Принцип роботи фреонового охолодження для процесора

Комплексне екстремальне охолодження процесора і відеокарти
Процесор і відеокарту було вирішено охолоджувати за допомогою «фреонок», але місця в корпусі виявилося не так багато, щоб розмістити 2 системи, тому довелося задуматися про систему на одному компресорі з двома випарниками. Про те, що у мене вийшло, ви можете прочитати в цій статті.
Теорія фреонового охолодження

Так як інформації про фреоновому охолодженні в російськомовному Інтернеті не дуже багато, то я коротко опишу основні поняття і принципи роботи. Відразу зауважу, що я не професіонал, ніякої спеціальної освіти в даній області не маю і, все чому навчився - з форумів і статей. Тому де в чому можу помилятися. Отже, приступимо!

Основними компонентами найпростішої системи фреонового охолодження є: компресор, випарник, Конденсер, фільтр, капілярна трубка. Також необов'язковим компонентом може бути вічко, ну і холодоагент (рефрижерант, фреон). Всі частини утворюють замкнутий контур, по якому рухається фреон.

Капілярна трубка розділяє контур на дві області - область високого тиску і область низького тиску. Компресор перекачує газоподібний фреон на сторону Конденсер, створюючи в цій області високий тиск. При високому тиску фреон починає віддавати тепло і переходити в рідкий стан. Рідкий фреон проходить через фільтр / Драєр. Далі по капілярній трубці фреон потрапляє у випарник, в зону низького тиску. При цьому фреон починає активно випаруються, забираючи тепло з навколишнього середовища. Компресор прокачує цей випарувався фреон на сторону Конденсер і цикл повторюється.

Компоненти системи

Компресор
Від вибору компресора буде залежати продуктивність системи, тому потрібно знати хоча б деякі характеристики герметичних компресорів.

• Потужність (к.с.). Підходять компресори від 1/8 до 1 к.с. Якщо невідома потужність в л.с., то бажано знайти продуктивність у ВАТ.
• Температурний режим. Компресори діляться на високотемпературні (HBP-High Back Pressure), середньо- (MBP-Medium Back Pressure) і низькотемпературні (LBP-Low Back Pressure). Іншими словами, розраховані на роботу в системі, яка забезпечує певну температуру. Так як в даному випадку необхідно досягти мінімальної температури, то найбільше підходять низькотемпературні компресори.
• Тип холодоагенту. Компресори виготовляються з розрахунком на певний тип фреону - разниё типи вимагають різного тиску. Залежно від типу фреону в компресорах використовується різний масло.

Конденсер
Конденсер - це той же радіатор, виготовлений з розрахунком на більш високі тиску. Так як для даної системи важливий розмір, то Конденсер повинен бути якомога менше і при цьому обдуватися вентилятором.

Фільтр / Драєр

Як випливає з назви, Драєр фільтрує вхідну рідина від вологи, часток і пилу, запобігаючи забивання капілярної трубки і виходу з ладу компресора.

Випарник

Випарник - це зазвичай мідний блок з испаряющимся фреоном. Випарник кріпиться до процесора і забирає від нього тепло. Конструкція випарника має багато спільного з тим же водоблоком - потрібно спробувати досягти максимального внутрішнього об'єму і випаровування фреону прямо над ядром процесора.

Xладагент

Всі охолоджувачі ідентифікуються буквою R (refrigerant) і порядковим номером. Основна відмінність між холодоагентами полягає в температурі переходу з рідкого стану в газ.
Ось тільки деякі, які підходять для використання в даному випадку - R134а, R22, R12, R404а, R507. Також слід враховувати ціну - деякі низькотемпературні холодоагенти досить дорогі для експериментів.
У мене був вибір між холодоагентами R134а і R290. Я зупинився на R290 через більш низької температури кипіння.

Капілярна трубка

Капілярна трубка не єдине пристрій, що забезпечує поділ системи на дві області (працездатність системи), але вона є найбільш надійним типом трубок. З одного боку краще знайти капілярну трубку малого внутрішнього діаметра (буде потрібно менша довжина), але при цьому збільшуються шанси забивання її частками. Щоб запобігти цьому потрібно обов'язково ставити фільтр перед капилляром. Я використовую трубку з внутрішнім діаметром 0.7мм.

Інструмент

Для складання фреонки крім звичайного інструмента знадобиться:

• пропановий паяльник, а краще ацетиленовий або з IMAPP GAS;
• звичайний припій, олов'яний не підходить. Краще знайти з 15% (або більше) вмістом срібла;
• манометри - один з обов'язкових аксесуарів при налаштуванні системи, так як необхідно стежити за тиском на обох сторонах контуру;
• інструмент для різання і вигину мідних трубок;
• вакуумний насос - якщо немає спеціального насоса (вони зазвичай досить дорогі) можна використовувати інший компресор для створення вакууму в системі;
• теплоізолюючий матеріал - пенорезіна і пенорукава для того щоб не допустити випадання конденсату.
• течошукач - бажано, якщо ви хочете зібрати герметичну систему з першої-другої спроби, а не з десятої (Прим. LaikrodiZ)

Збірка

У даній системі я використовував такі компоненти:

• компресор Embraco EMI100hlc потужністю 1 к.с.
• Конденсер - перепаять з автомобільного
• фільтр
• випарники - так як у мене немає можливості зробити випарник самому, то довелося купувати. Вибір був не великий - Baker's CPU evaporator і Baker's GPU Evaporator.
• усмоктувальна трубка - можна використовувати і мідну, але бажано, щоб вона була гнучка. Тому я купив трубки з нержавіючої сталі, які використовуються для підключення газових плит. (Трубка повинна тримати тиск як мінімум 10 атмосфер і залишатися гнучкою при температурах близько -50 за Цельсієм! Уточніть перед покупкою так як не всі газові шланги тримають такі тиску і температури - прим. LaikrodiZ)

Ось як виглядає ця частина контуру разом (в самому кінці роботи над проектом я трохи змінив роздільник):

І нарешті, капілярна трубка і дещо з необхідного інструменту:

Корпус я взяв, серверний Yeong Yang Cube Server Case YY-0221. Для відводу тепла від Конденсер спочатку довелося зробити жалюзі у верхній кришці:

Потім всі компоненти кріпляться всередині і паяється контур:

Після пайки систему потрібно перевірити на герметичність, вакуум і високий тиск.

Ізоляція та кріплення

Трубки ізолювались спеціальним поролоном, випарники я помістив в пластмасові корпуси (частини пластикових пляшок) і залив монтажною піною.

Система контролю

Після готовності контуру, прийшов час подумати про систему контролю «фреонки». Я не зміг знайти контроллер подібний до того, що використовується в Prometeia, тому все довелося збирати по частинах.

Для того щоб включати комп'ютер і фреонки разом, я купив такий Relay Switch. В інструкції він описувався як пристрій для запуску насоса водянок:

Але, звичайно, запускати комп'ютер при розігнаної системі поки температура на испарителях не впаде - не дуже гарна ідея, тому була куплена ще одна схема - CPU Delay Timer Kit.

Він дозволяє затримати завантаження комп'ютера (при цьому вентилятори в системі працюють). Час перед завантаженням виставляється від 1 секунди до 1часа.

Для виведення інформації про стан системи використовується LCD-дисплей Matrix Orbital LK204-24-USB. З основних характеристик варто виділити:

• USB інтерфейс;
• підключення до 6 температурних датчиків;
• підключення до 6 вентиляторів (PWM Mode);
• можливість підключати LED's, неонки і інші подібні пристрої;
• все контролюється програмно, я використовував програму LCDC.

Ось як виглядає зібрана система:

Два датчика температури закріплені на испарителях

Тестування і розгін

Конфігурація:

• AthlonXP 2500+ "Barton"
• Abit NF-7 Rev 2.0
• Geil Golden Dragon 2x256Mb PC3500 DDR
• Radeon 9700 PRO

Спочатку я протестував систему без навантаження. Результат: температура на обох испарителях опустилася до -51С. Без розгону температура трималася на рівні -43С для відео та -44С для ЦПУ:

Максимальна частота, на якій система працює стабільно (проходить всі тести):

Процесор: 2630MHz (219x12) @ 2.1V
Відеокарта: 400/680 (core / memory), без вольтмод

При цьому температура на испарителях тримається -35-36С без навантаження і опускається до-34С при завантаженні системи. Подсокетний датчик показує температуру на процесорі + 11С, яка при навантаженні піднімається до + 16С.

Висновки

Дана система має свої плюси і мінуси.

Спочатку про недоліки:

• продуктивність фреонки з двома випарниками нижче, ніж при використанні двох окремих контурів;
• в корпусі залишилося дуже мало вільного місця (один 5.25 "відсік і можливість розмістити не більше двох HDD);
• випарник відеокарти закриває кілька PCI слотів, вільними залишаються всього 2, в інших можна використовувати тільки низькопрофільні карти.

Плюси:

• комплексне екстремальне охолодження процесора і відеокарти з можливістю роботи в режимі 24/7;
• низький шум при роботі системи;
• естетичність;
• повний контроль стану системи;
• найбільшим плюсом є компактність (all-in-one дизайн), заради цього і починався даний проект.

Сподіваюся, даний матеріал допоможе тим, хто цікавиться «фреонки» почати свої власні проекти.

Всім вдалого розгону!
Детальніше на httр: //modlabs.net

Додатково по темі: megasite.msk.ru