一种喷雾冷却装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种喷雾冷却装置。该装置是一种封闭式的喷雾冷却装置，包括喷雾室、储液罐和换热台，所述换热台由热源和微图案化润湿性表面构成，微图案化润湿性表面通过一层导热硅胶粘在热源顶端，热源周围包裹保温层。所述的喷雾冷却装置其特点在于换热面与微图案化润湿性表面直接接触，该表面不仅利于高热流密度下工质的饱和沸腾蒸发，减小液膜厚度，利于蒸汽泡的形成，提高临界热流密度，同时减少工质滞留、结垢。

A spray cooling device

The utility model discloses a spray cooling device. The device is a closed spray cooling device, including spray chamber, liquid storage tank and heat exchanger, and the heat from the heat source and a micro patterned surface wettability, micro patterned surface wettability through a layer of conductive silicone adhesive in the heat insulating layer is wrapped around the top of the heat source. Spray the cooling device is characterized in that the heat transfer surface with micro patterned surface wettability in direct contact, the surface is not only conducive to high heat flow density of working fluid saturated boiling evaporation, reducing the thickness of the liquid film, conducive to the formation of steam bubble, improve the critical heat flux, while reducing fluid retention, scaling.

【技术实现步骤摘要】
一种喷雾冷却装置
本技术涉及强化传热与节能
，具体涉及一种喷雾冷却装置。
技术介绍
近年来，随着电子器件的微型化和高度集成化，电子器件的热耗散呈现快速增加态势。任何电子器件都有其工作温度的极限，如果不采取有效冷却措施保证器件在低于上限温度下工作，轻则大大降低工作效率，严重时会使设备烧毁。开发好的冷却技术能提高电子器件工作的稳定性和高效性，必将使许多行业受益。喷雾冷却技术借助高压气体或本身的压力，使液体通过喷嘴雾化成小颗粒，强制喷射到被冷却物体表面，以实现有效冷却。随着喷雾冷却研究的深入，对光滑表面的研究已经较为充分，研究结果显示液膜蒸发是换热的重要机理之一，而液膜厚度对蒸发换热有至关重要的影响，为此寻求减薄液膜的方法以增强喷雾换热效果成为一种趋势，微结构表面恰能很好地减薄液膜，另外沸腾换热的经验表明，在热表面增设微图案、增加表面粗糙度等措施可明显强化换热。研究表明，液体在表面的自然蒸发受表面润湿性的影响，润湿性决定着液体在表面的分布形态和气液接触面积，大的气液接触面积将有利于液体分子向空气扩散增加蒸发速率。微结构表面能增大气液接触面积，从而增加蒸发效率。但某些微结构表面，例如微槽道表面容易结垢产生污染，同时存在流体流动滞留区，阻碍了传热效率的提高。微图案化润湿性表面将超疏水表面易形成滴状冷凝与亲水表面水滴形核率高的特点有机地结合起来，在微流控制、换热器等方面有广阔的应用前景和巨大的市场效益。将制备的微图案化润湿性表面应用于喷雾冷却装置可有效地增加蒸发传热效率、强化传热。现有的微图案化润湿性表面制备技术报道较少或者制备工艺复杂，设备昂贵，不适宜大面积应用。因此，简化微图案化润湿性表面制备工艺，提高膜基结合力是需要解决的难题。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本技术提供了一种喷雾冷却装置，该喷雾冷却装置其特点在于换热面与微图案化润湿性表面直接接触，该表面不仅利于高热流密度下工质的饱和沸腾蒸发，减小液膜厚度，利于蒸汽泡的形成，提高临界热流密度，同时减少工质滞留、结垢。本技术的技术方案如下。一种喷雾冷却装置，该装置是一种封闭式的喷雾冷却装置，包括喷雾室、储液罐和换热台，所述换热台由热源和微图案化润湿性表面构成，微图案化润湿性表面通过一层导热硅胶粘在热源顶端，热源周围包裹保温层。优选的，所述喷雾室为密闭室，喷雾室顶盖上安装有高度调节器，高度调节器用于调节位于喷雾室内的喷嘴，所述喷嘴上端有冷凝盘管，喷雾室底部、喷嘴下面放置有所述换热台；所述储液罐上设有工质充注口，储液罐的侧面设有出液口，所述出液口依次通过磁力齿轮泵、转子流量计和阀门连接所述喷嘴；所述喷雾室底部设有回液口，所述回液口连接所述储液罐形成封闭式工质循环。优选的，还包括用于检测喷嘴压力的压力传感器和用于检测喷雾室内部压力的压力传感器。优选的，所述压力传感器与数据采集装置连接，数据采集装置与计算机连接。优选的，所述数据采集装置还与换热台连接，数据采集装置与计算机连接，用计算机监控换热台的各项参数（如蒸发过程中的质量变化）。优选的，所述微图案化润湿性表面的厚度为50-500nm。作为优选的方案，所述微图案化润湿性表面的制备包括如下步骤：（1）金属基底清洗：将抛光后的金属基底依次用丙酮、乙醇、盐酸、水超声清洗；（2）阳极氧化：将超声清洗好的金属基底作为阳极，铂片为阴极放入丙三醇、H2O和NH4F组成的电解液中阳极氧化，取出后用水反复冲洗干净，然后干燥；（3）退火：将步骤（2）干燥后的金属基底进行退火，然后自然冷却；（4）疏水处理：将退火后的金属基底浸泡于含疏水剂的有机溶液中密封避光，再固化干燥，便在金属基底上得到完全疏水的表面；（5）图案化处理：将步骤（4）疏水处理后的金属基底置于紫外灯下，将带有定制图案的掩膜置于光源和金属基底之间，紫外光照，金属基底表面被紫外照射的部分发生光化学反应转为亲水表面，掩膜遮盖部分疏水性能不变，便得到微图案化润湿性表面。进一步优选的，步骤（1）所述金属基底为钛片基板。进一步优选的，步骤（1）所述超声清洗的时间均为5-20min；所述盐酸的质量分数为10-30%；所述水为蒸馏水。进一步优选的，步骤（2）所述干燥的温度为80-120℃，时间为20-40min。进一步优选的，步骤（2）所述电解液中H2O的浓度为20-40vol%，NH4F的浓度为1.0-5.0wt%。进一步优选的，步骤（2）所述阳极氧化是在20-50℃恒温水浴，20V-60V电压下，阳极氧化1-4h。进一步优选的，步骤（3）所述退火的温度为200-400℃，时间为1-4h，升温速率为5-10℃·min-1。进一步优选的，步骤（3）所述退火是在箱式电阻炉中进行。进一步优选的，步骤（4）所述疏水剂为氟硅烷；所述有机溶液为正己烷或正庚烷。更优选的，所述氟硅烷可以是十七氟癸基三乙氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷等。进一步优选的，步骤（4）所述密封避光的时间为1-6h；所述固化干燥的温度为100-150℃，时间为1-3h。进一步优选的，步骤（5）所述紫外光照的功率为500W，时间为5-30min。进一步优选的，所述微图案化润湿性表面以金属为基底，表面具有微图案化润湿性，所述图案化指在疏水区上规整分布着亲水区域，亲水区域形状可以是圆形、圆环、星形、三角形、四边形、五边形等规则图形，也可以是任意不规则图形。厚度在50-500nm之间。纯水在亲水部分表面的接触角为0-45度；疏水部分接触角为135-175度。与现有技术相比，本技术的有益效果在于：1）本技术的装置中微图案化润湿性表面亲水部位的钉扎力与超疏水部位的推力的相互作用大大减少了液膜厚度，增大传热速率。2）本技术的装置中微图案化润湿性表面的疏水部位含有大量的成核位点，利于蒸汽泡的形成，提高热流密度，从而增大传热速率。3）将微图案化润湿性表面应用于喷雾冷却装置中，强化传热的同时减少工质滞留、结垢。附图说明图1为本技术喷雾冷却装置的结构示意图；图2a-图2d分别为各实施例所得微图案化润湿性表面的结构示意图。图3为实施例4所得微图案化润湿性表面疏水部分接触角的示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本技术进行详细描述，但是本技术要求保护的范围并不局限于实施例所表述的，本技术的关键是对结构提出的技术方案。以下实施例所述的喷雾冷却装置的结构示意图如图1所示。该装置是一种封闭式的喷雾冷却装置，包括喷雾室16、储液罐2和换热台14，所述换热台由热源12和微图案化润湿性表面13构成，微图案化润湿性表面通过一层导热硅胶粘在热源顶端，热源周围包裹保温层11；所述喷雾室为密闭室，喷雾室顶盖上安装有高度调节器7，高度调节器用于调节位于喷雾室内的喷嘴15，所述喷嘴上端有冷凝盘管6，喷雾室底部、喷嘴下面放置有所述换热台；所述储液罐上设有工质充注口1，储液罐的侧面设有出液口，所述出液口依次通过磁力齿轮泵3、转子流量计4和阀门5连接所述喷嘴；所述喷雾室底部设有回液口，所述回液口连接所述储液罐形成封闭式工质循环；该装置还包括用于检测喷嘴压力的压力传感器和用于检测喷雾室内部压力的压力传感器；所述压力传感器与数据采集装置9连接，数据采集装置与计算机10连接；所述数据采集装置还与换热台连接，用计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种喷雾冷却装置，其特征在于，该装置是一种封闭式的喷雾冷却装置，包括喷雾室（16）、储液罐（2）和换热台（14），所述换热台由热源（12）和微图案化润湿性表面（13）构成，微图案化润湿性表面通过一层导热硅胶粘在热源顶端，热源周围包裹保温层（11）。

【技术特征摘要】
1.一种喷雾冷却装置，其特征在于，该装置是一种封闭式的喷雾冷却装置，包括喷雾室（16）、储液罐（2）和换热台（14），所述换热台由热源（12）和微图案化润湿性表面（13）构成，微图案化润湿性表面通过一层导热硅胶粘在热源顶端，热源周围包裹保温层（11）。2.根据权利要求1所述的一种喷雾冷却装置，其特征在于，所述喷雾室为密闭室，喷雾室顶盖上安装有高度调节器（7），高度调节器用于调节位于喷雾室内的喷嘴（15），所述喷嘴上端有冷凝盘管（6），喷雾室底部、喷嘴下面放置有所述换热台；所述储液罐上设有工质充注口（1），储液罐的侧面设有出液口，所述出液口依次通过磁力齿轮泵（3）、转子流量计（4）和阀...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋翔，朱琦，黄鹏，余永龙，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东,44