[实用新型]喷雾冷却与微槽群相变换热相结合的高效相变取热装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及微尺度冷却技术领域，是一种微尺度相变散热冷却方法，特别是应用于大功率固体激光器、电力、电子及光电子发热器件的冷却方法及其装置。

背景技术

随着科技的日益发展，大功率固体激光器的输入功率越来越高，然而，激光器的输入功率越大，热效应也越严重，因此，如何及时消除因功率消散所转化的热量，解决散热冷却问题是促进大功率固体激光器进一步发展的关键技术之一。目前对大功率固体激光器的激光晶体冷却主要有以下几种方式：泵浦面采用空气直接冷却，非泵浦面粘贴铜翅片散热，此方式虽然能显著的改善激光晶体内温度和热应力分布，但是其换热效率很低，不适合大功率的固体激光器；一侧泵浦面与非泵浦面采用直接水冷，另一侧泵浦面直接空冷，该方法虽能提高一定的换热能力，但是泵浦面采用直接常规水冷会引起光束相位失真，激光晶体中心处应力增加，当泵浦能量很高时容易造成激光晶体的损坏。

蓝宝石薄片冷却法和复合介质冷却法，这两种冷却方式较其他方法而言能更好的改善激光晶体热透镜效应，但是蓝宝石薄片的加工工艺技术及复合介质的合成技术则成了此两种冷却方式应用的关键问题。

金刚石冷却技术，此方法比蓝宝石薄片冷却法的换热效果更高，但是同样遇到加工工艺技术的问题。

微槽群相变换热冷却方法，该方法在很少的工质条件下，如蒸馏水，就能达到很高的热流密度，而且加工及安装工艺比较简单，不过此冷却方式因为有槽的出现，会使发热体内部的温度分布不均匀，温度梯度过大，从而导致其热应力分布不均。

还有喷雾冷却法，是近年来崛起的一种具有高强热流密度的散热冷却方式，除能达到高效热流密度之外，它还具有表面温度分布均匀、过热度小、只需很少工质等优点。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有常规的气体与液体冷却所带来的需要较大散热面积、散热能力不足及温度分布不均的技术缺陷，提供一种喷雾冷却与微槽群相变换热相结合的高效相变取热装置，该装置低功耗、散热面积小、只需少量工质、表面温度梯度均匀、散热热流密度极高及散热总能力极大。

为达到上述目的，本实用新型的技术解决方案是：

一种喷雾冷却与微槽群相变换热相结合的高效相变取热装置，其包括微槽群和喷嘴；直接在发热体外表面需要散热的部位或紧贴发热体散热区域的导热材料表面设置多个毛细微槽，形成微槽群；喷嘴正对微槽群表面，与微槽群之间有一距离，喷嘴到微槽群表面的距离为2～50mm；

喷嘴入口通过气管与高压氮气瓶供液系统或微型齿轮泵相通连。

所述的高效相变取热装置，其所述发热体外表面需要散热的部位或导热材料表面是通过导热硅胶与微槽群相固连.

所述的高效相变取热装置，其所述喷嘴，其出口压力为0.2～2.0MPa，流量为10～150ml/min，出口直径为0.2～0.9mm，喷嘴喷出液滴的沙特平均直径为(Sauter Mean Diameter)20～200μm，喷嘴的喷射角度为30～150°，该系列喷嘴可在市场购买，喷嘴为不锈钢材质，喷嘴与发热体表面的法方向之间的夹角为0～90°。

所述的高效相变取热装置，其所述微槽群，其上的毛细微槽道纵向均匀排列，形状为矩形、梯形或三角形其中之一。

所述的高效相变取热装置，其所述毛细微槽道，为矩形时，其毛细微槽的宽度和深度为0.05～2mm，间距为0.05～5mm；为梯形时，梯形的上底边长度为0.05～2mm，下底边长度为0.08～2.5mm，槽深为0.05～2mm，间距为0.05～5mm；为三角形时，三角形的槽底顶角为5°～60°，槽深为0.05～2mm，间距为0～5mm。

所述的高效相变取热装置，其所述微槽群，其微槽群表面与地面垂直或与地面平行；微槽群表面的毛细微槽道，其毛细微槽道的纵方向与地面垂直或与地面平行。

所述的高效相变取热装置，其所述气管，为聚氨酯气管。

本实用新型装置是把喷雾冷却与微槽群相变换热技术相结合，在保持各自的优点之外，还能得到极高的换热效果。

附图说明

图1是本实用新型的喷雾冷却与微槽群相变换热相结合的高效相变取热装置的第一种结构示意图；

图2是本实用新型的喷雾冷却与微槽群相变换热相结合的高效相变取热装置中毛细微槽道纵向密布均匀排列，且为梯形时的示意图；

图3是本实用新型的喷雾冷却与微槽群相变换热相结合的高效相变取热装置中毛细微槽道纵向密布均匀排列，且为三角形时的示意图；

图4是本实用新型的喷雾冷却与微槽群相变换热相结合的高效相变取热装置的第二种结构示意图；