本发明涉及换热器领域，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。
背景技术：
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。
技术实现要素：
本发明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。
本发明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。
本发明的主要工作原理：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，本发明的主要优点在于：
1、本发明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、本发明电极采用针状电极，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、本发明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为本发明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为发明实施例的针状电极结构图。
图3为发明实施例的针状电极安装示意图。
图4为发明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为发明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为发明实施例的微通道基座立体结构示意图。
图8为发明实施例的微通道基座的主视示意图。
图9为发明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为发明实施例的微通道基座的后视示意图。
图12为发明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；27-上部测温孔；28-底部测温孔；29-基座压力侧孔；30-稳流腔测温孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体例子来阐述该微通道换热器的发明目的和实施方式，实施例在此不能一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。
实施例
如图1所述，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，由上而下包括通过环绕在换热器外围的22个连接螺栓1依次连接的固定盖板5、聚四氟乙烯材质的塑料盖板6、微通道板9、聚四氟乙烯材质的塑料盖板密封圈10、微通道基座11，所述塑料盖板6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9中对应的各条微通道19内，尾端连接高压电源正极。
如图4所示，所述塑料盖板6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17，所述可视化窗口17内通过玻璃密封圈7密封设置有可视化玻璃片8，安装时先在所述可视化窗口17的密封槽上垫上玻璃密封圈7，再将所述可视化玻璃片8安装进去，连接螺栓1拧紧后即可在保证密封的同时实现可视化效果。
本实施例中，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，也就是设在制冷剂流经所述微通道板9的上游区域。
具体而言，如图2和图3所示，每个所述的基于针状电极的电场强化装置均包括有m5开孔塑料螺丝2、硅胶管3、针状电极4，所述开孔塑料螺丝2为尼龙螺丝，中部开设有一个直径为0.8mm的中心孔14，所述针状电极4由不锈钢材料制成，直径为0.1mm~0.8mm。
所述针状电极4依次穿入开孔塑料螺丝2和硅胶管3的中心孔14，同时，所述针状电极4的电极尖端部分距微通道19底部1mm。相应地，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。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m5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通过的直径为0.8mm细长通孔，其中内螺孔的长度比开孔塑料螺丝2长2.5mm左右。所述硅胶管长3mm左右，安装时将整个电极结构插入聚四氟乙烯材质的塑料盖板6的电极安装孔内，通过拧紧开孔塑料螺丝2来挤压硅胶管3，使硅胶管3顶部形成锥状结构，以实现密封。
如图5和图6所示，所述微通道板9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，整个微通道板9是由金属材料经线切割加工而成的微槽道群。所述微通道19形状为矩形，高为0.5mm~1mm、宽为0.2mm~2mm。换热器工作时，所述针状电极4接正极、换热器基座11接负极和接地，由于微通道19空间狭小，可以在低电压条件下在微通道19内部形成高压非均匀电场，对沸腾汽泡和汽液相界面产生较大作用力，以强化传热。另外，为对电场强化微通道换热器的换热情况进行实时监测，所述微通道板9两侧分别设置有四个用于安装温度传感器的微通道板温度测孔20和四个用于安装压力传感器的微通道板压力测孔21，可通过连接热电偶和压力传感器来对相关参数进行采集。
如图7至图12所示，所述微通道基座11两端分别设置有制冷剂进出口23，中部设置用于安装所述微通道板9的微通道板槽25，所述的制冷剂进出口23与微通道板槽25之间设置有稳流腔22，防止流体流动不稳定，所述的制冷剂使用r141b、r134等制冷剂。所述微通道基座11上部与塑料盖板6相接位置设置一条矩形密封槽，采用聚四氟乙烯材料的塑料盖板密封圈10密封。制冷剂流体经入口流入，经过入口的稳流腔22进入微通道19内，制冷剂流体在微通道19内吸收热量后，再经过出口的稳流腔22，最终由出口流出微通道换热器。所述微通道基座11的两侧设置有与所述微通道板9的微通道板温度测孔20和微通道板压力测孔21相对应的基座温度测孔24和基座压力侧孔29，以实现对微通道换热器内部情况的监测，同时，基座温度测孔24和基座压力侧孔29均设置成阶梯孔结构以保证密封。另外，通过图8至10可以看出，基座温度测孔24包括若干设置在所述微通道基座11一侧不同高度上的上部测温孔27、底部测温孔28和稳流腔测温孔30，上部测温孔27与可以用于测量监测微通道板9的温度，底部测温孔28用于监测所述微通道基座11内的温度，所述稳流腔测温孔30用于监测两个稳流腔22内的温度。各个基座压力侧孔29中，有两个基座压力侧孔29用于监测两个稳流腔22内的压力，其余基座压力侧孔29与微通道板温度测孔20相对应，用于测量沿程压力。
上述实施例中，设有电极安装孔18和可视化窗口17的塑料盖板6采用聚四氟乙烯材料制成，固定盖板5、微通道板9、微通道基座11均采用金属材料，如铝合金。所述可视化玻璃片8采用耐高压玻璃，其他垫片、密封圈等均采用防腐蚀材料制成。
本实施例的工作原理如下：
制冷剂经该型换热器的入口进入换热器内部，流经稳流腔后进入微通道中，在微通道内流动过程中，制冷剂不断吸收热量，温度逐渐上升，当达到一定压力条件下的饱和温度后，制冷剂逐渐沸腾产生汽泡，吸收的热量越多，产生的汽泡也越多，当这种汽液混合工质经过针状电极布置位置时，在针状电极产生的高压非均匀电场作用下，汽泡受极强的电场力作用，被压迫在换热壁面上，并沿流动方向被拉长，极大地扰动了流体的热边界层，另外电场力也会对汽液边界层产生一定作用，促使通道内产生更多的小汽泡，并抑制汽泡之间的合并，这样就避免了小汽泡合并成大汽泡，通过这种作用原理，在一排排针状电极产生的局部高压电场的作用下，微通道内就会形成以众多互相分离的小汽泡与液体相互混合的泡状流流型，极大地提高了微通道换热器的热流密度，传热性能十分优良。
本发明的上述实施例是为清楚地说明本发明所作的举例，对于所属领域的技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。