[發(fā)明專利]一種采用智能變疏水性表面的噴霧冷卻裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110300902.7
• 申請日: 2021-03-22
• 公開（公告）號: CN113163675B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發(fā)明（設計）人: 施娟;吳锫嬋;陳振乾
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H05K7/20
• 分類號: H05K7/20
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 王雪

一種采用智能變疏水性表面的噴霧冷卻裝置，包括噴霧室、噴嘴，所述噴霧室內一側固定有待冷卻的散熱表面，所述噴嘴設置在噴霧室內與所述散熱表面相對，噴嘴可以向散熱表面噴射霧狀冷卻劑，其特征在于：在所述散熱表面上覆蓋有一層溫敏水凝膠，所述溫敏水凝膠隨著溫度的變化呈現出不同的親疏水性能，溫度越高，其表面的疏水性越強、流動阻力越小，噴射到其上的冷卻劑可以更快的帶走散熱表面上的熱量。本噴霧冷卻裝置基于現有噴霧冷卻系統(tǒng)，通過改變被冷卻表面的潤濕性，使得熱流密度增大時，冷卻工質液滴在散熱表面上的流動阻力下降，液滴吸熱后不滯留，快速帶走大量的散熱面熱量，從而得到強化換熱的目的。

技術領域

本發(fā)明涉及噴霧冷卻裝置技術領域，尤其涉及一種采用智能變疏水性表面的噴霧冷卻裝置。

背景技術

噴霧冷卻技術已經在機械加工、冶金、臨床醫(yī)學、航空航天、能源等領域有了一定的應用，其在高熱流密度散熱領域被認為較有應用價值。隨著電子領域中電子器件的小型化、微型化和集成化的快速發(fā)展，散熱問題也越來越突出。噴霧冷卻方法是將高壓冷卻劑通過噴嘴霧化后變?yōu)樾∫旱危缓髮Πl(fā)熱面進行換熱，具有節(jié)能、冷卻均勻以及可調節(jié)等優(yōu)點。電子器件的正常工作溫度一般在-5℃到45℃左右，因此在電子器件工作過程中應該對其進行有效散熱，以保持其在正常工作溫度范圍內。噴霧冷卻技術對此類熱流密度高、局部空間小、傳熱溫差小的電子元器件能夠進行有效的散熱，帶走大量的熱量，進而提高電子元器件的穩(wěn)定性、高效性和使用壽命,成為了高熱流密度散熱領域里最受歡迎的冷卻方式之一。因此，強化噴霧冷卻裝置的散熱能力具有重要意義。

目前，噴霧冷卻裝置的改進集中于對裝置自身結構的改造，以及通過改換換熱面，如應用微槽道、多孔涂層、泡沫金屬等與噴霧冷卻相結合，強化噴霧冷卻裝置的散熱冷卻性能。但缺乏進一步通過探究獲取智能改性表面以強化噴霧冷卻裝置的散熱效能。

發(fā)明內容

本發(fā)明目的在于針對現有技術的缺陷，提供一種可以對發(fā)熱面進行高效換熱的采用智能變疏水性表面的噴霧冷卻裝置。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供技術方案如下：

一種采用智能變疏水性表面的噴霧冷卻裝置，包括噴霧室、噴嘴，所述噴霧室內一側固定有待冷卻的散熱表面，所述噴嘴設置在噴霧室內與所述散熱表面相對，噴嘴可以向散熱表面噴射霧狀冷卻劑，其特征在于：在所述散熱表面上覆蓋有一層溫敏水凝膠，所述溫敏水凝膠隨著溫度的變化呈現出不同的親疏水性能，溫度越高，其表面的疏水性越強、流動阻力越小，噴射到其上的冷卻劑可以更快的帶走散熱表面上的熱量。

進一步的，所述溫敏水凝膠采用聚N-異丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)制成。

進一步的，所述聚N-異丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)通過化學接枝法制備，步驟包括：

S1：利用紫外線光照射聚甲基丙烯酸甲酯，使其表面產生梭基；

S2：再通過縮合反應修飾上引發(fā)劑偶氮二異丁基脒；

S3：將聚甲基丙烯酸甲酯放入單體水溶液中，加熱引發(fā)制得高密度的PNIPAAm接枝層。

進一步的，所述冷卻劑采用20℃的純水。

進一步的，還包括儲液罐、泵、冷凝器，所述冷凝器、儲液罐、泵和噴嘴依次相連接，儲液罐中的冷卻劑經過泵被輸送到噴嘴處噴出，冷卻劑與散熱表面熱交換后回收進入冷凝器中，冷凝后的冷卻劑回到儲液罐中完成循環(huán)。

進一步的，還包括流量調節(jié)閥、流量計、第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、第一壓力傳感器和第二壓力傳感器，所述流量調節(jié)閥和流量計設置在所述泵和噴嘴之間，所述第一溫度傳感器和第一壓力傳感器設置在噴嘴入口處，所述第二溫度傳感器和第二壓力傳感器設置在所述冷凝器入口處。

進一步的，所述流量計、第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、第一壓力傳感器和第二壓力傳感器均與計算機系統(tǒng)相連接。