[发明专利]一种采用智能变疏水性表面的喷雾冷却装置

说明书

一种采用智能变疏水性表面的喷雾冷却装置，包括喷雾室、喷嘴，所述喷雾室内一侧固定有待冷却的散热表面，所述喷嘴设置在喷雾室内与所述散热表面相对，喷嘴可以向散热表面喷射雾状冷却剂，其特征在于：在所述散热表面上覆盖有一层温敏水凝胶，所述温敏水凝胶随着温度的变化呈现出不同的亲疏水性能，温度越高，其表面的疏水性越强、流动阻力越小，喷射到其上的冷却剂可以更快的带走散热表面上的热量。本喷雾冷却装置基于现有喷雾冷却系统，通过改变被冷却表面的润湿性，使得热流密度增大时，冷却工质液滴在散热表面上的流动阻力下降，液滴吸热后不滞留，快速带走大量的散热面热量，从而得到强化换热的目的。

技术领域

本发明涉及喷雾冷却装置技术领域，尤其涉及一种采用智能变疏水性表面的喷雾冷却装置。

背景技术

喷雾冷却技术已经在机械加工、冶金、临床医学、航空航天、能源等领域有了一定的应用，其在高热流密度散热领域被认为较有应用价值。随着电子领域中电子器件的小型化、微型化和集成化的快速发展，散热问题也越来越突出。喷雾冷却方法是将高压冷却剂通过喷嘴雾化后变为小液滴，然后对发热面进行换热，具有节能、冷却均匀以及可调节等优点。电子器件的正常工作温度一般在-5℃到45℃左右，因此在电子器件工作过程中应该对其进行有效散热，以保持其在正常工作温度范围内。喷雾冷却技术对此类热流密度高、局部空间小、传热温差小的电子元器件能够进行有效的散热，带走大量的热量，进而提高电子元器件的稳定性、高效性和使用寿命,成为了高热流密度散热领域里最受欢迎的冷却方式之一。因此，强化喷雾冷却装置的散热能力具有重要意义。

目前，喷雾冷却装置的改进集中于对装置自身结构的改造，以及通过改换换热面，如应用微槽道、多孔涂层、泡沫金属等与喷雾冷却相结合，强化喷雾冷却装置的散热冷却性能。但缺乏进一步通过探究获取智能改性表面以强化喷雾冷却装置的散热效能。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种可以对发热面进行高效换热的采用智能变疏水性表面的喷雾冷却装置。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一种采用智能变疏水性表面的喷雾冷却装置，包括喷雾室、喷嘴，所述喷雾室内一侧固定有待冷却的散热表面，所述喷嘴设置在喷雾室内与所述散热表面相对，喷嘴可以向散热表面喷射雾状冷却剂，其特征在于：在所述散热表面上覆盖有一层温敏水凝胶，所述温敏水凝胶随着温度的变化呈现出不同的亲疏水性能，温度越高，其表面的疏水性越强、流动阻力越小，喷射到其上的冷却剂可以更快的带走散热表面上的热量。

进一步的，所述温敏水凝胶采用聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)制成。

进一步的，所述聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)通过化学接枝法制备，步骤包括：

S1：利用紫外线光照射聚甲基丙烯酸甲酯，使其表面产生梭基；

S2：再通过缩合反应修饰上引发剂偶氮二异丁基脒；

S3：将聚甲基丙烯酸甲酯放入单体水溶液中，加热引发制得高密度的PNIPAAm接枝层。

进一步的，所述冷却剂采用20℃的纯水。

进一步的，还包括储液罐、泵、冷凝器，所述冷凝器、储液罐、泵和喷嘴依次相连接，储液罐中的冷却剂经过泵被输送到喷嘴处喷出，冷却剂与散热表面热交换后回收进入冷凝器中，冷凝后的冷却剂回到储液罐中完成循环。

进一步的，还包括流量调节阀、流量计、第一温度传感器、第二温度传感器、第一压力传感器和第二压力传感器，所述流量调节阀和流量计设置在所述泵和喷嘴之间，所述第一温度传感器和第一压力传感器设置在喷嘴入口处，所述第二温度传感器和第二压力传感器设置在所述冷凝器入口处。

进一步的，所述流量计、第一温度传感器、第二温度传感器、第一压力传感器和第二压力传感器均与计算机系统相连接。