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熱管理のためのコールドプレート設計

カスタムコールドプレートの注意事項！

液冷方式のメリットは冷却効率が高く、発熱体に直接接触するかどうかで接触式と非接触式に分かれます。 接触液体冷却ソリューションには、浸漬およびスプレー液体冷却が含まれますが、非接触液体冷却ソリューションは通常、コールドプレート液体冷却です。

XNUMX 種類の液体冷却のうち、液体冷却プレートの液体冷却技術は、液体冷却の最も初期の最も一般的なタイプであるため、市場の成熟度と操作性が最も高くなります。

また, コールドプレート液体冷却 主に、コンポーネントからコールド プレート (銅やアルミニウムなどの熱伝導率の高い金属で構成された密閉された空洞) を介して、循環パイプ内に封入された冷却液に間接的に熱を伝達するために使用されます。 冷却液 熱を運び去り、作動流体を介したその伝達特性により、中間熱を冷却のためにバックエンドに輸送します。

熱管理のためのコールドプレート設計 - Trumonytechs

応用面でのメリットはXNUMXつ

  1. 素材の相性が良い。
  2. 発熱デバイスの要件が低く、設置が簡単です。
  3.  低コスト、アプリケーションの迅速な開発、高価な水冷ユニットは必要ありません。
  4.  高密度、高効率、高信頼性。

一般的なコールドプレートの種類

2.1. プロファイル+攪拌摩擦溶接

このタイプのコールド プレートは、押し出しプロセスを使用してコールド プレート ランナーを直接成形し、機械加工を使用して循環を開き、最後に攪拌摩擦溶接プロセスを使用してランナーとレシーバーをシールします。

プロファイル + 攪拌摩擦溶接 - 熱管理のためのコールド プレート設計

Advantages

  1. 信頼性が高い
  2. 優れた耐荷重能力
  3. 良好な表面平坦性
  4. 良好な伝熱効果
  5. 高い生産効率

デメリット

  1. より複雑な処理、高コスト
  2. 厚くて重い
  3. 高スペース占有
  4. 熱放散密度が低く、ネジ穴が多すぎる設計には適していない表面

2.2. ハーモニカ管液冷プレート

このプロセスの原理は、アルミニウムを押し出してランナーを作成し、XNUMX つのエンド コレクターと一緒に溶接することです。

熱管理のためのコールドプレート設計

Advantages

  1. 低コストで軽量
  2. シンプルな構造で高い生産効率

デメリット

  1. シングルランナー、接触面積が小さい
  2. 薄い壁、平均的な熱交換効果、貧弱な耐荷重

2.3.ブローアップ液冷プレート

ブローアップ液体冷却プレートは現在最も重要な液体冷却プレートであり、プロセスプレートはパイプラインのグラファイト組成を印刷し、XNUMXつのプレートを組み合わせて熱間圧延し、ガスを吹き込んでパイプラインを爆破します。

ブローアップ液体冷却プレート - コールドプレートデザイン

Advantages

  1. 低コストで高い生産効率
  2. 高い熱伝達効率と速い冷却速度
  3. 最薄部0.5mm、軽量化を実現

デメリット

  1. 材質が軟らかく、耐圧性、強度に難あり
  2. 性能が低く、漏れやすい

2.4. スタンプされた液体冷却プレート

このプロセスの原理は、プレスと金型を使用してアルミニウムを打ち抜き、塑性変形を作成して流路を形成し、上部シェルと下部シェルをろう付けで溶接することです。

スタンプ液体冷却プレート - コールド プレート デザイン

Advantages

  1. ランナーは任意のデザインにすることができます
  2. 接触面積が大きく、熱交換効果が良い
  3. 高い生産効率
  4. 高圧および強さの抵抗

デメリット

  1. 金型を開く必要があり、高コスト
  2. 高度なレベリング要件、インストールが難しい

2.5.プレートとフィン液冷プレート

この液体冷却プレートの原理は、上部と下部の熱伝導パネルに鋸歯状の熱伝達フィンを充填し、ろう付けフラックスを使用せずに真空ろう付け技術で密封することです。

Advantages

  1. 高い表面清浄度、良好な流動性および耐食性
  2. 伝熱性能、流路の均一性向上

デメリット

  1. 高いコスト
  2. 高い平坦度要件、取り付けが難しい

冷却板の設計熱要因

液冷パネルの設計手順と考慮すべき要素は、空冷または自然放熱機器のヒートシンクの場合と同様です。 コールドプレートがさらされる流体媒体は液体です。 空冷または自然放熱の場合、流体媒体は気体です。

コールドプレートラジエーターを設計する際に考慮すべき基本的な要素は次のとおりです。

  1. 所定の体積の空間内で固体と流体の間の接触面積を増やし、それによって熱伝達を向上させます。
  2. 熱伝導性界面材料を介して発熱源と接触します。
  3. 流体と固体との接触面。
  4. 熱発生源からコールド プレートへの熱伝達、およびコールド プレート内を流れてシステムから運び出される液体媒体への熱伝達。

コールドプレートの熱仕様

発熱源の要因は、コールド プレート設計のコストと複雑さを決定する上で大きな役割を果たします。 熱放散係数は、均一熱流束、固定流量、最大圧力損失、および最大表面温度の XNUMX つの変数カテゴリに細分できます。 変数は顧客の実際の状況に応じて調整され、さらに XNUMX つの主要なアプリケーション シナリオに分けることができます。

  • シナリオ 1: 均一な入力熱流束、固定された流量、固定された流量で制限された指定された最大圧力損失、および均一な表面温度が必要でない指定された最大表面温度
  • シナリオ 2: 均一な入力熱流束、固定された流量、固定された流量で制限された指定された最大圧力損失、および均一な表面温度が必要とされない指定された最大表面温度、不均一に変化する熱負荷、通常はコンポーネントの下の複数の場所に集中または特定の領域の下。
  • シナリオ 3: 均一な入力熱流束、固定された流量、固定された流量で制限された指定された最大圧力降下、およびコールド プレートの表面での不均一な温度変化。すべてコンポーネント全体の温度が変化します。
  • シナリオ 4: シナリオ 1、2、および 3 と同じですが、最大表面温度はコールド プレート全体または特定のコンポーネントの下で均一でなければなりません。

コールド パネルの設計における Trumonytechs の経験に基づくと、シナリオ XNUMX と XNUMX は固定冷却パネルで遭遇する一般的なシナリオですが、シナリオ XNUMX と XNUMX の場合、設計の複雑さとコストが増加します。
顧客指定の固定冷却パネルを設計する場合、Trumonytechs の熱専門家が行う手順は、熱マップの定義、液体回路の概念の生成、温度上昇と圧力降下の計算、および必要に応じて液体回路ルートの変更です。

お客様が入力されたパラメータに基づいて設計を試作し、最も信頼性の高いプロセスでコールド プレートを設計します。 設計が完了したら、コールド プレートをシミュレートしてテストします (コールド プレートの圧力降下、入口温度、出口温度、コールド プレートの入口と出口の温度差、コールド プレートの表面と最大温度の最大温度差バッテリ パックの温度差) を使用して、量産の次のステップに進む前に設計の実現可能性を確認します。

液体冷却プレート ランナー設計

私たちのデザインの段階的なプロセス:

1. 最初に液体回路の概念を形成し、次に温度と圧力損失を計算します

2. コールド プレートの材質を決定する

1) コスト、入手可能性、加工性、およびその他の一般的な設計要因
2. 熱伝導率、液体との化学的適合性、材料密度、凝固点および沸点

3. 流路設計

液体冷却システム内の流体の方向は、熱伝達の方向と伝達効率に直接影響します。当社のエンジニアは、次のような要因を考慮します。

  1. 熱源分布: 拡散熱抵抗を低減するために、流体を熱源にできるだけ近づけます。
  2. 構造上の回避: 流路は、コールド プレートの固定穴から安全な距離にある必要があります。
  3. 均一なレイアウト: ヒートシンク領域を有効に利用するために、流体はコールド プレート全体に均一にスイープする必要があります。
  4. 流量の制御: 流量が大きいほど、対流熱伝達係数が高くなります
  5. 流動抵抗の低減: 直列および並列の流路を設計して、流動抵抗を低減し、漏れのリスクを低減します。
  6. 実現可能性と加工性

複雑さと生産コストを削減する方法

液冷プレートの製作は、一連の工程を経て製品化されます。 最初のステップは、理論的な図面 (カスタマイズの場合の液冷パネルの製造用) について話し合うことです。Tronytechs は 24 時間以内にニーズに対応し、技術セミナーを開催して開発サイクルを短縮し、プロジェクトを前進させます。 水冷式の図面がない場合は、液冷式のニーズを満たす適切な技術エンジニアを手配します。 プロセッサ。

「複雑な液体冷却の要件に直面した場合、Trumonytechs チームは、製品自体に必要な熱放散電力 (超高/超低)、動作環境 (環境の急速な変化) に加えて、多くの要因を考慮します。 Trumonytechs は、設計寸法の議論、液体冷却プレート スタイルの選択 (プレート、フィン、マイクロチャネルチューブなど）、ランナー配置の調整と回路の最適化、放熱領域の分布、製造プロセスの決定（CNC、FSW、CMT、FDS、MIG、TIG など)、スペアパーツ コンポーネントの全範囲 (水冷ケース、熱伝導シリコンマット、クイックプラグコネクタ、配管、スルーボックスコネクタ、バッテリークーラーなど) .) は、Yangchi Technology によってサポートされています。

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