Flüssigkeitskühllösungen für elektronische Geräte

Mit dem kontinuierlichen Anstieg des Stromverbrauchs von elektronischen Geräten ist die traditionelle Luftkühlung allmählich schwierig geworden, die Wärmeabfuhranforderungen von Anwendungsszenarien wie Hochleistungsrechnen, Rechenzentren, Elektrofahrzeugen und 5G-Basisstationen zu erfüllen. Die Flüssigkeitskühltechnologie ist aufgrund ihrer effizienten Wärmeleiteigenschaften zu einem wichtigen Mittel geworden, um das Problem der Wärmeabfuhr elektronischer Geräte zu lösen. In diesem Artikel werden die Grundprinzipien der Flüssigkeitskühltechnologie und ihre Anwendung in Bereichen wie Rechenzentren, Elektrofahrzeugen und 5G-Basisstationen untersucht.

Flüssigkeitskühltechnologie verwendet Kühlmittel (wie deionisiertes Wasser, Kühlöl oder fluorierte Flüssigkeit) als Wärmeübertragungsmedium, um die von der Ausrüstung durch die hohe Wärmekapazität und hohe Wärmeleitfähigkeit der Flüssigkeit erzeugte Wärme schnell zu entfernen. Das Flüssigkeitskühlsystem umfasst in der Regel eine Kühlmittelzirkulationspumpe, einen Wärmetauscher, eine Kühlmittelleitung und eine Wärmeabfuhrkomponente, die eine effiziente und stabile Temperaturregelung erreichen kann.

Im Vergleich zur Luftkühlung hat die Flüssigkeitskühlung folgende Vorteile:

Höhere Kühleffizienz: Die Wärmeleitfähigkeit von Flüssigkeit übersteigt die der Luft bei weitem, was die Betriebstemperatur von elektronischen Geräten effektiver reduzieren kann.

Reduzierter Energieverbrauch: Flüssigkeitskühlung kann den Bedarf an Lüftern reduzieren, den Stromverbrauch des Luftkühlsystems reduzieren und das Energieeffizienzverhältnis (PUE) verbessern.

Bessere Raumnutzung: Ohne die Notwendigkeit einer großen Luftkanalkonstruktion kann das Flüssigkeitskühlsystem die Ausrüstung kompakter anordnen und die Raumnutzung von Schränken oder Computerräumen verbessern.

Geräuschreduzierung: Verringern Sie den Bedarf an einem Ventilatorbetrieb, wodurch elektronische Geräte leiser laufen.

Anwendung der Flüssigkeitskühlung in Rechenzentren

1. Flüssigkeitskühlung auf Rack-Ebene

Die Wärme, die von Rechenzentrumsservern erzeugt wird, ist extrem hoch, und herkömmliche Luftkühlmethoden können die Wärme nicht effizient ableiten. Die Flüssigkeitskältetechnologie auf Rack-Ebene ermöglicht eine Wärmeabfuhr auf Serverchip-Ebene durch Flüssigkeitskälteplatten, Mikrokanalkühlung und direkte Eintauchkühlung. Der PUE von flüssigkeitsgekühlten Rechenzentren kann in der Regel auf unter 1,1 reduziert werden, was die Energieeffizienz erheblich verbessert.

2. Direkte Eintauchflüssigkeitskühlung

Die Immersion-Flüssigkeitskühltechnologie taucht Server oder Rechenmodule direkt in isolierende Kühlmittel ein und die Kühlmittel entfernt Wärme durch natürliche Konvektion oder Zwangszirkulation. Diese Methode kann den Raum des Luftkühlsystems reduzieren und die Lebensdauer der Ausrüstung verlängern. Es wird weit verbreitet in High Performance Computing (HPC) und Supercomputing-Zentren.

3. Energiesparende Vorteile von Rechenzentren

Die Flüssigkeitskühltechnologie reduziert nicht nur den Wärmeabfuhr-Energieverbrauch, sondern reduziert auch die Klimaanlagenlast, was die Kohlenstoffemissionen von Rechenzentren erheblich reduziert. Gleichzeitig kann das Abwärmerückgewinnungssystem Wärme in andere Verwendungszwecke wie Gebäudeheizung übertragen, um die Energiewiederverwendungseffizienz zu verbessern.

Anwendung der Flüssigkeitskühlung in Elektrofahrzeugen

1. Batterieflüssigkeitskühlsystem

Das Batteriepack ist der Kernkomponent von Elektrofahrzeugen und seine Temperaturregelung beeinflusst direkt die Haltbarkeit und die Lebensdauer. Das flüssigkeitsgekühlte Batteriesystem verwendet Kühlmittel, um zwischen den Batteriemodulen zu zirkulieren, um das Temperaturgleichgewicht der Batteriezellen zu gewährleisten und zu verhindern, dass eine Überhitzung zu einer Leistungsverlusterung führt.

2. Flüssigkeitskühlung von Motoren und Steuersystemen

Kernkomponenten wie Motoren und Wechselrichter von Elektrofahrzeugen erzeugen bei hohen Geschwindigkeiten viel Wärme. Das Flüssigkeitskühlsystem reduziert effektiv die Temperatur des Motors und verbessert die Stabilität und Effizienz des elektrischen Antriebssystems durch die Kombination von Kühlmittel und Heizkörper.

3. Sicherheitsvorteile der Flüssigkeitskühlung

Im Vergleich zur Luftkühlung kann die Flüssigkeitskühlung das Risiko von thermischem Ablauf durch Überhitzung der Batterie reduzieren und die allgemeine Sicherheit von Elektrofahrzeugen verbessern. Darüber hinaus kann sich die Flüssigkeitskühllösung an eine breitere Palette von Klimabedingungen anpassen, um sicherzustellen, dass die Batterie in extremen Umgebungen noch effizient funktionieren kann.

Anwendung der Flüssigkeitskühlung in 5G-Basisstationen

1. Herausforderung des Stromverbrauchs von 5G-Basisstationen

Aufgrund der Anwendung der Hochfrequenz- und Großskala-MIMO-Technologie ist der Stromverbrauch von 5G-Basisstationen viel höher als der von 4G-Basisstationen, was zu einem schnellen Anstieg der Innentemperatur der Basisstationsausrüstung führt. Traditionelle Luftkühlsysteme sind schwierig, den Bedürfnissen eines langfristig stabilen Betriebs von 5G-Geräten gerecht zu werden.

2. Flüssigkeitskühllösung auf Schrankebene

Flüssigkeitskühltechnik kann in Basisstationsschränken eingesetzt werden. Flüssigkeitskühlplatten oder Kühlrohre werden verwendet, um Kernchips und Leistungsverstärkerausrüstungen direkt in Kontakt zu setzen, um die Wärmeabfuhreffizienz effektiv zu verbessern, so dass Basisstationen in hohen Temperaturumgebungen weiterhin stabil arbeiten können.

3. Optimierung des Energieverbrauchs der Basisstation

Der Betriebsleistungsverbrauch von 5G-Basisstationen ist relativ hoch. Die Verwendung von Flüssigkeitskühltechnik kann die Nachfrage nach Klimaanlagen der Basisstation erheblich reduzieren, den Gesamtenergieverbrauch reduzieren und die Energieeffizienz der Basisstation verbessern.

Die Flüssigkeitskühltechnologie hat mit ihren ausgezeichneten Wärmeabfuhrfähigkeiten großes Entwicklungspotential in Hochleistungsanwendungsbereichen wie Rechenzentren, Elektrofahrzeugen und 5G-Basisstationen gezeigt. Mit dem kontinuierlichen Fortschritt der Wissenschaft und Technologie wird die Flüssigkeitskühltechnik in Zukunft eine wichtigere Rolle spielen und elektronische Geräte in einer effizienteren und umweltfreundlicheren Richtung entwickeln.