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
реклама
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.
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.
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.
реклама
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.
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.
реклама
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.
реклама
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.
реклама
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?
реклама
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.
реклама
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.
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 см 2 без учета площади трубок. Для сравнения – площадь поверхности кулера Thermalright HR-02 8 000 см 2 .
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.
реклама
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.
Источник
Делаем «умную» систему активного охлаждения для мини-компьютера или медиа-приставки
Многие мини-компьютеры или медиа-приставки используют пассивную систему охлаждения. Это могут быть устройства с процессорами Intel Atom и ОС Windows или множество моделей с Android. У части этих устройств есть одна общая проблема — неэффективная система охлаждения. При продолжительной нагрузке и превышении определённого порога температуры начинается троттлинг — процессор начинает снижать частоту, отключать ядра и пр. Производительность падает. Иногда это не сильно заметно, а иногда мешает комфортной работе с устройством. Производители просто не уделяют системе охлаждения достаточно внимания, считая троттлинг нормальным поведением стационарных систем.
Посмотрите, например, тематические форумы, там чуть ли не в каждой второй теме мини-компьютеров или медиа-приставок обсуждаются вопросы модификации системы охлаждения. Изначально пытаются решить проблему доработкой пассивного охлаждения. Если это не удаётся, переходят к активному охлаждению с помощью вентилятора. Я расскажу, как сделать простое «умное» активное охлаждение с минимальными затратами.
Единицы мини-компьютеров и медиаплееров с пассивным охлаждением имеют на плате выводы питания для вентилятора с возможностью настройки режима работы. Обычно берут вентилятор на 5 В и подключают (подпаивают) его к внутренним контактам питания USB разъёма или разъёму питания самой медиа-приставки. Просто и эффективно. В этом случае вентилятор работает постоянно во время работы медиа-приставки, что не всегда приемлемо или комфортно из-за шума.
- Программируемый терморегулятор W1209 (цена от 1,7$)
- Повышающий преобразователь 5 В > 12 В (цена от 0,8$)
- вентилятор на 5 В или 12 В
- паяльник (пайки минимум, она простая)
Программируемый терморегулятор W1209
Это компактное устройство, которое предназначено для поддержания определённой температуры. Сфера его применения очень широкая. Его можно использовать для автоматизации нагрева (например, промерзающих труб или бойлера, обогрев растений, инкубатора), вентиляции (например, теплиц), охлаждения и пр., вариантов множество.
Характеристики W1209:
- Управляющее напряжение 12 В.
- Коммутируемый ток до 14 В (постоянное) / 20 А или до 250 В (переменное) / 5 А.
- Диапазон установки температур от -50 ºС до 110 ºС.
- Диапазон гистерезиса от 0,1 ºС до 15 ºС.
- Регулировка задержки срабатывания до 10 минут.
- Два режима режима работы: C — охлаждение, H — нагрев.
- Размер: 48x40x14,5 мм
Комплект поставки: терморегулятор и датчик температуры.
Принцип работы простой. В режиме C, охлаждение, контакты реле разомкнуты, пока температура ниже установленной. Как только температура превышает установленную, контакты реле замыкаются и остаются в таком положении, пока температура не снизится на величину гистерезиса. Например, к коммутирующим контактам подключен вентилятор, терморегулятор установлен на температуру 70 ºС, гистерезис 15 ºС. Как только терморегулятор фиксируют температуру 70 ºС на датчике, контакты реле замыкаются, и вентилятор начинает работать. Выключится он, когда температура опустится до 55 ºС.
В режиме H, нагрев, принцип работы обратный. Контакты реле замкнуты, пока температура ниже установленной плюс величина гистерезиса. Как только температура превышает установленную плюс величину гистерезиса, контакты реле размыкаются и остаются в таком положении, пока температура не снизится до установленной.
Программировать терморегулятор просто, настройки сохраняются. Нажимаете кнопку SET и с с помощью кнопок + и — выставляете температуру срабатывания. Если держать кнопку SET 5 секунд, то попадёте в меню настроек:
- P0. Режим работы: C или H.
- P1. Гистерезис от 0,1 ºС до 15 ºС.
- P2. Установка максимальной температуры от -45 ºС до 110 ºС (по умолчанию 110 ºС).
- P3. Установка минимальной температуры от -50 ºС до 105 ºС (по умолчанию -50 ºС).
- P4. Коррекция температуры от -7 ºС до 7 ºС.
- P5. Задержка срабатывания от 0 до 10 минут (по умолчанию 0).
- P6. Защита от перегрева. Если включить, то при 110 ºС терморегулятор отключится.
Повышающий преобразователь
Это простой преобразователь 5 В > 12 В. Он нам нужен для того, чтобы обеспечить управляющее напряжение для терморегулятора. Ещё он понадобится, если вы решите использовать вентилятор на 12 В, вместо 5 В.
Все эти устройство нужно будет установить внутри мини-компьютера или медиа-приставки. Вот фотография для оценки размеров:
Я буду рассматривать вариант, когда вся конструкция подключается к внутренним контактам питания одного из USB разъёмов. Конечно, можно подключить и к разъёму питания самой медиа-приставки. Более того, если на входе 12 В, то и преобразователь не понадобится. Схема подключения будет немного иной. Но я буду рассматривать конкретный универсальный вариант.
Для демонстрации я буду использовать вентилятор на 12 В, но подавать на него буду напряжение 5 В. В реальной ситуации так делать не нужно, т.к. эффективность слабая. Вентилятор должен быть рассчитан на напряжение 5 В. Для питания я буду использовать обычный кабель USB, но в реальной ситуации нужно подключить (припаять) провода к внутренним контактам USB на плате медиа-приставки.
Схема подключения очень простая:
Если вы будете использовать вентилятор на 12 В, то его нужно коммутировать к выходам на преобразователе.
Т.к. ток слабый во всей схеме, используйте тонкие гибкие провода для соединения. Для демонстрации я использовал толстые. Дополнительно можете залить термоклеем места пайки для надёжности, нагрева со слабой нагрузкой там нет. Пайку проводов нужно изолировать с помощью термоусадки или изоленты. При необходимости укоротите провод датчика температуры до нужной длины.
Готовая демонстрационная система:
А вот, как система работает:
Размещаете конструкцию внутри корпуса мини-компьютера или медиа-приставки. Датчик температуры крепите к радиатору SoC.
Например, вы можете установить температуру включения вентилятора 70 ºС, а гистерезис 15 ºС. В обычном режиме, при просмотре видео, просмотре веб-страниц и пр., будет использоваться пассивное охлаждение. Но при нагрузке, например, играми, как только радиатор нагреется до 70 ºС, вентилятор включится и будет работать до тех пор, пока температура не опустится ниже 55 ºС.
В итоге за 2,5$ и 30 минут работы мы добавили немного «мозгов» активной системе охлаждения. Минус у этой системы только один — электромеханическое реле, которое издаёт щелчок при замыкании контактов (включение вентилятора). Идеально было бы его заменить на твердотельное реле или транзистор, чтобы работало бесшумно, но это уже другая история…
Источник
