A pumpált egy- vagy kétfázisú hűtést általában nagy teljesítményű hőforrások, például elektronika és lézerek hőelvezetésére és hőelvezetésére használják, vagy amikor a hőenergiát jelentős távolságra kell eljuttatni a hőforrás és a hűtőborda között. A szivattyús egyfázisú hűtést ma általában autóipari rendszerekben és teljesítményelektronikai berendezésekben használják, ahol a hőáram viszonylag alacsony és/vagy nincs szükség egyenletes hőmérsékletre. A szivattyús egyfázisú hurokban a folyékony hűtőközeget egy hideg lemezen keresztül szivattyúzzák, amely a hűtendő hőforráshoz van csatlakoztatva. A folyékony hűtőközeg hőmérséklete nő, ahogy áthalad a hideglemezen, elnyeli és tárolja a hőt az érzékelhető hőkapacitásában.
Mi a szivattyús kétfázisú hűtőrendszer?
A szivattyús kétfázisú hűtőrendszerekben a hőátadás a munkafolyadék egy részének vagy egészének elpárolgásával és kondenzációjával történik. Általában egy telítettséghez közeli folyadékot szivattyúznak a hűtőlemezbe, ahol az elkezd forrni, hűtve az elektronikát és tárolva az energiát a folyadék látens hőjében. A kétfázisú (folyadék és gőz) folyadék ezután a kondenzátorba áramlik, ahol a hő elvezetésre kerül, a gőz lecsapódik, így egyfázisú (folyadék) lép ki a kondenzátorból, és a ciklus ismétlődik.
Megfelelő kialakítás esetén a kétfázisú szivattyús körfolyamatok a következőkre képesek:
- Hőátvitel nagy távolságokra
- Nagy hőáramú elektronika hűtése
- Megfelelő & több hideglemez párhuzamos hűtése
- Gyorscsatlakozók használata az elektronika cseréjéhez
- A hő a hideglemezek bármely kombinációjából adható és vehető el, passzív áramlásszabályozással minden egyes hűtőlemezhez
- Működhet bármilyen tájolásban
- Hűtés nagy területeken (az ACT demonstrálta a kétfázisú hűtést több 1.8 ft2 (1700 cm2) hűtőlemezzel)
A szivattyús kétfázisú rendszerek további tervezést igényelnek, mivel az áramlási instabilitást el kell fojtani, és a rendszernek folyadék- és gőzáramlást is el kell fogadnia. A szivattyús kétfázisú rendszerek azonban az egyfázisú hűtéshez képest a következő előnyökkel rendelkeznek:
- Csökkentett méret, tömeg és teljesítmény (SWaP), ami fontos szempont a repülőgépeken és katonai járműveken
- Kisebb áramlási sebesség és szivattyúzási teljesítmény
- Mikrocsatornás hőcserélők helyett minicsatornás hőcserélők, ami csökkenti a szivattyúzási teljesítményt és az eltömődési problémákat
- Isotermikus hőmérséklet a nagy hideglemezeken (±0.5°C-ot mutattak ki az ACT-nél)
- Megfelelő tervezés esetén több olyan elektronikai kártya hőkezelése, amelyeknek azonos hőmérsékleten kell működniük (±3°C-ot mutattak ki az ACT-nél)
- Megfelelő tervezés esetén, az elektronika egy részének kikapcsolása nem befolyásolja a többi hűtőlemez hőmérsékletét
Kétfázisú hűtőrendszer elrendezése
A szivattyús kétfázisú hűtőrendszer alapvető elrendezése hasonló a szivattyús egyfázisú rendszeréhez, azzal a különbséggel, hogy az egyfázisú rendszerben használt akkumulátor helyett egy kétfázisú tartály szolgál a folyadékmennyiség változásainak kezelésére. Az 1. ábra egy példát mutat be egy szivattyús kétfázisú rendszerre, ahol a gyorscsatlakozók lehetővé teszik a hűtőlemezek (és a kapcsolódó elektronika) cseréjét anélkül, hogy a rendszert ki kellene üríteni és újra fel kellene tölteni. A rugalmas vezetékek lehetővé teszik, hogy a hűtőlemezeket bármilyen tájolásban és különböző magasságban lehessen tesztelni.
1. ábra. Önálló, szivattyús kétfázisú hűtőkör gyorscsatlakozókkal akár négy hideglemez hűtéséhez.
A hideglemezek (hűtőbordák) az 1. ábra elején látható két elpárologtató, átlátszó felső lemezzel. A bal oldali elpárologtatóban az egyfázisú áramlás felülről lép be, a folyadék egy része felforr, hogy elvezesse a hőt, és a kétfázisú keverék alul kilép (figyelje meg a buborékok elhelyezkedését). A jobb oldali elpárologtató esetében az egyfázisú áramlás alulról lép be, a kétfázisú keverék pedig a hideg lemez tetején távozik. Az ACT bebizonyította, hogy ezek a rendszerek képesek a hő eltávolítására, amikor az egyes elpárologtatók orientációját a többitől függetlenül megváltoztatják.
Egyik elektronikai hűtési alkalmazásban nagyszámú párhuzamos elektronikai lap van, ahol kívánatos az elektromos áram alkalmazása és tetszőleges számú lap hűtése anélkül, hogy az áramlást minden egyes laphoz be kellene állítani. Ez könnyen megoldható egy szivattyús kétfázisú hűtőrendszerrel, ahol nagyszámú hűtőlemezt lehet párhuzamosan hűteni (a soros áramlást általában nem használják, ha fontos a hőmérséklet egyenletessége, hogy minden egyes hűtőlemezre ugyanazok a belépési feltételek vonatkozzanak).
A 2. ábra (A) mutatja a vizsgálati elrendezést négy hűtőlemezhez, amelyek mindegyike függetlenül fűthető. Az egyes hideglemezek kék, narancssárga, sárga és piros matricákkal vannak jelölve.
Megjegyezzük, hogy a szelepek ebben a beállításban fix nyomásesést biztosítanak, azok beállítása az áramlási viszonyok változásával nem szükséges. A 2. ábra (B) részletesebben mutatja az egyes hűtőlemezeket.
A 3. ábra (A) egy videó, amely bemutatja, hogy működés közben bármelyik hűtőlemezre áramot lehet adni és elvenni. Amikor egy adott hűtőlemezre fűtőáramot adnak, egy színkódolt pont jelenik meg a hűtőlemez mellett, és buborékképződés látható. A 3. ábra (B) mind a négy hűtőlemez hőmérsékletét és áramlási sebességét mutatja. Amikor az egyes hűtőlemezek elektromos áramellátását kikapcsolják, az adott hűtőlemez hőmérséklete lecsökken. Azonban, ahogyan az várható volt, a táplált hideglemezek hőmérsékletét alapvetően nem befolyásolja a teljesítmény változása.
A 2. ábra (A) mutatja a négy hideglemezhez tartozó vizsgálati elrendezést, amelyek mindegyike függetlenül fűthető. Az egyes hűtőlemezek kék, narancssárga, sárga és piros matricákkal vannak jelölve. Vegye figyelembe, hogy a szelepek ebben a beállításban fix nyomásesést biztosítanak, azok beállítása az áramlási viszonyok változásával nem szükséges. A 2. ábra (B) egy egyedi hűtőlemezt mutat be részletesebben.
A.
3. ábra. (A) 4 hűtőborda kétfázisú hűtését bemutató videó, szakaszos áramellátással. Egy pont mutatja, amikor a hőt alkalmazzák, és eltűnik, amikor a hőt kikapcsolják. (B) Néhány hideglemez áramellátásának kikapcsolása nem befolyásolja a többi hideglemez hőmérsékletét.
Terméklinkek
Pumpált kétfázisú termékek
Az ACT pumpált kétfázisú (P2P) termékei ideálisak a nagy teljesítményű elektronika hűtésére, ahol a hőterhelés olyan szintre nőtt, amelyet a hagyományos levegő- és vízhűtő rendszerek nem tudnak hatékonyan kezelni. Standard szivattyús kétfázisú hűtőrendszereink közös alkatrészeket használnak fel, és 8 kW, 30 kW és 50 kW teljesítményre lettek tervezve. Teljesen testre szabott P2P-megoldások is rendelkezésre állnak.
Pumpált kétfázisú hűtés nagy teljesítményű számítástechnikai alkalmazásokhoz
AzACT kifejlesztett egy P2P hűtőlemezt egy nagy teljesítményű számítástechnikai alkalmazáshoz, amelynek teljes hőterhelése 4 kW és több mint 50 000 egyedi csomópont volt egy 1U Blade konfigurációban.
Pumpált kétfázisú hűtés (P2P) Gyakran ismételt kérdések (GYIK)
Az ACT P2P GYIK oldala számos gyakori kérdésre válaszol a pumpált kétfázisú hűtéssel kapcsolatban, beleértve a “Mi a pumpált kétfázis”, “Hogyan működik”, “Mikor használják” és “Mik az előnyei?” kérdéseket.”.
A pumpált kétfázisú hűtési technológia fejlődése
Pumpált kétfázisú hűtés nagy hőáramú alkalmazásokhoz
AzACT kifejlesztett egy P2P rendszert lézerdiódákhoz és nagy hőáramú elektronikai rendszerekhez. Ez hatékonyan kezeli a több párhuzamos hőforrásból származó ~500 W/cm2 -ig terjedő hőáramokat. A hőmérséklet egyenletességét nagy felületeken demonstrálták.
Hybrid kétfázisú hurok hűtés
A hibrid kétfázisú hurok (HTPL) technológia egyesíti a mechanikusan pumpált hurkok robusztus működését a kapilláris meghajtású hurkok passzív áramlásszabályozásával a nagy teljesítmény (2 kW) szállítására, nagy hőáram (>1200 W/cm2) szállítása a kanócszerkezeten történő elpárolgással járó alacsony hőellenállás mellett.
Momentum örvényleválasztó
A legtöbb szivattyús kétfázisú rendszer a gravitációra támaszkodik a gőz és a folyadék elválasztásában. A lendületvezérelt örvényes fázisleválasztókat jellemzően olyan rendszerekben használják, ahol a gravitációra nem lehet támaszkodni a gőz és a folyadék elválasztásában, pl, mikrogravitációban, valamint repülőgépeken, ahol a gyorsulási vektor a repülőgép manőverezésével változik.
Mil/Aero Gold Innovation Award
A Pumpált kétfázisú (P2P) hűtőrendszer az Advanced Cooling Technologies Inc. folyadékhűtés helyett párologtatást alkalmaz, így nagy hőáramlási képességet; egyenletes hőmérsékleteloszlást biztosít nagy felületeken; és kis, rugalmas csomagolást; valamint nagy megbízhatóságot.