Модульный блок охлаждения жидкости



Эта работа была прислана на наш "бессрочный" конкурс статей и автор получил поощрительный приз – коврик от AMD.


При очередной модификации системного блока обнаружилось, что существующий внешний блок охлаждения жидкости СВО на фоне нового корпуса будет выглядеть громоздким. Ко всему прочему, ограниченное пространство рабочего стола не позволяло работать достаточно комфортно. Внешний блок охлаждения занимал нерационально много места, и появилось желание сделать его компактным или всю СВО поместить в системный блок.

Для переделки СВО не хотелось использовать автомобильные радиаторы охлаждения по причине их конструктивных особенностей крепления ребер охлаждения к трубкам. В большей части современных автомобильных радиаторов ребра крепятся путем обжима проводящих жидкость каналов, и из-за малой площади контакта ребра с трубкой и качества контакта, количество ребер делается большим. Это удешевляет производство радиаторов и не критично для тех функций, когда радиатор используется по прямому назначению в автомобиле. Для компьютерных СВО желательно, чтобы ребра охлаждения имели идеальный тепловой контакт с каналами, проводящими жидкость, и не были расположены очень часто. Этим требованиям может удовлетворять цельнолитой радиатор или радиатор с полностью паяными ребрами охлаждения. Причем пайка должна быть произведена материалом, не уступающим по теплопроводности металлу, из которого изготовлен радиатор. Такие охладители необходимых размеров попадаются нечасто.

Помог случай, в одном из магазинов продавались радиаторы производства KNST марки HS 136-150, предназначенные, видимо, для мощных тиристоров. Они имели вид атмосферных стабилизаторов артиллерийских мин с линейными размерами 50х50х150 мм и были изготовлены из алюминиевого сплава с черным анодированным покрытием. Ко всему прочему, имелся сквозной продольный канал в центре радиатора. При внимательном рассмотрении изделий, появились наметки будущей конструкции и были приобретены четыре радиатора и четыре вентилятора типоразмера 50 мм.

Существующее отверстие в радиаторах было рассверлено до диаметра 12 мм, нарезана цилиндрическая внутренняя резьба ¼ дюйма, хотя желательно нарезать было коническую или, используя жаргон, "компрессорную" резьбу. Как и раньше были использованы быстросъемные штуцеры производства фирмы John Guest от бытовых систем очистки питьевой воды.





Из-за наличия цилиндрической резьбы штуцеры были установлены в отверстия радиаторов с уплотнением на фум-ленте. Из алюминиевого уголка 30х30 мм был изготовлен разборный короб для будущего охладителя. Уголки крепились на восьми винтах М3, резьба для которых нарезана в плоскостях радиатора. Уголки подогнаны по месту установки и на двухстороннем скотче внутрь короба установлен вентилятор. При сборке составные части короба прижимают корпус вентилятора довольно плотно, а скотч еще выполняет функцию гасителя вибраций. В итоге получаем модуль охлаждения жидкости, имеющий размеры 52х52х180 мм.

Из таких модулей можно собрать любую конструкцию, внешнюю или встроенную в корпус компьютера, выполняющую функцию охлаждения жидкости СВО внешней средой.

Так как новый корпус еще не был мне доставлен, проектирование размещения СВО в системном блоке велось исходя из официальных данных на продукцию. Однако когда появился корпус Antec Overture, из-за небольших конструктивных изменений, не отраженных в документации, макетный монтаж СВО показал, что становятся недоступными три слота PCI на существующей материнской плате, можно установить только два модуля охлаждения и придется демонтировать один корпусной вентилятор. Но самым большим просчетом было то, что пришлось бы отказаться от двухканального режима работы памяти, потому что входной патрубок помпы упирался в линейку памяти, и ее необходимо было бы переместить в соседний слот. Кроме этого пришлось бы изменять конструкцию водяного охлаждения видеокарты. Охлаждение видеокарты все равно нужно было модернизировать, но остальным жертвовать не хотелось.

Опять было принято решение применить внешний блок охлаждения жидкости СВО в составе четырех модулей, но сделать его малогабаритным.

Изготовлено дополнительно еще два модуля, где материалом для короба служил пластиковый уголок. Его применение оправдано только технологичностью при обработке. Основание для крепления модулей было изготовлено из пластин удаленных ребер батарей, которые использовались в предыдущей СВО. Пластины имеют выштамповку, играющую роль ребра жесткости, что не позволяет основанию прогибаться под весом установленных на нем элементов.

В итоге принято решение:

  • отказаться от расширительного бачка, но изготовить самодельный компенсатор теплового расширения жидкости, позволяющий легко производить заправку системы;
  • использовать автоматический температурный регулятор оборотов вентиляторов;
  • установить помпу Eheim 1048 внутри блока охлаждения жидкости;
  • электропитание для блока охлаждения получать от компьютера;
  • блок охлаждения жидкости должен иметь размеры не более 180х180х115мм.

Производим сборку блока охлаждения. Крепим на основании попарно модули охлаждения, располагая их по краям. Так как помпа Eheim является универсальной, т.е. может работать как погружной, так и наружной, снимаем у нее не нужный нам передний защитный кожух и крепежное основание. Вместо штатных фитингов вкручиваем быстросъемные штуцеры. Помпу устанавливаем на амортизирующей прокладке между модулями и закрепляем мягкими прокладками с боков, а так как подводные трубки довольно жесткие, конструкция крепления помпы получается надежной.





Компенсатор теплового расширения жидкости изготовлен из пластиковой цилиндрической тридцатимилилитровой емкости от лекарств и имеет легкосъемную крышку, через которую происходит заправка системы. Сбоку и в днище просверлены отверстия под внешний диаметр используемых трубок. Трубки вставляются в эти отверстия, и отверстия герметизируются с помощью клеящего термопистолета. Боковая трубка, проходящая внутри емкости, оканчивается около днища емкости. Другая трубка, проходящая через отверстие в днище, присоединена к всасывающему патрубку помпы.

Часто те, кто не имеет опыта работы с клеящим термопистолетом, жалуются на прочность клеевого шва. Небольшой совет: первый слой клея наносите тонкий и, не отрывая носика пистолета от шва, прогрейте его до состояния, когда начинает плавиться склеиваемый материал. Затем, наносите другие слои до достижения необходимой толщины шва. Полученный шов будет надежный и аккуратный.

Компенсатор устанавливается вертикально, его верхняя точка должна быть выше верхней точки подачи жидкости в системе. Крышка компенсатора имеет сквозное отверстие для сообщения внутреннего объема с внешней средой.

Модули охлаждения соединены последовательно. Вход неохлажденной жидкости осуществляется через верхний правый задний штуцер первого модуля (смотрим со стороны вентиляторов). Затем жидкость, частично охладившись в первом модуле, через компенсатор теплового расширения попадает во всасывающий патрубок помпы. С выхода помпы жидкость следует в другие модули охлаждения по пути: верхний левый модуль, нижний левый модуль, нижний правый модуль, далее через штуцер к ватерблокам. Пространство между модулями и вентиляторы закрыто декоративными перфорированными кожухами.





Изготавливаем терморегулятор оборотов вентиляторов. Используем типовую схему на элементах L200.

Используя четыре вентилятора, имеет смысл применить независимую двухканальную систему регулировки. Каждая пара вентиляторов имеет свой терморегулятор. Привязываться к номиналам пассивных элементов схемы жестко не обязательно. Значение напряжения подаваемого на вентиляторы можно рассчитать по формуле: V = 2.77(1+VR/TH), где VR – текущее сопротивление переменного резистора, включенного между выводом 4 и 2 элемента L200, TH – текущее сопротивление термистора. Термистор должен иметь отрицательный температурный коэффициент. Сопротивление, включенное между выводами 5 и 2 элемента L200 и нормирующее максимальный ток, при котором включается защита от короткого замыкания, рассчитывается по формуле: I = 0.45/R. В моем варианте монтажа резистор R составлен из двух элементов включенных параллельно. Для подключения вентиляторов, термисторов и цепи питания использованы двухконтактные разъемы производства TWN.

Все компоненты размещаем на односторонней печатной плате. Метод изготовления ее в домашних условиях довольно прост. После проектирования в любой удобной программной среде, распечатываем рисунок платы на принтере, используя в качестве материала для печати любой самоклеющийся стикер на синтетической основе. На заготовку из фольгированного стеклотекстолита этот стикер наклеиваем со стороны фольги, острым ножом вырезаем по контуру проводники, удаляем лишний материал стикера. Разводим хлорное железо в любой пластиковой емкости, кладем плату на поверхность раствора фольгой вниз. Если аккуратно положить ее на поверхность раствора хлорного железа, то она будет плавать, и процесс травления будет быстрым. После окончания травления плату промываем проточной водой и удаляем с проводящих дорожек стикер. Далее сверлим отверстия для деталей и паяем их.

Соединяем параллельно питающие выводы пар вентиляторов, таким образом, создаем разные группы воздушного охлаждения модулей. Термисторы каждого канала управления располагаем на торцах модулей, обеспечив хороший тепловой контакт с материалом радиатора. В моем случае напряжение на вентиляторах может изменяться от 5В при температуре около +22С до 9В при температуре радиатора около +43С при напряжении питания терморегулятора 12В. Можно отрегулировать напряжение на выходе терморегулятора подстроечным сопротивлением так, что в момент запуска СВО вентиляторы не будут работать. А запуск их произойдет при достижении определенной температуры нагрева жидкости в системе.

Плату терморегулятора крепим на корпусе помпы с помощью клеящего термопистолета. В принципе, если нет двухстороннего скотча, вентиляторы в коробе модуля также можно закрепить с его помощью.

Производим доводку корпуса Antec. Удаляем дремелем штампованные заводские решетки вентиляторов и устанавливаем "грили". На задней стенке корпуса монтируем сетевую розетку производства TWN марки K2416(AS-208) для питания помпы и любой низковольтный разъем для питания терморегулятора напряжением 12В. Устанавливаем реле с напряжением управления 12В и коммутируемым напряжением 220В и током 12А (нашлось в запасах только такое), позволяющее включать помпу одновременно с включением компьютера. Реле включено по типовой схеме и коммутирует два провода сетевого питания при появлении 12в от БП компьютера.





Для удобства подключения блока охлаждения жидкости СВО к остальным компонентам системы, на задней стенке корпуса установлены двухсторонние штуцеры.

Производим тестирование полученного блока охлаждения. Для сравнения будем использовать существующую систему (см. рис. 1), хотя это не совсем корректно из-за конструктивных различий и принципов работы. Для более чистого эксперимента оставляем системный блок старым, только кладем его на бок. Это связано с конструкцией компенсатора теплового расширения жидкости в новом блоке охлаждения. Верхняя точка компенсатора должна находиться выше верхней точки подачи жидкости, когда система СВО выключена. Новый корпус этим параметрам удовлетворяет, а старый нет.

Компьютер, в основном, предназначен для развлечений и имеет следующую конфигурацию:

  • процессор: AMD AthlonXP 3000+ Barton шина 333МГц, произведен разгон до 3200+ по шине 400МГц;
  • память: Hyundai DDR SDRAM PC3200 512Мб х2;
  • видеокарта: GeCube 9800XT 256Мб;
  • материнская плата: ABIT AN7;
  • жесткий диск: Samsung 80Гб х2, SATA RAID0;
  • блок питания: Zalman 400Вт;
  • корпус: ASCOT;
  • система охлаждения:
    • процессор, северный мост, видеокарта – жидкостная;
    • HDD, южный мост, мосфеты, БП – воздушная.
  • операционная система - Windows XP SP2.

Температура в помещении находится в пределах +25 – +26С. Измерения температуры процессора производились утилитой Guru, входящей в матобеспечение системной платы.

Старый блок охлаждения жидкости

Температура покоя процессора - +36С - +37С

Температура процессора при нагрузке - +41С - +43С

Новый блок охлаждения жидкости

Температура покоя процессора – +37С - +38С

Температура процессора при нагрузке – +42С - +43С

Температура покоя измерялась через час после включения компьютера. Нагрузка состояла из прогона демо-записи DOOM3, а затем разогрев продолжался утилитой S&M v0.3.2.

Исходя из вышесказанного, два блока охлаждения жидкости имеют практически идентичные характеристики. Существенные различия состоят только в инерционности и размерах блоков. Полностью привести систему охлаждения со старым блоком в состояние баланса при ненагруженном процессоре удалось через час работы, а при использовании нового блока система приходила в равновесие через пятнадцать минут.

Старый блок охлаждения иногда проявлял склонность к низкочастотному шуму при определенных температурах нагрева, возможно, из-за каких-то резонансных процессов. Последняя конструкция получилась практически бесшумной. Это обусловлено тем, что вентиляторы стартуют при напряжении 5В при пуске компьютера, а при номинальных загрузках машины (игры, фильмы и т.д.) напряжение на них составляет около 7.5В, поэтому шума от них нет. Кроме этого, помпа Eheim при отсутствии воздуха в системе и простейшей виброизоляции звуков не издает, только в тишине слышен шелест воды в термокомпенсаторе.

В итоге получилось малогабаритное устройство, по моему мнению, согласующееся по дизайну с новым корпусом и не уступающее по своим характеристикам прежнему блоку охлаждения жидкости СВО.

Владимир Борисов aka grallic.


Ждём Ваших комментариев в специально созданной ветке конференции.

Telegram-канал @overclockers_news - это удобный способ следить за новыми материалами на сайте. С картинками, расширенными описаниями и без рекламы.
Страницы материала
Страница 1 из 0
Оценитe материал
рейтинг: 4.3 из 5
голосов: 23


Возможно вас заинтересует

Популярные новости

Сейчас обсуждают