В этой статье мы рассмотрим самые мощные на сегодняшний день системы охлаждения, те, что способны опустить температуру процессора ниже температуры окружающей среды, и даже ниже нуля градусов Цельсия. Такими возможностями обладает всего четыре вида систем охлаждения: парокомпрессионные, азотные и углекислотные, а также на основе элементов Пельтье. Начнем с самых экзотических и сложных установок — с парокомпрессионных.

Парокомпрессионные системы охлаждения

Парокомпрессионная система охлаждения в компьютере, на первый взгляд, кажется чем-то инородным, некой чудовищной машиной, которая была создана на другой планете. Одно название чего стоит. Однако за звонким словом скрывается тривиальная установка, сотни миллионов сестер которой трудятся практически в каждом доме, независимо от того, имеют ли его обитатели компьютер или слыхом о нем не слыхивали. Загляните за заднюю стенку своего домашнего холодильника и вы увидите то, что является его сердцем и сердцем любой парокомпрессионной системы, — мирно урчащий компрессор холодильного агрегата.
Обычная малая парокомпрессионная установка (проще говоря, холодильник) состоит из пяти основных элементов: компрессора, конденсатора, испарителя, дросселя (или капиллярной трубки) и фильтра-осушителя. Все эти элементы соединены по схеме «компрессор — конденсатор — фильтр-осушитель — дроссель — испаритель — компрессор», и в этой замкнутой системе течет специальный хладагент — фреон, представляющий собой соединение углерода, фтора, хлора и иногда водорода (см. функциональную схему на следующем развороте). В современных холодильных схемах используется фреон R134a, как наиболее доступный и безопасный для озонового слоя Земли. В основе фреонового цикла лежит эффект Джоуля–Томсона — понижение температуры рабочего тела (фреона) при дросселировании. Дросселированием называется уменьшение давления рабочего тела при протекании через сужение в канале или какое-либо местное сопротивление (в нашем случае — капиллярная трубка). То есть на выходе из капилляра фреон имеет куда более низкое давление (обычно в пять-семь раз) и, закипая в испарителе, отбирает тепло, так как его температура ниже температуры охлаждаемого объекта. Затем газообразный фреон отправляется в компрессор, где снова сжимается (до 10 атмосфер), превращается в конденсаторе в жидкость, идет в капилляр и так далее. Фильтр-осушитель — необязательное звено в этой цепочке, но если его не будет, то в один прекрасный день влага, скопившаяся в системе, может замерзнуть и закупорить капилляр.
Конструктивно небольшой серийный (обратите внимание на это слово!) холодильный агрегат монтируется в корпус компьютера в нижней или верхней его части. Туда же помещается небольшой конденсатор, снабженный собственным вентилятором. Охлаждающая испарительная камера, она же кулер процессора, по меркам бытовых холодильных машин выглядит миниатюрной, да и все детали в этой системе, в общем-то, не очень большие, — следовательно, хладагента тоже немного, и с таким его объемом справляются даже маленькие компрессоры. В компьютерных корпусах могут применяться 12-вольтные холодильные агрегаты, питающиеся постоянным током (например, обычный компрессор от автохолодильника).

Как уже говорилось, такая система способна остудить процессор до отрицательной температуры. Поэтому в конструкции серийной компьютерной холодильной установки обязательным элементом является не только сама холодильная машина, но и, как бы дико это ни звучало, нагреватель. Большие и резкие перепады температур приводят к проблемам, которые никогда не могут проявиться при охлаждении воздухом или даже водой комнатной температуры. Влага, которая всегда есть в воздухе, интенсивно конденсируется на элементах, чья температура ниже температуры воздуха, а если температура элементов ниже нуля — спокойно меняет свое агрегатное состояние еще раз, то есть превращается в лед. Поэтому, если не принять мер, корпус процессора, окружающие его участки материнской платы и даже ее обратная сторона постепенно покроются толстой шубой инея (вы это видели — загляните в морозильную камеру) или слоем чистейшей дистиллированной воды. Чем это грозит, нетрудно догадаться.

Самый эффективный способ борьбы с конденсацией — это нагрев. Поэтому системы снабжаются не только охладителем, но и нагревательными элементами. Испаритель охлаждает ядро процессора, а нагреватель греет корпус чипа по периметру и часто — обратную сторону материнской платы. Кроме того, трубки, подходящие к испарителю, покрываются теплоизоляционным материалом (см. фото), а процессор помещается в специальный изолирующий футляр. Для лучшей гидроизоляции применяются специальные герметики.

Среди лучших криогенных компрессорных установок для ПК, а их выпускает не так уж много фирм, отметим VapoChill от Asetek (www.asetek.com) и Super G2 от KryoTech (www.kryotech.com). Обе оборудованы холодильными компрессорными агрегатами, вмонтированными в поставляемый вместе с установками ATX-корпус.

Системы VapoChill отличаются стильным дизайном, разнообразием цветовых решений (мы не приводим все фотографии просто из-за отсутствия журнальной площади), оснащены системой термоконтроля и поставляются для разных типов процессоров с агрегатами, рассчитанными на разную мощность. Верхняя часть корпуса VapoChill изолирована от нижней части АТХ-формата стальной перегородкой. Здесь установлен горшкообразный компрессор и трубчатый радиатор конденсатора со своим вентилятором. В нижнюю часть корпуса, где установлена материнская плата и все остальное оборудование компьютера, опускается двунаправленный трубопровод в толстой теплоизоляции. Главный охлаждающий элемент процессора — испаритель — заключен в специальный футляр довольно сложной конструкции, куда также вмонтирован плоский нагревательный элемент. Все это надежно изолируется от окружающего пространства с помощью внешнего кожуха. На материнской плате криоблок размещается довольно компактно (см. фото). Разные модификации криогенных установок VapoChill могут понижать температуру незагруженного процессора до –25–40 °С.