CN109669523B - 电子装置及其导流结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电子装置及其导流结构，其中该导流结构为一种流线型导流结构，用以有效率地将气流由风扇单元导引至散热器。导流结构包含上盖板以及两侧壁。两侧壁连接至上盖板，而上盖板与两侧壁的第一端形成进气口。上盖板具有曲面，与两侧壁相对于第一端的第二端形成一排气口。排气口的截面积小于进气口的截面积。

Description

电子装置及其导流结构

技术领域

本发明涉及一种导流结构，特别是涉及一种用以在电子装置(如服务器)中有效率地导引气流至散热器的导流结构。

背景技术

分散式网络系统伴随云端计算的出现而被广泛采用，而网络系统包含许多连网装置，如服务器、交换器及其他交换数据的装置。为满足增加数据容量及传输速度的需求，在网络装置中使用了更快更密集的电子元件。

由于诸如收发器、控制器、处理器以及存储器之类的内部电子元件的运作，网络装置(如服务器)产生大量的热。散热不良造成的过热可能会关闭或妨碍这些装置的运作，因此，诸如服务器之类的网络系统装置设计仰赖通过系统装置内部的气流来带走电子元件产生的热。这种装置通常包含连接到电子元件的各种散热器。散热器通常由导热材料组成，吸收电子元件的热，从而将热从电子元件中转移出去。气流通常由风扇系统产生，使气流加速通过系统装置及散热器。产生的气流因此收集并带走散热器的热，将其带出装置。如果产生的气流大部分集中在散热器上，不散失至整个系统装置的其他部分，则会最有效率地利用所产生的气流。因此，一种协助将空气从风扇集中到散热器的机构为导流结构。导流结构导引气流由风扇系统流向散热器，并容纳气流，避免其散失到装置的其他部分。导流结构为一实体封闭结构，具有将气流由风扇导引至散热器的侧壁。理想上是能将散热器与空气流动效率最大化使此类系统装置中冷却风扇运作所需的功率最小化。

因此，导流结构为电子系统装置中维持气流必要的一部分。相较于不具导流结构的系统装置，导流结构可协助达成高效率气流，可降低使用在冷却上的能量。

然而，为电子系统装置设计导流结构的形状时必须谨慎，设计不良的导流结构可能因系统装置内的空气紊流导致大幅度压降，需要在冷却上使用较多能量以达到足以冷却系统装置部件的最小空气流率。因此，设计良好的导流结构导致气流平顺，同时维持气流方向以将不理想的压降减至最低。

因此，需要一种以流线形状来最小化气流的紊流的导流结构，更需要一种具有可最大化气流以将使用在冷却上的能量降至最低的形状的导流结构，也需要一种允许次要气流冷却其他部件的导流结构。

发明内容

依据本发明一实施方式，一种导引结构，用以导引气流至散热装置，其包含上盖板以及两侧壁。两侧壁连接至上盖板，而上盖板与两侧壁的第一端形成进气口。上盖板具有曲面，其与两侧壁相对于第一端的第二端形成一排气口。排气口的截面积小于进气口的截面积。

依据本发明一实施方式，一种电子装置包含机壳、风扇壁、散热器以及导流结构。机壳上安装电子部件，而风扇壁设置于机壳上。散热器与机壳上的电子部件热耦合。导流结构安装于风扇壁以及散热器之间，并且包含上盖板以及两侧壁。两侧壁连接至上盖板，而上盖板与两侧壁的第一端形成进气口。上盖板具有曲面，其与两侧壁相对于第一端的第二端形成一排气口。排气口的截面积小于进气口的截面积。

上述的发明内容并非意图代表本发明所有的实施方式及态样，相反地，其仅为提供本文所述的一些新颖态样及特征的范例。从以下对用以实施本发明的代表性实施方式及模式的详细描述，并结合附图及权利要求，可清楚理解本发明上述及其他的特征与优点。

附图说明

从以下示例性实施方式的说明，并配合参照附图，可对本发明有更好的理解。

图1为包含流线型导流结构的示例性网络装置的立体图；

图2为用以评估图1的导流结构以允许有效率的气流的虚拟风洞的示意图；

图3A至图3D为不同形状设计的导流结构的立体图；

图4A至图4D为图3A至图3D的导流结构于图2的虚拟风洞中测试的空气流动模式的示意图；

图5为具有流线形状的示例性导流结构的立体图；

图6为具有流线形状并且允许次要气流的另一示例性导流结构的立体图。

符号说明

100：电子装置

110：机壳

112：电子部件

114：前端

116：后端

120：风扇壁

122：风扇单元

130：散热器

150：导流结构

152：上盖板

154、156：侧壁

158：开放式前端

160：开放式后端

162、164、166：内挡板

170：分流孔

200：虚拟风洞

202：层流气流

204：测试导流结构

206：散热器

300、320、340、360：导流结构

302、322、342、362：入口侧

304、324、344、364：出口侧

306、346：平面屏障

326、366：曲面

308、328、348、368：出口区

350、370：分流孔

400、410、420：区域

500、600：导流结构

502、602：进气口

504、604：排气口

510、512、610、612：侧壁

514、614：上盖板

516、616：曲面

620：分流孔

本发明允许各种修改及替代形式。一些具代表性的实施方式显示于附图中，并且将在本文中详细地描述。然而，应该理解本发明非意图受限于所揭示的特定实施方式。相反地，本发明涵盖所有落入由所附的权利要求界定的精神与范围内的修饰、等同物及替代方式。

具体实施方式

本发明可以许多不同的实施方式来实现。具代表性的实施方式显示于附图中，并且将在本文中详细地描述。本发明为揭示的发明的原理的范例或说明，并非意图将本发明广泛的态样限定至所说明的实施方式。对此而言，例如在权利要求中未明确阐述，但于摘要、发明内容及实施方式中揭示的元件及限制，不该通过暗示、推测或其他方式，单独或集体并入权利要求中。为详细描述本发明，除非另行规定，否则单数包含多个，反之亦然，而「包含」意旨「包含但不限于」。此外，诸如「大约」、「几乎」、「基本上」、「近似」等表达近似的用语，可在本文中用以表示「于、接近或接近于」、「在3％至5％之内」、「在可接受的制造公差内」或其任何逻辑组合。

图1为绘示依据本发明一实施方式的电子装置100的立体图。在本实施方式中，电子装置100可为刀锋服务器。电子装置100包含机壳110，其容置不同的电子部件112。在本实施方式中，机壳110具有四个插槽，分别容置对应的电子部件112。电子装置100包含前端114以及后端116。后端116与前端114相对，并且包含不同的连接介面，以允许与电子部件112的通讯。

风扇壁120设置于电子部件112的后方。风扇壁120包含由基板管理控制器控制的各个风扇单元122。基板管理控制器可耦接至热感测器，以决定电子部件112的温度。每个风扇单元122包含马达及风扇，用以产生从电子装置100的后端116流至前端114的气流。当热感测器指示需要加强冷却时，调节风扇功率以增加风扇单元122的马达的速度。风扇壁120靠近散热器130，而散热器130各自安装在电子部件112的上方。散热器130吸收来自电子部件112的热，并且位于产生的气流的路径上。

图1显示包围散热器130的导流结构150。为了便于说明，在图1中，将导流结构150从电子装置100上移开。导流结构150具有上盖板152及两侧壁154与156。上盖板152与侧壁154及156形成开放式前端158及开放式后端160。导流结构150的开放式前端158的前截面的形状与风扇壁120的截面一致。导流结构150包含连接至上盖板152下侧的内挡板162、164与166。内挡板162、164与166导引气流至各个散热器130及对应的电子部件112。因此，侧壁154及156与内挡板162、164及166形成分开的四个内部流道，各自将气流导引至四个电子部件112及对应的散热器130。四个内部流道的形状由上盖板152的曲率决定。上盖板152切开对应四个内部流道的一系列分流孔170。如下文所解释，分流孔170用以减少空气紊流以使气流达到最大。

安装有导流结构150时，导引气流由风扇壁120的风扇单元122流向电子部件112及散热器130。如特写中可见，侧壁154及156与风扇单元122重叠，因此，大部分由风扇壁120产生的气流被导引通过导流结构150。导流结构150被安装在风扇壁120与电子部件112之间，风扇壁120的风扇产生的气流因此被导流结构150朝向散热器130导引，通过散热器130后，被迫从导流结构150的开放式后端160流出至电子装置100的前端114。如图1所示，风扇壁120高度大于电子部件112与散热器130的组合。因此，导流结构150的开放式前端158的截面积与开放式后端160的截面积不同，因为开放式后端160的高度需配合电子元件112以及连接电子元件112的对应的散热器130的高度。在本实施方式中，开放式后端160的截面积实质上等于散热器130的截面积。开放式前端158与开放式后端160具有不同的截面积以确保由风扇壁120产生的气流完全流向散热器130，以最大化冷却效率。从开放式前端158到开放式后端160的高度差可能产生空气紊流，进而导致压降。可通过导流结构150的形状来将压降最小化。

图2为绘示用以评估图1的导流结构150的虚拟风洞200。以下叙述的导流结构设计以案例研究的方式呈现，使用虚拟风洞200模拟层流气流202，并使用测试导流结构204以保持全部或大部分气流通过阻挡物。在本实施方式中，阻挡物为散热器206。层流气流202从图2的右侧流出，并且在导引通过散热器206之前进入测试导流结构204。以此方式，虚拟风洞200可模拟由测试导流结构204产生的紊流，并且可对于各个提出的导流结构设计分析气流产生的压力。

图3A至图3D为绘示不同设计的导流结构的立体图。图3A至图3D所示的导流结构作为图2所示的虚拟风洞200中的测试导流结构204，以对该些导流结构进行评估。图3A至图3D所示的导流结构每个都对应图1中的侧壁154与156及内挡板162、164与166形成的内部流道其一。图3A为绘示导流结构300，其具有相对的入口侧302及出口侧304。入口侧302具有与风扇壁的截面相配的矩形截面。出口侧304具有平面屏障306以形成出口区308，其截面积实质上等于图2中的散热器206的截面积，并且小于入口侧302的截面积。导流结构300以图2中的虚拟风洞200进行模拟，以决定以平面屏障306迫使进入的气流流过面向导流结构300的出口侧304的散热器206的效果。

图3B为绘示导流结构320，其具有相对的入口侧322及出口侧324。入口侧322具有与风扇壁的截面相配的矩形截面。出口侧324具有流线的曲面326以形成出口区328，其截面积实质上等于图2中的散热器206的截面积，并且小于入口侧322的截面积。对导流结构320进行模拟，以决定以曲面326导引进入的气流平顺地流至图2所示的散热器206并通过出口区328的效果。曲面326曲率的范围可依据风扇产生的气流的速度来选择，而弯曲程度的调整，可以风扇产生的气流的速度作为输入，使用计算流体力学来找出的最佳的设计。

图3C为绘示导流结构340，其具有相对的入口侧342及出口侧344。入口侧342具有与风扇壁的截面相配的矩形截面。出口侧344具有平面屏障346以形成出口区348，其截面积实质上等于图2中的散热器206的截面积，并且小于入口侧342的截面积。导流结构340由流过散热器206的气流抽出少量气流来冷却其他部件，因此，平面屏障346上切出了矩形的三个分流孔350，以促成次要气流对其他部件的补充冷却。

图3D为绘示导流结构360，其具有相对的入口侧362及出口侧364。入口侧362具有与风扇壁的截面相配的矩形截面。出口侧364具有流线的曲面366以形成出口区368，其截面积实质上等于图2中的散热器206的截面积，并且小于入口侧362的截面积。导流结构360由流过散热器206的气流抽出少量气流来冷却其他部件，因此，曲面366上切出了三个分流孔370，以促成对其他部件的补充冷却。每一分流孔370具有与图3C中的分流孔350相同的尺寸。

图4A至图4D为绘示通过图2所示的虚拟风洞200的气流，分别使用图3A至图3D所示的导流结构300、320、340及360。图4A为绘示以图3A中的导流结构300导引流向散热器206的气流。导流结构300的气流模式显示在平面屏障306处的区域400内，气流的路径突然改变。气流路径突然改变是缺点，会造成意外局部高压，因而减弱通过导流结构300的整体气流。

图4B为绘示以图3B中的导流结构320导引流向散热器206的气流。导流结构320加入流线的曲面326导致气流模式不具气流路径突然改变，因此消除图4A所示的意外局部高压。

图4C为绘示以图3C中的导流结构340导引流向散热器206的气流。导流结构340的气流模式显示在区域410处，平面屏障346的分流孔350冒出许多紊流或涡漩，可能导致整体气流减弱。

图4D为绘示以图3D中的导流结构360导引流向散热器206的气流。相较于图4C的区域410，导流结构360的曲面366的分流孔370形成的次要气流在区域420内的气流模式显示导流结构360的设计将次要气流的紊流减至最少。

图5为绘示导流结构500的立体图。导流结构500融入图3B所示的导流结构320的设计，其具有相对的进气口502及排气口504。导流结构500由两侧壁510与512及上盖板514形成。侧壁510与512连接至上盖板514，而上盖板514的一端与侧壁510及512的第一端形成进气口502。在本实施方式中，进气口502的截面积实质上等于风扇单元(如图1的风扇单元122)的截面积。进气口502的截面的宽度可以扩大以与具有多个风扇单元的风扇壁的截面配合。侧壁510与512的第一端及上盖板514可延伸以与风扇壁(如图1的风扇壁120)重叠，确保风扇壁产生的气流被导引进入导流结构500。

曲面516的一端与侧壁510及512相对第一端的第二端形成排气口504，其截面积小于进气口502的截面积以导引气流至直接围绕散热器(如图1的散热器130)的区域。排气口504较小的截面积由流线的曲面516形成，而曲面516在不妨碍气流下将其导引至排气口504。曲面516具有高度等同于进气口502的一端，并向下降低至排气口504的高度。由此，导流结构500将气流导引至散热器，同时将紊流及高压减至最少。

导流结构500安装于风扇壁与散热器之间的安装面。侧壁510及512的第一端与上盖板514形成进气口的一端重叠风扇壁以确保全部来自风扇壁的气流被导引进入导流结构500。导流结构500的长度实质上等于风扇壁与散热器间的距离。排气口504的截面积实质上等于散热器的截面积，被导引流向散热器的气流因此达到最大。

图6为绘示导流结构600的立体图。导流结构600融入图3D所示的导流结构360的设计，其具有相对的进气口602及排气口604。导流结构600由两侧壁610与612及上盖板614形成。于本实施方式中，进气口602的截面积实质上等于风扇单元的截面积。进气口602的截面的宽度可以扩大以与具有多个风扇单元的风扇壁的截面配合。排气口604的截面积小于进气口602的截面积以导引气流至直接围绕散热器的区域。排气口604由流线的曲面616形成，而曲面616在不妨碍气流下将其导引至排气口604。曲面616具有高度等同于进气口602的一端，并向下降低至排气口604的高度。由此，导流结构600将气流导引至散热器，同时将紊流及高压减至最少。

导流结构600安装于风扇壁与散热器之间的安装面。侧壁610及612的第一端与上盖板614形成进气口的一端重叠风扇壁以确保全部来自风扇壁的气流被导引进入导流结构600。导流结构600的长度实质上等于风扇壁与散热器间的距离。排气口604的截面积实质上等于散热器的截面积，被导引流向散热器的气流因此达到最大。

导流结构600允许由散热器分流出次要气流，其用以冷却其他部件。曲面616上设置有三个分流孔620，使得导流结构600内的部分气流远离散热器导引。通过分流孔620的气流提供次要冷却气流。

应当理解可修改揭示的导流结构，使完全或部分覆盖散热器。此外，可提整进气口及排气口的高度，使进气口及排气口具有相同或不同的高度。侧壁及内挡板可具有不同的形状(如：弯曲的形状)以使气流平顺。

本发明中使用的「部件」、「模块」、「系统」等术语通常指与计算机相关的实体，即硬件(例如电路)、硬件与软件的组合、软件或与具有一或多个特定功能的运行机器相关的实体。举例来说，部件可为但不限于：在处理器(例例如数字信号处理器)上运行的处理程序、处理器、物件、执行档、执行绪、程序及/或计算机。举例来说，在控制器上运行的应用程序以及控制器都可为部件。一或多个部件可存在于一个处理程序及/或执行绪内，并且一个部件可位于一台计算机上及/或分布于两或多台计算机之间。此外，「装置」可为以下形式：特别设计的硬件、通过执行使硬件执行特定功能的软件而使其变得特定的通用硬件、存储在计算机可读媒介上的软件或其组合。

计算装置通常包含各种媒介，其可以包含计算机可读存储媒介及/或通讯媒介，其中上述的两术语在本文中不同地使用。计算机可读存储媒介可为可由计算机存取的任何可用存储媒介，其通常是非暂时性的，并且可包含挥发性与非挥发性媒介以及可移动与不可移动媒介。举例而非限定，计算机可读存储媒介可结合用以存储诸如计算机可读指令、程序模块与结构化或非结构化数据等信息的任何方法或技术来实现。计算机可读存储媒介可包含但不限于：随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电子抹除式可复写只读存储器(EEPROM)、闪存存储器或其它存储器技术、只读存储光盘(CD-ROM)、数字多功能影音光碟(DVD)或其他光碟存储、磁卡带、磁带、磁性硬盘或其他磁性存储装置、或可用于存储信息的其他有形及/或非暂时性媒介。计算机可读存储媒介可由一或多个本地或远端计算装置存取(例如：经由存取请求、查询或其他数据检索协定)，以对媒介存储的资讯进行各种操作。

本文所使用的术语仅为描述特定实施方式，而非意图限定本发明。如本文所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形「一」及「该」也意图包含多个形。此外，在实施方式或权利要求中使用「包括」、「具有」等术语或其变形时，旨在表达类似「包含」的意思。

除非另外定义，否则本文使用的所有术语(包含技术及科学术语)具有本发明所属领域具普通技术者通常理解的的涵义。此外，诸如常用的字典中定义的术语应以使其具有与其在本发明相关领域涵义一致的方式来解读，并且将不以理想化或过度正式的意义解释，除非明确如此定义。

尽管上面已描述本发明的各种实施方式，应当理解其仅为范例而非限制。在不偏离本发明的精神或范围的情况下，可依据本发明对揭示的实施方式进行各种修饰。因此，本发明的广度及范围不应受任何上述实施方式限制。相反地，本发明的范围应依据所附的权利要求及其等同物来定义。

尽管已以一或多个实施方式来说明与描述本发明，但是本领域技术人员在阅读及理解本说明书与附图后即能想到等效的修改与润饰。此外，虽然本发明的特定特征可能仅揭示于几个实施方式中其一，然而，如果有利于任何给定或特定的应用，该特征可与其它实施方式的一或多个其他特征组合。

Claims (9)

1.一种导流结构，用以将气流导引至一散热器，其特征在于，该导流结构包含：

上盖板，具有曲面；以及

两侧壁，连接至该上盖板，该上盖板与该两侧壁的第一端形成进气口，该两侧壁与该第一端相对的第二端与该曲面形成排气口，其中该排气口的截面积小于该进气口的截面积，

其中该曲面包含分流孔，用以分流部分气流远离该排气口导引。

2.如权利要求1所述的导流结构，其中该进气口的截面积等于一风扇单元的截面积。

3.如权利要求1所述的导流结构，其中该排气口的截面积等于该散热器的截面积。

4.如权利要求1所述的导流结构，其中该两侧壁的长度等于一风扇单元与该散热器之间的距离。

5.如权利要求1所述的导流结构，其中该两侧壁之间的宽度等于具有多个风扇单元的风扇壁的宽度。

6.如权利要求5所述的导流结构，其中该两侧壁的该第一端与该风扇壁重合。

7.一种电子装置，其特征在于，包含：

机壳，其上安装一电子部件；

风扇壁，设置于该机壳上；

散热器，与该机壳上的该电子部件热耦合；以及

如权利要求1所述的导流结构，安装于该风扇壁以及该散热器之间。

8.如权利要求7所述的电子装置，其中该进气口的截面积等于该风扇壁的截面积，该排气口的截面积等于该散热器的截面积。

9.如权利要求7所述的电子装置，其中该两侧壁的长度等于该风扇壁与该散热器之间的距离，且该风扇壁包含多个风扇单元。

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