Разница между прямым жидкостным охлаждением и непрямым жидкостным охлаждением

Первым шагом в процессе теплового проектирования и разработки является подтверждение того, какой метод охлаждения необходимо использовать в продукте, чтобы зарезервировать соответствующее пространство для проектирования на ранней стадии разработки продукта. В настоящее время методы охлаждения электронных изделий в основном делятся на четыре категории: естественное рассеивание тепла, принудительное воздушное охлаждение и жидкостное охлаждение. Благодаря эффективной охлаждающей способности и более низкому коэффициенту энергопотребления схемы жидкостного охлаждения все чаще используются в тепловом проектировании, которые далее делятся на прямое охлаждение и непрямое охлаждение.

Прямое охлаждение: компоненты непосредственно погружаются в жидкость для отвода тепла. Также известно как иммерсионное жидкостное охлаждение или иммерсионное жидкостное охлаждение. В настоящее время эта технология находится на подъеме, и некоторые центры обработки данных уже используют этот метод охлаждения. Прямое жидкостное охлаждение имеет чрезвычайно высокую эффективность теплопередачи, а потребление энергии на регулирование температуры значительно снижается по сравнению с воздушным охлаждением. Таким образом, значение PUE (эффективность использования энергии, PUE=Общее энергопотребление оборудования/Энергопотребление ИТ-оборудования) центров обработки данных, использующих погружное жидкостное охлаждение, может быть значительно снижено, и есть сообщения, что могут быть даже более низкие значения, чем 1,05. достигнуто.

По форме контакта между жидкой рабочей жидкостью и компонентами прямое жидкостное охлаждение можно разделить на два типа: 1) Иммерсионное или иммерсионное жидкостное охлаждение подразумевает погружение электронных изделий в жидкую электроизоляционную, химически стабильную, нетоксичную и неагрессивную охлаждающую среду. ; 2) Жидкостное охлаждение распылительного типа означает охлаждение, достигаемое путем распыления изоляционной жидкости на нагревательные компоненты. Реальная аналогия заключается в том, что погружное жидкостное охлаждение похоже на ванну, а распылительное жидкостное охлаждение похоже на душ.

При прямом жидкостном охлаждении, когда температура кипения используемого хладагента достаточно низкая, жидкая рабочая жидкость испаряется на поверхности нагревательного элемента или на поверхности расширения рассеивания тепла над элементом, что приводит к чрезвычайно высокому коэффициенту конвективной теплопередачи и способность уносить большое количество тепла при чрезвычайно малой разнице температур. В настоящее время это наиболее коммерчески доступный метод теплопередачи с самой высокой эффективностью теплопередачи. Пузырьки внутри дисплея с погружным жидкостным охлаждением на рисунке выше представляют собой испаренную охлаждающую рабочую жидкость. Плотность газообразной охлаждающей среды мала, и пузырьки собираются вверху. Они конденсируются обратно в жидкость через теплообменник, а затем возвращаются в полость для завершения цикла охлаждения. Ключевой технологией прямого жидкостного охлаждения является герметизация охлаждающего пространства и контроль газожидкостных утечек в системе. В системе прямого жидкостного охлаждения с фазовым переходом, если температура не контролируется должным образом, это может привести к быстрым изменениям давления в камере оборудования и испарению и утечке охлаждающей жидкости. В крайнем случае устройство может даже взорваться.

Косвенное жидкостное охлаждение: тепло от источника тепла сначала передается твердой холодной пластине, которая заполнена циркулирующей жидкой рабочей жидкостью. Жидкое рабочее тело передает тепло, выделяемое электронными изделиями, в теплообменник, где тепло рассеивается в окружающую среду. При непрямом жидкостном охлаждении электронные компоненты не контактируют напрямую с жидким теплоносителем. В настоящее время электронные продукты с высокой степенью интеграции и высокой удельной мощностью будут использовать непрямое жидкостное охлаждение для отвода тепла. Когда плотность мощности продукта еще больше увеличивается или требования к контролю температуры становятся более строгими, необходимы методы проектирования рассеивания тепла с более высокой эффективностью теплопередачи. Автомобильные двигатели были одними из первых продуктов, в которых использовалось непрямое жидкостное охлаждение. В области электронной продукции непрямое жидкостное охлаждение также широко используется в серверах, аккумуляторных блоках, инверторах и другом оборудовании.

При непрямом жидкостном охлаждении электронные компоненты не контактируют напрямую с жидким теплоносителем. Другими словами, жидкая охлаждающая среда здесь является всего лишь теплоносителем, функция которого заключается в передаче тепла, излучаемого компонентами, в пространство, удобное для теплообмена с внешним миром. Согласно первому закону термодинамики, тепло не увеличивается и не уменьшается. После того, как тепло передается жидкостью в место, удаленное от источника тепла, ему все равно необходимо пройти через теплообменник, чтобы передать тепло внешнему миру. При этом образуется замкнутый контур: тепло от компонентов передается жидкой охлаждающей среде, и температура жидкой охлаждающей среды увеличивается. Когда высокотемпературная жидкая охлаждающая среда протекает через теплообменник, она обменивается теплом с внешним миром, температура снижается, а затем возвращается на сторону компонента для поглощения тепла. Вся система непрямого жидкостного охлаждения включает в себя не только часть теплопередачи, но и соответствующую систему теплообмена.

Следует отметить, что при расчете на основе общего пространства, занимаемого всем набором компонентов теплового расчета, разница в мощности рассеивания тепла между непрямым жидкостным охлаждением и принудительным воздушным охлаждением незначительна. Это также одна из ключевых причин, почему многие продукты, в которых неудобно применять периферийные устройства или имеют стандартизированное пространство, не используют непрямое жидкостное охлаждение.