Жидкостное охлаждение.

 Жидкостные системы охлаждения изначально применялась для охлаждения особо теплонагруженных деталей, например мощные лампы выходных каскадов передатчиков. Главным преимуществом жидкостной, по сравнению с аэрогенной системой охлаждения, является существенно большая производительность и низкий уровень производимого шума. Высокая производительность жидкостной системы охлаждения объясняется тем, что теплопроводность жидкости, в пять - семь раз выше, чем у воздуха, соответственно меньше её тепловое сопротивление, а тепловой поток выше. Еще одной особенностью жидкостной системы охлаждения является то, что температура охлаждаемого объекта изменяется сравнительно медленно, за счёт тепловой инерции жидкости.

В общем случае водяная система охлаждения состоит из насоса (помпы), ватерблока (теплообменника), радиатора, резервуара с жидкостью.

Жидкостные системы охлаждения на рынке представлены достаточно широко. Модельный ряд покрывает все необходимые комплектующие, которым требуется активное охлаждение – процессоры, северные мосты, графические карты.

Криогенное охлаждение (системы с фазовым переходом)

По сути, криогенная система охлаждения превращает компьютер в натуральный холодильник. Хладагентом здесь является фреон или другой подходящий хладагент. Система обеспечивает заморозку ЦП, чипсета и ГП до -50 °С. Хотя по материальным затратам - это самая дорогая система охлаждения для персональных компьютеров на сегодняшний день. Однако, в отличие от аэрогенных кулеров и систем жидкостного охлаждения, криогенные системы обеспечивают нормальный температурный режим при низком уровне шума для самых последних процессоров при их экстремальном разгоне (повышение тактовой частоты более чем на 30%).

В криосистемах происходит работа не только с состояниями хладагента, но и с его давлением. Как известно, температура кипения и давление связаны.
Чем выше давление, тем выше температура кипения и, наоборот чем ниже давление, тем ниже температура кипения. Хладагент (фреон), циркулируя в системе, 

Рис. 3. Схема криогенной системы охлаждения

в компрессоре превращается в газ высокого давления. Далее он двигается в первый радиатор, где под высоким давлением и охлаждающим действием радиатора газ превращается в жидкость, которая стекает в теплообменник "испаритель", который соприкасается с охлаждаемым объектом. Так как теплообменник находится на процессоре, фреон тут же начинает кипеть и испаряться. Испаряясь, он попадает в капиллярные трубки. Капиллярные трубки и клапан позволяют создать на входе высокое давление, а на выходе – низкое, для того чтобы фреон успевал докипать и не попал обратно в компрессор в жидком состоянии (если это случится, компрессор мгновенно откажет). В схеме находится ещё один радиатор. Он предназначен для охлаждения отработанного газообразного фреона с низким давлением для того, чтобы в компрессор он попадал уже в готовом к следующему циклу виде.

Вся охлаждающая система контролируется специальным процессором, который следит за всеми параметрами охлаждающей системы и может изменять характеристики (например, требуемую температуру охлаждаемого объекта) в реальном времени. В криогенной системе компрессор работает постоянно, в отличие от обычного холодильника.

Тепловые трубки.

В глобальной борьбе с шумом при работе различных систем охлаждения тепловые трубки (ТТ) могут стать панацеей от многих бед. Тепловые трубки широко используются в военнокосмической отрасли из-за их высокой надежности и КПД. Они бесшумны, не требуют обслуживания и питания, не имеют изнашивающихся частей. Тепловая трубка представляет собой канал передачи тепловой энергии с высоким КПД, запаянный с обеих сторон, в котором находится определенное количество теплоносителя (рис. 4). Материал стенок трубки и жидкость выбирают исходя из условий эксплуатации. Условно трубку можно разбить на несколько зон: испарительная, несущая и зона конденсации. К зоне испарения подводится тепло, жидкость, находящаяся в трубке начинает кипеть и интенсивно испаряться. Крайне важно, чтобы кипение было без пузырьков. Горячие пары жидкости поднимаются в зону конденсации, где остывают, и превращается обратно в жидкость, которая возвращается обратно в зону испарения по специальной капиллярной структуре. Капиллярная структура представляет собой кривые прецизионные канавки в меди глубиной 60 мкм.

Рис. 4. Схематическое изображение тепловой трубки

Такая структура работает по капиллярному принципу, аналогично фитилю керосинки. Испарительный процесс происходит всегда, когда есть разница температур между зонами испарения и конденсации.

На рынке систем охлаждения персональных компьютеров тепловые трубки появились недавно, поэтому ассортимент кулеров на тепловых трубках пока еще невелик, но есть стабильная тенденция к широкому переходу на тепловые трубки.

Как видно способов отвода тепла от теплонагруженных полупроводниковых устройств достаточно много, при этом каждый из них имеет свои преимущества и недостатки и представлен на рынке широким ассортиментом изделий с различными параметрами и ценами.

И, несмотря на постоянное развитие «экзотических» систем охлаждения ГП и ЦП, аэрогенные кулеры сегодня имеют наибольшее распространение.