Razlika direktnog tečnog hlađenja i indirektnog hlađenja tekućinom

Prvi korak u procesu termičkog dizajna i razvoja je da se potvrdi koji način hlađenja proizvod treba da koristi, kako bi se rezervisao odgovarajući prostor za dizajn u ranoj fazi proizvoda. Trenutno su metode hlađenja elektronskih proizvoda uglavnom podijeljene u četiri kategorije: prirodno odvođenje topline, prisilno hlađenje zraka i hlađenje tekućinom. Sa svojim efikasnim kapacitetom hlađenja i nižim omjerom potrošnje energije, sheme tekućeg hlađenja se sve više koriste u termičkom dizajnu, koje se dalje dijele na direktno hlađenje i indirektno hlađenje.

Direktno hlađenje: Komponente su direktno uronjene u tekućinu radi odvođenja topline. Poznato i kao hlađenje tečnim uronjavanjem ili hlađenje tečnim potapanjem. Trenutno je ova tehnologija u porastu, a neki data centri su već koristili ovu metodu hlađenja. Direktno tečno hlađenje ima izuzetno visoku efikasnost prijenosa topline, a potrošnja energije za regulaciju temperature je značajno smanjena u odnosu na zračno hlađenje. Stoga se PUE vrijednost (Efikasnost upotrebe energije, PUE=Ukupna potrošnja energije opreme/Potrošnja energije IT opreme) podatkovnih centara koji koriste uronjeno tečno hlađenje može značajno smanjiti, a postoje izvještaji da se čak i niže vrijednosti od 1,05 mogu smanjiti postignuto.

Od kontaktnog oblika između tečnog radnog fluida i komponenti, direktno tečno hlađenje se može podeliti na dva tipa: 1) Potapanje ili uranjajuće tečno hlađenje se odnosi na natapanje elektronskih proizvoda u tečnu električnu izolaciju, hemijski stabilnu, netoksičnu i nekorozivnu rashladnu masu. ; 2) Tečno hlađenje tipa sprej odnosi se na hlađenje koje se postiže prskanjem izolacione tečnosti na komponente za grejanje. Analogija iz stvarnog života je da je tečno hlađenje potapanjem slično kadi, dok je hlađenje tečnom sprejom poput tuša.

Kod direktnog tečnog hlađenja, kada je tačka ključanja rashladne tečnosti koja se koristi dovoljno niska, tečni radni fluid će ispariti na površini grejnog elementa ili ekspanzionoj površini odvođenja toplote iznad elementa, što rezultira izuzetno visokim koeficijentom konvektivnog prenosa toplote i sposobnost odnošenja velike količine toplote uz ekstremno nisku temperaturnu razliku. To je trenutno komercijalno najdostupniji način prijenosa topline s najvećom efikasnošću prijenosa topline. Mjehurići unutar uronjene mašine za hlađenje tečnosti na gornjoj slici su ispareni radni fluid za hlađenje. Gustina plinovitog rashladnog medija je mala, a mjehurići se skupljaju na vrhu. Oni se ponovo kondenzuju u tečnost kroz izmjenjivač topline, a zatim se vraćaju u šupljinu kako bi završili ciklus hlađenja. Ključna tehnologija direktnog tečnog hlađenja je zaptivanje rashladnog prostora i kontrola curenja gas-tečnost u sistemu. U sistemu direktnog tečnog hlađenja sa promenom faze, ako temperatura nije pravilno kontrolisana, to može izazvati brze promene pritiska u komori opreme i rashladne tečnosti da ispari i pobegne. U ekstremnim slučajevima, uređaj može čak i eksplodirati.

Indirektno tečno hlađenje: Toplina iz izvora toplote se prvo prenosi na čvrstu hladnu ploču, koja je napunjena tečnom radnom tečnošću koja cirkuliše. Tečni radni fluid prenosi toplotu koju emituju elektronski proizvodi do izmenjivača toplote, gde se toplota raspršuje u okolinu. Kod indirektnog tečnog hlađenja, elektronske komponente ne dolaze u direktan kontakt sa tečnim medijumom za prenos toplote. Trenutno će elektronski proizvodi s visokom integracijom i velikom gustoćom snage koristiti indirektno hlađenje tekućinom za odvođenje topline. Kada se gustina snage proizvoda dodatno poveća ili zahtjevi za kontrolu temperature postanu stroži, potrebne su metode projektovanja veće efikasnosti prijenosa topline. Automobilski motori bili su jedan od najranijih proizvoda koji su koristili indirektno hlađenje tekućinom. U oblasti elektronskih proizvoda, indirektno tečno hlađenje se takođe široko koristi u serverima, energetskim baterijama, inverterima i drugoj opremi.

Kod indirektnog tečnog hlađenja, elektronske komponente ne dolaze u direktan kontakt sa tečnim medijumom za prenos toplote. Drugim riječima, tekući medij za hlađenje ovdje je samo medij za prijenos topline, čija je funkcija prijenos topline koju emituju komponente u prostor koji je pogodan za razmjenu topline sa vanjskim svijetom. Prema prvom zakonu termodinamike, toplota se niti povećava niti smanjuje. Nakon što tečnost prenese toplotu na lokaciju udaljenu od izvora toplote, ona i dalje treba da teče kroz izmjenjivač topline kako bi prenijela toplinu u vanjski svijet. Ovo stvara zatvorenu petlju: toplota sa komponenti se prenosi na tečni rashladni medij, a temperatura tečnog rashladnog medija raste. Kada visokotemperaturni tekući rashladni medij teče kroz izmjenjivač topline, on razmjenjuje toplinu sa vanjskim svijetom, a temperatura se smanjuje, a zatim teče natrag na stranu komponente kako bi apsorbirala toplinu. Cijeli sistem indirektnog tečnog hlađenja uključuje ne samo dio za prijenos topline, već i odgovarajući sistem za izmjenu topline.

Treba napomenuti da ako se izračuna na osnovu ukupnog prostora koji zauzima cijeli set komponenti termičkog dizajna, razlika u kapacitetu odvođenja topline između indirektnog tečnog hlađenja i prisilnog hlađenja zraka nije značajna. Ovo je također jedan od ključnih razloga zašto mnogi proizvodi koji nisu pogodni za primjenu perifernih uređaja ili imaju standardizirani prostor ne koriste indirektno hlađenje tekućinom.