Passieve koelvin:
Hier wordt een blok metaal aan de te koelen component vast gemaakt. Veelal zal de metalen blok met beugels vast geklikt worden op de component waarbij warmtegeleidende pasta tussen component en metalen blok moet zorgen voor een goede warmtegeleiding. De warmtegeleiding van metaal is veel beter dan van lucht en zal de gegenereerde warmte van de component goed verspreiden over de metalen blok.De bedoeling van de metalen blok is om het oppervlak, dat gekoeld kan worden door de omringende lucht, te vergroten. Daarom zien we in de metalen blok ook steeds sleuven en inkepingen om de oppervlakte te maximaliseren. Als metaal wordt meestal aluminium of koper gebruikt, twee metalen met een uitstekende warmtegeleidbaarheid.
Deze vorm van koeling heeft het nadeel dat ophoping van stof de koeling sterk vermindert. Er zijn ook enkel kleinere vermogens mee te koelen. Voordeel is dat deze koeling geruisloos is.
Actieve koelvin:
Hier wordt op een passieve koeling een ventilator gemonteerd. De ventilator zal zorgen voor een veel grotere luchtstroom waardoor de koelblok veel beter zijn warmte kan afgeven aan de lucht. Deze soort van koeling wordt gebruikt voor grotere vermogens zoals de processor en grafische kaart in een computer.Nadeel is zeker en vast het geluid van de ventilator. Daarnaast wordt stof ophoping nog verergerd door de grote luchtstroom. Voordeel is dat het koelingsvolume groter is.
Heatpipes:
Om het koelvermogen nog te vergroten worden heatpipes gebruikt. Verschillende holle metalen buizen zorgen dat de warmte zo snel mogelijk van de component wordt verwijderd. In deze holle buizen zit een vloeistof die beter de warmte geleid dan een vast materiaal. Op deze buizen worden op hun beurt lamellen (koelvinnen) geplaatst om de warmte af te voeren naar de omgevingslucht. De vloeistof in de holle buis verdampt aan de warme zijde en stijgt door het capilair effect in de holle buis. Aan de lamellen wordt alles afgekoeld waardoor de damp condenseert en weer terug naar de warme zijde keert. Doordat heatpipes met lamellen eenvoudig te construeren zijn en tot vrij grote afmetingen en ook grote vermogens kan koelen is dit tegenwoordig de meest gebruikte koeling in een computer. De heatpipes en lamellen bestaan ook hier uit koper of aluminium. De totale oppervlakte van alle lamellen die de warmte geleiden is erg groot.Deze vorm van koeling bestaat zowel passief als actief waarbij één of meerdere ventilatoren tegen de lamellen worden gemonteerd voor een nog grotere luchtstroom.
Nadeel bij actieve koeling is weer het ventilator geluid. De stof ophoping tussen de lamellen is erg groot en regelmatig onderhoud is nodig om een goede koeling te behouden. Voordeel is het enorme koelvermogen. Zelfs passief kunnen zwaardere CPU's en grafische kaarten gekoeld worden.
Peltier koelelement
Koeling door middel van een Peltier element is minder gekend. In 1821 werd het principe van een thermokoppel ontdekt: verbind twee verschillende metalen, warm dat punt op en je zal een spanning meten. Het Peltier-effect, ontdekt iets later in 1834 door Jean Peltier, berust op net het omgekeerde principe: breng een spanning aan op een thermokoppel en je zal zien dat de ene kant verhit terwijl de andere kant net afkoelt.Een Peltier element is in feite een warmtepomp maar het rendement is zeer slecht. Door honderden thermokoppels te monteren kunnen grotere oppervlakten worden afgekoeld. De afstand tussen de afgekoelde oppervlakte en het verwarmde oppervlak is relatief klein. Een voorbeeld waar dit type koeling wordt gebruikt is de Cooler Master V10.
Nadeel van deze koeling is het lage rendement. Veel vermogen moet worden verbruikt om een klein vermogen te koelen. Voordeel is de geruisloosheid en de mogelijkheid om lager dan de omgevingstemperatuur te koelen. Met omgevingslucht kan men nooit lager koelen dan de temperatuur van de omgeving. Door toevoeging van vermogen aan een peltier element kan dit wel.
Waterkoeling:
Deze manier van koeling is een tak op zich in de computerwereld. Waterkoeling is zeer bekend bij hobbyisten die vooral ook overclocken. Eerst wordt de warmte van de component opgenomen door een vloeistof waarna het getransporteerd wordt naar een plaats waar de vloeistof zijn warmte terug kan afgeven. Er bestaan heel eenvoudige systemen waarbij de hitte door natuurlijke convectie in holle heatpipes getransporteerd wordt naar een radiator waar de vloeistof terug afkoelt. Toch wordt met waterkoeling veelal meer ingewikkelde systemen gebouwd.Een circuit bestaat dan uit een vloeistof reservoir, een pomp om de vloeistof in een gesloten circuit rond te pompen, een waterblok die zorgt voor de warmte transfer tussen component en vloeistof en een radiator die gebruikt wordt om de verwarmde vloeistof terug te koelen via de conventionele methodes. Een waterblok is in feite een metalen blok waarin, via kleine kanaaltjes, vloeistof stroomt dat zo de tijd heeft om warmte op te nemen. De warme vloeistof wordt gekoeld met een radiator die bestaat uit enkel holle heatpipes met lamellen waar de warme vloeistof zijn warmte terug afgeeft. Op deze radiator kan een ventilator gemonteerd worden voor een betere luchtstroom en dus betere koeling.
Waterkoeling heeft vele voor- en nadelen. Naast de kostprijs die veel hoger ligt is er ook regelmatig onderhoud nodig. Het werken met vloeistof in de nabijheid van elektronische componenten is niet optimaal. Extra ventilatie is nog steeds nodig om de andere componenten te koelen (denk aan de voltage regelaars naast de CPU).
Het enorme koelvermogen is geliefd bij overclockers. De geringe inbouw ruimte van de waterblok maakt dat het ook bruikbaar is in kleine ruimten (de rest van het circuit kan elders worden opgeborgen). Wil men alles in één behuizing is het net groter. Zonder ventilator kan een geruisloos systeem gebouwd worden. Een ander niet gering voordeel is dat de warmte direct uit behuizing wordt afgevoerd en aldaar met de radiator afgegeven.
Gaskoeling:
Hier gebeurd de koeling net zoals een koelkast werkt. Een mengeling van gassen wordt door een compressor samengeperst zodat deze vloeibaar worden. Dit gebeurt buiten de behuizing van de computer omdat hierdoor warmte wordt afgegeven, denk maar aan de radiator rooster achteraan een koelkast. Het vloeibaar gas gaat nu naar de koelblok op de CPU. Hier wordt het gas langzaam ontspannen. Door het ontspannen van gas krijgt men koude. Denk maar aan het open zetten van een gaskraan die door de expansie van het gas gewoon bevriest. Het ontspannen gas vindt in het gesloten circuit weer zijn weg naar de compressor.Deze manier van koeling is zeer effectief en men kan temperaturen halen tot -150°C. Het geluid van de compressor is soms storend maar een voordeel is dat ook hier de warmte buiten de kast kan worden afgegeven. Nadeel is dat door het kouder worden van de koelblok en leidingen dan de omgevingstemperatuur er condensatie optreedt waardoor water gaat lekken op de elektronica met alle gevolgen van dien.
Soms wordt gaskoeling in combinatie met een andere koeling gebruikt. Zo heb je bijvoorbeeld een waterkoeling waarbij de radiator vervangen wordt door een gaskoeling. Daar je negatieve temperaturen kan opwekken moet je steeds rekening houden met bevriezing. Deze soort van koeling wordt bij hobbyisten gebruikt die zich bezig houden met extreme overclocking.
Koeling met o.a. vloeibare stikstof:
Ook deze vorm van koeling is terug te vinden om extreem te overclocken. Tijdens een korte tijd zal men proberen de computer tot het uiterste te drijven en een record te vestigen wat betreft snelheid. Hierdoor wordt de CPU extreem heet, ver buiten het normale bereik. Om tijdens deze korte sessie de CPU niet te laten smelten wordt op de CPU een koeling aangebracht in de vorm van een beker uit koper of aluminium. In deze beker wordt vloeibaar stikstof gegoten dewelke langzaam zal verdampen. Tijdens deze tijd wordt de record poging gedaan.Vloeibaar stiktof begint te koken bij -196 graden en gaat zo over naar gasvorm. Temperaturen voor de CPU van -100°C zijn mogelijk met deze methode.
Ook andere vloeistoffen of vaste stoffen worden in de beker gebruikt. Droog ijs gaat van vaste vorm over in gasvorm bij -78°C. Als vloeistof wordt ook het extreme vloeibaar helium gebruikt dat bij -269°c overgaat naar gasvorm. Hierbij kan de temperatuur van de koelplaat dalen tot -230 à -240°C.
Nadeel van deze koeling is dat ze tijdelijk is. Eens de vloeistof verdampt is er geen koeling meer. Door de extreme koude is er veel condensatie, waardoor ook speciale isolatie van de elektronica nodig is. Bijzondere voorzorgsmaatregelen zijn nodig om met deze producten te werken. Extreme koude kan immers nog ergere wonden veroorzaken dan verbranding!!!
© 2011 PeterN voor minatica.be
Categorieën