Metal Foam을 이용한 새로운 반도체 냉동 시스템 연구

전자 통합 기술의 급속한 발전으로 전자 장치도 소형화, 경량화 및 지능화로 이동하고 있습니다. 그러나 집적 전자 장치의 소형화로 인해 전력 밀도가 증가하는 동시에 방열도 증가하고 있습니다. 기존 냉각 기술은 냉각 요구 사항을 충족하기 어려웠습니다. 따라서 열유속 밀도가 높은 전자 부품의 방열을 연구하는 것이 특히 중요합니다. 본 논문에서는{0} 공랭식 방열 방식을 제안합니다. 즉, 반도체 냉각 기술을 기반으로 발포 금속 라디에이터와 결합된 냉각 시스템을 설계하고 실험을 통해 냉각 효과를 테스트합니다. 모델.

1. 이론적 근거 및 실험장치

반도체 냉각기는 열 전달 도구입니다. N{0}}형 반도체 물질 조각과 P{1}}형 반도체 물질 조각으로 구성된 열전대 쌍에 전류가 흐르면 두 끝 사이에 열 전달이 발생하여 온도 차이가 발생합니다. 뜨겁고 차가운 끝을 형성하십시오. 그러나 반도체 자체에는 저항이 있어 전류가 흐르면 열이 발생하여 열전달에 영향을 줍니다. 두 판 사이의 열은 또한 공기와 반도체 재료 자체를 통해 역방향 열 전달을 겪습니다. 뜨거운 끝과 차가운 끝이 특정 온도 차이에 도달하고 두 개의 열 전달량이 같으면 정방향 및 역방향 열 전달이 서로 상쇄되고 찬 끝과 뜨거운 끝의 온도는 계속 변경되지 않습니다. 따라서 더 낮은 온도를 달성하기 위해 방열과 같은 방법을 사용하여 핫 엔드의 온도를 낮출 수 있습니다.

금속 폼은 다공성 금속 재료로 기공률이 90% 이상이고 일정한 강도와 강성을 가지고 있습니다. 이 유형의 금속 재료는 높은 통기성, 큰 기공 표면적 및 작은 재료 부피 밀도를 가지고 있습니다. 기류가 통과할 때 접촉 면적이 넓어 열교환에 도움이 됩니다.

반도체 냉동 시트로 냉동을 실현합니다. 반도체 냉각 시트의 차가운 표면이 방열 대상과 직접 접촉할 수 없고 차가운 표면의 차가운 표면이 공기로 자연 대류 열전달 효과가 크지 않다는 점을 고려하여 폼 ​​메탈에 부착 열 교환을 증가시키는 표면. 지역, 냉기 교환 강화의 효과를 달성합니다. 냉각반도체와 폼메탈을 실리콘 그리스로 접착하여 접촉열저항을 줄였습니다. 기류의 일부는 냉각 에너지를 빼앗아 차가운 공기를 형성하고 대상으로 열을 발산하며, 뜨거운 표면도 기류에 의해 제거되어 환경으로 배출됩니다.

실험은 교차 연결된 이중 공기 덕트를 사용합니다.{0} 그 중 하나는 찬 공기를 내보내는 데 사용되고 다른 하나는 뜨거운 공기를 내보내는 데 사용됩니다. 냉/온풍 덕트 입구에 팬을 연결하여 공기가 통하게 하고, 덕트 가공시 필요한 측정 구멍과 설치 구멍을 남겨둡니다.

냉동반도체에 통전하면 온도차가 발생하고 차가운 표면을 통과하는 공기 흐름이 냉각되어 찬 공기가 되고 뜨거운 표면을 통과하는 공기 흐름이 냉각되어 열풍 덕트에서 배출됩니다. 뜨거운 쪽의 온도가 낮고 차가운 쪽의 온도가 낮을수록 냉각 효과가 더 좋습니다. 냉기 덕트의 출구에는 4개의 대칭적인 온도 측정 지점(실험에서는 T5, T6, T7, T8으로 표시, 단위도)이 있으며 4개의 풍속계를 대칭으로 배치하여 출구 공기 온도를 측정하고 입구 공기는 온도는 주변 온도에 의해 결정됩니다. 풍속계를 설치하여 출구의 풍속을 측정합니다. 또한, 발포금속의 반도체 냉면과 접하는 표면은 중앙에 대칭적인 4개의 측정점을 배치하고, 동판에 4개의 열전대를 스폿 용접하여 바닥면에 용접된 동판의 온도를 측정합니다. Keishley 데이터 수집 시스템에 의해 수집된 발포 금속. , 100회 수집하고 각각 평균(실험에서 T1, T2, T3, T4로 기록, 단위도), 냉동의 상대 열전달 계수를 계산하는 데 사용됩니다.

이 모델의 냉기 덕트 온도 필드의 수치 시뮬레이션 결과: 주변 온도는 298K(25도)이고 400mm*100mm*40mm의 시뮬레이션된 냉기 덕트에서 반도체 냉각 칩은 12V의 정격 조건에서 작동합니다. 및 6A이고, 발포 금속 재료는 구리이다. , 크기는 100mm*100mm*40mm, 5ppi입니다. 냉동의 이론적 효과는 결과에서 확인할 수 있습니다.

2. 실험과정

2.1 실험장비

플렉시 유리 교차 공기 덕트 1개, 전체{2}}구리 코어 80W 속도-조절식 원심 팬 2개, 반도체 냉각(정격 작업 조건 12V, 6A) 50mm*50mm, 전자 풍속계 2개, 전자 풍속계 4개, 유리 1개 온도계 지지대, 여러 구리 폼 금속, PC, 구리 콘스탄탄 열전대, 얼음 병, Keishiley 2700 데이터 수집 시스템, 데이터 수집 카드, 선형 안정화 전원 공급 장치 등

2.3 실험 단계

설계에 따라 테스트 벤치를 구축하고 26.5도인 실내 온도 Ts(도)를 읽습니다.

팬은 220V 전원으로 구동되며 냉각 반도체는 선형 전압 안정화 전원으로 구동됩니다.

열풍 덕트 팬의 풍속 V2를 변경하지 않고 냉동 반도체의 작동 전압 U 또는 전류 I를 조정하고 냉기 덕트 팬의 풍속 V1을 조정하고 T1~T8을 차례로 읽습니다. 그런 다음 V2를 변경하고 냉동 반도체의 작동 전압 또는 전류를 조정하고 냉기 덕트를 조정하십시오. 팬 풍속 V1, T1~T8을 순서대로 읽습니다. V2가 0.5m/s, 1.{12}}m/s, 2.{14}}m/s, 3.{16}}m/s인 경우 위와 같이 반복합니다. 4.0m/s, V1은 각각 {{20}}.5m/s, 1.{27}}m/s, 1.5m/s, 2입니다.{31 }}m/s, 2.5m/s, 3.{35}}m/s, 3.5m/s, 4.{39}}m/s, (U, I)는 각각 (1.4V, 1 .0A) , (3.1V, 2.0A), (46V, 3.{{5{54}}}}A), (6.3V, 4.0A), ( 8.2V, 5.0A)..

냉기 덕트 출구의 평균 온도 Tb=(T5 + T6 + T7 + T8)/4, 반도체 냉면 Ta{{6 }}(T1 + T2 + T3 + T4)/4; 공식 h*ΔTa* S=Q{13}}Cp*(m/t)*ΔTb에 의해 냉각 전력 Q와 상대 열 전달 계수 h를 계산합니다. 여기서 방정식의 왼쪽은 다음과 같습니다. 냉면 열전달력, 오른쪽은 공냉식으로 계산한 냉방력이다. S – 금속 발포체의 바닥면 면적, ΔTa=Ts{15}}Ta, h는 열전달 면적으로 S를 갖는 실제 열전달 계수, Cp는 에서 공기의 비열 실온, 1.004KJ/

그림 2에서 그림 4까지는 냉기 덕트의 풍속이 낮을수록 출구 공기 온도가 낮아지고 냉각 효과가 더 좋습니다. 냉각 시트의 출력이 높을수록 냉기 덕트 출구의 공기 온도는 낮아지지만 실험에서 동력이 최대에 도달하면 냉기 덕트 출구의 공기 온도가 다시 상승하기 때문에 뜨거운 표면의 방열 조건이 제한되고 온도가 상승하고 차가운 표면의 온도가 해당합니다. 픽업.

실험은 기기와 환경의 영향을 받기 때문에 곡선은 어느 정도 변동하지만 전체적인 결론은 열풍덕트의 풍속 V2가 증가함에 따라 냉기덕트 출구의 기온 Tb가 감소하고 냉각 효과가 좋습니다.

실험 데이터의 계산을 통해 S를 열교환 면적으로 하는 차가운 표면의 실제 열전달 계수 h, 냉각 전력 Q 및 냉각 반도체 전력 W를 얻을 수 있습니다. 데이터 분석에 따르면 냉기 덕트의 출구에서 풍속과 유량만 변경하는 경우, 즉 q가 증가하면 출구 공기 온도가 증가하고 냉각력 Q가 증가합니다. 냉각용 반도체 전력만 변경되면, 즉 W가 증가하면 출구 공기 온도가 감소하고 냉각 전력이 감소합니다. 전력 Q가 증가합니다. 열풍덕트의 풍속만 변경되는 경우, 즉 V2가 증가하면 출구공기온도는 감소하고 냉각력 Q는 증가한다. 열 교환 면적이 S인 차가운 표면의 실제 열 전달 계수 h, h는 V1의 증가에 따라 증가하고 V2의 증가에 따라 증가합니다. 그러나 냉각 반도체 전력 W가 증가하면 h는 점차 감소한다.

실험에서 냉각력 Q의 가장 높은 값은 V2=3m/s, U=6.3V, I=4A, V1=4 상태에서 측정됩니다. m/s는 냉각 전력이 방열 조건이 해당 전력 및 공기 흐름 품질을 충족하는지 여부를 종합적으로 고려해야 함을 증명합니다. 유량 크기, 냉각 풍속 및 기타 요인.

3. 결론

본 논문에서는 발포 금속 반도체 냉동 시스템을 이용한 실험 시제품을 설계하였다. 실험 결과와 데이터의 통계적 분석에 따르면 다음과 같은 결론을 얻을 수 있습니다.

(1) 동일한 조건에서 찬 공기 풍속이 낮을수록 출구 공기 온도가 낮아집니다. 냉각 반도체의 전력이 높을수록 출구 공기 온도가 낮아집니다. 열기 덕트 풍속이 증가하고 냉기 덕트 출구 공기 온도가 감소합니다.

(2) 동일한 조건에서 냉기 덕트의 출구 풍속이 증가하고 출구 공기 온도가 증가하며 냉각력 Q가 증가합니다. 저온 반도체 전력 W가 증가하고 출구 공기 온도가 감소하며 냉각 전력이 증가합니다. 열풍 덕트 풍속이 증가하고 출구 공기 온도가 감소하고 냉각력이 증가합니다.

(3) 열교환 면적이 S인 차가운 표면의 실제 열전달 계수 h는 V1의 증가에 따라 증가하고 V2의 증가에 따라 증가합니다. 냉동 반도체의 전력이 증가하고 h가 점차 감소합니다.

(4) 냉각 능력을 낮추려면 낮은 냉기 속도, 높은 열풍 속도 및 전력을 선택하십시오. 더 높은 냉각 능력을 위해 더 높은 냉풍 속도와 열풍 속도, 그리고 더 높은 전력을 선택하십시오.