專利名稱：一種可固定多噴嘴的噴霧腔體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于微電子器件的冷卻裝置，具體地涉及一種可固定多噴嘴的噴霧腔體結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，電子芯片的集成度、封裝密度以及工作頻率不斷提高，導(dǎo)致單位體積功耗與熱流密度急劇增加，芯片溫度顯著上升，嚴(yán)重影響其可靠性和使用壽命；同時(shí)電子器件的微型化已成為現(xiàn)代電子設(shè)備發(fā)展的主流趨勢(shì)。在這種情況下，要在毫米甚至微米量級(jí)的器件尺度上把高熱流密度帶走，迫切需要探索高效冷卻方式，實(shí)現(xiàn)在極其有限的空間內(nèi)及時(shí)消除因功率耗散所轉(zhuǎn)化的熱量，解決大功率電子設(shè)備的散熱冷卻問(wèn)題。噴霧冷卻是借助高壓氣體或依賴液體本身壓力通過(guò)噴嘴將液體霧化為液滴群，噴射到被冷卻面，依靠射流沖擊、強(qiáng)對(duì)流以及液滴相變等帶走大量熱量，實(shí)現(xiàn)壁面冷卻，是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ母咝?qiáng)熱流冷卻方式，已有文獻(xiàn)報(bào)道其冷卻能力達(dá)到lOOOW/cm2。正是因其冷卻過(guò)程中能在低表面溫度下帶走大量熱量，臨界熱流密度高且冷卻均勻的特點(diǎn)適合了電子元器件的冷卻要求，從而大大拓寬噴霧冷卻方式的應(yīng)用范圍?，F(xiàn)有關(guān)于噴霧冷卻的研究中單噴嘴的居多，已有學(xué)者指出采用多噴嘴能提高臨界熱流密度，并有效改善冷卻均勻性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可固定多噴嘴的噴霧腔體裝置，在噴霧腔體的有限空間內(nèi)安裝多個(gè)小型噴嘴，以進(jìn)行噴霧冷卻過(guò)程的可視化實(shí)驗(yàn)研究。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的可固定多噴嘴的噴霧腔體裝置，安裝在被冷卻物體上，主要包括有一緩沖腔，置于噴霧腔體內(nèi)；—進(jìn)液管插設(shè)于噴霧腔體內(nèi)，與緩沖腔的一端連接，緩沖腔的另一端安裝有多個(gè)噴嘴；所述噴嘴的下方為一錐形腔，錐形腔的上方設(shè)有一堵頭，錐形腔的下部為噴出孔；堵頭上有至少三個(gè)等角度的貫通于堵頭的微孔道，各微孔道與堵頭平面形成45°角，使各微孔道的出液口指向錐形腔；進(jìn)液管中的液體經(jīng)各微孔道在錐形腔中形成旋流后從噴出孔噴出，形成眾多微液滴噴射到被冷卻物體的表面。所述的噴霧腔體裝置，其中，緩沖腔為方形。所述的噴霧腔體裝置，其中，噴嘴的內(nèi)壁設(shè)有內(nèi)螺紋，通過(guò)該內(nèi)螺紋與緩沖腔底部 的管螺紋相連接。
所述的噴霧腔體裝置，其中，堵頭上的微孔道為三個(gè)，互成120°。所述的噴霧腔體裝置，其中，微孔道的內(nèi)徑為O. 2mm。所述的噴霧腔體裝置，其中，錐形腔下部的噴出孔內(nèi)徑為O. 3_。所述的噴霧腔體裝置，其中，噴霧腔體是由耐溫電加熱玻璃與不銹鋼制成的透明封閉箱體。所述的噴霧腔體裝置，其中，噴霧腔體的底部設(shè)有兩個(gè)水流出口。所述的噴霧腔體裝置，其中，被冷卻物體與噴霧腔體的底部用螺栓連接，被冷卻物體的上表面同時(shí)作為被冷卻面。所述的噴霧腔體裝置，其中，噴嘴與被冷卻面的距離采用卡套結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)。
這樣的噴嘴及其連接結(jié)構(gòu)既便于實(shí)驗(yàn)時(shí)拆卸、清洗與更換，而且可以根據(jù)冷卻要求在有限空間內(nèi)任意設(shè)計(jì)噴嘴個(gè)數(shù)。本發(fā)明的噴霧腔體是由耐溫電加熱玻璃(前后側(cè))與不銹鋼共同制成的透明封閉箱體，一方面可減小外部氣流對(duì)噴霧流動(dòng)和換熱的影響，另一方面便于對(duì)液滴噴射狀態(tài)與被冷卻壁面上液體流動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行多角度可視化觀測(cè)。本發(fā)明的噴霧腔體結(jié)構(gòu)可用于對(duì)多噴嘴噴霧冷卻過(guò)程進(jìn)行可視化實(shí)驗(yàn)觀測(cè)，而且很方便改變多個(gè)物理參數(shù)(噴嘴個(gè)數(shù)、噴射高度等)研究其對(duì)噴霧冷卻的流動(dòng)與換熱的影響。


圖I為多噴嘴噴霧腔體組裝示意圖。圖2為噴孔板及噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖2a上噴孔板示意圖，圖2b是噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為進(jìn)液堵頭結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖3a是堵頭的放大剖視圖，圖3b是圖3a的仰視圖。附圖中主要組件符號(hào)說(shuō)明I進(jìn)液管，2卡套，3噴霧腔體，4緩沖腔，5噴孔板，6噴嘴，7被冷卻物體，8管螺紋，9內(nèi)螺紋，10軟墊圈，11堵頭，12錐形腔，12噴出孔，14微孔道，15出液口，16水流出口。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的可固定多噴嘴的噴霧腔體，是由進(jìn)液管I、噴孔板5、噴嘴6、被冷卻物體7與噴霧腔體3組成。具體的結(jié)構(gòu)為在一噴霧腔3內(nèi)，固定有一進(jìn)液管1，在進(jìn)液管I的下端連接固定一個(gè)方形的緩沖腔4，該緩沖腔4的下方通過(guò)一噴孔板5安裝有數(shù)量不限的噴嘴6，本發(fā)明的緩沖腔4是為了使各噴嘴6的進(jìn)液壓力均勻而設(shè)置的。噴孔板5的下方伸出有管螺紋8，每一管螺紋8通過(guò)內(nèi)螺紋9連接一噴嘴6。各噴嘴6內(nèi)平行地安裝有一堵頭11，由管螺紋8旋入噴嘴6內(nèi)壓緊，在管螺紋8與堵頭11之間設(shè)有軟墊圈10。堵頭11上有至少三個(gè)等角度分布的貫通于堵頭的微孔道14(本實(shí)施例是以三個(gè)為例，相互之間的角度為120° )，各微孔道14與堵頭平面形成45°角，使各微孔道14的出液口 15指向錐形腔12的中心點(diǎn)。液體通過(guò)堵頭11的微孔道14以45°角進(jìn)入錐形腔12中，在錐形腔12中形成旋流后從下方的噴出孔13噴出，形成眾多微液滴噴射到被冷卻物體7的表面。這樣的噴嘴及其連接結(jié)構(gòu)既便于實(shí)驗(yàn)時(shí)拆卸、清洗與更換，而且可以根據(jù)冷卻要求在有限空間內(nèi)任意設(shè)計(jì)噴嘴個(gè)數(shù)。噴霧腔體3是由耐溫電加熱玻璃(前后側(cè))與不銹鋼共同制成的透明封閉箱體，一方面可減小外部氣流對(duì)噴霧流動(dòng)和換熱的影響，另一方面便于對(duì)液滴噴射狀態(tài)與被冷卻壁面上液體流動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行多角度可視化觀測(cè)。噴射過(guò)程會(huì)有液滴濺射到觀察窗上，因此采用電加熱方式使液滴無(wú)法附著在玻璃上，有助于觀察和拍攝腔體內(nèi)部流場(chǎng)。噴霧腔體左右兩側(cè)留有接口可安裝溫度與壓力傳感器(公知技術(shù)，圖中未示)。噴霧腔體3的底部設(shè)有兩個(gè)水流出口 16。被冷卻物體7是可以加熱的加熱塊，作為模擬熱源與腔體底部蓋板采用螺栓連接，被冷卻物體7 (加熱塊)上表面同時(shí)也是被冷卻面。噴嘴6與被冷卻面之間的距離采用卡套2調(diào)節(jié)(公知技術(shù))。本發(fā)明的噴霧腔體結(jié)構(gòu)可用于對(duì)多噴嘴噴霧冷卻過(guò)程進(jìn)行可視化實(shí)驗(yàn)觀測(cè)，而且很方便改變多個(gè)物理參數(shù)(噴嘴個(gè)數(shù)、噴射高度等)研究其對(duì)噴霧冷卻的流動(dòng)與換熱的影響。圖I是本發(fā)明多噴嘴噴霧腔體的結(jié)構(gòu)示意圖。多噴嘴噴霧腔體主要由進(jìn)液管、噴孔板、噴嘴、加熱塊以及腔體本身構(gòu)成。如圖I所示，進(jìn)液管直徑為10_，通過(guò)卡套與噴霧腔體的上蓋板之間采用螺栓固定，采用卡套結(jié)構(gòu)是為了調(diào)節(jié)噴嘴距離被冷卻表面的高度。進(jìn)液管下方是一個(gè)方形的壓力緩沖腔，可保證每個(gè)噴孔的噴射壓力均勻。緩沖腔與多噴孔板焊接在一起。噴孔板與噴嘴的結(jié)構(gòu)如圖2a、b所示，這里顯示的是單個(gè)噴嘴。噴嘴直徑為9mm，噴嘴與噴孔板上的伸出段采用M6的螺紋連接。每個(gè)噴嘴包括內(nèi)螺紋段、軟墊圈、堵頭、錐形腔和噴出孔。射流從堵頭(如圖3a、b所示)上方三個(gè)互成120°，直徑為O. 2mm的微孔成45°角進(jìn)入錐形腔，在錐形腔中形成旋流后從下方直徑為O. 3mm的微孔噴出，形成微液滴。這樣的噴嘴及其連接結(jié)構(gòu)便于實(shí)驗(yàn)時(shí)拆卸、清洗與更換。本實(shí)施例中噴孔板上連接的噴嘴個(gè)數(shù)為6個(gè)。噴霧腔體的前后側(cè)均設(shè)有電加熱玻璃視窗，便于對(duì)內(nèi)部噴霧過(guò)程進(jìn)行清楚地可視化觀察；左右側(cè)留有接口可安裝溫度與壓力傳感器；噴霧腔體底部設(shè)有兩個(gè)水流出口。本發(fā)明通過(guò)下述實(shí)驗(yàn)例可以證明其冷卻效果采用加熱塊內(nèi)嵌加熱棒作為模擬熱源，加熱塊與噴霧腔體底部蓋板采用螺栓連接，其上表面凸起在噴霧腔體內(nèi)部作為被冷卻表面。在模擬熱源加熱功率為lOOW/cm2時(shí)，采用本發(fā)明的噴霧腔體進(jìn)行多噴嘴噴霧冷卻實(shí)驗(yàn)，在噴射流量為48L/h時(shí)，可使被冷卻表面溫度降到20°C左右，從 而證明本發(fā)明具有良好的冷卻效果。采用本發(fā)明的噴霧腔體結(jié)構(gòu)可對(duì)多噴嘴噴霧冷卻過(guò)程進(jìn)行可視化實(shí)驗(yàn)觀測(cè)，而且很方便改變多個(gè)物理參數(shù)(噴嘴個(gè)數(shù)、噴射高度等)研究其對(duì)噴霧冷卻的流動(dòng)與換熱的影響。
權(quán)利要求
1.一種可固定多噴嘴的噴霧腔體裝置，安裝在被冷卻物體上，主要包括有 一緩沖腔，置于噴霧腔體內(nèi)； 一進(jìn)液管插設(shè)于噴霧腔體內(nèi)，與緩沖腔的一端連接，緩沖腔的另一端安裝有多個(gè)噴嘴； 所述噴嘴的下方為一錐形腔，錐形腔的上方設(shè)有一堵頭，錐形腔的下部為噴出孔；堵頭上有至少三個(gè)等角度的貫通于堵頭的微孔道，各微孔道與堵頭平面形成45°角，使各微孔道的出液口指向錐形腔； 進(jìn)液管中的液體經(jīng)各微孔道在錐形腔中形成旋流后從噴出孔噴出，形成眾多微液滴噴射到被冷卻物體的表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的噴霧腔體裝置，其中，緩沖腔為方形。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的噴霧腔體裝置，其中，噴嘴的內(nèi)壁設(shè)有內(nèi)螺紋，通過(guò)該內(nèi)螺紋與緩沖腔底部的管螺紋相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的噴霧腔體裝置，其中，堵頭上的微孔道為三個(gè)，互成120°。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或4所述的噴霧腔體裝置，其中，微孔道的內(nèi)徑為O.2mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的噴霧腔體裝置，其中，錐形腔下部的噴出孔內(nèi)徑為O.3_。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的噴霧腔體裝置，其中，噴霧腔體是由耐溫電加熱玻璃與不銹鋼制成的透明封閉箱體。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或7所述的噴霧腔體裝置，其中，噴霧腔體的底部設(shè)有兩個(gè)水流出□。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的噴霧腔體裝置，其中，被冷卻物體與噴霧腔體的底部用螺栓連接，被冷卻物體的上表面同時(shí)作為被冷卻面。
10.根據(jù)權(quán)利要求I或9所述的噴霧腔體裝置，其中，噴嘴與被冷卻面的距離采用卡套調(diào)節(jié)。
全文摘要
一種可固定多噴嘴的噴霧腔體裝置，安裝在被冷卻物體上，主要包括有一緩沖腔，置于噴霧腔體內(nèi)；一進(jìn)液管插設(shè)于噴霧腔體內(nèi)，與緩沖腔的一端連接，緩沖腔的另一端安裝有多個(gè)噴嘴；所述噴嘴的下方為一錐形腔，錐形腔的上方設(shè)有一堵頭，錐形腔的下部為噴出孔；堵頭上有至少三個(gè)等角度的貫通于堵頭的微孔道，各微孔道與堵頭平面形成45°角，使各微孔道的出液口指向錐形腔；進(jìn)液管中的液體經(jīng)各微孔道在錐形腔中形成旋流后從噴出孔噴出，形成眾多微液滴噴射到被冷卻物體的表面。本發(fā)明的噴霧腔體結(jié)構(gòu)可對(duì)多噴嘴噴霧冷卻過(guò)程進(jìn)行可視化觀察與實(shí)驗(yàn)測(cè)量，為研究噴霧冷卻的流動(dòng)與換熱提供必須的實(shí)驗(yàn)裝置。
文檔編號(hào)B05B15/12GK102632009SQ20121011918
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月20日
發(fā)明者侯燕, 淮秀蘭, 陶毓伽 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所