基本信息
- 项目名称：
- 模块化大功率电子组件单元便携式冷却系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本作品以喷雾相变冷却为核心，利用喷雾相变换热取代常规制冷系统中蒸发吸热；从而形成闭式冷却系统。利用薄膜电阻作为模拟热源;热沉上共开8个小孔，用于装置热电偶，监控喷雾冷却的换热效果。温度信号由Agilent数采仪采集，然后传入电脑中通过专业软件进行分析。系统冷却热流密度高，整个系统体积不超过0.14m3，便于携带。
- 详细介绍：
- 系统整体热力循环如下，经由压缩机P压缩后的高压气态制冷工质R134a进入空气冷凝器Q2，通过强制对流换热被冷凝成高压液态R134a，然后经过调节阀后进入喷淋腔中的压力式喷嘴被节流、喷射到热沉表面，汽化吸收潜热达到制冷效果。工作后的气态制冷工质与部分阀液共同进入辅热装置；在喷淋腔中未汽化的工质在辅热装置中被完全汽化，从而保证压缩机的进口处无液态工质存在，确保压缩机的正常工作。系统的设计参数如表3-1所示；压缩机选用泰康CAJ4511Y的1P压缩机，冷凝器为1P空气冷凝器。喷嘴选取Spray公司的B1/4TT-SS+TG-SS0.3型喷嘴。该喷嘴属于压力式喷嘴，在压降为1.5bar时喷雾角度为50°，压降为6bar时喷雾角度为61°。 喷淋腔由高质量不锈钢制成，上部不锈钢顶盖与喷嘴的链接管通过电焊链接，顶盖与腔体间加密封垫（聚四氟乙烯垫）后通过螺纹连接，螺纹密闭链接后，接缝处涂抹压力密封胶，强化腔体的密闭性。底部的热沉采取和顶盖相同的链接密封方式与腔体链接。 为使热源温度分布均匀，热损失少本做品使用薄膜电阻作为模拟热源。其结构如图3-3所示。薄膜电阻铂置于BeO陶瓷基底底部，用铜片做成的电极直接通过锡焊链接在薄膜电阻上，通过直流电源加热。 本系统整体采用铜盘管链接，系统为箱体式设计，配有移动滑轮，整体体积小，便于移动。内部管路设计简洁，链接紧凑，运行过程中易于掌握整体的工作情况及各部分的工作状态；出现问题时便于及时分析解决。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品设计、发明目的： 因此本作品旨在设计、发明模块化大功率电子组件便携式散热系统。 作品设计、发明基本思路： 传统的冷却技术已经不能满足当前电子元件对热环境管理的要求，雾化相变冷却以其独有的高热流密度，严格的温度控制能力得到了国内外的广泛研究。因此，本设计将喷雾相变冷却用于传统的制冷循环中，设计制作出具有高热流密度、低换热面温度的闭式便携式冷却系统。 主要创新点： 1.选用R134a作为喷雾相变冷却工质，采用压力式喷嘴 2.整个系统在最大程度上缩小体积，降低重量，方便移动，符合便携式要求。 技术关键： 1.整个系统的参数设计，系统的匹配是本设计的技术关键点之一。 2.由于喷雾相变冷却的性能受众多参数有关，因此多参数相耦合的作用机制将决定系统性能的优劣，探求多参数耦合关系成为影响系统性能的关键问题。 3.采用薄膜加热电阻模拟高热流密度电子元件，具备热响应迅速、温度均匀等特点。 4.全面实时监控系统，取得有效数据是本设计的关键点。设计人性化控制界面，方便信息提取和工况调节，有力于实时监控冷却系统。 主要技术指标： 1.系统冷却能力包括：系统冷却功率，冷却热流密度，换热系数。 2.系统的温度控制能力包括：冷却表面的表面温度，及表面温度的均匀性。 3.系统稳定性，系统能在较长时间内安全、可靠、稳定工作。 4.外形紧凑、重量轻便。
科学性、先进性
- 与传统的冷却技术相比，喷雾相变冷却技术能获得非常高的热流密度。喷雾冷却能使换热面的温度均匀分布。喷雾冷却与其他高热流密度冷却技术相比有相对较低的流速，流速直接影响循环系统的构件，主要对泵和连接管道有影响。因此相变喷雾冷却具有高冷却热流密度和严格的温度控制能力，适合高功率电子元件的冷却。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 适用于各种高功率、高热流密度的电子元件冷却。市场前景广阔，是新一代高功率电子产品冷却技术。
同类课题研究水平概述
- 从二十世纪八十年代开始，国内外的一些研究机构和高校就开展了喷雾相变冷却的研究，并积累了大量的实验结论和研究理论，然而喷雾相变冷却是一个极其复杂的过程，到目前为止仍没有对喷雾冷却的换热机理及影响因素有完全的认识。下面概述国内外的研究现状及研究重点。 综上所述，国内外对喷雾冷却的研究还主要集中在对其机理及如何提高其换热性能的研究，而对于实际的应用鲜有报道。本作品是以大功率激光武器散热系统实际应用为设计初衷，使用R134a为制冷工质，将喷雾冷却用于传统制冷循环，设计制作而成的闭式便携式制冷系统。属于国内一流、国际领先的发明。
