CN110597373A - 斯特林散热装置、服务器机柜散热系统及其散热方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种斯特林散热装置、服务器机柜散热系统及其散热方法。斯特林散热装置包括：用于与服务器中的主要发热部件(1)导热连接的吸热基座(3)；斯特林发动机(4)，所述吸热基座(3)设置于所述斯特林发动机(4)的热端；用于对所述服务器中的发热部件进行散热的风扇叶轮(6)，所述风扇叶轮(6)由所述斯特林发动机(4)驱动转动，所述风扇叶轮(6)设置于所述斯特林发动机(4)的冷端并对其进行散热。本发明提供的斯特林散热装置，以利用废弃热量，减少能源浪费。

Description

斯特林散热装置、服务器机柜散热系统及其散热方法
技术领域
本发明涉及散热设备技术领域，特别涉及一种斯特林散热装置、服务器机柜散热系统及其散热方法。
背景技术
伴随云计算、AI智能及大数据等新型互联网技术的发展，对于服务器的性能提出了很高的要求。在这种高要求下，服务器功率和服务器密度大大升高，进而带来热量的增加和散热的难度。为了带来更大的功率密度，服务器一般以服务器柜的形式设计，服务器柜又以服务器基站的形式来设计，这样高功率的服务器机群会在较小的空间内产生较多的热量，而累积的热量会造成散热的困难大大增加，服务器环境温度的增加会对服务器和内部电子元器件的正常工作造成破坏性影响。
为保证服务器的正常工作，需要对服务器进行散热，通常采用空气对流散热的方式，利用高速风扇产生空气流动，带走器件产生的热空气，降低服务器内部空气温度，保障服务器的正常长时间工作。
但是，服务器常用的空气对流散热方式带走的热量为废弃热量，未加以利用，废弃热量还需要外部服务器机房的空调系统再进行降温处理，间接带来附加电能的消耗。以中央处理器CPU的散热为例，服务器主要发热源为中央处理器CPU，CPU顶端放置散热器，在服务器的末端放置风扇散热组，通过风扇散热组带来的空气流动，将CPU及其他发热器件上的散热片的热量带走。采用空气对流散热方式的服务器所带走的热量进入到服务器机房中，进入机房中的热量又需要服务器机房空调进行制冷处理。这样，服务器产生的热量不仅浪费掉，同时增加了附加的电能消耗。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种斯特林散热装置，以利用废弃热量，减少能源浪费。本发明还提供了一种服务器机柜散热系统极其散热方法。
一种斯特林散热装置，包括：
用于与服务器中的主要发热部件导热连接的吸热基座；
斯特林发动机，所述吸热基座设置于所述斯特林发动机的热端；
用于对所述服务器中的发热部件进行散热的风扇叶轮，所述风扇叶轮由所述斯特林发动机驱动转动，所述风扇叶轮设置于所述斯特林发动机的冷端并对其进行散热。
可选地，上述斯特林散热装置中，所述斯特林发动机还包括斯特林发动机散热片；
所述斯特林发动机散热片设置于所述斯特林发动机的冷端。
可选地，上述斯特林散热装置中，所述斯特林发动机散热片位于所述风扇叶轮的吹风区域；
所述风扇叶轮转动产生的气流经过所述斯特林发动机散热片。
可选地，上述斯特林散热装置中，所述吸热基座为热管基座；
所述热管基座与所述主要发热部件通过热管导热连接。
可选地，上述斯特林散热装置中，所述热管基座为单片服务器的热管基座；
或，所述热管基座为多个服务器叠加在一起组成的热管基座。
可选地，上述斯特林散热装置中，所述主要发热部件为所述服务器的中央处理器。
本发明还提供了一种服务器机柜散热系统，包括如上述任一项所述的斯特林散热装置。
可选地，上述服务器机柜散热系统中，还包括用于对所述服务器的全部发热部件进行散热的风扇散热组，所述风扇散热组由供电设备提供电量而进行风扇转动。
本发明还提供了一种散热方法，应用如上所述的服务器机柜散热系统，包括：
1)服务器开机后，所述风扇散热组开始运行；
2)服务器的主要发热部件发热并使得所述斯特林发动机的热端和其冷端的温度差满足需求时，所述斯特林散热装置开始运行，所述斯特林发动机驱动所述风扇叶轮转动；
3)服务器关机后，所述风扇散热组及所述斯特林散热装置进入停转状态。
可选地，上述散热方法中，所述步骤2)中，当服务器暂时或突发发热较为严重，使得所述斯特林发动机的所述风扇叶轮对服务器的散热能力不满足需求时，所述风扇散热组的风扇转速增加；
当服务器暂时或突发发热转为正常后，使得所述斯特林发动机的所述风扇叶轮对服务器的散热能力满足需求时，所述风扇散热组的风扇转速回复正常。
可选地，上述散热方法中，所述步骤3)中还包括：当服务器关机时，所述风扇散热组的风扇进入低速运行状态；直至服务器的温度降低至安全环境温度或所述风扇散热组的风扇进入低速运行状态经过预设定延迟时间后，所述风扇散热组进入停转状态。
从上述的技术方案可以看出，本发明提供的斯特林散热装置，通过吸热基座吸收服务器中的主要发热部件的热量，吸热基座设置于斯特林发动机的热端。当主要发热部件的温度升高并到达斯特林发动机的热端和其冷端的温度差足以满足斯特林发动机带动风扇叶轮转动时，风扇叶轮转动产生的风流经服务器中的发热部件，对服务器中的发热部件进行散热；并且，风扇叶轮设置于斯特林发动机的冷端并对其进行散热，确保了斯特林发动机的热端和其冷端的温度差，使斯特林发动机持续处于运转状态，使得风扇叶轮能够得到足够动力而转动。本发明实施例提供的斯特林散热装置，对服务器柜内的服务器产生的废气热量进行再处理，应用主要发热部件的热量通过斯特林发动机驱动风扇叶轮转动，从而实现了对服务器中发热部件的散热操作，减少了在服务器散热过程中的电能消耗，减少能源浪费，从而起到节省能源的作用。
本发明还提供了一种服务器机柜散热系统极其散热方法，具有上述斯特林散热装置的服务器机柜散热系统及散热方法也应具有同样地技术效果，在此不再一一累述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明提供的斯特林散热装置的结构示意图；
图2为本发明提供的散热方法的流程示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种斯特林散热装置，本发明提供了一种斯特林散热装置，以利用废弃热量，减少能源浪费。本发明还提供了一种服务器机柜散热系统极其散热方法。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，本发明实施例提供了一种斯特林散热装置，包括吸热基座3、斯特林发动机4及风扇叶轮6，吸热基座3用于与服务器中的主要发热部件1导热连接；吸热基座3设置于斯特林发动机4的热端；风扇叶轮6用于对服务器中的发热部件进行散热，风扇叶轮6由斯特林发动机4驱动转动，风扇叶轮6设置于斯特林发动机4的冷端并对其进行散热。
本发明实施例提供的斯特林散热装置，通过吸热基座3吸收服务器中的主要发热部件1的热量，吸热基座3设置于斯特林发动机4的热端。当主要发热部件1的温度升高并到达斯特林发动机4的热端和其冷端的温度差足以满足斯特林发动机4带动风扇叶轮6转动时，风扇叶轮6转动产生的风流经服务器中的发热部件，对服务器中的发热部件进行散热；并且，风扇叶轮6设置于斯特林发动机4的冷端并对其进行散热，确保了斯特林发动机4的热端和其冷端的温度差，使斯特林发动机4持续处于运转状态，使得风扇叶轮6能够得到足够动力而转动。本发明实施例提供的斯特林散热装置，对服务器柜内的服务器产生的废气热量进行再处理，应用主要发热部件1的热量通过斯特林发动机4驱动风扇叶轮6转动，从而实现了对服务器中发热部件的散热操作，减少了在服务器散热过程中的电能消耗，减少能源浪费，从而起到节省能源的作用。
可以理解的是，主要发热部件1为服务器中的任意一个发热部件。本实施例中，优选将主要发热部件1规定为中央处理器(CPU)。其中，风扇叶轮6用于对服务器中的发热部件进行散热，该服务器中的发热部件可以包括主要发热部件1，也可以不包括主要发热部件1。
斯特林发动机4的基本工作原理是：
通过工作气体的加热膨胀及冷却收缩来做功实现的，通过气缸的外部对密闭空间内的工作气体进行控制。当空气受热时活塞上升，冷却时活塞下降，加上外部的转动装置(风扇叶轮6)，以此循环带来循环转动的机械能。空气受热端成为斯特林发动机4的热端，空气冷却端为斯特林发动机4的冷端。
为了进一步提高斯特林发动机4的热端和其冷端的温度差，斯特林发动机4还包括斯特林发动机散热片5；斯特林发动机散热片5设置于斯特林发动机4的冷端。
更进一步地，斯特林发动机散热片5位于风扇叶轮6的吹风区域；风扇叶轮6转动产生的气流经过斯特林发动机散热片5。
其中，斯特林发动机散热片5的数量为多个且沿垂直于其平面方向排列。相邻两个斯特林发动机散热片5之间具有间隙。优选使风扇叶轮6的吹风方向垂直于多个斯特林发动机散热片5的排列方向，使得风扇叶轮6转动产生的气流经过斯特林发动机散热片5的间隙，起到了对斯特林发动机散热片5的散热，也减少了斯特林发动机散热片5阻碍气流流动的作用。
本实施例中，吸热基座3为热管基座；热管基座与主要发热部件1通过热管2导热连接。采用热管2连接，有效方便了结构布置。当然，可以将热管2替换为其他导热连接件，如导温条等。其中，热管2优选与主要发热部件1的散热片连接。
本实施例中，热管基座的顶端作为斯特林发动机4的热端。
也可以直接将主要发热部件1与吸热基座3连接，在此不再一一累述。
可以理解的是，服务器柜中具有多个服务器。
在一种实施例中，热管基座为单片服务器的热管基座。通过上述设置，即，吸热基座3仅对一片服务器的主要发热部件1发出的热量进行吸收。
在另一种实施例中，热管基座为多个服务器叠加在一起组成的热管基座，即，吸热基座3对多个服务器的主要发热部件1发出的热量进行吸收。
由于服务器的中央处理器(CPU)的发热几率较高，因此，主要发热部件1为服务器的中央处理器。即，吸热基座3与服务器的中央处理器导热连接。
本发明实施例还提供了一种服务器机柜散热系统，包括如上述任一种的斯特林散热装置。由于上述斯特林散热装置具有上述技术效果，具有上述斯特林散热装置的服务器机柜散热系统也应具有同样地技术效果，在此不再一一累述。
进一步地，服务器机柜散热系统还包括用于对服务器的全部发热部件进行散热的风扇散热组7，风扇散热组7由供电设备提供电量而进行风扇转动。即，本实施例中的服务器机柜散热系统，在原有风扇散热组7的基础上，增加了斯特林散热装置。斯特林发动机4是活塞式热气发动机。
如图1所示，斯特林散热装置与风扇散热组7交叉布置。优选地，一个斯特林散热装置的两侧均分别设置一个风扇散热组7。以满足散热需求为前提，服务器机柜中可以具有多个斯特林散热装置及风扇散热组7。
如图2所示，本发明实施例还提供了一种散热方法，应用如上的服务器机柜散热系统，包括：
S1：服务器开机后，风扇散热组7开始运行；
在仅风扇散热组7运行的状态下，保证服务器内除了主要发热部件1(CPU)之外的电源芯片等发热器件的散热条件，使服务器基本运行环境温度良好；
S2：服务器的主要发热部件1发热并使得斯特林发动机4的热端和其冷端的温度差满足需求时，斯特林散热装置开始运行，斯特林发动机4驱动风扇叶轮6转动；
此时，风扇叶轮6转动产生的风流经服务器中的发热部件，对服务器中的发热部件进行散热。其中，风扇叶轮6用于对服务器中的发热部件进行散热，该服务器中的发热部件可以包括主要发热部件1，也可以不包括主要发热部件1。为了确保主要发热部件1的使用寿命，避免其过热，优选使得风扇叶轮6对主要发热部件1进行散热。并且，风扇叶轮6转动后就会带动服务器内空气的流动，进而对服务器内部进行降温。
出于节省电能源的考虑，可以使风扇散热组7进入低转速状态或停转状态，减少输入电源的损耗。
S3：服务器关机后，风扇散热组7及斯特林散热装置进入停转状态。
再次使得服务器开机时，进入步骤S1，以此循环。
本发明实施例提供的散热方法，具有与上述斯特林散热装置同样地技术效果，在此不再一一累述。
步骤S2中，当服务器暂时或突发发热较为严重，使得斯特林发动机4的风扇叶轮6对服务器的散热能力不满足需求时，风扇散热组7的风扇转速增加；当服务器暂时或突发发热转为正常后，使得斯特林发动机4的风扇叶轮6对服务器的散热能力满足需求时，风扇散热组7的风扇转速回复正常。通过上述设置，在确保降温效果的同时，尽可能地减少电能源效果。
本实施例中，步骤S3中还包括：当服务器关机时，风扇散热组7的风扇进入低速运行状态；直至服务器的温度降低至安全环境温度或风扇散热组7的风扇进入低速运行状态经过预设定延迟时间后，风扇散热组7进入停转状态。确保了服务器关机后的安全性能。
以上对本发明提供的斯特林散热装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (11)

1.一种斯特林散热装置，其特征在于，包括：
用于与服务器中的主要发热部件(1)导热连接的吸热基座(3)；
斯特林发动机(4)，所述吸热基座(3)设置于所述斯特林发动机(4)的热端；
用于对所述服务器中的发热部件进行散热的风扇叶轮(6)，所述风扇叶轮(6)由所述斯特林发动机(4)驱动转动，所述风扇叶轮(6)设置于所述斯特林发动机(4)的冷端并对其进行散热。
2.根据权利要求1所述的斯特林散热装置，其特征在于，所述斯特林发动机(4)还包括斯特林发动机散热片(5)；
所述斯特林发动机散热片(5)设置于所述斯特林发动机(4)的冷端。
3.根据权利要求2所述的斯特林散热装置，其特征在于，所述斯特林发动机散热片(5)位于所述风扇叶轮(6)的吹风区域；
所述风扇叶轮(6)转动产生的气流经过所述斯特林发动机散热片(5)。
4.根据权利要求1所述的斯特林散热装置，其特征在于，所述吸热基座(3)为热管基座；
所述热管基座与所述主要发热部件(1)通过热管(2)导热连接。
5.根据权利要求4所述的斯特林散热装置，其特征在于，所述热管基座为单片服务器的热管基座；
或，所述热管基座为多个服务器叠加在一起组成的热管基座。
6.根据权利要求1-5任一项所述的斯特林散热装置，其特征在于，所述主要发热部件(1)为所述服务器的中央处理器。
7.一种服务器机柜散热系统，其特征在于，包括如权利要求1-6任一项所述的斯特林散热装置。
8.根据权利要求7所述的服务器机柜散热系统，其特征在于，还包括用于对所述服务器的全部发热部件进行散热的风扇散热组(7)，所述风扇散热组(7)由供电设备提供电量而进行风扇转动。
9.一种散热方法，其特征在于，应用如权利要求8所述的服务器机柜散热系统，包括：
1)服务器开机后，所述风扇散热组(7)开始运行；
2)服务器的主要发热部件(1)发热并使得所述斯特林发动机(4)的热端和其冷端的温度差满足需求时，所述斯特林散热装置开始运行，所述斯特林发动机(4)驱动所述风扇叶轮(6)转动；
3)服务器关机后，所述风扇散热组(7)及所述斯特林散热装置进入停转状态。
10.根据权利要求9所述的散热方法，其特征在于，所述步骤2)中，当服务器暂时或突发发热较为严重，使得所述斯特林发动机(4)的所述风扇叶轮(6)对服务器的散热能力不满足需求时，所述风扇散热组(7)的风扇转速增加；
当服务器暂时或突发发热转为正常后，使得所述斯特林发动机(4)的所述风扇叶轮(6)对服务器的散热能力满足需求时，所述风扇散热组(7)的风扇转速回复正常。
11.根据权利要求9或10所述的散热方法，其特征在于，所述步骤3)中还包括：当服务器关机时，所述风扇散热组(7)的风扇进入低速运行状态；直至服务器的温度降低至安全环境温度或所述风扇散热组(7)的风扇进入低速运行状态经过预设定延迟时间后，所述风扇散热组(7)进入停转状态。
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