Răcirea monofazată sau bifazată prin pompare este în general utilizată pentru a elimina și disipa căldura de la surse de căldură de mare putere, cum ar fi electronicele și laserele, sau atunci când energia termică trebuie transferată la o distanță semnificativă între sursa de căldură și radiator. Răcirea monofazată prin pompare este utilizată în mod obișnuit în prezent în sistemele auto și în echipamentele electronice de putere, în cazul în care fluxurile de căldură sunt relativ scăzute și/sau nu este necesară uniformitatea temperaturii. Într-o buclă monofazată pompată, lichidul de răcire este pompat printr-o placă rece care este atașată la sursa de căldură care este răcită. Temperatura lichidului de răcire crește pe măsură ce trece prin placa rece, absorbind și înmagazinând căldura în capacitatea sa de căldură sensibilă.
Ce sunt sistemele de răcire în două faze pompate?
În sistemele de răcire în două faze pompate, căldura este transferată prin evaporarea și condensarea unei părți sau a întregului fluid de lucru. În mod obișnuit, un lichid aproape de saturație este pompat în placa rece, unde începe să fiarbă, răcind componentele electronice și stocând energia în căldura latentă a fluidului. Fluidul în două faze (lichid și vapori) curge apoi în condensator, unde căldura este eliminată, condensând vaporii, astfel încât o singură fază (lichid) iese din condensator, iar ciclul se repetă.
Când sunt proiectate corespunzător, buclele de pompare în două faze pot face următoarele:
- Transferul de căldură pe distanțe lungi
- Răcirea componentelor electronice cu flux termic ridicat
- Acomodarea & răcirii & mai multor plăci reci în paralel
- Utilizarea deconectărilor rapide pentru a schimba componentele electronice
- Căldura poate fi aplicată și îndepărtată din orice combinație de plăci reci, cu control pasiv al fluxului către fiecare placă rece
- Funcționează în orice orientare
- Răcire pe suprafețe mari (ACT a demonstrat răcirea în două faze cu mai multe plăci 1.plăci reci de 1700 cm2 (8 ft2))
Sistemele bifazice pompate necesită o proiectare suplimentară, deoarece trebuie suprimate instabilitățile de curgere, iar sistemul trebuie să găzduiască atât fluxuri de lichid, cât și de vapori. Cu toate acestea, sistemul bifazic pompat prezintă următoarele avantaje în comparație cu răcirea monofazică:
- Reducerea dimensiunii, greutății și puterii (SWaP), ceea ce reprezintă o preocupare importantă pentru aeronave și vehicule militare
- Ratele de debit și puterea de pompare mai mici
- Schimbătoare de căldură cu mini-canale în loc de schimbătoare de căldură cu microcanale, reducând puterea de pompare și problemele de colmatare
- Temperaturi izoterme pe plăci reci mari (±0.5°C a fost demonstrat la ACT)
- Managementul termic al mai multor plăci electronice care trebuie să funcționeze la aceeași temperatură (±3°C a fost demonstrat la ACT)
- Când sunt proiectate corespunzător, oprirea unora dintre componentele electronice nu va afecta temperatura plăcilor reci rămase
Dispoziția sistemului de răcire în două faze
Dispoziția de bază a unui sistem de răcire în două faze cu pompare este similară cu cea a unui sistem monofazat cu pompare, cu excepția faptului că se utilizează un rezervor în două faze pentru a acomoda schimbările de volum al fluidului, mai degrabă decât acumulatorul care este utilizat într-un sistem monofazat. Un exemplu de sistem bifazic pompat este prezentat în figura 1, în care racordurile rapide permit înlocuirea plăcilor frigorifice (și a componentelor electronice asociate) fără a fi necesară golirea și reîncărcarea sistemului. Liniile flexibile permit ca plăcile reci să fie testate în orice orientare și la diferite înălțimi.
Figura 1. Buclă de răcire bifazică pompată autonomă cu racorduri rapide pentru răcirea a până la patru plăci reci.
Placile reci (radiatoare) sunt cele două evaporatoare din partea din față a figurii 1, cu o placă superioară transparentă. În evaporatorul din stânga, fluxul monofazic intră prin partea de sus, o fracțiune din lichid fierbe pentru a elimina căldura, iar amestecul bifazic iese prin partea de jos (observați amplasarea bulelor). În cazul evaporatorului din dreapta, fluxul monofazic intră prin partea de jos, iar amestecul bifazic iese prin partea superioară a plăcii reci. ACT a demonstrat capacitatea acestor sisteme de a elimina căldura pe măsură ce orientarea fiecărui evaporator este schimbată independent de celelalte.
Câteva aplicații de răcire a produselor electronice au un număr mare de plăci electronice paralele, unde este de dorit să se aplice energie electrică și să se răcească un număr arbitrar de plăci, fără a fi nevoie să se ajusteze fluxul către fiecare placă. Acest lucru este ușor de acomodat cu un sistem de răcire bifazic cu pompare, în care un număr mare de plăci reci pot fi răcite în paralel (fluxul în serie nu este în general utilizat atunci când este importantă uniformitatea temperaturii, astfel încât fiecare placă rece să aibă aceleași condiții de intrare).
Figura 2 (A) prezintă configurația de testare pentru patru plăci reci, fiecare dintre acestea putând fi încălzită independent. Plăcile reci individuale sunt marcate cu autocolante albastre, portocalii, galbene și roșii.
Rețineți că supapele sunt utilizate în acest montaj pentru a asigura o cădere de presiune fixă, nefiind necesară reglarea lor pe măsură ce condițiile de debit se modifică. Figura 2 (B) prezintă mai detaliat o placă rece individuală.
Figura 3 (A) este o înregistrare video care demonstrează că energia poate fi aplicată și eliminată la oricare dintre plăcile reci în timpul funcționării. Atunci când se furnizează energie de încălzire la o anumită placă rece, apare un punct cu cod de culoare lângă placa rece și se poate observa formarea de bule. Figura 3 (B) prezintă temperaturile și debitele pentru toate cele patru plăci reci. Atunci când se oprește alimentarea cu energie electrică a unei plăci reci individuale, temperatura acelei plăci reci scade. Cu toate acestea, așa cum era de așteptat, temperatura plăcilor reci alimentate cu energie electrică nu este practic afectată de modificarea puterii.
Figura 2 (A) prezintă stabilirea testului pentru patru plăci reci, fiecare dintre acestea putând fi încălzită independent. Plăcile reci individuale sunt marcate cu autocolante albastre, portocalii, galbene și roșii. Rețineți că supapele sunt utilizate în acest montaj pentru a asigura o cădere de presiune fixă, nefiind necesară reglarea lor pe măsură ce se schimbă condițiile de debit. Figura 2 (B) prezintă mai detaliat o placă rece individuală.
A.
Figura 3. (A) Video care prezintă răcirea în două faze a 4 plăci reci, cu alimentare intermitentă. Un punct arată când este aplicată căldura și dispare când căldura este oprită. (B) Oprirea alimentării cu energie electrică a unor plăci reci nu afectează temperatura celorlalte plăci reci.
Legături de produse
Produse bifazice pompate
Produsele bifazice pompate (P2P) de laACT sunt ideale pentru răcirea dispozitivelor electronice de mare putere, în cazul în care sarcinile termice au crescut la un nivel care depășește ceea ce pot gestiona eficient sistemele tradiționale de răcire cu aer și apă. Sistemele noastre standard de răcire bifazată prin pompare valorifică componente comune și au fost proiectate pentru capacități de 8 kW, 30 kW și 50 kW. Sunt disponibile și soluții P2P complet personalizate.
Răcire bifazică prin pompare pentru aplicații de calcul de înaltă performanță
ACT a dezvoltat o placă rece P2P pentru o aplicație de calcul de înaltă performanță cu o sarcină termică totală de 4 kW și peste 50.000 de noduri individuale într-o configurație Blade 1U.
Întrebări frecvente (FAQ) privind pompajul în două faze (P2P)
Pagina de întrebări frecvente (FAQ) P2P de laACT răspunde la multe întrebări frecvente despre pompajul în două faze, inclusiv „Ce este pompajul în două faze”, „Cum funcționează”, „Când se utilizează” și „Care sunt avantajele?”.”.
Avansări în tehnologia de răcire cu două faze pompate
Două faze pompate pentru aplicații cu flux termic ridicat
ACT a dezvoltat un sistem P2P pentru diode laser și sisteme electronice cu flux termic ridicat. Acesta gestionează eficient fluxuri de până la ~500W/cm2 de la mai multe surse de căldură paralele. A fost demonstrată uniformitatea temperaturii pe suprafețe mari.
Refrigerare hibridă în buclă bifazică
Tehnologia hibridă în buclă bifazică (HTPL) combină funcționarea robustă a buclelor pompate mecanic cu controlul pasiv al fluxului buclelor acționate capilar pentru a transporta o putere mare (2 kW), fluxuri termice ridicate (>1200 W/cm2) la rezistențe termice scăzute asociate cu evaporarea de pe o structură de fitil.
Separator de vîrtej cu momentum
Majoritatea sistemelor bifazice pompate se bazează pe gravitație pentru a separa vaporii de lichid. Separatoarele de fază cu vârtej acționate de momentum sunt utilizate de obicei în sistemele în care nu se poate conta pe gravitație pentru a separa vaporii de lichid, de ex, în microgravitație, precum și la bordul aeronavelor, unde vectorul de accelerație variază în funcție de manevrele aeronavei.
Premiul Mil/Aero Gold Innovation Award
Sistemul de răcire în două faze cu pompare (P2P) de la Advanced Cooling Technologies Inc. utilizează vaporizarea în locul răcirii cu lichid pentru a oferi capacități de flux termic ridicat; distribuție uniformă a temperaturii pe suprafețe mari; și un ambalaj flexibil de mici dimensiuni; și fiabilitate ridicată.