Soğutucu tasarımı

[taydin]

Elimdeki Magewell HDMI kaydedici kartın üzerindeki soğutucya bağlı fan çok fazla ses çıkarıyor. Oradaki soğutucuyu söküp pasif soğutucu yapmak istiyorum. Kartın yanında hiç yer yok, o yüzden soğutucunun yukarı doğru taşması lazım. Standart soğutucu profil var elimde. Bundan 20 cm boy, 5 cm en şeklinde bir parça keseceğim. Sonra da bu parçaya bir aluminyum plaka monte edeceğim ve bu plakaya da PCB ye uygun delikler açıp monte edeceğim.

Plakayı hazır soğutucuya ne şekilde bağlamak en iyi ısıl iletimi sağlar?

1) Plaka, soğutucuya kaynak yapılacak. Kaynak yaparken, plakaya yarıklar açılacak ve hem dıştan hem de bu yarıkların içinden kaynak yapılacak. Doğrudan metal teması olacak ve bu açıdan ısı iletimi çok iyi olacak. Ama ısıl iletim sadece kaynağın olduğu yerlerde gerçekleşecek.

2) Plaka ve soğutucunun yüzeyleri frezede düzeltilecek, araya termal macun sürülecek ve sonra da plaka, soğutucuya çok sayıda civata ile sabitlenecek. Tüm yüzeyde ısı iletimi olacak, ama %100 metal teması olmadığı için ısıl direnç yüksek olacak.

 

[mechanic]

ısınan hava yükselir.
Kanallar hava akışına paralel olmalı.
Dilimlerin yüzey alanı büyük olmalı.

 

[mechanic]

Bir soru sorayım.
Aynı malzemeden Aynı yüzey alanına sahip iki soğutucumuz olsun.
Birinin kütlesi diğerinin kütlesinin 2 katı olsun.
Bunlardan hangisi soğutma için uygun olur.

 

[taydin]

Uzun vadede soğutma performansı, efektif yüzey alanına bağlı olur.

Soğutucunun kütlesinin etkisi şöyle olur: Aynen bir kapasitör gibi, soğutucunun ısınması belli bir süre alır. Bu süre içerisinde soğutucu daha iyi bir performansla çalışır. Ama bir kere denge sıcaklığına ulaştıktan sonra, ağır soğutucu ile hafif soğutucu arasında fark olmaz diye düşünüyorum.

 

[Fiore]

Ustam konuyu tam olarak anlamadım, ancak fan sesinden kurtulmak istiyorsunuz. Bu soğutucu sistemler üzerine bir aralar çok kafa patlattım. Şimdi termal macun kullanmaktan bahsetmişsiniz, iyi bir termal macun piyasada 12.5 W/m.K bulunabiliyor ki bu çok yeterli bir değer. Thermal Grizzly Kryonaut burda iletkenlik için iş görecektir. Ayrıca fan hızını düşürmek için tek yöntem fin aralığı azaltmak gerekir ama fin aralığı ne kadar az olursa toz bakımı süresi o kadar kısalır. Bakır çok iyi bir iletkendir bu yüzden alüminyum ile soğutululmak istenen yüzey arasına ince bir bakır kullanmak iyi olabilir. Çünkü alüminyum soğutucuya daha geniş bir yüzeyle daha az ısıyı tutarak/yavaşlatarak ulaştırır. Bu sayede alüminyum aktif soğutuca daha homojen bir dağılım olur ve bu hibrit yapı sayesinde alüminyum soğutucunun ısı atım gücü artmış olur. Üzerine alüminyum soğutucunun fin sayısı çok fazlaysa yavaş dönen ama basıncı fazla olan ve sessiz bir fan ile pekiştirilirse tamamen sessiz bir soğutma elde edilebilir. Sıvı soğutmanında genel olarak yapmaya çalıştığı şeyde budur aslına bakarsak. Saygılar.

 

[taydin]

@Fiore mevcut fan devrini düşüremem, kart fazla ısınır. Yana doğru daha büyük aparat da takamam, iki slot arasına girecek, yer yok. Tek yapabileceğim şey, dikine büyük bir soğutucu bağlamak. Aşağıdaki gibi (tabi o boyutta değil, daha küçük)

 

[Yasin.]

Bu linkteki ürünler fan sesi problemini en ekonomik ve en zahmetsiz şekilde çözüyor.

 

[TA3UIS]

Soğutucuyu taktıktan sonra fanı üstüne monte edebilsen ve fan devrini sesi rahatsız etmeyecek şekilde azaltabilsen soğutma daha etkili ve sessiz olur belki.

 

[Fiore]

@Fiore mevcut fan devrini düşüremem, kart fazla ısınır. Yana doğru daha büyük aparat da takamam, iki slot arasına girecek, yer yok. Tek yapabileceğim şey, dikine büyük bir soğutucu bağlamak. Aşağıdaki gibi (tabi o boyutta değil, daha küçük)

44661 eklentisine bak

Tamam o zaman en iyi çözüm yatay olarak bir alüminyum kullanmak ama alüminyuma ısıyı çok daha homojen dağıtmak için araya ince bir bakır kullanmak yerinde olacaktır. Bakırın genişliği ve uzunluğu alüminyumla eş olmalı ve her bir aranın ararasına iyi bir termal macun kullanmak gerekir. Bu tabii bir süre sonra bakım ihtiyacı doğuracağından iyi bir termal macun kullanmak önemli. Özellikle bakım süresi uzun olanlardan. Bunlardan ziyade pasif olarak kullanmak ve fan kullanmamak istersek finlerin dik olması şarttır. Havanın finlerin arasından girmesi ve geçmesi gerekir. Fotoğrafını attığınız şekilde bir fin yerleşimi aslında pasif soğutucunun en en fazla %40 verimini almak demektir. Bu fotoğrafını attığınız yerleşimin finlerin sol tarafından hava girer ve sağ tarafından pasif bir şekilde çıktığını var sayarsak bu fotoğrafta görünen soğutucunun hangi boyutta olsun olmaksızın dikine monte edilmesi gerekir. Tabii sizin mecburiyetleriniz yüzünden bu veya benzeri mümkün değil. En ama en iyi çözüm fin yapısı dar ve yavaş ancak basınçlı bir fan kullanmak. Bu doğrudan ara sıra toz bakımı isteyen bir sistem doğuruyor tabii.

 

[taydin]

Benim asıl merak ettiğim şu:

Plakayı hazır soğutucuya ne şekilde bağlamak en iyi ısıl iletimi sağlar?

1) Plaka, soğutucuya kaynak yapılacak. Kaynak yaparken, plakaya yarıklar açılacak ve hem dıştan hem de bu yarıkların içinden kaynak yapılacak. Doğrudan metal teması olacak ve bu açıdan ısı iletimi çok iyi olacak. Ama ısıl iletim sadece kaynağın olduğu yerlerde gerçekleşecek.

2) Plaka ve soğutucunun yüzeyleri frezede düzeltilecek, araya termal macun sürülecek ve sonra da plaka, soğutucuya çok sayıda civata ile sabitlenecek. Tüm yüzeyde ısı iletimi olacak, ama %100 metal teması olmadığı için ısıl direnç yüksek olacak.

 

[mechanic]

Q=m*c*(T2-T1)
(U*I*t)/4186=m*c*(T2-T1)
m=U*I*t/c*(T2-T1)*4186
m=P*t/c*(T2-T1)*4186

c=suyun özgül ısı değeri 1Kcal/kg*°C
T2=60°C
T1=20°C
t=1 saniye
P=U*I=100 watt olsun
m=P*t/c*(T2-T1)*4186
m=100*1/1*(60-20)*4186
m=0,597gr/s =2,150kg/saat su dolaşmalı.

Bunu içten yanmalı motorların su ile soğutulması kitabından aldım.
Su devri daim için pompa yok. Su kulesine motordan ısınıp yükselen su yukarıdan giriyor.
Aşağıdan soğuk su motora akıyordu.
Su kulesindeki su miktarı saatte harcanan su miktarının 10 katı olarak verilmiş.
21,5 kilo su makinanın yanında hoş durmaz. Bir damacana su yapıyor.

 

[mechanic]

Benim asıl merak ettiğim şu:

Yarık sayısı çoğaltılırsa 1. seçenek daha iyi.

 

[Fiore]

Ben soruyu yine tam olarak anlamadım bu yüzden özür diliyerek anladığımı açıklamak istiyorum.

Amaç anladığım kadarıyla halihazırda monte ve kullanılan soğutucuya başka bir soğutucu kullanmak ve Q = h . A . AT hesaplamak ve bunu fansız yapmak. Ancak bu iş için çıkan ısının Q değerini bilmek ve ona göre hesaplamak gerek ve kullanılacak soğutucunun A yani yüzey alanıyla hesaplayıp pasif bir şekilde soğutmayı hesaplamak gerek. Ben çok hesap kitap yaparak böyle işlere giriştim ama matematiğin söylediği değerle doğru bir sonuç alamadım. Çünkü ülkemizin sıcakları bazen çok sıcak olabiliyor. Bu yüzden pasif soğutucuda ortam sıcaklığının değişkenliğinide hesaba katıp soğutmayı %30 en az bir şekilde daha büyük yapmak gerekiyor.
Burada en büyük etken amaçladığımız optimum sıcaklık. Amaçlanan sıcaklık soğutucuyu 100gr da yapabilir 400gr da.

 

[taydin]

@Fiore soğutucu pasif soğutucu olacak, başka bir alternatif iş görmeyecek. Yani sulu soğutma, sessiz fan vs kullanamam.

Pasif soğutucu, mevcut fanlı soğutucudan haliyle çok daha büyük olması gerekecek. Bu durumda da kartın yüzeyine yerleştirilemeyecek. Mevcut soğutucu KOMPLE sökülecek. Onun yerine, kartın üzerine kalınca bir aluminyum plaka yerleştirilecek. Mesela 8 mm kalınlıkta bir plaka. Bu aluminyum plakaya da standart, kanatlı soğutucu monte edilecek. Yani çiplerin ısısı önce aluminyum plakaya geçecek, oradan da kanatlı soğutucuya.

 

[taydin]

Yarık sayısı çoğaltılırsa 1. seçenek daha iyi.

Bana da öyle gibi geliyor. Ama herşey, termal macunun ısıl direnci ile metalin ısıl direnci arasındaki ilişkiye bağlı.

1) Kaynak durumunda metal kesit alanı mesela yarıya iniyorsa, ısıl iletkenlik de metalden dolayı iki katına çıkıyorsa, net kazanç yok.

2) Termal macun durumunda yüzey alanı iki katına çıkıyor, macunun ısıl iletkenliği yarıya düşüyorsa, gene net kazanç yok.

Bu durumda iki senaryo arasında fazla bir fark olmayabilir.

 

[Fiore]

Şimdi anladım, burada alüminyum soğutucunun et kalınlığı sadece ısı emici olarak iş görecektir. Hiçbir şekilde ısı yayıcı olarak iş görmeyecektir. Tepe ısılarda kısı süreliğine ısıyı emecek ve ısıyı kısa süreliğine sabit tutup yani hızlıca emip/üzerinde tutup pasif dağıtıcılara yani finlere iletecektir.

En iyi seçenek çipe temas eden metalin bakır olması ve bakıra monte edilen alüminyum ısı dağıtıcı monte edilmesi. Sıvı metal iletken kullanmakla iyi bir standart macun kullanmak arasında 3-5 derece fark olmasından başka bir fark olacağını düşünmüyorum. Hele alüminyum kullanılacaksa sıvı metal kullanmak iyi bir fikir değil. En iyi çözüm bence karta monte edilen alüminyum/bakır plakaya vidalarla monte edilmiş dikey alüminyum ısı dağıtıcıları. Finlerin yatay olması verimlilik açısından iyi olmayacaktır. Termal macun iyiyse iyidir, yani 300 liralık bir termal macun ile 2000 liralık bir termal macun arasında büyük bir fark olmayacaktır. Burada alüminyumun hangi alaşımla yapıldığını hesaba katmıyorum. Kaliteli alüminyum ile alaşımı kötü olan bir alüminyumun arasında ısı iletkenliği ve atım gücü çok farklı olacaktır.
Pasif soğutucuda fin aralığı çok dar olursa verim düşecektir. Çok geniş olursada verim düşücektir.

 

[Yasin.]

@taydin hocam elindeki soğutucuyu hemen kesme. Öğleden sonra bir soğutucu resmi göndereceğim. Daha iyi iş göreceğine kanaat getirirsen gönderiyim.

 

[clc]

1. Seçenek fazla zahmetli bir üretim şekli. O yüzden bence tercih edilmez. Termal macun kullanıldığında bütün yüzeyi kaplamaya gerek yok. Yüzey güzel işlendiyse, pürüzsüzlük sğalandıysa 50um lik bir katman çekseniz yeter, fazlasını atar o zaten. Ortalama bir termal macun 0.5 w/m-k ila 1 w/m-k arasında conductivity e sahiptir. İncecik sürdüğünüz termal macun sonucunda hiç metal teması olmadığı, arada 20um lik termal macun kaldığı durumda(20um çok iyi bir finiş değildi, elde etmesi zor değil diye hatırlıyorum) 100mm2 lik bir kesitten bütün akı geçse karşılaşacağınız termal direnç ~0.003 K/W olacak. 1000W lık akı akıtsanız 3 kelvin fark olacak.

Termal macun ince olabildiği için iyi iletmek zorunda değil, hatta bildiğiniz kötü bir termal iletken.

 

[fide]

Abi basit bir şey önereceğim.
Fanı çıkar. Soğutucu altına peltier bağla.
İşlemci tarafı daha rahat soğuyacak, alüminyum tarafı daha fazla ısınacak, pasif soğuma artacaktır.
Peltierin enerjisi alüminyumun sıcaklığına göre ayarlanabilir.

 

[çaycı]

Elimdeki Magewell HDMI kaydedici kartın üzerindeki soğutucya bağlı fan çok fazla ses çıkarıyor. Oradaki soğutucuyu söküp pasif soğutucu yapmak istiyorum. Kartın yanında hiç yer yok, o yüzden soğutucunun yukarı doğru taşması lazım. Standart soğutucu profil var elimde. Bundan 20 cm boy, 5 cm en şeklinde bir parça keseceğim. Sonra da bu parçaya bir aluminyum plaka monte edeceğim ve bu plakaya da PCB ye uygun delikler açıp monte edeceğim.

Plakayı hazır soğutucuya ne şekilde bağlamak en iyi ısıl iletimi sağlar?

1) Plaka, soğutucuya kaynak yapılacak. Kaynak yaparken, plakaya yarıklar açılacak ve hem dıştan hem de bu yarıkların içinden kaynak yapılacak. Doğrudan metal teması olacak ve bu açıdan ısı iletimi çok iyi olacak. Ama ısıl iletim sadece kaynağın olduğu yerlerde gerçekleşecek.

2) Plaka ve soğutucunun yüzeyleri frezede düzeltilecek, araya termal macun sürülecek ve sonra da plaka, soğutucuya çok sayıda civata ile sabitlenecek. Tüm yüzeyde ısı iletimi olacak, ama %100 metal teması olmadığı için ısıl direnç yüksek olacak.

2. seçenek daha fizibil duruyor. Ek parçasını bakır yapmak sonucu daha da iyileştirebilir (olası darboğaz için)