[发明专利]一种复合式电子芯片冷却沸腾强化换热实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及电子芯片冷却沸腾强化换热技术领域，特别涉及一种复合式电子芯片冷却沸腾强化换热实验装置。

背景技术

随着电子元器件的高度集成化和高频化，传统的风冷等冷却技术已不能满足芯片高散热率的要求，利用沸腾相变换热对芯片进行直接液体冷却是一种有效的冷却方式，通常的做法是将芯片直接浸在不导电液体中进行沸腾换热，但存在沸腾起始温度偏高等问题，不利于电子器件的启动，因此需要采用强化措施来有效的降低沸腾起始壁面过热度，提高临界热流密度，保证芯片在高热流密度下的临界壁面温度低于85℃，保障电子设备安全可靠运行。

对于池沸腾换热而言，芯片浸没在静止的工质中进行换热，临界热流密度值偏低，增大过冷度可以提高临界热流密度，然而这意味着需要提供较大的过冷度，制冷单元成本增加。而除了过冷度之外，工质流速对换热也有积极的影响。将芯片置于流动通道中，依靠流体对芯片表面的冲刷作用可以实现强化换热的目的，但需要提供额外的动力系统和控制系统，另外，通过高速摄像拍摄的照片发现，临界状态时，流体沿流动方向上对汽膜的破坏作用小，芯片表面被一层汽膜所覆盖，阻碍了冷流体的补充，而射流冲击冷却具有较高的冲击力度，期望可以冲击换热表面，击碎或破坏汽膜，将换热表面的热量迅速带走，从而保证冷流体的补充，维持芯片在高热流密度下的正常换热，进一步提高临界热流密度值，但射流冲击冷却范围小，更适用于局部冷却，而且目前还不能实现对单个芯片进行冷却。大多数文献中，都是针对池沸腾、流动沸腾、射流冲击沸腾中的一种进行实验研究，实验系统体积大，部分供电和控制操作设备和操作过程重复，实验周期长，使得其强化换热优势受到限制。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种复合式电子芯片冷却沸腾强化换热实验装置，综合了三种换热方式的特点，具有操作灵活，控制简单，占地面积小，实验周期短的优点。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种复合式电子芯片冷却沸腾强化换热实验装置，包括旋涡泵，以及通过管道与旋涡泵连接的复合沸腾实验箱；所述复合沸腾实验箱包括基体、上封盖，以及位于基体内部且与基体连接的载物基板，池沸腾芯片固定在载物基板正面，流动喷射沸腾芯片固定在载物基板背面；载物基板与上封盖之间形成池沸腾实验段，载物基板与下方基体形成流动喷射沸腾实验段；所述基体的底部设有流动沸腾入口和出口，以及喷射沸腾入口，所述流动喷射沸腾芯片设置在喷射沸腾入口的正上方；工质在旋涡泵的作用下，自流动沸腾入口和喷射沸腾入口进入到流动喷射沸腾实验段，然后自流动沸腾出口流出后回到池沸腾实验段。

旋涡泵和喷射沸腾入口之间设置有喷射装置，所述喷射装置包括与总流量计相连的进口导流管、与导流管相通的稳流室、与稳流室相通的喷嘴导流管，以及与喷嘴导流管相连的喷嘴，所述喷嘴与喷射沸腾入口相连。

喷嘴方向与进口导流管方向垂直设置，喷射方向与换热面垂直；所述稳流室的截面大于导流管的截面。

复合式电子芯片冷却沸腾强化换热实验装置进一步包括有控温装置，该控温装置包括恒温制冷机、冷凝管、换热器，以及多个控制阀，所述冷凝管设置在池沸腾实验段内，所述冷凝管的两端分别与恒温制冷机的输入和输出相连，所述换热器的出口端与旋涡泵相连，入口端与复合沸腾实验箱的池沸腾实验段出口相连，同时，所述换热器连接在恒温制冷机两端。

换热器采用套管换热器，水在外管内流动，工质在内管内流动。

上封盖上进一步连接有橡胶袋和压力传感器。

一种复合式电子芯片冷却沸腾强化换热实验装置，包括旋涡泵，以及设有池沸腾实验段和流动喷射沸腾实验段的复合沸腾实验箱，旋涡泵的出口与总流量计入口相连，总流量计出口分成两路，一路经由喷射支路进入复合沸腾实验箱的流动喷射沸腾实验段；另一路又分为两路，一路经过横流支路进入复合沸腾实验箱的流动喷射沸腾实验段，另一路直接进入复合沸腾实验箱的池沸腾实验段，流动喷射沸腾实验段出口与池沸腾实验段相连，复合沸腾实验箱的池沸腾实验段出口经调节控制阀门与换热器入口相连，换热器出口与旋涡泵相连。