Flüssigkeitskühlung ist eine fortschrittliche Methode zur Wärmeableitung, bei der Flüssigkeit als Medium verwendet wird, um Wärme von elektronischen Komponenten oder mechanischen Systemen abzuleiten. Im Vergleich zur herkömmlichen Luftkühlung kann Flüssigkeitskühlung Wärme effizienter abführen, was sie zu einer bevorzugten Lösung für Hochleistungsrechner, Rechenzentren, Elektrofahrzeuge und Industrieanlagen macht. Flüssigkeitskühlung kann im Allgemeinen in direkte und indirekte Kühlung unterteilt werden, wobei Immersionskühlung und Kaltplattenkühlung die wichtigsten Technologien in diesen Kategorien sind.
Bei der Immersionskühlung werden wärmeerzeugende Komponenten direkt in eine Kühlflüssigkeit getaucht, wo die Flüssigkeit zirkuliert und die von Geräten wie Servern erzeugte Wärme abführt. Dies ist eine typische Methode der Flüssigkeitskühlung mit direktem Kontakt. Da die Wärmequelle in direktem Kontakt mit der Kühlflüssigkeit steht, bietet dieses System eine höhere thermische Effizienz und weniger Lärm. Immersionskühlsysteme werden normalerweise in zwei Zyklen unterteilt: den Innen- und den Außenzyklus.
Im Innenkreislauf tauscht die Kühlflüssigkeit Wärme mit den wärmeerzeugenden Komponenten in einer abgedichteten Kammer aus. Wenn die Flüssigkeit die Wärme aufnimmt, erwärmt sie sich und verdampft. Die verdampfte Flüssigkeit gelangt dann zu einem Wärmeaustauschmodul (CDM), wo sie kondensiert, während sie Wärme mit dem kühleren Außenwasser austauscht. Die kondensierte Flüssigkeit wird abgekühlt und in die Kammer zurückgeführt, um den Vorgang zu wiederholen. In Zweiphasen-Tauchkühlsystemen durchläuft die Flüssigkeit einen Phasenwechsel, um Wärme effizient zu übertragen.
Im Außenkreislauf wird das nun heiße Wasser, das die Wärme aus der Kühlflüssigkeit aufgenommen hat, in einen externen Kühlturm gepumpt. Im Kühlturm gibt das Wasser Wärme an die Atmosphäre ab und wird wieder kühler, bevor es für einen weiteren Wärmeaustausch wieder in den CDM gepumpt wird. In diesem Kreislauf wird die Wärmeübertragung hauptsächlich durch Änderungen der Wassertemperatur erreicht.
Immersionskühlsysteme können in Zweiphasen- und Einphasensysteme unterteilt werden, die jeweils über einzigartige Eigenschaften verfügen.
Zweiphasige Flüssigkeitskühlung: In Zweiphasensystemen wechselt die Kühlflüssigkeit während des Kühlvorgangs von flüssig zu gasförmig und umgekehrt. Diese Methode ist hocheffizient, aber auch komplexer zu handhaben. Der Druck ändert sich während der Phasenübergänge, was langlebige Behälter erfordert, und die Flüssigkeit ist anfälliger für Verunreinigungen.
Einphasige Flüssigkeitskühlung: In einphasigen Systemen bleibt die Flüssigkeit während des gesamten Kühlvorgangs im gleichen Zustand. Die Flüssigkeit hat einen hohen Siedepunkt, um Verdampfungsverluste zu vermeiden, was die Steuerung erleichtert, aber die Kühlleistung ist im Allgemeinen geringer als bei zweiphasigen Systemen.
Bei der Kaltplattenkühlung werden Flüssigkeitskühlplatten an den wichtigsten wärmeerzeugenden Komponenten eines Servers angebracht. Die Flüssigkeit zirkuliert durch die Platten, nimmt die Wärme von diesen Komponenten auf und leitet sie ab. Während die Kaltplattenkühlung Komponenten mit hoher Hitze effektiv bewältigt, benötigen andere Teile des Servers möglicherweise weiterhin Luftkühlung. Dies führt zu Hybridsystemen, die als Dual-Channel-Server bezeichnet werden. Die Flüssigkeit in Kaltplattensystemen kommt nicht direkt mit den Komponenten in Kontakt, sondern überträgt die Wärme über eine Wärmeplatte, was hohe Sicherheit und Zuverlässigkeit bietet.
Sprühkühlsysteme speichern Kühlmittel im oberen Teil eines Chassis und sprühen es dann direkt auf die wärmeerzeugenden Komponenten. Die Flüssigkeit kommt direkt mit den Komponenten in Kontakt und sorgt so für eine effiziente Kühlung. Wenn die Flüssigkeit jedoch auf heiße Oberflächen trifft, verdunstet ein Teil davon, was dazu führen kann, dass Dampf durch Lücken im Chassis entweicht und möglicherweise die Sauberkeit der Umgebung oder anderer Geräte beeinträchtigt.
In Flüssigkeitskühlsystemen werden verschiedene Kühlmitteltypen verwendet, jeder mit seinen eigenen Eigenschaften und Anwendungen:
Wasser : Das einfachste und kostengünstigste Kühlmittel. Wasser hat zwar eine hohe Wärmeleitfähigkeit, ist jedoch kein Isolator und kann bei einem Leck schwere Schäden verursachen.
Mineralöl: Eine ungiftige, nichtflüchtige Flüssigkeit, die häufig in einphasigen Kühlsystemen verwendet wird. Sie hat eine hohe Viskosität, die Rückstände hinterlassen kann, und obwohl sie einen hohen Flammpunkt hat, kann sie unter bestimmten Bedingungen dennoch eine Brandgefahr darstellen.
Fluorierte elektronische Flüssigkeit: Diese Flüssigkeit ist dafür bekannt, dass sie nicht leitfähig und nicht entflammbar ist und wird häufig in Rechenzentren verwendet. Sie ist hochwirksam, aber teuer.
Wärmeträgerflüssigkeit der BO-Serie: Diese Spezialflüssigkeit ist ungiftig, nicht leitend, hat einen hohen Siedepunkt und ist korrosionsbeständig. Sie verhindert Oxidation und Verunreinigung und trägt so zur Verlängerung der Lebensdauer elektronischer Komponenten bei.
Flüssigkeitskühlung mit ihren überlegenen Wärmemanagementfunktionen und ihrem leiseren Betrieb entwickelt sich zur bevorzugten Lösung für Hochleistungselektronik, insbesondere in Rechenzentren, Elektrofahrzeugen und Industrieumgebungen. Obwohl die Kosten und die Komplexität höher sind, machen die langfristigen Vorteile einer verbesserten Kühleffizienz und Systemzuverlässigkeit diese Investition lohnenswert.
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