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

  1. Вступление
  2. Инструмент
  3. Комплектующие
  4. Расчет системы
  5. Пайка
  6. Проверка системы
  7. Запуск
  8. Теплоизоляция
  9. Настройка под железо
  10. Описание готовых систем
  11. Сборка бюджетной фреонки
  12. Пара слов о чиллерах
  13. Заключение

Вступление

В предыдущей статье были рассмотрены основы теории фазового перехода. Ни для кого не секрет, зачастую воплотить голую теорию в железе не так-то просто. Данная статья подробно расскажет непосредственно о сборке, запуске и настройке системы фазового перехода. Я постараюсь придать статье максимально технический оттенок и представить материал в виде некого пособия.

Подробно будет рассмотрено строительство классической одноконтурной системы с одним испарителем.

В качестве ознакомительного материала прилагается фотоматериал по нескольким готовым системам с кратким описанием авторов:

  • одноконтурная с двумя испарителями (Sladky + Мусяка)
  • одноконтурная с двумя испарителями (Sladky)
  • одноконтурная с одним испарителем (Big_Sam)
  • двухконтурный каскад с одним испарителем (Steff)

Инструмент

Опишу список необходимого и желательного инструмента для создания системы.

Необходимый:

  • ножовка по металлу
  • дрель + набор сверел
  • плоский напильник по металлу
  • плоскогубцы
  • труборез
  • газовая горелка с запасом газа на 2-3 часа.

Желательный:

  • ножницы для капилляра
  • трубогиб
  • 1 манометр до 10 атмосфер.

Комплектующие. Материалы

  • компрессор
  • вакуумирующий насос или еще один компрессор
  • шланг для вакуумирования/заправки
  • конденсор (радиатор + вентилятор)
  • отсасывающая трубка (шланг или сильфон)
  • 2 штуцера под пайку (для установки отсасывающей трубки)
  • фильтр-осушитель с заправочным клапаном
  • один заправочный клапан (на линию откачки)
  • 2 манометра (10 и 25 атмосфер).

Желательны, т.к. упростят настройку системы.

  • изолента
  • термогерметик (плоский и трубчатый)
  • припой (прутки медь+фосфор или медь+серебро 6%)
  • капилляр (не менее 6-ти метров на каждый испаритель)
  • фреон (газ для заправки)
  • трубка медная с внешним диаметром 6мм
  • трубка медная 8мм внешний диаметр (возможно потребуется, у некоторых компрессоров отсос под 8мм)
  • уголки, тройники медные под диаметр трубок (возможно потребуется для стыковки и выполнения резких перегибов)
  • медь для изготовления испарителей
  • материал для изготовления крепления испарителей (на ваш вкус)
  • платформа для сборки системы.

Расчет системы

Принцип расчета системы описан в предыдущей статье. Повторюсь еще раз для связанности материала:

  • Конденсор
  • Компрессор
  • Испаритель
  • Тип фреона
  • Капилляр
  • Отсасывающая трубка.

Конденсор

Охлаждающая мощность конденсора 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, иначе возможен перегрев компрессора и выход из строя.

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 серьезном разгоне и поднятии напряжения, комплектующие начинают греться очень серьезно. Например, при напряжении 1.6В и частоте 4.5 ГГц, процессор Prescott будет выделять порядка 180-200 Ватт тепла.

С видеокартой ситуация аналогична. При серьезном разгоне и вольтмодах тепловыделение современных видеокарт может достигать 140-180 Ватт. Следовательно, суммарное тепловыделение такого процессора и видеокарты равно 350 Ватт. Для охлаждения данной 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 выше, т.к. неизбежны потери в теплопередаче между процессором и испарителем. Следовательно, для того чтобы получить -35 градусов на процессоре, нужно рассчитывать систему ориентировочно под -45-50 градусов 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 и масла в компрессоре. 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 0.8-1.5 атмосферы. Сверьтесь по таблице и вычислите 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, -20-25С.

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.

Посчитать потери через теплоизоляцию можно по формуле:

Q=(Pi*d*lambda*DT)/H

где H - толщина изоляции
lambda - коэф. теплопроводности, для этого типа изоляции (0.05 для стандартного термофлекса)
d - внутренний диаметр изоляции
DT - разность температур испарителя(отсасывающей трубки) и окружающего воздуха
Pi - 3.14.

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.

Как уже говорилось в предыдущей статье, возможны и другие способы дросселирования помимо капиллярной трубки. Самый распространенный – короткий капилляр + кран/ТРВ (ТРВ – автоматический кран). В качестве ручных кранов подойдут сильфоновые игольчатые краны. Только они гарантируют герметичность и точную настройку. К сожалению, другие варианты кранов травят фреон. В случае с ТРВ – нужно подбирать подходящий по мощности (150-200Ватт) и рассчитанный под ваш тип фреона.

Отсасывающая трубка

В качестве отсасывающей трубки может подойти любая герметичная труба с достаточно низким гидравлическим сопротивлением. Обычно 0.6-1.0 метра вполне достаточно. Использование синтетических шлангов невозможно т.к. они травят фреон сквозь оплетку и стенки. Явление это слабо выраженное, но через 2-3 недели весь фреон однозначно улетучится. Остается 2 варианта: цельная медная трубка и сильфоновый шланг. Рассмотрим их плюсы и минусы.

Сильфон:

  • + герметичен, гарантированно не травит воздух.
  • + относительно гибкий, позволяет много раз изгибать его без ущерба.
  • - достаточно толстый, 14мм. Вместе с теплоизоляцией достигает 30-40мм в диаметре.
  • - абсолютно не работает (не гнется) на скручивание. Сменив материнскую плату (изменив расположение сокета) есть вероятность, что испаритель просто нельзя будет установить без перепайки отсасывающей трубки.
  • - при смене давления сильфон имеет свойство изменять свою длину, так как он устроен как гармошка.
  • - крайне сложная пайка. Латунь и нержавейка паяются только дорогим припоем (30% серебра) с применением специального флюса. Пайка осложняется тем, что температура плавления латуни и припоя самого паяного сильфона ниже температуры плавления обычного медного припоя. (сильфон представляет собой паяный гофр с латунными наконечниками)

Медная трубка:

  • + герметична, гарантированно не травит воздух.
  • + при толщине до 8мм внешнего диаметра относительно гибкая.
  • + относительно тонкая, вместе с теплоизоляцией будет в диаметре 25-30мм
  • + работает и на изгиб и на скручивание.
  • + не изменяет собственные размеры при смене давления
  • + отлично паяется
  • - слишком жесткая для постоянной смены расположения сокета. Частые перегибы приведут к поломке трубки. Сильный локальный изгиб пережмет трубку.
  • - толстая трубка плохо гнется. Тонкая трубка легко гнется, но имеет большое гидравлическое сопротивление.

Можно совместить медную трубку и сильфон. Этот вариант сгладит их отдельные недостатки.

Пайка

Пайка осуществляется при помощи газовой грелки и припоя. Рекомендую использовать специальные горелки, которые продаются в спец-магазинах холодильной техники. Их мощность рассчитана для проведения работ по пайке медных трубок. Плюс ко всему для этих горелок продаются баллоны с газом, которые легко заменяются на новые.

В продаже имеется обычный пропан и газ МАРР. Второй немного дороже, но имеет повышенную до 1300С градусов температуру горения, что позволит быстрее нагревать детали и проводить пайку.

Немного о припое: как уже говорилось, припой бывает медно-фосфорный и медно-серебряный. Настоятельно рекомендую пользоваться именно медно-серебряным припоем, несмотря на его дороговизну. Им гораздо легче паять, у него лучше растекаемость и швы получаются более ровные и качественные. Мое мнение, что медно-фосфорный припой для профессионалов и больших объемов пайки. Для сборки системы обычно требуется 3-5 прутков припоя по 40см, но всегда лучше иметь запас :)

Процесс пайки довольно прост, никакого флюса для пайки медь+медь не требуется. Все марки меди отлично паяются друг с другом и никаких проблем не возникает. Непосредственно перед пайкой очистите спаиваемые детали от грязи, желательно обработать их шкуркой и кислотой для удаления органических соединений. Спаиваемые детали нужно плотно прижать друг к другу и хорошо зафиксировать их в таком положении. Для спаивания трубок можно использовать некий каркас из проволоки, который будет удерживать их в нужном положении. Стоит учитывать, что медь имеет высокую теплопроводность и трубка может сильно греться даже в 40-60см от места пайки. После фиксации необходимо разогреть горелкой медное соединение до характерного красно-малинового цвета. После этого, поддерживая горелкой необходимый прогрев, аккуратно проведите прутком припоя по спаиваемому участку.

Припой имеет температуру плавления 700С-800С градусов в зависимости от состава. Температура плавления меди близка к 1080С градусам. Следует быть аккуратным и не перегреть само место пайки, тонкие трубки легко могут сами расплавиться. Визуально, температурной точкой плавления меди является ее яркий, желто-белый цвет.

При правильной температуре припой не скатывается в шарики, а плавится и растекается в разные стороны с хорошим смачиванием поверхности. Первым признаком недостаточного прогрева меди является прилипание (а не плавление) прутка припоя к детали.

Отдельно хочется сказать об особенностях пайки различных участков.

Самым простой является пайка медных трубок. Трубки быстро прогреваются и их достаточно тяжело прожечь (расплавить) горелкой. Тренироваться следует именно на них.

Далее идет пайка капилляра к трубке. Желательно вставить капилляр и обжать плоскогубцами трубку для плотного облегания ею капилляра. Будьте аккуратны, так легко можно пережать и сам капилляр. При пайке капилляра особо необходимо следить за его температурой, т.к. он тонкий и нагревается до бела за считанные секунды. Советую греть не капилляр, а саму трубку в месте соединения. Капилляр нагреется за счет теплопроводности.

Вот мы и добрались до самого сложного: пайка (сборка) испарителя.

Первое правило: для хорошей и качественной пайки испарителя необходимо прогреть ВЕСЬ испаритель до малинового цвета, иначе кроме мук и дырявого шва вы ничего не добьетесь. Греть можно с любой стороны. При небольшой мощности горелки процесс нагрева может занять до 15 минут. Был случай, когда с недостаточно мощной горелкой мы просто не смогли прогреть испаритель до нужной температуры. Далее процесс пайки практически не отличается от пайки трубок. Не жалейте припоя. Больше – не меньше : )

Процесс пайки испарителя осложняется тем, что к нему должны быть припаяны еще и капилляр с отсасывающей трубкой. Обычно вместо самой трубки паяется штуцер, к которому позже прикручивается отсасывающая трубка. С капилляром сложнее. Он должен уходить внутрь испарителя и быть припаян внутри должным образом. Сначала припаивается капилляр внутри испарителя, а потом уже собирается сам испаритель. Расположение выхода капилляра внутри испарителя зависит от конструкции самого испарителя. Обычно капилляр находится по центру, прямо над CPU/GPU.

Процесс пайки следует производить как можно более быстро, т.к. при высокой температуре на поверхности меди образуется нагар (контакт с воздухом). Снаружи нагар легко очистить, а вот внутри системы он останется навсегда, и отлавливать его – задача фильтра. Сам нагар не может причинить вред системе, но вот капилляры легко могут им забиться, поэтому пайку капилляров следует производить максимально быстро. Толщина нагара зависит от времени пайки. При пайке испарителей он может достигать толщины 0.5мм и становиться прочным и жестким.

Пайка сильфоновой отсасывающей трубки – достаточно сложное занятие, но гарантирующее абсолютную герметичность. Учтите, латунь и нержавеющая сталь сильфона паяется очень плохо. Припаять ее можно только медно-серебряным припоем с содержанием серебра не менее 30% и использованием специального флюса. Еще один недостаток сильфона – он не работает на скручивание. То есть припаивать нужно под определенным положением, иначе вы не сможете установить испаритель на CPU/GPU. Не стоит пускать натянутый капилляр внутрь сильфона. При подаче давления сильфон растянется на несколько сантиметров и может порвать капилляр. Либо пускайте капилляр вне сильфона, либо капилляр должен быть скручен в спираль (для возможности увеличивать длину).

Проверка системы

После сборки системы необходима проверка на герметичность. Самый простой способ – накачать в систему газ (можно просто заправить немного фреона) и промазать мыльной водой все места стыков. Испарители можно опустить в сосуд с водой. При наличии течи вы сразу увидите мыльные пузыри или множество мелких пузырьков в воде. В случае обнаружения течи необходимо еще раз пропаять проблемное место.

Ни в коем случае не накачивайте в контур воздух!!! Вместе с ним туда попадет влага. Извлечь ее будет очень сложно.

Запуск

Первоначальный запуск системы необходим лишь для проверки ее работоспособности. Перед заправкой системы газом необходимо откачать из нее воздух. Это можно сделать с помощью еще одного компрессора, который в течение 2-3 минут откачает практически весь воздух и создаст давление в 0.1-0.2 атмосферы.

Если у вас в системе установлен манометр, то после отключения вакуумирующего компрессора оставьте систему на 5 минут. При негерметичности контура давление обязательно поднимется. Если же оно осталось на прежнем уровне – значит система герметична и готова к заправке. Манометры обычно подключаются парой на момент настройки системы. Один ставится на линию высокого давления (компрессор - конденсор), номинал 20-25 атмосфер, а второй на линию низкого давления (отсасывающая трубка – компрессор), номинал не ниже 10 атмосфер.

Подключите к системе баллон с фреоном (на линию откачки), предварительно продув заправочную трубку фреоном (открыть кран на баллоне) и выдув из нее воздух. Запустите компрессор системы и потихоньку НЕБОЛЬШИМИ ПОРЦИЯМИ подавайте в нее газ из баллона. Как только испаритель начнет покрываться инеем – прекратите подачу фреона из заправочного баллона.

Если вы намеренно поставили капилляр с запасом по длине, то сейчас самое время измерять самые низкие температуры вашей системы. Больше вы их, скорее всего, никогда не увидите :)

Самая большая головная боль - влага в системе. Ни в коем случае нельзя допускать попадания влаги или влажного воздуха в систему. Не оставляйте компрессор с открытыми патрубками. Не запускайте компрессор на прокачку атмосферного воздуха!!! Масло компрессора имеет нехорошее свойство впитывать воду и выгнать ее из системы потом достаточно проблематично.

Первые признаки наличия воды в системе: после заправки и запуска испаритель начинает охлаждаться, но потом оттаивает. Потом снова охлаждается и так по циклу. Если прислушаться к испарителю – кипение фреона идет периодически. Пара секунд кипения и минута простоя. Это вызвано замерзанием воды в капилляре и временем оттайки, после чего фреон опять поступает в испаритель и на конце охлажденного капилляра опять замерзает вода.

Как лечить? Если воды мало – длительное вакуумирование системы. Если воды много – вакуумирование и внешний прогрев фильтра и испарителей до 150-200С градусов (примерно). Если эти методы не помогают – значит масло впитало воду. Поможет только замена масла в компрессоре.

Некоторое дополнение: при холостом прогоне фреонки с малой заправкой и длинным капилляром возможно получение на испарителях очень низких температур (порядка -60 -75С градусов) даже на довольно безобидных фреонах R-22, R-404, R-507. Средняя температура замерзания масла компрессора порядка -40-60С. Вполне возможно, что при холостом прогоне системы масло будет замерзать в испарителе, и испаритель будет останавливаться. Ничего страшного нет, под нагрузкой такие температуры на одноконтурной системе недостижимы и испарители будут работать исправно.

Теплоизоляция

Теплоизоляция необходима, поэтому о ее реализации нужно подумать еще до строительства системы. Теплоизолировать нужно испаритель, отсасывающую трубку и пространство электронных плат вокруг места установки испарителей. Обычно хватает области в 12х12 сантиметров, но больше – не меньше, так что экономить не стоит. Необходимо обратить внимание на силовые транзисторы, которые достаточно сильно греются. Для них лучше оставить небольшие окошки. Так же как и при водяном охлаждении, просто необходимо осуществлять обдув околосокетного пространства. При воздушном кулере силовые схемы обдуваются его потоками. В случае с фреонкой обдув отсутствует, что может привести к их перегреву.

Внешний вид реализации теплоизоляции можно увидеть на нескольких примерах (в конце статьи).

Установка испарителя на видеокарту благоприятно влияет на температуру видеопамяти т.к. она находится достаточно близко к GPU (не стоит снимать воздушные радиаторы с памяти). Обычно температура памяти падает на 15-20С градусов по сравнению с классическим воздушным охлаждением.

Выпадение конденсата все же возможно, поэтому я советую перед термоизоляцией смазать поверхность печатных плат любым диэлектриком. Выглядит это следующим образом:

В качестве диэлектрика я использовал жидкий силикон:

Затронем тему о креплении испарителя. К сожалению, испаритель довольно много весит, и я не советую ставить его на материнские платы без специальных крепежных отверстий. Добавим сюда еще и некоторую жесткость отсасывающей трубки, и выходит достаточно серьезная нагрузка на систему крепления. Конечно, можно изготовить некие клипсы, которыми потом притянуть испаритель к сокету. Но низкие температуры сделают ломким его и без того достаточно хрупкий пластик. Обычно крепление испарителя выполняется длинными винтами или шпильками сквозь крепежные отверстия в текстолите. Возможно, это не самый удобный способ, но, несомненно, один из самых надежных :)

Настройка под железо

При настройке фреонки под конкретное железо (диапазон тепловыделения) необходимо учитывать два основных критерия: достаточную хладопроизводительность и обеспечение безопасной работы компрессора. Первое достигается за счет достаточного количества заправленного газа и укорачивания длины капилляра (увеличение подачи хладагента в испаритель). Второе достигается за счет предотвращения попадания жидкого хладагента в компрессор. Этого можно добиться лишь практически полным выкипанием фреона в испарителе.

Необходимо найти точку пересечения зависимостей. Чтобы предотвратить попадание жидкого фреона в компрессор – мы удлиняем капилляр, чтобы обеспечить максимальную хладопроизводительность – мы его укорачиваем. Отклонение от этой точки в любую сторону нежелательно. С одной стороны, мы можем убить компрессор при попадании в него жидкости, с другой, мы получим недостаточную холодильную мощность.

Внимание! Настраивать систему необходимо под режим минимальной нагрузки. Это диктуется вторым критерием. Настройка заключается в подборе длины капилляра, достаточной для промораживания отсасывающей трубки вплоть до самого компрессора. На более разогнанных (нагруженных/горячих) режимах хладагент будет выкипать в испарителе более полно и жидкий фреон гарантированно не попадет в компрессор. Этот метод настройки самый быстрый и эффективный. Им можно пользоваться даже при отсутствии манометров.

С длиной капилляра вроде разобрались. Давайте определимся с количеством газа, необходимого для заправки системы. Как правило, заправка средней системы составляет 30 грамм хладагента. При заправке желательно пользоваться заправочным клапаном, через который при необходимости можно легко стравить или добавить фреона.

Во время работы компрессора газообразный хладагент сжимается и с температурой 60-90С градусов поступает в конденсор. Не требуется особых навыков, чтобы, пощупав трубку, определить такую температуру. В конденсоре температура хладагента должна постепенно падать и на выходе не превышать 30-45С градусов.

Если конденсор холодный, а трубка от компрессора до конденсора и сам компрессор очень горячие – значит система перезаправлена и необходимо стравить часть хладагента. Если испаритель не морозит (при условии, что не забилась капиллярная трубка) – значит заправка недостаточна. Обычно во время работы испаритель немного шипит (испаряется фреон). Если испаритель не морозит и нет слабого шипения – возможно забился капилляр. В этом случае его придется отпаивать и убирать мусор.

Настройка фреонки состоит из подбора длины капилляра и количества заправленного хладагента. Оптимальным режимом считается положение, когда отсасывающая трубка промерзает вплоть до входа в компрессор. Если обмерзает и часть самого компрессора – значит у вас слишком короткий капилляр.

Давление на линии откачки не должно превышать 1.5 атмосферы, иначе температура испарителя будет недостаточно низкой. Чем длиннее капилляр – тем ниже будет давление на линии откачки – тем ниже будет температура испарителя. Но снижается и величина подачи фреона в испаритель, что снижает охлаждающую мощность.

Для предотвращения попадания жидкого хладагента в компрессор, возможна установка докипателя жидкости. Докипателем является некий сосуд, который находится между отсасывающей трубкой и компрессором. Жидкий хладагент докипает в нем полностью, охлаждая стенки сосуда. При использовании этого метода идут существенные потери холодильной мощности системы.

Описание готовых систем:

Одноконтурная система с двумя испарителями. Авторы: (Sladky + Мусяка)

Изначально эта система планировалась как каскад для установки рекордов. Оказалось, в продаже в изобилии есть промышленные компрессоры как отдельно, так и в сборе с обвязкой. Цена собранного холодильного агрегата была меньше чем стоимость отдельных комплектующих, поэтому мы сразу купили агрегат производства "Холодмаш" ВН-630(1). Однофазный холодильный агрегат с трехфазным компрессором 640 Ватт (-35С) на фреоне R-22. Большим достоинством агрегата стало то, что он имеет краны на низком и высоком давлении. Стала возможной разборка контура практически без потери хладагента, что очень важно, учитывая довольно большую заправку в 200-300 грамм.

Блок пуска агрегата оказался относительно сложным и, чтобы разобраться в нем, пришлось обращаться к документации агрегата на сайте "Холодмаша".

Испарители у нас собственной конструкции. Они выточены из цельного бруска меди и состоят из сердечника и крышки:

После покупки комплектующих и изготовления испарителей, мы решили проверить работу первого среднетемпературного контура и собрали вот такого змея-Горыныча с двумя головами.

Планировалось использовать ТРВ (терморегулирующий вентиль), но нам не удалось найти достаточно маломощного для наших целей. Также мы пробовали вариант с объединением крана, дросселя и короткого капилляра. Результат был неплохой, -49С градусов, но конструкция оказалась достаточно громоздкой. Позже решено было перейти на капилляр + ручной вентильный кран.

Имея подключенные к системе манометры и краны перед ними, стало легко регулировать подачу фреона в каждую из линий системы. По манометру на линии откачки можно легко определиться с текущим режимом работы испарителей.

Такая гибкость позволяет легко переконфигурировать систему под разное железо и разное тепловыделение. Так как фреонка планировалась как стенд – мы не были ограничены ни в размерах, ни в шуме, ни в ее эстетическом виде. Как обычно, финансов на холодный контур не хватило и мы лишь довели до ума производительность этой одноконтурной схемы с двумя испарителями.

Для низких температур характерно выпадение конденсата. С этой проблемой мы столкнулись при первом же запуске системы.

Пришлось делать серьезную теплоизоляцию из монтажной пены и термогерметика с закрытыми порами:

Нужно признать, что производительность системы на высоте. В простое температура испарителей опускается до -55С градусов, а под нагрузкой держится на уровне -45-50С градусов. Такая мощность позволяет удерживать процессоры под нагрузкой в пределах: Prescott 3.0E@4.5(1.6V) -22C, Northwood 3.0C@3.9(1.8V) -37C, P-4 Extreme Edition 3.2@4.3(1.775V) -32C, 9800XT@590/860(2.15V) -36C, 6800GT@515/1240(1.6V) -32C, X800XT PE@730/1240(1.7V) -32C. Приведены температуры самих объектов, испарители на 10-15С градусов более холодные.

Безусловно, как только позволят финансы, будет достроен второй контур каскада. Предположительно он будет выглядеть следующим образом:

Одноконтурная с двумя испарителями. Автор (Sladky)

Эта система делалась под заказ. Мы сразу определились с необходимыми параметрами и комплектующими. Охлаждение процессора и видеокарты. Постоянная работа в составе домашнего компьютера. Исходя их этих требований, система должна быть тихой и компактной. Для обеспечения необходимой мощности был куплен компрессор Danfoss с мощностью 450Ватт (-25С) на газе R-22.

Конденсор Lu-Ve STVF-75, пластинчатый двухпроходный.

В качестве докипателя жидкости я смастерил вот такую изогнутую трубку, которая обдувается потоком теплого воздуха от вентилятора.

Испарители - медные цилиндрические, выточены из цельного бруска меди:

Система собрана на платформе из толстой фанеры. Планируется прикрутить к ней 4 маленьких колеса т.к. весит она около 15-20 кг и переноска достаточна проблематична.

Фильтр Danfoss на 25 грамм. Трубки: нагнетание 6мм, отсасывание 8мм. Капилляр 0,8мм. Выход на рабочий режим из состояния покоя около одной минуты. Температура испарителей -40 -45С градусов.

Одноконтурная система с одним испарителем. Автор: (Big_Sam)

Эта установка задумывалась как универсальная. Предназначена для охлаждения разных видеокарт, с возможностью охладить более "горячий девайс", например Р4 – Prescott. Приоритетом проекта была выбрана как можно более низкая конечная цена. Основой установки является компрессор ASPERA, модель NE2134GK. Компрессор выбран с учётом его достаточной мощности и возможности выдерживать высокие давления. Цена данной модели компрессора ASPERA - 3400руб.

Компрессор рассчитан на работу с газом R404A и изначально заправлен синтетическим маслом, которое совместимо практически со всеми фреонами. Возможность заправить его R22 или R290 делает установку ещё более доступной и универсальной. При использовании R404A, показатели мощности составляют:

  • 508Вт при t -25С
  • 850Вт при t -15С, в обоих случаях температура конденсации фреона 45С.

Конденсер фирмы Lu-Ve.

Выбор типоразмеров был велик, и я счёл подходящим по мощности и размерам, однопроходный, высотой – 18см, шириной - 20см. Конденсер в сборе с двигателем, кожухом и крыльчаткой и готов к немедленной установке в систему. Цена – 1200руб.

Следующим элементом системы является – фильтр.

На нем было решено сильно не экономить. Потому, что после процесса пайки, образовавшийся налёт может забить капиллярную трубку, и поэтому был взят качественный прибор производства Danfoss, подходящий по размеру и сечению патрубков. Цена – 300р. (хотя можно обойтись пятьюдесятью).

Всасывающий шланг.

Для этого был взят обычный стальной гофрированный газовый шланг (сильфон) длиной 1м. В наличии были более короткие шланги, но для удобства эксплуатации был взят именно этот. Цена – 350р.

В системе применена капиллярная трубка диаметром 0. 8мм фирмы Refco.

Ничего примечательного данный элемент не представляет, кроме того, что продавался длиной минимум 15м, а для установки потребовалось всего 2.75м. Цена за 15м составила 330р.

Последним и одним из главных элементов системы является испаритель.

Существует множество конструкций и способов воплотить их в жизнь, начиная от домашнего - кустарного, до высокоточного производства. В данном случае был применен испаритель собственной конструкции, изготовленный промышленным способом. Цена составила 1200р. (хотя можно было поработать дрелью дома бесплатно).

Всё было собрано на алюминиевом каркасе (хотя всё вполне умещается на обычной фанере), для удобства переноски системы в случае необходимости. Сварной каркас из листа, профиля и трубы, обошелся в 200р.

На сборку и пайку было потрачено около двух часов непрерывной работы. Сложно оценить то количество припоя и газа, которое ушло на пайку, вместе с заправкой системы фреоном (R404A достаточно дорогого, по сравнению с R22), для меня это было бесплатным.

На заправку, настройку и проверку ушло тоже примерно два часа. После чего система охлаждения была готова к "бою". Показатели системы "звезд с неба не хватали", они были и остаются очень стабильными – это радует. На воздухе, без всяких нагрузок температура на испарителе опускается до -45С. С установленной видеокартой Radeon Х800ХТ (Vgpu=1.7V, 630Mhz) в покое составляет -39С, с полной нагрузкой -35С.

Двухконтурный каскад с одним испарителем. Автор: (Steff)

О принципе работы каскада было рассказано в первой статье, здесь будет показан пример его сборки на практике.

Основными достоинствами классических каскадов является относительная простота в настройке и надёжность. Для сборки можно использовать обычные герметические компрессоры и общая стоимость системы становится значительно ниже. Итак, было решено собрать классический двухконтурный каскад, вот его схема:

Теперь подробно о компонентах системы.

Выбор фреонов

Высокотемпературный фреон. Для первой ступени подходят те же фреоны, что и для обычной одноконтурной системы - Р22, Р290, Р404а, Р507. Для этого контура я использовал Р290.

Низкотемпературный фреон. Найти низкотемпературный фреон достаточно сложно, а если есть выбор, то лучше всего ориентироваться по цене - подобные хладагенты могут быть очень дорогими. Для наших целей подходят несколько, в скобках указана температура кипения при атмосферном давлении: Р13(-81С), Р23(-82С), SUVA95(-88C), Р503(-88С), Р1150(-104С). На сегодняшний день выбором экстремалов является Р1150, поэтому я использовал его для второй ступени.

Компрессоры

Как уже было сказано в первой статье, желательно, чтобы компрессор первой ступени (высокотемпературный фреон) был мощнее компрессора второй ступени (низкотемпературный фреон). Это объясняется тем, что первому компрессору приходится выполнять больше работы. На время сборки каскада у меня не было мощного компрессора для первой ступени, пришлось использовать компрессор фирмы Embraco (Aspera) рассчитанный на Р134а с производительностью в 150Ватт при -35С на испарителе. Для второго контура нужен компрессор, который смог бы работать при высоких давлениях на кондесере, я купил компрессор Tecumseh предназначенный для Р404а\Р507.

Теплообменники

Теплообменник является одновременно испарителем и конденсером. Именно в нём испаряется высокотемпературный фреон и конденсируется низкотемпературный. Существует несколько конструкций теплообменников подходящих для каскадов:

Трубка в трубке. В этом случае высокотемпературный фреон испаряется во внутренней трубке, а низкотемпературный конденсируется в пространстве между трубками. Фреоны должны двигаться в противоположных направлениях: высокотемпературный (испаряясь) – снизу вверх, низкотемпературный (конденсируясь)-сверху вниз.

Спираль в трубке. Низкотемпературный фреон двигается по спирали, высокотемпературный - внутри трубки. Такие теплообменники можно использовать в дополнение к основным, это делает систему более эффективной. Они также очень хорошо подходят для чиллеров.

Пластинчатый (Plate type) теплообменник. Благодаря очень большой внутренней поверхности подобная конструкция является самой эффективной и компактной, недостаток - очень высокая цена на такие теплообменники (250+ долларов за штуку).

Я использовал самодельный теплообменник трубка-в-трубке. Общая длина - 4.5 метра. Также был установлен дополнительный теплообменник на линию всасывания Р290, который охлаждает пары Р1150 после компрессора.

Маслоотделитель.

Как известно, масло циркулирует в системе вместе с фреоном, при этом часть масла находится в жидком виде, а часть - в газообразном (пыль). При температурах ниже -60С масло начинает замерзать в испарителе, забивая при этом контур. Поэтому для низкотемпературного контура нужно обязательно использовать маслоотделитель - фильтр, который будет вылавливать масло сразу после компрессора, пока фреон находится в газообразном состоянии. Из маслоотделителя масло проходит обходным путём назад к компрессору. Упрощённая схема маслоотделителя выглядит так:

Я использовал вот такой маслоотделитель фирмы AC&R:

Для того, чтобы контролировать поступления масла назад в компрессор, используется соленоид.

Испаритель

Использовался Baker’s CPU Evaporator и специальный корпус для него:

Сборка системы

Для того, чтобы проверить, как всё это работает на практике, был собран первый стенд:

Изоляция, первый запуск и результат:

Убедившись в работоспособности системы, я решил сделать её более компактной. Полностью разобрав каскад, я поместил всё в трехэтажную стойку. Внизу поставил компрессоры и конденсер, посредине теплообменники, а сверху оставил место для компьютера:

Для охлаждения видеокарты я сделал отдельную одноконтурную фреонку на Р290, после изоляции вся система выглядит так:

А вот система в действии, пока без нагрузки:

В итоге система показала себя очень хорошо: А64 3500+ разогнан до 3Ghz, температура на испарителе держится на уровне -95С в простое и поднимается до -90С под нагрузкой. Фреонка для видеокарты также получилась достаточно производительной. С GeForce 6800 GT -57С в простое и -50С под нагрузкой.

Выводы

Самая большая проблема, с которой пришлось столкнуться - конденсат. После 15-20 минут работы системы материнская плата начинает покрываться инеем на расстояние до 15 см вокруг испарителя. Через полчаса каплями влаги покрываются радиатор чипсета и модули памяти. Проблема была решена установкой вентилятора, который обдувает испаритель и пространство вокруг него. Таким образом, стало возможным тестировать систему часами, не опасаясь образования конденсата.

К недостаткам также следует отнести количество потребляемой электроэнергии. При трёх работающих компрессорах систему почти нереально использовать постоянно. Ну и, конечно, размеры системы, вес и шум от двух больших вентиляторов. Но все недостатки покрываются теми возможностями, которые открываются оверклокеру при использовании такой системы.

Сборка бюджетной фреонки

В статье описан процесс сборки системы из новых комплектующих. Себестоимость такой фреонки однозначно перевалит за 200-300$ и далеко не многие могут позволить себе такую роскошь. Что же можно предложить в качестве бюджетного решения? Давайте поразмышляем.

Компрессор

Не обязательно покупать дорогие импортные компрессоры. Да, может отечественный и не радует абсолютной тишиной, может он не такой компактный и красивый, но его стоимость может скрасить все остальные недостатки. Отечественные компрессоры стоят 1000-2500 руб, что вполне по карману бережливому оверклокеру. В крайнем случае, можно снять компрессор со старого холодильника/кондиционера или иного устройства охлаждения. Желательно искать холодильник/кондиционер помощнее, т.к. в больших агрегатах устанавливают более мощные компрессоры. В бытовых холодильниках обычно используют компрессоры 100-150Вт (1/8 л.с.).

Сразу нужно определиться с типом фреона, на котором работает это чудо. На компрессоре или на задней стенке холодильника (что чаще) должен быть указан тип используемого хладагента и масла. Большинство современных холодильников работает на фреоне R134a. Тип масла так же можно узнать по модели компрессора. Далее нужно найти информацию о допустимых фреонах под это масло и выбирать подходящий. Если же масло не подходит под нужный вам фреон, то его можно заменить. Для фреона R404а используется POE масло. Оно часто продается в автомагазинах для автомобильных кондиционеров. Смену масла может сделать ваш знакомый холодильщик, которому так же желательно доверить сварку, вакуумирование и заправку системы. За подобные услуги берут 10-30 долларов.

Конденсор

В качестве конденсора подойдет любой радиатор, выдерживающий давление 17-20 атмосфер. При малых габаритах необходимо использовать вентилятор. Для удобства пайки и надежности, желательно, чтобы его патрубки были медными. Такие радиаторы можно поискать на авторынках, однако нужно быть внимательным, и при паяных оловом соединениях проявлять внимание, т.к. такие швы могут не обеспечивать необходимой надежности соединения. Если и такой радиатор является проблемой – делаем его сами. Найдите/купите метров 8-10 тонкой медной 4-8мм трубки, согните ее зигзагом, наденьте на раму, установите вентилятор и ваш импровизированный конденсор готов. Возможно, его производительность будет невысока, но при хорошем обдуве работать должно.

Фильтр

Извините, но этот компонент все же придется купить. 50 рублей не те деньги, чтобы экономить В крайнем случае, фильтр представляет собой трубку с мелкой металлической сеткой внутри. Нечто вроде сита. Если руки растут очень прямо – можно изготовить самостоятельно. Для этого возьмите медную трубку с диаметром 12-15мм, набейте мелкой металлической сеткой (но она не должна крошиться и быть хрупкой, иначе забьете систему!) и запаяйте концы с выходами под капилляр и трубки.

Испаритель

Есть несколько бюджетных вариантов исполнения.

Самый простой - пустить на это дело обычный паяный медный водоблок. Благо сейчас многие делают их на продажу. Еще один вариант – сделать его из медной пластины-основания и припаянной к ней сверху трубки-испарителя. Однако такие испарители пригодны для отвода небольших мощностей с достаточно низкой эффективностью (припой проводит тепло гораздо хуже меди).

Для больших мощностей все же желательно использовать испаритель традиционной конструкции для фреонок. Процесс фрезеровки можно заменить высверливанием каналов для фреона дрелью. Это позволит избежать использования сложного заводского оборудования. Эффективность данного решения даже может быть выше, т.к. площадь неровных бугристых каналов будет больше. Не забудьте тщательно удалить всю стружку и надежно пропаять швы.

Пара слов о чиллерах

Нередко системы фазового перехода применяются в качестве холодильников для систем ЖО. Такие системы в целом являются чиллерами. Единственное отличие этой фреонки от стандартной системы Direct Die - конструкция и роль испарителя. В случае с чиллером испаритель является теплообменником и охлаждает протекающую через него жидкость. Такой теплообменник достаточно просто сделать самостоятельно.

Первый вариант: В толстую медную трубку на всю ее длину необходимо прокинуть более тонкую трубку (в которой и потечет потом охлаждаемая жидкость). Пространство между внутренней и внешней трубками и будет являться испарителем фреона. Один конец внешней трубки будет оборудован входящим капилляром, а другой – отсасывающей трубкой.

Второй вариант: Свернуть трубку-испаритель спиралью и опустить в расширительный бачок с жидкостью.

Существует множество вариантов подобных теплообменников. Какой именно ставить в систему - выбирать вам.

Заключение

Этот материал был представлен как подробное пособие по строительству системы фазового перехода в домашних условиях. 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 этой ветке: Немного экстрима или фреонка своими руками.

Хочется выразить отдельные благодарности:

Steff, Big_Sam и Kernel1 за помощь в строительстве систем и ценные рекомендации.
Steff и Big_Sam за предоставление материала по своим системам.
Мусяке за помощь в покупке, сборке и настройке системы.
TiN_MGP, RU_SilaVlad и Bones за помощь в редактировании статьи.
BigTruck и OGAN за предоставление железа на тестирование системы.
Overclockers.ru за частичное финансирование проекта.
Всем, кто финансово помогает в строительстве каскада.
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

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