片1到芯片5依序从上往下排列，也就是说芯片1最靠近风扇，而芯片5离风扇最远。从上述的列表中可以看出，在如图1B所示的2×2风扇配置结构中，由于机箱内部空气的回流情况不明显，因而芯片1与芯片5的温度分布以靠近上下两侧气体出入口位置的温度较低，而芯片3因为位于机箱最内侧，因而温度较高。然而应用如前述实施例中的图2～6的改良式风扇墙配置结构后，芯片温度的分布明显发生变化。如上表1所示，芯片1～4的温度在对应图2～6的具体实施例中表现的最明显，而芯片5则因为距离风扇较远，而没有显著变化。不过，尽管如此，通过上述参照图2～6的实施例，依然可以有效改善通信设备内的温度分布，而达到增强冷却效果的目的。
综上所述，本发明提供了一种具较佳散热能力的风扇墙配置结构及其操作方式。从前述实施例的说明及其仿真结果中可以看出，本发明所提出的风扇墙配置结构及其操作方式不仅具有更强的散热能力，而且可以减少风扇墙所使用的风扇个数，具有降低成本的优势。然而，必须说明的是，上述实施例仅用以说明本发明的较佳实施方式，然而本发明的范围当不受限于上述的各项具体实施方式；任何本领域的普通技术人员在本发明的领域内，所做的等效变化或修改皆可涵盖于本发明中。
Claims (16)
1、一种应用于通信设备的散热机构，其特征在于，包含：
一机箱，其包括多个芯片模块与至少一电源供应模块，该任两芯片模块间形成一对流信道，以产生热对流；以及
一风扇墙，排列于该机箱的一侧，以增加该机箱内部的热对流；
其中，该风扇墙架设于该对流信道的入口侧或出口侧，且该风扇墙上的一局部区域的风扇独立控制，以使该局部区域具有一控制流通量。
2、如权利要求1所述的散热机构，其特征在于，该局部区域占该风扇墙面积的1/4。
3、如权利要求1所述的散热机构，其特征在于，该风扇墙包含2×2个风扇。
4、如权利要求3所述的散热机构，其特征在于，该控制流通量由移除该局部区域的一风扇而产生。
5、如权利要求3所述的散热机构，其特征在于，该控制流通量由该局部区域的一风扇失效而产生。
6、如权利要求3所述的散热机构，其特征在于，该控制流通量由该局部区域的一风扇反向旋转而产生。
7、如权利要求3所述的散热机构，其特征在于，该控制流通量由该局部区域的一风扇减速旋转而产生。
8、如权利要求3所述的散热机构，其特征在于，该控制流通量由该局部区域的一风扇改装成风车装置而产生。
9、如权利要求1所述的散热机构，其特征在于，该风扇墙为3×3或4×4的风扇墙。
10、一种通信设备用的风扇墙，包括多个呈矩阵排列的风扇，该风扇墙涵盖一主面积范围且该主面积范围具有第一流通量，其特征在于，该风扇墙中还具有一局部区域涵盖一第二面积范围，且该局部区域的风扇独立控制，以使该第二面积范围具有一第二流通量。
11、如权利要求10所述的风扇墙，其特征在于，该第二面积为该主面积的1/4。
12、如权利要求10所述的风扇墙，其特征在于，该第二流通量由移除该局部区域的至少一风扇而产生。
13、如权利要求10所述的风扇墙，其特征在于，该第二流通量由该局部区域的一风扇失效而产生。
14、如权利要求10所述的风扇墙，其特征在于，该第二流通量由该局部区域的一风扇反向旋转而产生。
15、如权利要求10所述的风扇墙，其特征在于，该第二流通量由该局部区域的一风扇减速旋转而产生。
16、如权利要求10所述的风扇墙，其特征在于，该第二流通量由该局部区域的一风扇改装成风车装置而产生。
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