[實用新型]一種單相區噴霧冷卻主動催生氣泡強化傳熱的裝置

有效

• 申請號: 201720664171.3
• 申請日: 2017-06-09
• 公開（公告）號: CN206806322U
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發明（設計）人: 李俊;胡志培;李翠敏;李娟;蔣彥龍
• 申請（專利權）人: 蘇州科技大學
• 主分類號: H01L23/367
• 分類號: H01L23/367;H01L23/433;H01L23/473;F28F13/12
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司32206
• 代理人: 蔣昱

技術領域

本實用新型涉及高熱流密度強化傳熱領域，特別是涉及一種單相區噴霧冷卻主動催生氣泡強化傳熱的裝置。

背景技術

噴霧冷卻作為一種高效的高熱流密度散熱方式，在高功率激光武器、高集成度電子元器件等大熱流密度散熱條件下具有廣闊應用前景。據研究，兩相區噴霧冷卻過程包括四種傳熱機制（如圖4所示）：液滴擊打表面換熱、液膜沖刷表面換熱、表面與環境換熱、液膜內的沸騰換熱（其中沸騰氣泡分為壁面成核氣泡和二次成核氣泡）。兩相區噴霧冷卻優于單相區的主因之一為成核氣泡。成核氣泡強化傳熱的機制在于：噴霧冷卻成核氣泡數量大，且噴霧液滴擊碎成核氣泡形成的真空區誘使液膜高速湍動，強化熱沉表面與液膜之間的換熱。

通常認為，當電子元器件的溫度達到80℃以上時，其工作能力將迅速下降直至失效，這就導致以常壓工況下水為代表的制冷工質無法在兩相區內實現噴霧冷卻換熱。本實用新型專利擬基于成核氣泡的強化傳熱機理，在單相區噴霧冷卻過程中采用脈沖氣注的方式，在液膜內主動催生氣泡，強化單相區噴霧冷卻性能。

實用新型內容

為了解決上述存在的問題，本實用新型提供一種單相區噴霧冷卻主動催生氣泡強化傳熱的裝置，基于成核氣泡的強化傳熱機理，在單相區噴霧冷卻過程中采用脈沖氣注的方式，在液膜內主動催生氣泡，強化單相區噴霧冷卻性能，解決單相區噴霧冷卻傳熱系數低于兩相區噴霧冷卻的問題，為達此目的，本實用新型提供一種單相區噴霧冷卻主動催生氣泡強化傳熱的裝置，包括電磁閥一、噴嘴、多孔高導熱材料、進氣環路、氣體通道、熱沉表面、電磁閥二和控制器，所述熱沉表面上設置氣體通道和多孔高導熱材料，所述控制器通過信號控制電磁閥一和電磁閥二，所述多孔高導熱材料通過真空擴散焊的方式嵌入熱沉表面內，其導熱系數與熱沉表面的導熱系數相當，所述多孔高導熱材料與熱沉表面內的氣體通道連接，所述熱沉表面上方固定安裝有噴嘴，所述熱沉表面的周側固接進氣環路，進液口通過電磁閥一接噴嘴，進氣口通過電磁閥二接進氣環路。

本實用新型的進一步改進，所述噴嘴有1-5個，根據熱源的散熱面積，噴嘴的數量可以是1個或多個，多個噴嘴時采用點陣式布局，保證噴霧區域對散熱表面的全局覆蓋。

本實用新型的進一步改進，所述進氣環路與進氣口相切，進氣口與進氣環路相切，保證進氣環路內的氣體進入各氣體通道時流量分配均勻。

本實用新型的進一步改進，所述氣體通道有1-10對，在保證氣體阻力滿足要求及流量分配均勻的前提下，通道直徑不應過大且數量不宜過多，防止熱源的熱量在傳遞過程中造成過大的熱阻，影響快速散熱。

本實用新型的進一步改進，所述控制器通過開關信號控制電磁閥一的啟閉，通過脈沖信號控制電磁閥二的啟閉，控制器通過采集電磁閥一的信號，決定電磁閥二是否開啟；電磁閥二開啟時，控制器給出脈沖信號，控制電磁閥二間斷高頻送氣，防止持續送氣時氣體在液膜內無法鼓泡。

本實用新型提供一種單相區噴霧冷卻主動催生氣泡強化傳熱的裝置的使用方法，工作過程中當熱源由于工作需要產生高熱流密度的熱量時，熱量通過熱沉表面、多孔高導熱材料導熱，此時控制器控制電磁閥一開啟噴霧冷卻裝置，霧狀液滴到達多孔高導熱材料形成液膜，同時控制器通過脈沖信號控制電磁閥二間斷高頻送氣，氣體流經進氣環路、氣體通道、多孔高導熱材料進入液膜并形成氣泡，氣泡受噴霧液滴的作用被快速擊破，原氣泡區形成真空區誘使液膜強烈湍動，增強液膜與熱表面之間的對流表面傳熱系數，強化換熱。

本實用新型一種單相區噴霧冷卻主動催生氣泡強化傳熱的裝置，該裝置借鑒兩相區噴霧冷卻成核氣泡強化傳熱的機理，在單相區噴霧冷卻過程中熱沉表面上設置氣體通道和多孔高導熱材料，結合控制器對電磁閥二的脈沖控制，實現熱沉表面脈沖式高頻送氣，在液膜內主動催生氣泡，利用噴霧液滴快速擊破氣泡形成真空區，引起液膜高速湍動，強化換熱。與常規的單相區噴霧冷卻方法相比，本實用新型專利提供的方法具有催生氣泡均勻、傳熱系數高的優點。

附圖說明

圖1為本實用新型單相區噴霧冷卻主動催生氣泡強化傳熱裝置系統圖。

圖2為本實用新型復合熱沉表面結構圖。

圖3為本實用新型復合熱沉表面結構剖面圖。

圖4為兩相區噴霧冷卻傳熱機制示意圖。

圖中的標號名稱：1.電磁閥一；2.噴嘴；3.多孔高導熱材料；4.進氣環路；5.氣體通道；6.熱沉表面；7.電磁閥二；8.控制器。

具體實施方式

下面結合附圖與具體實施方式對本實用新型作進一步詳細描述：