一种用于智慧高铁数据中心的服务器

摘要

本发明属于电子通信设备技术领域，具体涉及一种用于智慧高铁数据中心的服务器。该服务器为含有散热系统的机架式服务器，散热系统包括塔式部件和换流部件，塔式部件分别连接在服务器阵列的CPU芯片和北桥芯片处；包括导热座，导热管、第一散热鳍片、第二散热鳍片和换热风扇；塔式部件通过引流管与换流部件连通，换流部件位于服务器的机柜外部，包括循环泵、冷凝管、制冷器和补充器，塔式部件和换流部件均与散热系统的控制模块电连接。该型服务器配置了新型散热系统，不仅具有更高散热效率，还具有更高的安全性，提高了服务器的性能。

权利要求

1.一种用于智慧高铁数据中心的服务器，所述服务器为机架式服务器，包括机柜、服务器阵列、存储系统、电源系统和散热系统，其特征在于：所述散热系统包括塔式部件和换流部件，塔式部件分别连接在服务器阵列的CPU芯片和北桥芯片处；

塔式部件包括与CPU芯片、北桥芯片贴合的导热座，导热座内部设置多条相互平行且相互接触的通道，通道内贯穿有导热管，所述导热管整体呈U型，位于导热座内部的部分水平设置，导热管从导热座引出后折弯呈竖直设置，导热座背面设置多片垂直于导热座表面且相互平行的第一散热鳍片，第一散热鳍片上方设置第二散热鳍片，第二散热鳍片水平设置，导热管分别贯穿第二散热鳍片中的各散热片；所述第二散热鳍片的其中一组侧面处设置位置相对的换热风扇；

所述塔式部件中的导热管两端通过引流管与换流部件连通，单个换流部件同时连接单个或多个塔式部件，换流部件位于服务器的机柜外部，包括循环泵、冷凝管、制冷器和补充器，所述循环泵和冷凝管通过引流管与导热管构成闭合循环管道，冷凝管呈螺旋形，冷凝管位于制冷器中；补充器连接的储罐内设有导热介质，导热介质通过进出阀由补充器向循环管道内抽取或填充；

所述塔式部件和换流部件均与散热系统的控制模块电连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于智慧高铁数据中心的服务器，其特征在于：所述导热管的数量大于四条；相邻两根导热管从导热座引出，贯穿第二散热鳍片时，位于第二散热鳍片中的竖直部分依次向内偏移，使得导热管竖直部分位于不同平面上，相邻导热管之间具有间隙。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于智慧高铁数据中心的服务器，其特征在于：所述换热风扇设置在第二散热鳍片上相对于导热管U型开口处的侧面，换热风扇形成的循环气流从导热管U型开口处的第二散热鳍片中穿过。

4.根据权利要求1所述的一种用于智慧高铁数据中心的服务器，其特征在于：所述导热座上的第一散热鳍片中央设置开口，开口内设置温度传感器，温度传感器与散热系统的控制模块电连接。

5.根据权利要求1所述的一种用于智慧高铁数据中心的服务器，其特征在于：所述导热管和换流部件构成的循环管道中设置压力计，压力计用于检测循环管道内导热介质的压强；压力计与控制模块电连接。

6.根据权利要求1所述的一种用于智慧高铁数据中心的服务器，其特征在于：所述制冷器由压缩机、冷凝器、节流器和蒸发器按照顺序连接，构成蒸汽压缩制冷系统，制冷器中使用的制冷剂为环保型制冷剂R407。

7.根据权利要求1所述的一种用于智慧高铁数据中心的服务器，其特征在于：所述导热管和导热座由铜质金属制成，第一散热鳍片和第二散热鳍片由铜质或铝质金属制成；引流管由柔性材料高分子材料制成。

8.根据权利要求1所述的一种用于智慧高铁数据中心的服务器，其特征在于：所述导热介质为纯水、甲醇或硅油。

说明书

一种用于智慧高铁数据中心的服务器

技术领域

[0001] 本发明属于电子通信设备技术领域，具体涉及一种用于智慧高铁数据中心的服务器。

背景技术

[0002] 高铁是电气化高速铁路的简称，这种铁路系统中机车的运行速率可以达到200km/h以上。高铁的运行时速非常快，因此安全性是人们首要考虑的问题，高铁运行过程中需要
对环境进行实时监测，根据环境因素和机车的运行状况进行调整，保证铁路系统的平稳运
行。高速铁路运行过程中需要处理大量的数据，因此高速铁路控制中心的服务器运算性能
也相对较高；同时还要保证数据中心的安全稳定，避免出现故障。

[0003] 服务器是具备承担计算服务，响应服务请求，并且具备保障服务能力的设备。服务器的构成包括处理器、硬盘、内存、系统总线等，和通用的计算机架构类似，但是由于需要提
供高可靠的服务，因此在处理能力、稳定性、可靠性、安全性、可扩展性、可管理性等方面要
求较高。服务器运算过程中芯片和零部件会产生大量的热量，热量会导致芯片的温度升高，
高温会降低芯片的性能，严重地甚至会降低服务器的寿命。因此如何有效进行设备散热成
为提升服务性能和安全性的重要措施。

[0004] 常规的服务器散热系统包括风冷散热和液冷散热两种，风冷散热通过风扇转动增加空气对流的方式将设备局部产生的热量带走，从而达到散热降温的效果。但是在设备摆
放密度较高，空间狭小的场所，这种散热方式的效果会大大降低。液冷散热则是将风冷散热
装置中的散热鳍片换成热管，然后在热管中填充导热介质，通过循环泵使得导热介质流动，
从而达到吸收热量并增大散热面积的效果。但是这种散热方式存在导热介质泄露，污染或
破坏设备的安全风险，日常的维护成本较高，因此在常规的服务器设备中应用较少。

[0005] 基于上述内容可以发现，风冷散热的稳安全性、稳定性高，但工作时的噪音较大，且散热效率相对较低，应用场景具有局限性；液冷散热的散热效率较高，可以应用于空间狭
小的场所，但是安全性较低。如果可以开发出一种新型散热系统，解决上述散热方式存在的
缺陷，将会大大提升服务器的运算性能和安全性。

发明内容

[0006] 针对现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种用于智慧高铁数据中心的服务器，该型服务器配置了新型散热系统，不仅具有更高散热效率，还具有更高的安全性，提升
了服务器的性能。

[0007] 为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：

[0008] 一种用于智慧高铁数据中心的服务器，该服务器为机架式服务器，包括机柜、服务器阵列、存储系统、电源系统和散热系统，散热系统包括塔式部件和换流部件，塔式部件分
别连接在服务器阵列的CPU芯片和北桥芯片处；

[0009] 塔式部件包括与CPU芯片、北桥芯片贴合的导热座，导热座内部设置多条相互平行且相互接触的通道，通道内贯穿有导热管，所述导热管整体呈U型，位于导热座内部的部分
水平设置，导热管从导热座引出后折弯呈竖直设置，导热座背面设置多片垂直于导热座表
面且相互平行的第一散热鳍片，第一散热鳍片上方设置第二散热鳍片，第二散热鳍片水平
设置，导热管分别贯穿第二散热鳍片中的各散热片；所述第二散热鳍片的其中一组侧面处
设置位置相对的换热风扇；

[0010] 塔式部件中的导热管两端通过引流管与换流部件连通，单个换流部件同时连接单个或多个塔式部件，换流部件位于服务器的机柜外部，包括循环泵、冷凝管、制冷器和补充
器，所述循环泵和冷凝管通过引流管与导热管构成闭合循环管道，冷凝管呈螺旋形，冷凝管
位于制冷器中；补充器连接的储罐内设有导热介质，导热介质通过进出阀由补充器向循环
管道内抽取或填充；

[0011] 塔式部件和换流部件均与散热系统的控制模块电连接。

[0012] 优选地，导热管的数量大于四条；相邻两根导热管从导热座引出，贯穿第二散热鳍片时，位于第二散热鳍片中的竖直部分依次向内偏移，使得导热管竖直部分位于不同平面
上，相邻导热管之间具有间隙。

[0013] 优选地，换热风扇设置在第二散热鳍片上相对于导热管U型开口处的侧面，换热风扇形成的循环气流从导热管U型开口处的第二散热鳍片中穿过。

[0014] 导热管数量越多，则导热散热效率越好，但是数量过多会影响空气的对流，本发明中将导热管按照这种特殊的方式进行排布，可以提升换热风扇加速空气对流的效果；避免
导热管对第二散热鳍片中空隙造成阻挡。

[0015] 优选地，导热座上的第一散热鳍片中央设置开口，开口内设置温度传感器，温度传感器与散热系统的控制模块电连接。

[0016] 优选地，导热管和换流部件构成的循环管道中设置压力计，压力计用于检测循环管道内导热介质的压强；压力计与控制模块电连接。

[0017] 优选地，制冷器由压缩机、冷凝器、节流器和蒸发器按照顺序连接，构成蒸汽压缩制冷系统，制冷器中使用的制冷剂为环保型制冷剂R407。

[0018] 优选地，导热管和导热座由铜质金属制成，第一散热鳍片和第二散热鳍片由铜质或铝质金属制成；引流管由柔性材料高分子材料制成。

[0019] 铜质金属的导热性能非常优秀，适合用于导热座的制备，而第一散热鳍片和第二散热鳍片除了使用铜质金属之外，还可以使用铝制金属，在导热性能考量之外适当降低成
本。引流管和换流部件主要位于服务器的机柜外部，因此适合利用柔性材料生产，从而使得
引流管更便于进行整理和收纳。

[0020] 优选地，导热介质为纯水、甲醇或硅油。导热介质需要选择导热效率好，比热容较高，冰点较低，且不具有腐蚀效应的材料，除了以上材料之外，还可以选择其它符合条件的
介质。

[0021] 该型服务器中散热系统安装时，将塔式部件安装在CPU芯片、北桥芯片以及其它高发热部件的表面，将导热座与芯片表面贴合，并利用导热脂进行紧密结合，然后利用扣件或
其它紧固件进行固定，安装完成后利用相关线缆将塔式部件与控制模块电连接；接下来利
用引流管将塔式部件顶部的导热管与换流部件连通，构成闭合的导热介质循环管道。连接
的时候，同一个换流部件可以与多个塔式部件连接。然后将换流部件通过相关线缆与控制
模块电连接即可。

[0022] 该型系统使用过程中，塔式部件中的温度传感器可以实时检测与芯片直接接触的导热座的温度，从而确定芯片的温度；当芯片温度相对较低时，换流部件停止工作，塔式部
件中的换热风扇运转，芯片产生的热量一方面通过导热座传导至第一散热鳍片上，第一散
热鳍片较高的表面积使得热量可以快速散失；另一方面，热量还可以通过导热管传递至第
二散热鳍片上，第二散热鳍片侧面的换热风扇可以加速空气的对流，气流快速穿过第二散
热鳍片的间隙，使得第二散热鳍片上的热量被更加快速地带走；最终降低芯片的温度。

[0023] 如果遇到芯片功率太大，热量无法快速散失的状况，此时换流部件启动，通过制冷器的运行将冷凝管中导热介质的温度迅速降低，然后再通过循环泵的运转将低温导热介质
输送到塔式部件的导热管中，同时将导热管中吸收热量后的高温导热介质循环到冷凝管中
进行降温，通过这样的循环作用，提升塔式部件的降温效果。运行过程中，压力计可以对循
环管道内导热介质的压强进行检测，当管道出现泄漏导致导热介质压强过低时，可以进行
预警。如果出现由于导热介质热胀冷缩造成的适度压强变化，则可以通过补充器进行导热
介质的填充或抽取。此外，在运行过程中，为了进一步降低导热介质泄露的风险，在不使用
换流部件进行散热性能提升的状况下，还可以将循环管道中的导热介质抽空，储存于储罐
内。

[0024] 本发明具有如下的有益效果：

[0025] 该型服务器中的散热系统更加高效，可以为服务器运行提供更好的温度环境，从而提升服务器的性能，此外，该型散热系统相对于传统的散热系统更加安全，因此可以进一
步提高服务器的稳定性和安全性。

[0026] 该型散热系统通过液冷和风冷部件的综合应用，在低温状态下仅适用塔式部件进行散热，在高温状态下，同时开启换流部件，利用液冷系统提升塔式部件的散热性能。在本
系统中，换流部件和塔式部件是分体设计的，塔式部件单独工作的状态下，液态导热介质不
会进入到服务器机柜中；仅仅在需要换流部件运行，辅助进行散热的情况下，导热介质才会
进入到服务器机柜中；而且即使导热介质进入机柜，也仅仅会在密封的导热管中循环流动，
因此本发明中的系统几乎不存在发生泄漏，造成服务器主板或芯片损坏的风险。

[0027] 另外，由于采用的分体式设计，塔式部件中无需设置用于液冷循环的相关结构，因此具有更小的尺寸规格，使用在空间狭小的机架式服务器中进行应用，散热系统的兼容性
更好。

[0028] 本发明中，为了进一步提高换流部件的安全性，在循环管道还设置了压力计，对循环管道内的导热介质的压强进行实时监测，防止出现管道破损引起导热介质泄露的故障，
还可以在导热介质由于热胀冷缩出现循环管道内压强变化的情况下，对循环管道内的导热
介质进行泄压或加压。

[0029] 本发明中的塔式部件相当于传统散热系统中的风冷散热装置，本发明为了提升该部件的散热性能，并使得其与换流部件可以更加有效融合，对其进行了结构改良，改变了导
热管的结构和排布方式，并增加了一组散热鳍片，从而保证其风冷散热效果更好，且可以实
现风冷、液冷的双重散热模式和综合散热模式。

附图说明

[0030] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

[0031] 图1是本实施例中导热管和换流部件构成的循环管道的示意图；

[0032] 图2是本实施例中塔式部件的结构示意图；

[0033] 图3是本实施例中导热座和第一散热鳍片的结构示意图；

[0034] 图4是本实施例中导热管的位置排布图；

[0035] 图中标记为：1、塔式部件；2、换流部件；11、导热座；12、导热管；13、第一散热鳍片；14、第二散热鳍片；15、换热风扇；20、引流管；21、循环泵；22、冷凝管；23、制冷器；24、补充
器；25、压力计；110、通道；111、温度传感器。

具体实施方式

[0036] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

[0037] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“顶部”、“底部”等指示的方位
或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而
不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此
不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能
理解为指示或暗示相对重要性。

[0038] 在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连
接；可以是机械连接，也可以是电路连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相
连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0039] 如图1所示，一种用于智慧高铁数据中心的服务器，该服务器为机架式服务器，包括机柜、服务器阵列、存储系统、电源系统和散热系统，散热系统包括塔式部件1和换流部件
2，塔式部件1分别连接在服务器阵列的CPU芯片和北桥芯片处；

[0040] 如图2和图3所示，塔式部件1包括与CPU芯片、北桥芯片贴合的导热座11，导热座11内部设置多条相互平行且相互接触的通道110，通道110内贯穿有导热管12，所述导热管12
整体呈U型，位于导热座11内部的部分水平设置，导热管12从导热座11引出后折弯呈竖直设
置，导热座11背面设置多片垂直于导热座11表面且相互平行的第一散热鳍片13，第一散热
鳍片13上方设置第二散热鳍片14，第二散热鳍片14水平设置，导热管12分别贯穿第二散热
鳍片14中的各散热片；所述第二散热鳍片14的其中一组侧面处设置位置相对的换热风扇
15；

[0041] 塔式部件1中的导热管12两端通过引流管20与换流部件2连通，单个换流部件2同时连接单个或多个塔式部件1，换流部件2位于服务器的机柜外部，包括循环泵21、冷凝管
22、制冷器23和补充器24，所述循环泵21和冷凝管22通过引流管20与导热管12构成闭合循
环管道，冷凝管22呈螺旋形，冷凝管22位于制冷器23中；补充器24连接的储罐内设有导热介
质，导热介质通过进出阀由补充器24向循环管道内抽取或填充；

[0042] 塔式部件1和换流部件2均与散热系统的控制模块电连接。

[0043] 如图2和图4所示，导热管12的数量大于四条；相邻两根导热管12从导热座11引出，贯穿第二散热鳍片14时，位于第二散热鳍片14中的竖直部分依次向内偏移，使得导热管12
竖直部分位于不同平面上，相邻导热管12之间具有间隙。

[0044] 换热风扇15设置在第二散热鳍片14上相对于导热管11U型开口处的侧面，换热风扇15形成的循环气流从导热管11的U型开口处的第二散热鳍片14中穿过。

[0045] 导热管12数量越多，则导热散热效率越好，但是数量过多会影响空气的对流，本实施例中将导热管12按照这种特殊的方式进行排布，可以提升换热风扇15加速空气对流的效
果；避免导热管12对第二散热鳍片14中空隙造成阻挡。

[0046] 导热座11上的第一散热鳍片13中央设置开口，开口内设置温度传感器111，温度传感器111与散热系统的控制模块电连接。

[0047] 导热管12和换流部件2构成的循环管道中设置压力计25，压力计25用于检测循环管道内导热介质的压强；压力计25与控制模块电连接。

[0048] 制冷器23由压缩机、冷凝器、节流器和蒸发器按照顺序连接，构成蒸汽压缩制冷系统，制冷器23中使用的制冷剂为环保型制冷剂R407。

[0049] 导热管12和导热座11由铜质金属制成，第一散热鳍片13和第二散热鳍片14由铜质或铝质金属制成；引流管20由柔性材料高分子材料制成。

[0050] 铜质金属的导热性能非常优秀，适合用于导热座11的制备，而第一散热鳍片13和第二散热鳍片14除了使用铜质金属之外，还可以使用铝制金属，在导热性能考量之外适当
降低成本。引流管20和换流部件2主要位于服务器的机柜外部，因此适合利用柔性材料生
产，从而使得引流管20更便于进行整理和收纳。

[0051] 导热介质为纯水、甲醇或硅油。导热介质需要选择导热效率好，比热容较高，冰点较低，且不具有腐蚀效应的材料，除了以上材料之外，还可以选择其它符合条件的介质。

[0052] 该型服务器中散热系统安装时，将塔式部件1安装在CPU芯片、北桥芯片以及其它高发热部件的表面，将导热座11与芯片表面贴合，并利用导热脂进行紧密结合，然后利用扣
件或其它紧固件进行固定，安装完成后利用相关线缆将塔式部件1与控制模块电连接；接下
来利用引流管20将塔式部件1顶部的导热管12与换流部件2连通，构成闭合的导热介质循环
管道。连接的时候，同一个换流部件2可以与多个塔式部件1连接。然后将换流部件2通过相
关线缆与控制模块电连接即可。

[0053] 该型系统使用过程中，塔式部件1中的温度传感器111可以实时检测与芯片直接接触的导热座11的温度，从而确定芯片的温度；当芯片温度相对较低时，换流部件2停止工作，
塔式部件1中的换热风扇15运转，芯片产生的热量一方面通过导热座11传导至第一散热鳍
片13上，第一散热鳍片13较高的表面积使得热量可以快速散失；另一方面，热量还可以通过
导热管12传递至第二散热鳍片14上，第二散热鳍片14侧面的换热风扇15可以加速空气的对
流，气流快速穿过第二散热鳍片14的间隙，使得第二散热鳍片14上的热量被更加快速地带
走；最终降低芯片的温度。

[0054] 如果遇到芯片功率太大，热量无法快速散失的情况，此时换流部件2启动，通过制冷器23的运行将冷凝管22中导热介质的温度迅速降低，然后再通过循环泵21的运转将低温
导热介质输送到塔式部件1的导热管12中，同时将导热管12中吸收热量后的高温导热介质
循环到冷凝管22中进行降温，通过这样的循环作用，提升塔式部件1的降温效果。运行过程
中，压力计25可以对循环管道内导热介质的压强进行检测，当管道出现泄漏导致导热介质
压强过低时，可以进行预警。如果出现由于导热介质热胀冷缩造成的适度压强变化，则可以
通过补充器24进行导热介质的填充或抽取。此外，在运行过程中，为了进一步降低导热介质
泄露的风险，在不使用换流部件2进行散热性能提升的状况下，还可以将循环管道中的导热
介质抽空，储存于储罐内。

[0055] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施
例所记载的技术方案进行修改。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替
换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。