Руководство по проектированию холодных пластин для управления температурным режимом промышленных накопителей энергии
В аккумуляторной системе металлический радиатор, пригодный для заполнения при непрямом контакте с рабочей жидкостью с жидкостным охлаждением, называется жидкостным охлаждением. Пластины с жидкостным охлаждением обычно представляют собой металлические пластины или трубы, экструдированные или штампованные из шлифовальных инструментов из алюминиевого сплава, которые свариваются и формуются. Существует три типа сварки пластин с жидкостным охлаждением: пайка, сварка трением с перемешиванием и пайка без припоя.
Процесс пайки широко используется при традиционной сварке автомобильных радиаторов. В нем используется жидкий припой для смачивания основного материала, заполнения межфазного зазора и диффузии с основным материалом для соединения свариваемых деталей. Преимущество сварки в том, что с ее помощью можно сваривать сложные конструкции, а толщина свариваемых деталей может быть очень малой. Сварка трением с перемешиванием — это процесс сварки, в котором используется тепло, выделяемое в результате взаимного движения и трения между сварочной головкой и торцевой поверхностью заготовки, для достижения на конце термопластичного состояния. Этот вид сварки требует, чтобы заготовка имела достаточную прочность. На основе пайки разработана безматериальная пайка, при этом толщина и вес свариваемых деталей могут быть минимизированы.
Технология жидкостного охлаждения в основном включает три типа: жидкостное охлаждение с холодной пластиной, погружное жидкостное охлаждение и распыляющее жидкостное охлаждение. Жидкостное охлаждение с холодной пластиной — это метод, при котором тепло от компонентов с сильным нагревом, таких как серверные микросхемы, косвенно передается жидкости через холодную пластину для рассеивания тепла, в то время как компоненты с низким нагревом по-прежнему охлаждаются посредством воздушного охлаждения. Иммерсионное жидкостное охлаждение — это когда сервер полностью погружен в охлаждающую жидкость.
Тепло, вырабатываемое нагревательным элементом, напрямую передается охлаждающей жидкости, которая рассеивается за счет циркуляционного потока или испарения-конденсации с фазовым изменением охлаждающей жидкости. Среди них циркуляционный поток охлаждающей жидкости представляет собой однофазное погружное жидкостное охлаждение, а фазовое изменение испарения и конденсации охлаждающей жидкости представляет собой погружное жидкостное охлаждение с фазовым изменением. Управление фазовым переходом иммерсионного жидкостного охлаждения более сложное и требует более высоких требований. Жидкостное охлаждение распылительного типа — это метод охлаждения путем непосредственного распыления охлаждающей жидкости на нагревательные элементы, такие как щепа, и рассеивания тепла за счет конвективной теплопередачи. В настоящее время основными формами являются жидкостное охлаждение с холодной пластиной и однофазное погружное жидкостное охлаждение.
В ходе эволюции чипов энергопотребление чипов TDP продолжает расти: одно энергопотребление достигает 350 Вт, а одно даже достигает 500 Вт, и эта цифра будет продолжать расти в будущем. В настоящее время различные технологии жидкостного охлаждения могут удовлетворить долгосрочные потребности в отводе тепла от чипов в будущем, и есть возможности для дальнейшего совершенствования. Например, жидкостное охлаждение с холодной пластиной может снизить контактное тепловое сопротивление, конструкция микроканалов может усилить теплообмен, а жидкостное охлаждение погружением и распылением может улучшить поля потока.
Что касается выбора охлаждающей жидкости, в промышленности существуют такие варианты, как 25% раствор этиленгликоля, раствор пропиленгликоля, деионизированная вода и т. д. Концентрация 25% не является постоянной величиной и может составлять от 20% до 30%. Концентрация не должна быть слишком высокой, что влияет на характеристики потока и теплоотвода рабочей жидкости. Оно также не должно быть слишком низким и не может играть роль в ингибировании замерзания и микробов. При концентрации выше 20% раствор этиленгликоля и раствор пропиленгликоля могут оказывать определенное ингибирующее действие на микроорганизмы. Деионизированная вода обладает хорошими характеристиками теплопередачи, сверхнизкой проводимостью, продуманным процессом приготовления, нетоксична и безопасна. Это одна из альтернативных охлаждающих жидкостей, но следует уделять внимание содержанию охлаждающей жидкости.
В будущем инженерам-теплотехникам необходимо точно понимать направление технологической эволюции и активно проводить дискуссии и анализ приложений жидкостного охлаждения. Подчеркивайте инновационные и низкоуглеродные разработки, активно проводите исследования и пилотные испытания технологий жидкостного охлаждения, а также предоставляйте эффективные и стабильные тепловые решения для управления температурным режимом хранения энергии.
