一种以纳米流体为冷却介质且介质可循环的喷雾冷却系统技术方案

本发明专利技术公开了一种以纳米流体为冷却介质且介质可循环的喷雾冷却系统，包括喷雾支路和缓压支路，所述喷雾支路包括通过管路依次连接的储液罐、过滤器、微泵、减压器、第一流量计、喷嘴、喷雾室、换热器，喷嘴设在喷雾室内，喷雾室内设有待冷却板面和导热柱，待冷却板面与导热柱连接，导热柱与发热设备连接，储液罐中储存纳米流体；缓压支路包括流量调节阀和第二流量计。本发明专利技术使用导热系数较高的纳米流体作为整个喷雾冷却系统的冷却介质，对高功率电子设备和大型雷达站或高热流的激光设备进行高效热控处理。整个系统运行安全稳定，流量调节简单易操作，工质可以循环利用，散热效率较高，能满足复杂高热流环境下的热控需要。

【技术实现步骤摘要】
一种以纳米流体为冷却介质且介质可循环的喷雾冷却系统
本专利技术属于高热流密度设备冷却领域，更具体地说是应用于高端服务器、大型雷达、大功率激光设备的喷雾冷却系统。
技术介绍
科技发展日新月异，高端电子芯片、大型雷达、高端服务器等电子元器件的功率密度逐年增长，随之而来的热量堆积和温度增高对设备的使用寿命和性能稳定性有着很大的消极影响。因此在有限空间中的高效散热成为了高性能、高集成电子设备发展的瓶颈。高功率电子设备产生的热量主要通过热传导从封装内部传递到封装外部，然后通过受迫风冷和液冷等冷却方式排放到环境中去。这些常规的散热处理的优点是原理简单、便捷可靠，能适应大部分常规的生产需要，但在面对高热流电子设备时，散热能力、散热均匀性、散热效率则稍显不足。喷雾冷却是一种新兴、高效的散热解决方案。相比较传统的热控方法，喷雾冷却具有众多优点：散热能力强、控温响应快、接触热阻小、工质需求少和过热度低。据公开资料，喷雾冷却的最大散热热流甚至可以达到1000W/cm2以上，其应用潜力可以满足下一代高性能大功率电子设备的热控需求。纳米流体是在普通散热流体中加入纳米级的金属或非金属颗粒，使流体的导热系数，以及对流传热系数得到大幅度的提高，而喷雾冷却则是通过强化液滴冲击被加热表面形成强烈扰动，以及被加热表面液膜内部的沸腾传热，液膜表面蒸发的相变强化传热。喷雾冷却和纳米流体的两者结合，将极大地提高冷却散热系统的冷却效率。已有部分专利提出了喷雾冷却在机载领域的应用方法，如专利CN201710789248.4提出了一种以氨为冷却介质的机载开式喷雾冷却系统，主要特点是使用氨作为冷却介质，应用于高空飞行的军用飞机，适用于超低温的高空环境，但介质氨的储存要求苛刻，不适用非高空的高功率电子设备的散热处理。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种以纳米流体为冷却介质且介质可循环的喷雾冷却系统，散热效率较高，能满足复杂高热流环境下的热控需要。为了解决上述技术问题，本专利技术采取以下技术方案：一种以纳米流体为冷却介质且介质可循环的喷雾冷却系统，包括喷雾支路和缓压支路，所述喷雾支路包括通过管路依次连接的储液罐、过滤器、微泵、减压器、第一流量计、喷嘴、喷雾室、换热器，，喷嘴设在喷雾室内，喷雾室内设有待冷却板面和导热柱，待冷却板面与导热柱连接，导热柱与发热设备连接，储液罐中储存纳米流体；缓压支路包括流量调节阀和第二流量计，流量调节阀的进口端通过管路与减压器的出口端连接，流量调节阀的出口端通过管路与第二流量计的进口端连接，第二流量计的进口端通过管路与储液罐连接。所述导热柱装接有温度监测装置。所述微泵的电源输入端装接有无极调压器。所述换热器为蜂巢式结构，在冷却系统中该换热器与喷雾室的距离最远。所述导柱热采用金属材料制成，该金属材料包括铜或铝。所述纳米流体选用金属氧化物纳米颗粒、乙二醇和分散剂形成的纳米流体，金属氧化物纳米颗粒包括但不限于CuO、Al2O3、Fe3O4。本专利技术将喷雾冷却的高效散热和纳米流体的高导热性两者结合起来，并应用到整个冷却系统中去，最大化地提高系统散热效率；其二，纳米流体介质可以被循环利用，达到节约冷却介质的效果；其三，导热柱温度的实时监测给整个系统的功耗选择提供参考。本专利技术提出的方案对高功率电子设备和大型雷达站或高热流的激光设备进行高效热控处理，散热效率较高，能满足复杂高热流环境下的热控需要。附图说明附图1为本专利技术的管路连接原理示意图。具体实施方式为能进一步了解本专利技术的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。如附图1所示，本专利技术揭示了一种以纳米流体为冷却介质且介质可循环的喷雾冷却系统，包括喷雾支路和缓压支路，所述喷雾支路包括通过管路依次连接的储液罐2、过滤器3、微泵4、减压器5、第一流量计6、喷嘴7、喷雾室8、换热器12，喷嘴7设在喷雾室8内，喷雾室8内设有待冷却板面9和导热柱10，待冷却板面9与导热柱10连接，导热柱10与发热设备连接，储液罐中储存纳米流体；缓压支路包括流量调节阀13和第二流量计14，流量调节阀13的进口端通过管路与减压器5的出口端连接，流量调节阀13的出口端通过管路与第二流量计14的进口端连接，第二流量计14的进口端通过管路与储液罐2连接，通过缓压支路，可以有效调整整个系统管路的流体压力。比如导热柱与高功率电子设备和大型雷达站或高热流的激光设备连接，设备产生的热量传递到导热柱，热量集聚在待冷却板面。微泵与电源连接后运行，将储液罐中的纳米流体抽出，先经过过滤器过滤，避免杂质进入到各个部件。通过第一流量计和第二流量计实现纳米流体在喷雾冷却中合适流量和压力。在储液罐处还可设置介质出口，引导介质定向流出。所述导热柱10装接有温度监测装置11，通过温度监测装置实时监测导热柱的温度。作为整个系统调节流量和压力的参考，温度过高时，需要加大流量，反之则减少流量，以保证整个系统的功耗在合理区间范围内。温度监测装置可与相应的控制器连接，控制器用来控制微泵的运行功率、第一流量计、第二流量的开度等。所述微泵的电源输入端装接有无极调压器，可以做到无间隔调整功率，实现微泵的功率调整，节省能耗。所述换热器为蜂巢式结构，散热面积较大，换热效率高，而且在整个冷却系统中换热器的放置位置距喷雾室最远。所述导柱热采用金属材料制成，该金属材料包括铜或铝，或者其他高导热金属或者高导热材料制成。所述纳米流体选用金属氧化物纳米颗粒、乙二醇和分散剂形成的纳米流体，金属氧化物纳米颗粒包括但不限于CuO、Al2O3、Fe3O4。工作流体介质纳米流体由于是不同的纳米颗粒和不同的基液配合分散剂混合而成，系统长时间不使用时，纳米流体可能会有所沉积，需要更换纳米流体。在整个系统工作时，换热器的作用是将升温的纳米流体恢复成常温，以便纳米流体的回收利用。换热器12采用新型结构，处在整个系统中离喷雾室8最远的地方。本专利技术以应用于大型雷达为例进行说明，在启动喷雾冷却系统之前，先打开导热柱上的温度监测装置，待导热柱上温度达到一定程度时，这时候启动系统。储液罐中的纳米流体介质在微泵4的驱动下，流经过滤器3、减压器5、第一流量计6，然后进入喷雾室8，经过喷雾喷嘴7雾化后与待冷却表面9接触，带走导热柱10从大型雷达发热部分导出的热量。待冷却表面温度降低，纳米流体温度升高，进入换热器12，完成纳米流体和周围环境的热交换，恢复低温的纳米流体回到储液罐2，继续下一个工作循环。需要说明的是，以上仅为本专利技术的优选实施例而已，并不用于限制本专利技术，尽管参照实施例对本专利技术进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种以纳米流体为冷却介质且介质可循环的喷雾冷却系统，包括喷雾支路和缓压支路，其特征在于，所述喷雾支路包括通过管路依次连接的储液罐、过滤器、微泵、减压器、第一流量计、喷嘴、喷雾室、换热器，，喷嘴设在喷雾室内，喷雾室内设有待冷却板面和导热柱，待冷却板面与导热柱连接，导热柱与发热设备连接，储液罐中储存纳米流体；缓压支路包括流量调节阀和第二流量计，流量调节阀的进口端通过管路与减压器的出口端连接，流量调节阀的出口端通过管路与第二流量计的进口端连接，第二流量计的进口端通过管路与储液罐连接。

【技术特征摘要】
1.一种以纳米流体为冷却介质且介质可循环的喷雾冷却系统，包括喷雾支路和缓压支路，其特征在于，所述喷雾支路包括通过管路依次连接的储液罐、过滤器、微泵、减压器、第一流量计、喷嘴、喷雾室、换热器，，喷嘴设在喷雾室内，喷雾室内设有待冷却板面和导热柱，待冷却板面与导热柱连接，导热柱与发热设备连接，储液罐中储存纳米流体；缓压支路包括流量调节阀和第二流量计，流量调节阀的进口端通过管路与减压器的出口端连接，流量调节阀的出口端通过管路与第二流量计的进口端连接，第二流量计的进口端通过管路与储液罐连接。2.根据权利要求1所述的以纳米流体为冷却介质且介质可循环的喷雾冷却系统，其特征在于，所述导热柱装接有温度监测装置。3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：楚豫川，尹陈志，曹勇，杨智，林兴发，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：广东,44