CN101050773B - 串联式风扇及其导流结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种串联式风扇，至少包括一第一风扇与一第二风扇以及一导流结构。第二风扇与第一风扇串联，而导流结构则设置于第一风扇与第二风扇之间。其中导流结构用以引导自第一风扇流出的气流，在进入第二风扇时的气流角度与轴向平行，以提高串联式风扇的风量与风压，减少风扇运转时的噪音，以及用以补偿一般串联式风扇做功时的损失，并以增加组装搭配使用上的灵活度。

Description

串联式风扇及其导流结构

技术领域

本发明涉及一种风扇，特别是涉及一种能够提高气流的风量与风压，并减少运转时噪音的串联式风扇及其导流结构。

背景技术

随着电子元件效能的不断提高，散热装置或散热系统已成为现行电子元件中不可或缺的配备之一，因为电子元件所产生的热能若不加以适当地散逸，轻则造成效能变差，重则会导致电子元件的烧毁。散热装置对于微电子元件，例如集成电路(integrated circuits)而言更是重要，因为随着积集度的增加以及封装技术的进步，使得集成电路的面积不断地缩小，同时每单位面积所累积的热能也相对地会更高，故高散热效能的散热装置一直是电子产业界所积极研发的对象。

在现今的发热系统中，最广泛使用的散热装置为风扇，且有时候单一风扇所能提供的风力可能会不足以散逸电子元件所产生的大量热能，且为了避免因单一风扇的故障而造成其运转的中断，也会在原本的风扇上串联另一风扇，如图1A所示。第一风扇10A与第二风扇10B串联组立在一起，且两风扇都为轴流式风扇。

请同时参照图1A与图1B，图1B为图1A的现有两风扇的动叶与静叶的相对位置剖面及其气流方向示意图。由于第一风扇10A与第二风扇10B的动叶12a、12b沿图1B中的X方向运转，故当气流沿V1方向进入第一风扇10A之后，气流受到动叶12a对其做功的影响，造成气流沿V2方向偏斜。然而由于第一风扇10A在其出风口处设置有静叶14a，其目的在于导正偏斜的气流，故当沿V2方向的气流通过静叶14a之后，气流沿V3方向流出第一风扇10A。

由于第一风扇10A与第二风扇10B是串联组立在一起，流出第一风扇10A的气流是沿V3方向直接进入第二风扇10B，但又受动叶12b对其做功的影响，造成气流沿V4方向偏斜。由于第二风扇10B在其出风口处也设置有静叶14b，故当沿V4方向的气流通过静叶14b之后，气流沿V5方向流出第二风扇10B。

然而，由于两风扇转向相同，对第二风扇10B的动叶12b而言，其转动方向X与入口气流V3的部分分量同向，所以动叶12b对气流的相对速度减低，而导致在串联时第二风扇10B的做功不佳，即便其风扇本体有静叶设计，但此静叶设计目的在于增加风扇本体效能，而未能将离开风扇本体的气流完全导正(因完全导正单体性能会减低)，致使后面风扇做功往往只有前扇的30％～80％，而若串联数目更多时，后面的扇叶做功效率更低，无法达到串联的目的。

此外，一般风扇串联时因两动叶12a、12b过于接近，导致在第一风扇10A出口与第二风扇10B入口相接处的流场相当紊乱，致使两风扇在进行串联时，噪音会显著增加，而造成应用上的限制。

发明内容

因此，为了解决上述问题，本发明提出一种串联式风扇，在两风扇或多风扇的串联中，设计一导流结构使气流在进入风扇时的角度与轴向平行，可以有效地提高串联式风扇的风量与风压并减少风扇运转时的噪音。

本发明的另一目的在于提供一种串联式风扇及其导流结构，将导流结构与至少二风扇串联在一起，以提高串联式风扇的风量与风压，减少风扇运转时的噪音，以及用以补偿一般串联式风扇做功时的损失，并以增加组装搭配使用上的灵活度。

根据本发明的目的，提出一种导流结构，其与一串联式风扇并用，其中串联式风扇包括至少一第一风扇以及一第二风扇，所述第一风扇具有一出风口与多个静叶，该多个静叶设置于第一风扇的出风口处并用以引导气流自该第一风扇的出风口流出，且导正偏斜的气流，导流结构设置于第一风扇的该多个静叶与第二风扇之间。该导流结构具有至少一导流板与一连结于该导流板的外框，导流结构用以引导自第一风扇流出的气流在进入第二风扇时的气流角度是与轴向平行，以提高串联式风扇的风量与风压。再者，导流结构与串联式风扇是个别独立，且可以例如是自由卡固、锁合或黏合等方式相互组合或分离。

如上述的导流结构，其具有至少一导流板，且导流板的几何分布为放射状、螺旋状或是其它不规则几何形状分布。或者，每一导流板为平板状或为翼形，且呈径向排列。再者，导流结构更具有一外框，且导流板实质上是与外框平齐，或者导流板是部分突出于外框的靠近第一风扇的一侧。

本发明还提供一种导流结构，与一串联式风扇并用，其中该串联式风扇包括至少一第一风扇以及一第二风扇，所述第一风扇及第二风扇分别具有一出风口、多个动叶与多个静叶，该第一风扇的多个静叶设置于第一风扇的出风口处并用以引导气流自该第一风扇的出风口流出，该导流结构设置于该第一风扇的该多个静叶与该第二风扇的多个动叶之间，该导流结构具有至少一导流板与一连结于该导流板的外框，用以引导自该第一风扇流出的气流在进入第二风扇时的气流角度与轴向平行，以提高该串联式风扇的风量与风压。

根据本发明的另一目的，更提出一种串联式风扇，其至少包括一第一风扇与一第二风扇以及一导流结构。第二风扇与第一风扇串联，所述第一风扇具有一出风口与多个静叶，该多个静叶设置于第一风扇的出风口处并用以引导气流自该第一风扇的出风口流出，且导正偏斜的气流，而导流结构则设置于第一风扇的该多个静叶与第二风扇之间。其中导流结构具有至少一导流板与一连结于该导流板的外框，用以引导自第一风扇流出的气流，在进入第二风扇时的气流角度是与轴向平行，以提高串联式风扇的风量与风压。第一风扇与第二风扇为轴流式风扇，而导流结构与串联式风扇是个别独立，且可以例如是自由卡固、锁合或黏合等方式相互组合或分离。

如上述的串联式风扇，其导流结构具有至少一导流板，且导流板的几何分布为放射状、螺旋状或是其它不规则几何形状分布。或者，每一导流板为平板状或为翼形，且呈径向排列。再者，导流结构更具有一外框，导流板实质上是与外框平齐，或者导流板是部分突出于外框的靠近第一风扇的一侧。

如上述的串联式风扇，第一或第二风扇更具有一出风口与多个静叶，且多个静叶是设置于出风口并呈径向排列，用以引导气流自出风口流出。多个静叶与第一风扇的框体是一体成型，且第一或第二风扇的动叶与静叶呈倾斜上扬状。静叶的剖面为一平板形状、三角形形状、梯形形状、翼形形状，或者静叶的剖面具有至少一曲面形状、弧面形状、曲线形状、弧线形状，或是具有中心线不弯曲的曲线或弧线外形。

本发明还提供一种串联式风扇，至少包括一第一风扇与一第二风扇，该第二风扇与该第一风扇串联，所述第一风扇及第二风扇分别具有一出风口、多个动叶与多个静叶，该第一风扇的多个静叶设置于第一风扇的出风口处并用以引导气流自该第一风扇的出风口流出；以及一导流结构，设置于该第一风扇的该多个静叶与该第二风扇的多个动叶之间，该导流结构具有至少一导流板与一连结于该导流板的外框，用以引导自该第一风扇流出的气流在进入第二风扇时的气流角度与轴向平行，以提高该串联式风扇的风量与风压。

为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：

附图说明

图1A为现有的两个风扇串联后的示意图；

图1B为图1A的现有两风扇的动叶与静叶的相对位置剖面及其气流方向示意图；

图2为本发明较佳实施例的串联式风扇的示意图；

图3A为图2的串联式风扇的剖面示意图；

图3B为图3A的二风扇的动叶与静叶以及导流结构的相对位置剖面及其气流方向示意图；

图4为现有的与本发明串联式风扇的特性曲线比较图；

图5A为图2中导流结构的上视图；

图5B为图2中导流结构的立体示意图；

图6为图2中的另一种导流结构的上视图。

主要元件符号说明

10A、10B、20A、20B：风扇

12a、12b、22a、22b：动叶

14a、14b、24a、24b：静叶

2：串联式风扇

21a、21b：框体

23a、23b：出风口

30：导流结构

31：外框

32：导流板

33：垂直导流道

具体实施方式

请参照图2，其依照本发明较佳实施例的串联式风扇的示意图。串联式风扇2至少包括一第一风扇20A与一第二风扇20B以及一导流结构30。第二风扇20B与第一风扇20A串联，而导流结构30则设置于第一风扇20A与第二风扇20B之间。其中导流结构30用以引导自第一风扇20A流出的气流，在进入第二风扇20B时的气流角度与轴向平行，以提高串联式风扇2的风量与风压。第一风扇20A与第二风扇20B为轴流式风扇，而导流结构30与串联式风扇2是个别独立，且可以例如是自由卡固、锁合或黏合等方式相互组合或分离。

请同时参照图3A与图5B，图3A是图2的串联式风扇的剖面示意图，而图3B是图3A的二风扇的动叶与静叶以及导流结构的相对位置剖面及其气流方向示意图。由于第一风扇20A与第二风扇20B的动叶22a、22b是沿图3B中的X方向运转，故当气流沿V1方向(即轴向)进入第一风扇20A之后，气流受到动叶22a对其做功的影响，造成气流沿V2方向偏斜。然而由于第一风扇20A在其出风口处设置有静叶24a，其目的在于导正偏斜的气流，故当沿V2方向的气流通过静叶24a之后，气流是沿V3方向流出第一风扇20A。

由于导流结构30设置于第一风扇20A与第二风扇20B之间，故流出第一风扇20A的气流是沿V3方向直接进入导流结构30，在经过导流结构30后，可使后续要进入第二风扇20B的气流角度是与轴向平行，亦即沿气流再次沿V1方向(即轴向)进入第二风扇20B。

对串联式风扇2而言，进入后扇(即第二风扇20B)的最佳入口角度，为与轴向平行，故通过导流结构30可进一步改善气流角度，使气流流出导流结构30后其方向也与轴向平行，如此一来，由于进入第二风扇20B的气流是沿V1方向(即与轴向平行)进入，可使第二风扇20B的动叶22b能够对入口气流完全做功，使得第二风扇20B的效能因此提高。若以现有技术不具有导流构造与本发明具有导流构造的串联式风扇来作特性比较，皆以8公分有静叶的风扇来作测试，在转速为9800转(rpm)时其功率大小(W，瓦特)比较如下表所示。

	第一风扇	第二风扇
			现有技术	41.7W	18.1W
本发明	39.73W	38.36W

由上表可清楚发现，虽然采用本发明的串联式风扇2的第一风扇20A的功率略微比现有的风扇减少，但本发明的第二风扇20B的功率却远大于现有的风扇，且第一风扇20A与第二风扇20B的功率相近。另外，请参见图4，其是现有技术与本发明串联式风扇的特性曲线比较图。

由此可证，导流结构30的设计，可使串联式风扇2中所有风扇的消耗功率几近相同，换言之，若在一系统中串联多颗风扇，则在此系统中不论是哪一颗风扇其消耗功率都与入口的风扇相近。再者，导流结构30的设计使两风扇的做功能力几乎相同，此特性可协助工程人员对串联式风扇更加容易设计与掌控。又，因串联式风扇中每个风扇的做功平均，在彼此气流良好交互作用下，在此架构下的风扇会比单颗风扇所消耗的功率为低，因此可在不更动原本设计的情况下，即让整体的串联式风扇的转速更进一步提高，而其效能也会有加乘的效果。

请同时参照图2、图5A与图5B，导流结构30具有外框31、至少一导流板32以及垂直导流道33，且每一导流板32为平板状或为翼形(图未示)，且每一导流板32呈径向排列，使得外框31与导流板32之间形成有垂直导流道33。导流板32可用以引导偏斜的气流在进入风扇时的气流角度与轴向平行，用以提高风扇的特性。再者，导流结构30还具有一外框31，且导流板32实质上与外框31平齐，或者，导流板32是部分突出于外框31的靠近第一风扇20A的一侧(如图5B所示)，用以更靠近第一风扇20A的动叶22a。

然而，本发明并不限制于此，例如，除图5中所示的多个导流板32的几何分布为放射状之外，也可为螺旋状(如图6所示)或是其它不规则几何形状分布。另外，请再参照图3A，第一风扇20A还具有一出风口23a与多个静叶24a，且多个静叶24a设置于第一风扇20A的出风口23a并呈径向排列，用以引导气流自出风口20A流出。再者，第二风扇20B还具有一出风口23b与多个静叶24b，且多个静叶24b设置于第一风扇20B的出风口23b并呈径向排列，用以引导气流自出风口20b流出。

多个静叶24a与第一风扇20A的框体21a为一体成型，且静叶24a的剖面为一平板形状、三角形形状、梯形形状、翼形形状，或者静叶的剖面具有至少一曲面形状、弧面形状、曲线形状、弧线形状，或是具有中心线不弯曲的曲线或弧线外形。

另外，导流结构30除了用以导正气流方向外，也因导流结构本身厚度而使两风扇间产生一间隙，使得串联式风扇2的两动叶彼此间的距离增加，而此间隙可使气流流出在流出第一风扇20A(即前扇)的出风口时，有一充分发展的空间，不致于马上受到第二风扇20B(即后扇)的加压作用，因此流场可比原本直接串联二风扇要来的顺畅。此外，第一和第二风扇的动叶与静叶呈倾斜上扬状，如图3A所示。随着气流越平顺，也使整个系统的噪音可达到减低的效果。再者，因本发明使串联特性增加的效果下，采用较低的转速就可达到现有以高转速所能达到的特性，故噪音问题也可由此改善。

将应用本发明的具有导流结构的两个8公分大小的串联式风扇与现有8公分大小的两个风扇串联后进行比较，以相同转速9800rpm，在距离风扇入风口处1米的位置上做一声音测试，其结果可明显发现，现有的扇叶转动时于操作点(operating point)为129.04cfm且0.5inch H₂O的情况下所测得的噪音值约为72.4dB-A，而应用本发明的风扇，在操作点为135.05cfm且0.5inch H₂O的情况下所测得的噪音值则为71.9dB-A。因此，在设定为同噪音评比的情况下，本发明可提供更佳的特性。如此一来，足可证明在两风扇或多风扇的串联中，设计一导流结构使气流在进入风扇时的角度与轴向平行，不仅可以有效提高串联式风扇的风量与风压，更可以减少风扇运转时的噪音。

本发明的串联式风扇，在两风扇或多风扇的串联中，设计一导流结构使气流在进入风扇时的角度与轴向平行，可以有效提高串联式风扇的风量与风压并减少风扇运转时的噪音。再者，串联式风扇及其导流结构能够补偿一般串联式风扇做功时的损失，并以增加组装搭配使用上的灵活度。

虽然结合以上一较佳实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定者为准。

Claims (20)

1.一种导流结构，与一串联式风扇并用，其中该串联式风扇包括至少一第一风扇以及一第二风扇，所述第一风扇具有一出风口与多个静叶，该多个静叶设置于第一风扇的出风口处并用以引导气流自该第一风扇的出风口流出，且导正偏斜的气流，该导流结构设置于该第一风扇的该多个静叶与该第二风扇之间，该导流结构具有至少一导流板与一连结于该导流板的外框，用以引导自该第一风扇流出的气流在进入第二风扇时的气流角度与轴向平行，以提高该串联式风扇的风量与风压。

2.一种导流结构，与一串联式风扇并用，其中该串联式风扇包括至少一第一风扇以及一第二风扇，所述第一风扇及一第二风扇分别具有一出风口、多个动叶与多个静叶，该第一风扇的多个静叶设置于第一风扇的出风口处并用以引导气流自该第一风扇的出风口流出，该导流结构设置于该第一风扇的该多个静叶与该第二风扇的多个动叶之间，该导流结构具有至少一导流板与一连结于该导流板的外框，用以引导自该第一风扇流出的气流在进入第二风扇时的气流角度与轴向平行，以提高该串联式风扇的风量与风压。

3.如权利要求1或2所述的导流结构，其中该第一风扇的多个静叶呈径向排列。

4.如权利要求1或2所述的导流结构，其中第二风扇还具有一出风口与多个静叶，该第二风扇的该多个静叶设置于该第二风扇的出风口处并呈径向排列，用以引导气流自该第二风扇的出风口流出。

5.如权利要求4所述的导流结构，其中该第一风扇和该第二风扇分别具有多个动叶，该第一或第二风扇的动叶与该第一或第二风扇的静叶呈倾斜上扬状。

6.一种串联式风扇，至少包括：

一第一风扇与一第二风扇，该第二风扇与该第一风扇串联，所述第一风扇具有一出风口与多个静叶，该多个静叶设置于第一风扇的出风口处并用以引导气流自该第一风扇的出风口流出，且导正偏斜的气流；以及

一导流结构，设置于该第一风扇的该多个静叶与该第二风扇之间，该导流结构具有至少一导流板与一连结于该导流板的外框，用以引导自该第一风扇流出的气流，在进入第二风扇时的气流角度与轴向平行，以提高该串联式风扇的风量与风压。

7.一种串联式风扇，至少包括：

一第一风扇与一第二风扇，该第二风扇与该第一风扇串联，所述第一风扇及一第二风扇分别具有一出风口、多个动叶与多个静叶，该第一风扇的该多个静叶设置于第一风扇的出风口处并用以引导气流自该第一风扇的出风口流出；以及

一导流结构，设置于该第一风扇的该多个静叶与该第二风扇的多个动叶之间，该导流结构具有至少一导流板与一连结于该导流板的外框，用以引导自该第一风扇流出的气流在进入第二风扇时的气流角度与轴向平行，以提高该串联式风扇的风量与风压。

8.如权利要求6或7所述的导流结构，其中该第一风扇的多个静叶呈径向排列。

9.如权利要求6或7所述的串联式风扇，其中该导流结构与该第一风扇以及该第二风扇是个别独立，且可相互组合或分离。

10.如权利要求9所述的串联式风扇，其中该导流结构与该第一风扇以及该第二风扇相互接合或分离的方式为自由卡固、锁合或黏合。

11.如权利要求6或7所述的串联式风扇，其中该导流板的几何分布为放射状、螺旋状或是其它不规则几何形状分布。

12.如权利要求6或7所述的串联式风扇，其中每一导流板为平板状或为翼形，且呈径向排列。

13.如权利要求6或7所述的串联式风扇，其中该第二风扇还具有一出风口与多个静叶，该第二风扇的该多个静叶设置于该第二风扇的出风口处并呈径向排列，用以引导气流自该第二风扇的出风口流出。

14.如权利要求13所述的串联式风扇，其中该多个静叶与该第一或第二风扇的框体为一体成型。

15.如权利要求13所述的串联式风扇，其中该多个静叶的剖面为一平板、三角形、梯形、翼形形状，或该多个静叶的剖面具有至少一曲面形状。

16.如权利要求13所述的串联式风扇，其中该多个静叶的剖面具有中心线不弯曲的曲面外形。

17.如权利要求15所述的串联式风扇，其中所述曲面为弧面。

18.如权利要求16所述的串联式风扇，其中所述曲面为弧面。

19.如权利要求13所述的串联式风扇，其中该第一风扇和该第二风扇分别具有多个动叶，该第一或第二风扇的动叶与该第一或该第二风扇的静叶呈倾斜上扬状。

20.如权利要求6或7所述的串联式风扇，其中该第一风扇与该第二风扇为轴流式风扇。

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