Heatpipe

Chlazení

20.1.2007

Heatpipe neboli teplovodivé trubičky se v posledních málo letech staly neodmyslitelnou součástí výkonných chladičů procesorů, grafických karet a základních desek.
V dnešním článku se budu zabývat právě těmito heatpipe, existují totiž také heatpipe pro chlazení při extrémně nízkých nebo vysokých teplotách, ale ty v počítači poněkud nemají uplatnění.

 
Z čeho je Heatpipe skládá
 
Obal heatpipe je tvořen materiálem s dobrou tepelnou vodivostí - většinou mědí. Materiál, který je pro přenos tepla zásadní, je tekutina a její páry - například voda. Pokud se počítá i s použitím chladiče v jiné než vzpřímené poloze, s čímž se v počítačích počítá, pak jsou vnitřní strany trubičky pokryté povrchem, který má s kapalinou vhodné kapilární vlastnosti.
 

 
Jak Heatpipe funguje
 
Heatpipe přenáší teplo, využívá tedy rozdílů teplot na různých svých částech.
Kapalina se vypaří (přijme teplo od teplejší části). Pára zaujímá větší objem než kapalná fáze (u vody je to 1600 krát tolik). V místech chladnějších páry zase kondenzují, tím opět snižují svůj objem. Díky tomuto koloběhu vzniká "vítr" směřující z teplých míst do chladných. Jakmile je transportní látka opět v kapalné fázi, musí se dostat zpět na teplé místo. Toho se docílí kapilaritou - v našem případě je to kapilarita, při které se kapalina a pevná látka přitahují. Díky tomu se kapalina roztáhne po stěně trubičky, a tak se dostane i do místa, kde se zase vypaří.
Asi si říkáte, no to je pěkné, ale taková voda se v páru mění při 100 stupních, takže to pro snižování teploty procesoru na 30 stupňů si moc vhodná nebude. Omyl! Tak by to platilo při normálních podmínkách, tedy při tlaku jedné atmosféry. Při snížení vnitřního tlaku se můžeme dostat mnohem níž.
 
Proč se heatpipe používá?
Heatpipe má mnohonásobně (někde se uvádí 80x) vyšší tepelnou vodivost než běžně používané materiály (měď hliník). Je to způsobeno obrovským množstvím tepla, které kapalina uvnitř dokáže přijmout a poté odevzdat. Teplo potřebné pro vypaření 1g vody je rovné teplu, které by 1g vody ohřál přibližně o 540 stupňů. Díky tomu se můžou používat pro mnohem delší vzdálenosti přenosu než prostá měď. Chladiče bez heatpipe jsou od základny (místa, kde se chladič stýká s procesorem) dlouhé několik centimetrů - u největších je to asi 7-8 cm. Proti tomu může být heatpipe hladič několikanásobně delší - běžně 15cm u chladičů procesorů.
 
Jak heatpipe chladič vypadá?
Klasický heatpipe chladič procesoru se skládá z měděné základny, několika heatpipe a hliníkových žeber. Proč? Měděná základny dobře pokryje celou plochu procesoru, na takto krátkou vzdálenost (asi milimetr) má ještě přijatelnou tepelnou vodivost. Heatpipe jsou způsobem, jak teplo transportovat rychle. Hliníková žebra se užívají z několika důvodů - jsou lehčí než měď (která na druhou stranu má lepší tepelnou vodivost), jsou levnější než měděná, mají lepší vlastnosti pro předávání tepla vzduchu.

 obrázek z http://mcs.pc.pl/produkt1055.phpl