CN111246712A - 一种服务器机柜及其相变热电复合式散热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种相变热电复合式散热系统，包括柜体、设置于所述柜体上并用于通过冷媒相变制冷方式对其进行散热的相变散热机构，以及设置于所述柜体上、用于通过热电制冷方式对所述相变散热机构的冷凝端进行强制散热的热电散热机构。如此，本发明通过相变散热机构的冷媒介质物态变化对柜体进行散热，同时通过电散热机构利用热电制冷方式对相变散热机构的冷凝端进行强制散热，保证相变散热机构的持续稳定运行，两种散热方式结合使用能够大幅提升散热效率，保证高散热性能。相比于现有技术，本发明能够在保证服务器机柜的散热性能的基础上，降低对运行环境的要求，减小运行噪音，削减布置成本。本发明还公开一种服务器机柜，其有益效果如上所述。
Description
技术领域
本发明涉及服务器技术领域，特别涉及一种相变热电复合式散热系统。本发明还涉及一种服务器机柜。
背景技术
随着边缘计算、5G等技术的发展和落地，小规模、分散部署的微型数据中心的应用越来越广泛，数据中心主要包括服务器机柜和集成安装在机柜内的若干个服务器。
目前这类数据中心在应用中主要有两种形态，包括：
1、包含空调单元的形态。这类数据中心是一种继承了机架式空调或列间空调的一体化产品，并进行封闭通道设计。这种形态有如下几个特点：a、是一套完整的系统，不依赖于外部环境；b、可设计为全封闭机柜，这样可以在相对恶劣的环境(空气洁净度不高)下运行；c、噪音较小，可部署在办公环境中。但是这种形态的缺点也很明显，由于空调的安装必须进行室外机和室内机的连接，这种工作是比较复杂的，且需要专业人士操作，布置成本较高，无法做到产品的开箱即用。
2、不含空调单元的形态。这是一种不包含制冷系统的数据中心，特点是机柜的前后门均为网孔门，依赖部署环境的冷量对服务器散热，其优点是可以做到开箱即用，缺点是对环境的依赖较大，不能部署在粉尘较多的环境中。而且服务器等设备运行时的噪音也较大，不能部署在办公环境中。
小规模、分散部署的微型数据中心的应用越来越广泛，这类数据中心的应用场景中，有很大一部分是办公区域、工业厂房等环境中，这两类环境的特点是能保证环境温度的稳定，且对噪音水平有较高的要求(办公环境)，空气的洁净度不能保证(厂房环境)。在以上环境中，有需要快速、分散部署的话，现有技术中的两种产品形态均不能满足要求。
因此，如何在保证服务器机柜的散热性能的基础上，降低对运行环境的要求，减小运行噪音，削减布置成本，是本领域技术人员面临的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种相变热电复合式散热系统，能够在保证服务器机柜的散热性能的基础上，降低对运行环境的要求，减小运行噪音，削减布置成本。本发明的另一目的是提供一种服务器机柜。
为解决上述技术问题，本发明提供一种相变热电复合式散热系统，包括柜体、设置于所述柜体上并用于通过冷媒相变制冷方式对其进行散热的相变散热机构，以及设置于所述柜体上、用于通过热电制冷方式对所述相变散热机构的冷凝端进行强制散热的热电散热机构。
优选地，所述柜体内开设有用于安装服务器的设备腔和若干个换热腔，且所述相变散热机构的蒸发端分别设置于各所述换热腔内。
优选地，所述设备腔开设于所述柜体中心，且各所述换热腔分别开设于所述设备腔的两侧。
优选地，所述设备腔与各所述换热腔之间设置有隔热板。
优选地，所述柜体的外侧设置有若干块用于将其围成密封结构的围板，且各所述换热腔的顶部均开设有用于使所述相变散热机构的冷凝端伸出至外界的通孔。
优选地，所述相变散热机构包括若干根盛装有相变冷媒介质的重力热管，且各所述重力热管的冷凝端置于所述柜体外，各所述重力热管的蒸发端置于所述柜体内。
优选地，所述相变散热机构还包括设置于其冷凝端及蒸发端上的散热翅片组，且所述冷凝端上的散热翅片组还设置有用于对其散热的风扇组。
优选地，各根所述重力热管的蒸发端的末端高度各异，且各根所述重力热管的冷凝端的末端高度齐平。
优选地，所述热电散热机构包括与所述相变散热机构的冷凝端抵接的热电材料板、设置于所述热电材料板表面上的若干片散热板，以及设置于所述热电材料板的端部、用于对各所述散热板进行散热的风机组。
本发明还提供一种服务器机柜，包括如上述任一项所述的相变热电复合式散热系统。
本发明所提供的相变热电复合式散热系统，主要包括柜体、相变散热机构和热电散热机构。其中，柜体为散热系统的主体结构，主要用于安装相变散热机构、热电散热机构以及内部的发热件(如服务器等电子元器件)。相变散热机构设置在柜体上，主要用于通过冷媒相变的制冷方式对其进行散热降温。热电散热机构设置在柜体上，主要用于通过热电制冷方式对相变散热机构的冷凝端进行强制散热。如此，本发明所提供的相变热电复合式散热系统，由于相变散热机构通过冷媒介质的物态变化(如气液态变化等)进行吸热和放热变换，从而在其蒸发端利用吸热的物态变化吸收柜体内部的发热件所散发的热量，然后在其冷凝段利用放热的物态变化将吸收的热量发散到外界，实现对固体的散热降温。同时，在相变散热机构的冷凝端温度与外界环境温度的温差较小时，热电散热机构利用热电制冷方式可对相变散热机构的冷凝端进行强制散热，保证相变散热机构的持续稳定运行，两种散热方式结合使用能够大幅提升对柜体的散热效率，保证服务器机柜的散热性能。相比于现有技术，本发明无需布置空调室外机，无需现场接管等部署工作，布置成本得到削减，同时可部署在办公区域或空气洁净度不高的区域，对运行环境的要求降低，另外系统简单可靠，运行噪音低。
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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。
图2为图1中所示的柜体的具体结构分解图。
图3为图2中所示的柜体的局部结构示意图。
图4为图1中所示的相变散热机构的具体结构示意图。
图5为图1中所示的热电散热结构的具体结构示意图。
其中，图1—图5中：
柜体—1，相变散热机构—2，热电散热机构—3；
设备腔—11，换热腔—12，隔热板—13，围板—14，通孔—15，通道挂框—16，导流板—17，冷凝端—21，蒸发端—22，重力热管—23，散热翅片组—24，风扇组—25，热电材料板—31，散热板—32，风机组—33。
具体实施方式
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，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。
在本发明所提供的一种具体实施方式中，相变热电复合式散热系统主要包括柜体1、相变散热机构2和热电散热机构3。
其中，柜体1为散热系统的主体结构，主要用于安装相变散热机构2、热电散热机构3以及内部的发热件(如服务器等电子元器件)。一般的，该柜体1可为抽拉式机柜体1，其内集成安装的服务器可沿垂向分层安装，并通过抽拉的方式进行拆装。
相变散热机构2设置在柜体1上，主要用于通过冷媒相变的制冷方式对其进行散热降温。热电散热机构3设置在柜体1上，主要用于通过热电制冷方式对相变散热机构2的冷凝端21进行强制散热。一般的，相变散热机构2中所使用的相变冷媒介质可才采用液体冷媒，比如冰、水合盐等，当然还可采用石蜡、脂肪酸等介质。
如此，本实施例所提供的相变热电复合式散热系统，由于相变散热机构2通过冷媒介质的物态变化(如气液态变化等)进行吸热和放热变换，从而在其蒸发端22利用吸热的物态变化吸收柜体1内部的发热件所散发的热量，然后在其冷凝段利用放热的物态变化将吸收的热量发散到外界，实现对固体的散热降温。同时，在相变散热机构2的冷凝端21温度与外界环境温度的温差较小时，热电散热机构3利用热电制冷方式可对相变散热机构2的冷凝端21进行强制散热，保证相变散热机构2的持续稳定运行，两种散热方式结合使用能够大幅提升对柜体1的散热效率，保证服务器机柜的散热性能。
相比于现有技术，本实施例无需布置空调室外机，无需现场接管等部署工作，布置成本得到削减，同时可部署在办公区域或空气洁净度不高的区域，对运行环境的要求降低，另外系统简单可靠，运行噪音低。
如图2、图3所示，图2为图1中所示的柜体1的具体结构分解图，图3为图2中所示的柜体1的局部结构示意图。
在关于柜体1的一种优选实施方式中，该柜体1为分体式结构，主要包括中心框体、通道挂框16和围板14。中心框体为柜体1的核心部分，其余零部件均安装在其上。中心框体的内部空间按照一定比例划分为多个间隔空间，分别为设备腔11和换热腔12。其中，设备腔11主要用于安装服务器等发热件，而换热腔12主要用于提供换热空间，并且相变散热机构2的蒸发端22设置在各个换热腔12内，可在换热腔12内与设备腔11中的各个发热件散发的热量进行热交换。
具体的，设备腔11可开设在中心框体的中间位置，而各个换热腔12可分别开设在设备腔11的两侧位置。比如，换热腔12可同时设置2个，并分别位于设备腔11的左右两侧位置。相应的，相变散热机构2也同时设置2个，并分别与其中一个换热腔12对应。当然，换热腔12的具体开设数量并不固定，其余比如2～4个等均可采用，并且换热腔12的开设位置还可为设备腔11的前后两侧等位置。如此，通过换热腔12与设备腔11的临近开设，可方便设备腔11内的热量通过热空气或热辐射等方式传递到换热腔12中，便于相变散热机构2的蒸发端22进行吸热换热。
进一步的，本实施例还在设备腔11与各个换热腔12之间增设了隔热板13。具体的，该隔热板13主要用于阻隔气流流动，同时形成保温隔热层，防止换热腔12内的热空气反向影响设备腔11的温度。
通道挂框16一般设置在中心框体的前后两端位置，主要用于密封中心框体的前后侧通孔15，同时为前后侧围板14提供安装位置——该前后侧围板14可作为机柜前后门使用。当然，在柜体1的外侧均设置有围板14，以将柜体1整体围成密封结构，而设置在柜体1左右两侧的围板14主要用于将换热腔12与外界环境隔离。一般的，各块侧板与柜体1之间均为可拆卸连接，比如通过紧固件连接等，如此可便于拆装检修作业。
此外，相变散热机构2的蒸发端22设置在换热腔12内，并且其冷凝端21设置在柜体1外(如柜体1顶部等)，具体的，为方便相变散热机构2的冷凝端21伸出柜体1，本实施例还在各个换热腔12的顶部上均开设了通孔15。同时，本实施例还在各个换热腔的内壁面上安装有导流板17，该导流板17主要用于遏制气流的流通，使得气流能够全部流经各根重力热管2的换热区域，保证整体的换热效果。
如图4所示，图4为图1中所示的相变散热机构2的具体结构示意图。
在关于相变散热机构2的一种优选实施方式中，该相变散热机构2主要包括若干根重力热管23、散热翅片组24和风扇组25。其中，重力热管23是一种特殊的相变冷媒介质管，作为一种具有极高导热性能的换热管使用，其主要通过在全封闭真空管内的液体的蒸发与凝结两种物态转化来传递热量。
为方便各根重力热管23在各个换热腔12内的安装，本实施例中，各根重力热管23的蒸发端22可通过一整块蒸发板进行集成安装，同理，各根重力热管23的冷凝段也可通过一整块冷凝板进行集成安装。并且，为提高各根重力热管23的蒸发端22和冷凝端21的换热效率，本实施例在蒸发板和冷凝板的表面上均设置了散热翅片组24。具体的，该散热翅片组24主要包括若干片均匀排列的散热翅片，可有效提高换热面积，进而提高换热效率。
进一步的，为加快相变冷媒介质在冷凝端21的冷凝效率，提高相变冷媒介质的物态转化效率，本实施例还在冷凝端21上的散热翅片组24上增设了风扇组25，从而通过空气强制对流对散热翅片组24进行散热，提高冷凝端21与外界空气环境的温差，加快冷凝效率。
不仅如此，本实施例中的各根重力热管23，其冷凝端21的末端(顶部)高度齐平，且其蒸发端22的末端(底部)高度各异。如此，由于蒸发端22部署于不同的高度上，可以使各根重力热管23在不同的高度上就近与流经换热腔12的热空气换热，从而增加换热效率。
如图5所示，图5为图1中所示的热电散热结构的具体结构示意图。
在关于热电散热机构3的一种优选实施方式中，该热电散热机构3主要包括热电材料板31、散热板32和风机组33。其中，热电材料板31主要通过帕尔帖效应进行传热制冷，该热电材料板31的冷端与相变散热机构2的冷凝端21抵接，可直接对其进行强制散热。而散热板32设置在热电材料板31的表面上，并与热电材料板31的热端相连，主要用于散热出强制搬运的热量，而风机组33主要用于通过空气强制对流对各块散热板32进行散热。如此，当本系统的部署环境温度升高，相变散热机构2的冷凝端21的温度与部署环境的温差过小，导致相变冷媒介质无法快速进行物态转化时，可通过热电材料板31的作用将相变散热机构2的冷凝端21的热量强行搬运至各片散热板32上，再结合风机组33对其进行高效散热，保证相变散热机构2保持长期稳定运行。
本实施例还提供一种服务器机柜。主要包括若干个服务器和用于对各服务器进行散热的相变热电复合式散热系统，其中，该相变热电复合式散热系统的具体内容与上述相关内容相同，此处不再赘述。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种相变热电复合式散热系统，其特征在于，包括柜体(1)、设置于所述柜体(1)上并用于通过冷媒相变制冷方式对其进行散热的相变散热机构(2)，以及设置于所述柜体(1)上、用于通过热电制冷方式对所述相变散热机构(2)的冷凝端(21)进行强制散热的热电散热机构(3)。
2.根据权利要求1所述的相变热电复合式散热系统，其特征在于，所述柜体(1)内开设有用于安装服务器的设备腔(11)和若干个换热腔(12)，且所述相变散热机构(2)的蒸发端(22)分别设置于各所述换热腔(12)内。
3.根据权利要求2所述的相变热电复合式散热系统，其特征在于，所述设备腔(11)开设于所述柜体(1)中心，且各所述换热腔(12)分别开设于所述设备腔(11)的两侧。
4.根据权利要求3所述的相变热电复合式散热系统，其特征在于，所述设备腔(11)与各所述换热腔(12)之间设置有隔热板(13)。
5.根据权利要求4所述的相变热电复合式散热系统，其特征在于，所述柜体(1)的外侧设置有若干块用于将其围成密封结构的围板(14)，且各所述换热腔(12)的顶部均开设有用于使所述相变散热机构(2)的冷凝端(21)伸出至外界的通孔(15)。
6.根据权利要求1-5任一项所述的相变热电复合式散热系统，其特征在于，所述相变散热机构(2)包括若干根盛装有相变冷媒介质的重力热管(23)，且各所述重力热管(23)的冷凝端(21)置于所述柜体(1)外，各所述重力热管(23)的蒸发端(22)置于所述柜体(1)内。
7.根据权利要求6所述的相变热电复合式散热系统，其特征在于，所述相变散热机构(2)还包括设置于其冷凝端(21)及蒸发端(22)上的散热翅片组(24)，且所述冷凝端(22)上的散热翅片组(24)还设置有用于对其散热的风扇组(25)。
8.根据权利要求7所述的相变热电复合式散热系统，其特征在于，各根所述重力热管(23)的蒸发端(22)的末端高度各异，且各根所述重力热管(23)的冷凝端(21)的末端高度齐平。
9.根据权利要求8所述的相变热电复合式散热系统，其特征在于，所述热电散热机构(3)包括与所述相变散热机构(2)的冷凝端(21)抵接的热电材料板(31)、设置于所述热电材料板(31)表面上的若干片散热板(32)，以及设置于所述热电材料板(31)的端部、用于对各所述散热板(32)进行散热的风机组(33)。
10.一种服务器机柜，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的相变热电复合式散热系统。
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