Otsese vedelikjahutuse ja kaudse vedelikjahutuse tehnoloogia
Termilise projekteerimise ja arendusprotsessi esimene samm on kindlaks teha, millist jahutusmeetodit toode vajab, et reserveerida vastav projekteerimisruum toote varases staadiumis. Praegu jagunevad elektroonikatoodete jahutusmeetodid peamiselt nelja kategooriasse: loomulik soojuse hajumine, sundõhkjahutus ja vedelikjahutus. Tänu tõhusale jahutusvõimsusele ja väiksemale energiatarbimise suhtele kasutatakse soojusdisainis üha enam vedelikjahutusskeeme, mis jagunevad veel otsejahutuseks ja kaudjahutuseks.
Otsene jahutus: komponendid kastetakse soojuse hajutamiseks otse vedelikku. Tuntud ka kui sukeldusvedelikjahutus või sukeldusvedelikjahutus. Praegu on see tehnoloogia tõusuteel ja mõned andmekeskused on seda jahutusmeetodit juba kasutanud. Otsene vedelikjahutus on äärmiselt kõrge soojusülekande efektiivsusega ning energiakulu temperatuuri reguleerimiseks on võrreldes õhkjahutusega oluliselt väiksem. Seetõttu saab sukeldatud vedelikjahutust kasutavate andmekeskuste PUE väärtust (Power Usage Efficiency, PUE=Total Equipment Energy Consumption/IT Equipment Energy Consumption) oluliselt vähendada ja on teateid, et isegi 1,05-st madalamaid väärtusi saab saavutatud [1].
Vedela töövedeliku ja komponentide vahelisest kontaktvormist lähtudes võib otsese vedelikujahutuse jagada kahte tüüpi: 1) Sukel- või sukelvedelikjahutus viitab elektroonikatoodete leotamisele vedelas elektriisolatsioonis, keemiliselt stabiilses, mittetoksilises ja mittesöövitavas jahutuskeskkonnas. ; 2) Pihustustüüpi vedelikjahutus viitab jahutamisele, mis saavutatakse isolatsioonivedeliku pihustamisel küttekomponentidele. Päris elu analoogia on see, et sukelvedelikjahutus sarnaneb vanniga, pihustusvedelikuga jahutamine aga nagu dušš.
Kui kasutatava jahutusvedeliku keemistemperatuur on piisavalt madal, aurustub vedel töövedelik otsesel vedelikjahutusel kütteelemendi pinnal või elemendi kohal asuval soojuse hajumise paisumispinnal, mille tulemuseks on äärmiselt kõrge konvektiivse soojusülekandetegur ja võime kanda ära suur hulk soojust äärmiselt madala temperatuuride erinevusega. See on praegu kõige kaubanduslikult saadaolev soojusülekande meetod kõrgeima soojusülekande efektiivsusega. Ülaltoodud pildil sukeldatud vedelikjahutusekraani masina sees olevad mullid on aurustunud jahutusvedelik. Gaasilise jahutuskeskkonna tihedus on madal ja ülaosas kogunevad mullid. Need kondenseeruvad soojusvaheti kaudu tagasi vedelikku ja naasevad seejärel jahutustsükli lõpuleviimiseks õõnsusse. Vedeliku vahetu jahutuse võtmetehnoloogia on jahutusruumi tihendamine ja gaasi-vedeliku lekke kontrollimine süsteemis. Faasimuutusega otsejahutussüsteemis võib temperatuuri ebaõige reguleerimine põhjustada kiireid muutusi seadmekambri rõhus ja jahutusvedeliku aurustumist ja väljapääsu. Äärmuslikel juhtudel võib seade isegi plahvatada.
Kaudne vedelikjahutus: Soojusallikast tulev soojus kantakse esmalt tahkele külmaplaadile, mis täidetakse vedela ringleva töövedelikuga. Vedel töövedelik edastab elektroonikatoodete poolt eralduva soojuse soojusvahetisse, kus soojus hajub keskkonda. Kaudse vedelikjahutuse korral ei puutu elektroonilised komponendid vedela soojuskandjaga otse kokku. Praegu kasutavad suure integratsiooni ja suure võimsustihedusega elektroonikatooted soojuse hajutamiseks kaudset vedelikjahutust. Kui toote võimsustihedus veelgi suureneb või temperatuuri reguleerimise nõuded muutuvad rangemaks, on vaja kõrgema soojusülekande efektiivsusega soojuse hajumise projekteerimismeetodeid. Automootorid olid üks esimesi tooteid, mis kasutasid kaudset vedelikjahutust. Elektroonikatoodete valdkonnas on kaudset vedelikjahutust laialdaselt kasutatud ka serverites, toiteakudes, inverterites ja muudes seadmetes.
Kaudse vedelikjahutuse korral ei puutu elektroonilised komponendid vedela soojuskandjaga otse kokku. Teisisõnu, vedel jahutuskeskkond on siin lihtsalt soojuskandja, mille ülesanne on viia komponentide poolt eralduv soojus ruumi, mis on mugav soojusvahetuseks välismaailmaga. Termodünaamika esimese seaduse kohaselt soojus ei suurene ega vähene. Kui vedelik kannab soojust soojusallikast kaugel asuvasse kohta, peab see ikkagi voolama läbi soojusvaheti, et edastada soojust välismaailmale. See moodustab suletud ahela: komponentide soojus kandub vedelale jahutuskeskkonnale ja vedela jahutuskeskkonna temperatuur tõuseb. Kui kõrge temperatuuriga vedel jahutusaine voolab läbi soojusvaheti, vahetab see soojust välismaailmaga ja temperatuur langeb, seejärel voolab tagasi komponendi poole, et soojust neelata. Kogu kaudne vedelikjahutussüsteem sisaldab mitte ainult soojusülekande osa, vaid ka sobivat soojusvahetussüsteemi.
Tuleb märkida, et kui arvutada kogu soojuskonstruktsiooni komponentide komplekti poolt hõivatud ruumi põhjal, ei ole kaudse vedelikjahutuse ja sundõhkjahutuse soojuseraldusvõime erinevus märkimisväärne. See on ka üks peamisi põhjuseid, miks paljud tooted, mida pole mugav kasutada või millel on standardne ruum, ei kasuta kaudset vedelikjahutust.
