Ученые ИЭ предложили способ управления температурным режимом силовой электроники
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого запатентовал технологию охлаждения силовой электроники, которая позволяет обойтись без насосов и вибраторов, уменьшить шум и сделать системы с погруженным в жидкость оборудованием более надежными.
Серверы, станции для искусственного интеллекта и силовые преобразователи в энергетике сегодня греются как мощный обогреватель: без эффективного охлаждения такая техника быстро теряет ресурс и может просто выйти из строя. Поэтому по всему миру набирает популярность иммерсионное охлаждение, когда электронику не обдувают воздухом, а погружают в специальную непроводящую жидкость, которая в разы лучше отводит тепло.
Новая технология, запатентованная СПбПУ, относится к двухфазному, «кипящему» варианту такого охлаждения: при нагреве жидкость вокруг компонентов закипает, пар поднимается вверх, унося тепло, а затем снова превращается в жидкость. До сих пор для управления потоками использовали активные устройства — насосы, вибрационные элементы, миниатюрные вентиляторы. Они создают шум, усложняют конструкцию и со временем изнашиваются.
Исследователи предложили иной подход: вместо набора движущихся деталей задействовать пассивный элемент — неподвижную «стенку» рядом с ребристым радиатором, на который передается тепло от силового модуля. Простая на вид вставка задает нужное направление движению жидкости и пара: пузырьки пара отводятся вверх, а холодная жидкость сама «подтягивается» к наиболее горячим зонам.
За счет особой геометрии и расположения этой стенки удается разрушать паровую «шубу» на поверхности радиатора и ускорять теплообмен, не добавляя в систему ни одного лишнего моторчика. В экспериментах на модельной иммерсионной системе разработчикам удалось снизить температуру силового модуля примерно на 6 процентов — с 140 до 132 градусов, а также немного «играть» температурой без изменения нагрузки, просто меняя положение пассивного элемента.
Изобретение позволит создавать более тихие и надежные системы охлаждения для высоконагруженной электроники — дата-центров, силового оборудования в энергетике и на транспорте. Меньше шума и вибраций, меньше подвижных деталей, меньше рисков внезапного отказа — все это упрощает обслуживание и снижает стоимость владения такими установками в течение всего срока службы.
Новая технология, запатентованная СПбПУ, основана на иммерсионном охлаждении с кипением жидкости: при нагреве жидкость вокруг компонентов закипает, образующийся пар поднимается вверх, унося тепло, а затем конденсируется и снова превращается в жидкость.
Подробнее — в опубликованном патенте № 2 864 505 и на сайте ЦИСиТТ СПбПУ.
