Самодельный кулер для компьютера

Оглавление

Вступление

Данный материал навеян впечатлениями от работы над предыдущей статьей, героем которой был бесшумный HTPC в корпусе-радиаторе. Мне очень захотелось использовать в нем AMD A10-5800K. Удобная вещь, в которой в одном корпусе сочетаются достаточно мощный процессор и графическое ядро. Но есть одна трудность – его типичное тепловыделение составляет 100 Вт. На первый взгляд, это не так уж и много, но критическая температура ЦП равна 70 градусам. Получается интересное уравнение, в котором присутствуют невысокая температура и приличное тепловыделение. Непростая задачка.

Естественно, как каждый разумный человек, первоначально я решил пойти по пути наименьшего сопротивления – купить серийный кулер, который мог бы справиться с задачей отвода 100 Вт тепла от процессора.

Варианты кулеров

Есть довольно обширный список систем охлаждения, способных работать без вентиляторов и рассеивать при этом от 65 до 130 Вт. Конечно, перечень не самый полный.

Первые два, можно сказать, ветераны, остальные гораздо моложе. Из всего списка у меня были первые три, и я решил опробовать их в «пассиве», начав с Scythe Ninja.

455x450  62 KB

Естественно, без вентилятора, поскольку надежды на него было мало. В его технических характеристиках указано, что он в «пассиве» способен отвести 65 Вт. А я его ставлю на стоваттный процессор.

В тестировании была использована плата производства MSI FM2-A85XA-G65. При включении мониторинг в BIOS показывает 32 градуса, затем температура начинает расти примерно на 1 градус в минуту и очень скоро зашкаливает за 73 градуса. Дальше я выключил.





Поставил самый огромный кулер всех времен – Scythe Orochi.

400x364  50 KB

С ним лучше, на градус растет минуты за две-три, но температура все равно довольно быстро зашкаливает за 73-74°C. Как и в предыдущем случае, при достижении этой планки я отключал систему. Жалко материнскую плату, очень уж она мне нравится.

Настало время последней надежды, настоящей «тяжелой артиллерии» – Thermalright Macho HR-02.

400x399  149 KB

Про него пишут, что он в пассиве рассеивает 130 Вт. Но и с ним температура растет быстро. Зато по сравнению с Scythe Orochi тепловые трубки прогреваются намного шустрее. Тем не менее, неудача поджидает и тут, спустя некоторое время температура переваливает отметку в 74 градуса. И это под нагрузкой BIOS. Что же будет, если запустить «линпак»?

После анализа ситуации я понял, в чем тут загвоздка. В технических характеристиках всех современных кулеров, приведенных выше, указано, что они рассеивают до 130 Вт в пассиве, но при условии использования процессоров Intel, у которых критические температуры выше. Значит, система охлаждения нагревается до более высокой температуры. А чем больше разница между температурой кулера и температурой окружающей среды, тем интенсивнее теплообмен. Вот и получается, что весь этот славный список бессилен перед продукцией AMD!

Пришлось «колхозить» систему охлаждения для НТРС самому. Задача была выполнена, рассказ о проделанной работе можно найти здесь. Но на душе так и не полегчало, остался осадок в виде довольно высоких температур.

Действительно, НТРС, работая по прямому назначению, грелся в разумных пределах. Но если запустить «грелки» типа «линпак», температуры приближались к критическим значениям. Это не столь страшно, потому как такие запредельные нагрузки в обычной жизни не встречаются. Но… как всегда, хочется большего. Холоднее, мощнее, быстрее…

И вспомнилась очень старая тема – самостоятельное изготовление тепловых трубок и термосифонов. Когда-то я сам их делал, но тогда у меня не было нужного инструмента и вакуумного насоса. Теперь все это есть, почему бы не попробовать опять?





Современные кулеры с тепловыми трубками очень эффективны. Но при их изготовлении соблюдаются ограничения по габаритам, весу, совместимости и многие другие. Меня же ничего не ограничивает, можно попробовать сделать свой суперкулер. Если получится, то будет приятно осознавать, что дома «на коленке» изготовлен девайс, по эффективности не уступающий лучшим серийным образцам (а хочется надеяться, что лучше).

Если не выйдет, что ж, сильно не расстроюсь. Но тогда, возможно, результатом станет статья, которую нескучно будет прочитать. Как считают восточные мудрецы, главное не цель, а дорога к достижению цели.

Немного теории

Рассказывать о теории тепловых трубок дело неблагодарное, поскольку читатели Overclockers.ru люди разные. Кто-то возмутится – кто этого не знает! А кто-то действительно слышит об этом впервые. Поэтому постараюсь изложить все как можно короче, чтобы не раздражать первых и было понятно вторым.

И сразу цитата из материала «Тепловая труба»:

«Впервые термин «тепловая труба» был предложен Гровером Г.М. и использован в описании к пат. США 3 229 759 (02.12.1963, комиссия по атомной энергии США) и в статье «Устройство, обладающее очень высокой теплопроводностью» (Гровер Г.М. и др. J.Appl. Phys., 1964, 35, р. 1990 - 1991).»

Но сначала о термосифоне, предшественнике тепловой трубы. Рассмотрим принцип его работы на примере устройства.

439x124  21 KB

На схеме видно, что устройство состоит из герметичного корпуса (4), из которого откачан воздух. Жидкость (3) находится в зоне испарения (1), та нагревается и жидкость превращается в пар (5). Последний поднимается и попадает в зону конденсации (2), где охлаждается и конденсируется в жидкость (6), которая стекает по стенкам в зону испарения. Затем цикл повторяется.

Теплопроводность такого прибора велика. Термосифон способен обеспечить большую мощность теплопередачи даже при малой разности температур между его концами.





Но он работает только, если зона конденсации выше зоны испарения, в противном случае вода под действием сил гравитации стекать не будет. Если внутри корпус термосифона покрыть капиллярно-пористым материалом, то возврат жидкости будет обеспечен капиллярным эффектом, следовательно, работоспособность уже не будет зависеть от расположения. Термосифон с таким наполнением и есть тепловая труба - пат. США 2 350 348 (1942), тепловая труба Гоглера.

Выбор конструкции и материалов

Практически у всех современных суперкулеров одинаковая конструкция теплосъемника. Это медная пластина с отверстиями, в которые впаяны тепловые трубки (ТТ). На мой взгляд, это не самый эффективный метод. Площадь теплообмена между жидкостью в ТТ и основанием невелика. Гораздо интереснее здесь смотрится испарительная камера с развитой внутренней структурой, наподобие водоблока. В таком случае тепло, отбираемое от процессора, распределяется по намного большей площади. На большой площади произойдет испарение жидкости, а значит, больше тепла унесет с собой пар.

Итак, мой выбор – медная испарительная камера с развитой внутренней структурой.

Помимо этого, у всех суперкулеров используются классические тепловые трубки, в которых по одному сечению в центре идет пар, а по стенкам с фитилем спускается сконденсировавшаяся жидкость. Если разделить потоки, то сечение трубки будет использоваться более рационально.

Мой выбор – контурная тепловая трубка. Это значит, что вверху испарительной камеры будут трубки, по которым вверх идет только пар, а внизу будет трубка для возврата сконденсировавшейся жидкости. Трубки медные.

У серийных кулеров в каждой тепловой трубке есть зона конденсации и на ней надеты теплорассеивающие ребра радиаторов. Мне такую конструкцию в кустарных условиях реализовать затруднительно. Вместо нескольких зон конденсации я использую одну и возьму готовый испаритель от кондиционера в качестве конденсатора.

Капиллярно-пористый фитиль использовать не буду, а использую силы гравитации и помещу свой конденсатор выше зоны испарения.

В качестве жидкости в ТТ будет дистиллированная вода, поскольку она отличается наибольшей теплоемкостью из всех доступных для заправки жидкостей, в числе которых фреоны, ацетон, спирт. Но вода кипит при 100 градусах. Правильно, при атмосферном давлении. Если откачать из контура воздух, то она закипит при более низких температурах.

Для откачки воздуха нужно предусмотреть порт. Клапан Шредера для этой цели не пригоден. При отсоединении шланга он перекрывается не мгновенно и в контур попадет воздух. В моем случае будет использован кусок медной капиллярной трубки, после заправки я пережму ее специальным инструментом, а потом запаяю горелкой.





А для заправки системы впаяю еще один патрубок диаметром 6 мм и сделаю вальцованное соединение. После заправки накручу на это соединение манометр с вакуумметром для контроля давлений в системе.

В общих чертах с конструкцией и материалами определились. Пора приступать к осуществлению задуманного.

Изготовление

Когда я обсуждал идею самостоятельного изготовления огромного кулера с приятелем, он подсказал интересную мысль. Огромный суперкулер это хорошо, но неплохо бы, если он будет совместим с обычным корпусом АТХ как по размеру, так и по конструкции. Этот человек всегда очень здраво мыслит и на удивление дает только дельные советы. А хорошим советом грех не воспользоваться.

Сначала была мысль купить красивый большой корпус с нижним расположением блока питания. В верхней крышке прорезать отверстие и опускать в него теплосъемник кулера, а конденсатор расположить снаружи на крышке корпуса. Но из финансовых соображений я передумал. Результат затеи неизвестен, зачем резать новый корпус?

По этой причине был взят самый обычный Б/У корпус с верхним размещением блока питания. Конденсатор будет расположен на верхней крышке, а трубки пройдут в готовое отверстие, которое есть в корпусе для установки БП. А сам блок размещу в другом месте. Корпус резать не надо, и ничто не пострадает.

С корпусом определился. На очереди теплосъемник – испарительная камера. Над его конструкцией я думал много времени. Вернее, над тем, что приспособить под эту цель «из готового». Виделось два варианта. Первый – использовать низкопрофильный медный радиатор от кулера. Запаять его в медный корпус, а в этот корпус впаять трубки, отвечающие за отвод пара и возврат сконденсировавшейся жидкости. Но меди подходящей толщины у меня не нашлось.

Поэтому для этой цели использовалась заготовка водоблока, заказанная мною много лет назад на заводе. Это медный брусок размером 50 на 50 мм, толщиной 17 мм. В нем фрезерована полость размером 40 на 40 мм со штырьками сечением 2 на 2 мм. Толщина основания 3 мм.

В верхней стенке я просверлил два отверстия диаметром 10 мм и вставил в них две медные трубки. По ним будет выходить пар. А в нижней стенке – одно отверстие и одну трубку диаметром 10 мм для возврата жидкости. Все спаял твердым медным припоем с содержанием серебра 5 процентов. Получилась вот такая испарительная камера.

450x408  43 KB. Big one: 1500x1361  111 KB

Запаивать крышкой я не стал. Причина – пузырьковое кипение. Испарительная камера в моем случае будет полностью заполнена водой. При кипении в воде образуются пузырьки пара. Этот процесс сопровождается шумом – пощелкиванием, мне же необходим бесшумный кулер. Поэтому для предотвращения образования пузырьков все полости будут заполнены тонкой проволокой из нержавеющей стали. На снимке выше кроме испарителя видна металлическая мочалка для чистки посуды, которая будет использована для этой цели. После того, как я все спаяю, все промежутки между штырьками будут заполнены этой мочалкой, затем крышка будет припаяна на мягкий припой ПОС-61. При применении твердого припоя температура пайки была бы значительно выше, а при высоких температурах тонкая проволока может разрушиться.

А теперь о выборе конденсатора. Сначала я хотел использовать обычный конденсатор от холодильного оборудования. Но устройства приемлемых размеров состояли из трубки диаметром 6 мм, и, на мой взгляд, такой толщины недостаточно. В качестве замены был найден испаритель от оконного кондиционера.

450x281  30 KB. Big one: 1500x937  91 KB

Размеры 450 на 250 мм, толщина ребер 25 мм. Оребрение очень плотное, расстояние между пластинами 1 мм. Для естественной конвекции это плохо, но для пробы пойдет. Тем более что если все заработает как надо, будут пути для модернизации. Итак, 410 ребер размером 255 на 25 мм. Общая площадь 52 275 см2 без учета площади трубок. Для сравнения – площадь поверхности кулера Thermalright HR-02 8 000 см2.

Данный испаритель хорош тем, что в его конструкции два входа и один выход, как раз под мою испарительную камеру. Вдобавок трубки в нем соединены так, что облегчается поток сконденсировавшейся жидкости.

450x338  33 KB. Big one: 1500x1125  86 KB

На фотографии выше видно, что почти все нижние трубки собираются в одну. Так жидкость лучше стекает. Осталось упомянуть, что в этом девайсе использованы более толстые трубки, чем в конденсаторе аналогичного размера, их наружный диаметр составляет 8 мм.

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 3
Оценитe материал
рейтинг: 4.8 из 5
голосов: 186

Комментарии 122 Правила



Возможно вас заинтересует

Популярные новости

Сейчас обсуждают