Soğutma Sistemi: Soğutucu Bloklar Nedir? Ne İşe Yarar?
Makine Mühendisliği ve benzeri bölümlerden mezun olan arkadaşların aldığı ders itibariyle, ısı transferi ve termodinamik konularına aşinadır. Termodinamik sistemlerin denge durumu, denge durumundan başka bir duruma geçmesi gibi konularla ilgilenir. Termodinamikte nihai amaç, bu geçişler için gereken ısı enerjisi miktarlarını bulmaktır. Isı transferi için nihai amacı söylemek gerekirse, denge durumu değişimleri için ısı enerjisi transfer hızlarıyla ilgilenir. Yani bilim dalı birbirinden bağımsız düşünülemez.
Isı enerjisi her zaman yüksek sıcaklıktan, düşük sıcaklığa doğrudur ve sistem dengeye ulaştığında ısı transferi durur. Isı transferi iletim, taşınım ve ışınım yoluyla gerçekleşir. Konumuz soğutucu blokları olduğundan daha çok iletim ve taşınım ile ilgileneceğiz. Mühendislik hesaplamalarında genelde ışınım ihmal edilir.
Okuyabilirsiniz: Servo Motor Nedir? Nasıl Çalışır? Özellikleri Nelerdir?
Soğutma Sistemi Amacı
Sistemlerdeki soğutucu kullanımının amacı, ısı transferi hızını arttırarak sıcaklığın artmasını önlemek, bu sayede sistemin optimum şekilde çalışmasını sağlamaktır. Malzeme olarak genelde alüminyum ve bakır soğutucular kullanılır. Maliyet, izlenebilirlik ve ağırlık açısından alüminyum soğutucular piyasada daha belirgin görülür. Ancak son zamanlarda bazı işlemci firmaları ürünlerinde bakır soğutucuları kullanmaya başladı.
Kendimde güç elektroniği sektöründe çalıştığımdan, konuyu fazla dağıtmadan yarıiletkenlerin soğutucular ile kullanımına değineceğim. Yarı iletkenlerin anahtarlama kayıpları olukça fazladır. Bu güç ortaya elektrik enerjisinden, ısı enerjisine dönüşen bir güç olarak çıkar. Yarı iletken malzemeler silisyum kaynaklı olup, 180-210˚C’lerde yapıları bozulmaya başlar.
Yarıiletken elemanlar ısı iletimi yüksek bir yapıştırıcı madde ile soğutucu bloklara yapıştırılır. Nihai amacımız kompanentin en hızlı şekilde üzerindeki ısı enerjisini, soğutucu üzerine boşaltmaktır. İletim yoluyla ısıyı üzerine alan soğuyucu blok, taşınım yoluyla havaya atar. Bu şekilde yapılan bir soğutma doğal soğutma olarak adlandırılır. Bir fan, pompa vb. gereçlerle taşınım hızını arttırırsak, zorlanmış taşınım yapmış oluruz. Genelde de bizim sektörde bu yöntem kullanılır.
Okuyabilirsiniz: Termodinamik Nedir? Termodinamik Yasaları Nelerdir?
Soğutma Kanatçıkları (Finler)
Soğutucu seçme işleminden önce yarı iletkendeki ısı akışını anlamak ve bu çerçevede Termal Devre (Termal Direnç) ve gerekli parametreleri analiz etmek gerekir. Bu konulara fazla girmeden soğutucunun yapısal olarak değişimi ile soğutma kapasitesinin değişiminden bahsedeceğim. Soğutucularda çevremizde de gördüğümüz üzere kanatçıklar bulunur. Bunların amacı havaya temas eden yüzey alanını arttırarak, havaya taşınım ile aktarılan ısı enerjisini arttırmaktır. Buradan kanatçık sayımız arttıkça ısı taşınım miktarımız maksimum seviyeye çıkıyor gibi yanılgıya düşebiliriz.
Doğrusu bende CFD analizleri yapmadan önce böyle düşünüyordum. Ancak gördüm ki zorlanmış taşınımda, fanın gönderdiği havanın soğutucu kanatçıkları arasından yeterli derecede havanın geçmesi gerekiyor. Sonuç olarak iyi bir soğutma için, havanın rahat geçebilmesi için optimum düzeydeki kanatçık aralığı olan maksimum yüzeye sahip bir soğutucuya gereksinim duyarız. Piyasadaki standart soğutucular bu teorik hesaplardan geçerek standartta oturtulmuştur. Soğutmak istediğimiz sisteme göre soğutucumuzu seçeriz ve buradan hareketle yeterli fan ile destekleyerek zorlanmış soğutma gerçekleştirebiliriz.
