CN107949246B - 数据机房用降噪式超声波旋转微槽道换热器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种数据机房用降噪式超声波旋转微槽道换热器，包括换热壳体、冷却水道、微肋管组件、超声波发生器和超声波换能器；换热壳体设置于数据机房中服务器主机的散热板上；超声波换能器设置在换热壳体的外壁上；微肋管组件包括微肋管轴、微肋管和驱动装置，微肋管轴设置在换热壳体的中心轴线上，微肋管轴能在驱动装置的驱动下进行转动；微肋管均匀布设在位于换热壳体内的微肋管轴上，沿微肋管轴的轴向上相邻两个微肋管之间的间距为Da，沿微肋管轴的周向上相邻两个微肋管之间的间距为Dc，则Da与Dc之比为1~2；微肋管、微肋管轴与换热壳体内壁之间的部分形成冷却水道。本发明换热效率高，能除垢且能从根本上抑制污垢的形成。

Description

数据机房用降噪式超声波旋转微槽道换热器
技术领域
本发明涉及节能、制冷领域，特别是一种数据机房用降噪式超声波旋转微槽道换热器。
背景技术
微电子领域是涉及微尺度流动和传热问题的工程领域。随着集成技术和微电子封装技术的发展，电子元器件的总功率密度不断增长，而电子元器件和电子设备的物理尺寸却逐渐趋向于小型、微型化，所产生的热量迅速积累，导致微元件周围的热流密度也在迅速增加，由此带来的过高温度必将会影响到电子元器件和设备的性能，如降低芯片的工作稳定性，增加出错率，同时模块内部与其外部环境间所形的热应力会直接影响到芯片的电性能、工作频率、机械强度及可靠性，因此对微元件的高效散热要求就越来越高。如果微元件散热处理不好，元件温度就会上升，直接影响元件的性能从而影响微电子器件的整体性能。因此，微元器件的换热问题已演变成为当前电子元器件和电子设备制造的一大焦点。
目前，现有的微元器件换热时，通常存在换热效率低下的问题，另外，冷却水在微槽道中受到的流动阻力较大，且超声波的空化效应并不能从根本上解决除垢问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种数据机房用降噪式超声波旋转微槽道换热器，该数据机房用降噪式超声波旋转微槽道换热器换热效率高，能除垢且能从根本上抑制污垢的形成。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种数据机房用降噪式超声波旋转微槽道换热器，包括换热壳体、冷却水道、微肋管组件、超声波发生器和超声波换能器。
换热壳体设置于数据机房中服务器主机的散热板上；超声波发生器的一端与电源相连接，超声波发生器的另一端与超声波换能器相连接，超声波换能器设置在换热壳体的外壁上。
微肋管组件包括微肋管轴、微肋管和驱动装置，微肋管轴设置在换热壳体的中心轴线上，微肋管轴的一端与换热壳体的一侧端盖相连接，微肋管轴的另一端从换热壳体的另一侧端盖中伸出并与驱动装置相连接，微肋管轴能在驱动装置的驱动下进行转动。
微肋管均匀布设在位于换热壳体内的微肋管轴上，沿微肋管轴的轴向上相邻两个微肋管之间的间距为Da，沿微肋管轴的周向上相邻两个微肋管之间的间距为Dc，则Dc与Da之比为1~2。
微肋管、微肋管轴与换热壳体内壁之间的部分形成冷却水道，冷却水道的进水口和出水口分别位于换热壳体的两个端盖上。
换热壳体内壁面、微肋管轴外表面以及每个微肋管的外表面均涂覆有超疏水涂层，该超疏水涂层为超疏水纳米材料。
超疏水纳米材料的制备方法为：采用环氧改性有机硅溶于乙酸丁酯和乙醇混合溶剂制备稀溶液，依次加入少量正硅酸四乙酯硅氧烷水解促进剂和醋酸PH调节剂后，缓慢加入2%的全氟辛基三乙氧基硅氧烷，最后加入酸酐类固化剂。
超疏水涂层表面与水的静接触角为160°，滚动角<10°。
Da取值为0.1~1mm。
Dc取值为0.1~2mm。
微肋管的形状为圆柱体或椭圆柱体；当微肋管为圆柱体时，截面直径为0.1~1mm，高度为1~2mm。
超声波发生器工作功率为0~100W，超声波发生器上布置有降音盖。
驱动装置为电动机联轴器。
本发明具有如下有益效果：
（1）本发明通过超声波换能器与超声波发生器可实现对换热壳体内腔中流体的扰动，提高对流换热系数，提高散热效率，本发明的换热性能得到改善。
（2）本发明换热器内的流体在超声波的作用下流速降低，延长了换热时间，加强换热，同时也降低液体的运动粘性系数，在一定程度上降低了液体的流动阻力，从而提高了微槽道换热器的通流能力、增强运行可靠性，延长使用寿命。
（3）本发明中微肋管呈叉排布置，叉排布置的流体扰动效果比顺排布置好，扰动增加，换热效果就会得到提高。
（4）本发明中微肋管轴有规律的旋转能加强对冷却水的搅动，强化冷却水之间的换热，从而使换热更充分。
（5）本发明中换热壳体内壁面、微肋管表面以及轴的表面均覆盖有超疏水材料，从根本上减少成垢物质在槽道上的粘附，大大减少甚至避免槽道内污垢的形成，从而减少热阻的生成，增强换热效果。
（6）本发明的超声波微槽道换热器还可实现在线除垢，甚至对换热器的夹角、边缘角落等位置也可实现除垢，可以全方位清洗该微槽道换热器，在超声波的声场中使得污垢与冷却流体充分混合并随着流体一同流出槽道，不要定期排污；且抑垢率最高可达85％以上，传热热阻减小，相同情况下，传热效果就会提高。
（7）本发明的超声波发生器上布置有降音盖，实现降低超声波噪音达到80%以上，减少噪声带来的不适感，换热器运行时能有一个相对安静的环境，能够更好地应用于数据机房。
（8）本发明的超声波微槽道换热器的散热率与微针肋的形状、大小、高度、数量以及超声波功率的大小有着很大的关系；同时，超声波的功率不是越大越好，在100W以内效果较好。
（9）相比于管壳式换热器，本发明 的槽道换热器体积较小，能应用于微电子散热领域。
附图说明
图1显示了本发明一种数据机房用降噪式超声波旋转微槽道换热器的结构示意图。
图2显示了微肋管组件的结构示意图。
图3显示了图2的外部投影图。
其中有：1-进水口；2-超声波换能器；3-降音盖；4-超声波发生器；5-电源；6-微肋管轴；7-电动机联轴器；8-出水口；9-换热壳体；10-微肋管；11-冷却水道。
具体实施方式
下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1、图2和图3所示，一种数据机房用降噪式超声波旋转微槽道换热器，包括换热壳体9、冷却水道11、微肋管组件、超声波发生器4和超声波换能器2。
换热壳体的形状优选为圆筒形，材料优选为紫铜。
换热壳体设置于数据机房中服务器主机的散热板上；超声波发生器的一端优选通过导线与电源5相连接，超声波发生器的另一端优选通过导线与超声波换能器相连接，超声波换能器设置在换热壳体的外壁上。
超声波发生器工作功率优选为0~100W，超声波发生器上优选布置有降音盖3。
微肋管组件包括微肋管轴6、微肋管10和驱动装置。
微肋管轴设置在换热壳体的中心轴线上，微肋管轴的一端与换热壳体的一侧端盖相连接，微肋管轴的另一端从换热壳体的另一侧端盖中伸出并与驱动装置相连接，微肋管轴能在驱动装置的驱动下进行转动。
本发明中驱动装置优选为电动机联轴器7。
微肋管优选以叉排方式均匀布设在位于换热壳体内的微肋管轴上，沿微肋管轴的轴向上相邻两个微肋管之间的间距为Da，沿微肋管轴的周向上相邻两个微肋管之间的间距为Dc，则Dc与Da之比为1~2；另外，Da优选取值为0.1~1mm，Dc优选取值为0.1~2mm。
微肋管的形状优选为圆柱体或椭圆柱体；当微肋管为圆柱体时，截面直径为0.1~1mm，高度为1~2mm。
微肋管、微肋管轴与换热壳体内壁之间的部分形成冷却水道（也称为微槽道），冷却水道中充填的冷却工质优选为去离子水。
冷却水道的进水口1和出水口8分别位于换热壳体的两个端盖上。
换热壳体内壁面、微肋管轴外表面以及每个微肋管的外表面均优选涂覆有超疏水涂层，该超疏水涂层优选为超疏水纳米材料。
超疏水材料的制备方法优选为：采用环氧改性有机硅溶于乙酸丁酯和乙醇混合溶剂制备稀溶液，依次加入少量正硅酸四乙酯硅氧烷水解促进剂和醋酸PH调节剂后，缓慢加入2%的全氟辛基三乙氧基硅氧烷，最后加入酸酐类固化剂。
进一步，超疏水涂层表面与水的静接触角优选为160°，滚动角<10°。
本发明的数据机房用降噪式超声波旋转微槽道换热器的换热过程如下：超声波换能器2接受超声波发生器4发出的高频信号，对槽道主体产生超声波振动，使内部的冷却水产生“超声波空化效应”，冷却水变为超湍流状态，水流速度和水流的粘性系数均减小，强化换热效果。同时，超声波高频信号产生的剧烈震动和槽道主体材料的疏水性的双重作用，可以随时清理掉粘附在槽道主体内的污垢，甚至防止污垢的形成，减小传热热阻，提高的换热性能。由此可见，该发明的应用于数据机房的的降噪式超声波旋转微槽道换热器可以大大提高换热效果，并更好地应用于数据机房。
使用本实施例的超声波强化微槽道换热器的注意事项是：
（1）定期检查换热壳体9的密封性，防止冷却工质渗漏。
（2）在该超声波强化微槽道换热器运行前，要先将冷却水道11内充满冷却水，避免共振和超声波换能器2产生的热效应使换热壳体9和微针肋10脱落。
在换热器停用前，首先停运超声波发生器4。
在换热器运行期间，不得随意停运任何设备。
综上所述，本发明通过降噪式超声波发生器减小超声波噪声，发出高频信号，使超声波换能器产生超声波振动，使微槽道内的冷却水产生空化效应，使冷却水变为超湍流状态，强化换热效果，以达到快速冷却目的。同时，超声波发生器发出的高频信号使冷却水产生超声波振动，不仅减缓了微槽道中的水流速度，降低了了水流的粘性系数；而且配合换热槽道的超疏水表面，还可以随时清理掉沉降在微槽道内的污垢，减小传热热阻，提高微槽道的换热性能。
另外，超声波在液体中传播时，液体产生大量微小的气泡和局部空穴，这些气泡和空穴迅速长大，然后被挤压破裂，产生一定程度的巨大的压力峰，局部压力峰可达成百上千个大气压，此种现象即为“超声波空化效应”，巨大的压力峰不仅能使成垢物质迅速被粉碎悬浮于液体中，而且能使垢粒物质破碎而易于脱落，大大减小传热热阻，提高换热器的换热性能；同时，液体在超声波的作用下发生剧烈震荡，加强微槽道内液体扰动，也减小液体运动速度和粘性阻力，进一步强化传热；其次，旋转式微肋管轴对流动液体有搅拌作用，大大加强对液体的扰动，增加换热时间，从而增加换热量，强化换热效果；再次，换热壳体内壁面、微肋管表面以及轴的表面均有超疏水涂层，其良好的疏水特性从根本上减少了成垢物质在表面上的粘附，达到了很好的防垢效果，大大节约了除垢成本；最后，针对超声波产生的噪音可达80dB以上的特点，在超声波发生装置中加入了降噪电路，有效减小噪音60%以上。以上技术相互促进，旋转式微肋管轴使超声波对液体的扰动更剧烈，传热更加充分和全面，超疏水涂层从根本上减少了垢质的产生，降噪电路大幅度减小噪音，将这些技术结合使用，更加完善微槽道换热器，显著提高换热性能。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种数据机房用降噪式超声波旋转微槽道换热器，其特征在于：包括换热壳体、冷却水道、微肋管组件、超声波发生器和超声波换能器；
换热壳体设置于数据机房中服务器主机的散热板上；超声波发生器的一端与电源相连接，超声波发生器的另一端与超声波换能器相连接，超声波换能器设置在换热壳体的外壁上；
微肋管组件包括微肋管轴、微肋管和驱动装置，微肋管轴设置在换热壳体的中心轴线上，微肋管轴的一端与换热壳体的一侧端盖相连接，微肋管轴的另一端从换热壳体的另一侧端盖中伸出并与驱动装置相连接，微肋管轴能在驱动装置的驱动下进行转动；
微肋管均匀布设在位于换热壳体内的微肋管轴上，沿微肋管轴的轴向上相邻两个微肋管之间的间距为Da，沿微肋管轴的周向上相邻两个微肋管之间的间距为Dc，则Dc与Da之比为1~2；
微肋管、微肋管轴与换热壳体内壁之间的部分形成冷却水道，冷却水道的进水口和出水口分别位于换热壳体的两个端盖上。
2.根据权利要求1所述的数据机房用降噪式超声波旋转微槽道换热器，其特征在于：换热壳体内壁面、微肋管轴外表面以及每个微肋管的外表面均涂覆有超疏水涂层，该超疏水涂层为超疏水纳米材料。
3.根据权利要求2所述的数据机房用降噪式超声波旋转微槽道换热器，其特征在于：超疏水纳米材料的制备方法为：采用环氧改性有机硅溶于乙酸丁酯和乙醇混合溶剂制备稀溶液，依次加入少量正硅酸四乙酯硅氧烷水解促进剂和醋酸PH调节剂后，缓慢加入2%的全氟辛基三乙氧基硅氧烷，最后加入酸酐类固化剂。
4.根据权利要求3所述的数据机房用降噪式超声波旋转微槽道换热器，其特征在于：超疏水涂层表面与水的静接触角为160°，滚动角<10°。
5.根据权利要求1所述的数据机房用降噪式超声波旋转微槽道换热器，其特征在于：Da取值为0.1~1mm。
6.根据权利要求1所述的数据机房用降噪式超声波旋转微槽道换热器，其特征在于：Dc取值为0.1~2mm。
7.根据权利要求1所述的数据机房用降噪式超声波旋转微槽道换热器，其特征在于：微肋管的形状为圆柱体或椭圆柱体；当微肋管为圆柱体时，截面直径为0.1~1mm，高度为1~2mm。
8.根据权利要求1所述的数据机房用降噪式超声波旋转微槽道换热器，其特征在于：超声波发生器工作功率为0~100W，超声波发生器上布置有降音盖。
9.根据权利要求1所述的数据机房用降噪式超声波旋转微槽道换热器，其特征在于：驱动装置为电动机联轴器。
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