[發(fā)明專(zhuān)利]一種具有自?xún)?yōu)化特性的電子器件閃蒸噴霧循環(huán)冷卻系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711132446.X
• 申請(qǐng)日: 2017-11-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107894114B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周致富;林彥可;陳斌;方宇;唐鴻林
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): F25B19/04
• 分類(lèi)號(hào): F25B19/04;F25B40/06;F25B43/00;F25B41/00
• 代理公司: 西安通大專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 田洲

本發(fā)明公開(kāi)一種具有自?xún)?yōu)化特性的電子器件閃蒸噴霧循環(huán)冷卻系統(tǒng)，包括壓縮機(jī)、冷凝器、回?zé)崞鳌?chǔ)液罐、噴霧腔和氣液分離器；壓縮機(jī)的出口通過(guò)管道與冷凝器的入口連接，冷凝器通過(guò)管道與回?zé)崞鞯谝煌ǖ廊肟谶B接，回?zé)崞鞯牡谝煌ǖ莱隹谕ㄟ^(guò)管路與儲(chǔ)液罐的入口連接，儲(chǔ)液罐的下部出口通過(guò)管道與噴霧腔的入口連接，噴霧腔的下部液體出口通過(guò)管路與回?zé)崞鞯诙ǖ赖娜肟谶B接；噴霧腔的上部氣體出口通過(guò)管路與氣液分離器的入口連接，回?zé)崞鞯诙ǖ莱隹谕ㄟ^(guò)管路與氣液分離器的入口連接，氣液分離器通過(guò)管路與壓縮機(jī)的入口連接。系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)旁路閥門(mén)開(kāi)度、壓縮機(jī)頻率、噴霧高度和傾角等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)換熱強(qiáng)弱的優(yōu)化控制，并保證系統(tǒng)的快速穩(wěn)定。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于制冷技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電子器件/芯片閃蒸噴霧循環(huán)冷卻系統(tǒng)。

背景技術(shù)

芯片技術(shù)如CPU芯片、激光半導(dǎo)體芯片、LED芯片，以及激光武器、有源相控陣?yán)走_(dá)等電子器件，近年來(lái)向高集成化、大功率化發(fā)展。以LED芯片為例，其在工作時(shí)僅有20％-30％的電能轉(zhuǎn)換為光能，剩余70％-80％的電能被轉(zhuǎn)換為熱能，散熱不佳將導(dǎo)致芯片結(jié)溫升高，造成光譜偏移、壽命降低等問(wèn)題。同樣，對(duì)于CPU芯片，其超過(guò)60℃，芯片燒毀可能性大大增加，據(jù)調(diào)查60％-70％的CPU芯片損壞與溫度過(guò)高有關(guān)。對(duì)于大功率芯片，其熱流密度已達(dá)到或超過(guò)100W/cm²，散熱已成為整個(gè)芯片行業(yè)發(fā)展急需解決的問(wèn)題。

目前針對(duì)各種大功率芯片的散熱方式主要有空冷散熱、風(fēng)冷散熱(主動(dòng)式散熱法)、水冷散熱等，但是由于散熱效率的問(wèn)題，基本上都體積龐大、性?xún)r(jià)比低，且仍無(wú)法有效地解決問(wèn)題。而目前研究的較多的水沖擊射流冷卻，雖然可達(dá)到的熱流密度高，但其無(wú)法維持表面低溫，且具有換熱表面溫度不均勻，易造成芯片震動(dòng)的缺點(diǎn)。總體來(lái)說(shuō)，對(duì)于小面積上大功率散熱要求(100W/cm²以上)，市場(chǎng)上目前還沒(méi)有可行的產(chǎn)品。

而帶有相變的閃蒸噴霧冷卻方式可以實(shí)現(xiàn)在較小面積、較小過(guò)熱度的情況下移走大量熱量，且保持表面低溫，到達(dá)低溫高效換熱的目的。閃蒸噴霧技術(shù)是使具有一定壓力的制冷劑液體經(jīng)由噴嘴噴出瞬間進(jìn)入低壓環(huán)境，液體變?yōu)檫^(guò)熱非平衡態(tài)，發(fā)生爆炸性破碎霧化，并伴隨強(qiáng)烈相變閃蒸，產(chǎn)生大量蒸氣與低溫的細(xì)小液滴；進(jìn)一步，霧化的低溫小液滴沖擊在發(fā)熱表面，發(fā)生相變沸騰、強(qiáng)制對(duì)流、蒸發(fā)等復(fù)合換熱。這種復(fù)合換熱方式能快速帶走芯片表面大量的熱量，并保持表面均勻低溫，符合大功率芯片散熱要求。

但目前的閃蒸噴霧冷卻裝置，多為開(kāi)式設(shè)計(jì)，造成了制冷劑的浪費(fèi)和對(duì)環(huán)境的污染；少有的閉式循環(huán)系統(tǒng)并沒(méi)有有效解決系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性、散熱能力有限，以及壓縮機(jī)與噴嘴流量不匹配、噴霧距離及噴霧腔傾斜角度對(duì)冷卻效果影響顯著的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種具有自?xún)?yōu)化特性的電子器件閃蒸噴霧循環(huán)冷卻系統(tǒng)，以解決上述技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明能高效得對(duì)大功率芯片進(jìn)行散熱，并維持芯片散熱表面的均勻低溫，具有冷卻效果顯著、運(yùn)行穩(wěn)定、體積小、成本低、節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種具有自?xún)?yōu)化特性的電子器件閃蒸噴霧循環(huán)冷卻系統(tǒng)，包括壓縮機(jī)、冷凝器、回?zé)崞鳌?chǔ)液罐、噴霧腔和氣液分離器；壓縮機(jī)的出口通過(guò)第一管道與冷凝器的入口連接，冷凝器通過(guò)第二管道與回?zé)崞鞯谝煌ǖ廊肟谶B接，回?zé)崞鞯牡谝煌ǖ莱隹谕ㄟ^(guò)第二管路與儲(chǔ)液罐的入口連接，儲(chǔ)液罐的下部出口通過(guò)第三管道與噴霧腔的入口連接，噴霧腔的下部液體出口通過(guò)第四管路與回?zé)崞鞯诙ǖ赖娜肟谶B接；噴霧腔的上部氣體出口通過(guò)第五管路與氣液分離器的入口連接，回?zé)崞鞯诙ǖ莱隹谕ㄟ^(guò)第六管路與氣液分離器的入口連接，氣液分離器通過(guò)第七管路與壓縮機(jī)的入口連接；所述一種具有自?xún)?yōu)化特性的電子器件閃蒸噴霧循環(huán)冷卻系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)頻率、流量調(diào)節(jié)旁路閥門(mén)、噴霧腔內(nèi)噴射距離與傾斜角度、噴霧表面結(jié)構(gòu)改性達(dá)到優(yōu)化系統(tǒng)的冷卻能力。

進(jìn)一步的，還包括流量調(diào)節(jié)旁路；所述流量調(diào)節(jié)旁路兩端分別與儲(chǔ)液罐的上部出口和氣液分離器的入口連接；流量調(diào)節(jié)旁路上設(shè)有可控制開(kāi)度的閥門(mén)。