一种被动消音型边缘计算装置的制作方法

1.本发明涉及边缘计算服务器技术领域，特别是涉及一种被动消音型边缘计算装置。


背景技术：

2.边缘计算装置属于微型超级计算机，主要技术应用于：让企业将深度学习训练、推理和分析整合至一个易于部署的统一ai基础架构中进行部署自己的计算中心。适合小型研究型企业计算中心，私人工作室微型超算中心，企业仿真实验室高性能计算中心，物理实验室、基于ai计算的计算中心等、城市地理规划中心、小型新材料计算中心、私人医学计算中心、无人驾驶ai计算中心、私人实验室检测分析中心等。
3.随着智能制造2025的提出，5g通讯的技术应用领域加速，目前用于5g边缘计算和分布式云计算的大多数装置部署的方式是安装在建筑物内的机房环境下运行，也有采用一体化机柜方式户外安装的。部分用户受场地限制不得不将边缘计算装置部署在办公室或者实验室内，因此现在市场上需要适合在办公室、实验室等家居场所工作的边缘计算装置。但是高性能计算和小型超算等计算装置用电功率密度高，运行噪音较大，导致用户使用不便。
4.目前大多数部分商业用户不得不考虑采用建设中空玻璃房来隔离出一个临时的计算设备实验室来安装边缘计算设备，导致施工难度大，工期长，也造成宝贵的建筑面积占用，若租期到期还需要拆除和复原原建筑的装修，导致用户使用非常不便。另外在玻璃房内小型超级计算机正式投入运行时，灰尘很快进入计算机，工作人员进入玻璃屋里，还是存在设备的高噪音，最终不是理想的解决方案，即造成使用不便又导致使用浪费资源。另外用户的计算方式均为间歇式，故业界均没有考虑部署昂贵的不间断电源来做延时供电，用户在计算任务执行过程中均在市电环境下运行，能耗较高。
5.曾经也有人尝试用一个金属封闭的柜子来安装边缘计算设备，噪音问题得到一定缓解，但冷却的设备的总风量不足，导致高密度的高性能计算机无法正常运行，不能独立部署在办公室和实验室环境稳定运行，因此散热与噪音的矛盾导致现有的边缘计算装置难以满足室内使用的需求。
6.边缘计算装置在正常运行时的噪音基本保持在95－100分贝附近，考虑人耳可听到的频率范围的声波干扰噪声，采取被动方式消噪技术实现隔音降噪比较简单，典型的被动式降噪技术消声机理主要有六种类型，即阻性消声器、抗性消声器、阻抗复合式消声器、微穿孔板消声器、小孔消声器和有源消声器。
7.而采用主动式通风技术满足足够的通风风量是技术关键点之一，也是国内很多做产品的技术缺点，往往消除噪音导致通风量太小，不能满足计算散热需要。必须考虑保证进风通道和排风通道的长度足够，且兼顾通风和消声两项技术的装置才能很好的解决这个问题，同时还需要满足全年的运行工况。
8.综上，市场上急需一种适合的更大的功率密度散热风量、消音效果好的边缘计算装置来满足微型超级计算设备使用环境需要。


技术实现要素：

9.本发明的目的是：提供一种被动消音型边缘计算装置，以满足边缘计算装置在室内使用时功率密度散热风量大、消音效果好的需求。
10.为了实现上述目的，本发明提供了一种被动消音型边缘计算装置，包括用于布置计算设备的设备主体单元、用于消音的消音室单元和用于向设备主体单元内送冷风的空气冷却单元，所述空气冷却单元布置在所述设备主体单元的底部，所述消音室单元布置在所述设备主体单元的侧部，所述空气冷却单元、所述设备主体单元和所述消音室单元之间相互连通形成空气流道；所述设备主体单元包括门板，所述门板上布置有隔音结构；
11.所述消音室单元包括并行布置的进风道和排风道，所述进风道与所述设备主体单元、空气冷却单元均连通，所述排风道与所述设备主体单元、空气冷却单元均连通，所述进风道和排风道内均布置有消声器，所述排风道的排风口处布置有微孔板；
12.所述空气冷却单元包括进风机和排风机，所述进风机连通所述进风道与所述设备主体单元，所述排风机连通所述设备主体单元与所述排风道。
13.优选地，所述进风道包括竖向延伸的第一消音室和第二消音室，所述第一消音室的底部布置有与外界连通的进风口，所述第一消音室、第二消音室的顶端相互连通，所述第二消音室的底端与所述进风机连通。
14.优选地，所述消音室单元的前面板和底面板均布置有所述进风口，进风口处设有倾斜布置的过滤器。
15.优选地，所述排风道包括竖向布置的第三消音室和第四消音室，所述第三消音室的顶端与所述设备主体单元连通，所述第三消音室的底端与所述排风机连通，所述第四消音室的底端与所述排风机连通，所述第四消音室的顶端与所述排风口连通。
16.优选地，所述消音室单元的顶面板和侧面板上均布置有所述排风口，顶面板上的所述排风口用于与室内的排风管道连接，顶面板上的排风口处布置有消音接驳罩。
17.优选地，所述门板包括前门板和后门板，所述前门板和后门板均为双层板，所述隔音结构包括填充在所述前门板和后门板内的隔音材料。
18.优选地，所述隔音结构还包括密闭气囊圈，所述密闭气囊圈布置在所述前门板和所述后门板上。
19.优选地，所述被动消音型边缘计算装置还包括扩展空调冷却单元，所述扩展空调冷却单元包括风机组、制冷盘管、压缩机和液冷屏蔽泵，所述风机组与所述空气冷却单元连通以向所述空气冷却单元输送制冷气体。
20.优选地，所述被动消音型边缘计算装置还包括扩展电力单元，所述扩展电力单元内布置有多个插接仓，所述插接仓用于与所述设备主体单元、空气冷却单元和消音室单元内的电器设备连接。
21.优选地，所述空气冷却单元的底部还布置有用于进出线缆的线缆孔，所述线缆孔处填充有隔音材料，所述空气冷却单元的底部还布置有减震支脚，所述减震支脚的底部布置有弹性减震垫。
22.本发明实施例一种被动消音型边缘计算装置与现有技术相比，其有益效果在于：设备主体单元、消音室单元和空气冷却单元相互独立，之间通过气体流通通道连通，设备主体单元、消音室单元和空气冷却单元可以分别制作、组装，降低生产制作的成本，同时也便
于转移运输安装；进风机和排风机驱动气体以进风道、空气冷却单元、设备主体单元、排风道的方向流动，提高气体的流速并与设备主体单元充分换热，提高散热风量；进风道、排风道内布置消声器，消声器减小气体流动的噪音，排风道处的微孔板吸收气体排出时的噪音，门板上的隔音结构降低噪音向设备主体单元的外部传播，采用多重方式降低气体流动时的噪音，满足大散热风量、消音效果好的需求。
附图说明
23.图1是本发明的被动消音型边缘计算装置的正视图；
24.图2是图1的被动消音型边缘计算装置的后视图；
25.图3是图1的被动消音型边缘计算装置的俯视图；
26.图4是图1的被动消音型边缘计算装置的侧视图；
27.图5是图1的被动消音型边缘计算装置的仰视图；
28.图6是图1的被动消音型边缘计算装置的a－a线的剖视图；
29.图7是图1的被动消音型边缘计算装置的b－b线的剖视图；
30.图8是图1的被动消音型边缘计算装置的c－c线的剖视图；
31.图9是图1的被动消音型边缘计算装置的增加扩展空调冷却单元、扩展电力单元后的结构示意图；
32.图10是图9的被动消音型边缘计算装置的剖视图；
33.图11是图9的被动消音型边缘计算装置的扩展电力单元的结构示意图。
34.图中，1、设备主体单元；11、前门板；12、后门板；13、核心框架；2、消音室单元；21、第一消音室；22、第二消音室；23、第三消音室；24、第四消音室；25、进风口；26、排风口；3、空气冷却单元； 31、进风机；32、排风机；33、线缆孔；4、过滤器；5、消声器；6、减震支脚；7、扩展空调冷却单元；71、风机组；72、制冷盘管；73、压缩机；74、液冷屏蔽泵；8、扩展电力单元；81、插接仓；9、微孔板；10、静电集尘器。
具体实施方式
35.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
36.本发明的一种被动消音型边缘计算装置的优选实施例，如图1至图11所示，该被动消音型边缘计算装置包括设备主体单元1、消音室单元2和空气冷却单元3，设备主体单元1用于在内部布置计算设备，空气冷却单元3用于向设备主体单元1内输送冷风进行降温，消音室单元2用于对流动的气流进行降温。
37.该被动消音型边缘计算装置的主要设计高度1.8米，深度1.2米，宽度0.8米(最大扩展尺寸1.2米)，单台装置使用交流220v或380v 电源，额定功率7.5kv和14kva及30kva等三个规格，用于安装微型超算设备。设计运行质量260kg/承载，可移动部署，适合环境温度－10℃－+30℃环境运行，海拔高度小于1000米，超过海拔高度1000米运行时，进行降容方式运行，推荐不确定度5％，装置外1米处测试噪音值≥45分贝(a)。
38.设备主体单元1内放置机架式高性能计算机，在本实施例中，参考“英伟达nvidiadgx－a100深度学习超级计算机”这个的微型超算设备装置，系统重量约154.2kg和
之间相对独立，便于制作、组装以及运输，降低成本，同时实现降噪消音的目的。
47.第一消音室21的底部布置有与外界连通的进风口25，第一消音室 21、第二消音室22的顶端相互连通，第二消音室22的底端与空气冷却单元3连通，外部的空气由进风口25进入第一消音室21，在第一消音室21的顶端进入第二消音室22，在第二消音室22的底端进入空气冷却单元3，经过空气冷却单元3进入设备主体单元1，与设备主体单元1内的气流进行换热降温。
48.消音室单元2的前面板和底面板上均布置有进风口25，即进风口 25共有两个，使气体由第一消音室21的前面、底面进入消音室单元2。进风口25处布置有过滤器4，过滤器4倾斜布置，过滤器4、前面板的进风口25、底面板的进风口25之间形成三角形结构。边缘计算由于采用外部的冷却空气，难免会随着空气掺杂灰尘进入该装置，过滤器4 用于对进入计算机的灰尘进行吸附，有效滤除灰尘。
49.优选地，过滤器4为g4级纸质过滤器，也是第一级的空气过滤器 4，处理尺寸≥0.3um的灰尘过滤，采用被动式g4级纸质过滤器是比较方便和简单的方式，仅仅需要定期更换过滤器芯即可。优选地，第一消音室21内于过滤器4的后侧布置静电集尘器10，静电集尘器10可以利用静电吸附作用自动吸附尺寸更小的灰尘，实现消除灰尘的目的，操作者可以定期对静电集尘器10进行清洗，实现极低成本的简易的维护。
50.经过测试，过滤器4以及静电集成器组合工作，对于边缘计算用的微型超级计算机灰尘过滤效果明显，通过激光粒子计数机进行空气含尘粒子检测，排出的气体中≥0.5um的灰尘粒子的比例是小于18000 粒/每升，初步实现满足计算机运行对洁净空气基本需要。
51.优选地，在过滤器4的前后设置微压差报警器，在线监测过滤器4 前后两侧的微压差。微压差报警器的设定值可调整，范围为50－350pa，本申请中以50pa作为设定值。当过滤器4吸收灰尘达到饱和值时，g4 过滤器的前后阻抗增加，触发微动开关，提醒使用者及时替换初效过滤器，实现持续保障可以继续吸收空气中灰尘的目的。
52.优选地，第三消音室23的顶端与设备主体单元1连通，第三消音室23的底端与空气冷却单元3连通，第四消音室24的底端与空气冷却单元3连通，第四消音室24的顶端布置有与外界连通的排风口26。由进风道进入设备主体单元1的气流与计算机换热后由第三消音室23 的顶端进入第三消音室23，向下流动后由底端进入空气冷却单元3，再经由空气冷却单元3进入第四消音室24，并向上移动至排风口26，经由排风口26排出。
53.优选地，消音室单元2的顶面板和侧面板上均布置有排风口26，顶面板上的排风口26用于与室内的排风管道连接，顶面板上的排风口 26处布置有消音接驳罩。当部分应用计算场景有集中排风竖井或排风管道时，可以通过顶部的热排风接驳罩接入室内的排风管道，通过排风管道将热空气排出室外，起到自然冷却和散热的目的。
54.优选地，顶面板、侧面板上的排风口26上布置微孔板9，微孔板 9为蜂窝结构，微孔板采用微孔物理降噪的原理，可以降低排风口26 处的噪音。
55.优选地，进风道的第一消音室21内、排风道的第四消音室24内均布置有消声器5，消声器5作为被动式降噪器件消除气流移动时产生的噪音，起到隔音降噪的作用。在本实施例中，消声器5为多个平行布置的片式微孔消音板，通过延长进风道和排风道的消音板降噪，实现高密度微型超级计算设备的运行消音的目的，降低进排风速度在通过风道的沿程阻力，既保证通风风阻的尽可能小，同时还实现降噪的反射需要。
56.空气冷却单元3包括进风机31和排风机32，进风机31连通进风道与设备主体单元1，排风机32连通设备主体单元1与排风道。在本实施例中，进风机31与第二消音室22的底端连通，排风机32与第三消音室23、第四消音室24的底端同时连通，进风机31和排风机32 对气流的流动提供动力，增加气体流动的速度，同时也起到连通风道的作用。
57.边缘计算装置的散热需要足够的风量，势必需要足够的风机产生换气量，且风机的静压需要足够的压头，才能保障较长的风道的沿程损失和紊流损失。采用进风机31和排风机32配合的方式，运行噪音降低、耐高温运行，自带的无极变速控制系统，方便对风机进行操控和运行监控，低故障、效率高、节能、简易等优势，同时也可以根据用户的使用需要灵活调整换气量。
58.优选地，进风机31和排风机32均采用后掠式扭曲叶片直流ec变速大风量专业ebm风机，即进风机31和排风机32均为ec直流风机，进风机31的叶轮叶片在排风口26处适度向前倾斜，而在进风口25处又适度向后倾斜，可以避免气体流道急剧变化，阻止气体产生涡流，从而减少离心风机所产生的空气动力噪声。ec直流风机自带的无极变速控制系统，方便对风机进行操控和运行监控，低故障、效率高、节能、简易等优势，同时也可以根据用户的使用需要灵活调整换气量。
59.优选地，本申请中，进风机31和排风机32均采用ebmpapst/依必安派特变频散热风机。例如：r3g400风机的风量1805m3/h风叶直径 400mm，风机效率高和运行低噪音优点，静压约800pa，能有效对装置内的计算机负载热量进行散热。
60.ec直流风机可以将整个计算装的空气进行有效自动驱动，也可以手动触屏驱动风量和转速，同时也是关键控制和动力单元。空气冷却单元3、自动的温度调节和ec直流风机的速度自动匹配，当超级计算设备全工况运行时，运行的噪音和热量同时提升，空气冷却单元3的底部自然冷却控制和空气动力单元部的ec直流风机高速运转将热量带出装置，这样实现设备的散热的目的；当设备处于低运算时，噪声和温度相应降低，ec直流风机将处于低速运转状态，实现匹配运转，也可以满足更高的密度计算需要。
61.空气冷却单元3的底部还布置有线缆孔33，线缆孔33有多个，线缆孔33用于进出线缆。线缆孔33处填充有隔音材料，在本实施例中，填充的隔音材料为阻性和柔性的弹性填充织物，线缆孔33是该被动消音型边缘计算装置与外界直接连通的地方，也是噪音容易传播和传导的地方，填充隔音材料实现降噪目的。
62.优选地，线缆孔33设计在空气冷却单元3的后侧，位于过滤器4 的两侧。拆开空气冷却单元3后侧的蜂窝微孔板，既可取出g4级纸质过滤器，位于过滤器4的卡槽两侧分别设计两个长条形的“п槽”，用高密度的阻燃海绵进行多层填充。当需要安装电源或网络线路进入核心框架13时，电源线或光纤网线分别由“п槽”进入装置内，然后填充高密度海绵块，然后封闭“п槽”的开口位置，然后安装g4级纸质过滤器，安装后侧的蜂窝微孔板。进出核心架构的线缆均通过海绵体进行密闭，形成严密的阻止噪音传导的方式实现隔音。
63.空气冷却单元3的底部还布置有减震支脚6，减震支脚6的底部布置有弹性减震垫，弹性减震垫可以有效阻止设备运行时的振动噪声传递；在本实施例中，弹性减震垫的材质为橡胶垫，成本低。减震支脚6 共有六个，可以调整水平，减震支脚6与地面用抗震螺栓固定的方式安装。
64.被动消音型边缘计算装置还包括扩展空调冷却单元7和扩展电力单元8，扩展空调
冷却单元7、扩展电力单元8与设备主体单元1均为可拆装配，扩展空调冷却单元7、扩展电力单元8作为独立的标准部件，可以实现独立批量生产，便于控制制造成本，实现远距离运输和迁移，同时也便于标准部件的回收和再利用。
65.大多数计算用户的计算任务采用间歇式高性能计算，少部分用户要求采用实时工作制，被动消音型边缘计算装置既要保证间歇工作制的极简设计需要，也要考虑连续工作人员的需要。扩展空调冷却单元7 和扩展电力单元8是选配部件，用户可自行灵活选择，也可以自由升级和降级使用，针对计算力的弹性使用需要设计，可以多个装置一同协同部署，以满足更大的计算力场景需要和扩展，保障使用者的极简需要和高性价比目的。
66.扩展空调冷却单元7布置再设备主体单元1的左侧，兼顾设备主体单元1的并联使用，与设备主体单元1的通风风道吻合。扩展空调冷却单元7包括风机组71、制冷盘管72、压缩机73和液冷屏蔽泵74，风机组71与空气冷却单元3连通以向空气冷却单元3输送制冷气体，屏蔽泵实现液冷设备的散热需要，实现液冷散热目的。扩展空调冷却单元7内置干冷散热器，采用制冷盘管72和变频不锈钢的屏蔽泵将液冷服务器热量排出边缘计算装置，起到兼容液冷计算设备的目的。使用者可以通过选择侧扩展空调冷却单元7完成液冷与空气冷却的转换，直接与室内的冷空气进行热交换，实现节能运行。
67.制冷盘管72为v形结构，制冷盘管72包括液冷紫铜盘管和风冷紫铜盘管。扩展空调冷却单元7的具有液冷紫铜盘管和风冷紫铜盘管的蒸发器盘管一同生产，既保证在一个v型的翅片铜管蒸发器保障风冷散热的目的也能兼顾的液冷服务器的需要，无需改动制冷设备和修改本发明的主体设计结构，让用户更加简易使用和无后顾之忧。
68.当用户的使用场所电力资源充沛，可以直接在左侧扩展空调冷却单元7，制冷量可设计12－20kw，方便现场便于计算设备的长期制冷需要。当左侧的空调冷却单元工作时，自动关闭自带的空气冷却单元3，作为空调系统故障时应急散热系统备用，实现有效冗余工作保障。
69.扩展电力单元8保障有边缘计算装置的大任务和连续工作的小型组织增加需要，即使遇到办公室偶尔停电也能轻松应对计算需要。扩展电力单元8内布置有多个插接仓81，插接仓81用于与设备主体单元 1、空气冷却单元3和消音室单元2内的电器设备连接。
70.在本实施例中，插接仓81共有八个，每个插接仓81为蜂巢式结构，形成一个电力不间断模块，用户可以自由搭配自己的电力不间断模块，每个电力不间断模块按照3kw设计，电力不间断模块长度900mm，宽度250mm，高度250mm，为长条形设计。
71.每个电力不间断模块内置15－30分钟标准锂电池配置，保障2个 c19－16a和2个c13服务器插座的输出需要，便于用户的边缘计算设备的电源模块的灵活插接使用，同时满足用户配置的电源模块最大使用需要。最大保障6个3kw的电力不间断模块使用，满足18kw最大供电能力，冗余模式下使用15kw需要，保障足够的电力冗余模块使用，也同时极大方便的降低了使用配置成本，保障使用者的利益。
72.扩展电力单元8最低配置1个3kw的电力模块，保障用户的最低购买成本，保证使用者的建设成本进一步降低，也兼顾能保障用户高可靠的需要，用户仅仅替换电源模块方式完成电力容量升级和降级需要。
73.被动消音型边缘计算装置在运行时，对于运行管理自动化，网络化，可以方便操控，针对用户的关心的几个关键参数进行管理，包括运行的温度和风机的运转情况，过滤器
4的微压差提醒，使用电能的参数等。该被动消音型边缘计算装置采用单片机结构的功能型触控板，用于现场查看运行的状态，以及通过tcp－ip网络端口对设备运行状况进行查看，对应不同的季节和室内的温度条件进行自动调整风机运行速度，满足计算设备的散热需要。扩展空调冷却单元7内的冷凝水采用直接蒸发的模式，用户有条件时可以选择采用自然自重力排放至冷凝水管道中，类似实验室环境方便直接排放至室内的排水槽中。
74.该被动消音型边缘计算装置具有自动运行功能，友好的人机会话触控屏幕可以实现对计算环境温度的控制和灰尘过滤状态管理，也可以实现对运行耗能的统计和管理，便于使用者自行管理，也可以通过网络形式进行远程运行数据监控。
75.综上，本发明实施例提供一种被动消音型边缘计算装置，其设备主体单元、消音室单元和空气冷却单元相互独立，之间通过气体流通通道连通，设备主体单元、消音室单元和空气冷却单元可以分别制作、组装，降低生产制作的成本，同时也便于转移运输安装；进风机和排风机驱动气体以进风道、空气冷却单元、设备主体单元、排风道的方向流动，提高气体的流速并与设备主体单元充分换热，提高散热风量；进风道、排风道内布置消声器，消声器减小气体流动的噪音，排风道处的微孔板吸收气体排出时的噪音，门板上的隔音结构降低噪音向设备主体单元的外部传播，采用多重方式降低气体流动时的噪音，满足大散热风量、消音效果好的需求。
76.被动消音型边缘计算装置利用简单的实用的结构和降噪处理技术，填补边缘计算市场上微型超级计算机民用化的普及应用空缺，虽然是小众的市场，但能让更多私人组织参化。促进小型企业和私人组织的 ai计算和边缘云计算的市场繁荣。让更多的小型组织能够分享超级计算带来的丰盛科研成果，保障一线工作人员即使在相对封闭的和隔离的环境下能坚持完成自己的计算任务。
77.被动消音型边缘计算装置简易的组合式结构设计，进一步促进生产制造的成本降低，不仅可以作为正常的商品进行销售，还可以实现部件回收目的，降低金属资源的消耗，同时还可以满足租赁市场的需要，即满足项目式的计算客户的需要，租用固定的时间，这样降低计算者的使用成本，进一步促进市场的应用门槛，促进边缘计算的平民化和普及。
78.被动消音型边缘计算装置满足其他信息化计算用低密度的企业级信息化的应用，办公室内的信息化设备的安装的装置应用，以往市场需要“it－room”的需要。由于本发明的被动消音型边缘计算装置产品化和市场普及化，小型企业不在需要独立的功能房间来部署it设备，可以通过购买本发明装置即可组成小型企业的it计算环境，和宝贵的办公室和谐共处，节省宝贵的cbd建筑租赁费用，特殊适合于大开间办公室的信息化系统设备的部署，既保证信息化设备的就近安装原则，也能维持较为安静的环境需要。
79.该被动消音型边缘计算装置促进边缘计算的装置私有化组织的应用普及，降低微型超级计算的使用成本和进一步促进市场的激活，满足对噪音有需要的应用场合，例如城市公共区域，cbd综合大楼的公共区域部署临时租用的边缘计算装置，类似快递柜的部署方式，更方便私人组织的边缘计算业务激活，更多的cbd可以租用计算的空间，促进城市cbd“数字房地产”租赁业务的开展和兴起。
80.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。