水や冷却剤の代わりに大量の液体金属をカスタム冷却ループに入れたらどうなるでしょうか? どのような課題に直面するでしょうか? これを実行することで何かメリットはあるでしょうか?
ボーナス: 標準的なプラスチック/ガラス管の代わりに銅管を使用し、銅管を通して液体金属を送り込んだらどうなるでしょうか? また、銅製の CPU ブロックも使用したらどうなるでしょうか?
答え1
Keltari さんの回答はすべて正しいのですが、他の重要な情報も加えて詳しく説明したいと思います。
熱を「伝達」したい場合、熱伝導率と熱容量という 2 つの主要な値に対処する必要があります。1 つ目は、他の材料から熱を受け取ったり、他の材料に熱を与えたりすることがどれだけ簡単か、つまり、熱い表面から熱を受け取ったり、冷たい表面に熱を与えたりできるかです。2 つ目は、どれだけのエネルギーを蓄えられるかです。
液体金属の熱伝導率は、固体金属に比べて非常に低いです。純粋な固体アルミニウムの熱伝導率は約 200 W/(m K)、純粋な銅は約 390 W/(m K) です。一方、水銀の値は約 8.5 W/(m K)、水の値は約 0.6 W/(m K) です。したがって、液体金属は熱伝達に関しては水より優れていますが、固体金属よりははるかに劣ります。
熱容量は別の部分です。液体の水の場合、1 K の温度変化 (つまり 1 °C または 2 °F の変化) には 4.187 kJ/kg が必要ですが、水銀の場合の同じ変化は 0.125 kJ/kg です。つまり、CPU 表面からの同じ熱は、水銀では 32 倍も大きな温度変化を引き起こすことになります。
単純に考えると、14 倍の伝導率と 32 倍の熱容量の悪化は、水冷に関連して約 50% 悪化したことになりますが、毒性や短絡要因などの他の危険な要因はまだ考慮されていません。(この計算は適切ではありません。現在の温度、圧力、転送時の横方向の散逸など、これらの値が依存する他の多くのパラメーターがあるためです。)
答え2
表面的には良いアイデアのように見えるかもしれませんが、実際にはこれはとても悪いアイデア。
室温で液体である金属（合金を除く）は、水銀とガリウムの 2 種類です。
まず、水銀は非常に有毒なので専門家のみが取り扱う必要があります。
ガリウムはアルミニウムと鋼鉄を腐食させる、これは熱を吸収するために冷却剤が流れる部分です。最終的にはジョイントとヒートシンクが破壊され、次の問題につながります。
水銀とガリウムはどちらも電気伝導体です。この 2 つの液体のいずれかが電子機器に漏れると、ショートを引き起こし、電子機器を損傷する恐れがあります。また、水銀は非常に有毒です。これだけでも、水銀を使用しない理由になります。
水銀とガリウムは熱による体積膨張率が高く、高熱下では大きく膨張し、圧力によって冷却ラインが破壊される可能性があります。
ガリウム自体は液体ではない部屋温度。融点は 85.58°F (29.76°C) で、PC の電源をオフにして完全に冷却すると、ガリウムは固まります。もちろん、液体が流れなくなるため、問題が発生する可能性があります。
さらにいくつかの考えを編集します:
水銀は非常に重いです。1 リットルの水銀の重さは 30 ポンド弱 (13.5 キログラム) です。1 リットルのガリウムの重さは 13.02 ポンド (6 キログラム) です。この液体を動かすには巨大なポンプが必要です。重さだけでも PCB が曲がったり壊れたりする可能性があります。
答え3
液体金属CPUクーラーはすでに存在しています。
http://www.guru3d.com/articles-pages/danamics-lmx-superleggera-review,1.html
これは、ナトリウムとカリウムの共晶合金である NaK を使用します。これは、空気、水、そしてほとんどすべてのものと恐ろしいほど反応します。
https://en.wikipedia.org/wiki/ナトリウム-カリウム_合金
同じ合金が原子力産業の冷却にも使用されています。
答え4
この種のことはかなり危険を伴う可能性があり、自宅で試す人にとっては大きな安全上の問題になると思われます。したがって、真面目な話、この回答は仮説的なものであり、自宅ではこのようなことを試さないでください、などです。
@uDev の回答主に次の 2 つの点に関心があるというのは正しいでしょう。
熱伝導率: 熱エネルギー（熱）が物質内を移動する速さ。
熱容量: 物質が保持できる熱エネルギー (熱) の量 (この場合は、熱くなりすぎて吸収できなくなるまでの量)。
水は熱容量が非常に高いため、優れた冷却剤となることがよくあります。つまり、水を温めるには比較的大量の熱が必要です。
とはいえ、他の回答の中には、この場合の熱容量の重要性を過大評価しているものもあると思います。問題は、私たちが実際に一定量の冷却剤を加熱しているのではなく、冷却剤が絶えず流れているため、基本的に
- [熱容量] * [流量]。
したがって、熱容量の低い冷却剤を選択した場合、流体の流れの摩擦熱が問題になる場合や流れの圧力によって機械的損傷が発生する場合など、ある合理的な限度まで冷却剤の流量を増やすことで、その差を補うことができます。
それで、はい原理的には、液体金属の熱伝導率が高いことが、いくつかの設計では役立つ可能性があります。
実際の制限として、冷却ループは冷却機構内で熱抵抗の唯一の発生源となります。そのため、たとえ有効熱抵抗が非常に低くなるように最適化されたとしても、システム全体の熱抵抗は CPU とその上の熱交換器の熱抵抗によって引き続き支えられる可能性があります。