Usando el calor de la CPU para generar electricidad

Question

He estado leyendo Tanenbaum está Estructurado de la Organización del Equipo y dice en uno de los principales cuellos de botella para aumentar la velocidad de reloj de CPU es el calor. Así que empecé a pensar: ¿Es posible quitar el disipador de calor por completo y utilizar el calor para generar más electricidad? He estado buscando en este y se encontró que estos materiales termoeléctricos y este generador termoeléctrico:

He leído en que artículo de la Wikipedia que "de Silicio-germanio aleaciones son actualmente los mejores materiales termoeléctricos alrededor de 1000 °C (...)", y sé que la CPU normalmente operan alrededor de 30~40°C. por Lo tanto, llegar a 1000 °C requeriría más Cpu.

Así que pensé: ¿Qué acerca de poner una gran cantidad de Cpu en paralelo sin sus disipadores de calor para reunir más calor? También podemos overclock estas CPUs un montón y ver la cantidad de calor que puede generar.

Pero estoy atascado. No sé qué pensar. Ni siquiera sé si es una buena línea de pensamiento.

Mi pregunta es: ¿por qué no desarrollar algún tipo de disipador de calor que se genera electricidad a partir de la CPU del calor? Sé que alguien ya debe haber pensado acerca de eso y pensar en una razón para no hacerlo, pero no puedo averiguar.

Así que, ¿por qué no es posible?

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EDITAR una aclaración: yo no quiero Cpu a trabajar a 1000 °C. voy a mostrar mi razonamiento pasos (no necesariamente correcta), que fueron aproximadamente:

1. Velocidad de reloj de CPU está limitada por la temperatura de trabajo (T).
2. Cpu generar calor. El calor hace que T ascenso.
3. Los disipadores de calor de cuidar de que el calor en el fin de mantener T=40°C.
4. Reemplazar el disipador de calor con generador termoeléctrico (construidos a partir de SiGe o material similar)
5. Poner un montón de Cpu de lado a lado para incrementar la generación de calor.
6. El calor que sale de la Cpu para el TEG, así Cpu permanece en T=40°C.
7. Es esto posible?
8. Cómo construir un TEG? Con que material utilizar?
9. ¿Por qué el dispositivo no existe ya?
10. Esta pregunta.

EDIT2: veo que mi idea es fundamentalmente malo y malo. Gracias por todas las respuestas y comentarios. Lo siento por cualquier malentendido.

Answer 1

El problema con los generadores termoeléctricos es que son terriblemente ineficiente.

Para que una CPU que usted TIENE que deshacerse de el calor que producen, o se derrita.

Se puede conectar un módulo peltier y extraer una pequeña cantidad de electricidad a partir de ellos, pero aún se necesita disipar el resto del calor a través de un clásico intercambio de calor con el método. La cantidad de electricidad generada probablemente no sean lo suficientemente importantes como para justificar el costo de la instalación.

También PUEDE utilizar peltiers como refrigeradores. Sin embargo, usted necesita para AÑADIR potencia a la bomba de calor. Ese poder tiene que ser disipado a lo largo de con el calor va a quitar a través del intercambiador de calor. Al final, el último tiene que ser mayor para que su efecto neto es peor.

El calor del poder es un "santo grial" de la idea y es la altura de la fusión fría como un teórico sueño.

EDITADO PARA MAYOR CLARIDAD

Eficiente DIRECTA de la conversión de calor en electricidad es un "santo grial" de la idea y es la altura de la fusión fría como un teórico sueño.

Answer 2

Para la generación de electricidad, desea que el lado caliente (procesador) a ser tan caliente como sea posible para obtener la máxima eficiencia. El generador térmico ralentiza el movimiento de calor a medida que se extrae energía de ella.

Para hacer el cálculo, desea que el procesador de ser tan frío como sea posible. Las temperaturas altas aumentan la resistencia eléctrica del silicio. Esta es la razón por la que tienen altamente conductivo y disipadores de calor, ventiladores, etc: para mover el calor tan rápido como sea posible.

Estos requisitos se oponen directamente a la una de la otra.

Answer 3

Sorprende que nadie ha dicho:

Generando electricidad a partir del calor residual de algún proceso que quema combustible puede tener sentido. ¿Generando electricidad a partir del calor residual de un sistema que es alimentado por electricidad en el primer lugar? No tiene sentido. Si es posible para usted ahorrar energía al hacer esto, es posible ahorrar aún más energía mediante la construcción de un sistema que utiliza la electricidad más eficientemente en el primer lugar.

Answer 4

tl;dr Sí, se puede extraer una pequeña cantidad de energía de la CPU del calor de desecho, pero su disipador de calor debe ser el más grande, el más potencia de la que desea extraer.

explicación No hay ninguna máquina que convierte el calor en el poder, sólo las máquinas que convierten el calor de la diferencia en el poder. En su caso, que la diferencia es la que existe entre la temperatura de la CPU y de la temperatura ambiente. La eficiencia máxima teórica para este proceso es (1 - T_cold / T_hot), así que para una temperatura ambiente de 25 ° C, una temperatura de la CPU de 40 ° C y un flujo de calor de 50W que podría generar 2,4 vatios de electricidad con un ideal convertidor (las temperaturas son la temperatura absoluta en grados Kelvin). Si usted permite que la CPU para llegar a 60 ° C, se puede obtener hasta 5 vatios, y si permite a los 100 ° C, se puede obtener hasta 10 vatios. La vida Real de calor-a-convertidores de potencia son más ineficientes, especialmente termoeléctrica elementos. Me gustaría recomendar un motor stirling, que está más cerca del ideal de la eficiencia.

Esta es la forma en que el calor fluye con un disipador de calor pasivo:

[CPU] --> [Environment]

El CPU-para-Ambiente de la unión tiene una resistencia térmica, que se mide en grados Kelvin por Vatio, directamente equivalente a cómo la resistencia eléctrica se mide en Voltios/Amperios. Usted podría han encontrado Kelvin por Vatio valores en algunas de las hojas de datos. Un ideal del disipador de calor tiene resistencia cero, por lo que la diferencia de temperatura es de 0 y la CPU funciona a temperatura ambiente (25 ° C). Con la vida real del disipador de calor de 0.5 K/W y un flujo de calor de 50W (la CPU genera 50W de calor), la diferencia de temperatura es de 25 KB y el CPU está a 50 grados C.

Esta es la forma en que el calor fluye con la propuesta de su máquina:

[CPU] --> [Hot end of machine] --> [Cold end of machine] --> [Environment]

Hay resistencia térmica, es decir, diferencias de temperatura, en los tres puntos. Supongamos que la conexión entre la CPU y el extremo caliente de la máquina es ideal, es decir, están a la misma temperatura. La resistencia térmica en el interior de la máquina se utiliza para generar electricidad. La resistencia térmica entre el frío extremo y el medio ambiente está dado por el frío extremo del disipador de calor.

Dicen que el disipador de calor en el frío extremo es el mismo que hemos utilizado para la CPU, con 0.5 K/W, y queremos que el CPU a 50 ° C. a Continuación, el frío extremo de la máquina ya está a 50 grados C, y no puede haber ninguna diferencia de temperatura de la máquina, es decir, no puede generar ningún poder. Si hacemos uso de un disipador de calor dos veces fue grande (0.25 K/W), entonces el frío extremo será del 37,5 º C y la diferencia de temperatura de la máquina es de 12,5 º C, por lo que puede generar un poco de poder.

Cualquier máquina que extrae energía de una diferencia de temperatura supone una resistencia térmica igual a (temperature difference)/(Heat flow). La resistencia térmica de la máquina se agrega a la resistencia térmica del disipador de calor, por lo que la temperatura de la CPU siempre será más caliente si hay una máquina en el medio.

Por CIERTO, Algunos de los overclockers ir por el camino opuesto: Que añadir un elemento termoeléctrico, que corre en sentido inverso, el uso de energía eléctrica para bombear el calor de la CPU al disipador de calor, la creación de un negativo por diferencia de temperatura. La CPU está en el extremo frío, y el disipador de calor en el extremo caliente.

Por CIERTO Esta es la razón por las centrales nucleares tienen enormes torres de refrigeración, que funcionan como el frío extremo del disipador de calor.

Answer 5

Divertido pensar, pero no. Su CPU no es sólo un chip, hay de unión de los cables y una carcasa que no sería exactamente una oportunidad a 1000°C.

Aparte de eso, todavía hay algunas leyes de la termodinámica para ser considerado. Usted todavía tiene que poner en una gran cantidad de energía en el sistema para conseguir muy poco. El sistema Peltier a la que te refieres tiene un gran dT (diferencia entre el frío y el lado caliente), así que simplemente quitar los disipadores de calor, se abrirá el "frío" de lado a la misma temperatura del lado caliente, así que no hay más energía para ser adquirido aquí, usted necesita para enfriar el Lado frío que va a arruinar la eficiencia aún más. Por otra parte, aquellos elementos Peltier se puede utilizar para generar una diferencia de temperatura como en la refrigeración de la CPU.