Термоэлектрический кулер Titan Amanda TEC

«Гонка мегагерц», порожденная Intel при продвижении процессоров с архитектурой Net Burst, вызвала ответный всплеск на рынке систем охлаждения. Неудивительно, столь «горячие» процессоры надо охлаждать куда более эффективными средствами, чем простой алюминиевый радиатор с вентилятором. Особенно, если вы желаете получить от процессора больше, чем он вам дает в первозданном виде. Именно эра чипов Prescott породила новое движение в системах охлаждения – использование тепловых трубок. На данный момент технология тепловых трубок используется в большинстве современных кулеров как для процессоров, так и для видеокарт. В системах охлаждения элементов материнских плат, везде, где используется охлаждение, уже можно встретить тепловые трубки. Но до их появления воплотиться в жизнь пыталась еще одна интересная технология – использование термоэлектрических модулей в основании кулеров. Термоэлектрический модуль представляет собой набор из множества элементарных элементов Пельтье, и основан на одноименном эффекте, открытом французским часовщиком Жаном Пельтье еще в далеком 1834 году.

Как работает элемент Пельтье

Жан Пельтье обнаружил, что при протекании электрического тока через цепь, состоящую из разнородных проводников, в местах контакта между этими проводниками выделяется тепло. А если поменять направление тока, то в этом же месте тепло начинает наоборот поглощаться. Это свойство было названо в честь его первооткрывателя - «эффектом Пельтье». Как показали дальнейшие исследования ученых, сильнее всего эффект Пельтье проявляется в местах контакта между двумя полупроводниками разного типа: n- и p-. Наглядно это можно представить на следующей диаграмме: При таком расположении в местах n-p перехода тепло поглощается, а в местах p-n перехода наоборот – выделяется. Именно так и устроен термоэлектрический элемент – он представляет собой пластину, внутри которой находится множество последовательно соединенных p- и n- проводников, таким образом, что все p-n переходы находятся с одной стороны, а все n-p переходы – с другой. В итоге, при прохождении электрического тока через эту цепь, одна сторона элемента будет поглощать тепло, а вторая – выделять. С обеих сторон термоэлектрический модуль (далее «ТЭМ») накрывают изолирующие керамические пластины. Толщина стандартного термоэлектрического модуля составляет около 2-3 мм, что позволяет использовать этот модуль в самых разнообразных охлаждающих конструкциях. Более понятным языком принцип работы ТЭМ можно описать следующим образом: ТЭМ на элементах Пельтье создает разницу температур на своих сторонах, и величина этой разницы зависит от мощности модуля. Но есть и особенность. Т.к. элемент Пельтье, по сути, представляет собой простейшее сопротивление для электрического тока, а это значит, что потребляемая термоэлектрическим элементом мощность затрачивается не только на перенос тепла, но и большей своей частью выделяется просто в виде тепла. Т.е. на практике ТЭМ не только переносит тепло с одной стороны на другую, но еще и добавляет немало своего собственного тепла. Для того чтобы получить низкие температуры на «холодной» стороне ТЭМ, надо иметь достаточно эффективный отвод тепла на его «горячей» стороне. Если на данном этапе вам стал непонятен смысл использования ТЭМ в целях охлаждения, то позволим вам пояснить, что, если суметь охладить «горячую» сторону ТЭМ до разумной комнатной температуры, то на его «холодной» стороне можно получить температуру, близкую к НУЛЮ. А это открывает множество направлений, в которых использование ТЭМ может принести немало пользы. В первую очередь, это, конечно же, холодильное оборудование, но нас более всего интересует та маленькая, но очень интересная ветвь – «использование ТЭМ для охлаждения электроники». Представьте себе – если ТЭМ поместить на основании процессорного кулера холодной стороной к процессору, а горячей к основанию кулера, то мы получим весьма любопытный «бутерброд», который при достаточно высокой эффективности самого кулера может создавать на процессоре температуру, которая может опускаться ниже комнатной.

Немного истории

Пожалуй, самым знаменитым кулером, применяющим эту технологию, можно смело назвать ThermalTake SubZero 4G. Это устройство авторства инженеров ThermalTake названо в честь знаменитого в игровом мире персонажа Mortal Kombat, который умел замораживать противников, в буквальном смысле этого слова. Это название весьма прозрачно намекает, что этот кулер, как и одноименный герой, сможет заморозить ваш процессор. Конструкцию ThermalTake SubZero 4G можно наглядно рассмотреть прямо на его фотографии: Принцип работы этого знаменитого кулера просматривается на фотографии очень четко: тепло от ядра процессора AMD K7 (Athlon XP, Duron) при помощи медной и алюминиевой пластины равномерно распределяется на всю поверхность термоэлектрического элемента, ТЭМ это тепло интенсивно поглощает, передавая его на радиатор, охлаждаемый обычным вентилятором. Теоретически, если достаточно эффективно охладить радиатор, то температура на процессоре будет приятно низкая. Все бы ничего, но вместе с видимыми преимуществами, такая конструкция таит в себе и некоторые проблемные моменты. К примеру, если температура горячей стороны ТЭМ будет близка к комнатной температуре, то температура холодной стороны будет приближаться к нулевой отметке, а это влечет за собой главное зло экстремального охлаждения – появление конденсата. Если капельки воды появятся на поверхности процессора или материнской платы, то вы сами понимаете, что это с большой степенью вероятности выведет их из строя. Вторая проблема кулера такого типа заключается в том, что если во время работы ТЭМ является крайне эффективным проводником тепла, то при отключении или поломке он становится столь же эффективным тепловым изолятором. Иными словами, при выходе из строя термоэлектрического модуля, находящийся под ним процессор перестанет охлаждаться вообще. В такой ситуации может помочь только автоматическая система защиты процессора от перегрева, которая просто выключает компьютер при достижении критической температуры. Для того чтобы решить эти проблемы вместе с кулером шел целый блок управления, который реализовывался в виде PCI-платы внушительного размера и представлял собой блок питания и систему автоматического регулирования ТЭМ. Термодатчик, встроенный в основание кулера ThermalTake SubZero 4G передавал данные о температуре на этот блок управления, и при достижении критично низкой температуры мощность ТЭМ автоматически уменьшалась (понижался ток питания ТЭМ). Это позволило не только уберечь термоэлектрический кулер от появления конденсата, но и экономить энергию в те моменты, когда процессор ничем не нагружен. Если же ТЭМ выйдет из строя, то этот же термодатчик зафиксирует резкий рост температуры и сообщит об аварии звуковой сигнализацией. Этот мини-обзор кулера ThermalTake SubZero 4G позволил вам получить общее представление о принципе работы кулера с термоэлектрическим модулем. Но все же ThermalTake SubZero 4G так и не получил особого распространения и популярности. Спросите почему? Потому что его цена превышала отметку 100 $, а эффективность на практике столкнулась с одной проблемой – эта система охлаждения выделяла столько тепла, что атмосфера внутри корпуса приобретала уверенный тропический характер. Общая жара в корпусе вызывала не только перегрев остальных частей системы, но и заметное понижение эффективности самого кулера – ведь вентилятор обдувал радиатор уже горячим воздухом. Даже корпуса с эффективной вентиляцией не смогли до конца исправить эту проблему. После неудачи ThermalTake SubZero 4G про термоэлектрические кулеры надолго забыли. Но, как оказалось, напрасно…