विद्युत उपकरणों के बढ़ते एकीकरण, जटिलता और बुद्धिमत्ता के साथ, घटकों की संख्या लगातार बढ़ रही है, और घटकों की शक्ति घनत्व में भी काफी सुधार हो रहा है।
जब रेडिएटर का ताप प्रवाह घनत्व 0.1W/㎡ से अधिक हो जाता है, तो साधारण वायु शीतलन अब गर्मी अपव्यय की आवश्यकता को पूरा नहीं कर सकता है, और अधिकांश समाधान गर्मी अपव्यय के लिए तरल शीतलन का उपयोग करते हैं। पारंपरिक स्व-शीतलन और वायु शीतलन की तुलना में, तरल शीतलन में मजबूत गर्मी वहन क्षमता, सीलिंग और धूल की रोकथाम और लचीले उपयोग के फायदे हैं, और इसका व्यापक रूप से बिजली उत्पादों के गर्मी अपव्यय में उपयोग किया जाता है।
लिक्विड कूलिंग का कार्य सिद्धांत लिक्विड कूल्ड प्लेट की सतह पर व्यवस्थित उच्च-शक्ति इलेक्ट्रॉनिक घटकों द्वारा उत्सर्जित गर्मी को प्लेट के अंदर संसाधित प्रवाह चैनलों के माध्यम से बहने वाले शीतलक द्वारा निकालना है, जिससे पूरे उपकरण का ताप अपव्यय प्राप्त होता है। लिक्विड कूलिंग सिस्टम के मुख्य घटक के रूप में, लिक्विड कूलिंग प्लेट का ताप अपव्यय प्रदर्शन सीधे कूलिंग सिस्टम के समग्र प्रदर्शन को निर्धारित करता है।
इस लेख में प्रयोगों के माध्यम से तीन सामान्य द्रव शीतलित प्लेट प्रवाह चैनलों का परीक्षण और विश्लेषण किया गया है, तथा पंखयुक्त द्रव शीतलित प्लेटों, बेलनाकार द्रव शीतलित प्लेटों और तांबे की ट्यूब में सन्निहित द्रव शीतलित प्लेटों की ऊष्मा अपव्यय क्षमताओं की तुलना की गई है।
1. लिक्विड कूलिंग प्लेट का डिज़ाइन मॉडल और संबंधित पैरामीटर
यह लेख तीन प्रकार की लिक्विड कूलिंग प्लेट्स को डिज़ाइन करता है, वे हैं फिनेड फिन लिक्विड कूलिंग प्लेट, बेलनाकार फिन लिक्विड कूलिंग प्लेट और एम्बेडेड कॉपर ट्यूब लिक्विड कूलिंग प्लेट। लिक्विड कूल्ड कोल्ड प्लेट के बाहरी आयाम 300 मिमी × 227 मिमी × 22 मिमी हैं, और सामग्री 6063 एल्यूमीनियम मिश्र धातु है।
इंजीनियरिंग अनुभव के अनुसार, फिनेड फिन की मोटाई आम तौर पर 1.5 ~ 3 मिमी होती है। यह देखते हुए कि मशीनिंग बहुत पतली है, मुश्किल है, और वैक्यूम ब्रेज़िंग के लिए रियर कवर प्लेट से जुड़ने के लिए एक निश्चित फिन मोटाई की आवश्यकता होती है, इसलिए 2 मिमी की फिन मोटाई चुनी जाती है। अत्यधिक प्रवाह प्रतिरोध से बचने के लिए, नेट फिन स्पेसिंग को 3 मिमी पर सेट किया जाता है (आम तौर पर, 1:1 की दांत मोटाई दांत स्पेसिंग को फिन घनत्व की सीमा माना जाता है)।
इंजीनियरिंग अनुभव के अनुसार, पंखों की ऊंचाई आम तौर पर 5 ~ 10 मिमी होती है। यह देखते हुए कि पंख जितना छोटा होगा, प्रवाह क्रॉस-सेक्शन उतना ही छोटा होगा, प्रवाह वेग उतना ही अधिक होगा, और प्रवाह प्रतिरोध जितना अधिक होगा, एक उचित डिजाइन सीमा के भीतर, पंखों की ऊंचाई 8 मिमी पर सेट की जाती है।
इंजीनियरिंग अनुभव के आधार पर सिलेंडर का व्यास आम तौर पर 3 ~ 5 मिमी होता है। यह देखते हुए कि चैनल की चौड़ाई का सबसे संकीर्ण हिस्सा केवल 20 मिमी है, यह सुनिश्चित करने के लिए कि संकीर्ण चैनल की चौड़ाई दिशा में दो सिलेंडर हैं, सिलेंडर का व्यास 3 मिमी होने के लिए डिज़ाइन किया गया है। सिलेंडर के बीच न्यूनतम स्पष्ट दूरी 3 मिमी पर सेट की गई है, और कॉलम की ऊंचाई भी 8 मिमी पर सेट की गई है।
एम्बेडेड कॉपर ट्यूब लिक्विड कूलिंग प्लेट 10 मिमी के बाहरी व्यास और 1 मिमी की दीवार मोटाई के साथ एक कॉपर ट्यूब को लिक्विड कूलिंग प्लेट में एम्बेड करती है और फिर उसे चपटा करके स्थिर कर देती है। संपर्क थर्मल प्रतिरोध को कम करने के लिए कॉपर ट्यूब और लिक्विड कूलिंग प्लेट के बीच एपॉक्सी रेजिन चिपकने वाला पदार्थ भरा जाता है।
पंखयुक्त और बेलनाकार तरल शीतलन प्लेट संरचनाओं के आयाम
एम्बेडेड कॉपर ट्यूब लिक्विड कूलिंग प्लेट संरचनाओं के आयाम
पंखयुक्त तरल शीतलन प्लेट का आंतरिक प्रवाह चैनल
बेलनाकार तरल शीतलन प्लेट का आंतरिक प्रवाह चैनल
तरल ठंडा ठंडा प्लेट सब्सट्रेट की मोटाई समान रूप से 10 मिमी होने के लिए डिज़ाइन की गई है, जो प्रसार थर्मल प्रतिरोध को पूरी तरह से कम कर सकती है और पानी के चैनल के माध्यम से शिकंजा को तोड़ने से बचा सकती है।
लिक्विड कूल्ड प्लेट का ताप स्रोत वितरण नीचे दिखाया गया है। लिक्विड कूल्ड कूलिंग प्लेट में 5 मॉड्यूल होते हैं जो गर्मी उत्पन्न करते हैं और प्रवाह चैनल पर समान रूप से व्यवस्थित होते हैं। लिक्विड कूल्ड प्लेट के ऊपर दो IGBT मॉड्यूल हैं, जिनमें से प्रत्येक की गर्मी खपत 600W है; नीचे तीन डायोड मॉड्यूल हैं, जिनमें से प्रत्येक की गर्मी खपत 200W है और कुल गर्मी खपत 1800W है। संपर्क थर्मल प्रतिरोध को बेहतर बनाने के लिए, हीटिंग मॉड्यूल और लिक्विड कोल्ड प्लेट के बीच थर्मल ग्रीस भरा जाता है।
माप प्रणाली
इस परीक्षण बेंच की मुख्य माप प्रणाली निम्नलिखित चित्र में दर्शाई गई है, जिसमें प्रवाह माप, दबाव माप और तापमान माप शामिल हैं।
तापमान माप बिंदुओं का लेआउट चित्र में दिखाया गया है। इस प्रयोग के लिए कुल 8 तापमान माप बिंदुओं की व्यवस्था की गई थी। उनमें से, T1 से T6 को तरल शीतलन प्लेट पर व्यवस्थित किया जाता है, और अन्य दो बिंदुओं का उपयोग इनलेट और आउटलेट द्रव तापमान को मापने के लिए किया जाता है, जो क्रमशः इनलेट और आउटलेट दबाव गेज के तीन-तरफ़ा वाल्वों पर व्यवस्थित होते हैं। पानी के प्रवाह और बहिर्वाह को मापने के लिए तापमान बिंदुओं को तरल शीतलन प्लेट से अलग करके यहाँ व्यवस्थित किया गया है, इसका कारण मुख्य रूप से तरल शीतलन प्लेट पर हीटिंग सिस्टम से प्रभावित होने से बचना है।
परीक्षण और डेटा विश्लेषण
इसमें तीन प्रकार की द्रव-शीतित प्लेटों का परीक्षण किया गया तथा परीक्षण आंकड़े प्राप्त किए गए, जैसा कि तालिका 1, 2 और 3 में दर्शाया गया है।
परीक्षण डेटा के विश्लेषण के माध्यम से, यह पाया गया कि समान प्रवाह दर और इनलेट तापमान की स्थिति में, पंखयुक्त तरल शीतलन प्लेट के प्रत्येक तापमान माप बिंदु पर तापमान सबसे कम होता है, उसके बाद बेलनाकार तरल शीतलन प्लेट, और एम्बेडेड तांबे ट्यूब तरल शीतलन प्लेट का तापमान सबसे अधिक होता है।
बेलनाकार तरल शीतलन प्लेट का औसत तापमान पंखयुक्त तरल शीतलन प्लेट की तुलना में 2.5 डिग्री अधिक है, तांबे की ट्यूब एम्बेडेड तरल शीतलन प्लेट का औसत तापमान पंखयुक्त तरल शीतलन प्लेट की तुलना में 8.5 डिग्री अधिक है, और तांबे की ट्यूब एम्बेडेड तरल शीतलन प्लेट का औसत तापमान बेलनाकार तरल शीतलन प्लेट की तुलना में 6 डिग्री अधिक है।
तालिका 1 पंखयुक्त तरल शीतलन प्लेट का परीक्षण डेटा
तालिका 2 बेलनाकार तरल शीतलन प्लेट का परीक्षण डेटा
तालिका 3 एम्बेडेड कॉपर ट्यूब लिक्विड कूलिंग प्लेट का परीक्षण डेटा
निष्कर्ष
इस लेख में प्रयोगों के माध्यम से तीन सामान्य द्रव शीतलित प्लेटों का परीक्षण किया गया है, जो कि पंखयुक्त द्रव शीतलित प्लेटें, बेलनाकार द्रव शीतलित प्लेटें, तथा अंतःस्थापित ताम्र ट्यूब द्रव शीतलित प्लेटें हैं।
परीक्षण डेटा का विश्लेषण करने के बाद, यह पाया गया कि समान परिचालन स्थितियों के तहत, पंखयुक्त तरल शीतलन प्लेट में सबसे कम परीक्षण तापमान और सबसे अच्छा गर्मी अपव्यय प्रभाव था; बेलनाकार तरल शीतलन प्लेट दूसरे स्थान पर है, जिसका औसत तापमान पंखयुक्त तरल शीतलन प्लेट की तुलना में 2.5 डिग्री अधिक है; तांबे की ट्यूब प्रकार की तरल शीतलन प्लेट में सबसे अधिक परीक्षण तापमान और सबसे खराब गर्मी अपव्यय प्रभाव होता है, जिसका औसत तापमान पंखयुक्त तरल शीतलन प्लेट की तुलना में 8.5 डिग्री अधिक है।
हालांकि एम्बेडेड ट्यूब लिक्विड कूलिंग प्लेट का गर्मी अपव्यय प्रभाव खराब है, लेकिन इसकी प्रसंस्करण लागत इन तीन प्रकार की लिक्विड कूलिंग प्लेटों में सबसे कम है। थर्मल डिज़ाइन भत्ते के आधार पर, कॉपर ट्यूब एम्बेडेड लिक्विड कूलिंग प्लेट का उपयोग करके लागत कम की जा सकती है।
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