CN202799551U

CN202799551U - 封闭式喷雾冷却及测试装置

Info

Publication number: CN202799551U
Application number: CN 201220499475
Authority: CN
Inventors: 刘妮; 王玉强; 戴海凤; 徐小娇; 钟泽民
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2012-09-26
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2022-09-26

Abstract

本实用新型涉及一种封闭式的喷雾冷却及测试装置，包括喷雾室、储液罐、低温槽、模拟热源。喷雾室为树脂玻璃制成的密闭室，喷雾室顶盖上安装有射流泵、压力传感器和通过细纹螺丝接口连接位于室内的喷嘴，喷雾室底部，喷嘴下面放置有模拟热源，储液罐上设有工质充注口，储液罐一个出液口通过微型泵、预热器和流量计连接喷嘴，喷雾室底部回液口连接储液罐形成封闭式工质循环；储液罐另一个出液口通过泵与射流泵连接，射流泵回液口与储液罐连接形成射流泵循环，储液罐与低温槽连接，模拟热源分别与调压器和计算机连接。射流泵所提供的持久真空环境能显著提高喷雾冷却的散热能力，以大幅降低表面温度；微结构表面热沉能强化传热效果，进一步提高本装置的散热性能。

Description

封闭式喷雾冷却及测试装置

技术领域

本实用新型涉及一种冷却装置，特别涉及到一种结合微槽道、泡沫金属等强化传热技术的可对大功率电子元件进行散热降温的封闭回路式喷雾冷却及测试装置。

背景技术

随着各种大功率电器的飞速发展，电子系统日益趋向于小型化和高性能化。在解决电子元件的散热问题时，大功耗和小空间的矛盾日益凸显。并且电子器件的正常工作温度一般低于80℃，这使得散热温差不大，进一步增加了其散热难度。据研究，电子元件的温度每升高 10℃，其系统可靠性将降低50%，而超过55%的电子设备的失效源于温度过高。因此电子元件散热情况的好坏直接影响其工作稳定性和寿命。

由于电子元件的散热过程面临着热流密度高、局部空间小和传热温差小等三个难点。传统的风冷技术已不能满足大功率电器的散热需求。池沸腾、微通道、射流冲击、喷雾冷却等液冷技术因散热能力较强而得到广泛关注。尤其喷雾冷却方式具有传热温差小、工质需求量少、冷却均匀性好等优点，十分适合电子元件的散热需求。

从传热原理上，喷雾冷却技术可以分为单相区和两相区两种类型。两相区涉及了更多的相变传热成分，因而冷却能力更强。然而两相区对表面温度过热度要求较高，这和电子元件较低的工作温度有冲突。单相区的工作温度低，适于冷却电子元件，但其散热能力和表面温度均匀性有待于进一步提升。

发明内容

本实用新型针对现有喷雾冷却装置在表面温度较低时的不足，将封闭式喷雾冷却技术和微槽道、泡沫金属等强化传热方法结合起来，提出一种封闭式喷雾冷却及测试装置，该装置能大幅降低高功率热源的表面温度，并使较低温度工况下的散热效果得到显著改善，另外本装置可测试不同结构换热表面的喷雾冷却性能。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：一种封闭式的喷雾冷却及测试装置，包括喷雾室、储液罐、低温槽、模拟热源，其特点是：喷雾室为树脂玻璃制成的密闭室，喷雾室顶盖上安装有射流泵、第二压力传感器和通过细纹螺丝接口连接位于室内的喷嘴，喷雾室底部，喷嘴下面放置有模拟热源，储液罐上设有工质充注口，储液罐一个出液口通过微型泵、预热器和流量计连接喷嘴，喷雾室底部回液口连接储液罐形成封闭式工质循环；储液罐另一个出液口通过泵与射流泵连接，射流泵回液口与储液罐连接形成射流泵循环，储液罐与低温槽连接，模拟热源分别与调压器和计算机连接。

模拟热源由受热铜块、热沉、电加热器构成，热沉通过一层导热硅胶粘在受热铜块顶端，热沉外放置环状特氟龙锥形盖，受热铜块周围包裹保温层，受热铜块内嵌有热电偶。

热沉为平行肋片强化面热沉、辐射状肋片强化面热沉、多孔泡沫铜热沉和光滑铜表面热沉中的任一种。

本实用新型的有益效果在于：射流泵所提供的持久真空环境能显著提高喷雾冷却的散热能力，以大幅降低表面温度；微结构表面热沉能强化传热效果，进一步提高本装置的散热性能；由于所用热沉可拆卸更换，本装置可以测试不同结构换热表面的喷雾冷却性能；细纹螺丝接口可方便调节喷雾高度，达到最佳喷雾距离；由于本装置采用封闭式循环，因此可用任何适用的制冷剂，而不会造成环境污染。

附图说明

图1是本实用新型的结构系统示意图；

图2是平行肋片热沉示意图；

图3是辐射状肋片热沉示意图；

图4是多孔泡沫铜热沉示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的封闭式的喷雾冷却及测试装置由封闭式工质循环、射流泵循环、冷却水循环、模拟热源10、数据采集与控制系统组成。它们包括工质充注口0、微型泵1、预热器2、流量计3、细纹螺丝接口4、喷嘴5、泵6、射流泵7、储液罐8、低温槽9、热沉10、环状特氟龙锥形盖11、计算机12、调压器13、喷雾室20、第一至第四调节阀V₁~ V₄、第一、二单向阀V₅、V₆、第一、二温度传感器T₁、T₂、第一、二压力传感器P₁、P₂。

本实用新型装置的核心部分为树脂玻璃构成的喷雾室20，喷雾室20的顶盖可打开，顶盖上设密封开孔安装射流泵7、第二压力传感器P₂，喷雾室20壳体上另设循环管路接口、信号传输线接口。

喷雾室20为树脂玻璃制成的密闭室，喷雾室20顶盖上安装有射流泵7、第二压力传感器P₂和通过细纹螺丝接口4连接位于室内的喷嘴5，喷雾室20底部，喷嘴5下面放置有模拟热源10，储液罐8上设有工质充注口0，储液罐8一个出液口通过微型泵1、预热器2和流量计3连接喷嘴5，喷雾室20底部回液口连接储液罐8形成封闭式工质循环；储液罐8另一个出液口通过泵6与射流泵7连接，射流泵7回液口与储液罐8连接形成射流泵循环，储液罐8与低温槽9连接，模拟热源10分别与调压器13和计算机12连接。

模拟热源10安置在喷雾室20内部，由受热铜块15、热沉14、电加热器构成，热沉14通过一层导热硅胶粘在受热铜块15顶端，环状特氟龙锥形盖11围绕热沉14可随之一起拆卸，受热铜块15周围包裹保温层，受热铜块15内嵌有热电偶。嵌入受热铜块15内的热电偶测量受热铜块15的热流量和表面温度。所有测得信号均通过数据采集仪输入计算机12。另有热电偶温度信号经PID温控，反馈至调压器13，从而控制加热器的功率，使受热铜块15表面维持预定的温度。

本装置可采用多种带有不同表面结构的热沉，比如：平行肋片强化面热沉（如图2）、辐射状肋片强化面热沉（如图3）、多孔泡沫铜热沉（如图4）、光滑铜表面热沉等。

本装置所用热沉为多个表面刻有微结构的短圆柱形铜块，不同热沉带有不同的微结构，包括但不限于平行分布肋片、辐射状肋片、多孔泡沫铜等，因此可以通过采用不同结构的热沉来探索最利于电子喷雾冷却的微结构。射流泵循环不断抽吸喷雾室内部的蒸汽，以持续提供本装置所需的真空环境。工质循环是一个封闭式回路循环，由微型泵、预热器、流量计、细纹螺丝接口、压力式喷嘴、射流泵、储液罐连接而成；低温槽提供本装置所需的冷却水，其温度调节范围为－20℃—100℃。热电偶嵌入受热铜块内部测量其热流量和表面温度，通过PID自动控制加热器的功率。在喷嘴之前的管路上安装一个细纹螺丝接口，旋转细纹螺丝接口可精确调节喷嘴的高度，以达到合适的喷雾距离。本装置所用的冷却工质可以是水或者其它任何适用的制冷剂。

实施例一：见图2，将平行肋片强化面热沉用导热硅胶粘在待加热铜块上，调节细纹螺丝接口4以使喷嘴5达到合适的喷雾高度。在工质充注口0处用真空泵对系统抽真空，然后充入工质。泵1从储液罐8中抽吸工质之后经预热器2、流量计3使得具有一定压力、温度和流量的工质到达喷嘴5喷出雾滴，雾滴在热沉10表面吸热蒸发。与此同时，经泵6抽吸形成的高压工质在射流泵7内高速喷出形成局部低压环境，持续抽吸喷雾室内的蒸汽，之后两相流工质经第二单向阀V₆流入储液罐8。储液罐8内的两相工质被低温槽9流出的冷却水降温之后再分别被泵1和泵6吸出，以此形成循环。喷雾室内若存留余液，可经第一单向阀V₅流入储液罐。第一温度传感器T₁、第一压力传感器P₁分别测量工质在喷嘴入口处的温度和压力，第二压力传感器P₂监测喷雾室内部的真空度。

实施例二：采用辐射状肋片强化面热沉，见图3。

实施例三：采用多孔泡沫铜热沉，见图4。

Claims

1.一种封闭式的喷雾冷却及测试装置，包括喷雾室（20）、储液罐（8）、低温槽（9）、模拟热源（10），其特征在于：所述喷雾室（20）为树脂玻璃制成的密闭室，喷雾室（20）顶盖上安装有射流泵（7）、第二压力传感器（P₂）和通过细纹螺丝接口（4）连接位于室内的喷嘴（5），喷雾室（20）底部，喷嘴（5）下面放置有模拟热源（10），所述储液罐（8）上设有工质充注口（0），储液罐（8）一个出液口通过微型泵（1）、预热器（2）和流量计（3）连接喷嘴（5），喷雾室（20）底部回液口连接储液罐（8）形成封闭式工质循环；储液罐（8）另一个出液口通过泵（6）与射流泵（7）连接，射流泵（7）回液口与储液罐（8）连接形成射流泵循环，储液罐（8）与低温槽（9）连接，模拟热源（10）分别与调压器（13）和计算机（12）连接。

2.根据权利要求1所述的封闭式的喷雾冷却及测试装置，其特征在于：所述模拟热源（10）由受热铜块（15）、热沉（14）、电加热器构成，热沉（14）通过一层导热硅胶粘在受热铜块（15）顶端，热沉（14）外放置环状特氟龙锥形盖（11），受热铜块（15）周围包裹保温层，受热铜块（15）内嵌有热电偶。

3.根据权利要求2所述的封闭式的喷雾冷却及测试装置，其特征在于：所述热沉（14）为平行肋片强化面热沉、辐射状肋片强化面热沉、多孔泡沫铜热沉和光滑铜表面热沉中的任一种。