Le piastre di raffreddamento a liquido sono componenti chiave nei sistemi di gestione termica e sono ampiamente utilizzate nell'elettronica, nei veicoli elettrici e nelle applicazioni industriali per dissipare il calore dai componenti critici. Quella che segue è una guida completa che descrive in dettaglio il processo di produzione, i tipi di piastre di raffreddamento a liquido, l'installazione e altri fattori da considerare quando si progetta una piastra di raffreddamento a liquido. Ciò può aiutarti a considerare in modo più completo come personalizzare una piastra di raffreddamento a liquido per migliorare le prestazioni termiche delle tue apparecchiature elettriche.
Fabbisogno materiale
La scelta dei materiali giusti è il primo passo nella progettazione di un'efficiente piastra di raffreddamento a liquido. I materiali comunemente utilizzati includono alluminio e rame, entrambi ampiamente utilizzati grazie alle loro eccellenti proprietà di conduttività termica e lavorabilità. L’alluminio è un’opzione leggera e relativamente economica adatta alla maggior parte delle applicazioni; mentre il rame, sebbene più costoso, garantisce una migliore conduttività termica ed è ideale per applicazioni che richiedono una maggiore efficienza termica.
L'alluminio è ampiamente utilizzato nei sistemi di raffreddamento a liquido grazie al suo eccellente equilibrio tra conduttività termica, peso e costo. È particolarmente popolare nelle applicazioni in cui peso e budget sono considerazioni chiave, come l'elettronica di consumo o i sistemi automobilistici. Inoltre, la conduttività dell'alluminio è di 237 W/(m·K), il che può soddisfare le esigenze della maggior parte delle apparecchiature.
In termini di massa, la densità del rame è di 2,7 g/cm³ (un terzo della densità di ferro e rame) e quella dell'alluminio. La leggerezza rende l'alluminio più ampiamente utilizzato nei materiali automobilistici come piastre di raffreddamento ad acqua, piastre terminali automobilistiche, ecc.
Chimicamente l'alluminio ha una buona resistenza alla corrosione, soprattutto quando sulla sua superficie si forma una densa pellicola di ossido, che può proteggere efficacemente il metallo interno da ulteriore corrosione.
Tipi di diversi profili in alluminio
Diversi tipi di alluminio si riflettono principalmente nella loro composizione, proprietà meccaniche e caratteristiche di lavorazione. Queste differenze rendono alcuni tipi di alluminio più adatti a scenari applicativi specifici. Nella progettazione di piastre raffreddate ad acqua per veicoli a nuova energia, è fondamentale selezionare il modello in alluminio appropriato per garantire l'efficienza e l'affidabilità del sistema di raffreddamento.
-T1 (alluminio puro):
come 1050, 1060, ecc., contenente più del 99% di alluminio, con buona conduttività elettrica e termica, ma bassa resistenza.
-T2 (lega alluminio-rame):
come il 2024, con il rame come elemento principale della lega, che ha una resistenza maggiore ma una scarsa resistenza alla corrosione.
-T3 (lega alluminio-manganese):
come il 3003, l'aggiunta di elementi di manganese ne migliora la resistenza alla corrosione e la resistenza e ha buone prestazioni di lavorazione.
-T5 (lega alluminio-magnesio):
come il 5052, l'aggiunta di magnesio ne migliora significativamente la resistenza alla corrosione e la resistenza, particolarmente adatto per applicazioni che richiedono una buona resistenza alla corrosione dell'acqua di mare.
-T6 (lega di alluminio magnesio silicio):
come 6061, che fornisce buone proprietà meccaniche, resistenza alla corrosione e saldabilità ed è una delle leghe di alluminio strutturali più comunemente utilizzate.
Esempio: alluminio utilizzato nei veicoli elettrici
Nell'applicazione delle piastre raffreddate ad acqua nei veicoli a nuova energia, i modelli in alluminio comunemente utilizzati sono l'alluminio 6061 nel T6 e l'alluminio 5052 nel T5. Queste due leghe di alluminio sono ampiamente utilizzate nella produzione di piastre liquide per piastre fredde grazie alle loro eccellenti proprietà globali. Ecco i motivi principali per utilizzarli entrambi nella produzione di piastre fredde personalizzate
-6061 lega di alluminio:
Presenta buone proprietà meccaniche e saldabilità, oltre ad un'ottima resistenza alla corrosione. Soprattutto dopo il trattamento termico, il suo limite di snervamento (18,000 psi) può soddisfare i requisiti di resistenza strutturale dei veicoli elettrici progettati su misura. Inoltre, la lega di alluminio 60601 ha anche buone proprietà di lavorazione ed è adatta per la progettazione e la produzione di piastre fredde con forme complesse. Tuttavia, la tolleranza al carico termico non è altrettanto efficace quanto T6 6061.
-5052 lega di alluminio:
Ha una migliore resistenza alla corrosione, in particolare all'acqua di mare e alla corrosione atmosferica, che fa sì che il 5052 funzioni meglio in applicazioni con requisiti ambientali più esigenti. Le sue proprietà meccaniche e di lavorazione sono anche molto adatte ai requisiti delle varie applicazioni mostrate di seguito.
Tipi di progettazione della piastra fredda
Kaixin alluminiopuò produrre piatti freddi secondo le vostre esigenze. Ecco alcuni esempi per decidere quale tipo di design personalizzato della piastra fredda è adatto alla tua attività:
Piastra fredda per saldatura ad attrito e agitazione (FSW)
La piastra fredda liquida Friction Stir Welding (FSW) è un processo di progettazione di raffreddamento avanzato che utilizza il processo di saldatura con agitazione per attrito per unire i materiali senza scioglierli, come la lega di alluminio. Questa tecnica prevede l'uso di uno strumento non consumabile (lavorazione CNC) per generare calore da attrito e deformazione plastica nel punto di saldatura, che porta a un giunto allo stato solido di alta qualità tra i pezzi da saldare. Il processo è particolarmente efficace per creare piastre fredde liquide, che sono componenti essenziali nei sistemi di raffreddamento per varie applicazioni come l’elettronica ad alta potenza, i veicoli elettrici e i sistemi di energia rinnovabile.
Vantaggio della piastra fredda FSW
-Prestazioni termiche superiori:FSW garantisce un legame uniforme e forte attraverso il giunto, che migliora la conduttività termica e l'efficienza della piastra fredda. Questo è fondamentale per le applicazioni che richiedono un'efficiente dissipazione del calore.
-Giunti a tenuta stagna:La natura a stato solido del processo FSW si traduce in giunti a prova di perdite, rendendolo la scelta ideale per i sistemi di raffreddamento a liquido in cui l'integrità delle perdite è fondamentale.
-Alta resistenza e durata:Il processo di saldatura non introduce difetti come porosità o fessurazioni comuni nelle tecniche di saldatura tradizionali, consentendo di ottenere una piastra fredda più durevole e affidabile.
-Geometrie complesse:Il processo consente la saldatura di forme e disegni complessi, consentendo la creazione di canali di raffreddamento efficienti all'interno della piastra fredda per ottimizzare il trasferimento di calore, il che significa che è possibile personalizzare i canali interni come si desidera utilizzando lavorazioni CNC ad alta precisione e senza l'impiego di alcun tubo di calore in rame all'interno dello scambiatore di calore.
Dissipatore di calore personalizzato con tubo in rame
In generale, le piastre fredde a liquido con tubi in rame sono le più diffuse nel settore termico. Tuttavia, i nostri esperti termici di Kaixin Aluminium hanno combinato la tecnologia del dissipatore di calore e della piastra fredda in undissipatore di calore in tubo di rame. Trasferisce efficacemente il calore dalla fonte di calore ad altre parti dello scambiatore di calore, trasferendo quindi il calore tramite tecnologie di raffreddamento ad aria o piastre fredde. Questo design migliora significativamente l'efficienza di dissipazione del calore perché è dotato di un grande dissipatore di calore ed è assistito da una piastra di raffreddamento a liquido, che lo rende particolarmente adatto per il raffreddamento di computer ad alta potenza e celle di batterie per veicoli elettrici.
Piastra fredda per liquidi sottovuoto
ILPiastra di raffreddamento a liquido sottovuotoè una soluzione di gestione termica, costituita da una piastra di raffreddamento a liquido sottovuoto realizzata brasando insieme una piastra di base e una piastra di copertura. In questo design innovativo, i liquidi refrigeranti scorrono all'interno di canali o tubi incorporati nella piastra fredda, mentre l'area circostante viene evacuata per creare un vuoto.
Questo ambiente sotto vuoto riduce significativamente la resistenza termica tra la piastra fredda e il fluido di raffreddamento, consentendo un trasferimento più efficace del calore dalla fonte di calore al liquido di raffreddamento. Inoltre, l'ambiente sottovuoto riduce significativamente la resistenza termica tra i substrati, consentendo un trasferimento più efficiente del calore dalla fonte di calore al fluido di raffreddamento.
Piastra fredda per liquidi con tubo in rame incorporato
La piastra fredda a liquido con tubo in rame incorporato è una delle tecnologie di raffreddamento a liquido più comuni. Raggiunge il trasferimento di calore tramite tubi di raffreddamento a liquido all'interno della piastra di raffreddamento. Nei progetti ad alta efficienza, i tubi di rame sono incorporati in questa piastra di raffreddamento, solitamente realizzata in alluminio o altri materiali termicamente conduttivi. Il tubo di rame funge da canale per il refrigerante, trasferendo il calore effettivo dai componenti elettronici di raffreddamento ad alta potenza o da altre fonti di calore al liquido all'interno del tubo.
Tecnologia di produzione-Tecnologia dei tubi interrati in profondità
La tecnologia dei tubi interrati è un metodo avanzato per produrre piastre di raffreddamento a liquido realizzando canali profondi all'interno del materiale della piastra di raffreddamento e quindi incorporando tubazioni in rame o altri tipi di metallo in questi canali. Questi tubi sono sepolti in profondità all'interno della piastra di raffreddamento e forniscono un percorso al refrigerante per trasferire il calore lontano dai componenti elettronici. Grazie all'elevata conduttività termica del rame e di alcuni metalli, questi tubi possono trasferire in modo efficiente il calore dalla fonte di calore al liquido di raffreddamento, consentendo un'efficiente dissipazione del calore.
-Tecnologia dei tubi interrati poco profondi
La tecnologia dei tubi interrati poco profondi è concettualmente simile alla soluzione con piastre fredde interrate in profondità, ma la profondità di lavorazione del canale è inferiore rispetto a quella interrata in profondità (circa 5-10 mm) tenendo conto delle varie esigenze. Questa tecnica prevede la lavorazione di canali poco profondi all'interno della piastra di raffreddamento e l'inserimento dei tubi al loro interno.
Tecnologia di raffreddamento a cambiamento di fase
Piastra fredda a cambiamento di fase (camera a vapore).è un metodo efficiente di gestione termica che utilizza il calore latente del liquido di raffreddamento durante il processo di transizione di stato per assorbire e trasferire il calore. Durante questo processo, il liquido refrigerante passa dallo stato liquido a quello gassoso, assorbendo una grande quantità di calore, ottenendo così un raffreddamento efficace delle apparecchiature elettroniche o di altre fonti di calore. Questa tecnologia è particolarmente utile in applicazioni che richiedono la gestione di carichi termici elevati o un raffreddamento efficiente in spazi compatti.
Tecnologia a strati impilati
prevede l'impilamento di più piastre sottili e la loro saldatura insieme, con ciascuna piastra progettata per avere canali di raffreddamento, formando così una complessa rete di raffreddamento tridimensionale. Questo design consente al refrigerante di fluire in più direzioni, migliorando l'efficienza di dissipazione del calore. Quando si producono piastre di raffreddamento a liquido, è fondamentale unire insieme diverse piastre utilizzando la saldatura (come saldatura laser o brasatura) o uno speciale adesivo termoconduttivo per mantenere il sistema di raffreddamento a liquido.
Questo processo utilizza notevolmente lo spazio di distribuzione dei tubi di calore e le caratteristiche tra i diversi materiali possono ottenere prestazioni termiche più elevate. Prima di progettare il design delle piastre fredde liquide, per favorecontattare gli ingegneri di Kaixin Aluminiumsul piatto freddo personalizzato della tua attività e delle tue idee.
Installazione di sistemi di raffreddamento a liquido
L'orientamento di montaggio ha un impatto diretto sulle condizioni operative delle piastre fredde a liquido. Diverse direzioni di installazione influenzeranno la velocità del flusso del liquido e l'efficienza del trasferimento di calore del liquido di raffreddamento. Pertanto è importante scegliere la direzione di installazione corretta quando si installano le piastre fredde.
-Installazione verticale:
Sfrutta la gravità per favorire il flusso naturale del refrigerante, riducendo l'energia necessaria per pompare il liquido di raffreddamento. Questa configurazione aiuta a ottenere una distribuzione più uniforme del liquido refrigerante, soprattutto nelle parti più alte della piastra di raffreddamento, contribuendo a evitare punti caldi. Questo tipo di installazione è particolarmente adatto anche per applicazioni in cui l'altezza è limitata ma la larghezza o la profondità sono ampie, come nei sistemi informatici ad alte prestazioni o nelle grandi apparecchiature industriali.
-Installazione orizzontale:
L'installazione orizzontale consente di disporre la piastra di raffreddamento a liquido sopra o sotto la fonte di calore, facilitando un trasferimento di calore più diretto. Questo metodo è adatto per applicazioni in cui lo spazio verticale è limitato, ad esempiopiastre fredde a liquido per pacchi batteria EVo sistemi di raffreddamento della CPU.
-Altri orientamenti di installazione:
In alcune applicazioni speciali, è possibile utilizzare l'installazione obliqua o altra installazione personalizzata in base alla specifica disposizione dello spazio e alle esigenze di gestione termica. Questa installazione flessibile aiuta gli ingegneri Kaixin a sfruttare al meglio lo spazio disponibile ottimizzando al tempo stesso il raffreddamento. Puoi contattare il nostro ingegnere per ottenere un'esperienza più significativa con l'installazione della piastra fredda.
Design del corridore delle piastre di raffreddamento a liquido
Disposizione del corridore
Per un raffreddamento uniforme, i canali di flusso devono essere distribuiti equamente sotto o attorno alla fonte di calore per garantire che ogni area sia raffreddata in modo efficace e diretta direttamente verso la fonte di calore. Oltre a ciò, il layout dovrebbe essere direttamente allineato con la posizione della fonte di calore, soprattutto per le aree con elevata densità di potenza, che può migliorare l’efficienza del trasferimento di calore.
Dimensione del corridore
La larghezza e la profondità del canale di flusso devono essere progettate in base alla domanda di raffreddamento e alla portata. canali di flusso troppo ampi o profondi possono ridurre la resistenza ai fluidi, ma possono anche influire sulla resistenza strutturale del profilo in alluminio. Puoiutilizza la simulazione CFD per decidere quale soluzione è la migliore per la tua piastra fredda, e i nostri esperti termici sono lieti di condividere con voi alcune esperienze.
Distribuzione della fonte di calore
La posizione della fonte di calore determina direttamente la disposizione dei canali di flusso nella piastra di raffreddamento a liquido. Per ottenere un trasferimento di calore efficiente, il percorso del flusso deve essere progettato per condurre il refrigerante direttamente alla fonte di calore. Ad esempio, se la fonte di calore si trova al centro del pacco batterie del veicolo elettrico, il design del canale di flusso dovrebbe essere concentrato nell'area centrale per garantire che il liquido di raffreddamento.
Se invece le fonti di calore sono distribuite sui bordi, è necessario estendere il canale di flusso fino ai bordi del pacco batterie.
Evitamento strutturale
Quando si progetta la piastra di raffreddamento a liquido, assicurarsi che la disposizione dei canali di flusso mantenga una distanza adeguata dai fori di fissaggio o di montaggio sulla piastra fredda. Questo design serve a evitare danni al canale di flusso durante il processo di produzione.
I requisiti specifici per la distanza di sicurezza possono variare a seconda del materiale e del metodo di lavorazione della piastra fredda. È possibile fare riferimento alle linee guida sulla distanza minima di sicurezza consigliate dal produttore della piastra fredda o avviare un'analisi CFD. In genere, questa distanza dovrebbe essere almeno uguale allo spessore del materiale della piastra fredda.
Ridurre la resistenza interna
-Design del canale di flusso parallelo
La progettazione dei canali a flusso parallelo prevede la disposizione di più canali sullo stesso piano, consentendo al refrigerante di fluire attraverso questi canali simultaneamente. Questo design aiuta a disperdere il flusso del fluido, riducendo la velocità del flusso in ciascun canale e diminuendo quindi la resistenza al flusso. I canali di flusso paralleli possono anche migliorare la ridondanza del sistema; anche se un canale è bloccato o presenta perdite, gli altri canali possono comunque mantenere l'efficacia del raffreddamento. Nella progettazione di canali di flusso paralleli, è necessario garantire che la distribuzione del flusso in ciascun canale sia uniforme per evitare un flusso eccessivo in alcuni canali che potrebbe causare perdite o danni.
-Progettazione del canale di flusso seriale
La progettazione di canali di flusso seriali prevede il collegamento di più canali in sequenza, consentendo al refrigerante di fluire a turno attraverso ciascun canale. Questo design può estendere il percorso del flusso del fluido all'interno della piastra fredda, aumentando così il tempo di contatto con la fonte di calore e migliorando l'efficienza dello scambio termico. Tuttavia, la progettazione dei canali di flusso in serie può aumentare la resistenza al flusso complessiva, pertanto è necessario ottimizzare attentamente le dimensioni e la forma di ciascun canale, nonché le relative connessioni, per ridurre al minimo la resistenza al flusso.
Trattamento della superficie
I trattamenti superficiali svolgono un ruolo cruciale nella progettazione delle piastre di raffreddamento a liquido. Kaixin Aluminium può fornirti vari trattamenti superficiali, tra cui anodizzazione, galvanica, verniciatura a polvere, passivazione, ecc.
Anodizzazione
L'anodizzazione viene utilizzata principalmente per i pannelli di refrigerazione in alluminio. Implica la conversione elettrochimica di una superficie metallica in una pellicola anodizzata resistente alla corrosione. Questa pellicola di ossido non viene applicata alla superficie come la vernice o la placcatura, ma è completamente integrata con il substrato di alluminio sottostante, quindi non si sbuccia né si sbuccia. La superficie anodizzata migliora la dissipazione del calore, resiste alla corrosione e fornisce una superficie migliore per i materiali di interfaccia termica (TIM).
Galvanotecnica
La galvanica prevede l'utilizzo di corrente elettrica per rivestire un sottile strato di metallo, come nichel o rame, su una piastra fredda. Questo metodo migliora la resistenza alla corrosione, la conduttività elettrica e la resistenza all'usura del pannello. La superficie elettrolitica migliora anche l'aspetto della piastra fredda.
Verniciatura a polvere
La verniciatura a polvere è un processo di finitura a secco in cui un materiale in polvere viene spruzzato su una superficie e quindi solidificato sotto calore per formare una pelle. Viene utilizzato per le sue qualità estetiche e fornisce una finitura durevole e resistente alla corrosione. La verniciatura a polvere è disponibile in una varietà di colori e texture, consentendo la personalizzazione in base alle esigenze estetiche
Passivazione
La passivazione è un processo di trattamento chimico per piastre fredde di acciaio inossidabile che rimuove il ferro dalla superficie e migliora lo strato di ossido di cromo naturalmente resistente alla corrosione. Questo processo è fondamentale per prevenire la corrosione e garantire l'uso a lungo termine della piastra fredda in ambienti difficili.
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