Řešení kapalinového chlazení pro elektronická zařízení

S neustálým nárůstem spotřeby energie elektronických zařízení se tradiční chlazení vzduchem postupně stává obtížným pro splnění požadavků na rozptýlení tepla aplikacních scénářů, jako jsou vysoce výkonné výpočetní systémy, datová centra, elektrická vozidla a základní stanice 5G. Technologie kapalinového chlazení se stala důležitým prostředkem pro řešení problému rozptýlení tepla elektronických zařízení kvůli svým účinným vlastnostem vodivosti tepla. Tento článek prozkoumá základní principy technologie kapalinového chlazení a její použití v oblastech, jako jsou datová centra, elektrická vozidla a základní stanice 5G.

Technologie kapalného chlazení používá chladicí kapalinu (jako je deionizovaná voda, chladicí olej nebo fluorovaná kapalina) jako prostředek pro přenos tepla, aby rychle odstranilo teplo generované zařízením prostřednictvím vysoké tepelné kapacity a vysoké tepelné vodivosti kapaliny. Kapalinový chladicí systém obvykle zahrnuje oběhové čerpadlo chladicí kapaliny, výměník tepla, potrubí chladicí kapaliny a komponentu rozptylu tepla, která může dosáhnout účinné a stabilní regulace teploty.

Ve srovnání s chlazením vzduchem má kapalinové chlazení následující výhody:

Vyšší účinnost chlazení: Tepelná vodivost kapaliny daleko překračuje vodivost vzduchu, což může efektivněji snížit provozní teplotu elektronických zařízení.

Snížená spotřeba energie: kapalinové chlazení může snížit poptávku po ventilátorech, snížit spotřebu energie systému chlazení vzduchem a zlepšit poměr energetické účinnosti (PUE).

Lepší využití prostoru: Bez potřeby konstrukce vzduchového kanálu v velkém měřítku může systém tekutého chlazení uspořádat zařízení kompaktněji a zlepšit využití prostoru skříní nebo počítačových místností.

Snížení hluku: Snížení potřeby provozu ventilátoru a tišší provoz elektronických zařízení.

Aplikace kapalinového chlazení v datových centrech

1. Chlazení kapaliny na úrovni stojanu

Teplo generované servery datových center je extrémně vysoké a tradiční metody chlazení vzduchem nemohou efektivně rozptýlit teplo. Technologie kapalinového chlazení na úrovni racku dosahuje rozptýlení tepla na úrovni serverového čipu prostřednictvím kapalinových chladicích desek, chlazení mikrokanálem a přímého ponorného chlazení. PUE kapalinou chlazených datových center lze obvykle snížit na nižší než 1,1, což výrazně zlepšuje energetickou účinnost.

2. Přímé ponorné kapalinové chlazení

Technologie ponorného kapalinového chlazení přímo ponoří servery nebo výpočetní moduly do izolační chladicí kapaliny a chladicí kapalina odstraňuje teplo prostřednictvím přirozené konvekce nebo nuceného oběhu. Tato metoda může snížit prostor obsažený vzduchovým chladicím systémem a prodloužit životnost zařízení. Je široce používán ve vysokovýkonných výpočetních centrech (HPC) a supervýpočetních centrech.

3. Energetické výhody datových center

Technologie kapalinového chlazení nejen snižuje spotřebu energie při rozptýlení tepla, ale také snižuje zatížení klimatizace, což výrazně snižuje emise uhlíku datových center. Zároveň může systém recyklace odpadního tepla přenášet teplo na jiné účely, jako je vytápění budov, aby se zlepšila účinnost opětovného využití energie.

Aplikace kapalinového chlazení v elektrických vozidlech

1. baterie kapalina chladicí systém

Baterie jsou základní součástí elektrických vozidel a její regulace teploty přímo ovlivňuje výdrž a životnost. Systém baterií chlazený kapalinou používá chladicí kapalinu k oběhu mezi bateriovými moduly, aby se zajistila teplotní rovnováha bateriových článků a zabránilo přehřátí způsobujícímu zhoršení výkonu.

2. Kapalinové chlazení motorů a řídicích systémů

Hlavní komponenty, jako jsou motory a měniče elektrických vozidel, vytvářejí při provozu při vysokých rychlostech hodně tepla. Kapalinový chladicí systém účinně snižuje teplotu motoru a zlepšuje stabilitu a účinnost elektrického pohonného systému díky kombinaci chladicí kapaliny a radiátoru.

3. Bezpečnostní výhody kapalinového chlazení

Ve srovnání s chlazením vzduchem může kapalinové chlazení snížit riziko tepelného úniku způsobeného přehřátím baterie a zlepšit celkovou bezpečnost elektrických vozidel. Kromě toho se řešení kapalného chlazení může přizpůsobit širší škále klimatických podmínek, aby baterie mohla stále udržovat efektivní provoz v extrémních prostředích.

Aplikace kapalinového chlazení v základních stanicích 5G

1. Výzva spotřeby energie základních stanic 5G

Díky použití vysokofrekvenční a rozsáhlé technologie MIMO je spotřeba energie základních stanic 5G mnohem vyšší než u základních stanic 4G, což vede k rychlému zvýšení vnitřní teploty zařízení základních stanic. Tradiční systémy vzduchového chlazení jsou obtížné splnit potřeby dlouhodobého stabilního provozu zařízení 5G.

2. Řešení tekutého chlazení na úrovni skříně

Technologie kapalinového chlazení lze použít v základních stanicích. Kapalinové chladicí desky nebo chladicí potrubí se používají k přímému kontaktu s jádrovými čipy a zařízením zesilovače výkonu, aby se účinně zlepšila účinnost rozptýlení tepla, takže základní stanice mohou nadále pracovat stabilně v prostředí s vysokou teplotou.

3. Optimalizace spotřeby energie základní stanice

Provozní spotřeba energie základních stanic 5G je poměrně vysoká. Použití technologie kapalinového chlazení může výrazně snížit poptávku po použití klimatizace základní stanice, snížit celkovou spotřebu energie a zlepšit energetickou účinnost základní stanice.

Technologie kapalinového chlazení se svými vynikajícími schopnostmi rozptýlení tepla ukázala velký vývojový potenciál v oblastech aplikací s vysokým výkonem, jako jsou datová centra, elektrická vozidla a základní stanice 5G. S neustálým pokrokem vědy a technologie bude technologie kapalinového chlazení v budoucnu hrát důležitější roli a pomáhat elektronickému zařízení vyvíjet se efektivnějším a šetrnějším k životnímu prostředí směrem.