Zalety zarządzania termicznym płyt chłodzących ciekłymi

W urządzeniach elektronicznych o wysokiej mocy zarządzanie rozpraszaniem ciepła jest kluczowym czynnikiem wpływającym na wydajność, stabilność i żywotność urządzenia. Gęstość mocy w dziedzinie komputerów, centrów danych, przemysłowych zasilaczy, pojazdów z nową energią i sprzętu medycznego nadal rośnie, a tradycyjne chłodzenie powietrza stopniowo nie zaspokoiło potrzeb efektywnego rozpraszania ciepła. Liquid Cold Plate (LCP), jako wydajne rozwiązanie rozpraszania ciepła, stopniowo stało się głównym wyborem w urządzeniach elektronicznych o wysokiej mocy z doskonałą wydajnością zarządzania cieplnym, wydajnością rozpraszania ciepła i zaletami oszczędności energii.

Porównanie płyt chłodzących ciekłym a chłodzenia powietrznym

1. Porównanie wydajności rozpraszania ciepła

Chłodzenie powietrzem: opiera się na konwekcji powietrza i ma ograniczoną zdolność rozpraszania ciepła

Chłodzenie powietrza opiera się głównie na wentylatorach do napędzania przepływu powietrza w celu przeniesienia ciepła generowanego przez urządzenia elektroniczne do otaczającego środowiska za pośrednictwem zlewiaczy ciepła. Jego zdolność rozpraszania ciepła jest ograniczona zdolnością ciepła i przewodnością cieplną powietrza, zwłaszcza w przypadku wysokiej gęstości mocy lub wysokiej temperatury otoczenia, wydajność rozpraszania ciepła powietrza jest znacznie niższa niż chłodzenie ciekłe.

Rozsyłanie ciepła płyty chłodzącej: efektywne przewodzenie ciepła przez cyrkulację płynu chłodzącego

Płyta chłodząca cieczy wykorzystuje płyn chłodzący o doskonałej przewodności cieplnej (taki jak woda, roztwór glikolu etylenowego, płyn dielektryczny itp.) do przepływu przez zamkniętą rurę w celu usunięcia ciepła. Specyficzna zdolność cieplna cieczy jest znacznie wyższa niż powietrze, które może szybciej pochłaniać i rozpraszać ciepło i utrzymywać urządzenie w niższej temperaturze roboczej. Dlatego płyty chłodzenia ciekłego mają wyższą wydajność rozpraszania ciepła niż chłodzenie powietrzne i nadają się do zastosowań o wyższej gęstości mocy.

2. Porównanie odporności cieplnej i wydajności przewodzenia ciepła

Odporność cieplna układu chłodzenia powietrza jest duża, a wydajność wymiany ciepła między grzejnikiem a powietrzem jest ograniczona.

Odporność cieplna płyty chłodzącej cieczy jest niska, a bezpośredni kontakt między płynem chłodzącym a powierzchnią rozpraszania ciepła sprawia, że przepływ energii cieplnej jest szybszy, zapewniając, że urządzenie może zakończyć transfer ciepła w krótkim czasie i poprawić zdolność rozpraszania ciepła systemu.

3. Porównanie wielkości sprzętu i wykorzystania przestrzeni

Systemy chłodzenia powietrza zazwyczaj wymagają dużych grzejników i wielu wentylatorów, aby poprawić efekt rozpraszania ciepła, ale zwiększy to rozmiar sprzętu i doprowadzi do zmniejszenia wykorzystania przestrzeni. Szczególnie w zastosowaniach o ograniczonej przestrzeni, takich jak serwery o wysokiej gęstości, stacje bazowe 5G i systemy zarządzania bateriami pojazdów elektrycznych, chłodzenie powietrzem często nie może zaspokoić potrzeb.

Płyty chłodzące ciecz mają kompaktową strukturę i silną zdolność rozpraszania ciepła, co może skutecznie zaoszczędzić przestrzeń sprzętu i można dostosować do struktury sprzętu, nadającej się do różnych złożonych układów.

4. Porównanie zużycia energii i hałasu

Chłodzenie powietrznym polega na pracy wentylatorów. Wentylatory o dużej prędkości zużywają dużo energii elektrycznej, a hałas generowany przez wentylatory podczas eksploatacji jest duży, co wpływa na ogólny komfort środowiska sprzętu.

Przepływ płynu chłodzącego płyt chłodzących cieczy zazwyczaj opiera się na systemach pompowych o niskiej mocy, które mogą znacznie zmniejszyć zużycie energii i mają niezwykle niski poziom hałasu eksploatacyjnego. Nadaje się do scen z wysokimi wymaganiami hałasu, takich jak centra danych i sprzęt medyczny.

5. Porównanie niezawodności i kosztów konserwacji

Wentylatory chłodzenia powietrza są podatne na akumulację pyłu, co wpływa na wydajność rozpraszania ciepła i wymaga regularnego czyszczenia i konserwacji. Ponadto jako komponenty mechaniczne wentylatory mają problemy z zużyciem, co wpływa na długoterminową niezawodność systemu.

Systemy płyt chłodniczych cieczy zazwyczaj używają chłodzenia w zamkniętym pętli. Konstrukcja bez wentylatora zmniejsza ryzyko awarii mechanicznej, a płyn chłodzący jest cyrkulowany przez długi czas, z niskimi wymaganiami konserwacyjnymi, co znacznie zmniejsza koszty konserwacji i wskaźniki awarii sprzętu.

2. Zastosowanie płyt chłodzenia ciekłego w urządzeniach elektronicznych o wysokiej mocy

1. Centrum danych i komputery wysokiej wydajności (HPC)

Nowoczesne centra danych obsługują zadania o dużym obciążeniu, takie jak obliczenia w chmurze, sztuczna inteligencja i analiza dużych danych, a gęstość zasilania serwerów i klastrów GPU nadal rośnie. Tradycyjne rozwiązania chłodzenia powietrza trudno jest skutecznie kontrolować temperaturę, podczas gdy płyty chłodzące ciecz mogą dokładnie kontrolować temperaturę układu, zmniejszać przegrzanie i zmniejszenie częstotliwości oraz poprawić wydajność obliczeniową. Jednocześnie rozwiązania chłodzenia ciekłego mogą zmniejszyć zużycie energii wentylatora, zmniejszyć PUE (efektywność zużycia energii) centrów danych oraz zaoszczędzić energię i chronić środowisko.

2. Pojazdy elektryczne (EV) i nowe urządzenia energetyczne

Akumulatory pojazdów elektrycznych i systemy elektroniki zasilania wymagają efektywnego rozpraszania ciepła, aby utrzymać żywotność baterii i stabilność systemu. Płyty chłodzenia ciekłego są szeroko stosowane w systemach zarządzania bateriami pojazdów elektrycznych (BMS), inwerterach i urządzeniach ładujących, aby zapewnić bezpieczną pracę komponentów o wysokiej mocy w ekstremalnych warunkach.

3. Sprzęt medyczny

Urządzenia medyczne, takie jak MRI, skanery CT i urządzenia do terapii laserowej, mają niezwykle wysokie wymagania w zakresie kontroli temperatury. Płyty chłodzące ciecz mogą zapewnić stabilne rozwiązania rozpraszania ciepła, aby zapewnić, że urządzenie działa z wysoką precyzją przez długi czas i poprawić bezpieczeństwo pacjenta.

4. Automatyka przemysłowa i elektronika mocowa

Płyty chłodzenia ciekłego są szeroko stosowane w urządzeniach elektronicznych o wysokiej mocy, takich jak inwertery przemysłowe, moduły IGBT i sprzęt do cięcia laserowego, zapewniając im wydajne rozwiązania zarządzania termicznym i poprawiając trwałość sprzętu i stabilność pracy.

5. Lotnictwo i obrona

Systemy elektroniczne lotnicze, satelity, radary i komputery wojskowe muszą pracować stabilnie w ekstremalnych temperaturach. Efektywna zdolność rozpraszania ciepła płyt chłodzących czyni je idealnym wyborem do chłodzenia elektroniki lotniczej i kosmicznej, poprawiając niezawodność sprzętu i wydajność eksploatacji.

W porównaniu z tradycyjnym chłodzeniem powietrznym płyty chłodzenia ciekłego są lepsze pod względem wydajności rozpraszania ciepła, zużycia energii, objętości, hałasu i kosztów konserwacji i są szczególnie odpowiednie do urządzeń elektronicznych o wysokiej gęstości mocy. Wraz z rozwojem takich branż jak wysokowydajne obliczenia, sztuczna inteligencja, pojazdy elektryczne i automatyka przemysłowa, technologia chłodzenia ciekłym będzie nadal optymalizowana i stanie się głównym rozwiązaniem zarządzania cieplnością w przyszłości.