Термосифоны: Термосифон – путь к бесшумному разгону

alexxlab

Термосифон – путь к бесшумному разгону

Эта работа была прислана на наш «бессрочный» конкурс статей и автор получил награду – фирменную футболку сайта и USB Flash Drive RiDATA EZDRIVE USB2.0 Flash Drive PRO.

Началось всё около года назад. Меня стал тревожить звук, исходящий из моего системного блока. Залез внутрь, вычистил пыль, поменял пару вентиляторов, сбавил обороты. Стало потише. «Потише» быстро переросло в «громковато», был сделан тумблер для переключения режимов вращения кулеров. Но всё равно ситуация была нехорошей – «тихий» режим мог быть использован только в простое, а при «громком» вой вращающихся частей был слышен через наушники.

Собрал СВО с пассивным радиатором (батарея). Всё было бы хорошо, только три помпы подряд вышли из строя за месяц. Через неделю начинали тарахтеть так, что мышь на столе подпрыгивала, причём это не шутка. Может, с помпами не повезло, а может не рассчитаны они на такой режим работы… Гидросопротивление системы небольшое. ..

Выходов из ситуации виделось несколько:

  1. Брать циркуляционный насос. Стоит около 100$. Надёжный. Пугает вот что: в инструкциях пишут, что максимальный шум – 40 ДБ. Вдруг попадётся с максимальным шумом? Судя по отзывам владельцев, они не всегда идеально тихие.
  2. Хороший воздух. Системник будет издавать ощутимый звук даже при самой хорошей организации охлаждения. И стоить это будет не так уж и мало.
  3. Тепловые трубки. На эту тему уже было несколько статей на Overclockers.ru. Некоторые компании сделали свои пассивные системы охлаждения на них, несколько человек смогли сделать дома работающие устройства на принципе термосифона. Почему бы не попробовать? Откатиться на воздух всегда успею.

Для начала – несколько полезных ссылок по тепловым трубкам и термосифонам:

  • Теория тепловых трубок и термосифонов
  • Тепловые трубки своими руками
  • Тепловая трубка своими руками, дома, «на коленке»
  • Тепловая трубка своими руками, дома, «на коленке».
    Часть вторая
  • Переделка кулера для винчестера в кулер для процессора своими руками
  • Переделка кулера для винчестера в кулер для процессора своими руками Часть 2
  • Изготовление термосифонов и тепловых трубок

Корпус-радиатор Zalman:

  • 25 килограммов тишины: Zalman TNN500A
  • Новый корпус Zalman TNN500AF или +1 килограмм тишины

Самодельные бесшумные корпуса:

  • Сделаем компьютер БЕСШУМНЫМ или наш ответ на Zalman TNN 500A
  • Путь к тишине длиной в три года (корпус от Clear66)
  • Бесшумный компьютер: корпус-радиатор и тепловые трубки

В случае домашнего изготовления о тепловых трубках можно забыть – фитиль делается из спечённого медного порошка. Без спецоборудования такой сделать нереально. Замена тепловых трубок (ТТ) на термосифон (ТС) создаёт одну проблему – зона испарения должна быть ниже зоны конденсации. Если не собираемся в космос, то всё легко решается.

рекомендации

Вместе с идеей о тепловых трубках пришёл апгрейд. После него система стала выглядеть так:

  • процессор – AMD Athlon 64 3200+ (Venice)
  • материнская плата – Asus A8V
  • видеокарта – Leadtek A400 (GF6800 AGP)
  • жёсткие диски – 2x80G Seagate 7200.7 SATA (raid0) + 200G Seagate 7200.7 IDE
  • блок питания – Thermaltake XP550 NP (430W).

Всё это нужно было охладить без использования движущихся частей. Жёсткие диски ещё надо убрать в звукоизоляцию, т.к. они тоже являются источником звука. Система не из самых горячих, но в то же время ориентирована на игры. Должна проходить все тесты без намёка на перегрев. Разгон не должен страдать.

Считаю необходимым сделать несколько замечаний:

  • автор не несёт никакой ответственности за последствия неосторожного обращения с инструментом и материалами.
  • внешний вид и качество исполнения того, что я делаю, далёки от идеала. Тот, у кого руки растут «откуда надо», сделает намного лучше. Мой же девиз – чтобы работало, не отваливалось и руки не царапало 🙂. Хотя многим нравится такой внешний вид и прочность.

ТС состоит из испарителя, конденсатора, соединительной трубки и клапана. В испарителе рабочая жидкость переходит в газообразное состояние, забирая тепло от греющегося элемента. В конденсаторе газ отдаёт тепло радиатору и переходит в жидкое состояние. Охлаждённая жидкость стекает в конденсатор и цикл замыкается. Площади конденсации и испарения должны быть как можно больше. Все теплопроводящие детали должны быть медными, соединения желательны пайкой.

Заправка ТС – одна из самых ответственных операций. Внутри должна остаться только рабочая жидкость и её пары. Самым удобным способом заправки считаю кипячение. В ТС вводится рабочая жидкость, доводится до кипения (пары должны выходить из клапана ровной струёй) и закрывается клапан. Остатки флюса сильно влияют на теплопередачу – перед заправкой следует промыть ТС рабочей жидкостью.

Лучше всего заправлять ТС водой. Подходит и ацетон, но он хуже передаёт тепло. После заправки может оказаться, что ТС под нагрузкой щёлкает. Это значит, что теплопроводящие поверхности покрыты слишком большим слоем рабочей жидкости. Слой около 5 мм уже бесшумен.

В качестве клапана применил кран Маевского. Конструкцию можно увидеть на фото. Отверстие и входящий в него конус надо покрыть сплавом Вуда или Розе. Я использовал второй. Оба этих сплава плавятся при температуре до 100°С и при заправке находятся в жидком состоянии. Закручиваем кран, остужаем и получаем прочный спай, через который в ТС не сможет попасть воздух.

Обычные закрытые корпуса отметаются сразу. В них пассивное охлаждение не организовать, если, конечно, не снять стенки и крышку. Меня порой просто убивает фраза «пассивное охлаждение», относящаяся к снятию вентилятора с процессорного кулера в корпусе с 2-6 вентиляторами. Толку от этого ноль – эта куча шумит ещё хлеще. Я сделал простейший каркас из 20х20 мм уголка. Размеры 25х50х50 см. Как потом выяснилось, места достаточно, не более. Не советую увлекаться маленькими корпусами.

Разметил отверстия для материнки, сделал крепления из винтов.

Прикрутил плату – сидит крепко. Охлаждается с обеих сторон. Одно не продумал – забыл вырезать два паза под USB, а когда заметил, не захотелось разбирать.

Приводы поставил на жёсткое крепление, чтобы не дрожали

Описываю охлаждающие устройства в порядке их установки в корпус.

Видеокарты от Leadtek известны своим солидно сделанным охлаждением. На самом же деле мой экземпляр шумел так, что слышно было в соседней комнате, и при этом уже в простое на GPU было 65°С. В день покупки радиатор стал водоблоком. После выхода из строя третьей помпы оставшиеся пластинки были снова припаяны на радиатор, на обдув поставлен 80 мм вентилятор на 7 В. Температура упала градусов на 10 по сравнению со стандартной жужжалкой. Из плюсов системы можно назвать хорошее крепление радиаторов и контакт с чипами памяти без термопрокладок. Из минусов – покрытие контактирующей с горячими элементами поверхности каким-то полимером, затрудняющим теплопередачу (а также пайку – без механической обработки припой не смачивал поверхность).

Покрытие устойчиво к нагреву до 200°С.

Видеокарта оказалась первой по трём причинам:

  1. Охлаждение в виде припаянных пластинок и 80 мм разболтавшегося вентилятора не устраивало в первую очередь, не было возможности разогнать.
  2. Удобство монтажа ТС.
  3. Необходимость жёсткого крепления в слоте.
  4. Наличие радиатора. Куплен за 200 р. на радиорынке. Для сравнения – спичечный коробок и охладитель О-161.

Сделать испарительную зону ТС планировалось так:

Для этого к основанию припаял кусочки медной шины, отвод из куска 15 мм трубки и крышка. Отвод должен быть соединён с зоной конденсации. Зона конденсации простейшая – медное основание и припаянная к нему коробочка. Соединительный стык паял «на месте». Материалы на фоне прототипа ТС:

Готовый ТС и видеокарта:

Установка на радиатор:

В простое 47 градусов:

Видеокарта разогнана до 400 МГц по чипу (память абсолютно не гонится) и включены все отключённые конвейеры. Нагружаю игрой в F.E.A.R., предварительно прогрев радиатор горелкой. Грею для того, чтобы получить содержательный скриншот – температура под нагрузкой падает, это остывает разогретый радиатор. После остывания температура стабилизируется на 64 градусах. Жить можно, разгон по сравнению с приличной СВО (48°С в нагрузке) не страдает. Могу точно сказать, что 4 градуса можно отыграть, перезаправив ТС – предыдущий давал 60°С в нагрузке, но потребовалась перезаправка из-за неудобного клапана. Как обычно, хотел как лучше…

Asus A8V. Северный мост K8T800Pro, южный мост VT8237. Оба почти не греются. На северном стоит маленький радиатор. Во время работы чуть тёплый. Южный обходится вообще без радиатора. Транзисторы и конденсаторы схемы питания процессора почти не греются. В схеме питания стоят три дросселя на кольцевых сердечниках. Они стоят в ряд, поэтому при вертикальном расположении платы нижние греют верхний. Температура верхнего – максимум 50°С. Абсолютно безопасная температура (такого плана детали могут работать и при 120°С). На всякий случай сообщу, что плата проходит все тесты на 300 МГц при понижении множителя HT до 3.

AMD Athlon 64 3200+, ядро Venice. При первом знакомстве очень порадовало низкое тепловыделение и тихий кулер. Кулер смог на сброшенных оборотах нормально охлаждать процессор на частоте 2650 МГц и напряжении 1.6 В. Это предел устойчивой работы моего экземпляра. При 2700 МГц длинный тест S&M проходит через раз даже с поднятием напряжения до 1.7 В. Температура – 58°С в нагрузке (S&M). Больше чем за два месяца непрерывной работы вентилятор не разболтался.

Процессор грею программой S&M. Она вызывает крайне высокое тепловыделение, другие программы для стресс-тестирования или реальные приложения греют процессор ощутимо меньше. К примеру, игра в F.E.A.R. «холоднее» на 8-10 градусов.

Как самому горячему компоненту компьютера, процессору нужно серьёзное охлаждение. В то же время, расположен он вертикально, что создаёт серьёзные трудности с щёлканьем ТС. Если испарительную зону сделать в виде коробочки с внутренним оребрением, щелчки слышны в радиусе нескольких метров. Выход был найден: испарительная зона разделена на две части, в каждой из которых вода располагается горизонтально. Эффективность вызывала сомнения, но практика показала: мощности теплоотвода хватает. Ограничивающим фактором в большей степени стал радиатор. Вот как выглядит изнутри зона испарения:

Снаружи:

Тестирование зоны испарения модулем Пельтье. Прижимная пластина обмёрзла коркой льда (-10°С).

Радиатор составной, из охладителей от мощных полупроводников, О-161, 1.12°С/Вт. Для процессора использовал 9 шт. Скрепил куском алюминиевого уголка. Также жёсткость конструкции придаёт медная шина, на которую напаяна трубка. Трубка является зоной конденсации. Медная шина распределяет тепло по охладителям. Между охладителями и шиной положена термопаста.

Первые два блока радиаторов к медным шинам крепил так: делал отверстия в охладителях, нарезал резьбу и стягивал болтами М8. Сверление и особенно нарезание резьбы в мягком алюминии охладителя – очень неприятная работа, уходит много времени, сил и нервов. При изготовлении двух других блоков применил более простую, но не менее надёжную технологию: в охладителях есть пазы, головки болтов М8 входят в пазы как влитые. Остаётся только поставить шину и закрутить гайки. На фотографии зона испарения не от процессора.

Получившийся «кулер» весит несколько килограмм. Поэтому он жёстко крепится к корпусу. В сборе это выглядит так:

Теперь результаты. Простой – 34°С. Двойной прогон долгого теста, 2600 МГц 1.6 В. Температура процессора – 62 градуса. В комнате 25°С, радиаторы – 36°С.

Через неделю после установки ТС случилась неприятная вещь. Я упал со стула 🙂, со всей силы ударив рукой по радиатору. Та трубка, что с одним блоком охладителей, разгерметизировалась и теперь не работает. Пришлось снизить частоту и напряжение. Получилось 2550 МГц 1.4 В. Одна трубка с шестью охладителями смогла удержать такой процессор при 59°С. Если посмотреть на график, он отличается от предыдущего – не идеально прямой. Видимо, при меньшей мощности вода стекает в испарительную зону каплями, а не струйкой.

Вывод: разгон пострадал на 50 МГц при девяти охладителях и на 100 МГц при шести. Есть ли возможности увеличить мощность теплоотвода? Уверен, что есть. Что можно сделать:

  1. Расположить материнскую плату горизонтально. Будет намного удобнее и эффективнее, также сверху можно установить радиатор больших габаритов.
  2. Увеличить количество трубок. Шесть радиаторов на трубку – многовато. Оптимальным количеством считаю четыре.
  3. Лучше заправить ТС. У меня внутри есть остатки флюса и окалины.
  4. Увеличить размер и (или) количество радиаторов.
  5. Отполировать основание испарительного блока. У меня всё в глубоких царапинах.

Что не советую делать:

  1. Увеличивать размер радиатора, ставя охладители друг на друга. Эффект только отрицательный.
  2. Заправлять ТС ацетоном, жидкими газами и т.п. Вода начинает работать меньше чем с 30°С, а по теплоте испарения в нашем интервале ей равных нет. К тому же она безопасна и легко доступна.

Всего их три. Конечно, это не 15000 rpm, но тепла выделяют прилично, а также издают ощутимый звук. Технология изготовления ТС понятна, проблем тут никаких нет. Крепить нужно горизонтально. Вокруг оставил по 5 см на звукоизоляцию.

При креплении дисков к теплосъёмнику термопасту жалеть не нужно – поверхность боковин неровная. Также не следует бояться за микросхемы: они передают тепло корпусу через текстолит и не нагреваются выше 43°С (измерял термопарой). Это справедливо только для Seagate 7200.7, насчёт остальных не в курсе, в руках не держал.

Температура дисков стабильна и держится на 38°С для центрального (и самого горячего) на 200 Гб. Speedfan неадекватно воспринимает рейд, поэтому можно мерить только температуру одиночного диска.

Заматываем звукоизоляцией. Нужен рулон туалетной бумаги и кусок картонки. Даже такая хилая изоляция полностью глушит звук вращения шпинделя. Щелчки перемещения головок слегка слышны, но проводит их трубка, выходящая сверху. По крайней мере, звук стал намного тише и даже ночью почти незаметен.

Мне попался настолько тихий, что пока даже не буду его переделывать – Thermaltake XP550 NP, 430 Вт. Если же блок питания далёк от идеала, есть много способов сделать его полностью бесшумным. Вот несколько статей:

  • Бесшумные блоки питания: FSP Zen и Topower TOP-420NF
  • БП в масле
  • Безвентиляторный блок питания

Окончательный вид корпуса:

Создание современного компьютера с пассивным охлаждением вполне реально. Даже для самой горячей системы можно найти подход.

Цена:

  • 12 новых охладителей О-161 – 1400 р.
  • Радиатор для видеокарты – 200 р.
  • Медная трубка, клапаны, уголки, крепёж – 200 р.
  • Толстая шина – 500 р.
  • Тонкая шина – 200 р.
  • Медная пластина – 100 р.
  • Алюминиевый уголок + пластина – 300 р.

Вышло 2900 р. Можно прибавить сюда горелку (100 р) и газ для неё (60 р за баллон). Получается более чем на порядок дешевле TNN500A. Если всё красиво сделать и замоддить, выглядеть будет не хуже. Вдобавок получаем шумоизоляцию жёстких дисков. Из минусов – потеря 50 МГц (100 МГц с шестью охладителями) разгона на процессоре. Небольшая цена за бесшумность, на глаз заметить снижение производительности нереально.

Удачи всем оверам и моддерам!