Forskellen mellem direkte væskekøling og indirekte væskekøling

Det første trin i den termiske design- og udviklingsproces er at bekræfte, hvilken kølemetode produktet skal bruge, for at reservere tilsvarende designplads i produktets tidlige fase. I øjeblikket er kølemetoderne for elektroniske produkter hovedsageligt opdelt i fire kategorier: naturlig varmeafledning, tvungen luftkøling og væskekøling. Med sin effektive kølekapacitet og lavere energiforbrugsforhold anvendes flydende kølesystemer i stigende grad i termisk design, som yderligere er opdelt i direkte køling og indirekte køling.

Direkte køling: Komponenterne er direkte nedsænket i en væske for varmeafledning. Også kendt som nedsænkningsvæskekøling eller nedsænkningsvæskekøling. På nuværende tidspunkt er denne teknologi i fremmarch, og nogle datacentre har allerede brugt denne kølemetode. Direkte væskekøling har ekstremt høj varmeoverførselseffektivitet, og energiforbruget til temperaturstyring er væsentligt reduceret sammenlignet med luftkøling. Derfor kan PUE-værdien (Power Usage Efficiency, PUE=Total Equipment Energy Consumption/IT Equipment Energy Consumption) for datacentre, der anvender nedsænket væskekøling, reduceres kraftigt, og der er rapporter om, at endnu lavere værdier end 1,05 kan være opnået.

Ud fra kontaktformen mellem flydende arbejdsvæske og komponenter kan direkte væskekøling opdeles i to typer: 1) Nedsænknings- eller nedsænkningsvæskekøling refererer til iblødsætning af elektroniske produkter i flydende elektrisk isolering, kemisk stabile, ikke-giftige og ikke-ætsende kølemedier ; 2) Spraytype væskekøling refererer til køling opnået ved at sprøjte isoleringsvæske på varmekomponenterne. En analogi fra det virkelige liv er, at nedsænkningsvæskekøling ligner et bad, mens sprayvæskekøling er som et brusebad.

Ved direkte væskekøling, når kogepunktet for det anvendte kølemiddel er tilstrækkeligt lavt, vil den flydende arbejdsvæske fordampe på overfladen af ​​varmeelementet eller varmeafledningsudvidelsesfladen over elementet, hvilket resulterer i en ekstrem høj konvektiv varmeoverførselskoefficient og evne til at bortføre en stor mængde varme med ekstremt lav temperaturforskel. Det er i øjeblikket den mest kommercielt tilgængelige varmeoverførselsmetode med den højeste varmeoverførselseffektivitet. Boblerne inde i den nedsænkede væskekølende displaymaskine på billedet ovenfor er den fordampede kølearbejdsvæske. Densiteten af ​​gasformigt kølemedium er lav, og bobler samles i toppen. De kondenserer tilbage til væsken gennem en varmeveksler og vender derefter tilbage til hulrummet for at fuldføre afkølingscyklussen. Nøgleteknologien til direkte væskekøling er tætning af kølerummet og kontrol af gas-væskelækage i systemet. I et direkte væskekølesystem med faseskift kan det, hvis temperaturen ikke er korrekt kontrolleret, forårsage hurtige ændringer i trykket i udstyrskammeret og kølevæsken til at fordampe og undslippe. I ekstreme tilfælde kan enheden endda eksplodere.

Indirekte væskekøling: Varmen fra varmekilden overføres først til den faste kolde plade, som er fyldt med flydende cirkulerende arbejdsvæske. Den flydende arbejdsvæske overfører varmen fra elektroniske produkter til varmeveksleren, hvor varmen ledes ud i miljøet. Ved indirekte væskekøling kommer elektroniske komponenter ikke direkte i kontakt med det flydende varmeoverførselsmedium. På nuværende tidspunkt vil elektroniske produkter med høj integration og høj effekttæthed bruge indirekte væskekøling til varmeafledning. Når produktets effekttæthed øges yderligere, eller krav til temperaturkontrol bliver strengere, er der behov for varmeafledningsdesignmetoder med højere varmeoverførselseffektivitet. Bilmotorer var et af de tidligste produkter til at bruge indirekte væskekøling. Inden for elektroniske produkter er indirekte væskekøling også blevet brugt i vid udstrækning i servere, strømbatteripakker, invertere og andet udstyr.

Ved indirekte væskekøling kommer elektroniske komponenter ikke direkte i kontakt med det flydende varmeoverførselsmedium. Med andre ord er det flydende kølemedium her blot et varmeoverførselsmedium, hvis funktion er at overføre den varme, som komponenterne afgiver til et rum, der er bekvemt for varmeveksling med omverdenen. Ifølge termodynamikkens første lov, hverken stiger eller falder varme. Efter at varmen er overført af væsken til et sted langt væk fra varmekilden, skal den stadig strømme gennem varmeveksleren for at overføre varme til omverdenen. Dette danner et lukket kredsløb: varmen fra komponenterne overføres til det flydende kølemedium, og temperaturen på det flydende kølemedium stiger. Når det flydende kølemedium med høj temperatur strømmer gennem varmeveksleren, udveksler det varme med omverdenen, og temperaturen falder og strømmer derefter tilbage til komponentsiden for at absorbere varme. Hele det indirekte væskekølesystem omfatter ikke kun varmeoverførselsdelen, men også det tilhørende varmevekslersystem.

Det skal bemærkes, at hvis det beregnes baseret på den samlede plads, der optages af hele sættet af termiske designkomponenter, er forskellen i varmeafledningskapacitet mellem indirekte væskekøling og tvungen luftkøling ikke signifikant. Dette er også en af ​​hovedårsagerne til, at mange produkter, der ikke er praktiske at anvende periferiudstyr eller har standardiseret plads, ikke bruger indirekte væskekøling.