[发明专利]一种靶向温控的静电喷雾冷却装置及其方法

说明书

本发明提供一种靶向温控的静电喷雾冷却装置及其方法，包括储液罐、供液泵、第一流量阀、换热器、第二流量阀、喷头、静电喷雾腔、高压静电发生器、冷凝器、温度继电器和控制器；高压静电发生器和喷头连接，静电喷雾腔内设有热沉，热沉通过绝缘隔离带隔离，形成若干热沉单元，热沉单元下方均设置有测温热电偶；绝缘隔离带与热沉单元之间形成排液沟槽；热沉的热电偶与温度继电器连接、并进行接地处理；控制器分别与高压静电发生器、温度继电器和第二流量阀连接。本发明可实现喷雾过程的靶向精准冷却，通过温度继电器以及控制器对热沉表面温度信号进行处理，装置可通过控制高压静电发生器和流量阀自行调节电参数、流动参数，以满足不同冷却工况需求。

技术领域

本发明属于高性能电子元器件热管理技术领域，尤其涉及一种基于静电雾化技术的精准靶向冷却装置。

背景技术

随着电子元器件性能的不断提升，其热管理问题正面临严峻威胁，这对于冷却系统提出了更高的要求。在众多冷却技术中，喷雾冷却因具有换热能力强、工质利用率高、冷却均匀性好等优点，而被广泛应用于冶金、能源、化工、电子设备及医疗工程等领域的温控过程中。

喷雾冷却具体指液体工质经喷雾加压后雾化形成大量小液滴，快速喷射到发热表面的高效换热过程，其冷却机制主要包括液滴击打换热、液膜冲刷换热、液体蒸发换热、沸腾气泡换热以及与周围环境之间的换热。已有研究表明，以水为工质的喷雾冷却过程可实现1200W/cm²超高热流密度散热，并有望在未来成为解决大功率电子元器件冷却问题的关键技术。然而，现阶段喷雾冷却系统通常包括储液罐、压力泵、喷淋室及冷凝器等部分，不仅占地面积大，而且喷雾往往需要较大背压进行雾化，同时液滴单分散较差、沉积均匀性难以保证。这一系列问题严重制约了喷雾冷却技术向高效化、精准化、轻量化方向的进一步发展。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种靶向温控的静电喷雾冷却装置及其方法，通过在喷头上接入高压静电的方式对液体工质进行雾化，可有效减少喷雾过程中的能量消耗，并显著提升雾化质量，充分提高冷却工质利用率。此外，通过对热沉进行单元化结构划分，配合热电偶对局部温度信息的实时监测，利用喷头与热沉之间形成的电势差，可实现喷雾过程的靶向精准冷却。通过温度继电器以及控制器对热沉表面温度信号进行处理，装置可通过控制高压静电发生器和流量阀自行调节电参数、流动参数，以满足不同冷却工况需求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种靶向温控的静电喷雾冷却装置，包括储液罐、供液泵、第一流量阀、换热器、第二流量阀、喷头、静电喷雾腔、高压静电发生器、冷凝器、温度继电器和控制器；所述储液罐和静电喷雾腔通过供液管路连接、且储液罐低于静电喷雾腔；所述供液泵、第一流量阀、换热器、第二流量阀和喷头沿液体流动方向依次安装在储液罐和静电喷雾腔之间的供液管路上；喷头安装在静电喷雾腔顶部；所述静电喷雾腔的底部与储液罐还通过液相工质回收管路连接；静电喷雾腔的顶部还通过气相工质回收管路与储液罐连接；所述冷凝器安装在气相工质回收管路上；所述高压静电发生器和喷头连接，静电喷雾腔内设有热沉，所述热沉通过绝缘隔离带隔离，形成若干热沉单元，所述热沉单元下方均设置有测温热电偶；所述绝缘隔离带与热沉单元之间形成排液沟槽；热沉的热电偶与温度继电器连接、并进行接地处理；所述控制器分别与高压静电发生器、温度继电器和第二流量阀连接。

上述方案中，还包括过滤器；所述过滤器安装在供液管路上、且位于第一流量阀和换热器之间。

上述方案中，所述储液罐为绝缘材质。

上述方案中，所述供液泵为蠕动泵。

上述方案中，所述喷头为金属材质，喷孔直范围为100-400μm。

上述方案中，所述喷头与热沉表面间距范围为10-30mm。

上述方案中，所述热沉表面最大直径不超过30mm。

上述方案中，所述绝缘隔离带的填充高度低于热沉单元上表面3-5mm，以形成排液沟槽，供冷却工质回收。