Comparație între răcirea directă cu lichid și răcirea indirectă cu lichid

Primul pas în procesul de proiectare și dezvoltare termică este de a confirma ce metodă de răcire trebuie să utilizeze produsul, pentru a rezerva spațiul de proiectare corespunzător în stadiul incipient al produsului. În prezent, metodele de răcire pentru produsele electronice sunt împărțite în principal în patru categorii: disiparea naturală a căldurii, răcirea forțată cu aer și răcirea cu lichid. Cu capacitatea sa de răcire eficientă și consumul de energie mai scăzut, schemele de răcire cu lichid sunt din ce în ce mai utilizate în proiectarea termică, care sunt împărțite în continuare în răcire directă și răcire indirectă.

Răcire directă: Componentele sunt imersate direct într-un lichid pentru disiparea căldurii. Cunoscut și sub denumirea de răcire cu lichid prin imersie sau răcire cu lichid prin imersie. În prezent, această tehnologie este în plină ascensiune, iar unele centre de date au folosit deja această metodă de răcire. Răcirea directă cu lichid are o eficiență extrem de ridicată a transferului de căldură, iar consumul de energie pentru controlul temperaturii este semnificativ redus în comparație cu răcirea cu aer. Prin urmare, valoarea PUE (Power Usage Efficiency, PUE=Total Equipment Energy Consumption/IT Equipment Energy Consumption) a centrelor de date care utilizează răcire cu lichid imersat poate fi mult redusă și există rapoarte care arată că pot fi și valori mai mici decât 1,05. realizat [1].

Din forma de contact dintre fluidul de lucru lichid și componente, răcirea directă cu lichid poate fi împărțită în două tipuri: 1) Răcirea lichidă prin imersie sau imersie se referă la înmuierea produselor electronice în izolație electrică lichidă, stabilă chimic, netoxice și necorozive. ; 2) Răcirea cu lichid de tip pulverizare se referă la răcirea realizată prin pulverizarea lichidului izolator pe componentele de încălzire. O analogie din viața reală este că răcirea cu lichid prin imersie este similară cu o baie, în timp ce răcirea cu lichid prin pulverizare este ca un duș.

La răcirea directă cu lichid, atunci când punctul de fierbere al lichidului de răcire utilizat este suficient de scăzut, fluidul de lucru lichid se va vaporiza pe suprafața elementului de încălzire sau pe suprafața de dilatare a disipării căldurii de deasupra elementului, rezultând un coeficient de transfer de căldură convectiv extrem de ridicat și capacitatea de a transporta o cantitate mare de căldură cu o diferență de temperatură extrem de scăzută. În prezent, este cea mai disponibilă metodă de transfer de căldură, cu cea mai mare eficiență de transfer de căldură. Bulele din interiorul mașinii de afișare cu răcire cu lichid imersat din imaginea de mai sus sunt fluidul de lucru de răcire vaporizat. Densitatea mediului de răcire gazos este scăzută, iar bulele se adună în partea de sus. Acestea se condensează înapoi în lichid printr-un schimbător de căldură și apoi se întorc în cavitate pentru a finaliza ciclul de răcire. Tehnologia cheie a răcirii directe cu lichid este etanșarea spațiului de răcire și controlul scurgerilor de gaz-lichid în sistem. Într-un sistem de răcire direct cu lichid cu schimbare de fază, dacă temperatura nu este controlată corespunzător, poate provoca schimbări rapide ale presiunii din camera echipamentului și vaporizarea și scăparea lichidului de răcire. În cazuri extreme, dispozitivul poate chiar exploda.

Răcire lichidă indirectă: căldura de la sursa de căldură este mai întâi transferată pe placa rece solidă, care este umplută cu fluid de lucru lichid care circulă. Fluidul de lucru lichid transferă căldura emisă de produsele electronice către schimbătorul de căldură, unde căldura este disipată în mediu. În cazul răcirii indirecte cu lichid, componentele electronice nu intră în contact direct cu mediul de transfer de căldură lichid. În prezent, produsele electronice cu integrare ridicată și densitate mare de putere vor folosi răcirea lichidă indirectă pentru disiparea căldurii. Când densitatea de putere a produsului crește în continuare sau cerințele de control al temperaturii devin mai stricte, sunt necesare metode de proiectare cu eficiență mai mare a transferului de căldură a disipării căldurii. Motoarele de automobile au fost unul dintre primele produse care au folosit răcirea indirectă cu lichid. În domeniul produselor electronice, răcirea indirectă cu lichid a fost utilizată pe scară largă în servere, baterii de alimentare, invertoare și alte echipamente.

În cazul răcirii indirecte cu lichid, componentele electronice nu intră în contact direct cu mediul de transfer de căldură lichid. Cu alte cuvinte, mediul de răcire lichid aici este doar un mediu de transfer de căldură, a cărui funcție este de a transfera căldura emisă de componente într-un spațiu care este convenabil pentru schimbul de căldură cu lumea exterioară. Conform primei legi a termodinamicii, căldura nu crește, nici nu scade. După ce căldura este transferată de lichid într-o locație departe de sursa de căldură, aceasta trebuie să curgă prin schimbătorul de căldură pentru a transfera căldura în lumea exterioară. Aceasta formează o buclă închisă: căldura de la componente este transferată în mediul de răcire lichid, iar temperatura mediului de răcire lichid crește. Când mediul de răcire lichid la temperatură înaltă curge prin schimbătorul de căldură, schimbă căldură cu lumea exterioară, iar temperatura scade, apoi curge înapoi în partea componentelor pentru a absorbi căldura. Întregul sistem indirect de răcire cu lichid include nu numai partea de transfer de căldură, ci și sistemul de schimb de căldură potrivit.

Trebuie remarcat faptul că, dacă se calculează pe baza spațiului total ocupat de întregul set de componente de proiectare termică, diferența de capacitatea de disipare a căldurii dintre răcirea indirectă cu lichid și răcirea forțată cu aer nu este semnificativă. Acesta este, de asemenea, unul dintre motivele cheie pentru care multe produse care nu sunt convenabile pentru a aplica periferice sau au spațiu standardizat nu folosesc răcirea indirectă cu lichid.