TWI622341B - 計算系統 - Google Patents

Abstract

一種計算系統包含一殼體、一散熱組件與一運算組件。殼體具有一容置空間與分別連通於容置空間相對兩端的一進氣口與至少一出氣口。散熱組件包含一散熱模組、一系統風扇與一電源供應單元風扇。散熱模組位於容置空間內，圍繞出一中央熱對流通道。系統風扇位於容置空間內，用以驅使空氣穿過中央熱對流通道。電源供應單元風扇位於中央熱對流通道內，用以驅使空氣至少穿過中央熱對流通道。運算組件包含一位於中央熱對流通道內的電源供應單元。

Description

計算系統

本發明係關於一種計算系統，特別是一種可提升散熱效率的計算系統。

隨著電子產業的快速發產，桌上型電腦早已成為生活中不可或缺的電子產品之一。除了需具備高容量儲存裝置、高效能處理器與優異的作業系統之外，隨著生活品質的提升與個人特色逐漸受到重視的風氣影響，輕巧型的桌上型電腦逐漸成為市場的趨勢。因此，業者的研究方向開始著重在桌上型電腦的外觀，希望能研發兼具創新視覺設計、體積小且重量輕的輕巧型桌上型電腦，以期能提升消費者的購買慾望。

由於輕巧型桌上型電腦在整體外觀上有所改良，其內部電子元件的配置也會隨外觀的變化而進行調整。例如，輕巧型的桌上型電腦的內部電子元件之間將更緊密的擺放，使得傳統的散熱系統的概念將難以直接套用。因此，如何有效的散熱輕巧型桌上型電腦勢必成為研發人員待解決的議題之一。

本發明在於提供一種計算系統，藉以提升輕巧型桌上型電腦的散熱效率。

本發明所揭露的計算系統，包含一殼體、一散熱組件與一運算組件。殼體具有一容置空間與分別連通於容置空間相對兩端的一進氣口與至少一出氣口。散熱組件包含一散熱模組、一系統風扇與一電源供應單元風扇。散熱模組位於容置空間內，圍繞出一中央熱對流通道。系統風扇位於容置空間內，用以驅使空氣穿過中央熱對流通道。電源供應單元風扇位於中央熱對流通道內，用以驅使空氣至少穿過中央熱對流通道。運算組件包含一電源供應單元，電源供應單元位於中央熱對流通道內。

本發明所揭露的計算系統，藉由系統風扇與電源供應單元風扇的設置，使得系統內部能更迅速地形成負壓，讓空氣能快速的通過系統而從出氣口排出，以有效地排除系統內熱能。

並且，由於電源供應單元風扇位於系統的中央熱對流通道內，可確保用以散熱的氣流會通過中央熱對流通道，加強對中央熱對流通道內的電子元件進行散熱，除了可提升系統整體的散熱效率，還可降低系統風扇的負荷，具有節能的功效。

以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。

請參照圖1~2，圖1係根據本發明之一實施例之計算系統的示意圖，而圖2係根據本發明之一實施例之計算系統移除環形側牆的示意圖。本發明提出一種計算系統1，可以但不限於係指一種桌上型電腦。於本實施例中，計算系統1包含一殼體10、一散熱組件20與一運算組件30。殼體10包含一頂蓋11、一底座12與一環形側牆14。環形側牆14連接於頂蓋11與底座12之間，使得殼體10整體外觀略成柱狀。此外，頂蓋11、底座12與環形側牆14共同圍繞出一容置空間S1。散熱組件20與運算組件30均容置於殼體10的容置空間S1內。而散熱組件20則可與殼體10相搭配後對運算組件30進行散熱。於本實施例中，運算組件30泛指計算系統1內各種電子元件的總稱。

接著，請參閱圖3，圖3係根據本發明之一實施例之計算系統移除環形側牆的分解圖。於本實施例中，殼體10的底座12具有一進氣口121，頂蓋11具有三個出氣口111。進氣口121與出氣口111分別連通於前述的容置空間S1的相對兩端。需聲明的是，本發明之圖示中，為求簡潔之目的，進氣口121與出氣口111的尺寸、比例或外觀僅為其中一種較為簡化的實施範例，並非用以限制本發明。

具體來說，底座12上的進氣口121係由多個微小的進氣通道1211所構成的蜂巢結構，蜂巢結構除了可供空氣流通，還可增加底座12的結構強度。而每一個出氣口111也係由多個通道所構成的蜂巢結構。於本實施例中，構成出氣口111的材質例如是由鋼材沖壓而成，且每一出氣口111的開孔率例如可達64%，但本發明並非以此為限。例如於其他實施例中，每一個出氣口111也可為具有多個微小氣孔所構成的網狀結構，或者僅為單一個開口的結構。此外，本發明也非以出氣口111的數量為限，使用者可據實際需求進行調整。

接著，散熱組件20包含一散熱模組21、一系統風扇22與一電源供應單元風扇23。運算組件30包含一電源供應單元(power supply unit，PSU)31。此外，計算系統1還包含一主邏輯板(Main logic board，MLB)60。上述元件均位於底座12與頂蓋11之間，也就是說，上述元件均位於容置空間S1中。

具體來說，主邏輯板60設置於底座12上。電源供應風扇23可以但不限於是一軸流式風扇，其組裝於電源供應單元31，並與電源供應單元31共同被容置於散熱模組21中。此外，於本實施例中，電源供應風扇23鄰近於底座12的進氣口121。散熱模組21則設置於主邏輯板60上。而系統風扇22可以但不限於是一軸流式風扇，其位於散熱模組21之一側，且介於頂蓋11與散熱模組21之間，並鄰近於頂蓋11的出氣口111。

接著，將先針對散熱模組21進行說明，首先，請併同圖3並接續參閱圖4A~5，圖4A~4C係根據本發明之一實施例之計算系統中散熱組件與運算組件於不同視角的分解圖，而圖5係根據本發明之一實施例之計算系統中散熱鰭片與熱管的剖視圖。其中，圖4A為圖3之視角下的分解圖，而圖4B~4C則為與圖4A不同視角的分解圖。此外，圖5中額外繪示了系統風扇22的位置，但為了保持圖式簡潔之目的，系統風扇22僅以虛線表示之。

於本實施例中，散熱模組21包含三個散熱鰭片211a、211b、211c、三個導熱片212a、212b、212c與複數個熱管213。運算組件30還包含一中央處理單元(central processing unit，CPU)32、多個圖形處理單元(graphics processing unit，GPU)33、多個記憶體單元(memory unit)34、多個儲存單元(solid state drive，SSD)35a、一儲存單元(hard disk drive，HDD)35b與一輸入輸出單元(input/output unit，I/O)36。此外，於本實施例中，計算系統1還包含三個支架40a、40b、40c與三個主電路板50a、50b、50c。

具體來說，三個支架40a、40b、40c彼此相組接且豎立於主邏輯板60上，組成後形狀略成三角柱的結構。三個主電路板50a、50b、50c分別設置於三個支架40a、40b、40c上。電路板50a、50b、50c電性連接主邏輯板60。三個散熱鰭片211a、211b、211c圍繞於主電路板50a、50b、50c外，並分別對應於主電路板50a、50b、50c。但本發明並非以上述支架、主電路板與散熱鰭片的數量為限，使用者可依據實際需求進行調整。例如於其他實施例中，支架的數量可為四個以上，以相組成橫截面為四邊形的柱狀結構，在此情況下，對應於支架所設置的主電路板與散熱鰭片，其數量也可增加為四個。

進一步來說，中央處理單元32與多個記憶體單元34均設置於主電路板50a上。中央處理單元32經由導熱片212a與散熱鰭片211a熱接觸。兩個圖形處理單元33分別設置於主電路板50b與主電路板50c上，並分別經由導熱片212b、212c來與散熱鰭片211b、211c熱接觸。兩個儲存單元35a也同樣分別設置於主電路板50b、50c上。輸入輸出單元36為一個已組裝完成的獨立電子元件總成，可直接插設組裝於主邏輯板60上，且位於散熱鰭片211a外側。而另一個儲存單元35b則設置於輸入輸出單元36上，且位於散熱鰭片211a與輸入輸出單元36之間。於本實施例中，電源供應單元31、中央處理單元32、圖形處理單元33、記憶體單元34、儲存單元35a與輸入輸出單元36彼此可經由主邏輯板60而電性連接。

此外，於本實施例中，熱管213分別穿設於這些散熱鰭片211a、211b、211c，但並沒有將散熱鰭片211a、211b、211c相串接。也就是說，散熱鰭片211a、211b、211c之間保持熱絕緣。藉此，可有效避免較低溫的電子元件受到較高溫的電子元件的影響。但本發明並非以此為限，例如於其他實施例中，散熱鰭片211a、211b、211c其中二者或者三者可由熱管213相串接。藉此，散熱鰭片211a、211b可共同分擔對中央處理單元32與圖形處理單元33散熱的工作。

接著，如圖5所示，散熱鰭片211a、211b、211c各具有彼此相對的一吸熱面2111a與一散熱面2111b。散熱鰭片211的這些吸熱面2111a是為散熱鰭片211a、211b、211c上分別與前述導熱片212a、212b、212c熱接觸的表面。於本實施例中，散熱鰭片211a、211b、211c的這些吸熱面2111a共同環繞出一中央熱對流通道24，而散熱鰭片211a、211b、211c的這些散熱面2111b與殼體10的環形側牆14間形成一外圍熱對流通道25。於本實施例中，中央熱對流通道24與外圍熱對流通道25自底座12的進氣口121延伸至頂蓋11的出氣口111

因此，併同參閱圖5與圖4A~4C可知，支架40a、40b、40c、主電路板50a、50b、50c與散熱鰭片211a、211b、211c上的導熱片212a、212b、212c均位於中央熱對流通道24。於運算組件30中，電源供應單元31、中央處理單元32、圖形處理單元33、記憶體單元34與儲存單元35a也均位於中央熱對流通道24內，而輸入輸出單元36與儲存單元35b則位於外圍熱對流通道25。

需聲明的是，由於本發明並非以上述散熱鰭片的數量為限。而對應於散熱鰭片而設置的導熱片為選用，其數量也非用以限制本發明。因此，散熱鰭片所圍繞出之中央熱對流通道的形狀也會因散熱鰭片數量的改變而有所不同。

另外，前述的中央處理單元32、圖形處理單元33、記憶體單元34與儲存單元35的數量、規格與設置的位置為選用，使用者可依據需求進行調整，並非用以限制本發明。並且，上述運算組件30中的電子元件與電路板組接的方式為也非用以限制本發明。

接著，請同時參閱圖3與圖5。系統風扇22為水平擺放的位於中央熱對流通道24的一側。具體來說，系統風扇22具有一進風口22s1面向底座12的進氣口121。於本實施例中，系統風扇22的進風口22s1與中央熱對流通道24之橫截面的至少部分及外圍熱對流通道25之橫截面的至少部分相重疊。因此，系統風扇22運轉時產生的吸引氣流的範圍至少會涵蓋部分中央熱對流通道24與外圍熱對流通道25。

而電源供應單元31與裝設於其上的電源供應風扇23均位於中央熱對流通道24中。具體來說，於本實施例中，電源供應單元風扇23為垂直擺放，其具有一進風口23s1面向支架之間的間隙。因此，電源供應單元風扇23在運轉時可產生吸引氣流將空氣抽進中央熱對流通道24內。

當計算系統1運轉時，系統風扇22與電源供應單元風扇23也會開始運轉，兩風扇會與底座12的進氣口121間產生負壓，將系統外的空氣吸引進入殼體10的容置空間S1。並且，由於系統風扇22的進風口22s1與中央熱對流通道24之橫截面的至少部分及外圍熱對流通道25之橫截面的至少部分相重疊，可驅使空氣內的容置空間S1的空氣往中央熱對流通道24與外圍熱對流通道25流動形成氣流。此外，由於電源供應單元風扇23位於中央熱對流通道25，可確保空氣至少會被吸引進入中央熱對流通道24。

具體來說，請併同參閱圖6~7，圖6係根據本發明之一實施例之計算系統的局部橫截面圖，而圖7係根據本發明之一實施例之計算系統的另一局部橫截面圖。

首先，如圖6所示，當空氣被抽進容置空間S1後，透過散熱模組21的阻隔，空氣會分裂成穿過中央熱對流通道24的中央氣流241與穿過外圍熱對流通道25的周邊氣流251的兩股氣流。但需先提醒的是，為求圖式簡潔，圖6中氣流僅為示意之用，實際上氣流流動並非僅限於圖6所繪示。

中央氣流241會流經位於中央熱對流通道24，以對前述位於中央熱對流通道24內的電源供應單元31、中央處理單元32、圖形處理單元33、記憶體單元34與儲存單元35a直接進行散熱。同時，熱量也會透過散熱鰭片211a、211b、211c的傳導到外圍熱對流通道25，再藉由周邊氣流251進行散熱，以達雙管齊下的散熱功效。而位於外圍熱對流通道25的輸入輸出單元36與儲存單元35b，則可藉由周邊氣流251的流動來散熱。

此外，於本實施例中，由於電源供應單元風扇23設置於中央熱對流通道24內，可確保空氣會被吸進中央熱對流通道24，有助於加強流通於中央熱對流通道24內的氣流強度，進而有助於提升散熱效率。

接著，如圖7所示，系統風扇22與出氣口111間會產生一正壓力差，穿越中央熱對流通道24後的中央氣流241與穿越外圍熱對流通道25後的周邊氣流251可被系統風扇22組合成排出氣流26，並迫使排出氣流26經由頂蓋11的出氣口111排出而離開計算系統1。

因此，計算系統1內將形成不斷流動的氣流以持續的對運算組件30內的電子元件進行散熱。其中，由於進氣口121與出氣口111分別是位於系統的下方與上方，因而氣流的方向是下向上流動，有助於讓較輕的熱空氣向上排放而使空氣的循環更為順暢。例如請參閱圖8A~8B，圖8A~8B係根據本發明之一實施例之計算系統於運轉時的溫度分布圖。由圖可知，藉由計算系統1的上述設計，可有效的將熱空氣向系統上方排出，維持內部電子元件於低溫的狀態，避免系統過熱的問題產生。

此外，請復參圖3可看到，於本實施例中，出氣口111的位置大致上對應於三個散熱鰭片211a、211b、211c，使得經由這些散熱鰭片211a、211b、211c發散的熱可更快速的流向出氣口111。

但需提醒的是，實際上計算系統1內的氣流並非受限於上述的流動方向，例如當有電子元件橫跨中央熱對流通道24與外圍熱對流通道25，中央氣流241與周邊氣流251可經由兩通道交界處的縫隙相互流通，以共同的對該電子元件進行散熱。

另外，本發明並非以上述系統風扇22與電源供應單元風扇23的擺放方式為限，使用者是可依據實際需求來調整，以改變系統內的流場。

接著，可進一步的配合參照下表一，表一係為本實施例之實作範例。具體來說，表一提出兩個範例來進行比較，其中一範例為本實施例，為搭配有系統風扇與電源供應單元風扇的計算系統，另一範例為比較例，僅設置有系統風扇。其中，兩個範例是在中央處理單元的轉速相等與圖形處理單元的運轉相等為基準的情況下進行測試。

由表一可知，在僅搭配系統風扇的系統中，整體風扇所消耗的功率高達7.2瓦。相較之下，如本實施例中同時搭配有系統風扇與電源供應單元風扇的計算系統中，由於電源供應單元風扇位於中央熱對流通道，可確保空氣至少會被吸引進入中央熱對流通道，加強對中央熱對流通道內的電子元件進行散熱的能力，使得系統風扇無需輸入大功率，可僅在5瓦的功率下進行運轉。因此，電源供應單元風扇可在0.8瓦的功率下進行運轉，讓兩個風扇消耗的功率總合低於比較例中的7.2瓦。由此可知，本實施例中同時搭配有系統風扇與電源供應單元風扇的設計具有節能的效果。此外，在本實施例中，由於系統風扇可無需長時間在大功率下運轉，還有助於延長系統風扇的使用壽命。

綜上所述，本發明所揭露的計算系統，藉由系統風扇與電源供應單元風扇的設置，使得系統內部能更迅速地形成負壓，讓空氣能更集中流向中央熱對流通道，進而快速的通過系統而從出氣口排出，以有效地排除系統內熱能。

並且，由於電源供應單元風扇位於系統的中央熱對流通道內，可確保用以散熱的氣流會通過中央熱對流通道，加強對中央熱對流通道內的電子元件進行散熱，除了可提升系統整體的散熱效率，還可降低系統風扇的負荷，具有節能的功效。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

1‧‧‧計算系統

10‧‧‧殼體

11‧‧‧頂蓋

12‧‧‧底座

13‧‧‧環形側牆

14‧‧‧環形側牆

20‧‧‧散熱組件

21‧‧‧散熱模組

24‧‧‧中央熱對流通道

25‧‧‧外圍熱對流通道

22‧‧‧系統風扇

22s1、23s1‧‧‧進風口

23‧‧‧電源供應單元風扇

26‧‧‧排出氣流

30‧‧‧運算組件

31‧‧‧電源供應單元

32‧‧‧中央處理單元

33‧‧‧圖形處理單元

34‧‧‧記憶體單元

35a、35b‧‧‧儲存單元

36‧‧‧輸入輸出單元

37‧‧‧電源供應阜

40a、40b、40c‧‧‧支架

50a、50b、50c‧‧‧電路板

60‧‧‧主邏輯板

111‧‧‧出氣口

121‧‧‧進氣口

211a、211b、211c‧‧‧散熱鰭片

212a、212b、212c‧‧‧導熱片

213‧‧‧熱管

241‧‧‧中央氣流

251‧‧‧周邊氣流

1211‧‧‧進氣通道

2111a‧‧‧吸熱面

2111b‧‧‧散熱面

S1‧‧‧容置空間

圖1係根據本發明之一實施例之計算系統的示意圖。 圖2係根據本發明之一實施例之計算系統移除環形側牆的示意圖。 圖3係根據本發明之一實施例之計算系統移除環形側牆的分解圖。 圖4A~4C係根據本發明之一實施例之計算系統中散熱組件與運算組件於不同視角的分解圖。 圖5係根據本發明之一實施例之計算系統的剖視圖。 圖6係根據本發明之一實施例之計算系統的局部橫截面圖。 圖7係根據本發明之一實施例之計算系統的另一局部橫截面圖。 圖8A~8B係根據本發明之一實施例之計算系統於運轉時的溫度分布圖。

Claims (11)

1. 一種計算系統，包含：一殼體，具有一容置空間與分別連通於該容置空間相對兩端的一進氣口與至少一出氣口；以及一散熱組件，包含：一散熱模組，位於該容置空間內，圍繞出一中央熱對流通道；一系統風扇，位於該容置空間內，用以驅使空氣穿過該中央熱對流通道；以及一電源供應單元風扇，位於該中央熱對流通道內，用以驅使空氣至少穿過該中央熱對流通道；一運算組件，包含一電源供應單元，該電源供應單元位於該中央熱對流通道內。
2. 如請求項1所述之計算系統，其中該散熱模組與該殼體間形成一外圍熱對流通道，該系統風扇用以驅使位於空氣穿過該中央熱對流通道與該外圍熱對流通道。
3. 如請求項1所述之計算系統，其中該散熱模組包含複數個散熱鰭片，每一該散熱鰭片具有彼此相對的一吸熱面與一散熱面，該些散熱鰭片的該些吸熱面環繞出該中央熱對流通道。
4. 如請求項3所述之計算系統，其中該散熱模組更包含複數個導熱片，分別熱接觸該些散熱鰭片的該些吸熱面。
5. 如請求項3所述之計算系統，其中該運算組件更包含一中央處理單元與至少一圖形處理單元，位於該中央熱對流通道。
6. 如請求項5所述之計算系統，其中該中央處理單元與該至少一圖形處理單元分別與該些散熱鰭片熱接觸。
7. 如請求項3所述之計算系統，其中該些散熱鰭片彼此熱絕緣。
8. 如請求項2所述之計算系統，其中該運算組件更包含至少一記憶體單元、至少一儲存單元與一輸入輸出單元，皆位於該外圍熱對流通道。
9. 如請求項1所述之計算系統，其中該系統風扇位於該中央熱對流通道之一側。
10. 如請求項2所述之計算系統，其中該系統風扇具有一進風口，該進風口與該中央熱對流通道之一橫截面的至少部分及該外圍熱對流通道之一橫截面的至少部分相重疊。
11. 如請求項1所述之計算系統，其中該殼體包含一頂蓋、一環形側牆與一底座，該環形側牆連接於該頂蓋與該底座之間，該進氣口位於該底座，該至少一出氣口位於該頂蓋，該系統風扇鄰近於該至少一出氣口，該電源供應單元風扇鄰近於該進氣口，該中央熱對流通道自該進氣口延伸至該至少一出氣口。