Comparison of the Peltier Effect Cooled Liquid Cooling System Developed for Computers Operating in Harsh Environment Conditions with the Fan Cooling System

Öz

The increasing use of computer systems in various fields has brought along various challenges. To achieve higher processing power, electronic components of processors are being made more compact. In this case, heat dissipation becomes a crucial issue. The rising temperatures of semiconductor materials lead to higher power consumption and the degradation of their stability. Fan cooling systems, developed for the purpose of cooling computer processors, are affected by environmental conditions such as dust and ambient temperature. The emission of harmful gases by air conditioning cooling systems has prompted researchers to explore new methods for computer cooling systems. In this study, it has been observed that a liquid cooling system cooled by the Peltier effect provides 40% cooling efficiency at a clock speed of 2511 MHz and 24% cooling efficiency at a clock speed of 2745 MHz compared to the fan cooling system. The experiments revealed that the liquid cooling system cooled by the Peltier effect consumes 32.85% more power than the fan cooling system.

Anahtar Kelimeler

• Fan cooling
• liquid cooling
• peltier effect
• processor cooling
• semiconductor materials

Zorlu Ortam Koşullarında Çalışan Bilgisayarlar için Geliştirilen Peltier Etki ile Soğutulan Sıvı Soğutma Sisteminin Fanlı Soğutma Sistemi ile Karşılaştırılması

Öz

Günümüzde kullanım alanları artan bilgisayar sistemleri çeşitli sorunları da beraberinde getirmiştir. Yüksek işlem gücü elde etmek için işlemcilerin elektronik bileşenleri daha sıkı yapılar haline getirilmektedir. Bu durumda ısının uzaklaştırılması önemli bir sorundur. Yarıiletken malzemelerin sıcaklıklarının artması daha yüksek güç tüketimlerine ve kararlı yapılarının bozulmasına sebep olmaktadır. Bilgisayar işlemcilerinin soğutulması amacıyla geliştirilen fanlı soğutma sistemleri bilgisayarın bulunduğu ortamın toz ve sıcaklık gibi çevresel şartlarından etkilenmektedir. Klimalı soğutma sistemlerinin çevreye zararlı gazlar yayması bilgisayar soğutma sistemlerinin geliştirilmesinde araştırmacıları yeni yöntemlere yönlendirmiştir. Bu çalışmada; peltier etki ile soğutulan sıvı soğutma sisteminin, fanlı soğutma sistemine göre 2511 MHz saat hızında %40, 2745 MHz saat hızında %24 oranında soğutma verimliliği sağladığı görülmüştür. Yapılan deneylerde peltier etkisi ile soğutulan sıvı soğutma sisteminin fanlı soğutma sistemine göre %32,85 oranında daha fazla güç tükettiği tespit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Fanlı soğutma
• işlemci soğutma
• peltier etki
• sıvı soğutma
• yarıiletken malzemeler.

Kaynakça

1. Aydoğan, Ş. (2015). Katıhal Elektroniği. In (1 ed., pp. 1-15). Nobel Yayınları.
2. Barbosa, J. G., Drummond, L. M. A., & Lefèvre, L. (2022). Special Issue on Computer Architecture and High-Performance Computing. Journal of Parallel and Distributed Computing, 168, 137-138. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.jpdc.2022.06.013
3. Chang, Y.-W., Cheng, C.-H., Wu, W. F., & Chen, S.-L. (2007). An Experimental Investigation of Thermoelectric Air-Cooling Module. World Academy of Science, Engineering and Technology, 33.
4. Cinebench. (2023). Retrieved 11 from https://www.maxon.net/en/cinebench
5. Delattre, F. (2023). CPU-Z. Retrieved 11 from https://www.cpuid.com/softwares/cpu-z.html
6. Elliott, J., Lebon, M., & Robinson, A. (2022). Optimising integrated heat spreaders with distributed heat transfer coefficients: A case study for CPU cooling. Case Studies in Thermal Engineering, 38, 102354.
7. Erkol, O., & Demirel, H. (2012). TERMOELEKTRİK MALZEME İLE SEYYAR SU SOĞUTUCU UYGULAMASI. TÜBAV Bilim Dergisi, 5(1), 16-20.
8. Jajja, S. A., Ali, W., Ali, H. M., & Ali, A. M. (2014). Water cooled minichannel heat sinks for microprocessor cooling: Effect of fin spacing. Applied thermal engineering, 64(1-2), 76-82.

9. Levin, I. I., Dordopulo, A., Doronchenko, Y., Raskladkin, M., Fedorov, A., & Kalyaev, Z. (2016). Immersion liquid cooling FPGA-based reconfigurable computer system. IFAC-PapersOnLine, 49(25), 366-371.
10. Onaran, K. (1995). Malzeme Bilimi (12 ed.). Bilim ve Teknik Yayınevi.
11. Tan, S. O., & Demirel, H. (2015). Performance and cooling efficiency of thermoelectric modules on server central processing unit and Northbridge. Computers & Electrical Engineering, 46, 46-55.
12. Zhu, K., Zheng, M., Wang, B., Dai, B., Wang, Y., Wei, J., & Chen, X. (2017). Experimental study of energy saving performances in chip cooling by using heat sink with embedded heat pipe. Energy Procedia, 105, 5160-5165.
13. Zhu, L., Tan, H., & Yu, J. (2013). Analysis on optimal heat exchanger size of thermoelectric cooler for electronic cooling applications. Energy conversion and management, 76, 685-690.