Жидкие охлаждающие решения для электронных устройств

С постоянным увеличением энергопотребления электронных устройств традиционное воздушное охлаждение постепенно становится трудным для удовлетворения требований к рассеиванию тепла в таких сценариях применения, как высокопроизводительные вычисления, центры обработки данных, электромобили и базовые станции 5G. Технология жидкого охлаждения стала важным средством решения проблемы рассеивания тепла электронных устройств из-за ее эффективных характеристик теплопроводства. В этой статье будут изучены основные принципы технологии жидкого охлаждения и ее применение в таких областях, как центры обработки данных, электромобили и базовые станции 5G.

Технология жидкого охлаждения использует охлаждающую жидкость (такую как деионизированная вода, охлаждающее масло или фторированная жидкость) в качестве среды теплопередачи для быстрого удаления тепла, генерируемого оборудованием через высокую теплоемкость и высокую теплопроводность жидкости. Система жидкого охлаждения обычно включает циркуляционный насос охлаждающей жидкости, теплообменник, трубопровод охлаждающей жидкости и компонент рассеивания тепла, который может достичь эффективного и стабильного контроля температуры.

По сравнению с воздушным охлаждением жидкостное охлаждение имеет следующие преимущества:

Более высокая эффективность охлаждения: теплопроводность жидкости намного превышает воздуха, что может более эффективно снизить рабочую температуру электронного оборудования.

Снижение потребления энергии: жидкое охлаждение может снизить спрос на вентиляторы, снизить потребление энергии системы воздушного охлаждения и улучшить коэффициент энергоэффективности (PUE).

Лучшее использование пространства: без необходимости в крупномасштабной конструкции воздушного канала система жидкого охлаждения может организовать оборудование более компактно и улучшить использование пространства шкафов или компьютерных комнат.

Снижение шума: уменьшение потребности в работе вентилятора, делая электронное оборудование более тихим.

Применение жидкостного охлаждения в центрах обработки данных

1. Жидкое охлаждение на уровне стойки

Тепло, генерируемое серверами центров обработки данных, чрезвычайно высоко, и традиционные методы воздушного охлаждения не могут эффективно рассеивать тепло. Технология жидкого охлаждения на уровне стойки обеспечивает рассеивание тепла на уровне чипа сервера через жидкие охлаждающие пластины, микроканальное охлаждение и прямое погружение. PUE жидкостью охлаждаемых центров обработки данных обычно может быть уменьшен до ниже 1,1, что значительно улучшает энергоэффективность.

2. Прямое погружение жидкости охлаждения

Технология погруженного жидкостного охлаждения непосредственно погружает серверы или вычислительные модули в изолирующую охлаждающую жидкость, а охлаждающая жидкость удаляет тепло через естественную конвекцию или принудительную циркуляцию. Этот метод может сократить пространство, занимаемое системой воздушного охлаждения, и продлить срок службы оборудования. Он широко используется в высокопроизводительных вычислениях (HPC) и суперкомпьютерных центрах.

3. Энергосберегающие преимущества центров обработки данных

Технология жидкого охлаждения не только снижает потребление энергии при рассеивании тепла, но и снижает нагрузку кондиционера, что значительно снижает выбросы углерода центров обработки данных. В то же время система восстановления отходного тепла может передавать тепло другим видам использования, таким как отопление зданий, для повышения эффективности повторного использования энергии.

Применение жидкостного охлаждения в электромобилях

1. Система жидкого охлаждения батареи

Батарея является основным компонентом электромобилей, и ее температурное регулирование напрямую влияет на выносливость и срок службы. Система батареи с жидким охлаждением использует охлаждающую жидкость для циркуляции между модулями батареи, чтобы обеспечить температурный баланс батарейных элементов и предотвратить перегрев, вызывающий ухудшение производительности.

2. Жидкое охлаждение двигателей и систем управления

Основные компоненты, такие как двигатели и инверторы электромобилей, генерируют много тепла при работе на высоких скоростях. Система жидкого охлаждения эффективно снижает температуру двигателя и улучшает стабильность и эффективность системы электрического привода за счет сочетания охлаждающей жидкости и радиатора.

3. Преимущества безопасности жидкого охлаждения

По сравнению с воздушным охлаждением жидкостное охлаждение может снизить риск теплового утечки, вызванного перегревом батареи, и улучшить общую безопасность электромобилей. Кроме того, раствор жидкого охлаждения может адаптироваться к более широкому диапазону климатических условий, чтобы батарея по-прежнему могла поддерживать эффективную работу в экстремальных условиях.

Применение жидкостного охлаждения в базовых станциях 5G

1. Проблема потребления энергии базовых станций 5G

Благодаря применению высокочастотной и крупномасштабной технологии MIMO энергопотребление базовых станций 5G гораздо выше, чем базовых станций 4G, что приводит к быстрому повышению внутренней температуры оборудования базовой станции. Традиционные системы воздушного охлаждения трудно удовлетворить потребности в долгосрочной стабильной работе оборудования 5G.

2. Растворение жидкого охлаждения на уровне кабинета

Технология жидкого охлаждения может использоваться в шкафах базовой станции. Жидкие охлаждающие пластины или охлаждающие трубы используются для непосредственного контакта с чипами ядра и оборудованием усилителя мощности для эффективного повышения эффективности рассеивания тепла, чтобы базовые станции могли продолжать стабильно работать в условиях высокой температуры.

3. Оптимизация энергопотребления базовой станции

Эксплуатационное потребление энергии базовых станций 5G относительно высоко. Использование технологии жидкого охлаждения может значительно снизить спрос на использование кондиционеров базовой станции, снизить общее потребление энергии и повысить энергоэффективность базовой станции.

Технология жидкого охлаждения с отличными возможностями рассеивания тепла показала большой потенциал развития в областях применения высокой мощности, таких как центры обработки данных, электромобили и базовые станции 5G. С непрерывным прогрессом науки и техники технология жидкого охлаждения будет играть более важную роль в будущем, помогая электронному оборудованию развиваться в более эффективном и экологически чистом направлении.