Різниця між прямим рідинним охолодженням і непрямим рідинним охолодженням
Першим кроком у процесі теплового проектування та розробки є підтвердження того, який метод охолодження потрібно використовувати продукту, щоб зарезервувати відповідний простір для проектування на ранній стадії продукту. В даний час методи охолодження електронних виробів в основному поділяються на чотири категорії: природне розсіювання тепла, примусове повітряне охолодження та рідинне охолодження. Завдяки ефективній холодопродуктивності та нижчому коефіцієнту енергоспоживання схеми рідинного охолодження все частіше використовуються в тепловому проектуванні, які далі поділяються на пряме охолодження та непряме охолодження.
Пряме охолодження: компоненти безпосередньо занурюють у рідину для розсіювання тепла. Також відоме як занурювальне рідинне охолодження або занурювальне рідинне охолодження. В даний час ця технологія знаходиться на підйомі, і деякі центри обробки даних вже використовують цей метод охолодження. Пряме рідинне охолодження має надзвичайно високу ефективність теплопередачі, а споживання енергії для контролю температури значно зменшено порівняно з повітряним охолодженням. Таким чином, значення PUE (Power Usage Efficiency, PUE=Total Equipment Energy Consumption/IT Equipment Energy Consumption) центрів обробки даних із зануреним рідинним охолодженням може бути значно зменшено, і є повідомлення, що можуть бути навіть нижчі значення, ніж 1,05 досягнутий .
З огляду на форму контакту між рідкою робочою рідиною та компонентами, пряме рідинне охолодження можна розділити на два типи: 1) Занурення або рідинне охолодження занурення відноситься до занурення електронних виробів у рідку електроізоляційну, хімічно стабільну, нетоксичну та неагресивну охолоджуючу середу. ; 2) Рідинне охолодження розпилювачем означає охолодження, яке досягається розпиленням ізоляційної рідини на нагрівальні компоненти. Аналогія з реального життя полягає в тому, що рідинне охолодження зануренням схоже на ванну, тоді як рідинне охолодження спреєм схоже на душ.
При прямому рідинному охолодженні, коли температура кипіння використовуваного охолоджувача досить низька, рідка робоча рідина випаровуватиметься на поверхні нагрівального елемента або на поверхні розсіювання тепла над елементом, що призводить до надзвичайно високого коефіцієнта конвективної теплопередачі та здатність відводити велику кількість тепла при надзвичайно малому перепаді температур. Наразі це найбільш комерційно доступний метод теплопередачі з найвищою ефективністю теплопередачі. Бульбашки всередині дисплея із зануреним рідинним охолодженням на зображенні вище є випаровуваною охолоджувальною робочою рідиною. Щільність газоподібного охолоджувального середовища низька, і бульбашки збираються у верхній частині. Вони конденсуються назад у рідину через теплообмінник, а потім повертаються в порожнину для завершення циклу охолодження. Ключовою технологією прямого рідинного охолодження є герметизація охолоджувального простору та контроль витоку газ-рідина в системі. У системі прямого рідинного охолодження зі зміною фаз, якщо температура не контролюється належним чином, це може спричинити швидкі зміни тиску в камері обладнання та випаровування та витік охолоджуючої рідини. У крайніх випадках пристрій може навіть вибухнути.
Непряме рідинне охолодження: тепло від джерела тепла спочатку передається твердій холодній пластині, яка заповнена рідиною, що циркулює в ній. Рідке робоче тіло передає тепло, що виділяється електронними виробами, до теплообмінника, де тепло розсіюється в навколишнє середовище. При непрямому рідинному охолодженні електронні компоненти не контактують безпосередньо з рідким теплоносієм. Наразі електронні вироби з високою інтеграцією та високою щільністю потужності використовуватимуть непряме рідинне охолодження для розсіювання тепла. Коли питома потужність виробу далі зростає або вимоги до контролю температури стають суворішими, потрібні методи проектування більш високої ефективності теплопередачі та розсіювання тепла. Автомобільні двигуни були одними з перших продуктів, які використовували непряме рідинне охолодження. У галузі електронних продуктів непряме рідинне охолодження також широко використовується в серверах, блоках живлення, інверторах та іншому обладнанні.
При непрямому рідинному охолодженні електронні компоненти не контактують безпосередньо з рідким теплоносієм. Іншими словами, рідке охолоджуюче середовище тут є лише теплоносієм, функцією якого є передача тепла, що виділяється компонентами, у простір, зручний для теплообміну із зовнішнім світом. Відповідно до першого закону термодинаміки, тепло не збільшується і не зменшується. Після того, як рідина передає тепло до місця, яке знаходиться далеко від джерела тепла, їй все одно потрібно протікати через теплообмінник, щоб передати тепло зовнішньому світу. Це утворює замкнутий цикл: тепло від компонентів передається рідкому охолоджувальному середовищу, і температура рідкого охолоджувального середовища підвищується. Коли високотемпературне рідинне охолоджуюче середовище проходить через теплообмінник, воно обмінюється теплом із зовнішнім світом, і температура знижується, а потім повертається до компонента для поглинання тепла. Вся система непрямого рідинного охолодження включає не тільки теплообмінну частину, але й відповідну систему теплообміну.
Слід зазначити, що якщо розрахувати на основі загального простору, який займає весь набір компонентів теплової конструкції, різниця в потужності розсіювання тепла між непрямим рідинним охолодженням і примусовим повітряним охолодженням незначна. Це також одна з ключових причин, чому багато продуктів, які незручно використовувати периферійні пристрої або мають стандартизований простір, не використовують непряме рідинне охолодження.
