ความแตกต่างของการทำความเย็นด้วยของเหลวโดยตรงและการทำความเย็นด้วยของเหลวโดยอ้อม

ขั้นตอนแรกในการออกแบบการระบายความร้อนและกระบวนการพัฒนาคือการยืนยันว่าผลิตภัณฑ์จำเป็นต้องใช้วิธีการทำความเย็นแบบใด เพื่อสงวนพื้นที่การออกแบบที่สอดคล้องกันในระยะแรกของผลิตภัณฑ์ ในปัจจุบัน วิธีการทำความเย็นสำหรับผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่แบ่งออกเป็น 4 ประเภท ได้แก่ การกระจายความร้อนตามธรรมชาติ การระบายความร้อนด้วยอากาศแบบบังคับ และการระบายความร้อนด้วยของเหลว ด้วยความสามารถในการทำความเย็นที่มีประสิทธิภาพและอัตราส่วนการใช้พลังงานที่ต่ำกว่า รูปแบบการทำความเย็นด้วยของเหลวจึงถูกนำมาใช้มากขึ้นในการออกแบบการระบายความร้อน ซึ่งแบ่งออกเป็นการทำความเย็นโดยตรงและการทำความเย็นโดยอ้อมเพิ่มเติม

การระบายความร้อนโดยตรง: ส่วนประกอบต่างๆ จะถูกจุ่มลงในของเหลวโดยตรงเพื่อกระจายความร้อน เรียกอีกอย่างว่าการทำความเย็นด้วยของเหลวแบบแช่หรือการทำความเย็นด้วยของเหลวแบบแช่ ปัจจุบันเทคโนโลยีนี้มีจำนวนเพิ่มมากขึ้น และศูนย์ข้อมูลบางแห่งก็ใช้วิธีการระบายความร้อนนี้อยู่แล้ว การระบายความร้อนด้วยของเหลวโดยตรงมีประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนที่สูงมาก และการใช้พลังงานในการควบคุมอุณหภูมิก็ลดลงอย่างมากเมื่อเทียบกับการระบายความร้อนด้วยอากาศ ดังนั้น ค่า PUE (ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน, PUE=การใช้พลังงานของอุปกรณ์ทั้งหมด/การใช้พลังงานของอุปกรณ์ IT) ของศูนย์ข้อมูลที่ใช้การระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบจุ่มสามารถลดลงได้อย่างมาก และมีรายงานว่าแม้ค่าที่ต่ำกว่า 1.05 ก็สามารถ ประสบความสำเร็จ

จากรูปแบบการสัมผัสระหว่างของเหลวทำงานและส่วนประกอบ การทำความเย็นด้วยของเหลวโดยตรงสามารถแบ่งได้เป็น 2 ประเภท คือ 1) การทำความเย็นด้วยของเหลวแบบแช่หรือการแช่หมายถึงการแช่ผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ในฉนวนไฟฟ้าของเหลว สารทำความเย็นที่มีความเสถียรทางเคมี ปลอดสารพิษ และไม่กัดกร่อน ; 2) การทำความเย็นด้วยของเหลวแบบสเปรย์หมายถึงการทำความเย็นที่เกิดขึ้นโดยการพ่นของเหลวฉนวนลงบนส่วนประกอบทำความร้อน การเปรียบเทียบในชีวิตจริงก็คือ การทำความเย็นด้วยของเหลวแบบจุ่มนั้นคล้ายคลึงกับการอาบน้ำ ในขณะที่การทำความเย็นด้วยของเหลวแบบสเปรย์ก็เหมือนกับฝักบัว

ในการทำความเย็นด้วยของเหลวโดยตรง เมื่อจุดเดือดของสารหล่อเย็นที่ใช้ต่ำเพียงพอ สารทำงานที่เป็นของเหลวจะระเหยเป็นไอบนพื้นผิวขององค์ประกอบความร้อนหรือพื้นผิวการขยายตัวของการกระจายความร้อนเหนือองค์ประกอบ ส่งผลให้ค่าสัมประสิทธิ์การพาความร้อนของการพาความร้อนสูงมากและ ความสามารถในการพาความร้อนจำนวนมากโดยมีความแตกต่างของอุณหภูมิต่ำมาก ปัจจุบันเป็นวิธีการถ่ายโอนความร้อนที่มีขายทั่วไปมากที่สุดโดยมีประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนสูงสุด ฟองอากาศภายในเครื่องแสดงผลการทำความเย็นด้วยของเหลวที่แช่อยู่ในภาพด้านบนคือสารทำความเย็นที่ระเหยเป็นไอ ความหนาแน่นของตัวกลางทำความเย็นที่เป็นแก๊สอยู่ในระดับต่ำ และฟองอากาศจะรวมตัวกันที่ด้านบน พวกมันจะควบแน่นกลับเข้าไปในของเหลวผ่านตัวแลกเปลี่ยนความร้อน จากนั้นจึงกลับเข้าไปในคาวิตี้เพื่อทำให้วงจรการทำความเย็นเสร็จสมบูรณ์ เทคโนโลยีสำคัญของการทำความเย็นด้วยของเหลวโดยตรงคือการปิดผนึกพื้นที่ทำความเย็นและการควบคุมการรั่วไหลของก๊าซ-ของเหลวในระบบ ในระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวโดยตรงที่มีการเปลี่ยนเฟส หากไม่ได้ควบคุมอุณหภูมิอย่างเหมาะสม อาจทำให้ความดันของห้องอุปกรณ์และสารหล่อเย็นเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วระเหยและหลบหนีออกไปได้ ในกรณีที่ร้ายแรง อุปกรณ์อาจระเบิดได้

การระบายความร้อนด้วยของเหลวทางอ้อม: ความร้อนจากแหล่งความร้อนจะถูกถ่ายโอนไปยังแผ่นเย็นที่เป็นของแข็งก่อน ซึ่งเต็มไปด้วยของเหลวหมุนเวียนในการทำงาน น้ำมันทำงานที่เป็นของเหลวจะถ่ายเทความร้อนที่ปล่อยออกมาจากผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ไปยังตัวแลกเปลี่ยนความร้อน ซึ่งความร้อนจะกระจายออกสู่สิ่งแวดล้อม ในการระบายความร้อนด้วยของเหลวทางอ้อม ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์จะไม่สัมผัสโดยตรงกับตัวกลางการถ่ายเทความร้อนของของเหลว ปัจจุบันผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีการบูรณาการสูงและความหนาแน่นของพลังงานสูงจะใช้การระบายความร้อนด้วยของเหลวทางอ้อมเพื่อกระจายความร้อน เมื่อความหนาแน่นของพลังงานของผลิตภัณฑ์เพิ่มขึ้นอีกหรือข้อกำหนดในการควบคุมอุณหภูมิมีความเข้มงวดมากขึ้น จำเป็นต้องมีวิธีการออกแบบการกระจายความร้อนที่มีประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนที่สูงขึ้น เครื่องยนต์ของยานยนต์เป็นหนึ่งในผลิตภัณฑ์แรกๆ ที่ใช้การระบายความร้อนด้วยของเหลวทางอ้อม ในด้านผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ การระบายความร้อนด้วยของเหลวทางอ้อมยังถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเซิร์ฟเวอร์ ชุดแบตเตอรี่สำรอง อินเวอร์เตอร์ และอุปกรณ์อื่นๆ

ในการระบายความร้อนด้วยของเหลวทางอ้อม ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์จะไม่สัมผัสโดยตรงกับตัวกลางการถ่ายเทความร้อนของของเหลว กล่าวอีกนัยหนึ่ง ตัวกลางทำความเย็นด้วยของเหลวที่นี่เป็นเพียงตัวกลางการถ่ายเทความร้อน ซึ่งมีหน้าที่ในการถ่ายเทความร้อนที่ปล่อยออกมาจากส่วนประกอบต่างๆ ไปยังพื้นที่ที่สะดวกสำหรับการแลกเปลี่ยนความร้อนกับโลกภายนอก ตามกฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์ ความร้อนจะไม่เพิ่มขึ้นหรือลดลง หลังจากที่ความร้อนถูกถ่ายโอนโดยของเหลวไปยังตำแหน่งที่ห่างไกลจากแหล่งความร้อน ความร้อนยังคงต้องไหลผ่านตัวแลกเปลี่ยนความร้อนเพื่อถ่ายเทความร้อนสู่โลกภายนอก สิ่งนี้ก่อตัวเป็นวงปิด: ความร้อนจากส่วนประกอบจะถูกถ่ายโอนไปยังตัวกลางทำความเย็นด้วยของเหลว และอุณหภูมิของตัวกลางทำความเย็นด้วยของเหลวจะเพิ่มขึ้น เมื่อตัวกลางทำความเย็นของเหลวอุณหภูมิสูงไหลผ่านตัวแลกเปลี่ยนความร้อน มันจะแลกเปลี่ยนความร้อนกับโลกภายนอก และอุณหภูมิจะลดลง จากนั้นจะไหลกลับไปยังด้านส่วนประกอบเพื่อดูดซับความร้อน ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวทางอ้อมทั้งหมดไม่เพียงแต่รวมถึงส่วนการถ่ายเทความร้อนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงระบบแลกเปลี่ยนความร้อนที่เข้ากันอีกด้วย

ควรสังเกตว่าหากคำนวณตามพื้นที่ทั้งหมดที่ครอบครองโดยส่วนประกอบการออกแบบการระบายความร้อนทั้งชุด ความแตกต่างในความสามารถในการกระจายความร้อนระหว่างการระบายความร้อนด้วยของเหลวทางอ้อมและการระบายความร้อนด้วยอากาศแบบบังคับไม่มีนัยสำคัญ นี่เป็นหนึ่งในเหตุผลสำคัญที่ทำให้ผลิตภัณฑ์จำนวนมากที่ไม่สะดวกในการใช้อุปกรณ์ต่อพ่วงหรือมีพื้นที่มาตรฐานจึงไม่ใช้การระบายความร้อนด้วยของเหลวทางอ้อม