튜브형 냉각판이란 무엇인가요?

튜브형 냉각판은 액체 냉각 부품. 이 장치는 홈이 파인 알루미늄 베이스 플레이트에 구리 또는 스테인리스 스틸 튜브를 압착 또는 접합하여 구성됩니다. 튜브는 뜨거운 장치와 냉각수 사이에 직접적인 열 전달 경로를 만듭니다. 튜브 재질, 부착 방식 및 유로 경로는 모두 장치의 성능에 영향을 미치며, 튜브 구조가 주어진 열 부하, 냉각수 종류 및 압력 범위에 적합한지 여부를 결정합니다.

튜브형 냉각판은 어떻게 열을 전달하는가?

튜브형 냉각판은 두 단계에 걸쳐 열을 제거합니다. 먼저, 전도에 의해 장착된 부품의 열이 냉각판을 통해 튜브 벽으로 전달됩니다. 그런 다음, 튜브 내부의 강제 대류를 통해 전달된 열이 흐르는 냉각수로 방출됩니다. 냉각수(일반적으로 물, 글리콜-물 혼합물 또는 절연 유체)는 원격 열교환기로 이동하여 열을 방출하고 펌프를 통해 다시 돌아옵니다.

부품과 냉각재 사이의 재료 접촉면 수는 열 전달 경로의 길이를 결정합니다. 노출형 튜브 및 프레스락 방식에서는 튜브가 플레이트 표면과 같은 높이에 있거나 바로 아래에 위치합니다. 따라서 접촉면 수가 적습니다. 반면, 에폭시 충진형 튜브 매립 방식에서는 에폭시가 접촉면을 하나 추가합니다. 열 저항이 증가하는지 감소하는지는 에폭시의 전도성과 충진 품질, 그리고 에폭시가 대체하는 공극의 상태에 따라 달라집니다.

튜브형 냉각판은 더 큰 유압 루프의 일부입니다. 전체 루프가 어떻게 작동하는지 이해하려면 관련 가이드를 참조하십시오.액체 냉각판의 작동 원리. 안정적인 작동 온도를 유지하려면 펌프 헤드, 열 방출량, 냉각수 특성, 저수조, 탈기 장치 및 제어 장치 등 시스템 전체가 제대로 작동해야 합니다. 당사는 모든 프로젝트 시작 시 이러한 사항들을 점검합니다. 아무리 잘 설계된 냉각판이라도 용량이 부족한 펌프나 열교환기의 문제를 해결할 수는 없습니다.

노출형, 매몰형, 압착형

튜브형 냉각판은 세 가지 유형으로 나뉩니다. 각 유형은 열 성능, 구조 복잡성 및 내구성에 서로 다른 영향을 미칩니다.

그리고 노출된 튜브 이 설계는 튜브를 가공된 채널에 배치합니다. 튜브는 플레이트 표면에 그대로 노출됩니다. 이것이 가장 간단한 옵션입니다. 튜브와 채널 사이의 접촉 품질은 최종 검사 시 전체 유로를 따라 점검해야 합니다.

그리고 매몰관 (에폭시 충진) 방식은 열전도성 에폭시로 압착 튜브를 덮는 방식입니다. 에폭시는 공극을 채워 접촉 균일성을 향상시킬 수 있지만, 충진 공정이 제대로 제어될 때만 가능합니다. 공극이 완전히 제거되는지는 채널 공차, 튜브 외경 편차, 에폭시 점도, 충진 완료도, 경화 수축률에 따라 달라집니다. 이러한 변수들을 명확히 지정하고 검증해야 하며, 당연하게 가정해서는 안 됩니다. 또한 에폭시는 튜브를 외부 환경으로부터 밀봉하는 역할도 합니다.

프레스핏 또는 프레스락 본 설계에서는 기계적 성형 방식을 사용합니다. 튜브는 플레이트 표면과 평평하거나 그보다 아래쪽에 고정됩니다. 에폭시는 사용하지 않습니다. 이 방법은 에폭시로 인한 열 손실을 최소화하는 것이 중요하고, 튜브 전체 길이에 걸쳐 일관된 기계적 접촉을 유지할 수 있을 때 사용합니다. 압입 품질은 열 접촉, 치수 안정성 및 견고성을 좌우합니다. 하지만 누출 방지 성능은 튜브의 연속성, 단부 연결부, 피팅 및 압력 사이클 내구성 등 다른 요소에도 달려 있습니다. 튜브와 플레이트의 접촉만으로는 누출을 제어할 수 없습니다. 도면 검토 시 이 두 가지 항목을 각각 별도로 확인합니다. 이들을 하나의 검사 항목으로 취급하는 것은 불완전한 합격 기준의 일반적인 원인입니다.

열가소성 에폭시가 항상 제한 요소가 아닌 이유는 무엇일까요?

많은 엔지니어들은 튜브와 플레이트 사이에 에폭시를 사용하면 열 성능이 저하된다고 생각합니다. 하지만 항상 그런 것은 아닙니다. 실제 성능 평가는 에폭시의 열전도율, 층 두께, 그리고 장착면에서의 열유속이라는 세 가지 요소에 따라 달라집니다.

매설형 튜브 설계를 사용하는 에너지 저장 및 전력 변환 프로젝트에서 에폭시 열전도율 등급이 열 저항 기준에 맞춰 검증되지 않은 경우가 종종 있습니다. 도면에 에폭시 사양이 명시되어 있지 않으면 생산팀에서 열 모델링에서 가정한 것과 다른 충진재를 사용할 수 있습니다. 이러한 차이는 조립 후 온도가 목표치를 초과할 때만 나타납니다. 이때 문제를 해결하려면 새로운 에폭시 사양을 설정하고, 충진 공정을 수정하고, 누출 및 열 검증을 다시 수행해야 합니다.

에폭시 충진 공법은 열유속이 낮거나 중간 정도일 때, 그리고 경화 및 충진 균일성이 생산 품질 기준에 부합할 때 효과적입니다. 열유속이 이 범위를 벗어나면 프레스락 또는 브레이징 공법으로 전환해야 합니다.

튜브 재질 및 냉각수 호환성

튜브 재질은 냉각수 호환성의 출발점이지만, 유일한 요소는 아닙니다. 접촉면 전체, 작동 조건, 유지 관리 방식 모두 냉각 루프의 수명에 영향을 미칩니다.

구리 튜브는 물과 대부분의 부식 억제제가 첨가된 글리콜-물 혼합물에서 사용 가능합니다. 탈이온수가 필요한 시스템에서도 구리 튜브는 사용 가능하지만, 루프 재질, 용존 가스 제어, 수질 화학, 유지 관리가 모두 검증된 경우에만 가능합니다. 혼합 금속 루프 또는 관리가 제대로 되지 않는 탈이온수 시스템에서는 구리 이온 용출, 침전물 생성 및 부식이 증가합니다. 이러한 위험은 설계 검토 단계에서 평가해야 합니다. 고장 모드 및 예방 전략에 대한 자세한 내용은 관련 기사를 참조하십시오. 액체 냉각 시스템의 부식 방지.

스테인리스강은 유체 순도 때문에 구리를 사용할 수 없는 용도에 적합합니다. 하지만 호환성은 합금 등급(304 대 316), 염화물 농도, 온도, 유속 및 접촉 재질 전체에 따라 달라집니다. 당사의 알루미늄 베이스 플레이트는 3000 및 6000 시리즈 합금을 사용합니다. 튜브 재질, 플레이트 합금, 피팅 및 냉각수 사양을 설계 단계에서 함께 고려합니다. 서로 다른 금속 간의 갈바닉 상호 작용은 설계 단계에서 고려해야 할 사항이며, 현장에서 발견해서는 안 됩니다.

튜브 직경과 통과 횟수는 모두 압력 강하 및 유량 분포에 영향을 미칩니다. 유로를 고정하기 전에 펌프 곡선 및 시스템 임피던스와 비교하여 두 요소를 모두 확인하십시오.

튜브 구조가 적합한 경우는 언제일까요?

튜브형 냉각판은 저온에서 중간 정도의 열 부하에 가장 적합합니다. 주요 선택 요인은 비용, 간단한 제조 공정, 그리고 제어된 조건에서의 안정적인 작동입니다.

원통형 셀 배터리 모듈 냉각에 효과적인 것으로 입증된 솔루션은 구불구불한 형태의 알루미늄 튜브 설계입니다. 이 설계는 팩 전체에 걸쳐 셀 단위의 열 제거를 효율적으로 관리합니다. 이 경우 튜브 배치 형상과 셀 간 접촉면적이 핵심 변수이며, 도면 검토 시 이를 확인합니다. 일반적인 구불구불한 패턴은 셀 배열 내 실제 열 집중 영역을 제대로 활용하지 못하는 경우가 많습니다.

튜브형 냉각판은 접합부 온도 제한으로 인해 전체 표면에 걸쳐 매우 낮은 열 저항이 요구되는 고열 유속 환경에는 적합하지 않습니다. IGBT 모듈, 인버터 및 고출력 변환 전자 장치와 같이 열 유속 요구 사항이 더욱 까다로운 프로젝트에서, 팀들이 비용 절감을 이유로 튜브형 구조를 선택하는 경우가 종종 있는데, 이때 사용 가능한 유량에서의 열 저항이 실제로 접합부 온도 제한을 충족하는지 확인하지 않는 경우가 많습니다. 이러한 부하에서 액체 냉각이 어떻게 작동하는지에 대한 자세한 내용은 다음을 참조하십시오. 액체 냉각 기술을 이용한 IGBT 냉각. 결과적으로 보통 브레이징 구조를 요구하는 두 번째 설계 주기가 발생합니다. 이 주기는 시간과 공구 비용을 증가시키는데, 이는 피할 수 있었던 일입니다. 내부 핀 필드가 있는 브레이징 플레이트는 일반적으로 이러한 경우 열 저항이 낮고 온도 균일성이 더 우수합니다. 하지만 이러한 이점은 여전히 형상, 유동 분포 및 설치 공간에 따라 달라집니다. 프로젝트 매개변수와 비교하여 반드시 확인해야 하며, 당연하게 가정해서는 안 됩니다.

설계를 확정하기 전에 확인해야 할 변수들

디자인을 제작 단계로 넘기기 전에 다음 사항들을 확인하십시오:

• 열 부하 및 표면 온도 제한: 최대 허용 부품 온도는 필요한 열 저항을 결정합니다. 당사의 제품을 사용하십시오. 열부하 계산 가이드 첨부 방법이나 패스 횟수를 확정하기 전에 이 단계를 완료해야 합니다.
• 냉각수 종류 및 전체 냉각 시스템 화학 성분: 튜브 재질, 베이스 플레이트 합금 및 부속품을 함께 평가하십시오. 억제제 패키지, pH 범위 및 용존 가스 제어도 포함하십시오.
• 작동 압력 및 최대 유량: 압력 등급은 튜브 벽 두께, 부착 방식 및 플레이트 재질에 따라 달라집니다. 이러한 사항들을 펌프 출력 및 압력 맥동 한계와 비교하여 확인하십시오.
• 튜브 통과 횟수 및 유로 경로 설정: 둘 다 압력 강하와 표면 온도 균일성에 영향을 미칩니다. 최종 결정을 내리기 전에 모델링하거나 측정하십시오.
• 장착 구성 및 구성 요소 열 지도: 튜브 측 장착과 비튜브 측 장착은 열 저항에 차이를 가져옵니다. 원통형 셀 어레이처럼 셀 간 간격 패턴이 있는 경우와 같이 열원이 고르지 않은 어셈블리에서는 튜브 경로를 실제 열 분포에 맞춰 조정해야 합니다. 표준적인 사행형 튜브를 기본적으로 사용하지 마십시오.
• 누출 테스트 합격 기준: 생산 시작 전에 압력 수준, 테스트 시간 및 합격/불합격 기준을 설정하십시오. 생산 시작 후에 이러한 사항을 정의하지 마십시오.

과열 지점은 튜브와 플레이트 사이의 틈새에서만 발생하는 것이 아닙니다. 열원에서의 유량 부족, 열전도성 소재의 불균일성, 베이스 플레이트 평탄도 오차, 병렬 회로의 유량 불균형 등도 흔히 발생하는 원인입니다. 이러한 모든 요인을 출시 전 검증에 포함시켜야 합니다.

결론

튜브형 냉각판 선택은 열유속, 냉각재의 화학적 성질, 그리고 접합부 온도 제한에 따른 열 저항이라는 세 가지 요소에 따라 결정됩니다. 이 세 가지 요소가 모두 프레스 또는 프레스락 구조의 범위 내에 있다면 튜브형 냉각판은 안정적이고 비용 효율적인 선택입니다. 하지만 열유속이나 온도 균일성 요구 사항이 이 범위를 벗어나는 경우에는 브레이징 또는 기계 가공 방식이 더 적합합니다. 따라서 제작 방식을 결정하기 전에 측정 또는 모델링 데이터를 통해 이러한 요구 조건의 한계를 설정해야 합니다.

에서 Trumonytechs, 저희는 소재에 대한 전문 지식과 제조 경험을 모두 활용하여 이 문제를 해결합니다. 배터리 모듈용 사문형 튜브 설계에서 튜브 경로는 표준 레이아웃에서 가져올 수 없습니다. 설계가 확정되기 전에 통과 위치는 실제 셀 간 열 부하에 맞춰야 합니다. 인버터, IGBT 어셈블리와 같은 고열 유속 작업에서 재설계 주기의 가장 흔한 원인은 열 저항 요구 사항이 확인되기 전에 시공 방법을 선택하는 것입니다. 저희는 튜브 재질, 부착 방법, 유로 경로, 에폭시 사양 및 누출 테스트 기준을 단일 승인 항목이 아닌 개별 검증 항목으로 처리합니다. 이러한 방식으로 문제가 발생하기 전에 예방합니다.

프로젝트를 진행하려면 범위 정의 초기 단계에서 부품의 열 부하, 최대 접합 온도, 사용 가능한 유량, 냉각수 사양 및 장착 형상을 보내주십시오. 이러한 정보를 바탕으로 고객의 용도에 맞는 냉각판 설계를 제공하거나, 다른 기술이 더 적합한 경우를 알려드리겠습니다.

자주 묻는 질문