物理学の授業でも、電流が流れる導体は熱を発生することがわかっています。 これにより、電流が流れるコンピューターのすべてのコンポーネント（プロセッサから接続ワイヤまで）が、周囲の空気を加熱します。







あるコンテストのためにほぼ1年前にこの記事を書きました...投稿することにしました。 それはとてつもなく巨大です（冗談ではありません-ハブラーはそれを1ピースで受け入れなかったので、2つのパート/ パート2 /があります）。 交通

退屈な理論

放出される熱の量は、システムユニットの内容、エネルギー消費量によって異なります。 これは、システムのすべての関連コンポーネントを完全に冷却する必要があるという意味ではありません。 ソケットにファンを掛ける必要はありませんが、最新のプロセッサとビデオカードは冷却なしでは機能しません。



残念ながら、熱放散から逃れることはできませんが、この問題には多くの解決策があります。 もう1つの質問は、冷却方法です。 現時点では非常に多くの冷却システムがあり、それらはすべて一般的な動作原理を使用しています-より高温の物体（冷却物体）からより低温の物体（冷却システム）への熱伝達です。 次のシステムのみを考慮します。



-ラジエーター;

-ラジエーター+ファン=クーラー;

-液体冷却システム;

-ペルチェ素子の冷却システム。

-相転移システム（フレオン）;

-液体窒素を極端に冷却するシステム。



リストされているさまざまなタイプのシステムを組み合わせた最も効果的なインストールを使用できますが、これはこの記事の範囲外です。



順番に、メイン冷却システムの検討を開始し、最初のラジエーターから始めます。

ラジエーター

ラジエーター （ノボラ、ラジエーター、「ラジエーター」）-熱交換器は、冷却された物体から熱を放散するために使用されます。 ここでの熱伝達のメカニズムは、熱伝導率、つまり物質がその容積内で熱を伝導する能力です。 必要なのは、ラジエーターと冷却対象物との物理的接触を作成することだけです。そのため、冷却対象物と常に密接に接触しています。 ラジエーターが冷却された物体から熱の一部を受け取った後、そのタスクはそれを周囲の空気に放散することです。



しかし、物理的な接触をするだけでは十分ではありません！ 結局のところ、遅かれ早かれ、冷却システム自体も、常に加熱された冷却対象物から加熱されます。 そして、私たちが知っているように、同じ温度の物体のシステムでの熱交換プロセスはできません。 この状況から抜け出す方法を見つけ、過熱の問題に直面しないようにするには、冷却システム自体を冷却するために、冷たい物質の供給を整理する必要があります。 このような物質は一般に冷媒（冷媒、冷却剤の特殊なケース）と呼ばれます







ラジエーターは空冷システムです。 彼の場合の冷媒は、環境からの冷気です。 冷却された物体からの熱はラジエーターの底部に行き、その後、すべてのリブに均等に分散され、その後周囲の空気に入ります。 このプロセスは熱伝導率と呼ばれます。 ラジエーターの周囲の空気は徐々に熱くなるため、熱伝達プロセスの効率は低下しています。 ラジエーターのフィンに絶えず冷気を供給することにより、熱伝達効率を高めることができます。 簡単に言えば、効果的な冷却には冷気の自由な循環が必要です。







ラジエーターでの熱伝導率（体を通る熱の伝搬速度）や熱容量（体温を1度上げるために体に伝えなければならない熱量）などの物理量は、高レベルでなければなりません。 同じ学校のコースから、金属は最高の熱伝導率を持っていることがわかります。 実際、これはそうではありません-ダイヤモンドは最高の熱伝導率を持っています:)、それは1000から2600 W /（m・K）の範囲にあります。 金属のうち、銀は何よりも熱を伝導します-その熱伝導率は430 W /（m・K）です。 銀は銅[390 W /（m・K）]に続き、金は[320 W /（m・K）]になります。 チェーンの末端はアルミニウム[236 W /（m・K）]です。







宝石を捨てた後、最も適切な2つの材料はアルミニウムと銅であることが明らかになります。 1つ目は低コストと高熱容量によるもの（930対銅の385）、2つ目は高熱伝導率によるものです（銅の不利な点は、より高い溶融温度とその処理の複雑さです）。 銀は、熱伝導率が高いため、ラジエーターのベースを作るために時々使用されます。 ラジエーターの製造にも、アルミニウムとシリコンの合金であるシルミンを使用できます。 その使用の利点は、アルミニウムよりも安価です。







ラジエーターが高熱伝導性材料で作られている場合、どの点でも温度は同じになります。 発熱は、表面積全体に等しく効果的です。 なぜなら オブジェクトはその表面から熱を伝達するため、これは最高の熱放散を達成するために、冷却されたオブジェクトの表面積が最大でなければならないことを意味します。 ラジエーターの面積を増やすには、ラジエーターのサイズを維持しながらリブの面積を増やし、ラジエーターの幾何学的寸法を大きくする2つの方法があります。 もちろん、2番目のオプションが望ましいですが、これにより多くの不都合が生じます。たとえば、ラジエーターの重量と寸法が大きくなり、デバイスの設置が複雑になる可能性があります。 まあ、価格はそれぞれ、材料の製造に費やされた量に比例して増加します。



放熱フィンの設計には多くの種類があります。 押し出しによって作成された場合、厚くすることができます。 またはその逆、薄い-リブが鋳造された場合。 それらはラジエーターの全長に沿って真っ直ぐにすることができ、横切ることができます。 それらは平らで、プレートから曲げられ、ベースに押し込まれます。 しかし、今日の研究で最も優れているのは、針型のラジエーターです。ラジエーターのリブの代わりに正方形または円筒形の針です。

ラジエーターの製造

現時点では、ラジエーターの製造には6つの方法があります。



1.押し出し（押出）ラジエーターは、市場で最も安価で一般的なものです。 生産に使用される主な材料はアルミニウムです。 このタイプのラジエーターは、プレス（押し出し）によって作成されます。これにより、リブの表面のかなり複雑なプロファイルを取得し、良好な放熱特性を実現できます。



2.折り畳まれた（テープ）ラジエーター -アコーディオンに折り畳まれた薄い金属テープがラジエーターのベースプレートにはんだ付け（または接着性導電性ペーストを使用）されたときに得られます。 この場合のアコーディオンテープの折り目は、リブの役割を果たします。 このような製造技術により、押し出しラジエーターと比較してコンパクトな製品を得ることができますが、熱効率はほぼ同じです。



3.鍛造（冷間変形）ラジエーター -コールドプレス技術を使用した結果として得られたラジエーター。 この技術により、標準的な長方形のフィンだけでなく、任意の断面のロッドの形でラジエーター表面を作成できます。 原則として、最初の2つのタイプのラジエーターよりも高価ですが、多くの場合、効率ははるかに低くなります。



4.複合ラジエーター -「折り畳まれた」ラジエーターの近縁。 それにもかかわらず、これらは重要な点で区別されます。このタイプのラジエーターでは、フィンの表面はアコーディオンテープではなく、ラジエーターのベースにはんだ付けまたは突合せ溶接で固定された薄い別個のプレートで形成されています。 このタイプのラジエーターは、押し出しやプリーツよりもわずかに効率的です。



5.鋳造ラジエーター -このタイプの製品の製造では、射出成形技術が使用されます。 この技術を使用すると、ほとんどすべての複雑なcost骨表面のプロファイルを取得でき、熱伝達が大幅に向上します。







6.回されたラジエーター -最も高価で高度なラジエーターです。 このタイプの製品は、モノリシックワークピースの精密機械加工（特別な高精度CNCマシンで）によって作成され、最高の熱効率によって特徴付けられます。 生産コストがなければ、このタイプのラジエーターは、市場で競合他社に取って代わることができます。

ヒートパイプ

現代のシステムでは、ラジエーターやクーラーで使用される希少性はなくなりました-ヒートパイプまたは単にヒートパイプ。







これは、外部の熱源およびシンクと熱的に接触する密閉された蒸発-凝縮サイクルで動作する密閉型熱伝達デバイスです。 熱エネルギーは冷却された物体に与えられ、ヒートパイプ本体内にあるクーラントの蒸発に費やされます。 さらに、熱エネルギーは、蒸気が凝縮中にドレインに放出される蒸発の場所から一定の距離で、蒸発潜熱の形で蒸気によってさらに伝達されます。 形成された凝縮物は、毛管力の作用下（ヒートパイプ内の特殊な毛細管構造の存在によって保証されます）、または質量力の作用（この設計は通常サーモサイフォンと呼ばれます）によって蒸発の場所に戻ります。



通常の熱伝達の電子的メカニズムの代わりに（連続的な金属熱コンジットで行われる熱伝導による）、分子伝達メカニズムがヒートパイプで使用されます（より正確には、蒸気粒子のランダムな運動の運動エネルギーと振動エネルギーの伝達プロセス）。

連絡先があります！ エリアは何ですか？

ラジエーターと冷却された物体との接触面積ができる限り大きくなるように努力する必要があります。結局のところ、物体からの熱がラジエーターに伝わるのはこの領域を通っています。 しかし、2つの最も滑らかな表面でさえ接触しても、空気で満たされた最小の空洞と隙間がそれらの間に残ることに注意してください[空気の熱伝導率は0.026 W /（m・K）です]-これはトリックを再生できます。



有害な空気を取り除き、ラジエーターを最大限の効率で動作させるために、さまざまな熱インターフェースが使用されます。ほとんどの場合、サーマルペースト（サーマルペースト）です。 熱伝導率が高く（アルミニウムや銀などの物質を使用しているため（含有量の90％まで））、その流動性により、接触面のすべての凹凸を埋めます。



サーマルグリースには、ほとんどのブランドのクーラーとラジエーターが付属しています。 それは注射器または小さなチューブバッグの形で起こります。 コンピューターの電気部品には熱伝導グリースを塗布しないことをお勧めします。







熱伝導グリースのパラメーターの1つは、最大効率に達する期間の長さです。 平均して、この時間は約1週間です。 Coolinkは最近、最初のナノ粒子ベースのサーマルグリースを製造しました。その利点は、待ち時間がないことです。



サーマルペーストに加えて、別のタイプの熱インターフェース、導電性ガスケットがあります。 彼らの仕事の本質は同じですが、それらは異なる方法で使用されます-それらは接触面に置かれ、熱にさらされると、凝集の状態を変え、凹凸を埋め、空気を追い出します。

ラジエーターの概要

あらゆる種類のバリエーションがあるにもかかわらず、ラジエーターの最も重要な利点は、ノイズの発生源ではないことです。 欠点には、比較的低い効率、システムのオーバークロックの可能性の欠如、およびしばしば大きな寸法が含まれます。



パッシブラジエーターへの最新のビデオカードとプロセッサの冷却が非常に危険な場合、メモリモジュール、ハードドライブ、チップセット、電源回路の冷却は信頼できます。

クーラー

クーラー （英語のクーラー-クーラー）は、放熱が増加したコンピューターの電子部品に取り付けられたラジエーターとファンの組み合わせです。 デバイスの主なタスクは、冷却された物体の温度を下げ、一定レベルに維持することです。 これは、ラジエーターの周りに空気が連続的に流れるために達成されます。 つまり、効率の低い放射プロセスは、より効率的なプロセスである対流に変わります。 クーラーは、最も簡単で、最速で、手頃な価格であり、ほとんどの場合、コンピューターコンポーネントを冷却するのに十分な方法です。すべてが空冷されます。



実行には多くのオプションがあります。 外観について長い間話していると、機能の違いについて多くを語ることができません。



クーラーにはさまざまなサイズがあります-通常は40x40mmから320x320mmです。

ローラーボール

クーラーの最も重要な部分はファンです。 システムユニットでノイズを発生させるのは彼です。 より正確には、空気流がラジエーターに衝突したときにこのノイズが現れます。 このノイズは、安価なクーラーモデルで特に顕著です。 誰も彼らの設計に取り組みません。



ファンは、羽根車（内径に磁石があります）と、この磁石を羽根車と一緒に回転させる電気モーターで構成されています。 ファンの中心には、モーターの中心にある軸ピンがあります。 インペラをよりスムーズに動作させるために、3種類のベアリングを使用できます（メーカーがパッケージで数千時間に示す耐用年数）。



-スリーブベアリング-最も安価で信頼性の低いオプションで、動作中に高いノイズレベルが発生します。

-スリーブベアリング1個+ボールベアリング1個-組み合わせベアリング-より耐久性のある設計で、スライドベアリングの平均2倍の長さで動作します。

-2つまたは4つのボールベアリングは、低ノイズレベルの最も信頼性の高いオプションですが、このようなファンは最初の2つよりもかなり高価です。

-ニードルおよびNCB（ナノミリメートルセラミック）ベアリング-限られた数のメーカーによってファンに取り付けられています。 低ノイズ、低コスト、非常に長い耐用年数が特徴です。







ところで、耐用年数（稼働時間）。耐用年数が40〜5万時間（ほぼ5年。さらに発生します-最大300,000時間！）で指定されている場合、これは次回クーラーを覚えなければならないという意味ではありませんいいえ！この数は2つまたは3つに分割する必要があり、それでも予防措置を講じる必要があります-ほこり、吹く、注油します。クーラーの世話をしないと、音が出始めますが、忘れて-停止します。



ファンのパフォーマンス（流量）は、おそらくその主な特徴です。 これは、1分あたりのそれによって蒸留された空気の立方フィート数で測定され、CFM（立方フィート/分）と略されます。 この特性は、主にファンの面積、ブレードのプロファイル、およびブレードの回転速度に依存します。 この値が高いほど、冷却効率が高くなり、原則として、動作中にファンによって生成されるノイズレベルが高くなります。

健康的な食事

クーラーは、ブレードで最大8000 rpmの速度で立方メートルの空気を蒸留することができます（比較のために、普通の乗用車のエンジンは5〜8千回転を生成します。フォーミュラ1車のエンジンは最大22,000回転です）。 しかし、この速度ではクーラーからのノイズが顕著になることは明らかです。 したがって、温度を「分析」し、状況に応じて回転数を増減できる温度センサー付きのクーラーを使用することをお勧めします。 ほとんどの場合、これは仕事からの騒音にプラスの影響を与えます。



すべてのコンピュータークーラーは直流で駆動され、その電圧はほとんどの場合12Vです。 Molexコネクター（スマートファン用）またはPCプラグコネクターを使用して電源に接続します。



PCプラグには4本のワイヤがあります。2本の黒（グランド）、黄色（+ 12V）、赤（+ 5V）です。



マザーボード上のMolexコネクタを使用して、システム自体が異なる電圧（通常は8〜12 V）を赤いワイヤに供給することでファンの速度を制御できるようにします。 黄色の（信号）ワイヤから、システムはブレードの回転速度に関するより冷たい情報から学習します。 モレックスの使用には1つの重大な欠点があります。6W以上の電力消費でファンを引っ掛けることは危険です。



PCプラグでは状況が異なります。数十ワットに耐えることができます。 しかし、tarがなかったわけではありません。接続すると、ファンが作動しているかどうかを確認できなくなります。

あるコネクタから別のコネクタへのアダプタの検索が簡単になりました-キットに入っていることがよくあります。



また、ノイズを減らすために、クーラーは5Vまたは7Vに切り替えられることがあります。 ループは丸みを帯び、ワイヤーは編組または編組で結ばれ、気配りのある空気の循環を妨げないように、人里離れた場所に保管されます。

ノイズについて

すべてのクーラーは、仕事から放出される騒音レベルによって次のクラスに分類されます（騒音レベルが低いほど、コンピューターは快適になります）。



- 条件付きでサイレント 。 このような冷却システムの騒音レベルは24 dB未満です。 この指標は、静かな部屋（夕方または夜間）の一般的な背景ノイズよりも低くなっています。 したがって、クーラーは、ノイズ画像にほとんど寄与しません。 通常、この値は、速度制御を備えたシステムの最小ファン速度で達成されます。



- 低ノイズ 。 このような冷却システムの騒音レベルは、24〜30 dBの範囲にあります。 クーラーは、PCの音響特性にほとんど影響を与えません。



- 人間工学に基づいた 。 このような冷却システムの騒音レベルは、37〜42 dBの範囲にあります。 このようなクーラーからのノイズは、ほとんどのユーザーのコンピューター構成で顕著です。



- 人間工学的ではありません 。 問題の冷却システムの騒音レベルは42 dB以上です。 このような状況では、ほとんどすべての構成で、クーラーがコンピューターノイズの主な「ジェネレーター」になります。 このようなクーラーの家庭での使用は不当です-45 dBを超えるバックグラウンドノイズのある産業用およびオフィス用に適しています。

クーラーサマリー

クーラーの利点には、普及率、汎用性、アクセシビリティが含まれます。 小さなコストもプラスに起因する可能性がありますが、良いクーラーに貪欲であってはならないことに留意する必要があります-結局のところ、これは実際にはコンピューターの第2の中心である-止めることは不可能です。



短所によって、遅かれ早かれクーラーに現れる可能性のあるノイズを説明します。



以上をまとめます。 現時点では、クーラーは最も一般的な冷却システムであり、プロセッサからハードドライブ、メモリに至るまで、何でも冷却できます。 問題は、適切なクーラーの選択と選択です。何十ものメーカーから非常に多くのクーラーが存在するためです。



沈黙とパフォーマンスの中間点が必要です。 ギガヘルツを必要とし、ノイズを気にしない人、反対に沈黙を好む人。