ИММЕРСИОННОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ

Иммерсионное охлаждение это один из способов охлаждения, при котором охлаждаемый объект погружают в теплоноситель. Таким образом, за счет погружения, теплоноситель забирает тепло от объекта. Далее сам теплоноситель охлаждается принудительно или пассивно за счет своих свойств.

Чаще всего когда речь заходит об иммерсионном охлаждении подразумевается охлаждение электроники. А в 90% случаев на данный момент все понимают что речь идет об охлаждении графических процессоров видеокарт, и процессоров майнинг устройств, или как их часто называют асиков (ASIC). Так же энтузиасты нередко размещают свои персональные компьютеры в аквариумах и наполняют их иммерсионной жидкостью.

Иммерсионное охлаждение подразделяется на два вида или типа: однофазное и двухфазное.

При однофазном иммерсионном охлаждении теплоноситель в который погружено устройство находится в одной фазе или агрегатном состоянии, при этом сам теплоноситель охлаждается за счет передачи тепла в другую жидкую среду через теплообменник или в атмосферу через радиатор (градирню).

Двухфазное иммерсионное охлаждение означает, что теплоноситель в рабочем цикле переходит из одной фазы (агрегатного состояния) в другую за счет чего охлаждается и перемешивается. Чаще всего при двухфазном охлаждении теплоноситель изначально находится в состоянии жидкости, после его нагрева он начинает кипеть и испаряться переходя в газообразное состояние, таким образом отдавая тепло. Из газообразного состояния обратно в жидкость теплоноситель переходит путем конденсации. Таким образом в емкости для охлаждения происходит постоянный круговорот теплоносителя и его перемешивание.

Сейчас на рынке множество предложений по иммерсионному охлаждению и различным жидкостям для погружного охлаждения. Так как мы имеем 2 вида охлаждения то и жидкости разделим на 2 типа. Однофазные и двухфазные.

Однофазные иммерсионные жидкости нужно подбирать в первую очередь исходя из потребностей. Так как мы говорим об охлаждении электроники то первое что нам нужно это чтобы жидкость обладала диэлектрическими свойствами. И таких жидкостей огромное количество. Это практически любые масла (растительные, минеральные, синтетические, силиконовые), так же можно привести в пример дистилированную воду, жидкий фторкетон и др. Как известно вода в любом случае окислитель, кроме того 100% дистилят воды сложно получить, а так же любое попадание примесей приведет к замыканию электроники поэтому рассматривать его нет смысла. Фторкетон Novec 1230 скорее относится к категории двухфазного охлаждения и о нем позже.

О иммерсионных жидкостях далее читайте на вкладке ниже.

И так первое что придет на ум в качестве диэлектрической жидкости это трансформаторное масло. По сути продукт получаемый из нефти, а его название говорит о непосредственном применении в электротехнике. И действительно это неплохой диэлектрик для трансформаторных подстанций и иных устройств в сетях высокого напряжения. Но для иммерсионного охлаждения особенно в домашних условиях или в помещениях где работают люди абсолютно не подходит. Во первых масло имеет неприятный запах, во вторых его пары могут вызывать аллергию, а при попадании на кожу появляется раздражение. И самое важное при работе с электроникой это его гигроскопичность, т.е. способности впитывать воду. А это значит, что во первых его нужно периодически менять, а во вторых есть риск получить КЗ в ваших приборах. Не стоит забывать и о том что в трансформаторах в масляной среде нет микрочипов, герметиков, термопасты, термоусадок, пвх проводов, печатных плат и как оно повлияет на электронику при длительном использовании мало что можно сказать. Так же масло неплохо горит, температура вспышки может быть около 135*С. Но есть один плюс, дешевое. около 50 рублей за литр.

Силиконовые масла (полиметилсилоксан). Широко применяется для иммерсионного охлаждения и во множестве других отраслей (медицина, косметология, строительные материалы, смазки для авто и др.). В целом гораздо безопаснее трансформаторного и не опасно для человека.
Есть миф что ПМС 200 не горит. На самом деле он горит. Но вот температура вспышки или самовоспламенения значительно выше чем у минеральных или синтетических масел температура вспышки ПМС 200 составляет 315*С а самовоспламенения более 460.

И в целом это действительно неплохой вариант. Но цена достаточно высока и составляет от 350 рублей за литр.

Белые минеральные масла это нефтепродукт широко применяемый во многих отраслях. Часто применяется в косметологии, в составе кремов, мазей и различной косметики. Так же применяется в медицине, строительстве, ремонте автомобилей, производстве химических составов.
Использование данной жидкости обусловлено широкой практикой и одобрением в США и Европе для иммерсионного охлаждения. Многие производители систем охлаждения майнинг устройств рекомендуют именно его как недорогой и долговечный теплоноситель.

Из плюсов можно отметить отсутствие гигроскопичности стабильность в течении длительного времени (как правило срок службы от 3 лет, либо не ограничен). Неплохие показатели по пожаробезопасности. Температура вспышки выше 200*С, самовозгорания выше 300*С. И главное это безопасность для человека. Как правило не имеет запаха, не воздействует на организм, и не относится к опасным веществам.

Известные марки STE Crystal oil стоят дорого но есть аналоги дешевле. В целом цена на рынке не сильно высока и составляет около 200р за литр.

Из минусов. Значительно отстает по показателям пожаробезопасности и температуре застывания полиметилсилоксану. Хотя так ли они нужны.

Синтетические базовые масла в иммерсионном охлаждении завоевывают популярность из-за своей низкой цены. По сути это базовые масла из которых производят автомобильные и технические смазочные материалы. Прозрачные жидкости которые сложно отличить от минерального масла или иных масел.

Самый главный плюс это конечно цена. Стоимость от 100р до 150р за литр.

Но наверное плюсов больше не найти. Есть факты когда масло оставляет отложения которые трудно смыть. Так же вопрос пожаробезопасности достаточно важен. Температура вспышки у ПАОМ масле составляет от 150*С что значительно ниже чем у других жидкостей, у HVI вспышка около 200*C. Но это не самое важное. Воздействие на человека пока не изучено, есть вероятность аллергии и иного вреда здоровью. Длительных испытаний в качестве иммерсионной жидкости пока так же нет.

В целом не самый плохой вариант, и можно неплохо сэкономить. Но есть и некоторые риски. Решать вам.

Собственно двухфазное иммерсионное охлаждение порой необходимо и оправдано. На данный момент компания Зм выпустила свою жидкость Novec и активно её продвигает. Благодаря использованию жидкостного двухфазного охлаждения получается значительно увеличить плотность размещения оборудования и таким образом тратить меньше самой жидкости на построение системы. Главное преимущество это отсутствие необходимости качать и охлаждать саму жидкость, она охлаждается и перемешивается за счет естественных процессов фазового перехода и круговорота. Остается только охлаждать испаряющуюся жидкость и конденсат направлять обратно. Кроме того жидкость не только не горит, но и используется в системах пожаротушения.

Минусов у такой системы несколько. Во первых она должна быть герметичной, чтобы жидкость не улетучилась из системы в виде пара. Во вторых если используется стандартное оборудование, то для того чтобы система была рентабельной вам придется модернизировать устройства (снимать кулеры, радиаторы и все лишнее) и погружать непосредственно платы и чипы. В третьих цена самой жидкости достаточно высока и составляет около 2500р/кг.

Хорошее решение для профессионалов. Но постройка системы обойдется в разы дороже чем однофазовые системы охлаждения.

Чтобы собрать однофазное иммерсионное охлаждение не требуется особых условий. Многие майнеры собирают системы охлаждения своими руками, иногда успешно иногда не очень. Для того чтобы не допускать ошибок можно выбрать и купить готовую систему коих сейчас масса на рынке, есть хорошие и не очень варианты.
Если же вы решили самостоятельно сделать такую систему то нужно учитывать множество факторов. Чтобы принять верное решение нужно определиться по следующим пунктам:
1) Устройства. Какие ASIC вы будете погружать в жидкость. Будете ли их разгонять. Есть ли прошивка отключения для кулеров или обманки. Результат которого вы хотите добиться от погружения майнера в систему.
2) Экономическая целесообразность. Вопрос финансов всегда будет актуален. И здесь всем важно чтобы вложения в иммерсионное охлаждение были оправданы. Вариант полезного использования тепла позитивно скажется на вашей экономике.
3) Теплоноситель. Какая у него рабочая температура и каким образом вы будете его охлаждать.
4) Теплоотведение. Как вы будете отводить тепло, будет это передача через теплообменник в другую жидкую среду, или же вы будете охлаждать иммерсионную жидкость непосредственно через воздушный радиатор или градирню.
5) Автоматизация и защита. Для поддержания стабильной температуры часто требуется автоматика на теплоотводящих элементах, это регулирование оборотов градирни, или включения насосов. Так же не стоит забывать о защите от перегрева и замыкания.