[发明专利]一种基于离子风强化及能源转化利用的静电雾化冷却系统

说明书

本发明公开了一种基于离子风强化及能源转化利用的静电雾化冷却系统，包括冷却装置、热基底、发电系统、控制台；冷却装置内部自上往下划分为蒸汽室、储液室和冷却室，蒸汽室通过蒸汽管连接发电系统，将蒸汽室内产生的蒸汽输入发电系统；储液室分别通过进液管和补液管与储液罐连接形成冷却液循环通道；冷却室置于热基底上，用于对热基底进行冷却；蒸汽室和冷却室之间通过过渡通道连通，将冷却室内产生的高温蒸汽输入蒸汽室。本系统采取了静电雾化喷雾与电晕离子风相结合的冷却方式，削弱了中心蒸发快边缘蒸发慢导致的液膜不匀的负面影响；采用了压力及重力自动补液的方式，降低了能耗；同时将散去的热能部分转化为电能并进行储存，节约了能源。

技术领域

本发明属于冷却换热领域，尤其涉及一种兼顾能源转换利用与离子风强化冷却的静电雾化冷却系统。

背景技术

随着碳中和概念的提出，国家对于减少碳排放的要求不断提高，提高能源利用率，无疑是响应国家号召的有效措施。而如今电子设备性能不断提升，其热管理问题也正面临严峻挑战，散热能力不足、局部热点等问题日益突出。自然对流、热管、单相循环风冷及液冷等传统散热方式已经难以满足大功率下的热控需求。如何兼顾提高能源利用率的同时解决高热流电子元器件的散热需求，已然成为了当下研究人员急需专攻的重点方向。

喷雾冷却是指将加压雾化后的液体工质快速喷射到发热表面的高效换热过程，其因具有换热能力强、工质利用率高、冷却均匀性好的优点得到广泛应用。而与传统压力与机械雾化方式不同，静电雾化无需较大背压仅通过引入高压静电即可实现工质的精细雾化。其不仅具有粒径、喷射角度可控等优点，而且兼具能耗低的优势。而喷雾冷却与静电喷雾冷却同时存在着由于热基面上往往温度梯度较大而产生的液膜分布不均的现象，如果液膜较薄则会出现热源中心干涸的情况，而液膜较厚则会影响换热效果。采取阵列的方式可以使液膜铺展更加均匀，并且通过在喷雾集中点施加电晕离子风的方法，加快冷却液蒸发的同时使液体向每个喷雾单元的中心聚拢，削弱了中心蒸发快边缘蒸发慢导致的液膜不匀的负面影响。此外，在对高温表面进行冷却时，这些散失的热能往往被人们所忽略，浪费了大量能源。立足于此点，本发明将冷却液蒸发时产生的大量的热蒸汽进行收集，并通过汽轮机和发电机组发电，使得这些原本被浪费的热能得到了二次利用，有效地提高了装置的能源利用率。

与以往的静电雾化喷雾冷却技术相比，本发明将电晕离子风与静电喷雾冷却这两种技术有机结合在一起，削弱了液膜分布不均的负面效果的同时提升了蒸发速率，从而提升喷雾冷却的能力。此外，该装置采取了压力及重力自动补液的方式代替了传统的泵给液功能，通过设定机器的标准压力达到不同流量大小的需求，因此相比较于其他静电雾化冷却装置，该装置具有更低的能耗。不仅如此，它还能将部分耗散热能转化为电能，可以有效的节约能源。

发明内容

为了解决现有技术的不足与缺陷，本申请提出了一种基于离子风强化及能源转化利用的静电雾化冷却系统，采取了静电雾化喷雾与电晕离子风相结合的冷却方式，削弱了中心蒸发快边缘蒸发慢导致的液膜不匀的负面影响；采用了压力及重力自动补液的方式，降低了能耗；装备了发电系统，能将散去的热能部分转化为电能并进行储存，节约了能源；整个装置为封闭式系统，将冷却液的损耗降至最低，极大提高了冷却液的重复利用率。

本发明所采用的技术方案如下：

一种基于离子风强化及能源转化利用的静电雾化冷却系统，包括冷却装置、热基底、发电系统、控制台；冷却装置内部自上往下划分为蒸汽室、储液室和冷却室，蒸汽室通过蒸汽管连接发电系统，将蒸汽室内产生的蒸汽输入发电系统；储液室分别通过进液管和补液管与储液罐连接形成冷却液循环通道；冷却室置于热基底上，用于对热基底进行冷却；蒸汽室和冷却室之间通过过渡通道连通，将冷却室内产生的高温蒸汽输入蒸汽室。

进一步，补液管内设有双向泵和流量传感器，流量传感器用于检测内的流量，双向泵用于切换补液管内液体流向实现排液和补液。