'Koeling met kokend water mogelijk'

Amerikaanse onderzoekers zijn erin geslaagd de ongecontroleerde beweging van watermoleculen in stoom in een bepaalde richting te sturen, waardoor het water zichzelf kan voortbewegen in een vooraf bepaalde richting. Het principe is vergelijkbaar met het fenomeen dat men ziet wanneer men een pan verhit en er vervolgens water op laat vallen. De druppels zullen heen en weer vliegen over de bodem van de pan, 'zwevend' op een stoomlaagje. Door een uiterst nauwkeurig patroon van groeven aan te brengen in de bodem, blijkt het mogelijk te zijn de richting waarin de druppels bewegen onder controle te houden. Heiner Linke, een van de onderzoekers, vertelt dat het bovendien mogelijk is het water omhoog te laten lopen over een oppervlakte met een hellingsgraad van twaalf graden.

Het onderzoek werd oorspronkelijk uitgevoerd om na te gaan in hoeverre het mogelijk is random energie om te zetten in een gestuurde beweging, maar gaandeweg kregen de wetenschappers het idee om dit principe in te zetten als koeltechniek voor microprocessors. 'Het zou fantastisch zijn als we de hitte van de microchip kunnen gebruiken als pomp, dan heb je geen additionele energiebron voor de koeling van je computer nodig. Het mooie van dat systeem is dat er pas gekoeld wordt wanneer de chip te warm is', aldus Linke. De pompen die tegenwoordig gebruikt worden voor waterkoeling, ontwikkelen zelf namelijk ook warmte. In een filmpje dat het team maakte, is duidelijk te zien hoe het water 'zichzelf voortbeweegt'.

Reacties (78)

[Verwijderd]

Het fenomeen van de zwevende waterdruppels in een pan, de mogelijkheid om een vochtige hand in een pan met vloeibaar lood te stoppen zonder te verbranden of om met vochtige voeten over kolen te lopen wordt ook wel het Leidenfrost effect genoemd:

http://en.wikipedia.org/wiki/Leidenfrost_effect

http://www.natuurkunde.nl.../view.do?supportId=786857

http://www.wiley.com/coll...pdf/leidenfrost_essay.pdf

[Verwijderd]

Goed dat je die voorbeelden aanhaalt, want het toont het sterk thermisch isolerend effect van het Leidenfrost-effect aan. Om maar een idee te geven: stoom heeft een thermische conductiviteit die zowat 10000x lager ligt dan koper.

Ik stel mij dan ook vragen over hoe dit effect kan benut worden om een CPU te koelen.

[Reason]

Omdat het denk ik niet gaat om het verwarmen van de druppel erboven, maar om de energie die nodig is om het onderste laagje te laten koken.

[Verwijderd]

even filosoferen over het gegeven: men neme een koffiezet apparaat. We gooien water in de bak. Door een verhittingselement wordt het water verhit en begint op te borrelen in een dunnepijp en wordt zo een “pomp”. in ieder geval een waterloopje. Dat via een filter met koffie weer terug komt in een bak op een warmhoudplaatje. Stel we laten het water dat is gaan borrelen condenseren (radiator?-uitwisselelement?) en in de oorspronkelijke “bak” terugkeren. Koeling zonder motor? Zo denkend vraag ik me af waar het geniale zit in de ontdekking. Het begin van het principe zit toch ingebakken in het koffiezet apparaat?

[Verwijderd]

Jep, dat is dus precies wat een heatpipe ook doet

[Verwijderd]

Het mooie van dat systeem is dat er pas gekoeld wordt wanneer de chip te warm is...

Dan is het te laat

[Banshee]

Heb jij de tekst wel goed gelezen?
Je kan het koelmechanisme ook in werking laten treden bij bv. 50c, als je de druk in een heatpipe verlaagd.
Zoals al eerder is aangegeven hierboven, heb je geen 100c nodig om water te laten koken.

[Verwijderd]

Nee, hij bedoelt dat je te laat bent als de chip *te* warm is geworden. Je moet iets eerder beginnen met koelen, zodat de chip net niet *te* warm wordt.

[Verwijderd]

De onderliggende fysica is de basis van de oude grap dat

"there isn't a hottest place in hell --- if there were any temperature differential at all, a reasonably competent engineer could construct a heat pump and thus generate an agreeable climate locally".

[Nivado]

Voor meer informatie over het princiepe kun je eventueel ook hier kijken.

Je moet er niet van uitgaan dat de temperatuur op 100 graden gehouden wordt. Als de druk laag genoeg is kookt water ook bij bv. 30 graden. Dan kan dit systeem bij die druk het apparaat op 30 graden houden.

[Countess]

wat is hier zo veel anders aan als bv een heatpipe
daar is de warmte ook de "pomp" die het systeem aandrijft.
eerlijk gezegt lijkt het me vooral ingewikkeld zo eigenlijk.

wel een grappige ontdekking dat het kan natuurlijk maar chip koeling zou nou niet echt direct het eerste zijn waar ik aan zou denken.

[coolcnor]

Het verschil is dat bij het gebruik van kokend water je gebruik maakt van een faseovergang (van vloeibaar -> gas). De warmteoverdrachtscoëfficiënt is daar een factor 100 tot 1000 hoger dan bij "gewone" warmteoverdracht middels een vloeistof. Dat is de reden dat bv een electriciteitscentrale met een stoom systeem werkt. een groot nadeel is dat de druk nog wel eens erg hoog kan worden en dat je als het water eenmaal stoom is weer veel minder warmte kunt afvoeren dan met vloeibaar water.
In een heat pipe maak je gebruik van het feit dat een warme vloeistof een lichter is dan een koude. Hierdoor krijg je, als een gesloten systeem hebt met aan de ene kant een hete plek en de andere kant een koude plek, vanzelf een circulatie.
Het ingenieuze van deze uitvinding is dat je gebruik maakt van een soort "natuurlijke circulatie" zoals in een heat pipe, maar OOK gebruik maakt van de faseovergang tijdens de warmte overdracht.

[masteriiz]

Heatpipe maakt nu juist wel van deze overgang gebruik. Een heatpipe is gevuld met een gas onder een abnormaal hoge druk, of een vloeistof onder een abnormaal lage druk. Hierdoor heeft het gas een soort 'tussenfase': het is niet helemaal vloeibaar, en ook niet helemaal gasvormig. Aan de onderkant is het netaan vloeistof, en bovenaan netaan gas. Door warmte aan de bron wordt de vloeistof meer gasvormig en verplaats zich naar boven, alwaar het zijn energie aan de omgeving (heatsink meestal) kwijtraakt en condenseerd. Omdat dit een continu proces is gaat dit "rapido". Steek maar eens een heatpipe met je hand in een bakje heet water. ( niet kokend (au!!))

[Verwijderd]

je kunt een heatpipe niet voor je hele systeem gebruiken, het is enkel de bedoeling om de warmte van punt a naar punt b te voeren. Hierbij moet dan nog rekening gehouden worden met dat punt a hoger ligt dan punt b omdat anders de stoom niet opstijgt

een pomp daarentegen kan dus alle kanten op en kan ook wat meer druk leveren waardoor een grotere setup mogelijk wordt.

@countess hieronder

ik denk dat we het erover eens kunnen zijn dat een heatpipe voldoende nadelen heeft ten opzichte van een systeem met een pomp erin, dat geeft gewoon veel meer vrijheid (en ja het heeft ook voordelen )

[Countess]

heatpipe kan wel ondersteboven gebruikt worden, door gebruikt te maken van het wik effect.
en dat kan een heel stuk steiler als 12 graden.

[un1ty]

Bij een heatpipe kan het water maar een kant op, en dat is naar het uiteinde.
het water kan daar niet ontsnappen,
hierbij wel.
zie het filmpje maar.

(wou ik overigens laatst nog posten, stond op HardOCP, maar ben vergeten )

[edit]

ik was niet helemaal duidelijk.
ik doelde erop dat het water zich nu horizontaal/verticaal in 1 richting beweegd, en niet meer willekeurig alle kanten op.

[Countess]

ontsnappend water is ook helemaal niet practies. dan moet je steeds bijvullen, dus wat is hier de grote winst?

[gabiballetje]

Ja, dat zal wel even duren voordat dit werkelijkheid is, het idee e de basistechniek is er, maar nu nog eens nuttig en betaalbaar toepassen.
Daarbij is dit natuurlijk nog een stapje gevaarlijker.

[Verwijderd]

Ik neem aan dat je `gevaar' in de kooktemperatuur schuilt? Er is namelijk niet direct een reden om water te gebruiken, lijkt mij:
als je wilt beginnen koelen op zeg 40*C, dan kies je een vloeistof met een kookpunt in die buurt. Als je water gebruikt, lijkt het mij dat je CPU al overleden is...

[Countess]

of je verlaagt de druk zodat water kookt bij 40 graden (al is die druk dermaten laag dat je idd waarschijnlijk iets anders wilt gebruiken)

maar dat doen we dus al en dat heet een heatpipe.

[engibenchi]

Maar als je de druk verlaagt heb dan verdampt er toch weer water tot de damp druk die bij de aanwezige tempratuur hoort bereikt is?

[Verwijderd]

Voor het verdampen van water is veel meer energie nodig dan voor het verdampen van bv. freon.

[burne]

Silicium halfgeleiders mogen nog altijd gewoon 250 graden Celcius worden. Met waterkoeling direct op de die zal je minder of geen hotspots hebben en het hele oppervlak van de chip op rond de 100 graden Celcius kunnen houden. Da's geen enkel probleem.

[masteriiz]

Mis; meeste processors hebben een min/max operating temperatre van 0-70 a 100 graden celsius. Misschien smelt het silicium wel niet, maar hierboven gaat de boel wel stuk.

[Jaco69]

Op de chip zelf mag het 150 graden worden het liefs wat eronder, 250 is te veel!

[ProfPi]

...zal wel even duren voordat dit werkelijkheid is...

Zal wel geen werkelijkheid worden. Voor betrouwbaarheid gebruik je een motor (die een shutdown kan uitvoeren als deze het begeeft). Energieverbruik valt wel mee in vergelijking tot verliezen die je zowiezo al hebt (de geproduceerde warmte van de CPU).

Als je het voor het terugdringen van geluid zou doen dan is er de al eerder genoemde heatpipe. Betrouwbaarder (hoeft niet tussen 0 en 12 graden opgesteld te worden). Waarschijnlijk effectiever (grote verdampingsenthalpie in heatpipe, de voorgestelde methode transporteert voornamelijk vloeistof). De nieuwe methode functioneert eveneens niet als alle vloeistof verdampt is (zoals bij een heatpipe het geval).

Het is een leuk effect om physisch/theoretisch te onderzoeken. De "toepassing" is er een beetje met de haren bijgesleurd om onderzoeksgeld van verschillende organisaties los te krijgen.

[Verwijderd]

Goeie morgen zeg. Hoe werkt een heatpipe? Ja, juist, met kokend gedestileerd water.

Ze doen alsof dit een uitvinding is, maar echt heel moeilijk is het niet, en de techniek is al zo oud als het zijn kan. Dat ze nou echter icm groeven de richting kunnen bepalen is wel cool.

Lees ik het bericht goed, en is dit dus water, zonder lucht? Of maken ze hier nogsteeds gebruikt van een "beetje" water onder een andere druk?

Heatpipes zijn zelf in ieder geval MAKKELIJK te maken, en kunnen werken onder IEDERE hoek (zolang het koelgedeelte maar hoger ligt dan de verwarming). Als het water afkoelt dan condenseert het, en drupt het naar beneden, daar begint het te koken en zweeft weer naar boven.

Een heatpipe die ik gemaakt heb die gaat al koken zodra ik hem vastpak, dat merk je duidelijk (word gelijk kouder als je hem pakt).

[RetepV]

Goeie morgen zeg. Hoe werkt een heatpipe? Ja, juist, met kokend gedestileerd water.

Nee, het werkt met waterdamp. Maar daar hoeft het water nog echt niet voor te koken hoor. De zee hoeft toch ook niet te koken om wolken te krijgen? En je kleren hoeven ook niet te koken om droog te worden?

Voor de hier voorgestelde koelmethode is het wel nodig om het water te koken, anders doet het 'loop-effect' zich niet voor.

[masteriiz]

Het werkt met een willekeurige vloeistof/gas onder een daarvoor geschikte druk. Je wilt de druk zo keizen dat het gas/vloeistof zich net onder het kookpunt bevind.

[TheCapK]

Eigenlijk koken de artikelen die jij opnoemt allemaal wel maar dan op moleculaire schaal! Het bovenste laagje onttrekt alle energie die het nodig heeft om te kunnen verdampen uit zijn directe omgeving. Voor dit verdampen moet het in principe koken. Daar dit echter op moleculaire schaal gebeurt zal je dit niet merken. Dit verschijnsel wordt ook wel sublimeren genoemd en dit kan ook met ijs gebeuren!

[Niles]

Sublimeren is de directe overgang van een stof in vaste fase naar de gasfase, waarbij het dus de vloeibare fase overslaat. Heeft dus niks te maken met het feit dat het vocht in bv kleren op moleculaire schaal verdampt ('kookt').

[Verwijderd]

Eigenlijk koken de artikelen die jij opnoemt allemaal wel maar dan op moleculaire schaal!

Koken en verdampen zijn wezenlijk verschillende zaken. Verdamping wordt door niets anders veroorzaakt dan thermische ofwel Brownse beweging van moleculen. Deeltjes in gassen en vloeistoffen bewegen als gevolg van de temperatuur in compleet willekeurige richting. Aan het vloeistofoppervlak schieten er daardoor ook deeltjes uit de vloeistof. Het aandeel van vloeistofdeeltjes in de ruimte boven de vloeistof noemen we de dampdruk. Het omgekeerde effect, condensering, is ook aanwezig: sommige gasdeeltjes vliegen weer terug in de vloeistof. Een gegeven moment wordt een evenwicht bereikt tussen verdamping en condensering. Voor iedere vloeistof ligt de dampdruk op dat punt bij een bepaalde druk en temperatuur vast.

Koken is iets heel anders. Hierbij maakt de vloeistof een faseovergang door. Door de temperatuur willen moleculen als het ware ineens niet meer dicht op elkaar zitten waardoor een gas ontstaat. De bellen in kokend water zijn dan ook gasvormig water. In de relatief koudere omgeving boven het water koelt dit gas meteen weer af waardoor waterdruppels ontstaan, met de bekende witte stoom als gevolg.

Wolken zijn een vergelijkbaar fenomeen, maar dan als gevolg van de eerder genoemde Brownse beweging. In hogere dus koudere luchtlagen ligt de dampdruk van water veel lager dan vlak boven zee. Anders gezegd: koudere lucht kan veel minder water vasthouden dan warme lucht. Warme met water verzadigde lucht stijgt op en koelt af. De dampdruk neemt af waardoor condensatie en dus wolkenvorming optreedt.

*edit*
Toch wel vreemd dat de ene keer een uitgebreide uitleg gewaardeerd wordt, en de andere keer compleet niet op prijs wordt gesteld. T.net bezoekers zijn alles behalve consequent zo blijkt nog maar eens.

[Gogar]

(zolang het koelgedeelte maar hoger ligt dan de verwarming).

Dit is wel triest zeg, een gozer die zelf heatpipes maakt en niet eens weet dat ze ook werken zelfs wanneer het heetste punt hoger ligt.

[Verwijderd]

Als je gebruik maakt van capilaire werking of een lint oid. wel ja, anders niet hoor.

[Verwijderd]

@RuL0R:

Een heatpipe maakt gebruik van diffusie en niet van capillaire werking. De waterdamp kan net zo goed omhoog als omlaag diffunderen. Voor capillaire werking zijn heatpipes doorgaans niet eens dun genoeg, wat logisch is gezien diffusie in een dunne buis veel lastiger gaat.

[Greyh0und]

wij willen plaatjes!!!1!!

[Darude1234]

Wat ik me alleen afvraag is wat het voor zin heeft om kokend water te gebruiken. Volgens mij heeft dit uiteindelijk alleen maar meer gevolgen voor oververhitting van de CPU. Stikstof doet het toch ook prima?

Het mooie van dat systeem is dat er pas gekoeld word wanneer de chip te warm is

Je moet juist zorgen dat de chip niet te warm wordt. Als hij al te warm is, is het al te laat

[Michali]

Hoezo? Jij gaat toch ook pas zweten als je het te warm hebt? Dan is het toch ook niet te laat?

[Verwijderd]

Als de chip de groefje svan de koeler warm moet stoken tot 100 graden is ie zelf allang bij de 200...
dan ben je niet helemaal op tijd meer vrees ik.

[iain]

Als de chip de groefje svan de koeler warm moet stoken tot 100 graden is ie zelf allang bij de 200...

Iets dat in aanraking is met water kan niet warmer worden dan 100 graden, omdat het water niet warmer kan worden. Wellicht ken je het scheikundeproefje nog dat je water in een plastic bekertje doet en dat boven de brander houdt. Het bekertje smelt of brand dan niet, want het wordt koelgehouden door het water.

[Seal64]

Behalve dan dat dat proefje meestal met een papieren bekertje wordt gedaan. Veel soorten plastic vervormen al onder de 100 graden Celcius...

[NBK]

Dat komt ook doordat er vloeibaar water tegen het plastic aan drukt. De druppel water ligt in dit proefje eigenlijk 'geisoleerd' op een laagje stoom. Stoom is een slechte warmte geleider dus de chip zal wel heter worden dan 100 graden.

[Verwijderd]

Iets dat in aanraking is met water kan niet warmer worden dan 100 graden, omdat het water niet warmer kan worden.

Als dat iets sneller warm wordt dan de mate waarin het beschikbare water (of volume ervan) het kan afkoelen kan iets wel degelijk warmer dan 100 graden worden. Met zeer gevaarlijke gevolgen als er dan nog (koeler) water mee in aanraking komt.

[Buggle]

Jawel, want dan ga je stinken

[Greyh0und]

ligt eraan of je je zelf erna douched of niet

[Gepetto]

Stikstof doet het toch ook prima?

Zolang je stikstof blijft aanvoeren wel, maar daar ligt ook gelijk het probleem. Stikstof is namelijk niet zo lekker op te slaan in een gesloten circuit. Bij kamertemperatuur al niet, dus daarboven zeker niet, simpelweg omdat het kookpunt van stikstof zo laag ligt dat er een enorme druk ontstaat bij het verdampen ervan.

[Verwijderd]

pianoman, zoals er al eerder gezegd is kookt water niet altijd bij 100*C, met een lagere druk is het ook mogelijk om met minder graden het water te laten koken, zie de reactie voor jou.

[jelmervdmeer]

idd, zo is het practisch onmogelijk om in de alpen (op hoogte) een eitje te koken op een vuurtje