CN111093351B - 一种直通式散热机柜 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及了一种直通式散热机柜，其中该直通式散热机柜包括：服务器，该服务器中具有环路热管，环路热管包括蒸发段、冷凝段和管路，蒸发段与服务器的发热器件导热地相接触，冷凝段设置在服务器的外壳侧壁的开孔中，蒸发段和冷凝段通过管路导热地连接；容纳服务器的柜体，该柜体具有换热组件和与换热组件导热地接合的重力热管，换热组件与冷凝段导热地相接触；和冷凝器，该冷凝器与重力热管导热地接合。本发明的实施例以热管为主要传递媒介，将设备中的CPU等主要发热器件产生的热量直接传递至室外，避免了多级换热的情况，有效地提高了数据中心散热***传热效率，从而减少了电量的需求，提高了数据中心的散热效率。
Description
技术领域
本发明涉及服务器技术领域。本发明进一步涉及一种用于数据中心的直通式散热机柜。
背景技术
随着数据中心规模的提高，服务器的数量增多，机柜的规格扩大，数据中心的制冷需求也在提升，用在制冷***上的电量也越来越多。为了能做好节能工作，新的制冷模式也一直在探索中。
目前，数据中心所采用的制冷方式有如下几种:
1、风冷方式：这一种方式是以空气为媒介，将IT设备(例如服务器、交换机等)产生的热量传递至制冷***的室内端(空调室内机)，然后再由制冷***将热量传递至室外机，再由室外机与外界环境进行换热，将热量传递至室外。其热量传递路线如图1所示。
2、液冷方式：这一种方式是以水(冷却液)媒介，IT设备产生的热量传递至换热器，然后换热器另一侧的水(冷却液)再将热量传递至室外冷水机组，再有冷水机组与外界环境换热，将热量传递至室外。其热量传递路线如图2所示。
其实制冷***的本质是将IT设备产生的热量搬运至室外，与外界环境进行换热。但是目前的两种换热方式均有一个通病，即传递路线中均为多级换热，且换热效率较低。本质原因是气体和固体、液体与固体之间的接触热阻较大，以及气体、液体自身的导热系数较小(相对于铜等固体而言)。
这种问题造成的直接后果是经过层层换热，与外界环境发生换热的部件温度较低，换热效率低下，甚至会低于外界空气的温度，而无法将热量传递至室外。所以必须有压缩机等设备的介入才能保证整个换热过程能正常进行。而压缩机是制冷***中的主要耗电设备。
另一方面，由于空气/液体的导热系数低，热量传递效率低下，因而需要风机、泵等部件驱使空气/液体循环运动，以强制对流的手段进行热量搬运。而风机和泵也是制冷***中的主要耗电设备。
此外，以上两种方式为风冷/液冷领域中最具代表性的方式，目前也有不少变种，这里不一一列举。
虽然液冷方式比风冷方式的效率高很多，但是仍然需要制备大量的冷水，同样也是需要耗费大量电能。
因此，基于上述情况，针对目前数据中心制冷***传热过程效率低下的问题，需要提出一种更为有效地提高数据中心散热***传热效率的方案，从而减少电量的需求，提高散热效率。
发明内容
一方面，本发明基于上述目的提出了一种直通式散热机柜，其中该直通式散热机柜包括：
服务器，该服务器中具有环路热管，环路热管包括蒸发段、冷凝段和管路，蒸发段与服务器的发热器件导热地相接触，冷凝段设置在服务器的外壳侧壁的开孔中，蒸发段和冷凝段通过管路导热地连接；
容纳服务器的柜体，该柜体具有换热组件和与换热组件导热地接合的重力热管，换热组件与冷凝段导热地相接触；和
冷凝器，该冷凝器与重力热管导热地接合。
根据本发明的直通式散热机柜的实施例，其中换热组件包括横向导热块和与横向导热块导热地接合的纵向导热横梁，横向导热块的第一端与冷凝段导热地相接触，纵向导热横梁与重力热管导热地相接触。
根据本发明的直通式散热机柜的实施例，其中纵向导热横梁上设置有开口和从开口延伸的开口滑道，横向导热块以穿过开口和开口滑道的方式与纵向导热横梁导热地接合。
根据本发明的直通式散热机柜的实施例，其中换热组件进一步包括弹簧，弹簧的一端固定在横向导热块上，弹簧的另一端固定在纵向导热横梁上，以将横向导热块朝向远离冷凝段的方向偏置。
根据本发明的直通式散热机柜的实施例，其中换热组件进一步包括离合操作组件，离合操作组件包括离合滑道、顶针、与顶针接合的丝杆、设置在丝杆上的轴承，离合滑道平行于纵向导热梁延伸，顶针、丝杆和轴承设置在离合滑道中。
根据本发明的直通式散热机柜的实施例，其中顶针的第一端设置有第一斜面，顶针的第二端设置有螺纹孔，螺纹孔与丝杆的第一端相接合。
根据本发明的直通式散热机柜的实施例，其中丝杆通过轴承可旋转地固定在离合滑道中，丝杆的第二端设置有驱动槽。
根据本发明的直通式散热机柜的实施例，其中横向导热块的第二端设有第二斜面，第二斜面与顶针的第一斜面相配合，使得顶针沿离合滑道的滑动引起横向导热块沿开口滑道的滑动。
根据本发明的直通式散热机柜的实施例，其中横向导热块上设置有接触扩大面，接触扩大面与纵向导热横梁之间具有导热垫。
根据本发明的直通式散热机柜的实施例，其中冷凝段与服务器的外壳侧壁之间设置有隔热片。
采用上述技术方案，本发明至少具有如下有益效果：针对目前数据中心制冷***传热过程效率低下的问题，对数据中心的服务器机柜进行了改进，提出了新型的具有以双级热管制冷的服务器的直通式散热机柜，以热管为主要传递媒介，将设备中的CPU等主要发热器件产生的热量直接传递至室外，避免了多级换热的情况，有效地提高了数据中心散热***传热效率，从而减少了电量的需求，提高了数据中心的散热效率。
本发明提供了实施例的各方面，不应当用于限制本发明的保护范围。根据在此描述的技术可设想到其它实施方式，这对于本领域普通技术人员来说在研究以下附图和具体实施方式后将是显而易见的，并且这些实施方式意图被包含在本申请的范围内。
下面参考附图更详细地解释和描述了本发明的实施例，但它们不应理解为对于本发明的限制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对现有技术和实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，附图中的部件不一定按比例绘制，并且可以省略相关的元件，或者在一些情况下比例可能已经被放大，以便强调和清楚地示出本文描述的新颖特征。另外，如本领域中已知的，结构形状可以被不同地布置。
图1示出了现有的数据中心风冷热量传递路线的示意图；
图2示出了现有的数据中心液冷热量传递路线的示意图；
图3示出了根据本发明的直通式散热机柜的实施例的示意图；
图4示出了根据本发明的直通式散热机柜的服务器的实施例的示意图；
图5示出了图4的A部分的局部放大示意图；
图6示出了根据本发明的环路热管的实施例的示意图；
图7示出了图6的B部分的局部放大示意图；
图8示出了根据本发明的直通式散热机柜的柜体的实施例的示意图；
图9示出了根据本发明的柜体的换热组件的实施例的示意图；
图10示出了根据本发明的换热组件的横向导热块的实施例的示意图；
图11示出了根据本发明的换热组件的纵向导热横梁的实施例的示意图；
图12示出了根据本发明的换热组件的离合操作组件的实施例的示意图。
具体实施方式
虽然本发明可以以各种形式实施，但是在附图中示出并且在下文中将描述一些示例性和非限制性实施例，但应该理解的是，本公开将被认为是本发明的示例并不意图将本发明限制于所说明的具体实施例。
为了解决目前数据中心制冷***传热过程效率低下的问题，本发明提出了一种新型的采用双级热管的直通式散热机柜，以热管为主要传递媒介，将发热器件产生的热量直接传递至室外，避免传统散热***中的多级换热，从而提高散热效果并减少电量需求。
图3示出了根据本发明的直通式散热机柜的实施例的示意图。在图3所示的直通式散热机柜的实施例中，该直通式散热机柜包括服务器1，该服务器1中具有环路热管1.1，环路热管1.1包括蒸发段1.1.1、冷凝段1.1.2和管路1.1.3，蒸发段1.1.1与服务器1的发热器件导热地相接触，冷凝段1.1.2设置在服务器1的外壳侧壁1.2的开孔1.2.1中，蒸发段1.1.1和冷凝段1.1.2通过管路1.1.3导热地连接。该直通式散热机柜还包括容纳服务器1的柜体2，该柜体2具有换热组件2.1和与换热组件2.1导热地接合的重力热管2.2，换热组件2.1与冷凝1.1.2段导热地相接触。此外，直通式散热机柜还包括冷凝器3，该冷凝器3与重力热管2.2导热地接合。
需要注意的是，环路热管1.1为优选方案，实际上也可以采用重力热管或铜管代替。本发明的直通式散热机柜的换热过程主要由发热器件、环路热管1.1、换热组件2.1、重力热管2.2以及冷凝器3来完成。换热组件2.1一端(为方便描述下文称为N端)与环路热管1.1的冷凝段1.1.2接触，进行换热。换热组件2.1另一端(为方便描述下文称为S端)与重力热管2.2蒸发端接触，进行换热。然后，由重力热管2.2将热量传递至室外的冷凝器3。
在一些实施例中，换热组件2.1包括横向导热块2.1.1和与横向导热块2.1.1导热地接合的纵向导热横梁2.1.2，横向导热块2.1.1的第一端与冷凝段1.1.2导热地相接触，纵向导热横梁2.1.2与重力热管2.2导热地相接触。
在一些实施例中，纵向导热横梁2.1.2上设置有开口2.1.2.1和从开口2.1.2.1延伸的开口滑道2.1.2.2，横向导热块2.1.1以穿过开口2.1.2.1和开口滑道2.1.2.2的方式与纵向导热横梁2.1.2导热地接合。
在一些实施例中，换热组件2.1进一步包括弹簧2.1.4，弹簧2.1.4的一端固定在横向导热块2.1.1上，弹簧2.1.4的另一端固定在纵向导热横梁2.1.2上，以将横向导热块2.1.1朝向远离冷凝段1.1.2的方向偏置。
在一些实施例中，换热组件2.1进一步包括离合操作组件2.1.3，离合操作组件2.1.3包括离合滑道2.1.3.1、顶针2.1.3.2、与顶针接合的丝杆2.1.3.3、设置在丝杆上的轴承2.1.3.4，离合滑道2.1.3.1平行于纵向导热梁2.1.2延伸，顶针2.1.3.2、丝杆2.1.3.3和轴承2.1.3.4设置在离合滑道2.1.3.1中。
在一些实施例中，顶针2.1.3.2的第一端设置有第一斜面2.1.3.2.1，顶针2.1.3.2的第二端设置有螺纹孔，螺纹孔与丝杆2.1.3.3的第一端相接合。
在一些实施例中，丝杆2.1.3.3通过轴承2.1.3.4可旋转地固定在离合滑道2.1.3.1中，丝杆2.1.3.3的第二端设置有驱动槽，例如十字槽或六角槽等。
在一些实施例中，横向导热块2.1.1的第二端设有第二斜面2.1.1.2，第二斜面2.1.1.2与顶针2.1.3.2的第一斜面2.1.3.2.1相配合，使得顶针2.1.3.2沿离合滑道2.1.3.1的滑动引起横向导热块2.1.1沿开口滑道2.1.2.2的滑动。
在一些实施例中，横向导热块2.1.1上设置有接触扩大面2.1.1.1，接触扩大面2.1.1.1与纵向导热横梁2.1.2之间具有导热垫。
在一些实施例中，冷凝段1.1.2与服务器1的外壳侧壁1.2之间设置有隔热片1.1.2.2。
下面参考附图3至12进一步举例说明本发明的直通式散热机柜。需要注意的是，附图3至12以直通式散热机柜的单机柜应用场景为示例，旨在清楚地说明本发明的各个部件，不应理解为对本发明的限制。
如图3所示，本发明的直通式散热机柜的单机柜应用场景主要由热管制冷的服务器1、柜体2、冷凝器3组成。其中热管制冷的服务器1，主要是在CPU等主要发热器件上安装环路热管1.1，通过环路热管1.1将主要热量传递至服务器外部，参见图4。
下面参考图5、图6和图7进一步说明环路热管1.1的实施例。
如图5所示，服务器1的外壳侧壁1.2上设置开孔1.2.1，冷凝段1.1.2通过此开孔与换热组件N端接触，进行换热。开孔1.2.1的尺寸应大于冷凝段1.1.2上与换热组件N端的接触部分，避免冷凝段1.1.2与服务器外壳侧壁1.2的直接接触。
如图6所示，环路热管由蒸发段1.1.1，冷凝段1.1.2及管路1.1.3组成。环路热管1.1的蒸发段1.1.1与CPU等主要发热器件接触，用于吸收其产生的热量。环路热管1.1的冷凝段1.1.2设置与服务器外壳的侧壁1.2上，用于将热量传递至换热组件N端。
进一步地，参见图7，环路热管1.1的冷凝段1.1.2上设有固定孔位1.1.2.1，用于冷凝段1.1.2与服务器外壳侧壁1.2的固定。环路热管1.1的冷凝段1.1.2上设有隔热片1.1.2.2，设置于冷凝段1.1.2与服务器外壳侧壁1.2之间，避免冷凝段1.1.2将热量传递至服务器1的外壳侧壁1.2。
图8示出了根据本发明的直通式散热机柜的柜体的实施例的示意图，其中柜体2，主要是在普通服务器机柜两侧设置换热组件2.1和重力热管2.2，以及固定立柱2.3。换热组件2.1与重力热管2.2配合使用，每个换热组件2.1可设置多条重力热管2.2，在本实施例中示意性地设置两条。柜体2侧面可设置多组换热组件2.1与重力热管2.2。每组换热组件2.1与重力热管2.2可上架一台热管制冷的服务器1。为方便绘图表示，本实施例中仅设置了两组换热组件2.1与重力热管2.2。
下面参考图9至图12进一步说明柜体2的换热组件的实施例。
首先图9示出了根据本发明的柜体的换热组件2.1的实施例的示意图，其中换热组件2.1包括横向导热块2.1.1，纵向导热横梁2.1.2，离合操作组件2.1.3。横向导热块2.1.1第一端和环路热管1.1冷凝段1.1.2接触，并与之发生换热，第二端与纵向导热横梁2.1.2接触，将热量传递至纵向导热横梁2.1.2，再由纵向导热横梁2.1.2将热量传递至重力热管2.2。纵向导热横梁2.1.2上设置开口2.1.2.1与开口滑道2.1.2.2(见图11)，用于横向导热块2.1.1的支撑，以及限定其只能横向移动。
纵向导热横梁2.1.2与横向导热块2.1.1之间设有弹簧2.1.4，可保证在未对横向导热块2.1.1施加外力的情况下，横向导热块2.1.1有向外(即向远离冷凝段1.1.2的方向)运动的趋势，这样可保证横向导热块2.1.1与环路热管1.1的冷凝段1.1.2分离，方便热管制冷服务器1的上下架。
如图10所示，横向导热块2.1.1上设有接触扩大面2.1.1.1，用于增加其和纵向导热横梁2.1.2的接触面积，保证两者的换热效果。接触扩大面2.1.1.1以及横向导热块2.1.1与冷凝段1.1.2的接触面上均设有导热垫，这一方面可以消除装配误差，另一方面可以减少接触热阻，保证换热效果。
进一步地，横向导热块2.1.1尾端(第二端)设置第二斜面2.1.1.2，其与离合操作组件2.1.3配合可在离合操作组件2.1.3的作用下向机柜内侧方向运动，使接触扩大面2.1.1.1与纵向导热横梁2.1.2、横向导热块2.1.1前端与冷凝段1.1.2接触，在服务器上架后，连通整个换热路线。
优选地，纵向导热横梁2.1.2与横向导热块2.1.1均由铜等热的良导体组成。
图12示出了根据本发明的换热组件的离合操作组件的实施例的示意图，其中。离合操作组件2.1.3包括离合滑道2.1.3.1，顶针2.1.3.2，丝杆2.1.3.3，轴承2.1.3.4组成。离合滑道2.1.3.1纵向(即平行于纵向导热梁2.1.2的方向)放置，用于限定顶针2.1.3.2的运动方向，使其只能前后(即沿着离合滑道2.1.3.1延伸的方向)运动，且不能转动。离合滑道2.1.3.1还用于固定轴承2.1.3.4。
此外，顶针2.1.3.2前端(第一端)设置第一斜面2.1.3.2.1，该斜面与横向导热块2.1.1尾端(第二端)的斜面2.1.1.2配合。当顶针2.1.3.2向机柜尾部方向(即顶针2.1.3.2的第一端的方向)运动时，可迫使横向导热块2.1.1向机柜内侧方向(即朝向服务器1的方向)运动。当顶针2.1.3.2向机柜前方(即顶针2.1.3.2的第二端的方向)运动时，可撤销其施加在横向导热块2.1.1上的作用力，这样可保证横向导热块2.1.1在弹簧2.1.4的作用下向机柜外侧(即背离服务器1的方向)运动。
进一步地，顶针2.1.3.2尾端(第二端)设有螺纹孔，该螺纹孔与丝杆2.1.3.3的第一端配合。在丝杆2.1.3.3转动时，可使丝杆2.1.3.3与顶针2.1.3.2相对运动。丝杆2.1.3.3上位于机柜前方的一端(丝杆2.1.3.3的第二端)设有十字槽、六角槽等驱动槽结构，方便人员利用相应的工具使其转动。
轴承2.1.3.4设置于滑道2.1.3.1上，其作用是支撑丝杆2.1.3.3，并限定丝杆2.1.3.3的位置。这样当丝杆2.1.3.3转动时，便能使顶针2.1.3.2前后(即沿离合滑道的方向)运动，进而使横向导热块2.1.1横向(即沿开口滑倒)运动。
此外，图8中示出的固定立柱2.3的作用是固定离合操作组件2.1.3与纵向导热横梁2.1.2。
在图3所示的实施例中，冷凝器3为风冷冷凝器。然而，冷凝器3也可以是液冷冷凝器。鉴于冷凝器本身，以及冷凝器与热管的配合均为成熟技术，在此不做展开说明。
采用上述技术方案，本发明至少具有如下有益效果：针对目前数据中心制冷***传热过程效率低下的问题，对数据中心的服务器机柜进行了改进，提出了新型的具有以双级热管制冷的服务器的直通式散热机柜，以热管为主要传递媒介，将设备中的CPU等主要发热器件产生的热量直接传递至室外，避免了多级换热的情况，有效地提高了数据中心散热***传热效率，从而减少了电量的需求，提高了数据中心的散热效率。
应当理解的是，在技术上可行的情况下，以上针对不同实施例所列举的技术特征可以相互组合，从而形成本发明范围内的另外实施例。此外，本文所述的特定示例和实施例是非限制性的，并且可以对以上所阐述的结构、步骤及顺序做出相应修改而不脱离本发明的保护范围。
在本申请中，反意连接词的使用旨在包括连接词。定或不定冠词的使用并不旨在指示基数。具体而言，对“该”对象或“一”和“一个”对象的引用旨在表示多个这样对象中可能的一个。然而，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。此外，可以使用连接词“或”来传达同时存在的特征，而不是互斥方案。换句话说，连接词“或”应理解为包括“和/或”。术语“包括”是包容性的并且具有与“包含”相同的范围。
上述实施例，特别是任何“优选”实施例是实施方式的可能示例，并且仅仅为了清楚理解本发明的原理而提出。在基本上不脱离本文描述的技术的精神和原理的情况下，可以对上述实施例做出许多变化和修改。所有修改旨在被包括在本公开的范围内。
Claims (8)
1.一种直通式散热机柜，其特征在于，所述直通式散热机柜包括：
服务器，所述服务器中具有环路热管，所述环路热管包括蒸发段、冷凝段和管路，所述蒸发段与所述服务器的发热器件导热地相接触，所述冷凝段设置在所述服务器的外壳侧壁的开孔中，所述蒸发段和所述冷凝段通过所述管路导热地连接；
容纳所述服务器的柜体，所述柜体具有换热组件和与所述换热组件导热地接合的重力热管，所述换热组件与所述冷凝段可分离且导热地相接触；和
冷凝器，所述冷凝器与所述重力热管导热地接合；
其中，所述换热组件包括可相对滑动的横向导热块和与所述横向导热块导热地接合的纵向导热横梁，所述横向导热块的第一端与所述冷凝段导热地相接触，所述纵向导热横梁与所述重力热管导热地相接触；所述纵向导热横梁上设置有开口和从所述开口延伸的开口滑道，所述横向导热块以穿过所述开口和所述开口滑道的方式与所述纵向导热横梁导热地接合；
所述换热组件还包括弹簧与离合操作组件，所述离合操作组件配置用于迫使所述横向导热块朝向所述冷凝段的方向运动，所述弹簧配置用于在所述离合操作组件的作用力消失后，将所述横向导热块朝向远离所述冷凝段的方向偏置。
2.根据权利要求1所述的直通式散热机柜，其特征在于，所述弹簧的一端固定在所述横向导热块上，所述弹簧的另一端固定在所述纵向导热横梁上，以将所述横向导热块朝向远离所述冷凝段的方向偏置。
3.根据权利要求1所述的直通式散热机柜，其特征在于，所述离合操作组件包括离合滑道、顶针、与顶针接合的丝杆、设置在丝杆上的轴承，所述离合滑道平行于所述纵向导热横梁延伸，所述顶针、所述丝杆和所述轴承设置在所述离合滑道中。
4.根据权利要求3所述的直通式散热机柜，其特征在于，所述顶针的第一端设置有第一斜面，所述顶针的第二端设置有螺纹孔，所述螺纹孔与所述丝杆的第一端相接合。
5.根据权利要求3所述的直通式散热机柜，其特征在于，所述丝杆通过所述轴承可旋转地固定在所述离合滑道中，所述丝杆的第二端设置有驱动槽。
6.根据权利要求3所述的直通式散热机柜，其特征在于，所述横向导热块的第二端设有第二斜面，所述第二斜面与所述顶针的第一斜面相配合，使得所述顶针沿所述离合滑道的滑动引起所述横向导热块沿所述开口滑道的滑动。
7.根据权利要求1所述的直通式散热机柜，其特征在于，所述横向导热块上设置有接触扩大面，所述接触扩大面与所述纵向导热横梁之间具有导热垫。
8.根据权利要求1所述的直通式散热机柜，其特征在于，所述冷凝段与所述服务器的外壳侧壁之间设置有隔热片。
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