[發明專利]一種基于陣列噴霧的高效散熱裝置

有效

• 申請號: 201710076817.0
• 申請日: 2017-02-13
• 公開（公告）號: CN106871520B
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 吳宜燦;梁參軍;劉超;季翔;周濤
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: F25D1/00
• 分類號: F25D1/00;B05B9/04;B05B13/02;B05B15/04
• 代理公司: 合肥市上嘉專利代理事務所(普通合伙)34125
• 代理人: 王偉

技術領域

本發明涉及一種針對大功率、超高熱流密度的噴霧冷卻高效散熱裝置。

背景技術

高熱流密度散熱技術主要針對大功率微電子機械和芯片、航空航天熱控、大功率固體激光冷卻、高能粒子加速器靶系統等散熱熱流密度高和空間要求苛刻、傳統冷卻方式已不能滿足要求的領域。

噴霧冷卻是一種針對高熱流密度的有效散熱方式，由于其具有散熱能力強、工質需求量小、過熱度低和接觸熱阻小等優點，在電子器件、激光陣列、離子束陣列等高熱流密度的強制散熱領域具有廣闊的應用前景。

在當前噴霧冷卻技術的研究中，較多集中在發熱面較小的情形，其中噴霧覆蓋范圍較小、分布不均勻、霧化不充分等因素，極大制約其散熱效率和適用場合。因此，如何實現噴霧噴頭的緊湊布置，優化噴霧噴頭的設計，使其可以覆蓋較大范圍且保持高效散熱能力，從而拓寬噴霧冷卻的應用領域，成為噴霧冷卻領域亟待解決的問題。

目前噴霧冷卻技術大多應用于空曠或開敞的空間，而在緊湊的空間內，對大面積發熱表面布置陣列噴霧噴頭面臨兩個問題：各個噴嘴的壓力不均衡，導致噴霧流速差異較大，從而造成發熱表面的散熱效果不均勻；霧滴在發熱表面汽化后，在封閉空間內容易造成氣體或液體累積，從而導致無法有效形成噴霧，噴霧冷卻失效。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于陣列噴霧的高效散熱裝置，以使噴霧冷卻能夠應用于緊湊空間內的較大發熱表面，提供高效的散熱能力。

為此，本發明提供了一種基于陣列噴霧的高效散熱裝置，包括受熱工件；腔體端蓋，與所述受熱工件構成封閉霧化腔體，用于安裝噴嘴；多個噴嘴，陣列地設置在所述腔體端蓋上，用于朝向所述受熱工件的受熱表面進行噴霧；以及工質壓力分配器，用于將換熱工質分配至所述多個噴嘴上，使所述多個噴嘴處于均壓狀態，其中，所述腔體端蓋的安裝姿態滿足所述陣列噴嘴采用向上噴霧的方式，并且所述腔體端蓋上設置工質排放孔。

進一步地，上述基于陣列噴霧的高效散熱裝置還包括工質壓力緩沖器，與所述工質排放孔連接，用于換熱工質的氣液分離。

進一步地，上述工質壓力分配器包括環管和與所述環管連通的多個噴管，其中，所述多個噴管與所述多個噴嘴一一對應地連接。

進一步地，上述基于陣列噴霧的高效散熱裝置還包括水箱、驅動泵、緩沖器，其中，所述驅動泵用于將水箱中的換熱工質在經過所述緩沖器緩沖后輸送至所述工質壓力分配器。

進一步地，上述受熱工件為高能粒子加速器靶系統的靶盤。

進一步地，上述腔體端蓋為扁薄圓盤結構，具有多個預留通孔接頭，用于安裝所述噴嘴和測量探頭。

進一步地，上述用于安裝所述多個噴嘴的通孔接頭呈同心環狀排列，所述工質排放孔位于所述同心環狀排列的通孔接頭的環狀中心。

進一步地，上述噴嘴為旋流霧化噴嘴。

進一步地，上述工質壓力緩沖器包括緩沖容器，其中，所述緩沖容器的頂部設有與所述工質排放孔相連的排放接收孔，所述緩沖容器的上部是中空的并且通過排氣孔將未液化的氣體排出，以保持中空區域為設定壓力，所述緩沖容器的底部設有排液孔。

本發明基于陣列噴霧的原理，并巧妙利用工質壓力分配器將換熱工質均衡且高效的輸送到發熱表面，均勻冷卻發熱表面；同時，利用工質壓力緩沖器將噴霧冷卻后產生的氣體和液體進行分離，液體經排出孔被回收泵輸送到冷源，形成換熱回路；工質壓力分配器的設計，能夠有效的對陣列噴霧進行管理，工質壓力緩沖器的設計能夠使得氣液分離，從而使霧化空間內壓力穩定在一個大氣壓，使噴霧能夠穩定持續且高效的運行下去。上述設計將噴霧冷卻技術從單噴嘴，擴展到多噴嘴，可針對大尺寸、高熱流密度部件進行有效散熱。

本發明可單獨使用，亦可與高速旋轉等其他結構聯用，為大功率微電子機械和芯片、航空航天熱控、大功率固體激光冷卻、高能粒子加速器靶系統等領域內的散熱問題提供有效的散熱手段。

除了上面所描述的目的、特征和優點之外，本發明還有其它的目的、特征和優點。下面將參照圖，對本發明作進一步詳細的說明。

附圖說明

構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中：

圖1是根據本發明的基于陣列噴霧的高效散熱裝置的工作流程圖，圖中展示了系統工作所需的一些設備/部件/裝置；

圖2是根據本發明的基于陣列噴霧的高效散熱裝置的結構分解圖，其中1為工質壓力分配器；