Skillnaden mellan direkt vätskekylning och indirekt vätskekylning
Det första steget i den termiska design- och utvecklingsprocessen är att bekräfta vilken kylmetod produkten behöver använda, för att reservera motsvarande designutrymme i produktens tidiga skede. För närvarande är kylningsmetoderna för elektroniska produkter huvudsakligen indelade i fyra kategorier: naturlig värmeavledning, forcerad luftkylning och vätskekylning. Med sin effektiva kylkapacitet och lägre energiförbrukningsförhållande används vätskekylsystem i allt större utsträckning i termisk design, som ytterligare delas in i direkt kylning och indirekt kylning.
Direktkylning: Komponenterna är direkt nedsänkta i en vätska för värmeavledning. Även känd som nedsänkningsvätskekylning eller nedsänkningsvätskekylning. För närvarande är denna teknik på frammarsch, och vissa datacenter har redan använt denna kylningsmetod. Direkt vätskekylning har extremt hög värmeöverföringseffektivitet, och energiförbrukningen för temperaturreglering minskar avsevärt jämfört med luftkylning. Därför kan PUE-värdet (Power Usage Efficiency, PUE=Total Equipment Energy Consumption/IT Equipment Energy Consumption) för datacenter som använder nedsänkt vätskekylning reduceras avsevärt, och det finns rapporter om att även lägre värden än 1,05 kan vara uppnått.
Från kontaktformen mellan flytande arbetsvätska och komponenter kan direkt vätskekylning delas in i två typer: 1) Nedsänkt eller nedsänkt vätskekylning avser att blötlägga elektroniska produkter i flytande elektrisk isolering, kemiskt stabila, giftfria och icke-korrosiva kylmedier ; 2) Vätskekylning av spraytyp avser kylning som uppnås genom att spruta isoleringsvätska på värmekomponenterna. En analogi från verkligheten är att nedsänkningsvätskekylning liknar ett bad, medan sprayvätskekylning är som en dusch.
Vid direkt vätskekylning, när kokpunkten för det använda kylmediet är tillräckligt låg, kommer den flytande arbetsvätskan att förångas på ytan av värmeelementet eller värmeavledningsexpansionsytan ovanför elementet, vilket resulterar i extremt hög konvektiv värmeöverföringskoefficient och förmåga att bära bort en stor mängd värme med extremt låg temperaturskillnad. Det är för närvarande den mest kommersiellt tillgängliga värmeöverföringsmetoden med den högsta värmeöverföringseffektiviteten. Bubblorna inuti den nedsänkta vätskekylningsmaskinen på bilden ovan är den förångade kylarbetsvätskan. Densiteten hos gasformigt kylmedium är låg och bubblor samlas på toppen. De kondenserar tillbaka till vätskan genom en värmeväxlare och återgår sedan till kaviteten för att slutföra kylningscykeln. Nyckelteknologin för direkt vätskekylning är tätningen av kylutrymmet och kontroll av gas-vätskeläckage i systemet. I ett direkt vätskekylsystem med fasförändring, om temperaturen inte är korrekt kontrollerad, kan det orsaka snabba förändringar i trycket i utrustningskammaren och kylvätskan att förångas och strömma ut. I extrema fall kan enheten till och med explodera.
Indirekt vätskekylning: Värmen från värmekällan överförs först till den fasta kylplattan, som är fylld med flytande cirkulerande arbetsvätska. Den flytande arbetsvätskan överför värmen som avges av elektroniska produkter till värmeväxlaren, där värmen avleds till miljön. Vid indirekt vätskekylning kommer elektroniska komponenter inte i direkt kontakt med det flytande värmeöverföringsmediet. För närvarande kommer elektroniska produkter med hög integration och hög effekttäthet att använda indirekt vätskekylning för värmeavledning. När produktens effekttäthet ökar ytterligare eller kraven på temperaturkontroll blir strängare, behövs designmetoder för värmeavledning med högre värmeöverföringseffektivitet. Bilmotorer var en av de tidigaste produkterna som använde indirekt vätskekylning. Inom området för elektroniska produkter har indirekt vätskekylning också använts i stor utsträckning i servrar, kraftbatterier, växelriktare och annan utrustning.
Vid indirekt vätskekylning kommer elektroniska komponenter inte i direkt kontakt med det flytande värmeöverföringsmediet. Med andra ord är det flytande kylmediet här bara ett värmeöverföringsmedium, vars funktion är att överföra värmen som avges av komponenterna till ett utrymme som är bekvämt för värmeväxling med omvärlden. Enligt termodynamikens första lag varken ökar eller minskar värmen. Efter att värmen överförts av vätskan till en plats långt borta från värmekällan behöver den fortfarande strömma genom värmeväxlaren för att överföra värme till omvärlden. Detta bildar en sluten slinga: värmen från komponenterna överförs till det flytande kylmediet och temperaturen på det flytande kylmediet ökar. När det flytande kylmediet med hög temperatur strömmar genom värmeväxlaren, utbyter det värme med omvärlden, och temperaturen minskar och strömmar sedan tillbaka till komponentsidan för att absorbera värme. Hela det indirekta vätskekylningssystemet inkluderar inte bara värmeöverföringsdelen utan även det matchande värmeväxlingssystemet.
Det bör noteras att om det beräknas baserat på det totala utrymmet som upptas av hela uppsättningen av termiska designkomponenter, är skillnaden i värmeavledningskapacitet mellan indirekt vätskekylning och forcerad luftkylning inte signifikant. Detta är också en av de viktigaste anledningarna till att många produkter som inte är bekväma att applicera kringutrustning eller har standardiserat utrymme inte använder indirekt vätskekylning.
