CN109287094A - 提供流线形气流的冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种提供流线形气流的冷却系统，此冷却系统包含风扇、以及护罩组件。此风扇包含多个风扇叶片，并配置以沿进风方向旋转。此护罩组件邻接风扇的上游。此护罩组件包含多个叶片整流片及螺毂整流罩。

Description

提供流线形气流的冷却系统

技术领域

本发明涉及一种冷却系统，且特别是涉及能改善气流流动的冷却系统。

背景技术

现代数据中心中的计算机服务器系统通常都以特定的配置方式装设于服务器机架上，其中多数安装于服务器机架内的运算模块，例如：服务器托盘、服务器机箱、服务器滑动部件(sled)、刀锋服务器等彼此堆叠。机架安装系统使运算模块彼此堆叠、垂直布置，可有效利用空间。一般而言，运算模块可利用滑动部件滑入或滑出服务器机架，而多条缆线，例如：输入输出(I/O)缆线、网络线、电源线等，可连接到位于服务器机架前端或后端的运算模块。每一运算模块包含一或多个计算机服务器或计算机服务器组件。例如，运算模块包含用于处理的硬件电路、存储器、网络控制器、碟机、缆线端口、电源供应器等。

在许多的模块配置中，机架安装系统中的风扇配置以导引空气自机箱的前端流过运算模块和机箱内的其他组件，并从机箱的后端流出。许多的电子组件在运转时会产生热能。由于机箱内高密度地装设运算模块，大量的热能因而产生，因此，机箱内的空气流动对于防止运算模块过热显得至关重要。故如何改善计算机服务器系统及其他型态计算机设备的风扇性能为目前业界亟欲投入研发资源解决的问题之一。

发明内容

以下所述仅用以阐述本发明所欲解决的问题、解决问题的技术手段、及其产生的功效等等，本发明的具体细节将在下文的实施方式及相关附图中详细介绍。

依据本发明的一实施方式，一种提供流线形气流的冷却系统包含风扇以及护罩组件。风扇包含多个风扇叶片配置以沿进风方向旋转。护罩组件邻接风扇的上游，且包含多个叶片整流片及螺毂整流罩。

在本发明的一或多个实施方式中，上述的螺毂整流罩设置于护罩组件的中央部分。

在本发明的一或多个实施方式中，上述的各叶片整流片包含反向叶片整流片。反向叶片整流片从护罩组件的中央部分延伸出来。

在本发明的一或多个实施方式中，上述的各风扇叶片包含叶片前导边缘以及叶片拖曳边缘。叶片前导边缘面向进风方向。叶片拖曳边缘背向进风方向。

在本发明的一或多个实施方式中，上述的各叶片整流片包含弯曲楔形的横截面。

在本发明的一或多个实施方式中，上述的各横截面形成进气流道。各进气流道具不同角度。

在本发明的一或多个实施方式中，上述的护罩组件的中心部分与风扇的中心部分对齐。

在本发明的一或多个实施方式中，上述的螺毂整流罩包含圆锥形。

在本发明的一或多个实施方式中，上述的螺毂整流罩包含半球形。

在本发明的一或多个实施方式中，上述的冷却系统进一步包含轴架。轴架互连叶片整流片。

附图说明

为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：

图1为现有技术的冷却系统的示意图；

图2为图1中的冷却系统的气流路径侧视图；

图3为现有技术的冷却系统于服务器系统中的正视图；

图4A为护罩组件的正视图；

图4B为护罩组件沿图4A中线段A-A的剖视图；

图4C为护罩组件的立体示意图；

图4D为气流流经图4A至图4C中护罩组件的螺毂整流罩的简单示意图；

图4E为护罩组件安装于风扇的立体示意图；

图5A为图4A及图4B中护罩组件安装于风扇的示意图；

图5B为护罩组件安装于风扇的剖视图。

符号说明

100：冷却系统

110、342、400：风扇

112、412：风扇叶片

114、414：风扇中央部分

120：系统组件

122：架桥

210、410：气流

224：紊流

300：服务器系统

340：风扇区

350：中介面板

354：排气阀

360：主机板区

362：主机板

370：入口

375：出口

415：叶片前导边缘

416：叶片拖曳边缘

422：叶片整流片

426：轴架

428：螺毂整流罩

434：进气流道

500：护罩组件

具体实施方式

以下将以图示揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些现有惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示之。

许多服务器机箱设计以容纳大量的碟机、主机板以及风扇。这些服务器机箱设计通常将特定的计算机模块放置在服务器机箱的特定位置，以改善气流的流通及冷却效率。位于风扇上游的组件会在风扇的下游产生不规则的涡流。这些不规则的涡流会导致能量损失及散热性能下降。本发明提供一种冷却系统，可减少产生风扇上游的不规则涡流。冷却系统可应用于计算机系统，例如服务器机箱或其他设备。

请参照图1。图1为绘示现有技术的冷却系统100的示意图。冷却系统100包含风扇110以及系统组件120。风扇110配置以导引系统组件120周围的空气流动。举例而言，风扇110可以是标准风扇，通常为正方形。一般标准方形风扇的长度和宽度尺寸包含80厘米、92厘米、200厘米、230厘米、320厘米或340厘米。虽然此处列举的方形尺寸为工业标准，但应注意的是任何尺寸都可应用于实施例当中。一般而言，相较于较小的风扇，使用大尺寸的风扇时，需要较少的风扇数量及转速以产生与小尺寸风扇相等的气流量。

风扇110包含多个风扇叶片112(如图1所示四个风扇叶片112)。风扇110进一步包含风扇中央部分114。每一风扇叶片112与风扇中央部分114相连。当风扇110运转时，风扇中央部分114与风扇叶片112以顺时钟或逆时钟的方向旋转。风扇110可由与风扇中央部分114连接的电动机(未绘示)供电。风扇叶片112可以是各种形状及尺寸。例如风扇叶片112可以是平坦的平面形状或是具弧形的平面形状。然而，本发明揭露的风扇叶片可为任意形状或尺寸。

每一风扇叶片112与风扇中央部分114之间夹有一角度，如此当风扇110运转时，风扇叶片112可导引系统组件120周围的空气流动。

系统组件120位于风扇110的上游。系统组件120可以是气流流至风扇110途中被视为障碍物的任何物件。例如系统组件120可以是提供服务器机箱中各个组件连接的印刷电路板(PCB)。系统组件120包含排气阀(未绘示)以允许空气流过系统组件120朝向风扇110。

请参照图2。图2为绘示图1中的冷却系统100的气流路径侧视图。冷却系统100包含风扇110以及系统组件120。

冷却系统100中的风扇110包含两个转子。两个转子彼此呈一直线排列，但是类似的原理可应用于单个转子。每一转子包含多个风扇叶片112与风扇中央部分114。风扇110吸入气流210，使气流210流过系统组件120。

系统组件120位于风扇110的上游。系统组件120包含架桥122。架桥122横越排气阀。具体而言，架桥122作为气流210流至风扇110途中的障碍物。架桥122会引起架桥122两侧产生紊流224，导致能量损失及散热性能下降。

请参照图3。图3为绘示现有技术的冷却系统100于服务器系统300中的正视图。在一些实施例中，服务器系统300为大型机箱系统中的一部分。服务器系统300包含风扇区340、主机板区360与中介面板350。

风扇区340包含一或多个风扇342，将空气自入口370吸入，流过服务器系统300朝向出口375。空气从主机板区360被拉向风扇区340。风扇342吸引空气从主机板区360流过中介面板350。

主机板区360包含一或多个主机板362(又称主板、系统板、平面板或逻辑板)。每一主机板362是计算机与其他扩展系统中可找到的主要印刷电路板(PCB)。主机板362包含计算机系统，例如中央处理单元(CPU)与存储器中彼此通信的许多电子元件(未绘示)，且主机板362提供各种连接器与周边设备连接。

中介面板350位于风扇区340与主机板区360之间。中介面板350为一或多个主机板362的连接媒介。在一些实施例中，中介面板350为印刷电路板，包含热插拔连接器，用于插入每一主机板362。中介面板350与底板(未绘示)连接以供电给主机板362。中介面板350包含至少一排气阀354。排气阀354设置以让空气从主机板区360流至风扇区340。中介面板350的每一排气阀354包含架桥(未绘示于图3中)。中介面板350为导致如图1及图2所述的紊流224的一系统组件120示例。

然而，虽然组件可被布置于服务器机箱内以改善空气流动，但一般服务器机箱中的排气阀形状引起了紊流，导致能量损失及散热性能下降。为进一步改善空气流动，本发明揭露一护罩组件500，包含叶片整流片422、轴架426以及螺毂整流罩428的组合。如图4A及图4B所示。

请参照图4A至图4E。图4A至图4C分别绘示了护罩组件500的正视图、剖视图及立体示意图。护罩组件500包含轴架426、螺毂整流罩428以及多个叶片整流片422。图4D为绘示气流流经图4A至图4C中护罩组件500的螺毂整流罩428的简单示意图。护罩组件500可位于风扇400的上游邻接处。图4E为绘示护罩组件500安装于风扇400的立体示意图。

螺毂整流罩428可以是护罩组件500的一部份或是护罩组件500中心部分的附加构件。在本发明的一些实施例中，螺毂整流罩428为圆形。螺毂整流罩428可与风扇中央部分414对齐。在本发明的一些实施例中，螺毂整流罩428为圆锥形。在本发明的一些实施例及图4A至图4E中所示，螺毂整流罩428为半球形。应理解的是，螺毂整流罩428可以是任何能减低紊流的形状，且紊流是因风扇400进气侧中心部分的上游涡流而产生。

举例而言，如图2所示，当气流210流经非流线形物体，例如架桥122，气流210被非流线形物体分离产生涡流。此涡流即为紊流224。请再参照图4D，螺毂整流罩428伴有多个风扇叶片412。每一风扇叶片412附接于风扇中央部分414。当气流410接近螺毂整流罩428时，气流410被导引沿着螺毂整流罩428的表面流向多个风扇叶片412。螺毂整流罩428提供一较为流线形的形状，以减少或避免紊流224的产生，藉此显著改善风扇400的散热性能。

在本发明的一些实施例中，如图4C所示，每一叶片整流片422具有弯曲楔形的横截面，因而产生了具有不同角度的进气流道434。通过类似上述图4D中螺毂整流罩428的流线形子弹模型设计，不同角度的进气流道434改变并防止护罩组件500前方的涡流产生。如此使得空气流量增加并减少能量损失。此外，轴架426可改善于风扇400进气侧不规则涡流的旋转，使涡流的旋转方向与风扇400的旋转方向一致。应理解的是，护罩组件500可包含轴架426、螺毂整流罩428以及多个叶片整流片422的任意组合形式。

请参照图4E。叶片整流片422可与风扇400的风扇叶片412一同作动。每一风扇叶片412以一叶片角度与风扇中央部分414连接，换句话说，叶片角度即为风扇叶片412相对于风扇400旋转轴的夹角。当风扇400运转时，风扇叶片412会吸引来自系统组件120处的空气。每一叶片整流片422以一整流角度与护罩组件500的中心部分连接。整流角度与叶片角度夹角方向相反(参照图4E的叶片整流片422与图1的风扇叶片112的夹角方向相反关系)。

请参照图5A及图5B。图5A为绘示护罩组件500安装于风扇400的示意图。图5B为绘示护罩组件500安装于风扇400的剖视图。风扇400包含多个风扇叶片412、风扇中央部分414。多个风扇叶片412连接于风扇中央部分414。当风扇400运转时，风扇中央部分414与风扇叶片412以顺时钟或逆时钟的方向旋转。

风扇400由连接到风扇中央部分414的电动机(未绘示)供电。风扇叶片412可以是各种形状及尺寸。例如风扇叶片412可以是平坦的平面形状或是具弧形的平面形状，本发明不限定于此。

每一风扇叶片412包含叶片前导边缘415及叶片拖曳边缘416。叶片前导边缘415面向进风方向，而叶片拖曳边缘416背向进风方向。每一风扇叶片412以一叶片角度与风扇中央部分414连接，换句话说，叶片角度即为风扇叶片412相对于风扇400旋转轴的夹角。当风扇400运转时，风扇叶片412片会吸引空气朝向系统组件120(如图1及图2所示)。护罩组件500位于风扇400的上游。护罩组件500可与风扇400邻接或表面上与风扇400相隔。

虽然结合以上实施方式公开了本发明，然而其不用以限定本发明，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当以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (10)

1.一种提供流线形气流的冷却系统，其特征在于，该冷却系统包含：

风扇，包含多个风扇叶片，并配置以沿进风方向旋转；以及

护罩组件，邻接该风扇的上游，包含多个叶片整流片及一螺毂整流罩。

2.如权利要求1所述的冷却系统，其中该螺毂整流罩设置于该护罩组件的中央部分。

3.如权利要求1所述的冷却系统，其中每一该叶片整流片包含反向叶片整流片，从该护罩组件的中央部分延伸出来。

4.如权利要求1所述的冷却系统，其中每一该风扇叶片包含：

叶片前导边缘，面向进风方向；以及

叶片拖曳边缘，背向进风方向。

5.如权利要求1所述的冷却系统，其中每一该叶片整流片包含一弯曲楔形的横截面。

6.如权利要求5所述的冷却系统，其中该横截面形成一进气流道，且该进气流道具不同角度。

7.如权利要求1所述的冷却系统，其中该护罩组件的中心部分与该风扇的中心部分对齐。

8.如权利要求1所述的冷却系统，其中该螺毂整流罩包含一圆锥形。

9.如权利要求1所述的冷却系统，其中该螺毂整流罩包含一半球形。

10.如权利要求1所述的冷却系统，进一步包含轴架，互连该些叶片整流片。