Soluções de refrigeração líquida para dispositivos eletrônicos

Com o contínuo aumento do consumo de energia dos dispositivos eletrônicos, o resfriamento a ar tradicional tornou-se gradualmente difícil de atender aos requisitos de dissipação de calor de cenários de aplicação, como computação de alto desempenho, centros de dados, veículos elétricos e estações base 5G. A tecnologia de refrigeração líquida tornou-se um meio importante para resolver o problema de dissipação de calor dos dispositivos eletrônicos devido às suas características eficientes de condução de calor. Este artigo explorará os princípios básicos da tecnologia de resfriamento líquido e sua aplicação em campos como centros de dados, veículos elétricos e estações base 5G.

A tecnologia de refrigeração líquida usa refrigerante (como água desionizada, óleo de refrigeração ou líquido fluorado) como meio de transferência de calor para remover rapidamente o calor gerado pelo equipamento através da alta capacidade térmica e alta condutividade térmica do líquido. O sistema de refrigeração líquida geralmente inclui uma bomba de circulação de refrigerante, um trocador de calor, um tubo de refrigerante e um componente de dissipação de calor, que pode alcançar um controle de temperatura eficiente e estável.

Em comparação com o resfriamento a ar, o resfriamento líquido tem as seguintes vantagens:

Maior eficiência de resfriamento: a condutividade térmica do líquido supera muito a do ar, o que pode reduzir mais eficazmente a temperatura de funcionamento dos equipamentos eletrônicos.

Redução do consumo de energia: o resfriamento líquido pode reduzir a demanda por ventiladores, reduzir o consumo de energia do sistema de resfriamento a ar e melhorar a relação de eficiência energética (PUE).

Melhor utilização do espaço: sem a necessidade de projeto de ducto de ar em grande escala, o sistema de refrigeração líquida pode organizar equipamentos de forma mais compacta e melhorar a utilização do espaço de armários ou salas de computadores.

Reduzir o ruído: Reduzir a necessidade de operação do ventilador, tornando o equipamento eletrônico mais silencioso.

Aplicação de refrigeração líquida em centros de dados

1. Refrigeração líquida de nível rack

O calor gerado pelos servidores do data center é extremamente alto e os métodos tradicionais de resfriamento a ar não podem dissipar o calor de forma eficiente. A tecnologia de resfriamento líquido a nível de rack alcança a dissipação de calor a nível de chip do servidor através de placas de resfriamento líquido, resfriamento de microcanal e resfriamento por imersão direta. O PUE dos centros de dados refrigerados por líquido geralmente pode ser reduzido para abaixo de 1,1, melhorando significativamente a eficiência energética.

2. Resfriamento líquido de imersão direta

A tecnologia de refrigeração líquida por imersão imerge diretamente servidores ou módulos de computação em refrigerante isolante, e o refrigerante elimina o calor através de convecção natural ou circulação forçada. Este método pode reduzir o espaço ocupado pelo sistema de refrigeração a ar e prolongar a vida útil do equipamento. É amplamente utilizado em computação de alto desempenho (HPC) e centros de supercomputação.

3. Benefícios de poupança de energia dos centros de dados

A tecnologia de refrigeração líquida não só reduz o consumo de energia de dissipação de calor, mas também reduz a carga de ar condicionado, o que reduz significativamente as emissões de carbono dos centros de dados. Ao mesmo tempo, o sistema de recuperação de calor residual pode transferir calor para outros usos, como aquecimento de edifícios, para melhorar a eficiência da reutilização de energia.

Aplicação de refrigeração líquida em veículos elétricos

1. Sistema de refrigeração líquida da bateria

O pacote de bateria é o componente principal dos veículos elétricos, e seu controle de temperatura afeta diretamente a duração e a vida útil. O sistema de bateria refrigerado por líquido usa refrigerante para circular entre os módulos da bateria para garantir o equilíbrio de temperatura das células da bateria e evitar que o sobreaquecimento cause degradação do desempenho.

2. Refrigeração líquida de motores e sistemas de controle

Componentes essenciais como motores e inversores de veículos elétricos geram muito calor quando funcionam a altas velocidades. O sistema de refrigeração líquida reduz efetivamente a temperatura do motor e melhora a estabilidade e eficiência do sistema de acionamento elétrico através da combinação de refrigerante e radiador.

3. Vantagens de segurança do resfriamento líquido

Em comparação com o resfriamento a ar, o resfriamento líquido pode reduzir o risco de fuga térmica causada pelo sobreaquecimento da bateria e melhorar a segurança geral dos veículos elétricos. Além disso, a solução de resfriamento líquido pode se adaptar a uma gama mais ampla de condições climáticas para garantir que a bateria ainda possa manter um funcionamento eficiente em ambientes extremos.

Aplicação de resfriamento líquido em estações base 5G

1. Desafio do consumo de energia das estações base 5G

Devido à aplicação da tecnologia MIMO de alta frequência e grande escala, o consumo de energia das estações base 5G é muito maior do que o das estações base 4G, o que leva a um rápido aumento da temperatura interna do equipamento da estação base. Os sistemas de arrefecimento a ar tradicionais são difíceis de atender às necessidades de operação estável a longo prazo dos equipamentos 5G.

2. Solução de refrigeração líquida de nível de gabinete

A tecnologia de refrigeração líquida pode ser usada em armários de estação base. Placas de resfriamento líquido ou tubos de resfriamento são usados para entrar em contato direto com chips de núcleo e equipamentos de amplificador de potência para melhorar efetivamente a eficiência de dissipação de calor, de modo que as estações base possam continuar a operar de forma estável em ambientes de alta temperatura.

3. Otimização do consumo de energia da estação base

O consumo de energia operacional das estações base 5G é relativamente alto. O uso da tecnologia de resfriamento líquido pode reduzir significativamente a demanda pelo uso de ar condicionado da estação base, reduzir o consumo global de energia e melhorar a eficiência energética da estação base.

A tecnologia de resfriamento líquido, com suas excelentes capacidades de dissipação de calor, mostrou grande potencial de desenvolvimento em campos de aplicações de alta potência, como centros de dados, veículos elétricos e estações base 5G. Com o contínuo avanço da ciência e da tecnologia, a tecnologia de refrigeração líquida desempenhará um papel mais importante no futuro, ajudando os equipamentos eletrônicos a se desenvolver em uma direção mais eficiente e ambientalmente amigável.