Расширенная система охлаждения для компьютеров и аккумуляторов

• Исследователи демонстрируют новую систему охлаждения с двумя различными видами термоэлектрических материалов.
• Он более эффективно передает тепло в естественном направлении - от горячего объекта к относительно прохладной окружающей среде.

По мере того, как компьютерные микросхемы, лазеры, батареи и электроника высокой мощности развиваются в сторону более компактной конструкции с более высокой плотностью мощности, им требуются более совершенные технологии управления температурой. В этих устройствах используется термоэлектрическое охлаждение для отвода тепла от горячих предметов.

В отличие от задач термодинамики, этот так называемый охладитель Пельтье оптимизирован для поддержания холодного объекта в холоде. Большинство коммерческих охладителей Пельтье представляют собой переносные холодильные элементы, такие как походные холодильники или охладители напитков. Они работают, отводя тепло из холодной области в горячую (естественно, тепло переходит из горячего в холодное).

Однако в механизме «активного охлаждения» естественный тепловой поток ускоряется от горячего объекта в относительно прохладную область. В этом случае цель состоит в том, чтобы максимально использовать тепло, отводимое из горячего резервуара, при минимальном падении температуры.

Недавно физики из Университета штата Огайо и Университета Вирджинии разработали новый принцип конструкции термоэлектрических инструментов, адаптированный для аккумуляторных и компьютерных приложений. Они продемонстрировали систему охлаждения с двумя видами термоэлектрических материалов.

Как они это сделали?

Для разработки эффективных термоэлектрических охлаждающих устройств исследовательская группа выбрала материал на основе показателя качества zT . , который используется для определения производительности термоэлектрических модулей, в том числе холодильных модулей.

Ссылка:APS Physics | DOI:10.1103 / PhysRevApplied.11.054008

Материал, переносящий много тепла (из-за электрического тока), будет иметь высокое zT . Эти материалы обычно имеют низкую теплопроводность, поэтому они не позволяют теплу течь обратно через оборудование в холодный объект. Однако тепло отводится естественным образом, когда объект горячий.

Рассмотрим нормальные условия охлаждения, когда горячий объект прикреплен к термоэлектрическому оборудованию, заключенному в относительно холодный резервуар. При приложении напряжения электроны и дырки (носители заряда, переносящие тепло) текут из горячей области в холодную.

Разница между активным охлаждением и охлаждением | Предоставлено исследователями

Чтобы сделать охлаждение более эффективным, команда разработала новый показатель качества, называемый эффективной теплопроводностью. Он представляет собой сумму активной теплопроводности (включается при подаче напряжения) и пассивной (нормальной) теплопроводности.

Они использовали два вида материалов с большой эффективной теплопроводностью -

1. Металлы, увлекающие магноны (кобальт), в которых электроны взаимодействуют с магнонами и переносят дополнительное тепло.
2. Металлы с эффектом кондо (церий-палладий), в которых электроны сильно взаимодействуют друг с другом, увеличивая тепло, связанное с каждым проводящим электроном (дыркой).

Исследователи использовали эти материалы для создания холодильника Пельтье и поместили его между холодным и горячим резервуарами. Затем они протестировали устройство в пассивном и активном режимах.

При 5-амперном токе устройство потребляло почти на 0,1 Вт тепла из горячего резервуара больше, чем при нулевом токе. Исходя из разницы температур, в активном режиме было зарегистрировано 1000 Вт / метр-кельвин, а в пассивном - 40 Вт / метр-кельвин.

Прочтите:Недорогая пассивная система охлаждения, не требующая энергии

Такие двухрежимные кулеры могут быть полезны для процессоров. Он может работать в пассивном режиме, когда количество вычислительных процессов меньше, и переключаться в активный режим, когда загрузка ЦП высока.