Doğrudan Sıvı Soğutma ve Dolaylı Sıvı Soğutma teknolojisi
Termal tasarım ve geliştirme sürecindeki ilk adım, ürünün erken aşamasında ilgili tasarım alanını ayırmak için ürünün hangi soğutma yöntemini kullanması gerektiğini doğrulamaktır. Şu anda elektronik ürünlere yönelik soğutma yöntemleri temel olarak dört kategoriye ayrılmaktadır: doğal ısı dağıtımı, basınçlı hava soğutması ve sıvı soğutma. Verimli soğutma kapasitesi ve daha düşük enerji tüketim oranıyla, doğrudan soğutma ve dolaylı soğutma olarak ikiye ayrılan sıvı soğutma şemaları, termal tasarımda giderek daha fazla kullanılıyor.
Doğrudan soğutma: Bileşenler, ısı dağıtımı için doğrudan bir sıvıya daldırılır. Daldırma sıvı soğutma veya daldırma sıvı soğutma olarak da bilinir. Şu anda bu teknoloji yükselişte ve bazı veri merkezleri bu soğutma yöntemini zaten kullanıyor. Doğrudan sıvı soğutma, son derece yüksek ısı transfer verimliliğine sahiptir ve sıcaklık kontrolü için enerji tüketimi, hava soğutmaya kıyasla önemli ölçüde azalır. Bu nedenle, daldırılmış sıvı soğutma kullanan veri merkezlerinin PUE değeri (Güç Kullanım Verimliliği, PUE=Toplam Ekipman Enerji Tüketimi/BT Ekipman Enerji Tüketimi) büyük ölçüde azaltılabilir ve 1,05'ten daha düşük değerlerin bile düşürülebileceğine dair raporlar bulunmaktadır. elde edildi [1].
Sıvı çalışma akışkanı ve bileşenler arasındaki temas biçiminden, doğrudan sıvı soğutma iki türe ayrılabilir: 1) Daldırma veya daldırma sıvı soğutma, elektronik ürünlerin sıvı elektrik yalıtımında, kimyasal olarak kararlı, toksik olmayan ve aşındırıcı olmayan soğutma ortamında ıslatılması anlamına gelir. ; 2) Püskürtme tipi sıvı soğutma, yalıtım sıvısının ısıtma bileşenleri üzerine püskürtülmesiyle elde edilen soğutmayı ifade eder. Gerçek hayattaki bir benzetme, daldırmalı sıvı soğutmanın banyoya benzemesi, püskürtmeli sıvı soğutmanın ise duşa benzemesidir.
Doğrudan sıvı soğutmada, kullanılan soğutucunun kaynama noktası yeterince düşük olduğunda, sıvı çalışma akışkanı ısıtma elemanının yüzeyinde veya elemanın üzerindeki ısı yayılım genleşme yüzeyinde buharlaşacak ve bunun sonucunda son derece yüksek konvektif ısı transfer katsayısı ve Son derece düşük sıcaklık farkıyla büyük miktarda ısıyı taşıma yeteneği. Şu anda en yüksek ısı transfer verimliliğine sahip, ticari olarak bulunabilen ısı transfer yöntemidir. Yukarıdaki resimde daldırılmış sıvı soğutma teşhir makinesinin içindeki kabarcıklar, buharlaşan soğutma çalışma sıvısıdır. Gazlı soğutma ortamının yoğunluğu düşüktür ve kabarcıklar üst kısımda toplanır. Bir ısı eşanjörü aracılığıyla tekrar sıvıya yoğunlaşırlar ve ardından soğutma döngüsünü tamamlamak için boşluğa geri dönerler. Doğrudan sıvı soğutmanın temel teknolojisi, soğutma alanının sızdırmazlığı ve sistemdeki gaz-sıvı sızıntısının kontrolüdür. Faz değişimli doğrudan sıvı soğutma sisteminde, sıcaklık uygun şekilde kontrol edilmezse, ekipman odasının basıncında hızlı değişikliklere ve soğutucunun buharlaşmasına ve kaçmasına neden olabilir. Aşırı durumlarda cihaz patlayabilir.
Dolaylı sıvı soğutma: Isı kaynağından gelen ısı ilk önce sıvı sirkülasyonlu çalışma akışkanı ile doldurulmuş katı soğuk plakaya aktarılır. Sıvı çalışma akışkanı, elektronik ürünlerden yayılan ısıyı ısı eşanjörüne aktarır ve burada ısı çevreye dağıtılır. Dolaylı sıvı soğutmada elektronik bileşenler sıvı ısı transfer ortamıyla doğrudan temas etmez. Şu anda, yüksek entegrasyona ve yüksek güç yoğunluğuna sahip elektronik ürünler, ısı dağıtımı için dolaylı sıvı soğutmayı kullanacak. Ürünün güç yoğunluğu daha da arttığında veya sıcaklık kontrol gereksinimleri daha sıkı hale geldiğinde, daha yüksek ısı transfer verimliliğine sahip ısı dağıtma tasarım yöntemlerine ihtiyaç duyulur. Otomotiv motorları dolaylı sıvı soğutmayı kullanan ilk ürünlerden biriydi. Elektronik ürünler alanında dolaylı sıvı soğutma, sunucularda, güç pil paketlerinde, invertörlerde ve diğer ekipmanlarda da yaygın olarak kullanılmaktadır.
Dolaylı sıvı soğutmada elektronik bileşenler sıvı ısı transfer ortamıyla doğrudan temas etmez. Başka bir deyişle, buradaki sıvı soğutma ortamı, işlevi bileşenlerin yaydığı ısıyı dış dünyayla ısı alışverişine uygun bir alana aktarmak olan bir ısı transfer aracıdır. Termodinamiğin birinci kanununa göre ısı ne artar ne de azalır. Isı, sıvı tarafından ısı kaynağından uzak bir yere aktarıldıktan sonra, ısının dış dünyaya aktarılması için yine ısı değiştiriciden geçmesi gerekir. Bu kapalı bir döngü oluşturur: bileşenlerden gelen ısı sıvı soğutma ortamına aktarılır ve sıvı soğutma ortamının sıcaklığı artar. Yüksek sıcaklıktaki sıvı soğutma ortamı ısı eşanjöründen aktığında, dış dünyayla ısı alışverişinde bulunur ve sıcaklık düşer, ardından ısıyı emmek için bileşen tarafına geri akar. Dolaylı sıvı soğutma sisteminin tamamı yalnızca ısı transfer kısmını değil aynı zamanda eşleşen ısı değişim sistemini de içerir.
Tüm termal tasarım bileşenleri setinin kapladığı toplam alan esas alınarak hesaplanırsa, dolaylı sıvı soğutma ile basınçlı hava soğutması arasındaki ısı dağıtma kapasitesi farkının önemli olmadığı unutulmamalıdır. Bu aynı zamanda çevre birimleri uygulamaya uygun olmayan veya standart alana sahip birçok ürünün dolaylı sıvı soğutmayı kullanmamasının temel nedenlerinden biridir.
