컴퓨터 냉각 시스템: 패시브, 액티브, 액체, 프레온, 워터 쿨러, 개방형 증발, 캐스케이드, 펠티에 냉각

컴퓨터 작동 중에 일부 구성 요소가 매우 뜨거워지고 생성된 열이 충분히 빨리 제거되지 않으면 주요 반도체 구성 요소의 정상적인 특성을 위반하여 컴퓨터가 작동하지 않을 수 있습니다.

컴퓨터의 발열 부분에서 열을 제거하는 것은 컴퓨터 냉각 시스템이 해결하는 가장 중요한 작업으로, 컴퓨터가 활발하게 사용되는 전체 시간 동안 지속적이고 체계적이며 조화롭게 기능하는 전문 도구 세트입니다.

컴퓨터 냉각 시스템이 작동하는 동안 컴퓨터의 주요 요소, 특히 시스템 장치의 요소를 통해 작동 전류가 통과하면서 발생하는 열이 사용됩니다.이 경우 생성되는 열의 양은 컴퓨터의 컴퓨팅 리소스 및 시스템에서 사용 가능한 모든 리소스와 관련된 현재 부하에 따라 다릅니다.

어쨌든 열은 대기에서 회수됩니다. 수동 냉각에서 열은 기존 대류 및 적외선 복사에 의해 라디에이터를 통해 주변 공기로 직접 가열된 부품에서 제거됩니다. 능동 냉각에서는 대류 및 적외선 방사 외에도 대류 강도를 증가시키는 팬을 사용한 송풍이 사용됩니다(이 솔루션을 «냉각기»라고 함).

열이 먼저 열 운반체에 의해 전달된 다음 대기에서 다시 사용되는 액체 냉각 시스템도 있습니다. 냉각수의 상전이로 인해 열이 제거되는 개방형 증발 시스템이 있습니다.

따라서 컴퓨터의 가열 부분에서 열을 제거하는 원리에 따라 공기 냉각, 액체 냉각, 프레온, 개방형 증발 및 결합 (Peltier 요소 및 워터 쿨러 기반)과 같은 냉각 시스템이 있습니다.

패시브 공기 냉각 시스템

열 부하가 없는 장비에는 특별한 냉각 시스템이 전혀 필요하지 않습니다. 열 부하가 없는 장비는 가열된 표면의 평방 센티미터당 열 유속(열 유속 밀도)이 0.5mW를 초과하지 않는 장비입니다. 이러한 조건에서 주변 공기에 대한 가열 표면의 과열은 0.5 ° C보다 높지 않으며 이러한 경우의 일반적인 최대값은 +60 ° C입니다.

그러나 정상 작동 모드에서 구성 요소의 열 매개 변수가이 값을 초과하면 (열 발생은 상대적으로 낮게 유지하면서) 해당 구성 요소, 즉 수동 열 제거 장치에만 라디에이터가 설치됩니다. , 소위 수동 냉각 시스템.

칩의 전력이 낮거나 시스템의 컴퓨팅 용량 요구 사항이 지속적으로 제한되는 경우 일반적으로 팬 없이도 방열판만 있으면 충분합니다. 라디에이터는 각 경우에 개별적으로 선택됩니다.

기본적으로 패시브 냉각 시스템은 다음과 같은 방식으로 작동합니다. 열은 재료의 열전도율 또는 히트 파이프의 도움으로 가열 부품(칩)에서 방열판으로 직접 전달됩니다. 히트 파이프 솔루션).

라디에이터의 기능은 적외선 복사를 통해 주변 공간으로 열을 방출하고 단순히 주변 공기의 열전도율을 통해 열을 전달하여 자연 대류 발생에 기여하는 것입니다. 라디에이터의 전체 영역에 최대한 집중적으로 열을 발산하기 위해 라디에이터 표면이 검게 변합니다.

특히 오늘날(컴퓨터를 포함한 다양한 장비에서) 수동 냉각 시스템이 널리 보급되어 있습니다. 이러한 시스템은 대부분의 열 집약적 부품에 라디에이터를 쉽게 장착할 수 있으므로 매우 유연합니다. 라디에이터에서 방열되는 유효 면적이 클수록 냉각 효율이 높아집니다.

냉각 효율에 영향을 미치는 중요한 요소는 방열판을 통과하는 공기 흐름의 속도와 온도(특히 환경과의 온도 차이)입니다.

많은 사람들이 방열판을 구성 요소에 장착하기 전에 결합 표면에 써멀 페이스트(예: KPT-8)를 도포해야 한다는 것을 알고 있습니다. 이것은 구성 요소 사이의 공간에서 열전도율을 높이기 위해 수행됩니다.

처음에 문제는 라디에이터의 표면과 라디에이터가 설치된 구성 요소가 공장 생산 및 연삭 후에도 여전히 10미크론 수준의 거칠기를 가지며 연마 후에도 약 5미크론의 거칠기가 남아 있다는 것입니다. 이러한 불규칙성은 연결 표면이 갭 없이 가능한 한 단단히 압착되는 것을 방지하여 열전도율이 낮은 에어 갭을 생성합니다.

크기와 활성 영역이 가장 큰 방열판은 일반적으로 CPU 및 GPU에 장착됩니다. 조용한 컴퓨터를 조립해야하는 경우 공기 통로 속도가 느리면 방열 효율이 증가하는 특수 초대형 라디에이터가 필요합니다.

액티브 에어 쿨링 시스템

냉각을 개선하고 라디에이터를 통한 공기 흐름을 더욱 강렬하게 만들기 위해 팬이 추가로 사용됩니다. 팬이 장착된 라디에이터를 냉각기라고 합니다. 냉각기는 컴퓨터의 그래픽 및 중앙 프로세서에 설치됩니다. 하드 드라이브와 같은 일부 구성 요소에 방열판을 설치할 수 없거나 권장하지 않는 경우 방열판 없이 간단한 팬 분출이 사용됩니다.충분합니다.

액체 냉각 시스템

액체 냉각 시스템은 시스템에서 순환하는 작동 유체의 도움으로 냉각 구성 요소에서 라디에이터로 열을 전달하는 원리에 따라 작동합니다. 이러한 액체는 일반적으로 살균 및 갈바닉 첨가제 또는 부동액, 오일, 기타 특수 액체 및 경우에 따라 액체 금속이 포함된 증류수입니다.

이러한 시스템에는 반드시 유체를 순환시키는 펌프와 가열 요소에서 열을 제거하여 작동 유체로 전달하는 라디에이터(워터 블록, 냉각 헤드)가 포함됩니다. 열은 방열판(액티브 또는 패시브 시스템)에 의해 발산됩니다.

또한 액체 냉각 시스템에는 열 팽창을 보상하고 시스템의 열 관성을 증가시키는 작동 유체 저장소가 있습니다. 탱크는 채우기가 편리하고 작동 유체를 배출하는 것도 편리합니다. 이러한 시스템에서는 필요한 호스와 파이프가 필요합니다. 액체 유량 센서는 선택적으로 사용할 수 있습니다.

작동 유체는 낮은 순환 속도와 높은 열전도율에서 높은 냉각 효율을 제공하기 위해 충분히 높은 열용량을 가지므로 증발 표면과 파이프 벽 사이의 온도 차이를 최소화합니다.

프레온 냉각 시스템

프로세서를 극단적으로 오버클럭하려면 연속 작동 중에 냉각 요소의 음의 온도가 필요합니다. 이를 위해서는 프레온 설치가 필요합니다. 이 시스템은 매우 빠른 속도로 열을 제거해야 하는 구성 요소에 증발기가 직접 장착되는 냉각 장치입니다.

프레온 시스템의 단점은 복잡성 외에도 단열의 필요성, 응축수와의 필수 투쟁, 동시에 여러 구성 요소를 냉각하는 데 어려움, 높은 에너지 소비 및 높은 가격입니다.

워터칠러

Waterchiller는 프레온 장치와 액체 냉각을 결합한 냉각 시스템입니다. 여기에서 시스템을 순환하는 부동액은 프레온 블록을 사용하는 열교환기에서 추가로 냉각됩니다.

이러한 시스템에서는 프레온 장치를 사용하여 음의 온도를 얻고 액체는 여러 구성 요소를 동시에 냉각시킬 수 있습니다. 기존 프레온 냉각 시스템은 이를 허용하지 않습니다. 워터 쿨러의 단점은 복잡성과 높은 비용뿐만 아니라 전체 시스템의 단열이 필요하다는 것입니다.

개방형 증발 냉각 시스템

개방형 증기 냉각 시스템은 작동 유체(헬륨, 액체 질소 또는 드라이아이스와 같은 냉매)를 사용합니다. 작동 유체는 매우 빠르게 냉각되어야 하는 가열 요소에 직접 장착된 개방형 유리에서 증발됩니다.

이 방법은 아마추어에 속하며 사용 가능한 장비의 극단적인 오버클럭("오버클럭")이 필요한 애호가가 주로 사용합니다. 이 방법을 사용하면 가장 낮은 온도를 얻을 수 있지만 냉매가 있는 유리는 정기적으로 보충해야 합니다. 즉, 시스템에는 시간 제한이 있고 지속적인 주의가 필요합니다.

캐스케이드 냉각 시스템

캐스케이드 냉각 시스템은 둘 이상의 프레온을 동시에 순차적으로 포함하는 것을 의미합니다. 더 낮은 온도를 달성하기 위해 끓는점이 낮은 프레온이 사용됩니다.프레온 기계가 단일 단계인 경우 강력한 압축기로 작동 압력을 높여야 합니다.

그러나 다른 유사한 블록으로 프레온 블록의 라디에이터를 냉각하는 대안이 있습니다. 따라서 시스템의 작동 압력을 낮출 수 있고 압축기에서 더 이상 고전력이 필요하지 않으므로 기존 압축기를 사용할 수 있습니다. 캐스케이드 시스템은 복잡성에도 불구하고 기존의 프레온 설치보다 낮은 온도를 달성할 수 있으며 개방형 증발 시스템에 비해 이러한 설치는 지속적으로 작동할 수 있습니다.

펠티에 냉각 시스템

냉각 시스템에서 펠티에 소자로 냉각될 표면에 차가운 면이 장착되는 반면, 요소의 뜨거운 면은 작동 중에 다른 시스템의 집중 냉각이 필요합니다. 시스템은 비교적 컴팩트합니다.