Центробежный вентилятор с интегрированным блоком теплообмена
Изобретение относится к вычислительному устройству, которое имеет охлаждающий вентилятор и интегрированный блок теплообмена. Технический результат – улучшение эффективности охлаждения и сокращение потерь энергии при работе вентилятора. Для этого предложено вычислительное устройство, содержащее электронные компоненты, блок центробежного вентилятора, имеющий ступицу, множество лопастей, расположенных на ступице, и мотор, соединенный со ступицей, при этом мотор вынуждает ступицу вращаться вокруг оси, так что воздушный поток протекает наружу от блока центробежного вентилятора по траекториям, которые перпендикулярны оси, и один или более блоков теплообмена, имеющих, по меньшей мере, первые участки, которые соединяются с одним или более электронными компонентами, и вторые участки, которые совместно, по меньшей мере, частично окружают блок центробежного вентилятора, при этом вторые участки блоков теплообмена являются практически круглыми, совместно практически полностью окружают центробежный вентилятор и включают в себя соответствующие множества ребер, которые коллинеарны с касательными блока центробежного вентилятора. 5 з.п. ф-лы, 9 ил.
Уровень техники
[0001] Вычислительное устройство включает в себя различные электронные компоненты, которые вырабатывают тепло во время работы, такие как центральные процессоры, графические процессоры и т.д. Поскольку такие устройства могут быть повреждены при перегреве, вычислительное устройство может включать в себя механизм охлаждения. Один такой механизм включает в себя центробежный вентилятор, который создает воздушный поток в 360 градусов по траекториям, которые перпендикулярны его оси вращения. При традиционной компоновке центробежный вентилятор помещается в корпус, который направляет ("поворачивает") воздушный поток по направлению к выходному отверстию. Устройство теплообмена включает в себя ребра, которые находятся рядом с выходным отверстием корпуса центробежного вентилятора. Тепло сообщается от электронных компонентов ребрам посредством теплопроводности и/или конвекции фазового перехода (теплопровод), а воздух, дующий из выходного отверстия, охлаждает ребра.
[0002] Такие традиционные системы подвержены потерям, например, от сопротивления вследствие поворота воздуха по направлению к выходному отверстию. Также, воздух естественно выходит из крыльчатки центробежного вентилятора на 360 градусов и, таким образом, первоначально имеет относительно большую площадь поперечного сечения потока по сравнению с относительно небольшой площадью поперечного сечения потока спирального отвода, где воздух окончательно выходит из традиционного вентилятора. Направление воздуха к меньшей площади поперечного сечения потока, как с выходным отверстием в традиционном вентиляторе, приводит в результате к увеличенной скорости, поскольку данный объем воздуха движется быстрее через меньшую площадь, чем через большую площадь. Поскольку сопротивление воздушного потока увеличивается экспоненциально со скоростью, выходное отверстие вызывает дополнительное сопротивление воздушному потоку. Некоторая часть энергии, используемой, чтобы приводить в действие такие традиционные вентиляторы, следовательно, теряется, преодолевая эти сопротивления.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003] Эта сущность изобретения предоставляется для того, чтобы вводить упрощенные концепции настоящего изобретения, которые дополнительно описываются ниже в подробном описании. Эта сущность изобретения не предназначена, ни чтобы идентифицировать неотъемлемые признаки заявленного предмета изучения, ни чтобы использоваться в определении рамок заявленного предмета изучения.
[0004] Варианты осуществления включают в себя блок центробежного вентилятора, имеющий интегрированный блок теплообмена. Варианты осуществления включают в себя один или более блоков теплообмена, которые, по меньшей мере, частично окружают вентилятор. Воздушный поток от вентилятора, по меньшей мере, частично является беспрепятственным между вентилятором и блоком теплообмена, тем самым, уменьшая или устраняя сопротивление вследствие поворота воздуха, как в традиционных вентиляторах. Также, предоставление возможности воздуху протекать непосредственно наружу от вентилятора к блоку теплообмена приводит в результате к большей площади поперечного сечения потока и меньшему сопротивлению воздушного потока.
Краткое описание чертежей
[0005] Подробное описание излагается со ссылкой на сопровождающие чертежи. На чертежах крайняя левая цифра(ы) ссылочного номера идентифицирует чертеж, на котором ссылочный номер появляется впервые. Использование одинаковых ссылочных номеров на различных чертежах указывает аналогичные или идентичные элементы.
[0006] Фиг. 1 – это блок-схема примерного вычислительного устройства, имеющего блок центробежного вентилятора с интегрированными блоками теплообмена.
[0007] Фиг. 2 – это блок-схема примерного вычислительного устройства, имеющего блок центробежного вентилятора с интегрированным блоком теплообмена, и канал забора воздуха, который частично занимает плоскость выходного воздушного потока вентилятора.
[0008] Фиг. 3 – это изометрический вид в разрезе блока центробежного вентилятора и интегрированного блока теплообмена.
[0009] Фиг. 4 – это вертикальный вид сбоку вычислительного устройства, имеющего входной воздушный поток по нижней (или задней) поверхности для блока центробежного вентилятора и интегрированного блока теплообмена.
[0010] Фиг. 5 – это вертикальный вид сбоку вычислительного устройства, имеющего входной воздушный поток через канал забора воздуха, который частично занимает плоскость выходного воздушного потока вентилятора.
[0011] Фиг. 6 – это схематичный вид блока центробежного вентилятора и интегрированного блока теплообмена, показывающий коллинеарное совмещение поверхностей теплопередачи с касательными линиями блока центробежного вентилятора.
[0012] Фиг. 7 иллюстрирует участок блока теплообмена, имеющего канал с расширяющейся площадью поперечного сечения потока.
[0013] Фиг. 8 – это изометрический вид примерного вычислительного устройства согласно вариантам осуществления, которое включает в себя отверстие забора воздуха на боковой поверхности корпуса.
[0014] Фиг. 9 – это блок-схема последовательности операций, показывающая примерный процесс производства вычислительного устройства, имеющего центробежный вентилятор и интегрированный блок теплообмена.
Подробное описание изобретения
Обзор
[0015] Варианты осуществления включают в себя блок центробежного вентилятора, имеющий интегрированный блок теплообмена. Как отмечено выше, традиционные системы охлаждения с центробежным вентилятором, используемые в вычислительных системах, подвержены потерям вследствие сопротивления. Варианты осуществления настоящего изобретения уменьшают или устраняют сопротивление, часто встречающееся в традиционных вентиляторных системах охлаждения. Варианты осуществления включают в себя блоки теплообмена, которые, по меньшей мере, частично окружают вентилятор. Воздушный поток от вентилятора, по меньшей мере, частично является беспрепятственным между вентилятором и блоком теплообмена, тем самым, уменьшая или устраняя сопротивление вследствие поворота воздуха, как в традиционных вентиляторах. Также, предоставление возможности воздуху дуть непосредственно наружу от вентилятора к блоку теплообмена, без направления воздуха сначала в относительно узкое выпускное отверстие, приводит в результате к большей площади поперечного сечения потока и, следовательно, более низкому сопротивлению воздушного потока. Вентиляторы согласно вариантам осуществления настоящего изобретения являются вентиляторами на системном уровне, предназначенными специально для вычислительной системы, в которую они помещаются, вместо традиционных, готовых к использованию вентиляторов, производимых как модульные компоненты, которые включают в себя корпус и выходное отверстие. По сравнению с традиционными конструкциями, варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают более эффективное охлаждение, такое как измеряемое количеством энергии, требуемой, чтобы создавать данное количество теплообмена, в форме охлаждения поверхности или объекта.
[0016] Хотя настоящее описание описывает воздушный поток от центробежных вентиляторов как идущий, дующий, протекающий, движущийся и т.д. в плоскости, которая перпендикулярна оси вращения центробежного вентилятора, такой воздушный поток не ограничивается единственной плоскостью; скорее, воздушный поток протекает наружу из центробежного вентилятора как объем воздуха, который движется через трехмерное пространство. Таким образом, объем воздуха, перемещаемого посредством центробежных вентиляторов, протекает по множеству траекторий, каждая из которых практически перпендикулярна оси вращения центробежного вентилятора. Некоторый воздушный поток будет неизбежно протекать в других направлениях движения, которые не перпендикулярны оси вращения, но основная масса воздушного потока будет следовать по траекториям, которые перпендикулярны оси вращения.
[0017] Устройства, процессы и системы, описанные в данном документе, могут быть реализованы множеством способов. Примерные реализации предоставляются ниже со ссылкой на следующие чертежи.
Примерные системы охлаждения
[0018] Фиг. 1 – это блок-схема примерного вычислительного устройства 100, имеющего блок 102 центробежного вентилятора с интегрированными блоками теплообмена. В примере, иллюстрированном на фиг. 1, блок 102 центробежного вентилятора включает в себя первый интегрированный блок 104 теплообмена и второй интегрированный блок 106 теплообмена. Как будет обсуждено более подробно далее в этом подробном описании, блок 102 центробежного вентилятора включает в себя вращающуюся ступицу вентилятора, множество лопастей, расположенных на вращающейся ступице, и мотор, соединенный с вращающейся ступицей. Мотор управляется так, чтобы вынуждать вращающуюся ступицу вращаться вокруг оси либо в направлении по часовой стрелке, либо против часовой стрелки (иллюстрированном круговой стрелкой на фиг. 1), так что воздушный поток протекает наружу из блока центробежного вентилятора, на 360 градусов, по траекториям, которые перпендикулярны оси вращения. Воздух покидает блок 102 центробежного вентилятора по траекториям, которые являются касательными к окружности, определенной кромками лопастей блока 102 центробежного вентилятора (как иллюстрировано на фиг. 1 стрелками). Участки 108 и 110 блоков 104 и 106 теплообмена вместе, по меньшей мере, частично окружают блок центробежного вентилятора в плоскости, перпендикулярной оси.
[0019] Участки 112 и 114 блоков 104 и 106 теплообмена термически связываются с электронными компонентами 116 и 118, которые являются источниками тепла в вычислительном устройстве 100. Блоки 104 и 106 теплообмена конфигурируются, чтобы сообщать тепловую энергию от электронных компонентов 116 и 118 участкам 108 и 110. Блоки 104 и 106 теплообмена могут сообщать тепловую энергию через конвекцию жидкости или газа, содержащегося в блоках 104 и 106 теплообмена, через изменения фазы вещества, содержащегося в блоках теплообмена (как в паровой камере теплопровода), или через тепловую проводимость.
[0020] Вычислительное устройство может включать в себя другие электронные компоненты 120, 122 и 124. Электронные компоненты 116-124 включают в себя, в различных вариантах осуществления, полупроводниковые устройства, такие как процессоры (включающие в себя многоядерные процессоры), графические процессоры, аппаратные средства связи (такие как модемы, приемопередатчики, антенны и т.п.), запоминающие устройства, аппаратные средства отображения, устройства ввода/вывода и другие электронные компоненты, такие как аккумуляторы (которые могут включать в себя полупроводниковые компоненты) и т.д. Варианты осуществления не ограничиваются каким-либо типом или типами электронных компонентов. В конкретном примере, электронный компонент 116 является центральным процессором (CPU), а электронный компонент 118 является графическим процессором (GPU), но другие примеры возможны без отступления от рамок настоящего изобретения. Различные электронные компоненты располагаются, в различных вариантах осуществления, на одной или более монтажных платах, которые могут быть прикреплены к внутреннему участку корпуса вычислительного устройства 100.
[0021] В примере, иллюстрированном на фиг. 1, блок 102 центробежного вентилятора имеет два интегрированных блока 104 и 106 теплообмена, которые могут содержать поверхности теплообмена, такие как ребра, поверх которых выходной воздушный поток из блока 102 центробежного вентилятора протекает. Сообща, блоки 104 и 106 теплообмена практически окружают блок 102 центробежного вентилятора. В других вариантах осуществления единственный блок теплообмена может быть использован, и единственный блок теплообмена может сам частично, в значительной степени или полностью окружать блок 102 центробежного вентилятора. В еще одних вариантах осуществления содержится более двух блоков теплообмена, каждый термически связан с электронными компонентами или другими источниками тепла вычислительного устройства 100. В некоторых вариантах осуществления блок теплообмена соединяется с более чем одним электронным компонентом; в тех же или других вариантах осуществления два или более блоков теплообмена соединяются с одним и тем же электронным компонентом. В некоторых вариантах осуществления первый блок теплообмена может быть расположен под другим блоком теплообмена, так что оба располагаются на пути воздушного потока от блока 102 центробежного вентилятора. Возможны другие примеры без отступления от рамок вариантов осуществления.
[0022] Блоки 104 и 106 теплообмена конструируются, в различных вариантах осуществления, из материалов, которые имеют относительно высокие тепловые проводимости, таких как медь или медные сплавы, алюминий, серебро, золото, платина, углеродные (такие как график) или другие материалы.
[0023] Воздушный поток от блока 102 центробежного вентилятора протекает беспрепятственно от блока 102 центробежного вентилятора и участков 102 и 110 одного или более блоков 104 и 106 теплообмена по траекториям, которые практически распределяются на 360 градусов вокруг блока 102 центробежного вентилятора, и которые перпендикулярны оси вращения блока 102 центробежного вентилятора. Такой беспрепятственный воздушный поток встречает меньшее сопротивление, чем воздушный поток в традиционных центробежных вентиляторах, где воздушный поток поворачивается посредством корпуса и направляется к выходному отверстию. Также, как иллюстрируется более подробно в этом подробном описании, ребра блоков 104 и 106 теплообмена формируют расширяющиеся реберные каналы, что приводит в результате к относительно меньшей скорости воздушного потока (по сравнению с традиционными конструкциями), тем самым, создавая меньшее сопротивление воздуха.
[0024] Хотя участки 108 и 110 блоков 104 и 106 теплообмена иллюстрируются как практически закругленные или круглые по форме, варианты осуществления не ограничиваются закругленными или круглыми по форме участками блока теплообмена. В некоторых вариантах осуществления участки могут быть треугольными, прямоугольными, квадратными, в форме звезды, неправильной формы или иметь некоторую другую нелинейную форму.
[0025] Фиг. 2 – это блок-схема примерного вычислительного устройства 200, имеющего блок 102 центробежного вентилятора с интегрированным блоком 202 теплообмена, и канал 204 забора воздуха, который частично занимает плоскость выходного воздушного потока вентилятора. За исключением изложенного в ином случае, признаки вычислительного устройства 200 являются практически такими же, что и признаки, описанные выше относительно вычислительного устройства 100. Вычислительное устройство 200 на фиг. 2 включает в себя единственный блок 202 теплообмена.
[0026] Поскольку канал 204 забора воздуха частично занимает плоскость выходного воздушного потока, блок 102 центробежного вентилятора практически полностью окружается комбинацией блока 202 теплообмена и канала забора воздуха. В результате, не весь воздушный поток от блока 102 центробежного вентилятора протекает беспрепятственно по направлению к участку 206 блока 202 теплообмена, который располагается частично вокруг блока 102 центробежного вентилятора. Следовательно, некоторая часть воздушного потока является беспрепятственной, в то время как некоторая часть воздушного потока отклоняется перед прохождением поверх или через блок 202 теплообмена (как указано стрелками на фиг. 2). Как отмечено выше, поворачивание или направление воздушного потока приводит в результате к потерям. Даже когда один или более тепловых блоков в значительной степени или полностью не окружают блок 102 центробежного вентилятора в плоскости своего воздушного потока (как на фиг. 2), варианты осуществления являются более эффективными, чем традиционные блоки центробежных вентиляторов, пока тепловые блоки располагаются вокруг блока 102 центробежного вентилятора до некоторой пороговой степени, такой как, по меньшей мере, 50%. Таким образом, блоки теплообмена частично окружают блок центробежного вентилятора, и воздушные потоки протекают беспрепятственно (например, без направления или поворачивания посредством структуры, которая находится между блоком 102 центробежного вентилятора и участком 206 блока 202 теплообмена), по меньшей мере, на 180 градусов в плоскости, которая перпендикулярна оси вращения блока 102 центробежного вентилятора.
[0027] Как и с фиг. 1, в альтернативных вариантах осуществления могут содержаться более одного блока теплообмена, при этом каждый блок теплообмена термически связывается с электронными компонентами или другими источниками тепла вычислительного устройства. В некоторых вариантах осуществления блок теплообмена соединяется с более чем одним электронным компонентом; в тех же или других вариантах осуществления два или более блоков теплообмена соединяются с одним и тем же электронным компонентом. В тех же или других вариантах осуществления один блок теплообмена может быть помещен поверх другого блока теплообмена, так что они оба находятся на пути наружного воздушного потока вентилятора. Возможны другие примеры без отступления от рамок вариантов осуществления.
[0028] Фиг. 3 – это перспективный вид блока 102 центробежного вентилятора и интегрированного блока 300 теплообмена. Блок 300 теплообмена может быть аналогичным или таким же, что и блоки 104, 106 или 202 теплообмена. Блок 102 теплообмена включает в себя ступицу 302, множество лопастей 304 и мотор 306. Ступица 302 является вращающейся ступицей, и мотор 306 конфигурируется, чтобы вращать ступицу 302 вокруг оси 308, иллюстрированной как прерывистая линия на фиг. 3. Мотор 306 является электромотором постоянного тока или переменного тока, хотя могут быть использованы неэлектрические моторы без отступления от вариантов осуществления. В альтернативных вариантах осуществления мотор 306 не располагается непосредственно внутри ступицы 302; тросы или ремни могут связывать мотор 306 со ступицей 302, чтобы вращать ступицу 302. Множество лопастей 304 могут быть сформированы как часть ступицы 302 во время производства или могут быть отдельно изготовленными компонентами.
[0029] Воздушный поток от блока 102 центробежного вентилятора протекает наружу по траекториям, которые перпендикулярны оси 308. Воздушный поток протекает беспрепятственно по направлению к блоку 300 теплообмена, который включает в себя множество поверхностей 310 теплопередачи. Поверхности 310 теплопередачи иллюстрируются на фиг. 3 как тонкореберные структуры. Но в альтернативных вариантах осуществления, другие, больше и/или меньше поверхностей теплопередачи могут быть использованы, такие как ребра с различными особенностями, чтобы увеличивать площадь поверхности теплопередачи, такие как ребра на ребрах, впадины, выпуклости, гребни, ребра неправильной формы и т.д. Множество лопастей 304 иллюстрируются на фиг. 3 как имеющие ориентацию, такую, что они перпендикулярны оси вращения; однако, лопасти 304 могут быть ориентированы некоторым другим образом. Множество поверхностей 310 теплопередачи формируют каналы 312, через которые воздушный поток протекает. В некоторых вариантах осуществления лопасти 304 располагаются под углом по-другому, чем поверхности 310 теплопередачи. Такая конфигурация может уменьшать или сглаживать шумы, вызываемые внешними кромками лопастей 304, пропускаемыми поверхностями 310 теплопередачи, такие как шумы, ассоциированные с частотой прохождения лопастей.
[0030] Другие конструкции центробежного вентилятора помимо конструкции, иллюстрированной на фиг. 3, могут быть использованы без отступления от рамок этого изобретения. В некоторых вариантах осуществления множество лопастей 304 наклонены вперед относительно направления вращения (так что внешние кромки лопастей (кромки дальше от центра ступицы 302) идут впереди внутренних кромок лопастей) или наклонены назад относительно направления вращения (так что внутренние кромки лопастей идут впереди внешних кромок лопастей). Как отмечено выше, лопасти могут быть размещены под углом относительно поверхностей 310 теплопередачи, так что верхние кромки лопастей 304 идут впереди нижних кромок лопастей 304, или наоборот. Лопасти могут быть изогнуты (либо вперед, либо назад, либо от верха к низу), и т.д. Могут быть использованы различные комбинации лопастей, так что некоторые расположенные под углом, некоторые наклоненные и некоторые изогнутые или неправильной формы лопасти могут быть использованы в одном и том же вентиляторе. Ступица 302 может только частично заключать в себе множество лопастей 304 или может не заключать в себе множество лопастей 304 вовсе. Варианты осуществления не ограничиваются каким-либо одним типом или типами конструкций центробежного вентилятора.
[0031] Фиг. 4 – это вид сбоку вычислительного устройства 400, имеющего входной воздушный поток по нижней (или задней) поверхности для блока 102 центробежного вентилятора и интегрированного блока 402 теплообмена. Конфигурация, показанная на фиг. 4, может быть такой же или аналогичной конфигурации примерного вычислительного устройства 100, иллюстрированного на фиг. 1, хотя она может соответствовать другим конфигурациям, неиллюстрированным на фиг. 1. Первая поверхность корпуса 404 вычислительного устройства 400 включает в себя воздушные отверстия 406, через которые забираемый воздух способен входить в корпус 404 в точке рядом с блоком 102 центробежного вентилятора (как иллюстрировано стрелками на фиг. 4). Блок 102 центробежного вентилятора может быть установлен на пластине 408, которая размещается на внутреннем участке первой поверхности корпуса 404. Варианты осуществления, иллюстрированные на фиг. 4, допускают непосредственный забор воздушного потока для блока 102 центробежного вентилятора.
[0032] Фиг. 5 – это вид сбоку вычислительного устройства 500, имеющего входной воздушный поток через канал 502 забора воздуха, который частично занимает плоскость выходного воздушного потока вентилятора. Блок 102 центробежного вентилятора включает в себя интегрированный блок 504 теплообмена. Конфигурация, показанная на фиг. 5, может быть такой же или аналогичной конфигурации примерного вычислительного устройства 200, иллюстрированного на фиг. 2, хотя она может соответствовать другим конфигурациям, неиллюстрированным на фиг. 2. В корпусе 506 вычислительного устройства 500 присутствует воздушное отверстие (например, на нижней поверхности или боковой поверхности). Воздух движется по направлению к блоку 102 центробежного вентилятора со стороны (как иллюстрировано стрелками на фиг. 5), с которой он забирается со дна блока 102 центробежного вентилятора, и выдувается наружу по направлению к поверхностям теплопередачи блока 504 теплообмена. Как обсуждалось относительно фиг. 2, наличие канала 502 забора воздуха в плоскости направления выходного воздушного потока уменьшает степень, до которой блок 504 теплообмена позиционируется вокруг блока 102 центробежного вентилятора и, таким образом, частично позиционируется вокруг блока 102 центробежного вентилятора.
[0033] Фиг. 6 – это вид сверху вниз блока 102 центробежного вентилятора и интегрированного блока 600 теплообмена, показывающий коллинеарное совмещение поверхностей теплопередачи с касательными линиями блока 102 центробежного вентилятора. Воздух протекает наружу из блока 102 центробежного вентилятора по траекториям, которые являются коллинеарными с касательными линиями окружности, которая формируется посредством внешних кромок лопастей блока 102 центробежного вентилятора. Некоторые из касательных линий показаны для иллюстрации посредством прерывистых линий на фиг. 6. Поверхности 602 теплопередачи блока 600 теплообмена позиционируются, чтобы быть коллинеарными с касательными линиями блока 102 центробежного вентилятора. Поверхности 602 теплопередачи формируют каналы 604, конфигурация поверхностей 602 теплообмена уменьшает сопротивление воздушному потоку через каналы 604, тем самым, приводя в результате к более эффективной работе и охлаждению.
[0034] Варианты осуществления могут включать в себя больше или меньше поверхностей 602 теплопередачи, чем показано на фиг. 6.
[0035] Фиг. 7 иллюстрирует участок блока 700 теплообмена, имеющего канал 702 с расширяющейся площадью поперечного сечения потока. Канал 702 формируется посредством двух поверхностей 704 и 706 теплообмена. Как и с конфигурацией поверхностей 602 теплопередачи на фиг. 6, поверхности 704 и 706 теплообмена ориентируются, чтобы быть коллинеарными с касательными окружности, сформированной внешними кромками лопастей блока центробежного вентилятора. Направление воздушного потока из блока центробежного вентилятора иллюстрируется для удобства стрелкой на фиг. 7. Поскольку блок 700 теплообмена располагается, по меньшей мере, частично вокруг блока центробежного вентилятора, и поскольку поверхности 704 и 706 теплообмена позиционируются вдоль касательных линий блока центробежного вентилятора, канал 702 расширяется вдоль своей протяженности. Другими словами, канал 702 имеет первую длину L1 поперечного сечения в первом местоположении, которая меньше второй длины L2 поперечного сечения во втором местоположении. Канал 702, следовательно, имеет первую площадь поперечного сечения в первом местоположении, которая меньше второй площади поперечного сечения во втором местоположении. Расширяющаяся конструкция канала 702 приводит в результате к увеличению площади поверхности поперечного сечения, когда воздушный поток протекает от блока центробежного вентилятора, следовательно, приводя в результате к сниженной скорости воздушного потока и повышенному давлению (вследствие принципа Бернулли), что улучшает воздушный поток, уменьшая потери на трение. Сопротивление воздуха пропорционально квадрату скорости; таким образом, уменьшение скорости понижает сопротивление воздушного потока и улучшает эффективность системы охлаждения.
[0036] Фиг. 8 – это перспективный вид примерного вычислительного устройства 800 согласно вариантам осуществления, которое включает в себя отверстие 802 забора воздуха на боковой поверхности корпуса 804. Канал забора воздуха (такой как канал 204 забора воздуха) имеет отверстие 802 забора воздуха в качестве своего отверстия. Вычислительное устройство 800 включает в себя экран 806 дисплея, либо расположенный на, либо в значительной степени содержащий участок внешней поверхности корпуса 804. Экран 806 дисплея может быть сенсорным или сенсорно-комбинированным дисплеем. Корпус 804 может включать в себя одно или более отверстий 808 для выпуска воздуха на различных поверхностях корпуса 804, что предоставляет возможность нагретому воздуху выходить из вычислительного устройства 800. Корпус 804 включает в себя различные компоненты, такие как блок центробежного вентилятора (включающий в себя пластину, на которую устанавливается блок центробежного вентилятора), один или более блоков теплообмена, один или более источников тепла (таких как электронные компоненты, включающие в себя один или более процессоров, контроллеров, аккумуляторов, приемопередатчиков и т.д.).
[0037] Блок центробежного вентилятора, такой как блок 101 центробежного вентилятора, забирает воздух в вычислительное устройство 100 через отверстие 802 забора воздуха. Воздух нагревается, когда он протекает над блоками теплообмена, расположенными в корпусе 804, и затем циркулирует по всему внутреннему пространству вычислительного устройства, прежде чем будет выпущен через одно или более отверстий для выпуска воздуха, таких как одно или более отверстий 808 для выпуска воздуха. Альтернативно, выпускаемый воздух может направляться по каналу по направлению к одному или более отверстий 808 для выпуска воздуха посредством одной или более внутренних структур, которые могут предотвращать или уменьшать количество пыли, грязи или другого вещества от оседания на внутренние компоненты вычислительного устройства 800. В альтернативных вариантах осуществления, таких как описанные относительно фиг. 4, одно или более выпускных отверстий могут быть расположены на нижней или задней стороне корпуса 804. В варианте осуществления площадь поперечного сечения выпуска (808) больше площади поперечного сечения впуска (802), что увеличивает эффективность системы.
[0038] Хотя вычислительное устройство 800, иллюстрированное на фиг. 8, является планшетным компьютером, варианты осуществления пригодны для использования с другими типами вычислительных устройств, таких как мобильные телефоны (включающие в себя смартфоны), "фаблеты" (смартфоны большого форм-фактора), портативные компьютеры, игровые консоли, настольные компьютеры, блэйд-серверы, специализированные планшеты и т.д., некоторые из которых могут иметь форм-факторы и/или компоненты, отличающиеся от иллюстрированных на фиг. 8.
Примерные операции для производства вычислительного устройства
[0039] Фиг. 9 – это блок-схема последовательности операций, показывающая примерный процесс 900 производства вычислительного устройства, имеющего центробежный вентилятор и интегрированный блок теплообмена. На этапе 902 один или более электронных компонентов предоставляются в корпусе вычислительного устройства. Электронные компоненты включают в себя один или более центральных процессоров, графический процессор, контроллер, запоминающее устройство, источник питания, беспроводной или проводной приемопередатчик, аккумулятор и т.д.
[0040] На этапе 904 блок центробежного вентилятора устанавливается в корпус вычислительного устройства. Блок центробежного вентилятора включает в себя ступицу, множество лопастей, расположенных на ступице, и мотор, который конфигурируется, чтобы вращать ступицу вокруг оси ступицы, так что множество лопастей вынуждают воздушный поток из блока центробежного вентилятора протекать наружу от ступицы по траекториям, которые перпендикулярны оси. В некоторых вариантах осуществления блок центробежного вентилятора устанавливается на пластине, которая располагается на внутреннем участке поверхности вычислительного устройства.
[0041] На этапе 906 один или более электронных компонентов термически соединяется с блоком центробежного вентилятора с помощью одного или более блоков теплообмена. Один или более блоков теплообмена совместно, по меньшей мере, частично окружают блок центробежного вентилятора, так что воздушный поток движется беспрепятственно от блока центробежного вентилятора ко вторым участкам одного или более блоков теплообмена. Один или более блоков теплообмена включают в себя одно или более множеств поверхностей теплопередачи, таких как ребра или другие компоненты. В некоторых вариантах осуществления одно или более множеств поверхностей теплопередачи формируют расширяющиеся каналы, которые являются относительно более узкими в первых позициях, которые находятся ближе к блоку центробежного вентилятора, чем во вторых позициях, которые находятся дальше от блока центробежного вентилятора. В некоторых вариантах осуществления одно или более множеств поверхностей теплопередачи позиционируются вдоль касательных линий блока центробежного вентилятора.
[0042] На этапе 908 канал забора воздуха предусматривается в корпусе вычислительного устройства. В некоторых вариантах осуществления воздушный канал, по меньшей мере, частично позиционируется в плоскости, которая перпендикулярна оси вращения центробежного вентилятора, так что комбинация участка воздушного канала и одного или более блоков теплообмена практически окружает блок центробежного вентилятора.
[0043] На этапе 910 одно или более воздушных отверстий предоставляются на поверхности вычислительного устройства. В некоторых вариантах осуществления отверстия забора воздуха предоставляются рядом с позицией в корпусе, где устанавливается блок центробежного вентилятора, например, на нижней поверхности или другой поверхности вычислительного устройства, что предоставляет возможность воздуху протекать непосредственно в вентилятор. В тех же и других вариантах осуществления отверстия забора воздуха предоставляются рядом с отверстием канала забора воздуха, например, на боковой стороне вычислительного устройства, хотя они могут быть расположены на дне корпуса. В различных вариантах осуществления отверстия для выпуска воздуха предусматриваются на различных поверхностях, чтобы предоставлять возможность нагретому выпускаемому воздуху выходить из устройства.
[0044] Фиг. 9 изображает блок-схему последовательности операций, которая показывает примерный процесс в соответствии с различными вариантами осуществления. Операции этого примерного процесса иллюстрируются в отдельных блоках и резюмируются со ссылкой на эти блоки. Порядок, в котором операции описываются, не предназначен, чтобы истолковываться как ограничение, и любое число описанных операций может быть объединено в любом порядке, разделено на подоперации и/или выполняться параллельно, чтобы реализовывать процесс. Процессы согласно различным вариантам осуществления настоящего изобретения могут включать в себя только некоторые или все операции, изображенные в логической блок-схеме последовательности операций.
Заключение
[0045] Хотя описание использует язык, который характерен для структурных признаков и/или методологических действий, изобретение не ограничивается описанными конкретными признаками или действиями. Скорее, характерные признаки и действия раскрываются как иллюстративные формы реализации изобретения.
1. Вычислительное устройство, содержащее:
один или более электронных компонентов, расположенных в корпусе вычислительного устройства;
блок центробежного вентилятора, имеющий ступицу, множество лопастей, расположенных на ступице, и мотор, соединенный со ступицей, при этом мотор вынуждает ступицу вращаться вокруг оси, так что воздушный поток протекает наружу от блока центробежного вентилятора по траекториям, которые перпендикулярны оси, при этом блок центробежного вентилятора не помещен в корпус, который направляет воздушный поток по направлению к выходу из корпуса; и
один или более блоков теплообмена, имеющих, по меньшей мере, первые участки, которые соединяются с одним или более электронными компонентами, и вторые участки, которые совместно, по меньшей мере, частично окружают блок центробежного вентилятора, при этом вторые участки блоков теплообмена являются практически круглыми, совместно практически полностью окружают центробежный вентилятор и включают в себя соответствующие множества ребер, которые коллинеарны с касательными блока центробежного вентилятора.
2. Вычислительное устройство по п. 1, в котором вторые участки блоков теплообмена включают в себя, соответствующие множества ребер, которые формируют реберные каналы, причем первые площади поперечного сечения первых местоположений реберных каналов меньше вторых площадей поперечного сечения вторых местоположений реберных каналов, при этом первые местоположения находятся ближе к блоку центробежного вентилятора, чем вторые местоположения.
3. Вычислительное устройство по п. 1, дополнительно содержащее:
корпус, который заключает в себе один или более электронных компонентов, блок центробежного вентилятора и блоки теплообмена; и
канал забора воздуха, расположенный в корпусе, причем канал забора воздуха направляет забираемый воздушный поток для входа в корпус от отверстия в корпусе и направляет воздушный поток, чтобы он протекал по направлению к блоку центробежного вентилятора, причем участок канала забора воздуха позиционирован, чтобы препятствовать траекториям воздушного потока, которые перпендикулярны оси блока центробежного вентилятора, так что комбинация участка канала забора воздуха и вторых участков блоков теплообмена практически окружает блок центробежного вентилятора в одной или более плоскостях.
4. Вычислительное устройство по п. 1, в котором один или более блоков теплообмена включают в себя поверхности теплопередачи, которые позиционируются так, что воздушный поток от блока центробежного вентилятора проходит беспрепятственно поверх поверхностей теплопередачи.
5. Вычислительное устройство по п. 4, в котором поверхности теплопередачи формируют расширяющиеся каналы, причем расширяющиеся каналы являются относительно более узкими в первых позициях, которые находятся ближе к блоку центробежного вентилятора, чем вторые позиции, которые находятся дальше от блока центробежного вентилятора.
6. Вычислительное устройство по п. 4, в котором поверхности теплопередачи позиционируются вдоль касательных линий блока центробежного вентилятора.
