液冷コールドプレート、完全ガイド

導入

液体冷却のコールド プレートは、今日の高性能エレクトロニクスにおいて必須となっています。{0}{1}昔ながらの空冷のようにファンや空気の流れに頼るのではなく、-これらのプレートは、CPU、パワー エレクトロニクス、バッテリー、さらにはレーザーなどのホットスポットに冷却剤を流​​します。{4}}液体は空気よりも熱を吸収し、移動させることができるため、この方法では温度を迅速かつ一貫して下げます。

ほとんどのコールド プレートはアルミニウムまたは銅で作られており、内部にチャネルまたはチューブのネットワークがあり、最も高温になる部品の直下に冷却液を導きます。プレートをデバイスに取り付けると、プレートがブリッジのように機能し、熱を液体に送り込み、熱交換器またはラジエーターに向かいます。結果はそれ自体を物語っています。-高密度セットアップでは、液体冷却が水から空冷を吹き飛ばすことが多く、-場合によっては 10 倍以上のパフォーマンスが得られます。データセンターから電気自動車や再生可能エネルギー技術に至るまで、あらゆる場所でこれらのシステムが見られるのはそのためです。

また、電力需要が増加し続ける一方で電子機器は小型化し続けるため、液体コールド プレートは便利なものから、絶対に必要なものになりました。{0}{1}走行中の過熱を防ぎ、ギアの寿命を延ばし、空冷では対応できないコンパクトでハイパワーな設計への扉を開きます。-

液冷コールドプレートの種類とその設計構造

液冷コールドプレートには主にいくつかのタイプがあり、その違いは主に内部の構造に要約されます。各設計には、パフォーマンス、コスト、複雑さのバランスが異なります。

まず、チューブコールドプレートが埋め込まれています。これらは古典的で予算に優しい選択肢です。-アイデアは非常にシンプルです。銅またはステンレス鋼のチューブを金属ブロックに通し、そのチューブ内に冷却剤を流​​し込みます。-機能し、丈夫で、価格もそれほど高くありません。その代償として、冷却剤はプレート全体と直接接触するのではなく、チューブの内側のみに接触するため、熱伝達効率が少し失われます。{6}}

次に、機械加工されたチャネル コールド プレートがあります。ここでは、エンジニアが金属に直接、-ねじれ、曲がり、平行な溝などの特定のパターンの溝を彫ります-。これにより、冷却剤が熱源の近くに配置されるため、これらのプレートは埋め込みチューブ型よりも優れた冷却効果を発揮します。これらは、冷却の強化が必要な産業用機械や電子機器でよく見られます。

ハイエンドには、マイクロチャネル コールド プレートがあります。これらはすべて、プレートに多数の小さなチャネル（通常は幅 1 ミリメートル未満）を押し込むことに関するものです。膨大な表面積により熱伝達が促進され、GPU や強力なレーザーなどの非常に要求の厳しいセットアップでも動作温度が低く保たれます。{2}}最大のパフォーマンスと最小の熱抵抗が必要な場合は、これが最適な方法です。

さらに、一部のコールド プレートはピン フィンやスカイブド フィンの設計を使用しており、流路内に冷却剤をかき混ぜてより多くの表面積を露出させる小さな構造を追加しています。つまり、冷却効果がさらに向上します。そして現在、積層造形 (基本的には工業用 3D プリンティング) により、メーカーは、以前は不可能だった、さらにスマートな流体経路を実現するあらゆる種類のワイルドな内部形状を発明できるようになりました。-

したがって、冷却するものに応じて、目的に適したプレートが存在します。

液冷コールドプレート

パフォーマンス要因と設計上の考慮事項

実際に機能する液冷コールド プレートが必要な場合は、予想以上に多くの詳細を考慮する必要があります。-まずは冷却液。ほとんどの人は単に脱イオン水を使用します。値段も安いし、熱を逃がす働きも抜群です。しかし、パイプの凍結や電気の問題が心配な場合など、いくつかの注意が必要な状況では、グリコール混合物に頼るか、代わりに特殊な誘電性流体を使用することになります。

次に流量です。クーラントをより速く押し込みますか？確かに、より多くの熱を取り出すことになりますが、ポンプはより懸命に働かなければなりません。流量を上げすぎると圧力降下が大きくなり、ポンプが大きくなり、騒音が大きくなり、より高価になることになります。そのため、適切な冷却を実現することと、機器に過剰な負荷をかけないこととの間には、常にバランスをとる必要があります。通常は、設定に応じて 1 秒あたり 0.8 ～ 1.5 メートル程度を目標とします。

さて、チャンネル デザインです。-ここからが興味深いところです。非常に小さな溝であるマイクロチャネルは、大量の表面積を生み出し、流れを非常に乱流にするため、熱の移動に優れています。これはまさに冷却に必要なものです。より大きなチャンネルを使用すると、圧力降下はそれほど大きくなりませんが、冷却面で少し損失が生じます。最良の設計の中には、熱抵抗を 0.07 K/W まで下げることができるものもあります。これにより、古いコールドプレートが完全に水から吹き飛ばされます。

しかし、それだけではありません。選択する素材は非常に重要です。-アルミニウムは軽量で安価な選択肢ですが、銅の方が熱処理がはるかに優れています（ただし、銅の方がお金がかかりますし、重いです）。そして、シールが保持されていない場合、これはどれも機能しません。漏れを止め、すべての信頼性を保つために、ろう付け、溶接、または古き良き時代のガスケットが使用されています。-耐食性と適切な動作温度範囲も忘れないでください。そうしないと、将来的に問題が発生することになります。

業界を超えた液冷コールドプレートの応用

最近では液体冷却のコールド プレートがあらゆる場所で見かけるようになりました。-それには正当な理由があります。データセンターでは、これらは AI とクラウド コンピューティングの鍵となる高性能サーバーと GPU の冷却のバックボーンです。-これらの強打者がオーバーヒートするのを防ぎ、すべてがスムーズに進み、エネルギーが抑制されます。

電気自動車に乗ると、バッテリーを適切な温度に保つためにコールドプレートが一生懸命働いているのが見えます。つまり、安全性が向上し、パフォーマンスの信頼性が向上し、バッテリーの寿命が長くなります。熱を均一に分散させ、危険なホットスポットを防ぎ、全体の効率を高めます。

工場や再生可能エネルギーの設備では、-パワー エレクトロニクス、インバーター、風力タービン、ソーラー コンバーターにもこれらが必要であると考えられています。-これらの機器はすべて大量の熱を放出します。適切に冷却しないと、動作が遅くなったり、壊れたりします。コールドプレートを使用すると、毎日すべてが順調に進みます。

次に、医療機器、レーザー、航空宇宙技術という一か八かの世界があります。{0}ここでは、ほんのわずかな温度変化でも精度や結果に影響を与える可能性があります。液体冷却プレートが機能して安定した状態を保ちます-当然のことです。

テクノロジーは進歩を続けており、強力でコンパクトな冷却のニーズも高まっています。液体コールド プレートがその推進力となり、高速で効率的な次世代のエレクトロニクスおよびエネルギー システムの構築を可能にします。

概要表

液体冷却技術の将来の動向と利点

デバイスはますます強力になり、エネルギー効率の向上が求められるため、液体冷却コールドプレートはますます進化しています。マイクロチャネル設計と 3D 印刷方法は状況を大きく変え、特定のニーズに合ったプレートの作成を可能にします。これは、冷却の向上、コンポーネントの軽量化、および信頼性の向上を意味します。

また、データセンターでのチップ間直接冷却など、大規模な冷却装置にコールド プレートを組み込むことも始まって​​います。{0}{1}{1}これにより、熱抵抗が削減され、システム全体の効率が向上します。

現在、持続可能性にも大きな焦点が当てられています。従来の空冷と比較して、液体冷却は消費エネルギーが少ないため、環境に優しく、ビジネスの効率化にも役立ちます。テクノロジーが加速し続ける中、液冷コールド プレートが役に立たなくなるわけではありません。{2}これらはすべての動作を冷たくスムーズに保つために不可欠です。

パワーウィンクスは、液冷コールド プレート、スカイブド フィン ヒートシンク、ダイカスト コンポーネントなどの高度な熱ソリューションを専門とする専門メーカーです。-精密製造と熱設計における強力な専門知識を備えた PowerWinx は、世界中のエレクトロニクス、自動車、データセンターなどの業界に合わせた高性能、信頼性、コスト効率の高い冷却ソリューションを提供しています。{2}

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