प्रत्यक्ष तरल शीतलन और अप्रत्यक्ष तरल शीतलन के बीच तुलना

थर्मल डिज़ाइन और विकास प्रक्रिया में पहला कदम यह पुष्टि करना है कि उत्पाद के प्रारंभिक चरण में संबंधित डिज़ाइन स्थान को आरक्षित करने के लिए उत्पाद को किस शीतलन विधि का उपयोग करने की आवश्यकता है। वर्तमान में, इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों के लिए शीतलन विधियों को मुख्य रूप से चार श्रेणियों में विभाजित किया गया है: प्राकृतिक गर्मी अपव्यय, मजबूर वायु शीतलन, और तरल शीतलन। अपनी कुशल शीतलन क्षमता और कम ऊर्जा खपत अनुपात के साथ, थर्मल डिजाइन में तरल शीतलन योजनाओं का तेजी से उपयोग किया जा रहा है, जिन्हें आगे प्रत्यक्ष शीतलन और अप्रत्यक्ष शीतलन में विभाजित किया गया है।

प्रत्यक्ष शीतलन: गर्मी अपव्यय के लिए घटकों को सीधे तरल में डुबोया जाता है। इसे विसर्जन तरल शीतलन या विसर्जन तरल शीतलन के रूप में भी जाना जाता है। वर्तमान में, यह तकनीक बढ़ रही है, और कुछ डेटा केंद्रों ने पहले से ही इस शीतलन विधि का उपयोग किया है। प्रत्यक्ष तरल शीतलन में अत्यधिक उच्च गर्मी हस्तांतरण दक्षता होती है, और वायु शीतलन की तुलना में तापमान नियंत्रण के लिए ऊर्जा की खपत काफी कम हो जाती है। इसलिए, डूबे हुए तरल शीतलन का उपयोग करने वाले डेटा केंद्रों के PUE मान (पावर उपयोग दक्षता, PUE=कुल उपकरण ऊर्जा खपत / आईटी उपकरण ऊर्जा खपत) को बहुत कम किया जा सकता है, और ऐसी रिपोर्टें हैं कि 1.05 से भी कम मान हो सकते हैं हासिल किया [1]।

तरल कार्यशील तरल पदार्थ और घटकों के बीच संपर्क फ़ॉर्म से, प्रत्यक्ष तरल शीतलन को दो प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है: 1) विसर्जन या विसर्जन तरल शीतलन, तरल विद्युत इन्सुलेशन, रासायनिक रूप से स्थिर, गैर विषैले और गैर संक्षारक शीतलन मीडिया में इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों को भिगोने को संदर्भित करता है। ; 2) स्प्रे प्रकार के तरल शीतलन से तात्पर्य हीटिंग घटकों पर इन्सुलेशन तरल के छिड़काव से प्राप्त शीतलन से है। एक वास्तविक जीवन सादृश्य यह है कि विसर्जन तरल शीतलन स्नान के समान है, जबकि स्प्रे तरल शीतलन एक शॉवर की तरह है।

प्रत्यक्ष तरल शीतलन में, जब उपयोग किए गए शीतलक का क्वथनांक पर्याप्त रूप से कम होता है, तो तरल कार्यशील तरल पदार्थ हीटिंग तत्व की सतह या तत्व के ऊपर गर्मी अपव्यय विस्तार सतह पर वाष्पीकृत हो जाएगा, जिसके परिणामस्वरूप अत्यधिक उच्च संवहन गर्मी हस्तांतरण गुणांक होता है और अत्यधिक कम तापमान अंतर के साथ बड़ी मात्रा में गर्मी को दूर ले जाने की क्षमता। यह वर्तमान में उच्चतम ताप अंतरण दक्षता के साथ सबसे अधिक व्यावसायिक रूप से उपलब्ध ताप अंतरण विधि है। उपरोक्त चित्र में डूबे हुए तरल कूलिंग डिस्प्ले मशीन के अंदर के बुलबुले वाष्पीकृत शीतलन कार्यशील तरल पदार्थ हैं। गैसीय शीतलन माध्यम का घनत्व कम होता है, और बुलबुले शीर्ष पर इकट्ठा होते हैं। वे हीट एक्सचेंजर के माध्यम से वापस तरल में संघनित हो जाते हैं और फिर शीतलन चक्र को पूरा करने के लिए गुहा में लौट आते हैं। प्रत्यक्ष तरल शीतलन की प्रमुख तकनीक शीतलन स्थान को सील करना और सिस्टम में गैस-तरल रिसाव को नियंत्रित करना है। चरण परिवर्तन के साथ प्रत्यक्ष तरल शीतलन प्रणाली में, यदि तापमान को ठीक से नियंत्रित नहीं किया जाता है, तो यह उपकरण कक्ष के दबाव में तेजी से बदलाव का कारण बन सकता है और शीतलक वाष्पीकृत होकर बाहर निकल सकता है। चरम मामलों में, उपकरण फट भी सकता है।

अप्रत्यक्ष तरल शीतलन: ऊष्मा स्रोत से ऊष्मा को पहले ठोस ठंडी प्लेट में स्थानांतरित किया जाता है, जो तरल परिसंचारी कार्यशील तरल पदार्थ से भरी होती है। तरल कार्यशील द्रव इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों द्वारा उत्सर्जित गर्मी को हीट एक्सचेंजर में स्थानांतरित करता है, जहां गर्मी पर्यावरण में फैल जाती है। अप्रत्यक्ष तरल शीतलन में, इलेक्ट्रॉनिक घटक सीधे तरल ताप हस्तांतरण माध्यम से संपर्क नहीं करते हैं। वर्तमान में, उच्च एकीकरण और उच्च शक्ति घनत्व वाले इलेक्ट्रॉनिक उत्पाद गर्मी अपव्यय के लिए अप्रत्यक्ष तरल शीतलन का उपयोग करेंगे। जब उत्पाद की शक्ति घनत्व और बढ़ जाती है या तापमान नियंत्रण की आवश्यकताएं सख्त हो जाती हैं, तो उच्च गर्मी हस्तांतरण दक्षता गर्मी अपव्यय डिजाइन विधियों की आवश्यकता होती है। ऑटोमोटिव इंजन अप्रत्यक्ष तरल शीतलन का उपयोग करने वाले शुरुआती उत्पादों में से एक थे। इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों के क्षेत्र में, सर्वर, पावर बैटरी पैक, इनवर्टर और अन्य उपकरणों में अप्रत्यक्ष तरल शीतलन का भी व्यापक रूप से उपयोग किया गया है।

अप्रत्यक्ष तरल शीतलन में, इलेक्ट्रॉनिक घटक सीधे तरल ताप हस्तांतरण माध्यम से संपर्क नहीं करते हैं। दूसरे शब्दों में, यहां तरल शीतलन माध्यम सिर्फ एक गर्मी हस्तांतरण माध्यम है, जिसका कार्य घटकों द्वारा उत्सर्जित गर्मी को ऐसे स्थान पर स्थानांतरित करना है जो बाहरी दुनिया के साथ गर्मी विनिमय के लिए सुविधाजनक है। थर्मोडायनामिक्स के पहले नियम के अनुसार, गर्मी न तो बढ़ती है और न ही घटती है। गर्मी को तरल द्वारा गर्मी स्रोत से दूर किसी स्थान पर स्थानांतरित करने के बाद, बाहरी दुनिया में गर्मी स्थानांतरित करने के लिए इसे अभी भी हीट एक्सचेंजर के माध्यम से प्रवाहित करने की आवश्यकता होती है। यह एक बंद लूप बनाता है: घटकों से गर्मी तरल शीतलन माध्यम में स्थानांतरित हो जाती है, और तरल शीतलन माध्यम का तापमान बढ़ जाता है। जब उच्च तापमान वाला तरल शीतलन माध्यम हीट एक्सचेंजर के माध्यम से प्रवाहित होता है, तो यह बाहरी दुनिया के साथ गर्मी का आदान-प्रदान करता है, और तापमान कम हो जाता है, फिर गर्मी को अवशोषित करने के लिए घटक पक्ष में वापस प्रवाहित होता है। संपूर्ण अप्रत्यक्ष तरल शीतलन प्रणाली में न केवल गर्मी हस्तांतरण भाग शामिल है, बल्कि मिलान गर्मी विनिमय प्रणाली भी शामिल है।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि यदि थर्मल डिजाइन घटकों के पूरे सेट द्वारा कब्जा किए गए कुल स्थान के आधार पर गणना की जाती है, तो अप्रत्यक्ष तरल शीतलन और मजबूर वायु शीतलन के बीच गर्मी अपव्यय क्षमता में अंतर महत्वपूर्ण नहीं है। यह भी प्रमुख कारणों में से एक है कि कई उत्पाद जो बाह्य उपकरणों को लगाने के लिए सुविधाजनक नहीं हैं या जिनमें मानकीकृत स्थान है, वे अप्रत्यक्ष तरल शीतलन का उपयोग नहीं करते हैं।