極微量溶存液によるFCの限界熱流束増大現象の機構解明

极少量溶解液体导致FC临界热通量增加现象的机理阐明

• 批准号: 14655084
• 负责人: 本田 博司
• 金额: $ 2.37万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14655084/
• 关键词: 電子素子; 浸漬沸騰冷却; 伝熱促進; 非導電性液体; 微量溶解物; 自然循環ループ; プール沸騰

LSIチップ用の自然循環沸騰冷却システムの伝熱特性解明を目的として,試験ループ内に非導電性の冷却液FC-72を充填し,蒸発器の上流側の液配管内に表面積10 x 10mm^2の模擬シリコンチップを設置して,沸騰熱伝達特性におよぼす液の過冷度および循環液流量の影響を調べた.この実験において,試験ループを構成する要素機器の接続に使用した軟質塩化ビニール管から可塑剤であるヂオクチルフタレート(沸点386℃)が溶出し,伝熱面に付着することによって核沸騰熱伝達および限界熱流束が大幅に上昇する現象を見出した.清浄面と比較した限界熱流束の上昇は70%に達した.この現象を定量的に把握するために,プール沸騰実験装置を用い,FC-72中に一定量のヂオクチルフタレートを混入して同様の実験を行った.ヂオクチルフタレートがシリコンチップに付着している状況ではループ系の場合と同様な伝熱促進が見られたが、ヂオクチルフタレート自体はシリコンチップを濡らさない性質を持っており,時間の経過につれてチップ表面から取れてしまう傾向があった.次いで、FC-72に可溶性の有機液を微量混入することによる伝熱促進効果について検討した。混入する液体としては、FC-72より沸点の高いクロロフォルム(沸点61.8℃)と、沸点の低いR123(沸点27.7℃)を使用し、質量濃度を2%と5%、液温を56℃,31℃および11℃に変化させて実験を行った。実験結果によると、質量濃度が2%と5%の場合ともに、で液温が31℃の場合には低熱流束域の核沸騰熱伝達率は低下し、高熱流束域の核沸騰曲線には差が見られなかった。一方液温11℃では核沸騰熱伝達特性にあまり差が見られなかった。限界熱流束についてみると、クロロフォルム添加の場合には純FC-72に比べて限界熱流束は低下し、液温31℃で質量濃度が2%と5%のときにそれぞれ純FC-72の90.0%と93.6%であった。一方R123の場合には限界熱流束は上昇し、液温31℃と11℃で質量濃度が2%と5%のときにそれぞれ純FC-72の104.3%と113.8%および122.2%と131.3%になった

LSI チ ッ プ with の natural circulation boiling cooling シ ス テ ム の 伝 thermal characteristics and interpret を purpose と し て, test ル ー プ に inside of non-conductive の を し filling, cooling liquid FC - 72 発 steamer の に の liquid with high side tube surface area 10 x 10 mm ^ 2 の simulation シ リ コ ン チ ッ プ を set し て, 伝 of boiling heat transfer characteristics of に お よ ぼ す liquid の supercooling degree お よ び circulating fluid flow の influence を adjustable べ た. こ の be 験 に お い て, test ル ー プ を constitute す machine の る elements connect 続 に use し た soft salt chemical ビ ニ ー ル tube か ら plastic tonic で あ る ヂ オ ク チ ル フ タ レ ー ト (boiling point 386 ℃ ) が dissolution し, 伝 hot surface に pay the す る こ と に よ っ て nucleate boiling hot 伝 da お よ び limit heat flow beam が に rise sharply す を る phenomenon shows し た. Qing と incorporated face compares し た limit heat flow beam の は 70% に da し た. こ の phenomenon を quantitative に grasps す る た め に, プ ー ル boiling be 験 device を い, に の certain amount of FC - 72 ヂ オ ク チ ル フ タ レ ー ト を mixed with し て with others の be 験 を line っ た. ヂ オ ク チ ル フ タ レ ー ト が シ リ コ ン チ ッ プ に pay the し て い る condition で は と ル ー プ is の occasions with others な 伝 hot promote が see ら れ た が, ヂ オ ク チ ル フ タ レ ー ト autologous は シ リ コ ン チ ッ プ を ら speech &drama さ な い nature を hold っ て お り, time の 経 too に つ れ て チ ッ プ surface か ら take れ て し ま う tendency が あ っ た. A trace amount of <s:1> で and FC-72に soluble <s:1> organic liquid を mixed in する <s:1> とによる伝 とによる伝 heat-promoting effect に て検 て検 て検 て検 て検 to obtain た. Liquid mixed with す る と し て は, FC - 72 よ り high boiling point の い ク ロ ロ フ ォ ル ム と boiling point (61.8 ℃), low boiling point の い R123 を use し boiling point (27.7 ℃), 5% 2% mass concentration を と を 56 ℃, liquid temperature, 31 ℃ お よ び 11 ℃ に variations change さ せ て be 験 を line っ た. Be 験 results に よ る と, 5% 2% mass concentration が と の と も に, で liquid temperature が 31 ℃ の occasions に は low beam domain の nuclear low は し 伝 of boiling heat transfer rate, high heat flow domain の nucleate boiling curve beam に は poor が see ら れ な か っ た. When the liquid temperature of one side is 11℃, the で で nuclear boiling heat 伝 reaches its characteristic にあま <s:1> poor が. See られな った った. Limit of heat flow beam に つ い て み る と, ク ロ ロ フ ォ ル ム add の occasions に は than pure FC - 72 に べ て threshold low heat flow beam は し, fluid temperature of 31 ℃ で mass concentration 5% 2% が と の と き に そ れ ぞ れ 93.6% 90.0% pure FC - 72 の と で あ っ た. Party R123 の occasions に は limit heat rising は し beam, liquid temperature 31 ℃ と 11 ℃ で mass concentration 5% 2% が と の と き に そ れ ぞ れ 113.8% 104.3% pure FC - 72 の と お よ び 131.3% 122.2% と に な っ た

项目成果

本田博司ほか4名: "シリコンチップ上のFC-72の沸騰熱伝達に及ぼす高沸点有機物添加の影響"日本機械学会熱工学部門講演会講論. 89-90 (2002)

Hiroshi Honda等4人：“添加高沸点有机物对硅芯片上FC-72沸腾传热的影响”日本机械工程师学会热工分部讲座89-90（2002年）。

高田信夫, 本田博司, 張正国: "冷媒自然循環方式によるLSIチップの沸騰冷却に関する研究(伝熱性能におよぼすチップ取り付け位置の影響)"日本機械学会熱工学コンファレンス講論. 449-450 (2003)

高田伸夫、本田宏、张振国：“利用自然制冷剂循环法的LSI芯片沸腾冷却研究（芯片安装位置对传热性能的影响）”日本机械工程学会热工会议讲座449-450（2003）。

H.Honda, Z.G.Zhang, N.Takata: "FLOW AND HEAT TRANSFER CHARACTERISICS OF A NATURAL CIRCULATION EVAPORATIVE COOLING SYSTEM FOR ELECTRONIC COMPONENTS"Proc.3^<rd> Int.Symp.Heat Transfer and Energy Conservation. Vol.1. 109-116 (2004)

H.Honda、Z.G.Zhang、N.Takata：“电子元件自然循环蒸发冷却系统的流动和传热特性”Proc.3^<rd> Int.Symp.传热和节能。