Не обсуждаемая особенность тепловых трубок

на страницах сайта

www.electrosad.ru

При сборке компьютера я обратил внимание, что температура ядра процессора в простое с кулером OROCHI CPU Cooler составляет 49 -:- 52 град.С.  В чем дело? Причины описаны ниже.

 
 
Тепловые трубки в электронике.

Что касается применения тепловых трубок (ТТ) для охлаждения полупроводниковых чипов в электронике, где требуются теплоносители с температурой кипения от 30 до 75 град.С, то ниже привожу таблицу со свойствами таких веществ.
 

Вещество

Удельная теплоемкость,
Дж/кг*град

Температура
кипения,
град.С

Удельная теплота испарения,
Дж/кг

Ацетон

2,18

56,2

524

Бензол

1,705

80,2

396

Сероуглерод

1,006

46,2

348

Спирт метиловый

2,5

64,7

1110

Спирт пропиловый

2,39

96

683

Спирт этиловый

2,43

78,3

846

Эфир этиловый

2,35

34,6

351

Вода

4,18

100/30
( 1/0,05кГ/см2)

2260/2400
( 1/0,05кГ/см2)

Таблица 1.
Температура кипения вещества дана для нормального атмосферного давления.

 

Как достигается такой широкий температурный диапазон работы теплоносителя?

Очень просто!

Снижая давление теплоносителя можно снижать температуру его кипения.

Посмотрим на примере воды.
 

Рисунок 1.
 

На рисунке 1 показан график зависимости температуры закипания воды от давления. Зеленая линия ограничивает минимальное значение давления, а синяя верхняя граница — за которой падает способность ТТ отводить заданную мощность в приделах допустимого диапазона температур полупроводниковых структур CPU.
 

Влияние технологии на характеристики ТТ.

Тепловые трубки требует для изготовления не только высоких технологий для изготовления качественных капиллярных структур, но и высокой точности при создании нужного разрежения в ней. Ведь веществ кипящих при 25-32 град.С просто нет.

Для составных хладагентов (смесей), погрешность концентраций компонентов хладагента тоже существенно влияет на характеристики кулера на ТТ, тем более в таких системах непонятна долговременная стабильность смесей.

Например погрешность давления +/- 25% (для точки с давлением 0,07 кг/см2) дает разброс температуры закипания воды +30 -:- +45 град.С (см. рис.1).

Это весьма существенный разброс.

Существование разброса подтверждается и конкретными измерениями (см. статью "Собираем компьютер в корпусе “Centurion 590”) для кулера OROCHI CPU Cooler, которые показаны на рис. 2 и в других материалах.

 

Рисунок 2.

 

и рис.3, взятом из статьи автора под ником Jordan,  "XIGMATEK HDT-D1284 и Scythe ZIPANG: новые кулеры для охлаждения центральных процессоров" для кулера XIGMATEK HDT-D1284.

 

Рисунок 3.

 

У них видим общность характеристик, это начальная рабочая температура 55-54 град.С для кулера OROCHI CPU Cooler и 42-43 град.С для кулера XIGMATEK HDT-D1284. Эта температура и показывает на начальную температуру работы тепловых трубок. И та и другая температура явно ненормально высоки. Имеющаяся возможность снизить эту температуру на 20 или 15 град.С соответственно позволят повысить отводимую мощность и перевести процессор в более комфортные условия работы.

И такая возможность вполне реальна (см. рис.1).

 

Но часто производители кулеров на тепловых трубках идут по линии снижения затрат на производство и максимального упрощения технологических процессов. В результате появляются кулеры с минимальной температурой выше 50 град. С. Создавая композиции (смеси) теплоносителей производители добиваются снижения точки его закипания до 41 град.С. (С учетом падения температуры на термо интерфейсе 0,3 - 1 град.С)

К сожалению тонкое регулирование температуры закипания теплоносителя, с помощью регулирования его давления, по моим сведениям не применяется.

 

Не следует забывать, что до температуры закипания теплоносителя, тепловое сопротивление кулера на ТТ очень велико. До 10 раз выше чем у обычных ребристых радиаторов.

Это происходит из-за небольшой площади поверхности рассеяния тепла, которая определяется только площадью поверхности основания и непосредственно контактирующих с ним элементов конструкции (корпусов тепловых трубок). Оребрение на концах ТТ в этом случае не работает.

Это означает, что при работе процессора даже на малой производительности (тепловыделении) его температура будет соответствовать температуре закипания теплоносителя в ТТ, плюс падение температуры на контактной поверхности.

Чем выше эта температура тем меньше теплосъем который может обеспечить кулер. Поскольку предельная температура кристалла (Intel) ограничивает сверху на уровне 62 -:- 85 град.С для разных моделей. Максимальная отводимая тепловая мощность как раз и определяется разностью максимальной температуры процессора и температурой окружающего воздуха.

Поэтому для тепловых трубок имеющих высокую температуру или большой разброс температуры закипания (низкого качества), можно рекомендовать дополнительное охлаждение его подошвы контактирующей с процессором с помощью теплообменника на основе ребристого радиатора. Это позволит снизить температуру процессора в режиме холостого хода (малого тепловыделения). Такой тандем работает во всем рабочем диапазоне температур. При низком тепловыделении работает ребристый радиатор, а при больших тепловыделениях основную нагрузку берут на себя тепловые трубки. По такой схеме выполнены многие модели кулеров. Например CoolJag Falcon 92-Al и Falcon 92-C или GlacialTech Igloo 5700 MC/7700 MC и множество других.

 

Особенности характеристики кулера на тепловых трубках.

Характеристика кулера на тепловых трубках имеет вид подобный показанному на рис. 4.:

 

Рисунок 4.

 

На рисунке 4 показана обобщенная характеристика кулера на тепловых трубках.

На начальном участке  (температура до tкр) охлаждение обеспечивают металлоконструкции кулера. На этом участке его тепловое сопротивление велико, кипения теплоносителя нет.

На следующем участке (температура процессора tкр - tраб) начинает закипать теплоноситель в ТТ, тепловое сопротивление стабилизируется на некотором уровне.

Последний участок (температура процессора более tраб) теплоноситель активно кипит, тепловое сопротивление кулера падает до номинального значения.

Это рабочий участок, на нем и обеспечивается отвод тепла от процессора.

 

Заключение.

Знать заранее температуру закипания теплоносителя в тепловых трубках кулера (поскольку она не указана производителем) невозможно.

А эта температура определяет температуру с которой тепловые трубки начинают отводить тепло.

До начала кипения теплоносителя кулер на ТТ работает как обычный ребристый металлический кулер, с той только разницей, что его поверхность имеет много меньшую площадь и соответственно меньший теплосъем.

Единственный способ оценить температуру с которой начинает работать кулер на ТТ, это проверить температуру процессора в покое (когда его тепловыделение минимально). Эта температура будет максимально приближаться к температуре кипения. Для обеспечения максимальной эффективности кулера эта температура должна быть максимально близка к температуре воздуха в корпусе компьютера.

Например для обычных корпусов она должна приближаться к 35 - 40 градусам, а для корпусов с низким аэродинамическим сопротивлением - 28-32 град.С и менее.

При температуре 45-55 град.С, я бы не рекомендовал применять кулеры на ТТ.

На мой взгляд это просто брак.

Производители должны указывать температуру закипания, как впрочем тепловое сопротивление , в паспортных характеристиках кулера.

А пока выбирайте качественные кулеры с температурой закипания менее 35 град.С, и сделать это можно только опытным путем на системных платах где имеется замер температура ядра процессора. Которая в кулерах на качественных ТТ не должна превышать в режиме ХХ процессора - 30 град.С.

 

В заключение - каким я вижу идеальный кулер на тепловых трубках

В первую очередь это кулер собранный из тепловых трубок с разной температурой закипания теплоносителя. При ее величине одной из ТТ не более 27°С, что обеспечит нормальный отвод тепла при малом тепловыделении. А все последующие ТТ в наборе с температурой закипания 32, 37, 42 и 47°С. Это позволит расширить динамический диапазон кулера и повышения его эффективности при малом тепловыделении.

 

P.S.

Немного особняком стоят кулеры выполненные на основе новой технологии Heat Transporting System (HTS) - модель IH-4200hp. Эти кулеры в качестве теплоносителя используют жидкую смесь на основе воды. Поэтому их эффективность до выхода на оптимальный режим только в 2-2,5 раза ниже. Но этого достаточно для отвода тепла с процессора работающего в режиме ХХ.

август 2008 года.
Сорокин А.Д.

 

Яндекс.Метрика

<<назад>> <<в начало>> <<на главную>>

Попасть прямо в разделы сайта можно здесь:

/Неизвестный процессор/Охлаждение ПК/Электроника для ПК/Linux/Проекты, идеи/Полезные советы/Разное/
/
Карта сайта/Скачать/Ссылки/Обои/Форум/Каталог/

При полном или частичном использовании материалов ссылка на "www.electrosad.ru" обязательна.
Ваши замечания, предложения, вопросы можно отправить автору через
гостевую книгу или почтой.
.

Copyright ©  Sorokin A.D.

2002-2012