วิธีการทำงานของแผ่นทำความเย็นเหลว: หลักการ การใช้งาน และการบำรุงรักษา

การแนะนำ

แผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลวเป็นโซลูชันการจัดการความร้อนขั้นสูงที่ใช้สารหล่อเย็นเหลวในการดูดซับและถ่ายเทความร้อนออกจากชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์กำลังสูง แตกต่างจากระบบระบายความร้อนด้วยอากาศแบบดั้งเดิม แผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลวมีประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนที่เหนือกว่า โดยมีค่าการนำความร้อนอยู่ในช่วงต่างๆ 200-400 วัตต์/เมตร·เคลวิน สำหรับงานออกแบบอลูมิเนียมและอื่นๆ 400-500 วัตต์/เมตร·เคลวิน สำหรับระบบที่ใช้ทองแดงเป็นส่วนประกอบ

หลักการทำงาน

แผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลวทำงานผ่านกลไกการถ่ายเทความร้อนแบบนำและแบบพาความร้อน:

• การนำไฟฟ้า: ความร้อนจากชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ (โดยทั่วไปจะสร้างความร้อน) 100-1000 วัตต์/ซม.²) ถ่ายทอดผ่านวัสดุฐานของแผ่น (โดยปกติมีความหนา 3-10 มม.)

• การพาความร้อน: สารหล่อเย็น (มักเป็นส่วนผสมของน้ำหรือไกลคอล) ไหลผ่านไมโครแชนเนล (เส้นผ่านศูนย์กลาง 0.5-2 มม.) ด้วยความเร็ว 0.5-2 เมตร/วินาทีเพื่อให้ได้ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนที่ 5,000-15,000 วัตต์/ตร.ม.·เคลวิน

ลักษณะทางเทคนิคที่สำคัญ

แผ่นทำความเย็นเหลวสมัยใหม่มีคุณลักษณะที่กำหนดประสิทธิภาพหลายประการ:

• อัตราการไหล: ประสิทธิภาพสูงสุดเกิดขึ้นเมื่อ 0.5-5 ลิตรต่อนาที (ลิตรต่อนาที) โดยมีแรงดันตกคร่อมอยู่ในช่วง 10-100 กิโลปาสคาล ขึ้นอยู่กับการออกแบบช่องทาง

• การควบคุมอุณหภูมิ: สามารถรักษาอุณหภูมิของชิ้นส่วนให้อยู่ในระดับที่กำหนดได้ ±1°c ของจุดตั้งค่าโดยใช้ระบบควบคุมขั้นสูง

• คุณสมบัติของวัสดุ: โลหะผสมอะลูมิเนียม (6061-t6) มีค่าการนำความร้อน 167 วัตต์/เมตร·เคลวิน ในขณะที่ทองแดง (c11000) มีค่าการนำความร้อน 391 วัตต์/เมตร·เคลวิน

• การจัดการการถ่ายเทความร้อน: การออกแบบขั้นสูงสามารถจัดการกับปริมาณความร้อนที่เกินกว่าระดับที่กำหนดได้ 300 วัตต์/ซม.² ด้วยเทคโนโลยีการพ่นเจ็ทหรือไมโครแชนเนล

สถานการณ์การใช้งาน

แผ่นทำความเย็นแบบใช้ของเหลวมีบทบาทสำคัญในการระบายความร้อนในอุตสาหกรรมหลากหลายประเภท:

• อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังสำหรับรถยนต์ไฟฟ้า: การจัดการโมดูล IGBT ระบายความร้อน 150-300 กิโลวัตต์ ในอินเวอร์เตอร์ การรักษาอุณหภูมิจุดเชื่อมต่อให้ต่ำกว่า 125 องศาเซลเซียส

• ระบบระบายความร้อนสำหรับศูนย์ข้อมูล: ตู้แร็คเซิร์ฟเวอร์ความหนาแน่นสูงระบายความร้อน 30-50 กิโลวัตต์ ต่อตู้ที่มีค่า pue (ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน) ต่ำกว่าด้านล่าง 1.1

• เลเซอร์ทางการแพทย์: การควบคุมอุณหภูมิที่แม่นยำ (±0.5°C) สำหรับการผลิตไดโอดเลเซอร์ 1-10 กิโลวัตต์ กำลังแสง

• ระบบการบินและอวกาศ: การระบายความร้อนอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์การบินในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิแวดล้อมสูงถึง 85 องศาเซลเซียส

• เครื่องจักรกลอุตสาหกรรม: ระบบระบายความร้อนแกนหมุน CNC ช่วยรักษาอุณหภูมิให้ต่ำกว่าระดับที่กำหนด 60 องศาเซลเซียส ในระหว่าง 10,000+ รอบต่อนาที การดำเนินการ

ขั้นตอนการบำรุงรักษา

การบำรุงรักษาที่เหมาะสมจะช่วยให้ประสิทธิภาพการทำงานดีเยี่ยมและใช้งานได้ยาวนาน:

• คุณภาพของน้ำยาหล่อเย็น: ตรวจสอบและรักษาระดับ pH ของน้ำหล่อเย็นให้อยู่ระหว่าง 6.5-8.5ค่าการนำไฟฟ้าต่ำกว่า 5 ไมโครวินาที/ซม. สำหรับระบบน้ำปราศจากไอออน

• การตรวจสอบการไหล: ตรวจสอบอัตราการไหลรายไตรมาสโดยใช้เครื่องวัดอัตราการไหลที่สอบเทียบแล้ว (ความแม่นยำ) ±2%)

• การทดสอบแรงดัน: การทดสอบแรงดันน้ำประจำปีที่ 1.5 เท่า แรงดันใช้งาน (โดยทั่วไป) 300-500 กิโลปาสคาล)

• การป้องกันการกัดกร่อน: สำหรับระบบอะลูมิเนียม ให้คงความเข้มข้นของสารยับยั้งการกัดกร่อนไว้ที่ 1000-2000 ppm

• การบำรุงรักษาอินเทอร์เฟซความร้อน: ทาวัสดุเชื่อมต่อความร้อน (TIM) ใหม่ทุกครั้ง 2-5 ปี เมื่อความหนาของชั้นยึดติดเพิ่มขึ้นเกินกว่าระดับที่กำหนด 50-100 ไมโครเมตร

ขั้นตอนการทำความสะอาด

การทำความสะอาดอย่างมีประสิทธิภาพช่วยป้องกันการเกิดคราบสกปรกและรักษาประสิทธิภาพการทำงาน:

• การทำความสะอาดเชิงกล: ใช้แปรงไนลอน (ไม่เกิน 50 psi แรงดัน) สำหรับการทำความสะอาดช่องทาง

• การทำความสะอาดด้วยสารเคมี: สารละลายกรดซิตริก (ความเข้มข้น 5-10%) ที่ 50-60 องศาเซลเซียส สำหรับ 30-60 นาที

• การทำให้เฉื่อย: สำหรับระบบสแตนเลส กรดไนตริก (20-50%) การรักษาสำหรับ 2-4 ชั่วโมง

• มาตรฐานการล้าง: เพื่อให้ได้ค่าความต้านทานต่อน้ำล้าง > 1 มิลลิโอห์ม·ซม. สำหรับการใช้งานที่สำคัญ

การตรวจสอบประสิทธิภาพ

นำแนวทางการตรวจสอบเหล่านี้ไปใช้:

• การตรวจสอบความแตกต่างของความดัน (Δp) อย่างต่อเนื่อง พร้อมระบบเตือนภัยเมื่อถึงระดับที่กำหนด ±20% ค่าพื้นฐาน

• ตรวจสอบจุดที่มีอุณหภูมิสูงเกินเกณฑ์ด้วยเทอร์โมกราฟีอินฟราเรดทุกไตรมาส 5°C สูงกว่าอุณหภูมิที่ออกแบบไว้

• การทดสอบความต้านทานความร้อนประจำปีด้วยเซ็นเซอร์วัดการไหลของความร้อน (ความแม่นยำ) ±3%)

• การวิเคราะห์การสั่นสะเทือนสำหรับปั๊มและอุปกรณ์ติดตั้ง พร้อมการแจ้งเตือนเมื่อสูงกว่าระดับที่กำหนด 2.5 มม./วินาที ความเร็ว rms