Kapalinové chladicí desky jsou klíčovými součástmi v systémech tepelného managementu a jsou široce používány v elektronice, EV vozidlech a průmyslových aplikacích k odvádění tepla od kritických součástí. Následuje obsáhlý průvodce podrobně popisující výrobní proces, typy kapalinových chladicích desek, instalaci a další faktory, které je třeba vzít v úvahu při navrhování kapalinové chladicí desky. To vám může pomoci komplexněji zvážit, jak přizpůsobit desku chlazení kapalinou, aby se zlepšil tepelný výkon vašeho elektrického zařízení.
Požadavek na materiál
Výběr správných materiálů je prvním krokem při navrhování účinné kapalinové chladicí desky. Mezi běžně používané materiály patří hliník a měď, které jsou oba široce používány díky svým vynikajícím vlastnostem tepelné vodivosti a zpracovatelnosti. Hliník je lehká a relativně levná varianta, která je vhodná pro většinu aplikací; zatímco měď, i když je dražší, poskytuje lepší tepelnou vodivost a je ideální pro aplikace, které vyžadují vyšší tepelnou účinnost.
Hliník je široce používán v kapalinových chladicích systémech kvůli jeho vynikající rovnováze mezi tepelnou vodivostí, hmotností a cenou. Je obzvláště populární v aplikacích, kde jsou klíčovými faktory hmotnost a rozpočet, jako je spotřební elektronika nebo automobilové systémy. Kromě toho je vodivost hliníku 237 W/(m·K), což také může vyhovět potřebám většiny zařízení.
Z hlediska hmotnosti je hustota mědi 2,7 g/cm³ (jedna třetina hustoty železa a mědi) a hliníku. Díky nízké hmotnosti se hliník více používá v automobilových materiálech, jako jsou desky chlazení vodou, koncové desky automobilů atd.
Chemicky má hliník dobrou odolnost proti korozi, zvláště když se na jeho povrchu vytvoří hustý oxidový film, který může účinně chránit vnitřní kov před další korozí.
Typy různých hliníkových profilů
Různé druhy hliníku se odrážejí především v jejich složení, mechanických vlastnostech a zpracovatelských vlastnostech. Díky těmto rozdílům jsou určité typy hliníku vhodnější pro konkrétní scénáře použití. Při návrhu vodou chlazených desek pro nová energetická vozidla je zásadní vybrat vhodný hliníkový model, aby byla zajištěna účinnost a spolehlivost chladicího systému.
-T1 (čistý hliník):
jako je 1050, 1060 atd., obsahující více než 99 % hliníku, s dobrou elektrickou a tepelnou vodivostí, ale nízkou pevností.
-T2 (slitina hliníku a mědi):
jako je 2024, s mědí jako hlavním slitinovým prvkem, který má vyšší pevnost, ale špatnou odolnost proti korozi.
-T3 (slitina hliníku a manganu):
jako je 3003, přidání manganového prvku zlepšuje jeho odolnost proti korozi a pevnost a má dobrý zpracovatelský výkon.
-T5 (slitina hliníku a hořčíku):
jako je 5052, přídavek hořčíku výrazně zlepšuje jeho odolnost proti korozi a pevnost, zvláště vhodný pro aplikace, které vyžadují dobrou odolnost proti korozi v mořské vodě.
-T6 (slitina hliníku a hořčíku a křemíku):
jako je 6061, který poskytuje dobré mechanické vlastnosti, odolnost proti korozi a svařitelnost a je jednou z nejběžněji používaných konstrukčních slitin hliníku.
Příklad: Hliník používaný ve vozidlech EV
Při aplikaci vodou chlazených desek v nových energetických vozidlech jsou běžně používané hliníkové modely Aluminium 6061 v T6 a Aluminium 5052 v T5. Tyto dvě hliníkové slitiny jsou díky svým vynikajícím komplexním vlastnostem široce používány při výrobě tekutých studených desek. Zde jsou hlavní důvody pro použití obou při výrobě zakázkových studených desek
-6061 hliníková slitina:
Má dobré mechanické vlastnosti a svařitelnost, stejně jako vynikající odolnost proti korozi. Zejména po tepelném zpracování může jeho mez kluzu (18, 000 psi) splňovat požadavky na pevnost konstrukce na zakázku navržených EV. Kromě toho má hliníková slitina 60601 také dobré zpracovatelské vlastnosti a je vhodná pro návrh a výrobu studených plechů složitých tvarů. Tolerance vůči tepelné zátěži však není tak dobrá jako T6 6061.
-5052 hliníková slitina:
Má lepší odolnost proti korozi, zejména proti mořské vodě a atmosférické korozi, díky čemuž 5052 funguje lépe v aplikacích s náročnějšími environmentálními požadavky. Jeho mechanické vlastnosti a zpracovatelské vlastnosti jsou také velmi vhodné pro požadavky různých aplikací uvedených níže.
Typy designu studené desky
Kaixin hliníkmůže vyrobit studené desky podle vašeho požadavku. Zde je několik příkladů, abyste se mohli rozhodnout, který typ vlastního designu studené desky je vhodný pro vaši firmu:
Frikční Stir Welding Liquid Cold Plate (FSW)
Kapalná chladná deska Friction Stir Welding (FSW) je pokročilý proces návrhu chlazení, který využívá proces třecího svařování promícháním ke spojování materiálů, jako je hliníková slitina, aniž by došlo k jejich roztavení. Tato technika zahrnuje použití nespotřebitelného nástroje (CNC obrábění) pro generování třecího tepla a plastické deformace v místě svařování, což vede k vysoce kvalitnímu pevnému spoji mezi svařovanými kusy. Tento proces je zvláště účinný pro vytváření tekutých studených desek, které jsou základními součástmi v chladicích systémech pro různé aplikace, jako je vysoce výkonná elektronika, EV vozidla a systémy obnovitelné energie.
Výhoda FSW Cold Plate
- Vynikající tepelný výkon:FSW zajišťuje jednotné a pevné spojení napříč spojem, což zlepšuje tepelnou vodivost a účinnost studené desky. To je zásadní pro aplikace vyžadující účinný odvod tepla.
- Netěsné spoje:Pevná povaha procesu FSW má za následek nepropustné spoje, což z něj činí ideální volbu pro kapalinové chladicí systémy, kde je prvořadá integrita úniku.
- Vysoká pevnost a odolnost:Proces svařování nezavádí vady, jako je poréznost nebo praskání, které jsou běžné u tradičních svařovacích technik, což vede k odolnější a spolehlivější studené desce.
- Komplexní geometrie:Tento proces umožňuje svařování složitých tvarů a designů, což umožňuje vytvoření účinných chladicích kanálů uvnitř studené desky pro optimalizaci přenosu tepla, což znamená, že si můžete přizpůsobit vnitřní kanály, jak si přejete, pomocí CNC vysoce přesného obrábění a bez nasazení jakýchkoliv měděná tepelná trubka uvnitř výměníku tepla.
Vlastní chladič s měděnou trubkou
Obecně řečeno, tekuté studené desky s měděnými trubkami jsou nejběžnější v tepelném průmyslu. Naši tepelní experti z Kaixin Aluminium však zkombinovali technologii chladiče a studené desky do achladič z měděné trubky. Účinně přenáší teplo ze zdroje tepla do jiných částí tepelného výměníku a poté přenáší teplo buď pomocí chlazení vzduchem nebo technologií studených desek. Tato konstrukce výrazně zlepšuje účinnost odvodu tepla, protože je vybavena velkým chladičem a je podporována kapalinovou chladicí deskou, takže je velmi vhodná pro chlazení vysoce výkonných počítačů a bateriových článků EV.
Vakuujte tekutý studený talíř
TheVakuová kapalinová chladicí deskaje řešení tepelného managementu, které se skládá z vakuové kapalinové chladicí desky vyrobené pájením základní desky a krycí desky dohromady. V tomto inovativním designu proudí chladicí kapalina v kanálech nebo trubkách zapuštěných do chladicí desky, zatímco okolní oblast je evakuována, aby se vytvořilo vakuum.
Toto vakuové prostředí výrazně snižuje tepelný odpor mezi chladnou deskou a chladicí kapalinou, což umožňuje efektivnější přenos tepla ze zdroje tepla do chladicí kapaliny. Vakuové prostředí navíc výrazně snižuje tepelný odpor mezi substráty, což umožňuje efektivnější přenos tepla ze zdroje tepla do chladicí kapaliny.
Tekutý studený talíř s měděnou trubicí
Chladicí deska kapalinou s měděnou trubkou je jednou z nejběžnějších technologií chlazení kapalin. Dosahuje přenosu tepla potrubím kapalinového chlazení uvnitř chladicí desky. U vysoce účinných konstrukcí jsou měděné trubky zapuštěny do této chladicí desky, která je obvykle vyrobena z hliníku nebo jiných tepelně vodivých materiálů. Měděná trubka funguje jako kanál pro chladicí kapalinu a přenáší účinné teplo z vysoce výkonných chladicích elektronických součástek nebo jiných zdrojů tepla do kapaliny v trubici.
Technologie výroby- Technologie hlubokých trubek
Technologie zapuštěných trubek je pokročilá metoda výroby kapalinových chladicích desek obráběním hlubokých kanálů v materiálu chladicí desky a následným zapuštěním měděného nebo jiného kovového potrubí do těchto kanálků. Tyto trubky jsou uloženy hluboko v chladicí desce a poskytují cestu pro přenos tepla z elektronických součástek. Vzhledem k vysoké tepelné vodivosti mědi a určitých kovů mohou tyto trubky účinně přenášet teplo ze zdroje tepla do chladicí kapaliny, což umožňuje účinné odvádění tepla.
- Technologie mělkých pohřbených trubek
Technologie mělkých trubek je svou koncepcí podobná řešení hluboce zakopaných studených desek, ale hloubka zpracování kanálu je mělčí než u hluboko zakopaných (přibližně 5-10 mm) s ohledem na různé požadavky. Tato technika zahrnuje obrábění mělkých kanálků uvnitř chladicí desky a zapuštění trubek do nich.
Technologie chlazení se změnou fáze
Studená deska se změnou fáze (parní komora).je efektivní metoda tepelného managementu, která využívá latentní teplo chladicí kapaliny během procesu přechodu do stavu k absorpci a přenosu tepla. Během tohoto procesu se chladicí kapalina mění z kapalného do plynného skupenství, absorbuje velké množství tepla, čímž se dosahuje účinného chlazení elektronických zařízení nebo jiných zdrojů tepla. Tato technologie je zvláště užitečná v aplikacích, které vyžadují zvládnutí vysokého tepelného zatížení nebo účinné chlazení v kompaktních prostorech.
Technologie skládaných vrstev
zahrnuje stohování více tenkých desek a jejich svařování dohromady, přičemž každá deska je navržena tak, aby měla chladicí kanály, čímž tvoří komplexní trojrozměrnou chladicí síť. Tato konstrukce umožňuje proudění chladicí kapaliny v několika směrech, což zvyšuje účinnost rozptylu tepla. Při výrobě kapalinových chladicích desek je zásadní spojit různé desky dohromady pomocí svařování (jako je laserové svařování nebo pájení) nebo speciálního tepelně vodivého lepidla pro udržení chladicího systému kapaliny.
Tento proces značně využívá distribuční prostor tepelných trubic a vlastnosti mezi různými materiály mohou dosáhnout lepšího tepelného výkonu. Před návrhem designu tekutých studených desek prosímkontaktujte inženýry společnosti Kaixin Aluminiumo vlastním studeném talíři vašeho podnikání a nápadů.
Instalace kapalinových chladicích systémů
Orientace montáže má přímý vliv na provozní podmínky tekutých studených desek. Různé směry instalace ovlivní rychlost proudění kapaliny a účinnost přenosu tepla chladicí kapaliny. Při instalaci studených desek je tedy důležité zvolit správný směr instalace.
- Vertikální instalace:
Využívá gravitaci k podpoře přirozeného toku chladicí kapaliny, čímž snižuje energii potřebnou k čerpání chladicí kapaliny. Toto nastavení pomáhá dosáhnout rovnoměrnější distribuce chladicí kapaliny, zejména ve vyšších částech chladicí desky, což pomáhá předcházet horkým místům. Tento druh instalace je také zvláště vhodný pro aplikace, kde je omezená výška, ale šířka nebo hloubka je dostatečná, jako například ve vysoce výkonných počítačových systémech nebo velkých průmyslových zařízeních.
- Horizontální instalace:
Horizontální instalace umožňuje umístění chladicí desky nad nebo pod zdroj tepla, což usnadňuje přímější přenos tepla. Tato metoda je vhodná pro aplikace, kde je omezený vertikální prostor, jako napřtekuté studené desky pro akumulátory EVnebo systémy chlazení CPU.
-Další orientace instalace:
V některých speciálních aplikacích může být použita šikmá instalace nebo jiná přizpůsobená instalace na základě konkrétního uspořádání prostoru a požadavků na tepelný management. Tato flexibilní instalace pomáhá inženýrům Kaixin maximálně využít dostupný prostor a zároveň optimalizovat chlazení. Chcete-li získat významnější zkušenosti s instalací studené desky, můžete kontaktovat našeho inženýra.
Konstrukce běhounu chladicích desek kapaliny
Rozložení běžce
Pro rovnoměrné chlazení by měly být průtokové kanály rovnoměrně rozmístěny pod nebo kolem zdroje tepla, aby bylo zajištěno, že každá oblast bude efektivně chlazena a přímo nasměrována na zdroj tepla. Kromě toho by uspořádání mělo být přímo v souladu s umístěním zdroje tepla, zejména v oblastech s vysokou hustotou výkonu, což může zlepšit účinnost přenosu tepla.
Velikost běžce
Šířka a hloubka průtokového kanálu musí být navržena na základě požadavku na chlazení a průtoku. příliš široké nebo hluboké průtokové kanály mohou snížit odpor tekutin, ale mohou také ovlivnit strukturální pevnost hliníkového profilu. Můžešpoužijte simulaci CFD k rozhodnutí, které řešení je pro vaši studenou desku nejlepšía naši tepelní experti se s vámi rádi podělí o některé zkušenosti.
Distribuce zdrojů tepla
Umístění zdroje tepla přímo určuje uspořádání průtokových kanálů v kapalinové chladicí desce. Pro dosažení účinného přenosu tepla musí být trasa proudění navržena tak, aby chladivo přivádělo přímo ke zdroji tepla. Pokud je například zdroj tepla umístěn ve středu akumulátoru EV, měl by být design průtokového kanálu soustředěn do centrální oblasti, aby bylo zajištěno chlazení.
Na druhou stranu, pokud jsou zdroje tepla rozmístěny na okrajích, je potřeba průtokový kanál rozšířit až k okrajům akumulátoru.
Strukturální vyhýbání se
Při navrhování kapalinové chladicí desky zajistěte, aby uspořádání průtokových kanálů dodržovalo vhodnou vzdálenost od upevňovacích nebo montážních otvorů na chladicí desce. Tato konstrukce má zabránit poškození průtokového kanálu během výrobního procesu.
Specifické požadavky na bezpečnou vzdálenost se mohou lišit v závislosti na materiálu a způsobu zpracování studené desky. Můžete se podívat na pokyny pro minimální bezpečnou vzdálenost doporučené výrobcem studené desky nebo zahájit analýzu CFD. Obvykle by tato vzdálenost měla být alespoň rovna tloušťce materiálu studené desky.
Snižte vnitřní odpor
-Provedení paralelního průtokového kanálu
Konstrukce paralelního průtokového kanálu zahrnuje uspořádání více kanálů ve stejné rovině, což umožňuje, aby chladicí kapalina proudila těmito kanály současně. Tato konstrukce pomáhá rozptýlit proudění tekutiny, snižuje rychlost proudění v každém kanálu, a tím snižuje odpor proudění. Paralelní průtokové kanály mohou také zlepšit redundanci systému; i když je jeden kanál ucpaný nebo netěsný, ostatní kanály mohou stále udržovat účinnost chlazení. Při navrhování paralelních průtokových kanálů je nutné zajistit, aby distribuce průtoku v každém kanálu byla rovnoměrná, aby se zabránilo nadměrnému průtoku v některých kanálech, který by mohl vést k netěsnostem nebo poškození.
-Serial Flow Channel Design
Konstrukce sériového průtokového kanálu zahrnuje propojení více kanálů za sebou, což umožňuje, aby chladicí kapalina proudila postupně každým kanálem. Tato konstrukce může prodloužit dráhu toku tekutiny uvnitř chladicí desky, čímž se prodlouží doba kontaktu se zdrojem tepla a zlepší se účinnost výměny tepla. Konstrukce sériových průtokových kanálů však může zvýšit celkový průtokový odpor, takže je nutné pečlivě optimalizovat velikost a tvar každého kanálu, stejně jako jejich připojení, aby se minimalizoval průtokový odpor.
Povrchová úprava
Povrchové úpravy hrají zásadní roli při navrhování kapalinových chladicích desek. Kaixin Aluminium vám může poskytnout různé povrchové úpravy, včetně eloxování, galvanického pokovování, práškového lakování, pasivace atd.
Eloxování
Eloxování se používá hlavně pro hliníkové chladicí panely. Zahrnuje elektrochemickou přeměnu kovového povrchu na pevný anodizovaný film odolný proti korozi. Tento oxidový film se nenanáší na povrch jako barva nebo pokovování, ale je plně integrován s podkladovým hliníkovým substrátem, takže se nebude loupat ani loupat. Eloxovaný povrch zlepšuje odvod tepla, odolává korozi a poskytuje lepší povrch pro materiály tepelného rozhraní (TIM).
Galvanické pokovování
Galvanizace zahrnuje použití elektrického proudu k potažení tenké vrstvy kovu, jako je nikl nebo měď, na studené desce. Tato metoda zvyšuje odolnost desky proti korozi, elektrickou vodivost a odolnost proti opotřebení. Galvanizovaný povrch také zlepšuje vzhled studené desky.
Práškové lakování
Práškové lakování je proces úpravy za sucha, při kterém se práškový materiál nastříká na povrch a poté se za tepla ztuhne za vzniku kůže. Používá se pro své estetické kvality a poskytuje trvanlivý povrch odolný proti korozi. Práškové lakování je k dispozici v různých barvách a texturách, což umožňuje přizpůsobení na základě estetických potřeb
Pasivace
Pasivace je proces chemického ošetření studených desek z nerezové oceli, který odstraňuje železo z povrchu a zlepšuje přirozeně korozi odolnou vrstvu oxidu chromu. Tento proces je zásadní pro zabránění korozi a zajištění dlouhodobého používání studené desky v drsném prostředí.
Pokud potřebujete vědět více informací o zakázkových studených deskách nebo povrchových úpravách, navštivte naše seznam produktůnebokontaktujte společnost Kaixin Aluminiumdnes a my vám to zopakujeme do 24 hodin!