Computerkoelsystemen: passief, actief, vloeistof, freon, waterkoeler, open verdamping, cascade, peltierkoeling

Tijdens de werking van de computer worden sommige componenten erg heet en als de gegenereerde warmte niet snel genoeg wordt verwijderd, kan de computer eenvoudigweg niet werken vanwege de schending van de normale kenmerken van de belangrijkste halfgeleidercomponenten.

Het verwijderen van warmte uit de verwarmingsonderdelen van de computer is de belangrijkste taak die het koelsysteem van de computer oplost, een reeks gespecialiseerde hulpmiddelen die continu, systematisch en harmonieus functioneren gedurende de hele tijd dat de computer actief wordt gebruikt.

Tijdens de werking van het computerkoelsysteem wordt de warmte gebruikt die wordt gegenereerd door de doorgang van bedrijfsstromen door de belangrijkste elementen van de computer, met name door de elementen van de systeemeenheid.De hoeveelheid warmte die in dit geval wordt gegenereerd, is afhankelijk van de computerbronnen van de computer en de huidige belasting in verhouding tot alle bronnen die beschikbaar zijn voor de machine.

De warmte wordt in ieder geval teruggewonnen in de atmosfeer. Bij passieve koeling wordt de warmte van de verwarmde delen via een radiator rechtstreeks afgevoerd naar de omgevingslucht door conventionele convectie en infraroodstraling. Bij actieve koeling wordt naast convectie en infraroodstraling geblazen met een ventilator, wat de intensiteit van convectie verhoogt (deze oplossing wordt een «koeler» genoemd).

Er zijn ook vloeistofkoelsystemen waarbij de warmte eerst wordt overgedragen door een warmtedrager en vervolgens weer wordt gebruikt in de atmosfeer. Er zijn open verdampingssystemen waarbij warmte wordt afgevoerd door de faseovergang van het koelmiddel.

Dus, volgens het principe van het verwijderen van warmte uit de verwarmingsonderdelen van de computer, zijn er koelsystemen: luchtkoeling, vloeistofkoeling, Freon, open verdamping en gecombineerd (gebaseerd op Peltier-elementen en waterkoelers).

Passief luchtkoelsysteem

Apparatuur die niet warmtebelast is, heeft helemaal geen speciale koelsystemen nodig. Niet-warmtebelaste apparatuur is apparatuur waarbij de warmteflux per vierkante centimeter van het verwarmde oppervlak (warmtefluxdichtheid) niet groter is dan 0,5 mW. Onder deze omstandigheden zal de oververhitting van het verwarmde oppervlak ten opzichte van de omringende lucht niet hoger zijn dan 0,5 ° C, het gebruikelijke maximum voor een dergelijk geval is +60 ° C.

Maar als de thermische parameters van de componenten in de normale werkingsmodus deze waarden overschrijden (terwijl de warmteontwikkeling echter relatief laag blijft), dan worden alleen radiatoren op dergelijke componenten geïnstalleerd, dat wil zeggen apparaten voor passieve warmteafvoer , de zgn. passieve koelsystemen.

Als het vermogen van de chip laag is of als de rekencapaciteit van het systeem constant beperkt is, is in de regel alleen een koellichaam voldoende, ook zonder ventilator. De radiator wordt telkens afzonderlijk gekozen.

In principe werkt het passieve koelsysteem als volgt: de warmte wordt rechtstreeks van de verwarmingscomponent (chip) naar het koellichaam overgedragen door de thermische geleidbaarheid van het materiaal of met behulp van warmtepijpen (thermosyphon of verdampingskamer zijn verschillende fundamentele oplossingen met heatpipes).

De functie van de radiator is het uitstralen van warmte in de omringende ruimte door middel van infraroodstraling en het overbrengen van warmte eenvoudig door de thermische geleidbaarheid van de omringende lucht, wat bijdraagt ​​aan het ontstaan ​​van natuurlijke convectiestromen. Om de warmte zo intensief mogelijk over het gehele oppervlak van de radiator uit te stralen, wordt het oppervlak van de radiator zwart.

Vooral tegenwoordig (in verschillende apparatuur, waaronder computers) is het passieve koelsysteem wijdverbreid. Een dergelijk systeem is zeer flexibel, omdat radiatoren eenvoudig op de meeste warmte-intensieve componenten kunnen worden gemonteerd. Hoe groter het effectieve warmteafvoergebied van de radiator, hoe efficiënter de koeling.

Belangrijke factoren die van invloed zijn op de koelefficiëntie zijn de snelheid van de luchtstroom die door het koellichaam gaat en de temperatuur (vooral het temperatuurverschil met de omgeving).

Veel mensen weten dat voordat een koellichaam op een component wordt gemonteerd, het nodig is om koelpasta (bijv. KPT-8) op de pasvlakken aan te brengen. Dit wordt gedaan om de thermische geleidbaarheid in de ruimte tussen de componenten te verhogen.

Aanvankelijk is het probleem dat de oppervlakken van de radiator en het onderdeel waarop het is geïnstalleerd, na productie en slijpen in de fabriek nog steeds een ruwheid hebben in de orde van grootte van 10 micron, en zelfs na het polijsten blijft er ongeveer 5 micron ruwheid over. Deze onregelmatigheden voorkomen dat de verbindingsvlakken zo dicht mogelijk zonder spleet op elkaar worden gedrukt, wat resulteert in een luchtspleet met een lage thermische geleidbaarheid.

Heatsinks met het grootste formaat en het grootste actieve gebied worden meestal op CPU's en GPU's gemonteerd. Als het nodig is om een ​​\u200b\u200bstille computer te monteren, zijn er, gezien de lage snelheid van de luchtpassage, speciale zeer grote radiatoren nodig, gekenmerkt door een verhoogde efficiëntie van warmteafvoer.

Actief luchtkoelsysteem

Om de koeling te verbeteren, om de luchtstroom door de radiator intenser te maken, worden extra ventilatoren gebruikt. Een radiator die is uitgerust met een ventilator wordt een koeler genoemd. Koelers zijn geïnstalleerd op de grafische en centrale processors van de computer. Als het niet mogelijk is om een ​​koellichaam te installeren op sommige componenten, zoals een harde schijf, of als het niet wordt aanbevolen, wordt een eenvoudige ventilator zonder koellichaam gebruikt.Dat is genoeg.

Vloeistof koelsysteem

Het vloeistofkoelsysteem werkt volgens het principe van warmteoverdracht van het gekoelde onderdeel naar de radiator met behulp van een werkvloeistof die in het systeem circuleert. Zo'n vloeistof is meestal gedestilleerd water met bacteriedodende en antigalvanische toevoegingen of antivries, olie, andere speciale vloeistoffen en in sommige gevallen vloeibaar metaal.

Zo'n systeem omvat noodzakelijkerwijs: een pomp om de vloeistof te laten circuleren en een radiator (waterblok, koelkop) om de warmte van het verwarmingselement af te voeren en over te dragen aan de werkvloeistof. De warmte wordt vervolgens afgevoerd door een heatsink (actief of passief systeem).

Bovendien heeft het vloeistofkoelsysteem een ​​reservoir met werkvloeistof, dat de thermische uitzetting compenseert en de thermische traagheid van het systeem verhoogt. De tank is handig te vullen en het is ook handig om de werkvloeistof er doorheen te laten lopen. In zo'n systeem zijn de nodige slangen en leidingen vereist. Een vloeistofstroomsensor kan optioneel verkrijgbaar zijn.

De werkvloeistof heeft een voldoende hoge warmtecapaciteit om een ​​hoge koelefficiëntie te bieden bij een lage circulatiesnelheid en een hoge thermische geleidbaarheid, waardoor het temperatuurverschil tussen het verdampende oppervlak en de buiswand tot een minimum wordt beperkt.

Freon koelsysteem

Extreem overklokken van de processor vereist een negatieve temperatuur van het gekoelde element tijdens zijn continue werking. Hiervoor zijn freoninstallaties nodig. Deze systemen zijn koelunits waarbij de verdamper direct op het onderdeel is gemonteerd waaruit in zeer hoog tempo warmte moet worden afgevoerd.

De nadelen van het freonsysteem zijn, naast de complexiteit ervan: de behoefte aan thermische isolatie, de verplichte strijd met condensaat, de moeilijkheid om meerdere componenten tegelijkertijd te koelen, het hoge energieverbruik en de hoge prijs.

Waterkoeler

Waterchiller is een koelsysteem dat een Freon-eenheid en vloeistofkoeling combineert. Hier wordt het antivriesmiddel dat in het systeem circuleert verder gekoeld in een warmtewisselaar met behulp van een freonblok.

In zo'n systeem wordt een negatieve temperatuur verkregen met behulp van een freoneenheid en kan de vloeistof tegelijkertijd meerdere componenten koelen. Een conventioneel Freon koelsysteem laat dit niet toe. De nadelen van een waterkoeler zijn de noodzaak van thermische isolatie van het hele systeem, evenals de complexiteit en hoge kosten.

Open verdampingskoelsysteem

Open dampkoelsystemen gebruiken een werkvloeistof - een koelmiddel zoals helium, vloeibare stikstof of droogijs. De werkvloeistof wordt verdampt in een open glas, dat direct op het verwarmingselement is gemonteerd, dat zeer snel moet worden afgekoeld.

Deze methode is van amateurs en wordt voornamelijk gebruikt door hobbyisten die behoefte hebben aan extreem overklokken ("overklokken") van de beschikbare apparatuur. Met deze methode kunt u de laagste temperatuur krijgen, maar het glas met het koelmiddel moet regelmatig worden bijgevuld, dat wil zeggen dat het systeem een ​​tijdslimiet heeft en constante aandacht vereist.

Cascade koelsysteem

Een cascadekoelsysteem betekent de gelijktijdige opeenvolgende opname van twee of meer freonen. Om lagere temperaturen te bereiken, wordt freon met een verlaagd kookpunt gebruikt.Als de freonmachine eentraps is, moet de werkdruk worden verhoogd met krachtige compressoren.

Maar er is een alternatief: de radiator van een freonblok koelen met een ander soortgelijk blok. Zo kan de werkdruk in het systeem worden verlaagd en is er geen hoog vermogen meer nodig van de compressoren, er kunnen conventionele compressoren worden gebruikt. Het cascadesysteem maakt het, ondanks zijn complexiteit, mogelijk om een ​​lagere temperatuur te bereiken dan met een conventionele freoninstallatie, en in vergelijking met een open verdampingssysteem kan zo'n installatie continu werken.

Peltier-koelsysteem

In het koelsysteem met een Peltier-element het wordt met de koude kant op het te koelen oppervlak gemonteerd, terwijl de hete kant van het element tijdens de werking intensieve koeling van een ander systeem nodig heeft. Het systeem is relatief compact.