CN116916608A - 自然散热it设备及制造方法、采用其的机柜和数据中心 - Google Patents

Abstract

一种自然散热IT设备及制造方法、采用其的机柜和数据中心。所述自然散热IT设备包括：密封外壳，用于将电子元件密封隔潮和隔尘；本体散热元件，用于散热；接触导热面，用于将热量接触导出；其中，所述本体散热元件和接触导热面的配合能够将所述自然散热IT设备内部的单位面积热流密度降低到第一阈值以下，使所述自然散热IT设备不需借助任何外部输入能源即实现自然散热。本发明不借助任何外部输入能源，能耗低，可极大降低冷却散热成本；本发明的自然散热IT设备、机柜和数据中心制造方法简单，成本低，适合成批建设；便于维修和维护，降低了数据中心PUE值。

Description

自然散热IT设备及制造方法、采用其的机柜和数据中心

技术领域

本发明涉及电子信息技术和散热技术领域，具体地涉及一种自然散热IT设备及制造方法、采用其的机柜和数据中心。

背景技术

随着电子商务的兴起，企业用户会把越来越多的业务通过Internet或者Intranet来进行处理，各种商业模式都开始上“云”，这使得企业可以更好地节约成本、提高效率。数据中心(Internet Data Center，IDC)作为“网络云”的重要硬件支撑，数量和规模也逐年增长。数据中心用于在因特网上传递、加速、展示、计算、存储各种数据信息，逐渐成为各地的“电老虎”，主要是因为IT设备与制冷系统的运转，都需要消耗大量的电能，尤其是传统的空调冷却系统。

对于数据中心的冷却，目前主流的方式还是风冷和液冷，为了节能，陆续又提出了直接利用室外冷源，如新风，或间接利用室外冷源，如转轮热回收、冷水系统等来为机房降温的方案。当采用室外新风作为冷源时，则必须保证新风的洁净度，需要进行过滤处理和通过风扇等设备引入机房。当采用传统的冷水系统降温时，其管路庞大复杂，后期运维难度大，且管道泄漏会严重影响数据中心正常运营。

由此，在我国大力发展建设各种数据中心之际，如何提供既降低能耗，又能够减少维护复杂性的数据中心解决方案就是研发人员迫切需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种自然散热IT设备、其制造方法、采用其的机柜和数据中心，以期至少部分地解决上述技术问题。

为了实现上述目的，作为本发明的第一个方面，提出了一种自然散热IT设备，包括：

密封外壳，用于将执行功能的电子元件密封在里面，隔绝潮气和灰尘；

本体散热元件，位于密封外壳外侧，通过传热通道与所述执行功能的电子元件热耦合，用于将所述执行功能的电子元件产生的部分热量散发出去；

接触导热面，位于密封外壳外侧，通过传热通道与所述执行功能的电子元件热耦合，用于将所述执行功能的电子元件产生的部分热量传导到与所述接触导热面热耦合的外部散热元件上；

其中，所述本体散热元件和接触导热面的配合能够将所述自然散热IT设备内部的单位面积热流密度降低到第一阈值以下，使所述自然散热IT设备不需要借助任何外部输入能源即能够实现自然散热。

作为本发明的第二个方面，还提出了一种如上所述的自然散热IT设备的集群，包括至少两个如上所述的自然散热IT设备协同作业，所述自然散热IT设备的集群同样能够将所述自然散热IT设备内部的单位面积热流密度降低到第一阈值以下，使所述自然散热IT设备的集群不需要借助任何外部输入能源即能够实现自然散热。

作为本发明的第三个方面，还提出了一种采用如上所述的自然散热IT设备的机柜，所述机柜采用开放式结构，四面敞开设计；所述机柜包括主体框架，框架上设置有与所述自然散热IT设备的接触导热面外形轮廓相匹配的接触固定区域，通过将所述自然散热IT设备传导过来的热量扩散到整个机柜上进行自然散热。

作为本发明的第四个方面，还提出了一种采用如上所述自然散热IT设备的数据中心，所述数据中心包括一个或多个房间，均采用开放式结构，四面敞开设计；

所述数据中心的房间结构采用高导热金属来制造，从而将所述自然散热IT设备产生的热量扩散到机柜以及整个建筑结构上，不再借助外部输入能源强制制冷，而是仅依靠自然风及内生驱动力使整个系统自然散热。

作为本发明的第五个方面，还提出了一种自然散热IT设备的制造方法，包括以下步骤：

通过密封外壳将执行功能的电子元件密封在里面，隔绝潮气和灰尘；密封时将执行功能的电子元件产生的热量通过导热元件引出密封外壳，传导到本体散热元件和接触导热面上；

其中，所述本体散热元件和接触导热面的配合使所述自然散热IT设备不需要借助任何外部输入能源即能够将所述自然散热IT设备内部的单位面积热流密度降低到第一阈值以下；所述第一阈值为0.1W/m²。

基于上述技术方案可知，本发明的自然散热IT设备、其制造方法、采用其的机柜和数据中心相对于现有技术至少具备如下有益效果之一：

(1)本发明的自然散热IT设备、机柜和数据中心不借助任何外部输入能源，仅依靠自身形成的内生动力，或者仅需要微小能源辅助推动，就可以驱动热能扩散出设备并与自然环境进行交换，能耗极低，散热效率不慢，满足一般功率的数据中心的要求，可以极大地降低散热成本；

(2)本发明的自然散热IT设备、机柜和数据中心制造方法简单，原料易得，成本低，也不需要额外的水源和风源等，适合中国广大东北、西北地域的自然冷却数据中心的成批建设；

(3)本发明的自然散热IT设备、机柜和数据中心便于维修和维护，后期维护成本低，降低了系统PUE值，减少了建设成本和维护成本，实现了节能减排的效果；

(4)本发明的数据中心，四面通透，使得主体结构能够在水平方向上与外界连通，周围环境的自然风可以大量地汇入主体结构内部进行散热，使得主体结构的内部能够进行自然对流的高效散热；钢架结构，无需额外建造冷却系统，能够借助自然风实现零成本高效散热，降低了数据中心的电能消耗，降低了PUE值，减少了建设成本和维护成本，实现了节能减排的效果。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明的方法和装置作进一步说明：

图1是本发明的自然散热IT设备的结构示意图；

图2是本发明的自然散热IT设备的快装结构的展开示意图；

图3是本发明的自然散热IT设备悬挂于方框型机柜上的结构示意图；

图4是本发明的自然散热IT设备悬挂于烟囱效应型机柜上的结构示意图；

图5是本发明的自然散热IT设备悬挂于另一种烟囱效应型机柜上的结构示意图；

图6是采用本发明的自然散热IT设备的数据中心的一种实施方式的结构示意图；

图7是采用本发明的自然散热IT设备的数据中心的另一种实施方式的结构示意图；

图8是采用本发明的自然散热IT设备的数据中心安装有太阳能电池板的侧视图；

图9是采用本发明的自然散热IT设备的数据中心安装有太阳能电池板的立体图；

图10是采用本发明的自然散热IT设备的数据中心使用屋顶的雨水收集池进行液冷散热的示意图；

图11是采用本发明的自然散热IT设备的数据中心使用埋在地底的冷却水储存池进行液冷散热的示意图；

在上述附图中，附图标记含义如下：

1自然散热IT设备 2执行功能的电子元件

3 密封外壳 4 本体散热元件

5 接触导热面 6 传热通道

7 方框型机柜 8 烟囱效应型机柜

9 全钢建筑 10 自然通风器

31 弹簧销

71 机柜主梁 72 机柜外框架

81 法兰盘 82 气流通道

83 设备固定安置区 84 底座

85 液冷通道

91 太阳能电池板 92 雨水收集池

93 冷却水储存池

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

现有技术中的数据中心逐渐发展成满足一定严格规范的空间内的冷却，例如需要保证该空间内的温湿度，保证空气的洁净度，而其冷却方式主要为风冷和液冷，目前比较成熟、耗能高的冷却方式包括空调制冷、冷却塔驱动的间接液冷、泵驱动的浸没液冷等，现有技术中也针对这些高耗能而提出了自然冷却方式，不过其自然冷却或者是利用新风，或者是天然水体，由于空间密封，其中仍然需要采用风扇、水泵等外来动力来作为驱动力。

为了进一步降低能耗，本发明人提出一种新的数据中心冷却思路，通过在设备级就将IT设备的单位面积热流密度降低到设定阈值以下，从而可以省去强制冷却，只需要通过自然风或者系统内生性驱动就可以实现设备的冷却。

具体地，如图1所示，本发明提出了一种自然散热IT设备1，包括：

密封外壳3，用于将执行功能的电子元件2密封在里面，隔绝潮气和灰尘；

本体散热元件4，位于密封外壳3外侧，通过传热通道6与所述执行功能的电子元件2热耦合，用于将所述执行功能的电子元件2产生的部分热量散发出去；

接触导热面5，位于密封外壳3外侧，通过传热通道与所述执行功能的电子元件2热耦合，用于将所述执行功能的电子元件2产生的部分热量传导到与所述接触导热面5热耦合的外部散热元件上；

其中，所述本体散热元件4和接触导热面5的配合能够将所述自然散热IT设备1内部的单位面积热流密度降低到第一阈值以下，使所述自然散热IT设备1不需要借助任何外部输入能源即能够实现自然散热。

其中，执行功能的电子元件2例如包括计算组件(如CPU、GPU等)、存储组件(如磁存储、光盘存储、磁光存储等)、电源组件、交换组件或接口通讯组件等。其中磁存储例如进一步包括硬盘(HD)、固态硬盘(SDD)、EPRAM等。

其中，所述密封外壳3用于防潮湿、防盐雾和防霉菌。所述密封外壳3例如可以采用金属材料或工程塑料材料来制备，例如可以采用钢、铝、铜、银、金、丙烯酸酯树脂、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)等。在一个优选实施例中，也可以采用高导热率的金属结构来进行密封，并设置各种导热手段将热量快速扩散到本体散热元件4和预先设定的接触导热面5上，比如散热鳍片、与之接触的金属机柜、金属建筑框架等上面。

其中，所述接触导热面5是专门设置的一个导热面，其外部形状例如可以是平整的平面，也可以是与接触传热的外部散热元件轮廓相匹配的形状，例如做成凹凸长城型，可以彼此咬合，两侧各埋入热管，增大传热效率。所述接触导热面5通过在内部埋设导热金属条、导热金属块、导热板、热管等导热元件将内部的热导出到表面。其中，在导热元件与发热电子元件之间可以施涂导热硅脂、石墨层或石墨烯薄膜等增加接触导热效率。可以将热管与导热金属块、导热板等一体成型，降低制造成本。

其中，接触导热面5通过传导散发的热量约占整个执行功能的电子元件2产生热量的三分之一以上，优选为至少一半以上，甚至三分之二以上。从而，当小功率使用时，通过自然散热IT设备1自身的本体散热元件4即可散热；当功率加大后，主要热量通过接触导热面5导出，通过外接的整个机柜，甚至整个全钢建筑9来散热。

其中，所述第一阈值例如为0.1W/m²，更优选为0.04W/m²。此外，所述自然散热IT设备1内部的单位面积热流密度需要保持在第二阈值，例如0.001W/m²之上，甚至是0.005W/m²之上。通过这两个数值限定可以使所述设备既满足自然冷却的要求，又不至于因为设备本身外置的本体散热元件4和接触导热面5接触的外部散热元件的过度设置，导致散热成本太高，不利于产业化和整个数据中心若干台IT设备的同时散热。

由此，由于本发明不同于传统的数据中心，先将IT设备采用密封外壳3封装，通过密封外壳3来严密保护核心部件，所以可以不避潮湿和灰尘，让数据中心处于敞开式空间中，让室外风可以无阻碍、自由吹到设备机柜上；并且设备本身的本体散热元件4和接触导热面5极大地扩大了散热单元体积，可以减少强制制冷的能耗，适用于西北、东北等室外温度低，比较空旷，房租便宜的地方建立大型IDC。再进一步地，由于配置的散热结构均是经过精心计算和设计，满足特定阈值要求，从而可以保证很多台IT设备使用时，均能够满足设计要求，不会相互干扰或过度设计增加成本。

其中，所述设备本身的本体散热元件4例如可以采用散热鳍片，其可以采用铝合金的挤压一体成型，从而如图2所示，本体散热元件4与密封外壳3形成快拆快装结构，便于紧急情况拆开密封外壳3对内部设备进行维护。本体散热元件4表面可以形成热控黑漆，既便于表面辐射散热，也减少粘附灰尘，便于吸尘器吸尘处理或水冲洗。

在一个优选实施方式中，所述执行功能的电子元件2例如为计算组件，其中例如包含1、2、3、4、5、6、7、8、16、32、64、128、……个CPU和/或GPU，可以位于1、2、3、4、5、6、7、8、……块线路板上，CPU和/或GPU发热元件背面紧贴高效导热的金属块、冷板和/或热管，以便高效将其产生的热量输送到本体散热元件4和/或接触导热面5。上述导热元件可以是公知的各种导热元件，只要其中不包含外部能源驱动的冷却/传热设备。

在又一个优选实施方式中，所述执行功能的电子元件2例如为存储组件，其中例如包含1、2、3、4、5、6、7、8、16、32、64、128、……个机械硬盘(HD)、固态硬盘(SDD)和/或单光盘或多光盘光驱设备(CD、DVD、SVCD、蓝光)等。存储组件的发热位置附近同样设置导热的金属块、冷板和/或热管等，以便高效将其产生的热量输送到设备本身的本体散热元件4和/或接触导热面5。上述导热元件可以是公知的各种导热元件，只要其中不包含外部能源驱动的冷却/传热设备。

在一个优选实施方式中，所述执行功能的电子元件2例如为电源组件，其中包括若干功率较大的变压器和/或大电容，电源组件的发热位置(例如变压器的硅钢片)同样紧贴高效导热的金属块、冷板和/或热管等，以便高效将其产生的热量输送到本体散热元件4和/或接触导热面5。上述导热元件可以是公知的各种导热元件，只要其中不包含外部能源驱动的冷却/传热设备。

在一个优选实施方式中，所述执行功能的电子元件2例如通过缓冲防震结构来封装在密封外壳3中，从而在安装时不小心掉落也不会损坏内部的执行功能的电子元件2。

本发明还公开了一种如上所述的自然散热IT设备的集群，包括至少两个以上上述自然散热IT设备协同作业，所述自然散热IT设备的集群同样能够将所述自然散热IT设备内部的单位面积热流密度降低到第一阈值以下，使所述自然散热IT设备的集群不需要借助任何外部输入能源即能够实现自然散热。

作为优选，所述协同作业的自然散热IT设备的数量例如为3、4、5、6、7、8、9、10、12、16、24、32、……个。协同作业的各自然散热IT设备1通过电源和信号连接，可以在服务调度程序控制下协同完成指定的任务。

本发明还公开了一种服务器，包括至少两个上述自然散热IT设备，且所述服务器内未设置耗电量高的冷却设备，如空调、水冷强制换热、冷却剂强制换热等设备，不过可以设置自然蒸发和浸没式冷却设备。

本发明还公开了一种采用如上所述的自然散热IT设备的机柜，所述机柜采用开放式结构，四面敞开设计，没有面板的隔挡。机柜包括主体框架，框架上设置有与所述自然散热IT设备的接触导热面外形轮廓相匹配的接触固定区域，一方面固定所述自然散热IT设备，另一方面通过导热金属条、导热金属块、导热板、热管等导热元件将自然散热IT设备传导过来的热量扩散到整个机柜的框架和框架上装设的散热结构上，进行自然散热。其中，在导热元件与发热电子元件之间可以施涂导热硅脂、石墨层或石墨烯薄膜等增加接触导热效率。可以将热管与导热金属块、导热板等一体成型，降低制造成本。

其中，所述机柜的框架结构可以进行各种变形，例如变成平板状、柱状、螺旋状、双螺旋状、球形等，只要能够扩大散热面积，且不阻碍自然风对设备的冷却。更优选地，所述机柜的框架结构的变形还能够形成自发的气流通道，加速气体的流动，提高冷却效率，例如，在所述机柜的框架结构内部或表面形成与屋顶烟囱贯通的连续气流通道，或者在室内形成不同温区而带动周边气流向中间的流动，等等。

本发明还公开了一种采用如上所述的自然散热IT设备的数据中心，所述数据中心包括一个或多个房间，可以分布在一层或多层的建筑物中，均采用开放式结构，四面敞开设计，没有窗户的隔挡。数据中心的房间结构例如可以采用高导热高强度金属来制造，从而可以将所述自然散热IT设备产生的热量扩散到机柜以及整个建筑结构上，不再借助外部输入能源强制制冷，而是仅依靠自然风及内生驱动力即可使整个系统自然散热，达到节能环保的目的。

其中，所述数据中心的四个方向也可以安装百叶窗形挡板，所述百叶窗形挡板的转轴为水平方向的轴，可以调节挡板转动的角度，来调节进入室内的风量。在冬天或极冷区域，例如南北极，可以减少冷风摄入量，保证数据中心内的设备在合适温度区间运行。此外，所述百叶窗形挡板的间隙处也可以设置纱窗或过滤网，适当减少粉尘等。

其中，所述数据中心还可以适当布置太阳能电池板来提供部分能源，太阳能电池板的布置不能遮挡自然风的通路，因此在设置太阳能电池板时，既需要考虑太阳光的角度，即太阳光在太阳能电池板上的投影面积，又需要考虑常年自然风的方向，在设置时尽量利用屋顶、窗户以下的屋檐空间以及地面，所述数据中心地面一层可以空出来作为办公、停车等其他用途，通过将主要发热设备都设置在高层，更容易受到自然风的吹拂而加快散热效率，也能够加高楼层，增强烟囱效应。

其中，所述数据中心还可以利用太阳能电池板产生的电能驱动风机，引导或辅助控制所述数据中心中由于受热自发运动的气流，使其形成稳定连续的气流来加速冷却。需要说明的是，这里的风机不用于对散热器件直接吹风加快冷却，而只是用于辅助气流的形成，例如在烟囱或楼板夹层中通过轴流风机增强气流动力，形成抽吸作用等。

其中，所述数据中心也可以适当增加液冷，所述液冷设备属于自驱动或微驱动的自然散热液冷设备，例如通过在屋顶屋檐下设置雨水收集池，或者在地底一定深度设置冷却水储存池，然后利用重力或微型水泵给予相对较小的推动力，来循环带走整个机柜甚至整个钢架建筑的热量，热量通过屋顶的无动力水冷塔来散发热量，或者通过与地底的低温土层换热来进行散热。那种高耗电、强制冷却的方案不在本发明考虑范围之内。

本发明还提出了一种自然散热IT设备的制造方法，包括以下步骤：

通过密封外壳将执行功能的电子元件密封在里面，隔绝潮气和灰尘，密封时注意预留将执行功能的电子元件产生的热量导到本体散热元件和接触导热面的导热元件的位置和通道；

其中，所述本体散热元件和接触导热面的配合可以将所述自然散热IT设备内部的单位面积热流密度降低到第一阈值以下，使所述自然散热IT设备不需要借助任何外部输入能源即能够实现自然散热。

在一个优选实施方式中，例如如图1、2所示，上述密封外壳3的密封步骤中，可以采用一端或两端开口的全金属或塑料树脂外壳，通过封盖将执行功能的电子元件2封装在里面，密封外壳3上设置两个热流通道6，一个将热量导引到本体散热元件4，一个将热量导引到接触导热面5。密封外壳3的固定可以通过一体成型的散热框架结构套设在密封外壳上，并设置可伸缩的弹簧销31来固定定位。需要快速拆卸使按压弹簧销使其缩回密封外壳内部，从而可以拆卸所述密封外壳。

下文将通过具体实施例来对本发明作进一步阐述说明。需要注意的是，下述的实施例仅是举例说明，而不是用于限定本发明。

实施例1

如图1所示，本发明实施例1公开了一种执行功能的电子元件2为存储单元的电子元件的自然散热IT设备1。所述存储单元为硬盘和内置光盘的光盘驱动器的组合，所述存储单元的发热部分与导热金属条(图中为灰色区域用斜线表示的传热通道6)紧紧贴合，导热金属条将其产生的热量传导到自然散热IT设备1外部的本体散热元件4和接触导热面5上，再通过自然冷却和/或扩散传热来进行冷却。

如图2所示，本发明实施例1的自然散热IT设备1可以实现快装快拆，执行功能的电子元件2被密封在密封外壳2中，所述密封外壳2上设置有可伸缩的弹簧销31来固定定位，快装时将挤压一体成型的本体散热元件4套设在所述密封外壳上，使弹簧销31顶住位置即固定所述密封外壳；快卸时按压所述弹簧销31，使其缩回密封外壳内部，再滑动所述本体散热元件4，打开所述密封外壳，取出其中封装的执行功能的电子元件2。

实施例2

如图1、2所示，本发明实施例2公开了一种执行功能的电子元件2为计算单元的自然散热IT设备1。所述计算单元为包括一CPU和一GPU的主板，所述CPU和GPU背部通过导热硅脂与导热板紧紧贴合，导热板(图中为灰色区域用斜线表示的传热通道6)将CPU和GPU产生的高热量传导到自然散热IT设备1外部的本体散热元件4和接触导热面5上，再通过自然冷却和/或扩散传热来进行冷却。

实施例3

如图3所示，本发明实施例3公开了一种将本发明的自然散热IT设备1悬挂于方框型机柜7上的结构，该方框型机柜7包括机柜主梁71、机柜外框架72、散热结构(图中未示出)和与所述自然散热IT设备的接触导热面外形轮廓相匹配的接触固定区域(图中未示出)，所述接触固定区域通过热管导热元件将自然散热IT设备1传导过来的热量从机柜主梁71扩散到机柜外框架72和机柜外框架72上装设的散热结构上。

实施例4

如图4所示，本发明实施例4公开了一种将自然散热IT设备1悬挂于烟囱效应型机柜8上的结构；所述烟囱效应型机柜8是机柜框架结构的一种变形，由方框变成内部实心的平板状结构，其主体结构由导热性的铝合金材料制成，外表面设有若干个用于与自然散热IT设备1的接触导热区5接触固定的设备固定安置区(图中未示出)，用于将自然散热IT设备1传导过来的热扩散到整烟囱效应型机柜上，加热外表面临近空间的空气形成“烟囱效应”。

其中，所述烟囱效应型机柜8的底部和顶部分别焊接有固定法兰盘81，用于与金属地板和楼板固定连接，将所述烟囱效应型机柜8固定在房间内，同时金属地板和楼板均为通孔设计，所述烟囱效应型机柜8表面的气流能够穿透楼板和金属地板，与不同楼层的所述烟囱效应型机柜8的气流通道形成合流，一直到屋顶的自然通风器(图中未示出)。

实施例5

如图5所示，本发明实施例5公开了一种将自然散热IT设备1悬挂于另一种烟囱效应型机柜8上的结构；所述烟囱效应型机柜8是机柜框架结构的另一种变形，由方框变成内部中空的柱状结构，其主体结构由导热性的铝合金材料制成，内部形成中空且上下贯通的气流通道，外表面设有若干个用于与自然散热IT设备1的接触导热区5接触固定的设备固定安置区(图中未示出)，用于将自然散热IT设备1传导过来的热扩散到气流通道内壁上，加热内部的空气形成“烟囱效应”。

其中，所述烟囱效应型机柜8的底部和顶部分别焊接有固定法兰盘81，用于与地板上的地砖和楼板上的开口框架固定连接，将所述烟囱效应型机柜8固定在房间内，同时保证所述烟囱效应型机柜8内部的气流通道与不同楼层的所述烟囱效应型机柜8实现上下贯通。

实施例6

如图6所示，本发明实施例6公开了一种采用自然散热IT设备1的数据中心。其中，数据中心采用全钢建筑9来实现，其地板均由导热好的钢材制成，实施例3的方框型机柜7交错排列在数据中心的房间内，房间四面通风，且地板可以采用通孔板，从而保证上下层的房间空气通透。由此，数据中心的发热元件产生的热量通过传导扩散到机柜和地板，整个房间都成了散热器，且整个房间由于加热产生上升热气流穿透楼板，形成整个建筑的“烟囱效应”。

实施例7

如图7所示，本发明实施例7公开了一种采用自然散热IT设备1的数据中心。其中，数据中心为全钢建筑9，整个结构均由导热好的钢材制成，实施例4的烟囱效应型机柜8交错排列在数据中心的房间内，房间四面通风，且烟囱效应型机柜8上下层连通，直通到屋顶的自然通风器(图中未示出)，从而数据中心的发热元件产生的热量通过传导扩散到烟囱效应型机柜8和金属地板上，整个建筑都成了散热器，且烟囱效应型机柜8中的气流通道由于加热产生上升热气流直达屋顶，形成整个建筑的强烈“烟囱效应”，实现自发的高效散热。

实施例8

实施例8公开了一种实施例7所述的数据中心，只是如图8、9所示，该数据中心的向阳面安装有太阳能电池板，图8、9分别是该数据中心的侧视图和立体图，如图所示，该数据中心太阳能电池板91的布置不能遮挡自然风的通路，因此太阳能电池板91只布置在屋顶、窗户以下的屋檐空间以及地面支架上，从南面来的自然风可以无阻碍的进入全钢建筑9，吹拂里面房间内的烟囱效应型机柜8，从而对悬挂安装在其侧面上的自然散热IT设备1进行冷却。

实施例9

实施例9公开了一种实施例7所述的数据中心，只是如图10所示，在屋顶屋檐下设置雨水收集池91，其通过在气流通道82内布设的液冷通道85来循环带走烟囱效应型机柜8甚至整个钢架建筑9的热量，热量通过屋顶的无动力水冷塔(图中未示出)来散发热量，所述液冷设备属于自驱动或微驱动的自然散热液冷设备，利用重力或微型水泵给予相对较小的推动力。

实施例10

实施例10公开了一种实施例7所述的数据中心，只是如图11所示，在地底设置有冷却水储存池93，其通过在气流通道82内布设的液冷通道85来循环带走烟囱效应型机柜8甚至整个钢架建筑9的热量，热量通过与地底的低温土层换热来进行散热。

通过上述几个实施例可以看到，本发明的自然散热IT设备、机柜和数据中心不借助任何外部输入能源，仅依靠自身形成的内生动力，或者仅通过微动力辅助加强，就可以驱动热能扩散出设备并与自然环境进行交换，可以极大降低数据中心能耗，改变其“电老虎”的形象。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自然散热IT设备，其特征在于，包括：

密封外壳，用于将执行功能的电子元件密封在里面，隔绝潮气和灰尘；

本体散热元件，位于密封外壳外侧，通过传热通道与所述执行功能的电子元件热耦合，用于将所述执行功能的电子元件产生的部分热量散发出去；

接触导热面，位于密封外壳外侧，通过传热通道与所述执行功能的电子元件热耦合，用于将所述执行功能的电子元件产生的部分热量传导到与所述接触导热面热耦合的外部散热元件上；

其中，所述本体散热元件和接触导热面的配合能够将所述自然散热IT设备内部的单位面积热流密度降低到第一阈值以下，使所述自然散热IT设备不需要借助任何外部输入能源即能够实现自然散热。

2.根据权利要求1所述的自然散热IT设备，其特征在于，所述执行功能的电子元件为计算组件、存储组件、电源组件、交换组件和/或接口通讯组件；和/或

所述密封外壳采用金属材料或工程塑料材料来制备，优选采用钢、铝、铜、银、金、丙烯酸酯树脂、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)来制备。

3.根据权利要求1所述的自然散热IT设备，其特征在于，所述接触导热面的外部形状为平面，或为与与之接触导热的外部散热元件的轮廓相匹配的形状；和/或

所述接触导热面内部埋入热管，用于将热量从所述执行功能的电子元件处扩散到接触导热面表面。

4.根据权利要求3所述的自然散热IT设备，其特征在于，通过所述接触导热面传导散发的热量占所述执行功能的电子元件产生的总热量的三分之一以上，优选为至少一半以上，进一步优选为三分之二以上。

5.根据权利要求1所述的自然散热IT设备，其特征在于，所述第一阈值为0.1W/m²，优选为0.04W/m²；和/或

所述自然散热IT设备内部的单位面积热流密度需要保持在第二阈值以上；所述第二阈值为0.001W/m²，优选为0.005W/m²。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的自然散热IT设备的集群，包括至少两个如上所述的自然散热IT设备协同作业，所述自然散热IT设备的集群同样能够将所述自然散热IT设备内部的单位面积热流密度降低到第一阈值以下，使所述自然散热IT设备的集群不需要借助任何外部输入能源即能够实现自然散热。

7.一种采用如权利要求1-5任一项所述的自然散热IT设备的机柜，所述机柜采用开放式结构，四面敞开设计；所述机柜包括主体框架，框架上设置有与所述自然散热IT设备的接触导热面外形轮廓相匹配的接触固定区域，通过将所述自然散热IT设备传导过来的热量扩散到整个机柜上进行自然散热。

8.一种采用如权利要求1-5任一项所述的自然散热IT设备的数据中心，其特征在于，所述数据中心包括一个或多个房间，均采用开放式结构，四面敞开设计；

作为优选，所述数据中心的房间结构采用导热材料制造，从而将所述自然散热IT设备产生的热量扩散到固定其的机柜及整个建筑结构上，不需要借助任何外部输入能源，而是仅依靠自然风及内生驱动力使整个系统自然散热。

9.根据权利要求8所述的数据中心，其特征在于，所述数据中心的四周安装有百叶窗形挡板，所述百叶窗形挡板的转轴为水平方向的轴，能够调节百叶窗形挡板转动的角度来调节风量；和/或

所述百叶窗形挡板的间隙处设置有纱窗或过滤网；和/或

所述数据中心包括用于辅助提供气流流动的轴流风机，所述轴流风机不用于直接对发热元件吹风进行冷却；和/或

所述数据中心还布置有太阳能电池板来提供部分能源，所述太阳能电池板的布置不遮挡自然风的通路；和/或

所述数据中心还包括设置在所述烟囱效应型机柜主体结构的气流通道中的液冷管道，所述液冷管道连接位于屋顶的雨水收集池或地下的冷却水储存池，通过重力自驱动或水泵驱动来循环带走部分热量，辅助散热。

10.一种自然散热IT设备的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过密封外壳将执行功能的电子元件密封在里面，隔绝潮气和灰尘，同时在密封时，将执行功能的电子元件产生的热量通过传热通道引出密封外壳，传导到本体散热元件和接触导热面上；作为优选，所述密封外壳的固定是通过一体成型的本体散热元件套设在所述密封外壳上，并在密封外壳上设置可伸缩的弹簧销来固定定位；

其中，所述本体散热元件和接触导热面的配合能够将所述自然散热IT设备内部的单位面积热流密度降低到第一阈值以下，使所述自然散热IT设备不需要借助任何外部输入能源即能够实现自然散热；其中，所述第一阈值为0.1W/m²，优选为0.04W/m²。