Системы охлаждения в персональном компьютере

Начиная с 1997 года в ПК широко используется технология охлаждения сквозным воздушным потоком, направленным от передней стенки корпуса к задней (дополнительно воздух для охлаждения всасывается через левую стенку). Направления основных потоков охлаждающего воздуха в ПК стандарта ATX показаны на рис. 7.17 (РМ7.1).

Рис. 7.17 – Направления основных тепловых потоков в ПК стандарта ATX

Как минимум один вентилятор установлен в блоке питания компьютера (многие модели имеют два вентилятора, что позволяет существенно снизить скорость вращения каждого из них, а, значит, и шум при работе). В любом месте внутри корпуса компьютера можно устанавливать дополнительные вентиляторы для усиления потоков воздуха.

В связи с очень высокой мощностью рассеивания, которую имеют некоторые БИС в ПК (процессор, видеопроцессор), для них необходимы локальные СО. Находят применение системы: воздушного типа, воздушного типа с применением ТТ (рис. 7.15), жидкостные, комбинированные (микрохолодильник + кулер), криогенные.

Воздушная локальная СО состоит из теплоотвода и вентилятора (кулера). В традиционной схеме отвода тепла от процессора (рис. 7.18,а; РМ7.2) имеет место очевидное короткое замыкание воздушных потоков. Выдуваемый вниз теплоотвода теплый воздух под действием конвекции поднимается вверх и опять засасывается вентилятором (имеет место так называемая рециркуляция). Соответственно, КПД кулера существенно падает. Элементарное перекрытие нижнего потока от теплоотвода позволяет выиграть 1-3 градуса, что часто недостаточно для обеспечения нормального ТР процессора. Горизонтальное расположение несколько улучшает ситуацию, и на данный момент является оптимальным при прочих равных условиях.

а)

б)

Рис. 7.18 – Традиционная (а) и усовершенствованная (б) схемы отвода тепла от процессора

Одно из простых решений по улучшению теплоотвода (рис. 7.18,б): небольшой патрубок квадратного сечения герметично закрепляется на кулере. В боковой панели системного блока вырезается отверстие соответствующих габаритов. Из рисунка ясно, что воздух в кулер поступает только из внешней среды, где температура, как правило, на 10-20°C ниже, чем внутри системного блока.

В жидкостных системах охлаждения, схема которой приведена на рис. 7.20, на кристалле процессора монтируется герметично закрытый теплоотвод (рис. 7.19), имеющий входную и выходную трубки (штуцеры). Вне корпуса или в его свободной области устанавливается теплообменник с вентилятором, похожий на автомобильный радиатор. Вместе с водяным насосом эти устройства трубками соединяются в замкнутую цепь, которая заполняется теплоносителем (водой). Насос прокачивает холодную воду через теплоотвод на процессоре, где она забирает тепло и нагревается. По трубкам вода поступает далее в теплообменник вне корпуса, где охлаждается и возвращается опять к теплоотводу.

Рис. 7.19 – Конструкция

первичного теплообменника:

1-контактная пластина;

2-штыри;

3-крышка;

4- штуцер

Рис. 7.20 – Схема системы водяного охлаждения:

1 – первичный теплообменник; 2 – процессор;

3 – бачок с водой; 4 – насос; 5 – радиатор;

6 – соединительные шланги

Водяное охлаждение позволяет, образно говоря, вынести кулер на процессоре из корпуса. При цене порядка $100, системы водяного охлаждения дают выигрыш примерно в 10°C по сравнению с наиболее совершенными кулерами воздушного охлаждения.

Криогенные системы отличаются от водяных систем только тем, что в качестве теплоносителя вместо воды используется «прирожденный» термальный агент — фреон. Соответственно, контур охлаждения должен иметь очень хорошую герметичность, а насос и теплообменник должны быть приспособлены для работы с фреоном.

Эффективность этой системы выше, чем предыдущих, например, при тепловыделении 70 Вт температура процессора может поддерживаться в районе 5°C. Однако стоит криогенная система как минимум несколько сотен долларов.

Использование термоэлектрических модулей в ПК. Как правило, ТМ используются в системах охлаждения ПК в качестве теплового насоса, устанавливаемого между кристаллом процессора и кулером. Он позволяет поддерживать разность температур своих рабочих поверхностей в районе 40°C при отдаваемых кристаллом десятках ватт тепла.

Это не означает, что добавление ТМ автоматически снижает температуру процессора на эту величину. Применение микрохолодильника в некоторой степени повышают КПД кулера за счет увеличения эффективности теплообмена между теплоносителем (воздухом) и теплоотводом (радиатором), нагретым на дополнительные 40°C. Ведь известно, что эффективность теплообмена зависит от разности температур холодного теплоносителя и горячего источника тепла.

Недостатки:

1) ТМ потребляет от источника питания ПК большую мощность. Например, модуль СР1,4-127-06L имеет следующие предельными параметры: при . Возможности:

2) В случае отключения ТМ радиатор сам начинает разогревать кристалл и в принципе может его «испечь». Поэтому необходима дополнительная система контроля.