immersiekoeling

Immersiekoeling is een warmteafvoermethode waarbij elektronische componenten volledig worden ondergedompeld in een diëlektrische vloeistof. De vloeistof transporteert warmte weg van de componenten, via natuurlijke convectie of geforceerde circulatie; bij sommige vloeistoffen vindt faseovergang (koken) plaats, wat de warmteafvoer door latente warmte verder vergroot. Doordat warmteoverdracht rechtstreeks via de vloeistof plaatsvindt, kunnen warmtefluxen hoger zijn dan bij luchtkoeling en zijn compactere bouwvormen mogelijk.

Vloeistoffen en eigenschappen. Gebruikte fluïda zijn fluorcarbonen (bijv. 3M Novek-serie), synthetische esters en minerale olie. Relevante eigenschappen zijn diëlektrische sterkte, thermische geleidbaarheid, viscositeit, kookpunt en brandbaarheid. Naast thermische prestatie zijn compatibiliteit met materialen, stabiliteit en milieu- en veiligheidseisen (zoals GWP en ontvlambaarheid) doorslaggevend.

Systeemontwerp. Er bestaan enkelvoudige en tweefasige systemen. Bij enkelvoudige fase stroomt de vloeistof continu langs de componenten en wordt warmte via een warmtewisselaar of verdamper afgevoerd. Bij tweefasige fase kookt de vloeistof direct op het oppervlak; damp condenseert vervolgens terug in de tank, waardoor zeer hoge warmtefluxen haalbaar zijn. Filters, pompen, condensatoren en besturingssystemen zijn essentieel voor stabiliteit en onderhoud.

Toepassingen. Immersiekoeling wordt toegepast in datacenters en high-performance computing, power electronics, LED’s en militaire/lucht- en ruimtevaartelektronica waar thermische dichtheid en compactheid cruciaal zijn.

Voordelen en beperkingen. Voordelen zijn hoge thermische dichtheid, lagere ventilator- en geluidslast, verminderde stofaccumulatie en mogelijk lagere totale energiekosten dankzij efficiënte warmteafvoer en hergebruik van restwarmte. Nadelen zijn hogere initiële investeringen, materiaalcompatibiliteit (bijv. afdichtingen en polymeren), onderhoud van fluïda (zuiverheid, watergehalte), en specifieke veiligheids- en milieuregelgeving.

Technische parameters. Typische warmteoverdrachtscoëfficiënten liggen bij natuurlijke convectie rond tientallen tot honderden W/m²K, bij geforceerde convectie en tweefasige overdracht veel hoger, wat thermische fluxen van tienduizenden W/m² en meer mogelijk maakt.

Toekomst. Onderzoek richt zich op vloeistoffen met lage GWP, verbeterde compatibiliteit, modulaire systemen en integratie met warmtenetten voor energiehergebruik.