CN108260329B - 刀片服务器热管散热系统的横条式风道隔断封闭装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了刀片服务器热管散热系统的横条式风道隔断封闭装置，包括隔断横条、固定内隔断板、外围风道等。隔断横条与固定内隔断板把外围风道分成两部分：第一部分为用于芯片级嵌入式热管散热翅片冷却的热风道；第二部分为用于刀片服务器其它电子元件冷却的冷风道。隔断横条的主要作用是隔断封闭风道内嵌入式热管的气管和液管，隔断横条的大小和数量可以根据风道内嵌入式热管的数量调整。本发明横条式风道隔断封闭装置与现有技术相比，具有封闭效果良好、操作简单、安全洁净、易于工程实施等优点。

Description

刀片服务器热管散热系统的横条式风道隔断封闭装置

技术领域

本发明属于数据中心散热技术领域，涉及刀片服务器热管散热系统的横条式风道隔断封闭装置。

背景技术

数据中心(又称机房)的散热能耗问题随着数据中心规模和机柜功率密度的增大而越来越受到关注和重视。数据中心传统的散热方式主要是空调风冷系统和单相循环水冷系统。空调风冷系统结构简单，最易实施，但散热能力有限，能耗高；水冷系统散热能力强，但系统庞大复杂，并且出于安全考虑水冷管路须布置在机房外。热管技术作为一种被动式两相换热技术，被誉为“热的超导体”，近年来在数据中心得到了初步的应用，包括热管换热器(热管式空调)和热管背板等，在节能降耗方面发挥了巨大的作用。

目前现有技术主要是针对机房整体或单个机柜进行散热设计，属于机房级和机柜级的散热模式，因此无法有效地解决机柜中无数服务器芯片的局部散热问题和实现高功率下工作温度的有效控制。而从服务器产生热量的来源角度来看，主要芯片产生的热量占服务器发热的70％以上。要想解决这一问题，适应未来高功率密度机柜和大功率服务器的发展需要，开发一种基于芯片级散热模式的新型机房散热方式将成为今后的主流方向。芯片级散热模式是指采用先进冷却技术直接作用于服务器的芯片发热位置。备选的技术包括单相液冷回路、浸泡式液冷、热管冷却技术等。单相液冷回路是将液体通过管路直接输送到发热芯片表面带走热量，浸泡式液冷是将芯片直接浸没在液体中，这两种方式都存在辅助配套系统庞大、成本高、后期维护繁琐、存在泄露安全隐患等不足。而热管技术作为一种被动式传热元件，且自成一个封闭单元模块，具有结构简单、传热能力大、无需泵驱动，与机房内风冷或者机房外水冷系统耦合方便的优点。发明专利(申请号201621460620.4)公开了一种用于刀片服务器芯片散热的嵌入式热管及风冷系统装置，提出了采用嵌入式热管直接与服务器的芯片接触，通过热管将芯片的热量从服务器内快速输送到服务器外部的方法，并针对机柜内的刀片服务器芯片的散热，开展了嵌入式热管的工作方案、结构特征和布置形式的详细设计。本发明专利在该发明专利的基础上，针对嵌入式热管的气管和液管的隔断封闭问题，提出了刀片服务器热管散热系统的横条式风道隔断封闭装置，用于把外围风道分割成用于嵌入式热管翅片冷却的热风道和用于刀片服务器冷却的冷风道，由于每个嵌入式热管有一根气管和一根液管，多个嵌入式热管形成多管道阵列，使得风道分割存在一定的困难，本发明专利主要是为了解决多管道阵列的隔断封闭问题。

发明内容

本发明的目的在于提出刀片服务器热管散热系统的横条式风道隔断封闭装置，开展隔断横条的结构和布置设计，以及与固定内隔断板和外围风道的耦合设计，以解决多管道阵列的隔断封闭问题。具有封闭效果良好、操作简单、安全洁净、易于工程实施等优点。

本发明的技术方案如下：

为了实现上述发明目的，刀片服务器热管散热系统的横条式风道隔断封闭装置，包括第一隔断横条、第二隔断横条、第三隔断横条、第四隔断横条、两个结构功能相同的第一固定内隔断板及第二固定内隔断板；第一隔断横条隔断封闭长嵌入式热管气管、第二隔断横条隔断封闭长嵌入式热管液管、第三隔断横条隔断封闭短嵌入式热管气管、第四隔断横条隔断封闭短嵌入式热管液管，第一隔断横条、第二隔断横条、第三隔断横条、第四隔断横条位于两块固定内隔断板之间，组成隔断封闭面，隔断封闭面的高度大于刀片服务器的高度。

所述的隔断封闭面两端有若干用于隔断横条定位及固定的螺栓孔，通过螺栓将隔断横条固定。

所述的第一隔断横条、第二隔断横条、第三隔断横条、第四隔断横条之间有1-2mm的重合。

所述的第一隔断横条、第二隔断横条、第三隔断横条、第四隔断横条的重合方式包括但不限于叠片式或交叉式，保证隔断封闭效果。

所述的第一隔断横条、第二隔断横条、第三隔断横条或者第四隔断横条只隔断封闭一个横排气管或液管，并根据气管或液管的大小及间距布置孔洞，以包裹气管或液管，形成隔断封闭效果，并起到支撑作用。

所述的第一隔断横条、第二隔断横条、第三隔断横条或者第四隔断横条的厚度为1-5mm。

所述的材料包括但不限于塑料、厚布料、皮料、金属等。

所述的固定内隔断板的厚度为1-5mm。

所述的固定内隔断板的材料包括但不限于塑料或金属，优选金属。

本发明的有益效果：

1)本发明给出了刀片服务器热管散热系统的横条式风道隔断封闭装置，解决了多管道阵列的隔断封闭问题。

2)本发明的横条式风道隔断封闭装置把外围风道分割成用于嵌入式热管翅片冷却的热风道和用于刀片服务器冷却的冷风道，使得热风道的热风和冷通道的冷风不会发生冷热掺混，保证各风道的冷却效果。

3)本发明的隔断横条具有定位和支撑作用，可以使嵌入式热管在长时间使用过程中不会发生位移和结构变形。

4)本发明具有封闭效果良好、操作简单、安全洁净、易于工程实施等优点。

附图说明

图1为本发明的刀片服务器热管散热系统的横条式风道隔断封闭装置的一种结构示意图；

图2为安装嵌入式热管后的刀片服务器结构示意图；

图3为本发明装置图1的隔断封闭面示意图；

图4为本发明装置图1的局部俯视图。

其中：1、第一隔断横条；2、第二隔断横条；3、第三隔断横条；4、第四隔断横条；5、固定内隔断板；6、上CPU芯片；7、下CPU芯片；8、长嵌入式热管气管；9、长嵌入式热管液管；10、短嵌入式热管气管；11、短嵌入式热管液管；12、长嵌入式热管风冷翅片；13、短嵌入式热管风冷翅片；14、刀片服务器；15、隔断横条定位孔；16、隔断封闭面；17、固定螺栓；101、热风道；102、冷风道；103、热风道入口方向；104、热风道出口方向；105、冷风道入口方向；106、冷风道出口方向。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本发明做进一步的详细说明。

图1所示本发明提供的刀片服务器热管散热系统的横条式风道隔断封闭装置的一种结构示意图，该实施例以一个刀片服务器14为例，含两个嵌入式热管，其中包括上CPU芯片6、下CPU芯片7、长嵌入式热管气管8、长嵌入式热管液管9、短嵌入式热管气管10、短嵌入式热管液管11、长嵌入式热管风冷翅片12、短嵌入式热管风冷翅片13。嵌入式热管将服务器CPU芯片的热量快速地传递到风冷翅片中，通过热风道101进行冷却，热风道入口103输送的冷风给风冷翅片12、13冷却后，冷风把翅片上的热量带走变成热风，由出口104进入机房空调进行循环冷却；服务器内部其他电子元件的热量通过冷通道102进行冷却，冷风道入口105输送的冷风被刀片服务器14后置的风扇所吸，流经服务器内部，变成热风从出口106进入机房空调进行循环冷却。该技术的具体结构和设计可见发明专利(申请号201621460620.4)。为了保证冷热风道的冷却效果，需要把冷热风道进行物理隔断，隔断横条1-5和固定内隔断板5共同把外围风道分割成热通道101和冷通道102，下面就具体的实施方案进行说明。

现有风冷型刀片服务器内有很多电子元器件，其中主要发热元器件为CPU芯片。一般的刀片服务器内有两个CPU芯片，即上CPU芯片6和下CPU芯片7，其总发热量占整个刀片服务器发热量的70％及以上。以上CPU芯片6为例，为了对CPU芯片进行有效地散热和冷却，传统的风冷技术在CPU的上表面放置风冷翅片，由服务器后置的风扇进行吸风(或吹风)。芯片产生的热量通过热传导的方式传递给风冷翅片，再通过流过风冷翅片的冷空气带走热量。由于刀片服务器的厚度较薄，风冷翅片的厚度只有刀片服务器的一半左右，加上服务器内的有效散热空间有限，风冷翅片的翅片换热表面积已达到了极限，换热能力受到限制，导致对芯片的冷却能力和温度控制水平的不足。此外，简单的导热加翅片的形式，会随着翅片高度的增大而翅片肋效会降低。因此如果要提高风冷翅片对芯片的冷却和控温能力，必须提高流过翅片表面的空气的风速，或者降低流过翅片表面的空气的风温。风速的提高需要加大服务器风扇的功率，风温的降低需要机房精密空调吹出温度更低的冷空气，这两者都会带来整个数据中心能耗的增加。采用嵌入式热管技术能够较好地解决上述冷却温控不足和能耗增加的问题，具体的实施方案可详见发明专利(申请号201621460620.4)。

嵌入式热管的风冷翅片需要外围风道进行及时有效的冷却，对于刀片服务器14中的两个CPU，需要两个嵌入式热管，为了每个热管的风冷翅片得到相同的冷却条件，风冷翅片的布置如图1所示，长嵌入式热管风冷翅片12和短嵌入式热管风冷翅片13互不干涉。安装完两个嵌入式热管后的刀片服务器如图2所示，可以看到每个刀片服务器有四根管道，分别为：长嵌入式热管气管8、长嵌入式热管液管9、短嵌入式热管气管10、短嵌入式热管液管11。一个刀箱大概有相同的刀片服务器8-16个，以16个为例，如果全部安装嵌入式热管，则在风冷翅片和机柜之间存在大量的管道，形成一个4×16的管道阵列，这对于外围风道的隔断封闭带来极大的挑战。前面已经提到，为了保证冷热风道的冷却效果，需要把冷热风道进行物理隔断，本发明提供一种新型的可解决多管道阵列的风道隔断封闭技术。

为了便于刀片服务器的安装与维护，风道隔断封闭装置必需是可以方便拆卸的，在冷热风道隔断中，需要针对每个刀箱预留刀片服务器的操作空间，因此，固定内隔断板之间需要预留隔断封闭面，这个隔断封闭面的面积比刀箱的横截面略大，安装完毕后，管道阵列就是穿插在隔断封闭面内，一般的隔断封闭技术难以满足管道阵列的封闭要求。图3为隔断封闭面的示意图，以三个刀片服务器为例，隔断横条1负责封闭长嵌入式热管气管8，隔断横条2负责封闭长嵌入式热管气管9，隔断横条3负责封闭长嵌入式热管气管10，隔断横条4负责封闭长嵌入式热管气管11。隔断横条根据气管或液管的大小及间距布置适当的孔洞，以包裹气管或液管，形成隔断封闭效果，并起到一定的支撑作用，保证嵌入式热管在长时间使用过程中不会发生位移和结构变形。隔断横条之间有1-2mm的重合，重合方式包括但不限于叠片式或交叉式，保证隔断封闭效果。隔断封闭面左右两端有若干用于隔断横条定位及固定的螺栓孔15，通过螺栓17将隔断横条固定。每个隔断横条都是独立安装固定的，在刀片服务器需要维护时，依次把隔断横条拆卸下来即可，维护完成后再依次把隔断横条安装固定，操作简单方便。图4为局部俯视图，可以更清晰地看到通过隔断横条和固定内隔断板把外围风道分割成热风道101和冷风道102，从而保证冷热风道的冷却效果。

最后所应说明的是，以上内容仅仅是对本发明的具体实施方式所作的举例和说明，而并非限制。依据本发明的构想对上述实施方式进行修改或补充或采用类似的方式替代，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.刀片服务器热管散热系统的横条式风道隔断封闭装置，其特征在于包括第一隔断横条(1)、第二隔断横条(2)、第三隔断横条(3)、第四隔断横条(4)、两个结构功能相同的第一固定内隔断板(5)及第二固定内隔断板(5)；第一隔断横条(1)隔断封闭长嵌入式热管气管(8)、第二隔断横条(2)隔断封闭长嵌入式热管液管(9)、第三隔断横条(3)隔断封闭短嵌入式热管气管(10)、第四隔断横条(4)隔断封闭短嵌入式热管液管(11)，第一隔断横条(1)、第二隔断横条(2)、第三隔断横条(3)、第四隔断横条(4)位于两块固定内隔断板(5)之间，组成隔断封闭面，隔断封闭面的高度大于刀片服务器(14)的高度；

所述的第一隔断横条(1)、第二隔断横条(2)、第三隔断横条(3)、第四隔断横条(4)之间有1-2mm的重合；

所述的第一隔断横条(1)、第二隔断横条(2)、第三隔断横条(3)、第四隔断横条(4)的重合方式包括但不限于叠片式或交叉式。

2.根据权利要求1所述的刀片服务器热管散热系统的横条式风道隔断封闭装置，其特征在于：所述的隔断封闭面两端有若干用于隔断横条定位及固定的螺栓孔，通过螺栓将隔断横条固定。

3.根据权利要求1所述的刀片服务器热管散热系统的横条式风道隔断封闭装置，其特征在于：所述的第一隔断横条(1)、第二隔断横条(2)、第三隔断横条(3)或者第四隔断横条(4)只隔断封闭一个横排气管或液管，并根据气管或液管的大小及间距布置孔洞，以包裹气管或液管，形成隔断封闭效果，并起到支撑作用。

4.根据权利要求1所述的刀片服务器热管散热系统的横条式风道隔断封闭装置，其特征在于：所述的第一隔断横条(1)、第二隔断横条(2)、第三隔断横条(3)或者第四隔断横条(4)的厚度为1-5mm。

5.根据权利要求1所述的刀片服务器热管散热系统的横条式风道隔断封闭装置，其特征在于：所述的固定内隔断板(5)的厚度为1-5mm。

6.根据权利要求1所述的刀片服务器热管散热系统的横条式风道隔断封闭装置，其特征在于：所述的固定内隔断板(5)的材料包括但不限于塑料或金属。