一文了解电子设备的蒸发冷却

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图62 蒸发锅在设计蒸发锅时,除了要考虑汽室的大小、沸腾水的循环通道以外,还要考虑与蒸发冷却电子管圆盘配合等结构问题。蒸发锅与电子管的安装形式如图7所示。图中(a)的发射管圆盘下部做成向上弯的圆弧形,在水强烈沸腾的情况下,水和蒸汽的混合很剧烈,因此它会在孔槽内以3~4m/s的流速向上冲击,很容易沿着圆弧将水涌入汽室内,造成汽道的堵塞;而图7(b)、图7(c)的电子管圆盘下部做成向下弯的圆弧,因此,强烈沸腾的水会在蒸发锅内沿着圆弧返回蒸发锅下部。其中图7-7(c)是一种装有导流筒的蒸发锅,适合于阳极为垂直肋状的发射管使用。这种导流筒有利于加快水的对流,即使蒸发锅内水位下降20~30mm,筒内的水由于虹吸作用而上涌,仍可得到良好的冷却效果。此外,导流筒把蒸发锅分为两层,内层水上升,外层水下降,形成了良好的对流通路。

图73 冷凝器蒸发冷却系统的冷凝器,一般采用水冷、风冷和自然冷却三种形式。4 控制保护设备控制保护设备,是指水位的控制和报警设备。四、蒸发冷却的应用1 单个功率元器件的浸渍蒸发冷却图8是单个功率器件的浸渍蒸发冷却示意图。元器件浸渍在沸点温度低于其工作温度的冷却液中,工作液体受热沸腾,蒸汽带走大量的汽化热,在浮升力的作用下,上升至冷凝器,释放热量,冷凝器的工作液体靠自身重力返回至容器。这种以温差循环冷却液的蒸发冷却不需要动力,并具有高热流密度的散热能力。

图82.高热流密度组件的浸渍蒸发冷却图9所示为高热流密度的多芯片组件(MCM)的浸渍蒸发冷却示意图。其工作液是碳氟化合物(如FC-45等)利用温差循环冷却。

图9图10为另外几种浸渍于介质液体的蒸发冷却形式。其中图(a)、(b)、(c)为局部充以工作液,并留有适当的空间来补偿工作液受热后引起的体积膨胀;而图(d)、(e)、(f)为工作液体全部充满空间的形式,工作液受热所引起的体积膨胀靠皱纹壁或膨胀箱来补偿。各种结构形式中,蒸汽的冷凝方式可用散热肋片(如图(a)、(e))或采用冷板进行强迫液冷(如图(b)、(d)所示,也可采用冷凝器。

图10蒸发冷却用的冷却液,见表7-4。在设计时应注意液体因温度变化而造成的体积膨胀。从表1中可以看到,大多数工作液体的体积膨胀系数为水的8倍。军用电子设备的工作温度为-55~60℃,所选用的蒸发冷却工作液(水除外)其体积变化将达到18%。表1

3 利用蒸发冷却,保持电子器件恒温图11所示为速调管振荡器利用蒸发冷却保持恒温的示意图。将速调管振荡器装于水槽内,靠谐振腔体来传递热量。腔体表面温度约为110℃,热流密度为9W/cm2,可保证工作液处于核沸腾状态。沸腾产生的蒸汽经管道至空气冷却的冷凝器,冷凝后的水又返回液槽。由于水的沸腾温度与其蒸汽压力有关,因此可以靠冷凝器中的膨胀室来保持压力的恒定。

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