CN110455112A - 一种强化传热装置及强化传热方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种强化传热装置及强化传热方法，该强化传热装置包括电源组件、壳体和导电传热板；壳体与导电传热板固定连接并围合形成一容置腔体，容置腔体内填充有由导热颗粒和传热流体组成的混合传热工质；电源组件的两极分别与导电传热板和混合传热工质电性连接。通过以上方式，本发明强化传热装置在使用过程中通过电源组件向导电传热板和混合传热工质之间施加交流电压，并通过控制电压调控导电传热板/汽泡/混合传热工质形成的三相接触线附近扰动，强化传热，同时可有效抑制混合传热工质中导热颗粒在传热壁面沉积，保持导热颗粒对三相接触线持续、均匀稳定的扰动，结构简单，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及散热技术领域，具体涉及一种强化传热装置及强化传热方法。
背景技术
能源的开发和利用一直是人类长足发展的研究课题，随着不可再生资源的逐步匮乏，世界各国一方面积极探索和开发新能源，另一方面也在积极研究提高能源转化效率的方式和技术。其中，强化沸腾技术的突破将对石油化工、航空航天、微电子机械等领域的能源有效利用带来极大的贡献，从而提高能源利用率。
近年来，纳米流体传热(即将纳米颗粒分散到导热液体中)这一新型的换热方式得到了广泛的使用和关注，纳米流体强化沸腾传热是目前研究的热点内容。纳米流体可显著地影响壁面特性；其在基液中的沉积可改变壁面接触角，纳米流体导热率增加，以及纳米颗粒的扰动是强化传热的几个主要因素。采用纳米流体进行沸腾实验，可显著提高最大临界热流密度(CHF)，进而提高传热效率。然而，采用纳米流体强化沸腾传热通常需要对纳米流体进行预处理，以使其成为均匀、稳定、不易沉降的流体。例如，通常需要在流体中加入复杂的分散剂进行磁力搅拌，并需要给予一定时间稳定样品，以保证纳米颗粒在流体中均匀分布，这些处理工序往往复杂、耗时，且需要消耗其他化学试剂，增大时间和经济成本。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种强化传热装置及强化传热方法。
本发明所采用的技术方案是：一种强化传热装置，包括电源组件、壳体和导电传热板；所述壳体与所述导电传热板固定连接并围合形成一容置腔体，所述容置腔体内填充有混合传热工质，所述混合传热工质由导热颗粒和传热流体混合组成；所述电源组件的两极分别与所述导电传热板和所述混合传热工质电性连接。所述电源组件一般为交流电源组件。
根据本发明一具体实施例，所述导电传热板包括电极层和传热板，所述壳体与所述传热板固定连接并围合形成一容置腔体，所述电极层设于所述传热板朝向所述容置腔体的表面上；所述电源组件的两极分别与所述电极层和所述混合传热工质电性连接。
根据本发明一具体实施例，所述壳体通过所述电极层与所述传热板固定连接并围合形成一容置腔体。
根据本发明一具体实施例，所述电极层与所述传热板之间设有粘合剂层，所述电极层与所述壳体通过封装胶固定连接。
根据本发明一具体实施例，所述导热颗粒选自金属颗粒、金属氧化物颗粒、沸石、石墨烯中的至少一种。优选地，所述导热颗粒的粒径为100μm～5nm。
根据本发明一具体实施例，所述传热流体为极性液体。优选地，所述传热流体选自水、醇类、导热油中的至少一种。
根据本发明一具体实施例，所述容置腔体为上部开口的容置腔体或密闭的容置腔体。
另外，本发明还提供了一种强化传热方法，包括以下步骤：
S1、采用以上任一种强化传热装置，将传热板与发热元件接触；
S2、通过电源组件向导电传热板与混合传热工质之间施加交流电压。
本发明的有益技术效果是：本发明提供一种强化传热装置及强化传热方法，该强化传热装置可利用交流电电润湿技术和小颗粒流体技术结合实现强化传热，其通过在壳体与导电传热板围合形成的容置腔体内填充由导热颗粒和传热流体组成的混合传热工质，将电源组件的两极分别与导电传热板和混合传热工质电性连接，以在使用时可通过电源组件通入交流电驱动导电传热板/汽泡/混合传热工质形成的三相接触线周期振动，形成震荡扰动效应，增强传热效率；并且可通过控制电压的大小调控三相接触线附近的扰动情况，改变加热壁面的汽泡生成情况，使得传热过程变得可控；此外，交流电润湿所带来的三相接触线附近扰动，可有效抑制混合传热工质中导热颗粒的沉积，因此不需对混合传热工质进行预处理，可在使用过程中直接通过加电的方式保持导热颗粒对三相接触线持续、均匀稳定的扰动，从而极大节约时间成本和经济成本。
说明书附图
为了更清楚的说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单说明。
图1是本发明强化传热装置一实施例的结构示意图；
图2为图1所示强化传热装置的工作原理示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本发明中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关系来说的，而术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，在不冲突的情况下本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参阅图1，图1是本发明强化传热装置一实施例的结构示意图。如图1所示，本实施例强化传热装置包括电源组件1、壳体2和导电传热板，壳体1与导电传热板固定连接并围合形成一容置腔体，容置腔体内填充有混合传热工质3，混合传热工质由导热颗粒和传热流体组成，电源组件1为交流电源组件，电源组件1的两极分别与导电传热板和混合传热工质3电性连接。
壳体1具体可选用有机玻璃壳体或其他材质的壳体。本实施例中，导电传热板包括电极层4和传热板5，电极层4与传热板5之间设有粘结剂层6，以通过粘结剂层6将电极层固定与传热板5朝向容置腔体的表面上；壳体2固定于传热板5上的电极层4上，以通过电极层4与传热板5固定连接。电极层4和壳体2通过封装胶7固定连接，以保证密封性。在其他实施例中，壳体2也可与传热板5直接固定连接。另外，在其他实施例中，导电传热板也可采用兼具导电和导热特性的材料所制成的单层导电传热板结构。
在本实施例中，壳体2与传热板5通过电极层4固定连接并围合形成一上部开口的容置腔体，且整体呈方形结构，传热板5设于容置腔体的侧边。容置腔体上部开口可便于使用过程气体的排出，传热板5设于容置腔体的侧边，可更利于装置工作过程所产生汽泡的上升脱附。在其他实施例中，传热板5也可设于容置腔体的底部；容置腔体也可设置为密闭的形式，而为了避免使用过程中产生气体内部压力过大，也可进一步设置相应的排气口，以便于排气。
容置腔体内填充有混合传热工质3，混合传热工质3由导热颗粒和传热流体组成，导热颗粒的添加量一般为传热流体质量的0.1～1％，优选为0.1％。其中，传热流体一般采用极性液体，具体可采用水、醇类、导热油等，如超纯水、蒸馏水、乙醇、乙二醇、硅油等。导热颗粒一般采用与传热流体之间具有化学惰性(即不易或不与电解质溶液发生化学反应)的导热固体颗粒，具有可采用金属颗粒(如Cu、Al等)、金属氧化物颗粒(如CuO、Al2O3、ZnO、TiO2)、沸石、石墨烯等；导热颗粒的粒径一般为100μm～5nm。
请参阅图2，图2为图1所示强化传热装置的工作原理示意图。如图2所示，强化传热装置在工作时，传热板5与发热元件(图中未示出)接触，同时通过电源组件1对电极层4和混合传热工质3之间施压交流电压，此时，电极层4同时作为电极和传热壁面；通过发热元件进行加热，热量通过传热板5传至电极层4，进而传至混合传热工质3，混合传热工质2中的传热流体受热达到起始沸点(ONB)后，会在传热壁面形成不规则的小汽泡8；通过电源组件1向电极层4和混合传热工质3之间施压交流电压，并通过改变电压大小和方向间接控制电极层/汽泡/混合传热工质的三相接触线附近的扰动性，强化控制传热过程；三相接触线附近的扰动，不需对混合传热工质3进行预处理，可直接在使用过程中通过调控电压有效抑制混合传热工质3中导热颗粒的沉积，避免导热颗粒在传热壁面沉积影响汽泡生成和脱附的稳定性，保持导热颗粒对三相接触线持续、均匀稳定的扰动，提高强化效率，节约时间成本和经济成本，结构简单，易于推广应用。
本发明还提供了一种强化传热方法，包括以下步骤：采用以上任一种强化传热装置，将传热板与发热元件接触，并通过电源组件向导电传热板和混合传热工质之间施加电压。该强化传热方法的原理与以上结合图2所描述的工作原理基本相同，其通过电源组件向导电传热板和混合传热工质之间施加交流电压，以通过控制电压调控导电传热板/汽泡/混合传热工质形成的三相接触线附近扰动，强化传热，同时可有效抑制混合传热工质中导热颗粒在传热壁面沉积，保持导热颗粒对三相接触线持续、均匀稳定的扰动。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所述权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种强化传热装置，其特征在于，包括电源组件、壳体和导电传热板；所述壳体与所述导电传热板固定连接并围合形成一容置腔体，所述容置腔体内填充有混合传热工质，所述混合传热工质由导热颗粒和传热流体混合组成；所述电源组件的两极分别与所述导电传热板和所述混合传热工质电性连接。
2.根据权利要求1所述的强化传热装置，其特征在于，所述导电传热板包括电极层和传热板，所述壳体与所述传热板固定连接并围合形成一容置腔体，所述电极层设于所述传热板朝向所述容置腔体的表面上；所述电源组件的两极分别与所述电极层和所述混合传热工质电性连接。
3.根据权利要求2所述的强化传热装置，其特征在于，所述壳体通过所述电极层与所述传热板固定连接并围合形成一容置腔体。
4.根据权利要求3所述的强化传热装置，其特征在于，所述电极层与所述传热板之间设有粘合剂层，所述电极层与所述壳体通过封装胶固定连接。
5.根据权利要求1所述的强化传热装置，其特征在于，所述导热颗粒选自金属颗粒、金属氧化物颗粒、沸石、石墨烯中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的强化传热装置，其特征在于，所述导热颗粒的粒径为100μm～5nm。
7.根据权利要求1所述的强化传热装置，其特征在于，所述传热流体为极性液体。
8.根据权利要求7所述的强化传热装置，其特征在于，所述传热流体选自水、醇类、导热油中的至少一种。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的强化传热装置，其特征在于，所述容置腔体为上部开口的容置腔体或密闭的容置腔体。
10.一种强化传热方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采用权利要求1-9中任一项所述的强化传热装置，将传热板与发热元件接触；
S2、通过电源组件向导电传热板与混合传热工质之间施加交流电压。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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