CN109068539B - 一种分段式风道隔断装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分段式风道隔断装置，包括分段式隔断装置、固定内隔断块，分段式隔断装置与固定内隔断块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。分段式隔断装置由左右对称的两片隔断块组成，由固定孔通过螺钉组合成一个整体，再由定位孔通过螺钉与固定内隔断块连接。分段式隔断装置的孔洞大小和数量可以根据风道内嵌入式热管的数量调整，其主要作用是隔断封闭风道内嵌入式热管的气管和液管。本发明提供了一种用于刀片服务器芯片级嵌入式热管散热系统的分段式风道隔断装置，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

一种分段式风道隔断装置

技术领域

本发明属于数据中心散热技术领域，涉及一种用于刀片服务器芯片级嵌入式热管散热系统的分段式风道隔断装置。

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。目前的冷却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。

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。

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。因此，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，能够较好地解决上述冷却温控不足和能耗增加的问题。然而，该方法热风道和风通道在一个空间内，热风道的热风和冷通道的冷风发生冷热掺混，无法保证各风道的冷却效果。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种分段式风道隔断装置，用于带有芯片级散热系统的刀片服务器的机柜，把刀片服务器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，提高各风道的冷却效果。

本发明的技术解决方案是：一种分段式风道隔断装置，用于带有芯片级散热系统的刀片服务器的机柜，所述机柜内部设置有M个带有芯片级散热系统的刀片服务器，所述带有芯片级散热系统的刀片服务器包括n个芯片，每个芯片通过m根嵌入式热管与嵌入式热管风冷翅片相连，在刀片服务器外围形成风道散热，M≥1，n≥1，m≥1其特征在于：包括M个隔离装置、两个固定内隔断块，所述固定内隔断块固定在机柜上，每个隔离装置两端与固定内隔断块连接，共同形成分段式隔断面，该分段式隔断面把刀片服务器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。

所述隔离装置由对称的两片隔断块组成，两片隔断块拼合连接后形成m个与嵌入式热管截面相匹配的孔，嵌入式热管从中穿过。

所述隔断块由多个隔断段拼合组成。

所述隔断块边沿处设有凹槽，凹槽内设有垫条，相邻连接隔断块之间和隔断块与嵌入式热管之间密封连接。

所述隔断段边沿处设有凹槽，凹槽内设有垫条，相邻连接的隔断段之间密封连接。

所述垫条为胶垫、布垫或者金属垫。

所述凹槽内嵌入磁条，通过磁吸固定及封闭。

所述隔断段的材料为塑料或金属。

所述固定内隔断块的材料为塑料或金属。

所述固定内隔断块的厚度为2-5mm。

所述隔断段的厚度为2-5mm。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)、本发明的分段式风道隔断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；

(2)、本发明隔离装置由对称的两片隔断块组成，两片隔断块拼合连接后形成m个与嵌入式热管截面相匹配的孔，以解决刀片服务器采用多个嵌入式热管形成多管道阵列，将风道分割存在一定的困难的问题；

(3)、本发明隔断块由多个隔断段拼合组成，可以适应多个嵌入式热管的情况，可扩展性能强；

(4)、本发明在隔断块边沿、隔断段边沿处均设有凹槽，凹槽内部设有垫条或者磁条，从而增强隔断封闭效果。

(5)本发明的分段式隔断装置具有给刀片服务器内嵌入式热管定位和支撑作用，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。

(6)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为本发明的用于刀片服务器芯片级嵌入式热管散热系统的分段式风道隔断装置的一种结构示意图；

图2为本发明实施例安装嵌入式热管后的刀片服务器结构示意图；

图3为本发明实施例图1的隔断封闭面示意图；

图4为本发明实施例图1的局部俯视图；

图5为本发明实施例分段式隔断装置的结构示意图。

图5(a)为本发明实施例分段式隔断装置左半部分的主视图；

图5(b)为本发明实施例分段式隔断装置左半部分的主视图；

图5(c)为本发明实施例分段式隔断装置左半部分的侧视图；

其中：1、分段式隔断装置；2、定位螺钉；3、固定孔；4、固定内隔断块；5、固定内隔断块；6、上CPU芯片；7、下CPU芯片；8、长嵌入式热管气管；9、长嵌入式液管；10、短嵌入式气管；11、短嵌入式液管；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、定位孔；16、隔断封闭面；17、垫条；18、磁条；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。

本发明提供了一种分段式风道隔断装置，用于带有芯片级散热系统的刀片服务器的机柜，所述机柜内部设置有M个带有芯片级散热系统的刀片服务器，所述带有芯片级散热系统的刀片服务器包括n个芯片，每个芯片通过m根嵌入式热管与嵌入式热管风冷翅片相连，在刀片服务器外围形成风道散热，M≥1，n≥1，m≥1，该分段式风道隔断装置包括M个隔离装置1、两个固定内隔断块4、5，所述固定内隔断块4、5固定在机柜上，每个隔离装置1两端与固定内隔断块4、5连接，共同形成分段式隔断面，该分段式隔断面把刀片服务器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12、13冷却的热风道101；第二部分为用于刀片服务器14内其它电子元件冷却的冷风道102。

所述隔离装置1由对称的两片隔断块组成，两片隔断块拼合连接后形成m个与嵌入式热管截面相匹配的孔，嵌入式热管从中穿过，以解决刀片服务器采用多个嵌入式热管形成多管道阵列，将风道分割存在一定的困难的问题。

所述隔断块由多个隔断段拼合组成，可以适应多个嵌入式热管的情况，可扩展性能强。

所述隔断块边沿处设有凹槽，凹槽内设有垫条，使得相邻连接隔断块之间和隔断块与嵌入式热管之间密封连接。

所述隔断段边沿处设有凹槽，凹槽内设有垫条，使得相邻连接的隔断段之间密封连接。所述垫条为胶垫、布垫或者金属垫。

作为另一个优选方案，所述凹槽内也可以嵌入磁条，通过磁吸固定及封闭。

所述隔断段的材料为塑料或金属，厚度为2-5mm。

所述固定内隔断块的材料为塑料或金属，厚度为2-5mm。

实施例

图1所示本发明提供的用于刀片服务器芯片级嵌入式热管散热系统的分段式风道隔断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、长嵌入式气管8、长嵌入式液管9、短嵌入式气管10、短嵌入式液管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。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，分段式隔断装置1和固定内隔断块4、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。

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：长嵌入式气管8、长嵌入式液管9、短嵌入式气管10、短嵌入式液管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装置。

为了便于刀片服务器的安装与维护，风道隔断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，固定内隔断块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。每个刀片服务器都有与之对应的分段式隔断装置，该分段式隔断装置独立地隔断该刀片服务器的长气管、长液管、短气管、短液管。刀片服务器之间的分段式隔断装置相连，形成分割外围分段的隔断封闭面，从而把外围风道分割为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，如图4所示。每个分段式隔断装置由左右对称的两片隔断块组成，如图4的局部放大图所示。隔断块成“凹形”，中间是宽2-5mm的隔断面，隔断面中间有一条宽0.5-1mm、深0.2-0.5mm的凹槽，一条垫条或磁条位于凹槽中，通过固定孔由螺钉固定，通过挤压变形或者磁力增强隔断封闭效果。隔断块的边沿是宽1-2mm的隔断面，刀片服务器之间的分段式隔断装置相连，边沿的隔断面与隔断面紧贴从而形成隔断封闭效果。

如图5(a)～图5(c)所示，每个分段式隔断装置由左右对称的两片隔断块组成，隔断块根据需要隔断封闭管道的数量开若干孔洞，如刀片服务器有两个嵌入式热管散热器，则有四根管道，需要开四个孔洞。两个隔断块中间有三个固定孔3，通过螺钉把两个隔断块固定为一个整体；上下各有两个定位孔，通过定位螺钉2与固定内隔断块相连。装备分段式隔断装置的刀片服务器可以无障碍的插拔，不影响相邻的刀片服务器，从而更加便于安装与维护。

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 (9)

1.一种分段式风道隔断装置，用于带有芯片级散热系统的刀片服务器的机柜，所述机柜内部设置有M个带有芯片级散热系统的刀片服务器，所述带有芯片级散热系统的刀片服务器包括n个芯片，每个芯片通过m根嵌入式热管与嵌入式热管风冷翅片相连，在刀片服务器外围形成风道散热，M≥1，n≥1，m≥1其特征在于：包括M个隔离装置(1)、两个固定内隔断块(4、5)，所述固定内隔断块(4、5)固定在机柜上，每个隔离装置(1)两端与固定内隔断块(4、5)连接，共同形成分段式隔断面，该分段式隔断面把刀片服务器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(12、13)冷却的热风道(101)；第二部分为用于刀片服务器(14)其它电子元件冷却的冷风道(102) ；

所述隔离装置(1)由对称的两片隔断块组成，两片隔断块拼合连接后形成m个与嵌入式热管截面相匹配的孔，嵌入式热管从中穿过，即隔断块根据需要隔断封闭管道的数量开若干孔洞；所述隔断块由多个隔断段拼合组成；每个刀片服务器都有与之对应的分段式隔断装置，该分段式隔断装置独立地隔断该刀片服务器的长气管、长液管、短气管、短液管；刀片服务器之间的分段式隔断装置相连，形成分割外围分段的隔断封闭面，从而把外围风道分割为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，两个隔断块中间有三个固定孔3，通过螺钉把两个隔断块固定为一个整体；上下各有两个定位孔，通过定位螺钉2与固定内隔断块相连， 装备分段式隔断装置的刀片服务器可以无障碍的插拔，不影响相邻的刀片服务器。

2.根据权利要求1所述的一种分段式风道隔断装置，其特征在于：所述隔断块边沿处设有凹槽，凹槽内设有垫条，相邻连接隔断块之间和隔断块与嵌入式热管之间密封连接。

3.根据权利要求1所述的一种分段式风道隔断装置，其特征在于：所述隔断段边沿处设有凹槽，凹槽内设有垫条，相邻连接的隔断段之间密封连接。

4.根据权利要求2或3所述的一种分段式风道隔断装置，其特征在于：所述垫条为胶垫、布垫或者金属垫。

5.根据权利要求2或3所述的一种分段式风道隔断装置，其特征在于：所述凹槽内嵌入磁条，通过磁吸固定及封闭。

6.根据权利要求1所述的一种分段式风道隔断装置，其特征在于：所述隔断段的材料为塑料或金属。

7.根据权利要求1所述的一种分段式风道隔断装置，其特征在于：所述固定内隔断块的材料为塑料或金属。

8.根据权利要求1所述的一种分段式风道隔断装置，其特征在于：所述固定内隔断块的厚度为2-5mm。

9.根据权利要求1所述的一种分段式风道隔断装置，其特征在于：所述隔断段的厚度为2-5mm。

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