Directrices de diseño térmico de placa fría para almacenamiento de energía industrial
En un sistema de batería, un radiador metálico adecuado para llenarse en contacto indirecto con un fluido de trabajo enfriado por líquido se denomina refrigeración líquida. Las placas enfriadas por líquido suelen ser placas o tubos de metal extruidos o estampados a partir de herramientas abrasivas de aleación de aluminio, que se sueldan y moldean. Hay tres tipos de soldadura para placas enfriadas por líquido: soldadura fuerte, soldadura por fricción y agitación y soldadura fuerte sin soldadura.
El proceso de soldadura fuerte se utiliza ampliamente en la soldadura tradicional de radiadores de automóviles. Utiliza material de soldadura fuerte líquido para humedecer el material base, llenar el espacio de la interfaz y difundir con el material base para conectar las piezas soldadas. La ventaja de la soldadura es que puede soldar estructuras complejas y el espesor de las piezas soldadas puede ser muy fino. La soldadura por fricción y agitación es un proceso de soldadura que utiliza el calor generado por el movimiento mutuo y la fricción entre el cabezal de soldadura y la cara del extremo de la pieza de trabajo para lograr un estado termoplástico al final. Este tipo de soldadura requiere que la pieza tenga suficiente resistencia. La soldadura fuerte sin material se desarrolla sobre la base de la soldadura fuerte y se puede minimizar el grosor y el peso de las piezas soldadas.
La tecnología de refrigeración líquida incluye principalmente tres tipos: refrigeración líquida de placa fría, refrigeración líquida por inmersión y refrigeración líquida por pulverización. La refrigeración líquida con placa fría es un método en el que el calor de los componentes de alto calentamiento, como los chips de servidor, se transfiere indirectamente al líquido a través de la placa fría para la disipación del calor, mientras que los componentes de bajo calentamiento aún se enfrían mediante refrigeración por aire. La refrigeración líquida por inmersión se produce cuando el servidor está completamente sumergido en el refrigerante.
El calor generado por el elemento calefactor se transfiere directamente al refrigerante, que se disipa a través del flujo de circulación o del cambio de fase de condensación por evaporación del refrigerante. Entre ellos, el flujo de circulación del refrigerante es enfriamiento líquido por inmersión monofásico, y el cambio de fase de condensación por evaporación del refrigerante es enfriamiento líquido por inmersión con cambio de fase. El control de la refrigeración líquida por inmersión con cambio de fase es más complejo y requiere mayores requisitos. La refrigeración líquida por pulverización es un método de refrigeración que consiste en rociar directamente líquido refrigerante sobre unidades de calefacción, como por ejemplo chips, y disipar el calor mediante transferencia de calor por convección. Actualmente, la refrigeración líquida por placa fría y la refrigeración líquida por inmersión monofásica son las formas principales.
En la tendencia de evolución de los chips, el consumo de energía del diseño TDP del chip continúa aumentando, con un consumo de energía único que alcanza los 350 W y uno que llega incluso a los 500 W, que seguirá creciendo en el futuro. Actualmente, varias tecnologías de refrigeración líquida pueden satisfacer las necesidades de disipación de calor de los chips a largo plazo en el futuro, y aún hay margen de mejora. Por ejemplo, la refrigeración líquida de placa fría puede reducir la resistencia térmica de contacto, el diseño de microcanales puede fortalecer la transferencia de calor y la refrigeración líquida por inmersión y pulverización puede mejorar los campos de flujo.
En cuanto a la selección del refrigerante, existen opciones en la industria como solución de etilenglicol al 25%, solución de propilenglicol, agua desionizada, etc. La concentración del 25% no es un valor constante, pudiendo estar entre el 20% y el 30%. La concentración no debe ser demasiado alta, lo que afecta el flujo y el rendimiento de disipación de calor del fluido de trabajo. Tampoco debe ser demasiado bajo y no puede desempeñar un papel en la inhibición microbiana y anticongelante. Cuando la concentración es superior al 20%, la solución de etilenglicol y la solución de propilenglicol pueden tener un cierto efecto inhibidor sobre los microorganismos. El agua desionizada tiene un buen rendimiento de transferencia de calor, una conductividad ultrabaja, un proceso de preparación maduro y no es tóxica y es segura. Es uno de los líquidos refrigerantes alternativos, pero se debe prestar atención al mantenimiento del líquido refrigerante.
En el futuro, los ingenieros de diseño térmico deberán captar con precisión la dirección de la evolución tecnológica y llevar a cabo activamente debates y análisis sobre aplicaciones de refrigeración líquida. Destacar el desarrollo innovador y con bajas emisiones de carbono, llevar a cabo activamente investigaciones y pruebas piloto de tecnología de refrigeración líquida y proporcionar soluciones térmicas eficientes y estables para la gestión térmica del almacenamiento de energía.
