Væskekøleplader er nøglekomponenter i termiske styringssystemer og bruges i vid udstrækning i elektronik, elbiler og industrielle applikationer til at lede varme væk fra kritiske komponenter. Det følgende er en omfattende vejledning, der beskriver fremstillingsprocessen, typer af væskekøleplader, installation og andre faktorer, der skal tages i betragtning, når man designer en væskekøleplade. Dette kan hjælpe dig med at overveje mere omfattende, hvordan du tilpasser en væskekøleplade for at forbedre dit elektriske udstyrs termiske ydeevne.
Materialekrav
At vælge de rigtige materialer er det første skridt i at designe en effektiv væskekøleplade. Almindeligt anvendte materialer omfatter aluminium og kobber, som begge er meget udbredte på grund af deres fremragende varmeledningsegenskaber og bearbejdelighed. Aluminium er en let og relativt billig løsning, der er velegnet til de fleste anvendelser; mens kobber, selvom det er dyrere, giver bedre termisk ledningsevne og er ideelt til applikationer, der kræver højere termisk effektivitet.
Aluminium er meget udbredt i flydende kølesystemer på grund af dets fremragende balance mellem termisk ledningsevne, vægt og omkostninger. Det er især populært i applikationer, hvor vægt og budget er vigtige overvejelser, såsom forbrugerelektronik eller bilsystemer. Derudover er ledningsevnen af aluminium 237 W/(m·K), hvilket også kan opfylde behovene for det meste udstyr.
Med hensyn til masse er densiteten af kobber 2,7 g/cm³ (en tredjedel af densiteten af jern og kobber) og for aluminium. Den lette vægt gør aluminium mere udbredt i automotive materialer som vandkøleplader, automotive endeplader osv.
Kemisk har aluminium en god korrosionsbestandighed, især når der dannes en tæt oxidfilm på dens overflade, som effektivt kan beskytte det indre metal mod yderligere korrosion.
Typer af forskellige aluminiumsprofiler
Forskellige typer aluminium afspejles hovedsageligt i deres sammensætning, mekaniske egenskaber og forarbejdningsegenskaber. Disse forskelle gør visse typer aluminium mere egnede til specifikke anvendelsesscenarier. I designet af vandkølede plader til nye energikøretøjer er det afgørende at vælge den passende aluminiumsmodel for at sikre effektiviteten og pålideligheden af kølesystemet.
-T1 (rent aluminium):
såsom 1050, 1060 osv., der indeholder mere end 99% aluminium, med god elektrisk og termisk ledningsevne, men lav styrke.
-T2 (aluminium-kobberlegering):
såsom 2024, med kobber som hovedlegeringselementet, som har højere styrke, men dårlig korrosionsbestandighed.
-T3 (aluminium-mangan legering):
såsom 3003, tilsætning af manganelement forbedrer dets korrosionsbestandighed og styrke og har god behandlingsydelse.
-T5 (aluminium-magnesium legering):
såsom 5052, forbedrer tilsætningen af magnesium dets korrosionsbestandighed og styrke betydeligt, især velegnet til applikationer, der kræver god havvandskorrosionsbestandighed.
-T6 (aluminium magnesium silicium legering):
såsom 6061, som giver gode mekaniske egenskaber, korrosionsbestandighed og svejsbarhed, og er en af de mest almindeligt anvendte strukturelle aluminiumslegeringer.
Eksempel: Aluminium brugt i elbiler
Ved anvendelse af vandkølede plader i nye energikøretøjer er de almindeligt anvendte aluminiumsmodeller Aluminium 6061 i T6 og Aluminium 5052 i T5. Disse to aluminiumslegeringer er meget udbredt til fremstilling af flydende koldplader på grund af deres fremragende omfattende egenskaber. Her er de vigtigste grunde til at bruge begge dele til fremstilling af tilpassede kolde plader
-6061 aluminiumslegering:
Det har gode mekaniske egenskaber og svejsbarhed, samt fremragende korrosionsbestandighed. Især efter varmebehandling kan dens flydespænding (18,000 psi) opfylde kravene til strukturel styrke for specialdesignede elbiler. Derudover har 60601 aluminiumslegering også gode forarbejdningsegenskaber og er velegnet til design og fremstilling af kolde plader med komplekse former. Tolerancen over for varmebelastning er dog ikke lige så god som T6 6061.
-5052 aluminiumslegering:
Den har bedre korrosionsbestandighed, især over for havvand og atmosfærisk korrosion, hvilket får 5052 til at yde bedre i applikationer med mere krævende miljøkrav. Dens mekaniske egenskaber og forarbejdningsegenskaber er også meget velegnede til kravene til forskellige applikationer vist nedenfor.
Typer af koldpladedesign
Kaixin aluminiumkan fremstille kolde plader som dit krav. Her er nogle eksempler, så du kan beslutte, hvilken type tilpasset koldpladedesign, der passer til din virksomhed:
Friction Stir Welding Liquid Cold Plate (FSW)
Friction Stir Welding (FSW) flydende kold plade er en avanceret køledesignproces, der udnytter friction stir-svejseprocessen til at sammenføje materialer uden at smelte dem, såsom aluminiumslegering. Denne teknik involverer brugen af et ikke-forbrugeligt værktøj (CNC-bearbejdning) til at generere friktionsvarme og plastisk deformation på svejsestedet, hvilket fører til en højkvalitets solid-state samling mellem emnerne, der svejses. Processen er særlig effektiv til at skabe flydende kolde plader, som er væsentlige komponenter i kølesystemer til forskellige applikationer såsom højeffektelektronik, elbiler og vedvarende energisystemer.
Fordel ved FSW Cold Plate
- Overlegen termisk ydeevne:FSW sikrer en ensartet og stærk binding på tværs af samlingen, hvilket forbedrer den kolde plades varmeledningsevne og effektivitet. Dette er afgørende for applikationer, der kræver effektiv varmeafledning.
- Lækagesikre samlinger:FSW-processens solid-state karakter resulterer i lækagesikre samlinger, hvilket gør den til et ideelt valg til flydende kølesystemer, hvor lækageintegritet er altafgørende.
-Høj styrke og holdbarhed:Svejseprocessen introducerer ikke defekter som porøsitet eller revner, der er almindelige i traditionelle svejseteknikker, hvilket fører til en mere holdbar og pålidelig kold plade.
- Komplekse geometrier:Processen giver mulighed for svejsning af komplekse former og designs, hvilket muliggør skabelsen af effektive kølekanaler inde i koldpladen for at optimere varmeoverførslen, hvilket betyder, at du kan tilpasse de interne kanaler, som du ønsker ved at bruge CNC højpræcisionsbearbejdning og uden at anvende evt. kobber varmerør inde i varmeveksleren.
Custom køleplade med kobberrør
Generelt er flydende kolde plader med kobberrør de mest almindelige i den termiske industri. Vores termiske eksperter hos Kaixin Aluminium har dog kombineret køleplade- og koldpladeteknologi til enkobberrør køleplade. Den overfører effektivt varme fra varmekilden til andre dele af varmeveksleren og overfører derefter varme gennem enten luftkøling eller koldpladeteknologier. Dette design forbedrer varmeafledningseffektiviteten markant, fordi den har en stor køleplade og assisteres af en væskekøleplade, hvilket gør den særdeles velegnet til afkøling af højeffektcomputere og EV-battericeller.
Vakuum flydende kold plade
DetVakuum væskekølepladeer en termisk styringsløsning, der består af en vakuum-væskekøleplade fremstillet ved at lodde en bundplade og en dækplade sammen. I dette innovative design flyder kølevæske i kanaler eller rør indlejret i den kolde plade, mens det omkringliggende område evakueres for at skabe et vakuum.
Dette vakuummiljø reducerer den termiske modstand mellem den kolde plade og kølevæsken betydeligt, hvilket gør det muligt at overføre varme fra varmekilden til kølevæsken mere effektivt. Derudover reducerer vakuummiljøet væsentligt den termiske modstand mellem substraterne, hvilket gør det muligt at overføre varme fra varmekilden til kølevæsken mere effektivt.
Flydende kold plade med indbygget kobberrør
Den flydende kolde plade med et indbygget kobberrør er en af de mest almindelige væskekølingsteknologier. Den opnår varmeoverførsel ved hjælp af væskekølerør inde i kølepladen. I højeffektive designs er kobberrør indlejret i denne køleplade, som normalt er lavet af aluminium eller andre termisk ledende materialer. Kobberrøret fungerer som en kanal for kølevæsken, der overfører effektiv varme fra højeffektkølende elektroniske komponenter eller andre varmekilder til væsken i røret.
Fremstillingsteknologi-Deep Buried Pipe Technology
Begravet rørteknologi er en avanceret metode til fremstilling af flydende køleplader ved at bearbejde dybe kanaler i kølepladens materiale og derefter indlejre kobber eller andre typer metalrør i disse kanaler. Disse rør er begravet dybt inde i kølepladen og giver en vej for kølevæsken til at overføre varme væk fra de elektroniske komponenter. På grund af den høje termiske ledningsevne af kobber og visse metaller, kan disse rør effektivt overføre varme fra varmekilden til kølevæsken, hvilket giver mulighed for effektiv varmeafledning.
-Shallow Buried Pipe Technology
Lavt begravet rørteknologi ligner i konceptet dybt nedgravede koldpladeløsninger, men bearbejdningsdybden af kanalen er mindre end den dybt begravede (ca. 5-10 mm) under hensyntagen til forskellige krav. Denne teknik involverer bearbejdning af lavvandede kanaler inde i kølepladen og indlejring af rørene i dem.
Faseskift køleteknologi
Faseændring (dampkammer) kold pladeer en effektiv termisk styringsmetode, der bruger kølevæskens latente varme under tilstandsovergangsprocessen til at absorbere og overføre varme. Under denne proces skifter kølevæsken fra en flydende til en gasformig tilstand, absorberer en stor mængde varme, hvorved der opnås effektiv afkøling af elektronisk udstyr eller andre varmekilder. Denne teknologi er især nyttig i applikationer, der kræver håndtering af høje termiske belastninger eller effektiv køling i kompakte rum.
Stacked Layer-teknologi
indebærer at stable flere tynde plader og svejse dem sammen, hvor hver plade er designet til at have kølekanaler og dermed danne et komplekst tredimensionelt kølenetværk. Dette design gør det muligt for kølevæsken at strømme i flere retninger, hvilket forbedrer varmeafledningseffektiviteten. Ved fremstilling af flydende køleplader er det afgørende at sammenføje forskellige plader ved hjælp af svejsning (såsom lasersvejsning eller lodning) eller en speciel termisk ledende klæbemiddel for at opretholde væskekølesystemet.
Denne proces udnytter i høj grad varmerørenes distributionsrum, og karakteristika mellem forskellige materialer kan opnå stærkere termisk ydeevne. Før du designer design af flydende koldplader, venligstkontakt Kaixin Aluminium ingeniørerom din virksomheds tilpassede koldplade og ideer.
Installation af flydende kølesystemer
Monteringsorientering har en direkte indflydelse på driftsforholdene for flydende kolde plader. Forskellige installationsretninger vil påvirke væskestrømmens hastighed og varmeoverførselseffektiviteten af kølevæsken. Så det er vigtigt at vælge den rigtige monteringsretning ved montering af koldplader.
-Lodret installation:
Det udnytter tyngdekraften til at hjælpe med den naturlige kølevæskestrøm, hvilket reducerer den energi, der kræves til at pumpe kølevæsken. Denne opsætning hjælper med at opnå en mere ensartet fordeling af kølevæske, især i de højere dele af kølepladen, og hjælper med at undgå hot spots. Denne form for installation er også særligt velegnet til applikationer, hvor højden er begrænset, men bredden eller dybden er rigelig, såsom i højtydende computersystemer eller stort industrielt udstyr.
- Vandret installation:
Vandret installation gør det muligt at lægge væskekølepladen over eller under varmekilden, hvilket letter en mere direkte varmeoverførsel. Denne metode er velegnet til applikationer, hvor lodret plads er begrænset, som f.eksflydende kolde plader til EV batteripakkereller CPU-kølesystemer.
-Andre installationsretninger:
I nogle specielle applikationer kan skrå installation eller anden tilpasset installation anvendes baseret på specifikke rumlayout og varmestyringskrav. Denne fleksible installation hjælper Kaixin-ingeniører med at få mest muligt ud af den tilgængelige plads og samtidig optimere kølingen. Du kan kontakte vores ingeniør for at få større erfaring med installation af koldplader.
Flydende køleplader Runner Design
Løber Layout
For jævn afkøling bør strømningskanalerne være jævnt fordelt under eller omkring varmekilden for at sikre, at hvert område afkøles effektivt og direkte rettet mod varmekilden. Udover det skal layoutet være direkte tilpasset placeringen af varmekilden, især for områder med høj effekttæthed, hvilket kan forbedre varmeoverførselseffektiviteten.
Løber størrelse
Bredden og dybden af strømningskanalen skal designes baseret på kølebehovet og strømningshastigheden. over-brede eller dybe strømningskanaler kan reducere væskemodstanden, men kan også påvirke den strukturelle styrke af aluminiumsprofilen. Du kanbrug CFD-simulering til at afgøre, hvilken løsning der er den bedste til din kolde plade, og vores termiske eksperter deler gerne nogle erfaringer med dig.
Varmekildefordeling
Placeringen af varmekilden bestemmer direkte layoutet af strømningskanalerne i væskekølepladen. For at opnå effektiv varmeoverførsel skal strømningsvejen være designet til at lede kølevæsken direkte til varmekilden. For eksempel, hvis varmekilden er placeret i midten af EV-batteripakken, skal flowkanaldesignet koncentreres i det centrale område for at sikre, at kølevæsken.
På den anden side, hvis varmekilderne er fordelt ved kanterne, skal flowkanalen forlænges til kanterne af batteripakken.
Strukturel undgåelse
Når du designer væskekølepladen, skal du sikre dig, at layoutet af flowkanalerne holder en passende afstand fra fastgørelses- eller monteringshullerne på koldpladen. Dette design er for at undgå beskadigelse af strømningskanalen under fremstillingsprocessen.
De specifikke krav til sikkerhedsafstanden kan variere afhængigt af koldpladens materiale og forarbejdningsmetode. Du kan henvise til retningslinjerne for minimumssikkerhedsafstand, som anbefales af koldpladeproducenten, eller starte en CFD-analyse. Typisk skal denne afstand være mindst lig med koldpladens materialetykkelse.
Reducer intern modstand
-Parallel flow kanal design
Parallel flow kanal design involverer at arrangere flere kanaler på samme plan, hvilket tillader kølevæsken at strømme gennem disse kanaler samtidigt. Dette design hjælper med at sprede væskestrømmen, reducere strømningshastigheden i hver kanal og derved sænke strømningsmodstanden. Parallelle flowkanaler kan også forbedre systemets redundans; selvom en kanal er blokeret eller lækker, kan andre kanaler stadig bevare køleeffektiviteten. Ved design af parallelle strømningskanaler er det nødvendigt at sikre, at strømningsfordelingen i hver kanal er ensartet for at forhindre overdreven strømning i nogle kanaler, der kan føre til utætheder eller beskadigelse.
- Serial Flow Channel Design
Seriel flowkanaldesign involverer at forbinde flere kanaler i rækkefølge, så kølevæsken kan strømme gennem hver kanal efter tur. Dette design kan forlænge væskens strømningsvej i den kolde plade og derved øge kontakttiden med varmekilden og forbedre effektiviteten af varmevekslingen. Udformningen af serielle strømningskanaler kan dog øge den samlede strømningsmodstand, så det er nødvendigt omhyggeligt at optimere størrelsen og formen af hver kanal, såvel som deres forbindelser, for at minimere strømningsmodstanden.
Overfladebehandling
Overfladebehandlinger spiller en afgørende rolle i design af flydende køleplader. Kaixin Aluminium kan give dig forskellige overfladebehandlinger, herunder anodisering, galvanisering, pulverlakering, passivering mv.
Anodisering
Anodisering bruges hovedsageligt til kølepaneler af aluminium. Det involverer elektrokemisk omdannelse af en metaloverflade til en stærk, korrosionsbestandig anodiseret film. Denne oxidfilm påføres ikke overfladen som maling eller plettering, men er fuldt integreret med det underliggende aluminiumssubstrat, så den ikke skræller eller skaller. Den anodiserede overflade forbedrer varmeafledning, modstår korrosion og giver en bedre overflade til termiske grænsefladematerialer (TIM'er).
Galvanisering
Galvanisering involverer at bruge en elektrisk strøm til at belægge et tyndt lag metal, såsom nikkel eller kobber, på en kold plade. Denne metode forbedrer kortets korrosionsbestandighed, elektriske ledningsevne og slidstyrke. Den elektropletterede overflade forbedrer også udseendet af den kolde plade.
Pulverlakering
Pulvercoating er en tør finish-proces, hvor et pulvermateriale sprøjtes på en overflade og derefter størkner under varme for at danne en hud. Den bruges for sine æstetiske kvaliteter og giver en holdbar, korrosionsbestandig finish. Pulvercoating er tilgængelig i en række forskellige farver og teksturer, hvilket giver mulighed for tilpasning baseret på æstetiske behov
Passivering
Passivering er en kemisk behandlingsproces for koldplader i rustfrit stål, der fjerner jern fra overfladen og forstærker det naturligt korrosionsbestandige kromoxidlag. Denne proces er afgørende for at forhindre korrosion og sikre langvarig brug af koldpladen i barske miljøer.
Hvis du har brug for at vide mere om tilpassede koldplader eller overfladebehandlinger, så besøg vores produktlisteellerkontakt Kaixin Aluminiumi dag, og vi gentager dig inden for 24 timer!