Le refroidissement liquide est une méthode avancée de dissipation de chaleur qui utilise le liquide comme moyen pour transférer la chaleur des composants électroniques ou des systèmes mécaniques. Par rapport au refroidissement par air traditionnel, le refroidissement liquide peut évacuer la chaleur plus efficacement, ce qui en fait une solution privilégiée dans le calcul haute performance, les centres de données, les véhicules électriques et les équipements industriels. Le refroidissement liquide peut généralement être divisé en refroidissement direct et refroidissement indirect, le refroidissement par immersion et le refroidissement par plaque froide étant les principales technologies de ces catégories.
Le refroidissement par immersion consiste à immerger les composants générateurs de chaleur directement dans un liquide de refroidissement, où le liquide circule pour évacuer la chaleur produite par des appareils tels que des serveurs. Il s'agit d'une méthode de refroidissement liquide par contact direct typique. Étant donné que la source de chaleur est en contact direct avec le liquide de refroidissement, ce système offre une efficacité thermique plus élevée et un bruit réduit. Les systèmes de refroidissement par immersion sont généralement divisés en deux cycles : les cycles intérieur et extérieur.
Dans le cycle intérieur, le liquide de refroidissement échange de la chaleur avec les composants générateurs de chaleur dans une chambre étanche. Lorsque le liquide absorbe la chaleur, il se réchauffe et se vaporise. Le liquide vaporisé se déplace ensuite vers un module d'échange de chaleur (CDM), où il se condense en échangeant de la chaleur avec l'eau plus froide du côté extérieur. Le liquide condensé est refroidi et remis en circulation dans la chambre pour répéter le processus. Dans les systèmes de refroidissement par immersion à deux phases, le liquide subit un changement de phase pour transférer efficacement la chaleur.
Dans le cycle extérieur, l'eau à haute température qui a absorbé la chaleur du liquide de refroidissement est pompée vers une tour de refroidissement externe. Dans la tour de refroidissement, l'eau libère de la chaleur dans l'atmosphère, puis revient à une température plus basse avant d'être pompée dans le CDM pour un autre cycle d'échange de chaleur. Dans ce cycle, le transfert de chaleur s'effectue principalement par des changements de température de l'eau.
Les systèmes de refroidissement par immersion peuvent être divisés en systèmes biphasés et monophasés, chacun ayant des caractéristiques uniques.
Refroidissement liquide biphasé : Dans les systèmes à deux phases, le liquide de refroidissement passe de l'état liquide à l'état vapeur et vice versa pendant le processus de refroidissement. Cette méthode est très efficace mais également plus complexe à gérer. La pression change pendant les transitions de phase, ce qui nécessite des récipients durables, et le liquide est plus sensible à la contamination.
Refroidissement liquide monophasé : Dans les systèmes monophasés, le liquide reste dans le même état tout au long du processus de refroidissement. Le liquide a un point d'ébullition élevé pour éviter les pertes par évaporation, ce qui le rend plus facile à contrôler, mais l'efficacité du refroidissement est généralement inférieure à celle des systèmes biphasés.
Le refroidissement par plaque froide consiste à fixer des plaques de refroidissement liquide sur les principaux composants générateurs de chaleur d'un serveur. Le liquide circule à travers les plaques, absorbant la chaleur de ces composants et la dissipant. Alors que le refroidissement par plaque froide gère efficacement les composants à haute température, d'autres parties du serveur peuvent encore nécessiter un refroidissement par air, ce qui donne lieu à des systèmes hybrides appelés serveurs à double canal. Le liquide des systèmes à plaque froide n'entre pas directement en contact avec les composants mais transfère la chaleur via une plaque thermique, offrant ainsi une sécurité et une fiabilité élevées.
Les systèmes de refroidissement par pulvérisation stockent le liquide de refroidissement dans la partie supérieure du châssis, puis le pulvérisent directement sur les composants générateurs de chaleur. Le liquide entre directement en contact avec les composants, assurant ainsi un refroidissement efficace. Cependant, lorsque le liquide entre en contact avec des surfaces chaudes, une partie s'évapore, ce qui peut entraîner la fuite de vapeur par les interstices du châssis, affectant potentiellement la propreté de l'environnement ou d'autres équipements.
Plusieurs types de liquides de refroidissement sont utilisés dans les systèmes de refroidissement liquide, chacun ayant ses propres propriétés et applications :
L'eau : Le liquide de refroidissement le plus basique et le plus économique. Bien que l'eau ait une conductivité thermique élevée, elle n'est pas un isolant et peut causer de graves dommages en cas de fuite.
Huile minérale : Liquide non toxique et non volatil souvent utilisé dans les systèmes de refroidissement monophasés. Il présente une viscosité élevée, qui peut laisser des résidus, et bien qu'il ait un point d'éclair élevé, il peut néanmoins présenter un risque d'incendie dans certaines conditions.
Liquide électronique fluoré : Connu pour être non conducteur et ininflammable, ce liquide est largement utilisé dans les centres de données. Il est très efficace mais coûteux.
Fluide thermique série BO : Ce fluide spécialisé est non toxique, non conducteur, à point d'ébullition élevé et résistant à la corrosion. Il prévient l'oxydation et la contamination, ce qui contribue à prolonger la durée de vie des composants électroniques.
Le refroidissement liquide, avec ses capacités de gestion thermique supérieures et son fonctionnement plus silencieux, s'impose comme la solution privilégiée pour l'électronique hautes performances, notamment dans les centres de données, les véhicules électriques et les environnements industriels. Bien que le coût et la complexité soient plus élevés, les avantages à long terme de l'amélioration de l'efficacité du refroidissement et de la fiabilité du système en font un investissement rentable.
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