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
Переделка кулера для винчестера в кулер для процессора своими руками
Случилось так, что когда подошло время очередного апгрейда, я приобрел практически все комплектующие заново. И от уже имеющегося компьютера осталось старое, доброе, немного устаревшее железо. А отдавать его за бесценок в хищные руки скупщиков. Такая мысль казалась кощунственной. И, естественно, возникло желание собрать второй компьютер. Для Интернета, фотографий, работы в Word… Да мало ли для чего он может пригодиться? Тем более, что выдающиеся скоростные результаты такому компьютеру ни к чему, а вот тихим он быть просто обязан. А железо имелось следующее:
CPU — Barton 2500+
GP – Radeon 8500
И остальное память, HDD, то се…
Так же были у меня две такие вот штуки.
Пассивный кулер на чипсет ZM-NB47J и кулер для винчестера на тепловых трубках ZM-2HC2. Приобретено это было еще прошлым летом как раз для построения подобной системы. Кулер 2HC2 по прямому назначению я никогда не собирался использовать. Он нужен был как источник тепловых трубок, возможно несколько дороговатый. Но тишина требует жертв.
На всякий случай напомню, что тепловая трубка это устройство, имеющее очень высокую теплопроводность, во много раз выше теплопроводности меди. Про тепловые трубки писалось очень много, и я думаю не нужно загромождать статью, повторно описывая устройство и принцип ее работы.
По большому счету, меня беспокоило только охлаждение процессора. На видеокарту можно было приобрести пассивное охлаждение производства того же Zalman. Охлаждение на чипсет есть. Блок питания с пассивным охлаждением у меня тоже имелся.
Этот блок я изготовил из блока EuroCase 480W. Статью об этой процедуре можно посмотреть здесь http://www.overclockers.ru/lab/15862.shtml. Этот блок питания имеет небольшой заводской перекос напряжения в сторону 5 вольт и поэтому не особенно хорош для моего нового «боевого коня». В новом, мощном компьютере цепи питания процессора кормятся от 12 вольт. И поэтому выдаваемые данным блоком немного заниженные 12 вольт плохо сказываются на разгоне, при котором напряжение проседает еще больше. А на Asus A7N8 как раз наоборот. Процессор питается от 5-ти. И такой блок питания отлично подходит.
Так вот, мне нужен был пассивный кулер на процессор. Как то на сайте одного японца с предположительным ником Нумано, я видел самодельные пассивные кулеры на тепловых трубках похожих на трубки из 2HC2. Приведу фотографии взятые с этого сайта:
Устройства на этом сайте мне очень понравились, и я решил взять эти конструкции за основу. Уж больно его трубки похожи на трубки из Залмановского ZM-2HC2. Принцип действия кулера следующий – тепло от ядра процессора, имеющего небольшую площадь, тепловые трубки передают большому радиатору, и равномерно распределяют его по всей площади радиатора. Охлаждаться радиатор будет естественной конвекцией воздуха. Просто поставить на процессор огромный радиатор крайне затруднительно, да и скорости распространения тепла даже в меди будет недостаточно. И получится, что небольшая часть радиатора рядом с процессором и сам процессор будет перегреваться, а периферийные области останутся холодными. Не хватит скорости распространения тепла. Тепловые трубки я расположу веером, и они будут равномерно отдавать тепло по всей площади радиатора.
И начал я разбирать сие чудо науки и техники. Трубки были просто вставлены в отверстия двух алюминиевых пластин и «раскернены» каким-то зубилом. Немного раскачав изделие, я стал вынимать трубку. Сначала она не поддавалась, но потом неожиданно выскочила. И я заехал локтём в стену. На стене осталась аккуратная вмятина. 🙂 Помянув (нехорошо) маму г-на Залмана, стал вынимать следующую, но уже с осторожностью.
После разборки я стал пытаться разогнуть трубку. Это оказалось, на удивление непросто. Трубки очень жесткие. Пришлось приложить приличное усилие. Трубка с хрустом стала разгибаться, а потом неожиданно сломалась. Никакого шипения я не услышал. Создалось впечатление, что разряжения в трубке не было. Так же из трубки вылетела капля жидкости размером со спичечную головку. Жидкость ничем не пахла. Дегустировать ее я не стал. В трубке находится фитиль, изготовленный из сплетенных тонких латунных проволочек.
Теплосъемник я заказал на заводе, хотя при желании можно было изготовить и самому. Ничего сложного. Взять две медных пластины размером 50 на 50 миллиметров. И толщиной миллиметров пять. Стянуть их винтами и просверлить четыре отверстия диаметром 5 миллиметров. Большее число отверстий сверлить, на мой взгляд, бессмысленно. Величина ядра процессора невелика и от крайних трубок будет мало проку.
Для передачи тепла от тепловых трубок к радиатору я решил приспособить оставшиеся после разборки две алюминиевые пластины.
Собрав эту конструкцию с применением, для улучшения теплопередачи, термопасты КПТ-8, я стал примерять изделие в корпус.
Крепеж теплосъемника к сокету я вырезал ножницами по металлу, из куска перфорированной стали, оставшейся от корпуса блока питания. Для рассеивания тепла я применил два радиатора размером 150 на 50 на 60мм. Конечно, они маловаты для рассеивания тепла от Barton 2500+ на номинальной частоте и тем более разогнанного. Но для проверки и для работы на пониженной частоте вполне подойдут. Тем более, в случае успеха эксперимента я могу купить радиатор побольше. В одном радиомагазине я видел радиатор размером почти с боковую стенку мидитауэра, но и стоил он прилично. Покупать его для неизвестно чем закончившегося эксперимента я посчитал опрометчивым.
Прикручивал радиаторы через все ту же незаменимую КПТ-8.
Монтирую в корпус.
Подключаю монитор, клавиатуру… И твердой оверклокерской рукой включаю питание.
Операционная система загрузилась… через несколько минут компьютер завис, после чего он подал звуковой сигнал и отключился. Такой вот, не побоюсь этого слова, конфуз. Пришлось перезагрузиться и посмотреть в BIOS температуру процессора. А температура оказалась выше 80 градусов по подсокетному датчику и продолжала расти. Вот это сюрприз. Пришлось тут же выключить компьютер. Когда системный блок остыл, я еще раз включил компьютер и стал из BIOS наблюдать рост температуры процессора. За считанные минуты температура опять поднялась до 80градусов. Тепловые трубки нагрелись только на пару сантиметров около теплосъемника, а выше были абсолютно холодными. Было полное ощущение, что трубки тепло совершенно не передают! Как же так, я же их проверял. Один конец трубки опускал в стакан с горячей водой и через секунду другой конец нагревался. Сравнивал с обычной медной трубкой такого же диаметра. У той другой конец не нагревался вообще. Вода в стакане остывала быстрее. В чем же дело?
И тут сразу вспомнилось письмо, которое мне недавно написал Mortis.
Вот цитата из этого письма:
«Я пробовал изготовить конструкцию, аналогичную кулермастеровской (по-моему) — два обычных радиатора, соединенных ребрами друг к другу. Сначала такой вариант (трубки на термопасте)
Потом такой (трубки запаяны сплавом Вуда).
Результат в обоих случаях один, т.е. термоинтерфейс вроде как ни при чем. А происходит вот что: до 50 градусов греется только нижний радиатор, затем разогреваются трубки (но ничего не передают — верхний радиатор холодный) и только когда на трубках уже палец держать невозможно, начинает греться верхний. На процессоре к этому моменту уже около 90 градусов, понятное дело. Если же врубить вентиляторы, то верхний радиатор так и остается холодным.
В последних сериях этих трубок Залман вполне мог сменить жидкость, я свои больше года назад брал.
Меня могли подвести огрехи пайки или сверления.
Возможно, имеет значение на какую глубину трубки заходят в радиатор, т.е. площадь контакта. U-образные, которые у меня на МТХ’овской видеокарте стоят, работают в лучшем виде — там они насквозь через всю подошву радиатора идут. Или просто другой хладагент?»
Второй такой же случай. В чем же все-таки дело? В трубках? Или японец — лгун? Но трубки вне кулера работают. Еще раз проанализировав ситуацию, я пришел к выводу, что Mortis все-таки прав. Дело в глубине погружения трубок в теплосъемник. Но что бы глубже погрузить трубки в теплосъемник, их надо разогнуть. А как это сделать, если они такие хрупкие? Думал, гадал и в результате такого вот бюджетного решения, проявив недюжинную усидчивость и чудеса силы воли, трубки я все же разогнул. Хотя при этом сломал еще одну.
Чтобы не раздавить и не пробить трубку, я в несколько раз сложил газету и через нёе, крайне осторожно, разгибал пассатижами. Очень медленно, по немногу, по всему радиусу загиба. Теперь я получил возможность поглубже поместить трубки в медный теплосъемник.
А трубки я с двух сторон «обжал» двумя радиаторами. Как у Нумано.
Монтирую второй вариант кулера в корпус и уже не так нагло и самонадеянно, а я даже сказал бы что скромно, включаю. И сразу в BIOS.
На всякий случай, понижаю частоту работы процессора до 1100 MHz. И как зачарованный смотрю на температуру процессора. Через половину часа она остановилась на 35 градусах. И больше не увеличивалась. Пощупав трубки, я убедился, что они равномерно теплые. Заработало! Теперь можно загрузить Windows и протестировать получившийся кулер. Чтобы прогреть процессор, я по привычке включил 3DMark03. Хотя, возможно, это и не очень правильно. И прокручивал его в течении часа.
Температура процессора (по подсокетному датчику, смотрел в BIOS) поднялась до 52 градусов, при комнатной температуре 25. Многовато, но в пределах нормы. Правда, на пониженной частоте. Но радиаторы я ставил заведомо невеликие. И греются они прилично.
Что ж, пора делать выводы. Радиаторы имеют явно недостаточную площадь поверхности. Я пробовал обдувать их вентилятором – температура сразу понижалась. Экспериментом с обдувом я подтвердил гипотезу, что не хватает площади поверхности. Если бы дело было в трубках, температура бы не изменилась. Целью статьи и экспериментов являлось подтверждение возможности изготовления безвентиляторного кулера на основе тепловых трубок из ZM-2HC2 в домашних условиях. Мне кажется, что это удалось. И поэтому с обдувом получившегося кулера я не возился. Теперь можно оставить изделие «как есть» и пользоваться, как говорилось выше, компьютером для Интернет и работы в Word. А можно все-таки разориться, купить большой радиатор и пользоваться в номинальном режиме, а может и разогнать…
Источник
