آشنايي با سيستم هاي خنك كننده مايع

همه‌ي خنك‌كننده‌‌هاي حلقه‌ي بسته‌ي مايع (Closed Loop Liquid Cooling) كه به اختصار CLC ناميده مي‌شوند، داراي يك پمپ براي گردش مايع از سطح جديد پردازنده به رادياتور هستند. پس از انتقال آب به رادياتور، خنك‌ سازي به‌وسيله‌ي جريان هواي ايجادشده از فن‌هاي پشت رادياتور اگرچه خنك‌كننده‌هاي مايع از طراحي يكساني استفاده نمي‌كنند؛ اما مبناي همه‌ي آن‌ها استفاده از آب (به دليل ظرفيت گرمايي بالاي آن) براي جذب «افزايش حرارت ناگهاني حرارت» از سطح گرما (مكان اتصال خنك‌كننده به پردازنده) است.

شركت‌هاي توليدكننده‌ي سيستم‌هاي خنك‌كننده‌‌ي مايع به دو دسته تقسيم مي‌شوند؛ دسته‌ي اول شركت‌هايي مانند Asetek ،CoolIT ،Dynatron و Apaltek هستند كه قطعاتي شامل پمپ، شلنگ، رادياتور و مايع خنك‌كننده‌ را به شركت‌هاي توليدكننده ارائه مي‌دهند و دسته‌ي دوم، توليدكننده‌هاي پكيج كامل خنك‌كننده‌‌ي مايع مانند شركت‌هاي شناخته‌شده‌ي DeepCool ،Thermaltake ،EVGA ،Corsair و NZXT هستند.

Asetek يكي از بزرگ ترين تأمين‌كننده‌هاي قطعات سيستم‌هاي خنك‌كننده‌‌ي مايع است كه از قطعات آن در محصولات شركت NZXT در سري كراكن (Kraken)، مدل‌هاي H100iV2 و H115i شركت Corsair، محصولات شركت Thermaltake ،Antec ،EVGA و سري جديد سلسيوس (Celsius) شركت Fractal استفاده شده است. پس از Asetek، كه بيش از نيمي از سهم بازار تأمين قطعات سيستم‌هاي خنك‌كننده‌ را در اختيار دارد، شركت‌هايCoolIT (كه تأمين‌كننده‌ي نيمي از محصولات Corsair است) و تأمين‌كننده‌هاي كوچكي مانند Dynatron و Apaltek براي به دست آوردن بقيه‌ي سهم بازار در رقابت هستند.

در جدول زير برخي از شركت‌هاي سازنده خنك‌كننده‌‌هاي مايع همراه با تأمين‌كننده‌هاي آن‌ها آمده است.

براي فهم كامل سيستم داخلي، خنك‌كننده‌ مايع Kraken X42 ساخت شركت NZXT را مطالعه مي‌كنيم.

دما در هسته‌ي CPU از طريق «لايه انتقال‌دهنده حرارت (TIM)» و «لايه‌ي نازك لحيم‌شده به بدنه پردازنده»، به پوسته‌ي پردازنده (IHS) انتقال داده مي‌شود. اين گرما سپس از طريق مواد انتقال‌دهنده‌ي حرارت از بدنه پردازنده به خنك‌كننده‌ منتقل مي‌شود.

ماده انتقال‌دهنده‌ي حرارت بين سطح پوسته‌ي پردازنده و خنك‌كننده‌، باعث مي‌شود كه گپ‌هاي هوايي ميكروسكوپي روي سطح پوسته‌ي پردازنده و خنك‌كننده‌ گرفته شود. در غير اين صورت، ضريب انتقال حرارت از پردازنده به خنك‌كننده‌ بسيار كاهش پيدا مي‌كند. نمونه‌هاي قديمي‌تر خنك‌كننده‌ها داراي سطحي خشن بودند؛ اما در حال حاضر با بهينه‌سازي در طراحي، روند توليد و ريخته‌گري، خنك‌كننده‌‌ها با سطحي صيقلي‌تر توليد مي‌شود.

در گذشته برخي از توليدكننده‌ها، داخل سطح خنك‌كننده‌ يك فرورفتگي (به‌قرينه‌ي شكل سطح پردازنده) ايجاد مي‌كردند تا سطح اتصال خنك‌كننده و پردازنده افزايش پيدا كند؛ اما ازآنجايي كه پيچيدگي توليد چنين سطوحي بسيار بالا است و هزينه‌ي ناشي از آن ارزش افزايش اندك انتقال حرارت را ندارد، بيشتر خنك‌كننده‌‌هاي مايع امروزي سطحي كاملا تخت دارند.

پشت سطح انتقال‌دهنده‌ي حرارت، لبه‌هاي شيارداري از جنس مس وجود دارد. وجود اين شيارها باعث مي‌شود سطح يعِ درحال جريان، چندين برابر افزايش پيدا كند و درنتيجه انتقال حرارت با سرعت بالاتري انجام بگيرد. حجم و تراكم اين لبه‌ها به سرعت پمپ و طراحي رادياتور بستگي دارد. 

همان‌طور كه در تصوير زير ديده مي‌شود، برخي از خنك‌كننده‌‌ها از يك واشر لاستيكي بين سطح خنك‌كننده‌ و محل حركت مايع استفاده مي‌كنند. اين تكنيك كه به «جريان دوگانه» شهرت دارد باعث مي‌شود تا مايع بتواند در همه‌ي قسمت‌هاي سطح خنك‌كننده‌ جريان داشته باشد و تمام نقاط يك‌سان خنك شوند. درمقابل جريان دوگانه، سيستم انتقال مايع غير بهينه‌ي «جريان مستقيم» قرار دارد كه همچنان مي‌توان آن را در بسياري از خنك‌كننده‌ها يافت.

حركت مايع درون خنك‌كننده با استفاده از يك پروانه‌ي دوار صورت مي‌گيرد. خنك‌كننده‌هاي جديد Corsair، NZXT و EVGA همگي از پروانه‌هاي ۸ قطبي استفاده مي‌كنند. ازآنجايي كه اكثر بايوس‌ها براي اندازه‌گيري سرعت پروانه‌هاي ۴ قطبي برنامه‌ريزي شده‌اند؛ درصورت استفاده از سيستم خنك‌كننده با پروانه‌ي ۸ قطبي، سرعت نشان داده‌شده (بر حسب RPM) در بايوس سيستم نادرست خواهد بود. البته برخي مادربرد‌هاي جديد از هدرهاي مخصوصي با عنوان «AIO Header» يا «pump Header» استفاده مي‌كنند كه در صورت استفاده از آن‌ها، محاسبات اندازه گيري سرعت پمپ متناسب با قطب‌هاي موتور اصلاح مي‌شود.

حداكثر سرعت چرخش پمپ‌هاي بهترين خنك‌كننده‌هاي مايع ۱۲ ولتي، بين ۲۸۰۰ تا ۳۰۰۰ دور بر دقيقه است. برخي از تأمين‌كننده‌ها براي كاهش سر و صداي پمپ در اين سرعت از يك لايه فوم بين موتور پمپ و پوسته خارجي استفاده كرده‌اند. همان‌طور كه در تصاوير مشاهده مي‌كنيد، در بازگشايي Kraken X42 شاهد استفاده از يك فوم نسبتا بزرگ براي كاهش صدا و لرزش پمپ هستيم.

فرآيند خنك‌كنندگي به اين صورت است كه مايع پمپ‌شده به سمت رادياتور، ابتدا به نيمه‌ي بالايي آن وارد مي‌شود و سپس در مسيري U شكل وارد نيمه‌ي پاييني مي‌شود. مايع در نيمه‌ي بالايي بيشترين حرارت را دارد كه با استفاده از جريان هوا در اطراف باله‌هاي آلومينيومي رادياتور، دماي آن كاهش پيدا مي‌كند. درنهايت دماي مايع هنگام خروج از رادياتور با توجه به تركيبات شيميايي آن و ميزان گرماي پردازنده بين ۲۶ تا ۳۲ درجه سانتي‌گراد خواهد بود.

مايع استفاده‌شده در سيستم‌هاي خنك‌كننده‌ي مايع تركيبي از پروپيلن گليكول (Propylene glycol) و آب مقطر است. بعضي از توليدكننده‌ها، درصد بيشتري از گليكول در اين تركيب استفاده مي‌كنند تا از انجماد مايع در دماهايي حتي نزديك به ۴۰- درجه نيز جلوگيري شود؛ اما بيشتر توليدكننده‌ها ترجيح مي‌دهند درصد گليكول و آب مقطر را به‌گونه‌اي تنظيم كنند تا مايع بتواند دماي ۲۰- درجه را تحمل كند. اين درصد، تعادل مناسبي بين منجمد نشدن مايع در طول مسير ارسال كالا و غلظت آب مقطر براي افزايش ضريب انتقال گرما ايجاد مي‌كند.

شيلنگ‌هاي استفاده‌شده در خنك‌كننده‌هاي مايع معمولا از جنس FEP يا EPDM هستند. شيلنگ‌هاي FEP استحكام بالا و نشتي بسيار كمي دارند؛ اما به دليل انعطاف‌پذيري پايين، در هنگام نصب اشكال ساز هستند. خم شدن زياد شيلنگ‌ها FEP باعث ترك خوردگي لايه داخلي PTFE شيلنگ‌ مي‌شود و در نتيجه حركت مايع را مختل مي‌كند. شيلنگ‌هاي EPDM انعطاف‌پذير هستند و به دليل خم شدن خراب نمي‌شوند؛ اما هزينه‌ي تحقيق و توسعه‌ي (R&D) آن‌ها براي دستيابي به تركيبي كه مانع نشتي شود، بسيار بالا است. تمامي اين شيلنگ‌ها داراي استهلاك هستند و بعد از مدتي نشتي‌هاي خفيفي در آن‌ها ايجاد مي‌شود. اكثر خنك‌كننده‌‌هاي مايع عمري در حدود ۴ تا ۶ سال دارند و معمولا پس از ۴ تا ۵ سال به دليل هوا كشيدن شيلنگ‌ها، سر و صداي آن‌ها افزايش پيدا مي‌كند. متخصصان با نصب افقي خنك‌كننده‌ مي‌توانند از اين اشكال تا حدي جلوگيري كنند.

تمامي خنك‌كننده‌‌هاي مايع صرف‌ انديشه متخصصين از توليدكننده، داراي يك بورد الكترونيكي كوچك هستند. وظيفه‌ي اصلي اين بورد راه‌اندازي و كنترل موتور پمپ است؛ اما در برخي محصولات وظيفه‌ي كنترل نور پردازي، تنظيم سرعت پمپ و ذخيره تنظيمات متخصصان نيز بر عهده‌ي همين بورد است. برخي توليدكنندگان مانند NZXT از بوردهاي اختصاصي خود استفاده مي‌كنند؛ اما بيشتر شركت‌ها از بوردهاي از پيش آماده‌ي تأمين‌كننده‌هايي مانند Asetek استفاده مي‌كنند. براي مثال بورد اكثر خنك‌كننده‌هاي EVGA و Corsair يكسان و ساخت Asetek است و تنها فرم‌ور آن‌ها با يكديگر تفاوت دارد. 

با مشاهده‌ي ويدئوي زير مي‌توانيد با قطعات مختلف خنك‌كننده‌هاي مايع بيشتر آشنا شويد.