Третий в моем обзоре тип системы охлаждения, пожалуй, один из самых интересных, эффектных и эффективных.

Как я уже говорил, с законами физики не поспоришь. Рост тактовых частот и производительности современного компьютера неизбежно сопровождается повышением энергопотребления его элементов, следствием этого является увеличение тепловыделения. В свою очередь, это заставляет производителей создавать все новые и все более эффективные системы охлаждения.

Первый раз с такой системой я познакомился поздно – в конце 2006 года на выставке Home Interactive Technologies (HIT) в Питере. Тогда я участвовал в конкурсе моддинга и рядом с моим модом стоял мод парня, который сделал шикарнейший мод с применениям водяного охлаждения.

Система жидкостного охлаждения – это такая система охлаждения, в качестве теплоносителя в которой выступает какая-либо жидкость.
Вода в чистом виде редко используется в качестве теплоносителя (связано это с электропроводностью и коррозионной активностью воды), чаще это дистиллированная вода (с различными добавками антикоррозийного характера), иногда - масло, другие специальные жидкости.

Главная разница в использовании воздушного и жидкостного охлаждения заключается в том, что во втором случае для переноса тепла вместо нетеплоемкого воздуха используется жидкость, обладающая гораздо большей, по сравнению с воздухом, теплоемкостью.

Принцип действия системы жидкостного охлаждения отдаленно напоминает систему охлаждения в двигателях автомобиля - через радиатор вместо воздуха, прокачивается жидкость, что обеспечивает гораздо лучший теплоотвод. В радиаторах охлаждаемого объекта вода нагревается, после чего вода из этого места циркулирует в более холодное, т.е. отводит тепло.

Журчит ручей

Типичная система состоит из водоблока, в котором происходит передача тепла от процессора теплоносителю, помпы, прокачивающей воду по замкнутому контуру системы, радиатора, где происходит отдача тепла от теплоносителя воздуху, резервуара (служит для заполнения системы водой и прочих сервисных нужд) и соединительных шлангов.

Поверхность соприкосновения водоблока с процессором обычно отполирована до зеркального отражения, по уже озвученным мною причинам. Через знакомый термоинтерфейс водоблок крепится на охлаждаемый объект. Обычно он крепится с помощью специальных скоб, что исключает его возможность двигаться. Бывают водоблоки и для видеокарт, но явных отличий от принципа действия процессорных водоблоков нет – все различия в креплении и форме радиатора.

Одна из частых проблем обладателей систем жидкостного охлаждения это перегрев околопроцессорно-сокетных элементов материнской платы, которые могут греться ни чуть не хуже своего старшего брата. Связано это с тем, что обычно в таких системах отсутствует циркуляция холодного воздуха. Как этого избежать? Совет, пожалуй, один – выбирайте системы (совмещайте) с дополнительным кулером, который будет охлаждать остальные греющиеся силовые элементы.

Водоблок через специальные трубки соединяется с радиатором, крепиться который может как внутри системного блока, так и снаружи (например, с задней стороны системника). Второй вариант, пожалуй, предпочтительнее. Судите сами: больше свободного места внутри системного блока, более низкая температура окружающей среды положительно влияет на радиатор. Плюс он дополнительно обдувается корпусным вентилятором.

Резервуар для жидкости, или иначе, расширительный бачок, так же может находиться снаружи системного блока. Его объем в штатных системах варьируется от 200мл до литра.

Производители систем охлаждения стараются заботиться о своих пользователях и прекрасно понимают, что для хорошей системы охлаждения место найдется внутри не каждого системного блока. Тем более, нужно учитывать, что каждый производитель как-то хочет выделиться на фоне других. Поэтому существует огромный выбор внешних систем жидкостного охлаждения (понятное дело, что без соединительных трубок с радиатором на конце никак не пренебречь). Их не стыдно выставить напоказ; обычно внутри таких систем скрывается сразу все – помпа, резервуар, продуваемый вентиляторами радиатор. Но и стоят они, обычно, демонстративно дорого.

Итог по системам водяного охлаждения

Для чего же применять жидкостные системы охлаждения? Ведь если посудить строго, то обычных штатных кулеров всегда достаточно, в обычных условиях работы ПК (если бы это было не так, то их бы не ставили, а ставили системы жидкостного охлаждения). Поэтому чаще всего такую систему следует рассматривать с позиции разгона – тогда, когда возможностей воздушной системы охлаждения будет не хватать.

Другим плюсом жидкостной системы охлаждения является возможность ее установки в ограниченном пространстве корпуса. В отличие от воздуха, трубки с жидкостью можно задать практически любые направления.

Ну и еще один плюс такой системы – ее беззвучность. Чаще всего помпы заставляют циркулировать поток воды по системе, не создавая шума больше значения в 25 дБ.

Минус, как я уже отметил – зачастую, дороговизна установки.

Система охлаждения на элементах Пельтье

Среди нестандартных систем охлаждения можно отметить одну очень эффективную систему – на основе элементов Пельтье. Жан Шарль Атаназ - французский физик, открывший и изучивший явление выделения или поглощения тепла при прохождении электрического тока через контакт двух разнородных проводников. Устройства, принцип работы которых использует данный эффект, называются элементы Пельтье.

В основе работы таких элементов лежит контакт двух проводников с разными уровнями энергии электронов в зоне проводимости. При протекании тока через контакт этих материалов, электрону необходимо приобрести энергию, чтобы он мог перейти в зону с бОльшей энергией проводимости другого полупроводника. Охлаждение места контакта полупроводников происходит при поглощении этой энергии. Нагревание же места контакта происходит при протекании тока в обратном направление.

На практике используются только контакт двух полупроводников, т.к. при контакте металлов эффект настолько мал, что незаметен на фоне явления теплопроводности и омического нагрева.

Элемент Пельтье содержит одну или несколько пар небольших (не больше 60х60 мм) полупроводниковых параллелепипедов - одного n-типа и одного p-типа в паре [обычно теллурида висмута (Bi2Te3) и германида кремния (SiGe)]. Они попарно соединены металлическими перемычками, которые служат термическими контактами и изолированы не проводящей плёнкой или керамической пластинкой. Пары параллелепипедов соединены так, что образуется последовательное соединение многих пар полупроводников с разным типом проводимости - протекающий электрический ток протекает последовательно через всю цепь. В зависимости от того, в каком направлении течет электрический ток, верхние контакты охлаждаются, а нижние нагреваются - или наоборот. Таким образом переносится тепло с одной стороны элемента Пельтье на противоположную и создаётся разность температур.

При охлаждении нагревающейся стороны элемента Пельтье (радиатором или вентилятором) температура холодной стороны становится ещё ниже.

Итог по элементам Пельтье

К достоинствам такой системы охлаждения можно отнести небольшие размеры и отсутствие каких-либо подвижных частей, а также газов и жидкостей.
Ложкой дегтя является очень низкий коэффициент полезного действия, что приводит к большой потребляемой мощности для достижения заметной разности температур. Если включить термоэлектрическую пластинку без нагрузки (процессор не будет греться), то Вы рискуете стать свидетелем интересной картины – на элементе Пельтье, при охлаждении до точки росы, появится иней, который хлебом не корми – дай закоротить контакты.

Так же, если элемент Пельтье выйдет из строя, то будет еще одно зрелище – из-за отсутствия контакта между радиатором (или кулером) и процессора, последний моментально нагреется и может выйти из строя.

Элементы Пельтье еще обязательно найдут широкое применение, так как без каких-либо дополнительных устройств они легко позволяют получить температуры ниже 0°C.

Системы фазового перехода (фреоновые установки)

Чувствуете, как читая текст, становится все холоднее и холоднее? Еще бы – медленно, но верно спускаемся в диапазон низких температур.
Сейчас мы рассмотрим не очень распространенный, но очень эффективный класс систем охлаждения – системы, хладагентом в которой выступают фреоны. Отсюда и название – фреоновые устанвоки. Но более правильно было бы называть такие системы системами фазового перехода. На принципе действия таких систем работают практически все современные бытовые холодильники.

Но давайте по-порядку. Один из вариантов охладить тело - заставить вскипеть на нем жидкость. Для перехода жидкости в пар, необходимо затратить энергию (энергия фазового перехода) – то есть закипая, жидкость отбирает тепловую энергию от окружающих ее предметов. Но мысленно возвращаясь в стены школьного кабинета физики, мы вспомним, что при текущем давлении мы не сможем нагреть жидкость выше температуры ее кипения. Кто из нас показывали друзьям такой фокус – наливая сок в пластиковый стаканчик и держа под дном стакана пламя? Можете попробовать - никаких катаклизмов не произойдет, пока весь сок не выкипит;)

Всем известная Википедия трактует слово «Фреоны» как галогеноалканы, фторсодержащие производные насыщенных углеводородов (главным образом метана и этана), используемые как хладагенты. Кроме атомов фтора, в молекулах фреонов содержатся обычно атомы хлора, реже - брома. Известно более 40 различных фреонов; большинство из них выпускается промышленностью. Фреоны - бесцветные газы или жидкости, без запаха.

Если же взять такую жидкость, которая будет закипать, скажем, при -40°С, то сосуд, в котором свободно кипит эта жидкость (такой сосуд называют испарителем), будет очень сложно нагреть. Его температура будет стремиться к -40°С. А поставив такой сосуд на нужный нам объект охлаждения (например, на процессор), мы сможем добиться того, чего и хотели – охладить систему.

Но понятное дело, лазить с определенным интервалом под стол и заливать жидкость в испаритель никто не будет – нужно из пара жидкости опять получить саму жидкость, которая будет снова подаваться в испаритель. Вот Вам пища для самостоятельных размышлений.

Ладно-ладно. В результате размышлений вы должны прийти к схеме следующего вида: мощный компрессор после испарителя качает газ и подает его под большим давлением в конденсор. Там газ конденсируется в жидкость и отдает тепло. Конденсор, выполненный в виде радиатора, рассеивает тепло в атмосферу – этот этап мы уже хорошенько рассмотрели в предыдущих системах. Далее жидкий фреон поступает к испарителю, где выкипая, отбирает тепло – вот и весь замкнутый цикл. Цикл «фазовых переходов» потому так и назван - фреон попеременно меняет свое агрегатное состояние.

Системы фазового перехода, испарители (холодильники) которых устанавливаются непосредственно на охлаждаемые элементы, называются системами «Direct Die». Холодными в такой системе являются только сам испаритель и отсасывающая трубка, остальные же элементы могут иметь комнатную температуру или выше. Холодные элементы нужно тщательно теплоизолировать для предотвращения образования конденсата.

Минусом фреонок является относительная громоздкость испарителя и отсасывающей трубки, поэтому объектом охлаждения выбираются лишь процессор и видеокарта.

Есть и еще одна разновидность систем охлаждения, о которой я пока не упомянул – чиллеры. Этот класс систем состоит в основном из систем жидкостного охлаждения, отличием же является наличие второй части (холодильника теплоносителя), которая работает вместо радиатора – зачастую эта часть является той самой системой фазового перехода. Достоинством такой системой является то, что ей можно охладить все элементы системника, а не только видеокарту и процессор (в отличие от «direct die»-систем). Система фазового перехода чиллера охлаждает лишь теплоноситель системы жидкостного охлаждения, то есть в замкнутом контуре течет очень холодная жидкость. Отсюда и минус систем такого типа – необходимость изолирования ВСЕЙ системы (водоблоки, трубки, насосы и т.п.). Если же изолировать не хочется, то можно использовать маломощную фреоновую установку для чиллера, но тогда об экстремальном разгоне можно будет забыть. Тут уж выбирайте, Вам шашечки или ехать.

Итог по фреонкам

К блестящей стороне медали можно отнести возможность достижения очень низких температур, возможность постоянной работы (в отличии от системы, которая рассмотрена далее). Высокий КПД системы (потери минимальны). Из постоянных систем охлаждения, фреонки – самые мощные. При этом они позволяют выносить тепло из корпуса, что положительно сказывается на температурах внутри него.

К стороне медали, намазанной дегтем, относятся такие особенности системы, как сложность изготовления такой системы [ серийно выпускаемых систем не так много, цены сопоставимы со стоимостью запуска шаттла;) ]. Небольшой вес и маленькие габариты – все это в полной мере отсутствует в установках данного типа.

Условная стационарность системы. Практически во всех случаях (кроме тех случаев, когда Вы не планируете заниматься экстремальным разгоном) – потребуется теплоизоляция всей системы. Ну и самый, пожалуй, негативный момент – более чем ощутимый шум от работы (50-60 дБ).

Еще одним минусом фреонок является то, что на покупку фреона нужна лицензия. У кого ее нет, выбор не велик: в свободной продаже есть только один - R134a (точка кипения которого -25°С).

Существует еще один хладагент - R290 (пропан), но сейчас он не используется в охладительных системах (возгораемость). Он обладает очень хорошими свойствами: точка кипения -41°С, совместим с любым маслом компрессора и главное, дёшев.
Одевайте варежки, «слоники» и шапки с шубой - мы добрались до самого холодного момента в этой статье.

Система экстремального охлаждения

Ну и в завершающей главе моей сегодняшней статьи станут системы, в качестве хладагента в которых используется жидкий азот.

Жидкий азот представляет собой прозрачную жидкость, без цвета и запаха, температурой кипения (при нормальном атмосферном давлении) которой равна ни много ни мало -195.8 градусов по Цельсию! Для хранения жидкого азота применяют специальные резервуары - сосуды Дьюара объемом от 6 до 40 литров. Тут вот Word подсказывает, что 40 литров это еще и 70.39 английских пинтов, 84.52 американских, 10.56 галлонов или 42.46 квартов;)

Установки данного типа предназначены только для экстремального охлаждения, в экстремальных условиях. Одним словом, при разгоне.

Всем по стакану

Системы с жидким азотом не содержат никаких помп (температура, знаете ли, не располагает;) или других подвижных элементов. Она представляет из себя высокий металлический (медный или алюминиевый) стакан с дном, который плотно соединяется с центральным процессором. Достать такую штуковину не так-то просто (хотя что в наше время не купишь?) – поэтому умельцы зачастую делают его самостоятельно.

Основной проблемой при разработке стакана является обеспечение процессора при полной нагрузке минимальной температурой. Ведь теплопроводные свойства жидкого азота сильно отличаются от той же воды. Он берет лишь тем, что «промораживает» стенки стакана, позволяя охладить процессор до температуры ниже 100 градусов. А так как тепловыделение камешка в простое и в режиме полной нагрузки отличается достаточно существенно (а скачки происходят мгновенно) - стакан часто не в состоянии вовремя эффективно отвести тепло. Для современного процессора оптимальной температурой является -110-130 градусов. Да, подойдет не любой термоинтерфейс. DeDaL советует AS ceramique.

После изготовления стакана, его (и материнскую плату) нужно тщательно теплоизолировать, чтобы конденсат, который неминуемо образуется от такого перепада температур, не замкнул какие-нибудь контакты на материнской плате. Обычно используют различные пористые и пенистые материалы, например вспененный каучук – неопрен. В несколько слоев обматывают отрезанным куском, после чего закрепляют тем же скотчем.

С изоляцией материнской платы несколько сложнее. Чаще всего поступают так – заклеивая разъемы, все «заливают» диэлектрическим лаком. Причем, с обратной стороны материнской платы такую процедуру тоже нужно проделать – в районе процессорного сокета. Такая лакировка абсолютно не мешает работе платы (хотя, вы автоматически лишаетесь гарантии – так, на всякий случай, если еще не лишились) – но зато вы почти гарантированно исключаете возможность пострадать от протекания жидкого азота.

Махмуд, поджигай!

Дальше все просто. После того, как Вы тщательно соберете все компоненты, можно приступать. С помощью какой-то промежуточной емкости (например, термос или какой-то другой теплоизолированный стакан) наливаете азот в стакан на материнской плате, после чего можете мучить свою систему, например, проведением забугорского синтетического теста;)

Кстати о тестах – вот список тех бенчмарков, которые официально приняты:
- 3Dmark 2001
- 3Dmark 2003
- 3Dmark 2005
- 3Dmark 2006
- Aquamark 3.0
- Super Pi как самый фундаментальный
- Pifast

Для часа работы компьютера достаточно 4-5 литров азота. Заливать в стакан нужно примерно до половины, причем постоянно поддерживая этот уровень.

Достать азот в наше время не является нерешаемой задачей. На каком-нибудь заводе вам его отпустят по цене рублей в 30 за литр. Попробовать купить его можно и в различных медицинских учреждениях. Естественно, нужно везде заранее созваниваться и все узнавать!

Что будет, если азот попадет на какую-либо часть тела? Смотря на какую. Если в глаза – пиши-пропало. Если же немного прольется на руку – ничего страшного не случится. Дело в том, что на поверхности кожи азот сразу закипает, благодаря этому между рукой и азотом образуется воздушная прослойка. Но все в этом мире не вечно… поэтому купаться и даже умываться крайне не советую. Устрашающего вида теплоизоляционные перчатки на руках тех, кто работает с азотом – это чаще всего просто требуемая техника безопасности, за несоблюдение которой больно ругают.

Что является недостатком такой системы охлаждения? Мне кажется, тут все очевидно. Вряд ли кто-то будет спокойненько серфить интернет или моделировать что-то, пусть и ресурсоемкое. Систему с азотом нельзя собрать в небольшую системку под столом и чтобы она там сама по себе стояла. Говоря иначе, такое охлаждение не подходит для решения бытовых задач – нужен постоянный и ответственный контроль, все нужно стараться делать тщательно и без ошибок.

Но зато как элегантно и демонстративно это со стороны…;)

Морозная свежесть

Итак, самое время подвести итоги. Мы узнали, что является самым главным нагревателем в компьютере - это центральный процессор, он же камень. После камня друг за другом идут видеокарта, чипсет материнской платы, жёсткий диск, системная память и различные платы расширения. Практически всегда и на всех компонентах компьютера, требующих охлаждения, оно(охлаждение) уже установлено и для штатного режима работы его вполне достаточно. Если Вы не собираетесь разгонять компьютер, то и модифицировать систему охлаждения Вам не имеет смысла.

Основное, что нужно помнить – что обязательно нужна вентиляция внутри корпуса, т.к. холодный воздух, приходящий из окружающей среды, для той же видеокарты будет намного полезней, чем установка или замена идущего в комплекте кулера на более дорогой.

Если же в Ваши планы входит разгон, то всегда нужно помнить 4 простых правила, однажды кем-то озвученных:

1. Всегда есть вероятность схода с дистанции каких-то участников мероприятия, по разным причинам - начиная от неправильных действий разгоняющего и кончая неправильными действиями производителя, не предугадавшего, что вот именно данная конкретная железка пойдет В РОССИЮ и там ее однозначно будут эксплуатировать на различных нештатных режимах.

2. Гарантии (и возможности продать это оборудование как исправное) в таком случае вы скорее всего лишаетесь, и винить в этом вы будете вынуждены только себя.

3. Устройства «noname» китайского производства рекомендуется исключить из состава вашей машины.

4. Три кита, на которых держится разгон - голова на плечах, руки с правильной заточкой, хорошее охлаждение. При отсутствии хотя бы одного из них можете расслабиться и о разгоне забыть.

Титры

Возможно, в каких-то моментах я был не прав – каюсь. Возможно, Вы все это давно знали – тогда искать причину «вселения злого духа» в компьютер Вам нужно самостоятельно и в другом месте. Я же свою миссию, рассказать об основных системах охлаждения, считаю выполненной;) Задавайте вопросы, комментируйте.

P.S. Глава про азотное охлаждение была проверена и одобрена мировым рекордсменом по экстремальному охлаждению, DeDal -ом. Благодарю за помощь! ;)

P.P.S Если кому понравилась картинка с бумером (делал сам), то вот фулсайз)

Прочитав название статьи, читатель может прийти в недоумение. Преобладающей тематикой сайта является моддинг. А тут рассказывают что-то про парокомпрессионные системы… Но, толкование самого термина — моддинг восходит к такому понятию как — модификация. Традиционно модификации касаются в основном внешнего вида компьютера. Но могут относиться и к конструкции. Одним из направлений модификаций является увеличения производительности компьютера. Этот вид моддинга неотделим от такого понятия как оверклокинг.

Оверклокинг(разгон) - повышение производительности компьютера путем повышения частоты работы процессора, видеокарты, памяти…

Не скрою, очень заманчиво купить младший в линейке процессор и разогнать его до, а может быть и выше уровня топового. Неплохая выходит экономия. Разница в цене почти в 800 вечнозеленых. А есть еще и видеокарта…

Но не так это все легко и красиво как кажется на первый взгляд. При работе процессора на повышенной частоте он выделяет большое количество тепла, которое необходимо отводить. А для устойчивой работы процессора на повышенных частотах, частенько приходится значительно увеличивать напряжение питания процессора. Что приводит к еще большему тепловыделению.

Конечно, имеются традиционные, воздушные системы охлаждения. Но с тепловыделением прилично разогнанного процессора они не всегда справляются. Есть жидкостные системы охлаждения. Их эффективность повыше воздушных. Но с экстремально разогнанным процессором не в силах справиться и они.

Как быть? Как с этим теплом бороться? Может быть изготовить холодильник для процессора? На первый взгляд безумная идея. Но нет. Несколько лет назад появились такие системы охлаждения, основанные на принципе фазового перехода(Direct Die).

На сегодняшний день это самые эффективные системы охлаждения, способные работать в режиме 247 и охлаждать до -60 градусов Цельсия. Существуют еще ряд способов заморозить процессор. Сухой лед, жидкий азот… Такие способы имеют серьезные недостатки, препятствующие широкому их применению. Основной недостаток — невозможность работать в режиме 247. Поэтому в рамках этой статьи они рассмотрены не будут. Опять же Direct Die системы самые экономичные.

Выпускается ряд серийных решений — Direct Die систем. Но они труднодоступны и цена на них в большинстве случаев просто фантастическая.

Поэтому многие энтузиасты предпочитают изготавливать подобные системы самостоятельно. Выходит ощутимо дешевле, и частенько случается что эффективнее.

Вот мы и подошли к теме статьи - изготовлению системы криогенного охлаждения для компьютера в домашних условиях. Целью написания статьи является освещение собственно процесса изготовления системы охлаждения на примерах устройств сделанных автором. Аспекты разгона с помощью этих систем рассматриваться не будут. Это слишком обширная тема и она выходит за рамки данной статьи.

Перед тем как идти дальше нужно сказать пару обязательных фраз. Несмотря на то, что статья содержит подробную информацию по самостоятельному изготовлению системы охлаждения основанную на принципе фазового перехода, она не является руководством к действию. Автор не несет ответственности за поврежденное вами оборудование и возможный вред, причиненный вашему здоровью. Все решения вы принимаете самостоятельно и действуете на свой страх и риск.

Статья разбита на части. Название каждой части это вопрос, который может возникнуть, если вы все-таки решитесь пойти по этому пути. А ниже я постараюсь дать подробнейший ответ на поставленный вопрос. Поехали?

1. Для чего это надо?

Ответ прост. Вы получаете возможность купить младшую модель процессора и разогнать ее до уровня топовой. А возможно и выше. Разница в цене младшего и старшего процессора такова, что ваша система довольно быстро себя оправдает.

Но все это звучит как-то приземленно и меркантильно. А что если поставить вопрос немного иначе. Сколько ваших друзей могут похвастаться криогенной системой охлаждения компьютера?

Достоинства системы:

1.Разгон сверх традиционных методов. На данном этапе это дополнительные 500Мгц сверх максимального разгона "на воздухе"

2.Уровень шума издаваемого системой не выше уровня шума высокопроизводительного воздушного кулера. А случается и ниже.

Недостатки системы:

1.Цена фреоновой системы охлаждения на много выше чем воздушных или жыдкостных куллеров.

2.Сложность изготовления.

3.Необходимость приобретения спец инструмента.

Какие температуры реально получить, используя однокаскадную систему фреонового охлаждения?

Температуры, которые можно получить это от -35 °Сдо -60 °С, в зависимости от мощности компрессора и точности регулировки системы. При температурах

60°С и ниже начинает замерзать масло в капилляре. Механизм компрессора расположен в закрытом герметичном корпусе наполненным на определенный уровень маслом. Компрессор работает, разбрызгивает при этом масло и этим маслом сам себя смазывает и охлаждает. Лишнее масло стекает в низ корпуса. И выдает компрессор масляно-фреоновую смесь. Фреон вместе с маслом циркулирует по всей системе. Температура замерзания масла как раз находится в пределах -60градусов. Это масло и начинает замерзать в капилляре. Установка начинает работать циклически. Минус 60, замерзание масла, капилляр забивается, система перестает работать, температура повышается, капилляр оттаивает, и система начинает работать снова.

2. Как это работает?

Система фазового перехода состоит из замкнутого контура с набором стандартных элементов. Компрессор, конденсор(конденсатор), фильтр, капилляр, испаритель. Компрессор нагнетает газообразный фреон в конденсатор. Там он охлаждается и переходит в жидкую фазу. При этом выделяется тепло, которое рассеивает конденсатор. Далее стоит фильтр для предотвращения попадания в капилляр влаги и случайного мусора, который может закупорить его.

После фильтра фреон поступает в капилляр (дросселирующий элемент). Капилляр разделяет контур системы на две зоны. Высокого давления (движется жидкий фреон) и низкого давления (движется газообразный фреон). Пройдя через капилляр, жидкий фреон попадает в область низкого давления (испаритель) и начать кипеть. При этом, поглощается большое количество тепла. Подача фреона через капиллярную трубку должна быть точно дозированна. Фреона должно поступать строго определенное количество, необходимое для охлаждения. При излишней подаче, фреон не будет выкипать полностью в испарителе и может по всасывающей трубке попасть в компрессор, что может привести к выходу его из строя. При недостаточной подаче - недостаточная холодильная мощность.

3.Из чего все это собрать и сколько это стоит? Какие потребуются инструменты и расходные материалы?

Первый вопрос, который обычно возникает у среднестатистического читателя - сколько стоит фреонка? Вопрос на первый взгляд простой и обоснованный. Но сродни вопросу - а сколько стоит автомобиль? Тут же возникает масса встречных вопросов. А какой автомобиль? Грузовой или легковой? Отечественный или иномарка? Бизнес класс или представительский?

Так и с парокомпрессионной системой. На вопрос — сколько стоит, нельзя сразу дать однозначный ответ. А нужно сначала определиться с целью, для которой будет делаться система. Подобрать комплектующие и инструмент. Сложить их цену "столбиком". Только тогда мы сможем получить ответ на этот животрепещущий вопрос. Идем дальше.

Комплектующие. Материалы

1. Компрессор. Сердце системы. Новый стоит от 35$. Высокопроизводительный, известной марки 170-300$.

Перед тем как выбирать компрессор, определимся сначала с количеством испарителей. Фреоновую систему можно собрать с одним и двумя испарителями. Один испаритель на центральный процессор, а другой на графический процессор видеокарты. Вариант с двумя испарителями имеет серьезные недостатки. В такой системе фреон идущий из конденсора делится на два потока и по двум капиллярам идет к двум испарителям. Допустим, вы смогли сделать так, что фреон равномерно распределяется между двумя испарителями.

Если тепловая нагрузка на обоих испарителях одинакова или близка, то ничего страшного не произойдет. Предположим, произойдет так, что нагрузка на центральный процессор велика, а на графический нет. Большее количество тепла, отдаваемое центральным процессором заставит более активно кипеть фреон в испарителе. А в испарителе графического процессора это будет происходить в меньшей степени. Давление в первом испарителе будет больше. А во втором меньше. В результате фреон будет поступать в испаритель с меньшим давлением. То есть в менее нагруженный. И выходит, что в менее нагруженный испаритель поступает большее количество фреона. А в более нагруженный меньше. Ситуация начинает все более и более усугубляться. Получается, что ненагруженный испаритель будет намного холоднее нагруженного! И эта разница может достигать значительной величины. В результате процессор перегревается.

Вывод система с двумя испарителями хорошо подходит только для систем с одинаковой тепловой нагрузкой. Например, для двух видеокарт работающих в режиме SLI. И опасна при работе на процессор и видеокарту.

Остановимся пока на системе с одним испарителем.

Выбираем тип фреона.

А теперь нужно определиться с фреоном, который будем использовать в системе. Оптимальным со всех сторон является фреон R-22. Это самый дешевый и доступный из всех видов фреонов. R-22 кипит при атмосферном давлении при температуре -41. Этот фреон еще хорош тем, что он совместим по маслу с компрессорами, работающими на фреонах R-12 и R-404.

Другими словами этим фреоном можно заправлять компрессоры, рассчитанные на эксплуатацию с R-12 и R-404 фреонами. Компрессоры на R-12 можно добыть из старого ненужного холодильника. Но они заведомо имеют небольшую мощность 70-170 Вт при -15. И систему приемлимой производительности изготовить из такого компрессора не удастся.

Вообще один из самых часто задаваемых вопросов - почему бы просто не поместить компьютер в морозилку? Ответ прост. Это не даст такого прироста производительности. Этим способом не удастся получить достаточно низкую температуру на процессоре. И главное - морозильники не рассчитаны на такой уровень хладопроизводительности. И поэтому просто выйдут из строя через небольшой промежуток времени.

Можно купить компрессор, рассчитанный на работу с R-404 фреоном. Эти компрессоры работают с более высоким давлением, чем те, что рассчитаны на работу с 22-ым. Такой компрессор заправлен синтетическим маслом, совместимым практически со всеми газами и смесями, теоретически в нем применены более качественные комплектующие. Но и стоит он дороже компрессора R-22.

Конечно используя компрессор рассчитанный на 404-ый фреон, да еще и заправив систему 404-м можно получить более низкие температуры, чем используя 22-ой. Но 404-ый стоит в несколько раз дороже 22-го.

Для построения системы необходим поршневой, герметичный компрессор. Компрессоры выпускаются двух видов. Для монтажа методом пайки и развальцовки. Удобнее компрессоры, рассчитанные под пайку.

Выбираем мощность и марку компрессора.

А теперь определимся с мощностью компрессора. Но для этого сначала прикинем тепловыделение процессора. Современные процессоры при работе выделяют 70-110 Вт тепла. При серьезном разгоне с повышением напряжения питания эта цифра возрастает до 200 - 250 Вт.

Для информации приведу характеристики некоторых серийных систем:

VapoChill Extreme Edition XE II имеет следующие характеристики - при нагрузке 180Вт температура испарителя -18 , без нагрузки -44

VapoChill LightSpeed ™ — при нагрузке 200Вт температура испарителя -33 , без нагрузки -50

Последняя является одной из самых мощных выпускаемых на данный момент систем. Итак, выбирать вам. Помощнее и подороже. Будет немного более шумно но и разгон повыше. Или подешевле и попроще.

Наилучшими для изготовления Direct Die системы, считаются компрессоры Danfoss. Все серийные решения выпускаются именно на компрессорах этой фирмы. На втором месте идут компрессоры Aspera. Они же считаются самыми бесшумными. Эти две марки являются самыми популярными среди фанатов фреонового охлаждения всего мира.

Еще немного о мощности. С одной стороны лучше выбрать более мощный компрессор, у него более высокая хладопроизводительность, с его помощью можно получить более низкую температуру под более мощной нагрузкой. Он меньше греется. Но с другой стороны - чем мощнее компрессор, тем сильнее он шумит. Необходимо выбрать для себя оптимальное соотношение между шумом и производительностью. Нужно сразу определиться, что вы хотите. Более мощную, но шумную систему. Или разумно достаточную, но более тихую.

Основной характеристикой компрессора является хладопроизводительность. Она указывается в Ваттах при температуре -25. Следует учитывать, что при температуре -40 эта цифра уменьшится почти вдвое.

Выбирать будем из учета 150-250Вт на испаритель. А при -25или -40 нужно решать самому.

Приведу марки популярных компрессоров, мощностью близкой к выбранной, работающих на R-22. Есть и аналогичные на R 404.

215Вт при -25

Aspera E 2134Е,

300 Вт при -25

450Вт при -25

550Вт при -25

325Вт при -25

415Вт при-25

Danfoss SC15CМ, 510Вт при -25

Danfoss SC18CМ,

585Вт при -25

Скажу только, что компрессоры «младших» марок в списке практически не шумят. А «старшие» шумят ощутимо.

Естественно Aspera и Danfoss не единственные в мире, и свет клином на них не сошелся. Есть еще и Electrolux, Tecumseh, Turk Elektrik, Panasonic и еще Холодмаш. Это тоже очень неплохие агрегаты, хотя «холодмаш» довольно шумные. И, в конце концов, можно поступить так, придти в магазин и попросить продавца порекомендовать тихий компрессор хладопроизводительностью 200-500Вт при температуре -25

Для более получения более подробной информации можно посетить сайты производителей компрессоров. Или посмотреть ссылки приведенные в конце статьи.

Определяем где у компрессора нагнетающяя трубка, а где всасывающя.

Мы выбрали компрессор. Теперь рассмотрим его поближе. Обтекаемый черный корпус на основании, из которого выходят три трубки. Обычно это три трубки. Бывает у компрессоров большой мощности пять. Две дополнительные - масляное охлаждение. Но мы рассматривать этот случай не будем, ввиду его большой редкости.

Две трубки большего диаметра - всасывающие. Одна диаметром поменьше - нагнетающая. На одну из всасывающих трубок (на какую удобнее) припаивается клапан Шредера, для заправки системы. К другой припаивается всасывающая трубка идущая от испарителя. К более тонкой (нагнетающей), припаивается трубка идущая к конденсору. К ней же, через тройник обычно припаивают клапан Шредера, для контроля давления на линии нагнетания.

Как подключить компрессор к электрической сети. Электрические схемы включения компрессоров

Если вы купили новый компрессор, то проблем с подключением его к электросети у вас не будет. Снимаете крышку пускозащитного реле и смотрите на ее обратную сторону. На ней нарисована схема подключения. Для подключения компрессора подойдет любой провод сечением не менее 0,75 квадратных миллиметров.

Но если вы где-то раздобыли бывший в употреблении компрессор, у вас могут возникнуть сложности с подключением. Приведу несколько типовых схем включения компрессоров. Реле и конденсаторы можно приобрести в магазинах торгующих холодильной техникой.

Как проверить имеющийся в наличии БУ компрессор

Предположим у вас есть бывший в употреблении компрессор. Но вы не знаете, исправен он или нет. Это можно легко проверить. Для этого понадобиться прибор — мультиметр.

Сначала снимаем крышку пускозащитного реле и само реле. Потом замеряем сопротивление между выходящими из компрессора контактами. Оно должно быть примерно таким: между правым и левым контактом — 30 Ом; между правым и верхним — 15 Ом; между левым и верхним — 20 Ом.

Если полученные цифры сильно отличаются от указанных, то можно предположить, что компрессор неисправен. Точнее определить неисправность, можно только замерив потребляемый компрессором ток. Если на какой-нибудь паре контактов прибор покажет обрыв, то компрессор неисправен

Затем замеряем сопротивление между контактами и кожухом компрессора. Для этого подсоединяем один щуп прибора к каждому из контактов, а другой щуп к медной части одного из штуцеров мотора.

Прибор должен показывать обрыв. Если прибор покажет какое-нибудь сопротивление — компрессор неисправен.

Если неисправностей электрической части компрессора обнаружено не было, проверяем его на давление. Для этого подключаем к штуцеру нагнетания имитатор (шланг с отводом из капиллярной трубки), подключаем к имитатору манометр, запускаем компрессор и замеряем давление по манометру.

Если манометр показал давление больше 6 атмосфер, и давление продолжает повышаться, немедленно отключите компрессор. Иначе можете повредить манометр. Это значит, что компрессор находиться в очень хорошем состоянии.

Если сопротивление обмоток не отличается от нормы, а компрессор не запускается, и есть подозрение на неисправность пускозащитного реле, можно попробовать запустить мотор "напрямую", т.е. минуя реле.

ВНИМАНИЕ! Напряжение 220В опасно для жизни. Если Вы не имеете опыта работы с электрическими цепями, то эту проверку лучше доверить специалисту.

Изготавливаем шнур для подключения мотора и подключаем через него компрессор, как показано на схеме:

Выключатель можно не ставить, но тогда после запуска мотора необходимо отсоединить провод от пусковой обмотки. На компрессорах горизонтального типа левый контакт — общий, правый верхний — рабочая обмотка, правый нижний — пусковая обмотка.

2. Конденсатор — радиатор с вентилятором. Один конденсатор, без вентилятора от 35$. Можно купить в сборе с вентилятором. Можно и без вентилятора и придумать что-то самому.

Какой использовать конденсатор?

Конденсор рациональнее купить готовый. Но можно сделать и самостоятельно. Простейший конденсор это 7-15 метров медной трубки свитой в спираль с шагом не менее 4мм. Диаметр спирали подбирается по габаритам платформы, на которой будет производиться монтаж системы. Но такой конденсатор не отличается высокой эффективностью из-за небольшой площади поверхности. Повысить эффективность работы такого конденсатора можно, припаяв к нему дополнительные ребра. Использовать радиаторы от автомобильных печек опасно. Давление в системе будет в пределах 10-14 атмосфер. И далеко не каждая автопечка может справиться с такой нагрузкой.

Главной характеристикой конденсатора является мощность. С конденсатором дело обстоит так же как с компрессором, чем мощность выше, тем лучше. Но есть одно правило, она не должна быть меньше мощности компрессора. Лучше если она будет превышать мощность компрессора раза в полтора-два. Конденсатор должен обязательно охлаждаться вентилятором. Можно купить конденсатор в сборе с вентилятором. А можно приспособить для охлаждения конденсатора корпусные вентиляторы от компьютера. Но тогда для них нужен дополнительный блок питания на 12 вольт мощностью, не менее суммарной мощности вентиляторов, примененных для обдува конденсатора.

3. Фильтр-осушитель. Самый простой стоит от 3,5 $. Есть и дороже. Покупать фильтр дороже 15$, на мой взгляд, ни к чему.

Какой использовать фильтр?

Фильтр служит для фильтрации фреона от нежелательных примесей. Случайно попавшего мусора - стружки, окалины. Иначе все это может забить капилляр, и система будет неработоспособной. Фильтр также поглощает влагу, случайно попавшую в систему. Необходим для надежной работы системы.

Конструктивно он выполнен в виде медного баллона с отверстиями на концах. Внутри фильтра с одного конца установлена решётка, с другого тончайшая сетка. Пространство между ними заполняется веществом, интенсивно поглощающим воду. Обычно это гранулированный цеолит или силикагель. Конец фильтра с решёткой является входом, конец с сеткой — выходом. Выход фильтра обычно имеет отверстие под капиллярную трубку, если оба отверстия фильтра одинаковы, загляните внутрь него, часть с сеткой будет выходом.

При монтаже нужно быть внимательным и не перепутать направление установки фильтра. Фильтр обычно выбирают объемом от 15 кубических сантиметров.

4. Капилляр. Самый ходовой типоразмер, это капилляр с внутренним диаметром 0,8мм. Цена 1метра - около 1$

Точную длину капилляра для самодельной системы рассчитать невозможно. Ее нужно подбирать экспериментальным путем, что является частью настройки системы. Исходя из таблицы, берем капилляр с запасом по длине, для последующей регулировки. Рекомендуемый запас 0,5-1 метр.

Потом в процессе регулировки отрезают капилляр небольшими кусочками. И перепаивают. После заправляют систему по новой. И смотрят, насколько возросла хладопроизводительность. Потом процедуру повторяют.

Но если вам не хочется возиться с настройкой такого уровня, можно взять длину капилляра точно по таблице. И настроить систему только количеством заправляемого фреона.

Газ (фреон)	Мощность испарителя (Ватт)	0.65мм	0.7мм	0.8мм
		0.26 дюйма	0.28 дюйма	0.31 дюйма
R404A/R507
R22/R290

Таблица составлена Гари Ллойдом (Gary Lloyd)

5. Трубки.

Для соединения между собой комплектующих системы необходима медные трубки с внешним диаметром 6мм, 8мм, 10мм. Цена 1 метра трубки от 1,5$

Какие использовать трубки для монтажа системы?

Для монтажа системы используют медные трубки диаметром равным диаметру патрубков компрессора. Но на нагнетание можно поставить и меньший диаметр. Обычно монтаж делают трубкой диаметром 6мм. Десятимиллиметровую можно использовать в качестве всасывающей. Из 8мм делают переходы с 6мм на 10мм.

По принципу действия напоминают клапан в газовой зажигалке. Потребуется две штуки. Необходимы для заправки и контроля давления в системе. Впаиваются в контура низкого и высокого давления. Примерно 1,5$ штука. Нужны для заправки системы и контроля давления в системе.

7. Уголки, тройники медные, под диаметр трубок.

Пригодятся для пайки клапанов Шредера и для выполнения резких поворотов.

8. Испаритель.

Единственная часть, которая практически не выпускается промышленностью. Испаритель - самая проблематичная часть. Придется или заказывать у знакомых на заводе, или делать самому. На заказ испаритель будет стоить от 35$.

Где взять испаритель?

Наилучшим и пожалуй единственным материалом для испарителя является медь. Испаритель, это емкость с возможно большей внутренней площадью поверхности. В нем кипит фреон, поглощая тепло, вырабатываемое процессором. Лучшие конструкции испарителей можно и нужно посмотреть на сайте www.xtremesystems.org

Есть несколько вариантов самостоятельного изготовления испарителя. Первый вариант. Приобрести обычный воздушный кулер, радиатор которого изготовлен из меди. И запаять его в коробку из листовой меди. Я сделал два подобных испарителя из кулера Volcano7+. Радиатор я распилил на две части по линии крепежной клипсы. Толщина листа меди, из которой нужно сделать коробку должна быть не менее 2-х миллиметров. Более тонкую коробку раздувает давлением в системе.

Есть еще вариант. Для его воплощения необходимо несколько брусков меди толщиной 10-14мм и размерами 50на 50 мм. С помощью электродрели, начиная от центра квадрата, начинаем насверливать отверстия. Как можно ближе друг к другу. Что бы получилась расходящаяся спираль. Отверстия должны соединяться друг с другом. Сверлить нужно на такую глубину, что бы осталось 4-6мм до нижней грани.

Если у вас брусок только один, тогда в центр спирали припаиваем капилляр. А на выходе спирали всасывающую трубку и накрываем все это дело медной крышкой и все хорошенько пропаиваем. Если найдется еще брусок. То делаем из него второй этаж. Что бы фреон пройдя по спирали первого, через отверстие попадал на второй этаж и опять по спирали попадал в центр второго бруска. И уже сюда припаиваем капилляр и всасывающею трубку. Двухэтажный испаритель будет работать более эффективно, чем одноэтажный. Более двух этажей делать не к чему. Прироста производительности почти не будет. Диаметр сверла 3-5мм.

9. Всасывающая трубка.

Можно обойтись медной трубкой диаметром 10мм. Или купить газовую подводку из гофрированной нержавеющей стали. Она стоит от 10$, в зависимости от длинны.

Какую использовать всасывающею трубку, и где ее взять?

Всасывающая трубка, это трубка идущая от испарителя к компрессору. Она должна быть по возможности гибкой. Вам же придется монтировать испаритель на процессор? И гибкая мягкая трубка намного облегчит эту задачу.

Можно в качестве всасывающей трубки использовать медную трубку диаметром 10мм. Она достаточно гибкая и может работать на скручивание. Иногда для установки испарителя на процессор его необходимо немного повернуть и медная трубка позволит это сделать. Но у нее есть и недостатки. Все-таки она недостаточно гибкая и от многократных перегибов может сломаться.

Этих недостатков лишена трубка сделанная из газовой подводки. Это гофрированная трубка из тонкой нержавеющей стали. Выдерживает давление в 16 атмосфер. Но и у нее есть недостатки. Для ее пайки необходим специальный флюс. Можно конечно припаять штуцеры к системе и прикрутить подводку через фторопластовые прокладки. Но штуцера обычно латунные, а для их пайки тоже необходим флюс. И еще один недостаток есть у такой трубки. Она не работает на скручивание.

Нельзя в качестве всасывающей трубки использовать резиновые шланги, газовые шланги. Даже если они выдержат давление в системе, то фреон утекает сквозь резину. И через какое то время придется дозаправлять систему.

10.Вакуумный насос для вакуумирования системы.

Желателен, но необязателен. Можно вместо вакуумного насоса использовать еще один компрессор. Можно сделать так, что компрессор системы будет вакуумировать сам себя. А можно обойтись совсем без вакуумирования. Как это сделать на практике будет изложено в главе о заправке системы. На фотографии компрессор, немного доработанный для использования в качестве вакуумного насоса.

11. Манометрическая станция.

Цена от 65$. Необходима для заправки и контроля давления в системе. Очень удобна при заправке и регулировке системы. Можно конечно обойтись и краном с манометром. Он стоит уже от 17$. А можно просто впаять в систему манометры. Они по отдельности еще дешевле. А можно обойтись вообще без манометров. Но в этом случае заправка будет происходить «на глазок», что естественно не является сильной стороной метода.

12.Фреон для заправки.

Обычно это самый дешевый и доступный фреон марки R22. Дешевый и доступный не значит плохой. Он идеально подходит самодельщику. Баллон 13,5кг. - 54$. Для заправки системы конечно столько не надо. Обычный расход на одну заправку, в зависимости от внутреннего объема, системы от 30 до 300 грамм. Но меньшей расфасовки я не видел. Можно конечно обратиться в сервисный центр по ремонту холодильников и кондиционеров и договориться с мастерами о заправке там. Обойдется такая процедура от 10$. Но тогда о регулировке можно забыть. Да и не будет того адреналина, который буквально переполняет при первой заправке.

14. Платформа для монтажа системы.

Металлическая или любая другая площадка, способная выдержать вес компрессора и других комплектующих. Или корпус, в который вы собираетесь все это поместить.

Инструмент

Для монтажа системы необходим инструмент, как обычный, так и специальный. Перечислю необходимый инструмент и цены на него. Цены взяты из прайсов нескольких фирм и усреднены. Приведены для того, что бы можно было иметь представление о материальных затратах ожидающих человека, собравшегося двигаться по этому пути.

1. Инструмент для резки медных трубок.

Лучше труборез как на фотографии. Он режет трубки от 1/8 до 5/8 дюйма, другими словами от 3мм и до 15мм. Им можно и надрезать, а потом обломить капилляр. И стоит недорого, от 4,5$.

Можно резать и ножовкой по металлу. Но в этом случае велика вероятность попадания стружки в систему с непредсказуемыми результатами. В случае резки ножовкой нужно быть внимательным и тщательно удалять стружку из внутренних полостей трубок.

2. Горелка с газом.

Можно купить специализированную с баллоном МАРР газа. А можно приобрести и что-то подешевле. Горелка необходима для пайки трубок соединяющих детали системы. В системе высокое давление, порядка 7-14 атмосфер и другой метод пайки, например паяльником и обычным оловянно-свинцовым припоем непригоден.

Припой к горелке.

Вполне подойдет недорогой, с 5-6 процентным содержанием серебра. Цены примерно такие. Горелка - 60$. Баллон МАРР газа - 20$. Но можно найти горелку и значительно дешевле. Например, на радиорынке. Припой 5-6% серебра, один пруток 0,8$. Для сборки системы обычно требуется 3-5 прутков.

3. Необходимы так же обычные инструменты.

Такие как плоскогубцы, кусачки, нож, напильник, отвертки… Нелишним будет иметь дрель со свёрлами.

По вышеприведенным ценам можно посчитать, во что примерно обойдется система. Обычно, если не покупать очень дорогой компрессор, можно вполне уложиться в 300$. В этом случае вы получите довольно тихую, домашнюю «фреонку», не отличающеюся выдающимися характеристиками. Под нагрузкой на этой системе реально получить -25на испарителе. Если же вы планируете собрать более серьезное устройство с более низкими температурами, то придется потратиться уже на 400-500$. В основном цена вырастает за счет стоимости более мощного компрессора. Но это уже будет устройство, превосходящее по своим характеристикам лучшие серийные экземпляры.

4. Рекомендации по компоновке системы. Оформление системы. Сборка и пайка.

Монтируют систему на платформе, лучше металлической. Удобнее будет при пайке, не обгорит. Но можно и из ДСП или толстой фанеры. Но тогда под спаиваемые детали лучше подкладывать лист металла. Неплохо если платформа будет иметь коробчатый каркас. Очень удобно привернуть к ней мебельные колеса. Конструкция получится тяжелой, и данные рекомендации значительно облегчат ее перемещения. Классическая конструкция фреоновой системы, это прямоугольный блок, сверху которого выходит испаритель. На такую конструкцию можно поставить стандартный компьютерный корпус. Придется только в его дне прорезать отверстие для испарителя.

А теперь рекомендации по расположению элементов системы. Конденсор устанавливаем так, что бы вентилятор на нем втягивал через него воздух и обдувал компрессор. Это нужно для дополнительного охлаждения компрессора. В процессе работы компрессор ощутимо нагревается. Нормальная рабочая температура компрессора 55-70 градусов.

Компрессор крепится к платформе через резиновые амортизаторы. Делается это для предотвращения передачи вибраций работающего компрессора корпусу. У компрессора обычно имеется три трубки. Две большего диаметра - всасывающие. Одна диаметром поменьше - нагнетающая. На одну из всасывающих трубок(на какую удобнее) припаивается клапан Шредера, для заправки системы. К другой припаивается всасывающая трубка идущая от испарителя. К более тонкой - нагнетающей, припаивается трубка, идущая к конденсору. В разрыв этой трубки я припаял тройник, а к нему клапан Шредера, для вакуумирования и последующего контроля давления в системе.

Вход конденсора - его верхняя трубка. Выход - нижняя. Это делается для облегчения стекания сконденсировавшегося фреона.

К выходу конденсатора припаиваем фильтр. Фильтр ставиться так, что бы выход фильтра(где припаян капилляр) был ниже входа. Делается это для предотвращения попадания пузырьков несконденсировавшегося фреона в капилляр. Пузырьки снижают производительность системы.

Капиллярную трубку помещают внутри отсасывающей трубки для понижения температуры хладагента в капиллярной трубке.

Это повышает эффективность охлаждения. Так же такое расположение способствует докипанию фреона на линии всасывания. Помогает исключить попадание жидкого фреона в компрессор, что может привести к выходу его из строя. При использовании в качестве всасывающей трубки газовой подводки капилляр необходимо помещать в трубку изогнутым в виде синусоиды. Дело в том, что от давления длинна такой трубки увеличивается, и она может порвать капилляр. Капилляр не «убравшийся» во всасывающею трубку скручивается в бухточку и крепится в любом удобном месте.

Испаритель к всасывающей трубке удобнее всего прикручивать, а не припаивать. Для этого к испарителю можно припаять латунный штуцер с полудюймовой резьбой.

Такая же резьба на газовой подводке. Прикручивать испаритель нужно через фторопластовую прокладку. Можно использовать специальные переходы под развальцовку. Но тогда понадобиться покупать дополнительный инструмент.

В этом случае конструкцию испарителя надо предусмотреть такую, что бы капилляр не припаивался, а вставлялся в испаритель. Разъемное соединение удобно тем, что потом всегда можно заменить испаритель.

Перед крепежом деталей фреоновой системы лучше всего расставить их на платформе и прикинуть, как пойдут соединительные трубки. Можно смоделировать их тонкой проволокой. Согнуть ее, так как потом пойдут реальные соединения. Потом по этим заготовкам будет легче и точнее нарезать и выгнуть необходимые отрезки труб. Трубки диаметром до 10мм включительно хорошо гнуться руками. И, как правило, можно обойтись без трубогиба.

Нужно продумать последовательность пайки. Иначе может получиться, что потом, что бы запаять какое-то соединение, возникнет необходимость разрезать другое.

Как уменьшить шум фреоновой системы охлаждения?

Основным источником шума работающей Direct Die системы охлаждения является компрессор. При работе он ощутимо вибрирует, и эти вибрации передаются корпусу системы. В результате шум усиливается. Не спасают ситуацию и резиновые амортизаторы, на которых крепится компрессор. Так же вибрации компрессора через нагнетающую трубку передаются конденсатору, и он тоже начинает вибрировать.

Что бы уменьшить это явление, корпус можно сделать из толстого гасящего вибрацию материала. Например ДСП. Для уменьшения передачи вибраций от компрессора к корпусу можно закрепить компрессор на небольшое основание, которое в свою очередь закрепить через дополнительные амортизаторы к основному корпусу. Некоторые даже подвешивают компрессор на резиновых кольцах.

Для снижения вибраций передаваемых компрессором конденсатору нагнетающую трубку можно свить в спираль.

А боковые стенки конденсатора оклеить вибропоглощающим материалом. Конденсатор так же можно прикрепить к основанию через прокладки. Будет не лишним и внутренние части корпуса оклеить таким материалом.

В качестве вибропоглощающего материала можно применить автомобильную шумоизоляцию. Или пенофол. Пенофол пористый полимерный материал, применяется для утепления и шумоизоляции систем вентиляции. Приклеивают его 88-ым клеем или на двусторонний скотч.

Внутри корпуса можно предусмотреть шумопоглощающие экраны. Они должны быть оклеены очень рыхлым материалом. Например, толстым синтепоном.

Для уменьшения передачи вибраций от вентиляторов к конденсатору, диффузор, к которому прикреплены вентиляторы тоже неплохо закрепить через вибропоглощяющие прокладки.

Шумоизоляция производится после сборки и пайки системы. Иначе горелкой ее легко повредить.

Как паять? Сборка системы.

Для пайки хорошо подходит горелка с МААР газом. Но горелка и баллоны с газом к ней, довольно дороги. Можно приобрести инструмент и попроще. Большой ассортимент таких устройств можно увидеть на радиорынке. Приобрести горелку там выйдет намного дешевле.

Горелкой нагреваем спаиваемые детали, они почти сразу приобретают ярко желтый цвет. Продолжаем нагрев до темно красного свечения. Потом вводим в факел горелки пруток припоя и проводим им по месту пайки. Припой расплавляется и растекается по спаиваемым деталям. Если припой прилипает и остается комком, значит спаиваемые детали недостаточно разогреты.

Для увеличения прочности спаиваемых соединений детали должны немного входить друг в друга. Например, для спаивания трубок одинакового диаметра, одну из трубок лучше развальцевать.

Или применить переход из трубки большего диаметра. Если трубки сильно отличаются по диаметру, то большую трубку нужно обжать пассатижами.

МАРР газ имеет более высокую температуру горения, чем пропан. Поэтому им быстрее и легче паять. Припой плавиться при температуре 700С-800 градусов в зависимости от состава. Температура плавления меди близка к 1080 градусам. Следует быть аккуратным и не перегреть место пайки. Тонкие трубки легко могут расплавиться. Особенно нужно быть внимательным при пайке капилляра. При такой пайке нужно в основном нагревать сам фильтр. На глаз точкой плавления меди является яркое, желто-белое свечение.

Соединения медь-медь паяются без флюса. Если же вам необходимо припаять латунный штуцер или всасывающую трубку из нержавеющей стали, то придется приобрести специальный флюс. Я паяю такие соединения флюсом Ultra flux. Но можно приобрести в специализированном магазине и другой, подобный.

При такой пайке флюс наносится на соединение, а затем пайка производится так, как описано выше.

Спаиваемые детали необходимо предварительно зафиксировать. Пайка производиться двумя руками и придержать сползающею в процессе пайки деталь будет нечем. Разве что… Ну нет это уже чересчур. Лучше зафиксировать проволокой, тисками, струбциной. Что найдется.

Один небольшой совет. Раньше я паял клапаны шредера, не разбирая их. Но когда клапан паяется долго, или патрубок у него короткий, из него лучше выкрутить нутро. В нем есть полимерная прокладка, которая может подгореть от пайки и клапан, потом будет травить. Выкручивается клапан колпачком. У него есть для этого штырек с прорезью.

А теперь пара слов о пайке испарителя. Испаритель обычно имеет довольно большую массу. И поэтому прогреть его одной горелкой проблематично. Да и расход газа будет велик. Поэтому лучше всего паять испаритель на включенной газовой конфорке. Ставим на нее испаритель, поджигаем газ и ждем минут 10. Испаритель прогреется и можно приступать к пайке обычным способом.

Шов пайки должен быть ровным, гладким без каверн и раковин. Это потенциальное место протечки.

Испарители после пайки для полной уверенности лучше всего опрессовать. Сделать это можно при помощи старого компрессора. Компрессор для этого придется немного модернизировать. После модернизации такой компрессор можно использовать и для опрессовки и как вакуумный насос. Доработка сводится к тому, что надо припаять по клапану Шредера на линии нагнетания и всасывания. Вторую трубку на всасывание нужно заглушить. Шредер на нагнетание и используется для опрессовки испарителей. На фотографии показано еще одно приспособление это клапан и переход. Сделав такое приспособление можно легко подсоединить любой испаритель к компрессору.

Еще интересный момент. Если вы сами спаяли испаритель. Установили его на фреонку. Опрессовали фреоном из баллона и он держит давление, то это еще ничего не значит. Высокое давление при такой опрессовке не получить.

Далее вы заправляете фреонку, но в испарителе опять же высокого давления не будет. Испаритель находится в контуре низкого давления и при работе системы давление в нем находится в пределах 0,5-1 атмосферы. И испаритель может прекрасно держать такое давление.

После заправки и регулировки системы вы выключаете систему. После выключения давление в контуре низкого и высокого давления начинает выравниваться. Давление в испарителе начинает расти. И поднимается примерно до 7-10 атмосфер. При некачественной пайке испаритель может дать течь. Причем через некоторое время.

Для избежания такого конфуза лучше перед установкой в систему опрессовать испаритель. Для этого к трубке испарителя либо припаивается клапан Шредера, либо присоединяется методом развальцовки. Потом через манометрическую станцию испаритель подключается к линии нагнетания модернизированного компрессора. Из клапана Шредера на линии всасывания выкручивается механизм. Делается это для того, чтобы открыть клапан. Компрессор включается. Контролируя давление по манометру высокого давления, нагнетаем в испаритель воздух до 12-15атмосфер. Выключаем компрессор и опускаем испаритель в емкость с водой. Если утечка присутствует, вы увидите пузырьки воздуха, вырывающиеся из проблемных мест.

ВНИМАНИЕ:

Нужно быть очень осторожным и не превышать указанное давление. Можно повредить манометр. Возможно, что в случае некачественной пайки может разорвать испаритель.

Несколько слов о технике безопасности. Работайте в хорошо проветриваемом помещении. Пайка должна проводится на негорючем основании. Например, листе металла. При работе с горелкой обязательно наличие ведра с водой рядом с местом работы. Лучше пару раз по запарке опрокинуть его, чем потом в случае пожара метаться в поисках, чем залить пламя. Неплохо иметь и кусок негорючей ткани. Например, брезента. Для того, что бы накрыть им случайно загоревшейся предмет.

Во время пайки детали быстро нагреваются. Но долго остывают.

При пайке нужно внимательно следить за направлением пламени горелки, даже на расстоянии около метра занавеска может загореться. Работать надо обязательно в негорючих перчатках. И главное внимание, и еще раз внимание.

Установка вентиляторов.

Система собрана, спаяна. Пора устанавливать вентиляторы. Если вы приобрели конденсатор в комплекте с вентилятором, то никаких проблем возникнуть не должно. Другое дело, если вы решили использовать имеющиеся у вас корпусные вентиляторы от компьютера. Тут есть несколько моментов, которые нужно учесть.

Первое.

Для вентиляторов нужен собственный блок питания. Из-за того, что при эксплуатации фреоновой системы охлаждения сначала включается она, а через некоторое время и сам компьютер. Делается это для того, что бы она успела охладить процессор. А уже после выхода системы в режим можно включить и сам компьютер. Так что один блок питания и для компьютера и для питания вентиляторов использовать не получиться.

Второе.

Для эффективной работы вентилятора необходимо использовать диффузор. Если просто закрепить вентилятор на конденсатор. Он будет протягивать воздух только через небольшую его часть, равную площади самого вентилятора. Эффективность охлаждения фреона будет невысокой. Диффузор выровняет воздушный поток. И продуваться будет вся поверхность конденсатора.

Диффузор должен плотно прилегать к конденсатору. Щели снижают эффективность охлаждения.

5. Заправка системы. Вакуумирование

Итак, система собрана, спаяна. Пора приступать к заправке. Но сначала нужно удалить воздух из системы. Если этого не сделать то влага, содержащаяся в воздухе, при работе системы замерзнет и забьет капилляр. Система окажется неработоспособной. Так же воздух в системе значительно снижает ее хладопроизводительность. Происходит это из-за того, что система заправляется небольшим количеством фреона, а воздух занимает определенный объем внутри системы, но не участвует в процессе.

Удалить воздух из системы можно несколькими способами. Основным и самым эффективным методом является вакуумирование. Для вакуумирования нужно специальное устройство - вакуумный насос. Это довольно дорогостоящая штука и приобретать ее самодельщику ни к чему. Можно заменить вакуумный насос другим компрессором. Конечно с помощью компрессора не получить вакуума такой глубины, как при помощи вакуумного насоса. Но существует метод, позволяющий приблизиться к его результату. А можно обойтись вообще без вакуумирования. Ниже я изложу все известные мне методы.

Но для начала проверим, насколько качественно удалось спаять систему. Для этого привернем желтый шланг от манометрической станции к баллону с фреоном и приоткрыв немного баллон продуем шланги фреоном. Для этого надо приоткрыть вентили на манометрической станции. После этой процедуры закрываем все вентили и присоединяем красный шланг к клапану Шредера на линии нагнетания.

Потом открываем вентиль на баллоне, и с помощью вентиля на манометрической станции (красный, линия нагнетания) пускаем фреон в систему. Можно в это время немного приоткрыть клапан Шредера на линии всасывания нажав на штырек клапана. Этим мы вытесним воздух из системы. Конечно не весь. Но тем не менее. Выпустив воздух, и закрыв все краны, ненадолго включаем компрессор. Потом повторяем процедуру еще раз. Далее закручиваем этот клапан колпачком (всасывание). И продолжаем поднимать давление в системе. Увеличиваем давление до 3 атмосфер. Заворачиваем все краны и оставляем систему на час, два. Если по прошествии этого времени давление в системе не снизится, нам повезло. Утечек нет. Все спаяно качественно.

Если давление упало, поднимаем давление по вышеизложенному методу и начинаем искать место утечки. Делается это мыльной водой. Кисточкой наносим мыльную воду на места соединений и смотрим, не появятся ли пузыри. Места утечек пропаиваем. Естественно перед пайкой выпускаем фреон из системы. Иначе может произойти небольшой, малоприятный взрыв. Затем повторяем всю процедуру проверки.

Система проверена, утечек нет. Идем дальше. Прикручиваем синий шланг к шредеру на линии всасывания. Красный у нас уже подсоединен. Отсоединяем баллон с фреоном. И к освободившемуся желтому шлангу присоединяем вакуумный насос. Если его нет, то специально доработанный компрессор. Он будет выполнять роль вакуумного насоса. Доработка заключается в припаивании клапанов Шредера на патрубки нагнетания и всасывания этого компрессора.

Вакуумирование производим из клапана нагнетания (высокое давление). Для этого открываем красный вентиль и включаем компрессор-вакуумный насос. На манометре низкого давления(синий) стрелка должна поползти вниз. Вакуумируем пару минут. Но так глубокого вакуума не получить. Поэтому включаем еще и компрессор системы. В результате давление на всасывании (низкое давление) станет еще ниже. Компрессоры будут работать последовательно. Это будет почти результат вакуумирования хорошим вакуумным насосом. Учитывая, что после заправки хладагент сожмет оставшийся воздух еще примерно в 10 раз — воздух практически не будет снижать холодильной мощности. Система вакуумирования получается условно двухступенчатая.

Далее выключаем компрессоры. Заворачиваем краны. Отключаем вакуумирующее устройство и на его место подключаем баллон с фреоном. Включаем компрессор системы и начинаем потихоньку подавать в нее фреон из баллона. В линию всасывания. Подача осуществляется синим вентилем. Стрелка манометра обратного потока (синий) скакнет до 3-х 4-х атмосфер. Остановим подачу и подождем несколько минут.

Потом повторяем процедуру снова. Подавать газ надо небольшими порциями. Это важно. С промежутками в несколько минут. Через некоторое время испаритель начнет покрываться инеем.

Заправку фреоном производим до тех пор, пока всасывающая трубка не покроется инеем до входа в компрессор. Это и будет окончанием заправки.

И одновременно предварительной настройкой системы.

Такая регулировка позволяет исключить попадание жидкого фреона в компрессор. Под нагрузкой фреон гарантированно выкипит раньше, не дойдя до компресора. А попадание жидкого фреона чревато выходом компрессора из строя.

Подробнее о процессе регулировки системы будет написано ниже.

Можно ли обойтись без вакуумного насоса?

Без вакуумного насоса обойтись можно. Сначала изложу способ, когда компрессор системы будет вакуумировать сам себя. Для этого между фильтром Шредера и конденсором (линия высокого давления) ставится кран. Кран должен быть такой конструкции, что бы исключить потери фреона в атмосферу.

Практически все краны, так или иначе, травят фреон. Исключение составляют сильфонные краны. Но стоимость такого крана равна стоимости недорогого компрессора. Мы же для этого применим такой вот порт от кондиционера. Особенностью этого устройства является крышка с прокладкой из алюминия. После регулировки механизм крана, который пропускает фреон, будет закрыт этой крышкой и затянут. Алюминиевая прокладка мягкая и усилием закручивания будет расплющена так, что соединение будет герметично и утечки фреона не будет.

А теперь принцип работы. Перекрываем кран. Нажимаем на штырек клапана Шредера на линии нагнетания, тем самым открывая клапан. И включаем компрессор, который начинает выкачивать воздух из системы. Кончено такого глубокого вакуума как при двухступенчатом вакуумировании, изложенном выше не получить. Но и это неплохо. Перестаем давить на штырек. Клапан закрывается, и мы немедленно выключаем компрессор. Система вакуумирована. Затем открываем кран, заворачиваем крышку на кране. С адекватным усилием. И приступаем к заправке системы, как говорилось выше. Перед такой процедурой нелишним будет несколько раз продуть систему фреоном.

Продувая систему, впускаем в нее из баллона фреон до давления в две, три атмосферы, включаем компрессор. Стравливаем фреон. И снова повторяем процедуру.

В принципе можно обойтись и без крана. Просто несколько раз продувать систему по методу, изложенному выше. И лишний воздух и влага выйдут из системы вместе с фреоном. Фреон R-22 недорогой. И поэтому такой метод выходит все же дешевле покупки дополнительного компрессора.

Выше изложено три метода вакуумирования. Каждый последующий немного хуже предыдущего. Но они позволяют сэкономить. Пусть и за счет небольшой потери производительности.

Добавлю. Все эти методы неоднократно проверены. И не только мной.

Но может случиться и такой момент. При покупке компрессора, вы его получаете с заткнутыми резиновыми пробками штуцерами. Вынимать эти пробки нужно только непосредственно перед пайкой системы. Если же вы вынули эти пробки давно, или что еще хуже, включали для проверки компрессор на прокачку воздуха, масло в нем могло впитать влагу. Из этого самого воздуха. Результат известен. Периодически перестает морозить испаритель. Исправить такую ситуацию можно только длительным вакуумированием системы с прогревом фильтра до 200 градусов. Если и это не помогает. Придется менять масло.

6. Конденсат, что это такое? Как с этим бороться? Изоляция. Установка системы в компьютер.

Все люди, так, или иначе, по несколько раз на дню сталкиваются с тем, что стакан с холодным пивом (соком, ненужное вычеркнуть) снаружи быстро запотевает и покрывается каплями воды. Это и есть конденсат. Конденсация влаги из воздуха происходит на поверхностях, температура которых ниже температуры окружающей среды. Интенсивность зависит от влажности воздуха и разности температур. Скажу только, что при 50-ти процентной влажности конденсат начинает выпадать на поверхностях, температура которых на 7 градусов ниже температуры окружающей среды. Или около того. Точных цифр я к сожалению не помню.

Такая же беда, как на стакане с пивом, но в более серьезных масштабах (все-таки температуры около -40) произойдет и с испарителями и всасывающей трубкой. Да и с сокетом процессора и даже с обратной стороной материнской платы. Только влага где-то частично замерзнет, а где-то начнет собираться в лужи. А влага на компьютерных платах чревата внеочередным апгрейдом.

Защитить электронные компоненты от конденсата можно теплоизолировав их от окружающей среды, заодно изолировав их и от влажного воздуха. Я пишу влажного потому, что воздух в жилых помещениях абсолютно сухим не бывает. Для теплоизоляции нужны определенные материалы. И определенные манипуляции с этими материалами.

Для теплоизоляции пригодны только материалы с закрытыми порами. Ели применить обычный поролон, то через несколько минут работы системы он превратиться в мокрую губку. Хорошо подойдет неопрен или все тот же пенофол. Пенофол это вспененный полиэтилен. Продается как виброшумоизоляция. Можно использовать пенопласт и монтажную пену.

Теплоизолировать необходимо испаритель, всасывающую трубку, пространство вокруг сокета и обратную сторону материнской платы в области распайки сокета. Размер пространства вокруг сокета подлежащее теплоизоляции примерно 150 на 150мм. Во время выполнения теплоизоляции нужно быть внимательным и не теплоизолировать греющиеся элементы платы. Их надо обойти теплоизоляцией. Необходимо так же предусмотреть обдув околосокетного пространства дополнительным вентилятором. Это поможет охладить силовые транзисторы цепей питания процессора. А так же поможет высыханию влаги, которая может выступить и на теплоизоляции.

Перед теплоизоляцией пространство вокруг сокета и обратную сторону материнской платы необходимо смазать токонепроводящей силиконовой смазкой. Подойдет и из серии автохимии. Это делается для исключения замыканий, которые может вызвать случайно возникший конденсат.

На сам сокет нужно нанести более густую токонепроводящюю смазку. Например, вазелин. Нужно забить им отверстия сокета. Иначе в них может образоваться конденсат с непредсказуемыми результатами.

После этого по размеру сокета вырезаем теплоизоляционную прокладку с отверстиями под греющиеся элементы. Толщина теплоизоляции не менее 10мм.

На обратную сторону платы вырезаем коврик такого же размера. И изготавливаем пластину для прижима прокладки. Очень важно прижать теплоизоляцию к плате для избежания проникновения в щели воздуха и образования в них конденсата.

Испаритель должен прижиматься к процессору и материнской плате длинными винтами. Крепление к рамке сокета не подходит. Слишком хрупка и ненадежна рамка. Подробно описывать крепеж не имеет смысла ввиду большого разнообразия сокетов. Скажу только, что между теплоизоляцией испарителя и изолирующей прокладкой платы не должно быть щелей. После первого крепления испарителя его необходимо снять и по отпечатку термопасты проконтролировать прижим испарителя к процессору. Щели в теплоизоляции обнаруживаются визуально.

Необходимо качественно теплоизолировать и сам испаритель. И всасывающую трубку. С трубкой легче всех. Для изоляции трубок выпускается специальная теплоизоляция. Она продается как в специализированных холодильных, так и в сантехнических магазинах. Название одного из видов такой теплоизоляции рубафлекс. Теплоизолировать трубку нужно после пайки системы. Для этого ее необходимо разрезать ее вдоль и склеить, после того как теплоизоляция одета на трубку. Для надежности можно обмотать обычной изолентой. Туго обматывать не следует. Изоляция от этого со временем плющиться, и теряет свои свойства.

Изолировать испаритель немного сложнее. Можно нарезать листовую изоляцию и приклеить к испарителю. А можно поместить испаритель в коробку и залить монтажной пеной. После высыхания лишнее обрезается. Толщина теплоизоляции должна приближаться к двум сантиметрам. Сантиметровый слой теплоизоляции при -40 покрывается конденсатом.

Рекомендуется после теплоизоляции и установки системы охлаждения в компьютер включить систему, без включения компьютера. И после 15 минут работы выключить и разобрать систему для проверки. Не образовался ли где конденсат.

Система теплоизолированная и установлена. Теперь самое время ее немного подрегулировать.

7. Регулировка системы.

Регулировка системы под конкретное железо осуществляется двумя путями. Хладопроизводительность регулируют количеством фреона, заправленным в систему. А также регулировкой длинны капилляра. Укорачивая капилляр, мы увеличиваем подачу фреона в испаритель. Но значительно увеличивать подачу фреона нельзя. Недоиспарившийся фреон (жидкий) может попасть в компрессор и вывести его из строя. Фреон должен полностью выкипать в испарителе и всасывающей трубке. Нужно найти оптимальную середину.

На первое время можно просто взять длину капилляра по таблице и регулировать производительность количеством фреона. Включаем систему, после выхода ее в режим, включаем компьютер. И при минимальной загрузке разогнанного процессора добавляем в систему фреон. Пока всасывающая трубка не промерзнет до входа в компрессор. Это гарантирует, что при полной загрузке фреон выкипит полностью и не попадет в компрессор. Этим способом можно пользоваться даже при отсутствии манометров.

Компрессор сжимает газообразный фреон и подает его в конденсор. Температура нагнетающей трубки (а значит и температура газа) должна находиться в пределах 55-85 градусов. Конденсатор охлаждает фреон и он конденсируется. На выходе из конденсора температура хладагента должна быть 30-45 градусов.

Если компрессор очень горячий, а конденсатор холодный. То система перезаправлена. Нужно при помощи клапана стравить лишний фреон.

Если испаритель не морозит, то или в системе недостаточно фреона или забился капилляр. Проверить забился капилляр или нет можно по звуку внутри испарителя. Во время работы испаритель шипит.

Так же не должна обмерзать область компрессора вокруг всасывающего штуцера. Это означает, что капилляр короток. Чем короче капилляр, тем меньше давление на линии нагнетания, а значит выше температура испарителя. Чем длиннее, тем ниже температура, но ниже хладопроизводительность. Давление на линии всасывания не должно превышать 1,5атмосфер.

Иногда для предотвращения попадания жидкого фреона в компрессор применяют докипатель. Это небольшая емкость перед компрессором. Ее обычно располагают между вентилятором и компрессором, и служит она для полного докипания фреона. Но докипатель существенно снижает хладопроизводительность системы за счет потерь.

8. На что следует обратить внимание во время эксплуатации фреоновой системы охлаждения?

В системах с воздушным охлаждением кулер охлаждающий процессор включается одновременно с компьютером. Ему не надо «входить в режим», он начинает отводить тепло от процессора сразу, что нельзя сказать о системах охлаждения основанных на принципе фазового перехода. Этой системе для выхода в штатный режим необходимо некоторое время. И поэтому сначала надо включить систему охлаждения, а когда она охладит процессор до определенной температуры, включить уже сам компьютер.

Можно конечно это делать вручную, но нет никакой гарантии, что в один прекрасный день вы ничего не перепутаете и не включите компьютер или вообще без фреонки, или одновременно, что может повлечь перегрев разогнанного процессора и невосполнимые потери в области комплектующих системного блока.

Для безопасной эксплуатации компьютера с криогенной системой охлаждения необходим блок автоматики, который будет «разрешать» включать компьютер только после того, как система охладит процессор до заданной температуры. С возможностью выставить эту температуру вручную.

Фабричные системы оснащаются подобными устройствами, а что делать самодельщикам? Существует два пути решения проблемы. Сконструировать и изготовить подобное устройство самому. Но это под силу далеко не каждому. Для этого необходимы не только теоретические знания в области электроники, но и практические навыки в изготовлении подобных устройств. Не говоря уже о затратах времени.

Но можно для этих целей приспособить готовые устройства, имеющиеся в свободной продаже. Расскажу как это сделать на примере электронного контроллера Dixell XR20C. Это устройство и обеспечит автоматическое включение компьютера по достижении определенной температуры на испарителе, значение которой можно установить вручную.

Существует целый ряд подобных устройств. Для использования в качестве автоматики они требуют минимальной доработки. Я использовал простейшее устройство, содержащее только контакты управления компрессором.

Работает прибор следующим образом. После включения устройство самодиагностируется, после чего замыкает контакты, которые по замыслу конструкторов и включают компрессор. По достижении на датчике определенной температуры размыкают контакты, отключая тем самым компрессор. После того как температура повысится, цикл повторяется.

В нашем случае компрессор работает постоянно, и управлять им не нужно. И требуется не выключать, а включить компьютер по достижении определенной температуры. Для этого нужно инвертировать выход устройства. Люди, хорошо разбирающиеся в электронике, без труда сами могут составить такую схемку, например, на "логике". Я же покажу, как собрать подобную схему человеку, далекому от электроники.

Мне кажется, что проще всего это можно сделать на автомобильном реле. У реле есть несколько контактов. Два контакта - контакты катушки электромагнита. При подаче напряжения на них электромагнит притягивает коромысло, которое и замыкает одну группу контактов, размыкая другую. В нашем случае нам нужны контакты, замкнутые при отключенном питании катушки электромагнита реле. Если включить реле подобным образом,

происходит следующее. При включении терморегулятор подает напряжение на реле. Контакты, отвечающие за включение компьютера, размыкаются и остаются разомкнутыми до момента, когда термодатчик зафиксирует температуру, необходимую для включения компьютера. Тогда контакты терморегулятора размыкаются, а в реле замыкаются.

Конденсатор с сопротивлением нужен для имитации работы кнопки включения компьютера. Работает эта цепь следующим образом. При замыкании контактов Power ON конденсатором в цепи потечет ток зарядки конденсатора - аналог нажатия кнопки Power ON. После зарядки конденсатора ток в цепи прекращается - аналог отпускания кнопки Power ON. Емкость конденсатора должна быть в пределах 200-400 мкФ, сопротивление 15-20 кОм.

Для работы такой автоматики необходим источник питания напряжением 12 вольт. Также для работы фреоновой системы необходим обдув конденсатора вентилятором. А как они будут работать, если блок питания включится только после того, как система должна набрать заданный минус? Поэтому специально для автоматики и работы вентиляторов нужно ставить в корпус отдельный блок питания, выдающий 12 вольт постоянного тока. Назову его блоком питания дежурного режима. К нему и подключаются автоматика и вентиляторы. Нужно только обратить внимание на максимальный ток нагрузки такого блока. Он должен быть больше суммы токов потребляющих вентиляторами.

Ну вот вроде все и собрано, спаяно, отрегулировано. Включаем-смотрим. Наслаждаемся.

А теперь еще один важный момент. После нескольких дней эксплуатации необходимо проверить надежность крепления процессора. Дело в том, что пористая изоляция, если она сжата, со временем уменьшается в объеме. Поры слипаются, и она как бы садиться. Поэтому крепеж процессор — испаритель не должен сильно давить на изоляцию иначе через некоторое время — неделя, две. Изоляция настолько сплющится, что перестанет выполнять свои функции и возможно возникновение конденсата. Поэтому лучше периодически проверять качество изоляции. И степень прижима испарителя к процессору.

В качестве профилактики рекомендуется раз в месяц-два контролировать давление в системе. Возможно, в системе существует микроутечка и через нее фреон постепенно улетучивается. Найти такую утечку сложно. И поэтому можно просто периодически дозаправлять систему. Или лишний раз убедиться, что все в порядке.

Скрин результатов разгона процессора

Несколько фотографий систем изготовленных автором.

Вот как бы и все что планировалось рассказать. Если вышеизложенное заинтересует посетителей сайта http://www.megamod.ru/ , то продолжение обязательно будет.

10. Дополнительная информация по фреоновым системам охлаждения. Ссылки.

Наилучшие сайты по фреоновым системам охлаждения.

• www.xtremesystems.org
• www.phase-change.com
• www.overclockers.ru

Дополнительная информация по компрессорам

Да-да, дорогой читатель, можешь не сомневаться, что если ты хоть раз в жизни осмелился преодолеть означенный производителем частотный рубеж и, самое главное, получил от этого удовольствие, то ты – один из нас (демонический хохот)! До глубокой старости ты не оставишь попыток разогнать все, что движется, пока в конечном итоге не разгонишь сам себя до второй космической скорости и не покинешь пределов Солнечной системы, дабы воссиять яркой звездою на небосклоне и дарить свет новым поколениям оверклокеров…

Нет, я не надышался продуктами разложения хладагентов, просто фантазия разыгралась. Ведь подобно тому как культуристы не прекращают «качаться» до тех пор, пока их туловище не перестанет помещаться между блинами штанги, а дамы, отважившиеся на первую операцию по увеличению груди, не успокаиваются, пока не лишат себя возможности спать иначе как на спине, и оверклокеры стремятся добиться все больших и больших успехов на своем поприще, не останавливаясь ни перед чем.
Сперва начинающий «разгонялкин» принимает историческое решение сменить шумный и малоэффективный штатный кулер на тихую и производительную «медную башню», покупает новый охладительный девайс и выжимает из своего железа некоторое количество халявных мегагерц.

Потом берет паяльник, делает вольтмод, разгоняет систему еще больше и понимает, что ему уже никак не обойтись без водянки… В конечном счете дело доходит и до экстремальных систем охлаждения. При этих словах вам на ум наверняка приходят укутанные в теплоизоляцию медные «стаканы» с сухим льдом или жидким азотом, с помощью которых устанавливаются мировые рекорды разгона. Однако многие забывают, что существует еще такой удобный и эффективный способ нетрадиционного охлаждения компьютера, как использование СО на основе фазового перехода, иначе известных как «фреонки».

На первый взгляд, фреоновое охлаждение по степени «экстремальности» соотносится с жидкоазотным примерно как спуск с горки в аквапарке – со сплавом на байдарках по бурной реке. Однако сложность и эффективность системы охлаждения связаны с ее внешней крутизной отнюдь не в пропорции 1:1. Ведь если отбросить все внешние спецэффекты от охлаждения жидким азотом или сухим льдом и исключить из рассмотрения вспомогательные устройства, что останется в итоге? Несложной конструкции металлическая емкость, в которой плещется очень холодная жидкость, – только и всего.

В то же время фреонка – вполне себе сложный и наукоемкий агрегат, который нельзя создать без серьезной подготовки. К тому же для его постройки нужно располагать куда большим набором специального оборудования и умений работы с последним, нежели требуется для одарения процессора или видеокарты «азотной» прохладой. Фактически, как бы парадоксально это ни звучало, самостоятельно перейти на азотное охлаждение проще, чем на фреоновое.

Но что же такого может предложить нам система охлаждения на основе фазового перехода (phase-change), чего неспособен дать жидкий азот или сухой лед? Конечно же, это не низкая температура: лучшие одноконтурные фреонки «домашнего приготовления» при работе под нагрузкой позволяют получить -40…-60 °C на испарителе, в то время как днище простого медного «стакана» спокойно может иметь температуру лишь на 3-5° выше, чем у налитого туда криопродукта.

Главный козырь фреоновых систем охлаждения – продолжительность работы. Если стакан охлаждает чип лишь до тех пор, пока последняя капля азота либо мельчайший остаток сухого льда не обратится в газ, то фреонка будет «морозить» кристалл, покуда на контактах розетки есть напряжение. А электроэнергия явно относится к числу более распространенных ресурсов, нежели замороженная углекислота или жидкий N2. Посему системы типа phase-change пригодны и для выполнения долгих бенчинг-сессий, и даже для работы в основном компьютере владельца в режиме 24/7 (так как путем определенных ухищрений их можно сделать очень тихими).

К тому же изготовление фреоновой системы охлаждения не должно влететь вам в очень уж увесистую копеечку: за 10 000-15 000 руб. можно собрать весьма производительную и добротную одноконтурную парокомпрессионную СО или даже целых две «бюджетные». Энтузиасты разрабатывали и с успехом воплощали проекты 200- и даже 100-долларовых фреонок, используя бывшие в употреблении холодильные агрегаты, причем в заявленную стоимость частично было включено и необходимое для работы оборудование (!).

Поскольку на выходе компрессора может быть и 15, и 20, а иногда и все 30 атмосфер, недостаточно прочный радиатор, использованный во фреонке, способен банально рвануть.

Честно говоря, пик увлечения фреонками в нашей стране пришелся на 2004-2005 годы. В это время писались статьи, ставшие ныне классическими, опробовались новые интересные конструкции, высказывались полные оптимизма предположения о том, что всего спустя пару лет «фреон» станет не менее распространенным, чем «вода»… Увы, сбыться этим предсказаниям было не суждено – даже жидкостные СО и поныне остаются большой редкостью, не говоря уже о системах на основе фазового перехода. Тем не менее изобилие достоинств, коими последние обладают, не позволяет мне о них не рассказать. Первая часть цикла будет посвящена теории и поможет вам войти в курс дела. Итак, поехали.

Back to school
Как показывает опыт общения со множеством пользователей самых разнообразных уровней продвинутости, даже «вращающиеся» в технической сфере люди, если их деятельность напрямую не связана с холодильными установками, очень слабо представляют себе, как работает система фазового перехода. В школе все из них, конечно же, знакомились с основами термодинамики, однако мало кому приходило в голову соотнести формулы и графики из учебника с принципом работы хотя бы самого обычного холодильника, стоящего у них в квартире. Поэтому, как это обычно и бывает, знания остались чисто абстрактными и постепенно выветрились из памяти.

А посему я предлагаю начать с самых азов. Что мы вообще подразумеваем под охлаждением? Понижение температуры тела. При этом, как известно, температура является одной из косвенных характеризующих энергии, которая (энергия) не появляется из ниоткуда и не исчезает бесследно, а лишь переходит из одной формы в другую. Соответственно, уменьшение температуры одного тела при неизменных остальных параметрах должно неизбежно выливаться в увеличение энергии (акцентирую внимание на этом слове – именно энергии, не обязательно температуры) другого тела, системы тел или же среды.

В наиболее тривиальном случае этим увеличением энергии является нагрев. То есть, выражаясь простым языком, осуществляется перенос тепла из одного места в другое. Согласно наиболее доходчивой формулировке второго начала термодинамики, теплота не может перейти от менее нагретого тела к более нагретому без каких-либо других изменений в системе. Именно поэтому, кстати, при помощи обычного воздушного кулера нельзя охладить чип до температуры ниже комнатной, а при помощи водяной СО – ниже температуры циркулирующей жидкости (о чем порой забывают некоторые «кулхацкеры» с особо богатой фантазией).

Две вышеупомянутые системы охлаждения служат для рассеивания тепла, выделяемого кристаллами, либо внутри корпуса компьютера (кулеры), либо за его пределами (если стоит водянка). Существуют и такие, в которых «лишнее» тепло идет не на повышение температуры среды, а на кипячение жидкости либо плавление твердых тел (а эти процессы требуют больших затрат энергии, чем просто нагрев). Примерами подобных «холодильников» могут служить уже знакомые вам стаканы-испарители для жидкого азота или сухого льда. При этом основной их недостаток – невозобновляемость процесса – уже был описан выше.

Но должна же существовать какая-то возможность производить циклический процесс испарения-конденсации в замкнутом объеме! При этом, конечно же, хотелось бы добиться перехода из одного агрегатного состояния в другое при низких температурах, например -20…-50 °C. Точками кипения примерно в этом диапазоне обладают газы-хладагенты, именуемые фреонами. Однако чтобы наблюдать испарение жидкости, сопровождающееся отбором тепла от интересующего объекта, при столь низких температурах, надо сначала эту самую жидкость получить – а как это можно сделать, если охлаждать ее нечем (она сама должна служить для охлаждения)?

Снова возвращаемся к школьной программе по физике и вспоминаем, что «пограничные» температуры веществ (плавления, испарения) прямо пропорциональны давлению. При повышенном давлении жидкость может не превращаться в газ даже при температурах, заметно превышающих оную ее точки кипения при 1 атм, тогда как при разрежении, наоборот, она закипает раньше. Для большей ясности можете вспомнить про одноразовую зажигалку, в которой спокойно плещется сжиженный газ комнатной температуры, и про тот интересный факт, что высоко в горах (где как раз-таки ниже давление) вода может закипать уже при 80 °С. Таким образом, манипулируя давлением, мы можем «двигать» точку испарения / конденсации хладагента туда, куда нам нужно. В случае с искомой системой охлаждения – вверх, то есть к диапазону плюсовых температур по шкале Цельсия.

Подробных физических выкладок я не привожу намеренно, потому что прекрасно понимаю, что большинство читателей лишь пробегутся по ним глазами, а те немногие, кто обладает глубокими познаниями в области термодинамики, и так прекрасно с ними знакомы.

Холодильник наизнанку
Думаю, этого краткого введения вполне достаточно, чтобы перейти к принципам функционирования «классической» фреонки. Данное устройство состоит из компрессора, конденсатора, фильтра, капиллярной трубки, испарителя и отсасывающего шланга, соединенных между собой герметично при помощи медных трубок. Фреон проходит через эти узлы именно в том порядке, в каком они перечислены, и при этом с ним происходят любопытнейшие изменения. Итак, вначале, пока фреонка выключена, во всем ее внутреннем пространстве хладагент существует в виде газа под сравнительно невысоким давлением (3-8 атмосфер).

Как только компрессор включается в сеть, он начинает нагнетать газ в сторону конденсатора, резко увеличивая давление (а заодно нагревая, но это уже побочный эффект). В конденсаторе (представляющем собой, как правило, большой радиатор, через который «змейкой» проходит трубка) находящийся под давлением фреон, охлаждаясь, постепенно начинает конденсироваться (переходить в жидкое состояние). Поскольку газ, как известно, обладает большей энергией, чем жидкость, при его сжижении нужно рассеивать значительное количество тепла, для чего конденсатор снабжают большой поверхностью теплосъема и ставят на его обдув мощный вентилятор. В обычных холодильниках обходятся лишь большим плоским радиатором из трубок, благо габариты позволяют.

Фреонку обычно собирают так, что точка входа трубки, идущей из компрессора в конденсатор, находится наверху, а выход – внизу. Таким образом, жидкость под действием силы тяжести стекает к нижней части конденсатора, что обеспечивает наименьшее количество пузырей несконденсировавшегося газа. Затем трубка, выйдя в нижней части конденсатора, вновь взмывает резко вверх (уточню, что мы говорим о фреонке, установленной горизонтально), чтобы затем войти в фильтр. Это, как правило, металлический (обычно медный) цилиндр диаметром 15-50 мм и длиной 8-20 см, внутри которого с одной стороны находится решетка, служащая для задержания мелкого мусора, попавшего внутрь системы или образовавшегося в ней при ее сборке и заправке, а с другой – тончайшая сетка.

Пространство между ними заполнено гранулами поглощающего воду материала (например, силикагеля или цеолита). Поэтому данный узел правильнее называть не просто фильтром, а фильтром-осушителем. Жидкий фреон с небольшими примесями газообразного поступает в верхнюю часть расположенного под углом фильтра, чтобы, опять же, за счет силы тяжести внизу образовался слой исключительно жидкости. Из фильтра она поступает в длинную и тонкую капиллярную трубку, по которой, постепенно замедляя свой ход (за счет трения о стенки), движется к испарителю.

Важно подобрать длину и диаметр трубки так, чтобы давление упало до величины, недостаточной для «удерживания» фреона в жидком состоянии, уже после подхода к испарителю, а дозировка была не меньше и не больше необходимой. Сам испаритель чем-то напоминает водоблок – в нем тоже присутствуют элементы, способствующие лучшему теплообмену. Только, как правило, в испарителях для фреонок есть несколько так называемых «этажей», которые кипящий хладагент омывает последовательно, чтобы в наиболее полной мере отобрать у них (а значит, и у охлаждаемого объекта) тепло для парообразования.

Затем фреон, уже почти полностью превратившись в газ, должен поступить назад в компрессор для повторения цикла. Для возврата хладагента из испарителя служит отсасывающая трубка. Она должна обладать достаточной гибкостью и длиной (чтобы было легко устанавливать испаритель), а также ни в коем случае не пропускать газ – иначе систему придется часто дозаправлять, а это и неудобно, и накладно. Иногда отсасывающую трубку оснащают так называемым докипателем, который ориентирован противоположно фильтру: газ с остатками жидкости подается в него снизу, а компрессор сверху «засасывает» уже исключительно испаренный фреон. Попадание внутрь жидкого хладагента может вывести компрессор из строя из-за так называемого гидростатического удара.

Таким образом, в схеме фреонки можно выделить две линии – высокого и низкого давления. Первая начинается на выходе компрессора и оканчивается на подходе к испарителю, а вторая состоит из отсасывающей трубки и докипателя. Соответственно, граничными узлами являются компрессор и капиллярная трубка.
Вы можете спросить, почему я назвал этот фрагмент текста «Холодильник наизнанку». Отвечаю: в тех СО на основе фазового перехода, что стоят у каждого из нас в квартирах, роль испарителя играют стенки морозильных камер, расположенные вокруг остужаемых объектов, тогда как фреонка, наоборот, охлаждает компьютер исключительно локально и, в каком-то смысле, «изнутри».

Итак, мы в общих чертах изучили устройство некой среднестатистической фреонки. Однако изобилие различных типов компонентов позволяет создавать огромное количество модификаций, которые могут значительно отличаться друг от друга даже по ключевым параметрам. Сейчас я предлагаю рассмотреть наиболее распространенные виды составных частей фреонки и понять, какими преимуществами и недостатками обладает каждый из них.

Компрессор
Современная промышленность выпускает сотни различных моделей компрессоров, отличающихся принципом работы, температурным диапазоном, холодильной мощностью, типом приведения в действие и множеством других ТТХ. Чаще всего встречаются поршневые, винтовые, центробежные и спиральные компрессоры, из которых большая часть может быть герметичными или полугерметичными. В быту обычно используются герметичные поршневые электрические компрессоры, рассчитанные на однофазное напряжение 220 В. Нагнетатели иных типов либо применяются только для промышленных нужд (и обладают огромными потребляемыми мощностями), либо непригодны для использования дома из-за высокого уровня шума.

Основные потребительские характеристики компрессора – хладопроизводительность, марка необходимого фреона, тип используемого масла, способ крепления трубок и вышеупомянутая «громкость». Во многих случаях важными оказываются габариты и вес устройства – например, тогда, когда фреонку необходимо установить в корпусе компьютера или в ином ограниченном объеме.

Итак, пойдем по пунктам. Холодильная мощность компрессора, в отличие от мощности потребляемой, одной цифрой не описывается, потому как она зависит от температуры охлаждаемого объекта. К примеру, компрессор, рассчитанный на отвод 300 Вт тепла при -25 °C, при +5 градусах будет иметь хладопроизводительность порядка 1100 Вт, при -5 – 720 Вт, при -15 – 470 Вт, а при -45 – всего 190 Вт. Противоречий с физикой здесь нет, поскольку мы не говорим о «превращении» одних ватт в другие, а лишь указываем, нагрузку какой мощности компрессор будет способен «держать» при заданной температуре. Обычно каждый компрессор снабжается табличкой, в которой указана его холодильная мощность при 4-6 температурах и нескольких типах (если для него это допустимо) используемого хладагента.
Вот мы плавно подошли и ко второму вопросу. Фреоны различных марок заметно отличаются по температурам кипения, эффективности и, конечно же, стоимости. Наиболее распространенным является газ R-22 с температурой кипения -41° при атмосферном давлении.

Во второй части статьи я расскажу о том, исходя из каких критериев нужно подбирать компоненты системы, что такое каскады и автокаскады и чем плохи фреонки со множеством испарителей…

При этом марка используемого фреона всегда жестко связана с типом масла, которое применяется в компрессоре для снижения трения. Масла разделяются на синтетические и минеральные, и подбирать газ нужно так, чтобы он не вступал со смазкой в химическую реакцию – иначе компрессор выйдет из строя. Наиболее инертным и, соответственно, универсальным является синтетическое масло. Также совместимость должна выражаться в том, чтобы масло ни в коем случае не замерзало при температуре кипения фреона. Ведь когда я ранее описывал движение хладагента по системе, я опускал тот немаловажный факт, что вместе с газом по фреонке всегда течет и масло. Детали компрессора буквально «купаются» в нем, иначе его работа была бы невозможна. Ну а если масло замерзнет, то мы столкнемся просто-напросто с закупоркой трубок и, как следствие, падением эффективности системы практически до нуля до того момента, как смазка растает. А при особом невезении можно получить и трещины.

По способу подсоединения к системе разделяют компрессоры, рассчитанные на пайку или на использование штуцеров (резьбовых соединительных элементов). Вторые могут быть удобнее в монтаже, но для установки штуцеров нужно уметь хорошо развальцовывать трубы (увеличивать их диаметр за счет пластичности меди) и обладать необходимым инструментом, так что чаще прибегают к простому спаиванию трубок.

Конденсатор
Иногда этот узел не совсем верно называют конденсором (очевидно, чтобы не путать с электронным компонентом). Конструктивно он прост, а внешне в общем-то мало отличается от радиатора водянки (разве что размерами) или автопечки. Однако есть у него одно отличие, незаметное глазу, – куда большая стойкость к высоким давлениям. Поскольку на выходе компрессора может быть и 15, и 20, а иногда и все 30 атмосфер, недостаточно прочный радиатор, использованный во фреонке, способен банально рвануть.

Фильтр
Необходимость данного узла, думаю, особых сомнений не вызывает. Внутри фреонки помимо хладагента неизбежно присутствует мелкий мусор (в первую очередь окалина, возникшая при пайке), поэтому, дабы узкое отверстие капиллярной трубки не забилось, необходимо, чтобы все это осталось на решетках фильтра. Также важно правильно ориентировать фильтр: в нем всегда есть вход и выход. Нужно, чтобы фреоно-масляно-водно-грязевая смесь последовательно проходила через решетки большого размера, осушитель и мелкие сетки, но никак не наоборот, иначе фильтр забьется. Для хорошего осушения стоит выбирать фильтр внутренним объемом не менее 15 см3, ибо вода для системы в сотню раз опаснее, чем масло, – просто потому, что замерзает уже при температурах в районе 0 °С.

Капиллярная трубка
Вообще говоря, такое название данного узла системы неверно. Ошибка выходит того же плана, что и при назывании копировального аппарата «ксероксом». А все дело в том, что использование медной трубки малого диаметра – лишь один из способов дозированной подачи жидкого фреона в испаритель. Как я уже кратко упоминал выше, трубка замедляет ход жидкости за счет огромного гидравлического сопротивления стенок (обратно пропорционального, вообще говоря, квадрату внутреннего диаметра и прямо пропорционального длине). Нужно грамотно подбирать трубку и длину необходимого участка – иначе можно столкнуться либо с недостатком жидкого фреона в испарителе и, как следствие, низкой эффективностью, либо, наоборот, с его избытком и риском попадания в компрессор. И опять же, низкой эффективностью по причине того, что значительная часть фреона будет кипеть в отсасывающей трубке.

Вместо капилляра можно использовать вентиль, дроссель, ТРВ или же автомобильный инжектор. Вторым по популярности после трубки является ТРВ – терморегулирующий вентиль, степень открытия которого зависит от температуры на интересующем объекте (испарителе, как правило). Благодаря этому элементу можно поддерживать относительно стабильную температуру на узле. Правда, есть и существенные недостатки: качественные ТРВ дороги, а доступные нередко реагируют с большим запаздыванием, лишний раз «раскачивая» систему, вместо того чтобы стабилизировать ее. Обычные же вентили или дроссели плохи тем, что могут травить фреон. Так что трубка является простым, негибким, но одновременно крайне надежным и испытанным временем решением.

Испаритель
Единственный узел фреонки, который нельзя приобрести в обычном магазине, торгующем холодильным оборудованием. Его необходимо изготовить самостоятельно или купить у других энтузиастов. Конструкции испарителей столь же различны, сколь конструкции водоблоков, но схема многоэтажного лабиринта пользуется наибольшей популярностью. Как правило, на станке вытачиваются отдельные уровни «башни», которые затем соединяются воедино пайкой. В каждом слое есть отверстие для капиллярной трубки – она должна доставлять фреон к самому нижнему уровню, который расположен ближе всего к охлаждаемому объекту. Необходимо, чтобы кипящий фреон двигался по каналам испарителя достаточно продолжительное время, дабы в наиболее полной мере «отобрать» тепло у процессора или ядра видеокарты.

Отсасывающая трубка
Как правило, в качестве оной используют металлические гофрированные шланги для подключения газовых плит – они достаточно гибки и надежны, чтобы можно было без проблем устанавливать испаритель на процессор или видео, и не травят газ. Правда, работать на скручивание такие изделия отказываются наотрез. Реже, когда не нужно регулярно демонтировать испаритель, применяют медные трубки, и уж совсем в единичных случаях используют резиновые заправочные шланги, которые, хоть и удобны гибкостью и простотой монтажа, неизбежно вызывают потери фреона. Нередко внутри отсасывающей трубки скрываются не только пары хладагента, но и капилляр, идущий в испаритель. Это предохраняет его от повреждений, а также дополнительно охлаждает текущий по нему фреон, что позволяет выиграть 1-2°. «Точки проникновения» малой трубки в большую, как правило, расположены в местах подсоединения шланга к испарителю и ко входу компрессора.

Корпус
Данный компонент фреонки не относится к числу обязательных, однако, не поленившись его изготовить, вы сэкономите немало времени и нервов, а работа с прибором будет приносить больше удовольствия. Часто для этой цели используются старые «толстенькие» системные блоки, в которые можно без матюков и с применением минимума слесарного инструмента установить фреонку. Отверстие для отсасывающей трубки, как правило, вырезается либо в крышке, либо в боковой стенке корпуса, а провода заводятся сзади.

Некоторые умельцы выносят фреонку в отдельный отсек большого серверного корпуса, чтобы получить в конечном итоге нечто, весьма похожее на готовые заводские решения. Также зачастую монтажную пластину, на которой покоится агрегат, наращивают до каркаса при помощи несложных конструкций из металлического профиля, чтобы обезопасить драгоценный прибор от ударов и искривлений, а заодно повысить удобство переноски. При создании корпуса в виде глухой коробки было бы крайне полезным оклеить его изнутри звуко- и виброизолирующим материалом, дабы снизить уровень шума, производимого фреонкой. Важно лишь не забывать о надлежащей степени охлаждения компрессора.

Теплоизоляция
Дабы испаритель и отсасывающая трубка не покрывались слоем снега и льда, их «укутывают» специальным материалом, минимизирующим теплообмен. Также необходимо тщательно затеплоизолировать пространство вокруг охлаждаемого объекта, чтобы, опять-таки, избавиться от конденсата, а заодно не переохладить те элементы, которым низкие температуры совершенно ни к чему (электролитические конденсаторы, например). На этом, пожалуй, будем закругляться. В следующей части статьи я расскажу о том, исходя из каких критериев нужно подбирать компоненты системы, что такое каскады и автокаскады, чем плохи фреонки со множеством испарителей и о других весьма и весьма интересных вещах.

Уж сколько раз твердили миру…
Наверное, нет на свете оверклокера, которому бы не приходила в голову идея собрать компьютер в холодильнике, дабы покорить новые вершины разгона. Однако все из них, кто решил перед этим обратиться за советом к более опытным товарищам, получали один и тот же ответ: «Брось эту затею». Итак, давайте разберемся почему.
Представим себе обычную морозильную камеру среднестатистического холодильника: температура около -10°, достаточно места почти для любого компа без корпуса – вроде бы идиллия. Но, как говорится, «было гладко на бумаге, да забыли про овраги». Первый же вопрос – размещение кабелей. Через приоткрытую дверцу? Уже спустя пару часов огромная «шуба» поглотит большую часть внутреннего пространства, а температура вырастет.

Сверлить боковые стенки? Все равно пойдет ненужный влажный воздух, да еще и можно повредить фреоновые трубки. Ну и, наконец, главная проблема – выпадение конденсата. Все почему-то забывают, что продукты, лежащие в холодильнике, так чудесно замораживаются только потому, что сами не выделяют тепла. Вся холодильная мощность компрессора идет на однократное охлаждение «ништяков» и последующее поддержание температуры. А современный комп просто-напросто нагреет морозилку до плюсовой температуры, все «потечет», и, как следствие, нам обеспечены короткое замыкание и гибель железа. Одновременно – и неплохой урок тому, кто «гонялся за дешевизной»

Вот, кстати говоря, что мне удалось обнаружить на bash.org.ru:

«xxx: знал я одного чувака, он в 98 году купил пень на 350мгц, налил в ванну глицерина, разобрал холодильник, вынул катушки, сунул в ванну, охладил глицерин почти до нуля, положил в него комп и разогнал до 1.3ггц.
yyy: А где же он мылся тогда?
xxx: после всего что я написал ты еще думаешь что он мылся?!»

Увы, хоть данная цитата и довольно забавна, вся она – «ложь, обман и жульничество». Ванну, т. е. примерно 200 л, глицерина не так-то просто добыть, а он сам по себе обладает довольно посредственной теплопроводностью, да еще и замерзает уже при +18°. В холодильнике нет никаких катушек, которые можно было бы вытащить и использовать для охлаждения. Ну и, наконец, ни один Pentium II даже под жидким азотом никому не удавалось разогнать выше 675 МГц.

Экстремальное охлаждение... Низкие и сверхнизкие температуры... Умопомрачительный разгон процессора или видеокарты.. Мировые рекорды..
Кто из оверклокеров не мечтал об этих вещах, которые когда-то были удовольствием неординарным и дорогим. Сегодня же ситуация меняется - в интернете много информации на тему самодельных систем фазового перехода, и, при наличии желания и умения создать свою, личную, пусть даже по типичной схеме, пусть не самую производительную, но намного более дешевую "фреонку" может каждый, кто действительно этого захочет. Сегодняшний материал - яркий тому пример, достойный внимания и уважения!

Структура статьи такова:

1. Введение
2. Компоненты системы
3. Сборка системы
4. Вакуумирование и заправка
5. Практическая проверка самодельной системы фазового перехода
6. Тестирование системы, анализ результатов
7. Заключение

Введение

Фреонка! Как много в этом слове (особенно для знающих людей;))!
Уже несколько лет системы фазового перехода будоражат умы оверклокеров. Это - заветная мечта любого, ведь она позволяет открыть новые, доселе неведомые горизонты разгона. Сейчас ни один новый мировой рекорд по разгону компьютерных комплектующих не обходится как минимум без применения фреонки.
Несмотря на свою долгую историю, системы охлаждения на основе фазового перехода так и не стали массовыми. Причин тому есть великое множество. Так, если говорить о самодельных вариантах, то кого-то отталкивает сложность сборки, кого-то пугает конденсат и другие сложности в процессе эксплуатации. Немаловажным сдерживающим фактором является высокая цена, ведь стоимость серийных фреонок находится у отметки «1000 у.е», что для рядового оверклокера из постсоветского пространства - немыслимые деньги за охлаждение. Самоделки же, хоть и стоят в 3-4 раза дешевле, но все равно донедавна были уделом преимущественно обеспеченных людей и истинных фанатов разгона.
В данном материале я расскажу Вам, как собрать Систему Фазового Перехода своими руками и при этом потратить сумму, эквивалентную стоимости серийной СВО.

Компоненты системы

Приступим.
Основным донором для нашей фреонки станет старый кондиционер производства Бакинского завода. Вот так он выглядит:

…а вот его технические характеристики:

В кондиционере присутствует отдельная линия для охлаждения масла:

Пробный запуск показал полную работоспособность данного девайса. За несколько минут температура на испарителе опустилась до -7С:

Компрессор

Модель БК-2000 использует самый производительный из используемых в данных кондиционерах компрессоров. Это - среднетемпературный роторный ХГрВ 2,2-У2 мощностью 1100 Вт +5С (В БК-1800 и ниже используют ХГрВ 1,75-У2). Для всех кондиционеров БК родным является газ R22. Охарактеризовать данный компрессор можно так:

1. Огромная потребляющая мощность, - при запуске в квартире иногда мигает свет. Так что включать данный девайс одновременно с утюгами/чайниками противопоказано.

2. Шум. Производителем заявлено 60 Дб. О спокойной работе в таких условиях можно и не мечтать

3. Ощутимый нагрев компрессора во время длительной работы. Из-за этого в нём организована отдельная ветка для охлаждения масла. Напомню, что для роторных и поршневых компрессором немного различаются температурный порог для безболезненной работы, так для поршневых компрессоров - он находится в пределах 60-70 , а для роторного - 150-160 С.

Конденсатор

Конденсатор оставляем родной, чтоб не возиться с переделыванием линии охлаждения масла. Испаритель же отрезаем, промываем и сушим (он нам еще пригодится для будущих проектов;)).

Фильтр-осушитель и клапаны Шредера

Покупаем самый большой фильтр, так как компрессор старый, и наверняка внутри него собралось много различного мусора. Так как мы берём по минимуму, то вполне можно обойтись одним клапаном Шредера для заправки и вакуумирования:

Испаритель

Он был изготовлен на заводе, из медного цилиндра диаметром 50 мм и высотой 60 мм. Имеет 4 этажа c лабиринтами, по центру просверлено отверстие диаметром 2,5 мм - для капилляра. К сожалению, меди не осталось, и штуцер пришлось изготовить из латуни:

Вот он в разобранном состоянии:

Труборез

Можно обойтись и без него, используя ножовку, но, увы, она оставляет много стружки и заусениц, которые могут забить капилляр. Да и с труборезом намного легче управляться, разрез аккуратнее и его можно использовать в труднодоступных местах. Поэтому я и купил самый дешевый труборез:

Сделаю акцент на одной его особенности: он имеет пластмассовую рукоятку, которая от постоянной нагрузки очень быстро лопается. У меня она долго не выдержала, и, как достойная альтернатива, была использована ручка от маминого агрегата для консервации

Поэтому если не хотите лишних хлопот – будьте бдительны, и покупайте труборезы только с металлическими ручками.

Капилляр

Самым распространённым и используемым является капилляр диаметром 0,7-0,8 мм, но, увы, купить его в моём городе оказалось непосильной задачей. Обойдя все магазины, торгующие холодильной техникой, я смог найти только 0,9 мм. Задача расчета длины капилляра всегда индивидуальна, обычно для этого используют таблицу Гарри Ллойда, но, увы, в ней присутствуют только капилляры с диаметром 0,7 и 0,8 мм. Обратившись со своей проблемой в ветку «Немного экстрима или фреонка своими руками - 2» на форуме overclockers.ru, я получил в своё распоряжение программу "hlad 0.3.1", с помощью которой можно рассчитать необходимую длину капилляра.
Так как в базе данных моего компрессора нет, то основные данные были введены вручную. За объем прокачиваемого газа было взято 2,2 м3/ч. При температуре конденсации 50, и температуре кипения -30 градусов длина капилляра составила 4,1 м.

Отсасывающая трубка

Рассмотрим все возможные её вариации:

1. Медная трубка. Самый дешевый и надёжный вариант. Но есть один существенный минус - из-за плохой гибкости с ней трудно обеспечить хороший прижим испарителя к процессору.

2. Металлический заправочный шланг REFCO , идеальный вариант. Hесмотря на дороговизну, его преимущества налицо. Очень гибкий, длинный, удобный. Но найти его в продаже даже в Москве - задача весьма серьезная.

3. Желтый газовый шланг . Очень схож по свойствам с заправочным REFCO, это делает его выбором номер 2. Но имеет один существенный недостаток, - при минусовых температурах длина увеличивается на 20-30%.

4. Медная гофрированная трубка , используется при установке кондиционеров, ею заменяют медные трубки в местах крутых изгибов, где медь попросту ломается.

Самым доступным по цене является последний вариант. Найти эту трубку можно в магазинах, которые торгуют газовым либо холодильным оборудованием.

Горелка

Это, пожалуй, самый дорогой и важный инструмент, участвующий в нашей сборке. От неё зависит качество пайки и состояние нервной системы того, кто самостоятельно делает систему фазового перехода. Исходя из финансовой стороны Вашего проекта, можно из нижеприведенного списка выбрать агрегат себе по карману.

1. МАПП газ и горелка под него. Имеет температуру горения 1300 градусов цельсия, обладает достаточной мощностью для пайки трубок. Спаять испаритель им тоже возможно, но для этого объект пайки потребуется дополнительно разогревать на плите.
Цена:
горелка – в среднем 35 у.е, баллон – 12 у.е

2. Турбо-пропан. Состоит из специальной горелки и пропанового баллона. Неплохой вариант, имеет достаточную температуру горения для прогрева испарителя, но если испаритель достаточно массивный, опять же придется прибегнуть к помощи плиты. Цена горелки порядка 40 у.е.

3. Пропан-кислород.
Вот этой действительно «выбор джедая». С помощью этой горелки вы сможете паять всё - от ювелирной пайки маленьких деталей и швов до тяжелых и габаритных испарителей, конденсаторов и т.д.

Здесь я решил не экономить и взять по максимуму. Осмотр цен на готовые пропано-кислородные системы поверг меня в шок, за переносную горелку с пропановым баллоном на 5 л и 1 л кислородным, требовали от 120 до 140 у.е. Единственный выход - собирать самому по деталям. На барахолке были куплены: баллон от сжатого воздуха (6 у.е) на 1 литр, и 5-тилитровый пропановый (8 у.е). Баллон для сжатого воздуха был доставлен на заправочную станцию, где его освидетельствовали, перекрасили и заправили. Горелку я купил новую, из-за мизерной разницы в цене между б/у (10 у.е) и этой (14 у.е). Новый кислородный редуктор затянул на 18 у.е, а пропановый на 4 у.е. Ну и в довесок ко всему этому пришлось взять по 2 метра шлангов. В итоге получилась вот такая горелочка, общей стоимостью 50 у.е.:

Трубки

Изначально я не знал, трубки какого именно диаметра мне понадобятся, поэтому про запас взял по метру 6 мм, 8 мм, 10 мм и 12 мм:

Изоляция

Трубчатая изоляция представлена в любом магазине в широком ассортименте, а вот с листовой (для изоляция материнской платы) всё намного хуже. Купить её у нас в основном можно только заранее заказав, примерно по таким расценкам: за 1 квадратный метр толщиной 10 мм просят 16 у.е., а за столько же толщиной 25 мм - 34 у.е.
Поэтому было приобретено 2 метра обычного круглого K-Flex (15 мм - внутренний, 36 мм - внешний) для изоляции трубок:

А для изоляции материнской платы я купил трубчатую, но большого диаметра (10 см), и с толщиной стенки 15 мм. Преимущество её в том, что стенки тут достаточно толстые, и при разрезе из неё получается превосходная плоская изоляция:

Фреон

Для заправки системы у холодильщиков был куплен один литровый баллон фреона Р-22.

Заправочный шланг, манометры

Так как манометрическую станцию я не могу себе позволить, придется ограничиться заправочным шлангом.

Припой

Все детали в системе паялись 5% Харрисом. 3-х прутков с лихвой хватит для спайки всего контура и испарителя.

Сборка системы

Сперва я решил спаять испаритель. Так как это - один из важнейших элементов системы, то качество его пайки должно быть на высоте. За несколько минут горелка разогрела испаритель докрасна, и я нежно прошёлся прутком по соединениям. Припой очень быстро и легко заполнял все стыки, расползаясь по сторонам и порывая весь испаритель.
Чтобы проверить качество пайки, нужно опрессовать испаритель. Для этого впаиваем в него клапан Шредера (предварительно не забудьте выкрутить ниппель), надуваем фреоном и опускаем в ведро с водой. С первого же раза всё спаялось удачно и течей обнаружено не было.

После пайки на меди образуется толстый слой окалины, и не только снаружи, но и внутри, поэтому для безотказной работы его необходимо удалить.

Сделать это можно несколькими способами:

1. Промыть испаритель в концентрированной соляной или азотной кислоте.
2. Проварить испаритель в Coca-Cola.
3. Проварить его в растворе уксусной кислоты.

Вот так выглядел мой испариетль сразу после пайки...

А вот так - уже после процедуры очистки:

Через полчаса испаритель был чист, и я приступил к пайке отсасывающей трубки. Капилляр установился достаточно плотно, и я отрегулировал его так, чтобы он не доставал до дна 5-6 мм, и начал припаивать отсасывающую трубку. Правда, штуцер был из латуни, поэтому припой не «натекал» не него, и мне пришлось опять идти к холодильщикам, на этот раз за флюсом. С ним всё пошло как по маслу:

Пайка остальных деталей прошла быстро и без эксцессов.

Учтите, что фильтр нужно располагать под углом, чтобы фреон лучше стекал. Когда всё уже спаяно, полезно проверить систему на течи. Для этого заправляем ее небольшим количеством фреона и промазываем всё стыки мыльным раствором. Для большей надёжности я оставил систему с фреоном на двое суток. Через указанное время было установлено, что фреон всё еще был внутри и выходил с одинаковой интенсивностью.

Из-за горячего нрава данного компрессора для его охлаждения я решил использовать высокооборотистые советские вентиляторы типа ВН-2 общим количеством 4 штуки:

Одна пара втягивала воздух через конденсатор, другая же наоборот продувала его:

Вакуумирование и заправка

В домашних условиях самым доступным способом вакуумирования является использование в качестве вакуумного насоса старого компрессора. Но, увы, такового у меня не оказалось, поэтому я опять обратился к холодильщикам, и они с помощью вакуумного насоса REFCO за несколько минут откачали весь воздух из системы до глубокого вакуума.
Из-за большого размера конденсатора и наличия в системе ресивера, объем закачиваемого фреона достаточно велик (порядка 1 кг). В обычных фреонках этот число колеблется в переделах 300-400 грамм.
Ну что же - включаем систему, подсоединяем заправочный шланг, приоткрывая кран на баллоне на 4-6 секунд. После каждой «порции» подачи газа ждём 3-5 минут, и снова добавляем фреона. Когда испаритель начнет обмерзать, добавляем еще немного и прекращаем заправку.
Через 10-15 минут на испарителе у меня начала появляется иней, уже к 30 минуте отсасывающая трубка промерзла на 10-15 см от испарителя, а температура опустилась до «-47».

Что ж, отличный результат! Посмотрим, что будет с изоляцией. Заизолировать отсасывающую трубку особого труда не вызвало.

Включаем… и система за 15 минут выходит на -67!

Потрясающий результат. Правда, мы должны учесть несколько факторов.

1. Для работы под нагрузкой придется добавить фреона, соответственно температура повысится.
2. Мультиметр в роли термометра далеко не лучший вариант, уже после -50 он начинает местами неплохо врать, поэтому о реальной температуре мы может только догадываться. Но сам факт достижения значения «-67» очень греет душу.

Практическая проверка самодельной системы фазового перехода

Этап подготовительный - изоляция материнской платы

К изоляции материнской платы нужно подойти со всей ответственностью, ведь даже маленькая капля конденсата может привести к нестабильности в работе, а иногда и к выходу системы из строя.
Аккуратно замеряем расположение конденсаторов и прочих элементов на плате, и вырезаем под них отверстия в изоляции (в качестве последней используем разрезанную трубчатую изоляцию, о которой говорилось выше).
Вот фото прижимной пластины из оргстекла, для плотного прилегания изоляции по всей площади контакта с материнской платой:

Для изоляции околосокетной зоны не использовалась никакая диэлектрическая смазка – это оказалось ненужным, ведь у меня и так получилась стабильно работающая система.

Конденсаторы тоже были заизолированы, ведь они находятся очень близко к процессорному разъему. Из-за установленного испарителя во время работы они довольно «неплохо» промерзали и покрывались инеем.

Крепление для испарителя было сделано из 15 мм фанеры, так как она, в отличие от оргстекла, спокойно держит температуры порядка -50 градусов Цельсия и ниже, тогда как 15 мм оргстекло в таких условиях промерзает насквозь.

Дальнейшая проверка включенной системы показала полное отсутствие конденсата.

Испытание на железе

Из-за жесткости отсасывающей трубки было потрачено два дня на доработку крепления, так как изначально не было плотного контакта испарителя и процессора. После долгих мучений у меня всё-таки получилось обеспечить нормальный прижим испарителя к процессору.

Не смотря на то, что основание испарителя отшлифовано «на коленке» с помощью пасты ГОИ и мелкой наждачной бумаги, как видите, добиться зеркального отражения довольно легко.
Для обдува околосокетной зоны и перестраховки против возникновения конденсата использовался агрессивный 120-мм вентилятор:

Сначала меня немного беспокоила вибрация, которая отчетливо передавалась во все стороны по полу на расстоянии 3-х метров от собранной системы, ну и, конечно, немного трясло испаритель. Правда, на стабильность это ни коим образом не повлияло, поэтому испытания проходили в режиме «чем богаты, тем и рады».

Ну что же нам делать с системой фазового перехода? Конечно, применять для разгона компонентов системы! Теперь стабильной для процессора стала частота 3050Мгц:

Вот так выглядела собранная система в рабочем состоянии, на фото – меряем датчиком температуру испарителя при проходе 3DMark01:

В тестах типа 3DMark01, SuperPI, SienceMark, RenderBench и так далее температура испарителя держалась в пределах -35 градусов, при более тяжелых нагрузках (типа s&m) она поднималась примерно до нуля.

Процессор попался средненький, поэтому из него получилось выжать только Russian Record (WR равен 3207Мгц). А жаль, ведь до мирового не хватило всего 29 МГц! 3178 МГц - предельная частота для моего процессора, при которой сохранялась какая-то стабильность в данных условиях:

Тестирование системы, анализ результатов

Конфигурация тестового стенда:

• Процессор: АMD Athlon 64 3000+, 2.0 GHz, 1.40 V, 512 Kb (Venice, E6);
• Материнская плата: DFI LP UT nForce3 250Gb;

Подводя итог по тестовой части, следует отметить вполне закономерный рост производительности системы в зависимости от частоты центрального процессора, который можно изобразить с помощью линейного графика.
Может, для повседневного использования именно с этой фреонкой именно этой системы не так и много, но в бенчерских целях ничего лучше не придумаешь!

Заключение

Для начала - подведем итоги по стоимости самодельной системы фазового перехода в моем случае:

• кондиционер - 30 у.е
• фильтр - 3 у.е
• клапан Шредера - 1 у.е
• испаритель - 15 у.е
• труборез - 6 у.е
• капилляр - 8 у.е
• трубки - 8 у.е
• горелка - 50 у.е
• заправочный шланг – 8 у.е
• фреон - 6 у.е
• изоляция - 8 у.е
• припой - 3 у.е

всего: 144 у.е.

Фактически за сумму, равную стоимости хорошей покупной системы водяного охлаждения, можно получить отличный инструмент, который намного больше, нежели СВО, поможет любому оверклокеру в битве за рекорды.
Правда, есть у медали и вторая сторона.

Для комплексной оценки проведенной работы и полученного результата можно выделить следующие основные моменты:

плюсы -

• дешевизна;
• возможность получать сверхнизкие температуры на процессоре, благодаря чему достичь новых высот при разгоне;
• моральное удовлетворение от проделанной работы;)

минусы -

• огромное энергопотребление;
• большое тепловыделение (правда, зимой этот минус превратится в неплохой плюс:));
• вибрация всей системы в целом и испарителя в частности (присутствует в конкретном случае только из-за особенностей примененного компрессора);
• слишком большой для нормальной работы шум системы.

Да, эту систему фазового перехода из-за перечисленных отрицательных черт нельзя использовать при работе за компьютером на протяжении длительного времени. Тем не менее, результатом лично я остался очень доволен - масса удовольствия от процесса работы и результата и возможность поработать на экстремальных частотах этого стоят!
Ну и не стоит забывать, что это - первый опыт в построении самодельной фреонки, который, безусловно, удался!

Желаю всем удачи и низких температур!

У Вас есть пожелания, критические замечания по данному материалу? Его обсуждение ведется .

Похоже, Россия становится не только "родиной слонов" и великих комбинаторов, но и местом рождения остроумных технических решений для современных высокопроизводительных вычислительных систем.

В начале двадцатого века паровозы доставляли пассажиров из Москвы в Санкт-Петербург за десять часов. При этом их КПД не превышал семи процентов. То есть использовалась только одна четырнадцатая часть энергии дров и угля, а остальные тринадцать обогревали атмосферу. Конструкторы тех лет придумывали самые изощренные способы, дабы сохранить тепло. Процессоры в современных серверных стойках тоже обогревают атмосферу, однако в данном случае конструкторы преследуют диаметрально противоположную цель - отвести от чипа как можно больше избыточного тепла.

Современные высокопроизводительные процессоры греются не хуже ламп накаливания; "топовые" модели производят до 130 Вт тепла, а порой и больше. Теперь представьте, что в одном сервере толщиной в один юнит (1,75 дюйма, около 4,4 см) может находиться два таких процессора, а юнитов в стойке - до сорока двух штук. Количеству выделяемых стойкой калорий позавидует иная тепловая пушка, обогревающая производственные помещения.

Но это не все трудности, встающие на пути инженеров-разработчиков высокопроизводительных систем. Вторая проблема - малый размер процессоров. Чтобы отвести тепло с небольшой площади радиатора, необходимо обдувать его очень большим количеством воздуха, а значит, вентиляторы должны быть высокопроизводительными и, как следствие, шумными.

Компания Cray - всемирно известная своими суперкомпьютерами, пошла по иному пути. Например, в модели ETA-10 была применена система охлаждения процессоров жидким азотом, что позволило вдвое повысить производительность. С эффективностью такой системы не поспоришь, однако ее цена заставляет задуматься даже военные ведомства. Так что применение этой технологии пока остается уделом сверхплотных и сверхпроизводительных систем стоимостью несколько сот тысяч и даже миллионов долларов.

Другой способ - закрытые кондиционированные шкафы, куда подается уже сильно охлажденный воздух. Но и здесь есть свои трудности. Во-первых, стоимость подобных шкафов и затраты на их эксплуатацию хоть и в разы меньше, чем у системы на азоте, тем не менее весьма высоки. Несмотря на кажущуюся простоту, приходится искать решения множества технологических задач, таких как равномерное распределение холодного воздуха в стойке, интенсивный отвод теплого воздуха, герметичность. Становится очень важным правильное распределение (не всегда совпадающее с желаемым) серверов внутри стойки и прочие тонкости. Да и КПД такой системы охлаждения тоже оказывается не на высоте: получается тройная передача тепловой энергии - сначала охлаждается фреон, который затем охлаждает воздух, а воздух, в свою очередь, охлаждает процессоры.

Специалисты российской компании Kraftway, изучив проблему, подумали: а зачем вообще нужен воздух в этой системе "теплых взаимоотношений"? И решили охлаждать процессоры сразу фреоном кондиционера.

Однако не все так просто. Подумайте, легко ли конфигурировать систему, насквозь пронизанную трубками с фреоном?! Поэтому было решено охлаждать не сами процессоры, которые располагаются в разных серверах по-разному, а сначала отводить тепло от раскаленных невероятной вычислительной мощностью ядер тепловыми трубками. То есть один ее конец располагается на самом процессоре, отбирая тепло, а другой - выводится на заднюю стенку сервера. Тем самым упрощается не только конструкция охладителя, но и процесс замены серверов: достаточно отвинтить тепловую трубку и вынуть корпус из стойки, не останавливая и не разбирая всю систему охлаждения.

Устройство тепловой трубки тоже заслуживает упоминания. Как известно, в них применяются самые разные теплоносители (вода, эфир, фреон). Однако большинство из них не обладают достаточной производительностью. Даже вода, несмотря на свою впечатляющую теплоемкость, не может справиться с той скоростью отвода тепла, которая требуется для современных процессоров. [Главная проблема - скорость циркуляции. Есть, однако, примеры и удачного применения воды. Компания Icebear System построила систему водяного охлаждения для стоек. Мне, правда, не приходилось встречать сообщений о ее реальных применениях. К тому же прототип этой системы был предназначен только для машин на базе процессоров Opteron]. Есть и другой момент: представьте, что трубка вдруг начнет протекать... это явно не обрадует электрические схемы материнской платы.

Применение фреона позволяет добиться необходимой производительности и безопасности. В случае протечки он тут же улетучивается, а теплоемкость его испарения сравнима с водой. Устроена трубка следующим образом. Жидкий фреон по капиллярной губке направляется к процессору, там, испаряясь, поднимается к "утюжкам" (рис. 2), прикрепленным к постоянно охлаждаемой металлической колонне (о ней будет рассказано ниже), в которых он охлаждается и, конденсируясь, стекает вниз в горизонтальную часть трубки, где благодаря капиллярному эффекту попадает обратно к ядру процессора. Далее - по кругу. Надежность такой замкнутой и герметичной системы очень высока.

Однако выведя процессорное тепло наружу, мы решили только половину задачи. Ведь его все равно нужно каким-то образом передать дальше, "на улицу". Тут и выступает на сцену вышеупомянутая колонна, к которой прикреплены горячие "утюжки" тепловых трубок. Несмотря на свой заурядный вид, она вовсе не является копией морозилки бытового холодильника.

Внутри этой прямоугольной тепловой колонны расположена медная трубка с массой мельчайших отверстий [Как утверждают разработчики, для их изготовления пришлось применить лазерное сверление, ведь диаметр отверстий не превышает нескольких десятков микрон], в которую специальная помпа подает хладагент [Используется опять же фреон, однако любителям природы не стоит волноваться, - применяется безопасная для озонового слоя марка хладона (HFC R142b)]. Протекая по трубке, фреон через отверстия разбрызгивается на внутреннюю поверхность колонны. Испаряясь на ней, он отбирает тепло у "утюжков" и уходит по трубке к основному компрессору [Вообще, "теплый конец" - это стандартный внешний блок сплит-системы кондиционирования воздуха], который может быть расположен далеко за пределами стойки (например, на улице вместе с радиатором охлаждения хладагента). Дополнительная помпа (рис. 1) понадобилась для того, чтобы регулировать нагрузку: стойка с серверами может быть заполнена только частично, и охлаждать колонну целиком - пустая трата энергии. С другой стороны, основной компрессор кондиционера работает на постоянных оборотах, и снижать их недопустимо, так как он может просто-напросто сгореть (можно вспомнить частые случаи перегорания компрессоров холодильников в сельской местности из-за пониженного напряжения). Поэтому оказалось рациональнее (хоть это немного и усложнило конструкцию) поставить дополнительную помпу непосредственно в стойке и управлять уже ее оборотами. Таким образом, инженеры продолжают бороться за общее повышение КПД системы.

Итак, получается двойная, а не тройная система охлаждения. Сначала нагревается непосредственно фреон, минуя воздушную стадию (нагревом корпуса трубок можно пренебречь), и уже он отдает тепло окружающему воздуху, причем далеко за пределами серверной стойки.

Если мы избавились от воздушного охлаждения процессоров, то нет необходимости в большом количестве вентиляторов внутри каждого сервера. По утверждению разработчика, для охлаждения всех оставшихся схем, включая жесткий диск и блок питания, достаточно лишь одного вентилятора на корпус. Это радикально снижает шум, что позволяет размещать такие стойки внутри рабочих комнат, не вынося их в специальные помещения.

Представители компании Kraftway очень неохотно отвечали на вопрос о возможной стоимости подобной системы. Ссылаясь на то, что пока существует только прототип и многие решения еще не вышли на стадию массового производства, говорить о конкретных расчетах слишком трудно. Однако мне удалось в приватной беседе выяснить, что ориентировочная стоимость в расчете на один процессор не должна превышать пятидесяти долларов (не забывайте, что речь идет о многопроцессорных системах с количеством чипов около сотни). Это, согласитесь, уже близко к цене обычных медных радиаторов и, разумеется, гораздо меньше стоимости систем на жидком азоте.

Похоже, Россия становится не только "родиной слонов" и великих комбинаторов, но и местом рождения остроумных технических решений для современных высокопроизводительных вычислительных систем. Возможно, недалек тот день, когда первые строчки знаменитого Top 500 будут занимать компьютеры, построенные именно у нас.

Из журнала "Компьютерра"