공랭식 대 액체 냉각:
전력 전자 분야 열 관리의 진전
전력 전자 분야 열 관리의 진전
지난 수십 년간 전력과 에너지는 전자 분야에서 가장 빠르게 성장하는 두 가지 산업으로 떠올랐습니다. 전력 변환, 역변환, 정류를 비롯하여 배터리 및 연료 전지 기술까지 모든 산업에서 기술적 성장에 불가결한 요소로 떠올랐습니다.
전력 전자 시스템이 더 복잡해지고 기능하는 전력 범위가 더 넓어짐에 따라 폼 팩터는 계속 작아지고 있어 열 문제는 이 분야의 가능성을 가장 크게 제약하는 요인 중 하나가 되고 있습니다. 소산되는 전력량을 처리하려면 공랭식 솔루션이 최적화되어야 하고 과도한 열을 적절히 제거할 수 있도록 커져야 합니다. 일부의 경우에는 크기가 강제 대류식 해법 적용에 제약 요소가 됩니다. 이와 같이 크기 또는 무게로 인해 공랭식 시스템의 적용이 현실적으로 불가능한 경우, 액체 냉각이 가장 각광받는 대안으로 자리 잡고 있습니다.
공랭식 시스템에서 액체 냉각으로의 전환은 빠르게 또는 가볍게 결정할 사항이 아닙니다. 더 큰 열 부하를 처리하기 위해 열 관리를 개선할 때는 다양한 요소와 가능성을 고려해야 합니다. 시장의 추세에 따르면 결국 완전 액체 냉각 시스템이 전력 전자 분야 냉각의 산업적 표준이 될 것으로 보이지만, 귀사 시스템의 발전 또는 향상되는 과정에서 두 방식의 장점을 모두 활용할 수 있는 옵션과 하이브리드 솔루션들이 많이 있습니다. 예산 또는 시간적 제약으로 인해 액체 냉각으로 바로 전환하는 것이 비현실적이라면 설계 개선을 통해 또는 2상 냉각이나 액체 냉각 구성요소의 도입을 통해 강제 대류 솔루션을 최적화하는 것이 실용적인 과도적 해법입니다.
엔지니어들은 냉각 시스템을 완전히 대체할 수 있는 기존 에어 냉각 솔루션에 무료로 제공되는 개발하고 있습니다. 이는 액체 냉각을 통해 즉각적인 이점을 얻을 수 있는 전자 장치에 집중하여 수행됩니다. 이 시스템은 유체 커플링, 신뢰할 수 있는 펌프 시스템 및 소형 열교환기를 활용하여 공기에서 액체로 유입되는 열을 제거하여 다른 곳에서 이송 및 관리합니다. 다른 경우, 엔지니어는 공기 냉각 시스템을 액체 냉각으로 완전히 교체하여 즉시 더 높은 전력 출력을 가능하게하고 열 성능을 최적화하기로 결정합니다.
전력 전자 장치 및 시설의 성능을 향상시키기 위해 액체 냉각으로 전환하는 것을 고려할 때 다음과 같은 몇 가지 주요 결정 요인이 있습니다.
• 필요한 크기와 무게, 열 성능은 어느 정도입니까?
• 공랭식 시스템을 더 최적화할 수 있습니까?
• 귀사의 용도에 공랭식 시스템이 실용적인 열 관리 솔루션으로 얼마나 더 오래 기능할 수 있을까요?
• 액체 또는 용적의 가용성에 제약 사항이 있습니까?
• 액체 냉각에 대한 투자가 성능과 효율성을 향상시키는 데에 얼마나 걸릴까요?
• 액체 냉각 방식을 귀사의 용도에 어떻게 구현 또는 설계해 넣을 수 있을까요? 용도/시설 가동 중단에는 어떤 영향을 미치게 될까요?
• 언제 어떻게 시작하시겠습니까?
공랭식의 장점
공기 냉각 시스템은 액체 시스템보다 훨씬 저렴합니다. 그들은 규제 또는 전문을 필요로하지 않으며유체는 액체 시스템의 구성 요소보다 경제적 인 적은 구성 요소로 구성되어 있습니다. 누출할 액체가 없고 파손할 부품이 적기 때문에 고장 모드도 적습니다. 높은 신뢰성과 낮은 비용 뿐만 아니라, 공기 냉각 시스템은 수정 하거나 업그레이드 하기 쉽게.
공랭식의 한계
일반적인 응용 분야에서 공기 냉각 시스템은 압출기 접합 핀 방열판과 종종 팬으로 구성됩니다. 신뢰성이 중요한 요소인 경우 엔지니어는 팬을 포기하고 대신 패시브 솔루션을 선택할 수 있습니다.
자연 대류와 강제 대류 모두에는 제한이 있습니다. 자연 대류는 열을 발산하는 데 필요한 전체 표면적에 의해 제한, 이것은 종종 비실용적 인 크고 무거운 용액을 필요로한다.
강제 대류 솔루션은 압력 강하로 제한됩니다. 열 싱크 와 가능한 볼륨의 큰 표면적은 흐름의 양을 방해하고 따라서 열 전달 팬생성 할 수있는 공기 저항의 높은 금액을 생성합니다. 더 큰 강제 대류 솔루션은 또한 더 큰 필요또는 더 많은 팬, 솔루션에 의해 생성 된 소음의 양을 증가.
그러나 공기 냉각 솔루션의 가장 큰 한계는 열 성능입니다. 공기와 같은 용량을 가지고 있지 않습니다액체흡수 및 열을 전달합니다. 특정 임계값에서 공기 냉각은 불충분한 솔루션이 되고 액체 냉각이 필요합니다.
공랭식의 수정과 하이브리드 솔루션
공기 냉각 시스템을 개선하는 세 가지 일반적인 방법이 있습니다. 첫 번째는 방열판 디자인을 최적화하고팬 선택을 하는 것입니다. 더 많은 공기 흐름을 생성하고, 핀 형상을 최적화하거나, 방열판 볼륨을 늘리는 것은 추가 기술을 도입하지 않고도 공기 냉각 솔루션을 개선하는 방법입니다. 두 번째는 설계에 두 단계 냉각을 도입하는 것입니다. 열 파이프 더 높은 전력 밀도를 확산하거나 더 쉽게 발산 될 수있는 anarea로 열을 이동하기 위해 통합 될 수있다. 공냉식 용액의 성능을 높이는 세 번째 가장 일반적인 방법은 수동 열병균 같은 액체 시스템의 요소를 도입하는 것입니다.
액냉식의 효능
액체는 동일한 질량의 공기 용량보다 최대 4배 높은 열을 전달할 수 있는 용량을 가합니다. 이를 통해 더 작은 솔루션에서 더 높은 열 성능을 구현할 수 있습니다. 액체 냉각 시스템은 일반적으로 열원 및 장치와 인터페이스하는 콜드 플레이트, 시스템을 통해 유체를 순환하는 펌프 및 장치에서 액체에 의해 흡수 된 열을 거부하는 열 교환기로 구성된 유압 회로입니다. 액체 냉판은 동일한 응용 프로그램에 대한 공기 냉각에 사용되는 방열판보다 훨씬 작은 작업 봉투를 가지고있다. 또한 성능에 미치는 영향을 최소화하면서 다중 콜드 플레이트를 동일한 교환기에 연결할 수 있습니다. 액체 냉각은 냉각 판에 대한 입구 온도와 유량을 제어하기 때문에 냉각 시스템에 대한 추가 제어 수준을 부여합니다.
액냉식의 잠재적 리스크와 장단점
일부는 추가적인 복잡성과 누출의 두려움 때문에 액체 냉각을 채택하는 데 신중했습니다.복잡성은 종종 솔루션 비용과 시스템 실행을 유지하는 데 필요한 유지 보수의 양을 증가시킵니다. 그러나 추가 비용은 향상된 냉각 성능이 장치의 수명과 신뢰성을 증가시킬 것이라는 점에서 완화됩니다.
그 복잡성 때문에, 액체 냉각은 전력 전자 장치에 통합하기 위해 더 나은 계획과 설계가 필요합니다. 냉판은 압출 또는 방열판보다 훨씬 작지만 열교환기, 튜브, 저장소 및 펌프가 모두 고려되면 전체 용액이 더 많은 양을 차지하는 경향이 있습니다. 엔지니어는 나중에 합병증을 피하기 위해 초기 설계 단계에서 이 모든 것을 고려해야합니다. 적절한 선견지명으로 시스템의 복잡성은 시스템 설계에 더 많은 유연성이 있기 때문에 도움이 될 수 있습니다.
