一种利用气泡微细化沸腾的超声强化传热池式冷却装置制造方法及图纸

本申请实施例涉及高效换热领域，提供了一种利用气泡微细化沸腾的超声强化传热池式冷却装置；所述装置采用池式热沉设计，将冷却液的流动回路和冷却工质发生气泡微细化沸腾的通道分离，再利用错位倒角通孔下沉加热面，并结合超声波换能器，引入超声空化作用和超声声流作用；在提高气泡微细化沸腾冷却装置的可靠性的基础上，稳定加热面附近冷却工质的过冷度，维持气泡微细化沸腾的稳定发生，以解决常规散热方式无法解决的超高热负荷发热设备的冷却需求。

A pool type cooling device of ultrasonic enhanced heat transfer with micro refinement and boiling of bubbles

The embodiment of the application relates to the field of high-efficiency heat exchange, and provides an ultrasonic enhanced heat transfer pool type cooling device which utilizes the micro refining boiling of bubbles; the device adopts the pool type heat sink design, which separates the flow circuit of the coolant and the channel where the cooling medium produces the micro refining boiling of bubbles, and then uses the through-hole sinking heating surface with the staggered chamfer, and introduces the ultrasonic cavitation in combination with the ultrasonic transducer On the basis of improving the reliability of the bubble micro refining boiling cooling device, stabilize the subcooling degree of the cooling working medium near the heating surface, maintain the stable occurrence of the bubble micro refining boiling, so as to solve the cooling demand of the super high heat load heating equipment which can not be solved by the conventional cooling method.

【技术实现步骤摘要】
一种利用气泡微细化沸腾的超声强化传热池式冷却装置
本申请涉及一种高效换热的冷却装置，特别是涉及一种利用气泡微细化沸腾的超声强化传热池式冷却装置。
技术介绍
随着科学技术的发展，在能源、动力以及航天航空等众多工业领域中，单相换热和常规沸腾等冷却方式，已很难满足高热负荷发热设备发热面的冷却需求。20世纪80年代，日本学者Inada等人发现了一种具有极高换热能力的特殊沸腾现象--气泡微细化沸腾(MicrobubbleEmissionBoiling简称MEB)，(Inada,S.,Miyasaka,Y.,Sakumoto,S.,Izumi,R.,1981.Astudyonboilingcurvesinsubcooledpoolboiling(2ndReport,Aneffectofcontaminationofsurfaceonboilingheattransferandcollapsevaporslug).TransactionofJSME47,2021-2029)。气泡微细化沸腾发生时的热流密度可达10MW/m2，随着冷却工质流过冷度和流速的提高，气泡微细化沸腾所能达到的换热极限不断增加。因此，气泡微细化沸腾现象在解决极高发热设备冷却问题方面具有良好的应用前景。然而，气泡微细化沸腾发生时，气泡破碎会引入剧烈的压力振荡，不可避免对冷却工质流流经的管路和水泵等设备造成一定的损坏，影响其使用寿命；在冷却高热负荷发热设备发热面时，加热面附近冷却工质流发生气泡微细化沸腾所需过冷度不易维持，进而不能保证气泡微细化沸腾的稳定发生；此外，随着加热面氧化，气泡微细化沸腾传热能力下降，甚至不再发生。
技术实现思路
鉴于上述问题，本申请实施例提供一种利用气泡微细化沸腾的超声强化传热池式冷却装置，旨在解决利用气泡微细化沸腾冷却高热负荷发热设备时，冷却装置加热面附近气泡微细化沸腾发生所需的过冷度难以维持、加热面易氧化，以及气泡微细化沸腾的发生对管路和水泵造成损坏等问题。本申请实施例提供了一种利用气泡微细化沸腾的超声强化传热池式冷却装置，所述装置包括：受限水池盖板、散热管、受限水池、超声波换能器、绝热陶瓷块和导热铜块；所述受限水池装有冷却工质，上方设有所述受限水池盖板，所述受限水池盖板用于密封所述受限水池，将所述受限水池内的冷却工质与外界隔离；通过所述受限水池盖板固定所述超声波换能器和所述散热管，所述超声波换能器和所述散热管用于稳定所述冷却工质的过冷度；所述受限水池的底部设置有绝热陶瓷块安装座，通过所述绝热陶瓷块安装座固定所述绝热陶瓷块和所述导热铜块；所述导热铜块的下方涂抹导热硅脂与发热装置相连，所述导热铜块的上部有导热铜芯，所述导热铜芯的上表面为加热面，通过所述绝热陶瓷块下沉所述加热面；其中，所述加热面接触所述冷却工质，发生气泡微细化沸腾，将所述发热装置的热量传导至所述冷却工质。可选地，所述受限水池盖板的下表面的中心设有凹陷安装座，所述超声波换能器中间设有安装环，通过螺栓固定所述凹陷安装座和所述安装环，再采用硅胶密封所述安装环与所述凹陷安装座的接缝，将所述超声波换能器固定于所述受限水池内；所述超声波换能器产生超声波，所述超声波对所述冷却工质引入超声空化作用和超声声流作用，提高冷热流体混合速率，调节所述冷却工质的温度，以稳定所述冷却工质的过冷度。可选地，通过所述受限水池盖板的限制部位，将所述散热管限制于所述受限水池内；所述散热管浸没在所述冷却工质中，冷却液流经所述散热管，吸收所述冷却工质的热量，维持所述冷却工质的温度，以稳定所述冷却工质的过冷度。可选地，所述散热管为盘管，所述受限水池盖板上设有所述盘管的进水口和排水口的连接口；位于所述受限水池盖板下侧的盘管上设有固定环，所述固定环的上方通过硅胶与所述受限水池盖板配合，位于所述受限水池盖板的上侧的盘管开有螺纹，通过螺母和所述固定环将硅胶压紧，以实现将整体盘管限制于所述受限水池内；所述冷却液通过所述进水口流入盘管，吸收所述冷却工质的热量，再通过所述出水口流出盘管，导出所述冷却工质的热量。可选地，所述散热管为塔式热管散热器的热管蒸发端，所述热管蒸发端位于所述受限水池内，除所述热管蒸发端外的所述塔式热管散热器的其他部分位于所述受限水池盖板的上方；所述塔式热管散热器包括：散热风扇、翅片和热管，所述翅片固定在所述热管上，所述散热风扇位于所述翅片两侧；通过热管固定盖的下表面焊接的平行竖板，将所述塔式热管散热器内的所述热管抵在所述受限水池的下表面，进而限制所述塔式热管散热器在垂直方向的移动；所述冷却液在所述热管蒸发端吸收所述冷却工质的热量，汽化为气体冷却液，扩散到热管冷凝端，通过所述散热风扇调节所述热管中的所述气体冷却液，使所述气体冷却液在所述热管冷凝端释放热量，液化为液体冷却液，所述液体冷却液再流回所述热管蒸发端。可选地，所述受限水池盖板的四周开有螺栓孔，所述受限水池盖板的上表面设有工质补充口，所述工质补充口上方开有密封螺纹，以避免液体泄漏；所述受限水池的侧面设有工质排水口；所述受限水池的顶部和底部有凸缘，所述凸缘的四角开有通孔，所述受限水池通孔的孔径与所述受限水池盖板的螺栓孔的孔径相同，螺丝依次穿过所述受限水池盖板的螺栓孔和所述受限水池的通孔，连接所述发热装置，将所述发热装置固定于所述利用气泡微细化沸腾的超声强化传热池式冷却装置。可选地，所述受限水池盖板分为所述热管固定盖与中心盖板，所述中心盖板的四周开有螺栓孔，所述热管固定盖的边缘开有两个通孔，所述受限水池的凸缘处开有对应通孔，通过螺栓连接所述热管固定盖与所述受限水池，以固定塔式热管散热器和所述受限水池；通过所述螺丝连接所述中心盖板、所述受限水池和所述发热装置，所述中心盖板和所述热管固定盖之间的缝隙用耐温胶填充，以封闭所述受限水池。可选地，所述绝热陶瓷块内部开有通孔，以下沉所述加热面；下沉的所述加热面用于避免在发生气泡微细化沸腾时，各所述加热面间的气膜相连；其中，所述绝热陶瓷块内部的通孔为错位倒角通孔，以减小所述加热面下沉对所述冷却工质补充的阻碍作用可选地，所述冷却工质未完全充满所述受限水池，所述受限水池未装有冷却工质的空间为气空间，所述气空间用于吸收和减小冷却工质发生气泡微细化沸腾产生的压力振荡。可选地，通过螺丝依次穿过所述绝热陶瓷块安装座、所述绝热陶瓷块的通孔和所述导热铜块对应位置带螺纹的通孔，再用硅胶密封所述绝热陶瓷块安装座和所述绝热陶瓷块，以固定所述绝热陶瓷块和所述导热铜块。本申请提出的一种利用气泡微细化沸腾的超声强化传热池式冷却装置，通过池式热沉的设计将冷却液的流动回路和冷却工质发生气泡微细化沸腾的通道分离，以使受限水池内冷却工质发生气泡微细化沸腾时剧烈的压力不会影响到冷却液流动回路所在的管路，以及水泵等设备；另外，本申请提出的一种利用气泡微细化沸腾的超声强化传热池式冷却装置结合超声波换能器，引入超声波，通过超声空化作用和超声声流作用，提高受本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用气泡微细化沸腾的超声强化传热池式冷却装置，其特征在于，所述装置包括：受限水池盖板、散热管、受限水池、超声波换能器、绝热陶瓷块和导热铜块；/n所述受限水池装有冷却工质，上方设有所述受限水池盖板，所述受限水池盖板用于密封所述受限水池，将所述受限水池内的所述冷却工质与外界隔离；/n通过所述受限水池盖板固定所述超声波换能器和所述散热管，所述超声波换能器和所述散热管用于稳定所述冷却工质的过冷度；/n所述受限水池的底部设置有绝热陶瓷块安装座，通过所述绝热陶瓷块安装座固定所述绝热陶瓷块和所述导热铜块；/n所述导热铜块的下方涂抹导热硅脂与发热装置相连，所述导热铜块的上部有导热铜芯，所述导热铜芯的上表面为加热面，通过所述绝热陶瓷块下沉所述加热面；/n其中，所述加热面接触所述冷却工质，发生气泡微细化沸腾，将所述发热装置的热量传导至所述冷却工质。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用气泡微细化沸腾的超声强化传热池式冷却装置，其特征在于，所述装置包括：受限水池盖板、散热管、受限水池、超声波换能器、绝热陶瓷块和导热铜块；
所述受限水池装有冷却工质，上方设有所述受限水池盖板，所述受限水池盖板用于密封所述受限水池，将所述受限水池内的所述冷却工质与外界隔离；
通过所述受限水池盖板固定所述超声波换能器和所述散热管，所述超声波换能器和所述散热管用于稳定所述冷却工质的过冷度；
所述受限水池的底部设置有绝热陶瓷块安装座，通过所述绝热陶瓷块安装座固定所述绝热陶瓷块和所述导热铜块；
所述导热铜块的下方涂抹导热硅脂与发热装置相连，所述导热铜块的上部有导热铜芯，所述导热铜芯的上表面为加热面，通过所述绝热陶瓷块下沉所述加热面；
其中，所述加热面接触所述冷却工质，发生气泡微细化沸腾，将所述发热装置的热量传导至所述冷却工质。


2.根据权利要求1所述的利用气泡微细化沸腾的超声强化传热池式冷却装置，其特征在于，所述受限水池盖板的下表面的中心设有凹陷安装座，所述超声波换能器中间设有安装环，通过螺栓固定所述凹陷安装座和所述安装环，再采用硅胶密封所述安装环与所述凹陷安装座的接缝，将所述超声波换能器固定于所述受限水池内；
所述超声波换能器产生超声波，所述超声波对所述冷却工质引入超声空化作用和超声声流作用，提高冷热流体混合速率，调节所述冷却工质的温度，以稳定所述冷却工质的过冷度。


3.根据权利要求1所述的利用气泡微细化沸腾的超声强化传热池式冷却装置，其特征在于，通过所述受限水池盖板的限制部位，将所述散热管限制于所述受限水池内；
所述散热管浸没在所述冷却工质中，冷却液流经所述散热管，吸收所述冷却工质的热量，维持所述冷却工质的温度，以稳定所述冷却工质的过冷度。


4.根据权利要求3所述的利用气泡微细化沸腾的超声强化传热池式冷却装置，其特征在于，所述散热管为盘管，所述受限水池盖板上设有所述盘管的进水口和排水口的连接口；
位于所述受限水池盖板下侧的盘管上设有固定环，所述固定环的上方通过硅胶与所述受限水池盖板配合，位于所述受限水池盖板的上侧的盘管开有螺纹，通过螺母和所述固定环将硅胶压紧，以实现将整体盘管限制于所述受限水池内；
所述冷却液通过所述进水口流入盘管，吸收所述冷却工质的热量，再通过所述出水口流出盘管，导出所述冷却工质的热量。


5.根据权利要求3所述的利用气泡微细化沸腾的超声强化传热池式冷却装置，其特征在于，
所述散热管为塔式热管散热器的热管蒸发端，所述热管蒸发端位于所述受限水池内，除所述热管蒸发端外的所述塔式热管散热器的其他部分位于所述受限水池盖板的上方；所述塔...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐继国，李晓，孙立成，谢果，莫政宇，刘洪涛，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51