ТермоФаг
 
Звоните нам бесплатно My status Skype Главная Информация Статьи
Другие полезные статьи
Охлаждение. Системы фазового перехода

План с кратким описанием. Статья разделена на две логические части: введение (пункты с 1 по 4) и техническая часть (пункты с 5 по 10).

  1. Вступление. Лирическая часть.
  2. Виды систем охлаждения.
  3. Основные отличия фреоновых чиллеров от систем Direct Die.
  4. Введение в основы фазового перехода.
  5. Сравнение с иными видами охлаждения. Плюсы и минусы.
  6. Конструкция системы. Принцип работы в железе.
  7. Схемы подключения испарителей, каскады, автокаскады.
  8. Комплектующие системы, сборка.
  9. Расчет системы.
  10. Заключение.

Вступление. Лирическая часть

Возможно кто-то помнит, в далеких 80-х годах центральные процессоры вообще обходились без радиаторов. Старенький i286, этот относительно большой по габаритам процессор был в керамическом корпусе и грелся как паяльник, но работал даже без радиатора! Шло время и процессоры становились все мощнее и мощнее. На них начали ставить пассивные радиаторы, затем для большей эффективности поставили еще и вентилятор. Несколько лет спустя радиаторами обзавелись видеокарты со встроенными графическими ускорителями. Компьютерные корпуса из убогих серых ящичков под столом начали превращаться в системы с достаточно продуманной вентиляцией. Современные системы охлаждения топовых решений представляют собой апогей воздушного охлаждения, радиаторы которых весят 500-700 грамм, что было немыслимо еще 5 лет назад.

К сожалению, с ростом вычислительной мощности современных систем, прогрессирует и их тепловыделение. Пассивные радиаторы сменяются активными, алюминиевые медными, лопастные вентиляторы центробежными. Эта тенденция не нова. Сообщество оверклокеров, которое в первую очередь озабочено повышенным тепловыделением, уже давно начало борьбу с горячими сердцами своих компьютеров. Сначала модификации подвергались стандартные кулеры, затем пошел черед эксклюзива. Многие именитые фирмы начали выпускать решения, намного превосходящие стандартные боксовые кулеры как по производительности, так и по сниженному уровню шума.

Что мы имеем сейчас? Даже с применением современных продвинутых решений для нас стали привычными температуры в 60-70 градусов. Это относится и к видеокартам и к центральным процессорам. Первый и очень ощутимый шаг был сделан несколько лет назад, когда появились первые домашние самодельные системы водяного охлаждения. Тогда это было ново, большая редкость. Каково же положение на данный момент? Водяное охлаждение стало реальностью, многие энтузиасты сделали высокопроизводительные системы в домашних условиях. Известные бренды начали производство в промышленных масштабах. Отдельные умельцы наладили кустарное потоковое производство. То, что раньше казалось ненужным и опасным прочно вошло в нашу жизнь и жизнь наших компьютеров.

Все системы охлаждения можно грубо поделить на 2 группы. Критерием становится уровень температуры охлаждаемых компонентов, выше и ниже температуры окружающей среды. Все воздушные кулеры и все системы водяного охлаждения могут обеспечить охлаждение до температуры окружающего воздуха. Это граница, которую невозможно пересечь даже в теории. Вторая группа относится именно к системам, которые не завязаны жестко на температуре окружающей среды и могут обеспечить более низкие температуры. Это чиллеры и системы фазового перехода (фреонки).

Виды систем охлаждения.

Воздушные пассивные радиаторы. Представляют собой оребренные металлические детали, плотно прилегающие к охлаждаемому объекту. Эффект охлаждения достигается за счет увеличения площади горячего тела и более эффективного конвективного отвода тепла в атмосферу.

Воздушные радиаторы с активным обдувом. Представляют собой предыдущий вид охлаждения плюс активный обдув ребер при помощи вентилятора. Эффект достигается за счет увеличения потока холодного воздуха, проходящего через горячие ребра.

Жидкостное охлаждение (ЖО). Вода в чистом виде очень редко находится в системах ЖО, обычно в нее добавляют присадки или вообще, заменяют на другой вид теплоносителя. Связано это с электропроводностью и коррозионной активностью воды. Эффект работы системы достигается за счет выноса (транспорта) тепла за пределы корпуса (при классическом воздушном охлаждении тепло радиатора рассеивается внутри корпуса). Обычно, для охлаждения теплоносителя применяется достаточно массивный радиатор, что позволяет получить большую охлаждаемую мощность и низкий шум системы. Теплоноситель отбирает энергию у горячих элементов и рассеивает ее в радиаторе, циркулируя по замкнутому контуру.

Модули Пельтье (МП). Яркий пример теплового насоса. При подаче на модули напряжения одна их сторона начинает греться, а другая охлаждаться. Горячую сторону необходимо серьезно охлаждать. Обычно охлаждение МП производится системами ЖО, так как воздушным кулерам это зачастую не под силу.

Чиллеры. К чиллерам относятся несколько видов систем. Основную часть таких систем составляет классическая система ЖО. Отличием от обычной системы ЖО является наличие второй части (холодильника теплоносителя), которая работает вместо радиатора. Обычно используется разновидность льда в бачке, бонги*, модули Пельтье, система фазового перехода. Особенность чиллера в том, что с его помощью можно достичь температур ниже окружающей среды.

Системы фазового перехода. Практически все современные бытовые холодильники работают на этой основе. Данные системы имеют большую мощность и могут обеспечивать очень низкие отрицательные температуры. Именно об этих системах и пойдет речь в данной статье. Системы фазового перехода, испарители (холодильники) которых установлены непосредственно на охлаждаемые элементы, называются системами Direct Die.

Бонг* - система охлаждения воды за счет ее испарения. Вот принципиальная схема такой системы:

Фотография с www.overclockers.com ©

Основные отличия фреоновых чиллеров от систем Direct Die.

В системах Direct Die (фреонках) холодильные элементы (испарители) устанавливаются непосредственно в необходимом месте (на процессоре/видеокарте). Холодным является лишь сам испаритель и отсасывающая трубка. Для предотвращения образования конденсата эти элементы необходимо тщательно теплоизолировать. Остальные части системы имеют комнатную или более высокую температуру. Теплоизоляция таких элементов не нужна. Минусом фреонок является относительная громоздкость испарителя и отсасывающей трубки. Поэтому в качестве объектов охлаждения выбираются лишь процессор и видеокарта. Остальные элементы остаются без внимания. Сделать на них Direct Die охлаждение слишком сложно.

Основным достоинством чиллера является возможность охлаждения всех элементов системы. CPU, Video, мосфеты, блок питания, жесткие диски и т.д. Фреоновая часть чиллера охлаждает лишь теплоноситель системы жидкостного охлаждения. Остальная часть чиллера работает как обычная система ВО, за той лишь разницей, что теперь в ней течет очень холодная жидкость. Это и является основным недостатком чиллера. Необходимо теплоизолировать весь контур ВО чиллера, включая водоблоки, трубки, насос и т.д. С точки зрения финансовых затрат и сложности исполнения, чиллер стоит на первом месте, так как совмещает в себе часть фреонки и часть ВО. Существует возможность подобрать относительно маломощную фреоновую часть, чтобы конечная температура теплоносителя практически не отличалась от комнатной. Этот подход позволит избавиться от теплоизоляции контура ВО, но исключит возможность экстремального охлаждения.

Введение в основы фазового перехода.

Каков принцип работы этой системы? Давайте разберемся.

За счет чего происходит охлаждение? Из-за переноса тепла от горячего тела к холодному. Как можно охладить тело? Один из вариантов – заставить вскипеть на нем жидкость. При переходе жидкости в пар необходимо затратить энергию (энергия фазового перехода). То есть при кипении жидкость отбирает тепловую энергию от окружающих ее предметов.

Существует особенность: невозможно нагреть жидкость выше температуры ее кипения при текущем давлении. Пример: вы никогда не нагреете кастрюлю до 150 градусов если в ней кипит вода. Вся подаваемая энергия от плиты будет расходоваться на выкипание воды.

А что если найти жидкость, которая кипит при -40С? Тогда сосуд (испаритель), в котором свободно кипит эта жидкость, будет очень тяжело нагреть. Температура такого испарителя всегда будет стремиться к -40С. (такие жидкости называют фреонами, хладагентами или хладонами) Поставив такой сосуд на, допустим, процессор, последний будет отдавать все свое тепло на испарение жидкости. Аналогично, собственная температура процессора будет стремиться к тем самым -40С (в идеале). Именно таким образом охлаждают свои процессоры экстремалы, использующие жидкий азот (у азота температура кипения порядка -200С).

Но, никто не будет постоянно ползать под стол и "доливать" жидкость в процессорный испаритель. Нужна замкнутая система. Именно так устроена замкнутая система фазового перехода. Встает вопрос: каким образом из пара жидкости опять получить саму жидкость чтобы снова подать ее в испаритель? Физическое состояние вещества зависит от температуры и давления. Эти параметры строго взаимосвязаны и если вы хорошо учили физику в школе – то зря я тут распинаюсь :).

Под высоким давлением пар можно превратить в жидкость, даже если при этом текущая температура жидкости будет гораздо выше температуры ее кипения при атмосферном давлении. То есть при большом давлении обычная вода может не кипеть при, допустим, 200 градусах по Цельсию.

При конденсации жидкости из пара происходит процесс, обратный кипению. При этом процессе жидкость выделяет тепло, которое было потрачено на ее выкипание. Этот эффект применяется в радиаторе (конденсаторе) системы фазового перехода.

Мощный компрессор качает газ после испарителя и под большим давлением подает в конденсор, где газ конденсируется в жидкость и отдает тепло. Конденсор, выполненный в виде радиатора, рассеивает тепло в атмосферу. Далее жидкий фреон поступает к испарителю, где выкипая отбирает тепло. Цикл замкнут. Фреон попеременно меняет свое агрегатное состояние. В испарителе он кипит, в конденсоре обратно конденсируется в жидкость. Именно поэтому цикл назван "фазовым переходом".

На этом закончим лирическую часть и приступим к технической. Далее будут представлены технические данные по комплектующим системы, подход к их выбору и различные рекомендации.

Сравнение с иными видами охлаждения. Плюсы и минусы.

Плюсы:

  • возможность достижения очень низких температур
  • возможность работы 24х7 (постоянно)
  • высокий КПД системы (малы потери)
  • вынос тепла из корпуса
  • самое мощное охлаждение (из постоянных)

Минусы:

  • сложность самостоятельного изготовления.
  • условная стационарность системы. Большой вес
  • относительная сложность монтажа. Система довольно громоздка
  • необходима борьба с конденсатом
  • возможен сильный шум при работе (некоторые компрессоры сильно шумят. 50-60Дб)

Конструкция системы. Принцип работы в железе.

Конструирование системы фазового перехода сводится к созданию замкнутого контура с набором стандартных элементов. Этот контур должен быть разделен на 2 зоны. Высокого давления (движется жидкий фреон) и низкого давления (движется газообразный фреон). Одним из таких разграничителей является компрессор. На его входе низкое давление, на выходе – высокое. В системе нужен еще один разграничитель. Он должен стоять непосредственно перед испарителем. Пройдя через него, жидкий фреон должен попасть в область низкого давления (испаритель) и начать кипеть. Конструктивно этот дросселирующий узел можно выполнить различными способами. Смысл – создать элемент с большим гидравлическим сопротивлением. Подача фреона через этот дроссель должна быть строго ограниченной. Именно то количество, которое необходимо для охлаждения. При подаче большего количества, фреон не будет выкипать полностью в испарителе и может по линии низкого давления попасть в компрессор, что губительно для последнего. Клапана компрессора могут выйти из строя. Существует еще одна причина строго ограниченной подачи фреона. При избытке, фреон будет кипеть не только в испарителе, но и в отсасывающей трубке низкого давления и в компрессоре, что приведет к потерям хладопроизводительности системы и увеличению температуры на испарителе.

Такие понятия как:

  • тепловая нагрузка на систему
  • заправка фреона (количество)
  • величина подачи через дросселирующий узел
  • давление на линии откачки (и испарителе)
  • температура на испарителе

строго связаны и зависят друг от друга.

Основная зависимость: Подача фреона через дроссель –> давление на линии откачки –>температура на испарителе. Именно поэтому система рассчитывается, конструируется и заправляется под конкретное тепловыделение процессора/видеокарты. На всех отличных от расчетного режимах, система будет работать менее эффективно.

Обычно в качестве дросселя применяется капиллярная трубка. Меняя ее длину можно изменять ее суммарное гидравлическое сопротивление. От этого напрямую зависит количество подаваемого в испаритель фреона, а следовательно хладопроизводительность системы и давление на испарителе. В свою очередь, от давления будет зависеть температура испарителя. Тут срабатывает обратный эффект. Чем больше подача фреона, тем хуже морозит испаритель, но с большей мощностью. И наоборот, чем меньше подача фреона – тем ниже давление на испарителе – тем ниже будет его температура, но уменьшится и холодильная мощность.

Зависимость температуры кипения различных хладагентов от давления можно посмотреть по следующей ссылке:

http://www.chillers.ru/bibl/allowances/refrigerants/

Описания различных хладагентов:

http://www.allchemi.com/rus/refregerants/description/mackfri-600a.html
http://www.fluorine.ru/rus/inform/chladon.html

Что такое испаритель? Это некий замкнутый сосуд с внутренними ребрами и каналами для более полного выкипания фреона, который будет подан в испаритель через капилляр. От испарителя уже испарившийся фреон отсасывается через достаточно толстую (5-15мм) трубку. После трубки фреон сжимается в компрессоре и с высоким давлением и температурой попадает в конденсор, где охлаждается до температуры конденсации и, отдав тепло, превращается в жидкость. Далее ОБЯЗАТЕЛЬНО необходим фильтр. Вход в капиллярную трубку очень тонкий (0.7-0.8 мм) и без фильтра быстро забьется грязью (последствия работы компрессора, огарок пайки, заводская стружка). От фильтра начинается капилляр, по которому фреон поступает в испаритель.

Существуют и другие способы дросселирования:

  • вентиль
  • вентиль + капилляр
  • дроссельная шайба
  • дроссельная шайба + вентиль
  • ТРВ* и его возможные вариации с предыдущими
  • автомобильные инжекторы*

и многие другие...

ТРВ* – терморегулирующий вентиль. Устройство для переменной подачи фреона в испаритель (автоматический кран, устанавливается перед испарителем). Снабжено датчиком температуры, который ставится на отсасывающей трубке и удерживает на ней постоянную температуру.

Автомобильные инжекторы* - Принцип работы инжектора аналогичен управляемому дросселю (крану). При внешнем управлении можно регулировать подачу хладагента.

Схемы подключения испарителей, каскады, автокаскады.

В стандартном простом варианте в системе стоит один испаритель. Такая система линейна и называется линейной. Существует возможность установки более одного испарителя в цепи. Такие системы называются распараллеленными. В отличие от водяного охлаждения, последовательная установка испарителей исключается. Оба испарителя будут работать крайне нестабильно с большими скачками температуры и давления. Подключение нескольких испарителей возможно только параллельно. Этот способ тоже полон недостатков. Один из них – взаимное влияние испарителей друг на друга. Они потребляют общие ресурсы и при увеличении подачи на первом испарителе, второму достанется меньше хладагента. Также и давление на линии откачки общее и влияет на конечную температуру испарителей.

Компрессоры могут создавать разность давлений на своем входе и выходе до 15-20 атмосфер. Большую разность давлений могут обеспечить только дорогие промышленные компрессоры. Предположим, что нам необходима температура ниже, чем температура кипения хладагента. Существует два способа достижения этого результата.

Первый способ: обеспечить на испарителе низкое давление (ниже атмосферного), тогда можно заставить кипеть хладагент при более низких температурах.

Пример: R-22 при атмосферном давлении кипит при -41С, но при давлении в 0.2 атмосферы он кипит уже при -70С. Этот способ возможен, но тяжело реализуем. Компрессору тяжело работать в таком режиме, и он однозначно будет перегреваться. Перегрев произойдет из-за длительной повышенной нагрузки на электродвигатель компрессора. В целом, компрессоры рассчитаны на создании 0.8-1.5 атмосферы на линии откачивания.

Второй способ: подобрать фреон с более низкой температурой кипения. Например, R-23 имеет температуру кипения -82С при атмосферном давлении. Но, перед нами встает новая проблема. Дело в том, что чтобы сконденсировать этот фреон необходимо давление порядка 10 атмосфер и температура порядка -25С. Как обеспечить такие характеристики на конденсоре системы? Вывод один: необходимо охлаждать конденсор еще одной фреонкой. Именно этот подход называется каскадом. Высокотемпературный контур на R-22 охлаждает конденсор низкотемпературного контура, а уже на испарителе низкотемпературного контура мы получаем -82С градуса.

Каскады могут быть многоступенчатыми (2, 3, 4 и более). В домашних условиях возможно сделать 2-х и 3-х ступенчатые системы. Более низкотемпературные системы очень сложны в исполнении и даже 3-х контурные очень редки.

Распределение конечных температур в зависимости от величины каскада:

1 контур: от -35С до -70С
2 контура: от -80С до -110С
3 контура: от -130С до -160С
4 контура: от -180С до -220С
5 контуров: ниже -220С

Температуры зависят от применяемых в контурах хладагентов и мощности компрессоров. Стоит учитывать, что нижестоящий контур должен быть в 1.5-2 раза мощнее, чем вышестоящий. Выходит, что для отвода 100 Ватт тепла при -200С потребуется установка с суммарной мощностью 1500-3000 Ватт.

Существует еще один способ заставить сконденсироваться низкотемпературный хладагент при высоких (порядка +50С) температурах. Для этого может понадобиться давление в 40-50 атмосфер. Далеко не каждый компрессор сможет обеспечить такой перепад. Но выход есть! Если поставить последовательно 2 компрессора или более, мы легко получим такие давления, не особо напрягая каждый компрессор в отдельности. При последовательном подключении мощности компрессоров (по относительному перепаду давления) не умножаются, а складываются.

Пример: Имеется 2 компрессора, первый обеспечивает перепад давления в 15 атмосфер, второй в 25 атмосфер. Суммарный перепад достигнет 40 атмосфер. Стоит учитывать, что первый компрессор должен быть более производительным по объему, чем второй, так как второй компрессор будет качать уже сжатый (уменьшившийся по объему) газ.

Автокаскады

Человеческий ум пытлив. Для многоконтурной системы существует неизменное правило: на каждый уровень контура необходим как минимум один компрессор. Автокаскад – это условная многоконтурная система с числом контуров, большим, чем количество компрессоров. Рассмотрим самый простой автокаскад: 2 контура и один компрессор.

Нет, нам не нужен специальный компрессор, но нам необходим специальный хладагент. Для примера, построим автокаскад на газах R-22 и R-23. Смешаем их в пропорции 2 части R-22 к одной части R-23 (для учета тепловых потерь необходим запас по мощности в 1.5-2 раза). Построим стандартный контур фреонки с небольшим отличием: после фильтра установим отделитель жидкости. При прохождении через первый после компрессора конденсор, сконденсируется только газ R-22, так как для конденсации R-23 необходимы более низкие температуры или высокие давления. В отделителе жидкости жидкий R-22 по капилляру поступает в свой испаритель, который, в свою очередь, охлаждает конденсор газа R-23. А газ R-23 из отделителя в газообразном состоянии поступает в свой собственный конденсор, который охлаждается испарителем с R-22 до низких температур. В своем конденсоре газ R-23 конденсируется и готов к охлаждению процессора/видеокарты до очень низких температур. После испарения в своих испарителях газы снова воссоединяются и поступают в компрессор.

Возможны различные схемы, объединяющие каскады и автокаскады, но они в основном применимы в промышленности. В домашних условиях автокаскады очень сложны в настройке, поэтому не пользуются популярностью.

Комплектующие системы, сборка.

Начнем с сердца.

Компрессор.

Основной компонент системы. Существует множество видов компрессоров для систем охлаждения:

  • герметичные винтовые
  • полугерметичные винтовые
  • центробежные
  • поршневые герметичные
  • поршневые полугерметичные
  • спиральные
  • и многие другие.

По приводу делятся на механические и электрические.

Нас интересуют герметичные поршневые электрические компрессоры. Они являются наиболее распространенными и более подходят для наших нужд. Остальные типы либо сугубо промышленные (рассчитаны на мощности от 50 кВатт), либо слишком шумные (от 70-80 ДБ).

Необходимо сразу определиться с характеристиками компрессора:

  • Мощность (хладопроизводительность)
  • тип хладагента (марка фреона)
  • совместимость масла в компрессоре с другими типами фреона
  • шум, издаваемый компрессором.
  • габариты
  • способ установки (штуцеры/пайка)
  • тип двигателя (1/3 –фазный 220V)

Обычно дается мощность компрессора в зависимости от температуры кипения хладагента. Вот пример такой информации: http://www.infrost.ru/professional/compressor/aspera_revers/.

Всегда лучше взять более мощный компрессор. Он будет меньше греться из-за перегрузок и сможет обеспечить более низкие температуры. Выбирать надо из учета примерно 150-250 Ватт на 1 испаритель. Тип фреона выбирайте сами. Советую обратить внимание на R-22. Очень распространенный хладагент. Дешевый, доступный, не ядовитый. Температура кипения -41С. В общем, мечта оверклокера :). Под него годится большинство промышленных компрессоров. Совместим с R-12 по маслу.

По уровню шума мне понравились компрессоры Aspera и Danfoss. Их практически не слышно. А вот компрессоры "Холодмаш" имеют убойную производительность, но и шумят так, что уши закладывает.

Советую брать компрессор под пайку т.к. для развальцовки трубок под штуцеры нужен специальный инструмент и опыт в развальцовке.

Двигатели желательно выбирать однофазные.

Возможно использование компрессоров от старых холодильников. Хочется отметить, что средняя мощность компрессоров для холодильников варьируется в пределах 70-160 Ватт (при -15С), так что не стоит ждать от них высокой производительности. Старые компрессоры могут заметно шуметь. В идеале компрессора вообще не должно быть слышно. Стоит выяснить на каком фреоне работает этот компрессор. Вполне вероятно, что на R-134 или R-12. Это среднетемпературные фреоны. На них вполне возможно получить температуры -15С -25С.

Хочется отдельно сказать о зависимости хладопроизводительности компрессора от температуры кипения хладагента. Чем выше температура кипения хладагента (в сторону плюса), тем выше холодильная мощность системы. Средняя зависимость такова: с изменением температуры кипения на 10С градусов, мощность изменяется в 1.55 раза. Это очень примерная зависимость, но она годится для оценки производительности компрессора при нестандартных для него температурах.

Для примера: Имеется компрессор 400 Ватт при -25С. Его холодильная мощность при других температурах будет выглядеть следующим образом:

2300 Ватт при +15С
1490 Ватт при +5С
960 Ватт при -5С
620 Ватт при -15С
400 Ватт при -25С
260 Ватт при -35С
166 Ватт при -45С
107 Ватт при -55С

Еще раз про масло. В компрессор, как правило, уже заправлено масло под необходимый тип хладагента. При желании использовать несовместимый с компрессором фреон, масло необходимо так же заменить на подходящее. Если этого не сделать – новый фреон может вступить с маслом в химическую реакцию и в результате компрессор выйдет из строя.

Конденсор

В качестве конденсора можно использовать любой медный радиатор, выдерживающий давление в 15 атмосфер. Возможно самостоятельное изготовление конденсора из медных трубок. В этом случае следует учитывать суммарную внешнюю поверхность такого радиатора и не делать его слишком маленьким. Тем не менее, я настоятельно рекомендую использовать специализированные конденсоры фирмы Lu-Ve. Их великое множество и вы сможете выбрать себе подходящий по габаритам и производительности. Конденсор нужно устанавливать так, чтобы поток воздуха от вентилятора попутно обдувал компрессор, иначе последний может перегреться и выйти из строя. Вход в конденсор должен осуществляться сверху, а выход снизу. Расположение трубок конденсора горизонтальное. Это необходимо для лучшего стекания сконденсировавшегося хладагента.

Отсасывающая трубка

Ее лучше сделать из цельнометаллической соединительной трубы для газа. Эту трубку можно купить на любом строительном рынке в отделе сантехники. Большой плюс этой трубки в том, что она полностью из нержавеющей стали. Выдерживает высокие давления и не травит газ.

Как вариант, можно поставить любую герметичную трубку для отсоса хладагента. Стоит учитывать, что фреоны гораздо текучее воды и могут проходить сквозь стенки водопроводных прорезиненных трубок. Даже заправочные шланги для холодильных систем не спеша травят фреон сквозь свою оболочку. Скорость утечки невелика, но за 2-3 месяца фреон может улетучиться.

Капилляр

0.8 мм – стандартный внутренний диаметр капилляра, который продается практически везде. Средняя длина капилляра под процессор порядка 3-х метров. Под видеокарту чуть больше. Точную длину сказать невозможно. Ее нужно вычислять экспериментальным образом, что является частью настройки системы.

Испаритель

Еще один важный элемент фреонки. Его желательно целиком выполнить из меди. Обычно изготавливается токарным методом или фрезерованием. Состоит из основания и крышки. Нужно сразу продумать систему крепления испарителя к процессору/видеокарте. Принцип тот же, что и в водяном охлаждении, но с учетом тотальной борьбы с конденсатом.

Фильтр

Фильтр ставится между конденсором и капилляром, необходим для фильтрации циркулирующего хладагента. Фильтры подойдут с объемом от 15см кубических. Не перепутайте направление установки. Обычно на фильтре есть метка. Купить их можно в специализированных магазинах или изготовить самим. Представляют из себя толстую трубку с мелкой металлической сеткой внутри.

Сборка системы

Сборка системы осуществляется пайкой. К сожалению, только этот метод гарантирует отсутствие утечки хладагента. Для сборки пайкой необходимо иметь как минимум горелку, припой и труборез. Сами горелки и газ для них продаются в специализированных магазинах. Также желательно иметь инструмент для удержания трубок в момент пайки, трубогиб, мелкий напильник, ножницы для резки капилляров. В качестве припоя нужно использовать стандартные прутки медь+серебро 6-15% или медь+фосфор. Никакой флюс не требуется. После сборки необходима проверка системы на течь. Крайне нежелательно для проверки накачивать в систему воздух, вместе с ним в систему попадет много влаги. Лучше всего накачать любой инертный газ, в том числе фреон для системы. Обычно течь проверяется специальными течеискателями, но они дороги и покупать их вовсе необязательно. Вполне достаточно промазать все места пайки мыльной водой. При негерметичности сразу надуется пузырь.

Вакуумирование

Перед заправкой системы хладагентом обязательно необходимо удалить из нее воздух. Это выполняется специальным ваккуумирующим насосом или же просто другим компрессором, подключенным к контуру. Воздух в системе снижает ее эффективность т.к. он не участвует в процессе охлаждения, но занимает рабочее пространство внутри системы. Вторым минусом является наличие в воздухе влаги. Влага может замерзнуть внутри капилляра, тем самым выведя из строя всю систему.

Теплоизоляция

Это один из самых больных вопросов в сборке и запуске системы. Учитывая, что температура воздуха в комнате около +25+30 градусов, а температура на испарителях -40 -50, конденсат не просто образуется, он быстро оседает и моментально превращается в лед. А с трубок вообще течет ручьями. Не думаю, что кто-то обрадуется, если на его комплектуху вытечет с полстакана воды. К теплоизоляции надо подходить серьезно. Обычно она выполняется при помощи специализированного термогерметика с закрытыми порами, который можно купить в спец-магазинах. Он характерного черного цвета и все неоднократно его видели на кондиционерах.

Процессор: необходимо теплоизолировать весь участок под процессором (обратная сторона материнской платы) на площади 12х12см как минимум. Сверху на идентичной площади так же необходима изоляция, но с вырезом под процессор. Сам испаритель целиком должен быть обернут в теплоизоляцию, так же, как и отсасывающая трубка.

Видеокарта: теплоизолировать максимально возможную площадь за исключением памяти. Особое внимание стоит уделить термоизоляции слота AGP на материнской плате, иначе очень скоро там внутри будет море воды.

Перед процессом установки на комплектующие советуется смазать близлежащие к испарителям поверхности плат средствами против электрических пробоев. Я использовал жидкий силикон в баллончиках. Так же существуют специальные диэлектрические смазки.

Первый запуск системы очень рекомендуется сделать на обесточенном железе в течение часа. Потом разобрать все и проверить отсутствие конденсата.

Расчет системы.

Определимся, какие части системы можно рассчитать.

  • Конденсор
  • Компрессор
  • Испаритель (условно)
  • Тип фреона
  • Капилляр

Конденсор

Мощность конденсора (охлаждающая) должна обеспечивать охлаждение самого компрессора, и конденсирующегося фреона (тепловыделение охлаждаемых элементов компьютера) с некоторым запасом. Необходимый коэффициент запаса равен 1,5-2 . Ставить более мощный конденсор можно. Менее мощный чем расчетный – не рекомендуется.

Компрессор

Еще раз о выборе компрессора. Его холодильная мощность при желаемой температуре должна превышать тепловыделение элементов компьютера в 1,5-2 раза. Стоит учитывать что при запредельном разгоне и высоком вольтаже, комплектующие начинают греться очень серьезно. Пример: тепловыделение процессора Prescott 3.0 на напряжении 1.375В равно примерно 96 Ватт в загрузке. При росте частоты тепловыделение растет практически линейно. То есть на частоте 4.5 ГГц тепловыделение должно быть 144 Ватта. Но, стоит учитывать, что кроме разгона мы еще и поднимаем напряжение, а эта зависимость уже геометрическая. Точных данных дать не могу, но при установке на процессоре Prescott 3.0 напряжения 1.55 В вместо 1.375 В, тепловыделение возрастает на 17%. Причем с ростом частоты этот процент увеличивается. Следовательно, при напряжении 1.55В и частоте 4.5 ГГц, процессор Prescott будет выделять порядка 180-200 Ватт тепла.

С видеокартой ситуация аналогична. Тепловыделение современных видеокарт может достигать 140-180Ватт при серьезном разгоне и вольтмодах. Следовательно, суммарная мощность тепловыделения такого процессора и видеокарты равна 350 Ватт. Для охлаждения такой связки необходим компрессор мощностью 530-700 Ватт (для желаемой вами температуры). Так же стоит учитывать, что под температурой понимается температура испарителя. Собственная температура процессора/видеокарты будет на несколько градусов теплее, т.к. неизбежны потери в теплопередаче между процессором и испарителем. Следовательно, для желаемых -35С (пример) на процессоре нужно брать за расчетные -45С на испарителе.

Испаритель

Испаритель желательно делать с максимальной сложностью внутренних каналов и максимальной внутренней поверхностью. Одно из правил – не должно быть узких мест на пути движения фреона, иначе компрессору будет тяжело его отсасывать.

Тип фреона

Тип фреона нужно выбирать исходя из желаемой температуры. Стоит учитывать температуру кипения и конденсации хладагента. Сможете ли вы обеспечить ему нормальную конденсацию? Для расчета, следует брать температуру конденсора 40-50С. Посмотрите, сможет ли компрессор обеспечить такой режим? Для линии низкого давления за расчетное следует принимать 1.2-1.5 атмосферы. Сверьтесь по таблице и вычистите температуру кипения данного фреона при таком давлении. Пример: берем R-22, температура его кипения равна -41С при атмосферном давлении и -34С при давлении 1.5 атмосферы. Это значит, что в лучшем случае испаритель будет иметь такую температуру, а процессор, в свою очередь, -25С.

Капилляр

Капилляр рассчитать достаточно тяжело, так как невозможно точно вычислить максимальное тепловыделение процессора/видеокарты. Неизвестно заранее напряжение работы процессора и его максимальная частота. Расчет длины капилляра выполняется экспериментальным методом при максимальной тепловой нагрузке на систему. Вот примерная зависимость необходимой длины капилляра от тепловыделения объекта:

Газ (фреон) Мощность испарителя (Ватт) 0.65мм 0.7мм 0.8мм
0.26 дюйма 0.28 дюйма 0.31 дюйма
R404A/R507 60 3.36 4.8 7.68
75 3.15 4.5 7.2
90 2.94 4.2 6.72
105 2.73 3.9 6.24
120 2.52 3.6 5.76
135 2.31 3.3 5.28
150 2.1 3 4.8
165 1.89 2.7 4.32
180 1.68 2.4 3.84
195 1.47 2.1 3.36
210 1.26 1.8 2.88
R22/R290 60 3.15 4.5 7.2
75 2.94 4.2 6.72
90 2.73 3.9 6.24
105 2.52 3.6 5.76
120 2.31 3.3 5.28
135 2.1 3 4.8
150 1.89 2.7 4.32
165 1.68 2.4 3.84
180 1.47 2.1 3.36
195 1.26 1.8 2.88
210 1.05 1.5 2.4

Эта зависимость была получена Гари Ллойдом (Gary Lloyd). У других газов параметры немного отличаются, но зависимость очень близка. Точную таблицу дать невозможно, т.к. эти данные не учитывают потери в системе. Потери зависят от многих факторов, в том числе и от качества теплоизоляции контура. Расчет длины капилляра условен. Лучше взять капилляр с запасом по длине (0.5-1м) и настраивая контур отрезать от него небольшие кусочки (10-15см).

Невозможно рассчитать капилляр под температуру, он лишь косвенно влияет на нее. Температура на испарителе зависит от слишком многих факторов.

Заключение.

Этот материал был представлен как введение в теорию строительства домашней системы охлаждения на основе фазового перехода.

На нашем сайте активными участниками являются несколько владельцев подобных систем. Создана специальная ветка, где обсуждаются системы фазового перехода, как Direct Die, так и чиллеры на их основе. При возникновении проблем или вопросов вы можете проконсультироваться в ветке Немного экстрима или фреонка своими руками.

Хочется выразить отдельные благодарности:

Steff и Kernel1 за помощь в строительстве системы и ценные рекомендации.
Мусяке за помощь в покупке, сборке и настройке системы.
Overclockers.ru за частичное финансирование проекта.
Bones и Big_Sam за помощь в редактировании статьи.
BigTruck за предоставление железа на тестирование системы.
Источник: http://www.overclockers.ru
Последние новости Популярные статьи Контакты

Телефоны для связи:



Техническая поддержка
с 10-00 до 17-00 мск
E-mail: sale@climcam.ru
climcam.spb@inbox.ru

Просмотреть схему проезда

Региональные представители »
Copyright © , 2017. Все права защищены.
Любое полное или частичное воспроизведение материалов сайта возможно
только при наличии активной гиперссылки на источник: http://www.climcam.ru
Климатическая камера, испытательная камера, термооборудование, климатическое и лабораторное оборудование. Производство, продажа, модернизация, техническое обслуживание, ремонт. – ©

Viewable With Any Browser Valid XHTML 1.0 Transitional Правильный CSS! Display the location of this web page [no-www Class A] Russia

Находится в каталоге Апорт Rambler's Top100

Охлаждение. Системы фазового перехода. Информация. Статьи. Климатическая камера. Испытательная камера. Производство и модернизация.климатических технологий лабораторного оборудования испытаний исследований климатических технологий лабораторного оборудования испытаний исследований Статьи 632305222316434