[发明专利]一种基于阵列喷雾的高效散热装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种针对大功率、超高热流密度的喷雾冷却高效散热装置。

背景技术

高热流密度散热技术主要针对大功率微电子机械和芯片、航空航天热控、大功率固体激光冷却、高能粒子加速器靶系统等散热热流密度高和空间要求苛刻、传统冷却方式已不能满足要求的领域。

喷雾冷却是一种针对高热流密度的有效散热方式，由于其具有散热能力强、工质需求量小、过热度低和接触热阻小等优点，在电子器件、激光阵列、离子束阵列等高热流密度的强制散热领域具有广阔的应用前景。

在当前喷雾冷却技术的研究中，较多集中在发热面较小的情形，其中喷雾覆盖范围较小、分布不均匀、雾化不充分等因素，极大制约其散热效率和适用场合。因此，如何实现喷雾喷头的紧凑布置，优化喷雾喷头的设计，使其可以覆盖较大范围且保持高效散热能力，从而拓宽喷雾冷却的应用领域，成为喷雾冷却领域亟待解决的问题。

目前喷雾冷却技术大多应用于空旷或开敞的空间，而在紧凑的空间内，对大面积发热表面布置阵列喷雾喷头面临两个问题：各个喷嘴的压力不均衡，导致喷雾流速差异较大，从而造成发热表面的散热效果不均匀；雾滴在发热表面汽化后，在封闭空间内容易造成气体或液体累积，从而导致无法有效形成喷雾，喷雾冷却失效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于阵列喷雾的高效散热装置，以使喷雾冷却能够应用于紧凑空间内的较大发热表面，提供高效的散热能力。

为此，本发明提供了一种基于阵列喷雾的高效散热装置，包括受热工件；腔体端盖，与所述受热工件构成封闭雾化腔体，用于安装喷嘴；多个喷嘴，阵列地设置在所述腔体端盖上，用于朝向所述受热工件的受热表面进行喷雾；以及工质压力分配器，用于将换热工质分配至所述多个喷嘴上，使所述多个喷嘴处于均压状态，其中，所述腔体端盖的安装姿态满足所述阵列喷嘴采用向上喷雾的方式，并且所述腔体端盖上设置工质排放孔。

进一步地，上述基于阵列喷雾的高效散热装置还包括工质压力缓冲器，与所述工质排放孔连接，用于换热工质的气液分离。

进一步地，上述工质压力分配器包括环管和与所述环管连通的多个喷管，其中，所述多个喷管与所述多个喷嘴一一对应地连接。

进一步地，上述基于阵列喷雾的高效散热装置还包括水箱、驱动泵、缓冲器，其中，所述驱动泵用于将水箱中的换热工质在经过所述缓冲器缓冲后输送至所述工质压力分配器。

进一步地，上述受热工件为高能粒子加速器靶系统的靶盘。

进一步地，上述腔体端盖为扁薄圆盘结构，具有多个预留通孔接头，用于安装所述喷嘴和测量探头。

进一步地，上述用于安装所述多个喷嘴的通孔接头呈同心环状排列，所述工质排放孔位于所述同心环状排列的通孔接头的环状中心。

进一步地，上述喷嘴为旋流雾化喷嘴。

进一步地，上述工质压力缓冲器包括缓冲容器，其中，所述缓冲容器的顶部设有与所述工质排放孔相连的排放接收孔，所述缓冲容器的上部是中空的并且通过排气孔将未液化的气体排出，以保持中空区域为设定压力，所述缓冲容器的底部设有排液孔。

本发明基于阵列喷雾的原理，并巧妙利用工质压力分配器将换热工质均衡且高效的输送到发热表面，均匀冷却发热表面；同时，利用工质压力缓冲器将喷雾冷却后产生的气体和液体进行分离，液体经排出孔被回收泵输送到冷源，形成换热回路；工质压力分配器的设计，能够有效的对阵列喷雾进行管理，工质压力缓冲器的设计能够使得气液分离，从而使雾化空间内压力稳定在一个大气压，使喷雾能够稳定持续且高效的运行下去。上述设计将喷雾冷却技术从单喷嘴，扩展到多喷嘴，可针对大尺寸、高热流密度部件进行有效散热。

本发明可单独使用，亦可与高速旋转等其他结构联用，为大功率微电子机械和芯片、航空航天热控、大功率固体激光冷却、高能粒子加速器靶系统等领域内的散热问题提供有效的散热手段。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明的基于阵列喷雾的高效散热装置的工作流程图，图中展示了系统工作所需的一些设备/部件/装置；

图2是根据本发明的基于阵列喷雾的高效散热装置的结构分解图，其中1为工质压力分配器；