傾角可調(diào)的封閉式噴霧冷卻裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種傾角可調(diào)的封閉式噴霧冷卻裝置，噴霧室為透明有機(jī)玻璃和不銹鋼板制成的可密閉腔體，所述噴霧室內(nèi)設(shè)有傾斜噴霧支架、模擬熱源、冷凝盤管，所述傾斜噴霧支架固定連接在腔體底部不銹鋼板上，傾斜噴霧支架上面連接有噴嘴，所述噴霧室分別與冷卻水進(jìn)水管、冷卻水回水管、冷凝水進(jìn)水管、冷凝水回水管、真空泵接口和壓力傳感器相連，冷卻水進(jìn)水管通過不銹鋼編織軟管與噴嘴相連；模擬熱源位于噴嘴正下方，模擬熱源分別與電控柜和數(shù)據(jù)采集裝置相連。在真空泵提供的真空環(huán)境下，利用傾斜噴射消除熱源表面中心滯止區(qū)，結(jié)合微結(jié)構(gòu)表面，可顯著提高噴霧冷卻散熱能力，減小系統(tǒng)封裝體積，為全面研究影響噴霧冷卻換熱參數(shù)提供可視化實(shí)驗(yàn)裝置。
【專利說明】
傾角可調(diào)的封閉式噴霧冷卻裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種用于微電子器件散熱降溫的裝置，具體地涉及一種封閉回路式傾角可調(diào)的噴霧冷卻裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，電子器件的微型化成為電子設(shè)備發(fā)展的主流趨勢，電子芯片的集成度、封裝密度以及工作頻率不斷提高，導(dǎo)致單位體積功耗和熱流密度急劇升高，芯片溫度顯著上升，嚴(yán)重影響了其工作的可靠性和使用壽命。為了滿足電子元件在有限空間內(nèi)的高熱流密度和低表面溫度的散熱要求，迫切需要探索更加高效的冷卻方式。
[0003]噴霧冷卻技術(shù)是借助高壓氣體或依賴自身壓力通過噴嘴將液體霧化為微液滴群噴射到待冷卻表面，依靠單相或兩相換熱機(jī)理帶走大量熱量的技術(shù)。由于霧狀液滴更易于發(fā)生相變換熱，因而可以大幅度提高換熱系數(shù)，使冷卻效果更佳，被冷卻表面溫度分布更趨一致，故噴霧冷卻的良好性能非常適合用于電子元件的散熱。已有學(xué)者指出，噴霧冷卻換熱效果受到系統(tǒng)壓力、噴射高度和傾角等因素的影響。在最佳高度上，選取適當(dāng)?shù)膬A斜角能有效地消除中心滯止區(qū)，改善表面干涸，同時(shí)傾斜噴射有利于減小系統(tǒng)封裝體積。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種傾角可調(diào)、可維持真空環(huán)境的噴霧冷卻及測試裝置，將噴霧冷卻技術(shù)與傾斜噴射、結(jié)構(gòu)表面、真空環(huán)境等強(qiáng)化傳熱方法結(jié)合起來，確保在低表面溫度情況下，得到較高的熱流密度，同時(shí)為全面研究噴霧冷卻換熱的因素提供可視化實(shí)驗(yàn)
目.ο
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種傾角可調(diào)的封閉式噴霧冷卻裝置，包括噴霧室、恒溫水域，所述噴霧室為透明有機(jī)玻璃和不銹鋼板制成的可密閉腔體，所述噴霧室內(nèi)設(shè)有傾斜噴霧支架、模擬熱源、冷凝盤管，所述傾斜噴霧支架固定連接在腔體底部不銹鋼板上，傾斜噴霧支架上面連接有噴嘴，所述噴霧室分別與冷卻水進(jìn)水管、冷卻水回水管、冷凝水進(jìn)水管、冷凝水回水管、真空栗接口和壓力傳感器相連，冷卻水進(jìn)水管通過不銹鋼編織軟管與噴嘴相連;模擬熱源位于噴嘴正下方，模擬熱源分別與電控柜和數(shù)據(jù)采集裝置相連;所述恒溫水域出口通過微型栗、第三截止閥、流量計(jì)與冷卻水進(jìn)水口相連;所述恒溫水浴的進(jìn)口連接噴霧室底部回水口形成一個(gè)封閉的工質(zhì)循環(huán);所述冷凝盤管進(jìn)口通過冷凝水進(jìn)水管和截止閥連接低溫槽，所述冷凝盤管出口經(jīng)冷凝水回水管連接低溫槽。
[0006]所述傾斜噴霧支架由豎直絲桿、水平絲桿、燕尾槽滑臺(tái)、角度調(diào)節(jié)面板、L型支架構(gòu)成，豎直絲桿安裝在不銹鋼支架上，并與不銹鋼支架上的豎直絲桿螺母連接，豎直絲桿螺母上連接有燕尾槽滑臺(tái)，燕尾槽滑臺(tái)尾部凸塊內(nèi)裝有水平絲桿，水平絲桿與燕尾槽滑臺(tái)上的水平絲桿螺母連接，水平絲桿螺母伸長端與角度調(diào)節(jié)面板固定連接，角度調(diào)節(jié)面板上設(shè)有扇形槽道和角度刻度盤;L形支架頂端通過螺栓卡在扇形槽道內(nèi)，L形支架頂端為指針形狀，指向角度刻度盤，刻度盤量程為0° -90° ; L形支架下部水平端上裝有噴嘴。
[0007]所述模擬熱源由銅柱、保溫罩和電加熱銅塊構(gòu)成，所述銅柱置于噴霧室內(nèi)，銅柱通過螺紋與電加熱銅塊相連，電加熱銅塊置于噴霧室外，銅柱和電加熱銅塊均設(shè)有中空聚四氣乙稀保溫卓，所述保溫卓由嗔霧室內(nèi)保溫卓和嗔霧室外保溫卓構(gòu)成，嗔霧室內(nèi)保溫卓上涂有未水涂層。
[0008]所述銅柱表面為直肋片強(qiáng)化表面、三角肋片強(qiáng)化表面、梯形肋片表面和光滑表面中的任一種。
[0009]本發(fā)明的有益效果在于:利用絲桿和扇形槽道，能夠方便地調(diào)節(jié)噴嘴的高度和角度，同時(shí)前后調(diào)節(jié)確保噴霧區(qū)域可外切于熱源表面;噴霧室可長久地維持真空栗所提供的真空環(huán)境，結(jié)合傾斜噴射可有效地消除中心滯止區(qū)，避免表面中心干涸，大幅度提高散熱能力，微結(jié)構(gòu)表面可進(jìn)一步提高本裝置的散熱能力，且銅柱可方便地更換，易于研究不同表面結(jié)構(gòu)對散熱的促進(jìn)作用；中空聚四氟乙烯保溫罩避免了纏繞保溫棉的繁瑣，保溫效果更好，且XZ-GTOl納米親水涂層的設(shè)置克服了聚四氟乙烯疏水的弊端，有利于熱源表面液膜排開從而強(qiáng)化傳熱。
【附圖說明】
[0010]圖1是傾角可調(diào)的封閉式噴霧冷卻系統(tǒng)圖；
圖2是傾斜噴霧支架主視圖；
圖3是傾斜噴霧支架側(cè)視圖；
圖4是垂直噴射和傾斜噴射對比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]如圖1所示，本發(fā)明的傾角可調(diào)的封閉式噴霧冷卻及測試裝置，由冷卻水循環(huán)、冷凝水循環(huán)，噴霧室14和數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)組成。本發(fā)明的核心為噴霧室，其內(nèi)部設(shè)傾斜噴霧支架7和模擬熱源11 ο具體的結(jié)構(gòu)為:
噴霧室14為透明有機(jī)玻璃制成的可密閉腔體。冷卻水進(jìn)水管21通過不銹鋼編織軟管6與噴嘴9相連。噴嘴9通過傾斜噴霧支架7固定，傾斜噴霧支架7焊接在腔體底部不銹鋼板18上。噴霧室14有6個(gè)真空孔，分別與冷卻水進(jìn)水管21、冷卻水回水管22、冷凝水進(jìn)水管19、冷凝水回水管20、真空栗接口 13和壓力傳感器P2相連，冷卻水進(jìn)水管21通過不銹鋼編織軟管6與噴嘴9相連;噴嘴9正下方設(shè)置模擬熱源11，模擬熱源11分別與電控柜16和數(shù)據(jù)采集裝置15相連。恒溫水域3出口通過微型栗1、流量計(jì)2、第三截止閥V3與冷卻水進(jìn)水口 21相連。噴霧室14底部回水口 22經(jīng)第一截止閥V1連接恒溫水浴3形成一個(gè)封閉的工質(zhì)循環(huán)。低溫槽4通過第二截止閥V2、冷凝水進(jìn)水管19與噴霧室冷凝盤管5相連，經(jīng)冷凝水回水管20回到低溫槽4。
[0012]如圖2，3所示，傾斜噴霧支架7由豎直絲桿24、水平絲桿25、燕尾槽滑臺(tái)28、角度調(diào)節(jié)面板27、L型支架26構(gòu)成。豎直絲桿24通過不銹鋼支架固定，不銹鋼支架焊接在噴霧室底部不銹鋼板18上。燕尾槽滑臺(tái)28固定在豎直絲桿螺母上，且尾部凸塊作為基座支撐水平絲桿25，水平絲桿螺母伸長端與角度調(diào)節(jié)面板27焊接，角度調(diào)節(jié)面板27上設(shè)有扇形槽道23和角度刻度盤。L形支架26頂端通過螺栓卡在扇形槽道23內(nèi)，L形支架26頂端為指針形狀，指向角度刻度盤，刻度盤量程為0°-90°。噴嘴9固定在L形支架26的水平端。
[0013]如圖1所示，模擬熱源11由銅柱17、保溫罩12和電加熱銅塊10構(gòu)成。銅柱17通過螺紋與電加熱銅塊10相連，銅柱17置于噴霧室內(nèi)，電加熱銅塊10置于噴霧室外，銅柱17和電加熱銅塊10均設(shè)中空聚四氟乙烯保溫罩12。保溫罩12由噴霧室內(nèi)保溫罩和噴霧室外保溫罩構(gòu)成，噴霧室內(nèi)保溫罩其上涂有親水涂層。所述親水涂層為利用XZ-GTOI納米親水涂料在聚四氟乙烯表面噴涂形成的厚度小于ΙΟΟμπι的涂膜，涂膜持續(xù)親水角<20°。
[0014]本裝置可探究噴嘴距離熱源表面中心的距離和噴射傾角對噴霧冷卻換熱效果的影響。圖4為垂直噴射和傾斜噴射的對比圖。其中:(a)圖為通過垂直絲桿調(diào)節(jié)噴嘴與熱源表面中心的距離，獲得有利于換熱的最佳高度；(b)圖為傾斜角為20°的情況，調(diào)節(jié)方法為:旋轉(zhuǎn)L形支架，使頂部指針指向傾角20°，通過絲桿向上調(diào)節(jié)高度H，使噴嘴中心距離熱源表面得高度與a圖最佳高度相同；調(diào)節(jié)水平絲桿，使噴嘴向前移動(dòng)距離L，確保噴霧區(qū)域與熱源表面外切。用此方法，可以根據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)中設(shè)置的熱源表面大小和所用噴嘴的霧化錐角設(shè)定最佳的噴霧高度和噴射傾角，滿足實(shí)驗(yàn)的多樣化需求。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種傾角可調(diào)的封閉式噴霧冷卻裝置，包括噴霧室(14)、恒溫水域(3)，其特征在于:所述噴霧室為透明有機(jī)玻璃和不銹鋼板制成的可密閉腔體，所述噴霧室(14)內(nèi)設(shè)有傾斜噴霧支架(7)、模擬熱源(11)、冷凝盤管(5)，所述傾斜噴霧支架(7)固定連接在腔體底部不銹鋼板(18)上，傾斜噴霧支架(7)上面連接有噴嘴(9)，所述噴霧室(14)分別與冷卻水進(jìn)水管(21)、冷卻水回水管(22)、冷凝水進(jìn)水管(19)、冷凝水回水管(20)、真空栗接口( 13)和壓力傳感器(P2)相連，冷卻水進(jìn)水管(21)通過不銹鋼編織軟管(6)與噴嘴(9)相連;模擬熱源(11)位于噴嘴(9)正下方，模擬熱源(11)分別與電控柜(16)和數(shù)據(jù)采集裝置(15)相連;所述恒溫水域(3)出口通過微型栗(I)、第三截止閥(V3)、流量計(jì)(2)與冷卻水進(jìn)水口( 21)相連；所述恒溫水浴(3)的進(jìn)口連接噴霧室底部回水口(22)形成一個(gè)封閉的工質(zhì)循環(huán);所述冷凝盤管(5)進(jìn)口通過冷凝水進(jìn)水管(19)和第二截止閥(V2)連接低溫槽(4)，所述冷凝盤管(5)出口經(jīng)冷凝水回水管(20)連接低溫槽(4)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傾角可調(diào)的封閉式噴霧冷卻裝置，其特征在于:所述傾斜噴霧支架(7)由豎直絲桿(24)、水平絲桿(25)、燕尾槽滑臺(tái)(28)、角度調(diào)節(jié)面板(27)、L型支架(26)構(gòu)成，豎直絲桿(24)安裝在不銹鋼支架上，并與不銹鋼支架上的豎直絲桿螺母連接，豎直絲桿螺母上連接有燕尾槽滑臺(tái)(28)，燕尾槽滑臺(tái)(28)尾部凸塊內(nèi)裝有水平絲桿(25)，水平絲桿(25)與燕尾槽滑臺(tái)(28)上的水平絲桿螺母連接，水平絲桿螺母伸長端與角度調(diào)節(jié)面板(27)固定連接，角度調(diào)節(jié)面板(27)上設(shè)有扇形槽道(23)和角度刻度盤;L形支架(26)頂端通過螺栓卡在扇形槽道(23)內(nèi)，L形支架(26)頂端為指針形狀，指向角度刻度盤，刻度盤量程為0°-90° ;L形支架(26)下部水平端上裝有噴嘴(9)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傾角可調(diào)的封閉式噴霧冷卻裝置，其特征在于:所述模擬熱源(11)由銅柱(17)、保溫罩(12)和電加熱銅塊(10)構(gòu)成，所述銅柱(17)置于噴霧室(14)內(nèi)，銅柱(17)通過螺紋與電加熱銅塊(10)相連，電加熱銅塊(10)置于噴霧室(14)外，銅柱(17)和電加熱銅塊(10)均設(shè)有中空聚四氟乙烯保溫罩(12)，所述保溫罩(12)由噴霧室(14)內(nèi)保溫卓和嗔霧室(14)外保溫卓構(gòu)成，嗔霧室(14)內(nèi)保溫卓上涂有未水涂層。4.根據(jù)權(quán)利要求書3所述的傾角可調(diào)的封閉式噴霧冷卻裝置，其特征在于:所述銅柱(17)表面為直肋片強(qiáng)化表面、三角肋片強(qiáng)化表面、梯形肋片表面和光滑表面中的任一種。
【文檔編號】H05K7/20GK105960145SQ201610404055
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月8日
【發(fā)明人】劉妮, 張雨薇, 李麗榮
【申請人】上海理工大學(xué)