[发明专利]一种用于高热流密度表面的静电雾化冷却系统

说明书

本发明公开了一种用于高热流密度表面的静电雾化冷却系统，包括管路系统、静电喷雾装置和控制器；管路系统为储液罐、循环泵、换热器通过管路连接；静电喷雾装置为喷头中装有微米孔阵列和高压孔板，微米孔阵列与喷头壳体之间为喷雾腔；控制器中设有流量控制器、电压控制器，循环泵抽出储液罐中的冷却液经过静电喷雾装置喷射出的冷却液汇集于喷雾系统下方的底板，通过回液管连接换热器通向储液罐；底板装有温度传感器可测量被冷却物的温度，控制循环泵的转速，改变流量以适应高热流密度基面的冷却；根据温度精确调节电压和雾化流量，而且设置有循环管路系统，解决现有的喷雾冷却装置难以调节喷雾的速度和大小以及冷却液不能回收利用的问题。

技术领域

本发明属于冷却换热领域,尤其涉及一种用于高热流密度表面的静电雾化冷却系统。

背景技术

随着超大功率激光器及微波发生器在军事、医用、科研、航空航天等领域的应用，相应的高热流密度高效散热问题变得越来越重要。然而现阶段传统基于自然对流、强迫对流的单相循环风冷、循环液冷技术(散热能力均小于100W/cm²)已经明显不能满足大功率极端条件下的热控要求。因此针对高热流电子元件冷却技术和特殊的空间热负荷管理需求，发展高、超高热流密度设备冷却技术，已成为关系国计民生的重要研究方向。

基于空间汽液固多相传热原理的喷雾冷却技术，由于能够产生极高的换热系数，同时热表面温度梯度较小及被冷却壁面没有接触热阻等优点在空间高热流密度元器件散热及航天器未来热控制技术的重点发展方向。静电喷雾是高效喷雾冷却技术的新方法。这种过程中产生的液滴易于变形破碎，变成更小的微液滴。它与一般的压力和气流雾化相比，具有独特的优点。粒子直径可以控制在纳米至微米尺度范围，这是传统雾化方法所难以实现的。通过外加电场，可调控液滴尺寸及流量、喷射角度等参数，对微电子芯片上需冷却的关键部位进行精确温控。同时电场可控制带电液滴的运动并增加其动能，更容易穿透周围的气体介质，直达热源表面。在带电液滴的喷射过程中，库仑力还可使液滴互相排斥、分散，均匀沉积在热源表面，大幅提高换热效率。

目前已有专利提出了应用静电雾化技术的喷雾冷却方法。发明专利CN102227593A提出了一种喷雾冷却设备和喷雾方法，冷却水供给至带电喷雾头，使从带电喷雾头喷射的水颗粒带电并雾化，吸附于人体表面，实现降温。该发明很好地应用了静电雾化技术实现了液滴的细化，但仅仅是针对人体表面的这类低热流密度表面的轻度冷却以获得清凉感，而且缺少对电压和流量的实时调节装置，不便于根据被冷却面温度和大小灵活地调节喷雾流量和流场结构，其系统结构、功能和实现形式与本发明完全不同。此外，这种冷却装置缺乏冷却水的回收和循环装置，不利于节约资源。

发明内容

本发明根据现有技术的不足与缺陷，提出了一种用于高热流密度表面的静电雾化冷却系统，采用微纳加工方法制备新型微米孔阵列静电喷雾模块，以适应高热流密度基面的冷却；可以根据温度精确调节电压和雾化流量，而且设置有循环管路系统，解决现有的喷雾冷却装置难以调节喷雾的速度和大小以及冷却液不能回收利用的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种用于高热流密度表面的静电雾化冷却系统，包括管路系统、静电喷雾装置和控制器；所述管路系统为储液罐、循环泵、换热器通过管路连接而成；所述静电喷雾装置为喷头壳体中装有微米孔阵列和高压孔板，微米孔阵列与喷头壳体之间为喷雾腔；控制器控制器中为流量控制器、电压控制器，流量控制器连接循环泵，电压控制器连接静电喷雾装置的高压孔板与市压电源。循环泵通过进液管连接静电喷雾装置，储液罐用于储存冷却液，循环泵抽出储液罐中的冷却液经过静电喷雾装置喷射出的冷却液汇集于喷雾装置下方的底板，通过回液管连接换热器通向储液罐；所述底板装有温度传感器，用于测量被冷却物的温度，并将温度信息通过信号线传送到温度显示屏；

所述控制器中的流量控制器为电位器，通过控制循环泵的转速，改变流量，在泵的出口处设置流量传感器将流量信息通过信号线传送到流量显示屏；