Im Inneren einer Hochleistungs-Kupferkühlplatte: Warum das Design von Strömungswegen wichtig ist
Die Materialauswahl ist jedoch nur ein Teil der thermischen Lösung.
Auch bei hervorragender Wärmeleitfähigkeit hängt die Kühlleistung letztlich davon ab, wie effektiv das Kühlmittel die Wärme von der Kühlplatte abführt. Hier wird die Gestaltung des internen Strömungskanals von entscheidender Bedeutung.
UnserKupfer-Kühlplatteverwendet einen einzigen Einlass und einen einzigen Auslass, aber im Inneren folgt das Kühlmittel einem sorgfältig konzipierten drei{0}}Stufen-Strömungsweg, der kombiniertgefaltete Flossenund gestochenversetzte Flossenum die Wärmeübertragung zu maximieren und gleichzeitig eine gute Temperaturgleichmäßigkeit aufrechtzuerhalten.
Der Strömungsweg innerhalb der Kühlplatte
Das Kühlmittel durchläuft die folgende Reihenfolge:
Einlass → gefalteter Rippenabschnitt → versetzter Rippenabschnitt → zweiter gefalteter Rippenabschnitt → Auslass
Anstatt durch einen einfachen geraden Kanal zu strömen, erfährt das Kühlmittel in jedem Abschnitt unterschiedliche Strömungsbedingungen.
Der erste gefaltete -Rippenbereich bietet eine große Wärmeübertragungsfläche mit relativ geringem Strömungswiderstand.
Das Kühlmittel gelangt dann in den versetzten -Rippenbereich, wo die Turbulenz absichtlich erhöht wird, um die lokale Wärmeübertragung zu verbessern.
Schließlich durchläuft das Kühlmittel einen zweiten gefalteten -Rippenabschnitt, bevor es die Kühlplatte verlässt, sodass die verbleibende Kühlkapazität vollständig genutzt werden kann.
Dieser abgestufte Ansatz trägt dazu bei, sowohl einen niedrigen Wärmewiderstand als auch eine verbesserte Temperaturverteilung über die Kühloberfläche zu erreichen.
Warum wir ein Center-Inlet-Design verwenden
Viele herkömmliche Kühlplatten führen Kühlmittel an einem Ende ein und geben es am gegenüberliegenden Ende ab.
Obwohl diese Anordnung einfach ist, entstehen häufig Temperaturunterschiede über die Kühlfläche. Komponenten in der Nähe des Einlasses erhalten kälteres Kühlmittel, während stromabwärts gelegene Komponenten durch wärmeres Fluid gekühlt werden.
Bei Hochleistungs-Wechselrichteranwendungen kann dieser Temperaturunterschied erheblich werden.
Um dieses Problem zu lösen, ist der Einlass unserer Kühlplatte direkt über der Mitte positioniertgefaltete-flosseAbschnitt.
Wenn Kühlmittel in die Platte eintritt, teilt es sich auf natürliche Weise und strömt zu beiden Seiten.
Da sich Leistungshalbleiterbauelemente häufig in der Nähe der Mitte der Kühlplatte befinden, erreicht das kälteste Kühlmittel zuerst den Bereich mit dem höchsten Wärmefluss. Dies trägt zur Verbesserung der Temperaturgleichmäßigkeit bei und reduziert Wärmegradienten über die Kühloberfläche.
Bei Wechselrichtersystemen können geringere Temperaturunterschiede zu einem stabileren Gerätebetrieb und einer längeren Lebensdauer beitragen.
Versetzte Lamellen: Höherer Strömungswiderstand für stärkere Wärmeübertragung
Derlanzettförmiger Versatz-finDer Abschnitt befindet sich in dem Bereich, in dem die Wärmekonzentration am höchsten ist.
Im Vergleich zu gefalteten Flossen haben versetzte Flossen eine viel dichtere Struktur. Die Lamellen sind versetzt angeordnet, wodurch zahlreiche schmale Durchgänge entstehen, die den Kühlmittelfluss ständig stören.
Während sich das Kühlmittel durch diesen Bereich bewegt, muss es wiederholt seine Richtung ändern.
Dies erhöht die Turbulenzen und bricht kontinuierlich die thermische Grenzschicht auf, die sich natürlicherweise entlang fester Oberflächen bildet.
Das Ergebnis ist ein deutlich höherer konvektiver Wärmeübergangskoeffizient im Vergleich zu einem einfachen geraden Kanal.
Der Nachteil ist ein erhöhter Druckabfall.
Für Anwendungen, bei denen die Kühlleistung im Vordergrund steht, lohnt sich dieser zusätzliche Strömungswiderstand jedoch oft, da dadurch eine deutlich größere Wärmemenge aus dem heißesten Bereich der Kühlplatte abgeführt werden kann.
Warum einen zweiten gefalteten-Fin-Abschnitt hinzufügen?
In einigenKühlplattenausführungenDas Kühlmittel tritt unmittelbar nach dem Passieren des Hochleistungsrippenbereichs aus.
Wir haben einen anderen Ansatz gewählt.
Obwohl die Kühlmitteltemperatur nach dem Durchströmen des versetzten -Rippenabschnitts ansteigt, bleibt die zusätzliche Wärmeabsorptionskapazität erhalten.
Durch das Hinzufügen eines zweiten gefalteten -Lamellenabschnitts vor dem Auslass tauscht das Kühlmittel weiterhin Wärme mit der Kühlplatte aus, ohne dass ungenutztes Kühlpotenzial zurückbleibt.
Gefaltete Rippen bieten im Vergleich zu einer glatten Kanalwand eine große effektive Oberfläche und ermöglichen die Erfassung der Restwärme, bevor das Kühlmittel das System verlässt.
Dies trägt dazu bei, die Gesamtwärmeleistung der Kühlplatte zu maximieren.
Ein kleines Detail, das zählt: Flossenhaltefunktionen
Gefaltete Lamellen werden aus dünnem Kupfermaterial hergestellt.
Während des Langzeitbetriebs kann der Kühlmittelfluss zu Vibrationen oder Bewegungen führen, wenn die Lamellen nicht ausreichend befestigt sind.
Um die strukturelle Stabilität zu gewährleisten, sind auf beiden Seiten der gefalteten -Lamellenabschnitte Halteelemente integriert.
Diese Funktionen verriegeln die Lamellen in ihrer Position, ohne den primären Strömungsweg zu blockieren.
Obwohl dieses Detail von außen selten sichtbar ist, trägt es dazu bei, eine gleichbleibende thermische Leistung und Fertigungszuverlässigkeit über alle Produktionschargen hinweg sicherzustellen.
Abschluss
Die Leistung einesKühlplatte mit Flüssigkeitskühlungwird nicht nur durch die Materialauswahl bestimmt.
Durch die Kombination eines zentralen Einlassdesigns, gefalteter Rippen, versetzter Rippen und eines abgestuften Strömungswegs wird dies erreichtKupfer-Kühlplatteerreicht eine verbesserte Wärmeübertragung, eine bessere Temperaturgleichmäßigkeit und eine effiziente Nutzung der Kühlmittelkapazität.
Die interne Struktur ist jedoch nur ein Teil der Gesamtlösung.
Selbst das beste Strömungskanaldesign kann seine volle Leistung nicht erbringen, wenn die Kontaktfläche zwischen der Kühlplatte und der Wärmequelle nicht ordnungsgemäß bearbeitet ist.
Im nächsten Artikel befassen wir uns mit Prüfungen der Bearbeitungsgenauigkeit und -zuverlässigkeit, einschließlich Ebenheitskontrolle, Oberflächenveredelung und 6{1}bar-Druckprüfungen, die zur Überprüfung der langfristigen Dichtungsleistung in Wechselrichtern und neuen Energieanwendungen verwendet werden.
