コンピュータとバッテリー用の高度な冷却システム

• 研究者は、2種類の熱電材料を使用した新しい冷却システムを実証しています。
• 高温の物体から比較的低温の環境まで、自然な方向に熱をより効率的に加速します。

コンピュータチップ、レーザー、バッテリ、およびハイパワーエレクトロニクスが、より高い電力密度を備えたよりコンパクトな設計に進化するにつれて、より高度な熱管理技術が必要になります。これらのデバイスは、熱電冷却を使用して高温の物体から熱を取り除きます。

熱力学の問題とは異なり、これらのいわゆるペルチェクーラーは、冷たい物体を冷たく保つように最適化されています。ほとんどの商用ペルチェクーラーは、キャンプ用冷蔵庫や飲料用クーラーなどのポータブル冷凍要素です。それらは、寒い場所から暑い場所に熱を奪うことによって機能します（当然、熱は暑い場所から寒い場所に移動します）。

ただし、「アクティブ冷却」メカニズムでは、自然の熱の流れが高温の物体から比較的低温の領域に加速されます。この場合の目的は、温度低下を最小限に抑えながら、高温リザーバーから排出される熱を最大化することです。

最近、オハイオ州立大学とバージニア大学の物理学者は、バッテリーとコンピューターのアプリケーションに合わせて調整された熱電機器の新しい設計原理を考案しました。彼らは、2種類の熱電材料を使用した冷却システムのデモを行いました。

彼らはどのようにそれをしましたか？

効果的な熱電冷却装置を設計するために、研究チームは zT という性能指数に基づいて材料を選択しました。 、これは、冷凍モジュールを含む熱電モジュールの性能を決定するために使用されます。

参照：APS物理学​​| DOI：10.1103 / PhysRevApplied.11.054008

（電流のために）多くの熱を運ぶ材料は、 zT が高くなります。 。これらの材料は通常、熱伝導率が低いため、熱が機器を通って冷たい物体に逆流することはありません。ただし、オブジェクトが高温になると、熱は自然に放散されます。

比較的冷たい貯水池に囲まれた熱電機器に、熱い物体が取り付けられている通常の冷却状態を考えてみてください。電圧が印加されると、電子と正孔（熱を運ぶ電荷キャリア）が高温領域から低温領域に流れます。

アクティブな冷却と冷凍の違い|研究者の礼儀

冷却をより効率的にするために、チームは有効熱伝導率と呼ばれる新しい性能指数を開発しました。これは、アクティブな熱伝導率（電圧が印加されるとオンになる）とパッシブな（通常の）熱伝導率の合計を表します。

有効熱伝導率の高い2種類の材料を使用しました–

1. マグノン-電子がマグノンと相互作用し、余分な熱を運ぶ金属（コバルト）を引きずります。
2. 近藤効果金属（セリウム-パラジウム）。電子が互いに強く相互作用し、各伝導電子（正孔）に関連する熱を増加させます。

研究者はこれらの材料を使用してペルチェクーラーを構築し、それを低温と高温のリザーバーの間に配置しました。次に、パッシブモードとアクティブモードでデバイスをテストしました。

5アンペアの電流を流すと、デバイスは、ゼロ電流の場合よりも0.1ワット近く多くの熱をホットリザーバーから排出しました。温度差に基づいて、アクティブモードは1000ワット/メートルケルビンを記録しましたが、パッシブモードは40ワット/メートルケルビンに達しました。

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これらの種類のデュアルモードクーラーは、プロセッサーにとって有益である可能性があります。コンピューティングプロセスの数が少ない場合はパッシブモードで動作し、CPU使用率が高い場合はアクティブモードに切り替えることができます。