“自冷密封機箱”或將引起機箱革命

文 本刊記者 陳向國

各種計算機、精密儀器、原子鐘等一切怕塵土、潮濕、腐蝕、電磁干擾的器具都離不開機箱。現在大家使用的是風冷、水冷機箱。風冷、水冷機箱從開始使用，到現在已經使用了200年！有些電器、儀表、原子鐘等由于怕電磁輻射、怕塵灰、怕潮濕特別需要在密閉的環境里，這樣能延長它的使用壽命，降低成本，提高效益；不僅如此，還可以從源頭上減少廢棄物，從而減輕對環境的污染——這可是一件大事，目前，美國祭出了貿易戰，還要求中國政府收回“禁止洋垃圾入境”的禁令。這洋垃圾就包括被淘汰的電機、電腦等電器，這些被淘汰的電器之所以被淘汰，原因多種，但因環境的污染（塵灰、潮濕）而減少使用壽命是原因之一。

那為什么不用密封機箱呢？原因很簡單，電器運行過程中要做一部分無用功，這部分無用功通過熱能表現出來，而過度的熱對電器、儀表的影響通常情況下比灰塵、潮濕對電器、儀表的影響還大，因此不得不采用以散熱為主，防塵、防潮濕、防輻射為輔的風冷散熱機箱。因此，采用風冷機箱是在解決散熱與解決防塵、防潮、防輻射不能兩全的情況下，不得已而做出的選擇。現在，有了兩全之策：機箱可以做成密封的，既可以很好解決散熱問題，防塵、防潮濕、防輻射的問題也迎刃而解——這種機箱就是“自冷密封機箱”。這種機箱已經得到權威部門的認可。教育部科技發展中心出具的《科技查新報告》顯示，自冷密閉機箱“在國內公開發表的中文文獻中未見有相同報道”，這說明，自冷密閉機箱填補國內空白；該機箱已獲得國家知識產權局授予的“一種散熱功能良好的防護等級達65級及以上的電氣機箱”的國家發明實用新型專利；由科技部中科高技術企業發展評價中心出具的“科學技術成果評價報告”的評價結論中說：“評價委員會認為，該項目的機箱冷卻技術達到了國際先進水平”，建議“進一步加大推廣力度”。為了深入了解“自冷密封機箱”的相關情況，記者采訪了該機箱的出品者北京北洋華誠新能源科技發展有限公司董事長、總工程師陳慶洪和中科高技術企業發展評價中心項目與成果部副主任王艷欣。

“負熱阻效應材料”+熱橋技術=自冷密閉機箱

記者：簡單講講“自冷密閉機箱”的產生過程。

陳慶洪：分兩個階段。第一個階段是研發“負熱阻效應”（簡單說就是對環境周圍產生的熱量有強大的吸收、發散能力）材料。早在2005年，我們在完成“一種抗紅外線涂料及其制備方法”、“光譜選擇性涂料，及其制備方法，用途”兩項國家發明專利過程中，接觸到4個大氣紅外窗口理論，我們進一步研發能夠產生x波段射線的材料。

記者：這是一種怎樣的材料？結果怎樣？

陳慶洪：大家都知道美國部署在韓國的薩德導彈雷達預警系統，該系統就是通過發射x波段信號尋找目標，我們想要的是將這種材質的涂料涂在需要的部位，同樣產生x波段信號，使對方預警系統無法辨別目標。但計算結果，合成這種材料要求微粒等效半徑2毫米，我們無法做出來。繼而轉向波長為8到13.5微米頻譜最寬的紅外窗口，希望能合成發射頻譜在以10.75微米為中心輻射散冷性能良好的材料，我們稱之為“負熱阻效應”材料。進過11年的努力，到2016年，終于成功研制這種理想的散熱材料。

記者：這種材料怎么和“自冷密閉機箱”聯系在一起的？

陳慶洪：這正是第二個階段，也就是如何成功將這種材料推向市場的問題。在經過廣泛而深入的市場調研后，我們決定用“負熱阻效應材料”，加上熱橋技術，做成用途極其廣泛的自冷密閉機箱。之后，我們就全力以赴，研發適合各行業的自冷密閉機箱。

自冷密閉機箱的誕生是市場需求的結果

記者：如何選擇通過自冷密閉機箱推廣“負熱阻效應材料”的？

陳慶洪：在市場調研中，我們發現各行各業使用的風冷機箱遇到不少亟待解決的問題。風冷機箱最大的問題在于，無法實現機箱的密封性，在引入冷卻空氣的同時，把電氣系統的天敵——灰塵和潮氣帶進了機箱，以致嚴重干擾系統工作，損害電氣線路的可靠性和壽命。

記者：與風冷機相比，自冷密閉機箱的優點何在？

陳慶洪：自冷密閉機箱的殼體涂有“負熱阻效應”材料，其特點是，在保證機箱內設備散熱要求的同時，機箱可以做成任意防護等級，可大大提高電氣設備的可靠性和使用壽命。由于電氣設備使用壽命延長，減少了固體廢物的產生。

記者：密閉之后，防灰塵、防潮濕的效果肯定比有開口的機箱效果好，這容易理解。關鍵是，密閉后，散熱效果如何達到？

陳慶洪：良好的散熱效果通過三步實現。一是機箱外殼是表面積最大的零部件，又是設備的最外層，直接與周圍環境中的空氣相接觸，是最理想的散熱部件。二是涂附“負熱阻效應”材料后，大大提高了機箱外殼的散熱系數，相當于把普通機箱變成了一個面積巨大的散熱器。三是機箱是設備最外層，可以根據實際情況，盡可能做得更大，使散熱面積更大。

記者：哪些行業急需使用自冷密封機箱？

陳慶洪：作為互聯網發展基礎的光纖系統，任何微小的塵灰都會對光信號造成嚴重干擾。我們在調研天津一家研發光分析儀的公司時，了解到，光路上哪怕出現一粒灰塵，光信號就會受到干擾，整個過程就得重來。而這粒灰塵極有可能是風冷過程帶來的。實際上，正有成千上萬臺風冷機箱對光通信系統構成上述類似的風險。我們對快速發展的電動車充電樁行業進行了調研，發現其全部使用的都是風冷機箱，由于冷卻風量很大，每月都要專門清理過濾網上的灰塵。另外，現在原子鐘的應用越來越廣泛，但同樣存在機箱問題。北京大學是原子鐘研制的領頭羊，但其生產的大型原子鐘除了銫原子頻率標準部分使用了恒溫控制，其它電子線路均使用風冷技術設備，長期受灰塵侵害和因通風口破壞電磁兼容性，以致影響其可靠性。

自冷密封機箱性價比高

記者：自冷密閉機箱的性價比如何？

陳慶洪：前文提到的天津那家公司研發的光分析儀每臺價值160萬人民幣，而為之配套的自冷密閉機箱售價1800元人民幣。還有，三峽水電站的電控系統，由于使用風冷機箱，使其長期不斷受灰塵和潮氣的侵害，不得不三五年就大修或更換。使用自冷密封機箱后可極大減少塵灰、潮氣侵害，大大延長使用壽命，減少大修或更換的成本，從而與三峽發電站大壩120年的設計壽命盡可能的匹配。

記者：用戶使用回饋的情況怎樣？

陳慶洪：湖北一家公司給我們發來感謝信說，將我們提供的“負熱阻效應”材料噴涂在汽車散熱器表面，經第三方檢測，提高散熱量最大高達42%。深圳一家科技公司給我們的應用情況回函中說“貴司提供的自冷密封機箱經我司裝機測試，散熱效果很好。”

下半年要出品全世界第一臺密封機箱小型原子鐘

記者：已經研發成功或以立項正在進行的研發項目有哪些？

陳慶洪：已經完成光分析儀自冷密封機箱的設計制造。已立項正在進行的項目有原子鐘自冷封閉機箱項目、光端機自冷密封機箱項目及直流充電樁自冷密閉機箱項目。其它還有風力發電機控制柜、電站控制系統、數控機床電控自冷密封機箱項目。

記者：今年的重點項目是哪個？有何進展？

陳慶洪：今年希望在原子鐘自冷密封機箱項目等有實質性突破。以原子鐘自冷密封機箱為例，我們已經和北大相關研究原子鐘的部門展開深度合作，致力研發小型原子鐘用自冷密封機箱。目前，正在就原子鐘用自冷密封機箱的散熱過程進行計算機模擬仿真計算。

記者：為何要把其作為重點項目之一？

陳慶洪：我們在考察美國產的PRS10小型原子鐘的散熱情況時發現，美國尚未很好解決原子鐘散熱、防輻射問題。它的小型原子鐘只有巴掌大，運轉之后，外殼溫度四十多攝氏度，需要通過熱沉——就是熱導體——金屬小板凳散熱。根據我們的調研，美國的蘋果公司、西屋電氣，德國的西門子等都在使用風冷機箱。我們希望通過小型原子鐘項目實現具有國內外影響力的突破，為我國實現“工業制造2025”做貢獻。

記者：小型原子鐘自冷密閉機箱項目什么時候會有實質性進展？

陳慶洪：我們的合作方是國內外領先的原子鐘研發團隊，我們的自冷密封機箱也是世界領先水平。我們有技術實力、資金實力作保證，我們今年下半年要出品全世界第一臺密封機箱小型原子鐘。

中科高技術企業發展評價中心項目與成果部副主任王艷欣對記者說：“我們每年要評價不少項目，但能達到國際先進水平的真是不多。因此我對這個項目印象深刻。”王艷欣告訴記者，評價要從技術創新程度、技術經濟指標的先進程度、技術難度和復雜程度、技術重現性和成熟度、技術創新對推動科技進步和提高市場競爭能力的作用、經濟或社會效益六方面進行評價，“我們從專家庫中抽取7名專家，獨立打分，然后加和平均，得出最終評價得分。評價分四個層次，80到85分，屬國內先進水平；85到90分，屬國內領先水平；90到95分，屬國際先進水平；95分以上屬國際領先水平。自冷密封機箱屬于國際先進水平，在國際范圍內排在前十。“參加科技成果評價必須具備國家專利證書、研制報告、研究報告、檢驗檢疫報告、用戶使用報告、查新報告、國內外同類產品分析對比情況等‘干貨’，沒有這些‘干貨’是無法參評的。這也是保證評價結論權威的因素之一。”

當記者問到自冷密封機箱市場前景問題時，王艷欣說：“萬事俱備，只欠東風。前期所有的工作都已經非常扎實的做完了，下一步就是全力向市場推廣。我對這款產品非常有信心，因為凡是需要制冷的，不論是民用領域還是軍用領域，只要需要更安全的制冷都會需要這款產品。去年，我和陳總去中科院過程所，所里非常認可這款產品，表示要密切合作。據我所知，合作正在快速向前推進。我真的看好這個項目。”