[发明专利]一种利用离子风强化凝结换热的装置及方法

说明书

本发明属热能工程的强化凝结换热技术领域，具体涉及一种利用离子风强化凝结换热的装置及方法，主要结构包括真空凝结腔体、设置于真空凝结腔体内的针尖电极、与针尖电极垂直设置的水平金属管、连接水平金属管两端的进水管和出水管、分别连接针尖电极和水平金属管的负压高压电源、设置于真空凝结腔体的进气阀和出气阀，所述针尖电极连接负压高压电源的负极，水平金属管连接负压高压电源的正极，所述针尖电极的尖端指向所述水平金属管。本发明的装置利用负压高压电源在针尖电极附近形成高电场强度，进而产生离子风，强化了蒸汽朝凝结壁面的迁移过程，从而强化了凝结换热效果。

技术领域

本发明属热能工程的强化凝结换热技术领域，具体涉及一种利用离子风强化凝结换热的装置及方法。

背景技术

蒸汽凝结是一种在自然界中很容易被观察到的普遍现象，在工业中被广泛应用，如笔记本里面的热管、发电厂的冷凝塔等。当凝结表面的温度低于蒸汽温度时，蒸汽就会在凝结表面上凝结，这个过程伴随着质量以及能量的传递。能量以潜热的形式从蒸汽传到凝结表面，如何提高传热效果在工业应用中有至关重要的作用。例如，如果能加强电子器件中热管凝结部分的换热效果，则能显著降低电子器件的工作温度，这能防止电子器件因温度过高而性能降低甚至失效。

目前的强化凝结换热技术，主要是制作超薄的结构化超疏水表面，来快速移除凝结液滴，这种方式属于被动式的强化技术。这种被动式的强化技术虽然有很高的强化效果，但是其制作过程复杂，稳定性差，耐用性差。因此需要一种结构简单，耐用性好，能耗低的凝结换热强化技术。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种利用离子风强化凝结换热的装置，能够有效促进凝结换热过程，能实现主动控制，并且结构简单、能耗低，同时可以克服凝结表面改性强化凝结换热的不稳定性。

本发明的目的之二在于提供一种利用离子风强化凝结换热的方法，能加强电子器件中热管凝结部分的换热效果，显著降低电子器件的工作温度。

本发明实现目的之一所采用的方案是：一种利用离子风强化凝结换热的装置，主要结构包括真空凝结腔体、设置于真空凝结腔体内的针尖电极、与针尖电极垂直设置的水平金属管、连接水平金属管两端的进水管和出水管、分别连接针尖电极和水平金属管的负压高压电源、设置于真空凝结腔体的进气阀和出气阀，所述针尖电极连接负压高压电源的负极，水平金属管连接负压高压电源的正极，所述针尖电极的尖端指向所述水平金属管。

优选地，所述进水管和出水管的外侧设置有保温层。

优选地，所述进气阀与水平金属管的高度差大于15mm。

优选地，所述水平金属管的表面为超疏水性表面，水平金属管的内径为5～10mm，外径为10～20mm。

优选地，所述针尖电极为针尖形金属材料，其尖端曲率半径≤50μm。

优选地，所述负压高压电源能提供0～-30kV的电压范围。

优选地，所述针尖电极的尖端与所述水平金属管之间的距离为20～100mm。

本发明实现目的之二所采用的方案是：一种利用离子风强化凝结换热的方法，采用所述的装置，包括以下步骤：

一定温度流量的循环冷却水从真空凝结腔体的进水管流入，经过水平金属管后从出水管流出；

一定温度压力的气态工质从进气阀通入真空凝结腔体，至通入的气态工质达到一定压力和温度；

打开负压高压电源，调至一定的电压范围，并适当调节进气阀，使真空凝结腔体内的压力保持基本不变，针尖电极附近的气态工质发生电离，产生离子风，离子风作为凝结核可以吸附气态工质形成微滴，在电场库仑力的作用下，微滴被加速朝向水平金属管凝结；

工作结束后，打开出气阀释放余气。