Tietokoneen jäähdytysjärjestelmät: Passiivinen, Aktiivinen, Neste, Freon, Vesijäähdytin, Avohaihdutus, Kaskadi, Peltier-jäähdytys

Tietokoneen käytön aikana jotkut sen komponenteista kuumenevat hyvin, ja jos syntyvää lämpöä ei poisteta tarpeeksi nopeasti, tietokone ei yksinkertaisesti pysty toimimaan sen pääpuolijohdekomponenttien normaalien ominaisuuksien rikkomisen vuoksi.

Lämmön poistaminen tietokoneen lämmitysosista on tärkein tehtävä, jonka ratkaisee tietokoneen jäähdytysjärjestelmä, joka on joukko erikoistyökaluja, jotka toimivat jatkuvasti, systemaattisesti ja harmonisesti koko tietokoneen aktiivisen käyttöajan.

Tietokoneen jäähdytysjärjestelmän toiminnan aikana hyödynnetään lämpöä, joka syntyy käyttövirtojen kulkemisesta tietokoneen avainelementtien, erityisesti sen järjestelmäyksikön elementtien läpi.Tässä tapauksessa syntyvän lämmön määrä riippuu tietokoneen laskentaresursseista ja sen nykyisestä kuormituksesta suhteessa kaikkiin koneen käytettävissä oleviin resursseihin.

Joka tapauksessa lämpö otetaan talteen ilmakehässä. Passiivisessa jäähdytyksessä lämpö poistetaan lämmitetyistä osista patterin kautta suoraan ympäröivään ilmaan tavanomaisella konvektiolla ja infrapunasäteilyllä. Aktiivijäähdytyksessä käytetään konvektion ja infrapunasäteilyn lisäksi puhaltimella puhaltamista, mikä lisää konvektion voimakkuutta (tätä ratkaisua kutsutaan "jäähdyttimeksi").

On olemassa myös nestejäähdytysjärjestelmiä, joissa lämpö siirretään ensin lämmönsiirtoaineen avulla ja käytetään sitten uudelleen ilmakehässä. On olemassa avoimia haihdutusjärjestelmiä, joissa lämpö poistetaan jäähdytysnesteen faasimuutoksen vuoksi.

Joten lämmön poistamisen periaatteen mukaan tietokoneen lämmitysosista on olemassa jäähdytysjärjestelmiä: ilmajäähdytys, nestejäähdytys, freoni, avoin haihdutus ja yhdistetty (perustuu Peltier-elementteihin ja vesijäähdyttimiin).

Passiivinen ilmanjäähdytysjärjestelmä

Laitteet, jotka eivät ole lämpökuormitettuja, eivät vaadi erityisiä jäähdytysjärjestelmiä. Lämpökuormittamaton laite on sellainen, jossa lämpövirta lämmitettävän pinnan neliösenttimetriä kohti (lämpövuon tiheys) ei ylitä 0,5 mW. Näissä olosuhteissa lämmitetyn pinnan ylikuumeneminen ympäröivään ilmaan nähden ei ole korkeampi kuin 0,5 ° C, tavallinen maksimi tällaisessa tapauksessa on +60 ° C.

Mutta jos komponenttien lämpöparametrit niiden normaalissa toimintatilassa ylittävät nämä arvot (pitäen lämmöntuotanto kuitenkin suhteellisen alhaisena), tällaisiin komponentteihin asennetaan vain lämpöpatterit, toisin sanoen passiivisen lämmönpoiston laitteet. ns. passiiviset jäähdytysjärjestelmät.

Kun sirun teho on alhainen tai kun järjestelmän laskentakapasiteettivaatimukset ovat jatkuvasti rajalliset, riittää pääsääntöisesti vain jäähdytyselementti, myös ilman tuuletinta. Patteri valitaan kussakin tapauksessa erikseen.

Pohjimmiltaan passiivinen jäähdytysjärjestelmä toimii seuraavasti: lämpö siirtyy suoraan lämmityskomponentista (siru) jäähdytyselementtiin materiaalin lämmönjohtavuudesta johtuen tai lämpöputkien avulla (termosyfoni tai haihdutuskammio ovat eri perusta). ratkaisut lämpöputkilla).

Patterin tehtävänä on säteillä lämpöä ympäröivään tilaan infrapunasäteilyn kautta ja siirtää lämpöä yksinkertaisesti ympäröivän ilman lämmönjohtavuuden kautta, mikä edistää luonnollisten konvektiovirtojen esiintymistä. Lämpösäteilyn säteilemiseksi koko patterin alueelle mahdollisimman intensiivisesti, patterin pinta muuttuu mustaksi.

Erityisesti nykyään (eri laitteissa, mukaan lukien tietokoneet) passiivinen jäähdytysjärjestelmä on laajalle levinnyt. Tällainen järjestelmä on erittäin joustava, koska patterit voidaan helposti asentaa useimpiin lämpöä vaativiin komponentteihin. Mitä suurempi tehollinen lämmönpoistoalue jäähdyttimestä, sitä tehokkaampi jäähdytys.

Tärkeitä jäähdytyksen tehokkuuteen vaikuttavia tekijöitä ovat jäähdytyselementin läpi kulkevan ilmavirran nopeus ja lämpötila (erityisesti lämpötilaero ympäristöön).

Monet tietävät, että ennen jäähdytyselementin asentamista komponenttiin on tarpeen levittää lämpötahnaa (esim. KPT-8) liitäntäpinnoille. Tämä tehdään lämmönjohtavuuden lisäämiseksi komponenttien välisessä tilassa.

Aluksi ongelmana on se, että jäähdyttimen ja komponentin, johon se asennetaan, pinnoissa on tehdastuotannon ja hionnan jälkeen vielä 10 mikronin luokkaa olevaa karheutta ja kiillotuksen jälkeenkin jää noin 5 mikronia karheutta. Nämä epäsäännöllisyydet estävät liitospintoja puristamasta yhteen mahdollisimman tiukasti ilman rakoa, jolloin syntyy ilmarako, jonka lämmönjohtavuus on alhainen.

Suurimman koon ja aktiivisen alueen omaavat jäähdytyselementit asennetaan yleensä suorittimiin ja grafiikkasuoritteisiin. Jos on tarpeen koota hiljainen tietokone, ilmankierron alhaisen nopeuden vuoksi tarvitaan erityisiä erittäin suuria lämpöpattereita, joille on ominaista lisääntynyt lämmönpoistoteho.

Aktiivinen ilmanjäähdytysjärjestelmä

Jäähdytyksen parantamiseksi, jotta ilma virtaa jäähdyttimen läpi tehokkaammin, käytetään lisäksi puhaltimia. Tuulettimella varustettua jäähdytintä kutsutaan jäähdyttimeksi. Jäähdyttimet asennetaan tietokoneen grafiikkaan ja keskusprosessoreihin. Jos jäähdytyselementtiä ei ole mahdollista asentaa joihinkin komponentteihin, kuten kiintolevyyn, tai sitä ei suositella, käytetään yksinkertaista tuulettimen puhallusta ilman jäähdytyselementtiä.Se on aivan tarpeeksi.

Nestejäähdytysjärjestelmä

Nestejäähdytysjärjestelmä toimii periaatteella siirtää lämpöä jäähdytetystä komponentista patteriin järjestelmässä kiertävän käyttönesteen avulla. Tällainen neste on yleensä tislattua vettä, jossa on bakteereja tappavia ja galvaanisia lisäaineita tai pakkasnestettä, öljyä, muita erikoisnesteitä ja joissakin tapauksissa nestemäistä metallia.

Tällainen järjestelmä sisältää välttämättä: pumpun nesteen kierrättämiseksi ja jäähdyttimen (vesilohko, jäähdytyspää) lämmön poistamiseksi lämmityselementistä ja sen siirtämiseksi käyttönesteeseen. Sitten lämpö haihdutetaan jäähdytyselementillä (aktiivinen tai passiivinen järjestelmä).

Lisäksi nestejäähdytysjärjestelmässä on työnesteen säiliö, joka kompensoi sen lämpölaajenemista ja lisää järjestelmän lämpöinertiaa. Säiliö on kätevä täyttää ja sen läpi on myös kätevä tyhjentää käyttöneste. Tällaisessa järjestelmässä tarvitaan tarvittavat letkut ja putket. Nestevirtausanturi voi olla lisävarusteena saatavilla.

Työnesteen lämpökapasiteetti on riittävän korkea mahdollistaakseen korkean jäähdytystehon alhaisella kiertonopeudella ja suurella lämmönjohtavuudella, mikä minimoi lämpötilaeron höyrystyvän pinnan ja putken seinämän välillä.

Freon jäähdytysjärjestelmä

Prosessorin äärimmäinen ylikellotus vaatii jäähdytetyn elementin negatiivisen lämpötilan sen jatkuvan toiminnan aikana. Tätä varten tarvitaan freon-asennuksia. Nämä järjestelmät ovat jäähdytysyksiköitä, joissa höyrystin on asennettu suoraan komponenttiin, josta lämpöä on poistettava erittäin nopeasti.

Freonijärjestelmän haittoja sen monimutkaisuuden lisäksi ovat: lämmöneristyksen tarve, pakollinen taistelu lauhteen kanssa, vaikeus jäähdyttää useita komponentteja samanaikaisesti, korkea energiankulutus ja korkea hinta.

Veden jäähdytin

Waterchiller on jäähdytysjärjestelmä, jossa yhdistyvät freonyksikkö ja nestejäähdytys. Tässä järjestelmässä kiertävää pakkasnestettä jäähdytetään edelleen lämmönvaihtimessa freonblokilla.

Tällaisessa järjestelmässä negatiivinen lämpötila saadaan freoniyksikön avulla ja neste voi samanaikaisesti jäähdyttää useita komponentteja. Perinteinen freonjäähdytysjärjestelmä ei salli tätä. Vesijäähdyttimen haittoja ovat koko järjestelmän lämmöneristyksen tarve sekä monimutkaisuus ja korkeat kustannukset.

Avaa haihtuva jäähdytysjärjestelmä

Avoimet höyryjäähdytysjärjestelmät käyttävät työnestettä - kylmäainetta, kuten heliumia, nestemäistä typpeä tai kuivajäätä. Käyttöneste haihdutetaan avoimessa lasissa, joka on asennettu suoraan lämmityselementtiin, joka on jäähdytettävä erittäin nopeasti.

Tämä menetelmä kuuluu amatööreille ja sitä käyttävät pääasiassa harrastajat, jotka tarvitsevat käytettävissä olevien laitteiden äärimmäistä ylikellotusta ("ylikellotusta"). Tällä menetelmällä voit saada alimman lämpötilan, mutta kylmäainelasia on täydennettävä säännöllisesti, eli järjestelmällä on aikaraja ja se vaatii jatkuvaa huomiota.

Kaskadijäähdytysjärjestelmä

Kaskadijäähdytysjärjestelmä tarkoittaa kahden tai useamman freonin samanaikaista peräkkäistä sisällyttämistä. Alempien lämpötilojen saavuttamiseksi käytetään freonia, jonka kiehumispiste on alennettu.Jos freonikone on yksivaiheinen, on tarpeen lisätä työpainetta tehokkailla kompressoreilla.

Mutta on olemassa vaihtoehto - freonilohkon jäähdyttimen jäähdytys toisella vastaavalla lohkolla. Siten järjestelmän käyttöpainetta voidaan alentaa eikä kompressoreista enää tarvita suurta tehoa, voidaan käyttää perinteisiä kompressoreja. Kaskadijärjestelmä mahdollistaa monimutkaisuudestaan ​​huolimatta alhaisemman lämpötilan saavuttamisen kuin perinteisellä freoniasennuksella, ja avoimeen haihdutusjärjestelmään verrattuna tällainen asennus voi toimia jatkuvasti.

Peltier-jäähdytysjärjestelmä

Jäähdytysjärjestelmässä Peltier-elementillä se asennetaan kylmäpuoli jäähdytettävään pintaan, kun taas elementin kuuma puoli vaatii intensiivistä jäähdytystä toisesta järjestelmästä toiminnan aikana. Järjestelmä on suhteellisen kompakti.