Utilisation de la chaleur du processeur pour produire de l'électricité

J'ai lu l'organisation structurée des ordinateurs de Tanenbaum et il dit que l'un des principaux goulots d'étranglement pour augmenter la vitesse d'horloge du processeur est la chaleur. J'ai donc commencé à penser: est-il possible de retirer complètement le dissipateur thermique et d'utiliser cette chaleur pour produire plus d'électricité? J'ai cherché et trouvé ces matériaux thermoélectriques et ce générateur thermoélectrique :

J'ai lu sur cet article Wikipedia que "les alliages silicium-germanium sont actuellement les meilleurs matériaux thermoélectriques autour de 1000 ° C (...)" , et je sais que le CPU fonctionne normalement entre 30 et 40 ° C. Ainsi, atteindre 1000 ° C nécessiterait plus de CPU.

J'ai donc pensé: Et si on mettait beaucoup de CPU en parallèle sans leurs dissipateurs pour récupérer plus de chaleur? Nous pouvons également overclocker ces processeurs beaucoup et voir combien de chaleur ils peuvent générer.

Mais je suis coincé. Je ne sais pas quoi penser ensuite. Je ne sais même pas si c'est une bonne ligne de pensée.

Ma question est: pourquoi ne pas développer une sorte de dissipateur thermique qui génère de l'électricité à partir de la chaleur du processeur? Je sais que quelqu'un doit avoir déjà pensé à cela et pensé à une raison pour ne pas le faire, mais je ne peux pas le comprendre.

Alors, pourquoi n'est-ce pas possible?

EDIT pour clarification: je ne veux pas que les processeurs fonctionnent à 1000 ° C. Je vais énumérer mes étapes de raisonnement (pas nécessairement correctes), qui étaient à peu près:

1. La vitesse d'horloge du processeur est limitée par la température de fonctionnement (T).
2. Les CPU génèrent de la chaleur. La chaleur fait monter le T.
3. Les dissipateurs thermiques prennent soin de cette chaleur afin de maintenir T = 40 ° C.
4. Remplacer le dissipateur thermique par un générateur thermoélectrique (construit à partir de SiGe ou d'un matériau similaire)
5. Mettez beaucoup de CPU côte à côte pour augmenter la génération de chaleur.
6. La chaleur sort des CPU vers TEG, donc les CPU restent à T = 40 ° C.
7. Est-ce possible?
8. Comment construire un tel TEG? Quel matériel utiliser?
9. Pourquoi un tel appareil n'existe pas déjà?
10. J'ai posé cette question.

EDIT2: Je vois que mon idée est fondamentalement mauvaise et mauvaise. Merci pour toutes les réponses et commentaires. Désolé pour tout malentendu.

tl; dr Oui, vous pouvez extraire une petite quantité d'énergie de la chaleur perdue d'un processeur, mais votre dissipateur de chaleur doit être d'autant plus grand que vous souhaitez extraire plus d'énergie.

explication Il n'y a pas de machine qui convertit la chaleur en énergie, seulement des machines qui convertissent la différence de chaleurau pouvoir. Dans votre cas, cette différence est celle entre la température du CPU et la température de l'environnement. L'efficacité théorique maximale de ce processus est de (1 - T_cold / T_hot), donc pour une température ambiante de 25 degrés C, une température CPU de 40 degrés C et un flux de chaleur de 50 W, vous pourriez générer 2,4 watts d'électricité avec un convertisseur idéal (les températures sont des températures absolues à Kelvins). Si vous autorisez le processeur à atteindre 60 degrés C, vous pouvez obtenir jusqu'à 5 watts, et si vous autorisez 100 degrés C, vous pouvez obtenir jusqu'à 10 watts. Les convertisseurs de chaleur en énergie réels sont plus inefficaces, en particulier les éléments thermoélectriques. Je recommanderais un moteur stirling, qui est plus proche de l'efficacité idéale.

Voici comment la chaleur circule avec un dissipateur thermique passif:

[CPU] --> [Environment]

La jonction CPU-environnement a une résistance thermique, mesurée en Kelvins / Watt, directement équivalente à la mesure de la résistance électrique en Volts / Ampère. Vous avez peut-être rencontré des valeurs Kelvin / Watt dans certaines fiches techniques. Un dissipateur thermique idéal a une résistance nulle, la différence de température est donc de 0 et le CPU fonctionne à température ambiante (25 ° C). Avec un dissipateur thermique réel de 0,5K / W et un flux de chaleur de 50W (le CPU génère 50W de chaleur), la différence de température est de 25K et le CPU est à 50 deg C.

Voici comment la chaleur circule avec la machine que vous proposez:

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

Il existe des résistances thermiques, c'est-à-dire des différences de température, aux trois points. Supposons que la connexion entre le CPU et l'extrémité chaude de la machine soit idéale, c'est-à-dire qu'ils sont à la même température. La résistance thermique à l'intérieur de la machine est utilisée pour produire de l'électricité. La résistance thermique entre l'extrémité froide et l'environnement est donnée par le dissipateur thermique de l'extrémité froide.

Supposons que le dissipateur de chaleur à l'extrémité froide soit le même que celui que nous avons utilisé pour le processeur, avec 0,5 K / W, et que nous voulons que le processeur soit à 50 degrés C. Ensuite, l'extrémité froide de la machine est déjà à 50 degrés C, et il ne peut y avoir aucune différence de température sur la machine, c'est-à-dire qu'elle ne peut générer aucune puissance. Si nous utilisons un dissipateur de chaleur deux fois était grand (0,25 K / W), l'extrémité froide sera à 37,5 ° C et la différence de température sur la machine est de 12,5 ° C, de sorte qu'elle peut générer un peu d'énergie.

Toute machine qui extrait de l'énergie d'une différence de température présente une résistance thermique égale à (temperature difference)/(Heat flow). La résistance thermique de la machine est ajoutée à la résistance thermique du dissipateur thermique, de sorte que la température du processeur sera toujours plus chaude s'il y a une machine entre les deux.

BTW Certains overclockers vont dans le sens inverse: ils ajoutent un élément thermoélectrique qui fonctionne en sens inverse, utilisant l'énergie électrique pour pomper la chaleur du CPU vers le dissipateur thermique, créant une différence de température négative. Le processeur est à l'extrémité froide et le dissipateur thermique à l'extrémité chaude.

BTW C'est pourquoi les centrales nucléaires ont d'énormes tours de refroidissement, qui fonctionnent comme le dissipateur thermique de l'extrémité froide.

Le problème avec les générateurs thermoélectriques est qu'ils sont terriblement inefficaces.

Pour un CPU, vous DEVEZ vous débarrasser de la chaleur qu'ils produisent ou ils fondent.

Vous pouvez brancher un module Peltier et en extraire une petite quantité d'électricité, mais vous devrez toujours dissiper le reste de la chaleur via une méthode d'échange de chaleur classique. La quantité d'électricité produite ne serait probablement pas suffisamment importante pour justifier le coût de l'installation.

Vous pouvez également utiliser des peltiers comme refroidisseurs. Cependant, vous devez AJOUTER de l'énergie pour pomper la chaleur. Cette puissance doit ensuite être dissipée avec la chaleur que vous évacuez via l'échangeur de chaleur. Au final, ce dernier doit être plus grand pour que votre effet net soit pire.

La chaleur au pouvoir est une idée du "Saint Graal" et est là-haut avec la fusion froide comme rêve théorique.

MODIFIÉ POUR LA CLARTÉ

Une conversion DIRECTE efficace de la chaleur à l'électricité est une idée du "Saint Graal" et est là-haut avec la fusion froide comme rêve théorique.

Pour produire de l'électricité, vous voulez que le côté chaud (processeur) soit aussi chaud que possible pour une efficacité maximale. Le générateur thermique ralentit le mouvement de la chaleur car il en extrait de l'énergie.

Pour faire le calcul, vous voulez que le processeur soit aussi froid que possible. Des températures plus élevées augmentent la résistance électrique du silicium. C'est pourquoi vous avez des dissipateurs thermiques, des ventilateurs, etc. très conducteurs: pour éloigner la chaleur le plus rapidement possible.

Ces exigences se contredisent directement.

Surpris que personne d'autre n'ait mentionné cela:

Générer de l'électricité à partir de la chaleur perdue d'un processus qui brûle du carburant peut avoir du sens. Générer de l'électricité à partir de la chaleur perdue d'un système qui est alimenté par l'électricité en premier lieu? Ça n'a aucun sens. S'il vous est possible d'économiser de l'énergie en faisant cela, alors il vous est possible d'économiser encore plus d'énergie en construisant un système qui utilise l'électricité plus efficacement en premier lieu.

Les lois de la thermodynamique stipulent que la combinaison de deux sources d'énergie de la même température n'équivaut pas à un niveau d'énergie plus élevé. Par exemple, le fait de verser une tasse d'eau chaude dans une autre tasse d'eau chaude ne rend pas la combinaison plus chaude que les tasses séparées.

La chaleur est également l'une des formes d'énergie les plus faibles, car vous ne pouvez pas en faire grand-chose. L'électricité peut faire fonctionner des circuits, le vent peut créer un mouvement mécanique, mais la chaleur ne peut pas faire beaucoup plus que de mettre plus d'énergie dans un fluide ou un solide.

Cela dit, la méthode la plus réalisable pour obtenir de l'énergie de la chaleur est de faire bouillir un fluide (de l'eau par exemple) pour faire tourner une turbine. Rassembler plusieurs dissipateurs de chaleur ensemble et attachés à une baignoire peut faire bouillir de l'eau si les CPU sont tous au-dessus de 100 C. Mais, comme vous pouvez probablement en déduire, c'est une idée terrible.

Pensée drôle, mais non. Votre CPU n'est pas seulement une puce, il y a des fils de liaison et un boîtier impliqués qui n'auraient pas exactement une chance à 1000 ° C.

Cela mis à part, il reste encore quelques lois de la thermodynamique à considérer. Vous devez encore mettre une énorme quantité d'énergie dans le système pour en retirer très peu. L'élément Peltier dont vous parlez a besoin d'un grand dT (différence entre le côté froid et le côté chaud), donc le simple fait de retirer les dissipateurs de chaleur fera monter le côté "froid" à la même température que le côté chaud, donc plus d'énergie à gagner ici, vous devrez refroidir le côté froid, ce qui ruinera encore plus l'efficacité. D'un autre côté, ces éléments Peltier peuvent être utilisés pour générer une différence de température comme pour le refroidissement du CPU.

En théorie, c'est possible . Tout ce dont vous avez besoin, c'est d'une «substance» qui génère de l'électricité lorsque l'une de ses surfaces est à 40 ° C et l'autre à 20 ° C.
Actuellement, il existe des thermocouples qui font exactement cela (changer la chaleur en électricité), mais à une température beaucoup plus élevée.