Frefecimento monofásico ou bifásico bombeado é geralmente usado para remover e dissipar o calor de fontes de calor de alta potência, como eletrônica e lasers, ou quando a energia térmica deve ser transferida uma distância significativa entre a fonte de calor e o dissipador de calor. O resfriamento monofásico bombeado é comumente usado atualmente em sistemas automotivos e equipamentos eletrônicos de potência, onde os fluxos de calor são relativamente baixos e/ou a uniformidade de temperatura não é necessária. Em um loop monofásico bombeado, o líquido refrigerante é bombeado através de uma placa fria que é ligada à fonte de calor que está sendo resfriada. A temperatura do líquido refrigerante aumenta conforme ele passa pela placa fria, absorvendo e armazenando o calor na sua capacidade calorífica sensível.
O que são os sistemas de resfriamento bifásico bombeados?
Nos sistemas de resfriamento bifásico bombeados, o calor é transferido pela evaporação e condensação de uma porção ou de todo o fluido de trabalho. Normalmente, um líquido quase saturado é bombeado para a placa fria, onde começa a ferver, arrefecendo a electrónica e armazenando a energia no calor latente do fluido. O fluido de duas fases (líquido e vapor) flui então para o condensador, onde o calor é removido, condensando o vapor, de modo que uma única fase (líquido) sai do condensador, e o ciclo se repete.
Quando projetado corretamente, dois loops bombeados de fase podem fazer o seguinte:
- Transferir calor em longas distâncias
- Cool high heat flow electronics
- Acondicionar &Frio múltiplas placas frias em paralelo
- Utilizar desconexões rápidas para trocar a eletrônica
- Calor pode ser aplicado e removido de qualquer combinação de placas frias, com controle passivo de fluxo para cada placa fria
- Operar em qualquer orientação
- Refrigeração em grandes áreas (o ACT demonstrou resfriamento em duas fases com múltiplos 1.8 ft2 (1700 cm2) placas frias)
Sistemas bifásicos bombeados requerem projeto adicional, já que as instabilidades de fluxo devem ser suprimidas, e o sistema deve acomodar tanto o fluxo de líquido quanto o de vapor. No entanto, a bomba bifásica tem os seguintes benefícios quando comparada com a refrigeração monofásica:
- Tamanho, peso e potência reduzidos (SWaP), o que é uma preocupação importante em aeronaves e veículos militares
- Faixas de fluxo mais baixas e potência de bombeamento
- Trocadores de calor mini-canal em vez de micro-canais, reduzindo a potência de bombeamento e problemas de entupimento
- Temperaturas isotérmicas em grandes placas frias (±0.5°C foi demonstrado no ACT)
- A gestão térmica de múltiplas placas electrónicas que necessitam de funcionar à mesma temperatura (±3°C foi demonstrado no ACT)
- Quando correctamente projectadas, Desligar parte da electrónica não afectará a temperatura das restantes placas frias
Layout do Sistema de Arrefecimento de Duas Fases
O layout básico de um sistema de arrefecimento de duas fases bombeado é semelhante ao de um sistema monofásico bombeado, excepto que é utilizado um reservatório de duas fases para acomodar as alterações no volume de fluido, em vez do acumulador que é utilizado num sistema monofásico. Um exemplo de sistema bifásico bombeado é mostrado na Figura 1, onde conexões rápidas permitem que placas frias (e eletrônicos associados) sejam trocadas sem a necessidade de drenar e recarregar o sistema. Linhas flexíveis permitem que as placas frias sejam testadas em qualquer orientação, e em diferentes elevações.
Figure 1. Loop de resfriamento bifásico bombeado autônomo com desconexões rápidas para resfriamento de até quatro placas frias.
As placas frias (dissipadores de calor) são os dois evaporadores na parte frontal da Figura 1, com uma placa superior transparente. No evaporador esquerdo, o fluxo monofásico entra pelo topo, uma fração do líquido ferve para remover o calor, e a mistura de duas fases sai pela parte inferior (observe a localização das bolhas). Para o evaporador direito, o fluxo de fase simples entra pela parte inferior, com uma mistura de duas fases saindo pela parte superior da placa fria. O ACT tem demonstrado a capacidade destes sistemas de remover calor à medida que a orientação de cada evaporador é alterada independentemente das demais.
Algumas aplicações de resfriamento eletrônico possuem grandes números de placas eletrônicas paralelas, onde é desejável aplicar energia elétrica e resfriar um número arbitrário de placas, sem ter que ajustar o fluxo para cada placa. Isto é facilmente acomodado com um sistema de resfriamento de duas fases bombeado, onde um grande número de placas frias pode ser resfriado em paralelo (o fluxo em série não é geralmente usado quando a uniformidade de temperatura é importante, de modo que cada placa fria tem as mesmas condições de entrada).
Figure 2 (A) mostra a configuração de teste para quatro placas frias, cada uma das quais pode ser aquecida independentemente. As placas frias individuais são marcadas com adesivos azul, laranja, amarelo e vermelho.
Note que as válvulas são utilizadas nesta configuração para fornecer uma queda de pressão fixa, ajustando-as conforme as condições de fluxo não é necessário. A Figura 2 (B) mostra uma placa fria individual com mais detalhes.
Figure 3 (A) é um vídeo demonstrando que a energia pode ser aplicada e removida em qualquer uma das placas frias durante o funcionamento. Quando a energia do aquecedor é fornecida a uma determinada placa fria, um ponto codificado por cores aparece ao lado da placa fria, e a formação de bolhas pode ser vista. A Figura 3 (B) mostra as temperaturas e taxas de fluxo para todas as quatro placas frias. Quando a energia elétrica para uma placa fria individual é desligada, a temperatura dessa placa fria cai. Entretanto, como esperado, a temperatura das placas frias alimentadas não é basicamente afetada, pois a potência muda.
Figure 2 (A) mostra a configuração de teste para quatro placas frias, cada uma das quais pode ser aquecida independentemente. As placas frias individuais são marcadas com adesivos azuis, laranja, amarelo e vermelho. Note que as válvulas são utilizadas nesta configuração para proporcionar uma queda de pressão fixa, não sendo necessário ajustá-las, pois as condições de fluxo mudam. A figura 2 (B) mostra uma placa fria individual com mais detalhes.
A.
Figure 3. (A) Vídeo mostrando o resfriamento bifásico de 4 placas frias, com energia intermitente. Um ponto mostra quando o calor é aplicado, e desaparece quando o calor é desligado. (B) O desligamento da energia elétrica de algumas placas frias não afeta a temperatura das outras placas frias.
Ligações de produtos
Produtos Bifásicos Bombeados
Produtos Bifásicos Bombeados doACT (P2P) são ideais para o arrefecimento de electrónica de alta potência onde as cargas de calor aumentaram para um nível superior ao que os sistemas tradicionais de arrefecimento por ar e água podem gerir eficazmente. Nossos sistemas de resfriamento bifásico padrão Pumped Two-Phase utilizam componentes comuns e foram projetados para capacidades de 8kW, 30kW e 50kW. Soluções P2P totalmente personalizadas também estão disponíveis.
Efriamento Bifásico Bombeado para Aplicações de Computação de Alto Desempenho
ACT desenvolveu uma placa fria P2P para uma aplicação de computação de alto desempenho com uma carga térmica total de 4 kW e mais de 50.000 nós individuais em uma configuração de lâmina 1U.
P2P Bombeado Bifásico (P2P) Perguntas Mais Frequentes (FAQ)
Página de Perguntas Mais Frequentes P2P doACT responde a muitas perguntas comuns sobre bombeado bifásico, incluindo “O que é bombeado bifásico”, “Como Funciona”, “Quando é Usado”, e “Quais são os Benefícios?”
Avanços na Tecnologia de Resfriamento Bifásico Bombeado
Bombado Bifásico para Aplicações de Alto Fluxo de Calor
ACT desenvolveu um sistema P2P para diodos laser e sistemas eletrônicos de alto fluxo de calor. Ele lida eficientemente com fluxos de até ~500W/cm2 de várias fontes de calor paralelas. A uniformidade de temperatura sobre grandes superfícies tem sido demonstrada.
Refrigeração de Loops Bifásicos Híbridos
Tecnologia de Loops Bifásicos Híbridos (HTPL) combina a operação robusta de loops bombeados mecanicamente com o controle passivo de fluxo de loops acionados por capilaridade para transportar alta potência (2 kW), altos fluxos térmicos (>1200 W/cm2) nas baixas resistências térmicas associadas à evaporação de uma estrutura de pavio.
Separador de vórtice de momento
Os sistemas bifásicos mais bombeados dependem da gravidade para separar o vapor do líquido. Separadores de fase de vórtice momentâneo são tipicamente usados em sistemas onde não se pode confiar na gravidade para separar o vapor do líquido, por exemplo, em micro-gravidade, bem como em aeronaves, onde o vetor de aceleração varia conforme as manobras da aeronave.
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>Prémio de Inovação Mil/Aero Gold Award
O sistema de arrefecimento bifásico bombeado (P2P) da Advanced Cooling Technologies Inc. usa vaporização ao invés de resfriamento líquido para oferecer alto fluxo de calor; distribuição uniforme de temperatura sobre grandes superfícies; e pequenas embalagens flexíveis; e alta confiabilidade.