[发明专利]基于静电雾化的喷雾冷却装置

说明书

本公开提供了一种基于静电雾化的喷雾冷却装置，包括：冷却液储存罐，至少一个喷雾产生装置，用于将冷却液雾化，并且输出喷雾；高压静电场发生器，用于产生高压静电场，所述的高压静电场发生器的负极通过导线接地，正极连接雾化产生电极，用于使雾化产生电极将冷却液雾化；喷雾冷却腔，设置在冷却液储存罐下部，所述出液管穿过并伸入喷雾冷却腔，并向冷却腔喷雾面喷雾；所述冷却腔喷雾面与发热元件接合，通过细小带电液滴在其内部的蒸发和液膜的流动换热将发热元件的热量带走。经过静电雾化，可降低发热表面液膜的厚度、增加液滴穿透表面蒸气的能力，可以获得更好的散热性能，调控性更强，可获得更均匀的雾化效果。

技术领域

本发明装置涉及喷雾冷却技术应用领域，利用静电作用实现液滴雾化装置，可应用于大功率固体激光器、高功率密度光电子及其他发热元件的冷却装置上。

背景技术

随着微电子机械加工技术的不断更新、新型材料的研制，电子产品发展正朝着高度集成化、微型化甚至达到分子级别。高计算速率使得电子芯片的功率密度不断提升到新的高度，从最初的几十瓦已经逐步上升到300W/cm²，不断聚集的电子产品废热使电子产品在短时间温度急剧升高。过高的温度降低产品的稳定性和使用精度，同时会加速产品的衰老，降低循环使用寿命。以固体激光器为例，激光二极管的热耗散占总能耗的约50％，温度过高，会引起二极管输出波长的变化，并进一步影响激光器的光束质量和输出功率。因此，电子产品的散热技术正逐步成为电子产品更新换代的瓶颈，安全高效的散热技术研发成为目前电子产品领域的重中之重。

电子产品最初的冷板加装风扇强制对流，由于空气热容小，散热能力有限。液体强制流动换热、沸腾相变换热成为目前解决电子产品高功率密度散热的方式。为了获得更好的散热效果，冷却工质与热源的直接接触散热，也逐步得到应用，其中包括射流冲击散热和喷雾冷却散热。射流冲击具有较高的换热系数，但由于射流速度较高，对冲击面的强度有较高的要求。冷却液经过雾化后形成大量的微小液滴，覆盖面积大，散热均匀，热源表面温度梯度小。因此喷雾冷却技术在高功率电子器件的散热领域具有无可比拟的优势。利用外部动力将冷却液通过雾化装置雾化成20～200μm的液体雾滴喷射在发热源表面，雾滴在发热表面反弹、破碎和融合，形成新的雾滴及液膜；利用雾滴和液膜表面的蒸发、雾滴和液膜与发热表面的对流换热将发热源的产热带走。

液体雾化主要有两种途径：一是外加能量强迫液体破碎成液滴；二是加入气体等介质引起扰动，使液体雾化。目前已被应用到喷雾冷却技术中的雾化方式有：压力式雾化、气动式雾化和超声波雾化。静电雾化方式是利用高压静电场强制液体带电，液体表面静电库仑力克服液体表面张力，破碎成细小雾滴(1μm～1cm)。静电雾化可通过在喷嘴、喷嘴与热源表面之间一定距离处设置的电极，产生高压静电场，对喷嘴出口处的液体实现雾化。经过静电雾化的液滴带相同电荷，彼此相斥，具有单分散、不易团聚、易穿透其周围的气体介质的特点。静电雾化液滴的这三种特点，可降低发热表面液膜的厚度、增加液滴穿透表面蒸气的能力，可以获得比其他三种雾化方式更好的散热性能。

公开内容

(一)要解决的技术问题

为了解决目前雾化方式雾滴大小不均匀、液滴直径不易调控、雾滴蒸气穿透性差的问题，本公开发明提供了一种基于静电雾化的喷雾冷却装置，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种基于静电雾化的喷雾冷却装置，包括：冷却液储存罐，用于储存冷却液；至少一个喷雾产生装置，所述喷雾产生装置包括金属毛细出液管，其中，金属毛细出液管作为雾化产生电极，用于将冷却液雾化；并且所述金属毛细出液管与冷却液储存罐相连，向冷却液储存罐下部延伸，输出喷雾；高压静电场发生器，用于产生高压静电场，所述的高压静电场发生器的负极通过导线接地，正极连接雾化产生电极，用于使雾化产生电极将冷却液雾化；喷雾冷却腔，设置在冷却液储存罐下部，所述出液管穿过并伸入喷雾冷却腔，并向冷却腔喷雾面喷雾；所述冷却腔喷雾面与发热元件接合，通过细小带电液滴在其内部的蒸发和液膜的流动换热将发热元件的热量带走。