[发明专利]一种具有自优化特性的电子器件闪蒸喷雾循环冷却系统

说明书

本发明公开一种具有自优化特性的电子器件闪蒸喷雾循环冷却系统，包括压缩机、冷凝器、回热器、储液罐、喷雾腔和气液分离器；压缩机的出口通过管道与冷凝器的入口连接，冷凝器通过管道与回热器第一通道入口连接，回热器的第一通道出口通过管路与储液罐的入口连接，储液罐的下部出口通过管道与喷雾腔的入口连接，喷雾腔的下部液体出口通过管路与回热器第二通道的入口连接；喷雾腔的上部气体出口通过管路与气液分离器的入口连接，回热器第二通道出口通过管路与气液分离器的入口连接，气液分离器通过管路与压缩机的入口连接。系统通过调节旁路阀门开度、压缩机频率、喷雾高度和倾角等参数，实现对换热强弱的优化控制，并保证系统的快速稳定。

技术领域

本发明属于制冷技术领域，具体涉及一种电子器件/芯片闪蒸喷雾循环冷却系统。

背景技术

芯片技术如CPU芯片、激光半导体芯片、LED芯片，以及激光武器、有源相控阵雷达等电子器件，近年来向高集成化、大功率化发展。以LED芯片为例，其在工作时仅有20％-30％的电能转换为光能，剩余70％-80％的电能被转换为热能，散热不佳将导致芯片结温升高，造成光谱偏移、寿命降低等问题。同样，对于CPU芯片，其超过60℃，芯片烧毁可能性大大增加，据调查60％-70％的CPU芯片损坏与温度过高有关。对于大功率芯片，其热流密度已达到或超过100W/cm²，散热已成为整个芯片行业发展急需解决的问题。

目前针对各种大功率芯片的散热方式主要有空冷散热、风冷散热(主动式散热法)、水冷散热等，但是由于散热效率的问题，基本上都体积庞大、性价比低，且仍无法有效地解决问题。而目前研究的较多的水冲击射流冷却，虽然可达到的热流密度高，但其无法维持表面低温，且具有换热表面温度不均匀，易造成芯片震动的缺点。总体来说，对于小面积上大功率散热要求(100W/cm²以上)，市场上目前还没有可行的产品。

而带有相变的闪蒸喷雾冷却方式可以实现在较小面积、较小过热度的情况下移走大量热量，且保持表面低温，到达低温高效换热的目的。闪蒸喷雾技术是使具有一定压力的制冷剂液体经由喷嘴喷出瞬间进入低压环境，液体变为过热非平衡态，发生爆炸性破碎雾化，并伴随强烈相变闪蒸，产生大量蒸气与低温的细小液滴；进一步，雾化的低温小液滴冲击在发热表面，发生相变沸腾、强制对流、蒸发等复合换热。这种复合换热方式能快速带走芯片表面大量的热量，并保持表面均匀低温，符合大功率芯片散热要求。

但目前的闪蒸喷雾冷却装置，多为开式设计，造成了制冷剂的浪费和对环境的污染；少有的闭式循环系统并没有有效解决系统运行稳定性、散热能力有限，以及压缩机与喷嘴流量不匹配、喷雾距离及喷雾腔倾斜角度对冷却效果影响显著的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种具有自优化特性的电子器件闪蒸喷雾循环冷却系统，以解决上述技术问题。本发明能高效得对大功率芯片进行散热，并维持芯片散热表面的均匀低温，具有冷却效果显著、运行稳定、体积小、成本低、节能环保的特点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有自优化特性的电子器件闪蒸喷雾循环冷却系统，包括压缩机、冷凝器、回热器、储液罐、喷雾腔和气液分离器；压缩机的出口通过第一管道与冷凝器的入口连接，冷凝器通过第二管道与回热器第一通道入口连接，回热器的第一通道出口通过第二管路与储液罐的入口连接，储液罐的下部出口通过第三管道与喷雾腔的入口连接，喷雾腔的下部液体出口通过第四管路与回热器第二通道的入口连接；喷雾腔的上部气体出口通过第五管路与气液分离器的入口连接，回热器第二通道出口通过第六管路与气液分离器的入口连接，气液分离器通过第七管路与压缩机的入口连接；所述一种具有自优化特性的电子器件闪蒸喷雾循环冷却系统，通过调节压缩机频率、流量调节旁路阀门、喷雾腔内喷射距离与倾斜角度、喷雾表面结构改性达到优化系统的冷却能力。

进一步的，还包括流量调节旁路；所述流量调节旁路两端分别与储液罐的上部出口和气液分离器的入口连接；流量调节旁路上设有可控制开度的阀门。