“自冷密封机箱”或将引起机箱革命

文 本刊记者 陈向国

各种计算机、精密仪器、原子钟等一切怕尘土、潮湿、腐蚀、电磁干扰的器具都离不开机箱。现在大家使用的是风冷、水冷机箱。风冷、水冷机箱从开始使用，到现在已经使用了200年！有些电器、仪表、原子钟等由于怕电磁辐射、怕尘灰、怕潮湿特别需要在密闭的环境里，这样能延长它的使用寿命，降低成本，提高效益；不仅如此，还可以从源头上减少废弃物，从而减轻对环境的污染——这可是一件大事，目前，美国祭出了贸易战，还要求中国政府收回“禁止洋垃圾入境”的禁令。这洋垃圾就包括被淘汰的电机、电脑等电器，这些被淘汰的电器之所以被淘汰，原因多种，但因环境的污染（尘灰、潮湿）而减少使用寿命是原因之一。

那为什么不用密封机箱呢？原因很简单，电器运行过程中要做一部分无用功，这部分无用功通过热能表现出来，而过度的热对电器、仪表的影响通常情况下比灰尘、潮湿对电器、仪表的影响还大，因此不得不采用以散热为主，防尘、防潮湿、防辐射为辅的风冷散热机箱。因此，采用风冷机箱是在解决散热与解决防尘、防潮、防辐射不能两全的情况下，不得已而做出的选择。现在，有了两全之策：机箱可以做成密封的，既可以很好解决散热问题，防尘、防潮湿、防辐射的问题也迎刃而解——这种机箱就是“自冷密封机箱”。这种机箱已经得到权威部门的认可。教育部科技发展中心出具的《科技查新报告》显示，自冷密闭机箱“在国内公开发表的中文文献中未见有相同报道”，这说明，自冷密闭机箱填补国内空白；该机箱已获得国家知识产权局授予的“一种散热功能良好的防护等级达65级及以上的电气机箱”的国家发明实用新型专利；由科技部中科高技术企业发展评价中心出具的“科学技术成果评价报告”的评价结论中说：“评价委员会认为，该项目的机箱冷却技术达到了国际先进水平”，建议“进一步加大推广力度”。为了深入了解“自冷密封机箱”的相关情况，记者采访了该机箱的出品者北京北洋华诚新能源科技发展有限公司董事长、总工程师陈庆洪和中科高技术企业发展评价中心项目与成果部副主任王艳欣。

“负热阻效应材料”+热桥技术=自冷密闭机箱

记者：简单讲讲“自冷密闭机箱”的产生过程。

陈庆洪：分两个阶段。第一个阶段是研发“负热阻效应”（简单说就是对环境周围产生的热量有强大的吸收、发散能力）材料。早在2005年，我们在完成“一种抗红外线涂料及其制备方法”、“光谱选择性涂料，及其制备方法，用途”两项国家发明专利过程中，接触到4个大气红外窗口理论，我们进一步研发能够产生x波段射线的材料。

记者：这是一种怎样的材料？结果怎样？

陈庆洪：大家都知道美国部署在韩国的萨德导弹雷达预警系统，该系统就是通过发射x波段信号寻找目标，我们想要的是将这种材质的涂料涂在需要的部位，同样产生x波段信号，使对方预警系统无法辨别目标。但计算结果，合成这种材料要求微粒等效半径2毫米，我们无法做出来。继而转向波长为8到13.5微米频谱最宽的红外窗口，希望能合成发射频谱在以10.75微米为中心辐射散冷性能良好的材料，我们称之为“负热阻效应”材料。进过11年的努力，到2016年，终于成功研制这种理想的散热材料。

记者：这种材料怎么和“自冷密闭机箱”联系在一起的？

陈庆洪：这正是第二个阶段，也就是如何成功将这种材料推向市场的问题。在经过广泛而深入的市场调研后，我们决定用“负热阻效应材料”，加上热桥技术，做成用途极其广泛的自冷密闭机箱。之后，我们就全力以赴，研发适合各行业的自冷密闭机箱。

自冷密闭机箱的诞生是市场需求的结果

记者：如何选择通过自冷密闭机箱推广“负热阻效应材料”的？

陈庆洪：在市场调研中，我们发现各行各业使用的风冷机箱遇到不少亟待解决的问题。风冷机箱最大的问题在于，无法实现机箱的密封性，在引入冷却空气的同时，把电气系统的天敌——灰尘和潮气带进了机箱，以致严重干扰系统工作，损害电气线路的可靠性和寿命。

记者：与风冷机相比，自冷密闭机箱的优点何在？

陈庆洪：自冷密闭机箱的壳体涂有“负热阻效应”材料，其特点是，在保证机箱内设备散热要求的同时，机箱可以做成任意防护等级，可大大提高电气设备的可靠性和使用寿命。由于电气设备使用寿命延长，减少了固体废物的产生。

记者：密闭之后，防灰尘、防潮湿的效果肯定比有开口的机箱效果好，这容易理解。关键是，密闭后，散热效果如何达到？

陈庆洪：良好的散热效果通过三步实现。一是机箱外壳是表面积最大的零部件，又是设备的最外层，直接与周围环境中的空气相接触，是最理想的散热部件。二是涂附“负热阻效应”材料后，大大提高了机箱外壳的散热系数，相当于把普通机箱变成了一个面积巨大的散热器。三是机箱是设备最外层，可以根据实际情况，尽可能做得更大，使散热面积更大。

记者：哪些行业急需使用自冷密封机箱？

陈庆洪：作为互联网发展基础的光纤系统，任何微小的尘灰都会对光信号造成严重干扰。我们在调研天津一家研发光分析仪的公司时，了解到，光路上哪怕出现一粒灰尘，光信号就会受到干扰，整个过程就得重来。而这粒灰尘极有可能是风冷过程带来的。实际上，正有成千上万台风冷机箱对光通信系统构成上述类似的风险。我们对快速发展的电动车充电桩行业进行了调研，发现其全部使用的都是风冷机箱，由于冷却风量很大，每月都要专门清理过滤网上的灰尘。另外，现在原子钟的应用越来越广泛，但同样存在机箱问题。北京大学是原子钟研制的领头羊，但其生产的大型原子钟除了铯原子频率标准部分使用了恒温控制，其它电子线路均使用风冷技术设备，长期受灰尘侵害和因通风口破坏电磁兼容性，以致影响其可靠性。

自冷密封机箱性价比高

记者：自冷密闭机箱的性价比如何？

陈庆洪：前文提到的天津那家公司研发的光分析仪每台价值160万人民币，而为之配套的自冷密闭机箱售价1800元人民币。还有，三峡水电站的电控系统，由于使用风冷机箱，使其长期不断受灰尘和潮气的侵害，不得不三五年就大修或更换。使用自冷密封机箱后可极大减少尘灰、潮气侵害，大大延长使用寿命，减少大修或更换的成本，从而与三峡发电站大坝120年的设计寿命尽可能的匹配。

记者：用户使用回馈的情况怎样？

陈庆洪：湖北一家公司给我们发来感谢信说，将我们提供的“负热阻效应”材料喷涂在汽车散热器表面，经第三方检测，提高散热量最大高达42%。深圳一家科技公司给我们的应用情况回函中说“贵司提供的自冷密封机箱经我司装机测试，散热效果很好。”

下半年要出品全世界第一台密封机箱小型原子钟

记者：已经研发成功或以立项正在进行的研发项目有哪些？

陈庆洪：已经完成光分析仪自冷密封机箱的设计制造。已立项正在进行的项目有原子钟自冷封闭机箱项目、光端机自冷密封机箱项目及直流充电桩自冷密闭机箱项目。其它还有风力发电机控制柜、电站控制系统、数控机床电控自冷密封机箱项目。

记者：今年的重点项目是哪个？有何进展？

陈庆洪：今年希望在原子钟自冷密封机箱项目等有实质性突破。以原子钟自冷密封机箱为例，我们已经和北大相关研究原子钟的部门展开深度合作，致力研发小型原子钟用自冷密封机箱。目前，正在就原子钟用自冷密封机箱的散热过程进行计算机模拟仿真计算。

记者：为何要把其作为重点项目之一？

陈庆洪：我们在考察美国产的PRS10小型原子钟的散热情况时发现，美国尚未很好解决原子钟散热、防辐射问题。它的小型原子钟只有巴掌大，运转之后，外壳温度四十多摄氏度，需要通过热沉——就是热导体——金属小板凳散热。根据我们的调研，美国的苹果公司、西屋电气，德国的西门子等都在使用风冷机箱。我们希望通过小型原子钟项目实现具有国内外影响力的突破，为我国实现“工业制造2025”做贡献。

记者：小型原子钟自冷密闭机箱项目什么时候会有实质性进展？

陈庆洪：我们的合作方是国内外领先的原子钟研发团队，我们的自冷密封机箱也是世界领先水平。我们有技术实力、资金实力作保证，我们今年下半年要出品全世界第一台密封机箱小型原子钟。

中科高技术企业发展评价中心项目与成果部副主任王艳欣对记者说：“我们每年要评价不少项目，但能达到国际先进水平的真是不多。因此我对这个项目印象深刻。”王艳欣告诉记者，评价要从技术创新程度、技术经济指标的先进程度、技术难度和复杂程度、技术重现性和成熟度、技术创新对推动科技进步和提高市场竞争能力的作用、经济或社会效益六方面进行评价，“我们从专家库中抽取7名专家，独立打分，然后加和平均，得出最终评价得分。评价分四个层次，80到85分，属国内先进水平；85到90分，属国内领先水平；90到95分，属国际先进水平；95分以上属国际领先水平。自冷密封机箱属于国际先进水平，在国际范围内排在前十。“参加科技成果评价必须具备国家专利证书、研制报告、研究报告、检验检疫报告、用户使用报告、查新报告、国内外同类产品分析对比情况等‘干货’，没有这些‘干货’是无法参评的。这也是保证评价结论权威的因素之一。”

当记者问到自冷密封机箱市场前景问题时，王艳欣说：“万事俱备，只欠东风。前期所有的工作都已经非常扎实的做完了，下一步就是全力向市场推广。我对这款产品非常有信心，因为凡是需要制冷的，不论是民用领域还是军用领域，只要需要更安全的制冷都会需要这款产品。去年，我和陈总去中科院过程所，所里非常认可这款产品，表示要密切合作。据我所知，合作正在快速向前推进。我真的看好这个项目。”