Odată cu dezvoltarea rapidă a tehnologiei moderne, dispozitivele electronice continuă să atingă performanțe mai mari și o densitate de putere mai mare. Drept urmare, provocările legate de managementul termic devin din ce în ce mai critice. În serverele de înaltă performanță, sistemele de inteligență artificială, vehiculele electrice, electronica de putere și echipamentele industriale, metodele tradiționale de răcire cu aer adesea nu mai sunt suficiente. Acesta este motivul pentru care soluțiile de răcire cu lichid au devenit o tehnologie esențială în sistemele moderne de management termic.

Comparativ cu răcirea cu aer, un sistem cu plăci de răcire cu lichid utilizează capacitatea termică ridicată și conductivitatea termică excelentă a lichidului pentru a elimina căldura mai eficient de la sursa de căldură. Acest lucru permite echipamentelor să funcționeze mai stabil, prelungind în același timp durata de viață. În plus, sisteme de răcire cu lichid de obicei funcționează mai silențios, ceea ce le face ideale pentru medii sensibile la zgomot.

în centrul fiecăruia sistem de răcire cu placă rece este placa rece cu lichid în sine. Acționând ca o punte între sursa de căldură și agentul de răcire, performanța plăcii reci determină direct eficiența și fiabilitatea întregului sistem. Înțelegerea modului în care funcționează plăcile reci cu lichid este, prin urmare, primul pas către înțelegerea tehnologiei avansate de răcire cu lichid.

ce este un placă rece cu lichid?

O placă rece cu lichid este o componentă de gestionare termică concepută pentru a transfera căldura de la dispozitivele electronice sau sistemele de alimentare în lichidul de răcire circulant. Este utilizată în mod obișnuit în plăcile reci pentru electronică, sisteme de baterii pentru vehicule electrice, module de alimentare industriale, procesoare și echipamente de calcul de înaltă performanță.

Structura de bază constă de obicei din:

• o bază metalică termoconductoare

• canalele fluide interne

• orificii de admisie și evacuare a lichidului de răcire

Pe măsură ce agentul de răcire curge prin canalele interne, căldura din dispozitiv este transferată în lichid și transportată departe de sursa de căldură.

Materialele comune includ:

• Design cu placă rece din cupru pentru conductivitate termică maximă

• plăci reci din aluminiu pentru aplicații ușoare și cu costuri reduse

Datorită capacității sale excelente de transfer de căldură, răcirea cu lichid cu plăci reci a devenit una dintre cele mai eficiente metode de răcire disponibile astăzi.

cum funcționează plăcile reci cu lichid

Mulți ingineri și utilizatori întreabă: „Chiar funcționează răcirea cu lichid?”

Răspunsul este da. Răcirea cu lichid este semnificativ mai eficientă decât răcirea tradițională cu aer în aplicațiile cu densitate termică mare.

Un sistem complet de răcire cu placă rece constă, în general, din:

• pompa

• rezervor

• placă rece cu lichid

• radiator

• ventilator de răcire

• tubing

Procesul de lucru este relativ simplu:

1. Pompa circulă lichidul de răcire în tot sistemul.

2. agentul de răcire intră în placa rece răcită cu lichid și absoarbe căldura de la sursa de căldură.

3. lichidul de răcire încălzit curge către radiator.

4. Radiatorul disipă căldura în aerul din jur cu ajutorul ventilatorului.

5. lichidul răcit se întoarce în sistem și repetă ciclul.

În acest proces, agentul de răcire transportă continuu energia termică departe de dispozitiv.

De ce să folosești o placă rece?

Comparativ cu răcirea tradițională cu aer, răcirea cu placă rece oferă câteva avantaje majore:

eficiență mai mare a transferului de căldură

Lichidele au o capacitate termică mult mai mare decât aerul, permițând plăcilor de răcire cu apă să elimine rapid cantități mari de căldură.

management termic compact

O placă rece răcită cu apă poate gestiona sarcini termice mari în spații restrânse unde radiatoarele și ventilatoarele tradiționale sunt insuficiente.

zgomot mai redus

Deoarece răcirea cu lichid se bazează mai puțin pe fluxul de aer de mare viteză, sistemele pot funcționa mult mai silențios.

o mai bună uniformitate a temperaturii

Plăcile reci cu lichid ajută la reducerea punctelor fierbinți și la menținerea unor temperaturi de funcționare stabile pe componentele sensibile.

Aceste avantaje explică de ce sistemele cu plăci reci cu lichid pentru baterii sunt utilizate pe scară largă în vehiculele electrice și în sistemele de stocare a energiei.

selecția agentului de răcire în sistemele de răcire cu lichid

Deși apa pură este ieftină și are o bună conductivitate termică, poate provoca cu ușurință oxidare și coroziune în interiorul sistemului.

Prin urmare, majoritatea sistemelor cu plăci de răcire cu lichid utilizează agenți de răcire special formulați, care includ:

• aditivi anticorozivi

• protecție antirugină

• inhibitori biologici

• uneori aditivi fluorescenți pentru efecte vizuale

Alegerea corectă a lichidului de răcire ajută la îmbunătățirea atât a fiabilității sistemului, cât și a performanței termice.

Considerații privind proiectarea plăcii reci cu lichid

Performanța unui design cu placă rece lichidă depinde în mare măsură de structura sa internă și de metoda de fabricație.

O placă de răcire cu lichid personalizată, bine proiectată, trebuie să echilibreze:

• performanță termică

• rezistența la fluide

• rezistență structurală

• costul de fabricație

Factorii cheie de proiectare includ:

1. eficiența schimbului de căldură

Lichidul de răcire ar trebui să intre în contact cu suprafața încălzită cât mai eficient posibil. Structurile avansate de canale, cum ar fi microcanalele sau rețelele de aripioare, sunt utilizate în mod obișnuit pentru a îmbunătăți transferul termic.

2. dinamica fluidelor

Canalele interne trebuie să echilibreze viteza lichidului de răcire și căderea de presiune. Rezistența excesivă la curgere crește sarcina pompei, în timp ce debitul insuficient reduce eficiența răcirii.

3. procesul de fabricație

Diferitele metode de fabricație afectează costul, durabilitatea și performanța.

Metodele comune de producție includ:

• prelucrare CNC

• lipire

• sudare

• turnare sub presiune

• sudare prin frecare prin amestecare (fsw)

4. selecția materialelor

Designurile cu plăci reci din cupru oferă o conductivitate termică superioară și sunt utilizate pe scară largă în sisteme de înaltă performanță.

Designurile din aluminiu sunt mai ușoare și mai economice, deși conductivitatea lor termică este mai mică și trebuie luată în considerare coroziunea galvanică.

tipuri comune de plăci reci cu lichid

1. placă rece cu lichid fsw

Tehnologia de sudare prin frecare-agitare creează structuri etanșe extrem de fiabile, cu performanțe termice și rezistență mecanică excelente. Acestea sunt utilizate în mod obișnuit în bateriile pentru vehicule electrice și în electronica de putere industrială.

2. placă rece tubulată

cel/cea/cei/cele placă rece tubulată este unul dintre cele mai tradiționale modele de plăci de răcire cu apă.

În această abordare, tuburile de cupru sau aluminiu sunt îndoite în trasee în formă de S sau U și atașate la o placă de bază conductivă.

avantaje:

• fabricație simplă

• cost scăzut

• întreținere ușoară

• potrivit pentru răcirea suprafețelor mari

aplicații:

• invertoare industriale

• surse de alimentare

• sisteme electrice mari

Totuși, deoarece diametrul tubului este relativ mare și calea de curgere include multe curbe, uniformitatea termică este mai mică și pot apărea puncte fierbinți localizate.

3. placă de răcire cu lichid cu aripioare pliate

Structurile cu aripioare pliate utilizează aripioare metalice în formă de val sau în zig-zag pentru a crește aria de transfer de căldură și a crea turbulențe în interiorul fluxului de agent de răcire.

avantaje:

• performanță termică echilibrată

• cost de fabricație moderat

• potrivit pentru producția la scară medie

aplicații:

• echipamente de telecomunicații

• dulapuri de control industriale

Acest design realizează un echilibru bun între eficiența de răcire și rezistența la fluide.

4. placă rece cu aripioare cu știft

Plăcile reci cu lichid cu aripioare ac conțin aripioare cilindrice sau în formă de ac, dispuse dens.

aceste structuri îmbunătățesc semnificativ turbulența și eficiența transferului de căldură.

Formele comune ale aripioarelor includ:

• dreptunghiular

• circular

• eliptic

avantaje:

• schimb excelent de căldură

• proiectare structurală flexibilă

• potrivit pentru spații compacte

dezavantaje:

• rezistență mai mare la curgere

• întreținere mai dificilă din cauza acumulării de resturi

5. placă rece cu apă cu aripioare șlefuite

Tehnologia cu aripioare șlefuite taie aripioarele direct dintr-un singur bloc metalic.

Deoarece aripioarele și baza sunt integrate într-o singură structură, rezistența termică dintre componente este eliminată.

avantaje:

• conductivitate termică excelentă

• integritate structurală puternică

• eficient pentru producția de masă

dezavantaje:

• flexibilitate limitată a geometriei aripioarelor

• mai puțin potrivit pentru aplicații extrem de compacte

comparație cuprinzătoare a tehnologiilor de răcire cu plăci reci

performanță termică

Cea mai mare performanță de răcire se obține în general prin:

• plăci reci cu microcanal

• plăci reci cu aripioare șlefuite

Aceste modele maximizează suprafața de contact și conductivitatea termică.

Structurile cu aripioare cu știft și aripioare pliate oferă performanțe puternice în aplicații specifice.

placă rece tubulată Sistemele oferă o eficiență termică mai mică, dar o fiabilitate și o mentenanță excelente.

eficiența costurilor

cel mai mic cost:

• placă rece tubulată

cost moderat:

• aripioară pliată

• pin fin

• aripioare șlefuite

cel mai mare cost:

• placă rece lichidă brazată și sisteme cu microcanale din cauza complexității de fabricație și a toleranțelor stricte.

rezistența la fluide

placă rece tubulată

scădere moderată de presiune cauzată de căile de curgere lungi și de coturile multiple.

placă rece cu microcanal

rezistență la curgere foarte mare datorită canalelor înguste și structurilor dense.

aripioară pliată

creează turbulențe controlate cu o scădere moderată a presiunii.

pin fin

turbulență ridicată și rezistență ridicată datorită aranjamentelor dense ale aripioarelor.

aripioare șlefuite

curgere relativ uniformă a lichidului de răcire și o cădere de presiune mai mică.

alegerea plăcii reci cu lichid potrivite

Nu există o soluție universală în proiectarea răcirii cu lichid cu placă rece. Alegerea ideală depinde de cerințele aplicației.

Atunci când alegeți o placă de răcire cu lichid personalizată, cei mai importanți factori includ:

• performanța de răcire necesară

• buget

• spațiul de instalare disponibil

• capacitatea de întreținere

• așteptări de fiabilitate

de exemplu:

• Sistemele cu plăci reci cu lichid pentru baterii prioritizează distribuția uniformă a temperaturii

• Aplicațiile cu plăci de răcire a procesorului prioritizează îndepărtarea localizată a fluxului termic ridicat

• Sistemele industriale prioritizează adesea durabilitatea și mentenabilitatea

Alegerea plăcii reci potrivite, răcite cu lichid, necesită, în cele din urmă, un echilibru între performanța termică, rezistența la curgere, costul și fiabilitatea pe termen lung.