[發明專利]一種復合式電子芯片冷卻沸騰強化換熱實驗裝置

有效

• 申請號: 201310011110.3
• 申請日: 2013-01-11
• 公開（公告）號: CN103033535A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: 魏進家;張永海
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

技術領域

本發明涉及電子芯片冷卻沸騰強化換熱技術領域，特別涉及一種復合式電子芯片冷卻沸騰強化換熱實驗裝置。

背景技術

隨著電子元器件的高度集成化和高頻化，傳統的風冷等冷卻技術已不能滿足芯片高散熱率的要求，利用沸騰相變換熱對芯片進行直接液體冷卻是一種有效的冷卻方式，通常的做法是將芯片直接浸在不導電液體中進行沸騰換熱，但存在沸騰起始溫度偏高等問題，不利于電子器件的啟動，因此需要采用強化措施來有效的降低沸騰起始壁面過熱度，提高臨界熱流密度，保證芯片在高熱流密度下的臨界壁面溫度低于85℃，保障電子設備安全可靠運行。

對于池沸騰換熱而言，芯片浸沒在靜止的工質中進行換熱，臨界熱流密度值偏低，增大過冷度可以提高臨界熱流密度，然而這意味著需要提供較大的過冷度，制冷單元成本增加。而除了過冷度之外，工質流速對換熱也有積極的影響。將芯片置于流動通道中，依靠流體對芯片表面的沖刷作用可以實現強化換熱的目的，但需要提供額外的動力系統和控制系統，另外，通過高速攝像拍攝的照片發現，臨界狀態時，流體沿流動方向上對汽膜的破壞作用小，芯片表面被一層汽膜所覆蓋，阻礙了冷流體的補充，而射流沖擊冷卻具有較高的沖擊力度，期望可以沖擊換熱表面，擊碎或破壞汽膜，將換熱表面的熱量迅速帶走，從而保證冷流體的補充，維持芯片在高熱流密度下的正常換熱，進一步提高臨界熱流密度值，但射流沖擊冷卻范圍小，更適用于局部冷卻，而且目前還不能實現對單個芯片進行冷卻。大多數文獻中，都是針對池沸騰、流動沸騰、射流沖擊沸騰中的一種進行實驗研究，實驗系統體積大，部分供電和控制操作設備和操作過程重復，實驗周期長，使得其強化換熱優勢受到限制。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種復合式電子芯片冷卻沸騰強化換熱實驗裝置，綜合了三種換熱方式的特點，具有操作靈活，控制簡單，占地面積小，實驗周期短的優點。

為了達到上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種復合式電子芯片冷卻沸騰強化換熱實驗裝置，包括旋渦泵，以及通過管道與旋渦泵連接的復合沸騰實驗箱；所述復合沸騰實驗箱包括基體、上封蓋，以及位于基體內部且與基體連接的載物基板，池沸騰芯片固定在載物基板正面，流動噴射沸騰芯片固定在載物基板背面；載物基板與上封蓋之間形成池沸騰實驗段，載物基板與下方基體形成流動噴射沸騰實驗段；所述基體的底部設有流動沸騰入口和出口，以及噴射沸騰入口，所述流動噴射沸騰芯片設置在噴射沸騰入口的正上方；工質在旋渦泵的作用下，自流動沸騰入口和噴射沸騰入口進入到流動噴射沸騰實驗段，然后自流動沸騰出口流出后回到池沸騰實驗段。

旋渦泵和噴射沸騰入口之間設置有噴射裝置，所述噴射裝置包括與總流量計相連的進口導流管、與導流管相通的穩流室、與穩流室相通的噴嘴導流管，以及與噴嘴導流管相連的噴嘴，所述噴嘴與噴射沸騰入口相連。

噴嘴方向與進口導流管方向垂直設置，噴射方向與換熱面垂直；所述穩流室的截面大于導流管的截面。

復合式電子芯片冷卻沸騰強化換熱實驗裝置進一步包括有控溫裝置，該控溫裝置包括恒溫制冷機、冷凝管、換熱器，以及多個控制閥，所述冷凝管設置在池沸騰實驗段內，所述冷凝管的兩端分別與恒溫制冷機的輸入和輸出相連，所述換熱器的出口端與旋渦泵相連，入口端與復合沸騰實驗箱的池沸騰實驗段出口相連，同時，所述換熱器連接在恒溫制冷機兩端。

換熱器采用套管換熱器，水在外管內流動，工質在內管內流動。

上封蓋上進一步連接有橡膠袋和壓力傳感器。

一種復合式電子芯片冷卻沸騰強化換熱實驗裝置，包括旋渦泵，以及設有池沸騰實驗段和流動噴射沸騰實驗段的復合沸騰實驗箱，旋渦泵的出口與總流量計入口相連，總流量計出口分成兩路，一路經由噴射支路進入復合沸騰實驗箱的流動噴射沸騰實驗段；另一路又分為兩路，一路經過橫流支路進入復合沸騰實驗箱的流動噴射沸騰實驗段，另一路直接進入復合沸騰實驗箱的池沸騰實驗段，流動噴射沸騰實驗段出口與池沸騰實驗段相連，復合沸騰實驗箱的池沸騰實驗段出口經調節控制閥門與換熱器入口相連，換熱器出口與旋渦泵相連。