专利名称：服务器静音机箱的制作方法
技术领域：
本发明是一服务器静音机箱，具备良好的主动散热功能，应用于电子工业、自动化 和机电一体化领域。
背景技术：
在上述应用领域，用到了许多大功率元器件和执行部件，比如电子领域的计算机 和通信设备中之大功率电源和芯片如SERVER CPU、自动化领域的大功率IGBT和PLC、机电 一体化领域的大功率控制电机，通电使用中都会产生大量的热而促其温度骤升，温度过高 会直接导致热停机或过热损坏，严重影响到系统的稳定性和可靠性，所以必须安装散热器; 目前最主流的是风扇散热，有的是多风扇散热，比如一台1U服务器内部就有4 6个4028 的强力风扇，风扇噪音令人寝食难安，若是一个机柜十几台1U服务器，全部噪音会让人崩 溃发疯；散热风扇安装在金属机箱内，靠近这些大功率元器件和执行部件，金属机箱的封闭 空间限制了空气的对流，即便有散热孔和风扇强吹，内部空气的累积温度还是蛮高，使风扇 的散热效率大打折扣。
发明内容
本发明是为克服上述应用领域之散热风扇噪音巨大和金属机箱散热效果极差的 缺点而提出的一套解决方案。本发明的目的和优点，是提供一种具备主动散热功能、无风扇的节能静音新型机 箱，进一步提高上述应用领域之机箱系统的可靠性和稳定性。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案采用高导热率金属材料制作金属机 箱以加速热传导，再经过表面处理而使其整体绝缘；采用经过表面处理的高导热率金属中 间件，把发热件散热面与金属机箱连接起来，以便热量快速导向金属机箱，同时避免静电打 死发热件；将经过表面处理的高导热率金属敞口水箱，固定于机箱顶板上；在该机箱构成 的设备通电前，向敞口水箱中注满冷却液如水，通电后，发热件产生的热量，由中间件导向 金属机箱，再导向机箱顶板，由顶板导向敞口水箱，机箱和水箱表面会散发一小部分热量， 冷却液如水会蒸发掉大部分热量而阻止温度骤升，最后实现热平衡而温度不再升高，称之 为平衡温度，这样的设计，可使平衡温度与环境温度很接近，在散热效果、静电防护和静音 节能三方面优于多风扇散热。
图1是本发明1U工控服务器静音机箱整体示意图。图2是本发明1U工控服务器静音机箱分解示意图。图3是目前INTEL 1U工控服务器散热器示意图。图4是本发明1U静音机箱之一 CPU散热装置安装示意图。图5是本发明1U静音机箱之二 CPU散热装置安装示意图。
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图6是本发明1U静音机箱之双CPU和1U静音电源的安装示意图。图7是本发明4U工控服务器静音机箱整机示意图。图8是本发明4U工控服务器静音机箱分解示意图。图9是目前INTEL4U工控服务器散热器分解示意图。图10是本发明4U静音机箱之一双CPU散热装置安装示意图。图11是本发明4U静音机箱之二双CPU散热装置安装示意图。图12是本发明4U静音机箱之CPU和4U静音电源的安装示意图。图13是本发明刀片服务器静音机箱整机示意图。图14是本发明刀片服务器静音机箱和1U刀片机箱示意图。图15是本发明刀片服务器静音机箱框架正面示意图。图16是本发明刀片服务器静音机箱框架背面示意图。图17是本发明1U刀片静音机箱分解示意图。图18是本发明1U刀片静音机箱双CPU和1U静音电源的安装示意图。说明如下
1顶盖2底箱3敞口水箱4面板
5光驱窗6光驱按钮7复位按钮8开/丨关机按钮
9导热金属块10方通11硬盘支架12电源位
131U静音电源144U静音电源15CPU16服务器主机板
17状态指示LED18螺丝19导风筒20支架
21风扇22异型幕墙23L型金属板24AC电源座
251U刀片机箱26电源排插27硬盘28螺丝柱
具体实施例方式请参照图1和2，即本发明1U工控服务器静音机箱整体和分解示意图所示，实例为 1U工控服务器。该1U静音机箱是由1、2、3和双10组成，它们是由高导热率金属制成，都经过表 面处理而整体绝缘；1侧边各有两固定孔；2的面板4上分布5、6、7、8、17和二把手，17用 于指示电源、硬盘和复位状态，二把手外侧各有两个孔，方便在机柜中固定，2内部被隔成两 格，一格是光驱支架和硬盘支架11，另一格是主板位和电源位12，主板位有用于固定主板 的28，隔板上预留六个风扇位，但不再安装强力风扇，2的后板预留电源窗和可拆卸的散热 窗；3位于1上，3可以焊接在1上，亦可以固定在1上，本例采用固定方式，3的底面植焊四 只螺栓，螺栓穿过1上的预留孔用螺母把二者固定，在由该机箱构成的服务器工作时，3内 要注满冷却液如水；10是中间件，顶部各有两攻丝的孔，与1的四个孔相对，空箱时用18把 双10固定在1上。请参照图3目前INTEL 1U工控服务器散热器示意图，实例为1U工控服务器。该 散热器就是一带散热片的铜质底座，与普通1U机箱内安装的4 6个强力风扇构成1U工 控服务器散热系统；它紧贴15表面固定在16上，同时与1紧密接触，15的热量是被强力风 扇吹掉的，风扇噪音非常刺耳，若算上1U电源的两风扇，现有的1U工控服务器的噪音令人 不堪忍受。
请参照图4和5，即本发明1U静音机箱之一和之二 CPU散热装置安装示意图所示， 实例为1U工控服务器。该CPU散热装置，图4是由1、3和9组成，图5是1、3和10组成； 9和10是可互换的中间件，是由高导热率金属制成，都经过表面处理而绝缘，10比9的造价 低80%，9和10的顶部各有两内嵌螺纹孔，它们的底板分别植焊四个中空内攻丝的螺柱，当 底板紧贴15散热面，四螺柱与16的预留孔相对，用18把9和16、10和16固定，9、10的顶 板与1紧密接触，孔位正好相对，用18将9与1、10与1固定；这样，15产生的热量，经9或 10导向1和3，二者的表面会散发一部分热量，3中的冷却液如水会蒸发掉收大部分热量，最 后实现热平衡而稳定在某一温度，称之为平衡温度，它就是1、3和15散热面的温度，它与环 境因素如气温、风速和湿度相关，气温越低、风速越快和湿度越大，它则越低，反之则越高， 它接近环境温度，远低于CPU的热停机的温度；图4和图5的CPU散热装置，就是构成1U静 音机箱的一部分，能够满足任意CPU正常工作的散热要求。请参照图6本发明1U静音机箱之CPU和1U静音电源的安装示意图所示，实例为 1U工控服务器。该1U静音机箱内安装好硬盘、光驱、16、13、双15和双9，接好连线，就是1U 工控服务器，整机噪音略低于硬盘噪音；双15是通过双9实现热量向1的传导，13内部也不 采用风扇散热，其主发热件将热量全部导向电源外壳，外壳与2的背板和底板用螺丝固定， 保证13的热量快速导向2，再由2导向1 ；1U静音机箱与普通1U工控机箱的不同是<1>. 材质不同，前者是由高导热率金属制成，后者是由钢板制成；<2〉.构成要素不同，前者包含 一金属水箱，工作时内部充满冷却液，冷却液具备阻止温度骤升和蒸发散热的两大功能，使 机箱具备了强大强的散热能力，而后者包含4 6个强力风扇和一排供电插头。请参照图7和8，即本发明4U工控服务器静音机箱整机和分解示意图所示，实例为 4U工控服务器。该4U静音机箱是由1、2、3和22组成，四者是由高导热率金属制成，都经过表面处 理而绝缘；1侧边各有两固定孔；2的面板4上分布着7、8、17、一把锁、双5、双6、二把手和 三排散热孔，锁在17的左侧，17用来指示电源、硬盘和复位的状态，二把手外侧各开有两个 孔，以方便在机柜内固定；2的内部被隔板分成两格，一格是主板位和电源位12，主板位高 于电源位12且分布有一些28，2的背板预留有板卡位、圆形风扇窗和电源矩形窗，卡板位用 于固定板卡，另一格内有光驱支架和硬盘支架11，可安装两光驱和多块硬盘，2的隔板和背 板上没有强力风扇和为风扇供电的插座；3位于1上，3可以焊接在1上，亦可以固定在1上， 本例采用后者，3底面植焊四只螺栓，螺栓穿过1上的预留孔用螺母把二者固定；22是中间 件，用螺丝固定在1上。请参照图9目前INTEL 4U工控服务器散热器分解示意图所示，实例为4U工控服 务器。图9中，上图是散热器分解图，下图为导风筒19的截面图；该散热器是由19和三个 20组成，19内安装着呈垂直态的两强力风扇，两风扇安装在19的两开口上，如下方的19截 面图，15被置于16的CPU座内，19紧贴15用支架20固定在CPU座上，一风扇正对15散热 面；工作时，会发出刺耳的噪音，单CPU配两强力风扇，双CPU配四强力风扇，算上一电源风 扇和机箱两大风扇，整机噪音比1U的高，令人心神不定，无法忍受。请参照图10和11本发明4U静音机箱之一和之二双CPU散热装置安装示意图所 示，实例为4U工控服务器。该双CPU散热装置，是由1、3和22(见图10)或1、3和复合件 (见图11)组成，22和复合件可以互换，都是构成4U静音机箱的一部分；复合件是由10和双9组成，22、10和9是由高导热率金属制成，都经过表面处理而绝缘；见图10，22有两内嵌 螺母的顶面孔和8个底部中空螺栓，螺栓内部有螺纹，当22紧贴两15表面、用18从16背 面把它与16固定后，22顶面紧贴1内面，二者孔位相对，用18把22和1固定；见图11，首 先用18把10和双9固定，之后双9紧贴双15表面用18从下向上与16固定，10的顶面有 两内嵌螺母的孔，10紧贴1用18把二者固定在一起；这样，15产生的热量，由9或10导向 1和3，由二者表面散发一部分热量，3中的冷却液如水蒸发会带走大部分热量，使得平衡温 度接近环境温度而远低于双CPU的热停机温度；图10和11的设计，在散热效果、静音节能 和静电防护三方面都优于图9的散热器。请参照图12本发明4U静音机箱之双CPU和4U静音电源的安装示意图所示，实例 为1U工控服务器。双15采用双9单10实现热量向1的传导，4U静音电源14，内部也不采 用风扇散热，其主发热件将热量全部导向电源外壳，14要与2的后板和底板固定，保证14的 热量全部导向2，由2导向1和3 ；该4U静音机箱承担了双15和14的散热任务，由该4U静 音机箱组成的4U服务器，噪音源于硬盘，整机噪音略低于所用硬盘的总体噪音。请参照图13和14即本发明刀片服务器静音机箱整机、刀片服务器静音机箱和1U 刀片机箱示意图，实例为刀片服务器。该静音机箱是由2、3和十个25组成，三者是由由高 导热率金属材料制成，都经过表面处理而绝缘；2和3通过边框螺丝固定在一起；25装在2 内，上下两边用螺丝固定在2的边框上；装满十个25的1U刀片服务器，通电工作时，2中要 加满冷却液如水，以增强散热效率，在仓储和运输中不用加冷却液如水。请参照图15和16即本发明刀片服务器静音机箱框架正面和背面示意图，实例为 刀片服务器。该机箱框架是由2和3组成，3左右两边各冲有4个螺丝孔；2的凹型顶部，两 侧边框各有4个内嵌螺母的孔，与3的左右边孔相对，凹面有两排螺丝孔，用于固定1U刀片 机箱；见图15，2的正面，上、下边框各冲有十个孔，孔都内嵌螺母，用来固定1U刀片面板，左 右是两卡板，卡板上冲有螺丝孔，用来将刀片机箱固定在机柜内；见图16，2的背面，四周是 散热窗，中间固定着一电源排插26，两边是两AC电源座24，26和两24可靠连接，24接入市
^^ o请参照图17本发明1U刀片静音机箱分解示意图所示，实例为刀片服务器。该1U 刀片机箱是由1、23和2组成，三者由高导热率金属制成，都经过表面处理而绝缘；1的两边 各冲有两固定孔；2的前面板分布有7、8和17，后板固定有24，内部预留有12、主板位、11和 一些固定柱28，28用来固定主机板；2的右侧板冲有6个孔，其中两个是用来与1固定的，其 中两个是用来与图15底箱凹面固定的而且内嵌螺母，剩余两个是用来与23固定的；23的 两面都有螺丝孔，孔都内嵌螺母，一面四个孔与主机板CPU预留孔相对，一面两孔与23侧板 孔相对。该1U刀片静音机箱与普通1U刀片机箱的差别在于<1>.前者是由高导热率金属 制成，而后者是钢板制成；<2〉.前者有工作时充满冷却液如水的敞口水箱而后者装有3个 强力风扇；<3〉.前者可以安装使用无风扇的1U静音电源而后者不能。请参照图18本发明1U刀片静音机箱双CPU和1U静音电源的安装示意图所示，实 例为刀片服务器。该1U刀片机箱内安装着13、16和11上的硬盘，13没有散热风扇，外壳与 2用螺丝固定，接触面涂有导热硅脂，16用螺丝固定在2的螺丝柱上，16的CPU座内安装着 两粒15，15的四周有预留孔，23紧贴两15的散热面用螺丝与16固定，23另一面恰好紧贴 右侧板内壁，二者孔位相对，用螺丝把二者固定，接好内部连线，合上1，拧上螺丝，就是1U
6刀片服务器，23和2构成了导热中间件。由图18构成的1U刀片服务器，插入图15的底箱2内，2的两凹面预留孔恰好与 1U刀片侧板两孔相对，用螺丝将二者固定，拧上2正面边框螺丝，用电源线接通1U刀片服 务器和2的电源排插26 ；将其余九个1U刀片服务器依次装入图15的2内，全部接通AC排 插26 ；如图15，把3置于2上，对好两侧螺丝孔位，在接触面涂上导热硅脂，锁死螺丝把二者 固定，就构成一台刀片服务器；向3中充满冷却液如水，接通市电，十个1U刀片服务器依次 启动；所有CPU和电源产生的热量，由每个1U刀片机箱侧板，集中导向图15底箱2的凹面 板和两侧边框，再导向敞口水箱3，2和3的表面会散发一部分热量，3中的冷却液如水会蒸 发带走大部分热量，最后实现热平衡而温度恒定，该温度称为平衡温度，它受环境影响如气 温、风速和湿度，气温越低、风速越快和湿度越大，它越低，反之则越高，实验证明，它远低于 所有CPU和电源的热停机温度，该刀片服务器静音机箱能够满足所有CPU和电源的散热要 求，刀片服务器的整体噪音略低于十个硬盘的噪音，相当于一个加湿器的噪音级别。而现行 的刀片服务器，内部安装着30个为CPU降温的强力风扇和20个开关电源风扇，50个强力风 扇，噪音达到拖拉机的级别，会让人崩溃发疯的。如图1、7和13的服务器静音机箱，在其它领域里类似的应用也非常普遍，仅仅是 将图6、12和18中的双CPU、服务器主机板和1U刀片服务器变换成了其它大功率发热件及 其组件，如自动化领域的大功率IGBT和PLC及其电路板、机电一体化领域的大功率控制电 机及其辅助机构，静音电源13和14可以等同于其它开关电源，敞口水箱3随着发热件的 功率大小和位置不同，可以做的大或小一些，可以固定在机箱的其它位置，关键是发热件 要通过中间件将热量导向顶盖和水箱，水箱中装入大量的冷却液如水，通过冷却液如水蒸 发来实现大量散热，机箱、水箱和中间件之所以采用高导热率金属制成，目的是提高导热效 率，三者要做表面处理，目的是增加绝缘性，增强静电防护能力，防止被静电或雷电击穿。推而广之，除了电子、自动化和机电一体化领域，在其它各行各业中也存在对既能 散热又无声的静音机箱之需求，机箱可以是任意形状，水箱亦可以任意形状，只要它们的组 合方式不变，符合上述要领和规范，一样可以达到满意的效果。上文中提到的高导热率金属，是指导热率大于等于纯铝的金属及其金合等合成材 料，比如铝和铝合金、铜和铜合金、钛及其合金、金刚石_铝、金刚石_铜。
权利要求
1. 一种服务器静音机箱，应用于电子工业、自动化和机电一体化领域领域，其特征在于 该服务器静音机箱包含一金属机箱，一中间件，一敞口水箱；敞口水箱固定于金属机箱之上，中间件安装在金属机箱内。
2.根据权利要求1所述的金属机箱、中间件和敞口水箱，其特征在于它们是由高导热 率金属制成，都经过表面处理而绝缘。
3.根据权利要求2所述的高导热率金属，其特征在于它是指导热率大于等于纯铝的金 属及其合成材料，比如铝和铝合金、铜和铜合金、钛及其合金、金刚石_铝、金刚石_铜。
4.根据权利要求1所述的金属机箱，其特征还在于它内部可以安装大功率发热件及其 组件，该发热件可以是电子领域如SERVER CPU等大功率芯片，也可以是自动化领域如PLC 和IGBT等大功率元器件，亦可以是机电一体化领域如大功率控制电机等关键部件；组件是 指安装、固定发热件的载体，例如固定CPU的服务器主板，焊接PLC和IGBT的电路板；它的 内部具备安装大功率发热件及其组件的所有条件；它与内部安装大功率发热件通过中间件 实现连通。
5.根据权利要求1所述的金属机箱，其特征还在于它应用于电子计算机领域作为刀片 服务器机箱时，它是一凹型顶板、中空、前有两排螺丝孔和两卡板、后有十位AC排插的金属 机箱。
6.根据权利要求1所述的中间件，其特征还在于它应用于电子计算机领域时，若针对 1U工控服务器，它可以是一实心的、带支柱及其螺丝的高导热率金属块，也可以是一中空的 高导热率金属方通，金属块或金属方通紧贴双CPU分别与主机板和金属机箱固定；若针对 4U工控服务器，它可以是一中空的高导热率金属异型幕墙，亦可以是一中空的高导热率金 属方通和二实心的、带支柱及其螺丝的高导热率金属块的组合体，异型幕墙紧贴双CPU分 别与主机板和金属机箱固定，组合体中方通与金属机箱固定，二金属块分别紧贴双CPU与 主机板固定；若针对刀片服务器，它是高导热率1U刀片机箱和1U刀片机箱内的L型高导热 率金属板组成，L型金属板紧贴CPU分别与主机板和1U刀片机箱固定，无散热风扇的静音 电源固定在1U刀片机箱内，1U刀片机箱又固定在凹型金属机箱的顶部凹面上，两侧高起的 顶部边框固定着敞口水箱。
7.根据权利要求1所述的敞口水箱，其特征还在于它可以是任意形状；它可以焊接在 金属机箱的顶盖上而与之融为一体，也可以是一独立的水箱而固定在顶盖上；在金属机箱 内发热件及其组件安装就绪通电工作时，它内部必须充满冷却液如水，在其它状况下它可 以不装冷却液如水，比如仓储和运输中。
全文摘要
本发明是一服务器静音机箱，应用于电子工业、自动化和机电一体化领域；该静音机箱是由敞口水箱、中间件和金属机箱组成，三者是由高导热率金属制成且都经过表面处理而绝缘，水箱固定在机箱上，中间件安装在机箱内；它的使用方法是把大功率发热件及其组件固定在机箱内，采用中间件把该发热件散热面与机箱连接，若内部装有静音电源，亦要保证电源与机箱可靠连接，在水箱中充满冷却液如水；这样发热件和静音电源产生的热量，由中间件导向机箱，由机箱导向水箱，机箱和水箱的表面会散发一部分热量，大部分热量会被冷却液如水蒸发掉，最终实现热平衡而温度恒定，平衡温度会接近环境温度；与普通机箱相比，该静音机箱具备良好的散热和静电防护能力。
文档编号H05K5/04GK102006764SQ201010549419
公开日2011年4月6日 申请日期2010年11月11日 优先权日2010年11月11日
发明者孔繁忠 申请人:孔繁忠