الفرق بين التبريد السائل المباشر والتبريد السائل غير المباشر

الخطوة الأولى في عملية التصميم والتطوير الحراري هي التأكد من طريقة التبريد التي يحتاج المنتج إلى استخدامها، من أجل حجز مساحة التصميم المقابلة في المرحلة المبكرة من المنتج. في الوقت الحالي، تنقسم طرق تبريد المنتجات الإلكترونية بشكل أساسي إلى أربع فئات: تبديد الحرارة الطبيعي، وتبريد الهواء القسري، والتبريد السائل. بفضل قدرة التبريد الفعالة ونسبة استهلاك الطاقة المنخفضة، يتم استخدام أنظمة التبريد السائل بشكل متزايد في التصميم الحراري، والتي تنقسم أيضًا إلى تبريد مباشر وتبريد غير مباشر.

التبريد المباشر: يتم غمر المكونات مباشرة في سائل لتبديد الحرارة. يُعرف أيضًا باسم التبريد السائل الغاطس أو التبريد السائل الغاطس. في الوقت الحاضر، هذه التكنولوجيا آخذة في الارتفاع، وقد استخدمت بعض مراكز البيانات بالفعل طريقة التبريد هذه. يتميز التبريد السائل المباشر بكفاءة عالية للغاية في نقل الحرارة، ويتم تقليل استهلاك الطاقة للتحكم في درجة الحرارة بشكل كبير مقارنة بتبريد الهواء. ولذلك، فإن قيمة PUE (كفاءة استخدام الطاقة، PUE=إجمالي استهلاك طاقة المعدات/استهلاك طاقة معدات تكنولوجيا المعلومات) لمراكز البيانات التي تستخدم التبريد السائل المغمور يمكن أن تنخفض بشكل كبير، وهناك تقارير تشير إلى أنه يمكن تقليل القيم الأقل من 1.05 إلى حد كبير. حقق .

من شكل الاتصال بين سائل العمل السائل والمكونات، يمكن تقسيم التبريد السائل المباشر إلى نوعين: 1) يشير التبريد السائل الغمر أو الغمر إلى نقع المنتجات الإلكترونية في العزل الكهربائي السائل، ووسائط التبريد المستقرة كيميائيًا، وغير السامة، وغير المسببة للتآكل ; 2) يشير التبريد السائل من نوع الرش إلى التبريد الذي يتم تحقيقه عن طريق رش سائل العزل على مكونات التسخين. التشبيه الواقعي هو أن التبريد السائل بالغمر يشبه الحمام، في حين أن التبريد السائل بالرش يشبه الدش.

في التبريد السائل المباشر، عندما تكون نقطة غليان سائل التبريد المستخدم منخفضة بما فيه الكفاية، سوف يتبخر سائل العمل السائل على سطح عنصر التسخين أو سطح تمدد تبديد الحرارة فوق العنصر، مما يؤدي إلى معامل نقل حراري عالي للغاية و القدرة على حمل كمية كبيرة من الحرارة مع اختلاف درجات الحرارة المنخفض للغاية. إنها حاليًا أكثر طرق نقل الحرارة المتاحة تجاريًا بأعلى كفاءة في نقل الحرارة. الفقاعات الموجودة داخل آلة عرض التبريد السائل المغمورة في الصورة أعلاه هي سائل التبريد المتبخر. كثافة وسط التبريد الغازي منخفضة، وتتجمع الفقاعات في الأعلى. تتكثف مرة أخرى في السائل من خلال مبادل حراري ثم تعود إلى التجويف لإكمال دورة التبريد. التكنولوجيا الرئيسية للتبريد السائل المباشر هي إغلاق مساحة التبريد والتحكم في تسرب الغاز السائل في النظام. في نظام التبريد السائل المباشر مع تغير الطور، إذا لم يتم التحكم في درجة الحرارة بشكل صحيح، فقد يؤدي ذلك إلى تغيرات سريعة في ضغط غرفة المعدات وتبخر سائل التبريد وهروبه. وفي الحالات القصوى، قد ينفجر الجهاز.

التبريد السائل غير المباشر: يتم أولاً نقل الحرارة من مصدر الحرارة إلى اللوحة الباردة الصلبة، والتي تكون مملوءة بسائل العمل المتداول. يقوم سائل العمل السائل بنقل الحرارة المنبعثة من المنتجات الإلكترونية إلى المبادل الحراري، حيث يتم تبديد الحرارة إلى البيئة. في التبريد السائل غير المباشر، لا تتصل المكونات الإلكترونية مباشرة بوسط نقل الحرارة السائل. في الوقت الحاضر، ستستخدم المنتجات الإلكترونية ذات التكامل العالي وكثافة الطاقة العالية التبريد السائل غير المباشر لتبديد الحرارة. عندما تزداد كثافة الطاقة للمنتج أو تصبح متطلبات التحكم في درجة الحرارة أكثر صرامة، تكون هناك حاجة إلى أساليب تصميم تبديد الحرارة ذات كفاءة أعلى في نقل الحرارة. كانت محركات السيارات من أوائل المنتجات التي استخدمت التبريد السائل غير المباشر. وفي مجال المنتجات الإلكترونية، تم أيضًا استخدام التبريد السائل غير المباشر على نطاق واسع في الخوادم وحزم بطاريات الطاقة والعاكسات وغيرها من المعدات.

في التبريد السائل غير المباشر، لا تتصل المكونات الإلكترونية مباشرة بوسط نقل الحرارة السائل. بمعنى آخر، وسط التبريد السائل هنا هو مجرد وسيط نقل الحرارة، وظيفته نقل الحرارة المنبعثة من المكونات إلى مساحة مناسبة للتبادل الحراري مع العالم الخارجي. وفقا للقانون الأول للديناميكا الحرارية، فإن الحرارة لا تزيد ولا تنقص. بعد أن تنتقل الحرارة بواسطة السائل إلى مكان بعيد عن مصدر الحرارة، فإنها لا تزال بحاجة إلى التدفق عبر المبادل الحراري لنقل الحرارة إلى العالم الخارجي. وهذا يشكل حلقة مغلقة: يتم نقل الحرارة من المكونات إلى وسط التبريد السائل، وتزداد درجة حرارة وسط التبريد السائل. عندما يتدفق وسط التبريد السائل ذو درجة الحرارة العالية عبر المبادل الحراري، فإنه يتبادل الحرارة مع العالم الخارجي، وتنخفض درجة الحرارة، ثم يتدفق مرة أخرى إلى الجانب المكون لامتصاص الحرارة. لا يشتمل نظام التبريد السائل غير المباشر بالكامل على جزء نقل الحرارة فحسب، بل يشتمل أيضًا على نظام التبادل الحراري المطابق.

تجدر الإشارة إلى أنه إذا تم حسابه على أساس المساحة الإجمالية التي تشغلها مجموعة مكونات التصميم الحراري بأكملها، فإن الفرق في قدرة تبديد الحرارة بين التبريد السائل غير المباشر وتبريد الهواء القسري ليس كبيرًا. يعد هذا أيضًا أحد الأسباب الرئيسية وراء عدم استخدام العديد من المنتجات غير الملائمة لتطبيق الأجهزة الطرفية أو ذات المساحة القياسية للتبريد السائل غير المباشر.