新エネルギー動力電池用水冷板の設計プロセス

高出力エレクトロニクスの熱負荷の増加と、パッケージングの小型化の推進により、設計者の視点が変わりました。液体冷却はもはやリスクとは見なされませんが、ある程度は必須です。 液体コールドプレート 高熱流束利用においては、従来の空冷方式を上回る性能を発揮します。

液冷プロセスでは、液冷プレートは、特定の種類の高出力バッテリーの冷却システムがバッテリー内外の温度異常の問題に対処することを目的としています。

液冷板の構造は電池の熱特性に基づいて構築されており、コイル型液冷板の構造が紹介されています。この構造により、冷却剤が最初にホットスポットに到達し、その後循環することが保証されます。

水冷プレートのデータ調査

空冷システムは、より高い効率でより大きな密度に対応するために、時間の経過とともに改良されてきました。それでも、効果的な方法で高密度ラックに十分な冷却を提供するために必要な熱伝達特性が空気に欠けているという限界が生じます。

ラックの電力が増大すると、専用サーバーのパフォーマンスと信頼性に影響が生じ、時間の経過とともにエネルギー効率が低下する可能性があります。高出力ラックを使用すると、空冷は非経済的で持続不可能になります。

その結果、データ容量と効率を高めるためにラックに液体を追加する可能性を検討する企業が増えています。液体冷却は、水またはその他の流体の強化された熱伝達能力を利用して、高密度ラックの効率的かつコスト効率の高い冷却を実現します。

特定の施設にとってどの戦略が最も効果的であるかには、複数の要因が影響します。しかし、液体冷却に関心のあるデータセンター運営者も同様の課題を抱えています。それは、データセンターとの統合と、データセンターへの液体の供給とデータセンターからの液体の供給を容易にするインフラストラクチャの構築です。

水冷プレートの設計スキーム

集中した電子機器を効率的に動作させるために、さまざまな熱管理デバイスが採用されています。ヒートシンクは、固体の壁で囲まれた液体冷却プレートによって作成されます。

電子機器は、液冷プレートのおかげで冷たい表面にさらされます。熱保持能力、関連する熱伝達率、およびプレート表面の集中熱領域は、冷却プレートの性能を決定するために使用されます。SOLIDWORKS を使用して液冷プレートの設計を作成しました。テストチャネルでは、作動流体として純水のみが使用されました。

流量分布、温度等高線、圧力降下、およびポンピングパワーの比較が、さまざまなチャネルレイアウトで実行されました。液冷プレートでは、チャネルの配置が重要であることが判明しました。この研究の結論は、高温環境に最適な冷却システム設計を決定するのに役立ちます。 熱流束 電子機器、コンピュータプロセッサ、自動車エンジンなどのアプリケーション。

水冷プレート設計入力分析

電子機器を冷却するための新しいアプローチが開発されています。電気部品に使用される液体冷却システムはコールド プレートとして知られています。現在の研究では、コールド プレートの設計を変更してコストを削減し、同時に熱放散率を高めています。

特定の電力入力に対して、さまざまな流量の水が提供され、その特定の熱負荷に対する各流量の熱除去能力が計算されます。水は、あらゆる流量において最適な作動流体です。

高い質量流量は、メタノールとアセトンを使用することで最もよく達成されます。個々の電気コンポーネントは、「コールド ウォール」として機能するコールド プレートに取り付けられます。コールド プレートの設計と性能評価については、熱負荷と熱負荷が適切かどうかに応じて、定義されたアプローチに従います。コールドプレートの片面または両面に。

水冷プレート構造設計

コールド プレートは、電気機器の温度を制御するために最も使用されるデバイスの 1 つです。あ コールドプレート 金属境界で囲まれた流体の流れ領域です。主な目標は、良好なパフォーマンスを得るために適切な温度を維持しながら、電子機器から熱を抽出する流体の流れのルートを室内に作成することです。

コールド プレートの役割は、内径 114 mm、外径 186 mm の同心円状の熱源からの熱を分散させることです。熱源は銅製ヒート スプレッダーの上に取り付けられており、総熱量は 320 W です。

その後、コールドプレートの上面に熱源とヒートスプレッダを取り付けます。投入温度 20°C、流量 3.5 L/min の水をコールド プレートの内部流路に流し、熱源からの熱を分散させます。

水冷プレートの製造工程

水冷プレートは金属製で水路が付いています。銅やアルミニウムなどの金属でできており、熱源と接触して発生する熱を吸収します。ウォーターポンプの作動により、循環液が循環配管内を流れます。水冷システムとは、液体が水である冷却システムです。

ウォーターパイプはウォーターポンプ、ウォーターブロック、ウォータータンクを繋いでいます。その目的は、循環流体が漏れることなく閉じたチャネル内を流れるようにして、液体冷却システムが正しく機能できるようにすることです。

循環液は水タンク内に保管されます。ヒートシンクとしての熱交換器は、ある場所から別の場所に熱を伝達するデバイスです。熱は循環液から大表面積のヒートシンクに伝達され、ヒートシンクのファンによって流入する空気から熱が除去されます。

水冷プレートの品質検査

液冷ループのコンポーネントを選択するときは、材料の互換性と個々のパフォーマンスの両方を考慮してください。アルミニウム管のコールド プレートと銅管の熱交換器は熱のニーズには適しているかもしれませんが、安定した冷却回路ではありません。

銅とアルミニウムが冷却システム内で混合されると、それらの電気化学電位が異なるため、ガルバニック腐食が発生する可能性があります。ガルバニック腐食は金属を侵食し、最終的には漏れを引き起こします。

銅、重炭酸塩、塩化物、その他の汚染物質はすべて水道水に含まれており、腐食を促進します。さらに、同じ流体を時間をかけて再循環させると、溶存酸素が閉ループ内に逃げてしまいます。結果として酸素が不足すると、酸化層の形成が妨げられます。アルミニウムは酸素を避け、質の悪い水に長期間さらされると錆びます。

水冷プレート試験の効果

コールド プレートの総熱抵抗は、最大温度変化を正味の熱流量で割ったものとして定義され、重要な指標でした。コールド プレートは、水の影響を調査するために、アルミニウム ベース (1.65 cm、7.6 cm 40 cm) に 9 つの平行な長方形のスロットを切り込み、その上にアルミニウムのカバー プレートを溶接することによって作成されました。

12 個の熱電対を使用して、プレートの温度と、入口、出口、および中央面で流れる流体の温度を測定しました。エチレングリコールと水の 50/50 の組み合わせを作動流体として使用しました。

全体の熱抵抗は、温度測定値に基づいて計算されました。一次元数値モデルもコールド プレートの熱抵抗を計算するために使用されました。実験による観察とモデルの予測はよく一致しています。

結論

ウィンシェア・サーマルロイ は、サーペンタイン (チューブインプレート) 設計、ガンドリル技術、流体経路の表面積を増加させたマルチピース設計など、幅広いコールド プレート技術を備えた液体冷却の専門家です。Winshare サーマルロイで要求されるデザインとボリュームを満たすために、マルチピース設計の接続方法を選択します。