CN111954447A - 一种非牛顿流体冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冷却及散热技术领域，尤其涉及一种非牛顿流体冷却装置，包括一个具有内部空腔结构用于安装发热部件的导热体，导热体的内部空腔填充有非牛顿流体冷却液，所述非牛顿流体冷却液通过管道和半导体制冷器循环连接，导热体的内部空腔设置有导振体，导振体和振动发生组件连接，振动发生组件安装在导热体外部。本发明改变传统的水作为冷却介质，采用非牛顿流体冷却液作为冷却介质，液储冷量大，吸热时间长，可以大大缩小冷却装置的体积同时具有良好的抗冲击、防摔功能，可以起到保护导热体的发热部件。

Description

一种非牛顿流体冷却装置

技术领域

本发明涉及冷却及散热技术领域，尤其涉及一种非牛顿流体冷却装置。

背景技术

随着电子元器件的小型化、微小型化和集成技术迅速发展，电子设备的功率密度逐渐增大。电子设备零部件的发热、散热、抗冲击、防摔问题是电子设备的制约因素之一，随着工业技术的发展，冷却装置的结构和设计已经是比较成熟，一般采用风冷散热、水冷，风冷散热效率底下，对于需要高效冷却的电子设备不适用，而水冷的冷却介质通常采用水冷；水冷的吸热能力及储冷量有限，在冷却水吸热饱和后，其换热效率会大大的降低，所以一般水冷换热后再添加一个冷却风扇进行对换热后的冷却水进行降温，冷却风扇散热的效率低，且和工作环境有关，如密闭的工作环境中，本身温度就很高，冷却水降温效率就大大受影响，改技术方案就无法满足使用需求；另外水冷装置无法解决电子设备抗冲击、防摔问题，在设备小型化、微小型化和集成，如果各添加水冷和抗冲击、防摔结构会大大增加其使用体积。

经检索如CN201821399894.6公开的一种服务器，包括服务器本体、冷却装置与水泵，服务器本体的外壳内设有介质腔，介质腔一侧设有出水管，介质腔另一侧设有进水管，冷却装置包括冷却筒、冷却管、进气扇与排气扇，冷却管绕设在冷却筒上，冷却筒一端设有进气扇，冷却筒另一端设有排气扇，出水管通过连接管与水泵的进水口连接，水泵的出水口通过连接管与冷却管一端连接，冷却管另一端通过连接管与进水管连接，介质腔内的水可提高服务器本体的散热效率，同时介质腔内的水可通过水泵进入到冷却装置内进行冷却散热。该技术方案采用水作为冷却介质，其吸热能力及储冷量有限，需要通过外置的排气扇进行冷却，排气扇冷却能力有限，且不具有抗冲击、防摔功能。

经检索CN201911379925.0公开的一种自循环高效散热器，在水中填加TiO₂提高其换热效率，再通过泵将冷却水经过循环管道再通过冷却风扇进行冷却循环，该技术方案，虽然在水中填加TiO2提高其吸热能力，但是正如上述水的储冷量有限需要风扇降温，散热效率低的问题，且不具有抗冲击、防摔功能。

相对传统的水冷却介质，非牛顿流体冷却液储冷量大，吸热时间长，可以大大减少冷却液的使用量，缩小冷却装置的体积，并且受到冲击时，非牛顿流体冷却液内呈悬浮状态的微粒便会骤然聚集成微粒簇，随压力的增大瞬间产生较大粘度，可以起到保护导热体的发热部件，但是由于非牛顿流体冷却液粘度高、流动性差、传热边界层厚等问题制约其在冷却介质中的应用。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种非牛顿流体冷却装置，改变传统的水作为冷却介质，采用非牛顿流体冷却液作为冷却介质，液储冷量大，吸热时间长，可以大大缩小冷却装置的体积同时具有良好的抗冲击、防摔功能，可以起到保护导热体的发热部件。

（二）技术方案

为实现上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种非牛顿流体冷却装置，包括一个具有内部空腔结构用于安装发热部件的导热体，导热体的内部空腔填充有非牛顿流体冷却液，所述非牛顿流体冷却液通过管道和半导体制冷器循环连接，导热体的内部空腔设置有导振体，导振体和振动发生组件连接，振动发生组件安装在导热体外部。

进一步的，所述导热体设置有导热体进液接管、导热体出液接管，导热体进液接管、导热体出液接管上安装有三通接头，所述三通接头上安装有振动发生组件安装座，振动发生组件安装座和振动发生组件固定连接，导振体通过三通接头延伸入导热体的内部空腔。

进一步的，所述导热体的内部空腔中安装有成盘旋状的循环冷去管道，循环冷去管道两端分别和导热体进液接管、导热体出液接管连接，循环冷去管道设置有导振体，循环冷去管道、导热体进液接管、导热体出液接管、半导体制冷器形成非牛顿流体冷却液循环回路。

进一步的，所述半导体制冷器包括散热箱、风扇安装座、冷却箱体，所述散热箱上表面安装有风扇安装座，所述散热箱下方安装有冷却箱体，所述散热箱的内部安装有散热电机，散热电机为双输出轴电机，散热电机的上端输出轴安装有风扇安装壳，风扇安装壳四周设置有散热风扇，散热风扇的上方设置有散热器防护罩，风扇安装壳的下方安装有散热片，散热片贴合安装有制冷片，散热电机的下端输出轴安装有第一齿轮和第二齿轮互相咬合，第一齿轮和第二齿轮安装在循环输出壳体内部，循环输出壳体固定安装在冷却箱体的冷却腔内部，冷却腔空腔内填充有非牛顿流体冷却液，冷却腔的内部空间被循环输出壳体分割成高压区和低压区，高压区的出口和冷却液出液接头的一端固定连接，导热体出液接管和制冷器的回液接头连接、导热体进液接管和制冷器的出液接头连接。

进一步的，所述振动发生组件包括下基座、上盖套、下振动环、上振动环、弹簧、压板、密封减震件、电源接头、导振体；所述下基座的中部设置台阶安装孔，台阶安装孔安装有下振动环，所述下基座上端部安装有上振动环，所述下基座外部套装有上盖套，上盖套的上端部固定安装有压板，压板的下表面和下基座之间设置有上振动环；所述下基座中间内部设置通孔，通孔用于安装导振体，使导振体分别和下振动环、上振动环的内壁接触连接；所述下基座开设有连接孔，连接孔用于下振动环、上振动环的导线和电源接头的连接。

进一步的，所述下基座和上盖套之间通过渐变螺纹连接，下基座的凸起部分为四个独立的螺纹连接部，上盖套通过螺纹往下旋转的时候，会使的下基座的四个独立的螺纹连接部往里挤压，使得下基座将下振动环和上振动环紧密的贴合中间的导振体。

进一步的，所述非牛顿流体冷却液由按质量比1～5％羧甲基纤维素纳、30～50%无机盐、1～5％纳米颗粒、其余为去离子水组成。

（三）有益效果

本发明提供了一种非牛顿流体冷却装置，具备以下有益效果：改变传统的水作为冷却介质，采用非牛顿流体冷却液作为冷却介质，液储冷量大，吸热时间长，可以大大缩小冷却装置的体积同时具有良好的抗冲击、防摔功能，可以起到保护导热体的发热部件。

附图说明

图1为本发明结构的整体结构示意图；

图2为本发明结构的剖视图。

图3为本发明结构的导热体横向剖视图。

图4为本发明半导体制冷器的结构示意图。

图5为本发明半导体制冷器俯视图。

图6为本发明的冷却腔优选方案一的结构示意图。

图7为本发明的冷却腔优选方案二的结构示意图。

图8为本发明的冷却腔优选方案三的结构示意图。

图9为本发明的振动发生组件的剖视图；

图10为本发明的振动发生组件俯视图；

图11为本发明的振动环的结构示意图；

图12为本发明的下基座的结构示意图。

图13为本发明具体实施例二的整体结构示意图；

图14为本发明具体实施例二的导热体的纵向剖视图。

图15为本发明结构的导热体横向剖视图。

图中：导热体1、非牛顿流体冷却液2、半导体制冷器3、导热体进液接管4、导热体出液接管5、循环冷去管道6、导热片7、半导体制冷器30、散热箱31、风扇安装座32、冷却箱体33、回液接头34、出液接头35、散热器防护罩301、散热风扇302、散热电机输出轴303、散热电机304、风扇安装壳305、循环输出壳体306、第一齿轮307、散热片308、制冷片309、第二齿轮310、冷却腔311；

振动发生组件100、下基座101、上盖套102、下振动环103、上振动环104、弹簧105、压板106、密封件107、电源接头108、导振体109。

具体实施方式

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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

具体实施例一

请参阅图1-12，本发明提供了一种技术方案：一种非牛顿流体冷却装置，包括一个具有内部空腔结构用于安装发热部件的导热体，导热体的内部空腔填充有非牛顿流体冷却液，所述非牛顿流体冷却液通过管道和半导体制冷器循环连接，导热体的内部空腔设置有导振体，导振体和振动发生组件连接，振动发生组件安装在导热体外部。

导热体可以是中空的片状、立方体、圆柱体结构，导热体可以将发热部件完全包裹或部分包裹。导热体采用导热性能良好的金属或非金属制成，如铝、铜、钛合金、改性硅胶等制成。

所述非牛顿流体冷却液由按质量比1～5％羧甲基纤维素纳、30～50%无机盐、1～5％纳米颗粒、其余为去离子水组成。羧甲基纤维素纳属阴离子型纤维素醚类作为非牛顿流体的基液；易溶于水，形成具有一定粘度的溶液，冷容量大、无毒、无味；无机盐为氯化钙、氯化镁其中的一种或结合，降低冰点，可以存储更多的冷量，防止非牛顿流体冷却液结冰。纳米颗粒为Al₂O₃、Cu、石墨烯等具有优良导热性能的金属或非金属纳米颗粒，纳米颗粒的制备为非常成熟的现有技术，纳米颗粒的加入可以快速吸收热量并进行传递，可以有效的规避非牛顿流体冷却液粘度高、传热边界层厚的问题，纳米颗粒作为中间导热媒介可以充分的吸收热量，并传递给内层纳米颗粒和非牛顿流体冷却液液体分子。

非牛顿流体冷却液储冷量大，放热时间长，可以大大减少冷却液的使用量，规避了水冷需要大量水源的不足，可以大大缩小冷却装置的体积，受到冲击时，非牛顿流体冷却液内呈悬浮状态的微粒便会骤然聚集成微粒簇，随压力的增大瞬间产生较大粘度，使得导热体内部空腔的非牛顿流体冷却液起到抗冲击保护。

所述导热体设置有导热体进液接管、导热体出液接管，导热体进液接管、导热体出液接管上安装有三通接头，所述三通接头上安装有振动发生组件安装座，振动发生组件安装座和振动发生组件固定连接，导振体通过三通接头延伸入导热体的内部空腔。

所述半导体制冷器包括散热箱31、风扇安装座32、冷却箱体33，所述散热箱31上表面安装有风扇安装座32，所述散热箱31下方安装有冷却箱体33，所述散热箱31的内部安装有散热电机304，散热电机304为双输出轴电机，散热电机304的上端输出轴安装有风扇安装壳305，风扇安装壳305四周设置有散热风扇302，散热风扇302的上方设置有散热器防护罩301，风扇安装壳305的下方安装有散热片308，散热片308贴合安装有制冷片309，散热电机304的下端输出轴安装有第一齿轮307和第二齿轮310互相咬合，第一齿轮307和第二齿轮310安装在循环输出壳体306内部，循环输出壳体306固定安装在冷却箱体33的冷却腔311内部，冷却腔311空腔内填充有非牛顿流体冷却液，冷却腔311的内部空间被循环输出壳体306分割成高压区和低压区，高压区的出口和冷却液出液接头35的一端固定连接，导热体出液接管5和制冷器30的回液接头34连接、导热体进液接管4和制冷器30的出液接头35连接。

作为本发明的优选方案；如图4、5所示，所述散热器防护罩301包括散热器外壳体3011、螺旋防护罩3012、支撑架3013；所述散热器外壳体3011上表面安装有螺旋防护罩3012；螺旋防护罩3012通过支撑架3013和散热器外壳体3011固定连接，支撑架3013端部和散热器外壳体3011通过螺栓固定连接，冷却盘管312盘旋嵌入安装在散热片308内部；冷却盘管312和螺旋防护罩3012均采用中空的紫铜管制成；冷却盘管312和螺旋防护罩3012相通。散热片308的上部分设置有数排垂直翅片，下部分为平整的导热基板，导热基板和制冷片的热端贴合，接触面积大，有利于导热，垂直的翅片嵌入安装的冷却盘管312，导热基板吸收热量后传递到垂直翅片，垂直翅片之间的螺旋冷却管吸收热量后其内部的易挥发冷却液吸热变气体上升到螺旋防护罩3012的上保护罩；散热风扇302将散热片308的热量排除的同时使螺旋防护罩3012出现上下温差，位于散热风扇302上部的上保护罩降温，易挥发冷却液由气态变成液态回流到冷却盘管312内，可进一步快速吸收制冷片热端的热量，有效提高制冷效率，可进一步缩小体积，提高其适用范围和制冷效率。

制冷片309为半导体制冷片，温度调节精确，可以通过输入电流的大小改变温度。

散热风扇302的设计有利于制冷片309的热端快速散热，使得制冷片309的冷端产生平稳的温度快速降低。

循环输出壳体306内壁安装第一齿轮307和第二齿轮310，第一齿轮307带动第二齿轮310转动，使得冷却腔311内部形成一个高压区和低压区，设计有利于非牛顿流体冷却液在冷却腔311的中流动冷却，同时防止非牛顿流体冷却液中的纳米颗粒沉淀导致分布不均影响热传递效果。

作为本发明的冷却腔优选方案一，如图6所示，冷却腔311的内部设置有两个并排的循环输出壳体306，冷却腔311形成两个低压区和两个高压区，高压区出口通过冷却液出液接头35和管道合并后输出非牛顿流体冷却液，两个循环输出壳体306对应安装散热电机输出轴303的齿轮组，两个并排的循环输出壳体306可以使得制冷器30的一主一备使用确保降温系统正常运行，也可以在温度下降不理想的情况下全部打开，加速非牛顿流体冷却液的循环。

作为本发明的冷却腔优选方案二；如图7所示，冷却腔311的内部设置有两个并排串联的循环输出壳体306，冷却腔311形成一个低压区、一个增压区和一个高压区，高压区出口通过冷却液出液接头35输出非牛顿流体冷却液，两个循环输出壳体306对应安装散热电机输出轴303的齿轮组，串联的循环输出壳体306使得非牛顿流体冷却液在输出过程中可以实现二次增压，增加输出压力确保流体流动压力，进而实现快速降温。

作为本发明的冷却腔优选方案三；如图8所示，冷却腔311的内部设置有一个的循环输出壳体306，冷却腔311形成一个低压区、一个高压区和一个搅拌装置，高压区出口通过冷却液出液接头35输出非牛顿流体冷却液，循环输出壳体306对应安装的一个散热电机输出轴303的齿轮组，搅拌装置和另外一个散热电机输出轴303的尾端固定连接，搅拌装置可以放置非牛顿流体冷却液沉淀的同时加速其分子之间的对流，快速降温。

如图9所示，所述振动发生组件100包括下基座101、上盖套102、下振动环103、上振动环104、弹簧105、压板106、密封减震件107、电源接头108、导振体109；所述下基座101的中部设置台阶安装孔，台阶安装孔安装有下振动环103，所述下基座101上端部安装有上振动环104，所述下基座101外部套装有上盖套102，上盖套102的上端部固定安装有压板106，压板106的下表面和下基座101之间设置有上振动环104；所述下基座101中间内部设置通孔，通孔用于安装导振体109，使导振体109分别和下振动环103、上振动环104的内壁接触连接；所述下基座101开设有连接孔，连接孔用于下振动环103、上振动环104的导线和电源接头108的连接。

如图12所示，所述下基座101和上盖套102之间通过渐变螺纹连接，下基座101的凸起部分为四个独立的螺纹连接部1011，上盖套102通过螺纹往下旋转的时候，会使的下基座101的四个独立的螺纹连接部往里挤压，使得下基座101将下振动环103和上振动环104紧密的贴合中间的导振体109。

如图11所示，所述上振动环104有三个压电陶瓷环和与两个与压电陶瓷环等高的金属环沿径向紧密粘合而成，有外向内依次为外部压电陶瓷环1041、第一金属环1042、中部压电陶瓷环1043、第二金属环1044、内部压电陶瓷环1045；压电陶瓷环沿径向极化且内壁和外壁上均镀有银电极，所述三个压电陶瓷环分别通过导线L1、L2、L3和电源接头108连接；

所述下振动环103沿轴向极化且内壁和外壁上均镀有银电极；可以产生的轴向振动；

由于外部压电陶瓷环1041、中部压电陶瓷环1043、内部压电陶瓷环1045的内径有大到小，由于压电陶瓷环的逆压电效应，使得通过导线L1、L2、L3施加交变电压，会产生不同频率的径向振动；导振体109的设计使得其和振动发生组件能够的产生低频振动。

导振体109的作用将振动发生组件的振动环产生的低频振动波通过导振体109传递给内部的非牛顿流体冷却液，低频的振动可以使得非牛顿流体冷却液分子之间的对流加快，可以有效的规避非牛顿流体冷却液粘度高、传热边界层厚的问题，进而提高冷却效率。

具体实施例二

如图13-15其他和具体实施例一相同，不同的是，所述导热体的内部空腔中安装有成盘旋状的循环冷去管道，循环冷去管道两端分别和导热体进液接管4、导热体出液接管5连接，循环冷去管道设置有导振体109，循环冷去管道、导热体进液接管4、导热体出液接管5、半导体制冷器形成非牛顿流体冷却液循环回路。

在使用的过程中，半导体制冷器30开始工作，制冷片309将冷却箱体33内的非牛顿流体冷却液2降温，通过循环输出壳体306装置将非牛顿流体冷却液2通过出液接头35、导热体进液接管4进入导热体的内部空腔结构，再通过导热体出液接管5和回液接头34循环回到制冷器30，再循环工作同时导振体109的作用振动发生组件的振动环产生的低频振动波通过导振体109传递给内部的非牛顿流体冷却液，低频的振动可以使得非牛顿流体冷却液分子之间的对流加快，可以有效的规避非牛顿流体冷却液粘度高、传热边界层厚的问题，进而提高冷却效率。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种非牛顿流体冷却装置，其特征在于：包括一个具有内部空腔结构用于安装发热部件的导热体，导热体的内部空腔填充有非牛顿流体冷却液，所述非牛顿流体冷却液通过管道和半导体制冷器循环连接，导热体的内部空腔设置有导振体，导振体和振动发生组件连接，振动发生组件安装在导热体外部。

2.根据权利要求1所述的一种非牛顿流体冷却装置，其特征在于：所述导热体设置有导热体进液接管、导热体出液接管，导热体进液接管、导热体出液接管上安装有三通接头，所述三通接头上安装有振动发生组件安装座，振动发生组件安装座和振动发生组件固定连接，导振体通过三通接头延伸入导热体的内部空腔。

3.根据权利要求1所述的一种非牛顿流体冷却装置，其特征在于：所述导热体的内部空腔中安装有成盘旋状的循环冷去管道，循环冷去管道两端分别和导热体进液接管、导热体出液接管连接，循环冷去管道设置有导振体，循环冷去管道、导热体进液接管、导热体出液接管、半导体制冷器形成非牛顿流体冷却液循环回路。

4.根据权利要求1所述的一种非牛顿流体冷却装置，其特征在于：所述半导体制冷器包括散热箱、风扇安装座、冷却箱体，所述散热箱上表面安装有风扇安装座，所述散热箱下方安装有冷却箱体，所述散热箱的内部安装有散热电机，散热电机为双输出轴电机，散热电机的上端输出轴安装有风扇安装壳，风扇安装壳四周设置有散热风扇，散热风扇的上方设置有散热器防护罩，风扇安装壳的下方安装有散热片，散热片贴合安装有制冷片，散热电机的下端输出轴安装有第一齿轮和第二齿轮互相咬合，第一齿轮和第二齿轮安装在循环输出壳体内部，循环输出壳体固定安装在冷却箱体的冷却腔内部，冷却腔空腔内填充有非牛顿流体冷却液，冷却腔的内部空间被循环输出壳体分割成高压区和低压区，高压区的出口和冷却液出液接头的一端固定连接，导热体出液接管和制冷器的回液接头连接、导热体进液接管和制冷器的出液接头连接。

5.根据权利要求1所述的一种非牛顿流体冷却装置，其特征在于：所述振动发生组件包括下基座、上盖套、下振动环、上振动环、弹簧、压板、密封减震件、电源接头、导振体；所述下基座的中部设置台阶安装孔，台阶安装孔安装有下振动环，所述下基座上端部安装有上振动环，所述下基座外部套装有上盖套，上盖套的上端部固定安装有压板，压板的下表面和下基座之间设置有上振动环；所述下基座中间内部设置通孔，通孔用于安装导振体，使导振体分别和下振动环、上振动环的内壁接触连接；所述下基座开设有连接孔，连接孔用于下振动环、上振动环的导线和电源接头的连接。

6.根据权利要求5所述的一种非牛顿流体冷却装置，其特征在于：所述下基座和上盖套之间通过渐变螺纹连接，下基座的凸起部分为四个独立的螺纹连接部，上盖套通过螺纹往下旋转的时候，会使的下基座的四个独立的螺纹连接部往里挤压，使得下基座将下振动环和上振动环紧密的贴合中间的导振体。

7.根据权利要求1所述的一种非牛顿流体冷却装置，其特征在于：所述非牛顿流体冷却液由按质量比1～5％羧甲基纤维素纳、30～50%无机盐、1～5％纳米颗粒、其余为去离子水组成。

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