CN112954949A - 网络设备电源及用于网络设备电源的散热系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种网络设备电源及用于网络设备电源的散热系统。散热系统包括液冷散热装置以及风冷散热装置。液冷散热装置包含有进液口、出液口、以及连通于所述进液口和所述出液口之间的液冷管道，所述液冷管道利用流通于其中的液冷介质能够带走布置于所述液冷管道周围的第一器件所产生的热量。风冷散热装置包含有进风口、出风口、以及连通于所述进风口和所述出风口之间的风冷通道，通过所述风冷通道的气流能够带走所述网络设备电源所产生的热量。本发明结合水冷散热和风冷散热各自的特点进行混合散热，有效提升散热效率，为高功率密度的电源供应器设计提供一种新的选择。

Description

网络设备电源及用于网络设备电源的散热系统

技术领域

本发明涉及一种散热系统，特别是涉及一种网络设备电源及其散热系统。

背景技术

随着人工智能、云计算、大数据等分布式计算架构的创新和发展，作为信息基础设施的数据中心承担的计算量越来越大，对计算效率的要求越来越高。为了应对种种挑战，数据中心的功率密度节节攀升，传统的风冷散热面对高密度呈现疲态，散热效率渐渐跟不上计算效率。不管是大型云计算数据中心还是小型边缘数据中心，液冷散热都体现出了更好的使用效果。液冷散热具有以下优势：(1)比热容大，散热效率高；(2)降低能耗，减少支出成本；(3)节能环保，降低噪音指标。

并且，温度对于电源供应器(PSU，Power Supply Unit，有时也被简称为“电源”)的质量和安全也有很大的影响。目前的电源供应器普遍使用的是风冷散热和自然散热方式，但这两种散热方式能够处理的最大功率密度估计在100W/in^3。对于功率密度大于100W/in^3的电源供应器，热设计仍是一个很难攻克的问题。

因此，随着高功率密度的电源产品的发展，如何为高功率密度的电源产品的热设计提供一种选择也成为迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种网络设备电源及用于网络设备电源的散热系统，通过将液冷散热与风冷散热进行混合散热设计，为高功率密度的电源产品的热设计提供了一种新的选择。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于网络设备电源的散热系统，其特点在于，所述散热系统包括：

液冷散热装置，其包含有进液口、出液口、以及连通于所述进液口和所述出液口之间的液冷管道，所述液冷管道利用流通于其中的液冷介质能够带走布置于所述液冷管道周围的第一器件所产生的热量；

风冷散热装置，其包含有进风口、出风口、以及连通于所述进风口和所述出风口之间的风冷通道，通过所述风冷通道的气流能够带走所述网络设备电源所产生的热量。

在本发明的一实施例中，所述液冷管道是设置于所述网络设备电源的内部。

在本发明的一实施例中，所述液冷管道为直板状液冷管道、或为具有弯折部的弯折状液冷管道、或为具有多个分叉支路的多向液冷管道。

在本发明的一实施例中，所述液冷管道为直板状液冷管道，且所述直板状液冷管道设置于所述网络设备电源的机壳的中间。

在本发明的一实施例中，所述液冷管道的至少一部分是邻近或贴紧设置于所述网络设备电源的机壳的内壁的一侧，而另一部分是设置于所述网络设备电源的机壳的中间。

在本发明的一实施例中，所述液冷管道为多向液冷管道，且所述多向液冷管道是共用一个所述进液口和所述出液口。

在本发明的一实施例中，所述液冷管道具有第一部分表面，所述第一部分表面是通过与之对应的位于所述网络设备电源的机壳上的第一开口外露；或者所述第一部分表面是与所述网络设备电源的机壳的内壁贴紧设置并形成一体。

在本发明的一实施例中，所述第一器件是直接接触设置于所述液冷管道上或是通过导热件与所述液冷管道热耦合；及/或，所述网络设备电源的第二器件是通过导热件与所述液冷管道热耦合。

在本发明的一实施例中，所述液冷管道是设置于所述网络设备电源的外部。

在本发明的一实施例中，所述液冷管道为直板状液冷管道，且所述直板状液冷管道与所述网络设备电源的机壳的顶部热耦合。

在本发明的一实施例中，所述网络设备电源的机壳上具有导热件，所述第一器件是通过所述导热件贴紧设置于所述机壳上。

在本发明的一实施例中，所述液冷管道是设置于网络设备机柜中，所述网络设备电源是可插入地安装于所述网络设备机柜中，且在插入后所述网络设备电源的机壳的外部与所述液冷管道热耦合。

在本发明的一实施例中，所述气流来自于网络设备机柜的风扇。

在本发明的一实施例中，所述气流来自于所述网络设备电源的风扇。

在本发明的一实施例中，所述网络设备电源的风扇是设置于所述网络设备电源的机壳内或设置于所述网络设备电源的机壳外。

在本发明的一实施例中，所述散热系统还包括设置于所述进液口和所述出液口上的快速液压接头。

在本发明的一实施例中，所述网络设备电源为服务器电源供应装置。

在本发明的一实施例中，所述进液口和所述出液口位于所述液冷散热装置的同一侧。

在本发明的一实施例中，所述进液口和所述出液口位于所述液冷散热装置的不同侧。

为了实现上述目的，本发明另提供一种网络设备电源，其特点在于，包括有如上所述的散热系统。

本发明主要利用液冷散热和风冷散热各自的特点进行混合散热设计，其主要是利用液冷散热能力强的特点，对热密集的集成区域，例如变压器等高损耗的器件进行液冷散热，并利用风冷散热稍差但风不导电、流动性好、腐蚀小等特点，对热量较小、位置较远的器件进行风冷散热，通过两者相结合，可以有效提高散热效率，并可为高功率密度的PSU的热设计提供一种新的选择。

附图说明

为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：

图1A为本发明的用于网络设备电源的散热系统的第一较佳实施例的立体结构示意图；

图1B为图1A去除机壳的上盖的结构示意图；

图1C为图1A的正面视图；

图1D为图1A的背面视图；

图1E示出了图1B的散热系统的一种变型；

图2A为本发明的用于网络设备电源的散热系统的第二较佳实施例的立体结构示意图；

图2B为图2A去除机壳的上盖的结构示意图；

图2C为图2A的正面视图；

图2D为图2A的背面视图；

图2E为图2B的散热系统的一种变型；

图2F为图2A的散热系统的液冷散热装置安装于网络设备机柜上时网络设备电源的侧视图，其中网络设备电源的顶部为楔形结构；

图3示出了图1B的散热系统的另一种变型；

图4示出了本发明的用于网络设备电源的散热系统的第三较佳实施例的立体结构示意图；

图5示出了本发明的用于网络设备电源的散热系统的第四较佳实施例的立体结构示意图；

图6示出了本发明的用于网络设备电源的散热系统的第五较佳实施例的立体结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的叙述更加详尽与完备，可参照所附的附图及以下所述各种实施例，附图中相同的号码代表相同或相似的组件。另一方面，众所周知的组件与步骤并未描述于实施例中，以避免对本发明造成不必要的限制。此外，为简化附图起见，一些已知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示。

以下结合附图和实例对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。需指出的是，以下若有未特别详细说明的过程或符号，均是本领域技术人员可参照现有技术理解或实现的。

如图1A～图1D所示，其示出了本发明的用于网络设备电源200的散热系统100的第一较佳实施例的立体结构。其中，散热系统100主要包括液冷散热装置10以及风冷散热装置20，以组成混合散热的结构。

所述液冷散热装置10包含有进液口11、出液口12、以及连通于所述进液口11和所述出液口12之间的液冷管道13。所述液冷管道13利用流通于其中的液冷介质能够带走布置于液冷管道13周围的第一器件211、212、213所产生的热量。在本实施例中，所述液冷介质例如可包括但不局限于水。所述第一器件例如可包括但不局限于MOS管、整流桥、变压器、发热模组等具有较大发热量的高损耗器件，例如第一器件211可为印刷电路板(Printedcircuit board，PCB)模组，第一器件212可为MOS管等功率器件(power component)，第一器件213可为变压器等发热模组。所谓的“布置于液冷管道周围”意指包括但不局限于环绕于液冷管道的周围的一或多侧布置，其例如可指布置于液冷管道的一侧、或是布置于液冷管道的两侧、或是布置于液冷管道的四周等。在本实施例中，所述进液口11和所述出液口12是位于所述液冷散热装置10的同一侧，例如位于左侧(如图1C所示的正面)，且其上可分别设置有快速液压接头31和32，通过所述快速液压接头31和32可实现所述液冷散热装置10与外部液态介质源(例如外部水源)的快速连接，并可实现对进出液流的良好控制。其中，液态介质可自设置于所述进液口11上的快速液压接头31进入，流经所述液冷管道13后自设置于所述出液口12上的快速液压接头32流出，即如图1B所示，液态介质自图中的实线箭头方向I进入，自实线箭头方向O流出。在其它实施例中，所述进液口11和所述出液口12也可位于所述液冷散热装置10的不同侧。

所述风冷散热装置20包含有进风口21、出风口22、以及连通于所述进风口21和所述出风口22之间的风冷通道23，通过所述风冷通道23的气流能够带走所述网络设备电源200所产生的热量。在本实施例中，所述进风口21例如是位于所述网络设备电源200的背面，如图1D所示；而所述出风口22例如是位于所述网络设备电源200的正面，如图1C所示。并且，所述气流例如是来自于所述网络设备电源200的风扇24，所述风扇24可设置于所述网络设备电源200的机壳201内，也可设置于所述网络设备电源200的机壳201外。通过所述风扇24可将气流自外部引入所述网络设备电源200内，引入的气流流经如图1B中虚线箭头方向A所示的风冷通道23并可将所述网络设备电源200产生的热量带走，并从所述出风口22流出。

在本实施例中，如图1B所示，所述液冷管道13是设置于所述网络设备电源200的内部。优选地，所述液冷管道13例如可为直板状液冷管道，并邻近或贴紧设置于所述网络设备电源200的机壳201的一内壁2011的一侧。在本实施例中，可将高损耗或较热的功率器件(例如包括但不局限于印刷电路板模组211、功率器件212、发热模组213等)布局于所述液冷管道13的周围(例如贴在液冷管道13上或靠近液冷管道13)，使之主要处于水冷散热，带走大量集中的热量；同时利用风扇24工作产生的气流可对所述网络设备电源200，包括布置于所述液冷管道13周围的第一器件211～213和远离所述液冷管道13的第二器件221～222，所产生的热量进行风冷散热，从而实现了水冷散热和风冷散热相结合的混合散热，有效提升了散热效率。较佳地，远离所述液冷管道13的第二器件221～222还可利用导热胶、导热垫片或是其他导热结构将热量传导至所述液冷管道13或所述机壳201进行散热。

如图1E所示，其示出了图1B的散热系统100的一种变型，其与图1A～1D所示的第一较佳实施例的区别在于，所述气流是来自于网络设备电源200外部，例如系统风，即来自于网络设备机柜的风扇，或是自然风。

如图2A～2D所示，其示出了本发明的用于网络设备电源的散热系统100的第二较佳实施例的结构，其与图1A～1D所示的第一较佳实施例的区别在于：所述液冷管道13’是设置于所述网络设备电源200的外部，例如是设置于所述网络设备电源200的机壳201的上盖2012的顶部之上。所述散热系统100的其它结构与图1A～1D所示的第一较佳实施例基本相同，在此不再赘述。在本实施例中，所述液冷管道13’例如可为直板状液冷管道并与所述机壳201的上盖2012的顶部热耦合。所述网络设备电源200的风扇24可安装于所述机壳201之内或之外。第一器件213(例如热贴片器件PCB板)可贴紧或靠近设置于所述机壳201的上盖2012上。或者，所述机壳201上还可具有导热件(例如导热胶或导热垫片等)，所述第一器件213可通过所述导热件贴紧设置于所述机壳201上。而稍远离的器件可考虑用导热胶、导热垫片或是其他导热结构将热量传导至所述机壳201的上盖2012进行散热。其中，通过所述液冷管道13’可以以水冷散热的方式带走布置于其周围的第一器件213所产生的大部分热量，而通过风扇24可吹走远离所述液冷管道13’的器件所产生的热量以及所述第一器件213所产生的部分热量。

在本实施例中，较佳地，所述机壳201的上盖2012的顶部与所述液冷管道13’之间还可填充有导热胶，用以导热和使界面平整。

如图2E所示，其示出了图2A的散热系统100的一种变型，其与图2A～2D所示的第二较佳实施例的区别在于，所述气流是来自于网络设备电源200外部，例如系统风，即来自于网络设备机柜的风扇，或是自然风。

在其它实施例中，所述散热系统100的液冷散热装置10可以是安装于网络设备机柜中，而所述网络设备电源200是可插入地安装于所述网络设备机柜中，且在插入后所述网络设备电源200的机壳201的外部与所述液冷管道13’热耦合。如图2F所示，其为图2A的散热系统的液冷散热装置安装于网络设备机柜上时网络设备电源的侧视图，在此实施例中，网络设备电源200的顶部2013可以为楔形结构，此楔形结构可使网络设备电源插入到网络设备机柜中时与安装于网络设备机柜中的液冷管道13’形成良好的配合，提升散热效率和系统可靠性，但本发明不限于此。

如图3所示，其示出了图1B的散热系统100的另一种变型，其中液冷管道13是设置在网络设备电源的机壳201的内部空间。当PCB上的发热器件能够沿一条直线排布，可以将液冷管道13布置成一条直线形状，并将其设置在机壳201的一侧，以使用液冷管道13的一面进行液冷散热。

图4则示出了本发明的用于网络设备电源的散热系统的第三较佳实施例的结构，其中液冷管道13是为直板状液冷管道，且是设置于网络设备电源的机壳201的中间，以使用液冷管道13的两个面进行液冷散热，使散热效率进一步提高。以10KW的网络设备电源的热设计为例，在设计时可将MOS管、整流桥、模组等发热器件直接贴在直板状的液冷管道13上，将磁件等不规则的发热器件靠近直板状的液冷管道13布局，必要时可通过灌封导热胶将热量传导至直板状的液冷管道13；且所述网络设备电源工作外部同时有系统风，风可吹进网络设备电源内，对其内部部分器件进行风冷散热。如此，通过液冷散热和风冷散热两种组合散热方式即可高效解决所述网络设备电源的散热。

图5则示出了本发明的用于网络设备电源的散热系统的第四较佳实施例的结构，其中液冷管道13为具有多个分叉支路的多向液冷管道，其例如可包括一个共用部分13a和多个分叉支路部分13b、13c、13d。当PCB上的发热器件比较分散，即可以采用此多向液冷管道结构进行液冷散热。其中，液冷管道13共用同一个进液口11与出液口12，所述液冷管道13的多个分叉支路部分13b、13c、13d多向地通向器件发热严重的区域，此时分散的发热器件都能与液冷管道13进行接触，以进行液冷散热。

图6示出了本发明的用于网络设备电源的散热系统的第五较佳实施例的结构，其中液冷管道13为具有弯折部的弯折状液冷管道，其例如可包括多个直板部13-1、13-2、13-3以及位于直板部13-1和13-2之间的弯折部13-12、位于直板部13-2和13-3之间的弯折部13-23。并且，较佳地，所述直板部13-1、13-2、13-3是邻近或贴紧设置于网络设备电源的机壳201的内壁的一侧，例如直板部13-1和13-3是设置于图中所示的机壳201的右侧侧壁的内侧，直板部13-2是设置于图中所示的机壳201的左侧侧壁的内侧，而弯折部13-12、13-23是连接直板部13-1、13-2、13-3。较佳的，弯折部13-12、13-23由可形变材料制成，换言之，液冷管道13可以根据电气元件的摆放位置改变走向，做成多次折弯的形状，使冷却液可以从横向、纵向、斜向等任意方向流过网络设备电源，电子器件布局受液冷管道的影响较小。此种布局相对于液冷管道的直线布局有更高的灵活性，可使用较多的面进行散热，效率较高。

在本发明中，使用如图3～图6所示的方式进行布局时，可以设计使得所述液冷管道13的一部分是邻近或贴紧设置于网络设备电源的机壳的内壁的一侧，而另一部分是设置于所述网络设备电源的机壳的中间。更佳地，所述液冷管道13还可具有第一部分表面，所述第一部分表面是通过与之对应的位于网络设备电源的机壳上的第一开口外露；或者，所述第一部分表面是与所述网络设备电源的机壳的内壁贴紧设置并形成一体。换言之，当出现液冷管道的某一部分贴紧机壳的布局情况时，例如图6所示的直板部13-1、13-2、13-3贴紧机壳201时，此时可以将贴紧部分的机壳挖掉，用对应的液冷管道的侧壁取代此部分的机壳；或者，将贴紧部分的液冷管道的侧壁与机壳作为一体，如此可使得大面积的机壳变成液冷管道的导热片，发热器件除了可使用液冷管道进行散热之外，还可以将热量传导到机壳上，使得散热效率进一步得到提升。

通过以上所述的液冷管道的特殊布局，在不增加外部尺寸的条件下，液冷管道可以灵活的到达网络设备电源内部的发热区，增大发热区域与液冷管道的接触面积，可以将更多的发热器件贴合到液冷管道的表面，达到提高散热量，降低网络设备电源内部元器件温度的目的，解决了高功率密度的网络设备电源温度超高所导致的品质与安全问题。

在本发明中，本发明还提供一种网络设备电源200，如图1A所示，其可包括有如上所述的散热系统100。较佳地，所述网络设备电源200可为服务器电源供应装置(PSU)。

本发明利用液冷(或水冷)散热和风冷散热各自的特点，进行混合散热设计，利用液冷散热能力强的特点，对热密集的集成区域，对包括变压器等磁件在内的高损耗器件进行液冷散热，利用风冷散热稍差但风不导电，流动性好，腐蚀小等特点对热量小，位置偏远的器件进行风冷散热。如此，通过两者结合，可以有效解决行业里一些高功率密度的PSU设计。

本发明通过液冷散热的应用可以大幅度降低PSU噪音，可用于医疗等噪音要求高的场所。

本发明可提升PSU的散热能力，有效解决非常局限空间的散热难题。

本发明可推动通信服务器、网络服务器行业水冷的应用，提升系统、网络设备的功率密度。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (20)

1.一种用于网络设备电源的散热系统，其特征在于，所述散热系统包括：

液冷散热装置，其包含有进液口、出液口、以及连通于所述进液口和所述出液口之间的液冷管道，所述液冷管道利用流通于其中的液冷介质能够带走布置于所述液冷管道周围的第一器件所产生的热量；

风冷散热装置，其包含有进风口、出风口、以及连通于所述进风口和所述出风口之间的风冷通道，通过所述风冷通道的气流能够带走所述网络设备电源所产生的热量。

2.根据权利要求1所述的散热系统，其特征在于，所述液冷管道是设置于所述网络设备电源的内部。

3.根据权利要求2所述的散热系统，其特征在于，所述液冷管道为直板状液冷管道、或为具有弯折部的弯折状液冷管道、或为具有多个分叉支路的多向液冷管道。

4.根据权利要求3所述的散热系统，其特征在于，所述液冷管道为直板状液冷管道，且所述直板状液冷管道设置于所述网络设备电源的机壳的中间。

5.根据权利要求3所述的散热系统，其特征在于，所述液冷管道的至少一部分是邻近或贴紧设置于所述网络设备电源的机壳的内壁的一侧，而另一部分是设置于所述网络设备电源的机壳的中间。

6.根据权利要求3所述的散热系统，其特征在于，所述液冷管道为多向液冷管道，且所述多向液冷管道是共用一个所述进液口和所述出液口。

7.根据权利要求2所述的散热系统，其特征在于，所述液冷管道具有第一部分表面，所述第一部分表面是通过与之对应的位于所述网络设备电源的机壳上的第一开口外露；或者所述第一部分表面是与所述网络设备电源的机壳的内壁贴紧设置并形成一体。

8.根据权利要求2～7任一权利要求所述的散热系统，其特征在于，所述第一器件是直接接触设置于所述液冷管道上或是通过导热件与所述液冷管道热耦合；及/或，所述网络设备电源的第二器件是通过导热件与所述液冷管道热耦合。

9.根据权利要求1所述的散热系统，其特征在于，所述液冷管道是设置于所述网络设备电源的外部。

10.根据权利要求9所述的散热系统，其特征在于，所述液冷管道为直板状液冷管道，且所述直板状液冷管道与所述网络设备电源的机壳的顶部热耦合。

11.根据权利要求10所述的散热系统，其特征在于，所述网络设备电源的机壳上具有导热件，所述第一器件是通过所述导热件贴紧设置于所述机壳上。

12.根据权利要求9所述的散热系统，其特征在于，所述液冷管道是设置于网络设备机柜中，所述网络设备电源是可插入地安装于所述网络设备机柜中，且在插入后所述网络设备电源的机壳的外部与所述液冷管道热耦合。

13.根据权利要求1所述的散热系统，其特征在于，所述气流来自于网络设备机柜的风扇。

14.根据权利要求1所述的散热系统，其特征在于，所述气流来自于所述网络设备电源的风扇。

15.根据权利要求14所述的散热系统，其特征在于，所述网络设备电源的风扇是设置于所述网络设备电源的机壳内或设置于所述网络设备电源的机壳外。

16.根据权利要求1所述的散热系统，其特征在于，还包括设置于所述进液口和所述出液口上的快速液压接头。

17.根据权利要求1所述的散热系统，其特征在于，所述网络设备电源为服务器电源。

18.根据权利要求1所述的散热系统，其特征在于，所述进液口和所述出液口位于所述液冷散热装置的同一侧。

19.根据权利要求1所述的散热系统，其特征在于，所述进液口和所述出液口位于所述液冷散热装置的不同侧。

20.一种网络设备电源，其特征在于，包括有如权利要求1～19任一权利要求所述的散热系统。

Images