CN114458562B - 一种热量回收装置及服务器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种热量回收装置,吸热变形层和换能发电层相互接触,吸热变形层能够吸热膨胀,将热量转换为机械能,吸热变形层进而对换能发电层施加压力,换能发电层为压电材料,换能发电层保持相对固定,当换能发电层受到压力时,能够将机械能转换为电能,换能发电层导电连接储能元件,将电能传输至储能元件存储,供给其他器件使用;本发明提供的热量回收装置将原本被排出浪费的热量进行回收,实现废热的再利用,可降低热量耗散造成的浪费,具有更好地经济效益。本发明涉及的服务器能够实现相同的技术效果。

Description

一种热量回收装置及服务器
技术领域
本发明涉及服务器领域,更进一步涉及一种热量回收装置。本发明还涉及一种服务器。
背景技术
PUE(Power Usage Effectiveness,电源使用效率)= 数据中心总能耗/IT设备能耗,其中数据中心总能耗包括IT设备能耗和制冷、配电等系统的能耗,PUE值大于1,越接近1表明非IT设备耗能越少,即能效水平越好。
随着人工智能模型参数指数级增长,模型训练对服务器算力的需求急速增长,由此引发了CPU和GPU等计算核芯的功耗日益升高,当前主流CPU厂商最强算力CPU的功耗已经达到280W,主流GPU厂商最强算力GPU功耗可以达到500W。一般而言,单台人工智能服务器中会有2颗CPU和8颗GPU,整机功耗将达到6000W左右,同时,CPU/GPU/内存等元件会产生大量的热量,为了能够在有限空间中将发热元件产生的热量散掉,通常需要8-10颗高功率的风扇满转,通过风冷散热的方式将冷风吸入机箱给发热元件散热,将经过发热元件后形成的热风抽出到机箱外,最终由数据中心空调将热量散至室外,由此将导致数据中心PUE极低。
传统的风冷散热方式已经无法满足未来数据中心的建设要求。为此,很多厂商也尝试利用液冷散热技术实现对人工智能服务器高功耗元件进行散热。然而,当前液冷散热虽然解决了风冷散热导致的机房PUE低的问题,但是最终还是将热量以废热的形式耗散,对整个数据中心而言,这部分能量被浪费不符合绿色数据中心的建设宗旨。
如何降低热量耗散造成的浪费,是目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种热量回收装置,能够将器件散发的热量转换为电能加以回收利用,降低热量耗散浪费,具体方案如下:
一种热量回收装置,包括相互接触的吸热变形层和换能发电层,所述换能发电层电连接于储能元件;
所述吸热变形层具有吸热膨胀的特性;所述换能发电层为压电材料制成,具有受压产生电能的特性;
所述吸热变形层吸热膨胀对所述换能发电层施加压力,所述换能发电层将机械能转换为电能,并传输至所述储能元件存储。
可选地,所述吸热变形层由具有纳米微结构的热学超材料制成,所述纳米微结构具有一维线性膨胀的特性,所述吸热变形层的膨胀方向垂直于所述换能发电层的表面。
可选地,所述吸热变形层连接均热层,散热器件的热量经过所述均热层匀传递至所述吸热变形层。可选地,所述均热层或所述吸热变形层连接器件卡槽,所述器件卡槽用于匹配连接散热器件,并能够传导热量。
可选地,所述换能发电层和所述器件卡槽之间通过限位杆相互压接,所述限位杆用于限定所述换能发电层的极限位置。
可选地,所述换能发电层、所述均热层和所述器件卡槽的面积大于所述吸热变形层的面积,所述限位杆连接所述换能发电层、所述均热层和所述器件卡槽、或连接所述换能发电层和所述器件卡槽,所述限位杆不经过所述吸热变形层。
可选地,所述限位杆为螺栓,所述限位杆固定于所述器件卡槽,穿过所述换能发电层并连接螺母。
可选地,所述器件卡槽和所述均热层之间、和/或所述均热层和所述吸热变形层之间、和/或所述器件卡槽和所述吸热变形层之间涂装绝缘导热材料。
可选地,所述换能发电层背向所述吸热变形层的表面安装散热翅片。
发明还提供一种服务器,包括上述任一项所述的热量回收装置。
本发明提供一种热量回收装置,吸热变形层和换能发电层相互接触,吸热变形层能够吸热膨胀,将热量转换为机械能,吸热变形层进而对换能发电层施加压力,换能发电层为压电材料,当换能发电层受到压力时,能够将机械能转换为电能,换能发电层导电连接储能元件,将电能传输至储能元件存储,供给其他器件使用;本发明提供的热量回收装置将原本被排出浪费的热量进行回收,热量先转换为机械能,再由机械能转换为电能,实现废热的再利用,可降低热量耗散造成的浪费,具有更好地经济效益。本发明涉及的服务器能够实现相同的技术效果。
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他的附图。
图1为本发明的热量回收装置的结构示意图。
图中包括:
吸热变形层1、换能发电层2、储能元件3、均热层4、器件卡槽5、限位杆6。
具体实施方式
本发明的核心在于提供一种热量回收装置,能够将器件散发的热量转换为电能加以回收利用,降低热量耗散浪费。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面将结合附图及具体的实施方式,对本发明的热量回收装置和服务器进行详细的介绍说明。
图1为本发明的热量回收装置的结构示意图;本发明的热量回收装置包括吸热变形层1、换能发电层2、储能元件3等结构,其中吸热变形层1和换能发电层2之间相互接触,中间不留间隙,两者之间能够传递作用力。吸热变形层1和换能发电层2均为块状结构,其具体的外形不作严格限制,但其各处的厚度需要保持相等,以保证吸热变形层1和换能发电层2之间均匀地传递作用力。
吸热变形层1具有吸热膨胀的特性,具有良好的热胀冷缩性能,吸热变形层1吸热膨胀体积增大;换能发电层2为压电材料,压电是一种能够将机械能和电能互相转换的材料,典型代表为压电陶瓷,压电陶瓷受压时产生电压,机械能转换为电能;吸热变形层1吸热膨胀体积增大,进而对换能发电层2施加压力,为了更好地传递作用力,装配时换能发电层2的位置需要保持相对固定,受到吸热变形层1的挤压时位置保持不动,换能发电层2可更好地承受压力。换能发电层2通过导线等结构电连接于储能元件3,换能发电层2产生的电能传输至储能元件3存储,储能元件3可以是锂电池、蓄电池等模块。
本发明提供的热量回收装置可应用于CPU、GPU、内存等散热器件,利用吸热变形层1吸收散热器件产生的热量,吸热变形层1吸收热量后发生物理膨胀,体积增大,进而对换能发电层2施加压力,吸热变形层1对换能发电层2施加机械能,换能发电层2采用压电材料制成,可以将受到的机械能转换为电能并输出,最终由储能元件3存储;该装置将传统的风冷或水冷方式中被排出浪费的热量进行回收,经过两次能量转换,热量先通过吸热变形层1转换为机械能,机械能再经过换能发电层2产生电能,实现废热的再利用,降低热量耗散造成的浪费,具有更好地经济效益。
在上述方案的基础上,本发明在此提供更优选的方案,吸热变形层1由热学超材料制成,热学超材料是具有纳米级微结构的材料,通过合理的设置纳米微结构,吸热变形层1的纳米微结构使其能够实现一维线性膨胀,吸热变形层1的膨胀方向垂直于换能发电层2的表面,降低其他维度的形变,使热量转换的机械能集中对换能发电层2施加压力,从而提升能量的利用率。
结合图1所示,其中的吸热变形层1和换能发电层2为相互贴合的平板结构,采用热学超材料制成的吸热变形层1能够沿图中双向箭头所示的方向竖向膨胀收缩,也即其受热后,膨胀主要发生在竖向,厚度方向上受热增大,以使其受热产生的膨胀主要作用于上方的换能发电层2,降低吸热变形层1横向的膨胀量,减少无效部分的膨胀,提升热量的利用率。
更进一步,本发明的吸热变形层1连接均热层4,结合图1所示,均热层4位于吸热变形层1的下方,均热层4和换能发电层2分别设置于吸热变形层1的下方和上方;均热层4靠近发热元件,均热层4具有高效的热量传递效率,可采用铝或铜制成,使热量均匀分布,均热层4用于使用散热器件的热量均匀传递至吸热变形层1。
均热层4或吸热变形层1连接器件卡槽5,器件卡槽5用于匹配对接散热器件传导热量,器件卡槽5采用导热材料制成,例如铝或铜;结合图1所示,左上方的结构中吸热变形层1的下方直接连接器件卡槽5,左下方的结构中均热层4的下方连接器件卡槽5,均热层4和器件卡槽5之间可采用焊接,也可以采用直接压接固定等形式。器件卡槽5的外形与其匹配的发热元件恰好贴合,保证足够的接触面积以传导热量。
换能发电层2和器件卡槽5之间通过限位杆6相互压接,位于换能发电层2和器件卡槽5之间的吸热变形层1和均热层4均保持相互紧贴;限位杆6用于限定换能发电层2的极限位置,以使换能发电层2承受吸热变形层1施加的压力。
结合图1,换能发电层2、均热层4、器件卡槽5的面积均大于吸热变形层1的面积,在垂直于板面方向的投影上看,换能发电层2的四周、均热层4的四周、器件卡槽5的四周分别伸出于吸热变形层1的边缘。如图1中靠下位置的模块,限位杆6连接换能发电层2、均热层4和器件卡槽5,如图1中靠上位置的模块,连接换能发电层2和器件卡槽5;在这两种结构中,限位杆6不经过吸热变形层1,吸热变形层1完整的一个整体,保证其自身的机械变形效果。
优选地,本发明的限位杆6为螺栓,限位杆6固定于器件卡槽5,穿过换能发电层2并连接螺母,通过螺母压住换能发电层2,对换能发电层2起到限位的作用,换能发电层2在受到机械挤压力时无法位移。对于设有均热层4的结构来说,限位杆6需要穿过均热层4。
器件卡槽5和均热层4之间、和/或均热层4和吸热变形层1之间、和/或器件卡槽5和吸热变形层1之间涂装绝缘导热材料,典型代表为导热硅脂;也即相互接触需要导热的器件之间通过导热硅脂提升导热效率,同时保证绝缘效果。
具体地,可在换能发电层2安装散热翅片,多余的热量无法转换为电能,可以通过换能发电层2安装的散热翅片向外散发。散热翅片设置于换能发电层2背向吸热变形层1的表面,也即图1中吸热变形层1的上表面。
本发明还提供一种服务器,包括上述的热量回收装置,该服务器能够实现相同的技术效果。服务器的其他部分结构请参考现有技术,本发明在此不再赘述。
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 (9)

1.一种热量回收装置,其特征在于,包括相互接触的吸热变形层(1)和换能发电层(2),所述换能发电层(2)电连接于储能元件(3);
所述吸热变形层(1)具有吸热膨胀的特性;所述换能发电层(2)为压电材料制成,具有受压产生电能的特性;
所述吸热变形层(1)吸热膨胀对所述换能发电层(2)施加压力,所述换能发电层(2)将机械能转换为电能,并传输至所述储能元件(3)存储;
所述吸热变形层(1)由具有纳米微结构的热学超材料制成,所述纳米微结构具有一维线性膨胀的特性,所述吸热变形层(1)的膨胀方向垂直于所述换能发电层(2)的表面。
2.根据权利要求1所述的热量回收装置,其特征在于,所述吸热变形层(1)连接均热层(4),散热器件的热量经过所述均热层(4)匀传递至所述吸热变形层(1)。
3.根据权利要求2所述的热量回收装置,其特征在于,所述均热层(4)或所述吸热变形层(1)连接器件卡槽(5),所述器件卡槽(5)用于匹配连接散热器件,并能够传导热量。
4.根据权利要求3所述的热量回收装置,其特征在于,所述换能发电层(2)和所述器件卡槽(5)之间通过限位杆(6)相互压接,所述限位杆(6)用于限定所述换能发电层(2)的极限位置。
5.根据权利要求4所述的热量回收装置,其特征在于,所述换能发电层(2)、所述均热层(4)和所述器件卡槽(5)的面积大于所述吸热变形层(1)的面积,所述限位杆(6)连接所述换能发电层(2)、所述均热层(4)和所述器件卡槽(5)、或连接所述换能发电层(2)和所述器件卡槽(5),所述限位杆(6)不经过所述吸热变形层(1)。
6.根据权利要求5所述的热量回收装置,其特征在于,所述限位杆(6)为螺栓,所述限位杆(6)固定于所述器件卡槽(5),穿过所述换能发电层(2)并连接螺母。
7.根据权利要求5所述的热量回收装置,其特征在于,所述器件卡槽(5)和所述均热层(4)之间、和/或所述均热层(4)和所述吸热变形层(1)之间、和/或所述器件卡槽(5)和所述吸热变形层(1)之间涂装绝缘导热材料。
8.根据权利要求5所述的热量回收装置,其特征在于,所述换能发电层(2)背向所述吸热变形层(1)的表面安装散热翅片。
9.一种服务器,其特征在于,包括权利要求1至8任一项所述的热量回收装置。
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