CN1687598A - 用于冷却计算机和电子系统的双向鼓风机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于冷却计算机和电子系统的双向鼓风机，包括一风室、一叶轮、一电动机和一顶盖。其显著特征是：所述的风室设置有热空气入口、热空气出口、冷空气入口和冷空气出口，且在热空气入口和冷空气出口之间、以及热空气出口和冷空气入口之间的侧壁上分别延伸出朝向轮毂方向的两个间隔壁，间隔壁外端靠近叶轮的外端，其宽度大于相邻两叶片外端之间距，从而所述的风室被两个间隔壁和介于两个间隔壁间的叶片划分为冷空气通道和热空气通道，冷空气和热空气能够在各自通道内流动而不相混。本发明的显著优点在于：该双向鼓风机能够在把周围环境的冷空气吸进的同时，把系统内的热空气吹出，从而更有效地散热。

Description

用于冷却计算机和电子系统的双向鼓风机

技术领域

本发明涉及计算机和电子系统的主动性空气冷却问题，更具体地说，涉及一种双向鼓风机。

背景技术

随着计算机和电子系统功率的提高，风扇和鼓风机成为主动性空气冷却必不可少的部件，通风管也常被用来改进空气冷却。由于热密度在一个系统中各区域是不同的，理想的方式是利用通风管把系统内热区域的热量直接导出到系统的外面，但由于系统机箱装置许多不同的电子部件而非常紧凑，例如中央处理器(CPU)，PCI卡，图形处理器，网络处理器及其它元件，这使得通风管散热很难做到。

轴流风扇通常被使用在台式计算机和服务器系统中，因为轴流风扇能高效率地把空气从一侧吹到另一侧，而鼓风机则通常用于笔记本计算机的散热，因为它能改变气流的方向，适合小空间，并且适合冷却散热器等小的热元件。一台离心式鼓风机不如与其相同大小的一台轴流风扇效率高，因为(1)鼓风机的入口更小；(2)由叶轮的快速旋转引起的离心力不能高效率地使空气流动；(3)大部分空气要经过鼓风机的圆隧道才脱离出口；(4)由于空气与圆隧道的墙壁摩擦而使处于该薄层中的空气流速减慢。

过热问题通常是导致笔记本计算机死机甚至损坏的原因，如上所述，由于空间的局限性，鼓风机普遍用于笔记本计算机的冷却。一台笔记本计算机上装置两个或三个鼓风机冷却CPU和图形处理器已很常见。由于离心式鼓风机的进气口在笔记本计算机的底部并靠近CPU附近，这就要求在笔记本计算机的底部和桌面之间留有大于2毫米的空气间隙，以利于外部环境的空气可以被吸入鼓风机，但这同时在笔记本电脑和桌面之间的热传导路径中就形成了一个较大的空气间隙热阻。假设桌子是木质的，其热量传导系数大概为空气的7～12倍。显然，空气间隙越小，通过笔记本电脑底部的散热越有效，因为在笔记本电脑底下的桌子能被用作为一个自然的散热器。

发明内容

本发明是为更有效地解决笔记本电脑和书写板型电脑等移动型计算机、或其它型的计算机和服务器、以及其它电子系统的散热问题，而提出的一种用于计算机和电子系统的双向鼓风机。

为达到上述目的，本发明提供一种用于计算机和电子系统的双向鼓风机，包括一风室、一叶轮、一电动机和一顶盖，叶轮由轮毂和从轮毂延伸出的叶片构成，电动机的转子镶嵌在叶轮的轮毂内，电动机的定子安装固定在风室的底面上，顶盖安装固定在风室上侧，所述的风室侧壁依次设置有第一个间隔壁、热空气入口、热空气出口、第二个间隔壁、冷空气入口和冷空气出口；所述的第一间隔壁和第二间隔壁从侧壁上延伸凸出靠近叶轮外缘；所述的叶轮能在第一间隔壁和第二间隔壁之间转动；所述的第一间隔壁和第二间隔壁外端宽度大于叶轮的相邻两叶片外端之间距；所述第一间隔壁、第二间隔壁和介于间隔壁间的叶片将风室划分为冷空气空间和热空气空间；所述的冷空气入口、冷空气空间及冷空气出口构成冷空气通道；所述的热空气入口、热空气空间及热空气出口构成热空气通道。

本发明的又一目的是提供一种用于计算机和电子系统的双向鼓风机，包括一风室、一叶轮、一电动机和一顶盖，叶轮由轮毂和从轮毂延伸出的叶片构成，电动机的转子镶嵌在叶轮的轮毂内，电动机的定子安装固定在风室的底面上，顶盖安装固定在风室上侧。所述的风室侧壁上依次设置有第一个间隔壁、热空气入口、热空气出口、第二个间隔壁和冷空气出口；所述的顶盖和风室底面至少设置有一冷空气入口；所述的第一间隔壁和第二间隔壁从侧壁上延伸凸出并靠近叶轮外缘，其外端宽度大于叶轮的两叶片外端之间距；所述的叶轮能在第一间隔壁和第二间隔壁之间转动；所述的第一间隔壁、第二间隔壁以及介于间隔壁间的叶片把风室划分为冷空气和热空气两个空间；所述的冷空气入口、冷空气空间及冷空气出口构成冷空气通道；所述的热空气入口、热空气空间及热空气出口构成热空气通道。

本发明的另一目的是提供一种装置了用于计算机和电子系统的双向鼓风机的计算机冷却系统，该系统包括一计算机机壳，一双向鼓风机、一热管散热器及连接用通风管道，所述的热管散热器由热管、热管散热器的底块及其上面的散热片构成；所述的热管用来连接热管散热器的底块和散热片；所述的热管散热器设置在计算机内的发热元件上，与连接通风管道相连；所述的机壳上相对应于双向鼓风机的热空气出口和冷空气入口位置设置有通风口；所述的机壳上相对应于通风管道位置设置有通风口。

本发明具有如下显著优点：该双向鼓风机在把周围环境的冷空气吸进的同时，把系统内的热空气吹出，从而更加有效地使系统散热。

附图说明

图1本发明的一种双向鼓风机实施例一的结构分解图；

图2本发明的一种混合型双向鼓风机实施例二的结构分解图；

图3为本发明的一种双向鼓风机实施例三的结构分解图；

图4为本发明的一种双向鼓风机实施例三组装后的俯视图；

图5为本发明的一种混合型双向鼓风机实施例四的结构分解图；

图6为本发明的一种计算机冷却系统实施例的前向结构示意图；

图7为本发明的一种计算机冷却系统实施例的后向结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的介绍，但不作为对本发明的限定。

实施例一：

参考图1，一种双向鼓风机，由风室110、上盖140、电动机120和叶轮129组成。叶轮129包括轮毂131以及由其上延伸出的叶片130。电动机120的转子包括其旋转轴121镶嵌在轮毂131内，从而叶轮129随电动机120的旋转轴121转动而转动。电动机120的定子安装固定在风室110的底面上，风室110为上端开口的盒状结构，顶盖140安装固定于其上端，风室110的侧壁上设置有热空气入口102，热空气出口101，冷空气入口103和冷空气出口104。风室110底面上设置有若干螺纹孔111，用于鼓风机与外部机壳的连接。在热空气入口102和冷空气出口104之间的侧壁上延伸出朝向叶轮方向的第一间隔壁112，在热空气出口101和冷空气入口103之间的侧壁上延伸出朝向叶轮方向的第二间隔壁113，第一间隔壁112和第二间隔壁113的外端均靠近叶片130的外端，并且第一间隔壁112和第二间隔壁113的外端宽度大于两相邻叶片130外端之间距。这样，所述的风室110由第一间隔壁112、第二间隔壁113和介于两个间隔壁间的叶片130划分为冷空空间和热空气空间，且两空间内的冷热空气不相混，冷空气入口103、冷空气空间及冷空气出口104构成冷空气通道，热空气入口102、热空气空间及热空气出口101构成热空气通道。当电动机120逆时针方向旋转时，使空气分别通过冷空气通道和热空气通道双向流动，此装置即为一种双向鼓风机。

当电动机120逆时针方向旋转时，由于叶片130的推动及离心力的作用，以及第一间隔壁112和第二间隔壁113如门框般的阻挡，风室110中的冷空气和热空气分别通过冷空气出口104和热空气出口101排出；由此，叶片130之间空气的密度极大地降低以至接近局部真空状态，其压力也大大地低于鼓风机外围空气的气压，因此相对于外围空气的气压而称叶片130之间空气的压力为“负压”；当叶片130通过第一间隔壁112和第二间隔壁113后，外围的冷空气和热空气就会迅速地填充叶片130之间；由此周而复始的过程即是这种双向鼓风机的工作原理。

因为热空气出口101和冷空气入口103彼邻，为防止从热空气出口101排出的热空气流入冷空气入口103，热空气出口101的横截面积必须远小于冷空气入口103的横截面积且热空气入口102也足够大，也即从热空气出口101流出的热空气流速远大于从冷空气入口103吸入的冷空气流速。

为使该双向鼓风机更有效的散热，必须控制气流在(进)出口的流量、分布和方向。在风室的热空气出口101、冷空气入口103和冷空气出口104，分别设置有从底面凸起且横截面类似机翼的第一组柱体115和第二组柱体114。第二组柱体114的内端相当于固定刀片而截留一定的空气流量，从而该空气流量会沿着在第二组柱体114前面的隧道流出，而第二组柱体114的设定方式是为了使冷空气尽可能均匀地从冷空气出口104排出，且其流速方向尽可能地垂直于冷空气出口104的截面，从而导致冷空气均匀地以层流的方式通过散热片间隙，进而减低散热片的振动和噪音。

除了利用冷空气入口103大小和热空气出口101大小的不同，在风室的热空气出口101和冷空气入口103的区段的第一组柱体115也被用来调控进出空气流动的分布和方向，从而更好地防止从热空气出口101排出的热空气流入冷空气入口103。换句话说，这些手段是用来在冷空气入口103和热空气出口101的外部环境定义更加合理的速度场。

实施例二：

参考图2，一种双向鼓风机，由风室110、上盖140、电动机120和叶轮129组成。其结构与实施例一相似，不同之处在于冷空气入口103设置在顶盖104和风室110的底面上，也可设置其一，风室110的侧壁上设置有热空气入口102，热空气出口101和冷空气出口104，风室110底面上设置有若干螺纹孔111，用于鼓风机与外部机壳的连接。在热空气入口102和冷空气出口104之间的侧壁上延伸出朝向叶轮方向的第一间隔壁112，在热空气出口101和冷空气入口103之间靠近热空气出口101的侧壁上延伸出朝向叶轮方向的第二间隔壁113，第一间隔壁112和第二间隔壁113的外端靠近叶片130的外端，并且第一间隔壁112和第二间隔壁113的外端宽度大于两相邻叶片130外端之间距。这样，所述的风室110由第一间隔壁112、第二间隔壁113和介于两个间隔壁间的叶片130划分为冷空气空间和热空气空间而不使两空间内的冷热空气相混，冷空气入口103、冷空气空间及冷空气出口104构成冷空气通道，热空气入口102、热空气空间及热空气出口101构成热空气通道。当电动机120逆时针方向旋转时，空气分别通过冷空气通道和热空气通道双向流动。

由于此设置中的冷空气通道的工作原理与传统的离心式鼓风机相同，但空气不需要在鼓风机的圆隧道中经过长距离才脱离出口，从而更有效地传输空气。由于热空气通道的工作原理如实施例一所述为“负压”原理，因此，该装置为混合型双向鼓风机。

实施例三：

参考图3和4，一种双向鼓风机，由一风室110、一上盖140、一电动机120和一叶轮129组成。叶轮129是一种复合型叶轮，包括轮毂131和与之联结的一圆形底盘333、从轮毂131及圆形底盘333上延伸出的内叶片1302、及在圆形底盘333外缘上并与内叶片1302同侧的外叶片1301。即所述的轮毂131、内叶片1302、外叶片1301均设置在圆形底盘333的同侧。进一步，沿外叶片1301的外顶角设置有小横截面的圆环334连接外叶片1301，用以增强外叶片1301的刚度，从而减低外叶片1301的振动和噪音。与此复合型叶轮相对应，风室110的设计除了实施例一的特征外，在第一间隔壁112、第二间隔壁113与叶轮轮毂131之间增加设置了分别与第一间隔壁112、第二间隔壁113相对的第一内隔离柱316和第二内隔离柱317，第一内隔离柱316和第二内隔离柱317的外侧靠近叶轮129的外叶片1301的内端，而内侧靠近叶轮129的内叶片1302的外端，第一内隔离柱316和第二内隔离柱317的宽度大于两内叶片1302外端之间距，从而第一间隔壁112、第二间隔壁113、第一内隔离柱316、第二内隔离柱317、以及介于其间的叶轮129的内叶片1302和外叶片1301把风室划分为冷空气和热空气两个空间。冷空气入口103、冷空气空间及冷空气出口104构成冷空气通道，热空气入口102、热空气空间及热空气出口101构成热空气通道，从而使冷热空气分双向流动而不相混。这种双向鼓风机的安装和工作原理与实施例一的双向鼓风机相同。当电动机120逆时针旋转时，热空气在负压作用下从热空气入口102被吸入，在离心力的作用下从热空气出口101被甩出，类似地，冷空气在负压作用下从冷空气入口103被吸入，在离心力作用下从冷空气出口104被甩出。

为了使冷空气通道和热空气通道的冷热空气混合最小，外叶片1301和内叶片1302的边缘应该靠近隔离墙第一间隔壁112、第二间隔壁113、第一内隔离柱316和第二内隔离柱317的侧壁，以使得热通道和冷通道能够有效地传输空气。但由于空气动力学原理，当叶轮高速旋转时会产生很大的噪音。为减少这种噪音，如图4所示，可以将与外叶片1301和内叶片1302叶片外端相对的间隔壁的侧壁做成凹面315，以达到消音的目的。其原理是，经叶片和隔离墙的角位置接近后而压缩的空气，得以进入由凹面而形成的较大空间立即减压，从而其作用在叶片上的反作用力减小，导致由叶片的振动造成的噪音减小。依同样的原理，与叶片终端接近并相对的机翼状柱体的侧壁也应该做成凹面351。

实施例四：

参考图5，一种基于实施例二和实施例三的混合型双向鼓风机，叶轮129与实施例三中相似但没有圆环334，其风室110与实施例二中的风室110相似，但有实施例三中的第一内隔离柱316和第二内隔离柱317。顶盖140的中间圆孔的直径略大于叶轮129中圆形底盘333的直径。该混合型双向鼓风机工作原理与实施例二相同。

实施例五：

本实施例说明如何把一台双向鼓风机用于笔记本电脑散热系统的可行性布局之一。图6和图7分别是从前面和从后面看笔记本电脑机的外部及其箱体内的示意图。虽然图中所示为实施例三的双向鼓风机，但是其它如前所述的任何一款双向鼓风机都可以类似地使用。如图所示，该笔记本计算机包括一个系统箱体510，上盖530，固定在箱体510底部的计算机线路板(PCB)522，和用铰链521连接到箱体510上的显示器(LCD)520。为了更方便地说明在笔记本计算机的散热路径，其它零部件譬如键盘，光驱，电池等，以及各种各样的端口没有在图中画出。双向鼓风机300安装在笔记本计算机机盒510内的一角，其热空气出口101和冷空气入口103分别与设置在箱体510侧面的通风口501和502相对，其热空气入口102面向机箱510内。热管散热器由热管572、热管散热器的底块及其上面的散热片570和散热片573构成。热管散热器的底块和CPU固定安装在线路板522上面。热管572用来联结热管散热器的底块和散热片573，从而CPU产生的部分热量通过热管572迅速地传到散热片573。散热片573紧靠笔记本电脑机箱体510的后壁并对着在后壁上与散热片573相应的通风口503，在散热片570上面装有有通气管道571，其出口连通到设置在机箱510后壁的通风口504。

从上往下看，当鼓风机逆时针转动时，双向鼓风机300从通风口502吸入周围空气，并把空气均匀地吹向散热片573，然后经通风口503排出机箱外面。这一功能与常用的离心式鼓风机相同。同时，随着双向鼓风机300叶轮的转动，计算机周围的空气经通风口504被吸入机箱内，且经过散热片570而带走其上的热量，尔后被双向鼓风机300经热空气入口102吸进，最后通过通风口501排出机箱外面。

类似地，计算机内其他大功率器件的散热也可以采用上述方法，例如：安置在图形处理器(VGA)上的散热片580上面装有通气管道581，其出口连通到设置在机箱510后壁的通风口505。为同时冷却其它电子元件，可以在计算机箱体510的侧面设置更多的通风口，如通风口506。在计算机箱体510的内部，其它零部件譬如硬盘，光驱，电池等可以更加灵活地设置。

由此可见，利用双向鼓风机可以更有效地解决笔记本电脑的散热问题，因为除了散热途径的优化外，不再需要在笔记本计算机箱体底面和桌面间的空隙，从而利于热量从下面传导散热。类似的散热系统可以轻而易举地应用到其它移动型计算机譬如书写板型电脑或其他小型电子系统中。

本发明的特定实施例已对本发明的内容做了详尽说明。对本领域一般技术人员而言，在不背离本发明精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都构成对本发明专利的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (10)

1.一种用于冷却计算机和电子系统的双向鼓风机，包括一风室、一叶轮、一电动机和一顶盖，叶轮由轮毂和从轮毂延伸出的叶片构成，电动机的转子镶嵌在叶轮的轮毂内，电动机的定子安装固定在风室的底面上，顶盖安装固定在风室上侧，其特征在于：所述的风室侧壁依次设置有第一个间隔壁、热空气进口、热空气出口、第二个间隔壁、冷空气入口和冷空气出口；所述的第一间隔壁和第二间隔壁从侧壁上延伸凸出靠近叶轮外缘；所述的叶轮能在第一间隔壁和第二间隔壁之间转动；所述的第一间隔壁和第二间隔壁外端宽度大于叶轮的相邻两叶片外端之间距；所述第一间隔壁、第二间隔壁和介于间隔壁间的叶片将风室划分为冷空气空间和热空气空间；所述的冷空气入口、冷空气空间及冷空气出口构成冷空气通道；所述的热空气入口、热空气空间及热空气出口构成热空气通道。

2.一种用于冷却计算机和电子系统的双向鼓风机，包括一风室、一叶轮、一电动机和一顶盖，叶轮由轮毂和从轮毂延伸出的叶片构成，电动机的转子镶嵌在叶轮的轮毂内，电动机的定子安装固定在风室的底面上，顶盖安装固定在风室上侧，其特征在于：所述的风室侧壁上依次设置有第一个间隔壁、热空气入口、热空气出口、第二个间隔壁和冷空气出口；所述的顶盖和风室底面至少设置有一冷空气入口；所述的第一间隔壁和第二间隔壁从侧壁上延伸凸出并靠近叶轮外缘，其外端宽度大于叶轮的两叶片外端之间距；所述的叶轮能在第一间隔壁和第二间隔壁之间转动；所述的第一间隔壁、第二间隔壁以及介于间隔壁间的叶片把风室划分为冷空气和热空气两个空间；所述的冷空气入口、冷空气空间及冷空气出口构成冷空气通道；所述的热空气入口、热空气空间及热空气出口构成热空气通道。

3.如权利要求1或2所述的一种用于冷却计算机和电子系统的双向鼓风机，其特征在于：所述的热空气出口、冷空气入口和冷空气出口，设置有从底面凸起横截面类似机翼的第一组柱体和第二组柱体。

4.如权利要求1或2所述的一种用于冷却计算机和电子系统的双向鼓风机，其特征在于：所述的叶轮包括一轮毂、一与轮毂相联结的圆形底盘、从轮毂及圆形底盘上延伸出的内叶片、以及在圆形底盘外缘、垂直于圆形底盘的、且与内叶片同侧的外叶片；所述的轮毂、内叶片、外叶片均设置在圆形底盘上同一侧。

5.如权利要求4所述的一种用于冷却计算机和电子系统的双向鼓风机，其特征在于：所述的外叶片的外顶角上设置有圆环。

6.如权利要求1或2所述的一种用于冷却计算机和电子系统的双向鼓风机，其特征在于：所述的第一间隔壁、第二间隔壁和叶轮轮毂之间，设置了分别与第一间隔壁、第二间隔壁相对的第一内隔离柱和第二内隔离柱；所述的第一内隔离柱和第二内隔离柱的外侧靠近叶轮外叶片的内端，内侧靠近叶轮内叶片的外端；所述的第一内隔离柱和第二内隔离柱的宽度大于两相邻内叶片外端之间距；所述的第一间隔壁、第二间隔壁、第一内隔离柱、第二内隔离柱以及介于其间的外叶片和内叶片把风室划分为冷空气和热空气两个空间；所述的冷空气入口、冷空气空间及冷空气出口构成冷空气通道；所述的热空气入口、热空气空间及热空气出口构成热空气通道。

7.如权利要求1或2所述的一种用于冷却计算机和电子系统的双向鼓风机，其特征在于：所述的第一间隔壁和第二间隔壁的侧壁是凹型面。

8.如权利要求6所述的一种用于冷却计算机和电子系统的双向鼓风机，其特征在于：所述的第一内隔离柱和第二内隔离柱的内外侧壁是凹型面。

9.如权利要求1或2所述的一种用于冷却计算机和电子系统的双向鼓风机，其特征在于：所述的热空气出口截面积小于冷空气入口的截面积。

10.一种装置了权利要求1或2所述用于冷却计算机和电子系统的双向鼓风机的计算机冷却系统，其特征在于：该系统包括一计算机机壳，一双向鼓风机、一热管散热器及连接用通风管道，所述的热管散热器由热管、热管散热器的底块及其上面的散热片构成；所述的热管用来连接热管散热器的底块和散热片；所述的热管散热器设置在计算机内的发热元件上，与通风管道相连；所述的机壳侧壁上相对应于双向鼓风机的热空气出口和冷空气入口位置设置有通风口；所述的机壳上相对应于通风管道位置设置有通风口。

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