Všeobecne o Peltierovom článku

Donedávna bol Peltierov článok pre väčšinu z nás - overclockerov iba snom, pretože cena bola dosť vysoká. Dnešný trend 1+Ghz procesorov a samozrejme ich pretaktovanie však prináša oveľa vyššie nároky na chladenie ako pri procesoroch s frekvenciou okolo 500 Mhz ...

Všeobecne o Peltierovom "článku"

Chladenie Peltierovým článkom patrí k alternatívnym metódam chladenia. Čo je vlastne ten Peltierov článok a na akom princípe pracuje ?

Istý francúzsky fyzik Peltier sa už v roku 1834 zamyslel nad už známym Seebeckovým javom. Keď sú dva vodiče z rôznych kovov spojené do uzavretého obvodu a majú rôznu teplotu, vzniká v obvode elektrický prúd. Takému spojeniu sa hovorí Sebekov obvod. Peltier zistil, že tento jav je možné využiťaj opačne. Ak sa privedie jednosmerný elektrický prúd do Sebekovho obvodu, vzniká teplotný rozdiel medzi obidvoma spojmi. Na tomto objave bol založený Peltierov článok. Ten je vytvorený z dvoch polovodičových teliesok a elektrovodivého mostíka. Ako polovodič sa používajú špeciálne materiály (vizmut - telluridy), ktoré majú vhodné termoelektrické vlastnosti, hlavne nízky merný odpor a malú tepelnú vodivosť. Pre spojovacie články sa používa meď s malým elektrickým odporom. Spojením viacerých článkov vznikne tzv. termobatéria :

Na obrázku je Termobatéria zložéna z Peltierových článkov. Za obrázok ďakujem www.techbox.cz

Peltierové články sú umiestnené vedľa seba medzi dvoma keramickými (pri prvom dotyku som si myslel , že plastovými) doskami. Tieto dosky slúžia ako elektrická izolácia. Privedením jednosmerného prúdu na výstupy termobatérie sa jedna keramická doska ohrieva a druhá ochladzuje.

Peltierov článok sa aplikuje medzi procesor a chladič - studenou stranou na procesor a teplou k chladiču. Privedený prúd sa tiež zmení na tepelnú energiu a tu je nutné spolu s teplom odčerpávaným z ochladzovanej doštičky odviesť. Preto sa tu kladú aj vyššie nároky na výkon chladiča....tu platí , že čím výkonnejší tým lepší. Rozumným minimom je Titan M5AB alebo M1AB .....skôr sa však prikláňam k 6800 rpm Global Winu FOP 38.

Druhou menšou nevýhodou je samotné aplikovanie Peltierovho článku. Jeho hrúbka je asi 4 mm a keď ho aplikujete medzi CPU a chladič .....spony chladiča nezapadnú do Socketu. Aj tu sa však dá pomôcť ....napíšem článok ako na to :-))

Jednoduchý nákres chladenia s peltierovým článkom. Žltou farbou je naznačený chladič (Titan M5AB ) , červenou Peltierov článok , modrou CPU Amd Duron / Thunderbird a sivou samotný socket A v našom prípade.

Teraz sa pozrieme na výsledky. Mal som zapožičaný Titan Peltier s výkonom 30 W od chlapcov z firmy ATOM. Problém bol však v tom , že môj zdroj 200W ho neutiahol a zapožičať výkonnejší mi nemal kto , takže výsledky aj text, ktoré tu zverejním budú zo servera www.techbox.cz :

Jak jsme měřili

K dispozici jsme měli dvě termobaterie odlišné velikosti o rozměrech 30 x 30 x 4 mm a 50 X 50 x 5 mm. Druhá termobaterie s plochou 25 cm čtverečních je téměř třikrát větší, obsahuje více termočlánků a má tudíž větší spotřebu energie. Naměřili jsme až 36W, zatímco příkon menší termobaterie se pohyboval kolem 15W.

O zdroj tepla se staral procesor Celeron 500 MHz přetaktovaný na 623 MHz (FSB 83).

Posledním důležitým prvkem chladící jednotky byl výkonný chladič Titan Majesty. Tento chladič musí odvést teplo nejenom z procesoru, ale také teplo vyrobené vlastní termobaterií.

Nejprve jsme provedli měření chladící jednotky bez zátěže, kdy procesor nepracoval a za použití citlivého čidla jsme měřili teplotu pouze na chladné straně termobaterie. Při použití menší termobaterie byly naměřeny hodnoty až -2 stupně Celsia, zatímco větší termobaterie dokázala snížit teplotu na své studené straně pouze na 8 stupňů. Důvod je ten, že ani chladič Majesty nedokázal dlouhodobě dostatečně rychle odvádět teplo z horké strany baterie a po čase se začal přehřívat. Zjistili jsme, že čím lépe je odváděno teplo z horké strany termobaterie, tím účinněji je ochlazována studená strana. Pro chlazení procesoru se tedy lépe hodí menší termobaterie a tak jsme další měření prováděli již pouze s ní.

Při chodu naprázdno dokáže námi vytvořená chladící jednotka dosáhnout teploty výrazně nižší než je teplota okolí. Samotný chladič takového stavu samozřejmě nemůže nikdy dosáhnout.

Našim hlavním zájmem ovšem bylo vyzkoušet chování termobaterie za plného provozu. Určitý problém vznikl s uchycením termobaterie a chladiče na procesor. Současné chladiče jsou totiž konstruovány pro přímé přichycení na procesor a s vložkou o síle 4-5 mm nepočítají. Vypomohli jsme si tedy redukcí pro Slot1. Pak již byla provizorní montáž snazší. Nezapomněli jsme natřít teplovodivou pastou jak plochu pro styk s procesorem, tak i plochu pro styk s chladičem, aby byl tepelný most co nejúčinnější.

Měřili jsme teploty ze zadní strany procesoru, na styku procesoru s termobaterií, baterie s chladičem a nakonec též teplotu vlastního chladiče. Aby bylo možné výsledky měření s něčím porovnat, provedli jsme též měření teplot bez použití termobaterie. V tomto případě bylo měření na obou stranách termobaterie nahrazeno jedním měřením na ploše styku procesoru a chladiče.

Výsledky měření za plného provozu

Umístění teploměru	Chladič + termobaterie	Samotný chladič
Zadní strana procesoru	40	57
Termobaterie na straně procesoru	36	55
Termobaterie na straně chladiče	43
Tělo chladiče	45	36

Naměřené hodnoty jsou velmi zajímavé, neboť se ukazuje, že použitím termoelekrické baterie lze snížit teplotu procesoru až o 19 stupňů Celsia, resp. o 17 stupňů Celsia při měření na zadní straně procesoru. To jsou opravdu příznivé hodnoty. Všimněte si též, že teplota chladiče je v případě použití termobaterie vyšší o 9 stupňů Celsia. Je to pochopitelné, když si uvědomíte, že chladič kromě tepelné energie procesoru navíc absorbuje též teplo vyprodukované termočlánky uvnitř baterie. Jek je vidět, zákon o zachování energie platí i zde.

A co na to OverClocking

Snížení teploty procesoru o 17-19 stupňů Celsia přineslo úspěch i pro přetaktování. Procesory Intel Celeron 500 se neradi přizpůsobují hodnotě FSB 83 MHz. Přiznejme si, že s dnes již směšnou základní frekvencí 66 MHz se spokojí jenom málokdo. Při FSB 75 MHz je většina procesorů ještě stabilní. S frekvencí 83 si však již neporadí. Výjimkou nebyl ani náš procesor. Při FSB 83 se systém odmítal probudit a bylo nutné provést Clear Cmos. Jaké bylo naše překvapení, když po instalaci termobaterie spolu s chladičem Titan Majesty počítač řádně naběhl a pracoval normálně. Při použití procesoru Celeron II 566 MHz s jádrem Coppermine jsme se dostali až na FSB 100, což odpovídá frekvenci 850 MHz. Takový výkon již staví tento procesor do zcela jiného světla. Stačí se podívat, co stojí procesor Pentium III 850 nebo Athlon na podobné frekvenci. S obyčejným chladičem systém na FSB 100 sice naběhl, ale byl silně nestabilní.

Kaskádní řazení termobaterií

Výkon termobaterie lze zvýšit vytvořením kaskády. Na teplou stranu menší baterie jsme posadili větší baterii a teprve k ní jsme připojili chladič. Výkon takové sestavy se výrazně zvýšil. Po chvíli se však přehřál chladič a účínnost sestavy se začala opět snižovat, neboť špatně odváděné teplo nedostatečně dimenzovaného chladiče se začalo vracet do termobaterie. Z tohoto důvodu je vhodné provést výpočet kapacity chladiče a ventilátoru. Ověřili jsme tedy, že výkon termobaterie lze zvýšit kaskádním řazením termočlánků, ale zvýší se tím samozřejmě i nároky na odvod tepla. Zatím mě nenapadá vhodné využití pro takto extrémně výkonné tepelné čerpadlo vytvořené kaskádním složením více termobaterií.

Pro naše potřeby byla zcela dostatečná již velikost jedné termobaterie rozměru 30x30 mm doplněná výkonným chladičem z řady Majesty. Pokud totiž snížíte teplotu procesoru příliš pod teplotu okolí, vystavujete procesor nebezpečí kondenzace páry a jeho zničení následným zkorodováním. I zde zřejmě platí, že nic se nemá přehánět.

Jaro - www.techbox.cz

Chlapcom z techboxu ďakujem za výsledky. Posnažím sa aj ja pozháňať zdroj (aspoň 250 W ) a okamžite otestujem už spomínany Peltier Titan od chlapcov z ATOMU.

Pridám ešte jeden obrázok Peltierov :