TWI655894B - 電子裝置、計算機裝置及其機殼 - Google Patents

Abstract

本案揭示一種機殼，其內嵌用以冷卻電子裝置的空氣噴流。機殼包含兩側壁，其定義機殼之前端以及後端。機殼包含底板，供電子元件設置於其上。兩導風管分別由兩側壁支撐，並且各自具有前開口以及後開口的。兩風扇分別連接兩導風管之後開口。噴嘴架位於機殼之前端，並且包含橫向噴嘴條，其噴射出產生自兩導風管之前開口的空氣噴流。

Description

電子裝置、計算機裝置及其機殼

本發明係關於一種用以有效地冷卻電子裝置之機殼，且特別是關於一種內嵌空氣噴流結構以冷卻電子裝置的機殼。

諸如伺服器的電子裝置包含連接至電源供應器的電子元件。伺服器會產生大量的熱，其來自諸如控制器、處理器以及記憶體的內部電子元件之運行。無法有效排出電子元件產生的熱所造成的過熱可能會停止或妨礙電子裝置之運作。因此，伺服器設計為仰賴通過其內部的氣流來帶走電子元件產生的熱。伺服器通常包含許多散熱器，其連接至諸如處理單元的電子元件，並且通常由導熱材料組成。散熱器吸收電子元件的熱，從而將熱轉移出電子元件。來自散熱器的熱必須從伺服器排出，而用以排出這些熱的氣流通常由風扇系統產生。風扇系統使氣流加速通過電子元件及散熱器，產生的氣流因而從電子元件以及散熱器帶走累積的熱。

在諸如伺服器的裝置中，系統功率受限於用以冷卻電子元件的散熱設計，因此，這些裝置的運行速度受到 散熱設計的限制，因為電子元件有時必須以較低的速度運行以避免過熱。根據能量守恆原則，使用風扇冷卻之裝置的功率限制正比於流經裝置的空氣量。空氣量越大，可用於冷卻的氣流越多，系統的功率及性能因而可增加。高系統功率允許諸如中央處理器的電子元件有更高的功率，使得中央處理器的運行更有效率，從而提高計算速度。

第1圖為繪示具有傳統機殼設計之半節點伺服器10的立體圖。伺服器10包含擺放於機殼20內的兩處理器12與14。處理器12與14設置於散熱器(圖未示)上，其傳導由處理器12與14產生的熱。機殼20包含兩側壁22與24，其定義前開口26及後壁28，其中後壁28設置兩系統冷卻風扇30與32。氣流由機殼20的前開口26流向後壁28，而於第1圖中，氣流係由風扇30與32產生。

機殼20的前側包含空間40，提供不同部件卡的設置，例如可插入插槽(圖未示)的PCIe相容卡。於本範例中，處理器12與14前後擺放於側壁22與24之間。機殼20承載靠近處理器12與14的記憶體42與44(例如是雙倍資料率同步動態隨機存取記憶體)。記憶體42與44插入插槽，使得其間具有間隙以利空氣流過機殼20。兩個大容量儲存裝置46與48設置於風扇30與32附近。於本範例中，儲存裝置46與48可能為硬碟或固態硬碟。

處理器12與14、記憶體42與44以及儲存裝置46與48之運行會產生熱，由風扇30與32產生的氣流係用以冷卻上述之電子元件。冷卻效率取決於流過機殼20的空氣 量。於第1圖所示之傳統的機殼設計中，有兩種方法可增加空氣量，從而提升冷卻能力。一種方法是增加風扇30與32的轉速，從而增加氣流量，而另一種方式是減少機殼20內承載的元件數量，從而降低系統流阻。然而，當風扇設置於如儲存裝置46與48等元件附近時，風扇轉速的增加是無效的。風扇前方的障礙物導致風扇靠近入口的部分出現更多渦旋，因此，當風扇轉速增加時，渦旋會靠近風扇之入口並降低風扇效率。此外，移除電子元件(例如：移除其中一儲存裝置46與48或處理器12與14)會降低裝置的性能。

因此，需要一種最大化用以冷卻電子元件之氣流的電子裝置機殼，另需要一種用以於電子裝置機殼前端注入高速氣流的噴嘴結構以協助冷卻，亦需要一種允許使用高壓風扇及導風管以產生空氣噴流的機殼設計。

本揭示之一實施例為一種用於電子裝置的機殼。機殼具有兩側壁，其定義機殼之前端以及後端。機殼包含底板，供電子元件設置於其上。導風管位於兩側壁其中之一上，並且具有前開口以及後開口。風扇連接導風管之後開口。噴嘴架位於機殼之前端，並且連接導風管之前開口。噴嘴架包含一或多個噴氣口，其配置以由前端朝向機殼之後端噴射出至少一空氣噴流。

本揭示之另一實施例為一種電子裝置，其具有機殼。機殼具有兩側壁，其定義機殼之前端以及後端。導風 管位於兩側壁其中之一上，並且具有前開口以及後開口。風扇連接導風管之後開口，而電子元件設置於機殼內。噴嘴架位於機殼之前端，並且連接導風管之前開口。噴嘴架包含一或多個噴氣口，其配置以由前端朝向機殼之後端噴射出至少一空氣噴流。

本揭示之另一實施例為一種電子裝置，其包含機殼。機殼具有兩側壁，其定義機殼之前端以及後端。兩導風管分別由兩側壁支撐，並且各自具有前開口以及後開口。電子元件設置於機殼內，並且位於兩導風管之間。風扇連接兩導風管之後開口。噴嘴架位於機殼之前端，並且具有兩側導管。兩側導管分別連接兩導風管，並且配置以分別由兩導風管接收氣流。上噴嘴條連接兩側導管之一端，並且噴射出上空氣噴流，而下噴嘴條連接兩側導管之另一端，並且噴射出下空氣噴流。

上述之發明內容並非意圖代表本揭示所有的實施方式及態樣，相反地，其僅為提供本文所述之一些新穎態樣及特徵的範例。閱讀以下對於用以實施本發明的代表性實施方式及模式的詳細描述，並一併參照所附圖式及申請專利範圍，可清楚理解本揭示上述及其他的特徵與優點。

10‧‧‧伺服器

12、14‧‧‧處理器

20‧‧‧機殼

22、24‧‧‧側壁

26‧‧‧前開口

28‧‧‧後壁

30、32‧‧‧風扇

40‧‧‧空間

42、44‧‧‧記憶體

46、48‧‧‧儲存裝置

200、250‧‧‧機殼

202‧‧‧處理器

204‧‧‧散熱器

210、260‧‧‧氣流流速分布

300‧‧‧機殼

302、304‧‧‧側壁

306‧‧‧底板

308‧‧‧前端

310‧‧‧後端

312‧‧‧噴嘴架

320、322‧‧‧處理器

324、326‧‧‧散熱器

328‧‧‧記憶體

330、332‧‧‧儲存裝置

334、336‧‧‧風扇

340、342‧‧‧導風管

350、352‧‧‧高靜壓風扇

360、362‧‧‧側導管

364‧‧‧上噴嘴條

366‧‧‧下噴嘴條

402‧‧‧上管壁

404‧‧‧側管壁

406‧‧‧後開口

408‧‧‧前開口

410‧‧‧錐形管壁

420‧‧‧馬達

422‧‧‧出口

430、432‧‧‧噴氣口

450‧‧‧流道

452‧‧‧前壁

454‧‧‧後壁

456‧‧‧彎曲件

458‧‧‧彎曲片

從以下示例性實施方式的說明，並配合參照附圖，可對本揭示有更好的理解。

第1圖為繪示習知之機殼的立體圖。

第2A圖及第2B圖為機殼的剖視圖，分別繪示藉額外之噴流來增強冷卻能力前後的氣流流速分布。

第3圖為繪示包含用以提升冷卻效率的空氣噴流結構之示例性機殼的立體圖。

第4圖為第3圖所示之示例性機殼的後視圖。

第5A圖為繪示第3圖所示之示例性機殼之側壁的立體圖。

第5B圖為繪示第3圖所示之示例性機殼的噴嘴架之上噴嘴條的放大剖視圖。

本揭示允許各種修改及替代形式。一些具代表性的實施方式展示於圖式中，並且將在本文中詳細地描述。然而，應當理解本發明非意圖受限於所揭示的特定實施方式。相反地，本揭示涵蓋所有落入由所附申請專利範圍界定之精神與範圍內的修飾、等同物及替代方式。

本發明可以許多不同的實施方式來實現。具代表性的實施方式展示於圖式中，並且將在本文中詳細地描述。本揭示為揭示之發明的原理之範例或說明，並非意圖將本揭示廣泛的態樣限定至所說明的實施方式。對此而言，例如在申請專利範圍中未明確闡述，但於摘要、發明內容及實施方式中揭示的元件及限制，不該透過暗示、推測或其他方式，單獨或集體併入申請專利範圍中。為詳細描述本發明， 除非另行規定，否則單數包含複數，反之亦然，而「包含」意旨「包含但不限於」。此外，諸如「大約」、「幾乎」、「實質上」、「近似於」等表達近似的用語，可在本文中用以表示「於、接近或接近於」、「在3%至5%之內」、「在可接受的製造公差內」或其任何邏輯組合。

考量空氣的黏滯性，如果可增加機殼之前開口區的空氣流速，更多外部空氣會通過機殼之前開口，而增強冷卻機殼內部件的能力。第2A圖及第2B圖分別繪示藉空氣噴流來增強冷卻能力前後機殼內氣流流速分布。

第2A圖為繪示具有習知配置之機殼200的剖視圖，並且機殼200內的氣流流速分布210以箭號表示，其中箭號中較長者代表相對較高的速度。如氣流流速分布210所示，機殼200內近壁處氣流流速較低，而離壁較遠處氣流流速較高。因此，氣流流速分布210限制了通過機殼200的空氣之體積，而這對於電子元件(例如：上表面連接散熱器204的處理器202)的冷卻考量可能是重要的。具體來說，氣流流速分布210限制機殼200可能的冷卻能力，因此，即使更換轉速更高之風扇，高轉速風扇的優點也無法完全實現於機殼200中。

有鑑於此根本限制，本揭示提出藉由改變氣流流速分布來改善冷卻的方法，如第2B圖所示。第2B圖繪示具有另一種配置之機殼250，其中機殼250內改進的氣流流速分布260以箭號表示。相較於第2A圖所示之氣流流速分布210，本揭示之機殼250內的氣流流速分布260配置以在近 壁處具有相對較高的流速。當產生這樣的氣流流速增加時(如氣流流速分布260所示)，通過機殼250(尤其是處理器202)的空氣體積有效地增加，導致包含處理器202在內的元件冷卻效率之提升。下文描述用以提供此空氣體積增加的示例性配置。

第3圖為繪示強化冷卻之計算機裝置的示例性機殼300的立體圖。第4圖為第3圖所示之示例性機殼300的後視圖。機殼300包含連接至底板306的兩側壁302與304，而底板306上設置有各種電子元件。機殼300包含電源供應單元(圖未示)，用以提供電子元件電力。機殼300具有前端308及後端310，其中前端308由噴嘴架312界定。如下所述，噴嘴架312於機殼300之頂部與底部提供高速空氣噴流以協助冷卻電子元件。

機殼300上設置前後排列之處理器320與322。於本實施例中，計算機裝置具有兩個處理器，但應當理解機殼300上可設置任何數目之處理器及其他控制器。處理器320與322分別接觸散熱器324與326。散熱器324與326係分別設置於處理器320與322上方，並且分別傳導處理器320與322所產生的熱。處理器320與322靠近記憶體328(例如是雙倍資料率同步動態隨機存取記憶體)，其設置於處理器320與322旁靠近側壁302與304之平行插槽。兩組大容量的儲存裝置330與332設置於風扇334與336旁。於本實施例中，儲存裝置330與332可為硬碟或固態硬碟。風扇 334與336產生由機殼300之前端308流向機殼300之後端310的氣流。

側壁302與304分別支撐對應的導風管340與342。如第3圖所示，導風管340與342由處理器322延伸至機殼300的前端308。導風管340與342各自連接到對應的高靜壓風扇350與352，其位於處理器322之後方。高靜壓風扇350與352產生高壓氣流，其藉由導風管340與342導引至噴嘴架312。噴嘴架312導引由高靜壓風扇350與352產生的高壓氣流以產生從前端308流出的空氣噴流。空氣噴流增加由前端308流向機殼300之後端310的空氣的速度。第2B圖之氣流流速分布260中最長的箭號係代表噴嘴架312之頂部與底部的空氣噴流。

於第3圖所示之實施方式中，高靜壓風扇350與352配置以回收氣流，也就是說，高靜壓風扇350與352配置以從處理器322與儲存裝置330與332之間的空間吸取空氣，並且導引這些空氣通過導風管340與342。然而，於一些實施方式中，如果需要較冷的空氣，側壁302與304可具有開口以允許高靜壓風扇350與352從機殼300外吸取較冷的空氣。此外，本揭示亦考量同時從機殼300內部及外部吸取空氣之實施方式。於一些實施方式中，高靜壓風扇350與352可例如是離心式風扇，藉以便於從風扇的軸向吸氣並由徑向輸出至導風管340與342，但不以此為限。

於上述之高靜壓風扇350與352回收氣流的實施方式中，可策略性地設置高靜壓風扇350與352以確保較 冷的空氣由噴嘴架312噴射出。具體而言，高靜壓風扇350與352可設置於機殼300內可能包含較冷的空氣的區域。舉例來說，通過處理器320與322的空氣相較於通過記憶體328的空氣可能更熱。因此，高靜壓風扇350與352可設置於機殼300中使其主要吸取通過記憶體328的空氣。然而，本揭示設想空氣可從機殼300內的任何部分吸取。或者，可添加額外的導風管或其他空氣導引元件，以將高靜壓風扇350與352的入口連接到具有較冷空氣的區域，而不將高靜壓風扇350與352設置於特定位置。

如第3圖所示，噴嘴架312包含兩個空心的側導管360與362，其分別接收流過導風管340與342的空氣。側導管360與362連接至上噴嘴條364與下噴嘴條366，而上噴嘴條364與下噴嘴條366分別於機殼300之前端308的頂部與底部噴射出空氣噴流。

第5A圖為第3圖之導風管340的放大立體圖，其以與第3圖中相同的元件符號來代表相同的元件。導風管340具有定義後開口406與前開口408的上管壁402與側管壁404。後開口406成形以導引高靜壓風扇350產生的氣流，氣流因而從後開口406通過上管壁402與側管壁404而被導引至前開口408。錐形管壁410形成較小的前開口408，而前開口408耦接至噴嘴架312的側導管360。高靜壓風扇350包含馬達420，其用以旋轉扇葉以產生氣流。高靜壓風扇350具有出口422，其用以導引馬達420產生的氣 流。出口422具有矩形形狀，並且配合導風管340的後開口406。

上噴嘴條364包含橫向的噴氣口430，其大致於側壁302與304(如第3圖所示)之間延伸，並且在機殼300之前端308的頂部噴射出高速空氣噴流。下噴嘴條366包含橫向的噴氣口432，其大致於側壁302與304(如第3圖所示)之間延伸，並且在機殼300之前端308的底部噴射出高速空氣噴流。

第5B圖繪示上噴嘴條364與側導管360的放大剖視圖。上噴嘴條364包含流道450，其接收來自側導管360的氣流。流道450由前壁452與後壁454形成。後壁454支撐彎曲件456，其導引空氣至噴氣口430，前壁452支撐彎曲片458。彎曲件456與彎曲片458彼此分隔並且定義噴氣口430。空氣從第3圖中的側導管360與362流入流道450，而被強制通過彎曲件456並流過噴氣口430。為提供空氣噴流，彎曲件456與彎曲片458之間的距離漸縮而形成噴氣口430。第5A圖的下噴嘴條366配置以具有類似第5B圖的上噴嘴條364的結構，且上噴嘴條364與下噴嘴條366可為彼此的鏡像對稱結構。

第3圖、第4圖、第5A圖及第5B圖展示內嵌空氣噴流的機殼300，其包含三個增加流向機殼300內電子元件的空氣的特徵。首先，機殼300包含兩個高靜壓風扇350和352。再者，機殼300包含設置於前端308的噴嘴架312，其具有由上噴嘴條364與下噴嘴條366所組成的噴嘴結構。 最後，導風管340與342導引空氣從高靜壓風扇350與352流向噴嘴架312。當高靜壓風扇350與352導引空氣通過導風管340與342至噴嘴架312時，噴嘴架312的截面積沿著空氣流動方向變小。因此，當空氣從導風管340與342流至由噴嘴架312形成的噴嘴結構時，空氣流速增加。如第2B圖之氣流流速分布260所示，空氣的黏滯性使得來自噴氣口430與432的快速空氣噴流從機殼300的前端308移動更多空氣，而空氣量的增加提升了機殼300的冷卻能力。

儘管第3圖、第4圖、第5A圖及第5B圖展示用以提供空氣噴流的特定實施方式，此僅為便於說明。本揭示亦考量其他用以提供空氣噴流的實施方式。舉例來說，噴嘴架312具有實質上於側壁302與304之間延伸的噴氣口430與432，然而，於其他實施方式中，噴氣口430與432可為一系列的開口、噴嘴或其他用以將空氣注入至機殼內的元件。

此外，儘管第3圖、第4圖、第5A圖及第5B圖展示風扇、導風管及噴嘴架的特定配置，但是本揭示考量其他可能的配置。舉例來說，風扇可位於機殼中的任何位置，並且導風管可配置以依需求延伸穿過機殼至噴嘴架。於一些實施例中，導風管可為柔性軟管或類似物，用以將風扇的出口連接到噴嘴架。在另一實施例中，雖然示例性的噴嘴架被展示為一體成形的部件，但於其他配置中，噴嘴架可由一組不同的部件組成。另外，儘管示例性配置需要高靜壓風扇，但可於各種實施方式中使用任何其他類型的風扇。

本揭示中使用的「部件」、「模組」、「系統」等術語通常指與計算機相關的實體，即硬體(例如電路)、硬體與軟體的組合、軟體或與具有一或多個特定功能的運行機器相關的實體。舉例來說，部件可為但不限於：在處理器(例如數位訊號處理器)上運行的處理程序、處理器、物件、執行檔、執行緒、程式及/或計算機。舉例來說，在控制器上運行的應用程式以及控制器皆可為部件。一或多個部件可存在於一個處理程序及/或執行緒內，並且一個部件可位於一台計算機上及/或分布於兩或多台計算機之間。此外，「裝置」可為以下形式：特別設計之硬體、透過執行使硬體執行特定功能的軟體而使其變得特定的通用硬體、儲存在計算機可讀媒介上的軟體或其組合。

本文所使用的術語僅為描述特定實施方式，而非意圖限定本發明。如本文所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形「一」及「該」也意圖包含複數形。此外，於實施方式或申請專利範圍中使用「包括」、「具有」等術語或其變形時，旨在表達類似「包含」之意思。

除非另外定義，否則本文使用的所有術語(包含技術及科學術語)具有本發明所屬領域具普通技術者通常理解的之涵義。此外，諸如常用之字典中定義的術語應以使其具有與其在本發明相關領域涵義一致的方式來解讀，並且將不以理想化或過度正式的意義解釋，除非明確如此定義。

儘管上面已描述本發明多種實施方式，應當理解其僅為範例而非限制。在不偏離本發明的精神或範圍的情 況下，可依據本揭示對揭示之實施方式進行各種修飾。因此，本發明的廣度及範圍不應受任何上述實施方式限制。相反地，本發明的範圍應依據所附請求項及其等同物來定義。

儘管已以一或多個實施方式來說明與描述本發明，但是本領域技術人員在閱讀及理解本說明書與附圖後即能想到等效之修改與潤飾。此外，雖然本發明的特定特徵可能僅揭示於幾個實施方式中其一，然而，如果有利於任何給定或特定的應用，該特徵可與其它實施方式的一或多個其他特徵組合。

Claims (8)

1. 一種機殼，包含：一底板；兩側壁，連接該底板，並且定義該機殼之一前端以及一後端；一導風管，位於該兩側壁其中之一上，並且具有一前開口以及一後開口；一風扇，設置於該底板上，並且連接該導風管之該後開口；以及一噴嘴架，位於該機殼之該前端，並且連接該導風管之該前開口，該噴嘴架包含一上噴嘴條以及一下噴嘴條，該上噴嘴條橫向設置於該兩側壁的頂部之間，該下噴嘴條橫向設置於該兩側壁的底部之間，該上噴嘴條以及該下噴嘴條各自包含一或多個噴氣口，配置以由該前端朝向該後端噴射出至少一空氣噴流。
2. 如請求項1所述之機殼，進一步包含：另一導風管，位於該兩側壁其中另一上，並且具有一前開口以及一後開口；以及另一風扇，連接該另一導風管之該後開口，其中該噴嘴架連接該另一導風管之該前開口。
3. 如請求項1所述之機殼，其中該噴嘴架包含一側導管，連接該導風管之該前開口。
4. 如請求項1所述之機殼，進一步包含一冷卻風扇，位於該機殼之該後端。
5. 如請求項1所述之機殼，其中該一或多個噴氣口為一或多個橫向開口。
6. 一種電子裝置，包含：一如請求項1~5其中任一所述之機殼；以及一電子元件，設置於該機殼內。
7. 如請求項6所述之電子裝置，其中該電子元件為一處理器或一儲存裝置。
8. 一種計算機裝置，包含：一機殼，包含兩側壁以及兩導風管，該兩側壁定義該機殼之一前端以及一後端，該兩導風管分別支撐於該兩側壁，並且各自具有一前開口以及一後開口；一電子元件，設置於該機殼內，並且位於該兩導風管之間；一風扇，設置於該機殼內，並且連接該兩導風管之該後開口；以及一噴嘴架，位於該機殼之該前端，並且包含兩側導管、一上噴嘴條以及一下噴嘴條，兩側導管分別連接該兩導風管，並且配置以分別由該兩導風管接收氣流，該上噴嘴條橫向設置於該兩側壁的頂部之間，該下噴嘴條橫向設置於該兩側壁的底部之間，該上噴嘴條連接該兩側導管之一端，並且噴射出一上空氣噴流，該下噴嘴條連接該兩側導管之另一端，並且噴射出一下空氣噴流。