Pumpattua yksi- tai kaksivaiheista jäähdytystä käytetään yleensä lämmön poistamiseen ja haihduttamiseen suuritehoisista lämmönlähteistä, kuten elektroniikasta ja lasereista, tai kun lämpöenergiaa on siirrettävä huomattavan pitkän matkan päähän lämmönlähteen ja jäähdytyselementin välillä. Pumpattua yksivaiheista jäähdytystä käytetään nykyään yleisesti autoteollisuuden järjestelmissä ja tehoelektroniikkalaitteissa, joissa lämpövirrat ovat suhteellisen pieniä ja/tai lämpötilan tasaisuutta ei vaadita. Yksivaiheisessa pumppukierrossa nestemäinen jäähdytysneste pumpataan jäähdytettävään lämmönlähteeseen kiinnitetyn kylmälevyn läpi. Nestemäisen jäähdytysnesteen lämpötila nousee, kun se kulkee kylmän levyn läpi, jolloin se absorboi ja varastoi lämpöä tuntuvan lämpökapasiteettinsa avulla.

Mitä ovat pumpatut kaksivaiheiset jäähdytysjärjestelmät?

Pumppauskaksivaiheisissa jäähdytysjärjestelmissä lämpö siirretään haihduttamalla ja kondensoimalla työstöliuoksen osa tai koko neste. Tyypillisesti neste, joka on lähellä kylläisyyttä, pumpataan kylmälevyyn, jossa se alkaa kiehua, jäähdyttää elektroniikkaa ja varastoi energiaa nesteen piilevään lämpöön. Kaksivaiheinen neste (neste ja höyry) virtaa sitten lauhduttimeen, jossa lämpö poistetaan, jolloin höyry tiivistyy ja lauhduttimesta poistuu yksivaiheinen neste, ja sykli toistuu.

Oikein suunniteltuna kaksivaiheiset pumppukierrot voivat tehdä seuraavaa:

• Lämmön siirtäminen pitkien etäisyyksien päähän
• Korkean lämpövirran elektroniikan jäähdyttäminen
• Mahdollistaa & useiden kylmälevyjen jäähdyttämisen rinnakkain
  • Käyttää pikaliittimiä elektroniikan vaihtamiseen
  • Lämpöä voidaan syöttää ja poistaa mistä tahansa kylmälevyjen yhdistelmästä, passiivisella virtauksen ohjauksella kuhunkin kylmälevyyn
• Toimii missä tahansa asennossa
• Jäähdytys suurilla alueilla (ACT on osoittanut kaksivaiheisen jäähdytyksen useilla 1.8 ft2 (1700 cm2) kylmälevyillä)

Pumppukäyttöiset kaksivaihejärjestelmät vaativat lisäsuunnittelua, koska virtauksen epävakaisuudet on tukahdutettava ja järjestelmässä on oltava sekä neste- että höyryvirtaukset. Pumpatulla kaksivaihejärjestelmällä on kuitenkin seuraavat edut verrattuna yksivaiheiseen jäähdytykseen:

• Pienempi koko, paino ja teho (SWaP), mikä on tärkeä huolenaihe lentokoneissa ja sotilasajoneuvoissa
  • Matalammat virtausnopeudet ja pumppausteho
• Minikanavalämmönsiirtimet mikrokanavalämmönsiirtimien sijaan, mikä pienentää pumppaustehoa ja pienentää tukkeutumisongelmia

Kaksivaiheisen jäähdytysjärjestelmän asettelu

Kaksivaiheisen pumppujäähdytysjärjestelmän perusasettelu on samankaltainen kuin yksivaiheisen pumppujäähdytysjärjestelmän, lukuun ottamatta sitä, että nesteen tilavuuden muutosten tasaamiseen käytetään kaksivaiheista säiliötä yksivaiheisessa järjestelmässä käytetyn akun sijasta. Kuvassa 1 on esimerkki pumpattavasta kaksivaihejärjestelmästä, jossa kylmälevyjä (ja niihin liittyvää elektroniikkaa) voidaan vaihtaa pikaliittimien avulla ilman, että järjestelmää tarvitsee tyhjentää ja täyttää. Joustavat johdot mahdollistavat kylmälevyjen testaamisen missä tahansa asennossa ja eri korkeuksissa.

Kuva 1. Itsenäinen pumpattava kaksivaiheinen jäähdytyssilmukka, jossa on pikaliittimet jopa neljän kylmälevyn jäähdyttämiseen.

Kylmälevyt (jäähdytyslevyt) ovat kuvan 1 etupuolella olevat kaksi höyrystintä, joissa on läpinäkyvä ylälevy. Vasemmassa haihduttimessa yksivaiheinen virtaus tulee sisään ylhäältä, osa nesteestä kiehuu lämmön poistamiseksi, ja kaksivaiheinen seos poistuu alhaalta (huomaa kuplien sijainti). Oikeassa haihduttimessa yksifaasivirtaus tulee alhaalta, ja kaksifaasiseos poistuu kylmän levyn yläosasta. ACT on osoittanut näiden järjestelmien kyvyn poistaa lämpöä, kun kunkin höyrystimen suuntausta muutetaan toisista riippumatta.

Tietyissä elektroniikan jäähdytyssovelluksissa on suuri määrä rinnakkaisia elektroniikkalevyjä, joihin halutaan syöttää sähkötehoa ja jäähdyttää mielivaltainen määrä levyjä ilman, että virtausta tarvitsee säätää kullekin levylle. Tämä onnistuu helposti pumpattavalla kaksivaiheisella jäähdytysjärjestelmällä, jossa suuri määrä kylmiä levyjä voidaan jäähdyttää rinnakkain (sarjavirtausta ei yleensä käytetä, kun lämpötilan tasaisuus on tärkeää, jotta jokaisella kylmällä levyllä on samat sisäänmeno-olosuhteet).

Kuvassa 2 (A) on esitetty koejärjestely neljälle kylmälle levylle, joista kutakin voidaan lämmittää itsenäisesti. Yksittäiset kylmälevyt on merkitty sinisillä, oransseilla, keltaisilla ja punaisilla tarroilla.
Huomaa, että venttiilejä käytetään tässä kokoonpanossa kiinteän painehäviön aikaansaamiseksi, niiden säätäminen virtausolosuhteiden muuttuessa ei ole tarpeen. Kuvassa 2 (B) näkyy yksittäinen kylmälevy yksityiskohtaisemmin.

Kuvassa 3 (A) on video, joka osoittaa, että mihin tahansa kylmälevyyn voidaan syöttää ja poistaa virta käytön aikana. Kun lämmittimen virta syötetään tiettyyn kylmälevyyn, kylmälevyn viereen ilmestyy värikoodattu piste ja kuplanmuodostus on nähtävissä. Kuvassa 3 (B) esitetään kaikkien neljän kylmälevyn lämpötilat ja virtausnopeudet. Kun yksittäisen kylmälevyn sähkövirta katkaistaan, kyseisen kylmälevyn lämpötila laskee. Odotetusti sähköllä toimivien kylmälevyjen lämpötila ei kuitenkaan periaatteessa muutu tehon muuttuessa.

Kuvassa 2 (A) on esitetty koejärjestely neljälle kylmälevylle, joista jokainen voidaan lämmittää itsenäisesti. Yksittäiset kylmälevyt on merkitty sinisillä, oransseilla, keltaisilla ja punaisilla tarroilla. Huomaa, että venttiileitä käytetään tässä asetelmassa kiinteän painehäviön aikaansaamiseksi, eikä niiden säätäminen virtausolosuhteiden muuttuessa ole tarpeen. Kuvassa 2 (B) on esitetty yksittäinen kylmälevy yksityiskohtaisemmin.

A.

Kuva 3. Yksittäinen kylmälevy. (A) Video, jossa näytetään 4 jäähdytyslevyn kaksivaiheinen jäähdytys jaksottaisella virralla. Piste osoittaa, kun lämpöä syötetään, ja häviää, kun lämpö kytketään pois päältä. (B) Sähkövirran katkaiseminen joistakin kylmälevyistä ei vaikuta muiden kylmälevyjen lämpötilaan.

Tuotelinkit

Pumppukytkentäiset kaksivaihetuotteet

ACT:n pumppukytkentäiset kaksivaihetuotteet (P2P-tuotteet) soveltuvat erinomaisesti suuritehoisen elektroniikan jäähdytykseen, kun lämpökuormat ovat nousseet tasolle, joka ylittää sen, mitä perinteiset ilma- ja vesijäähdytysjärjestelmät kykenevät tehokkaasti hoitamaan. Vakiomallisissa pumpattavissa kaksivaiheisissa jäähdytysjärjestelmissämme hyödynnetään yleisiä komponentteja, ja ne on suunniteltu 8 kW:n, 30 kW:n ja 50 kW:n tehoille. Saatavilla on myös täysin räätälöityjä P2P-ratkaisuja.

Pumppukaksivaiheinen jäähdytys korkean suorituskyvyn tietojenkäsittelysovelluksiin

ACT kehitti P2P-kylmälevyn korkean suorituskyvyn tietojenkäsittelysovellukseen, jonka kokonaislämpökuorma on 4 kW ja jossa on yli 50 000 yksittäistä solmupistettä 1U:n Blade-kokoonpanossa.

Pumpattu kaksivaihe (P2P) Usein kysytyt kysymykset (FAQ)

ACT:n P2P FAQ-sivulla vastataan moniin yleisiin kysymyksiin pumpatusta kaksivaiheisesta jäähdytyksestä, mukaan lukien ”Mikä on pumpattu kaksivaiheinen jäähdytysjärjestelmä?”, ”Miten se toimii?”, ”Milloin sitä käytetään?” ja ”Mitä hyötyä siitä on?”.”.

Pumppukaksivaihejäähdytystekniikan edistysaskeleet

Pumppukaksivaihe suuren lämpövirran sovelluksiin

ACT on kehittänyt P2P-järjestelmän laserdiodien ja suuren lämpövirran elektroniikkajärjestelmien käyttöön. Se käsittelee tehokkaasti jopa ~500 W/cm2:n lämpövirtoja useista rinnakkaisista lämmönlähteistä. Lämpötilan tasaisuus suurilla pinnoilla on osoitettu.

Hybridi kaksivaiheinen silmukkajäähdytys

Hybridi kaksivaiheinen silmukka (HTPL) -tekniikassa yhdistyvät mekaanisesti pumpattujen silmukoiden vankka toiminta ja kapillaarikäyttöisten silmukoiden passiivinen virtauksen säätö suurten tehojen kuljettamiseen (2 kW), suuria lämpövirtoja (>1200 W/cm2) matalilla lämpöresistansseilla, jotka liittyvät haihtumiseen tahtirakenteesta.

Momentum Vortex Separator

Suurimmassa osassa pumpattavia kaksivaihejärjestelmiä käytetään painovoimaa höyryn ja nesteen erottamiseen. Momenttikäyttöisiä pyörrevaiheen erottimia käytetään tyypillisesti järjestelmissä, joissa ei voida luottaa painovoimaan höyryn ja nesteen erottamisessa, esim, mikropainovoimassa, sekä lentokoneissa, joissa kiihtyvyysvektori vaihtelee lentokoneen liikkuessa.

Mil/Aeron kultainen innovaatiopalkinto

Pumppukäyttöinen kaksifaasijäähdytysjärjestelmä (Pumped Two Phase (P2P) Cooling Cooling System), jonka valmistaja on Advanced Cooling Technologies Inc. käyttää höyrystystä nestejäähdytyksen sijasta tarjoten suuren lämpövirran kyvyt, tasaisen lämpötilan jakautumisen suurille pinnoille ja pienen joustavan pakkauksen sekä korkean luotettavuuden.

Webinars