Медная тепловая трубка своими руками

Тепловая трубка своими руками, дома, «на коленке». Часть вторая

Но сначала необходимо напомнить, о чем идет речь. Впервые термин «тепловая труба» был предложен Гровером Г.М. и использован в описании к пат. США 3 229 759. Тепловая трубка – это устройство, теплопроводность которого в сотни раз превышает теплопроводность меди. Непосредственным предшественником тепловой трубки был термосифон. Рассмотрим принцип его работы. Устройство, представляет из себя вертикально расположенную трубку, запаянную с двух концов. Внутри трубки небольшое количество жидкости. При подводе тепла к зоне испарения (нижняя часть трубки) жидкость переходит в пар, давление насыщения паров в этой зоне резко повышается, пар движется вверх в зону с меньшим давлением, отводя тепло. В верхней части трубки конденсируется, выделяя при этом тепло, и стекает по стенкам вниз. Необходимым условием работы является отвод тепла от зоны конденсации. Недопустим также перегрев в зоне испарения – может наступить кризис кипения (вся жидкость испарится) и теплопередача пойдет по стенкам термосифона.

Особенностью этой системы является возврат конденсата под действием гравитации. Поэтому термосифон может работать только тогда, когда зона конденсации находится выше зоны испарения. Для возврата конденсата в зону испарения при любой ориентации системы потребовалось заменить гравитацию чем-то другим. Это и было осуществлено при изобретении тепловой трубки. В качестве сил поднимающих конденсат против сил гравитации, были использованы капиллярные силы, возникающие при смачивании рабочей жидкостью капиллярно-пористого материала – фитиля.

В моем случае конструкция системы такова, что зона конденсации выше зоны испарения, поэтому фитиль я не использовал. Так, что правильно будет называть кулер не тепловой трубкой, а термосифоном.

Теперь несколько слов о теплоносителях, используемых в тепловых трубках. В зависимости от интервала температур используют самые различные вещества, приведенные к жидкой фазе – от сжиженных газов до металлов: гелий (-271 . -269°C), аммиак (-60 . +100°C), фреон-11 (-40 . +120°C), ацетон (0 . +120°C), вода (30 . 200°C), ртуть (250 . 650°C), натрий (600 . 1200°C), серебро (1800 . 2300°C)

реклама

Жидкость для использования в кулере, на мой взгляд, должна иметь температуру кипения 30-40 градусов. Такая температура кипения воды может быть получена при давлении значительно ниже атмосферного. Но у меня нет вакуумного насоса. В предыдущей статье я описывал попытку получить вакуум в термосифоне при помощи кипячения. Ход мысли следующий: наливаю в трубку воду, довожу до кипения, пары кипящей воды вытесняют воздух, перекрываю специально предусмотренный кран, по законам физики должен получиться вакуум. А результат контролирую по манометру.

Опыты прошли успешно, но таким методом мне удалось получить разряжение, при котором температура кипения воды равнялась 45 градусам Цельсия. Мне показалось, что это слишком много. Тогда я применил ацетон. Температура кипения его при атмосферном давлении – 56 градусов. Для снижения температуры кипения я применил такую же процедуру с кипячением. Испытания на эмуляторе процессора прошли успешно, но с испытаниями на реальном «железе» произошла задержка. В этой задержке целиком и полностью виновата моя лень. А я совершенно не при чем. В моем распоряжении был только один компьютер, а разбирать его страшно не хотелось. Теперь, после приобретения нового «железа», я решил опробовать уже давно готовый кулер на старом компе.

Кратко напомню его конструкцию. Медный теплосъемник, размером 55 на 55 на 12 миллиметров. С фрезерованными канавками.

Фото1. Теплосъемник – зона испарения

Для удобства сборки-разборки кулера для заправки применено резьбовое соединение. В сантехнических магазинах эта штука называется «американка»

Источник

Тема: Проектируем тепловую трубу.

Опции темы

Проектируем тепловую трубу.

. всё более и более часто используется в компьютерах.
Известно , что тепловая труба передаёт тепло чуть ли не в тысячу раз эффективнее меди.
Задача — эффективно передать тепло с площади примерно 1квсм транзистора на пощадь в десятки раз больше радиатора на задней стенке корпуса.

Видится такая конструкция:
1.Берётся медная пластина толщиной примерно 5мм, которую собираемся прикручивать на заднюю ребристую стенку корпуса.
2.Берём полоску жести шириной 5-10мм и припаиваем оную торцом ввиде некоего замкнутого заборчика на медную пластину примерно по её периметру, оставляя место для дырок под крепёж в углах пластины. При этом к нижней части пластины «заборчик» сходится как бы конусом.
3.Сверху заборчика припаиваем кусок жести, создавая тем самым замкнутый объём над медной пластиной.
4.Транзистор припаиваем к жести в нижней её части, где сходится под углом заборчик.
5. Через отверстие в жести заливаем жидкость, например спирт, примерно на оду треть замкнутого объёма и запаиваем отверстие.
6. Прикручиваем пластину к задней ребристой стенке.

Идея понятна, спирт внизу вскипает от транзистора. Конденсирутся на медной пластине вверху и стекает обратно к транзистору.

Будет работать?
Какая будет критика и дополнения?

Выбор жидкости. Нужно ли какое нибудь смачивающее покрытие во внутренней части пластины, или и так будет работать? И т.д и т.п.
Каков ожидается эффект?

Re: Проектируем тепловую трубу.

Re: Проектируем тепловую трубу.

Эта. нафиг нужно.
Трудозатраты огромны.Без вакуумирования не обойтись.

Re: Проектируем тепловую трубу.

Работать будет. Только не все функции выполнять
Ничего на свете нахаляву не бывает.
Надо обеспечить качественный отвод тепла от кристалла к теплоносителю. И надо обеспечить достаточный поток теплоносителя.

Ну и если так уж захотелось — купи готовую вместе с радиаторами.

У меня на древнючей видяхе стоит от zalman, только потому что не шумит. По качеству — родной тухленький кулер был ничуть не нуже. Пара трубок, перепад ощутимый, ну не меньше чем градусов 15. Точно мерить лень.
Вобщем нет никакой супер эффективности как в рекламах пишут. Принудительная циркуляция даст несравнимо лучший эффект.

Re: Проектируем тепловую трубу.

Эта. нафиг нужно.
Трудозатраты огромны.Без вакуумирования не обойтись.

Трудозатраты как написано не шибко большие. Зато позволит вплотную использовать более низковатные, а значит более высокочастотные и т.д. транзисторы ближе к режиму А. Увеличение тока покоя в разы снижает уровень искажений в десятки разов.
А вакуумирование зачем? Кто в чайнике воду вакуумирует?

Добавлено через 3 минуты

Между транзистором и теплоносителем тонкий кусочек жести. И поток д.б. не слабый. Как только вскипит, так сразу как из сопла устремится вверх на всю площадь медной пластины.

Добавлено через 40 секунд

Система с насосами?

Последний раз редактировалось SashaNetrusov; 14.01.2008 в 16:54 . Причина: Добавлено сообщение

Re: Проектируем тепловую трубу.

Ужас какой. Вы бы еще криоустановку применили. Они тоже используются для охлаждения компьютеров, даже продаются корпуса с такми охладителями -20° на кристалле — мечта да и только.

Re: Проектируем тепловую трубу.

Где тут аужас? Из дифицитов только медная пластина. Остального как грязи. и немного паяльных работ.

Re: Проектируем тепловую трубу.

Насколько я читал про тепловые трубы — вакуумирование обязательно, иначе весь смысл теряется. А если труба не вертикальная, то совершенно обязателен капиллярный слой на стенках, дабы обеспечить возврат сконцентрировавшегося теплоносителя в зону испарения.
Бросьте вы это, есть на планете другие чудеса.

Re: Проектируем тепловую трубу.

Интересовался я в свое время этой темой. У самого тех средств не было реализовать, а потом и серийные пошли — комповые системы.
В кратце тут такие дела:
1. Тепловые трубки называют еще тепловыми сверхпроводниками — отому что перепада температуры по длине такого проводника почти нет, а тепловой поток при этом может быть огромным (по сравнению с тем, что можно пропустить через теплопроводность металла такого же сечения).
2. Принцип работы тепловой трубы таков, что если не вакууммировать, то работать (переносить тепло) она начнет только после достижения температуры кипения теплоносителя (причем она будет выше чем у того же теплоносителя в атмосфере, т.к. пространство замкнутое и давление там будет подниматься при нагреве, а значит и температура кипения тоже). Т.е. пока транзистор не нагреет всю трубу до, допустим, 100градусов цельсия, тепловая труба будет не сверхпроводником, а изолятором. Если вакууммировать, то работает от температуры замерзания теплоносителя.
3. Теоретически рассчитать параметры трубы практически не реально — искал в библиотеках, спец теории нету, только эмпирические данные и там уж кто во что горазд..
Проще всего сделать действительно трубку — запаять один конец, заполнить ее на 1/4 ацетоном (Т кипения 54С против 78 у спирта, хладоны и фреоны уж не предлагаю, хотя они были бы идеальны). Засунуть в кипяток и когда закипит, подождать пока потоком пара вытеснит весь воздух из самой трубы и в этот момент зажать второй конец. Главное прочно, чтобы герметичность была полная. Ну а потом уложить ее так, чтобы один ее конец прижимался (можно слегка сплющить) к корпусу транзистора, а другой змеевиком шел по радиатору большой площади. Главное чтобы конец, который у транзистора был ниже всей остальной трубы — чтобы теплоноситель стекал иначе высохнет и перегреется. Или можно фитиль внутрь засунуть на всю длину трубы — просто оплетка от коаксиального провода, тогда может работать в любом положении — возврат жидкости в горячую зону идет за счет капиллярных сил — так в комповых, кстати и сделано.

Re: Проектируем тепловую трубу.

SashaNetrusov, насколько я помню тепловая трубка без фитиля называется темосифоном, отличие в том что в тепловой трубке жидкость возвращается в зону испарения под действием капиллярных сил, а в термосифоне под действием гравитационных сил.
Вообще на моддерских сайтах (комповых) есть примеры изготовления термосифонов и трубок и вроде вполне успешные. Хотя многие просто используют трубки от готовых кулеров.
Сама идея кажется интересной, т.к. теперь расширяется простор для различных вариантов конструктива усилителей, т.к. трубкой мы можем отвести тепло от транзистора находящегося практически в любой точке внутри корпуса усилителя и т.о. мы отвязываемся от классического расположения радиаторов по бокам корпуса. Возможно это не такая уж и насущная необходимость, но может быть в каких то случаях это может и пригодиться.

Источник

Тепловая трубка своими руками, дома, «на коленке»

Эта работа была прислана на наш «бессрочный» конкурс статей.

В ноябре прошлого года я прочитал статью Экселенца «Тепловые трубки своими руками». Статья во многом спорная, но и во многом дельная. Читается на одном дыхании. Удар был нанесен в самое сердце оверклокера — бесшумный разгон!

Несколько слов для тех, кто не в курсе. Тепловая трубка — это устройство, имеющее теплопроводность во много раз выше меди. Тепло по тепловой трубке отводится от камня и рассеивается массивным пассивным радиатором, закрепленным, например, где-то за пределами корпуса. Плюсы: бесшумность, возможность использования сколь угодно большого радиатора, без опасения раздавить камень, для рассеивания тепла от процессора.

реклама

Меня здорово смутила сложность изготовления прибора. Не токарные работы (есть у меня знакомые виртуозы резца и суппорта), а необходимость в хорошем вакуумном насосе. Где его взять, я не представлял. Но все равно почему-то очень захотелось сделать тепловую трубку. Сразу делать, сложный девайс я не стал. Мне было интересно: можно ли сделать тепловую трубку в домашних условиях, как говорится, «на коленке». Вакуумного насоса у меня нет. Исходя из этого ограничения и выбиралась методика изготовления.

Итак, я приступил к проектированию опытного образца. Образец делался для проверки возможности получения вакуума путем кипячения. Я взял медную трубку диаметром 20 мм. С одного конца на трубку я напаял медную пластину толщиной 1мм. Это будет зона испарения. Пластина будет прилегать к эмулятору процессора. С другого конца я припаял резьбу 0,5 дюйма. Сделано это для привинчивания к тепловой трубке через тройник манометра и крана «Маевского».

Манометр я слегка модернизировал. Разобрал и подогнул коромысло. Теперь стрелка манометра стала стоять на 4атм, принимаем эту точку за начало отсчета. И я думаю, если давление в трубке, после моих манипуляций, станет ниже атмосферного, то стрелка отклонится влево, и я узнаю, насколько глубокий вакуум получился в трубке.

Кран «Маевского» ставится на батареи отопления, для стравливания из них воздуха. На фото это небольшая белая штука с винтом посредине. Перекрывается этим же винтом.

Ход мысли следующий: наливаю в трубку теплоноситель, (опыты проведу с водой), довожу до кипения, пары кипящей воды вытесняют воздух, перекрываю кран, по законам физики должен получиться вакуум. А результат контролирую по манометру. Вся эта сантехническая ботва рассчитана на давление 10 атмосфер, и я не думаю, что что-то не выдержит.

Собрал тепловую трубку с лентой «фум» — тонкая, белая лента применяется для герметизации резьбовых стыков водопроводов. Залил немного воды, смонтировал кран «Маевского», приоткрыл его и стал нагревать на газовой плите низ трубки. Вода в трубке закипела, пар стал выходить через отверстие крана. Я подождал, когда пар стал со свистом вырываться из крана и быстренько отверткой закрутил кран. Стрелка манометра на трубке после моей модернизации встала на делении 4 атм. Принимаем это положение за 1атмосферу (атмосферное давление)

После перекрытия крана стрелка медленно поползла влево. Трубка была очень горячая, и я поместил ее под холодную воду. Стрелка прибавила скорости. Остановилась стрелка на 1,1 атмосферу ниже. А это значит, что в трубке вышел вакуум глубже, чем в космосе. Это, конечно, шутка. Погрешность измерений. Но, тем не менее, душу греет.

реклама

Теперь надо разработать радиатор на зону конденсации, стенд для эмулирования тепловой нагрузки процессора и вперед, тестировать на пригодность для оверклокинга.

Для экспериментальной тепловой трубки требуется и экспериментальный стенд. Я не знал, получится ли у меня изготовить в домашних условиях трубку, подходящую для оверклокинга. Поэтому постарался, по возможности, снизить финансовые затраты на эксперименты. Если мне понадобился стенд, эмулирующий тепловую нагрузку процессора, то решено было его сделать из материалов, найденных в кладовке.

Материалы: латунный кубик примерно 1,5 на 1 на 1,5 см, обрезок керамической плитки, четыре винта М4, длинной в среднем 40мм, паяльник. Конструкция стенда понятна из фотографий.

Принцип работы примитивно прост. В кубике латуни просверлено отверстие, в котором при помощи стопорного винта закреплено жало паяльника. Паяльник нагревает латунный кубик, площадь стороны которого, примерно равна площади ядра Barton. Мощность 100-ваттного паяльника немного больше мощности, которую выделяет разогнанный процессор (разогнанный Barton потребляет, по некоторым данным, около 85 Вт, 15 запас на будущее). Мне кажется все логично. Перед тестированием в прорезь в кубике помещу термопару 1 для измерения температуры «процессора», термопара 2 будет измерять температуру зоны испарения. Сможет ли мое детище остудить это чудо техники?

Для изготовления зоны конденсации приобрел такую вот монструозную штуку.

Размеры 110 на110 на 100 мм. Площадью поверхности около 2000 квадратных сантиметров. Трубка превращается в трубищу. Сигареты сняты для сравнения размеров. Справится с камнем или нет?

Вспомнив о том, что изначально статья называлась «Тепловая трубка, сделанная на коленке», я не стал отдавать радиатор на завод фрезеровщику. Решил попробовать сделать все сам. Нашел в своих инструментальных развалах сверло диаметром19мм, метчики на 0,5 дюйма, наточил зубило. Результат на фото. Коряво, но за счет корявости увеличивается площадь соприкосновения пара и радиатора.

Боковые отверстия предназначены для крана Маевского и манометра.

реклама

Просверлены сверлом 19 мм, после чего в них нарезана резьба 0,5 дюйма. Зону конденсации насверлил сверлом и поддолбил зубилом. Алюминий острым зубилом снимается довольно легко.»Выфрезерованную» часть закрывает пластина с накрученной резьбой – удлинитель с контргайкой. Пластина к радиатору крепится на саморезах. Соединения я, по глупости, герметизировал силиконовым герметиком, на кислотной основе, мог бы догадаться прочитать инструкцию по применению к герметику. В результате изделие перестало держать вакуум. Я долго не мог понять, в чем дело? Оказывается, на баллоне написано «не совместим с алюминием, медью. » Да, инструкции надо хотя бы иногда читать!

Приобрел нейтральный герметик. ПРОЧИТАЛ инструкцию. С алюминием и медью совместим. Загерметизировал.

С перепугу сделал новый, паянный теплосъемник. Медное основание взял от пробитого диода высокой мощности. Насверлил кучу отверстий диаметром 4,5 мм. Конечно не насквозь, а на глубину 11мм. До «насквозь» осталось 3мм. Сделано это для увеличения площади теплоотдачи. Остальные части нашел в своих «плюшкинских» запасах. Развальцованную, латунную трубку и часть прецизионного конденсатора.

реклама

Медное основание грел на газовой плите. Паял припоем ПОС-61, с флюсом ФГСП. Паяльник использовал мощностью 100 Вт. Получилось что-то похожее на гранату из «звездных войн».

После сборки залил в новое изделие 25 граммов кипяченой воды, теплоизолировав радиатор, довел воду до кипения, завернул кран. (Если радиатор не теплоизолировать на время кипячения, то ничего не выйдет, вода, испаряясь, тут же конденсируется, охлаждая зону испарения и не получается интенсивного кипения. Для достижения максимума разряжения необходимо, чтобы пар интенсивно, со свистом вырывался из крана.) Получил вакуум минус1,1 атм (опять погрешность манометра. На фото красная стрелка показывает положение черной стрелки до тепловой обработки — атмосферное давление). Для контроля ждал три дня. Манометр не зафиксировал потери вакуума. Все нормально, приступаю к тестам.

Для объективности тесты провожу в сравнении с кулером Volkano 7+, но с вентилятором, работающим от 5 В. Пять вольт из соображений тишины. Вряд ли у меня хватит терпения слушать этот вентиль на 12-ти вольтах. А если серьезно, вулкан на 12 В мощный куллер, а моя система все-таки пассивная. Думаю немного уровнять шансы.

Приторачиваю к стенду сначала вулкан.

реклама

Включаю. И тут происходит неожиданная ситуация. Температура муляжа процессора начинает резко расти:

Время (мин)	Темп. муляжа проц.
0	21
5	76
10	95
15	102

После чего температура стабилизировалась на уровне 99-102 градуса. Ждал один час. Никаких изменений. Почему один из самых мощных кулеров не смог охладить мой муляж процессора? Возможно, я слишком заглубил термопару? Но она находится в углублении, заподлицо с поверхностью. Углубление заполнено термопастой КПТ-8. Возможно, сказывается разница в толщине. Процессор- пару миллиметров кремния вместе с подложкой, а у меня 1,5 сантиметра латуни. Так же мощность паяльника, нагревающая муляж процессора – 100 Вт. В общем, стенд получился мало похожим на оригинал. Ничего. Сравним тем, что есть. Не статья, а какая то примерочная. Все примерно, на глазок, без расчетов. Но цель статьи – доказать возможность изготовления пассивного кулера на эффекте тепловой трубки, в домашних условиях.

А теперь тот же стенд, но с моим монстром.

реклама

Время (мин)	Темп. муляжа проц.
0	22
5	77
10	88
15	93
20	100
30	114

Дальше температура в течение часа изменялась от108 до115 градусов. Не так уж плохо. Проигрыш вулкану небольшой. И это «самоделка на коленке», без расчетов, из подножных материалов.

В предыдущих тестах я выяснил, что изготовленная мной конструкция по эффективности совсем немного уступает кулеру Volkano 7+ c вентилятором, включенным на 5 вольт.

реклама

Путем кипячения мне удалось понизить давление в т. трубке, при котором вода в ней закипает при температуре 45 градусов. Возможно и ниже, я сужу на слух. При этой температуре в трубке начинает раздаваться пощелкивания. Мне кажется, что если снизить температуру кипения теплоносителя, то эффективность моего кулера возрастет. Вакуумного насоса у меня нет. Поэтому снизить температуру кипения теплоносителя я могу только заменой теплоносителя.

Через две недели после вышеописанных событий я решил сравнить воду и ацетон. Температура кипения ацетона при нормальном атмосферном давлении 56 градусов Цельсия. По старой схеме залью ацетон в трубку, теплоизолирую ее, нагрею на газовой плите до кипения, потом закрою кран Маевского. Чтобы исключить ошибки, я сначала протестирую трубку с водой, а потом с ацетоном и, конечно, с вулканом7+ с питанием вентиля 5 вольт.

Тестирую на все том же своем бюджетном стенде. Нагреваю его паяльником 100 Вт.

Тепловая трубка (на фото с ацетоном, красная стрелка манометра — атмосферное давление, черная показывает разряжение после тепловой обработки)

реклама

Начинаю с Volkano 7.

Время (мин)	Темп. муляжа проц.
0	21
5	76
10	95
15	102

Дальше температура колебалась около 102 градусов. Напоминаю, конструкция моего стенда далека от реальности, поэтому такие температуры. Поэтому я сравниваю эффективность трубки с кулером вулкан относительно.

Теперь на стенде тепловая трубка с водой

Время (мин)	Темп. муляжа проц.	Темп. испарителя
0	21	21
5	61	54
10	88	72
15	95	72
20	98	77
25	108	78
30	107	79
40	108	79

Дальше температура колебалась в пределах 105-109 градусов в течении 40 минут, потом я прекратил тест.

Следующим номером программы идет заправка т.трубки ацетоном. Я слил из трубки воду, залил ацетон, теплоизолировал зону конденсации(здоровенный радиатор см. фото) а дальше нагрел зону испарения на газовой плите. Как только из крана Маевского стали со свистом вырываться пары ацетона, и радиатор сильно нагрелся, я отверткой перекрыл кран. Судя по показаниям манометра (фото 2), разряжение в трубке получилось, а значит, и температура кипения ацетона, снизилась. Все эти процедуры прошли намного быстрее, чем с водой. Вся заправка трубы ацетоном заняла примерно 15 минут.

Собираем стенд и вперед.

Время (мин)	Темп. муляжа проц.	Темп. испарителя
0	21	21
5	64	47
10	88	72
15	94	67
20	100	67
25	100	71
30	100	69
40	100	71
50	100	69
60	100	71

И далее также в течение еще 40 минут, дальше надоело.

Производительность тепловой трубки на ацетоне, с пассивным охлаждением, оказалась немного выше производительности кулера Volkano 7+ на 5-ти вольтах. Также температура зоны испарения при использовании ацетона ниже, чем с водой в среднем на 6-8 градусов. А это тоже должно отразиться на реальной температуре процессора.

Можно приблизительно прикинуть температуру реального процессора Атлон-Бартон 2500, разогнанного множителем до 2800 без поднятия напруги на проце. Вулкан на 5-ти вольтах охлаждал мой Бартон до температуры ядра (МВМ, W83L785TS-S diode) в покое 42 , загрузка 45-47 градусов. На моем стенде он показал 102 градуса. То есть реальная температура настоящего проца в 2,2 раза меньше температуры муляжа на моем стенде. А это, для трубы на воде, — 49 градусов. А для трубы на ацетоне – 45,5 градусов. Мне кажется, для пассивной системы охлаждения это очень неплохо. Это, конечно, приблизительные расчеты. Но все равно «внушаить!»

К сожалению, конструкция данной т.трубки плохо приспособлена для реальных тестов на настоящем оборудовании. Боюсь расколоть процессор. Да и разбирать систему водяного охлаждения не хочется. Пойду другим путем: изменю конструкцию т.трубки для реальных условий.

Что же, пора приступать к проектированию корпуса компьютера с пассивным охлаждением.

Ждём Ваших комментариев в специально созданной ветке конференции.

Источник