CN103338615A - 一种降低噪音的冷却装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种降低噪音的冷却装置及方法。该方法中，当待冷却部件无磁性时，采用磁性流体作为散热介质；当待冷却部件有磁性时，采用非磁性流体作为散热介质；待冷却部件与散热介质通过热交换将热量传递给磁性流体或非磁性流体，磁性流体或非磁性流体由居里温度效应通过热交换后将热量传导出去并达到热平衡。该装置包括盛装有磁性流体或非磁性流体的容器，待冷却部件置于容器内并与磁性流体或非磁性流体直接接触，；所述磁性流体由具有永磁性的微粒分散在流体中构成；所述非磁性流体由具有磁性的微粒分散在流体中构成。本发明的装置及方法利用居里温度是磁性物质的固有属性的特点，进一步提高了磁控管冷却的效果、控制的自动化和可靠性。

Description

一种降低噪音的冷却装置及方法

技术领域

本发明属于计算机、家用电器或者电气设备领域，具体地说，涉及一种降低噪音的冷却装置及方法。

背景技术

在计算机、家用电器或者电气设备中，较多的部件在工作时都会发热，如果部件不能及时进行散热处理或者散热效果差的情况下，可能影响该发热部件的使用寿命，甚至造成该发热部件损坏从而造成整个系统失效。

现有技术中对于发热部件的散热处理方式通常有如下几种：1、自然冷却：将发热部件暴露在空气中，通过与空气对流自然散热，这种冷却方式冷却效果较差，并且发热部件暴露在空气中既不安全，又容易吸尘，不便于清洗维护；2、采用风冷系统，即在发热部件（待冷却部件）处安装一冷却风扇，随时将发热部件产生的热量带出，这种风冷系统的优点在于结构简单、节省空间、成本较低，但散热效率较低，而且由于采用的是机械式的降温方式、风扇运转成为噪音的一个主要来源；3、采用水冷或者油冷的方式对发热部件进行冷却，这种冷却方式由于采用的是单一的液体（水或油），存在着系统腐蚀（水冷）、冷却效率低和冷却系统本身需要系统提供额外能量的缺陷，从而带来系统整体能耗的上升；4、采用磁性流体制冷，如CN200410017361.3公开的一种热能驱动的磁性流体制冷系统，包括外加磁场、发生器、蒸汽管路、冷凝器、节流阀、蒸发器、吸收器、磁性流体管路、旁通管、节流阀，该发明是以热能驱动的磁性流体制冷系统，发生器上面的壳程出口通过蒸汽管路与冷凝器的壳程入口相连，节流阀的出口连接蒸发器的壳程入口，蒸发器的壳程出口与吸收器上面的壳程入口相连，吸收器下边的壳程出口与磁性流体管路的入口相连，磁性流体管路的出口与发生器下面的壳程入口相连，发生器管程与高温蒸汽、热水等热源相同，冷凝器的管程内通冷却水，蒸发器的管程内通冷媒水，吸收器的管程内通冷却水，发生器右边的壳程出口通过旁通管路与吸收器左边的壳程入口相连，在旁通管路中，装有节流阀吗，外加磁场分别设置在发生器底部的壳程入口处和吸收器底部的壳程出口处。该制冷系统需要热能驱动，需要配备热源和蒸汽管路，并且对该制冷系统还需要配备2个外加磁场，再次配备冷却水管路，部件和管路繁多，结构复杂，不利用广泛推广，特别是家用电器或者电气设备结构较小，复杂的冷却系统更不可能应用于家用电器或者电气设备中的发热部件冷却。同时，CN200520079147.0也公开了一种半导体制冷的热磁循环散热装置，该装置在半导体热电堆的热端设置一个液流空腔，环管穿越该空腔并与其紧密接触，在环管、半导体热电堆的热端的附近设计磁铁，在环管内注满磁性液体。该装置同样需要在外部设置磁场，并且是利用热磁效应，并非利用居里温度效应进行散热，不能实现热平衡。

以家用微波炉为例，家用微波炉是一种用来加热食物的家电产品，对于快速加热食物相当方便，不但用于居家，而且还能用于办公室等。现有微波炉的结构参见图1所示，其噪音主要来源之一为风扇：磁控管在将电能转化为微波的过程中会产生大量热能；变压器、二极管和电容器在将电压从220V提升到3,000V以上并传送到磁控管的过程中也会产生热量。目前常见的微波炉的散热系统是采用风冷系统，即在磁控管旁边安装一冷却风扇，随时将磁控管产生的热量带出。这种风冷系统的优点在于结构简单、节省空间、成本较低，但散热效率较低，而且由于采用的是机械式的降温方式、风扇运转成为了微波炉噪音的一个主要来源，同时风扇本身也会增加系统的能耗，属于有源散热方式。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种降低噪音的冷却装置及方法，该装置和方法不需要设置外加磁场，也不需要外部能源驱动，无能耗（无源），无相变过程、结构简单，并且自身能够实现热平衡。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种降低噪音的冷却方法，当待冷却部件无磁性时，采用磁性流体作为散热介质；当待冷却部件有磁性时，采用非磁性流体作为散热介质；待冷却部件与散热介质通过热交换将热量传递给磁性流体或非磁性流体，磁性流体或非磁性流体由居里温度效应通过热交换后将热量传导出去并达到热平衡；所述磁性流体由具有永磁性的微粒分散在流体中构成；所述非磁性流体由具有磁性的微粒分散在流体中构成。该方法不同于现有采用单一流体（水、油等）作为冷却介质的技术，也不同于现有采用磁液散热的技术，本方案采用磁性/非磁性流体作为散热介质，待冷却部件（发热部件）工作时产生的热量，首先传给最接近待冷却部件一侧的冷磁性/非磁性流体，冷磁性/非磁性流体吸收待冷却部件产生的热量，待冷却部件的温度随之下降；同时，冷磁性/非磁性流体由于吸收了热量，自身温度上升，当其温度升到其居里温度时，磁性消失，此时，相距待冷却部件远处的磁性/非磁性流体由于温度较低，仍然具有磁性，由于磁性粉末的磁性不均一，冷磁性/非磁性流体与磁性消失的热磁性/非磁性流体将会由于磁性力而产生对流，这样，冷磁性/非磁性流体就会挤开之前由于温度升高失去磁性的磁性/非磁性流体，连续带走待冷却部件热量，实现对待冷却部件的冷却，极大的提高了对待冷却部件的冷却效果，本方案不需要提供任何能源和动力，只需要接近待冷却部件一侧的磁性/非磁性流体和远离冷却部件一侧的磁性/非磁性流体通过居里温度效应对流，在其他方向上不需要强制驱动磁性流体的流动即可实现热平衡，控制待冷却部件的温度在额定的工作温度之下。本方案中达到热平衡是指该冷却方法可以始终确保待冷却部件的温度和磁性/非磁性流体的温度处于需要控制的工作温度之内，如待冷却部件的温度需要控制在40℃以下，工作时由于发热会升高到60℃，根据使用的磁性流体的容积、密度、比热等参数，可以计算出将待冷却部件的温度降低20℃需要使用多少容积的磁性/非磁性流体，如果需要将待冷却部件的温度需要控制在更低的温度，如30℃，同样通过计算可以得到需要的磁性/非磁性流体的容积，这些计算的方法属于现有技术，本领域技术人员根据常规的热设计方法即可进行相关计算。

具体地，所述待冷却部件置于磁性流体或非磁性流体内，与磁性流体或非磁性流体通过热传导进行热交换；或者，将磁性流体或非磁性流体置于循环的管路内，待冷却部件与流体通过热辐射进行热交换。

所述具有磁性的微粒为铁磁材料制成的微粒。

一种降低噪音的冷却装置，包括盛装有磁性流体或非磁性流体的容器，待冷却部件置于容器内并与磁性流体或非磁性流体直接接触，；所述磁性流体由具有永磁性的微粒分散在流体中构成；所述非磁性流体由具有磁性的微粒分散在流体中构成。

一种降低噪音的冷却装置，包括用于冷却待冷却部件的磁性流体或非磁性流体冷却系统，磁性流体或非磁性流体冷却系统包括包覆待冷却部件流体通道，流体通道内采用磁性流体或非磁性流体作为冷却介质；所述磁性流体由具有永磁性的微粒分散在流体中构成；所述非磁性流体由具有磁性的微粒分散在流体中构成。

所述具有永磁性的微粒或具有磁性的微粒的居里温度低于待冷却部件的耐热温度。这样，当具有永磁性的微粒或具有磁性的微粒的温度上升到居里温度时，才能不超过待冷却部件耐热温度，以满足对待冷却部件散热的要求，如待冷却部件的耐热温度为30℃，选择的微粒的居里温度应小于30℃，如果选择的微粒的居里温度高于了30℃，那么选择的微粒达到居里温度时已经超过了冷却部件的耐热温度，将不能形成冷磁性流体与磁性消失的热磁性流体的对流，会出现与采用水冷或油冷同样的问题，影响待冷却部件的冷却效果。

所述流体通道设有流体入口、流体出口，磁性流体或非磁性流体通过流体入口、流体出口与外部流体管路接通构成用于磁性流体或非磁性流体循环的回路。磁性流体/非磁性通过流体入口、流体出口与外部流体管路构成的用于磁性/非磁性流体循环的回路的方式属于现有技术，流体通道可以根据产品需要或者根据待冷却部件的具体形状和位置进行设计，以流体通道内部能够流通磁性/非磁性流体与待冷却部件进行热量对流交换或传导交换即可。采用磁性/非磁性冷却系统，由于在冷却系统内添加有一定比例的磁性粉末，利用磁性粉末材料的居里温度特性，冷却系统自己提供循环能量且其冷却速率与待冷却部件的热梯度正相关，可以最大限度地提升冷却效果。

所述流体为水质或油质液体。

所述油质液体为硅油、绝缘油或变压器油。

所述待冷却部件为微波炉的磁控管或微波炉的变压器或投影仪的变压器或工业控制柜的变压器或计算机芯片等各种热端部件。

与现有技术相比较，本发明的有益效果是：

1、本发明的装置及方法中采用磁性/非磁性流体冷却系统替代现有的油冷和风冷系统。相对风冷系统，磁性/非磁性流体冷却系统不仅散热效率大幅提高，由于在微波炉中取消了用来降温的风扇，从根本上解决了风扇的机械噪音问题；相对油冷系统，磁性流/非磁性体冷却系统无需额外能量（无源冷却），并且该装置及其方法不仅散热效率大幅提高，由于在系统内加入了一定浓度的磁粉，利用磁性材料的居里温度特性，进一步提高了冷却效率。

2、本发明采用了磁性/非磁性流体冷却系统，由于居里温度是磁性物质的固有属性，利用具有特定居里温度的磁粉放在冷却液中，磁粉会在外部或内部磁场的作用下，在特定的温度因失去磁性而在冷却液中移动，从而带动冷却液的运动，达到将高温冷却液带到温度低的位置，将低温冷却液移动到温度高的地方，这个过程是自发并与待冷却热端部件的热梯度正相关，因此，系统不需要特定的控制元件和能量消耗，另外由于居里温度是磁性物质的固有属性，因此设备的运行可靠。这样就可以根据需要来选定磁性物质的居里温度实现与待冷却热端部件冷却的自动化和极高的可靠性。

3、本发明不需要外加热源或能源或磁场驱动，结构简单，散热效果较好，无相变过程、自身能够实现热平衡。

附图说明

图1为微波炉现有技术采用风冷的结构示意图；

图2是本发明实施例1的结构示意图；

图3是图2的A-A向剖视图；

图4是本发明实施例1另一实施方案的结构示意图。

图中附图标记对应的零部件名称为：1－变压器，2－二极管，3－冷却风扇，4－电容器，5－天线，6－波导管，7－磁控管，8－流体入口，9－流体出口，10－磁控管，11－流体通道，12-热磁性/非磁性流体，13-冷磁性/非磁性流体，14-电子轮辐。

具体实施方式

实施例1：

本实施例一种降低噪音的冷却方法，该方法采用磁性/非磁性流体作为散热介质，待冷却部件与散热介质通过热交换将热量传递给磁性/非磁性流体，磁性/非磁性流体由居里温度效应通过热交换后将热量传导出去，所述磁性流体由具有永磁性的微粒分散在流体中构成；所述非磁性流体由具有磁性的微粒分散在流体中构成。即本实施例包含2个技术方案，当待冷却部件无磁性时，采用磁性流体作为散热介质，待冷却部件与散热介质通过热交换将热量传递给磁性流体，磁性流体由居里温度效应通过热交换后将热量传导出去并达到热平衡；当待冷却部件有磁性时，采用非磁性流体作为散热介质，待冷却部件与散热介质通过热交换将热量传递给非磁性流体，非磁性流体由居里温度效应通过热交换后将热量传导出去并达到热平衡。

这2种方法均有两种实现方式，一种情况，待冷却部件置于磁性流体内与磁性流体直接接触进行热交换。参见图4所示，该技术的实现包括盛装有磁性/非磁性流体的容器，待冷却部件置于容器内并与磁性/非磁性流体直接接触。在该方案中，流体可以选用硅油、绝缘油或变压器油等物质，只要该流体不会损坏其中的待冷却部件也不会造成系统短路即可，待冷却部件可以是微波炉的磁控管、变压器或发热的晶体管等部件。该方案中，待冷却部件直接放置于磁性/非磁性流体内与磁性/非磁性流体直接接触，其交换的效率远远高于如辐射等其他热交换方式，待冷却部件（发热部件）工作时产生的热量，首先传给最接近待冷却部件一侧的冷磁性/非磁性流体，冷磁性/非磁性流体吸收待冷却部件产生的热量，待冷却部件的温度随之下降；同时，冷磁性/非磁性流体由于吸收了热量，自身温度上升，当其温度升到其居里温度时，磁性消失，此时，相距待冷却部件远处的磁性/非磁性流体由于温度较低，仍然具有磁性，由于磁性粉末的磁性不均一，冷磁性/非磁性流体与磁性消失的热磁性/非磁性流体将会由于磁性力而产生对流，这样，冷磁性/非磁性流体就会挤开之前由于温度升高失去磁性的热磁性/非磁性流体，进而连续带走待冷却部件热量，实现对待冷却部件的冷却，极大的提高了对待冷却部件的冷却效果。根据待冷却部件需要冷却的温度，通过流体的比热、密度等参数，可以计算出较佳的磁性/非磁性流体的所需容积，只要我们将合适的用量的磁性/非磁性流体置于容器中，磁性/非磁性流体一边通过与待冷却部件的热交换，一边通过与外部环境（室温）的热交换，自身能够实现热平衡，确保待冷却部件的工作温度控制在其许用范围之内。本方案不需要提供任何能源和动力，只需要接近待冷却部件一侧的磁性/非磁性流体和远离冷却部件一侧的磁性/非磁性流体通过居里温度效应对流，在其他方向上不需要强制驱动磁性流体的流动即可实现热平衡。

另一种情况，将磁性/非磁性流体置于循环的管路内，待冷却部件与磁/非磁性性流体通过辐射进行热交换。参见图2、图3所示，该方式的实现包括用于冷却待冷却部件的磁性/非磁性流体冷却系统，磁/非磁性性流体冷却系统包括包覆待冷却部件流体通道，流体通道内采用磁性/非磁性流体作为冷却介质，所述磁性/非磁性流体由具有磁性的微粒分散在流体中构成。

本实施例的待冷却部件可以是微波炉的磁控管或微波炉的变压器或投影仪的变压器或工业控制柜的变压器，或者其他电器设备或工业设备的发热部件——如计算机的CPU（中央处理器）等，都可以采用该冷却方法进行冷却。

实施例2：

本实施例为本发明的冷却方法在冷却微波炉磁控管中的应用，即一种降低微波炉噪音的方法，磁控管工作时由于不具有磁性，因此该方法采用磁性流体冷却系统替代风冷（油冷）系统对微波炉中磁控管进行散热处理，所述磁性流体冷却系统由具有导热性能的流体通道包覆磁控管，磁控管热量通过对流循环后从流体通道内的磁性流体传导出去。在本实施例中，磁性粉末的居里温度低于磁控管的耐热温度，磁性流体由具有永磁性的微粒分散在流体中构成。

实施例3：

本实施例为本发明的冷却装置在冷却微波炉磁控管中的应用，参见图1所示，现有技术的微波炉中冷却风扇主要为磁控管降温而设计。传统上采用的是强迫风冷（见图1结构）。

为了避免风扇在运行时产生的机械噪音较大且散热效率不高的弊端，提出以下解决思路。

如图2，图3所示，该方案取消了风扇，在磁控管10周围包覆一圈导热性能较好的流体通道11，磁控管10工作时由于不具有磁性，因此在流体通道11内设置有磁性流体，磁性流体由具有永磁性的微粒分散在流体中构成，磁控管10热量能有效迅速地通过流体通道11内的磁性流体传导出去，散热效率高且没有噪音；流体通道11下方分别设流体入口8、流体出口9，流体通道11通过流体入口8、流体出口9与外部磁性流体系统形成用于磁性流体循环的回路。

在本实施例中都采用磁性流体冷却系统替换了现有的风冷系统和单一的水冷和油冷系统，在磁性流体冷却系统中，由于居里温度是磁性物质的固有属性，利用具有特定居里温度的永磁性的微粒放在冷却液中，永磁性的微粒在上升到居里温度时由于失去磁性而在冷却液中移动，从而带动冷却液的运动，达到将高温冷却液带到温度低的位置，将低温冷却液移动到温度高的地方，这个过程是智能的，不需要特定的控制元件，另外由于居里温度是磁性物质的固有属性，因此设备的运行可靠。这样就可以根据需要来选定磁性物质的居里温度实现磁控管冷却的智能化和可靠性。

磁性流体由永磁性的微粒分散设置在流体中构成，其原理是利用永磁性的微粒温度超过其居里点时磁性消失这个特性来进行工作，该方案与在流体中采用加入磁性粉末，与通过控制外加磁场的有无来控制磁性粉末的磁性相比较，结构简单，不需要增加外加磁场等复杂的结构、无额外能耗。

实施例4

本实施例为本发明的冷却方法在冷却变压器中的应用，变压器工作时由于具有磁性，因此该方法采用非磁性流体进行散热处理，非磁性流体由具有磁性的微粒分散在流体中构成。散热处理的方式可以采用实施例1中的两种实现方式来实现。

如上所述，可较好的实施本发明。 

Claims (10)

1.一种降低噪音的冷却方法，其特征在于，当待冷却部件无磁性时，采用磁性流体作为散热介质；当待冷却部件有磁性时，采用非磁性流体作为散热介质；待冷却部件与散热介质通过热交换将热量传递给磁性流体或非磁性流体，磁性流体或非磁性流体由居里温度效应通过热交换后将热量传导出去并达到热平衡；所述磁性流体由具有永磁性的微粒分散在流体中构成；所述非磁性流体由具有磁性的微粒分散在流体中构成。

2.根据权利要求1所述的一种降低噪音的冷却方法，其特征在于，所述待冷却部件置于磁性流体或非磁性流体内，与磁性流体或非磁性流体通过热传导进行热交换；或者，将磁性流体或非磁性流体置于循环的管路内，待冷却部件与流体通过热辐射进行热交换。

3.根据权利要求1或2所述的一种降低噪音的冷却方法，其特征在于，所述具有磁性的微粒为铁磁材料制成的微粒。

4.一种降低噪音的冷却装置，其特征在于，包括盛装有磁性流体或非磁性流体的容器，待冷却部件置于容器内并与磁性流体或非磁性流体直接接触，；所述磁性流体由具有永磁性的微粒分散在流体中构成；所述非磁性流体由具有磁性的微粒分散在流体中构成。

5.一种降低噪音的冷却装置，其特征在于，包括用于冷却待冷却部件的磁性流体或非磁性流体冷却系统，磁性流体或非磁性流体冷却系统包括包覆待冷却部件流体通道，流体通道内采用磁性流体或非磁性流体作为冷却介质；所述磁性流体由具有永磁性的微粒分散在流体中构成；所述非磁性流体由具有磁性的微粒分散在流体中构成。

6.根据权利要求5所述的一种降低噪音的冷却装置，其特征在于，所述具有永磁性的微粒或具有磁性的微粒的居里温度低于待冷却部件的耐热温度。

7.根据权利要求5所述的一种降低噪音的冷却装置，其特征在于，所述流体通道设有流体入口、流体出口，磁性流体或非磁性流体通过流体入口、流体出口与外部流体管路接通构成用于磁性流体或非磁性流体循环的回路。

8.根据权利要求5所述的一种降低噪音的冷却装置，其特征在于，所述流体为水质或油质液体。

9.根据权利要求8所述的一种降低噪音的冷却装置，其特征在于，所述油质液体为硅油、绝缘油或变压器油。

10.根据权利要求5所述的一种降低噪音的冷却装置，其特征在于，所述待冷却部件为微波炉的磁控管或微波炉的变压器或投影仪的变压器或工业控制柜的变压器或计算机芯片。

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