Please use this identifier to cite or link to this item:
Title: Ψύξη ηλεκτρονικών ισχύος με ριπαίο ψεκασμό
Other Titles: Flash spray cooling of power electronics
Authors: Ζέζας, Δημήτριος-Θεόδωρος
Keywords: Μακροσκοπικές επιφάνειες με πτερύγια
Απόσταση ψεκασμού
Διάμετρος ακροφύσιου
Κρίσιμη ροή θερμότητας
Συντελεστής μεταφοράς θερμότητας
Keywords (translated): Macro-structured surface
Nozzle diameter
Spray distance
Heat transfer coefficient (HTC)
Critical heat flow (CHF)
Abstract: Στη τεχνολογική εποχή που διανύουμε τα ηλεκτρονικά ισχύος διαδραματίζουν καταλυτικό παράγοντα στη διαχείριση και επεξεργασία του ηλεκτρικού ρεύματος. Οι προδιαγραφές των ηλεκτρονικών συσκευών αυξάνονται ενώ μαζί τους πολλαπλασιάζονται και οι ενεργειακές απαιτήσεις. Το πιο κρίσιμο εμπόδιο που καλείται να αντιμετωπίσει η επιστημονική κοινότητα είναι η απαγωγή της περίσσειας θερμότητας που παράγεται από τις συσκευές αυτές και προκαλεί μείωση της απόδοσής τους έως και την αστοχία τους. Σήμερα, χρησιμοποιούνται διάφοροι μέθοδοι απαγωγής θερμότητας όπως οι σωλήνες θερμότητας και οι ψήκτρες. Η απόδοση τους όμως περιορίζεται στην απαγωγή θερμότητας συμβατικών ηλεκτρονικών συστημάτων όπως στην ψύξη ενός επεξεργαστή ή μιας κάρτας γραφικών. Έτσι, όταν πρόκειται για σύνθετα ηλεκτρονικά συστήματα υψηλών ενεργειακών απαιτήσεων δημιουργείται η ανάγκη μίας αποτελεσματικότερης τεχνολογίας απαγωγής θερμότητας. Η ψύξη ριπαίου ψεκασμού αποτελεί μία πρωτοπόρο τεχνολογία που προσφέρει υψηλή ικανότητα ψύξης και σημαντικά χαμηλότερες θερμοκρασίες λειτουργίας σημειώνοντας συντελεστές μεταφοράς θερμότητας της τάξης των 300 kW⁄(m^2 K). Πρόκειται για ένα κλειστό σύστημα που υλοποιεί έναν εξειδικευμένο ψυκτικό κύκλο στον οποίο ο εξατμιστής αντικαθίσταται με ένα θάλαμο μέσα στον οποίο πραγματοποιείται το φαινόμενο του ριπαίου ψεκασμού. Μέσα στο θάλαμο το R410A που χρησιμοποιείται ως ψυκτικό μέσο βιώνει απότομη πτώση πίεσης μέσω ενός ακροφύσιου και προσκρούει τη θερμή επιφάνεια απελευθερώνοντας τη περίσσεια θερμότητα. Η αποτελεσματικότητα της μεθόδου αυτής έγκειται στο γεγονός ότι εκμεταλλεύεται πολλαπλούς μηχανισμούς θερμότητας όπως η μεταφορά με συναγωγή, η αλλαγή φάσης του ψυκτικού μέσου και κυρίως η μεταφορά θερμότητας με βρασμό. Στην εργασία αυτή γίνεται εκτενής μελέτη και βιβλιογραφική ανασκόπηση στις παραμέτρους που ενισχύουν την απόδοση της ψύξης ριπαίου ψεκασμού. Εκθετική αύξηση του συντελεστή μεταφοράς θερμότητας προσφέρει η προσαρμογή ειδικά διαμορφωμένων επιφανειών υψηλής τραχύτητας με πτερύγια σε σχήμα πυραμίδας καθώς μεγιστοποιείται η συνολική επιφάνεια διαβροχής. Η διάμετρος ακροφύσιου των 0.56 mm και η απόσταση ψεκασμού - θερμής επιφάνειας των 25 mm πετυχαίνουν αξιοσημείωτα αποτελέσματα φτάνοντας τιμές κρίσιμης ροής θερμότητας που φτάνουν τα 264 W⁄(cm^2 ). Όραμα της εργασίας αυτής είναι η τεχνολογική ωρίμανση της μεθόδου του ριπαίου ψεκασμού με σκοπό να γίνει το επόμενο βήμα στην απόδοση των ηλεκτρονικών συστημάτων υψηλών προδιαγραφών.
Abstract (translated): In our current technological age, power electronics play a catalytic factor in the management and processing of electricity. The specifications of electronic devices are increasing while the energy requirements are multiplying. The most critical obstacle that the scientific community must face is the extraction of excess heat generated by these devices and causes efficiency reduction or even their failure. Today, various heat dissipation methods are used such as heat pipes and heat sinks. However, their performance is limited to the heat dissipation of conventional electronic systems, such as the cooling of a processor or a graphics card. Thus, when it comes to complex electronic systems with high energy requirements, the need arises for a more efficient heat dissipation technology. Spray cooling is a pioneering technology that offers high cooling capacity and significantly lower operating temperatures, reaching heat transfer coefficients of 300 kW⁄(m^2 K). It is a closed system that implements a specialized refrigeration cycle where the evaporator is replaced by a chamber in which the phenomenon of spray cooling takes place. Inside the chamber the R410A used as a refrigerant, experiences a sharp and violent drop in pressure through a nozzle and strikes the hot surface releasing excess heat. The effectiveness of this method lies in the fact that it exploits multiple heat mechanisms such as free convection, phase change of refrigerant and boiling heat transfer. In this work, an extensive study is made on the elements that enhance the cooling efficiency of spray cooling. The exponential increase of the heat transfer coefficient is offered by the adaptation of specially shaped macro-structured surfaces of greater roughness with pyramid-shaped fins resulting the maximization of total wetted area. The nozzle diameter of 0.56 mm and the spray - hot surface distance of 25 mm also showed remarkable results, reaching critical heat flux values of up to 264 W / cm2. The vision of this work is the technological maturation of the spray cooling method in order to be the next step in the performance of high-quality electronic systems.
Appears in Collections:Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικ. (ΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
DT_M_Ζέζας_Δημήτριος-Θεόδωρος_246887.pdf2.54 MBAdobe PDFView/Open

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.