CN113015416A - 散热装置及数据中心系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及散热设备技术领域,具体公开一种散热装置及数据中心系统,散热装置包括:散热机柜,所述散热机柜沿水平方向包括依次连通的冷通道、用于存放待散热物件的储物空间和热通道;冷却系统,所述冷却系统用于驱使空气依次流经所述冷通道、储物空间和热通道。本发明提供一种散热装置及数据中心系统,采用水平流动的气流流动方式,能有效减少流动死角,提高温度场的均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及散热设备技术领域,尤其涉及一种散热装置及数据中心系统。
背景技术
随着5G技术的迅速发展,通信机柜中服务器的运算量越来越大,其对散热速度的要求也越来越高。目前一般使用空调等制冷设备为通信机柜进行散热,具体地,制冷设备的蒸发组件提供冷气流,冷气流从通信机柜的底部进入通信机柜内部,吸收服务器所释放的热量后,成为热气流,热气流往上运动,最终从通信机柜的顶部流出。
下进上出的竖直气流流动方式过于单一,容易存在流动死角,不利于服务器的高效散热。
发明内容
本发明的一个目的在于,提供一种散热装置及数据中心系统,采用水平流动的气流流动方式,能有效减少流动死角,提高温度场的均匀性。
为达以上目的,一方面,本发明提供一种散热装置,包括:
散热机柜,所述散热机柜沿水平方向包括依次连通的冷通道、用于存放待散热物件的储物空间和热通道;
冷却系统,所述冷却系统用于驱使空气依次流经所述冷通道、储物空间和热通道。
可选的,还包括吸热腔和排热腔,所述吸热腔的进风口与所述热通道的出风口连通,所述吸热腔的出风口与所述冷通道的进风口连通。
可选的,
所述吸热腔和排热腔均位于所述散热机柜内,所述吸热腔位于所述冷通道、储物空间和热通道三者的端面处,所述排热腔位于所述吸热腔远离所述储物空间的一侧;
或者,所述吸热腔和/或排热腔位于所述散热机柜外。
可选的,所述吸热腔和排热腔之间设有连通所述吸热腔和排热腔的连通通道;
所述连通通道处设有用于控制所述连通通道开口大小的调节装置。
可选的,所述调节装置包括形状尺寸与所述连通通道相匹配且位于所述连通通道中的第一转板和驱动所述第一转板绕竖直轴线转动以打开或者关闭所述连通通道的第一电机;或者,所述调节装置包括位于所述连通通道的端口处的第二转板和驱动所述第二转板绕水平轴线转动以露出或者遮盖所述连通通道的端口的第二电机。
可选的,所述冷却系统沿冷媒的流动路径依次包括动力单元组件、冷凝组件、节流组件和蒸发组件;所述冷却系统还包括冷凝风机和蒸发风机;
所述动力单元组件、冷凝组件和冷凝风机位于所述排热腔中;
所述节流组件、蒸发组件和蒸发风机位于所述吸热腔中。
可选的,所述动力单元组件包括压缩机,所述冷凝组件包括压机冷凝管路,所述节流组件包括压机节流阀,所述蒸发组件包括压机蒸发管路;
所述压缩机、压机冷凝管路、压机节流阀和压机蒸发管路依次连接,形成压缩机制冷循环系统。
可选的,所述动力单元组件还包括氟泵,所述冷凝组件还包括泵冷凝管路,所述节流组件还包括泵节流阀,所述蒸发组件还包括泵蒸发管路;
所述泵冷凝管路、氟泵、泵节流阀和泵蒸发管路依次连接,形成氟泵制冷循环系统。
可选的,所述排热腔至少与两所述吸热腔连通,每一所述吸热腔对应设置一所述冷通道、一所述储物空间和一所述热通道。
另一方面,提供一种数据中心系统,包括通信机柜和上述的散热装置,所述通信机柜位于所述散热装置的储物空间中,所述散热装置设置有供人员进出的门。
本发明的有益效果在于:提供一种散热装置及数据中心系统,冷通道、储物空间和热通道沿水平方向依次排布,在冷却系统的驱动下实现了横进横出的气流流动方式,有利于减少流动死角,提高储物空间内温度场的均匀性。
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性的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为实施例一提供的吸热腔和排热腔完全隔离时散热装置的结构示意图;
图2为实施例一提供的混风散热模式时散热装置的结构示意图;
图3为实施例一提供的连通通道的端口完全露出时第二转板的位置示意图;
图4为实施例一提供的连通通道的端口被完全遮盖时第二转板的位置示意图;
图5为实施例二提供的散热装置的结构示意图。
图中:
1、散热机柜;101、冷通道;102、储物空间;103、热通道;104、吸热腔;105、排热腔;106、分隔板;
201、压缩机;202、氟泵;
301、冷凝组件;302、冷凝风机;
401、压机蒸发管路;402、泵蒸发管路;403、蒸发风机;
501、第一转板;502、第二转板;
6、连通通道;601、前通道;602、后通道。
具体实施方式
为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂,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,下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而非全部的实施例。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它实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要理解的是,当一个组件被认为是“连接”另一个组件,它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。当一个组件被认为是“设置在”另一个组件,它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中设置的组件。
此外,术语“长”“短”“内”“外”等指示方位或位置关系为基于附图所展示的方位或者位置关系,仅是为了便于描述本发明,而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有此特定的方位、以特定的方位构造进行操作,以此不能理解为本发明的限制。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例一
本实施例提供一种数据中心系统,包括设有服务器等发热设备的通信机柜和用于为通信机柜进行散热的散热装置,所述散热装置设置有供人员进出的门。
参见图1,散热装置包括散热机柜1和冷却系统。所述散热机柜1沿水平方向包括依次连通的冷通道101、用于存放通信机柜的储物空间102和热通道103。
散热装置还包括吸热腔104和排热腔105,所述吸热腔104的进风口与所述热通道103的出风口连通,所述吸热腔104的出风口与所述冷通道101的进风口连通。
可选的,本实施例中,所述散热装置为一体式结构,即所述吸热腔104和排热腔105均位于所述散热机柜1内;可选的,所述吸热腔104位于所述冷通道101、储物空间102和热通道103三者的端面处,所述排热腔105位于所述吸热腔104远离所述储物空间102的一侧。
于一些其它的实施例中,所述散热装置也可以为分体式结构,例如,所述吸热腔104和/或排热腔105位于所述散热机柜1外。
所述冷却系统用于驱使所述吸热腔104内的空气依次流经所述冷通道101、储物空间102和热通道103后,回到所述吸热腔104。
可选的,所述冷通道101位于所述储物空间102的后侧,所述热通道103位于所述储物空间102的前侧。所述冷通道101的出风口位于所述冷通道101靠近所述储物空间102的侧面,所述储物空间102的进风口位于所述储物空间102靠近所述冷通道101的侧面,且所述冷通道101的出风口和所述储物空间102的进风口连通。所述储物空间102的出风口位于所述储物空间102靠近所述热通道103的侧面,所述热通道103的进风口位于所述热通道103靠近所述储物空间102的侧面,且所述储物空间102的出风口和所述热通道103的进风口连通。
经大量的试验总结后发现,与传统的下进上出式的竖直气流流动方式相比,后进前出式的横向气流流动方式结构更为简单,空气流动死角更少,温度场更为均匀。
当然,于一些其它的实施例中,冷通道101和热通道103的位置可以互换,构成前进后出式的横向气流流动方式,其与后进前出式的横向气流流动方式具有相同的有益效果,此处不进行赘述。
可选的,所述冷却系统沿冷媒的流动路径依次包括动力单元组件、冷凝组件301、节流组件和蒸发组件,所述冷却系统还包括用于促进冷凝组件301换热的冷凝风机302和用于促进蒸发组件换热的蒸发风机403。其中,所述动力单元组件、冷凝组件301和冷凝风机302位于所述排热腔105中;所述节流组件、蒸发组件和蒸发风机403位于所述吸热腔104中。
可以理解的是,动力单元、冷凝风机302和蒸发风机403启动后,外界环境中的新风经排热腔105的进风口进入排热腔105与冷凝组件301进行换热,吸收冷凝组件301的热量后,温度升高,然后经排热腔105的出风口回到外界环境中。吸热腔104内的空气在吸收蒸发组件的冷量后,成为冷气流,在蒸发风机403的驱动下,冷气流经冷通道101水平往前进入储物空间102中,吸收通信机柜中的服务器的热量后,成为热气流,热气流继续水平往前进入热通道103,然后经热通道103的出风口回到吸热腔104,热气流温度较高,继续为吸热腔104内的蒸发组件提供热能,故能有效提高蒸发组件的换热效率,进而降低机组能耗。
可以理解的是,本实施例提供的气流流动方式,吸收通信机柜热量后的热气流继续参与蒸发组件的换热循环,热气流中的热量得到充分的回收利用,故能有效降低机组能耗。
本实施例中,所述吸热腔104和排热腔105之间设有连通所述吸热腔104和排热腔105的连通通道;所述连通通道处设有用于控制所述连通通道开口大小的调节装置。可选的,所述调节装置包括第一电机和形状尺寸与所述连通通道相匹配且位于所述连通通道中的第一转板501,进一步地,所述第一转板501可在第一电机的驱动下绕竖直的转轴转动,以便打开或者关闭所述连通通道。
可以理解的是,参见图1,开始时,第一转板501处于0°状态,连通通道刚好被第一转板501完全封堵,故吸热腔104和排热腔105完全隔离,吸热腔104内的气流反复参与通信机柜的散热循环,此时,散热装置执行循环风散热模式。
当第一转板501转动一定角度时,例如当第一转板501处于10°、20°或30°等状态时,连通通道被第一转板501分隔为第一转板501后方的后通道602和第一转板501前方的前通道601,吸热腔104和排热腔105连通,进入排热腔105的新风部分经后通道602进入吸热腔104参与通信机柜的散热,进入吸热腔104内的热气流部分经前通道601进入排热腔105被冷凝风机302排到外界环境中,此时,散热装置执行混风散热模式。可以理解的是,控制第一转板501的角度,就可以控制混风比例。
参见图2,当第一转板501转动至一端的端部对准冷凝组件301的端部时,第一转板501所起的遮挡作用最为明显,新风进入吸热腔104的风量最大,此时进入冷通道101的大部分冷气流来自排热腔105和后通道602,从热通道103进入吸热腔104的大部分热气流经前通道601和排热腔105外排到外界环境中。此时可以认为散热装置正在执行新风散热模式。
于一些其它的实施例中,参见图3和图4,所述吸热腔104和排热腔105通过分隔板106实现分隔,连通通道6位于分隔板106上,所述调节装置包括位于所述连通通道6的端口处的第二转板502和驱动所述第二转板502绕水平轴线相对分隔板106进行转动以露出或者遮盖所述连通通道6的端口的第二电机。
可以理解的是,第二转板502的尺寸稍大于连通通道6的端口尺寸,当第二电机驱使第二转板502转动至图3所示的位置时,连通通道6的端口被完全打开,新风进风量最大;当第二电机驱使第二转板502转动至图4所示的位置时,连通通道6的端口被完全遮盖,进入循环风散热模式。
需要说明的是,本实施例提供的散热装置,储物空间102内除了可放置通信机柜外,还可以用于放置其它待散热物件,例如配电柜或者机箱等。
进一步地,所述散热机柜1可以为集装箱,即可使用保温隔板等分隔部件将集装箱的内部空间划分为排热腔105、吸热腔104、冷通道101、储物空间102和热通道103。可选的,所述排热腔105、吸热腔104、冷通道101、储物空间102和热通道103均位于平齐于通信机柜安装座的架空防静电地板上。
集装箱式的数据中心系统造价更低,且机动性极强,更有利于5G通信基础设施的广泛铺设。
可选的,本实施例提供的冷却系统为双循环结构,即,所述动力单元组件包括压缩机201和氟泵202,所述冷凝组件301包括压机冷凝管路和泵冷凝管路,所述节流组件包括压机节流阀(可选为电子膨胀阀)和泵节流阀(可选为电磁阀或毛细管+单向阀),所述蒸发组件包括压机蒸发管路401和泵蒸发管路402。
其中,所述压缩机201、压机冷凝管路、压机节流阀和压机蒸发管路401依次连接,形成压缩机201制冷循环系统。所述泵冷凝管路、氟泵202、泵节流阀和泵蒸发管路402依次连接,形成氟泵202制冷循环系统。两所述制冷循环中的冷媒相互独立互不干涉。于一些其它的实施例中,所述冷却系统也可以为仅包含压缩机201制冷循环或者仅包含氟泵202制冷循环的单循环结构。或者,所述吸热腔104的出风口处设有用于存放蒸发风机403的第一安装空间,所述排热腔105的出风口处设有用于存放冷凝风机302的第二安装空间,冷却系统仅包含蒸发风机403和冷凝风机302,无需动力单元组件、冷凝组件301、节流组件和蒸发组件,使用自然风实现待散热物件的散热。于一些其他实施例中,压缩机201和氟泵202共用同一冷凝器管路,从系统管路连接的角度,气态制冷剂经冷凝组件301后,冷凝变成液态制冷剂,再经膨胀阀降压使制冷剂液化得更充分;或者,气态制冷剂经冷凝组件301后,冷凝变成液态制冷剂,先储存在氟泵循环回路的储液罐中,再经过氟泵202增压后,经泵节流阀降压使制冷剂液化得更充分。进一步地,于一些其它实施例中,蒸发管路也可以共用。
进一步地,所述蒸发风机403位于所述吸热腔104中靠近所述冷通道101进风口的位置处,便于将冷气流送入冷通道101,并加强冷通道101的进气气压。所述蒸发组件为分体式结构,所述泵蒸发管路402位于所述吸热腔104中靠近所述热通道103出风口的位置处,所述压机蒸发管路401位于所述蒸发风机403和泵蒸发管路402之间。
所述动力单元组件位于所述排热腔105中靠近所述蒸发风机403的位置处。可选的,所述压机冷凝管路和泵冷凝管路封装为整体式结构,以便提高机组的结构紧凑度,缩减设备体积。具体地,所述冷凝风机302位于所述排热腔105中靠近所述泵蒸发管路402的位置处;所述冷凝组件301位于所述动力单元组件和冷凝风机302之间。
本实施例提供的散热装置工作模式如下:
(1)当外界环境温度较高时,启动压缩机201制冷循环系统。
参见图1,热通道103的热气流在蒸发风机403的驱动作用下在蒸发组件的翅片间隙内与低温的冷媒进行间接热交换,降温后变成冷气流排放到冷通道101内;然后在通信机柜中与服务器等发热设备进行热交换,升温后变成热气流再次回到热通道103,由此完成集装箱式数据中心系统内部气流组织的冷热交换。
同时,外界环境中的空气在冷凝风机302的驱动作用下在冷凝组件301的翅片间隙内与高温的冷媒进行间接热交换,升温后变成低热气流,然后经排热腔105的出风口重新排放到外界环境中,由此完成集装箱式数据中心系统外部气流组织的冷热交换。
此模式下,冷媒作为中间介质承载了集装箱式数据中心系统内外部的冷热交换,压缩机201高压排气口排出高温高压的气态冷媒进入到压机冷凝管路放热后变成中温高压的气态冷媒,然后经过压机节流阀降压变成低温低压的液态或气液混合态冷媒,然后流进压机蒸发管路401吸热后变成低温低压的气态冷媒,最后回到压缩机201的低压吸气口,完成冷媒的压机冷热循环。
可选的,当外界环境温度超高(相对湿度较低,湿球温度大幅低于干球温度)时,可以在冷凝组件301的迎风侧选配喷淋、喷雾、湿膜等模块装置,或者冷凝组件301直接采用蒸发式冷凝装置(类似冷却塔的换热器结构),将外界环境温度由干球降低至湿球温度,辅助增强换热效果。
(2)当外界环境温度较低时,可启动氟泵202制冷循环系统。
热通道103的热气流在蒸发风机403的驱动作用下在蒸发组件的翅片间隙内与低温冷媒进行间接热交换,降温后变成冷气流排放到冷通道101内,然后在通信机柜中与服务器等发热设备进行热交换,升温后变成热气流重新回到热通道103,完成集装箱式数据中心系统内部气流组织的冷热交换。
同时,外界环境的空气在冷凝风机302的驱动作用下在冷凝组件301的翅片间隙内与高温冷媒进行间接热交换,升温后变成低热气流重新排放到外界环境,完成集装箱式数据中心系统外部气流组织的冷热交换。
此模式下,冷媒作为中间介质承载了集装箱式数据中心系统内外部的冷热交换,在氟泵202的循环增压驱动作用下,高压的液态冷媒经泵节流阀节流,变成低压液态或气液混合态,进入泵蒸发管路402吸热后蒸发变成气态冷媒,然后进入到泵冷凝管路冷凝放热后变成低温的液态冷媒,重新进入氟泵202增压,完成冷媒的泵冷热循环。
(3)当外界环境温度超低或外界空气质量较好时,使用新风进行节能制冷(可辅助利用压缩机201机械制冷或氟泵202节能制冷)。
参见图2,打开调节装置,热通道103的热气流在冷凝风机302的驱动作用下经前通道601进入排热腔105,然后经排热腔105的出口直接排放到外界环境;外界环境的空气在蒸发风机403的驱动作用下,经过冷凝组件301和后通道602进入吸热腔104,再经过蒸发组件,经吸热腔104的出风口送入冷通道101中。
同时可以通过控制第一转板501的打开角度,实现外界环境新风和热通道103的热气流的比例混合,或者开启氟泵202,使室内热风先通过泵蒸发管路402回收热量,再将热量循环到冷凝组件301对外界环境低温的新风进行预热,防止外界环境温度过低,冷空气对通信机柜内的设备器件造成冷冲击。
由于外界环境冷风经过冷凝组件301和蒸发组件自带的双重过滤,相比常规在风口设置滤网来过滤,不用定期更换滤网来维护,因为换热器脏堵,直接用水冲洗即可,相比于直接引入外界环境新风进入集装箱内更洁净,可以自行过滤掉一些大颗粒物,若对环境要求不高,甚至无需选配过滤网,降低制造和运维成本。针对对室内环境有更高要求的数据中心系统,可以考虑在外界环境新风的气流路径上增设过滤网,可选配性更好。
可选的,所述蒸发风机403和冷凝风机302可以为轴流风机或者贯流风机等,风机的数量可以为一台、两台、三台甚至更多,各风机可以竖直或横向排列。优选为离心风机,因为功率大,转速快且可调速,使得风量大,风压大,送风距离远。
本实施例中,蒸发组件和冷凝组件301可以采用平板型、V型、U型或者弧形结构等,可根据进出风方向以及与风机的搭配组合进行选取。
可以理解的是,泵蒸发管路可以是单独的一块换热器;也可以与压机蒸发管路整合为一个整体,具体可以为蒸发组件折弯形成的一部分;或者可以是和压机蒸发管路401串联在一起的换热器。
本实施例提供的散热装置具备以下优点:
①可根据需要同时集成氟泵、新风、压缩制冷、喷淋等装置的多模式制冷方式,换热气流组织简单,各器件的位置排布对气流的阻挡作用小,换热流畅均匀,换热效率高,因此整体的能效节能效果好;
②由于冷热气流对向换热,相比于冷热气流同向换热(蒸发风机403与冷凝风机302并排设置),可以保证室内侧和室外侧的冷热气流的各接触点温差最小,防止冷桥现象出现,可有效防止气流在机组内部形成冷凝水,造成用电安全隐患的同时损失制冷量。
实施例二
本实施例提供一种数据中心系统,包括通信机柜和一种散热装置,所述通信机柜位于所述散热装置的储物空间中,所述散热装置设置有供人员进出的门。
参见图5,本实施例提供的散热装置在实施例一的基础上,增加了吸热腔104的数量。所述排热腔105至少与两所述吸热腔104连通,每一所述吸热腔104对应设置一所述冷通道101、一储物空间102和一热通道103。
于一些其它的实施例中,吸热腔104的数量也可以为三个、四个甚至更多,本实施例对此不作限定。为方便描述,以下对双吸热腔结构进行示例性说明。
两吸热腔104位于排热腔105的同一侧,呈对称结构,且每一吸热腔104均对应连接一散热机柜,即每一吸热腔104均与一冷通道101、一储物空间102和一热通道103依次连通,每一吸热腔104内均设有蒸发组件和蒸发风机,故两吸热腔104之间相互独立工作,但两吸热腔104共用一排热腔105。
可选的,每一吸热腔104均通过一第一转板或通过一第二转板与排热腔105连通,以便实现两吸热腔104之间相互独立的气流循环。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种散热装置,其特征在于,包括:
散热机柜,所述散热机柜沿水平方向包括依次连通的冷通道、用于存放待散热物件的储物空间和热通道;
冷却系统,所述冷却系统用于驱使空气依次流经所述冷通道、储物空间和热通道。
2.根据权利要求1所述的散热装置,其特征在于,还包括吸热腔和排热腔,所述吸热腔的进风口与所述热通道的出风口连通,所述吸热腔的出风口与所述冷通道的进风口连通。
3.根据权利要求2所述的散热装置,其特征在于,
所述吸热腔和排热腔均位于所述散热机柜内,所述吸热腔位于所述冷通道、储物空间和热通道三者的端面处,所述排热腔位于所述吸热腔远离所述储物空间的一侧;
或者,所述吸热腔和/或排热腔位于所述散热机柜外。
4.根据权利要求2所述的散热装置,其特征在于,所述吸热腔和排热腔之间设有连通所述吸热腔和排热腔的连通通道;
所述连通通道处设有用于控制所述连通通道开口大小的调节装置。
5.根据权利要求4所述的散热装置,其特征在于,所述调节装置包括形状尺寸与所述连通通道相匹配且位于所述连通通道中的第一转板和驱动所述第一转板绕竖直轴线转动以打开或者关闭所述连通通道的第一电机;或者,所述调节装置包括位于所述连通通道的端口处的第二转板和驱动所述第二转板绕水平轴线转动以露出或者遮盖所述连通通道的端口的第二电机。
6.根据权利要求2所述的散热装置,其特征在于,所述冷却系统沿冷媒的流动路径依次包括动力单元组件、冷凝组件、节流组件和蒸发组件;所述冷却系统还包括冷凝风机和蒸发风机;
所述动力单元组件、冷凝组件和冷凝风机位于所述排热腔中;
所述节流组件、蒸发组件和蒸发风机位于所述吸热腔中。
7.根据权利要求6所述的散热装置,其特征在于,所述动力单元组件包括压缩机,所述冷凝组件包括压机冷凝管路,所述节流组件包括压机节流阀,所述蒸发组件包括压机蒸发管路;
所述压缩机、压机冷凝管路、压机节流阀和压机蒸发管路依次连接,形成压缩机制冷循环系统。
8.根据权利要求7所述的散热装置,其特征在于,所述动力单元组件还包括氟泵,所述冷凝组件还包括泵冷凝管路,所述节流组件还包括泵节流阀,所述蒸发组件还包括泵蒸发管路;
所述泵冷凝管路、氟泵、泵节流阀和泵蒸发管路依次连接,形成氟泵制冷循环系统。
9.根据权利要求2所述的散热装置,其特征在于,所述排热腔至少与两所述吸热腔连通,每一所述吸热腔对应设置一所述冷通道、一所述储物空间和一所述热通道。
10.一种数据中心系统,其特征在于,包括通信机柜和权利要求1~9任一项所述的散热装置,所述通信机柜位于所述散热装置的储物空间中,所述散热装置设置有供人员进出的门。
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