Chłodzenie jedno- lub dwufazowe z pompą jest zwykle stosowane do usuwania i rozpraszania ciepła ze źródeł ciepła o dużej mocy, takich jak elektronika i lasery, lub gdy energia cieplna musi być przekazywana na znaczną odległość między źródłem ciepła a radiatorem. Pompowane chłodzenie jednofazowe jest obecnie powszechnie stosowane w systemach samochodowych i urządzeniach energoelektronicznych, gdzie strumienie ciepła są stosunkowo niskie i/lub nie jest wymagana jednorodność temperatury. W pompowanej pętli jednofazowej, ciekły czynnik chłodzący jest pompowany przez zimną płytę, która jest przymocowana do chłodzonego źródła ciepła. Temperatura ciekłego chłodziwa wzrasta, gdy przechodzi ono przez zimną płytę, absorbując i magazynując ciepło w swojej pojemności cieplnej jawnej.

Czym są pompowane dwufazowe systemy chłodzenia?

W pompowanych dwufazowych systemach chłodzenia, ciepło jest przekazywane przez odparowanie i skraplanie części lub całości płynu roboczego. Zazwyczaj ciecz w stanie bliskim nasycenia jest pompowana do zimnej płyty, gdzie zaczyna wrzeć, chłodząc elektronikę i magazynując energię w postaci ciepła utajonego cieczy. Dwufazowy (ciecz i para) płyn przepływa następnie do skraplacza, gdzie ciepło jest usuwane, skraplając parę, tak że jedna faza (ciecz) wychodzi ze skraplacza, a cykl się powtarza.

Przy odpowiednim zaprojektowaniu, dwufazowe pętle pompowe mogą wykonywać następujące czynności:

• Przekazywać ciepło na duże odległości
• Chłodzić elektronikę o wysokim strumieniu ciepła
• Przenosić &chłodzić wiele zimnych płyt równolegle
  • Używać szybkich odłączników do wymiany elektroniki
  • Ciepło może być nakładane i usuwane z dowolnej kombinacji zimnych płyt, z pasywną kontrolą przepływu do każdej zimnej płyty
• Operacja w dowolnej orientacji
• Chłodzenie na dużych powierzchniach (ACT zademonstrował chłodzenie dwufazowe z wieloma płytami o powierzchni 1.8 ft2 (1700 cm2) zimnych płyt)

Pompowane systemy dwufazowe wymagają dodatkowego projektu, ponieważ niestabilności przepływu muszą być tłumione, a system musi pomieścić zarówno przepływ cieczy, jak i pary. Jednakże, pompowane układy dwufazowe mają następujące zalety w porównaniu z chłodzeniem jednofazowym:

• Zmniejszony rozmiar, waga i moc (SWaP), co jest ważnym problemem w samolotach i pojazdach wojskowych
  • Niższe natężenia przepływu i moc pompowania
• Minikanałowe wymienniki ciepła zamiast mikrokanałowych wymienników ciepła, zmniejszając moc pompowania i problemy z zatykaniem
• Izotermiczne temperatury nad dużymi zimnymi płytami (±0.5°C zostało zademonstrowane w ACT)
• Zarządzanie termiczne wieloma kartami elektroniki, które muszą pracować w tej samej temperaturze (±3°C zostało zademonstrowane w ACT)
  • Przy odpowiednim zaprojektowaniu, wyłączenie części elektroniki nie wpłynie na temperaturę pozostałych zimnych płyt

Układ dwufazowego układu chłodzenia

Podstawowy układ pompowanego dwufazowego układu chłodzenia jest podobny do pompowanego układu jednofazowego, z tą różnicą, że do uwzględnienia zmian objętości płynu używany jest dwufazowy zbiornik, a nie akumulator, który jest używany w układzie jednofazowym. Przykładowy pompowany układ dwufazowy pokazano na rysunku 1, gdzie szybkozłącza umożliwiają wymianę zimnych płyt (i związanej z nimi elektroniki) bez konieczności opróżniania i ponownego napełniania układu. Elastyczne przewody pozwalają na testowanie płyt chłodniczych w dowolnej orientacji i na różnych wysokościach.

Rysunek 1. Samodzielnie pompowana dwufazowa pętla chłodząca z szybkozłączami do chłodzenia do czterech zimnych płyt.

Zimne płyty (radiatory) to dwa parowniki w przedniej części rysunku 1, z przezroczystą płytą górną. W lewym parowniku, przepływ jednofazowy wchodzi od góry, ułamek cieczy wrze w celu usunięcia ciepła, a mieszanina dwufazowa wychodzi na dole (zwróć uwagę na położenie pęcherzyków powietrza). W przypadku prawego parownika, strumień jednofazowy wpływa od dołu, a mieszanina dwufazowa wychodzi górą z zimnej płyty. ACT wykazał zdolność tych systemów do usuwania ciepła, gdy orientacja każdego parownika jest zmieniana niezależnie od innych.

Niektóre aplikacje chłodzenia elektroniki mają dużą liczbę równoległych płyt elektronicznych, gdzie pożądane jest zastosowanie zasilania elektrycznego i chłodzenia dowolnej liczby płyt, bez konieczności dostosowania przepływu do każdej płyty. Jest to łatwo uwzględnione w dwufazowym systemie chłodzenia z pompą, gdzie duża liczba zimnych płyt może być chłodzona równolegle (przepływ szeregowy nie jest ogólnie stosowany, gdy ważna jest jednorodność temperatury, tak że każda zimna płyta ma takie same warunki wejściowe).

Rysunek 2 (A) pokazuje układ testowy dla czterech zimnych płyt, z których każda może być ogrzewana niezależnie. Poszczególne zimne płyty są oznaczone niebieskimi, pomarańczowymi, żółtymi i czerwonymi naklejkami.
Należy zauważyć, że zawory są używane w tym układzie w celu zapewnienia stałego spadku ciśnienia, ich regulacja w miarę zmiany warunków przepływu nie jest konieczna. Rysunek 2 (B) pokazuje pojedynczą zimną płytę w sposób bardziej szczegółowy.

Rysunek 3 (A) to film demonstrujący, że zasilanie może być zastosowane i usunięte do każdej z zimnych płyt podczas pracy. Po podłączeniu zasilania grzałki do danej zimnej płyty, obok zimnej płyty pojawia się kropka oznaczona kolorem i można zaobserwować tworzenie się pęcherzyków. Rysunek 3 (B) przedstawia temperatury i natężenia przepływu dla wszystkich czterech zimnych płyt. Po wyłączeniu zasilania elektrycznego pojedynczej zimnej płyty, temperatura tej płyty spada. Jednakże, zgodnie z oczekiwaniami, temperatura zasilanych płyt chłodniczych jest w zasadzie niezmienna przy zmianie mocy.

Rysunek 2 (A) przedstawia układ testowy dla czterech płyt chłodniczych, z których każda może być ogrzewana niezależnie. Poszczególne zimne płyty są oznaczone niebieskimi, pomarańczowymi, żółtymi i czerwonymi naklejkami. Należy zauważyć, że zawory są używane w tym układzie w celu zapewnienia stałego spadku ciśnienia, ich regulacja w miarę zmiany warunków przepływu nie jest konieczna. Rysunek 2 (B) pokazuje indywidualną płytę chłodniczą w sposób bardziej szczegółowy.

A.

Rysunek 3. (A) Wideo pokazujące dwufazowe chłodzenie 4 zimnych płyt, przy przerywanym zasilaniu. Kropka pokazuje, kiedy przyłożone jest ciepło, i znika, kiedy ciepło jest wyłączone. (B) Wyłączenie zasilania elektrycznego niektórych zimnych płyt nie wpływa na temperaturę pozostałych zimnych płyt.

Product Links

Pompowane produkty dwufazowe

Pompowane produkty dwufazowe (P2P) firmyACT są idealne do chłodzenia elektroniki o dużej mocy, gdzie obciążenia cieplne wzrosły do poziomu przekraczającego możliwości tradycyjnych systemów chłodzenia powietrzem i wodą. Nasze standardowe systemy chłodzenia dwufazowego z pompą wykorzystują wspólne komponenty i zostały zaprojektowane dla mocy 8kW, 30kW i 50kW. Dostępne są również w pełni niestandardowe rozwiązania P2P.

Pumped Two Phase Cooling for High Performance Computing Applications

ACT opracował płytę chłodniczą P2P dla aplikacji obliczeniowej o wysokiej wydajności z całkowitym obciążeniem cieplnym 4 kW i ponad 50 000 pojedynczych węzłów w konfiguracji Blade 1U.

Pompowane dwufazowe (P2P) często zadawane pytania (FAQ)

Strona FAQ P2P firmyACT odpowiada na wiele często zadawanych pytań dotyczących pompowanych dwufazowych, w tym „Co to jest pompowane dwufazowe”, „Jak to działa”, „Kiedy jest używane” i „Jakie są korzyści?”.

Postępy w technologii chłodzenia dwufazowego z pompą

Pompowana faza dwufazowa do zastosowań o wysokim strumieniu ciepła

FirmaACT opracowała system P2P do diod laserowych i układów elektronicznych o wysokim strumieniu ciepła. Wydajnie obsługuje on strumienie do ~500W/cm2 z kilku równoległych źródeł ciepła. Zademonstrowano jednorodność temperatury na dużych powierzchniach.

Hybrydowa dwufazowa pętla chłodząca

Technologia hybrydowej pętli dwufazowej (HTPL) łączy solidne działanie mechanicznie pompowanych pętli z pasywną kontrolą przepływu pętli napędzanych kapilarami do transportu dużych mocy (2 kW), wysokich strumieni ciepła (>1200 W/cm2) przy niskich oporach cieplnych związanych z odparowaniem ze struktury knota.

Momentum Vortex Separator

Większość pompowanych systemów dwufazowych polega na grawitacji w celu oddzielenia pary od cieczy. Wirowe separatory faz napędzane momentem obrotowym są zwykle stosowane w układach, w których nie można polegać na grawitacji w celu oddzielenia pary od cieczy, np, w mikrograwitacji, jak również w samolotach, gdzie wektor przyspieszenia zmienia się wraz z manewrami samolotu.

Mil/Aero Gold Innovation Award

System Pumped Two-Phase (P2P) Cooling firmy Advanced Cooling Technologies Inc. wykorzystuje parowanie zamiast chłodzenia cieczą, oferując możliwości wysokiego strumienia ciepła; równomierny rozkład temperatury na dużych powierzchniach; małe, elastyczne opakowanie; oraz wysoką niezawodność.

Webinaria

.