Проектирование и изготовление пластин с жидкостным охлаждением

Жидкостные охлаждающие пластины, широко известные как холодные пластины, являются важнейшими компонентами современных систем терморегулирования, где требования к рассеиванию тепла превышают возможности воздушного охлаждения. Охлаждающая пластина отводит тепло непосредственно от электронных устройств, батарей или промышленного оборудования путем циркуляции жидкости по внутренним каналам, обеспечивая превосходные тепловые характеристики по сравнению с традиционными охлаждающими пластинами или радиаторами с воздушным охлаждением.

Поскольку удельная мощность продолжает расти в таких областях применения, как электромобили, центры обработки данных, силовая электроника и лабораторные приборы, жидкостные охлаждающие пластины стали незаменимым решением для поддержания надежности, эффективности и долгосрочной производительности системы.

Что такое охлаждающая пластина и как работают жидкостные охлаждающие пластины?

Чтобы понять, что такое охлаждающая пластина, лучше всего описать ее как теплопроводящую металлическую пластину — обычно из алюминия, меди или нержавеющей стали — с внутренними каналами для циркуляции жидкости. Во время работы тепло, выделяемое устройством, передается в пластину и поступает в циркулирующую охлаждающую жидкость.

Охлаждение с помощью охлаждающих пластин основано на гораздо большей теплоемкости и теплопроводности жидкостей по сравнению с воздухом. В результате жидкостные и водяные охлаждающие пластины могут более эффективно отводить тепло и поддерживать более точный контроль температуры. В большинстве систем в водяных охлаждающих пластинах используется деионизированная вода или смеси воды и гликоля для баланса между тепловыми характеристиками и коррозионной стойкостью.

В зависимости от архитектуры системы, охлаждающие пластины могут быть интегрированы в замкнутую систему охлаждения, подключены к чиллеру с охлаждающими пластинами или использоваться в паре с чиллерными пластинами и теплообменниками. В помещениях с регулируемой температурой охлаждающие пластины часто используются для поддержания стабильных, воспроизводимых условий при проведении испытаний и лабораторных исследований.

категории холодных пластин по методу охлаждения

Охлаждающие пластины обычно классифицируются в зависимости от способа подачи и регулирования охлаждающей жидкости:

• охлаждаемые водой пластины для промышленных и электронных систем охлаждения

• Охлаждающие пластины, предназначенные для работы с внешне регулируемой температурой охлаждающей жидкости.

• Лабораторные охлаждающие плиты и плиты с охлаждением, используемые в исследованиях, калибровке и термических испытаниях.

Каждый вариант решения выбирается исходя из диапазона рабочих температур, тепловой нагрузки и требований к точности управления.

варианты внутреннего пути потока и конструктивного решения

Внутренняя структура охлаждающей пластины оказывает прямое влияние на эффективность теплопередачи и перепад давления. К распространенным конструкциям относятся:

• Трубчатые охлаждающие пластины, в которых медные или нержавеющие стальные трубки встроены в алюминиевое основание.

• Микроканальные охлаждающие пластины и микроканальные охлаждающие пластины, в которых используются узкие каналы для максимизации площади поверхности теплопередачи.

• Многопроходные и многоконтурные конструкции, такие как 2-проходные, 4-проходные, 6-проходные, 7-контурные, 8-контурные и 10-контурные холодные пластины.

Многоконтурные конструкции особенно эффективны для повышения равномерности распределения температуры по большим холодным пластинам, что делает их идеальными для аккумуляторных батарей электромобилей, силовых модулей и мощных серверных приложений.

выбор материала для охлаждающих пластин

Выбор материала напрямую влияет на теплопроводность, механическую прочность, коррозионную стойкость, вес и стоимость:

• Алюминиевые охлаждающие пластины (также называемые алюминиевыми охлаждающими пластинами) легкие, экономичные и широко используются в автомобильной и электронной промышленности.

• Медные охлаждающие пластины и медные пластины обеспечивают превосходную теплопроводность для компактных систем с высоким тепловым потоком.

• Для работы в агрессивных средах или при использовании специальных охлаждающих жидкостей, где критически важна долговечность, выбираются охлаждающие пластины и пластины из нержавеющей стали.

Правильный выбор материала обеспечивает длительный срок службы и стабильные тепловые характеристики при непрерывной работе.

Специальные охлаждающие плиты против стандартных охлаждающих плит

Хотя стандартные охлаждающие пластины подходят для распространенных применений, большинство промышленных систем выигрывают от использования охлаждающих пластин, изготовленных на заказ, или жидкостных охлаждающих пластин, разработанных с учетом конкретных требований. Индивидуальная настройка позволяет оптимизировать компоновку каналов, количество цепей, расположение портов, плоскостность поверхности и монтажные интерфейсы.

Как для небольших охлаждающих пластин, используемых в компактной электронике, так и для крупноформатных пластин, применяемых для охлаждения батарей или центров обработки данных, часто требуются специальные инженерные решения для достижения оптимальных тепловых и гидравлических характеристик.

производственные процессы для жидкостных охлаждающих пластин

В зависимости от требований к производительности и объемов производства используются различные методы изготовления:

• Обработка на станках с ЧПУ и сверление отверстий для обеспечения точности и гибкости проектирования.

• Пайка для сложных внутренних геометрических форм каналов

• Сварка трением с перемешиванием для высокопрочных алюминиевых конструкций

• Литье под давлением для крупносерийного производства, где важна экономичность.

Каждый процесс предполагает различные компромиссы в отношении тепловой эффективности, масштабируемости и стоимости.

Типичные области применения жидкостных охлаждающих пластин

Жидкостно-охлаждаемые охлаждающие пластины широко применяются в:

• терморегулирование аккумуляторной батареи электромобиля

• серверы центров обработки данных и системы охлаждения с холодными пластинами

• силовая электроника, инверторы и преобразователи

• медицинское оборудование и лабораторные охлаждающие пластины

• системы промышленной автоматизации и лазерные системы

Во всех этих областях охлаждающие пластины, холодные пластины и жидкостные охлаждающие пластины обеспечивают надежное рассеивание тепла там, где воздушного охлаждения уже недостаточно.

От охлаждаемых водой пластин и микроканальных охлаждающих пластин до многоконтурных конструкций из алюминия и меди, технология жидкостного охлаждения играет жизненно важную роль в современном управлении тепловыми процессами. Благодаря тщательному проектированию, выбору материалов и оптимизации производства, изготовленные на заказ охлаждающие пластины обеспечивают высокую эффективность, равномерность температуры и долговременную надежность в сложных промышленных и электронных приложениях.

Часто задаваемые вопросы (FAQ) о жидкостных охлаждающих пластинах

1. Что такое холодная плита?

Холодильная пластина — это компонент системы терморегулирования, предназначенный для отвода тепла от электронных устройств или промышленного оборудования посредством прямого контакта. Обычно она изготавливается из алюминия, меди или нержавеющей стали и содержит внутренние каналы, обеспечивающие циркуляцию жидкого охлаждающего вещества. По сравнению с воздушным охлаждением, холодные пластины обеспечивают значительно более высокую эффективность рассеивания тепла.

2. Как работают жидкостные охлаждающие пластины?

Жидкостные охлаждающие пластины работают за счет передачи тепла от источника тепла в циркулирующую жидкость, такую как вода или водно-гликолевая смесь. Тепло передается в материал пластины, а затем отводится охлаждающей жидкостью, протекающей по внутренним каналам. Этот процесс, известный как охлаждение с помощью охлаждающей пластины, обеспечивает точный контроль температуры в мощных и высокоплотных системах.

3. В чём разница между холодной пластиной и охлаждающей пластиной?

Термины «холодная пластина» и «охлаждающая пластина» часто используются взаимозаменяемо. В промышленной и теплотехнической сферах оба термина относятся к теплообменникам с жидкостным охлаждением, используемым для отвода тепла от компонентов. Однако термин «холодная пластина» чаще используется применительно к системам на основе жидкости, в то время как термин «охлаждающая пластина» может также описывать конструкции с воздушным охлаждением.

4. В каких случаях следует выбирать жидкостное охлаждение вместо воздушного?

Использование пластины с жидкостным охлаждением рекомендуется в следующих случаях:

• Тепловой поток слишком высок для воздушного охлаждения.

• Пространство ограничено, а большие радиаторы нецелесообразны.

• Равномерность температуры имеет решающее значение.

• Уровень шума или энергопотребление вентилятора должны быть сведены к минимуму.

В таких случаях пластины с водяным охлаждением или пластины с водяным охлаждением обеспечивают превосходные тепловые характеристики и стабильность.

5. Какие материалы используются для изготовления холодных плит?

К распространенным материалам относятся:

• Алюминиевые охлаждающие пластины / алюминиевые охлаждающие пластины для легких и экономичных решений

• медные охлаждающие пластины / медные охлаждающие пластины для максимальной теплопроводности

• Охлаждающие пластины из нержавеющей стали / пластины из нержавеющей стали для агрессивных сред или специальных жидкостей

Выбор материалов зависит от тепловых требований, типа охлаждающей жидкости, ограничений по весу и бюджета.

6. Что такое микроканальная охлаждающая пластина?

Микроканальная охлаждающая пластина (или микроканальная охлаждающая пластина) имеет очень маленькие внутренние каналы, которые значительно увеличивают площадь поверхности теплопередачи. Такие конструкции идеально подходят для применений с высоким тепловым потоком, таких как силовая электроника, процессоры, видеокарты и лазерные системы, но они требуют точного контроля потока и чистой охлаждающей жидкости.

7. Что означают слова «pass» и «circuit» в терминах «холодные пластины»?

Термины «проход» и «цепь» описывают конструкцию внутреннего пути потока:

• Двухпроходные, четырехпроходные и шестипроходные охлаждающие пластины обозначают количество циклов прохождения охлаждающей жидкости через пластину перед выходом.

• 7-, 8- и 10-контурные охлаждающие пластины разделяют поток на несколько параллельных путей.

Многопроходные и многоконтурные конструкции улучшают равномерность распределения температуры, особенно в больших охлаждающих пластинах.

8. В чем разница между стандартными и изготовленными на заказ охлаждающими плитами?

standard cold plates are pre-designed and suitable for general applications.
custom cold plates or custom liquid cold plates are engineered for specific heat loads, mounting constraints, and flow requirements. custom designs offer better thermal performance, optimized pressure drop, and improved system integration.

9. Что такое пластинчатый чиллер с холодным охлаждением?

Холодильный пластинчатый охладитель — это система охлаждения с регулируемой температурой, подающая хладагент к охлаждающим пластинам. Он широко используется с охлаждающими пластинами, холодильными пластинами и лабораторными охлаждающими пластинами, где требуются точные и стабильные температуры для проведения испытаний, исследований или работы с чувствительным оборудованием.

10. Что такое трубчатая охлаждающая пластина?

В трубчатой охлаждающей пластине используются встроенные медные или нержавеющие стальные трубки, соединенные с металлическим основанием, обычно алюминиевым. Такая конструкция обеспечивает хорошую надежность и умеренную производительность и часто используется в недорогих или низконапорных системах.

11. Подходят ли жидкостные охлаждающие пластины для небольших устройств?

Да. Небольшие охлаждающие пластины широко используются в компактной электронике, силовых модулях и медицинском оборудовании. При правильном проектировании даже небольшие жидкостные охлаждающие пластины могут рассеивать значительное количество тепла, поддерживая при этом стабильную температуру.

12. В каких отраслях промышленности используются охлаждаемые жидкостью пластины?

Жидкостно-охлаждаемые охлаждающие пластины обычно используются в:

• аккумуляторные системы электромобилей

• центры обработки данных и системы охлаждения с помощью охлаждающих пластин

• силовая электроника и инверторы

• медицинское и лабораторное оборудование

• промышленная автоматизация и лазерные приложения