Rozdiel medzi priamym kvapalinovým chladením a nepriamym kvapalinovým chladením
Prvým krokom v procese tepelného návrhu a vývoja je potvrdiť, ktorú metódu chladenia produkt potrebuje použiť, aby sa v počiatočnom štádiu produktu vyhradil zodpovedajúci dizajnový priestor. V súčasnosti sú spôsoby chladenia elektronických produktov rozdelené hlavne do štyroch kategórií: prirodzený odvod tepla, chladenie núteným vzduchom a chladenie kvapalinou. Vďaka svojej efektívnej chladiacej kapacite a nižšiemu pomeru spotreby energie sa v tepelnom dizajne stále viac využívajú schémy chladenia kvapalinou, ktoré sa ďalej delia na priame chladenie a nepriame chladenie.
Priame chladenie: Komponenty sú priamo ponorené do kvapaliny na odvádzanie tepla. Tiež známe ako chladenie ponornou kvapalinou alebo chladenie ponornou kvapalinou. V súčasnosti je táto technológia na vzostupe a niektoré dátové centrá už tento spôsob chladenia použili. Priame kvapalinové chladenie má extrémne vysokú účinnosť prenosu tepla a spotreba energie na reguláciu teploty je výrazne znížená v porovnaní s chladením vzduchom. Hodnota PUE (Účinnosť využitia energie, PUE=celková spotreba energie zariadenia/spotreba energie IT zariadení) dátových centier používajúcich ponorené kvapalinové chladenie sa preto môže výrazne znížiť a existujú správy, že možno dosiahnuť aj nižšie hodnoty ako 1,05. dosiahnuté .
Z kontaktnej formy medzi kvapalnou pracovnou kvapalinou a komponentmi možno priame kvapalinové chladenie rozdeliť na dva typy: 1) Ponorné alebo ponorné kvapalinové chladenie sa vzťahuje na namáčanie elektronických produktov v kvapalnej elektrickej izolácii, chemicky stabilných, netoxických a nekorozívnych chladiacich médiách. ; 2) Kvapalné chladenie sprejovým typom sa vzťahuje na chladenie dosiahnuté striekaním izolačnej kvapaliny na vykurovacie komponenty. Skutočnou analógiou je, že ponorné chladenie kvapalinou je podobné kúpeľu, zatiaľ čo chladenie sprejovou kvapalinou je ako sprcha.
Pri priamom chladení kvapalinou, keď je bod varu použitej chladiacej kvapaliny dostatočne nízky, sa kvapalná pracovná kvapalina vyparí na povrchu vykurovacieho telesa alebo expanznej ploche rozptylu tepla nad telesom, čo má za následok extrémne vysoký koeficient prestupu tepla konvekciou a schopnosť odviesť veľké množstvo tepla s extrémne nízkym teplotným rozdielom. V súčasnosti je to komerčne najdostupnejšia metóda prenosu tepla s najvyššou účinnosťou prenosu tepla. Bubliny vo vnútri ponoreného kvapalinového chladiaceho zobrazovacieho zariadenia na obrázku vyššie sú odparená chladiaca pracovná tekutina. Hustota plynného chladiaceho média je nízka a na vrchu sa zhromažďujú bubliny. Kondenzujú späť do kvapaliny cez výmenník tepla a potom sa vracajú do dutiny, aby dokončili chladiaci cyklus. Kľúčovou technológiou priameho kvapalinového chladenia je utesnenie chladiaceho priestoru a kontrola úniku plynu a kvapaliny v systéme. V priamom kvapalinovom chladiacom systéme s fázovou zmenou, ak teplota nie je správne kontrolovaná, môže to spôsobiť rýchle zmeny tlaku v komore zariadenia a chladivo sa vyparí a unikne. V extrémnych prípadoch môže zariadenie dokonca explodovať.
Nepriame chladenie kvapalinou: Teplo zo zdroja tepla sa najskôr prenáša na pevnú studenú dosku, ktorá je naplnená kvapalinou cirkulujúcou pracovnou kvapalinou. Kvapalná pracovná tekutina prenáša teplo vyžarované elektronickými výrobkami do výmenníka tepla, kde sa teplo odvádza do okolia. Pri nepriamom kvapalinovom chladení sa elektronické komponenty priamo nedotýkajú kvapalného teplonosného média. V súčasnosti budú elektronické produkty s vysokou integráciou a vysokou hustotou výkonu využívať na odvod tepla nepriame chladenie kvapalinou. Keď sa hustota výkonu produktu ďalej zvyšuje alebo sa sprísňujú požiadavky na kontrolu teploty, sú potrebné metódy navrhovania s vyššou účinnosťou prenosu tepla. Automobilové motory boli jedným z prvých produktov, ktoré používali nepriame kvapalinové chladenie. V oblasti elektronických produktov je nepriame kvapalinové chladenie tiež široko používané v serveroch, napájacích batériových súpravách, invertoroch a iných zariadeniach.
Pri nepriamom kvapalinovom chladení sa elektronické komponenty priamo nedotýkajú kvapalného teplonosného média. Inými slovami, kvapalné chladiace médium je tu len teplonosné médium, ktorého funkciou je prenášať teplo emitované komponentmi do priestoru, ktorý je vhodný na výmenu tepla s vonkajším svetom. Podľa prvého zákona termodynamiky sa teplo ani nezväčšuje, ani nezmenšuje. Po odovzdaní tepla kvapalinou na miesto ďaleko od zdroja tepla musí stále prúdiť cez výmenník tepla, aby odovzdalo teplo vonkajšiemu svetu. To vytvára uzavretú slučku: teplo z komponentov sa prenáša do kvapalného chladiaceho média a teplota kvapalného chladiaceho média sa zvyšuje. Keď vysokoteplotné kvapalné chladiace médium prúdi cez výmenník tepla, vymieňa si teplo s vonkajším svetom a teplota klesá, potom prúdi späť na stranu komponentu, aby absorbovalo teplo. Celý systém nepriameho kvapalinového chladenia zahŕňa nielen časť prenosu tepla, ale aj zodpovedajúci systém výmeny tepla.
Je potrebné poznamenať, že ak sa vypočíta na základe celkového priestoru, ktorý zaberá celý súbor komponentov tepelného dizajnu, rozdiel v kapacite rozptylu tepla medzi nepriamym kvapalinovým chladením a chladením núteným vzduchom nie je významný. To je tiež jeden z kľúčových dôvodov, prečo mnohé produkty, ktoré nie sú vhodné na použitie periférnych zariadení alebo majú štandardizovaný priestor, nepoužívajú nepriame kvapalinové chladenie.
