CN102073357B - 一种集成化计算机服务器低噪音机箱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成化计算机服务器低噪音机箱，在箱体中分别安装有风扇支架和电源，电源为反转安装，进风风扇指向机箱侧壁，箱体中垂直于机箱底板设置有风道隔板，风道隔板将***主板上的CPU内存区和板卡区隔离开，电源壳体与机箱侧壁之间设置有密封垫，密封垫将电源风扇通风道与机箱内空间隔离，一个风扇控制电路连接***主板，在CPU内存区和板卡区分别设置有温度传感器；本发明的有益效果是：合理的风道设计提高了机箱内发热元件的换热效率，降低了对风扇功率的需求，同时本发明让各个发热区域根据自己的能耗来选择风扇的转速，充分优化风扇的功耗，将总体的功耗和值控制在最低；进而降低了机箱的噪音，与同类服务器机箱相比可降低2至5分贝(dB)的噪音值。

Description

一种集成化计算机服务器低噪音机箱

技术领域

本发明涉及一种集成化计算机服务器低噪音机箱，是一种流体力学和热学技术在计算机体系的良好应用，根据各个区域散热的不同需求，通过控制风扇的不同的反应，比如转速、变速灵敏度等让各个区域都能在满足正常工作的前提下得到充分的散热，从而节省资源，减少噪音，实现较高硬件配置同时充分满足散热、静音的服务器机箱。 

背景技术

一般概念下的服务器机箱，其主要功能是提供各种硬件板卡的组装架构，对安装在内部的各元器件起到散热的功能，尽可能的满足人们对噪音的要求。随着服务器硬件配置的提高，功率也越来越高，现今最高配置的视频服务器的功耗已经达到了600W以上。传统的散热解决方案是对各个发热元器件和发热区域进行对流，加大冷空气流过发热表面的流量达到热交换的目的。为了加大气流量，用来散热的风扇数量不断增加，转速不断提高，这样带来的问题是噪音也不可避免的提高，直至让人无法忍受，尤其是放在办公环境里使用的服务器，这种噪音污染让人很烦躁，严重影响了工作人员的身心健康和工作效率。

当然，也有一些噪音值在35dB左右的服务器机箱，噪音水平虽易于被人们接受，但是散热水平不足以支持高端的需求，时常是服务器工作一段时间后，总会因为某个部件的温度过高出现这样或那样的问题，严重影响了使用单位的工作效率。

从机械的角度，机箱传统的散热方式是：冷空气从机箱的前部流入顺次流过各个发热区域，吸收发热区域的热量，变成热空气最后流出机箱尾段。经过大量测试发现，这种常规散热方式的空气热交换的效率是比较低的，在低功耗的情况下不明显，但随着功耗的上升，发热区域周围温度愈来愈高，根据空气动力学可以知道，温度越高空气的粘性越大，各流层（粗略说法，非指大气流层，特指流过个发热区域截面积内的气流）之间相互分离的难度加大，这样的结果是个别区域因为被其他发热区域包围，流过它的空气永远是热的，即便通过加大空气流速来增大流量，散热效果也不明显。

从电控的角度，传统机箱散热所使用的风扇都是不受控的转速状态，或者是50%、70%、100%大跨度的占空比控制状态温度控制效果不均衡，而其噪声大。而且大跨度的控制也只是对主板区域的温度调节，他只对主板核心温度有相对灵敏的控制，与之同时顺带控制其他区域的散热风扇以相同的速度来进行散热，至于其他区域的散热量是否足够或者是不足，则不在反馈范围之列了。换句话说，各个区域的散热风扇的转速是一刀切的，不能同时达到分别合适。传统的散热只能满足共性的需求，不能满足各区域差别需求。在整体功耗较低或不是很高的情况下，这个问题还不是很严重；但是随着功能需求的越来越高端化，功耗的上升是在不断进行的，或者某一区域的工作温度在不断升高而其他区域由于没有全速运转温升不大。在很多情况下，传统的散热方式会为了满足某一部位的散热而使全部风扇都以很高的转速在运转，而其他区域的散热已经早已得到满足，这样的结果是机箱在轰鸣，有的区域在勉强可以满足散热，而有的区域则已经远低于正常工作所需的温度。这样的方式是对能量的极大浪费，也完全不满足机箱的低噪音的要求。 

发明内容

本发明的目的是公开一种集成化计算机服务器低噪音机箱，该机箱具有完整散热***，以及数值较低的噪音水平，实现现有硬件水平的高端配置。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种集成化计算机服务器低噪音机箱，通过合理设置电源的安装方式和箱体结构，以及在机箱内部设置风道隔板、温度传感器等，将机箱内部的主要发热源隔离到几个独立的温度控制区域；每个温度控制区域设置独立控制的风扇，根据该区域主要发热部件的温度实时调整风扇转速，从而达到更加高效散热，降低能耗和噪音的效果。其特征在于：机箱中安装有电源，电源贴近机箱壁安装，在机箱的底板上安装有***主板，***主板至少有两个CPU，其主板表面划分为多个CPU内存区和I/O板卡区；电源壳体与机箱侧壁之间设置有密封垫，密封垫将电源风扇通风道与机箱内空间隔离，所述机箱中设置有风道隔板，风道隔板垂直于机箱底板设置，风道隔板将***主板上的每一个CPU内存区和I/O板卡区隔离开形成多个风道，在机箱内部针对每一个风道分别设有风扇；一个风扇控制电路连接***主板，每个风道内分别设置有温度传感器，***主板的BIOS分别接收个风道内的温度传感器的信号，根据温度控制参数，BIOS输出控制指令分别对各风道的风扇进行转速调整。

所述转速调整是无级转速调整。

所述的温度控制参数是风扇电压变化趋势与温度变化趋势的关系参数，即温度上升风扇电压上升，温度下降风扇电压下降，关系参数包括：设定35摄氏度或低于35摄氏度时风扇处于停止转动，35摄氏度至40摄氏度之间时风扇处于低速转动，高于40摄氏度时风扇逐渐加速。

所述机箱的上盖板底侧设置有向下凸起的压板，压板在I/O板卡区上方。

所述机箱的后面板的顶端向箱体内侧下方设置有导流板，导流板与机箱上盖板平面的夹角在30゜到60゜之间。 

所述的密封垫是10mm至15mm厚的橡胶或EVA材料。

所述电源的直流电源插头是一种L形直角插头。

所述电源为反转安装，电源壳体的通风网孔在机箱后面板侧，电源风扇指向机箱侧壁，所述机箱侧壁对应电源风扇处设有通风口。

本发明的有益效果是：本发明合理的风道设计提高了机箱内发热元件的换热效率，降低了对风扇功率的需求，同时本发明根据各个温控区域主要发热部件的温度实时控制风扇的转速，充分优化各温控区域实际过风的利用效率，优化风扇的功耗，从而将不必要的转速去除，让整个***时时处于一个动态的稳定状态，保证时时所需要的风量都是必需的而不是过量的，可以在分别满足各自区域散热要求的前提下，将总体的功耗值控制在最低；进而降低了机箱的噪音，与同类服务器机箱相比可降低2至5分贝(dB)的噪音值。

下面结合附图和实施例对本发明做一详细描述。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明电源与机箱的安装结构分解示意图；

图3为本发明另一角度看的电源与机箱的分解示意图；

图4为带有向下凸起压板的上盖底面示意图；

图5为本发明的直流电源插头示意图；

图6为本发明机箱前后通风示意图；

图7为本发明通过上盖板的通风示意图；

图8为本发明电源通风示意图。

具体实施方式

一种集成化计算机服务器低噪音机箱，参见图1至图8；如图1所示，所述机箱包括前面板1、后面板2、侧壁3和底板组成的壳体以及上盖板4，在机箱中分别安装有硬盘支架5、光驱支架6和电源7，硬盘支架、光驱支架紧贴前面板设置，电源紧贴后面板设置，电源壳体上有通风网孔7-1和风扇7-2，电源壳体的通风网孔在后面板侧，电源风扇面向机箱的一个侧壁，所述机箱侧壁上对应电源风扇处设有通风口3-1，直流电源线从电源壳体引出，直流电源线的前端连接着直流电源插头8，在硬盘支架的后侧设置有风扇支架9，风扇支架上安装有风扇10和风扇19，所述底板上安装有***主板，***主板至少有两个CPU，在***主板的表面分为多个CPU内存区和I/O板卡17区；其中，风扇支架与后面板之间垂直于机箱底板设置有风道隔板，风道隔板分为直板11和曲形板18，风道隔板将***主板上的两个CPU内存区和I/O板卡区分别隔离开，形成三个风道区，对每一个风道分别设置有一个风扇，本实施例所述风扇支架上的风扇有两台风扇10和风扇19，在I/O板卡支架14上设置有一个风扇20，风扇19和风扇20分别负责两个CPU内存风道区，风扇10负责I/O板卡风道区；在电源壳体与机箱侧壁之间围绕电源风扇设置有密封垫12；密封垫将电源风扇通风道与机箱内空间隔离，所述上盖板的前面板侧和后面板侧分别设置有通风网孔4-1；一个风扇控制电路连接***主板，在每一个风道区分别设置有温度传感器，***主板的BIOS分别接收各风道区温度传感器的信号，根据温度控制参数，BIOS输出控制指令分别对各风道区风扇进行转速调整。

所述的温度控制参数是风扇电压变化趋势与温度变化趋势的关系参数，即温度上升风扇电压上升，温度下降风扇电压下降。例如设定35摄氏度时风扇处于停止转动，35摄氏度至40摄氏度之间时风扇处于低速转动，高于40摄氏度时风扇逐渐加速等。所述风道区风扇的转速调整是一种无极转速调整；所谓无极转速调整是通过单片机输出一个线性的连续变化的电压控制风扇转速，而不是阶梯式的控制方式。

各个风道区域用来提供散热动力的风扇通过主板来供电和控制，不同的是在I/O板卡区域的板卡上增加了温度传感器和对温度做出反应的控制芯片；主板的BIOS可以对不同风道的风扇分别给出指令控制其转速，对于给主板上的CPU内存区散热风扇的风扇电压的大小，则根据该区域的主板上的温度传感器控制；而对给I/O板卡区域散热的风扇转速控制是得到板卡上芯片内指令后由BIOS控制。电源区域的风扇由电源壳体内的传感器感获知温度后通过电源自己的芯片控制电源散热风扇的转速。

现在视频服务器使用最多、供给资源最丰富的主板是双路CPU主板，而实施例所使用的主板正是现有的主流布局。该类型主板的布局是这样的：CPU 15和内存各分成两个区域，并且交错排列，CPU散热器的截面有较大的重叠，不做特殊处理的自然状态下热空气很容易把排在后排的CPU和内存组包围。传统方式解决这部分的散热必须加大散热器截面的空气流量，采用带有转速很高风扇的主动散热器。由于热空气的干扰，两个CPU区域的温度总是不平衡的，前端的CPU已经在很低温度水平的时候，后端的CPU区域仍然维持在较高的温度水平。因此，本实施例中风道隔板（导流板）是将主板上的主要发热元件两个CPU隔离开来分别通风，当主板上有多个CPU时，风道隔板需要根据CPU的布局设置，以保证各个CPU之间的通风是相对隔离的。因此所述风道隔板根据CPU在主板上的布局情况可以是直板11，也可以根据需要设置成曲形板18。本实施例中主板上的CPU有两个，因此所述的风道隔板设置有两个，其中一个风道隔板为曲形，形成左、中、右三个风道。借助机箱上盖板把各个区域完全独立起来，保证各自区域的冷空气为各自区域专用，并最大限度的把冷空气引向各自主要热源区域（CPU和内存、板卡），充分提高CPU、内存、板卡的散热效率。

风道隔板采用塑料板没有采用注塑件的原因是主板的协定在不断的更新，可以预见的是随着技术的进步将有新的布局出现，采用注塑件虽然气密性好些但经济性不可取，而且大量测试表明，二者的区别几乎可以忽略不计。这在理论上也是可以做出解释的：利用机箱上盖和两个塑料板的组合形成的各个腔，虽然由于加工误差的原因不可避免的有一些缝隙，但是空气的粘性决定了在各自流场边界产生的相互扰动是很小的，而其流动方向是一致的，在远低于音速的气流速度下这一部分可以忽略不计。

该箱体的安装方式是：两个风栅（风道隔板），采用市面上很常见的1.5mm厚PC塑料板，利用模具加工成特定的形状，如附图1所示。避免干涉到主板上的小元器件，两个风栅底部会开有一些小缺口，对散热的影响可以忽略。

在两个风栅的两端都加上了固定结构，这样便于在机箱上的固定，保证设定好的各区域之间的距离得以保持；避免风栅在运输等条件下过度变形伤害到机箱内安装的其他器件。

直风栅尾端利用机箱箱体内部的原有板卡固定孔固定，直风栅尾部连接了一个类似于板卡挡片，利用螺丝固定在支架上，可以保证直风栅上下左右四个自由度的固定，避免旋转。直风栅前端利用模具做出了连接结构，可以搭接在板卡的前部压卡上，固定了上下左右四个自由度。该位置在最外侧板卡和内存条之间，良好的固定保证了不会伤害板卡和内存。

曲风栅曲折穿越了CPU和内存区域，前后端都有特制的零件与之连接，可以很好的固定于机箱的特定位置：尾端利用挡板上的特定孔位压紧，可以固定上下左右四个自由度，较大面积贴紧I/O支架14也可以避免旋转。前端的零件可以利用螺丝固定在风扇支架9上。这样也保证了曲风栅很好的固定于CPU和内存区域中间。

为了有更好的通风效果在所述前面板上也设置有六方形通风网孔1-1。

利用一个直的塑胶板（风道隔板11）将I/O板卡17区域独立出来。如图4所示，机箱上盖板底侧在该区域设置有向下凸起的压板4-2，这样保证了I/O板卡区域在机箱内既有良好固定，又保证冷空气能够流过板卡的发热元器件，同时这个新增加的向下凸起的压板增强了机箱上盖的强度和刚度，从而减少机箱的变形量，可以有效降低因为机箱振动产生的噪音。机箱上盖板前后开有通风孔，保证有足够的空气流过机箱内部，为各部分的散热提供足够的介质；机箱内部尾端有一个盖板，即可以遮挡机箱后面板区域的线缆，增加整体美观；又可以减少后机箱面板风扇对I/O板卡区域的作用，使机箱后面板风扇主要为CPU、内存散热提供动力；又可以利用本身的坡形，为I/O板卡区域的热空气起到引导的作用，让热空气顺利的流出机箱。 

    利用机箱框架，增加的风栅和一个机箱上盖板向下凸起的压板，形成一个使气流流经板卡区域的风道。所述机箱后面板的顶端向下设置有导流板13，导流板与上盖板平面的夹角在30度到60度之间；导流板与机箱上盖板形成的斜坡，引导热空气流出机箱上盖的出风口。

机箱上盖板的向下凸起的压板，与上盖板之间采用螺丝连接，这样如果有异型的板卡出现，可以通过调整这个压板件的形状予以配合。足够的螺丝连接点既可以保证用来增强上盖板的强度，又可以在需要时花费较短时的时间予以更换，提高了维护的便捷性。向下凸起的压板成拱桥状结构，可以引导气流流经板卡的发热区域，提高了气流的热交换效率，增强了散热效果。向下凸起的压板底部平贴了2mm厚的橡胶，这样可以保证向下凸起的压板和板卡之间是软接触，有效地在运输等移动过程中保护了板卡，不至于受到硬冲击，提高了到货开箱合格率，和使用寿命。

上述的过程形成了多个合理的高效的散热风道，在这些风道的前端是机箱风扇支架9，支架上安装的风扇10和风扇19和另一端I/O支架14安装的风扇20是这些风道散热的动力源。可依据温度变化自行调速的风扇，保证了只提供需要的能量，尽可能避免了过高转速的能量浪费和因此带来不必要的噪音值。

加之机箱上盖板的前后通风口、机箱前端的进风口，提供了所需要的足够的空气流量，保证该区域的散热***持续稳定的运转。

本实施例中在所述的后面板上设置通风网孔16，通风网孔16为机箱提供了前后通风的通道。

如图6和图7所示，风道和带有通风网孔的上盖板强制了空气流通的轨迹，使冷空气顺次从机箱前段进气通孔流过***风扇形成具有一定流量的流场，在风道隔板和上盖板共同形成的通道下，使空气分别流过I/O板卡左区、CPU内存中区、CPU内存右区，途经各个发热元器件与之发生热交换变成热空气在风扇动力的推动下继续流往机箱后部，一部分在风道的导流板13导引下流出带有通风口的盖板，另一部分则在后面板风扇20的作用下通过该风扇流出后面板，排出机箱。正是这些高效的散热通道***，使风扇的效率很高，在较低转速、较少通风量的情况下很好的实现了散热，从而极大的降低了噪音。

对于常见的视音频应用，在计算机工作期间两个CPU和板卡区域的工作负荷在不同时间段往往是和不相同的。例如有些类型的应用（如视频转码）计算压力大，CPU发热量很大，CPU温度会迅速升高，但是板卡区工作压力小，板卡的发热量较小，温度就相对比较低。常规的服务器散热***会同时提高所有风扇的转速，造成某些不必要的能耗和噪音。本实施例中，这种情况下主板会侦测到CPU温度升高，及时提高风扇19和风扇20 的转速，而板卡区温度不高，所以风扇10转速可以保持在较低的水平。这样，不仅更加有效地利用了能耗，同时还减少了风扇20 速度提高带来的噪音。有些类型的应用板卡发热量大，板卡区温度很高，但是CPU工作负荷小，两个CPU温控区域温度都比较低，这种情况下，BIOS就可以根据各区域的温度状态，调低或保持风扇19 和风扇20 的转速，提高风扇10的转速，这样既有效降低了板卡区的温度，又降低了其他解决方案中因为风扇19和风扇20速度同步提高带来的噪音。

利用机箱上盖板和两个风道隔板的组合形成的导流通道，保证各个区域的温度水平基本相当。虽然由于加工误差的原因不可避免的有一些缝隙，但是空气的粘性决定了在各自流场边界产生的相互扰动是很小的，而其流动方向是一致的，在远低于音速的气流速度下这一部分可以忽略不计。经济角度考虑，这点微小的扰动是可以忽略不计的。

本实施例电源的放置方式与传统的方式相比进行了180度翻转，与之配合的电源固定装置也随之调整，这样保证了电源在机箱上的良好固定；如图2和图3所示，电源翻转后，进风口所对方向为机箱的侧壁，在机箱侧壁的电源进风口投影面积内开了直径3.2mm孔间距5mm的通风孔作为电源散热得空气流入口。为了保证机箱内部的热空气不再流入电源的散热***，在电源外壁和机箱该侧侧壁间增加了一个柔性的密封垫，为了满足环保和阻燃的要求，使用的是12mm厚度的环保、阻燃、可回收的EVA（乙烯-乙酸乙烯共聚物）。为了便于电源压缩该密封垫至正确的安装位置，使用了两种途径：一、选用高倍率的材料来减少压缩力，便于操作；二、通过减少密封垫和电源的接触面积来减少压缩力，从而实现装配工作的便利性。

为了便于密封垫的安装，采用了EVA单面背胶的方式贴于机箱侧壁上。为了增加密封垫的粘接强度，选用的粘合剂为环保的3M胶层。           

经过上述处理的电源散热***的空气流动路径是这样的，如图8所示，机箱外的冷空气由于风扇的转动，在机箱侧壁通风孔区域形成低于大气压的负压，机箱外的冷空气经过密封垫、穿过风扇流入电源壳体内部，在风扇扇叶运动所产生的高压下，流经电源的发热元器件，与之发生热交换，变成热空气元器件表面温度得以下降，最后在风扇的推动下，流出电源尾部的通风孔完成一次散热的流程。在风扇不停的转动下，散热一直在不停的进行。由于电源前端流入的空气温度比较低，可以充分得带走电源壳体内产生的热量，电源内的温度传感器感知的温度也很低，它会控制电源风扇的转速在较低的水平，从而在实现了该区域的散热要求的同时极大的降低了噪音。

电源的安装方式是：

     电源安装后板和机箱箱体首先用螺钉连接在一起，形成电源安装的主框架。电源挡板通过底部的两颗螺丝锁定在电源安装后板上，并有一个通孔呈同心状态，穿过这个孔可以用来同时固定电源安装后板、电源挡板，锁在电源对应的螺丝孔上，电源挡板上还有三个与电源安装螺丝孔对应的过孔，这样就可以通过这三个孔再将电源所在电源挡板上，通过电源安装后板、电源挡板和机箱箱体的相互连接，实现了电源在机箱上的良好固定。

 密封垫的固定方式：密封垫大体成直角形状，安装时保证尾端抵紧电源挡板、底部紧贴电源底部的机箱上铁板，贴于机箱侧壁，密封垫按上述方式安装后，其边缘和电源壳体边缘平齐，而它的宽度和与电源之间的挤压力保证了气密性，不会让机箱内部的热空气流入电源壳体。

实施例中用于密封电源通风道的密封垫除了隔离作用还要起到减震和共振引起电源壳体抖动产生噪音的作用，因此，本实施例中所述的密封垫是10mm至15mm厚的环保和阻燃软橡胶或EVA（乙烯-乙酸乙烯共聚物）材料垫。

在实际的应用中，传统的直流电源线连接的插头是直列式的，当插头***箱底横卧的主板后，电源线向上翘起，电源线很容易就会与机箱盖相碰，当由于某种原因机箱有振动时，电源线与机箱盖之间的抖动相碰就会产生噪音，因此，如图5所示，本实施例所述插头是一种L形直角插头，如图4所示，L形直角插头可以使电源线不会向上翘起，也便于对电源线的整理，避免了电源线与机箱盖接触的机会。

本实施例机箱，除具有传统服务器机箱的功能以外，还更好的实现了散热和降噪，在19dB环境下，单路平台空载29dB，满载30分钟31dB；双路平台空载30.4dB，满载30分钟32dB。而市面上的常规服务器机箱的噪音水平大概在35dB以上。 

Claims (6)

1.一种集成化计算机服务器低噪音机箱，机箱中安装有电源，电源贴近机箱后面板设置，在机箱的底板上安装有***主板，***主板至少有两个CPU，其主板表面划分为多个CPU内存区和I/O板卡区，其特征在于，所述电源为反转安装，电源壳体的通风网孔在机箱后面板侧，电源风扇指向机箱侧壁，机箱侧壁的电源进风口投影面积内开通风孔作为电源散热的空气流入口，电源壳体与机箱侧壁之间设置有密封垫，密封垫将电源风扇通风道与机箱内空间隔离，所述机箱中设置有风道隔板，风道隔板垂直于机箱底板设置，风道隔板将***主板上的每一个CPU内存区和I/O板卡区隔离开形成多个风道，在机箱内部针对每一个风道分别设有风扇，每个风道内分别设置有温度传感器，一个风扇控制电路连接***主板，***主板的BIOS分别接收各风道内的温度传感器的信号，根据温度控制参数，BIOS输出控制指令分别对各风道的风扇进行转速调整；所述机箱的上盖板底侧设置有向下凸起的压板，压板在I/O板卡区上方，向下凸起的压板成拱桥状结构引导气流流经板卡的发热区域，向下凸起的压板底部平贴有2mm厚的橡胶保证向下凸起的压板和板卡之间是软接触。

2.根据权利要求1所述的一种集成化计算机服务器低噪音机箱，其特征在于，所述转速调整是无级转速调整。

3.根据权利要求1所述的一种集成化计算机服务器低噪音机箱，其特征在于，所述的温度控制参数是风扇电压变化趋势与温度变化趋势的关系参数，即温度上升风扇电压上升，温度下降风扇电压下降，关系参数包括：设定35摄氏度或低于35摄氏度时风扇处于停止转动，35摄氏度至40摄氏度之间时风扇处于低速转动，高于40摄氏度时风扇逐渐加速。

4.根据权利要求1所述的一种集成化计算机服务器低噪音机箱，其特征在于，所述机箱的后面板的顶端向箱体内侧下方设置有导流板，导流板与机箱上盖板平面的夹角在30゜到60゜之间。 

5.根据权利要求1所述的一种集成化计算机服务器低噪音机箱，其特征在于，所述的密封垫是10mm至15mm厚的橡胶或EVA材料。

6.根据权利要求1所述的一种集成化计算机服务器低噪音机箱，其特征在于，所述电源的直流电源插头是一种L形直角插头。

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