专利名称：用于设备外壳的冷却系统的气流间隔部件的系统和方法
技术领域：
本发明涉及用于冷却外壳的系统，更具体而言，涉及一种对用于冷却电子设备外 壳的气流进行间隔和导引的系统和方法。
背景技术：
该部分中的叙述仅提供与本发明相关的背景信息，而不可构成现有技术。最大程度地提高用于产生流过电子设备外壳的冷却气流的冷却系统的效率正得 到越来越多的关注。最大程度地提高冷却系统效率对于最小化与操作冷却系统相关的能量 成本而言非常重要。许多电子设备外壳结合有多个风扇，这些风扇彼此相邻地定位，从而将空气抽入 外壳(即，“推入”构形)，或者将空气排出外壳(即，“拉出”构形)。一些设备外壳同时在 外壳的一端使用“推入”式冷却系统并且在外壳的另一端使用“拉出”式冷却系统。采用这些冷却系统，风扇进气和排气的气流复杂，且高度依赖于风扇的周围环境， 以及依赖于风扇的具体叶轮或叶片的几何形状。因此，关注点在于最大程度地提高这些风 扇的流动效率并确保相邻定位的风扇不会因所形成的气流产生不需要的气流紊流和不均 勻气流而彼此干扰。
发明内容
在一个方面中，本发明涉及一种冷却系统。该冷却系统可以包括风扇，所述风扇具 有多个布置在壳体中的风扇叶片，其中所述风扇具有输入侧和排气侧。气流间隔部件可以 布置成平行于风扇的轴向中心，并且定位成邻近所述风扇的壳体且邻近所述输入侧或所述 排气侧中的一者。进一步地，气流间隔部件可以离开风扇叶片突出以引导由风扇叶片形成 的气流。在另一个方面中，本发明可以包括一种用于电子器件外壳的冷却系统，其中，所述 系统包括第一风扇和第二风扇，其各自具有布置在各自的壳体内的多个风扇叶片。风扇可 以各自具有输入侧和排气侧。多个气流间隔部件可以布置成平行于风扇的轴向中心，并且 定位在风扇之间且定位成邻近风扇的输入侧和排气侧，从而离开风扇叶片而突出。气流间 隔部件可以沿着经过各个风扇的轴向中心延伸的纵向轴线而引导由风扇叶片形成的气流。在又一个方面中，本发明可以涉及一种用于形成冷却系统的方法，所述方法包括 提供具有第一壳体的第一风扇、提供具有第二壳体的第二风扇以及将这些风扇布置成彼此 相邻。气流间隔部件可以布置在这些风扇之间，使得所述气流间隔部件大致平行于经过这 些风扇的气流方向而延伸，所述气流间隔部件限制由风扇产生的气流的混合。
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从文中所提供的描述中，其它的应用领域将变得清楚。应当理解，所述描述和具体 示例仅仅旨在示范说明的目的，而非旨在限制本发明的范围。
文中所示的附图仅仅出于示范说明的目的，而绝非旨在限制本发明的范围。图1是根据本发明的一种实施方式的风扇冷却系统的后视立体图，该实施方式在 用于该系统的风扇的进气侧和排气侧均采用了多个气流间隔片；图2是图1的风扇冷却系统的前视立体图，图中进一步更清楚地示出了用在冷却 系统的风扇的排气侧的气流间隔片；图3是其中一个风扇的正视图；图4是图3的一个风扇的侧视图，图中示出了气流间隔片在具有矩形或楔形间隔 部件的风扇的进气侧和排气侧可采用的不同长度；图5是一种呈矩形的气流间隔片的替代形式的侧视图；图6是一种呈椭圆形的气流间隔片的替代形式的侧视图；图7是一种呈半圆形的气流间隔片的替代形式的侧视图；以及图8是一种呈箭头形的气流间隔片的替代形式的侧视图。
具体实施例方式以下描述实际上仅是示例性的，而非试图限制本发明、应用或用途。应当理解，在 全部附图中，相应的附图标记表示相似或相应的零件和特征。参照图1，图中示出了根据本发明的一种实施方式的冷却系统10。在该示例中， 系统10包括外壳或机壳12，所述外壳或机壳12可以与先进电信运算架构的规格支架系 统(AdvancedTCA specification shelfsystem)结合使用，从而将冷却气流“推入”先进电 信运算架构的支架系统中，或者将空气从支架系统的内部区域向外“拉出”(即排出)。而 且，可以将一对冷却系统10—起与先进电信运算架构的支架系统结合使用，一个布置于支 架系统的一端，比如布置于底部区域，从而迫使冷却气流进入支架系统中，而另一个布置于 支架系统的相反端，比如顶端，从而将空气从支架系统的内部排出。而且，尽管冷却系统10 尤其良好地适合于与先进电信运算架构的支架系统结合使用，但是可以轻易地采用系统10 来冷却任何类型的外壳或机壳，因而系统10并不局限于仅仅用在电子部件或者仅仅用在 电子设备外壳。该示例中的冷却系统10包括五个支撑在机壳12内的风扇14a_14e。然而，应当明 白，冷却系统10不局限于与仅仅五个风扇结合使用。本发明的原理能够应用于采用数量从 一个到实际上任意个的、相邻定位的风扇，风扇呈单排、单列，或者，风扇呈均勻或非均勻配 置的排和列的网格状。所使用的风扇的特定配置和数量将主要取决于被冷却的电子设备的 冷却要求和支撑该设施的机壳的构形。图1的冷却系统10包括气流间隔部件，在该示例中，包括采用气流间隔片18和20 的形式的部件，其中间隔片18在各个风扇14的进气侧16a布置于相邻的风扇14之间，并 且间隔片20在各个风扇的排气侧16b布置于风扇中的相邻风扇之间。气流间隔片18和20 有助于对风扇14的进气侧16a会从中抽入空气的、邻近各个风扇14的区域进行限制，因而抑制在风扇14的进气侧处发生混合和紊流。类似地，位于风扇14的排气侧16b的气流间 隔部件20抑制由风扇14产生的气流因风扇彼此紧密地相邻定位而形成的混合和紊流。参照图2，可以更为详细地看到风扇14的排气侧16b上的气流间隔片20。该示例 中的气流间隔片18和20的构造一致，所以鉴于间隔片18与间隔片20的构造一致，以下描 述将限于间隔片20的构造。然而，应当明白，所有的气流间隔片18不必具有一致的构造。 所以，气流间隔片18的精确尺寸和形状可以稍作改变或者大加改变以符合给定应用场合 的具体气流需要。类似地，气流间隔片20的尺寸和形状可以彼此不同以符合特定应用场合 的具体气流需要。各个风扇14具有风扇叶轮24，所述叶轮具有多个叶片24a，所述叶轮由马达26驱 动。马达26使叶轮24旋转，并且叶片24a产生通过风扇14的轴向中心的气流。各个风扇 14进一步具有壳体28，马达26支撑在所述壳体28内。各个气流间隔片20可以由比如钢、 铝、塑料、复合材料等刚性材料的片或板形成。关键的要求在于气流间隔片20的刚性要较 大，使得风扇在工作时，气流间隔片不能朝向或远离其相邻的风扇14屈曲。气流间隔片20 可以具有锥形边缘22。气流间隔片18或20形成或设置锥形边缘22的好处在于减小了与 机壳12紧定在其上的、外壳的其它部件或部分发生任何潜在性机械冲突。而且，尽管该示 例中的气流间隔片18和20构造成一致，但是完全可能的是，可以将气流间隔片18构造成 具有与气流间隔片20的形状不同的形状和/或大小。进一步参照图2，各个气流间隔片20可以布置于两个相邻定位的风扇14的壳体 28之间，使得所述气流间隔片20大致平行于其两个相邻的风扇14的轴向中心线延伸。气 流间隔片20进一步布置成远离其相邻的风扇14延伸。各个气流间隔片20可以紧固至其 相邻的风扇壳体28中的一者或两者的一部分上，或者可以固定不动地紧固至机壳12的任 何其它固定结构，只要将气流间隔片20定位于其两个相邻的风扇14之间并紧固地将气流 间隔片20保持在其间。参照图3和4，将以说明气流间隔片18和20的几何形状和构形的方式论述风扇 14a。同样，虽然在该示例中风扇14a_14e在构造上都是一致的，但是它们不必需如此。在 图3中，将认为风扇14a具有直径“Di”和高度“H”。在图4中，气流间隔片18和20示出为分别定位在风扇14a的进气侧16a和排气 侧16b。在该示例中，气流间隔片18和20都形成为楔形间隔部件。然而，也可以采用诸如 间隔片18’和20’等替代构造。在该示例中，间隔片18’和20’形成了竖直取向的矩形。进一步参照图4，气流间隔片18和20各自的高度优选地等于高度H，而且沿着风 扇14a的纵向中心线30布置。进气侧气流间隔片18可具有深度“di”(即长度)，而排气 侧间隔片20可具有深度“de” (即长度)。深度di和de优选地分别为直径Di的0. 5-1. 0 倍。然而，片的深度di和de小于0. 5倍直径Di时，能够获得防止相邻的气流混合的好处。 可替代地，只要不会导致与风扇14a_14e的附近的其它结构部件发生冲突或造成间隙，深 度di和/或de可以大于1. 0倍直径Di。气流间隔片18和20可以具有相同或不同的深度 以符合具体应用场合的需要和/或风扇14周围的空间限制。尽管各个间隔片18和20的 高度优选地等于风扇14a的壳体28的高度“H”，但是即使各个间隔片18和20的高度小于 风扇壳体28的高度也可以实现一些好处。更进一步，间隔片18和/或20的高度可以大于 风扇壳体28的高度“H”。而且，间隔片18和20不必都具有相同的高度，而是可以具有不同的高度以适应具体实施的需要。外壳气流管理领域的普通技术人员将会意识到，可以对间 隔片18和20的形状进行修改以适应可利用的外壳空间包壳的机械限制，从而允许消除与 其它结构的机械冲突。所以，可以对各个间隔片18和20的形状和尺寸进行选择以符合具 体实施的需要。如上所述，气流间隔片18和20有助于通过减少风扇14抽入或排出的气流的混合 以及通过减少风扇14抽入或排出的气流中的紊流来改进风扇14的效率。在实践中，各个风 扇14形成的吸入气流和排出气流复杂，且高度依赖于风扇的周围环境以及依赖于风扇14 的具体叶片几何形状。由于各个风扇14的叶片24a的圆形结构，两个相邻的风扇的叶片尖 端之间的间距沿着风扇的中心线32(图3)最小，所以对单排风扇构形而言，在风扇的吸入 侧和排出侧，相应的风扇间气流的干扰均应该在该区域中最大，而在各个风扇14的顶部区 域34和底部区域36最小。在一组风扇彼此紧密靠近地间隔开的传统冷却系统中，相邻的风扇的吸入气流和 排出气流会导致风扇之间发生干扰。这会由于紊流和不均勻气流的增加而导致性能下降。 实质上，相邻的风扇的气流会被认为是彼此“竞争”。这部分地是因为各个风扇的进气侧的 气流形式在风扇周边的周围形成低压区。这有效地从所有方向拉出气流，包括没有对齐成 与风扇的轴向中心接近的方向。所以，在传统的冷却系统中，当两个风扇布置成紧密相近 时，在其进气侧(即吸气侧)，风扇将各自从其周边的周围的空间中拉出空气，但是风扇之 间的空间将由两个风扇共享。这就是导致正由两个相邻的风扇产生的两股气流之间发生干 扰并因而降低了相邻定位的两个风扇的性能的原因。气流间隔片18所具有的好处在于，当某一特定风扇14在其进气侧16a通过其壳 体28牵引空气时，有效地限制该特定风扇14可利用的气流空间。这用于形成这样的空气 流动流，所述空气流动流沿着与各个风扇的轴向中心线30更加紧密对齐的路径进入各个 风扇14的壳体28。在风扇相邻地布置的传统冷却系统的排气侧，风扇产生的气流不会紧密地沿着各 个风扇的轴向中心线，而是会沿着离开风扇的轴向中心线的径向/螺旋状线路形式从各个 风扇放射出。所以，当两个风扇彼此紧密相近地布置时，来自两个风扇14的排气流将会部 分地彼此“对抗”，而且会变成部分地混合。这导致排气流中的紊流增加以及风扇性能下降。 本发明的排气侧气流间隔片20有助于通过限制排出自各个风扇壳体28的气流来减少这种 干扰，使得排气流沿着更紧密地与风扇14的轴向中心线30对齐的流动路径流动。尽管风扇14a_14e已示出为布置成水平单排，但是应当明白，气流间隔片18和20 可以与竖直布置的风扇结合使用，或甚至可以与呈具有排和列的风扇网格状布置的风扇结 合使用。图5、6、7和8非限制性地示出了间隔片18和20的形状的其它可能变化形式。图 5示出了呈大致矩形的气流间隔片18a。图6示出了呈大致椭圆形的气流间隔片18b。图7 示出了呈大致半圆形的气流间隔片18c。而图8则示出了呈大致三角形的气流间隔片18d。 图5-8中所示出的任何形状都能够同样地用于气流间隔片20。完全可以容易地采用各种其 它形状来设计气流间隔片18和20以符合给定系统的气流要求，从而适应设备外壳内或风 扇14附近的空间限制，或者适应系统的任何其它限制。尽管已对各种实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员会想象得到在不背
7离本发明的情况下而可以做出的改型或变形。上述的示例对各种实施方式进行了描述，而 不是试图限制本发明。因此，应当以非限制方式来理解说明书和权利要求书，其中上述限制 只是鉴于相关的现有技术而有必要作出。
权利要求
一种冷却系统，包括风扇，所述风扇具有多个布置在壳体内的风扇叶片，所述风扇具有输入侧和排气侧；以及气流间隔部件，所述气流间隔部件布置成平行于所述风扇的轴向中心，并且定位成与所述风扇的壳体相邻且与所述输入侧或所述排气侧中的一者相邻；并且进一步地，所述气流间隔部件离开所述风扇叶片突出以引导由所述风扇叶片形成的气流。
2.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述对气流的引导包括使用布置成与所述 输入侧以及所述排气侧相邻的多个所述气流间隔部件，从而限制与所述输入侧和所述排气 侧相邻的区域，其中气流通过所述风扇叶片而能够从所述区域抽出或导向所述区域。
3.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述气流间隔部件包括气流间隔片，所述气 流间隔片紧固成与所述壳体相邻，并大致垂直于所述风扇叶片延伸的平面而突出。
4.根据权利要求3所述的冷却系统，其中，所述气流间隔片呈大致方形。
5.根据权利要求3所述的冷却系统，其中，所述气流间隔片呈大致矩形。
6.根据权利要求3所述的冷却系统，其中，所述气流间隔片呈大致半圆形。
7.根据权利要求3所述的冷却系统，其中，所述气流间隔片呈大致三角形。
8.根据权利要求3所述的冷却系统，其中，所述气流间隔片呈大致椭圆形。
9.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述气流间隔部件在其一个边缘具有的高 度大约等于所述风扇的直径。
10.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述气流间隔部件的深度在所述风扇的直 径的0.5倍到1.0倍之间。
11.一种用于电子器件外壳的冷却系统，所述系统包括第一风扇和第二风扇，所述第一风扇和所述第二风扇各自具有布置在各自的壳体内的 多个风扇叶片，所述风扇各自具有输入侧和排气侧；以及多个气流间隔部件，所述气流间隔部件布置成平行于所述风扇的轴向中心，并且定位 在所述风扇之间且定位成与所述风扇的所述输入侧和所述排气侧相邻，从而离开所述风扇 叶片而突出以沿着经过各个所述风扇的轴向中心延伸的纵向轴线而引导由所述风扇叶片 形成的气流。
12.根据权利要求11所述的冷却系统，其中，所述多个气流间隔部件包括多个气流间 隔片。
13.根据权利要求12所述的冷却系统，其中，所述多个气流间隔片从所述风扇叶片所 处的平面垂直地延伸。
14.根据权利要求12所述的冷却系统，其中，所述气流间隔片之一的边缘的高度大约 等于所述风扇之一的直径。
15.根据权利要求12所述的冷却系统，其中，所述气流间隔片中的至少一个的深度是 所述风扇之一的直径的大约0. 5倍到1. 0倍。
16.根据权利要求12所述的冷却系统，其中，所述气流间隔片中的至少一个的形状包 括以下之一大致方形；大致矩形； 大致椭圆形； 大致半圆形；以及 大致三角形。
17.一种用于形成冷却系统的方法，包括 提供具有第一壳体的第一风扇；提供具有第二壳体的第二风扇； 将所述风扇布置成彼此相邻；并且将气流间隔部件布置在所述风扇之间，使得所述气流间隔部件大致平行于经过所述风 扇的气流方向而延伸，所述气流间隔部件限制由所述风扇产生的气流的混合。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述将气流间隔部件布置在所述风扇之间的 步骤包括将气流间隔片布置在所述风扇之间的步骤。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述将气流间隔部件布置在所述风扇之间的 步骤包括以下步骤将第一气流间隔片和第二气流间隔片分别布置成与所述风扇的输入侧 和排气侧相邻，使得所述第一气流间隔片和所述第二气流间隔片从所述输入侧和所述排气 侧延伸并大致平行于所述风扇的流动轴线。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述将气流间隔片布置在所述风扇之间的步 骤包括布置具有呈如下形状的气流间隔片大致方形； 大致矩形； 大致椭圆形； 大致半圆形；以及 大致三角形。
全文摘要
一种冷却系统，其具有风扇，所述风扇具有多个布置在壳体中的风扇叶片，其中所述风扇具有输入侧和排气侧。气流间隔部件可以布置成平行于所述风扇的轴向中心，并且定位成邻近所述风扇的壳体且邻近所述输入侧或所述排气侧中的一者。进一步地，气流间隔部件可以离开所述风扇叶片突出以引导由所述风扇叶片形成的气流。
文档编号H05K7/20GK101938892SQ200910204199
公开日2011年1月5日 申请日期2009年10月19日 优先权日2008年10月17日
发明者乔治·保罗·泽姆克, 帕希·尤卡·韦内尔, 斯蒂芬·豪泽 申请人:艾默生网络能源-嵌入式计算有限公司