基于针状电极的电场强化制冷剂沸腾传热微通道换热器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于针状电极的电场强化制冷剂沸腾传热微通道换热器，由上而下包括通过连接螺栓依次连接的固定盖板、塑料盖板、微通道板、塑料盖板密封圈、微通道基座，所述塑料盖板顶部局部区域沿微通道板的制冷剂流道方向均匀地密封设置有行列分布的若干基于针状电极的电场强化装置，各个基于针状电极的电场强化装置的尖端伸入微通道板中对应的各条微通道内，尾端连接高压电源正极。本发明专利技术通过针状电极的电场布置方式，可将高压电场施加于微通道的特定局部区域，对沸腾汽泡产生巨大的电场作用力，导致汽泡向换热底面移动，汽泡脱离直径变小，脱离频率增大，改善制冷剂流经微通道换热器的内部流型，实现换热效率的优化，结构紧凑，安装简单。

Electric field enhanced refrigerant boiling heat transfer microchannel heat exchanger based on needle electrode

The invention discloses an electric field enhanced refrigerant boiling heat transfer microchannel heat exchanger based on needle electrode. The microchannel heat exchanger comprises a fixed cover plate, a plastic cover plate, a microchannel plate, a plastic cover plate sealing ring and a microchannel base connected successively by connecting bolts. The local area on the top of the plastic cover plate refrigerates along the microchannel plate. A number of electric field strengthening devices based on needle electrodes with uniform row distribution are arranged in the direction of the agent flow passage. The tip of each electric field strengthening device based on needle electrodes extends into the corresponding microchannels in the microchannel plate, and the tail end is connected with the positive electrode of the high voltage power supply. The high-voltage electric field can be applied to the specific local area of the microchannel by the electric field arrangement method of the needle electrode, which produces a huge electric field force on the boiling bubbles, causes the bubbles to move toward the bottom of the heat exchange, reduces the diameter of the bubbles and increases the frequency of the bubbles'detachment, and improves the internal flow pattern of the refrigerant flowing through the microchannel heat exchanger. It realizes the optimization of heat exchange efficiency, compact structure and simple installation.

【技术实现步骤摘要】
基于针状电极的电场强化制冷剂沸腾传热微通道换热器
本专利技术涉及换热器领域，尤其涉及一种基于针状电极的电场强化制冷剂沸腾传热微通道换热器，具体是将针状电极应用于微通道换热器，从而可在微通道局部区域施加高压电场，将电场强化传热技术应用于微通道换热器。
技术介绍
随着现代科技的发展，各种航空航天设备、微电子器械及光学电子元器件等逐渐朝着小型化和高集成度化方向发展，使得集成电路板及电子元器件上热通量迅速增加，如计算机电子芯片上的平均热通量达到2~4.5MW/m2，局部热流密度达12~45MW/m2；在IGBT模块上，芯片的热通量可以达到6.5~50MW/m2，新型电子产品的高热通量给传统的换热技术带来了极大的挑战。传统换热设备在实际工程运用中，其所面临的故障率高、换热效率低、热损失大等问题也日益凸显出来，已然不能满足长远发展的需求。因此研究出具有高传热效率的换热设备，是现代化工业亟待解决的问题之一。自1981年Tuckerman等提出微通道换热器的概念以来，众多的学者研究发现微通道换热器由于具有结构紧凑、比表面积大的优点，强化换热效果非常显著，而如果再结合沸腾传热换热量大、分布均匀的特点，其换热潜力十分巨大。目前基于相变传热技术的微通道换热器已经得到了极大的发展，并被证明具有十分高效的换热性能。为了进一步提高微通道换热器的换热效率，电场强化相变传热技术开始被研究，目前的研究发现高压非均匀电场对微通道内的汽泡具有非常明显的电场力作用，可使汽泡沿电场强度减小的一侧移动，造成汽泡脱离直径减小，脱离频率增大，进而改善通道内的流型，使得换热效率增强，但如果通道内气相比例过大，施加电场反而会恶化传热，而流体流经微通道时，通道内各个位置的气相比例并不相同，将整个微通道都置于高压电场的作用下，电场强化传热效果并不明显，因此，怎样在微通道内部某些局部区域施加高压非均匀电场，从而起到强化整个微通道换热器换热效率的研究成为重点。目前，尚未有可以在微通道局部区域施加电场的微通道换热设备，主要原因有：微通道换热器空间小，且制冷剂作为一种强腐蚀材料，如何在局部区域施加高压电场并实现绝缘和密封成为一个难点；在微通道何处施加高压电场才能与流动沸腾换热互相结合达到最优强化传热也尚需研究，因此有必要提出一种有效的结构形式来解决问题。
技术实现思路
本专利技术针对上述问题和现状，提出了一种基于针状电极的电场强化制冷剂沸腾传热微通道换热器，其通过制冷剂流动沸腾换热技术与电场强化传热技术相协作，以达到更好的强化换热效果。本专利技术通过以下设计方案来解决上述提出的问题：一种基于针状电极的电场强化制冷剂沸腾传热微通道换热器，由上而下包括通过连接螺栓依次连接的固定盖板、塑料盖板、微通道板、塑料盖板密封圈、微通道基座，所述塑料盖板顶部局部区域沿微通道板的制冷剂流道方向均匀地密封设置有行列分布的若干基于针状电极的电场强化装置，各个所述基于针状电极的电场强化装置的尖端伸入微通道板中对应的各条微通道内，尾端连接高压电源正极。进一步地，所述的基于针状电极的电场强化装置分布在所述塑料盖板顶部靠近所述微通道板的制冷剂入口端的局部区域内。进一步地，每个所述的基于针状电极的电场强化装置均包括有开孔塑料螺丝、硅胶管、针状电极，所述针状电极依次穿入开孔塑料螺丝和硅胶管，所述塑料盖板顶部贯穿设置有与所述开孔塑料螺丝和硅胶管的相配合的电极安装孔。进一步地，所述的电极安装孔为阶梯孔，所述阶梯孔上部为连接开孔塑料螺丝的内螺孔，中部为与硅胶管密封配合的锥孔，下部为供针状电极通过的细长通孔。进一步地，所述针状电极由不锈钢材料制成，直径为0.1mm~0.8mm。进一步地，所述针状电极的电极尖端部分距微通道底部0.8~1.2mm。进一步地，所述微通道板的高为40~60mm，宽为80~120mm，长为220mm~260mm，由6~40条微通道构成微通道群组，所述微通道形状为矩形，高为0.5mm~1mm、宽为0.2mm~2mm。进一步地，所述塑料盖板顶部在各列基于针状电极的电场强化装置之间贯穿设置有若干可视化窗口，所述可视化窗口内通过玻璃密封圈密封设置有可视化玻璃片。进一步地，所述微通道板两侧分别设置有用于安装温度传感器和压力传感器的微通道板温度测孔和微通道板压力测孔。进一步地，所述微通道基座两端分别设置有制冷剂进出口，中部设置用于安装所述微通道板的微通道板槽，所述的制冷剂进出口与微通道板槽之间设置有稳流腔，所述微通道基座的两侧设置有与所述微通道板的微通道板温度测孔和微通道板压力测孔相对应的基座温度测孔和基座压力侧孔。本专利技术的主要工作原理：制冷剂在微通道内流动时，在较高热流密度作用下会产生大量汽泡，表现为剧烈的流动沸腾现象。流动沸腾过程中，一方面液体相变需要的汽化潜热会带走大量的热量，另一面大量汽泡的形成、生长、脱离和聚合会极大破坏流体的温度边界层，强化换热过程，因此微通道流动沸腾是一种极具潜力的微电子换热方法。但当热流密度过高时，大量汽泡汇聚成大汽泡，受通道尺寸限制，难以及时排出，造成微通道内干度过大甚至干涸，沸腾状况也由核态沸腾转为膜态沸腾，传热效率反而恶化。在微通道局部区域施加高压非均匀电场，利用电场力对汽泡运动和气液边界面的作用，可以对汽泡层产生扰动，使膜态沸腾向核态沸腾转化，使得换热表面的热阻减小，从而使传热系数得到提高，另外利用高压电场力对汽泡运动的影响，还可控制通道内流体流动沸腾的流型，使之形成最有利于传热的稳定泡状流，从而最大程度发挥微通道流动沸腾的传热潜力。相比现有技术，本专利技术的主要优点在于：1、本专利技术将高压非均匀电场施加于微通道换热器局部区域，并通过调节电场强度、改变电场位置等手段，可有效控制微通道换热器沸腾传热的内部流型，从而实现最优强化传热的目的，解决了该型换热器适用热流密度较低、内部流动不可控的问题；2、本专利技术电极采用针状电极，电极顶端距微通道距离很小，可在低电压条件下在微通道局部区域形成高强度电场；3、本专利技术所用材料均为工业用常见材料，价格便宜；结构简单，加工方便，结构稳定性强。附图说明图1为本专利技术实施例的基于针状电极的电场强化制冷剂沸腾传热微通道换热器爆炸示意图。图2为专利技术实施例的针状电极结构图。图3为专利技术实施例的针状电极安装示意图。图4为专利技术实施例的开有电极插孔和可视化窗口的塑料盖板立体结构示意图。图5为专利技术实施例的微通道板立体结构示意图。图6为图5中的B处的横向剖视示意图。图7为专利技术实施例的微通道基座立体结构示意图。图8为专利技术实施例的微通道基座的主视示意图。图9为专利技术实施例的微通道基座的俯视示意图。图10为图9中A-A剖视示意图。图11为专利技术实施例的微通道基座的后视示意图。图12为专利技术实施例的微通道基座的左视示意图。1-连接螺栓；2-开孔塑料螺丝；3-硅胶管；4-针状电极；5-固定盖板；6-塑料盖板；7-玻璃密封圈；8-可视化玻璃片；9-微通道板；10-塑料盖板密封圈；11-微通道基座；12-制冷剂进出口连接螺丝；13-硅胶管；14-中心孔；15-基座螺栓孔；16-固定盖板螺栓孔；17-可视化窗口；18-电极安装孔；19-微通道；20-微通道板温度测孔；21-微通道板压力测孔；22-稳流腔；23-制冷剂进出口；24-基座温度测孔；25-微通道板槽；26-密封槽；2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于针状电极的电场强化制冷剂沸腾传热微通道换热器，由上而下包括通过连接螺栓(1)依次连接的固定盖板(5)、塑料盖板(6)、微通道板(9)、塑料盖板密封圈(10)、微通道基座(11)，其特征在于：所述塑料盖板(6)顶部局部区域沿微通道板(9)的制冷剂流道方向均匀地密封设置有行列分布的若干基于针状电极的电场强化装置，各个所述基于针状电极的电场强化装置的尖端伸入微通道板(9)中对应的各条微通道(19)内，尾端连接高压电源正极。

【技术特征摘要】
1.一种基于针状电极的电场强化制冷剂沸腾传热微通道换热器，由上而下包括通过连接螺栓(1)依次连接的固定盖板(5)、塑料盖板(6)、微通道板(9)、塑料盖板密封圈(10)、微通道基座(11)，其特征在于：所述塑料盖板(6)顶部局部区域沿微通道板(9)的制冷剂流道方向均匀地密封设置有行列分布的若干基于针状电极的电场强化装置，各个所述基于针状电极的电场强化装置的尖端伸入微通道板(9)中对应的各条微通道(19)内，尾端连接高压电源正极。2.根据权利要求1所述的基于针状电极的电场强化制冷剂沸腾传热微通道换热器，其特征在于：所述的基于针状电极的电场强化装置分布在所述塑料盖板(6)顶部靠近所述微通道板(9)的制冷剂入口端的局部区域内。3.根据权利要求1所述的基于针状电极的电场强化制冷剂沸腾传热微通道换热器，其特征在于：每个所述的基于针状电极的电场强化装置均包括有开孔塑料螺丝(2)、硅胶管(3)、针状电极(4)，所述针状电极(4)依次穿入开孔塑料螺丝(2)和硅胶管(3)，所述塑料盖板顶部贯穿设置有与所述开孔塑料螺丝(2)和硅胶管(3)的相配合的电极安装孔(18)。4.根据权利要求3所述的基于针状电极的电场强化制冷剂沸腾传热微通道换热器，其特征在于：所述的电极安装孔(18)为阶梯孔，所述阶梯孔上部为连接开孔塑料螺丝(2)的内螺孔，中部为与硅胶管(3)密封配合的锥孔，下部为供针状电极(4)通过的细长通孔。5.根据权利要求3所述的基于针状电极的电场强化制冷剂沸腾传热微通道换热器，其特征在于：所述针状电极(4)由不锈钢材料制成，直径为0.1mm~...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗小平，郭峰，章金鑫，冯振飞，王文，廖政标，李海燕，王兆涛，王梦圆，袁伍，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44