Экстремальные системы охлаждения

Охлаждение с помощью элементов Пельтье
Эффект Пельтье относится к разряду термоэлектрических явлений, он был впервые открыт французом Жаном-Шарлем Пельтье в 1834 году. Когда Жан-Шарль Пельтье пропустил постоянный ток через полоску висмута, подключенную с помощью двух медных проводников, то он заметил, что соединение, где ток идет от меди к висмуту нагревается, другое соединение – висмут-медь, через которое ток шел в обратном направлении, охлаждалось. Позже выяснилось, что этот эффект в значительной степени усиливается, если вместо металлов использовать соединения из разнородных полупроводников. На этом и основаны конструкции современных элементов Пельтье или ТЭМ (термоэлектрический модуль).

Элемент Пельтье — это небольшая пластинка, играющая роль «прокладки» между кристаллом процессора и кулером. Эта пластинка позволяет поддерживать разность температур сторон пластинки в районе 40°C при отдаваемых кристаллом процессора десятках ватт тепла. Достать модули легко, пара мощных Дрифт0.8 от Криотерма обойдется чуть менее полутора тысяч с доставкой. Но достать подходящий кулплейт – медную прокладку габаритами 10см*5см*1см минимум – трудно.
Достать модули легко, пара мощных Дрифт0.8 от Криотерма обойдется чуть менее полутора тысяч с доставкой. Но достать подходящий кулплейт – медную прокладку габаритами 10см*5см*1см минимум – трудно. А она необходима и вот почему – у модуля есть множество характеристик, одна из них – хладопроизводительность. У упомянутого Дрифт0.8 это 172 вт. Как 2 модуля суммарной хладопроизводительностью в 344 вт не заморозят 120 ваттный процессор? Очень просто – размеры модуля 40*40*3.9 мм, т.е. 344 ватт снимается с площади в 8*4=32см2! А процессор дает 120 ватт с менее 2см2 площади. Т.е. с 2-х см2 модули снимут только 344/16=21,5 вт, а остальное пропустят через себя как обычный материал (с дополнительным термосопротивлением порядка 0.3). Вот в чем смысл кулплейта – нивелировать разницу в площадях объекта охлаждения и модулей, значит, чем он толще (в разумных пределах конечно), тем лучше – и сложнее достать.

Ватерчиллер (фреоновый и на элементах Пельтье)
Ватерчиллер – это система охлаждения, призванная снизить температуру объекта ниже температуры окружающей среды вплоть до отрицательной. Серийный ватерчиллер на сегодня есть только один, это достаточно неэффективная (около 0 градусов при загрузке 50-70Вт) и дорогостоящая ($330) система от Swiftech. Ватерчиллеры бывают двух видов: на основе фазового перехода или с использованием модулей Пельтье. Первые представляют собой двухконтурную систему, где испаритель "фреонки" охлаждает хладагент в контуре жидкостного охлаждения:

Во втором случае жидкость проходит через блок, охлаждаемый модулями Пельтье. Этот вид чиллеров компактнее и проще в изготовлении, но сильно проигрывает в температурах и соотношении "эффективность/потребляемая энергия". Так, 500Вт суммарной мощности модулей дают температуру жидкости чуть ниже нуля градусов при нагрузке около 100Вт...
Рабочая система похожа на систему жидкостного охлаждения, только нет радиатора и расширительный бачок заменен кое-чем другим. Для чиллера на Пельтье достаточно раздобыть портативный автомобильный холодильник, они давно уже на элементах Пельтье, COP (coefficient of performance, типа КПД) подобран оптимально и питаются от 12в. Собственно он и станет расширительным бачком. Жидкость будет долго промораживаться и долго нагреваться, так что для кратковременного экстрима подойдет (несколько часов в день). Если круглосуточно – то надо искать что-то в области фреонок.
Фреоновый ватерчиллер делают из кондиционеров, холодильных компрессоров. Главная головная боль тех, кто рискнул заниматься экстремальным охлаждением – теплоизоляция для предотвращения образования конденсата. Однако это не единственные проблемы и сконструировать ватерчиллер дано не каждому, правда не каждому и надо...
Эффективность подобных систем на высоте, даже на уровне серийных фреонок начального уровня. Но главное – ватерчиллером можно охладить несколько точек, как и ВО (кроме винчестера – умрет, памяти, цепей питания – замучаешься герметизировать).

Холодильная установка (фреонка)
Основными компонентами простейшей системы фреонового охлаждения являются: компрессор, испаритель, конденсер, фильтр, капиллярная трубка. Также необязательным компонентом может быть глазок, ну и хладагент. Все части образуют замкнутый контур, по которому движется фреон. Капиллярная трубка разделяет контур на две области – область высокого давления и область низкого давления. Компрессор перекачивает газообразный фреон на сторону конденсера, создавая в этой области высокое давление. При высоком давлении фреон начинает отдавать тепло и переходить в жидкое состояние. Сжиженный фреон проходит через фильтр/драер. Дальше по капиллярной трубке фреон попадает в испаритель, в зону низкого давления. При этом фреон начинает активно испаряться, забирая тепло из окружающей среды. Компрессор прокачивает этот испарившийся фреон на сторону конденсера и цикл повторяется