CN1988789A - 风扇散热装置及使用它的方法和系统 - Google Patents

Abstract

提出一种风扇散热装置，所述风扇散热装置包括双叶轮推拉式轴流风扇和散热器，以便冷却热的电子装置。轴流风扇具有毂电动机，第一叶轮，和第二叶轮，上述第一叶轮在径向上接近毂电动机，而上述第二叶轮在径向上远离毂电动机，其中第一叶轮将空气推向第一方向，和第二叶轮将空气拉向第二方向。散热器定向在轴流风扇和热电子装置之间，以使热电子装置、散热器、和轴流风扇在轴向上定向，其中通过轴流风扇中的一个叶轮迫使冷空气流到散热器上，及其中通过轴流风扇中的另一个叶轮排除散热器中的热空气。

Description

风扇散热装置及使用它的方法和系统

技术领域

本发明总体上涉及电子设备领域，尤其是涉及在正常运行期间产生外部热的电子芯片。更具体地说，本发明涉及用双叶轮推拉式轴流风扇排除集成电路中热量的方法和系统。

背景技术

在典型的个人计算机(PC)中，在一些逻辑电路中的主要发热元件是处理器，所述处理器也叫做中央处理单元(CPU)或微处理器(MP)。如图1a中所示，处理器102安装在插座104中，上述处理器102通过将引线108从处理器102配合到插座104中安装在(印刷)电路板106上。随着处理器性能持续提高，由处理器产生的热量也增力。

为了从处理器102排除热量，将散热器(HS)110通过连接条116或其它连接机构固定到处理器102上，上述散热器110具有HS基座112和多个翅片114。热量从处理器102传导到HS底座112和散热片114上，所述HS基座112和翅片114通过传导和对流使热量散失到围绕翅片114的周围空气中。为了在处理器102的顶面120和HS基座112之间提供热传导，使用热脂118，所述热脂118通常是导热性硅或者掺有填料如金属的烃类脂。

用图1a所示的散热器110存在的主要问题是它依赖对周围空气的热传导，所述周围空气依赖于在内装处理器102的计算机外壳(未示出)中由风扇所引起的围绕散热器的空气的运动，可能会或者也可能不会有足够运动而有效地将热量输送离开翅片。为了促进这种空气运动，常常使用如图1b中所示的散热器风扇122。散热器风扇122包括若干风扇叶片124，所述风扇叶片124绕一毂126旋转，迫使空气向下横穿翅片114并贴着HS基座112。

用图1b所示的系统存在的主要问题是，(已横穿过翅片114的)热空气持续流过安装在处理器102附近的电路板106上的其它ICs(集成电路)128a-b。因此，尽管处理器102可以得到冷却，但它是以其它ICs128额外受热为代价。

发明内容

因此本发明针对一种风扇散热装置，所述风扇散热装置包括双叶轮推拉式轴流风扇(dual impeller push-pull axial fan)和散热器，以便冷却热的电子装置。轴流风扇具有毂，第一叶轮，和第二叶轮，上述第一叶轮在径向上接近毂，而上述第二叶轮在径向上远离毂，其中第一叶轮将空气推向第一方向，而第二叶轮将空气引向第二方向。散热器这样定向在轴流风扇和热的电子装置之间，即，使热的电子装置、散热器、和轴流风扇在轴向上定向，其中通过轴流风扇中的一个叶轮迫使冷空气流到散热器上，及通过轴流风扇中的另一个叶轮排出散热器中的热空气。

本发明的上述及一些额外的目的、特点、和优点在下面详述的说明中将会变得显而易见。

附图说明

被认为是本发明所特有的一些新颖特点在所附权利要求中限定。然而，发明本身、及优选的使用方式、其另一些目的和优点通过结合附图阅读下面示出的实施例的详细说明，将得到最好的理解，此处：

图1a示出贴着集成电路(IC)芯片组件安装的现有技术散热器；

图1b示出现有技术具有常规散热器风扇的散热器；

图2a-e示出使用双叶轮推拉式风扇来冷却IC芯片组件的新型风扇散热装置的各种配置；和

图3a-c示出可以在新型风扇散热装置中使用的不同类型双叶轮推拉式风扇的其它细节。

具体实施方式

按照本发明的优选实施例，及参见图2a，图2a示出风扇散热装置200的侧剖图。风扇散热装置200包括双叶轮推拉式轴流风扇202，所述轴流风扇202由一毂电动机204支承和旋转，使得毂电动机204使第一叶轮206和第二叶轮208转动。可供选择地，毂电动机204实际上也可以仅是毂，而其旋转力由另一机械机构(未示出)供给。

第一叶轮206在径向上接近毂电动机204，而第二叶轮208在径向上远离毂电动机204。如气流箭头所示，空气被拉入开口224a(在外壳218中)，并向下通过内部管道210到达第一叶轮206。气流横穿过散热器213的翅片214(散热器213包括散热器基座215，翅片214固定到散热器基座215上)。该气流横穿翅片214将热从处理器102除去，上述处理器102是一个需要冷却的示例性热装置。

在横穿翅片214(和散热器基座215)之后，气流被第二叶轮208向上拉，所述第二叶轮208使经过加热的空气向上通过外部管道212(包围内部管道210)移动，并移出外壳218中的开口224b。因此，有效地将热空气排出(比如计算机)系统的外壳218，因此防止额外的热空气横吹通过ICs128附近。应该注意的是，在优选实施例中，开口224a和开口224b是分开的风筒，在进口空气和出口空气之间有足够的分离，因此减少或(优选的是)清除了进口空气和出口空气的混合，即使当进口空气和出口空气是在外壳218外部时也不混合。因此，可以在外壳218外部加一风筒环219，以防止这种空气混合。可供选择地，内部管道210可以贯穿开口224a，从而起到与风筒环219相同的上述功能。

应该注意的是，图2a示出一平衡系统，在所述平衡系统中，第一叶轮206和第二叶轮208移动相同的空气量，及在所述平衡系统中，外部管道212贴着散热器基座215齐平，因此空气除了通过内部管道210进入外部管道212之外，没有空气能进入外部管道212。然而，图2b将(外部管道212和/或内部管道210的)管道底部220示出为从散热器基座215收缩，因此也允许使气流从外壳218的内部进入。也就是说，在这种情况中，气流能(从任何周围空气源，其中包括外壳218中未示出的通风口)横流过ICs128，被第二叶轮208向上拉穿过外部管道212。这种安排中，第二叶轮208的气流流量高于第一叶轮206的气流流量，第二叶轮208可以从第一叶轮206及从处理器102周围附近的环境移走空气。

应该注意的是，管道底部220示出为仅仅是稍微缩进，使轴流风扇202仍被外部管道212包围，或者也可认为，管道底部220可以缩进更多，以使轴流风扇202完全露出(未示出)内部管道210或外部管道212的外部。这种配置会增加横穿过ICs128的气流，但由于进一步增加了缺少对空气流绕轴流风扇202流动控制的情况，所以会造成额外的热量逸入外壳218的内部。

还应该注意的是，如图2a所示，散热器基座215的大部分(或全部)顶部可以具有一凹面207，所述凹面207有助于图2a所示的气流方向。凹面207有助于图2a所示的气流，但可以限制横穿ICs128附近的气流，因此优选的是当外部管道212贴着散热器基座215齐平时采用凹面207，如图2a中所示。

图2c示出风扇散热装置200的另一实施例，其中外部管道212省去，而只留下内部管道210，以将空气拉入开口224a到达第一叶轮206。如图2c所示，第二叶轮208持续将空气后拉远离散热器213和相邻的ICs128，但此种情况下使热空气留在外壳218内循环，直至找到外壳218中的通风开口(未示出)为止。

图2d中示出另一较少有吸引力的实施例，在所述图2d中未提供管道系统。轴流风扇202持续使空气移动远离散热器213和相邻的ICs128，但供气是来自外壳218内部的周围内部空气，因此所提供的冷却空气可能比使用内部管道210时的空气稍热。

图2e代表另一个侧视图，所述图2e的侧视图与图2a-d中，尤其是图2a中所示的侧视图相互垂直。注意有多个翅片214，先前描述的气流在多个翅片214之间通过。

如图2a-e中所示，散热器213这样在轴流风扇202和处理器102(热装置)之间定向，使得处理器102、散热器213，和轴流风扇202在轴向上定向，通过轴流风扇202中的一个叶轮(第一叶轮206)迫使冷空气流到散热器213上，而同时通过轴流风扇202中的另一个叶轮(第二叶轮208)排除散热器213中的热空气。还应该注意的是，在一可供选择的实施例中，第一叶轮206和第二叶轮208的角色可以对调，使第二叶轮可以拉入冷空气，而第一叶轮206排走热空气。

现在参见图3a，图3a示出轴流风扇202的进一步细节。如图3a所示，第一叶轮206在径向上接近毂电动机204(毂电动机204可供选择地也可以简单地是一毂，如果设置了另外的使轴流风扇202旋转的机构的话)，而第二叶轮208在径向上远离毂电动机204。

图3b示出轴流风扇202的顶视图。如图3b所示，毂电动机204由固定到外部管道212的壁上的毂支承件302支承。可供选择地，毂支承件302可以固定到内部管道210的壁上。如箭头所示，空气流从第一叶轮206和周围空气二者流到第二叶轮208，如图2b-d所述。另外应该注意的是，第一叶轮206具有数量较少但较大的风扇叶片207，而第二叶轮具有数量较多但较小的风扇叶片209。通过适当地给风扇叶片207和209设定角度，可以实现合适的气流平衡，实现上述的气流。可供选择地，如图3c中所示，风扇叶片207和209可具有相同的尺寸。然而，这些风扇叶片还应这样加工成一定角度、倾斜和成形，以便实现所希望的如上所述的气流。

尽管参照优选实施例具体示出和说明了本发明，但该技术的技术人员应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本文可以在形式和细节上进行各种改变。例如，尽管本发明已说明了从处理器排除热量，但本发明的风扇散热器(具有双叶轮推拉式轴流风扇)可以用在从任何发热装置中，尤其是任何发热的集成电路组件中排除热量。

还应该注意的是，尽管本文可以用一些术语如“在上方”，“在下面”，“推”和“拉”等来说明空间定向和运动，但这些术语是在种属上使用，并且如上面说明和陈述的本发明是包括如此一般说明的方向和运动，而不限于这些“上/下”，“顶部/底部”，和“推/拉”等描述说明。

Claims (20)

1.一种系统，包括：

轴流风扇，该轴流风扇具有：

毂，

第一叶轮，所述第一叶轮在径向上接近毂，和

第二叶轮，所述第二叶轮在径向上远离毂，其中第一叶轮将空气朝第一方向推，而第二叶轮将空气拉向第二方向；

待冷却的热装置；及

散热器，所述散热器这样在轴流风扇和热装置之间定向，即，使得热装置、散热器、和轴流风扇在轴向上定向，其中通过轴流风扇中的第一叶轮迫使冷空气流到散热器上，及通过轴流风扇中的另一个叶轮将经过加热的空气从散热器排除。

2.如权利要求1所述的系统，其中热装置是系统中的电子元件。

3.如权利要求1所述的系统，还包括：

第一内部管道，所述第一内部管道在轴向上与第一叶轮对准，以便从系统的外壳外部拉入冷空气。

4.如权利要求3所述的系统，还包括：

第二内部管道，所述第二内部管道包围着第一内部管道，第二内部管道在轴向上与第二叶轮对准，以便将热空气排到系统的外壳外部。

5.如权利要求4所述的系统，其中第二内部管道这样定位在散热器上方，即，使得热装置周围的空气被拉入第二内部管道中。

6.如权利要求4所述的系统，其中第二内部管道定位在散热器上方，使得热装置周围的空气被防止拉入第二内部管道中，只将第一内部管道中的空气提供给第二内部管道。

7.如权利要求1所述的系统，其中第一叶轮移动的空气比第二叶轮少，热装置周围的空气被拉入到第二叶轮中。

8.如权利要求1所述的系统，其中第一叶轮与第二叶轮移动相同量的空气，使得被第一叶轮推动的所有空气都被第二叶轮排除。

9.如权利要求1所述的系统，其中散热器还包括：

多个翅片，其中从第一叶轮移向第二叶轮的空气横移过翅片。

10.一种风扇散热装置，包括：

轴流风扇，所述轴流风扇具有：

毂，

第一叶轮，所述第一叶轮在径向上接近毂，和

第二叶轮，所述第二叶轮在径向上远离毂，其中第一叶轮将空气推向第一方向，而第二叶轮将空气拉向第二方向；及

散热器，所述散热器这样在轴流风扇和热装置之间定向，即，使得热装置、散热器、和轴流风扇都在轴向上定向，通过轴流风扇中的一个叶轮迫使冷空气流到散热器上，通过轴流风扇中的另一个叶轮将经过加热的空气从散热器排除。

11.如权利要求10所述的风扇散热装置，还包括：

第一内部管道，所述第一内部管道在轴向上与第一叶轮对准，以便从系统的外壳外部拉入冷空气。

12.如权利要求11所述的风扇散热装置，还包括：

第二内部管道，所述第二内部管道包围第一内部管道，其中第二内部管道在轴向上与第二叶轮对准，以便将热空气排放到系统的外壳外部。

13.如权利要求12所述的风扇散热装置，其中第二内部管道这样定位在散热器的上方，即，使得热装置周围的空气被拉入第二内部管道。

14.如权利要求12所述的风扇散热装置，其中第二内部管道这样定位在散热器的上方，即，防止将热装置周围的空气拉入第二内部管道，只将来自第一内部管道的空气提供给第二内部管道。

15.如权利要求10所述的风扇散热装置，其中第一叶轮比第二叶轮移动的空气少，将热装置周围的空气被拉入第二叶轮。

16.如权利要求10所述的风扇散热装置，其中第一叶轮移动与第二叶轮相同的空气量，因此由第一叶轮所推动的所有空气都被第二叶轮排除。

17.如权利要求10所述的风扇散热装置，其中散热器还包括：

多个翅片，其中从第一叶轮移向第二叶轮的空气横移穿过翅片。

18.一种方法，包括：

将散热器安装在发热单元和轴流风扇之间，其中轴流风扇包括下列部分：

毂，

第一叶轮，所述第一叶轮在径向上接近毂，和

第二叶轮，所述第二叶轮在径向上远离毂，其中第一叶轮将空气推向第一方面，而第二叶轮将空气拉向第二方向，

其中发热单元、散热器和轴流风扇在轴向上定向，通过轴流风扇中的一个叶轮迫使冷空气流到散热器上，及通过轴流风扇中的另一个叶轮从散热器中排除经过加热的空气。

19.如权利要求18所述的方法，其中发热单元是计算机中的电子元件。

20.如权利要求18所述的方法，还包括：

在轴向上使第一内部管道与第一叶轮对准，以便从系统的外壳外部引进冷空气；和

在轴向上使第二内部管道与第二叶轮对准，以便将热空气排出系统的外壳外部，其中第二内部管道包围第一内部管道。

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