Het verschil tussen directe vloeistofkoeling en indirecte vloeistofkoeling
De eerste stap in het thermische ontwerp- en ontwikkelingsproces is het bevestigen welke koelmethode het product moet gebruiken, om overeenkomstige ontwerpruimte te reserveren in de vroege fase van het product. Momenteel zijn de koelmethoden voor elektronische producten hoofdzakelijk onderverdeeld in vier categorieën: natuurlijke warmteafvoer, geforceerde luchtkoeling en vloeistofkoeling. Met zijn efficiënte koelcapaciteit en lagere energieverbruikverhouding worden vloeistofkoelingsystemen steeds vaker gebruikt bij thermisch ontwerp, die verder worden onderverdeeld in directe koeling en indirecte koeling.
Directe koeling: De componenten worden direct ondergedompeld in een vloeistof voor warmteafvoer. Ook bekend als immersievloeistofkoeling of immersievloeistofkoeling. Momenteel is deze technologie in opkomst en sommige datacenters maken al gebruik van deze koelingsmethode. Directe vloeistofkoeling heeft een extreem hoge warmteoverdrachtsefficiëntie en het energieverbruik voor temperatuurregeling is aanzienlijk verminderd in vergelijking met luchtkoeling. Daarom kan de PUE-waarde (Power Usage Efficiency, PUE=Total Equipment Energy Consumption/IT Equipment Energy Consumption) van datacenters die gebruik maken van ondergedompelde vloeistofkoeling aanzienlijk worden verlaagd, en er zijn berichten dat zelfs lagere waarden dan 1,05 kunnen worden bereikt bereikt.
Vanuit de contactvorm tussen vloeibare werkvloeistof en componenten kan directe vloeistofkoeling in twee soorten worden verdeeld: 1) Onderdompeling of immersievloeistofkoeling verwijst naar het onderdompelen van elektronische producten in vloeibare elektrische isolatie, chemisch stabiele, niet-giftige en niet-corrosieve koelmedia ; 2) Vloeistofkoeling van het spraytype verwijst naar koeling die wordt bereikt door isolatievloeistof op de verwarmingscomponenten te spuiten. Een analogie uit de praktijk is dat immersievloeistofkoeling vergelijkbaar is met een bad, terwijl sproeivloeistofkoeling lijkt op een douche.
Bij directe vloeistofkoeling, wanneer het kookpunt van het gebruikte koelmiddel voldoende laag is, zal de vloeibare werkvloeistof verdampen op het oppervlak van het verwarmingselement of op het warmtedissipatie-expansieoppervlak boven het element, wat resulteert in een extreem hoge convectieve warmteoverdrachtscoëfficiënt en de vermogen om een grote hoeveelheid warmte af te voeren met een extreem laag temperatuurverschil. Het is momenteel de meest commercieel verkrijgbare warmteoverdrachtsmethode met de hoogste warmteoverdrachtsefficiëntie. De bellen in de ondergedompelde vloeistofkoeling-displaymachine in de bovenstaande afbeelding zijn de verdampte koelwerkvloeistof. De dichtheid van het gasvormige koelmedium is laag en bellen verzamelen zich bovenaan. Ze condenseren terug in de vloeistof via een warmtewisselaar en keren vervolgens terug naar de holte om de koelcyclus te voltooien. De belangrijkste technologie van directe vloeistofkoeling is het afdichten van de koelruimte en het beheersen van gas-vloeistoflekkage in het systeem. Als de temperatuur in een direct vloeistofkoelsysteem met faseverandering niet goed wordt geregeld, kunnen er snelle veranderingen in de druk van de apparatuurkamer optreden, waardoor het koelmiddel verdampt en ontsnapt. In extreme gevallen kan het apparaat zelfs ontploffen.
Indirecte vloeistofkoeling: de warmte van de warmtebron wordt eerst overgebracht naar de vaste koude plaat, die gevuld is met circulerende vloeistof. De vloeibare werkvloeistof brengt de warmte van elektronische producten over naar de warmtewisselaar, waar de warmte wordt afgevoerd naar de omgeving. Bij indirecte vloeistofkoeling komen elektronische componenten niet rechtstreeks in contact met het vloeibare warmteoverdrachtsmedium. Momenteel zullen elektronische producten met hoge integratie en hoge vermogensdichtheid indirecte vloeistofkoeling gebruiken voor warmteafvoer. Wanneer de vermogensdichtheid van het product verder toeneemt of de eisen voor temperatuurbeheersing strenger worden, zijn ontwerpmethoden voor een hogere warmteoverdrachtsefficiëntie nodig. Automotoren waren een van de eerste producten die gebruik maakten van indirecte vloeistofkoeling. Op het gebied van elektronische producten wordt indirecte vloeistofkoeling ook op grote schaal gebruikt in servers, krachtige batterijpakketten, omvormers en andere apparatuur.
Bij indirecte vloeistofkoeling komen elektronische componenten niet rechtstreeks in contact met het vloeibare warmteoverdrachtsmedium. Met andere woorden, het vloeibare koelmedium is hier slechts een warmteoverdrachtsmedium, waarvan de functie is om de door de componenten afgegeven warmte over te dragen naar een ruimte die geschikt is voor warmte-uitwisseling met de buitenwereld. Volgens de eerste wet van de thermodynamica neemt warmte niet toe of af. Nadat warmte door de vloeistof is overgebracht naar een locatie ver weg van de warmtebron, moet deze nog steeds door de warmtewisselaar stromen om warmte naar de buitenwereld over te dragen. Hierdoor ontstaat een gesloten lus: de warmte van de componenten wordt overgedragen naar het vloeibare koelmedium en de temperatuur van het vloeibare koelmedium neemt toe. Wanneer het vloeibare koelmedium met hoge temperatuur door de warmtewisselaar stroomt, wisselt het warmte uit met de buitenwereld, daalt de temperatuur en stroomt vervolgens terug naar de componentzijde om warmte te absorberen. Het gehele indirecte vloeistofkoelsysteem omvat niet alleen het warmteoverdrachtsgedeelte, maar ook het bijbehorende warmtewisselingssysteem.
Opgemerkt moet worden dat, indien berekend op basis van de totale ruimte die wordt ingenomen door de gehele set thermische ontwerpcomponenten, het verschil in warmtedissipatiecapaciteit tussen indirecte vloeistofkoeling en geforceerde luchtkoeling niet significant is. Dit is ook een van de belangrijkste redenen waarom veel producten waarbij het niet handig is om randapparatuur aan te brengen of een gestandaardiseerde ruimte hebben, geen gebruik maken van indirecte vloeistofkoeling.
