Komplexe Systeme, die Flüssigkeitsfluss nutzen, basieren auf leckagefreien Systemen, zuverlässigen Flüssigkeitsrückhalte-, Transport- und Dichtungslösungen. Diese aktiven Systeme verwenden Pumpen, um Flüssigkeit durch Schläuche und Schläuche zwischen Komponenten wie Behältern und Tanks, Wärmetauschern und flüssigen Kühlplatten zu schieben.
Berechnung des Wärmewiderstands einer Flüssigkeitskühlplatte
Sie müssen die Durchflussmenge der Kühlflüssigkeit, die Eintrittstemperatur der Flüssigkeit, die Wärmebelastung der an der Kühlplatte befestigten Geräte und die maximal zulässige Temperatur der Kühlplattenoberfläche (Tmax) genau kennen, um die für Ihre Anwendung am besten geeignete Kühlplatte auswählen zu können. Durch diese Parameter können Sie den maximal zulässigen Wärmewiderstand der Kühlplatte bestimmen…
Berechnen Sie zunächst die Höchsttemperatur der Flüssigkeit beim Verlassen der Kühlplatte (Tout). Dies ist ein sehr wichtiger Wert, da es keine Lösung für das Problem gibt, falls Tout> höher als Tmax ist.
Alternativ können Sie die Diagramme der Wärmekapazität nutzen, die Sie in unserem Wärme-Nachschlagewerk in der technischen Bibliothek finden. Diese Diagramme zeigen die Änderungen der Temperatur (ΔT) entlang des Flüssigkeitspfads. Um Tout zu errechnen, müssen Sie ΔT mit der Eintrittstemperatur (Tin) addieren.
Unter der Annahme, dass Tout unter Tmax liegt, müssen Sie mithilfe folgender Gleichung den für die Kühlplatte erforderlichen normierten Wärmewiderstand (θ) berechnen:
Jede Kühlplatte, deren normierter Wärmewiderstand gleich dem errechneten Wert ist oder unter diesem liegt, ist eine geeignete Lösung.
Beispiel: Auswahl einer Flüssigkeitskühlplatte
Es wird eine Kühlplatte genutzt, um einen 2˝ x 4˝ IGBT zu kühlen, der 500 W Wärme erzeugt. Dieser wird mithilfe von Wasser bei einer Temperatur von 20 °C und einem Durchfluss von 0,5 gpm gekühlt. Die Temperatur der Kühlplattenoberfläche darf 55 °C nicht überschreiten.
Wir wissen: Tin: 20 °C, Tmax: 55 °C, Q: 500 Watt, Fläche: 8 Quadratzoll
Wir müssen Tout und θ berechnen.
Berechnen wir zuerst Tout. Wir können vom Diagramm der Wärmekapazität in unserem Wärme-Nachschlagewerk ablesen, dass die Temperaturänderung bei 500 W und einem Durchfluss von 0,5 gpm 4 °C beträgt. Daher ergibt sich für Tout = 20 °C + 4 °C = 24 °C.
Da Tout unter Tmax liegt, können wir uns dem zweiten Bereich des Problems zuwenden. Mithilfe folgender Gleichung lässt sich der erforderliche Wärmewiderstand errechnen:
Nun zeichnen wir diesen Punkt in das Diagramm des normierten Wärmewiderstands. Technologien, deren Wert unter diesem Punkt liegt, erfüllen die thermischen Anforderungen. CP15, CP20 und CP30 bieten den erforderlichen Wärmewiderstand. Da es sich bei dem Kühlmittel um Wasser handelt, sollten Sie allerdings ausschließlich die CP15-Kühlplatte in Erwägung ziehen.
Vergleich der Leistung von Kühlplatten
Wir präsentieren Ihnen die Leistungsdaten von Kühlplatten unter Verwendung des lokalem Wärmewiderstands – die Oberflächentemperatur gegenüber der lokalen Flüssigkeitstemperatur. Diese Methodik ermöglicht eine präzisere Wärmeanalyse hoher Wärmebelastungen. Erfahren Sie alle Einzelheiten zur Berechnung des Wärmewiderstands und darüber, wie Sie eine geeignete Kühlplattentechnologie auswählen.
Normierte Leistungskurven
Der Wärmewiderstand wird üblicherweise in °C pro Watt angegeben. Der Wärmewiderstand beschreibt, um wie viel wärmer die Oberfläche einer Kühlplatte im Vergleich zur durch die Kühlplatte fließenden Flüssigkeit bei einer gegebenen Wärmebelastung ist. Diese Leistungskurven zeigen den normierten Wärmewiderstand unserer Standard-Kühlplatten (d. h. Wärmewiderstand pro Quadratzoll). Diese Kurven ermöglichen einen sehr guten Vergleich der Kühlplattentechnologien, da sie unabhängig von der Geometrie der einzelnen Bestandteile sind. Je geringer der Wärmewiderstand, desto höher die Leistung der Kühlplatte.
Hinweise
Wärmewiderstand ist umgekehrt proportional zur Fläche. Um den Wärmewiderstand einer 25-Quadratzoll-Kühlplatte zu errechnen, muss die normierte Leistung durch 25 geteilt werden.
Unsere Standard-Kühlplatte CP30 wurde zum Zweck der Prototypenerstellung entwickelt. Sie verfügt über eine dicke Oberflächenplatte für die maschinelle Bearbeitung. Es sind zwei Kurven dargestellt: vor der maschinellen Bearbeitung (0,5"/13 mm) und nach der maschinellen Bearbeitung (0,05"/1,3 mm). Die Leistung einer maßgefertigten, vakuumgelöteten Kühlplatte ist üblicherweise wesentlich höher als die dieser Standard-Kühlplatte.
Zu Vergleichszwecken wurde bei der Leistungsmessung aller Kühlplatten Wasser als Kühlmittel genutzt. Bei Kühlplatten aus Aluminium (CP20 und CP30) wird aufbereitetes Wasser empfohlen.
