一种密闭型高功率散热系统及散热方法

技术领域

本发明属于服务器散热技术领域，具体地说是一种密闭型高功率散热系统及散热方法。

背景技术

边缘计算是为5G、物联网、人工智能等新兴技术提供重要承载能力的平台型技术，其价值在于从物理空间上将计算资源移动到数据创建的位置，从而大幅提升实现数据洞察价值的效率，并在核心IT环境之外实现业务流程和决策智能的即时启用。随着5G、人工智能、物联网等一系列新兴技术被纳入我国目前重要基建计划，作为承载平台的边缘计算及相关服务器产品无疑成为国家重点扶持、企业争相开发的宏海。

边缘服务器的贴近用户端特性使其开发和部署都面临着诸多挑战。由于用户所处环境复杂多变，如高温，高湿，极寒等，要求边缘服务器需要有极高防水防尘等级，这意味着在服务器内部设置风扇和风道的方式将不再适用，内部芯片和供电单元必须要和外界环境形成有效隔离。为克服这一难题，常见做法是通过在散热器外壳和芯片单元之间压铸铝，将芯片热功耗传导至散热器外壳，然后采用被动散热或风扇主动散热方式将热量散出。然而，这种方式的解热能力比较有限，通常只适用于低功耗的边缘服务器，而对于大算力、高功率的芯片则无法满足其散热需求。随着边缘服务器算力和芯片功耗的不断提高，寻找一种更高解热能力的散热方式将成为边缘服务器发展亟待解决的问题。

发明内容

为解决在极端且复杂多变的环境中对于大功率芯片散热无法满足使用需求的问题，本发明提供一种能够适应复杂环境且能提升散热能力的密闭型高功率散热系统及散热方法。

本发明是通过下述技术方案来实现的：

一种密闭型高功率散热系统，包括金属材质的服务器壳体，所述服务器壳体包括相互扣合拼接成密封容器的服务器底座和服务器上盖，所述服务器底座内设有PCB主板，所述PCB主板上设有芯片单元，所述服务器上盖的上表面设有与芯片单元对应的鳍片热管散热器，所述鳍片热管散热器的一侧设有风扇模组。

服务器底座和服务器上盖相配合形成一个金属材质密封的容器，提升容器的结构强度；该密封容器内设置服务器运行的PCB主板及芯片单元等主要部件，而鳍片热管散热器及风扇模组则设置在服务器壳体的外部，使得在复杂多变的应用环境中，服务器的核心计算部件不会轻易受到影响，有助于提升对于环境的适应能力，通过鳍片热管散热器与风扇模组在容器外部的配合，提升散热处理能力的同时，可实现后续维护便捷操作。

本发明的进一步改进还有，上述服务器底座及服务器上盖均为铝合金材质。铝合金材质的服务器壳体在优化了结构强度的同时，还实现了辅助散热。

本发明的进一步改进还有，上述服务器底座与服务器上盖之间设有密封胶。通过密封胶有助于提升服务器底座与服务器上盖之间的密封性，降低外部潮湿或是风沙环境进入到服务器壳体内部的概率。

本发明的进一步改进还有，上述鳍片热管散热器包括铜质基底座，所述铜质基底座设置于服务器底座上；所述铜质基底座上设有散热翅片组，所述散热翅片组内的间隙走向与来自所述风扇模组的风力方向相同。铜质基底座有助于将芯片单元运行时散热的热量通过服务器上盖进行热交换，随后配合散热翅片组在风扇模组的作用下提升热量的快速向外传递。

本发明的进一步改进还有，上述散热翅片组为铝质。铝质的散热翅片有助于提升与外部空气进行热交换，提升换热效率。

本发明的进一步改进还有，上述服务器上盖开设有允许铜质基底座穿过并能够与芯片单元相接触的嵌入口，所述铜质基底座与嵌入口之间设有防水弹力胶条。铜质基底座穿过嵌入口后直接与芯片单元相接触，优化了热量的传递路径，从而提升了对于热量的散热效率；防水弹力胶条填补在铜质基底座与嵌入口之间，通过防水弹力胶条可以对铜质基底座形成反向挤压，提高铜质基底座在服务器上盖上的固定强度，同时还可保证密封性，以实现应对极端且复杂多变的环境。

本发明的进一步改进还有，上述铜质基底座与芯片单元之间填充有导热硅脂。通过导热硅脂填充在铜质基底座与芯片单元之间，有助于弥补铜质基底座与芯片单元之间存在的缝隙，并有助于提升芯片单元的热量向铜质基底座的热传递。

本发明的进一步改进还有，上述散热翅片组上不与风扇模组风力方向相对的侧壁上设有多个铜质热管，所述铜质热管的底端与铜质基底座连接。考虑到散热翅片组处于铜质基底座的顶面，且散热翅片组有一定的高度，散热翅片组底面与铜质基底座相接触，导致散热翅片组的上部出现受热延迟，因此通过增设铜质热管将散热翅片组外周的上部覆盖，从而提升散热翅片组的热交换能力。

本发明的进一步改进还有，上述鳍片热管散热器迎接风扇模组风力方向的两侧设有扰流板。扰流板在鳍片热管散热器的两侧设置，形成一个引导风流经过鳍片热管散热器的通道，在风扇模组吹出的风力作用下，有助于提升对于风力的高效利用。

本发明的进一步改进还有，上述鳍片热管散热器与风扇模组之间设有风向导流栅栏。风向导流栅栏将风扇模组吹出的风力进行优化，以达到提升风速并调节走向的目的，从而达到将更多的风力应用在鳍片热管散热器上，提升散热效率。

本发明的进一步改进还有，上述风扇模组为涡轮式散热扇。涡轮式散热扇显著降低了对于外部空间的占用，且涡轮式散热扇的进风口为朝上的设置，所以即使在空间狭小的应用环境中，不但可以实现节省对于空间的占用节省，还能保持良好的进风量。

本发明的进一步改进还有，上述服务器上盖的上方安装有导风罩，所述导风罩设有与涡轮式散热扇进风口相对应的导风窗。导风窗与服务器上盖相配合对散热配件形成一个通道，不但可以实现对风力的走向形成引导，还可以在多变的应用环境中提高对散热配件的保护；导风窗有助于将外部杂质进行有效阻隔，延长风扇模组的使用周期。

本发明的进一步改进还有，上述芯片单元内设有温度传感器，所述PCB主板上还设有分别与温度传感器及风扇模组相连接的温控调节单元。通过温度传感器及风扇模组与温控调节单元连接，以实现及时响应温度传感器的读值，对风扇模组的转速进行调节，以达到散热能力的调节。

本发明的进一步改进还有，上述PCB主板的底面还设有能够与温控调节单元连接的加热片。通过加热片能够适应在极寒应用的环境场景中，与温度传感器的读值结合，对PCB主板进行预热，可以帮助设备进行低温启动以维持服务器适宜的运行温度，缩短服务器设备从启动达到正常运行状态的过渡时间。

一种散热方法，所述散热方法应用于一种密闭型高功率散热系统中，所述散热方法包括：

服务器供电；

温控调节单元获取温度传感器读值，并驱动风扇模组运行；

温度传感器读值高于服务器正常温度阈值时，增加风扇模组转速；

温度传感器读值低于服务器正常温度阈值时，启动加热片对PCB主板加热。

根据服务器正常运行时温度预设温度传感器的阈值，在服务器运行温度超过温度传感器的阈值时，经过温控调节单元对风扇模组的转速进行适应性调配，以实现快速将运行状态达到稳定的程度；当处于极寒环境的条件下，与温度传感器的读值结合，对PCB主板进行预热，可以帮助设备进行低温启动以维持服务器适宜的运行温度，缩短服务器设备从启动达到正常运行状态的过渡时间。

从以上技术方案可以看出，本发明的有益效果是：服务器底座和服务器上盖相配合形成一个金属材质密封的容器，提升容器的结构强度；该密封容器内设置服务器运行的PCB主板及芯片单元等主要部件，而鳍片热管散热器及风扇模组则设置在服务器壳体的外部，使得在复杂多变的应用环境中，服务器的核心计算部件不会轻易受到影响，有助于提升对于环境的适应能力，通过鳍片热管散热器与风扇模组在容器外部的配合，提升散热处理能力的同时，可实现后续维护便捷操作。

初始状态时，芯片单元焊接在PCB主板上，最终再将PCB主板固定在服务器底座上，然后再将服务器上盖与服务器底座进行拼合安装，使两部件形成一个密封容器，目的在于提升服务器在极端且多变的应用环境中，减少外界因素对服务器的计算核心部件造成干扰；同时由于考虑到应用的环境多为极端、多变，因此金属材质的服务器壳体提升外部壳体结构强度，可增加对外部环境冲击的抵御能力。鳍片热管散热器及风扇模组在服务器上盖与导风罩之间，实现核心的计算部件与散热部件在服务器壳体形成的密闭容器内、外分布，提升对于核心计算部件的保护，以及对于极端且复杂多变的环境的适用。导风罩与服务器上盖所形成的通道，有助于提升对风力的引流，在实现对散热部件形成保护的同时，还可提升对风力的充分利用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对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为本发明具体实施方式的爆炸结构示意图。

图2为本发明具体实施方式的PCB主板结构示意图。

图3为本发明具体实施方式的服务器上盖第一结构示意图。

图4为本发明具体实施方式的服务器上盖第二结构示意图。

图5为本发明具体实施方式的鳍片热管散热器结构示意图。

图6为本发明具体实施方式的导风罩结构示意图。

附图中：100、服务器壳体，110、服务器底座，120、服务器上盖，121、嵌入口，122、扰流板，200、PCB主板，210、芯片单元，300、鳍片热管散热器，310、铜质基底座，320、散热翅片组，321、铜质热管，330、防水弹力胶条，400、风扇模组，410、涡轮式散热扇，500、导流栅栏，600、导风罩，610、导风窗，700、加热片。

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，下面将结合本具体实施例中的附图，对本发明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是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，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，都属于本专利保护的范围。

如附图1所示，本专利公开了一种密闭型高功率散热系统，包括金属材质的服务器壳体100，所述服务器壳体100包括相互扣合拼接成密封容器的服务器底座110和服务器上盖120，所述服务器底座110及服务器上盖120均为铝合金材质。铝合金材质的服务器壳体100在优化了结构强度的同时，还实现了辅助散热。所述服务器底座110与服务器上盖120之间设有密封胶。通过密封胶有助于提升服务器底座110与服务器上盖120之间的密封性，降低外部潮湿或是风沙环境进入到服务器壳体100内部的概率。所述服务器底座110内设有PCB主板200，所述PCB主板200上设有芯片单元210，所述服务器上盖120的上表面设有与芯片单元210对应的鳍片热管散热器300，所述鳍片热管散热器300的一侧设有风扇模组400。服务器底座110和服务器上盖120相配合形成一个金属材质密封的容器，提升容器的结构强度；该密封容器内设置服务器运行的PCB主板200及芯片单元210等主要部件，而鳍片热管散热器300及风扇模组400则设置在服务器壳体100的外部，使得在复杂多变的应用环境中，服务器的核心计算部件不会轻易受到影响，有助于提升对于环境的适应能力，通过鳍片热管散热器300与风扇模组400在容器外部的配合，提升散热处理能力的同时，可实现后续维护便捷操作。

如附图1和6所示，具体的，所述服务器上盖120的上方安装有导风罩600。导风罩600与服务器上盖120相配合对散热配件形成一个通道，不但可以实现对风力的走向形成引导，还可以在多变的应用环境中提高对散热配件的保护；所述导风罩600上设有与风扇模组400对应的导风窗610，导风窗610有助于将外部杂质进行有效阻隔，延长风扇模组400的使用周期。

初始状态时，芯片单元210焊接在PCB主板200上，最终再将PCB主板200固定在服务器底座110上，然后再将服务器上盖120与服务器底座110进行拼合安装，使两部件形成一个密封容器，目的在于提升服务器在极端且多变的应用环境中，减少外界因素对服务器的计算核心部件造成干扰；同时由于考虑到应用的环境多为极端、多变，因此金属材质的服务器壳体100提升外部壳体结构强度，可增加对外部环境冲击的抵御能力。鳍片热管散热器300及风扇模组400在服务器上盖120与导风罩600之间，实现核心的计算部件与散热部件在服务器壳体100形成的密闭容器内、外分布，提升对于核心计算部件的保护，以及对于极端且复杂多变的环境的适用。导风罩600与服务器上盖120所形成的通道，有助于提升对风力的引流，在实现对散热部件形成保护的同时，还可提升对风力的充分利用。

如附图1所示，本专利公开了一种密闭型高功率散热系统，包括金属材质的服务器壳体100，所述服务器壳体100包括相互扣合拼接成密封容器的服务器底座110和服务器上盖120，所述服务器底座110及服务器上盖120均为铝合金材质。铝合金材质的服务器壳体100在优化了结构强度的同时，还实现了辅助散热。所述服务器底座110与服务器上盖120之间设有密封胶。通过密封胶有助于提升服务器底座110与服务器上盖120之间的密封性，降低外部潮湿或是风沙环境进入到服务器壳体100内部的概率。所述服务器底座110内设有PCB主板200，所述PCB主板200上设有芯片单元210，所述服务器上盖120的上表面设有与芯片单元210对应的鳍片热管散热器300，所述鳍片热管散热器300的一侧设有风扇模组400。所述服务器上盖120的上方安装有导风罩600。导风窗610与服务器上盖120相配合对散热配件形成一个通道，不但可以实现对风力的走向形成引导，还可以在多变的应用环境中提高对散热配件的保护；导风窗610有助于将外部杂质进行有效阻隔，延长风扇模组400的使用周期。服务器底座110和服务器上盖120相配合形成一个金属材质密封的容器，提升容器的结构强度；该密封容器内设置服务器运行的PCB主板200及芯片单元210等主要部件，而鳍片热管散热器300及风扇模组400则设置在服务器壳体100的外部，使得在复杂多变的应用环境中，服务器的核心计算部件不会轻易受到影响，有助于提升对于环境的适应能力，通过鳍片热管散热器300与风扇模组400在容器外部的配合，提升散热处理能力的同时，可实现后续维护便捷操作。

如附图2-5所示，芯片单元210焊接在PCB主板200上，最终再将PCB主板200固定在服务器底座110上，然后再将服务器上盖120与服务器底座110进行拼合安装，使两部件形成一个密封容器，目的在于提升服务器在极端且多变的应用环境中，减少外界因素对服务器的计算核心部件造成干扰；同时由于考虑到应用的环境多为极端、多变，因此金属材质的服务器壳体100提升外部壳体结构强度，可增加对外部环境冲击的抵御能力。鳍片热管散热器300及风扇模组400在服务器上盖120与导风罩600之间，实现核心的计算部件与散热部件在服务器壳体100形成的密闭容器内、外分布，提升对于核心计算部件的保护，以及对于极端且复杂多变的环境的适用。导风罩600与服务器上盖120所形成的通道，有助于提升对风力的引流，在实现对散热部件形成保护的同时，还可提升对风力的充分利用。

如附图3-5所示，具体的，所述服务器上盖120开设有允许鳍片热管散热器300穿过并能够与芯片单元210相接触的嵌入口121。所述鳍片热管散热器300包括铜质基底座310。所述铜质基底座310与芯片单元210之间填充有导热硅脂。通过导热硅脂填充在铜质基底座310与芯片单元210之间，有助于弥补铜质基底座310与芯片单元210之间存在的缝隙，并有助于提升芯片单元210的热量向铜质基底座310的热传递。所述铜质基底座310与嵌入口121之间设有防水弹力胶条330。铜质基底座310穿过嵌入口121后直接与芯片单元210相接触，优化了热量的传递路径，从而提升了对于热量的散热效率；防水弹力胶条330填补在铜质基底座310与嵌入口121之间，通过防水弹力胶条330可以对铜质基底座310形成反向挤压，提高铜质基底座310在服务器上盖120上的固定强度，同时还可保证密封性，以实现应对极端且复杂多变的环境。

如附图4和5所示，所述铜质基底座310上设有散热翅片组320，所述散热翅片组320为铝质。铝质的散热翅片有助于提升与外部空气进行热交换，提升换热效率。所述散热翅片组320内的间隙走向与来自所述风扇模组400的风力方向相同。铜质基底座310有助于将芯片单元210运行时散热的热量通过服务器上盖120进行热交换，随后配合散热翅片组320在风扇模组400的作用下提升热量的快速向外传递。

如附图3所示，所述散热翅片组320上不与风扇模组400风力方向相对的侧壁上设有多个铜质热管321，所述铜质热管321的底端与铜质基底座310连接。考虑到散热翅片组320处于铜质基底座310的顶面，且散热翅片组320有一定的高度，散热翅片组320底面与铜质基底座310相接触，导致散热翅片组320的上部出现受热延迟，因此通过增设铜质热管321将散热翅片组320外周的上部覆盖，从而提升散热翅片组320的热交换能力。

初始状态时，服务器通电运行，芯片单元210在处于大算力运行的状态时，会形成较大的散热量。该挥发的散热量通过导热硅脂高效的传递给铜质基底座310，铜质基底座310与铜质热管321相配合，能够将热量进行优化路径后达到向散热翅片组320高效的传递，最终实现高效的散热。

如附图1所示，本专利公开了一种密闭型高功率散热系统，包括金属材质的服务器壳体100，所述服务器壳体100包括相互扣合拼接成密封容器的服务器底座110和服务器上盖120，所述服务器底座110及服务器上盖120均为铝合金材质。铝合金材质的服务器壳体100在优化了结构强度的同时，还实现了辅助散热。所述服务器底座110与服务器上盖120之间设有密封胶。通过密封胶有助于提升服务器底座110与服务器上盖120之间的密封性，降低外部潮湿或是风沙环境进入到服务器壳体100内部的概率。所述服务器底座110内设有PCB主板200，所述PCB主板200上设有芯片单元210，所述服务器上盖120的上表面设有与芯片单元210对应的鳍片热管散热器300，所述鳍片热管散热器300的一侧设有风扇模组400。服务器底座110和服务器上盖120相配合形成一个金属材质密封的容器，提升容器的结构强度；该密封容器内设置服务器运行的PCB主板200及芯片单元210等主要部件，而鳍片热管散热器300及风扇模组400则设置在服务器壳体100的外部，使得在复杂多变的应用环境中，服务器的核心计算部件不会轻易受到影响，有助于提升对于环境的适应能力，通过鳍片热管散热器300与风扇模组400在容器外部的配合，提升散热处理能力的同时，可实现后续维护便捷操作。

如附图3所示，所述鳍片热管散热器300迎接风扇模组400风力方向的两侧设有扰流板122。扰流板122在鳍片热管散热器300的两侧设置，形成一个引导风流经过鳍片热管散热器300的通道，在风扇模组400吹出的风力作用下，有助于提升对于风力的高效利用。所述鳍片热管散热器300与风扇模组400之间设有风向导流栅栏500。风向导流栅栏500将风扇模组400吹出的风力进行优化，以达到提升风速并调节走向的目的，从而达到将更多的风力应用在鳍片热管散热器300上，提升散热效率。

如附图1和3所示，所述风扇模组400为涡轮式散热扇410。涡轮式散热扇410显著降低了对于外部空间的占用，且涡轮式散热扇410的进风口为朝上的设置，所以即使在空间狭小的应用环境中，不但可以实现节省对于空间的占用节省，还能保持良好的进风量。所述导风罩600设有与涡轮式散热扇410进风口相对应的导风窗610。导风窗610与服务器上盖120相配合对散热配件形成一个通道，不但可以实现对风力的走向形成引导，还可以在多变的应用环境中提高对散热配件的保护；导风窗610有助于将外部杂质进行有效阻隔，延长风扇模组400的使用周期。

初始状态时，通过扰流板122在鳍片热管散热器300的两侧分布，且与风向导流栅栏500相配合，结合涡轮式散热扇410的风力，形成对风流的进一步约束，利用对于风力的强对流控制，提升作用于鳍片热管散热器300上的散热能力。

一种散热方法，所述散热方法应用于一种密闭型高功率散热系统中，所述芯片单元210内设有温度传感器，所述PCB主板200上还设有分别与温度传感器及风扇模组400相连接的温控调节单元。通过温度传感器及风扇模组400与温控调节单元连接，以实现及时响应温度传感器的读值，对风扇模组400的转速进行调节，以达到散热能力的调节。所述PCB主板200的底面还设有能够与温控调节单元连接的加热片700。通过加热片700能够适应在极寒应用的环境场景中，与温度传感器的读值结合，对PCB主板200进行预热，可以帮助设备进行低温启动以维持服务器适宜的运行温度，缩短服务器设备从启动达到正常运行状态的过渡时间。

所述散热方法包括：

服务器供电；

温控调节单元获取温度传感器读值，并驱动风扇模组400运行；

温度传感器读值高于服务器正常温度阈值时，增加风扇模组400转速；

温度传感器读值低于服务器正常温度阈值时，启动加热片700对PCB主板200加热。

根据服务器正常运行时温度预设温度传感器的阈值，在服务器运行温度超过温度传感器的阈值时，经过温控调节单元对风扇模组400的转速进行适应性调配，以实现快速将运行状态达到稳定的程度；当处于极寒环境的条件下，与温度传感器的读值结合，对PCB主板200进行预热，可以帮助设备进行低温启动以维持服务器适宜的运行温度，缩短服务器设备从启动达到正常运行状态的过渡时间。

本发明所述的一种密闭型高功率散热系统及散热方法，服务器底座110和服务器上盖120相配合形成一个金属材质密封的容器，提升容器的结构强度；该密封容器内设置服务器运行的PCB主板200及芯片单元210等主要部件，而鳍片热管散热器300及风扇模组400则设置在服务器壳体100的外部，使得在复杂多变的应用环境中，服务器的核心计算部件不会轻易受到影响，有助于提升对于环境的适应能力，通过鳍片热管散热器300与风扇模组400在容器外部的配合，提升散热处理能力的同时，可实现后续维护便捷操作。

初始状态时，芯片单元210焊接在PCB主板200上，最终再将PCB主板200固定在服务器底座110上，然后再将服务器上盖120与服务器底座110进行拼合安装，使两部件形成一个密封容器，目的在于提升服务器在极端且多变的应用环境中，减少外界因素对服务器的计算核心部件造成干扰；同时由于考虑到应用的环境多为极端、多变，因此金属材质的服务器壳体100提升外部壳体结构强度，可增加对外部环境冲击的抵御能力。鳍片热管散热器300及风扇模组400在服务器上盖120与导风罩600之间，实现核心的计算部件与散热部件在服务器壳体100形成的密闭容器内、外分布，提升对于核心计算部件的保护，以及对于极端且复杂多变的环境的适用。导风罩600与服务器上盖120所形成的通道，有助于提升对风力的引流，在实现对散热部件形成保护的同时，还可提升对风力的充分利用。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同、相似部分互相参见即可。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“上”、“下”、“外侧”“内侧”等如果存在是用于区别位置上的相对关系，而不必给予定性。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

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。