Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы и постановка задач исследования 10
1.1. Краткий обзор развития термоэлектрической техники 10
1.2. Способы охлаждения компьютерного процессора 13
1.3 Термоэлектрические устройства для охлаждения и термостати-рования компьютерного процессора 19
1.3.1. Полупроводниковые термоэлектрические устройства. Основные режимы работы 19
1.3.2. Применение термоэлектрических устройств для охлаждения компьютерного процессора 24
1.3.3 Особенности эксплуатации термоэлектрических устройств для ох лаждения процессора 41
1.4. Постановка задач исследования 47
2. Математические модели полупроводниковых термоэлектрческих устройств для охлаждения и термостатирования компьтерного процессора ...49
2.1. Математическая модель полупроводникового термоэлектричес кого устройства для термостатирования компьютерного процессора в режиме включения и выключения компьютера 49
2.2. Математическая модель полупроводникового термоэлекрическо-го устройства для термостатирования компьютерного процессора с применением плавящегося вещества 59
2.3 Математческая модель устройства для охлаждения компьютерного процессора с применением каскадных ТЭМ 80
3. Экспериментальные исследования полупроводни ковых термоэлектрических устройств для охлаж дения компьютерного процессора 86
3.1. Описание стендов и методики проведения экспериментальных и лабораторных испытаний 86
3.2. Результаты экспериментальных исследований полупроводникового термоэлектрического устройства для термостатирования компьютерного процессора в режиме включения и выключения компьютера 92
3.3. Результаты экспериментальных исследований полупроводникового термоэлектрического устройства для термостатирования компьютерного процессора с применением плавящегося вещества..105
3.4. Оценка погрешности измерений 113
4. Разработка полупроводниковых термоэлектрических устройств для охлаждения компьютерного процессора 118
4.1. Полупроводниковое термоэлектрическое устройство для термостатирования компьютерного процессора в режиме включения и выключения компьютера 118
4.2. Полупроводниковое термоэлектрическое устройство для термостатирования компьютерного процессора с применением плавящегося вещества 123
4.3. Устройство для охлаждения компьютерного процессора с применением каскадного ТЭМ 129
4.4. Термоэлектрический теплоотвод для охлаждения компьютерного процессора 132
4.5. Полупроводниковое термоэлектрическое устройство для охлаждения компьютерного процессора с применением тепловой трубы 136
Заключение 141
Литература 142
Акты внедрения 156
- Термоэлектрические устройства для охлаждения и термостати-рования компьютерного процессора
- Математическая модель полупроводникового термоэлекрическо-го устройства для термостатирования компьютерного процессора с применением плавящегося вещества
- Результаты экспериментальных исследований полупроводникового термоэлектрического устройства для термостатирования компьютерного процессора в режиме включения и выключения компьютера
- Полупроводниковое термоэлектрическое устройство для термостатирования компьютерного процессора с применением плавящегося вещества
Введение к работе
Развитие научно-технического прогресса определяет уровень жизни людей в современном обществе. Совершенствование аппаратуры во многих областях техники связано с применением наиболее перспективного из известных методов - твердотельной технологии. Применение этого метода позволяет увеличить удельную плотность упаковки элемен-тов до 1(Гна1 см'. В связи с этим особую роль приобретает проблема использования качественно новых способов и методов терморегулирования и термостабилизации процессов в схемах с большой степенью интеграции элементов микропроцессорной техники, а также микроминиатюрных устройств с высокими удельными тепловыми потоками.
В данное время формирование необходимого температурного режима работы компонентов микропроцессорной техники осуществляется рядом мероприятий, к числу которых относятся системы воздушного охлаждения, работающие на продув воздуха через тепловыделяющие элементы посредством вентилятора.
В настоящее время определяющее значение в развитии науки и техники имеет развитие вычислительных систем. Совершенствование процессора, одного из основных функциональных компонентов компьютера, позволит увеличить объем обрабатываемой информации. Это напрямую связано с использованием новых методов терморегулирования и термостабилизации температурного режима компьютера. Использование систем, работающих на продув воздуха посредством вентилятора, имеет ряд недостатков:
- низкая точность термостатирования; -неспособность обеспечить температуру ниже комнатной; -неспособность обеспечить необходимый уровень пылезащиты;
7 -неспособность обеспечить изоляцию от температурных воздействий
внешней среды.
Решение данной проблемы возможно при использовании полупроводниковых термоэлектрических устройств (ТЭУ), в принципе работы которых заложен эффект Пельтье — термоэлектрических модулей (ТЭМ),
Целесообразность применения термоэлектрических преобразователей (ТЭП) обусловлена рядом их преимуществ. К числу этих преимуществ следует отнести:
возможность получения искусственного холода на основе использования эффекта Пельтье при отсутствии движущихся частей холодильного агента;
универсальность, т.е. возможность перевода ТЭУ из режима охлаждения в режим нагревания путем реверса постоянного тока;
сочетание в едином устройстве таких традиционно раздельных элементов, как источник холода или тепла и теплообменный аппарат;
возможность работы при любой ориентации в пространстве и при отсутствии гравитационных сил;
простота устройства, компактность и взаимозаменяемость, возможность применения практически любой компоновочной схемы;
высокая надежность;
практически неограниченный срок службы;
возможность форсировки по холодо- и теплопроизводительности;
простота и широкий диапазон регулирования холодо- и теплопроизводительности.
Использование ТЭП следует признать весьма перспективным в качестве термоэлектрических интенсификаторов теплопередачи, которые, как показывает опыт использования, могут обеспечить интенсивный процесс переноса теплоты от нагреваемого объекта в окружающую среду по сравнению с другими традиционными способами.
8 За последние пять десятилетий проведен достаточно большой объем
теоретических и экспериментальных исследований полупроводниковых ТЭУ. Накопленный опыт по эксплуатации, надежности, работоспособности в специфических условиях и др. технико-экономическим показателям подтверждает возможность широкого применения ТЭУ.
Целью диссертационной работы является исследование и разработка на основе ТЭУ новых приборов для охлаждения и термостатирования процессора компьютера, а также проведение комплекса теоретических и экспериментальных исследований, направленных на создание математических моделей создаваемых устройств и методик расчета.
Основными задачами диссертационной работы являются:
Разработка новых схем обеспечения требуемого температурного режима компьютерного процессора.
Разработка математических моделей ТЭУ для охлаждения и термостатирования компьютерного процессора.
На основе проведенных исследований разработка новых конструктивных вариантов охлаждающих ТЭУ.
Проведение комплекса экспериментальных исследований с целью подтверждения теоретических данных.
5. Практическая реализация результатов работы.
Результаты теоретических исследований подтверждены серией экспериментов, проведенных для ТЭУ на специально созданном стенде, и разработанными методиками проведения испытаний. Проведенные исследования позволяют правильно оценить возможности ТЭУ, проводить целенаправленный и обоснованный их выбор для различных условий эксплуатации и сравнительный анализ с другими способами отвода теплоты и термостатирования.
«
9 Проведенные теоретические и экспериментальные исследования
позволили разработать практические рекомендации по использованию ТЭУ
при различных условиях эксплуатации с учетом тепловых нагрузок
компьютерного процессора.
Полученные результаты исследований нашли практическое применение на предприятиях электронной промышленности, внедрены в учебный процесс.
Диссертация подводит итог комплексу исследований, выполненных автором за последние 6 лет в Дагестанском государственном техническом университете.
Термоэлектрические устройства для охлаждения и термостати-рования компьютерного процессора
Термоэлектрические явления были обнаружены и исследованы более полутора столетий тому назад Зеебеком, Пельтье и Томсоном [32,33]. В 1911 году Альтенкирх, исследуя возможность практического применения термоэлектрических эффектов, получил приближенные соотношения для термоэлектрических тепловых насосов и генераторов. Оценив эффективность этих устройств при использовании в них термоэлементов (ТЭ) из металлов (единственно известных в то время проводников), Альтенкирх указал на целесообразность использования металлов в качестве ветвей ТЭ из-за высокой теплопроводности и малых значений коэффициентов термоэлектродвижущей силы. Однако, к тому времени эффект Зеебека уже нашел применение для измерения высоких температур термопарами. Термопара из пластины с платинородием была предложена для этой цели Ле Шателье в 1886 году [91]. Одиночные опытные образцы термоэлектрических генераторов, построенных в этот период, находили только лабораторное применение, так как стоимость вырабатываемой ими электроэнергии намного превосходила стоимость электроэнергии, вырабатываемой оборудованием того времени.
Практическое использование полупроводниковых охлаждающих и нагревающих термоэлектрических устройств (ТЭУ) в промышленности и в народном хозяйстве берет свое начало с разработки академиком А.Ф.Иоффе теории электрических применений полупроводниковых ТЭ в начале 50-х годов нашего столетия. Дальнейшее развитие теория энергетического применения термоэлектричества получила в трудах Л.С Стильбанса, Е.К.Иорданашвили, В.С.Мартыновского, В.А.Наера, А.И.Бурштейна, Н.С.Лидоренко, Л.ИАнатычука, В.ККоломойца, Е.С.Курьшева, Е.А.Ко-ленко, М.А.Коганова, Ю.Н.Цветкова, М.Р.Привина, А.Л.Вайнера, В.С.Се-менюка и многих других, а также в работах зарубежных ученых Г.Голдсмита, Т.Хармана, П.Грея, Д.Магдональда, Е.Юстиидр.
К настоящему времени по термоэлектричеству накоплен большой теоретический и экспериментальный материал, разработано и внедрено огромное количество разнообразных аппаратов, устройств и приборов, основанных на применении эффекта Пельтье. По ряду направлений сведения систематизированы и опубликованы в монографиях [13,16, 22,24, 25, 31,32, 55, 89, 90, 91, 93, 104, 129, 130, 141]. Достаточно полно разработаны методики расчета ТЭУ с постоянной и меняющейся вдоль термоэлектрического модуля (ТЭМ) температурой спаев [21, 26, 55, 83, 104, 129,139], предложены моно графические и графоаналитические способы расчета [71, 90], а также численные методы с применением компьютера [46,135,140,142]. Проанализированы режимы работы термоэлектрических охладителей и подогревателей - минимальной температуры холодных спаев, максимальной холодопроизводительности, максимальной энергетической эффективности, минимального тока при ограничении числа ТЭ и другие [56, 64, 67, 93, 104,127, 145, 154]. Ряд исследований посвящен изучению характеристик ТЭМ при работе в условиях тепло- и массообмена, при использовании их в качестве интенсификаторов теплопередачи и теплоизоляторов [59, 62, 79, 138, 150]. Исследованы вопросы влияния на работу и показатели ТЭУ пульсации тока, контактных электрических и тепловых сопротивлений [55], изоляционных слоев и других факторов. Широкие исследования проведены в области влияния теплообмена на энергетические и другие показатели охладителей и нагревателей [104, 67, 128, 142], интенсификации теплоотдачи, разработки различных тепло-обменных систем [11, 60, 101, 103, 107, 109,143, 151], в том числе с проме жуточным контуром [71] и с ограниченным теплоотводом [13]. Достаточно много работ посвящено оптимизации параметров ТЭУ [49, 83, 98, 116, 144], повышению эффективности их использования [33,99] рациональному выбору полупро- водниковых материалов [17], оптимизации конструкции ТЭМ [90,98]. Много исследований проведено по изучению динамических характеристик и переходных процессов в ТЭУ и нестационарных режимов работы термомодулей [16, 26, 32, 53, 56, 57, 84, 100, 121, 131], а также измерению теплофизических характеристик полупроводниковых материалов и ТЭМ [17, 74, 76, 114]. Перспективы развития, рациональные области применения, новые направления в использовании термоэлектричества нашли отражение в работах [23, 39, 77, 124, 151, 152]. Теоретические разработки подкреплены экспериментальными исследованиями [29,43,100], подтверждающими правильность сделанных выводов и аналитических решений. Широкое практическое применение ТЭП в самых различных областях народного хозяйства [7, 8, 10,12, 28, 31, 39, 52, 55, 77, 91, 102, 105, 108, 118, 125, 134] потребовало проведения исследований по надежности [19, 20], а серийное производство ТЭУ и термобатарей-модулей - изучения закономерностей разброса термоэлектрических свойств полупроводниковых материалов и обоснования классов допусков на геометрические размеры ТЭ для учета в инженерных методах расчета [20,122].
Краткий обзор работ по термоэлектрической технике показывает, что накоплен достаточно большой теоретический и экспериментальный материал, позволяющий в настоящее время с достаточно высокой степенью точности проводить расчеты и проектирование ТЭУ различного назначения. Однако, несмотря на значительный прогресс в области термоэлектричества, недостаточно рассмотрены вопросы разработки и применения ТЭУ для охлаждения функциональных компонентов компьютера.
Математическая модель полупроводникового термоэлекрическо-го устройства для термостатирования компьютерного процессора с применением плавящегося вещества
Обеспечение эффективного охлаждения процессора - одна из задач, стоящих перед разработчиками систем охлаждения для компьютера.
Для цели улучшения условий теплообмена процессора с охлаждающим устройством целесообразно размещать между процессором и ТЭМ ёмкость (контейнер) с плавящимся рабочим веществом, имеющим стабильную температуру плавления. В рассматриваемом устройстве (рис.2.2.1) контейнер с плавящимся (рабочим) веществом установлен между процессором и ТЭМ и находится в кондуктивном тепловом контакте с ними [95]. С одной стороны контейнер с рабочим веществом нагревается процессором, а с другой стороны - охлаждается ТЭМ. Такая схема охлаждения процессора позволяет повысить эффективность теплоотвода от процессора и обеспечить необходимый температурный режим его работы. Это стало возможным благодаря высокой теплоёмкости плавящихся веществ (азотнокислый никель, парафин). Одновременно весь объем системного блока компьютера, изолированный от окружающей среды, охлаждается другим ТЭМ. Это позволяет поддерживать в системном блоке компьютера требуемую температуру, приемлемую и для других компонентов компьютера, установленных в системном блоке, исключить попадание в него пыли и не допустить влияние других возможных вредных воздействий на компоненты компьютера.
Математическая модель представленного устройства включает в себя модель термостатирования процессора посредством контейнера с плавящимся веществом и ТЭМ и модель термостабилизации системного блока компьютера.
Рассмотрим вначале математическую модель термостатирования процессора посредством контейнера с плавящимся веществом и ТЭМ.
Устройство для охлаждения процессора с использованием плавящегося вещества отличается тем, что в его состав входит тонкостенная ёмкость (контейнер) конечных геометрических размеров с гладкой или оребрённой поверхностью, изготовленная из металла или пластика, герметичный объем которой заполнен рабочим веществом. Контейнер с плавящимся веществом помещается между процессором и ТЭМ. Во время работы основная часть тепла, рассеиваемого процессором, поглощается за счет скрытой теплоты плавления вещества. С противоположной стороны контейнер охлаждается холодными спаями ТЭМ. Таким образом, в контейнере с плавящимся веществом будут иметь место две фазы - жидкая и твердая. Чтобы обеспечить практическое применение данного устройства, необходимо, чтобы тепло, выделяемое процессором и поглощаемое рабочим веществом, эффективно отводилось ТЭМ.
Анализ механизма явлений, происходящих в процессе теплообмена в устройстве, производился для одномерной модели при следующих основных допущениях: температура в жидкой и твердой фазах рабочего вещества является функцией одной пространственной координаты; температура на границе раздела соответствует устойчивому сосуществованию твердой и жидкой фаз; интервал температур плавления и кристаллизации (затвердевания) мал по сравнению с соответствующими температурами плавления и кристаллизации, которые принимаются постоянными в течение всего процесса; длина и ширина ёмкости, заполненной рабочим веществом, значительно больше ее толщины, поэтому влиянием боковых поверхностей на теплообмен пренебрегаем; процессор устанавливается на плоской поверхности; рассеиваемая процессором и отводимая ТЭМ мощность равномерно распределена по поверхности их контакта с металлической оболочкой устройства; термическим сопротивлением контакта процессора и ТЭМ с металлической оболочкой пенебрегаем.
Расчетная схема процесса теплообмена при плавлении и затвердевании рабочего вещества, соответствующая работе процессора и ТЭМ, приведена на рис.2.2.2.
При подводе тепла к оболочке, соприкасающейся сверху с рабочим веществом, после достижения определённой толщины расплава возникают конвективные потоки тепла, обусловленные наличием гравитационных сил и градиента плотности жидкости по толщине. До этого момента конвекция в жидкой фазе отсутствует или достаточно слаба, поэтому по толщине её" слоя существует поле температур. После достижения определённой толщины слоя расплава начинается интенсивное перемешивание горячих и холодных слоев и полем температур по жидкой фазе можно пренебречь.
Уравнения теплового баланса при плавлении для оболочки 1 и затвердевании для оболочки 2 имеют вид: где с,р,6- соответственно теплоемкость, плотность и толщина металлической оболочки 1 устройства; г - время; kip - коэффициент теплоотдачи в окружающую среду, Тм м- среднемассовые температуры металлической оболочки 1 и оболочки 2 устройства; Тф- температура окружающей среды; q„p- количество тепла, рассеиваемого процессором; q„M- количество теплоты, поглощаемого ТЭМ; qee4,- количество теплоты, переданного рабочему веществу, qgeuil - количество теплоты, отданного рабочим веществом.
Результаты экспериментальных исследований полупроводникового термоэлектрического устройства для термостатирования компьютерного процессора в режиме включения и выключения компьютера
Для проверки полученных расчетных соотношений были проведены экспериментальные исследования на разработанном макете ТЭУ для термостатирования компьютерного процессора в режиме включения и выключения компьютера. Для исследований был выбран компьютер на основе процессора типа AMD Thunderbird. Технические требования к разрабатываемому объекту определяют следующие основные параметры, являющиеся исходными данными: - размеры охлаждаемого процессора - 40x40x3 мм3; - температура процессора - 20 -60 С; - температура в системном блоке компьютера- 20-30 С; - температура окружающей среды — 20 С; - отвод теплоты с тепловыделяющих спаев термомодуля посредством кулера (радиатор, обдуваемый вентилятором); - мощность тепловыделений процессора — 40 Вт. В компьютере процессор находится в кондуктивном тепловом контакте с ТЭУ, состоящим из ТЭМ (типа ICE-71), радиатора и вентилятора. Устройство работает в трех основных режимах. При включении компьютера ТЭМ предварительно нагревает процессор до рабочей температуры. Затем происходит включение компьютера. ТЭМ переходит в режим охлаждения процессора и продолжает работать в этом режиме в установившемся режиме работы компьютера. При выключении компьютера ТЭМ снова переходит в режиме нагрева процессора, но ток, подаваемый на ТЭМ, постепенно уменьшается и происходит плавное остывание процессора до комнатной температуры.
Основной задачей, стоящей перед нами при проведении экспериментальных исследований, являлось определение температурных зависимостей ком пьютерного процессора при его охлаждении ТЭУ от параметров ТЭМ, входящего в состав кулера. Важным являлось сравнение полученных экспериментальных результатов с теоретическими с целью проверки адекватности математической модели реальному процессу. В ходе экспериментальных исследований устройства для термостатирования компьютерного процессора нам также важно было проверить отличие временной зависимости температурных изменений в процессоре, ТЭМ и радиаторе при использовании устройства для термостатирования процессора в режиме включения и выключения компьютера и без использования этого устройства, т.е. при простом охлаждении процессора с применением кулера Пельтье, с целью подтверждения практической полезности разработанного устройства в связи со снижением температурных напряжений, испытываемых процессором при включении и выключении компьютера. Для этой цели нами были проведены соответствующие испытания. Нарис. 3.2.1 представлен экспериментальный график зависимости температуры процессора от времени при включении компьютера без применения рассматриваемого устройства, т.е. при простом нагреве процессора кулером Пельтье. Эта температура является одновременно и температурой горячего спая ТЭМ, находящегося в кондуктивном тепловом контакте с процессором. Для сравнения показан график, полученный путем теоретических расчетов. Из сравнения этих графиков видно, что отличие между экспериментальной и расчетной зависимостями не превышает 8-12%. На рис. 3.2.2 представлены экспериментальный и расчетный графики зависимости температуры нагрева процессора от времени при включении компьютера с применением устройства для термостатирования процессора в режиме включения и выключения компьютера. Отличия между экспериментальным и расчетным графиками также не превышают 8-12%. На рис. 3.2.3 представлены экспериментальный и расчетный графики зависимости температуры процессора от времени при выключении компью тера без применения исследуемого устройства. Эта температура является одновременно и температурой холодного спая ТЭМ, находящегося в плотном тепловом контакте с процессором.
При выключении компьютера одновременно выключаются процессор и ТЭМ, поэтому происходит кондуктив-ный отвод тепла в среду в объеме системного блока компьютера. На рис. 3.2.4 представлены экспериментальный и расчетный графики зависимости температуры нагрева процессора от времени при выключении компьютера с применением устройства для термостатирования процессора в режиме включения и выключения компьютера. Отличия между экспериментальным и расчетным графиками также не превышают 12%. В результате сравнения полученных данных можно сделать вывод, что система термостатирования компьютерного процессора в режиме включения и выключения компьютера имеет преимущества перед кулером Пельтье. Как показывают приведенные зависимости, использование разработанного устройства значительно увеличивает (в 4 раза) время прогрева процессора при включении компьютера и обеспечивает постепенное увеличение температуры процессора при включении компьютера до значения рабочей температуры, достигнув которое автоматически включается блок питания компьютера, а процессор переходит в рабочий режим и не испытывает при этом тепловых напряжений связанных с его нагревом. Аналогично, при выключении компьютера применение устройства позволяет значительно увеличить (в 3 раза) время остывания процессора, при этом происходит плавное снижение температуры процессора. Такое изменение температуры также позволяет не допустить возможные термические удары, связанные с охлаждением процессора. На рис.3.2.5 представлены экспериментальные графики зависимости перепада температур по толщине процессора (на стороне теплового контакта с ТЭМ и на стороне электрического контакта) от темпа изменения температуры ТЭМ при включении компьютера для случая, когда не используется устройство для термостатирования процессора в режиме включения и выключе ния компьютера, и для случая когда это устройство используется. Сравнение графиков приводит к выводу о том, что использование устройства значительно снижает (в 3 раза) перепад температуры на сторонах процессора. На рис.3.2.6 представлены аналогичные графики, полученные в результате исследований температурных изменений процессора при выключении компьютера. Сравнение графиков показывает, что применение устройства замедляет в (2.8 раза) перепад температур на сторонах процессора. На рис.3.2.7 представлены экспериментальные графики зависимости перепада температур по толщине процессора от времени в режиме включения компьютера. Сравнение графиков показывает, что применение разработанного устройства снижает до допустимого предела 0 - 2 С перепад температур на сторонах процессора.
Полупроводниковое термоэлектрическое устройство для термостатирования компьютерного процессора с применением плавящегося вещества
В связи с развитием вычислительной техники особую роль приобретает проблема использования качественно новых способов и методов терморегулирования и термостабилизации процессов в схемах с большой степенью интеграции элементов микропроцессорной техники, а также микроминиатюрных устройств с высокими удельными тепловыми потоками.
В настоящее время формирование требуемого температурного режима работы компонентов микропроцессорной техники осуществляется рядом мероприятий, к числу которых относятся системы воздушного охлаждения, работающие на продув воздуха через тепловыделяющие элементы посредством вентилятора. Использование систем, работающих на продув воздуха посредством вентилятора, имеет ряд недостатков: низкая точность термостатирования; неспособность обеспечить температуру ниже комнатной; неспособность обеспечить необходимый уровень пылезащиты; инерционность процесса охлаждения; неспособность обеспечить изоляцию от температурных воздействий внешней среды.
Для устранения отрицательного влияния указанных особенностей на температурный режим внутри корпуса компьютера нами предложено устройство для охлаждения системного блока компьютера и термостатирования процессора [96]. Для охлаждения системного блока компьютера можно использовать термомодуль. На рис.4.2.1 представлена принципиальная схема охлаждения системного блока и термостатирования процессора компьютера. Термомодуль 4 установлен на корпусе компьютера 1. На этом термомодуле с обеих сторон установлены радиаторы. Радиатор 3, установленный на холодных спаях термомодуля, расположен внутри корпуса компьютера, а радиатор 5, установленный на горячих спаях термомодуля снаружи. На радиаторе 3 установлен вентилятор 2 для увеличения коэффициента теплопередачи радиатор-среда.
Термостатирование процессора 7 обеспечивает система, в состав которой последовательно входят контейнер с плавящимся веществом 8, термомодуль 9, радиатор 10, вентилятор 11. Источник питания 7 обеспечивает работу системы охлаждения системного блока и термостатирования процессора компьютера. На рис.4.2.2 представлен внешний вид системы термостатирования процессора с применением плавящегося вещества. Контейнер с плавящимся веществом [16] представляет собой тонкостенную металлическую ёмкость в виде параллелепипеда с гладкой поверхностью, герметичный объём которой заполнен рабочим веществом. В качестве материала для изготовления контейнера можно использовать медь или аллюминий, имеющие высокий коэффициент теплопроводности.
Контейнер с рабочим веществом установлен таким образом, что обеспечивает хороший тепловой контакт с одной стороны с процессором, а с другой - с холодными спаями термомодуля. В качестве плавящегося вещества в составе контейнера могут быть использованы некоторые металлы и их сплавы, некоторые кристаллогидраты.
Органические вещества, такие как парафин, лауриновая, пальмитиновая, элаидиновая кислоты, обладающие лучшими технологическими и эксплуатационными свойствами по сравнению с другими плавящимися веществами, особенно перспективны с применением конструкционных наполнителей, увеличивающих их эффективную теплопроводность. Высокая теплопроводность плавящегося вещества является обязательным условием, поскольку от этого зависит эффективность охлаждения и точность термостатирования процессора. Перегрев или переохлаждение могут вызвать стойкое зависание работы процессора, что означает сбой в работе компьютера.
Во время работы компьютера контейнер с плавящимся веществом с одной стороны нагревается процессором, а с другой - охлаждается тер момодулем. Соответственно, рабочее вещество в контейнере с одной стороны поглощает тепло, выделяемое процессором, а с другой стороны -передаёт тепло на холодные спаи термомодуля. В контейнере образуется граница раздела фаз вещества, за счет скрытой теплоты плавления которого происходит поглощение тепловыделений процессора. Далее термомодуль передает отведённое тепло радиатору. А от радиатора тепло переходит в воздушную среду в системном блоке компьютера. Для увеличения коэффициента теплопередачи радиатор-среда [80] на радиаторе установлен вентилятор, создающий интенсивный воздушный поток, направленный на пластины радиатора.
Температура процессора зависит от объема обрабатываемой им информации [120]. Чем больше количество информации обрабатывается процессором в единицу времени, тем выше температура процессора. Высокая теплопроводность плавящегося вещества позволяет осуществлять поглощение излишних тепловыделений процессора. В зависимости от температуры процессора граница раздела фаз вещества в контейнере смещается в сторону процессора или термомодуля. Таким образом, происходит тер-мостатирование процессора, обеспечивающее стабильный температурный режим его работы в условиях высоких тепловых нагрузок, которые могут в нём возникать.
Тепло, которое отводится от процессора, поступает в воздушное пространство внутри системного блока компьютера и может вызвать там значительный рост температуры. Повышенная температура в системном блоке недопустима, поскольку может вызвать сбои в работе других компонентов компьютера. Для решения этой проблемы на корпусе компьютера установлена описанная выше система охлаждения, которая даёт возможность эффективно отвести лишнее тепло и установить необходимую температуру внутри корпуса компьютера.
