TW201908606A - 提供流線形氣流之冷卻系統 - Google Patents

Abstract

一種提供流線形氣流的冷卻系統，此冷卻系統包含風扇、以及護罩組件。此風扇包含複數個風扇葉片，並配置以沿進風方向旋轉。此護罩組件鄰接風扇的上游。此護罩組件包含複數個葉片整流片及螺轂整流罩。

Description

提供流線形氣流之冷卻系統

本發明關於一種冷卻系統，且特別是有關於能改善氣流流動之冷卻系統。

現代數據中心中之計算機伺服器系統通常都以特定的配置方式裝設於伺服器機架上，其中多數安裝於伺服器機架內的運算模組，例如：伺服器托盤、伺服器機箱、伺服器滑動部件(sled)、刀鋒伺服器等彼此堆疊。機架安裝系統使運算模組彼此堆疊、垂直布置，可有效利用空間。一般而言，運算模組可利用滑動部件滑入或滑出伺服器機架，而多條纜線，例如：輸入輸出(I/O)纜線、網路線、電源線等，可連接到位於伺服器機架前端或後端的運算模組。每一運算模組包含一或多個計算機伺服器或計算機伺服器組件。例如，運算模組包含用於處理的硬體電路、儲存器、網路控制器、碟機、纜線埠、電源供應器等。

在許多的模組配置中，機架安裝系統中的風扇配置以導引空氣自機箱的前端流過運算模組和機箱內的其他組件，並從機箱的後端流出。許多的電子組件在運轉時會產生熱 能。由於機箱內高密度地裝設運算模組，大量的熱能因而產生，因此，機箱內的空氣流動對於防止運算模組過熱顯得至關重要。故如何改善計算機伺服器系統及其他型態計算機設備的風扇性能為目前業界亟欲投入研發資源解決的問題之一。

以下所述僅係用以闡述本發明所欲解決的問題、解決問題的技術手段、及其產生的功效等等，本發明之具體細節將在下文的實施方式及相關圖式中詳細介紹。

依據本發明之一實施方式，一種提供流線形氣流的冷卻系統包含風扇以及護罩組件。風扇包含複數個風扇葉片配置以沿進風方向旋轉。護罩組件鄰接風扇的上游，且包含複數個葉片整流片及螺轂整流罩。

於本發明的一或多個實施方式中，上述之螺轂整流罩設置於護罩組件的中央部分。

於本發明的一或多個實施方式中，上述之各葉片整流片包含反向葉片整流片。反向葉片整流片從護罩組件的中央部分延伸出來。

於本發明的一或多個實施方式中，上述之各風扇葉片包含葉片前導邊緣以及葉片拖曳邊緣。葉片前導邊緣面向進風方向。葉片拖曳邊緣背向進風方向。

於本發明的一或多個實施方式中，上述之各葉片整流片包含彎曲楔形的橫截面。

於本發明的一或多個實施方式中，上述之各橫截 面形成進氣流道。各進氣流道具不同角度。

於本發明的一或多個實施方式中，上述之護罩組件的中心部分與風扇的中心部分對齊。

於本發明的一或多個實施方式中，上述之螺轂整流罩包含圓錐形。

於本發明的一或多個實施方式中，上述之螺轂整流罩包含半球形。

於本發明的一或多個實施方式中，上述之冷卻系統進一步包含軸架。軸架互連葉片整流片。

100‧‧‧冷卻系統

110、342、400‧‧‧風扇

112、412‧‧‧風扇葉片

114、414‧‧‧風扇中央部分

120‧‧‧系統組件

122‧‧‧架橋

210、410‧‧‧氣流

224‧‧‧紊流

300‧‧‧伺服器系統

340‧‧‧風扇區

350‧‧‧中介面板

354‧‧‧排氣閥

360‧‧‧主機板區

362‧‧‧主機板

370‧‧‧入口

375‧‧‧出口

415‧‧‧葉片前導邊緣

416‧‧‧葉片拖曳邊緣

422‧‧‧葉片整流片

426‧‧‧軸架

428‧‧‧螺轂整流罩

434‧‧‧進氣流道

500‧‧‧護罩組件

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖為繪示先前技術之冷卻系統的示意圖。

第2圖為繪示第1圖中之冷卻系統的氣流路徑側視圖。

第3圖為繪示先前技術之冷卻系統於伺服器系統中的正視圖。

第4A圖為繪示護罩組件的正視圖。

第4B圖為繪示護罩組件沿第4A圖中線段A-A的剖面圖。

第4C圖為繪示護罩組件的立體示意圖。

第4D圖為繪示氣流流經第4A圖至第4C圖中護罩組件的螺轂整流罩之簡單示意圖。

第4E圖為繪示護罩組件安裝於風扇的立體示意圖。

第5A圖為繪示第4A圖及第4B圖中護罩組件安裝於風扇 之示意圖。

第5B圖為繪示護罩組件安裝於風扇的剖面圖。

以下將以圖示揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

許多伺服器機箱設計以容納大量的碟機、主機板以及風扇。這些伺服器機箱設計通常將特定的計算機模組放置在伺服器機箱的特定位置，以改善氣流的流通及冷卻效率。位在風扇上游的組件會在風扇的下游產生不規則的渦流。這些不規則的渦流會導致能量損失及散熱性能下降。本發明提供一種冷卻系統，可減少產生風扇上游的不規則渦流。冷卻系統可應用於計算機系統，例如伺服器機箱或其他設備。

請參照第1圖。第1圖為繪示先前技術之冷卻系統100的示意圖。冷卻系統100包含風扇110以及系統組件120。風扇110配置以導引系統組件120周圍的空氣流動。舉例而言，風扇110可以是標準風扇，通常為正方形。一般標準方形風扇的長度和寬度尺寸包含80釐米、92釐米、200釐米、230釐米、320釐米或340釐米。雖然此處列舉的方形尺寸為工業標準，但應注意的是任何尺寸都可應用於實施例當中。一般而 言，相較於較小的風扇，使用大尺寸的風扇時，需要較少的風扇數量及轉速以產生與小尺寸風扇相等的氣流量。

風扇110包含複數個風扇葉片112(如第1圖所示四個風扇葉片112)。風扇110進一步包含風扇中央部分114。每一風扇葉片112與風扇中央部分114相連。當風扇110運轉時，風扇中央部分114與風扇葉片112以順時鐘或逆時鐘的方向旋轉。風扇110可由與風扇中央部分114連接的電動機(未繪示)供電。風扇葉片112可以是各種形狀及尺寸。例如風扇葉片112可以是平坦的平面形狀或是具弧形的平面形狀。然而，本發明揭露之風扇葉片可為任意形狀或尺寸。

每一風扇葉片112與風扇中央部分114之間夾有一角度，如此當風扇110運轉時，風扇葉片112可導引系統組件120周圍的空氣流動。

系統組件120位於風扇110的上游。系統組件120可以是氣流流至風扇110途中被視為障礙物的任何物件。例如系統組件120可以是提供伺服器機箱中各個組件連接的印刷電路板(PCB)。系統組件120包含排氣閥(未繪示)以允許空氣流過系統組件120朝向風扇110。

請參照第2圖。第2圖為繪示第1圖中之冷卻系統100的氣流路徑側視圖。冷卻系統100包含風扇110以及系統組件120。

冷卻系統100中的風扇110包含兩個轉子。兩個轉子彼此呈一直線排列，但是類似的原理可應用於單個轉子。每一轉子包含複數個風扇葉片112與風扇中央部分114。風扇110 吸入氣流210，使氣流210流過系統組件120。

系統組件120位於風扇110的上游。系統組件120包含架橋122。架橋122橫越排氣閥。具體而言，架橋122作為氣流210流至風扇110途中的障礙物。架橋122會引起架橋122兩側產生紊流224，導致能量損失及散熱性能下降。

請參照第3圖。第3圖為繪示先前技術之冷卻系統100於伺服器系統300中的正視圖。於一些實施例中，伺服器系統300為大型機箱系統中的一部分。伺服器系統300包含風扇區340、主機板區360與中介面板350。

風扇區340包含一或多個風扇342，將空氣自入口370吸入，流過伺服器系統300朝向出口375。空氣從主機板區360被拉向風扇區340。風扇342吸引空氣從主機板區360流過中介面板350。

主機板區360包含一或多個主機板362(又稱主板、系統板、平面板或邏輯板)。每一主機板362是計算機與其他擴展系統中可找到的主要印刷電路板(PCB)。主機板362包含計算機系統，例如中央處理單元(CPU)與記憶體中彼此通信的許多電子元件(未繪示)，且主機板362提供各種連接器與周邊設備連接。

中介面板350位於風扇區340與主機板區360之間。中介面板350為一或多個主機板362的連接媒介。於一些實施例中，中介面板350為印刷電路板，包含熱插拔連接器，用於插入每一主機板362。中介面板350與底板(未繪示)連接以供電給主機板362。中介面板350包含至少一排氣閥354。 排氣閥354設置以讓空氣從主機板區360流至風扇區340。中介面板350的每一排氣閥354包含架橋(未繪示於第3圖中)。中介面板350為導致如第1圖及第2圖所述之紊流224的一系統組件120示例。

然而，雖然組件可被佈置於伺服器機箱內以改善空氣流動，但一般伺服器機箱中的排氣閥形狀引起了紊流，導致能量損失及散熱性能下降。為進一步改善空氣流動，本發明揭露一護罩組件500，包含葉片整流片422、軸架426以及螺轂整流罩428的組合。如第4A圖及第4B圖所示。

請參照第4A圖至第4E圖。第4A圖至第4C圖分別繪示了護罩組件500的正視圖、剖面圖及立體示意圖。護罩組件500包含軸架426、螺轂整流罩428以及複數個葉片整流片422。第4D圖為繪示氣流流經第4A圖至第4C圖中護罩組件500的螺轂整流罩428之簡單示意圖。護罩組件500可位於風扇400的上游鄰接處。第4E圖為繪示護罩組件500安裝於風扇400的立體示意圖。

螺轂整流罩428可以是護罩組件500的一部份或是護罩組件500中心部分的附加構件。於本發明的一些實施例中，螺轂整流罩428為圓形。螺轂整流罩428可與風扇中央部分414對齊。於本發明的一些實施例中，螺轂整流罩428為圓錐形。於本發明的一些實施例及第4A圖至第4E圖中所示，螺轂整流罩428為半球形。應理解的是，螺轂整流罩428可以是任何能減低紊流的形狀，且紊流係因風扇400進氣側中心部分的上游渦流而產生。

舉例而言，如第2圖所示，當氣流210流經非流線形物體，例如架橋122，氣流210被非流線形物體分離產生渦流。此渦流即為紊流224。請再參照第4D圖，螺轂整流罩428伴有複數個風扇葉片412。每一風扇葉片412附接於風扇中央部分414。當氣流410接近螺轂整流罩428時，氣流410被導引沿著螺轂整流罩428的表面流向複數個風扇葉片412。螺轂整流罩428提供一較為流線形的形狀，以減少或避免紊流224的產生，藉此顯著改善風扇400的散熱性能。

於本發明的一些實施例中，如第4C圖所示，每一葉片整流片422具有彎曲楔形的橫截面，因而產生了具有不同角度的進氣流道434。藉由類似上述第4D圖中螺轂整流罩428的流線形子彈模型設計，不同角度的進氣流道434改變並防止護罩組件500前方的渦流產生。如此使得空氣流量增加並減少能量損失。此外，軸架426可改善於風扇400進氣側不規則渦流的旋轉，使渦流的旋轉方向與風扇400的旋轉方向一致。應理解的是，護罩組件500可包含軸架426、螺轂整流罩428以及複數個葉片整流片422的任意組合形式。

請參照第4E圖。葉片整流片422可與風扇400的風扇葉片412一同作動。每一風扇葉片412以一葉片角度與風扇中央部分414連接，換句話說，葉片角度即為風扇葉片412相對於風扇400旋轉軸之夾角。當風扇400運轉時，風扇葉片412會吸引來自系統組件120處的空氣。每一葉片整流片422以一整流角度與護罩組件500的中心部分連接。整流角度與葉片角度夾角方向相反(參照第4E圖之葉片整流片422與第1圖 之風扇葉片112的夾角方向相反關係)。

請參照第5A圖及第5B圖。第5A圖為繪示護罩組件500安裝於風扇400的示意圖。第5B圖為繪示護罩組件500安裝於風扇400的剖面圖。風扇400包含複數個風扇葉片412、風扇中央部分414。複數個風扇葉片412連接於風扇中央部分414。當風扇400運轉時，風扇中央部分414與風扇葉片412以順時鐘或逆時鐘的方向旋轉。

風扇400由連接到風扇中央部分414的電動機(未繪示)供電。風扇葉片412可以是各種形狀及尺寸。例如風扇葉片412可以是平坦的平面形狀或是具弧形的平面形狀，本發明不限定於此。

每一風扇葉片412包含葉片前導邊緣415及葉片拖曳邊緣416。葉片前導邊緣415面向進風方向，而葉片拖曳邊緣416背向進風方向。每一風扇葉片412以一葉片角度與風扇中央部分414連接，換句話說，葉片角度即為風扇葉片412相對於風扇400旋轉軸之夾角。當風扇400運轉時，風扇葉片412片會吸引空氣朝向系統組件120(如第1圖及第2圖所示)。護罩組件500位於風扇400的上游。護罩組件500可與風扇400鄰接或表面上與風扇400相隔。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其不用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

Claims (10)

1. 一種提供流線形氣流的冷卻系統，包含：一風扇，包含複數個風扇葉片，並配置以沿進風方向旋轉；以及一護罩組件，鄰接該風扇的上游，包含複數個葉片整流片及一螺轂整流罩。
2. 如請求項第1項所述之冷卻系統，其中該螺轂整流罩設置於該護罩組件的中央部分。
3. 如請求項第1項所述之冷卻系統，其中每一該葉片整流片包含一反向葉片整流片，從該護罩組件的中央部分延伸出來。
4. 如請求項第1項所述之冷卻系統，其中每一該風扇葉片包含：一葉片前導邊緣，面向進風方向；以及一葉片拖曳邊緣，背向進風方向。
5. 如請求項第1項所述之冷卻系統，其中每一該葉片整流片包含一彎曲楔形的橫截面。
6. 如請求項第5項所述之冷卻系統，其中該橫截面形成一進氣流道，且該進氣流道具不同角度。
7. 如請求項第1項所述之冷卻系統，其中該護罩組件的中心部分與該風扇的中心部分對齊。
8. 如請求項第1項所述之冷卻系統，其中該螺轂整流罩包含一圓錐形。
9. 如請求項第1項所述之冷卻系統，其中該螺轂整流罩包含一半球形。
10. 如請求項第1項所述之冷卻系統，進一步包含一軸架，互連該些葉片整流片。