直接液冷と間接液冷の違い

熱設計および開発プロセスの最初のステップは、製品の初期段階で対応する設計スペースを確保するために、製品がどの冷却方式を使用する必要があるかを確認することです。現在、電子製品の冷却方式は主に自然放熱、強制空冷、液冷の4つに分類されます。効率的な冷却能力と低いエネルギー消費率を備えた液体冷却方式は、熱設計での使用が増加しています。液体冷却方式はさらに直接冷却と間接冷却に分けられます。

直接冷却: コンポーネントを液体に直接浸漬して放熱します。浸漬液体冷却または浸漬液体冷却とも呼ばれます。現在、この技術は普及しつつあり、一部のデータセンターではすでにこの冷却方式が採用されています。直接液冷は熱伝達効率が極めて高く、空冷に比べて温度制御にかかるエネルギー消費が大幅に削減されます。したがって、浸漬液冷を使用するデータセンターの PUE 値（電力使用効率、PUE=総機器エネルギー消費量 / IT 機器エネルギー消費量）は大幅に削減でき、1.05 よりも低い値も実現できるとの報告もあります。達成 。

液体作動流体とコンポーネントとの接触形態から、直接液体冷却は 2 つのタイプに分類できます。 1) 浸漬または浸漬液体冷却は、電子製品を電気絶縁性の液体、化学的に安定、無毒、非腐食性の冷却媒体に浸すことを指します。 ; 2) スプレー式液冷とは、発熱部品に絶縁液を噴霧して冷却することを指します。実際の例では、浸漬液体冷却はお風呂に似ており、スプレー液体冷却はシャワーに似ています。

直接液体冷却では、使用する冷媒の沸点が十分に低い場合、液体の作動流体が発熱体の表面または発熱体の上部の放熱膨張面で蒸発し、その結果対流熱伝達率が非常に高くなり、非常に低い温度差で大量の熱を運び去る能力。これは現在最も商業的に利用可能な熱伝達方法であり、最も高い熱伝達効率を備えています。上の写真にある浸漬液冷表示機内の気泡は、気化した冷却作動流体です。ガス状の冷却媒体は密度が低く、気泡が上部に集まります。これらは熱交換器を通って凝縮して液体に戻り、キャビティに戻って冷却サイクルが完了します。直接液冷のキーテクノロジーは、冷却空間の密閉とシステム内の気液漏れの制御です。相変化を伴う直接液体冷却システムでは、温度が適切に制御されていないと、装置チャンバーの圧力が急激に変化し、冷媒が蒸発して漏れる可能性があります。極端な場合には、デバイスが爆発する可能性もあります。

間接液体冷却: 熱源からの熱は、まず液体循環作動流体で満たされた固体コールド プレートに伝達されます。液体の作動流体は、電子製品から放出された熱を熱交換器に伝達し、そこで熱が環境中に放散されます。間接液体冷却では、電子部品は液体熱伝達媒体に直接接触しません。現在、高集積化と高出力密度を備えた電子製品は、熱放散のために間接的な液体冷却を使用します。製品の出力密度がさらに高くなったり、温度管理の要求が厳しくなったりすると、より高い熱伝達効率の高い放熱設計手法が必要となります。自動車エンジンは、間接液体冷却を使用した最も初期の製品の 1 つです。電子製品の分野でも、間接液冷はサーバー、電源電池パック、インバーターなどの機器に広く使用されています。

間接液体冷却では、電子部品は液体熱伝達媒体に直接接触しません。言い換えれば、ここでの液体冷却媒体は単なる熱伝達媒体であり、その機能はコンポーネントから放出された熱を、外界との熱交換に便利な空間に伝達することです。熱力学の第一法則によれば、熱は増加も減少もしません。熱が液体によって熱源から遠く離れた場所に伝達された後も、熱を外界に伝達するには熱交換器を通って流れる必要があります。これにより閉ループが形成され、コンポーネントからの熱が液体冷却媒体に伝達され、液体冷却媒体の温度が上昇します。高温の液体冷媒は熱交換器を流れる際に外界と熱交換して温度が下がり、部品側に戻って吸熱します。間接液冷システム全体には、熱伝達部分だけでなく、それに対応する熱交換システムも含まれます。

熱設計コンポーネントのセット全体が占める総スペースに基づいて計算すると、間接液冷と強制空冷の放熱能力の差はそれほど大きくないことに注意してください。これは、周辺機器を適用するのが不便であったり、標準化されたスペースを備えていなかったりする多くの製品が間接液冷を使用しない主な理由の 1 つでもあります。