CERN har utviklet coldplates i karbonbaserte materialer for trange geometrier og høye varmeflukser. Nå ser industrien mot skalerbare varmeløsninger i alt fra HPC til romfart.
Hvorfor karbon-baserte coldplates?
I systemer der hver gram og hver kubikkcentimeter teller, gir karbonkompositt høy stivhet og lav masse – samtidig som varme ledes effektivt bort fra kilder som ASIC-er, kraftmoduler og sensorer.
Ved å integrere kjølekanaler tett på varmekilden reduseres termisk motstand og hotspot-risiko, med mer forutsigbar drift og lengre levetid.
- Lav masse og høy spesifikk stivhet
- Kan tilpasses trange geometrier og krumme flater
- Kompatibel med CO₂- og dielektriske kjølemedier (designavhengig)
Teknologi og termisk arkitektur
Coldplates bygges opp av karbonfibre og matriser som kan skreddersys for høy ledningsevne i plan. Lagoppbygning og fiberretning optimaliseres mot varmeveier fra kilden og ut til kjølekretsen.
Mikrokanaler og manifolder distribuerer kjølemediet jevnt og håndterer trykktap. Overflatebehandling og grensesnittmaterialer (TIM) sikrer lav kontaktmotstand mot komponentene.
Fremstilling på CERN
Metoder fra detektorutvikling gir høy presisjon i lagoppbygning, toleranser og lekkasjetester. Prototyper kvalifiseres med termiske sykluser, vibrasjon og trykkprøving før integrasjon i systemer.
Designfilosofien prioriterer servicevennlige koblinger og modulær utskiftbarhet for drift i krevende miljøer.
- Tett kobling mellom design, simulering og test
- Lekkasjetest og trykkprøving før idriftsettelse
- Modulære manifolder for enkel vedlikehold
Nøkkel-egenskaper
Karbon-baserte coldplates kombinerer høy spesifikk stivhet, korrosjonsmotstand og lav termisk masse. Sammenliknet med tradisjonelle metallplater kan de gi lavere vekt og mer frihet i geometri.
Bruksområder utenfor akseleratorer
Teknologien er overførbar til en rekke sektorer der varme må flyttes effektivt og pålitelig med lav masse.
- HPC og datasentre (direkte væskekjøling nær CPU/GPU)
- Kraftelektronikk og RF-forsterkere
- Batterimoduler og hurtiglading
- Romfart og UAV – vektkritiske nyttelaster
- Medisinsk bildebehandling med høy effekttetthet
Integrasjon i systemer
Systemeffekt oppnås når coldplate, pumper, varmevekslere og styring ses under ett. Overvåkning med trykk- og temperaturfølere muliggjør prediktivt vedlikehold og drift mot KPI-er som varmefluks, ΔT og PUE i datasenter.
- Grensesnitt: manifold, hurtigkoblinger, sensorer
- KPI-er: varmefluks, ΔT, lekkasjerate, mtbf
- Sikkerhet: fail-safe ventiler og overvåkning
Eksempler og potensial
Demonstratorer viser at karbon-coldplates kan gi høy ytelse i kompakte pakker. Videre arbeid fokuserer på industrialisering, kvalitet i volum og repeterbar ytelse.
- HPC-rack med blandet CPU/GPU-belastning
- RF-kjede i kompakt sender for telemetri
- Satellittnyttelast med strenge massekrav
Veien videre: standarder, skalerbarhet og LCA
For bred adopsjon trengs standardiserte grensesnitt, dokumentert pålitelighet og livsløpsanalyser (LCA). Materialvalg og resirkulerbarhet blir viktige kriterier i offentlige anskaffelser og datasenter-sertifiseringer.