揚水単相または二相冷却は、一般に、電子機器やレーザーなどの高出力熱源から熱を除去して放散する場合や、熱源と放熱器の間でかなりの距離を移動させる必要がある場合に使用されます。 揚水式単相冷却は、熱流束が比較的小さく、かつ/または温度均一性が要求されない自動車システムやパワーエレクトロニクス機器において、今日一般的に使用されています。 揚水式単相ループでは、冷却される熱源に取り付けられたコールドプレートを通して、液体冷却材が送り出されます。
揚水式二相冷却システムとは？
揚水式二相冷却システムでは、作動流体の一部または全部の蒸発と凝縮によって熱が伝達されます。 通常、飽和に近い液体がコールドプレートにポンプで送り込まれ、そこで沸騰を始め、電子機器を冷却し、流体の潜熱でエネルギーを蓄積します。 二相（液体と蒸気）の流体は次に凝縮器に流れ、そこで熱が取り除かれて蒸気が凝縮し、単相（液体）が凝縮器から出る、このサイクルが繰り返される。
適切に設計された場合、二相ポンプ式ループは以下のことを行うことができる。
- 長距離の熱伝達
- 高熱流束の電子機器の冷却
- 複数のコールドプレートを並行して冷却&する
- クイック ディスコネクトを使用して電子機器を交換
- 熱はどの組み合わせでも適用および除去可能です。 各コールドプレートへのパッシブフローコントロール
- どの向きでも動作可能
- 広い面積での冷却（ACTは複数の1.5mm厚のコールドプレートで2相冷却を実証しました。8 ft2 (1700 cm2) のコールド プレートを使用した二相冷却を実証）
ポンプ式二相システムは、流れの不安定性を抑制しなければならず、システムは液体と蒸気の両方の流れに対応しなければならないため、追加の設計が必要です。 しかし、揚水式二相は、単相冷却と比較すると、次のような利点があります。
- サイズ、重量、電力 (SWaP) の削減、これは航空機や軍事車両における重要な懸念事項です
- 流量およびポンプ動力の低減
- 大きな冷却板の上で等温 (±0.00℃) を達成。5℃はACTで実証済み）
- 同じ温度で動作する必要がある複数の電子機器カードの熱管理（±3℃はACTで実証済み）
- 適切に設計されていれば、。 一部の電子機器をオフにしても、残りのコールドプレートの温度には影響しません
Two Phase Cooling System Layout
ポンプ式二相冷却システムの基本レイアウトは、単相システムで使用するアキュムレータではなく、液量の変化に対応するために二相リザーバーを使用する以外は、ポンプ式単相システムと同様です。 図1に揚水式二相システムの例を示す。クイックコネクトにより、システムのドレンやリチャージの必要なく、コールドプレート（および関連電子機器）を交換することが可能である。 フレキシブルなラインにより、コールドプレートをあらゆる方向、さまざまな高さでテストすることができます。
図1. 最大4枚のコールドプレートを冷却するためのクイックディスコネクトを備えた独立型ポンプ式二相冷却ループ
コールドプレート（ヒートシンク）は、図1の手前にある2枚の蒸発器であり、トッププレートが透明である。 左側の蒸発器では、単相の流れが上部から入り、液体の一部が沸騰して熱を奪い、二相混合物が下部で出てくる（気泡の位置に注意）。 右側の蒸発器では、単相の流れが下から入り、二相の混合液がコールドプレートの上部から出ます。 ACTは、各蒸発器の向きを他のものと独立して変更すると、これらのシステムが熱を除去できることを実証しました。
電子機器冷却アプリケーションには、多数の並列電子基板があり、各基板への流れを調整しなくても、電力を供給して任意の数の基板を冷却することが望まれている場合があります。 これは、多数のコールドプレートを並列に冷却できるポンプ式二相冷却システムで容易に対応できる（各コールドプレートが同じ入口条件を持つように、温度の均一性が重要な場合、直列フローは一般に使用しない）
図 2 (A) は、4 枚のコールドプレートのテストセットアップを示し、それぞれを独立して加熱することが可能である。
このセットアップでは、バルブは固定の圧力損失を提供するために使用されており、流量条件の変化に応じてバルブを調整する必要はないことに注意してください。 図2（B）は個々のコールドプレートの詳細を示している。図3（A）は、運転中にどのコールドプレートにも電力をかけたり外したりできることを示すビデオである。 所定のコールドプレートにヒーター電力が供給されると、コールドプレートの横に色分けされたドットが表示され、気泡の形成が確認できる。 図3（B）は4枚のコールドプレートすべての温度と流量を示している。 個々のコールドプレートの電源を切ると、そのコールドプレートの温度は低下する。
Figure 2 (A) は4枚のコールドプレートの試験装置で、それぞれ独立して加熱することができる。 個々のコールドプレートには、青、オレンジ、黄、赤のステッカーが貼られている。 このセットアップでは、バルブは固定の圧力損失を提供するために使用されており、流量条件の変化に応じて調整する必要はないことに注意されたい。 図2 (B) は、個々のコールドプレートの詳細を示しています。
A.
図3. (A)4枚のコールドプレートの二相冷却を示すビデオで、断続的に電力を供給している。 熱を加えるとドットが表示され、熱を止めると消える。 (B）一部のコールドプレートへの通電を停止しても、他のコールドプレートの温度には影響がない。
製品リンク
ポンプ式二相製品
ACT のポンプ式二相（P2P）製品は、従来の空冷および水冷システムが効果的に管理できないレベルまで熱負荷が増加した高出力電子機器の冷却に理想的な製品です。 当社の標準的な揚水式二相冷却システムは、共通のコンポーネントを活用し、8kW、30kW、50kWの容量で設計されています。
Pumped Two Phase Cooling for High Performance Computing Applications
ACT は、総熱負荷 4 kW、1U Blade 構成で 50,000 ノードを超える高性能コンピューティング アプリケーション用に P2P コールド プレートを開発しました。
Pumped Two Phase (P2P) Frequently Asked Questions (FAQ)
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Advancements in Pumped Two Phase Cooling Technology
Pumped Two Phase for High Heat Flux Applications
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ハイブリッド2相ループ冷却
Hybrid TwoPhase Loop (HTPL) 技術は、機械的にポンプで送られるループの堅牢な操作とキャピラリー駆動ループのパッシブフロー制御を組み合わせ、高出力 (2 kW) を輸送します。 ウィック構造からの蒸発に伴う低い熱抵抗で、高熱流束（>1200W/cm2）を実現します。
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ほとんどのポンプ式二相システムは、液体から蒸気を分離するのに重力に頼っています。 運動量駆動渦式相分離器は、重力が液体から蒸気を分離するのに頼ることができないシステムで、例えば、典型的に使用されます。 1567>
Mil/Aero Gold Innovation Award
Advanced Cooling Technologies 社の Pumped Two-Phase (P2P) Cooling system は、重力に頼れないシステムで、航空機の操縦によって加速ベクトルが異なるような状況で、一般的に使用されています。
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