Технологија директног течног хлађења и индиректног течног хлађења

Први корак у термичком дизајну и процесу развоја је да се потврди који метод хлађења производ треба да користи, како би се резервисао одговарајући простор за дизајн у раној фази производа. Тренутно су методе хлађења електронских производа углавном подељене у четири категорије: природно одвођење топлоте, принудно ваздушно хлађење и течно хлађење. Са својим ефикасним капацитетом хлађења и нижим односом потрошње енергије, шеме течног хлађења се све више користе у термичком дизајну, које се даље деле на директно хлађење и индиректно хлађење.

Директно хлађење: Компоненте су директно уроњене у течност ради одвођења топлоте. Познато и као хлађење течним потапањем или хлађење течним потапањем. Тренутно је ова технологија у порасту, а неки центри података су већ користили ову методу хлађења. Директно течно хлађење има изузетно високу ефикасност преноса топлоте, а потрошња енергије за контролу температуре је значајно смањена у поређењу са ваздушним хлађењем. Због тога, ПУЕ вредност (Ефикасност употребе енергије, ПУЕ=Укупна потрошња енергије опреме/Потрошња енергије ИТ опреме) центара података који користе уроњено течно хлађење може бити знатно смањена, а постоје извештаји да се чак и ниже вредности од 1,05 могу смањити постигнуто [1].

Од контактног облика између течног радног флуида и компоненти, директно течно хлађење се може поделити на два типа: 1) Потапањем или потапањем течно хлађење се односи на натапање електронских производа у течну електричну изолацију, хемијски стабилне, нетоксичне и некорозивне расхладне медије ; 2) Течно хлађење у спреју се односи на хлађење које се постиже прскањем изолационе течности на компоненте за грејање. Аналогија из стварног живота је да је течно хлађење потапањем слично кади, док је хлађење течном спрејом попут туша.

У директном течном хлађењу, када је тачка кључања коришћеног расхладног средства довољно ниска, течни радни флуид ће испарити на површини грејног елемента или експанзионој површини одвођења топлоте изнад елемента, што резултира изузетно високим коефицијентом конвективног преноса топлоте и способност одношења велике количине топлоте са изузетно ниском температурном разликом. То је тренутно комерцијално најдоступнији метод преноса топлоте са највећом ефикасношћу преноса топлоте. Мехурићи унутар уроњене машине за хлађење течности на горњој слици су испарени радни флуид за хлађење. Густина гасовитог расхладног медија је мала, а мехурићи се скупљају на врху. Они се кондензују назад у течност кроз измењивач топлоте, а затим се враћају у шупљину да би завршили циклус хлађења. Кључна технологија директног течног хлађења је заптивање расхладног простора и контрола цурења гас-течност у систему. У систему директног течног хлађења са променом фазе, ако температура није правилно контролисана, то може изазвати брзе промене притиска у комори опреме и расхладне течности да испари и побегне. У екстремним случајевима, уређај може чак и експлодирати.

Индиректно течно хлађење: Топлота из извора топлоте се прво преноси на чврсту хладну плочу, која је напуњена течним радним флуидом који циркулише. Течни радни флуид преноси топлоту коју емитују електронски производи до измењивача топлоте, где се топлота распршује у околину. Код индиректног течног хлађења, електронске компоненте не долазе у директан контакт са течним медијумом за пренос топлоте. Тренутно ће електронски производи са високом интеграцијом и великом густином снаге користити индиректно течно хлађење за одвођење топлоте. Када се густина снаге производа додатно повећа или захтеви за контролу температуре постану строжи, потребне су методе пројектовања веће ефикасности преноса топлоте. Аутомобилски мотори су били један од најранијих производа који су користили индиректно течно хлађење. У области електронских производа, индиректно течно хлађење се такође широко користи у серверима, енергетским батеријама, инвертерима и другој опреми.

Код индиректног течног хлађења, електронске компоненте не долазе у директан контакт са течним медијумом за пренос топлоте. Другим речима, течни медијум за хлађење овде је само медиј за пренос топлоте, чија је функција да пренесе топлоту коју емитују компоненте у простор који је погодан за размену топлоте са спољним светом. Према првом закону термодинамике, топлота се нити повећава нити смањује. Након што течност пренесе топлоту на локацију удаљену од извора топлоте, она и даље треба да тече кроз измењивач топлоте да би пренела топлоту у спољашњи свет. Ово формира затворену петљу: топлота из компоненти се преноси на течни медијум за хлађење, а температура течног расхладног медијума се повећава. Када високотемпературни течни медијум за хлађење тече кроз измењивач топлоте, он размењује топлоту са спољним светом, а температура се смањује, а затим тече назад на страну компоненте да апсорбује топлоту. Цео систем индиректног течног хлађења укључује не само део за пренос топлоте, већ и одговарајући систем размене топлоте.

Треба напоменути да ако се израчуна на основу укупног простора који заузима цео сет компоненти топлотног дизајна, разлика у капацитету дисипације топлоте између индиректног течног хлађења и принудног ваздушног хлађења није значајна. Ово је такође један од кључних разлога зашто многи производи који нису погодни за примену периферних уређаја или имају стандардизован простор не користе индиректно течно хлађење.