Экстрим для бедных или фреонка даром

Современный владелец компьютера знает о разгоне. Продвинутые пользователи знают о водяном охлаждении и вольтмодах. Некоторые знают о применении низкотемпературного охлаждения. Единицы имеют дома компьютер с системой фазового перехода. Это связано с большим объемом работ необходимых для изготовления таких систем в домашних условиях, однако, для истинного оверклокера нет преград, и именно о создании дешевой морозилки пойдет речь в этой статье.

Практически ни у кого не вызывает сомнений, что эти системы очень дороги и недоступны простым смертным. В большинстве случаев все именно так и есть. Однако возможен и другой путь, а именно – дешево и сердито. Предпринята уникальная попытка уложиться в ценовой диапазон 100$. Требуемая температура – 20 градусов по Цельсию ниже нуля на процессоре Athlon 64 2600-2900MHz 1.7-1.8V (120-140W).

Также опишем все «подводные камни» и «айсберги», с которыми нам пришлось столкнуться в лаборатории при создании дешевой системы. Такие заметки будут написаны курсивом.

Итак, желаемые характеристики проектируемой системы:

1. Тихий компрессор
2. Достаточная мощность (160-200W)
3. Простота сборки и наладки
4. Доступность комплектующих
5. Бесперебойная работа в режиме 24/7

Как видим, задача достаточно серьезная. Посмотрим, сможем ли мы уложиться в требуемую сумму.

Нам потребуется:

1. Компрессор
2. Конденсор
3. Испаритель
4. Фильтр-осушитель
5. Трубка медная 8мм диаметр
6. Капилляр 5м
7. Газовый шланг
8. Клапан Шредера
9. Два Т-образных тройника
10. Теплоизолятор
11. Два штуцера под газовый шланг

Также нам понадобится инструмент и прочие необязательные детали:

1. Плоскогубцы
2. Ножовка\труборез
3. Горелка
4. 3 прутка припоя (5-20% серебра)
5. Заправочный шланг
6. Хладагент
7. Изолента (опционально)

Подведем итоги для нашего случая.

Компрессор – у каждой холодильной ремонтной мастерской есть старые компрессоры, которые уже непригодны для использования в холодильниках.
При выборе очень желательно провести проверку компрессора, и проверить наличие пускового блока, иначе могут возникнуть проблемы. Впрочем, большинство компрессоров обычно имеет две обмотки: рабочую и пусковую. Рабочая имеет большее сопротивление т.к. по ней течет меньший ток. Перед включением прозвоните омметром контакты компрессора между собой и между корпусом. Среднее сопротивление – между рабочей обмоткой и общим контактом. Наименьшее – между пусковой обмоткой и общим контактом. Максимальное – между двумя обмотками.
Между любым из контактов и корпусом должен быть обрыв! Если между любым контактом и корпусом компрессора течёт ток - такой компрессор неисправен и его нельзя использовать, возможен риск поражения электрическим током!

Мне достался компрессор Tropicana ML-043(?) в рабочем состоянии за символическую плату. Опознать параметры компрессора не удалось, известно только что он 1983 г. выпуска, потребляет 260 Ватт электроэнергии, предположительно рассчитан на газ R134a.

Мой компрессор имеет 5 выходов: заправочный, всасывающий, выходной, и два штуцера для внешнего охлаждения масла. Цена 10-20 $

При покупке обязательно проверяйте компрессор. Для этого включите его, и поднесите палец к патрубку меньшего диаметра – должно ощущаться давление. На трубке большего диаметра должен создаваться вакуум. Если этого не происходит – компрессор неисправен.

Конденсатор – было решено использовать бюджетный вариант – 5 метров медной трубки с внутренним диаметром 8мм. Охлаждение трубки – водяное. Стоимость 2$/метр.

Испаритель – изготовлен из медного цилиндра диаметром 55мм, высотой 50мм.
Внутренняя конфигурация показана на фотографиях ниже. Цена 10$.

Принцип построение испарителя тот же что и у водоблоков, с учетом повышенного давления. Главное требование – герметичность и отсутствие узких мест.

Фильтр-осушитель – куплен в магазине для холодильщиков. Цена 4$.

Обычно чем больше объем фильтра – тем лучше система держит низкие температуры.

Трубка медная – та же что и для «конденсатора», 1м для соединений элементов системы между собой 2$.

Капилляр 0.7мм – 4 метра, до 5$. Лучше заранее купить метров 10, чтобы при надобности не бегать несколько раз.

При выборе капилляра следует обратить внимание, что чем больше его диаметр, тем больше будет его длина, но, в то же время, менее чувствителен он будет к влаге и грязи в системе.

Газовый шланг – 60см длиной, пр-во Испания, гарантия 5 лет, в оплетке. На этикетке написано, что он выдерживает 10 bar (около 9 атмосфер). Шланг с обоих концов имеет резьбовое соединение. Стоимость 4$

Т-образный тройник – 3$ за штуку. Итого 6$.
Клапан Шредера – для заправки системы – 4$.

Теплоизолятор – продают в трубах минимум по 2 метра. Стоимость 1-2$ за трубу.

Штуцер под газовый шланг – латунный. 0.5$/штука. Всего 1 $.

Вот и все что нам нужно непосредственно для фреонки. Из инструмента:

Горелка - пожалуй, самое ответственное и дорогое. От выбора горелки зависит качество и надежность выполненных работ. Тут мне повезло, и случайно на рынке нашлась полностью собранная пропаново-кислородная горелка. Ее фото представлено ниже. Одной заправки кислорода (150 атмосфер) хватает на 4-7 часов непрерывной работы, в зависимости от мощности пламени. Одной заправки пропана хватает на 10-15 часов, т.к. пропан в баллоне в жидком состоянии и расходуется медленно. Стоимость горелки – 40$. Если же собирать такую горелку по отдельным комплектующим – выходит около 60-70$. Возможно также использовать инжекционные горелки на пропане или MAPP, однако у меня не было опыта работы с ними, поэтому ничего конкретного сказать о них не могу. У нас они доступны по цене 20-35$ за штуку, баллоны к ним – 10-13$.

Ножовка\труборез – необходимо для резки трубок.

Предпочтителен труборез, как не оставляющий заусенцев, опилок и замятий. Да и в работе он быстрее.

Припой – в нашем регионе метровый пруток с 5% серебра стоит 0.5$. 15% Ag – 1.5$. 45% серебра – 3$. Было куплено 6 прутков 5%. Для сборки системы вполне хватает и 2х прутков (1 пруток для испарителя, второй для труб).

Заправочный шланг - 50см длиной – 8$

Хладагент – самое печальное для начинающих фреонщиков. Большинство фирм продают его только баллонами, вместимость которых 11-13 литров. R22 – 6$\литр, R404А – 9$\литр. Однако есть доступная и дешевая альтернатива – пропан (R290). Имеет сходные с R22 параметры, однако в холодильной технике используется очень редко из-за взрывоопасности пропаново-воздушной смеси. Кипит при -42 градусах Цельсия при атмосферном давлении. Для конденсации при температуре +40 должно создаваться давление около 14 атм., что вполне обеспечивает средний компрессор. Т.к. у меня пропановый баллон от горелки – я брал пропан оттуда. Однако прежде повторить мой способ, узнайте у заправщиков, каким именно типом газа они заправляют. Есть пропан марки ПБА (50% пропана, 50% бутана) он нежелателен для систем фазового перехода, ввиду высокой температуры кипения (около -15). Вам нужна марка ПА (90% пропана, 10% бутана), им заправляют в зимний период времени.

Однако наша система работает на ПБА, т.к. сборка проводилась весной. Учтите это при повторении! На газе R22 или даже пропане ПА (90%) результат будет как минимум на 10 градусов ниже.

Итого всего пришлось потратить – 103$. Неплохо, не так ли? Большинство систем водяного охлаждения из фирменных комплектующих стоят больше :).

Процесс сборки.

Как оказалось, у компрессора стальные трубки. Чтобы надежно припаять медь к стали пришлось немного повозиться :( Но можно было взять один пруток офлюсованного припоя. Так же непонятно в каком состоянии находится масло в компрессоре. Пока нам нужно сделать только
пробный запуск.

Мощности горелки с лихвой хватает, чтобы нагреть испаритель до нежного вишнёвого свечения. Затем нежно, словно кисточкой, мажем прутком припоя по шву испарителя или чуть выше, при этом припой должен растечься по поверхности и заполнить весь шов. Сразу же после этого следует отвести горелку в сторону. Во время пайки очень важно не двигать испаритель, иначе возможно нежелательное попадание припоя во внутренние каналы.

Пропаяв испаритель, припаиваем капилляр к нижнему отсеку, и через тройничек пропускаем в отсасывающую трубку. При впайке капилляра или соединении труб разного диаметра нагревать следует только внешнюю трубу, внутренняя прогреется за счет внешней.

Можно было просто припаять медную трубку, просверлить небольшую дырочку и уже через нее пропустить капилляр. Если у вас латунные штуцера для шланга – ОЧЕНЬ тщательно проверяйте место спайки. У нас было три течи, пока не перепаяли штуцер. Они обычно очень маленькие, но при выключении системы (когда давление резко поднимается) их можно выявить, смочив исследуемую поверхность мыльной водой.

Пайку нужно проводить максимально быстро, т.к. при длительном нагреве образуется довольно толстый слой оксида меди, который может забить капилляр или повредить компрессор. Также следует учесть большую теплоемкость меди, не нужно хвататься сразу за испаритель. Он довольно долго остывает, мой остывал минут 50, прежде чем его можно было взять руками, не рискуя получить ожог. Можно быстро охладить место пайки, аккуратно протерев его мокрой тряпочкой. Необходимо следить чтобы вода не попала внутрь системы. В это время может быть слышно пощелкивание – это отслаивается оксид.

После сборки испарительного блока у вас должно выйти нечто подобное:

Другая сторона:

Трубка идущая вниз – к всасывающей линии компрессора.
Капилляр вверху – к фильтру-осушителю.

Испарительный блок с изоляцией (термопрен, сверху изолента)

Однако в процессе сборки нашей системы было решено применить другие детали, впрочем, на цену это не повлияло, что очень важно в нашем случае. Компрессор и конденсор системы были взяты из Бакинского кондиционера БК-1800. Изначально он работал на газе R22 (оригинальная заправка согласно PDF указанному ниже – 700 грамм). Компрессор по данным документации (/tin/bk-1800.pdf) имеет мощность 870 Ватт. Так как температура указана не была, то вероятно это среднетемпературный компрессор, работающий при -5…+5 градусах на испарителе.

Тут хочется остановиться и описать процесс более детально. Большинство строителей подобных систем обычно не описывают процедуры на промежутке времени от заправки до получения результатов на живом железе. Ограничиваются фразой «сделав заправку и настройку системы, мы получили…». Мы же провели подробное описание и исследование этих действий.

Заправка.

Собрав систему ее необходимо проверить на герметичность. Для этого подключить баллон к системе через шредер низкого давления. Закачивайте газ в течение 10-15 секунд. Перекройте вентиль на баллоне, и отвинтите шланг от шредера. Теперь тщательно проверьте все места паек с мыльной водой и устраните все течи. Не рекомендуется их устранять простым прогревом с расплавлением припоя, добавьте припоя поверх, не жадничайте. Хороший шов не должен производить впечатления о жёсткой экономии припоя – тот должен полностью заполнять стык и набегать на трубу меньшего диаметра. Также, если вы закачивали пропаново-бутановую смесь, можно проверить герметичность на запах :). В случае с фреонами это бесполезно, их запах лёгок и специфичен.
Определить наличие фреона в воздухе новичку не под силу, да и течи, порой, имеют столь малый диаметр, что концентрация газа в воздухе ужасающе мала. В идеале следует оставить систему в таком состоянии на два дня. Не забудьте предварительно закрутить шредеры колпачками! Слегка приоткройте шредер (любой, т.к. если в системе нет закупорок давление везде будет одинаковым) – должно послышаться шипение уходящего в атмосферу газа. Если интенсивность шипения сразу после заправки (через час-два) и спустя некоторое время неодинакова (при одинаковых температурах), значит газ улетучивается в атмосферу.

После того, как вы убедились в герметичности системы, выкачайте воздух из системы.
Для этого подключите другой компрессор к линии высокого давления и включите его. Подождав минут 20-30, включите дополнительно компрессор системы, таким образом можно добиться довольно глубоко вакуума. Если у вас есть манометры, можно проверить систему на герметичность ещё раз. Для этого нужно замерить давление на низкой стороне. Через 3-5 часов замерите повторно, давление не должно подняться. Теперь можно заправлять систему рабочим газом.

Важно обеспечить герметичное соединение баллона с системой, иначе заправка невозможна! При негерметичном соединении во время заправки давление поднимется, и весь газ просто будет выходить в воздух. Подобным образом было потеряно зря 2 недели, все попытки заправить систему оканчивались неудачей. После сборки хорошего переходника (баллон-шреддер) все заработало с первого раза. Герметичность соединений – 95% успешной сборки системы!

Подключите баллон с газом к шредеру на линии всасывания, включите компрессор системы. Потихоньку подавайте газ, но делайте это с перерывами в 5-10 минут. Если все правильно собрано, то уже через 15-20 минут ваш испаритель должен обмерзнуть. Как только его температура упадет ниже +10ºС остановите заправку. Температура должна упасть до температуры кипения газа, или ниже.

В нашем случае температура упала до -35ºС. Однако этой заправки будет недостаточно при работе с нагрузкой, поэтому добавьте еще газа, чтобы температура поднялась на 5-7ºС. При этом отсасывающий шланг должен начать постепенно промерзать к компрессору. В сильно перезаправленной системе вся магистраль низкого давления будет покрыта конденсатом. На фото ниже заправка около 500грамм, промерзло все вплоть до входа в компрессор.

При недостаточной заправке будет обмерзать место сразу после капилляра до очень низких температур (в нашем случае вдвое ниже температуры кипения рабочего газа -40ºС) Но даже если взяться пальцем за капилляр все оттаивает.

Правильно заправленная система должна в течении 5-15 минут охлаждать испаритель до заданной температуры (в нашем случае -25ºС) и при большем времени медленно промораживать магистраль. Если у вас все именно так, то теперь ваша система готова к изоляции. Если же нет – пишите нам на форум (http://forums.topmods.net). :).

Изоляция

Системы фазового перехода обычно охлаждают испаритель с процессором до температур ниже нуля, и поэтому возможно выпадение влаги с воздуха в качестве инея или снега на холодных поверхностях. А влага как известно – враг электроники. Дело даже не в том что капли замыкают дорожки (это максимум чревато зависаниями и перезагрузками (проверено! :)) а в том что при наличии влаги на контактах под напряжением в разы ускоряется окисление. В результате контакт растворяется и устройство приходит в негодность. Для избежания этого фатального исхода необходимо изолировать холодные поверхности от влаги содержащейся в воздухе. Это можно сделать разными методами, главное выбрать наиболее удобный и надежный. Используем термофлекс (разновидность поролона с закрытыми порами), так как он дешев и прост в использовании. Существует в продаже термофлекс (выглядит как мягкая труба черного цвета) и менее подходящая пеноизоляция (выглядит как светлосерая пузырчатая труба, довольно жесткая). Можно использовать любой из них, но в последнем случае лучше сделать более толстый слой изоляции.

Мы провели опыт – установили испаритель на экспериментальный стенд и проверили насколько промерзает материнская плата.

Результаты оказались таковы – основное место обмерзания – около ножек, что вполне предсказуемо, т.к. теплопроводность пластика сокета низкая, и тепло передается по металлическим ножкам процессора. Очень важно заизолировать ножки процессора и сокета, т.к. если на них намерзнет влага, может пропасть контакт, ножки окислятся, и стабильной работы быть не может. Поэтому весь сокет сверху и снизу необходимо промазать диэлектрическим составом. Затем уложите вокруг слой термофлекса.

Мы в качестве диэлектрического состава использовали термопасту КПТ-8, т.к. ее легко достать в необходимых количествах. Термопаста КПТ-8 - поистине синоним оверклокинга :)

Затем необходимо проложить пластину из термофлекса на обратной стороне платы между усилительной пластиной и платой.

Затем устанавливаем испаритель на процессор. Очень желательно иметь внешнюю независимую от ПК термопару у испарителя для измерения температуры. Это нужно нам для контроля температуры при старте. Тщательно все собираем и закрепляем. Проследите чтобы не было свободных прослоек и отверстий в изоляции. Включите фреонку, не включая ПК. Проследите за температурой, при достижении рабочей температуры оставьте систему на час. Затем выключите все, как можно быстрее разберите, проверьте процессор и мат.плату на предмет инея. Если все в порядке, соберите заново, и включайте фреонку.
При достижении рабочей температуры, включите компьютер. Зайдите в BIOS, проверьте температуру :). Если все в порядке, принимайте поздравления, вы собрали фреонку за 100$ :).

Если у вас процессор AMD Athlon 64 Winchester/Venice/San Diego возможна проблема «Cold Bug». Она выражается в отказе стартовать при температуре процессора ниже определенной температуры (обычно -50 или около того). Для старта таких систем включите ПК до достижения низкой температуры. Это связано с тем что температура процессора измеряется без учета знака.

В результате нашей лаборатории удалось получить -10ºС на процессоре при простое, и -5 ºС под нагрузкой программой S&M. Результат может показаться слабым по сравнению с другими самодельными «фреонками» известных мастеров этого дела, однако внесем небольшую ясность :) Стоимость всей системы ВКЛЮЧАЯ инструмент не превысила 100$! Если бы не этот факт, газ был бы R22, на котором результат был бы гораздо ниже.
Пропан марки ПБА заправленный в систему при атмосферном давлении кипит при -20 ºС (сравните с чистым пропаном (R290) -42 ºС, или R22 -41 ºC) Поэтому результат неплох. Да со своей задачей, а именно – получением отрицательной температуры на процессоре, система справляется, причем лучше VapoChill младших и средних моделей, который стоят вовсе не 100$ :).

Получение R290 ректификацией газа ПБА (R600)

Есть способ создания ректификационной колонны в домашних условиях. Для этого нам понадобится:

1.Труба медная диаметром 35-45мм, длиной 35-50 см.
2.Стальная стружка
3.Припой
4.Манометр для контроля процесса.
5.Два клапана Шредера.
6. 5-10 метров капилляра

Мы использовали медно-кобальтовую трубу 42мм диаметром, 440мм длиной, со стенками толщиной 2мм.

Сборка состоит в следующем. В боковой стороне трубы сверлим отверстие на высоте 1\3 от общей. Припаиваем к отверстию трубку с клапаном. Через этот порт будем подавать исходный газ. Затем запаиваем герметично дно трубы. Плотно заталкиваем стружку примерно до заполнения 2\3 трубы. После этого нужно смотать капилляр в плотную спираль, исходя из оставшегося свободного места в трубе. Один конец капилляра оставьте выпрямленным, он должен идти сверху вниз, до самого дня. Это нужно для дросселирования жидкого газа скапливающегося внизу. Другой конец выводим наружу.

Припаиваем сверху герметичную крышку с двумя отверстиями. Одно из них отводим для капилляра. Можно для удобства припаять капилляр внутри трубки большего диаметра и уже ее напаять на крышку. Также для удобства припаяйте клапан шредера к другому отверстию. Через этот порт мы будем забирать пропан.
Чтобы повысить КПД колонны советуем между трубкой пропана и верхней крышкой колонны установить короткий капилляр (5-10см), чтобы замедлить отбор чистого газа, тем самым, избежав попадания лишних примесей.

Все в итоге должно выглядеть так:

На фото выше красным шлангом мы подаем смесь под давлением около 4-5 атмосфер. Синим шлангом забираем пропан, а прозрачный шланг – выход бутана в окружающую среду.

Если все построено правильно, то верхняя часть трубы должна быть холодной (около нуля градусов), бутановая трубка может обмерзать инеем (у нас она остыла до температуры -5º...-7º). Если этого не происходит, возможно, стоит нагреть дно колонны до +30º-+45º. В нашей лаборатории нагрев осуществляли в горячей воде (+60ºС). Также советуем изолировать колонну для улучшения КПД.

Измерение температуры кипения газа выходящего из «бутановой» трубки дало понять, что газ имеет 90-95% бутана.

После окончания заправки с помощью ректификационной колоны был проведен замер температуры кипения газа в системе.

Конечно, все еще далеко до результатов чистого газа, так как колонна требует тщательной отладки, но все же лучше. В итоге температура испарителя опустилась весьма неплохо.

P.S. Если у вас есть 1-2л R22 и Вы не прочь пожертвовать его во имя оверклокеров, свяжитесь, пожалуйста, с автором. Tin@Topmods.net.

Спасибо Boud за терпение и бесценную помощь при постройке системы.
А так же благодарность всем экстремалам-оверклокерам за внимание :)
Cпасибо Dimdirol за частичное финансирование.

Задать вопросы по статье можно в этой ветке нашего форума.