TWI741557B - 殼體、容器框架及引導氣流通過其之方法 - Google Patents

殼體、容器框架及引導氣流通過其之方法 Download PDF

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Abstract

一種殼體包括一容器框架，用於容納複數個電子構件。容器框架包括一前端、一後端、一頂壁、以及一底壁。容器框架也包括一或多個孔洞，位在底壁或頂壁中、鄰近前端的一位置。容器框架也包括複數個氣流通道，將前端中的數個開口耦接至一或多個孔洞，使得來自前端中的開口的氣流首先被引導朝向後端，橫越複數個電子構件，然後被引導回到前端，且接著離開一或多個孔洞。

Description

殼體、容器框架及引導氣流通過其之方法
本揭露大致上關於用於電子裝置的冷卻系統，且更特定地，關於一種結合冷卻系統以改善風扇性能的電子構件外殼系統。
電子裝置(例如：伺服器)包括連接至電源供應單元的電子構件。伺服器由於內部電子構件的運轉而產生大量的熱。這些內部電子構件典型地包括控制器、處理器、區域網路卡(local area network cards，LAN cards)、硬碟驅動器以及固態磁碟驅動器。因上述熱之去除效率低而導致的過熱具有當機或妨礙電子構件運轉的可能性。因此，伺服器係設計為依賴通過裝置內部的氣流以帶走由電子構件產生的熱。
伺服器經常包括附接至電子構件的各種散熱器(heat sinks)。散熱器典型地由熱傳導材料組成。散熱器吸收來自電子構件產生的熱，且將熱傳遞遠離上述構件。來自散熱器的熱使用對流(亦即氣流)而被排放遠離伺服器。上述氣流經常藉由風扇系統產生，風扇系統加速空氣通過構件及散熱器。產生的氣流因此帶走收集到的熱以遠離構件及散熱器。
在典型的伺服器中，用於冷卻上述構件的系統功率係被實體(physical)設計(伺服器內部空間)所限制。因此，上述裝置的運轉速度受到熱設計(thermal design)的限制，有時構件必須以較低速度運行才不會過熱。根據能量轉換的原理，風扇冷卻裝置的功率限制係與流動通過裝置的空氣量成正比。空氣量愈大，愈多氣流可以被用於冷卻，因而提升系統的性能。
因此，提供解決上述及其他問題的系統及方法係有大量需求的，舉例來說，包括一種具有孔洞的殼體(chassis)，上述孔洞形成氣流路徑，從複數個電子構件去除熱。
根據本揭露之一實施例，一種殼體包括一容器框架，用於容納複數個電子構件。容器框架包括一前端、一後端、一頂壁、以及一底壁。容器框架也包括一或多個孔洞，位在底壁或頂壁中、鄰近前端的一位置。容器框架也包括複數個氣流通道，將前端中的數個開口耦接至一或多個孔洞，使得來自前端中的開口的氣流首先被引導朝向後端，橫越複數個電子構件，然後被引導回到前端，且接著離開一或多個孔洞。
在此實施例的一些實施例中，氣流通道係配置使得來自後端朝向一或多個孔洞的氣流穿越複數個電子構件。在一些其他實施例中，殼體也包括一風扇，具有流體地耦接至一或多個孔洞的一風扇入口。在其他實施例中，風扇係位在與容器框架相交的一垂直平面之中。在其他實施例中，殼體包括一風扇開口，與容器框架垂直地相鄰。風扇係位於風扇開口之中。殼體也包括定義一通道的一擋板，通道用於引導來自一或多個孔洞的氣流進入風扇之入口。擋板係位在風扇開口之中。在另外其他實施例中，擋板係位在風扇開口中，使得通過風扇的氣流之一第一部分源自一或多個孔洞，且通過風扇的氣流之一第二部分源自風扇開口。
根據本揭露之另一實施例，提供一種用於容納複數個電子構件的容器框架。容器框架包括一前端、一後端、一頂壁、以及一底壁。容器框架也包括一或多個孔洞，位在底壁或頂壁中、鄰近前端的一位置。容器框架更包括複數個氣流通道，將前端中的數個開口耦接至一或多個孔洞，使得來自前端中的開口的氣流首先被引導朝向後端，橫越複數個電子構件，然後被引導回到前端，且接著離開一或多個孔洞。
在此實施例的一些實施例中，複數個氣流通道係配置使得來自後端朝向一或多個孔洞的氣流穿越複數個電子構件。在一些其他實施例中，一風扇之一入口係流體地耦接至一或多個孔洞。在其他實施例中，風扇係位在與容器框架相交的一垂直平面之中。在其他實施例中，一風扇開口係與容器框架垂直地相鄰。風扇係位於風扇開口之中。定義一通道的一擋板係位在風扇開口之中，通道用於引導來自一或多個孔洞的氣流進入風扇之入口。在一些實施例中，擋板係位在風扇開口中，使得通過風扇的氣流之一第一部分源自一或多個孔洞，且通過風扇的氣流之一第二部分源自風扇開口。
根據本揭露之又另一實施例，也提供一種引導氣流通過容器框架的方法，容器框架用於容納複數個電子構件。上述方法包括接收來自容器框架之一前端之數個開口的氣流，引導氣流朝向容器框架之一後端，且橫越複數個電子構件。上述方法更包括引導氣流回到前端，且接著離開一或多個孔洞，上述一或多個孔洞在容器框架之一底壁或一頂壁中、鄰近前端的一位置。
在此實施例的一些實施例中，引導氣流回到前端且接著離開一或多個孔洞包括引導氣流通過複數個電子構件。在一些其他實施例中，上述方法也包括接收來自流體地耦接至一或多個孔洞的一風扇之一入口的氣流。在一些其他實施例中，上述方法也包括將風扇定位在與容器框架相交的一垂直平面之中。在一些其他實施例中，上述方法也包括將一風扇開口定位與容器框架垂直地相鄰，且將風扇定位在風扇開口之中，使用定義一通道的一擋板引導來自一或多個孔洞的氣流進入風扇之入口，且將擋板定位在風扇開口之中。在一些其他實施例中，擋板係位在風扇開口中，使得通過風扇的氣流之一第一部分源自一或多個孔洞，且通過風扇的氣流之一第二部分源自風扇開口。
本揭露之附加的特徵及優點將在以下說明書中闡述，且部分將由說明書變得顯而易見，或可藉由本文所揭露的原理之實踐而知悉。本揭露之特徵及優點可藉由特別在所附申請專利範圍中提出的工具及組合的手段而理解且獲得。本揭露之上述及其他特徵將從以下說明書及所附申請專利範圍變得全然地明顯，或可藉由本文所闡述的原理之實踐而知悉。
本揭露係參考所附圖式描述，其中在各處圖式中使用相同的符號表示類似或相同的元件。圖式未按照比例繪製，且所提供的圖式僅用於說明本發明。應理解的是，闡述了許多特定細節、關係以及方法以提供對本發明之完全理解。然而，本技術領域具有通常知識者將輕易了解可在不具有一個或多個特定細節的情形下或以其他方法實踐多種實施例。在其他情形下，未詳細示出眾所周知的結構或操作，以避免模糊多種實施例之特定型態。多種實施例不限於所示出的動作或事件之排序，因為一些動作可以不同的順序發生及/或與其他動作或事件同時發生。除此之外，不需要所有示出的動作或事件以運用根據本發明的方法。
第1圖為如同先前技術的習知示例記憶體外殼系統50之側視圖。習知示例記憶體外殼系統(memory housing system)50包括複數個電子構件，繪示為例如：硬碟10。如在此所繪示，複數個硬碟10包括一第一硬碟11、一第二硬碟12、一第三硬碟13以及一第四硬碟14。記憶體外殼系統50也包括複數個風扇模組20。複數個風扇模組20包括一第一風扇模組21、一第二風扇模組22、一第三風扇模組23以及一第四風扇模組24。複數個硬碟10中每個硬碟係與複數個風扇模組20中對應的風扇模組對齊。除此之外，複數個硬碟10中每個硬碟係以微小的(nominal)間距分離。結果，從複數個風扇模組20之風扇模組接收的氣流無法穿越硬碟以提升冷卻效率。此配置具有不良的冷卻效能。此外，繪示的配置在殼體裝置40之中需要相當多的空間。
第2圖為根據本揭露之一實施例的示例電子構件外殼系統100之側視圖。電子構件外殼系統或殼體(chassis)100包括容器框架150。容器框架150包括前端110、後端104、頂壁102以及底壁108。容器框架150也包括在底壁108或頂壁102中的一或多個孔洞109。在一些實施例中，一或多個孔洞109可位於或鄰近前端110。容器框架150係配置以容納第一電子構件11以及第二電子構件12。
容器框架150也包括複數個第一氣流通道30，將前端110中的開口耦接至一或多個孔洞109，使得來自前端110之開口而流過第一氣流通道30的空氣橫越複數個電子構件11、12而被引導至後端104。氣流接著沿著一第二氣流通道35被向下引導，然後沿著一第三氣流通道32被引導回到前端110，且接著從一或多個孔洞109離開。在一些實施例中，第三氣流通道32係配置使得來自後端104朝向一或多個孔洞109的氣流穿越第二電子構件12。
根據一些實施例，殼體100包括風扇200，風扇200具有流體地耦接(fluidly coupled)至一或多個孔洞109的風扇入口204。風扇200係定位在與容器框架150相交的垂直平面之中。容器框架150也包括與容器框架150垂直地相鄰的風扇開口206(第3圖)，且風扇200係位於風扇開口206之中，且風扇入口204係大致被繪示為與風扇開口206重疊。
第3圖為根據本揭露之另一實施例的電子構件外殼系統100的另一繪示之側視圖。在此範例中，殼體100也包括擋板208，擋板208定義通道203，通道203用於引導來自一或多個孔洞109的氣流進入風扇200之風扇入口204。擋板208係位在風扇開口206之中。在一些實施例中，擋板208係位在風扇開口206中，使得通過風扇200的氣流之第一部分源自一或多個孔洞109，且通過風扇200的氣流之第二部分源自風扇開口206。在一些替代的圖式中，擋板可位在風扇開口中，使得通過風扇的所有氣流源自一或多個孔洞。
第4A圖及第4B圖為第2圖之示例電子構件外殼系統100之前視立體圖。如在此繪示的，容器框架150包括第一組電子裝置201(n)以及位在複數個電子裝置201(n)之下的第二組電子裝置202(n)。前端110也包括第一組開口101(n)以及第二組開口102(n)。第一組開口101(n)的每個開口各自與第一組電子裝置201(n)的一電子裝置對應。類似地，第二組開口102(n)的每個開口各自與第二組電子裝置202(n)的一電子裝置對應。第一組開口101(n)及第二組開口102(n)係流體地耦接至第一氣流通道30(在第3圖中繪示)。如在此繪示的，容器框架150包括複數個孔洞109(n)。複數個孔洞109(n)的每個孔洞各自與第一及第二組電子裝置對應。容器框架150也包括近端106及遠端112。遠端112包括開口105，開口105穿越整個容器框架150至近端106。開口105將第一組電子裝置201(n)及第二組電子裝置202(n)分離，促進每個產熱的電子裝置201(n)、202(n)之間的空氣流動。
第5圖為根據本揭露之一實施例的位在伺服器裝置250之中的電子構件外殼系統100之前視立體圖。如在此繪示的，伺服器裝置250係配置以容納容器框架150。容器框架150係位在伺服器框架260頂部。在一些實施例中，伺服器裝置250係配置以收納多個容器框架150而不是伺服器框架260。在此配置中，有利地，電子裝置201(n)、202(n)(例如：硬碟)的裝備數量減少，且風扇模組200係位在電子裝置201(n)、202(n)之下。在此配置中，根據本揭露之又另一優點，用於風扇模組200及電子裝置201(n)、202(n)的整體深度減少。從電子裝置201(n)、202(n)前方接收朝向後方的氣流，且接著再從後方朝向前方，允許充足的冷卻。
第6圖為根據本揭露之一實施例，繪示第2圖之電子構件外殼系統100之冷卻系統的速度流模型。如在此繪示的，容器框架150包括第一氣流通道30，將前端110中的開口耦接至一或多個孔洞109，使得從前端之開口101(n)、102(n)流過第一氣流通道30的空氣被引導朝向後端104，橫越第一組電子裝置201(n)以及第二組電子裝置202(n)。上述氣流接著被引導向下沿著第二氣流通道35，然後被引導沿著第三氣流通道32回到前端110，且接著離開一或多個孔洞109。在一些實施例中，第三氣流通道32係配置使得來自後端104朝向一或多個孔洞109的氣流穿越第二組電子裝置202(n)。
第7圖為根據如上述的本揭露之特定型態繪示，引導氣流通過用於容納複數個電子構件之容器框架的過程之流程圖。過程700開始於步驟701，從前端之開口接收氣流。過程700繼續至步驟702，氣流被引導朝向後端，橫越複數個電子構件。過程700並繼續至步驟703，氣流被引導回到前端，且接著離開鄰近前端之位置的底壁或頂壁中的一或多個孔洞。
在一些實施例中，氣流被引導回到前端，且接著離開一或多個孔洞，明確地包括引導氣流橫越複數個電子構件。過程700並繼續至步驟704，接收來自流體地耦接至一或多個孔洞的風扇之入口的氣流。過程700更繼續至步驟705，風扇被定位在與容器框架相交的垂直平面之中。
在一些實施例中，過程700繼續至步驟706，風扇開口係與容器框架垂直地相鄰，且風扇係位在風扇開口之中。過程700繼續至步驟707，使用定義通道的擋板引導來自一或多個孔洞的氣流進入風扇之入口。在步驟708，擋板係位在風扇開口之中。最後，在步驟709，擋板係位在風扇開口中，使得通過風扇的氣流之第一部分源自一或多個孔洞，且通過風扇的氣流之第二部分源自風扇開口。
在此使用的用語僅為了描述特定實施例之目的，並非意欲限制本發明。除非上下文清楚地指出，在此所使用的單數形式「一」、「一個」以及「該」亦意欲包括複數形式。除此之外，在某種程度上，不管是在說明書及/或申請專利範圍中所使用的用語「包括（including、includes）」、「具有（having、has）」、「包含（with）」或其變異，這樣的用語係意欲以類似於用語「包括（comprising）」的方式包含在內。
除非另有定義，在此使用的所有用語（包括技術用語以及科學用語）具有與本發明所屬技術領域中具有通常知識者通常理解的相同意義。除此之外，用語（例如，在常用字典中所定義的用語）應當被解釋為具有在相關領域之上下文的意義一致的意義，且除非在此明確地定義，並不會以理想化或過於正式的理解解釋。
雖然前文已經描述了本發明之多種實施例，應該瞭解的是，它們僅作為呈現範例，而並非限制。在不脫離本揭露的精神及範疇的情形下，可做出眾多改變。本發明之廣度及範疇不應受任何上述之實施例所限制。反而，本發明的範疇應由所附申請專利範圍以及其均等範圍(equivalents)而定義。
儘管已經圖示並描述了本發明之一或多個實施例，不過對本技術領域具有通常知識者在閱讀及瞭解此說明書(specification)及所附圖式的情形下，可進行均等的改變及修改。此外，本發明之一特定特徵雖然可能只在幾個實施例之一中揭露，在任意期望及有利的給定或特定應用中，此特徵可與其他實施例之一或多個特徵組合。
10:硬碟 11:第一硬碟(第一電子構件) 12:第二硬碟(第二電子構件) 13:第三硬碟 14:第四硬碟 20:風扇模組 21:第一風扇模組 22:第二風扇模組 23:第三風扇模組 24:第四風扇模組 30:第一氣流通道 32:第三氣流通道 35:第二氣流通道 40:殼體裝置 50:記憶體外殼系統 100:電子構件外殼系統(殼體) 101(n),102(n),105:開口 102:頂壁 104:後端 106:近端
108:底壁
109,109(n):孔洞
110:前端
112:遠端
150:容器框架
200:風扇(風扇模組)
201(n),202(n):電子裝置
203:通道
204:風扇入口
206:風扇開口
208:擋板
250:伺服器裝置
260:伺服器框架
700:過程
701,702,703,704,705,706,707,708,709:步驟
為了描述可獲得上述揭露內容與其優點以及特徵的方式，將藉由參考所附圖式中繪示的特定範例來呈現上述原理之更具體的描述。這些圖式僅描繪了本揭露之範例方面，而因此不應被視為對多種實施例或申請專利範圍的範疇之限制。透過利用以下圖式而更明確且詳細地描述及解釋上述原理。 第1圖為如同先前技術的習知示例記憶體外殼系統之側視圖。 第2圖為根據本揭露之一實施例的示例電子構件外殼系統之側視圖。 第3圖為根據本揭露之另一實施例的示例電子構件外殼系統之側視圖。 第4A圖為第2圖之示例電子構件外殼系統之前視立體圖。 第4B圖為顯示部分第4A圖之示例電子構件外殼系統之放大圖。 第5圖為根據本揭露之又另一實施例繪示在伺服器裝置之中的第4圖之電子構件外殼系統之前視立體圖。 第6圖繪示根據本揭露之又另一實施例的第2圖之電子構件外殼系統之冷卻系統的速度流模型(velocity flow model)。 第7圖為根據本揭露之特定型態繪示的引導氣流通過用於容納複數個電子構件之容器框架的過程之流程圖。
11: 第一硬碟(第一電子構件) 12: 第二硬碟(第二電子構件) 30:第一氣流通道 32:第三氣流通道 35:第二氣流通道 100: 電子構件外殼系統(殼體) 102:頂壁 104:後端 108:底壁 109:孔洞 110:前端 150:容器框架 200:風扇(風扇模組) 204:風扇入口

Claims (10)

  1. 一種殼體，包括： 一容器框架，用於容納複數個電子構件，該容器框架包括一前端、一後端、一頂壁、以及一底壁； 一或多個孔洞，位在該底壁或該頂壁中、鄰近該前端的一位置；以及 複數個氣流通道，將該前端中的複數個開口耦接至該一或多個孔洞，使得來自該前端中的該等開口的氣流首先被引導朝向該後端，橫越該等電子構件，然後被引導回到該前端，且接著從該一或多個孔洞離開。
  2. 如請求項1之殼體，其中該等氣流通道係配置使得來自該後端朝向該一或多個孔洞的氣流穿越該等電子構件。
  3. 如請求項1之殼體，更包括一風扇，具有流體地耦接至該一或多個孔洞的一風扇入口。
  4. 如請求項3之殼體，其中該風扇係位在與該容器框架相交的一垂直平面之中。
  5. 如請求項4之殼體，更包括： 一風扇開口，與該容器框架垂直地相鄰，該風扇係位於該風扇開口之中；以及 一擋板，定義一通道，該通道用於引導來自該一或多個孔洞的氣流進入該風扇之該風扇入口，該擋板位在該風扇開口之中。
  6. 如請求項5之殼體，其中該擋板係位在該風扇開口中，使得通過該風扇的該氣流之一第一部分源自該一或多個孔洞，且通過該風扇的該氣流之一第二部分源自該風扇開口。
  7. 一種容器框架，用於容納複數個電子構件，該容器框架包括： 一前端； 一後端； 一頂壁； 一底壁； 一或多個孔洞，位在該底壁或該頂壁中、鄰近該前端的一位置；以及 複數個氣流通道，將該前端中的複數個開口耦接至該一或多個孔洞，使得來自該前端中的該等開口的氣流被引導朝向該後端，橫越該等電子構件，然後被引導回到該前端，且接著離開該一或多個孔洞。
  8. 如請求項7之容器框架，其中該風扇係位在與該容器框架相交的一垂直平面之中。
  9. 一種引導氣流通過容器框架的方法，其中該容器框架係用於容納複數個電子構件，該方法包括： 接收來自該容器框架之一前端之複數個開口的氣流； 引導該氣流朝向該容器框架之一後端，且橫越複數個電子構件；且 引導該氣流回到該前端，且接著離開一或多個孔洞，該一或多個孔洞在該容器框架之一底壁或一頂壁中、鄰近該前端的一位置。
  10. 如請求項9之方法，其中引導該氣流回到該前端，且接著離開該一或多個孔洞包括引導該氣流橫越該等電子構件。
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