一种边缘服务器散热系统和宽环温边缘服务器的制作方法

1.本发明涉及计算机领域，并且更具体地涉及一种边缘服务器散热系统和宽环温边缘服务器。


背景技术：

2.随着我国在5g、人工智能、工业互联网等一系列新型基础设施领域飞速的发展，“边缘计算”这个概念在这些新型领域中得到了越来越高的重视。边缘计算是指在靠近物或数据源头的一侧，采用网络、计算、存储、应用核心能力为一体的开放平台，产生更快的网络服务响应，以满足行业在实时业务、应用智能、交通安全等方面的基本需求，其可以极大地释放城市发展潜能，从而带来数万亿规模的智能网联和智能交通新经济，因此，发展边缘计算及相关服务器产品已成为我国新基建领域最重要的方向之一。
3.由于边缘计算的应用场景越来越多样复杂，如何保证其长期安全可靠的运行对配套散热单元提出了更高的要求，因此需要对散热单元的结构和散热设计进行不断地优化。和传统室内通用服务器不同，边缘服务器大多数应用于户外场景，因此需要为这些边缘服务器设计极高的防水防尘等级，这就导致以往的在服务器内部设置风扇和风道的方式不再适用，内部的芯片和供电单元必须和外界空气形成有效的隔离。传统的散热方式解热能力比较有限，通常只适用于低功耗的边缘服务器。而随着社会对边缘服务器算力需求的不断提高，其对应的芯片单元功耗也在逐渐增加，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。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明实施例的目的在于提出一种边缘服务器散热系统和宽环温边缘服务器，通过使用本发明的技术方案，能够最大限度地转移服务器内部芯片产生的热量，有效解决高防护等级服务器内部热量积聚的难题，能够提高边缘服务器设备的集成化，极大地提高了边缘服务器的可靠性和运行效率。
5.基于上述目的，本发明的实施例的一个方面提供了一种边缘服务器散热系统，包括：
6.机箱外壳，机箱外壳设置成密封的箱体结构；
7.芯片单元，芯片单元设置在机箱外壳的内部；
8.热电制冷器，热电制冷器的吸热端设置在机箱外壳的内部且设置在机箱外壳的上盖的下方，吸热端与芯片单元的表面接触，热电制冷器的放热端设置在机箱外壳的外部且设置在上盖的上方，吸热端和放热端经由上盖上预留的安装孔连接。
9.根据本发明的一个实施例，还包括：
10.风扇散热器模组，所述风扇散热器模组设置在所述放热端的上方并通过导热垫与所述放热端接触导热，所述风扇散热器模组包括翅片结构和若干组风扇，所述翅片结构设置在所述导热垫的上方，所述若干组风扇设置在所述翅片结构的端部，所述风扇散热器模
组配置为通过导热垫将所述放热端的热量传递到所述翅片结构内，并通过风扇产生的风将所述翅片结构内的热量吹出。
11.根据本发明的一个实施例，所述翅片结构底部具有与所述放热端形状和高度一致的凹槽以使所述放热端内嵌到所述翅片结构中，所述翅片结构的底部与所述机箱外壳紧密贴合，所述翅片结构的底部与所述机箱外壳之间设置有导热板。
12.根据本发明的一个实施例，所述吸热端通过铜制导热柱与所述芯片单元的表面接触，所述铜制导热柱的一端具有与各个芯片单元的表面相同的第一铜制接触面，所述第一铜制接触面与各个芯片单元的表面紧密贴合，所述铜制导热柱的另一端具有与所述吸热端表面相同的第二铜制接触面，所述第二铜制接触面与所述吸热端紧密贴合。
13.根据本发明的一个实施例，所述机箱外壳包括底板、机壳和上盖，所述机壳与所述底板通过螺钉固定连接，所述机壳和所述底板之间设置有密封垫圈，所述上盖在预设位置处具有镂空结构以形成所述安装孔，所述上盖与所述机壳通过螺钉固定连接，所述上盖和所述机壳之间设置有密封垫圈。
14.本发明的实施例的另一个方面，还提供了一种宽环温边缘服务器，宽环温边缘服务器包括边缘服务器散热系统，边缘服务器散热系统包括：
15.机箱外壳，机箱外壳设置成密封的箱体结构；
16.芯片单元，芯片单元设置在机箱外壳的内部；
17.热电制冷器，热电制冷器的吸热端设置在机箱外壳的内部且设置在机箱外壳的上盖的下方，吸热端与芯片单元的表面接触，热电制冷器的放热端设置在机箱外壳的外部且设置在上盖的上方，吸热端和放热端经由上盖上预留的安装孔连接。
18.根据本发明的一个实施例，还包括：
19.风扇散热器模组，风扇散热器模组设置在放热端的上方并通过导热垫与放热端接触导热，风扇散热器模组包括翅片结构和若干组风扇，翅片结构设置在导热垫的上方，若干组风扇设置在翅片结构的端部，风扇散热器模组配置为通过导热垫将放热端的热量传递到翅片结构内，并通过风扇产生的风将翅片结构内的热量吹出。
20.根据本发明的一个实施例，翅片结构底部具有与放热端形状和高度一致的凹槽以使放热端内嵌到翅片结构中，翅片结构的底部与机箱外壳紧密贴合，翅片结构的底部与机箱外壳之间设置有导热板。
21.根据本发明的一个实施例，吸热端通过铜制导热柱与芯片单元的表面接触，铜制导热柱的一端具有与各个芯片单元的表面相同的第一铜制接触面，第一铜制接触面与各个芯片单元的表面紧密贴合，铜制导热柱的另一端具有与吸热端表面相同的第二铜制接触面，第二铜制接触面与吸热端紧密贴合。
22.根据本发明的一个实施例，机箱外壳包括底板、机壳和上盖，机壳与底板通过螺钉固定连接，机壳和底板之间设置有密封垫圈，上盖在预设位置处具有镂空结构以形成安装孔，上盖与机壳通过螺钉固定连接，上盖和机壳之间设置有密封垫圈。
23.本发明具有以下有益技术效果：本发明实施例提供的边缘服务器散热系统，通过设置机箱外壳，机箱外壳设置成密封的箱体结构；芯片单元，芯片单元设置在机箱外壳的内部；热电制冷器，热电制冷器的吸热端设置在机箱外壳的内部且设置在机箱外壳的上盖的下方，吸热端与芯片单元的表面接触，热电制冷器的放热端设置在机箱外壳的外部且设置
在上盖的上方，吸热端和放热端经由上盖上预留的安装孔连接的技术方案，能够最大限度地转移服务器内部芯片产生的热量，有效解决高防护等级服务器内部热量积聚的难题，能够提高边缘服务器设备的集成化，极大地提高了边缘服务器的可靠性和运行效率。
附图说明
24.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实施例。
25.图1为根据本发明一个实施例的边缘服务器散热系统的示意图；
26.图2为根据本发明一个实施例的上盖的示意图；
27.图3为根据本发明一个实施例的风扇散热器模组的示意图。
具体实施方式
28.以下描述了本公开的实施例。然而，应该理解，所公开的实施例仅仅是示例，并且其他实施例可以采取各种替代形式。附图不一定按比例绘制；某些功能可能被夸大或最小化以显示特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅是作为用于教导本领域技术人员以各种方式使用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参考任何一个附图所示出和描述的各种特征可以与一个或多个其他附图中所示的特征组合以产生没有明确示出或描述的实施例。所示特征的组合为典型应用提供了代表性实施例。然而，与本公开的教导相一致的特征的各种组合和修改对于某些特定应用或实施方式可能是期望的。
29.基于上述目的，本发明的实施例的第一个方面，提出了一种边缘服务器散热系统的一个实施例。图1示出的是该边缘服务器散热系统的示意图。
30.如图1中所示，该边缘服务器散热系统可以包括：
31.机箱外壳8，机箱外壳8设置成密封的箱体结构，其中机箱外壳8包括上盖5，上盖5可拆卸地安装在机箱外壳8上部，在上盖5打开时，能够将部件放入到机箱外壳8内部，盖上上盖5时，能够使机箱外壳8成密封的箱体，上盖5与机箱的连接处可以使用密封垫圈进行密封，以提高服务器的密封防护等级。
32.芯片单元4，芯片单元4设置在机箱外壳8的内部，芯片单元4是整个服务器的核心部分，其主要为服务器提供信号处理、数据计算以及逻辑控制等功能，边缘服务器中主要的热量来源就是芯片单元4在工作时释放的热量，如果芯片单元4的热量过高，会造成芯片单元4的工作效率变低甚至损坏，因此需要对芯片单元4进行散热。
33.热电制冷器6，热电制冷器6的吸热端设置在机箱外壳8的内部且设置在机箱外壳8的上盖5的下方，吸热端与芯片单元4的表面接触，热电制冷器6的放热端设置在机箱外壳8的外部且设置在上盖5的上方，吸热端和放热端经由上盖5上预留的安装孔连接。热电冷却技术是一种新型的制冷技术，其原理是利用半导体材料的帕尔贴效应，当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时，在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量，将吸热端放置于功耗器件表面可以对器件形成有效降温达到散热的目的，甚至可以将散热能力范围
约10～400w不等，同时，通过改变制冷片两端电极的极性，还可以实现从制冷到制热的切换，以对目标器件进行加热。因此将热电制冷器6的吸热端设置在机箱外壳8的内部，将热电制冷器6的放热端设置在机箱外壳8的外部，上盖5上需要预设出热电制冷器6的吸热端和放热端连接需要的安装孔，为了能够更好为芯片单元4进行散热，需要将吸热端与芯片单元4的表面进行接触，以使芯片单元4产生的热量能够更好的传递到吸热端。
34.通过本发明的技术方案，能够最大限度地转移服务器内部芯片产生的热量，有效解决高防护等级服务器内部热量积聚的难题，能够提高边缘服务器设备的集成化，极大地提高了边缘服务器的可靠性和运行效率。
35.在本发明的一个优选实施例中，还包括：
36.风扇散热器模组7，风扇散热器模组7设置在放热端的上方并通过导热垫与放热端接触导热，风扇散热器模组7包括翅片结构和若干组风扇，翅片结构设置在导热垫的上方，若干组风扇设置在翅片结构的端部，风扇散热器模组7配置为通过导热垫将放热端的热量传递到翅片结构内，并通过风扇产生的风将翅片结构内的热量吹出。吸热端吸收芯片单元4的热量后会传递到放热端进行放热，为了更好地对放热端进行放热，可以在放热端上方设置风扇散热器模组7，风扇散热器模组7中的翅片结构的底部通过导热垫与放热端进行紧密贴合，放热端的热量能够更好地传递到翅片结构中，翅片结构通过多个翅片形成多个通道，风扇设置在通道的一端，风扇吹出的风能够在翅片之间形成的通道中形成强迫对流以强化主动散热，可以更多地带走放热端的热量，提高服务器整体的散热能力。
37.在本发明的一个优选实施例中，翅片结构底部具有与放热端形状和高度一致的凹槽以使放热端内嵌到翅片结构中，翅片结构的底部与机箱外壳8紧密贴合，翅片结构的底部与机箱外壳8之间设置有导热板。为了进一步的对边缘服务器进行散热，上盖5需要使用导热材料制成，机箱外壳8内部也会通过各个芯片单元4产生的热量而温度升高，也就是说，芯片单元4产生的一部分热量会积聚在机箱外壳8内部的空间中，导热材料制成的上盖5会将机箱外壳8内部的空间中的热量进行传递以散热，因此，将翅片结构的底部与上盖5的表面接触能够将上盖5传递的热量传递到翅片结构中。放热端设置在上盖5上方，因此需要将翅片结构的底部根据放热端的形状和高度形成能够容纳放热端的凹槽，放热端能够内嵌到翅片结构中，此时放热端与翅片结构接触的面积为5个面接触，每个接触面上都设置有导热垫，增大了放热端与翅片结构的接触面能够更有效地将放热端的热量传递到翅片结构中，能够提高服务器整体的散热能力。当放热端内嵌到翅片结构中后，翅片结构的底面会与上盖5接触，底面与上盖5之间设置有导热板，底面上的热量通过导热板传递到翅片结构中，翅片结构通过多个翅片形成多个通道，风扇设置在通道的一端，风扇吹出的风能够在翅片之间形成的通道中形成强迫对流以强化主动散热，可以更多地带走上盖5的热量，提高服务器整体的散热能力。
38.在本发明的一个优选实施例中，吸热端通过铜制导热柱与芯片单元4的表面接触，铜制导热柱的一端具有与各个芯片单元4的表面相同的第一铜制接触面，第一铜制接触面与各个芯片单元4的表面紧密贴合，铜制导热柱的另一端具有与吸热端表面相同的第二铜制接触面，第二铜制接触面与吸热端紧密贴合。吸热端需要与各个芯片单元4的表面接触才能够更好吸收芯片单元4产生的热量，而吸热端设置在上盖5上，因此需要通过铜制导热柱将吸热端与各个芯片单元4连接起来，铜制导热柱的一端具有与芯片单元4表面相同的第一
铜制接触面，该第一铜制接触面可以设置为与各个芯片单元4表面的大小和形状相同的铜制表面，也可以根据芯片单元4的实际情况将芯片单元4包裹起来，每个芯片单元4的表面积不同，因此每个第一铜制接触面的大小也不同，需要根据芯片单元4进行定制。铜制导热柱的另一端具有与吸热端的表面相同的第二铜制接触面。通过设置第一铜制接触面和第二铜制接触面能够更好地将各个芯片单元4产生的热量传递到吸热端，进而提高服务器整体的散热能力。在一些实施例中，吸热端和各个芯片单元4通过内部中空的管道连接，管道需要使用不导热的材料制成，管道的一端连接到各个芯片单元4，并包裹芯片单元4的表面，管道的另一端连接到吸热端，并包裹吸热端的表面，芯片单元4产生的热量通过管道传递到吸热端而不会逸散到机箱外壳8内部。
39.在本发明的一个优选实施例中，机箱外壳8包括底板1、机壳2和上盖5，机壳2与底板1通过螺钉固定连接，机壳2和底板1之间设置有密封垫圈，上盖5在预设位置处具有镂空结构以形成安装孔，上盖5与机壳2通过螺钉固定连接，上盖5和机壳2之间设置有密封垫圈。
40.在本发明的一个优选实施例中，该边缘服务器散热系统主要由七个部分组成，包括服务器底板1、服务器机壳2、pcb主板3、芯片单元4、服务器上盖5、tec(热电制冷器)制冷片6以及风扇散热器模组7。其中，主要起支撑固定作用的服务器底板1通过定位销的方式将pcb主板3固定在其上方，并留有一定间隔保证二者互不接触。服务器机壳2主要是充当pcb主板3和芯片单元4的密封容器，通过服务器底板1形成结构配合并用螺钉固定在底板1上，且二者之间设置有密封垫圈，以提高服务器的密封防护等级。pcb主板3作为各芯片单元4的支撑体，同时也充当各芯片单元4用于电气连接的载体，其主要固定在服务器底板1的上方，同时还起到了一定的机械支撑作用。芯片单元4是整个服务器的核心部分，其主要为服务器提供信号处理、数据计算以及逻辑控制等功能，并通过焊接的方式固定在pcb主板3上。服务器上盖5通过密封垫圈为内部的pcb主板3和芯片单元4提供密封，并与服务器机壳2通过螺钉固定，同时在上盖5的中间位置形成镂空结构，用于安装tec制冷片6。tec制冷片6主要为内部的芯片单元4进行散热，其吸热端位于机箱的内部，并通过铜制导热柱与芯片单元4连接形成导热通路，放热端位于机箱的外部，并通过导热垫与散热器热沉底部形成热接触。风扇散热器模组7通过风扇在散热器翅片之间形成强迫对流以强化主动散热，可以更多地带走tec制冷片6放热端的热量，提高服务器整体的散热能力。该技术方案在保证服务器整体具有高防护等级基础上，通过热电冷却技术转移出更多的热量，使设备具有了更高的温度适应能力。具体地，在边缘服务器工作时，芯片单元4产生的热量经过铜制导热柱传导至tec制冷片6的吸热端，大量的热量包括芯片的产热和自身的电功率，将会在放热端积聚。放热端通过导热垫与顶部的风扇散热器模组7进行接触导热，从而将热量大部分转移至散热器热沉底部而形成均温效果，同时通过并联的涡轮风扇形成强迫对流换热，从而带走大量的热量，达到了给服务器降温的目的。在整个工作过程中，tec制冷片6由服务器内部的供电单元进行供电，芯片单元4产生的热量不断地经tec制冷片6转移至外部风扇散热器模组7，从而最大限度地转移了服务器内部芯片产生的热量，有效地解决了高防护等级服务器内部热量积聚的难题。
41.通过本发明的技术方案，能够最大限度地转移服务器内部芯片产生的热量，有效解决高防护等级服务器内部热量积聚的难题，能够提高边缘服务器设备的集成化，极大地提高了边缘服务器的可靠性和运行效率。
42.基于上述目的，本发明的实施例的第二个方面，提出了一种宽环温边缘服务器，宽环温边缘服务器包括边缘服务器散热系统，边缘服务器散热系统包括：
43.机箱外壳，机箱外壳设置成密封的箱体结构；
44.芯片单元，芯片单元设置在机箱外壳的内部；
45.热电制冷器，热电制冷器的吸热端设置在机箱外壳的内部且设置在机箱外壳的上盖的下方，吸热端与芯片单元的表面接触，热电制冷器的放热端设置在机箱外壳的外部且设置在上盖的上方，吸热端和放热端经由上盖上预留的安装孔连接。
46.在本发明的一个优选实施例中，还包括：
47.风扇散热器模组，风扇散热器模组设置在放热端的上方并通过导热垫与放热端接触导热，风扇散热器模组包括翅片结构和若干组风扇，翅片结构设置在导热垫的上方，若干组风扇设置在翅片结构的端部，风扇散热器模组配置为通过导热垫将放热端的热量传递到翅片结构内，并通过风扇产生的风将翅片结构内的热量吹出。
48.在本发明的一个优选实施例中，翅片结构底部具有与放热端形状和高度一致的凹槽以使放热端内嵌到翅片结构中，翅片结构的底部与机箱外壳紧密贴合，翅片结构的底部与机箱外壳之间设置有导热板。
49.在本发明的一个优选实施例中，吸热端通过铜制导热柱与芯片单元的表面接触，铜制导热柱的一端具有与各个芯片单元的表面相同的第一铜制接触面，第一铜制接触面与各个芯片单元的表面紧密贴合，铜制导热柱的另一端具有与吸热端表面相同的第二铜制接触面，第二铜制接触面与吸热端紧密贴合。
50.在本发明的一个优选实施例中，机箱外壳包括底板、机壳和上盖，机壳与底板通过螺钉固定连接，机壳和底板之间设置有密封垫圈，上盖在预设位置处具有镂空结构以形成安装孔，上盖与机壳通过螺钉固定连接，上盖和机壳之间设置有密封垫圈。
51.在本发明的一个优选实施例中，该宽环温边缘服务器主要由七个部分组成，包括服务器底板、服务器机壳、pcb主板、芯片单元、服务器上盖、tec制冷片以及风扇散热器模组。其中，服务器底板主要起支撑固定作用，并通过定位销的方式将pcb主板固定在底板的上方，二者互不接触且留有一定间隔。服务器机壳主要作为pcb主板和芯片单元的密封容器，其与底板形成结构配合并通过螺钉固定在底板上方，且二者之间封装有密封垫圈，以在服务器内部形成较高的防护等级。pcb主板是各芯片单元的支撑体，也是各芯片单元电气相互连接的载体，其主要固定在服务器底板的上方，同时还起到了一定的机械支撑作用。芯片单元是服务器的核心部分，其主要为服务器提供信号处理、数据计算以及逻辑控制等功能，并通过焊接的方式固定在pcb主板上。服务器上盖起到为内部的pcb主板和芯片单元密封的作用，其与服务器机壳通过螺钉固定并形成垫圈密封，同时在上盖的中间位置形成镂空结构，用于安装tec制冷片。tec制冷片主要为内部的芯片单元进行散热，其吸热端位于机箱的内部，并通过铜制导热柱与芯片单元连接形成导热通路，放热端位于机箱的外部，并通过导热垫与散热器热沉底部形成热接触。风扇散热器模组通过风扇在散热器翅片之间形成强迫对流以强化主动散热，可以更多地带走tec制冷片放热端的热量，提高服务器整体的散热能力。该技术方案在保证服务器整体具有高防护等级基础上，通过热电冷却技术转移出更多的热量，使设备具有了更高的温度适应能力。
52.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以
理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
53.上述实施例，特别是任何“优选”实施例是实现的可能示例，并且仅为了清楚地理解本发明的原理而提出。可以在不脱离本文所描述的技术的精神和原理的情况下对上述实施例进行许多变化和修改。所有修改旨在被包括在本公开的范围内并且由所附权利要求保护。