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
Тепловая трубка своими руками, дома, «на коленке», за 20 минут.(обобщающая)
Тепловая трубка своими руками, дома, «на коленке».
(домашние опыты)
Приведенные в порядок записи
В ноябре прошлого года я, как и многие клокеры, прочитал статью Экселенца – «тепловые трубки своими руками». Статья во многом спорная, но и во многом дельная. Читается как научно-фантастический роман, 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, дл.
Тепловая трубка своими руками, дома, «на коленке».
(домашние опыты)
Приведенные в порядок записи
В ноябре прошлого года я, как и многие клокеры, прочитал статью Экселенца – «тепловые трубки своими руками». Статья во многом спорная, но и во многом дельная. Читается как научно-фантастический роман, 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.
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. Поэтому в качестве рабочей жидкости вначале был выбран ацетон. Медная трубка у меня была диаметром 15мм. Куски по 50 см.
Одну трубку я сделал для контроля, что бы сравнить теплопроводность обычной медной трубки и тепловой. Просто сплющил с двух сторон молотком. Вторую, боевую, я сделал без фитиля. Все равно трубка для тестов. Тестировать буду вертикально. Да и вообще, если зона конденсации выше зоны испарения, фитиль не нужен.
Первый блин вышел комом. Трубку я просто сплющил молотком и завернул. После нагрева дала течь. Поэтому следующую сначала сплющил, потом насыпал в трубку немного припоя ПОС-61, нагрел на газовой плите трубку до расплавления припоя. Трубка запаялась изнутри. Другой конец трубки слегка расплющил, оставил небольшое отверстие. Зачистил наждачной бумагой и облудил, для облегчения пайки и более высокого ее качества.
Сколько залить рабочей жидкости я не знал и не знаю, поэтому залил от балды – 6 кубиков ацетона. Технологию процесса изготовления я представлял следующим образом: заливаю ацетон, заплющиваю клещами и пассатижами облуженный конец трубы. Нагреваю нижний конец до закипания ацетона, пары ацетона вытесняют воздух через отверстия которые все равно останутся после обжима трубки. И быстро запаиваю трубку. Все так и сделал. Пары ацетона от паяльника не воспламенились. Запаялось нормально.
Сколько ацетона выкипело, сколько осталось не знаю. Получилось в трубке, какой то вакуум или нет? Одни сплошные вопросы.
Методику первого теста выбрал следующую: наливаю в кружку сантиметров на 8 воды, довожу до кипения. К одному концу исследуемой трубки скотчем креплю термопару от китайского мультиметра, второй конец трубки сую в кипяток. И засекаю, через, сколько секунд термометр покажет 50 градусов
Пустую трубку (без ацетона) я варил 27 минут, вода в кружке выкипела, но второй конец трубки так выше 27 градусов и не нагрелся. На фото1 эта трубка с одного конца покрыта накипью. Нижняя с ацетоном.
Трубка с ацетоном выдала на другом конце 50 градусов через 1 минуту 14 секунд. Тепловая трубка работает!
Фото2
(кликните по картинке для увеличения)
фото4
.
Трубку с ацетоном( далее буду гордо называть ее тепловой трубкой — ТТ), я так же исследовал на начальную температуру при которой второй конец ее (47см)начнет нагреваться. То есть начальную температуру, при которой трубка начнет работать.( А может она и до этого работает?) Оказалось, что противоположный конец трубки начинает заметно нагреваться при температуре воды 55-57 градусов (температура кипения ацетона) Видимо пока я запаивал трубку, воздух в нее все же попал. Ничего страшного. Нужно просто немного изменить технологию герметизации трубки.
Часть 2.
После первого, как мне кажется, удачного опыта по изготовлению тепловой трубки в домашних условиях и, учтя предыдущие ошибки, я приступил к проектированию следующего опытного образца. Теперь я взял медную трубку диаметром 20 мм. Увеличил диаметр для возможности в дальнейшем поместить в трубку фитиль.
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. Как видно на фотографиях 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, на сколько 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, хотя есть опасения, что не хватит чувствительности манометра.
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 тефлоновая 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 стояла, после моей модернизации на делении 4 атм. Принимаем это положение за 1атмосферу (атмосферное давление)
После перекрытия крана стрелка медленно поползла влево, а мое сердце стало опускаться вниз. 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.
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. Мне не известно, получится ли у меня изготовить в домашних условиях трубку, подходящую для оверклокинга. Поэтому я стараюсь, 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(на фотографии паяльник 25 Вт, но для тестов я приобрету 100Вт-ный) Паяльник нагревает латунный кубик, размер которого примерно равен ядру Barton. Мощность 100 ватного 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, термопара 3 -температуру зоны конденсации .
Если труба сможет остудить это чудо техники – салют и тосты в честь простого и скромного гения. Если нет, коленом под зад, чтобы не морочил голову оверклокерской общественности. Таковы суровые законы разгона.
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.
Боковые отверстия предназначены для крана Маевского и манометра.
Просверлены сверлом 19 мм, после чего в них нарезана резьба 0,5 дюйма. Зону конденсации насверлил сверлом и поддолбил зубилом. «Выфрезерованную» часть закрывает пластина с накрученной резьбой – удлинитель с контргайкой. Пластина к радиатору крепится на саморезах. Соединение герметизировано силиконом.
Радиатор, для надежности, хочу посушить пару дней.
Наконец-то изделие высохло. Собрал трубку. Залил воды. Начал доводить воду в трубке до кипения, для создания вакуума, и тут же столкнулся с проблемой. Никак не мог добиться хорошего кипения воды в трубке. Пар не доходя до крана, конденсировался в зоне конденсации, а радиатор отводил тепло. Пришлось обмотать радиатор тряпками — теплоизолировать. И даже после этого греть пришлось очень долго.
Но тут выплыла другая проблема – изделие перестало «держать» вакуум. После долгих поисков, обнаружил трещину в удлинителе, к которому прикручен кран «Маевского». По закону «Мерфи», для замены удлинителя пришлось разобрать весь радиатор! Пол дня счищал старый герметик. Собрал все по новой. Сохнет. Если после этого держать вакуум не будет — разобью об угол.
Полосу удач сменила черная полоса. Новое изделие не держит вакуум. Это доводит меня самого до кипения. Никак не могу найти место утечки. Кран менял. Пластину на герметике перекручивал четыре раза, потом сбился со счета. Все равно вакуум исчезает в среднем через 20 минут. Все более склоняюсь к выводу – конструкция должна содержать минимум резьбовых соединений. Если такое соединение немного пропускает воздух, то складываясь такие микро течи дают заметный результат. Если хочу продолжать эксперименты, то нужно сразу делать хороший, с паяными соединениями теплосъемник.
Припаивать к нему трубку с зоной конденсации. А соединение с алюминием производить через специальный герметик, а не сантехнический.
Такой умный мужчина как я, мог бы догадаться прочитать инструкцию по применению к герметику. Оказывается я, с тупым упорством, герметизировал алюминиевый радиатор силиконовым герметиком на кислотной основе. 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 на сквозь, 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.
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. 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 очень мощный куллер, а моя система все-таки пассивная. Думаю немного уровнять шансы.
Приторачиваю к стенду сначала вулкан.
Включаю. И тут происходит неожиданная ситуация. Температура муляжа процессора начинает резко расти:
0 минут — 21градус
5минут — 76градусов
10минут — 95градусов
15минут — 102градуса
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 вместе с подложкой, а у меня 1,5 сантиметра латуни. Так же мощность паяльника нагревающая муляж процессора – 100 Вт. В общем, стенд получился, мало похож на оригинал. Ничего. Сравним тем, что есть.
Не статья, а какая то примерочная. Все примерно, на глазок, без рассчетов. Но цель статьи – доказать возможность изготовления пассивного кулера на эффекте тепловой трубки, в домашних условиях.
А теперь тот же стенд но с моей девайсоевиной.
0 минут — 22градуса
5 минут — 77градусов
10минут — 88градусов
15минут — 93градуса
20минут — 100градусов
30минут — 114градусов
Дальше температура, в течении часа, изменялась от108 до115 градусов. Не так уж плохо. Проигрыш вулкану небольшой. И это «самоделка на коленке», без расчетов, из подножных материалов.
Провести тесты на настоящем оборудовании, честно говоря, влом. Надо раскидывать обелиск, сливать водянку… На откинутом шасси побаиваюсь. Шасси откидывается не горизонтально, а под наклоном. Нужно будет мудрить какое то крепление для т. трубки. И все это с риском раздавить процессор. Да и результаты не слишком впечатляющие, что бы променять водянку на т.трубу.
Просто нужно разработать другую конструкцию всего устройства. Что то типа здоровенного пустого внутри радиатора с мощным оребрением, являющимся крышей системного блока, и идущие от него медные(желательно гнущиеся) трубки заканчивающиеся теплосъемниками. Предусмотреть несколько теплосъемников – проц, видео…
Источник