CN110278683A - 电子装置、计算机装置及其机壳 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电子装置、计算机装置及其机壳，该机壳内嵌用以冷却电子装置的空气喷流。机壳包含两侧壁，其定义机壳的前端以及后端。机壳包含底板，供电子元件设置于其上。两导风管分别由两侧壁支撑，并且各自具有前开口以及后开口的。两风扇分别连接两导风管的后开口。喷嘴架位于机壳的前端，并且包含横向喷嘴条，其喷射出产生自两导风管的前开口的空气喷流。

Description

电子装置、计算机装置及其机壳

技术领域

本发明涉及一种用以有效地冷却电子装置的机壳，且特别是涉及一种内嵌空气喷流结构以冷却电子装置的机壳。

背景技术

诸如服务器的电子装置包含连接至电源供应器的电子元件。服务器会产生大量的热，其来自诸如控制器、处理器以及存储器的内部电子元件的运行。无法有效排出电子元件产生的热所造成的过热可能会停止或妨碍电子装置的运作。因此，服务器设计为仰赖通过其内部的气流来带走电子元件产生的热。服务器通常包含许多散热器，其连接至诸如处理单元的电子元件，并且通常由导热材料组成。散热器吸收电子元件的热，从而将热转移出电子元件。来自散热器的热必须从服务器排出，而用以排出这些热的气流通常由风扇系统产生。风扇系统使气流加速通过电子元件及散热器，产生的气流因而从电子元件以及散热器带走累积的热。

在诸如服务器的装置中，系统功率受限于用以冷却电子元件的散热设计，因此，这些装置的运行速度受到散热设计的限制，因为电子元件有时必须以较低的速度运行以避免过热。根据能量守恒原则，使用风扇冷却的装置的功率限制正比于流经装置的空气量。空气量越大，可用于冷却的气流越多，系统的功率及性能因而可增加。高系统功率允许诸如中央处理器的电子元件有更高的功率，使得中央处理器的运行更有效率，从而提高计算速度。

图1为绘示具有传统机壳设计的半节点服务器10的立体图。服务器10包含摆放于机壳20内的两处理器12与14。处理器12与14设置于散热器(图未示)上，其传导由处理器12与14产生的热。机壳20包含两侧壁22与24，其定义前开口26及后壁28，其中后壁28设置两系统冷却风扇30与32。气流由机壳20的前开口26流向后壁28，而于图1中，气流由风扇30与32产生。

机壳20的前侧包含空间40，提供不同部件卡的设置，例如可插入插槽(图未示)的PCIe相容卡。在本范例中，处理器12与14前后摆放于侧壁22与24之间。机壳20承载靠近处理器12与14的存储器42与44(例如是双倍资料率同步动态随机存取存储器)。存储器42与44插入插槽，使得其间具有间隙以利空气流过机壳20。两个大容量存储装置46与48设置于风扇30与32附近。在本范例中，存储装置46与48可能为硬盘或固态硬盘。

处理器12与14、存储器42与44以及存储装置46与48的运行会产生热，由风扇30与32产生的气流用以冷却上述的电子元件。冷却效率取决于流过机壳20的空气量。在图1所示的传统的机壳设计中，有两种方法可增加空气量，从而提升冷却能力。一种方法是增加风扇30与32的转速，从而增加气流量，而另一种方式是减少机壳20内承载的元件数量，从而降低系统流阻。然而，当风扇设置于如存储装置46与48等元件附近时，风扇转速的增加是无效的。风扇前方的障碍物导致风扇靠近入口的部分出现更多涡旋，因此，当风扇转速增加时，涡旋会靠近风扇的入口并降低风扇效率。此外，移除电子元件(例如：移除其中一存储装置46与48或处理器12与14)会降低装置的性能。

因此，需要一种最大化用以冷却电子元件的气流的电子装置机壳，另需要一种用以于电子装置机壳前端注入高速气流的喷嘴结构以协助冷却，还需要一种允许使用高压风扇及导风管以产生空气喷流的机壳设计。

发明内容

本发明的一实施例为一种用于电子装置的机壳。机壳具有两侧壁，其定义机壳的前端以及后端。机壳包含底板，供电子元件设置于其上。导风管位于两侧壁其中之一上，并且具有前开口以及后开口。风扇连接导风管的后开口。喷嘴架位于机壳的前端，并且连接导风管的前开口。喷嘴架包含一或多个喷气口，其配置以由前端朝向机壳的后端喷射出至少一空气喷流。

本发明的另一实施例为一种电子装置，其具有机壳。机壳具有两侧壁，其定义机壳的前端以及后端。导风管位于两侧壁其中之一上，并且具有前开口以及后开口。风扇连接导风管的后开口，而电子元件设置于机壳内。喷嘴架位于机壳的前端，并且连接导风管的前开口。喷嘴架包含一或多个喷气口，其配置以由前端朝向机壳的后端喷射出至少一空气喷流。

本发明的另一实施例为一种电子装置，其包含机壳。机壳具有两侧壁，其定义机壳的前端以及后端。两导风管分别由两侧壁支撑，并且各自具有前开口以及后开口。电子元件设置于机壳内，并且位于两导风管之间。风扇连接两导风管的后开口。喷嘴架位于机壳的前端，并且具有两侧导管。两侧导管分别连接两导风管，并且配置以分别由两导风管接收气流。上喷嘴条连接两侧导管的一端，并且喷射出上空气喷流，而下喷嘴条连接两侧导管的另一端，并且喷射出下空气喷流。

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。阅读以下对于用以实施本发明的代表性实施方式及模式的详细描述，并一并参照所附的附图及权利要求，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为现有的机壳的立体图；

图2A及图2B为机壳的剖视图，分别绘示通过额外的喷流来增强冷却能力前后的气流流速分布；

图3为包含用以提升冷却效率的空气喷流结构的示例性机壳的立体图；

图4为图3所示的示例性机壳的后视图；

图5A为图3所示的示例性机壳的侧壁的立体图；

图5B为图3所示的示例性机壳的喷嘴架的上喷嘴条的放大剖视图；

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展示于附图中，并且将在本文中详细地描述。然而，应当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权利要求界定的精神与范围内的修饰、等同物及替代方式。

符号说明

10：服务器

12、14：处理器

20：机壳

22、24：侧壁

26：前开口

28：后壁

30、32：风扇

40：空间

42、44：存储器

46、48：存储装置

200、250：机壳

202：处理器

204：散热器

210、260：气流流速分布

300：机壳

302、304：侧壁

306：底板

308：前端

310：后端

312：喷嘴架

320、322：处理器

324、326：散热器

328：存储器

330、332：存储装置

334、336：风扇

340、342：导风管

350、352：高静压风扇

360、362：侧导管

364：上喷嘴条

366：下喷嘴条

402：上管壁

404：侧管壁

406：后开口

408：前开口

410：锥形管壁

420：马达

422：出口

430、432：喷气口

450：流道

452：前壁

454：后壁

456：弯曲件

458：弯曲片

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展示于附图中，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，否则单数包含多数，反之亦然，而「包含」意旨「包含但不限于」。此外，诸如「大约」、「几乎」、「实质上」、「近似于」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。

考虑空气的粘滞性，如果可增加机壳的前开口区的空气流速，更多外部空气会通过机壳的前开口，而增强冷却机壳内部件的能力。图2A及图2B分别绘示通过空气喷流来增强冷却能力前后机壳内气流流速分布。

图2A为绘示具有现有配置的机壳200的剖视图，并且机壳200内的气流流速分布210以箭号表示，其中箭号中较长者代表相对较高的速度。如气流流速分布210所示，机壳200内近壁处气流流速较低，而离壁较远处气流流速较高。因此，气流流速分布210限制了通过机壳200的空气的体积，而这对于电子元件(例如：上表面连接散热器204的处理器202)的冷却考虑可能是重要的。具体来说，气流流速分布210限制机壳200可能的冷却能力，因此，即使更换转速更高的风扇，高转速风扇的优点也无法完全实现于机壳200中。

有鉴于此根本限制，本发明提出通过改变气流流速分布来改善冷却的方法，如图2B所示。图2B绘示具有另一种配置的机壳250，其中机壳250内改进的气流流速分布260以箭号表示。相较于图2A所示的气流流速分布210，本发明的机壳250内的气流流速分布260配置以在近壁处具有相对较高的流速。当产生这样的气流流速增加时(如气流流速分布260所示)，通过机壳250(尤其是处理器202)的空气体积有效地增加，导致包含处理器202在内的元件冷却效率的提升。下文描述用以提供此空气体积增加的示例性配置。

图3为绘示强化冷却的计算机装置的示例性机壳300的立体图。图4为图3所示的示例性机壳300的后视图。机壳300包含连接至底板306的两侧壁302与304，而底板306上设置有各种电子元件。机壳300包含电源供应单元(图未示)，用以提供电子元件电力。机壳300具有前端308及后端310，其中前端308由喷嘴架312界定。如下所述，喷嘴架312于机壳300的顶部与底部提供高速空气喷流以协助冷却电子元件。

机壳300上设置前后排列的处理器320与322。在本实施例中，计算机装置具有两个处理器，但应当理解机壳300上可设置任何数目的处理器及其他控制器。处理器320与322分别接触散热器324与326。散热器324与326分别设置于处理器320与322上方，并且分别传导处理器320与322所产生的热。处理器320与322靠近存储器328(例如是双倍资料率同步动态随机存取存储器)，其设置于处理器320与322旁靠近侧壁302与304的平行插槽。两组大容量的存储装置330与332设置于风扇334与336旁。在本实施例中，存储装置330与332可为硬盘或固态硬盘。风扇334与336产生由机壳300的前端308流向机壳300的后端310的气流。

侧壁302与304分别支撑对应的导风管340与342。如图3所示，导风管340与342由处理器322延伸至机壳300的前端308。导风管340与342各自连接到对应的高静压风扇350与352，其位于处理器322的后方。高静压风扇350与352产生高压气流，其通过导风管340与342导引至喷嘴架312。喷嘴架312导引由高静压风扇350与352产生的高压气流以产生从前端308流出的空气喷流。空气喷流增加由前端308流向机壳300的后端310的空气的速度。图2B的气流流速分布260中最长的箭号代表喷嘴架312的顶部与底部的空气喷流。

在图3所示的实施方式中，高静压风扇350与352配置以回收气流，也就是说，高静压风扇350与352配置以从处理器322与存储装置330与332之间的空间吸取空气，并且导引这些空气通过导风管340与342。然而，在一些实施方式中，如果需要较冷的空气，侧壁302与304可具有开口以允许高静压风扇350与352从机壳300外吸取较冷的空气。此外，本发明还考虑同时从机壳300内部及外部吸取空气的实施方式。在一些实施方式中，高静压风扇350与352可例如是离心式风扇，用于便于从风扇的轴向吸气并由径向输出至导风管340与342，但不以此为限。

在上述的高静压风扇350与352回收气流的实施方式中，可策略性地设置高静压风扇350与352以确保较冷的空气由喷嘴架312喷射出。具体而言，高静压风扇350与352可设置于机壳300内可能包含较冷的空气的区域。举例来说，通过处理器320与322的空气相较于通过存储器328的空气可能更热。因此，高静压风扇350与352可设置于机壳300中使其主要吸取通过存储器328的空气。然而，本发明设想空气可从机壳300内的任何部分吸取。或者，可添加额外的导风管或其他空气导引元件，以将高静压风扇350与352的入口连接到具有较冷空气的区域，而不将高静压风扇350与352设置于特定位置。

如图3所示，喷嘴架312包含两个空心的侧导管360与362，其分别接收流过导风管340与342的空气。侧导管360与362连接至上喷嘴条364与下喷嘴条366，而上喷嘴条364与下喷嘴条366分别于机壳300的前端308的顶部与底部喷射出空气喷流。

图5A为图3的导风管340的放大立体图，其以与图3中相同的元件符号来代表相同的元件。导风管340具有定义后开口406与前开口408的上管壁402与侧管壁404。后开口406成形以导引高静压风扇350产生的气流，气流因而从后开口406通过上管壁402与侧管壁404而被导引至前开口408。锥形管壁410形成较小的前开口408，而前开口408耦接至喷嘴架312的侧导管360。高静压风扇350包含马达420，其用以旋转扇叶以产生气流。高静压风扇350具有出口422，其用以导引马达420产生的气流。出口422具有矩形形状，并且配合导风管340的后开口406。

上喷嘴条364包含横向的喷气口430，其大致于侧壁302与304(如图3所示)之间延伸，并且在机壳300的前端308的顶部喷射出高速空气喷流。下喷嘴条366包含横向的喷气口432，其大致于侧壁302与304(如图3所示)之间延伸，并且在机壳300的前端308的底部喷射出高速空气喷流。

图5B绘示上喷嘴条364与侧导管360的放大剖视图。上喷嘴条364包含流道450，其接收来自侧导管360的气流。流道450由前壁452与后壁454形成。后壁454支撑弯曲件456，其导引空气至喷气口430，前壁452支撑弯曲片458。弯曲件456与弯曲片458彼此分隔并且定义喷气口430。空气从图3中的侧导管360与362流入流道450，而被强制通过弯曲件456并流过喷气口430。为提供空气喷流，弯曲件456与弯曲片458之间的距离渐缩而形成喷气口430。图5A的下喷嘴条366配置以具有类似图5B的上喷嘴条364的结构，且上喷嘴条364与下喷嘴条366可为彼此的镜像对称结构。

图3、图4、图5A及图5B展示内嵌空气喷流的机壳300，其包含三个增加流向机壳300内电子元件的空气的特征。首先，机壳300包含两个高静压风扇350和352。再者，机壳300包含设置于前端308的喷嘴架312，其具有由上喷嘴条364与下喷嘴条366所组成的喷嘴结构。最后，导风管340与342导引空气从高静压风扇350与352流向喷嘴架312。当高静压风扇350与352导引空气通过导风管340与342至喷嘴架312时，喷嘴架312的截面积沿着空气流动方向变小。因此，当空气从导风管340与342流至由喷嘴架312形成的喷嘴结构时，空气流速增加。如图2B的气流流速分布260所示，空气的粘滞性使得来自喷气口430与432的快速空气喷流从机壳300的前端308移动更多空气，而空气量的增加提升了机壳300的冷却能力。

尽管图3、图4、图5A及图5B展示用以提供空气喷流的特定实施方式，此仅为便于说明。本发明还考虑其他用以提供空气喷流的实施方式。举例来说，喷嘴架312具有实质上于侧壁302与304之间延伸的喷气口430与432，然而，于其他实施方式中，喷气口430与432可为一系列的开口、喷嘴或其他用以将空气注入至机壳内的元件。

此外，尽管图3、图4、图5A及图5B展示风扇、导风管及喷嘴架的特定配置，但是本发明考虑其他可能的配置。举例来说，风扇可位于机壳中的任何位置，并且导风管可配置以依需求延伸穿过机壳至喷嘴架。在一些实施例中，导风管可为柔性软管或类似物，用以将风扇的出口连接到喷嘴架。在另一实施例中，虽然示例性的喷嘴架被展示为一体成形的部件，但于其他配置中，喷嘴架可由一组不同的部件组成。另外，尽管示例性配置需要高静压风扇，但可于各种实施方式中使用任何其他类型的风扇。

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(例如数字信号处理器)上运行的处理程序、处理器、物件、执行文件、执行线程(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/或执行线程内，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。

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」也意图包含多数形。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多种实施方式，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 (10)

1.一种机壳，其特征在于，包含：

底板；

两侧壁，连接该底板，并且定义该机壳的前端以及后端；

导风管，位于该两侧壁其中之一上，并且具有前开口以及后开口；

风扇，连接该导风管的该后开口；以及

喷嘴架，位于该机壳的该前端，并且连接该导风管的该前开口，该喷嘴架包含一或多个喷气口，配置以由该前端朝向该后端喷射出至少一空气喷流。

2.如权利要求1所述的机壳，进一步包含：

另一导风管，位于该两侧壁其中另一上，并且具有前开口以及后开口；以及

另一风扇，连接该另一导风管的该后开口，其中该喷嘴架连接该另一导风管的该前开口。

3.如权利要求1所述的机壳，其中该喷嘴架包含侧导管，连接该导风管的该前开口。

4.如权利要求1所述的机壳，其中该喷嘴架包含上喷嘴条以及下喷嘴条，该上喷嘴条以及该下喷嘴条各自包含该一或多个喷气口至少其一。

5.如权利要求4所述的机壳，其中该上喷嘴条横向设置于该两侧壁的顶部之间，该下喷嘴条横向设置于该两侧壁的底部之间。

6.如权利要求1所述的机壳，进一步包含冷却风扇，位于该机壳的该后端。

7.如权利要求1所述的机壳，其中该一或多个喷气口为一或多个横向开口。

8.一种电子装置，其特征在于，包含：

如权利要求1～7其中任一所述的机壳；以及

电子元件，设置于该机壳内。

9.如权利要求8所述的电子装置，其中该电子元件为处理器或存储装置。

10.一种计算机装置，其特征在于，包含：

机壳，包含两侧壁以及两导风管，该两侧壁定义该机壳的前端以及后端，该两导风管分别支撑于该两侧壁，并且各自具有前开口以及后开口；

电子元件，设置于该机壳内，并且位于该两导风管之间；

风扇，连接该两导风管的该后开口；以及

喷嘴架，位于该机壳的该前端，并且包含两侧导管、上喷嘴条以及下喷嘴条，两侧导管分别连接该两导风管，并且配置以分别由该两导风管接收气流，该上喷嘴条连接该两侧导管的一端，并且喷射出一上空气喷流，该下喷嘴条连接该两侧导管的另一端，并且喷射出一下空气喷流。