Návrh a výroba chladiacej dosky na mieru | PTSMAKE

Navrhujete vysoko výkonný elektronický systém, ale tradičné vzduchové chladenie nedokáže zvládnuť intenzívne teplo, ktoré vaše komponenty generujú. Váš projekt si vyžaduje precízne riadenie tepla, ale bežné riešenia vám spôsobujú prehrievanie, znižovanie výkonu a potenciálne zlyhanie systému.

Kvapalinová chladiaca doska je špecializovaný výmenník tepla, ktorý využíva cirkulujúcu chladiacu kvapalinu na účinný odvod tepla z výkonných elektronických komponentov a v porovnaní so vzduchovým chladením ponúka vynikajúci tepelný výkon priamym odvádzaním tepla prostredníctvom navrhnutých vnútorných prietokových kanálov.

Výroba vlastnej dosky na chladenie kvapaliny PTSMAKE
Výroba dizajnu chladiacej dosky na mieru

Úspech vášho chladiaceho riešenia závisí od pochopenia technických princípov týchto systémov a výberu správnej konštrukcie pre vašu konkrétnu aplikáciu. Dovoľte mi, aby som vás oboznámil so základnými poznatkami, ktoré vám pomôžu prijímať informované rozhodnutia o návrhu a výrobe dosiek kvapalinového chladenia.

Aký problém jadra rieši kvapalná chladiaca doska?

Jednoducho povedané, kvapalná chladiaca doska rieši teplo. Ale nie len tak hocijaké teplo. Rieši problém vysoko koncentrovaného tepla, s ktorým si jednoduchšie riešenia, ako napríklad ventilátory, nevedia poradiť.

Predstavte si to takto. Vaše zariadenie je čoraz menšie, ale výkonnejšie. To vytvára intenzívne horúce miesta. Vzduchové chladenie nakoniec dosiahne svoj limit a nedokáže odvádzať teplo dostatočne rýchlo.

Keď chladenie vzduchom narazí na svoj limit

V tomto prípade je nevyhnutná chladiaca doska na kvapalinu. Poskytuje priamu a účinnú cestu na odvádzanie tepelnej energie od kritických komponentov.

Metóda chladeniaKapacita odvodu teplaIdeálna aplikácia
Chladenie vzduchomNízka až stredne vysokáVšeobecná elektronika
Kvapalinové chladenieVysoká až veľmi vysokáVysokovýkonné procesory, lasery

Kvapalinová chladiaca doska nie je vylepšením, ale nevyhnutným riešením pre modernú výkonnú elektroniku. Zabezpečuje spoľahlivosť a výkon.

Presne opracovaná hliníková chladiaca doska s kanálmi pre tepelný manažment pre výkonné elektronické zariadenia
Dizajn hliníkovej chladiacej dosky

Hlavným problémom je nesúlad. Rýchlosť tvorby tepla na malej ploche prevyšuje rýchlosť, akou ho môže vzduch fyzicky absorbovať a odvádzať. Tento problém definujú dva kľúčové pojmy.

Výzva vysokej hustoty výkonu

Hustota výkonu sa vzťahuje na množstvo výkonu v danom objeme. So zmenšovaním zariadení hustota výkonu prudko rastie. To vedie k rýchlemu nárastu teploty, ktorý môže spôsobiť zníženie výkonu alebo dokonca trvalé poškodenie komponentov.

Pochopenie tepelného toku

Tepelný tok je rýchlosť prenosu tepelnej energie cez povrch. Vo výkonných čipoch môže byť táto hodnota neuveriteľne vysoká. Nízka tepelná vodivosť vzduchu pôsobí ako úzke hrdlo a vytvára výrazné tepelná odolnosť1.

V minulých projektoch spoločnosti PTSMAKE sme sa presvedčili, že prechod na kvapalinovú chladiacu dosku môže znížiť teploty komponentov o značnú rezervu v porovnaní s najodolnejšími nastaveniami chladenia vzduchom. Chladiaca kvapalina je jednoducho účinnejšia pri pohlcovaní a prenose tepla.

StrednéTepelná vodivosť (W/m-K)
Vzduch~0.026
Voda~0.6
Etylénglykol/voda (50/50)~0.4

Táto tabuľka ukazuje výrazný rozdiel. Voda je viac ako 20-krát vodivejšia ako vzduch. Táto základná vlastnosť je dôvodom, prečo je kvapalinové chladenie lepším riešením pre intenzívne tepelné zaťaženie.

Kvapalinová chladiaca doska priamo rieši fyzikálne limity chladenia vzduchom. Stáva sa nepostrádateľnou pri vysokej hustote výkonu a tepelného toku, čím zabezpečuje, že vaše zariadenie zostane stabilné, spoľahlivé a bude fungovať tak, ako bolo navrhnuté.

Aké sú jeho základné zložky a ich funkcie?

Kvapalinová chladiaca doska sa môže zdať zložitá. V skutočnosti sa však skladá zo štyroch základných častí. Každá z nich má špecifickú úlohu. Spoločne vytvárajú účinný systém odvodu tepla.

Základom je základňa. Priamo sa dotýka zdroja tepla. Vnútorné kanály potom vedú chladiacu kvapalinu. Vstupné a výstupné otvory spájajú dosku s väčším systémom. Nakoniec všetko uzatvára kryt, ktorý zabraňuje akémukoľvek úniku.

KomponentPrimárna funkcia
Základná doskaAbsorbuje teplo priamo z komponentu.
Interné kanályVytvára cestu pre prúdenie chladiacej kvapaliny.
Vstupné/výstupné portyPripojí dosku k chladiacej slučke.
ObalUtesňuje vnútorný kanálový systém.

Detailný pohľad na chladiacu dosku s viditeľnými vnútornými kanálmi a pripojovacími otvormi pre systémy tepelného manažmentu
Vnútorné komponenty chladiacej dosky na kvapalinu

Kritická úloha každej zložky

Poďme si rozobrať, ako tieto časti spolupracujú. Konštrukcia jednotlivých komponentov je rozhodujúca pre výkon celej dosky kvapalinového chladenia. Malé detaily majú veľký význam.

Výber základnej dosky a materiálu

Hlavnou úlohou základnej dosky je absorbovať teplo. Jej materiál je kľúčový. V minulých projektoch spoločnosti PTSMAKE sme zistili, že najčastejšou voľbou je meď a hliník. Ich vlastnosti vyhovujú rôznym potrebám.

MateriálTepelná vodivosťKľúčový prínos
MeďVysokáMaximálny prenos tepla.
HliníkDobrýĽahký a cenovo výhodný.

Výber závisí od rozpočtu aplikácie a tepelných požiadaviek. Pre optimálny kontakt je tiež nevyhnutný dokonale rovný povrch.

Vnútorné kanály a dynamika prúdenia

Vo vnútri dosky určujú kanáliky cestu chladiacej kvapaliny. Cieľom je maximalizovať plochu, ktorej sa kvapalina dotýka. Táto konštrukcia podporuje turbulentné prúdenie2, ktoré oveľa lepšie zachytáva teplo ako hladké laminárne prúdenie. Vzory kanálov môžu byť jednoduché alebo veľmi zložité.

Porty a integrita krytu

Vstupné a výstupné porty sú brány. Musia poskytovať bezpečné a nepriepustné spojenie so zvyškom chladiaceho systému. Krycia doska uzatvára kanály zhora. Zabezpečuje, aby chladiaca kvapalina pod tlakom zostala vo vnútri a bez problémov vykonávala svoju prácu.

Každá časť chladiacej dosky na kvapalinu, od základne až po kanály a kryt, musí fungovať v súlade. Výber materiálov a presnosť konštrukcie priamo ovplyvňujú jej schopnosť efektívne a spoľahlivo riadiť teplo.

Ako sa chladiarenské dosky klasifikujú podľa výrobného procesu?

Výber správneho výrobného procesu je veľmi dôležitý. Má priamy vplyv na výkon a cenu vašej dosky kvapalinového chladenia. Každá metóda ponúka jedinečnú rovnováhu medzi tepelnou účinnosťou a škálovateľnosťou výroby.

Rozdeľme si bežné typy.

Primárne výrobné metódy

MetódaKľúčová výhodaNajlepšie pre
SpájkovanieVysoký výkonKomplexné vnútorné geometrie rebier
FSWVysoká spoľahlivosťVeľké, robustné hliníkové dosky
ObrábanieVysoká presnosťPrototypy, komplexné vonkajšie prvky
Odlievanie pod tlakomVeľký objemHromadná výroba s nižšími nákladmi

Tento prehľad pomáha pri rozhodovacom procese.

Rôzne hliníkové chladiace dosky s rôznymi výrobnými procesmi a povrchovými úpravami pre aplikácie tepelného manažmentu
Výrobné metódy kvapalinových chladiacich dosiek

Kľúčové je pochopiť výhody a nevýhody jednotlivých postupov. V spoločnosti PTSMAKE sprevádzame klientov týmito možnosťami tak, aby zodpovedali ich konkrétnej aplikácii a rozpočtu. Pozrime sa bližšie na podrobnosti.

Pájkované dosky za studena

Spájkovanie zahŕňa spájanie komponentov pomocou plniva. To umožňuje vytvárať zložité vnútorné štruktúry, ako napríklad rebrá s vysokou hustotou. Výsledkom je vynikajúci tepelný výkon. Tento proces je však zložitý a môže byť nákladný. Zabezpečenie úplného spoja bez dutín je veľmi dôležité.

Dosky zvárané trením (FSW)

FSW je proces spájania v pevnom stave. Vytvára veľmi pevný, nepriepustný spoj bez tavenia základného materiálu. Táto metóda vytvára neuveriteľne spoľahlivé hermetické tesnenie3. Je ideálny pre veľké hliníkové plechy, hoci náklady na nástroje môžu byť vysoké pre počiatočné nastavenie.

Obrábané a vŕtané dosky

Pri prototypoch alebo malých sériách často odporúčame obrábanie. Vŕtanie pištoľou vytvára dlhé, rovné chladiace kanály priamo do pevného kovového bloku. Ponúka veľkú flexibilitu a presnosť konštrukcie. Hlavnou nevýhodou je, že pri veľkosériovej výrobe je pomalšie a drahšie.

Tlakovo liate dosky za studena

Ak potrebujete tisíce rovnakých dielov, riešením je tlakové liatie. Ide o vstrekovanie roztaveného kovu do formy. Tento proces je rýchly a nákladovo efektívny. Kompromisom je nižší tepelný výkon v porovnaní s spájkovanými alebo FSW doskami.

Výrobný procesKladyNevýhody
SpájkovanieVynikajúci tepelný výkon, komplexná vnútorná geometria.Vyššie náklady, zložité riadenie procesov.
FSWVysoká spoľahlivosť, silné spoje odolné proti úniku.Vyššie počiatočné náklady na nástroje, obmedzené na jednoduchšie kanály.
ObrábanéVysoká presnosť, ideálne pre prototypy, flexibilita dizajnu.Pomalšia výroba, vyššie náklady na jednotku objemu.
Odlievanie pod tlakomNízke náklady pri veľkom objeme, rýchle výrobné cykly.Nižší tepelný výkon, vysoké počiatočné náklady na formu.

Každá výrobná metóda predstavuje osobitný súbor kompromisov. Optimálny výber závisí od tepelných požiadaviek, objemu výroby, kompatibility materiálov a celkového rozpočtu projektu. Pomáhame klientom zorientovať sa v týchto faktoroch a nájsť ideálnu voľbu.

Výrobný proces určuje základné vlastnosti chladiarenského plechu. Váš výber ovplyvňuje všetko od tepelnej účinnosti až po jednotkové náklady, čo určuje jej vhodnosť pre prototypy, vysoko výkonné počítače alebo masovú elektroniku. Pre úspech projektu je nevyhnutný starostlivý výber.

Aké sú hlavné typy vnútorných prietokových ciest?

Výber správnej vnútornej cesty toku je kľúčový. Má priamy vplyv na výkon vašej chladiacej dosky. Konštrukcia určuje, ako sa chladiaca kvapalina pohybuje a absorbuje teplo.

Preskúmame tri bežné rozloženia. Každé z nich má jedinečné silné a slabé stránky. Ich pochopenie vám pomôže lepšie sa rozhodnúť pre návrh.

Rozloženie kľúčových kanálov

Porovnajme hlavné typy.

Typ dizajnuKľúčová funkciaNajlepšie pre
SerpentínyJedna súvislá cestaCielené chladenie horúcich miest
ParalelnéViacero paralelných kanálovRovnomerné nízkotlakové chladenie
MikrokanálExtrémne malé kanályMaximálny prenos tepla

Táto voľba ovplyvňuje tepelnú účinnosť a pokles tlaku. Je to kritické technické rozhodnutie.

Vysoko výkonná chladiaca doska zobrazujúca konfigurácie vnútorných prietokových kanálov pre systémy tepelného manažmentu
Dizajny kanálov chladiacich dosiek na kvapalinu

Ideálne usporiadanie kanála vyvažuje konkurenčné faktory. Neexistuje jediné "najlepšie" riešenie pre každý projekt. Ide o nájdenie správnych kompromisov pre vašu konkrétnu aplikáciu.

Prietoková dráha serpentín

Hadovitá dráha pretláča chladiacu kvapalinu cez jeden dlhý, vinutý kanál. Tým sa udržiava vysoká rýchlosť kvapaliny. Zabezpečuje vynikajúci prenos tepla pozdĺž dráhy. Tým však vzniká výrazný pokles tlaku, čo si vyžaduje výkonnejšie čerpadlo.

Paralelná cesta toku

Paralelné konštrukcie rozdeľujú tok do viacerých kanálov. Tieto kanály sa potom opäť spoja. Tento prístup výrazne znižuje celkovú tlakovú stratu. Hlavnou výzvou je zabezpečiť rovnomerné rozloženie prietoku vo všetkých kanáloch, aby sa zabránilo vzniku stagnujúcich zón.

Dizajn mikrokanálov

Mikrokanáliky maximalizujú plochu na výmenu tepla. Výsledkom je vynikajúci tepelný výkon. Režim prúdenia, ktorý je často charakterizovaný Reynoldsovo číslo4, je v tomto prípade rozhodujúca. V spoločnosti PTSMAKE používame na vytváranie týchto zložitých štruktúr presné CNC obrábanie. Sú však náchylnejšie na upchávanie a majú veľmi vysoký pokles tlaku.

RozloženiePokles tlakuTepelný výkonKľúčové úvahy
SerpentínyVysokáDobrý až výbornýVýkon čerpadla
ParalelnéNízkaDobrýRozdelenie toku
MikrokanálVeľmi vysokáVynikajúceRiziko upchatia a náklady

Každá vnútorná cesta prúdenia - serpentínová, paralelná a mikrokanálová - predstavuje osobitný kompromis medzi tepelnou účinnosťou a tlakovou stratou. Optimálna voľba pre vašu chladiacu dosku na kvapalinu závisí výlučne od špecifických požiadaviek na chladenie vašej aplikácie a systémových obmedzení.

Kedy by ste uprednostnili serpentínu pred paralelnou konštrukciou?

Výber medzi serpentínou a paralelnou prietokovou dráhou je rozhodujúce rozhodnutie. Má priamy vplyv na výkonnosť vašej dosky kvapalinového chladenia. Nejde o to, čo je celkovo lepšie. Ide o to, ktorá je vhodná pre vašu konkrétnu aplikáciu.

Tento jednoduchý rámec vám pomôže rozhodnúť sa. Pozrieme sa na tri kľúčové faktory: teplotné ciele, tlakové limity a tvar vášho zdroja tepla.

Atribút dizajnuDizajn serpentínParalelný dizajn
Cesta tokuJeden dlhý kanálViacero kratších kanálov
Pokles tlakuVyššieNižšie
Teplota. UniformitaNižšieVyššie

Poďme si rozobrať, ako tieto kritériá používať.

Porovnanie dizajnu serpentín a paralelných prietokových dráh v hliníkových chladiacich doskách s rôznymi konfiguráciami kanálov
Dizajny serpentín a paralelných chladiacich dosiek

Rozhodovanie o najlepšom návrhu si vyžaduje vyváženie konkurenčných požiadaviek. V minulých projektoch spoločnosti PTSMAKE sme klientom pomohli nájsť kompromisy a dosiahnuť optimálne tepelné riadenie.

Rovnomernosť teploty: Vaša najvyššia priorita?

Ak vaša súčiastka vyžaduje veľmi stabilnú a rovnomernú teplotu na celom povrchu, takmer vždy je lepšou voľbou paralelný dizajn. Chladiaca kvapalina sa rozvádza rovnomerne, čím sa minimalizujú teplotné gradienty.

Hadovitá dráha, naopak, ohrieva kvapalinu počas jej pohybu. To vytvára výrazný teplotný rozdiel od vstupu po výstup, čo môže byť problém pre citlivú elektroniku.

Prípustný pokles tlaku

Tlaková strata určuje požiadavky na čerpadlo. Dlhá hadovitá dráha vytvára značný odpor, ktorý si vyžaduje výkonnejšie - a často drahšie - čerpadlo na udržanie potrebného objemový prietok5.

Paralelná konštrukcia rozdeľuje prietok, čím sa výrazne znižuje tlaková strata. To umožňuje použitie menších čerpadiel, čím sa šetria náklady a energia.

Geometria zdroja tepla

Záleží na tvare a koncentrácii zdroja tepla.

Typ zdroja teplaOdporúčaný dizajnPrečo to funguje najlepšie
Veľká, jednotná plochaParalelnéZabezpečuje rovnomerné chladenie po celej ploche.
Malé, koncentrovanéSerpentínyNasmeruje celý tok chladiacej kvapaliny cez "horúce miesto".
Nepravidelný tvarHybridné/prispôsobenéDá sa prispôsobiť komplexnému tepelnému zaťaženiu.

Zohľadnenie týchto faktorov zaručuje, že návrh chladiacej dosky na kvapalinu bude od začiatku účinný.

Výber správnej prietokovej cesty pre vašu chladiacu dosku zahŕňa kompromis. Vaše rozhodnutie by malo vyvážiť požadovanú rovnomernosť teploty s prípustnou tlakovou stratou a špecifickou geometriou vášho tepelného zdroja. Tento rámec poskytuje jasnú cestu k najefektívnejšiemu riešeniu.

Aká je štruktúra kompletnej chladiacej kvapaliny?

Kvapalinový chladiaci okruh je viac ako len jedna časť. Je to kompletný systém. Každý komponent má špecifickú úlohu.

Kvapalinová chladiaca doska je veľmi dôležitá. Nemôže však fungovať samostatne. Na správne fungovanie potrebuje podporu ostatných častí.

Základné komponenty

Pozrime sa na kľúčových hráčov tohto systému. Všetci spolupracujú na odvádzaní tepla od vašej kritickej elektroniky.

KomponentPrimárna funkcia
ČerpadloCirkuluje chladiaca kvapalina
ChladičOdvádza teplo do vzduchu
NádržUchováva extra chladiacu kvapalinu
RúrkySpája všetky komponenty

Pochopenie tejto štruktúry je prvým krokom. Pomáha pri navrhovaní účinného riešenia tepelného manažmentu.

Komponenty komplexnej kvapalinovej chladiacej slučky zobrazujúce dosku tepelného manažmentu a podporný hardvér na pracovnom stole
Komponenty kompletného systému kvapalinového chladenia

Kvapalinová chladiaca doska je miestom, kde sa začína kúzlo. Priamo absorbuje teplo zo zdroja, ako je procesor alebo výkonná elektronika. Čo sa však s týmto teplom deje? Dostane sa do chladiacej kvapaliny. Tu preberá úlohu zvyšok slučky.

Cesta tepla

Čerpadlo je motorom systému. Vytláča zohriatu chladiacu kvapalinu od dosky. Chladiaca kvapalina potom putuje potrubím do chladiča.

Chladič alebo výmenník tepla má veľkú plochu. Ventilátory cezň často fúkajú vzduch. Tento proces prenáša teplo z chladiacej kvapaliny do okolitého vzduchu. Teraz ochladená kvapalina pokračuje vo svojej ceste.

Posledné zastávky sú v nádrži a späť k čerpadlu. Zásobník zabezpečuje, že je vždy dostatok kvapaliny. Pomáha tiež odstraňovať vzduchové bubliny zo slučky. Celý tento cyklus je nepretržitý tok.

Účinnosť tohto cyklu závisí od mnohých faktorov. Rýchlosť tepelný tok6 na studenej doske je rozhodujúca. Rovnako ako prietok čerpadla a rozptylová kapacita chladiča.

V spoločnosti PTSMAKE sa zameriavame na to, ako sa naše CNC obrábané komponenty integrujú. Dobre navrhnutá doska kvapalinového chladenia musí zodpovedať možnostiam systému.

FaktorVplyv na systém
Rýchlosť čerpadlaOvplyvňuje prietok chladiacej kvapaliny
Veľkosť chladičaUrčuje kapacitu odvodu tepla
Priemer rúrkyVplyv na odpor prúdenia
Typ chladiacej kvapalinyVplyv na tepelnú vodivosť

Kompletný chladiaci okruh je vyvážený systém. Kvapalinová chladiaca doska absorbuje teplo, zatiaľ čo čerpadlo, chladič a chladiaca kvapalina pracujú v súčinnosti na jeho odvádzaní. Správna integrácia týchto komponentov je nevyhnutná pre účinný tepelný manažment.

Ako by ste navrhli chladiacu dosku pre batériu elektrického vozidla?

Návrh reálnej chladiacej dosky je zložitý. Musí vyvážiť tepelný výkon, štrukturálnu integritu a výrobné náklady.

Znamená to riešiť niekoľko výziev naraz. Nemôžete vyriešiť jeden problém a zároveň vytvoriť ďalší.

Hlavné výzvy v oblasti dizajnu

Hlavné ciele sú jasné. Potrebujeme vysokú rovnomernosť teploty na veľkej ploche. Musí tiež odolávať stálym vibráciám na ceste.

Tu je stručný prehľad obmedzení.

VýzvaKľúčová požiadavka
Plocha povrchuMaximalizujte kontakt s článkami batérie.
JednotnosťMinimalizujte teplotné rozdiely.
IntegráciaBez problémov zapadajú do štruktúry balenia.
TrvanlivosťOdoláva vibráciám a nárazom.
NákladyVhodné na hromadnú výrobu.

To si vyžaduje skutočne integrovaný prístup.

Precízne navrhnutá doska tepelného manažmentu pre chladiaci systém batérií elektrických vozidiel s integrovanými prietokovými kanálmi
Návrh chladiacej dosky batérie EV

Praktická koncepcia dizajnu

Podľa mojich skúseností je silnou voľbou lisovaná hliníková doska na chladenie kvapaliny so serpentínovými kanálmi. Táto konštrukcia priamo rieši hlavné problémy, ktorým čelíme v aplikáciách pre elektrické vozidlá.

Táto metóda zahŕňa lisovanie alebo hydroformovanie tenkých hliníkových plechov. Tieto plechy sa potom spájkujú, aby sa vytvorili utesnené vnútorné kanály pre prúdenie chladiacej kvapaliny.

Riešenie kľúčových výziev

Ako teda tento návrh rieši problémy?

Po prvé, serpentínový vzor kanálikov zabezpečuje prúdenie chladiacej kvapaliny po celom povrchu dosky. To je veľmi dôležité na dosiahnutie vynikajúcej teplotnej rovnomernosti pre všetky články batérie, čím sa zabráni vzniku horúcich miest.

Po druhé, samotná doska môže byť navrhnutá ako konštrukčný prvok. Môže byť integrovaná priamo do zásobníka akumulátora. To zjednodušuje montáž a výrazne zvyšuje odolnosť voči vibráciám.

FunkciaBenefit
Lisovaný hliníkĽahký a cenovo výhodný pre veľký rozsah.
Serpentínové kanályZabezpečuje rovnomerné rozloženie teploty.
Spájkovaná zostavaVytvára pevný, nepriepustný komponent.
Štrukturálna integráciaZnižuje zložitosť a celkový počet dielov.

Táto integrácia je kľúčová pre hromadnú výrobu. Znižuje čas montáže aj celkové náklady. Rozhodujúci je aj výber chladiacej kvapaliny, pretože jej objemová tepelná kapacita7 ovplyvňuje, koľko energie dokáže absorbovať a odviesť z buniek.

Naša práca na podobných projektoch ukazuje, že tento prístup poskytuje najlepšiu rovnováhu. Spĺňa tepelné potreby bez toho, aby bola batéria príliš ťažká alebo drahá. V spoločnosti PTSMAKE sa zameriavame na dosiahnutie tejto rovnováhy prostredníctvom precíznej výroby.

Lisovaná hliníková doska na chladenie kvapaliny so serpentínami ponúka vyvážené riešenie. Účinne riadi veľké plochy, zabezpečuje rovnomernosť teploty, integruje sa konštrukčne a zostáva nákladovo efektívny pre sériovú výrobu, čím rieši všetky kľúčové konštrukčné výzvy pre moderné elektrické vozidlá.

Ako optimalizovať chladiacu dosku dátového centra, aby bola efektívna?

Optimalizácia pre efektívnosť znamená, že sa pozeráte na celkové náklady na vlastníctvo (TCO). Nejde len o dosiahnutie najnižšej teploty. Skutočným cieľom je dokonalá rovnováha.

Skutočná rovnováha

Musíte zvážiť tepelnú účinnosť a čerpací výkon. Konštrukcia so zložitými vnútornými kanálmi sa môže chladiť lepšie. Zároveň si však vyžaduje viac energie na pretláčanie kvapaliny.

Hľadanie vhodného miesta

Tento kompromis je rozhodujúci pre každú dosku kvapalinového chladenia. Veľmi účinná doska by mohla mať za následok vysoké účty za energiu. Naším cieľom je nájsť nákladovo najefektívnejší prevádzkový bod z dlhodobého hľadiska.

FaktorNízky prietokVysoký prietok
Tepelný výkonNižšieVyššie
Čerpací výkonNízkaVysoká
Prevádzkové nákladyNízkaVysoká

Vysoko výkonná doska tepelného manažmentu s vnútornými chladiacimi kanálmi pre aplikácie v dátových centrách
Optimalizácia chladiacej dosky dátového centra

Používanie simulácie na predpovedanie výkonu

Ako teda nájsť túto ideálnu rovnováhu? Používame výkonné simulačné nástroje. Základom tohto procesu je výpočtová dynamika tekutín (CFD).

Modelovanie CFD nám presne ukazuje, ako sa kvapalina a teplo správajú vo vnútri chladiacej dosky. To sa deje ešte predtým, ako vyrobíme prototyp. Môžeme vidieť poklesy tlaku a identifikovať horúce miesta.

To nám umožňuje jemne doladiť vnútorný dizajn kanálov. Môžeme upraviť funkcie na zníženie hydraulický odpor8 bez straty potrebného tepelného výkonu. To priamo znižuje konečnú potrebu čerpacieho výkonu.

Modelovanie celého systému

Samotná optimalizovaná doska nestačí. Musíme zvážiť jej úlohu v širšom chladiacom okruhu. Tu prichádza na rad modelovanie na úrovni systému. Zohľadňuje čerpadlá, potrubia a konektory.

V spoločnosti PTSMAKE je tento holistický pohľad súčasťou nášho procesu. Pomáha nám presne predpovedať reálne TCO. Zabezpečujeme, aby sa nami dodaný komponent dokonale integroval a efektívne fungoval v rámci kompletnej zostavy klienta, čím sa vyhneme neskorším nákladným problémom.

Parameter návrhuSimulácia A (zameraná na náklady)Simulácia B (Perf-focus)
Maximálna teplota65°C61°C
Pokles tlaku0,2 baru0,5 baru
Est. Čerpací výkon50W120W
TCO (3 roky)NižšieVyššie

Tento prístup založený na údajoch zaručuje, že nájdeme najhospodárnejšie riešenie počas celého životného cyklu výrobku.

Optimalizácia pre TCO znamená vyvážiť tepelný výkon a čerpací výkon. Používanie nástrojov, ako je CFD a modelovanie systému, je nevyhnutné na určenie najefektívnejšieho návrhu, ktorý znižuje výrobné aj dlhodobé prevádzkové náklady našich klientov.

Ako sa dá zabezpečiť rovnomernosť teploty na veľkej ploche?

Udržiavanie konštantnej teploty na veľkej, nerovnomerne vyhrievanej ploche je významnou technickou výzvou. Horúce miesta môžu spôsobiť problémy s výkonom alebo poruchy.

V spoločnosti PTSMAKE nepoužívame univerzálne riešenie. Namiesto toho používame pokročilé konštrukčné techniky pre naše riešenia kvapalinových chladiacich dosiek, aby sme nasmerovali chladenie presne tam, kde je to najviac potrebné. Tým sa zabezpečí optimálny výkon v celej oblasti.

Kľúčové stratégie návrhu

TechnikaPrimárny cieľNajlepšie pre
Optimalizácia trasy tokuPriamy prívod chladiacej kvapaliny do horúcich miestKoncentrované tepelné zaťaženie
Variabilná šírka kanálaNastavenie rýchlosti prúdeniaPostupné teplotné gradienty
Viaczónové chladenieIzolácia tepelných zónViacero samostatných zdrojov tepla

Vysoko výkonná chladiaca doska s optimalizovanými prietokovými kanálmi pre aplikácie tepelného manažmentu
Pokročilý dizajn chladiacej dosky na kvapalinu

Hlbší pohľad na pokročilé techniky chladenia

Riešenie nerovnomerného tepla si vyžaduje viac než len štandardnú chladiacu dosku na kvapalinu. Vyžaduje si to individuálny inžiniersky prístup. Často začíname podrobnou tepelnou simuláciou, aby sme presne zmapovali zdroje tepla.

Optimalizácia cesty chladiacej kvapaliny

Optimalizácia prietokovej cesty je o vytvorení inteligentnejšej trasy pre chladiacu kvapalinu. Namiesto jednoduchej cesty navrhujeme zložité, serpentínové kanály. Tieto cesty nútia kvapalinu stráviť viac času v najteplejších oblastiach, čím absorbuje viac tepelnej energie. Ide o bežnú stratégiu v našich návrhoch.

Úprava dynamiky toku

Ďalšou účinnou metódou je použitie premenlivej šírky kanála. Zúžením kanála zvýšime rýchlosť chladiacej kvapaliny. Tým sa zvýši lokálna rýchlosť prenosu tepla. Naopak, širšie kanály kvapalinu spomaľujú. Toto presné riadenie Laminárne prúdenie9 nám pomáha doladiť teplotný profil.

Porovnanie pokročilých metód chladenia

MetódaZložitosťVplyv na nákladyPresnosť
Optimalizácia trasy tokuStrednéNízka až strednáVysoká
Variabilné kanályStrednéStrednéVeľmi vysoká
Viaczónové chladenieVysokáVysokáMaximum

Viaczónové chladenie zahŕňa vytvorenie nezávislých chladiacich slučiek pre rôzne časti dosky. To ponúka najvyššiu úroveň kontroly, ale zároveň zvyšuje zložitosť systému. V minulých projektoch sme to použili pre výkonnú elektroniku s viacerými odlišnými komponentmi, ktoré generujú teplo.

Účinné riadenie nerovnomerného tepla si vyžaduje pokročilé konštrukčné stratégie. Optimalizáciou prietokových ciest, zmenou šírky kanálikov a implementáciou viaczónových systémov dokážeme navrhnúť kvapalnú chladiacu dosku, ktorá poskytuje presnú reguláciu teploty na ľubovoľne veľkej ploche a zabezpečuje spoľahlivosť a výkon komponentov.

Aké sú budúce trendy v technológii kvapalinových chladiacich dosiek?

Budúcnosť kvapalinových chladiacich dosiek nie je len evolúciou. Je to úplná revolúcia v tepelnom manažmente. Posúvame sa za hranice jednoduchých vyfrézovaných kanálov.

Nová generácia sa zameriava na maximalizáciu plochy a účinnosti. Tu inovácia skutočne zažiari.

Kľúčové budúce inovácie

Pokročilá výroba, ako napríklad 3D tlač, mení pravidlá hry. Umožňuje vytvárať neuveriteľne zložité vnútorné geometrie. Na obzore sú aj nové materiály a zabudované dvojfázové chladenie. Tie sľubujú obrovský nárast výkonu.

TechnológiaSúčasný prístupBudúci prístup
VýrobaCNC obrábanie3D tlač
Metóda chladeniaJednofázovéDvojfázový
MateriályMeď, hliníkKompozity, grafén
KontrolaExterné snímačeIntegrované senzory

Tieto posuny nanovo definujú možnosti chladiacej dosky s kvapalinou.

Vysoko výkonná chladiaca doska na kvapalinu s pokročilou konštrukciou tepelného manažmentu so zložitými chladiacimi kanálmi na účinný odvod tepla
Pokročilá technológia kvapalinového chladenia

Snaha o zvýšenie výkonu v menších baleniach je hnacou silou tepelných inovácií. V spoločnosti PTSMAKE vidíme, že klienti požadujú riešenia chladenia, ktoré sa kedysi považovali za teoretické. Budúce trendy sa priamo týkajú týchto výziev.

Pokročilá výroba uvoľňuje potenciál

3D tlač alebo aditívna výroba je na čele. Umožňuje vytvárať zložité vnútorné mriežkové štruktúry. Tieto konštrukcie nie sú možné pri tradičnom CNC obrábaní. Výsledkom je oveľa väčšia plocha na odvod tepla.

Výkon dvojfázového chladenia

Zabudované dvojfázové chladenie predstavuje obrovský skok v účinnosti. Namiesto jednoduchého ohrievania kvapaliny táto metóda umožňuje jej varenie. Zmena fázy z kvapaliny na paru absorbuje obrovské množstvo tepla prostredníctvom procesu, ktorý sa nazýva jadrový var10. To môže výrazne zlepšiť chladiaci výkon bez zvýšenia prietoku.

Nové materiály a inteligentná integrácia

Skúmame aj nové materiály. Napríklad kompozity medi a diamantu ponúkajú tepelnú vodivosť ďaleko prevyšujúcu tradičné kovy.

Nakoniec je veľmi dôležité integrovať snímače priamo do chladiacej dosky kvapaliny. Tým sa vytvorí "inteligentný" hardvér, ktorý poskytuje údaje o teplote a prietoku v reálnom čase. To umožňuje prediktívnu údržbu a dynamickú optimalizáciu výkonu.

Budúci trendPrimárna výhoda
3D tlačKomplexné geometrie, maximalizovaná plocha povrchu.
Dvojfázové chladenieVysoko účinná absorpcia tepla.
Nové materiályVynikajúca tepelná vodivosť.
Integrované senzoryMonitorovanie a kontrola v reálnom čase.

Budúce chladiace dosky na kvapalinu budú inteligentnejšie, účinnejšie a vysoko prispôsobené. Medzi hlavné trendy patrí 3D tlač pre komplexné konštrukcie, dvojfázové chladenie pre vynikajúcu absorpciu tepla, pokročilé materiály a integrované senzory pre optimalizáciu v reálnom čase.

Posuňte svoj projekt chladiacej dosky na kvapalinu ďalej s PTSMAKE

Ste pripravení vylepšiť svoju dosku na chladenie kvapaliny novej generácie? Spolupracujte so spoločnosťou PTSMAKE a získajte presnú výrobu, odbornú technickú podporu a bezproblémovú realizáciu projektu. Pošlite nám svoje výkresy alebo RFQ ešte dnes - premeňte svoje nápady na spoľahlivú realitu pripravenú na výrobu s výrobcom, ktorému dôveruje celý svet!

Získajte teraz cenovú ponuku - PTSMAKE


  1. Zistite, ako tento kľúčový parameter ovplyvňuje účinnosť celého chladiaceho systému. 

  2. Prečítajte si, ako tento typ prúdenia maximalizuje účinnosť prenosu tepla v našich konštrukciách. 

  3. Zoznámte sa s technickými princípmi, ktoré stoja za vytvorením dokonalého, nepriepustného spoja pre aplikácie s kritickými kvapalinami. 

  4. Získajte viac informácií o tejto bezrozmernej veličine, ktorá sa používa na predpovedanie prúdenia kvapalín v rôznych situáciách. 

  5. Zistite, ako výpočty prietoku priamo ovplyvňujú tepelný výkon chladiaceho systému. 

  6. Zistite, ako táto tepelná koncepcia ovplyvňuje dizajn a výber materiálov pre chladiace riešenia. 

  7. Pochopte, ako táto vlastnosť chladiacej kvapaliny ovplyvňuje celkovú účinnosť systému tepelného manažmentu. 

  8. Zistite, ako tento kľúčový parameter ovplyvňuje výber čerpadla a dlhodobé prevádzkové náklady vo vašom chladiacom systéme. 

  9. Zistite, ako rôzne správanie kvapalín priamo ovplyvňuje účinnosť chladiaceho systému. 

  10. Zistite viac o tomto vysoko účinnom fenoméne prenosu tepla. 

Zdieľať :
Peter.Wong.Image

Ahoj! Som Peter, globálny technický riaditeľ predaja spoločnosti PTSMAKE. Moja cesta v oblasti výroby foriem a CNC obrábania sa začala, keď som bol dieťa a pracoval som po boku svojho otca v dielni na výrobu foriem. Odtiaľ som prešiel na pozíciu konštruktéra foriem, potom projektového manažéra, nasledovala pozícia predajcu a nakoniec partnera PTS, to všetko s viac ako 15 rokmi praktických skúseností. Som tu, aby som sa podelil o to, čo som sa naučil, a pomohol posunúť vaše projekty na vyššiu úroveň. Spojme sa a vybudujme spolu niečo skvelé!

Získajte cenovú ponuku

Vyžiadajte si bezplatnú cenovú ponuku

1. Budeme vás kontaktovať do 12 hodín
2. Nebojte sa, my tiež nenávidíme spam!