Bakır veya Alüminyum Soğutucu?

Bakır veya alüminyum almak için daha iyi bir soğutucu ne olurdu? Bakır alüminyumda ne yapmaz? Daha pahalı ve daha ağır olduğunu biliyorum, bu yüzden bakırın avantajı nedir?

EDIT: uygulama hakkında daha fazla ayrıntı. Bir TEG peltier modülü için bir soğutucuya ihtiyacım var, serin taraf. Güç kaynağı sadece sıcak taraftan gelen elinizin ısısıdır. Pelterin her iki tarafını nötralize etmesini önlemek için, diğer tarafı soğutmak için soğutucu kullanıyorum. Bu nedenle, peltier'in daha uzun voltaj üretebilmesi için mevcut en güçlü soğutucuya ihtiyacım var.

Yukarıdaki kullanıcılardan birçok iyi bilginiz var! Lütfen cevabımı, sahip olduğunuz tavsiyeye önemli ve önemli bir şekilde tamamlayın:

Termal arayüz malzemesi (TIM), ısı emiciniz için seçtiğiniz malzemeden çok daha kolay ve hatta daha önemli olabilir! Bunu deneyimlerden ve arayüz malzemesinin onlarca çeşit ve çeşidini kişisel olarak test etmekten söylüyorum. Bütçeniz, ekleme yöntemleriniz ve diğer tasarım perametreleriniz muhtemelen seçimlerinizi belirli bir TIM türü daraltacaktır. Örneğin: bir macun, soğutucunun mekanik olarak sabitlenmesini gerektirir ve bir yapıştırıcı gerektirmez. Bazı malzemeler dağınık ve kullanımı zordur, ancak iyi performans gösterir ve bazı şeyler performansında neredeyse değersizdir ve kullanımı kolay olabilir veya olmayabilir.

Kullandığınız TIM'in bakır veya alüminyum kullandığınızdan çok daha önemli olabileceğine çok güvenle söyleyebilirim. Her durumda değil ama performans farklılıkları şaşırtıcı olabilir.

CPU / heatisinks için popüler ve iyi gözden geçirilmiş materyaller aramak, size bazı iyi seçenekler sunabilir.

İyi şanslar!

Bakır daha iyi termal iletkenliğe sahiptir.

Alüminyum - Bakır - ( buradan , buradan da )$\mathrm{ 200 \frac {W} {m\cdot K} }$
$\mathrm{ 400 \frac {W} {m\cdot K} }$

Ancak katı malzeme içindeki termal iletkenlik hikayenin sadece bir parçasıdır. Hikayenin geri kalanı, ısıyı nereye atmak istediğine bağlıdır.

Sıvı soğutucu

Bakır soğutucu (buna ısı transfer bloğu da denebilir) alüminyumdan daha iyi performans gösterecektir.

Zorlanmış konveksiyonlu hava

Başka bir deyişle, soğutucuya üfleyen bir fan var. Bakır soğutucu alüminyumdan daha iyi performans gösterecektir.

Doğal konveksiyonlu hava

En iyisi en sonunda sakladım. Aynı zamanda OP'nin durumu gibi görünüyor.

İle doğal konveksiyon hava , bakır soğutucu sadece marjinal yerine ¹ alüminyum daha (° C / W) daha iyi bir. Bunun nedeni, darboğazın metal ile transferde olmamasıdır. Doğal konveksiyonlu havanız olduğunda, darboğaz metal ve hava arasındaki transferdedir ve Al ve Cu için de aynıdır.

¹ _{Marjinal artışın genellikle Cu'nun maliyetine değmeyeceğini ekleyebilirim.}

Bu eğri, ısı transferi ve malzeme termal iletkenliği arasındaki doğrusal olmayan ilişkiyi gösterir. Eğri geneldir. Toplam ısı transferine hem iletim hem de konveksiyon bileşenlerine sahip tüm uygulamalar için geçerlidir. [Radyasyon tipik olarak küçüktür ve bu hesaplamada göz ardı edilir.] Eğri şekli, uygulamadan bağımsız olarak aynıdır. Eksenlerdeki kantitatif değerler gösterilmez, çünkü bunlar güce, parça boyutuna ve konvektif soğutma koşullarına bağlıdır. Herhangi bir uygulama ve koşul kümesi için sabitlenirler. Isı transferinin malzeme termal iletkenliğine bağlı olduğu eğrinin şeklinden açıktır, ancak aynı zamanda eğride, ısı iletkenliğinin arttırılmasının ısı transferinde ihmal edilebilir bir gelişme sağladığı bir nokta, diz vardır .
( kaynak , benim vurgu NA)

$\mathrm{20 \frac {W} {m\cdot K} }$

E2 plastiktir ( kaynak )

Bu, birçok faktörü olan karmaşık bir sorudur. Bazı fiziksel özelliklere bakalım:

• $\mathrm{W \over m\cdot K}$
  • bakır: 400
  • alüminyum: 235
• $\mathrm{J \over cm^3 \cdot K }$
  • bakır: 3.45
  • alüminyum: 2.42
• $\mathrm{g \over cm^3}$
  • bakır: 8.96
  • alüminyum: 2.7
• $\mathrm V$
  • bakır: -0.35
  • alüminyum: -0,95

Bu özellikler ne anlama geliyor? Aşağıdaki tüm karşılaştırmalar için, aynı geometriye sahip iki malzemeyi düşünün.

Bakırın daha yüksek termal iletkenliği, soğutucu boyunca sıcaklığın daha homojen olacağı anlamına gelir. Soğutucunun uç noktaları daha sıcak olacağı (ve dolayısıyla daha etkili bir şekilde yayılacağı) ve termal yüke bağlı sıcak nokta daha soğuk olacağı için bu avantajlı olabilir.

Bakır'ın daha yüksek hacimsel ısı kapasitesi, ısı emicinin sıcaklığını yükseltmek için daha büyük miktarda enerji alacağı anlamına gelir. Bu, bakırın termal yükü daha etkili bir şekilde "düzeltebildiği" anlamına gelir. Bu, kısa süreli termal yük anlamına gelebilir ve daha düşük bir tepe sıcaklığına neden olur.

Bakırın yüksek yoğunluğu onu daha ağır hale getirir.

Malzemelerin farklı anodik indeksi, galvanik korozyon bir endişe ise bir malzemeyi daha uygun hale getirebilir . Daha uygun olan, soğutucu ile temas eden diğer metallere bağlı olacaktır.

Bu fiziksel özelliklere dayanarak, bakır her durumda üstün termal performansa sahip gibi görünmektedir. Fakat bu nasıl gerçek performansa dönüşür? Sadece soğutucu malzemeyi değil, bu malzemenin çevre ortamıyla nasıl etkileşime girdiğini de hesaba katmalıyız. Soğutucu ve çevresi (genellikle hava) arasındaki arayüz çok önemlidir. Ayrıca, soğutucu bloğunun özel geometrisi de önemlidir. Bütün bunları düşünmeliyiz.

Michael Haskell tarafından yapılan bir çalışmada , Farklı Isı Emici Malzemelerin Soğutma Performansı Üzerindeki Etkisinin Karşılaştırılması, aynı geometrinin alüminyum, bakır ve grafit köpük soğutucuları üzerinde bazı ampirik ve hesaplama testleri gerçekleştirdi. Bulguları büyük ölçüde basitleştirebilirim: (ve grafit köpük soğutucuyu görmezden geleceğim)

Test edilen belirli geometri için, alüminyum ve bakır çok benzer bir performansa sahipti, bakır biraz daha iyi oldu. Bir fikir vermek için, 1,5 m / s hava akışında bakırın ısıtıcıdan havaya olan termal direnci 1.637 K / W iken alüminyum 1.677 idi. Bu sayılar o kadar yakın ki bakırın ek maliyetini ve ağırlığını haklı çıkarmak zor olacak.

Soğutucu, soğutulmakta olan maddeye kıyasla büyüdükçe, bakır, daha yüksek termal iletkenliği nedeniyle alüminyum üzerinde bir kenar kazanır. Bunun nedeni, bakırın daha homojen bir ısı dağılımını koruyabilmesi, ısıyı ekstremitelere daha etkili bir şekilde çekebilmesi ve tüm yayılan alanı daha etkili bir şekilde kullanabilmesidir. Aynı çalışma büyük bir CPU soğutucusu için hesaplamalı bir çalışma yaptı ve bakır için 0.57 K / W ve alüminyum için 0.69 K / W termal direnç hesapladı.

Bakırın termal iletkenliği alüminyumdan neredeyse% 60 daha yüksektir. Bu, bakır bir ısı emicisinin ısının giderilmesinde alüminyumdan daha etkili olacağı anlamına gelir.

Seçtiğiniz bir uzlaşma meselesidir: alumimium soğutucuları daha ucuz ve daha hafiftir ve genel amaçlı tasarım için ilk tercihtir. Ancak daha az alanda az miktarda ısıyı uzaklaştırmanız gerektiğinde bakır tercih edilebilir.

Bununla birlikte, özel uygulamayı ve ısı emicisinin adapte edilmesi gereken spesifik tasarımın diğer kısıtlamalarını bilmeden iki malzeme arasında mutlak bir karşılaştırma yapmak mümkün değildir .

Akılda tutulması gereken başka faktörler de vardır (ısı emicisinin "yaşaması" gereken ortam dahil).

Bakır ısıyı alüminyumdan daha iyi iletebilir , ancak ısı kaynağı ile ısı emici arasındaki ve ayrıca ısı emici ile "dış dünya" arasındaki termal bağlantı da dikkate alınmalıdır.

Örneğin, ısı emicisi küçük kanatçıklardan serbest hava ile bağlanıyor mu? Yoksa bir tüp içinde akan bir tür sıvı soğutucuya mı bağlı? Konveksiyon, ısı giderme işleminde yer alıyor mu veya ısı radyasyonu birincil mekanizma mı (uzay problarını aşırı bir durum olarak düşünün). Ortam korozyona neden olabilir mi (su altı cihazları; bazı kimyasal reaktörlerin içindeki cihazlar)? Bazı alaşımlar belirli korozyon türlerine diğerlerine göre daha dayanıklıdır.

Bakır, alaşıma bağlı olarak alüminyumun yaklaşık% 50'si ile iki kat daha fazla termal iletkenliğine sahiptir, bu nedenle belirli bir performans için bakır soğutucu alüminyumun boyutunun 'yarısı' olabilir.

Bununla birlikte, bakır alüminyumdan çok daha pahalıdır ve üretimi biraz daha zordur, bu nedenle üretilmesi daha pahalıdır. Bazı durumlarda, küçük boyut ödemeye değer.