Разработка систем термостабилизации компьютерного процессора на основе полупроводниковых термоэлектрических преобразователей

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-6 2 тов до 10 на 1 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 осушествляется 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;

— 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 холодои теплопроизводительности;

— простота и широкий диапазон регулирования холодои 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.

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:

1. Разработка новых схем обеспечения требуемого температурного режима компьютерного процессора.

2. Разработка математических моделей ТЭУ для охлаждения и термостатирования компьютерного процессора.

3. На основе проведенных исследований разработка новых конструктивных вариантов охлаждающих ТЭУ.

4. 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.

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.

Выводы по 3 главе: разработанная система термостатирования процессора в режиме включения и выключения компьютера позволяет вывести процессор на необходимый температурный режим за достаточно небольшой промежуток времениуказанная система имеет преимущества перед обычными системами охлаждения процессора по температурным показателям в режиме включения и выключения компьютера, согласно проведенным экспериментальным исследованиям в режиме включения и выключения компьютера температура процессора изменяется медленнее в 3 — 4 раза, благодаря чему обеспечивается более плавный переход процессора в рабочий режим и выход из рабочего режима, при этом отсутствуют термические ударыэкспериментальные исследования подтверждают правильность разработанной математической модели системы термостатирования процессора в режиме включения и выключения компьютера, отклонение расчётных данных от экспериментальных составляет не более 12%. разработанное устройство для охлаждения процессора с применением плавящегося вещества позволяет обеспечить термостатирование процессора, и при этом позволяет получить необходимый температурный режим в системном блоке компьютера за небольшой промежуток времени. При использовании ТЭБ, состоящей из стандартных модулей типа ICE-71, при токе питания 5 А время выхода на рабочий режим составит не более 11 минут. экспериментальные данные подтверждают правомочность выбранной математической модели устройства для охлаждения процессора с применением плавящегося вещества. Отличие расчётных данных от экспериментальных не превышает 12% на всём диапазоне измерений.

4. РАЗРАБОТКА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ И ТЕРМОСТАТИРОВАНИЯ КОМПЬЮТЕРНОГО ПРОЦЕССОРА 4.1 Полупроводниковое термоэлектрическое устройство для термостатирования компьютерного процессора в режиме включения и выключения компьютера.

Работа современных высокопроизводительных электронных компонентов, составляющих основу компьютеров, сопровождается значительным тепловыделением, особенно при эксплуатации их в форсированных режимах разгона. Эффективная работа таких компонентов требует адекватных средств охлаждения, обеспечивающих необходимые температурные режимы их работы. Как правило, такими средствами поддержки оптимальных температурных режимов являются кулеры, основой которых являются традиционные радиаторы и вентиляторы. Надежность и производительность таких средств непрерывно повышаются за счет совершенствования их конструкции, использования новейших технологий и применения в их составе разнообразных датчиков и средств контроля. Это позволяет интегрировать подобные средства в состав компьютерных систем, обеспечивая диагностику и управление их работой с целью достижения наибольшей эффективности при обеспечении оптимальных температурных режимов эксплуатации компьютерных элементов, что повышает надежность и удлиняет сроки их безаварийной работы. Недостатками охлаждающих устройств такого типа являются: низкая точность термостатированиянеспособность влиять на температурный режим компьютера при его включении и выключенииневозможность обеспечения необходимого уровня пылезащиты.

Решение данной проблемы возможно при использовании полупроводниковых термоэлектрических устройств на основе элементов, в принципе работы которых заложен эффект Пельте.

В лаборатории термоэлектричества Дагестанского государственного технического университета разработано устройство [66, 68, 112] для термостатирования процессора в режиме включения и выключения компьютера. На рис. 4.1.1 представлена принципиальная схема устройства, а на рис. 4.1.2 -внешний вид устройства. Данное устройство содержит таймер 1, включающий термомодуль за определенное время до включения компьютера, устройство управления 2, времязадающую RC-цепь 3, термомодуль 4, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 5, процессор 6, транзистор 7, термореле 8.

Принцип работы устройства заключается в следующем. При включении компьютера включаем таймер 1, который подает сигнал на устройство управления 2, в качестве которого используется триггер. Триггер передает сигнал «1» на времязадающую RC-цепь 3. Происходит накопление заряда на конденсаторе С. При этом постепенно увеличивается ток через транзистор 7. Соответственно, термомодуль 4 постепенно прогревается и нагревает до рабочей температуры процессор 6. При достижении рабочей температуры термореле 8 переключает термомодуль на ЦАП 5, при этом транзистор 7 закрывается. Через 1−2 мин. после включения таймера (время, достаточное для установления требуемого температурного режима работы процессора) включается компьютер. Во время работы компьютера температурный режим в процессоре регулируется через ЦАП 5. Отвод тепла от процессора осуществляется посредством термомодуля. При выключении компьютера ЦАП 5 передает сигнал на устройство управления 2. Начинается обратный процесс. Триггер передает сигнал «О» на RC-цепочку. Конденсатор С разряжается. Транзистор вновь открывается. При этом термомодуль 4 постепенно охлаждает процессор 6 до комнатной температуры.

Применение описанного устройства позволяет значительно снизить термическое напряжение, возникающее в процессоре в режиме включения и выключения компьютера, что позволяет увеличить надежность и долговечность его работы.

4.1.1 Схема устройства для термостатирования процессора в режиме включения и выключения компьютера t.

Рис. 4.1.2 Внешний вид устройства для термостатирования процессора в режиме включения и выключения компьютера.

Разработанная система охлаждения и термостатирования на основе термомодулей имеет перспективу применения не только для процессора, но и для других компонентов компьютера, имеющих значительные тепловыделения. На представленное устройство автором получен Патент РФ на изобретение [112].

4.2 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 термостатированиянеспособность обеспечить температуру ниже комнатнойнеспособность обеспечить необходимый уровень пылезащитыинерционность процесса охлаждениянеспособность 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.

2.1 Схема охлаждения системного блока и термостатирования процессора.

Рис. 4.2.2 Внешний вид системы термостатирования процессора с применением плавящегося вещества 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 термомодулем. Соответственно, рабочее вещество в контейнере с одной стороны поглощает тепло, выделяемое процессором, а с другой стороныпередаёт 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.

Испытания, проведённые в лаборатории термоэлектричества Дагестанского государственного технического университета, показали, что применение представленного устройства для охлаждения системного блока и термостатирования компьютерного процессора позволяет получить необходимый температурный режим внутри корпуса компьютера, а также позволяет поддерживать допустимый предел рабочих температур процессора независимо от мощности возникающих в нём тепловых нагрузок, благодаря чему обеспечивается надёжная и эффективная работа компьютера в различных режимах эксплуатации.

На представленное устройство автором получен Патент РФ на изобретение [113].

4.3 Устройство для охлаждения компьютерного процессора с применением каскадного ТЭМ.

Работа современных высокопроизводительных электронных компонентов, составляющих основу компьютеров, сопровождается значительным тепловыделением, особенно при эксплуатации их в форсированных режимах. Эффективная работа таких компонентов требует адекватных средств охлаждения, обеспечивающих необходимые температурные режимы fr их работы. Как правило, такими средствами поддержки оптимальных температурных режимов являются кулеры, основой которых являются традиционные радиаторы и вентиляторы.

В настоящее время для охлаждения и термостатирования высокопроизводительных процессоров широкое применение нашли кулеры Пельтье, основанные на применении ТЭМ. Кулер Пельтье состоит из ТЭМ, радиатора и вентилятора. ТЭМ горячими спаями сопряжён с основанием радиатора. А над пластинами радиатора для увеличения коэффициента теплоотдачи радиатор-среда путём продува воздуха установлен вентилятор. I Кулер устанавливается на процессоре таким образом, что холодные спаи.

ТЭМ и процессор находятся в кондуктивном тепловом контакте.

Для обеспечения эффективного охлаждения мощных процессоров, требующих адекватные средства охлаждения, разработано устройство для охлаждения процессора с применением многокаскадного ТЭМ. На рис. 4.3.1 представлена конструкция устройства для охлаждения процессора с применением многокаскадного ТЭМ: 1 — корпус компьютера- 2 — процессор- 3 — многокаскадный ТЭМ- 4 — радиатор- 5 — вентилятор- 6 — источник питания.

В данном устройстве используется свойство нагретых тел отводить.

часть теплоты за счет инфракрасного излучения. Известно, что радиатор обеспечивает отвод тепла от горячих спаев термоэлектрического модуля.

Рис. 4.3.1 Конструкция устройства для охлаждения процессора с применением многокаскадного ТЭМ в основном за счёт конвекции воздуха и в меньшей степени посредством инфракрасного излучения. Чем больше перепад температур, который обеспечивает ТЭМ, тем больше доля инфракрасного излучения в количестве теплоты, отводимого от нагретого радиатора. Применение многокаскадного ТЭМ позволяет существенно увеличить долю инфракрасного излучения в общем потоке отводимого тепла.

Таким образом, применение многокаскадного ТЭМ в рассмотренном устройстве позволяет увеличить перепад температур между процессором и радиатором, обеспечивая более глубокое охлаждение процессора, при этом значительно возрастает доля инфракрасного излучения в общем потоке отводимого тепла.

4.4 Термоэлектрический теплоотвод для охлаждения компьютерного процессора.

В различных устройствах применяется схожий принцип функционирования, в конечной фазе которого теплоотдача осуществляется через радиатор.

Известен металлический радиатор (теплоотвод) [9, 15], содержащий основание и исходящие из него чередующиеся металлические стержни. В процессе теплопереноса тепло, неравномерно распределяясь по объёму конструкции (в частности из-за теплопроводности материала теплоотвода), не позволяет добиться достаточно эффективной теплоотдачи в окружающую среду.

Применение термомодулей в качестве исходного материала, из которого создаётся теплоотвод [36] охлаждения, даёт возможность решить данную проблему и существенно повысить эффективность работы охлаждающих устройств.

Цель разработки термоэлектрического теплоотвода — улучшение процесса охлаждения и отвода тепла. Это достигается тем, что в термоэлектрическом теплоотводе, выполненном из термомодулей основание теплоотвода представляет собой базовый термомодуль, стержни теплоотвода игольчатого типа расположены на основании в шахматном или коридорном порядке, каждый стержень состоит из оптимального числа (2 или 3) расположенных каскадно друг над другом дополнительных термомодулей [27], имеющих площадь на много меньшую, чем базовый термомодуль. На рис. 4.4.1 представлена конструкция термоэлектрического теплоотвода.

На рис. 4.4.2 представлена конструкция устройства для охлаждения процессора с применением термоэлектрического теплоотвода: 1 ~ корпус компьютера- 2 — процессор- 3 — основание теплоотвода- 4 — стержни теплоотвода- 5 — вентилятор- 6 — источник питания. Термоэлектрический теплоотвод представляет собой набор чередующихся термомодулей, образующих основание 3 и стержни 4. Между термомодулями, образующими стержни теплоотвода, проложена электроизоляционная пластинка. Холодные спаи термомодулей, образующих основание теплоотвода (базовый термомодуль), находятся в соприкосновении с объектом теплоотдачи, а горячие спаи в месте расположения каждого стержня находятся под холодными спаями нижнего темомодуля каждого стержня. Холодные спаи верхнего термомодуля каждого стержня расположены над горячими спаями нижнего термомодуля каждого стержня. Горячие спаи верхних термомодулей каждого стержня выдвинуты на некоторое расстояние вперёд от объекта теплоотдачи (процессора). Тем самым на кончиках спаев, за счёт каскадного теплопереноса, образуется сильно нагретая зона, что обеспечивает высокую интенсивность излучения, так как при повышении температуры увеличение излучения возрастает в четвертой степени. Кроме того, повышается эффективность кондукции и конвекции в окружающую среду, за счёт увеличения перепада температур между средой и тепло-отводом. Для повышения коэффициента теплоотдачи в окружающую среду над теплоотводом установлен вентилятор, обеспечивающий продув воздуха через теплоотвод.

Использование данной конструкции позволяет повысить интенсивность теплопередачи, а также тем самым и эффективность работы систем охлаждения. Возможность повышения интенсивности теплопередачи путём использования излучения, кондукции и конвекции при высоких температурах имеет перспективу применения для дискретных источников тепловыделения, типа мощных полупроводниковых компонентов (триггеров, диодов, транзисторов и т. д.).

Рис. 4.4.1 Конструкция термоэлектрического теплоотвода.

Рис. 4.4.2 Конструкция устройства для охлаждения процессора с применением термоэлектрического теплоотвода.

4.5 Полупроводниковое термоэлектрическое устройство для охлаждения компьютерного процессора с применением тепловой трубы.

Функционирование современных высокоэффективных электронных компонентов, составляющих основу компьютеров, характеризуется значительным тепловыделением сопровождающим их в процессе работы. Эффективное функционирование таких компонентов требует применения более производительных средств охлаждения, обеспечивающих необходимые температурные режимы их работы. Важнейшим компонентом компьютера, для которого обеспечение допустимого предела рабочих температур особенно важно, является процессор.

В настоящее время для охлаждения и термостатирования высокопроизводительных процессоров широкое применение нашли кулеры Пельтье, основанные на применении термомодулей. Кулер Пельтье состоит из термомодуля, радиатора и вентилятора. Термомодуль горячими спаями сопряжён с основанием радиатора. А над пластинами радиатора для увеличения коэффициента теплоотдачи радиатор-среда путём продува воздуха установлен вентилятор. Кулер Пельтье устанавливается на процессоре таким образом, что холодные спаи термомодуля и процессор находятся в кондуктивном тепловом контакте.

Кулер Пельтье имеет много преимуществ: компактность, надежность, долговечность, высокая производительность, эффективность отвода тепла от процессора. Благодаря выдающимся тепловым и эксплуатационным свойствам устройства, созданные на основе термоэлектрических модулей — модулей Пельтье, позволяют достичь необходимого уровня охлаждения процессора без особых технических затруднений и финансовых затрат.

Недостатком применения кулера Пельтье для охлаждения процессора является то, что в нём для отвода тепла от горячих спаев термомодуля применяется радиатор. Из-за недостаточной теплопроводности материала радиатора тепло в нём распределяется неравномерно. Основание радиатора нагревается сильнее, чем пластины. Практика показывает, что радиатор не всегда достаточно эффективен, из-за чего возникает перегрев процессора и, как следствие, стойкое зависание компьютера.

Повышение эффективности системы охлаждения компьютерного процессора возможно при совместном использовании термомодулей и тепловой трубы [97].

Разработанная конструкция представляет собой простое и надёжное устройство для обеспечения требуемого температурного режима работы компьютерного процессора (рис. 4.5.1).

Данное устройство содержит термомодуль 2, предназначенный для охлаждения процессора 1, тепловую трубу 3, установленную на термомодуле, вентилятор 4 для повышения коэффициента теплоотдачи между зоной конденсации в тепловой трубы и окружающей средой, блок питания 5.

Во время работы компьютера процессор 1 охлаждается термомодулем 2. Отводимое от процессора тепло посредством термомодуля передаётся в тепловую трубу 3. Тепловая труба обеспечивает эффективное поглощение и отвод тепла в среду. Вентилятор 4, установленный над зоной конденсации в тепловой трубе, служит для повышения коэффициента теплоотдачи между зоной конденсации и окружающей средой.

В рассматриваемом устройстве для поддержания требуемого температурного режима процессора применяется термомодуль и тепловая труба, представляющая собой полый параллелепипед, к которому припаяны медные цилиндры, заглушённые с одного конца и открытые в месте контакта с параллелепипедом. Нижняя грань параллелепипеда приведена в тепловой контакт с горячими спаями термомодуля. Теплоноситель, поглощая тепло с термомодуля, испаряется и поступает в полые медные цилиндры, где конденсируется, отдаёт избыточное тепло в окружающую среду и поступает в объём параллелепипеда. Тепловая труба такой формы обеспечивает эффективный отвод тепла от термомодуля в среду. В случае, когда.

Рис. 4.5.1 Принципиальная схема устройства для охлаждения процессора применением тепловой трубы f I.

Рис. 4.5.2 Тепловая труба в виде игольчатого радиатора зона конденсации ниже зоны кипения, внутренняя поверхность медных цилиндров выкладывается металло-волокнистой капиллярной структурой.

На рис. 4.5.2 представлен внешний вид тепловой трубы в виде игольчатого радиатора. Высокая теплопроводность тепловой трубы обеспечивает эффективный отвод тепла от горячих спаев термомодуля, а следовательно, от процессора, и тем самым позволяет системе охлаждения более эффективно реагировать на возникновение тепловых нагрузок в процессоре.

Дополнительным преимуществом представленной выше системы охлаждения на основе термомодуля и тепловой трубы является то, что она обладает свойствами термостатирования. При увеличении загруженности процессора возникающее тепло благодаря свойствам тепловой трубы может быть эффективно отведено в среду.

Применение разработанного устройства позволяет обеспечить необходимый уровень охлаждения компьютерного процессора. При этом уменьшаются габариты системы охлаждения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Решена важная научно-прикладная проблема отвода тепла и термостатирования компьютерного процессора путём применения полупроводниковых термоэлектрических преобразователей.

Разработаны различные тепловые схемы полупроводниковых ТЭУ для охлаждения и термостатирования процессора, позволяющие получить конкретные рекомендации по их использованию для различных условий эксплуатации компьютера.

Созданы математические модели полупроводниковых ТЭУ для терморегулирования и термостатирования компьютерного процессора, позволяющие произвести их расчет для различных режимов эксплуатации процессора.

Разработанные методики являются эффективным инструментом, позволяющим разработчикам проводить целенаправленный выбор ТЭУ в зависимости от предъявляемых требований.

Использование ТЭУ для охлаждения и термостатирования процессора значительно улучшает температурные характеристики процессора во время его работы в различных режимах, что позволяет значительно увеличить надежность и долговечность процессора. Экспериментальные исследования термоэлектрических полупроводниковых устройств для охлаждения и термостатирования процессора подтвердили правомочность разработанных математических моделей.

Разработанные методики и рекомендаций по использованию ТЭУ внедрены в электронную промышленность и нашли практическое применение.

Совокупность результатов проведённых исследований позволяет использовать их в качестве научной основы в дальнейшем при разработке и создании ТЭУ для охлаждения и термостатирования процессора.