Projekt: Hemmabyggd (semi) passiv vattenkylning
Hej allihopa!
Jag har börjat tröttna på att min dator trots en massa jobb med luftkylning fortfarande låter för mycket. Jag bor i ett litet studentrum och lever därför hela tiden precis bredvid min dator. Då jag vill ha den igång 24/7 skall jag göra ett sista försök på att få den i princip helt tyst. Jag kan acceptera någon lågvarvig fläkt under full belastning, men vi lättare arbeten och fullast på CPU skall det kunna gå passivt. Då jag är väldigt intresserad av värmeflöde samt ville lära mig bygga saker i verkstad kändes det som ett perfekt tillfälle att slå 3 flugor i en smäll. Detta är inget skönhetsprojekt utan ett försök på att skapa något funktionellt till en inte allt för hög kostnad. Denna bygglogg skapades ganska sent eftersom jag visste att det skulle ta lång tid innan start samt att jag inte kan jobba med det under sommaren. Fas 1 av projektet är nu nära på klart. Skulle någon ha frågor, vilja ha ritningar och göra ett eget försök är det bara att kommentera eller skicka PM så skall jag göra vad jag kan för att hjälpa till
Ide/koncept
Tanken är att genomföra projektet i faser. Jag är inte helt säkert på hur allting kommer att reagera och fungera, så delar kommer att bli att testa sig fram. Iden är att fas 1 skall vara att tillverka ett eget vattenblock av aluminium, tillverka en egen radiator och köpa in pump samt tank. Beroende på hur detta presterar skall det monteras fläktkåpa samt fläktar på radiatorn (med brytare eller temperaturstyrning) och grafikkortet kopplas in, eller så är jag nöjd med hur det fungerar. Detta får visa sig med tiden.
För att enklare få kall luft till radiatorn och och underlätta det passiva luftflödet skall radiatorn inte placeras i chassiet utan den skall placeras ovanpå chassiet. Stort och skrymmande ja, men överlägset ur prestandasynpunkt. Dessutom är på taket det enda stället den får plats och samtidigt vara i kontakt med chassiet.
Lista med saker att göra, kommer säkert fyllas på
[x] Designa CPU-block
[x] Designa radiator
[x] Fräsa CPU-block
[x] Stansa flänsar
[x] Tillverka radiatorfäste
[x] Sätta ihop flänsar plus rör
[x] Slutpolera CPU-block
[x] Montera ihop radiatorns rör
[x] Installera radiator i datorn
[x] Installera CPU-block
[x] Testa prestanda
Eventuellt listan, beroende på resultat
[x] Fläktkåpa till radiatorn
[x] GPU kylning (egentillverkad eller köpa, till mitt befintliga kort eller nyinköpt)
[x] Designa temperaturstyrd fläktkontroll (Hittade på nätet)
[x] Bygga fläktkontroll
Fas 1
Design av kylblock
Jag började med att designa CPU blocket i datorn för att kunna köra simuleringar på vilket block som ger bäst prestanda till ett acceptabelt tryckfall. Jag vet inte hur många timmar som jag la ned på detta steg, men det är många designer som testats. I slutändan beslutade jag mig för att använda en relativt simpel konstruktion. Ett hålrum ovanför CPUn som fylls med 3*3mm pinnar för att öka yta och skapa turbulens med centralt inlopp rakt ovanför kärnan och utlopp diagonalt över i ena hörnet.
Här är några bilder från simuleringen, jag har antagit att vattnet har en intemperatur på 323K , flödet 1dl/s, atmosfärstryck utanför blocket och jag har antagit att CPUn (här approximerat som en 2 mm tjock aluminiumbit, värmeutvecklingen homogent fördelad i biten) utvecklar 150W värme, det är ganska overkill, men jag tar i för att kompensera att jag inte lagt in något värmemotstånd i kontakten CPU-vattenblock.
Simulering av flöde i vattenblocket
Temperatur i "CPU"
Här har jag en annan design jag övervägde, gav märkbart bättre kylprestanda (ca 2grader) men hade mycket högre tryckfall så jag struntade i den konstruktionen eftersom min tilltänkta pump är ganska klen. Jag antar att den höjda kylprestandan kommer ifrån att virvlarna som bildas vid flöde över kanalerna bryter upp gränsskiktet mot blockets yta. Är det någon som har en starkare pump skulle det vara kul att se vilken prestanda ni skulle kunna få med den designen. Bild från simulering, samma villkor som sist.
Bild på flödeslinjer, här syns virvelbildningen väldigt tydligt
Temperaturbilden
Min ursprungliga radiatordesign var att jag skulle fräsa ut den ur två stycken aluminiumblock. Jag valde att strunta i den designen av två anledningar, dels är det svårt att fräsa ut "röret", det skulle ta en satans tid (trodde jag iaf) att fräsa ut flänsar, ytan skulle bli lite för liten samt att halva radiatorytan skulle hamna på undersidan av radiatorn. Jag valde istället att bygga en bestående av 4 kopparrör och 5 stycken 1000*200*0.5mm aluminiumplåtar. Detta ger en yta på 2m^2, ca dubbelt så mycket som min NH-D14.
Radiatorn
Byggandet börjar!
Bygget började med lite inköp, en Phobya DC12-220pump, inte den bästa, men bra tyst och inte så dyr. En tank (random tank för CD plats) samt lite masterclear 10/16 slang från coolingstuff. Beställde även monteringset från noctua för att få tag på en backplate, var inte så sugen på att fixa den själv.
Efter mycket letande hittade jag tillslut en återförsäljare (Maskindelen.se) av metall och annat, beställde 200*100*10mm aluminium för 130 kr. Delade den i 2 delar, sen kunde jag äntligen börja. Köpte även 2 m kopparör, 10mm med 1 mm väggtjocklek (12mm ytterdiameter). Aluminiumplåtarna beställdes från ELFA, tyvärr ganska dyra, men det var det enda jag kunde hitta
Började borra hål för socket i båda bitarna.
Det inre hålrummet börjar ta sig, var inte så snabb fräs, så tog tyvärr lång tid. Inte heller den stabilaste spindeln i världen (kommer synas senare), så skårorna blev inte så snygga som jag ville, men det spelar ingen roll för slutresultatet ur prestandasynpunkt.
Med inre utrymmet avklarat är det dags att planfräsa ytan mot CPUn, tyvärr märks det även här att spindeln inte är helt stabil samt att skären inte satt 100% jämt. Det skall nämnas att ytan är mycket bättre än den ser ut, märkerna är knappt kännbara och skulle troligtvis ha väldigt liten inverkan på slutresultatet, men jag skall försöka åtgärda dem innan jag stoppar in allt i datorn.
Med undersidan klar kan jag börja bearbeta fram ytterkonturerna, här märks det tyvärr tydligt att fräsen går ostabilt. Skall slipa dem eller försöka fixa på annat sätt, inte för att det inte spelar någon roll, men kan ju försöka få det snyggt om jag kan. Även toppen tillverkas på samma sätt. Det var tydligen VÄLDIGT svårt att över och undersidan att passa perfekt ihop när man är ovan ^^
Detta är allt jag hann innan sommaren. Projektet fick ligga i träda i närmare 6 månader innan jag han ta upp det igen
Nästa verkstadspass
Fortsatt fixande med blocket. Jag polerade ovansidan med autosol under sommaren, därför den är så blank. Tyvärr kommer dagens fixande att förstöra den fina ytan. Skall nog försöka slipa till den så den blir mer borstad istället för blank då det är så mycket snyggare. Alternativt planfräsa den med skolans fräsar som presterar mycket bättre.
Borra och gänga inlopp, tyvärr blev det lite snett gängat, förhoppningsvis kommer nippeln täta ändå.
Fortsatt gängning, gängar skruvar för att kunna skruva ihop ovansida och undersida. Nu var jag intelligent nog att påbörja gängan i pelarborren så dessa blev helt raka Däremot, skall man gänga för att spänna ihop något skall man inte gänga igenom båda bitarna. Blev tvungen att borra ur gängorna ur toppen
Gängat block, tyvärr trilskas bilden med vridningen :/
Med blocket klart är det dags för ihopskruvning. Jag hade från början tänkt täta med silikon men hittade gummimatta på biltema, 40 kr för ett ark tillräckligt för att göra en massa packningar. Den på bilden stämmer inte riktigt med den slutgiltiga, svårigheter med att få till skruvarna medförde att jag bara sparade ca 3 mm till en inre ram. Vi får se hur det blir, men det borde räcka.
Med blocket karat är det dags att börja på radiatorn. Jag hade lite tur som har en kompis med tillgång till verkstad med en massa fina maskiner för plåtbearbetning. Ca 100 flänsar skulle ge 400 hål som måste borras med väldigt bra precision för att radiatorn skall bli bra. Turligt nog finns det en datorstyrd stans. Jag hade inte bestämt hålstorlek i flänsarna, ursprungliga planen var att stansa 10mm hål, pressa på dem på rören och låta flänsen kraga sig runt för bra kontakt. Det fungerade INTE alls bra, så det fick bli 12mm (samma som rören). Visade sig faktiskt fungera riktigt bra.
Fint med NC styrda saker, stansa ut alla 400 hålen tog mindre än 5 minuter
Stansad plåt
Resultatet, när plåtarna klippts till flänsar. Blev riktigt bra måste jag säga, tillklippta är plåtarna mycket stabilare, inte alls som papper som de upplevdes med hela plåtarna.
För att styra avståndet (bestämt att ha ca 3mm) bockades varje fläns, målet var att få till 3 mm mellanrum när bockade biten kommer i kontakt med den första. Detta var inte en optimal lösning som jag gjorde det, jag skall demonstrera varför senare
Fint med stora maskiner, kunde bocka 30-40 stycken samtidigt (Tack Victor för hjälp med att placera in flänsar för bockning)
Dags att förbereda ändbitarna som skall hålla allt på plats samt fungera som fot mot chassiet. Börjar att borra ut hål för kopparrören i en 70*8mm plattjärn. Fina grejer, biten väger över 450 gram XD
Tyvärr glömde jag ta kort här, men för att få den att sitta still på chassiet fräser jag ut ett spår 210mm brett och 5mm djupt , lika brett som mitt Fractal Design chassi. En massa slipning för att runda av hörn och ta bort plattjärnens fula yta. Bitarna skall ev målas svarta sen.
Nu dags för de fina grejerna, börja montera radiator. Fixande en träbit för att hålla allt på plats medans jag bygger.
Bitarna går förvånansvärt tungt att trycka på plats, vilket är bra, tyder på ordentlig kontakt mellan rör och fläns. Detta var ca 50 minuters jobb
Detta kommer ta sitt lilla tag, bitarna som är kvar^^
En färdigbockad kylfläns
Svårt att klippa helt rätt, syns tydligt i kanterna. Här är varför det var lite dumt att bocka som jag gjorde, det är ganska stor chans att de missar föregående fläns och inte får stöd. Tyvärr för sent att göra något år det nu, så bara att köra!
LÅÅÅNGT senare, näästan klar. Ett litet förtydligande på hur bitarna trycks fast, ett 50mm plattjärn används som stöd, detta med lite större hål borrade för att göra det lättare att få av och tillåta lite kragning av flänsarna.
Förtydligande av monteringsprocessen
Här är bild på hur jag skulle gjort från början, bockat upp en större bit och sen slagit hörnen parallella med flänsen för att öka anläggningsytan mot föregående, dessa plåtar är sådana jag först kasserade för de hade fått fel dimensioner. Jag bockade dem nu istället med hammare runt en plåtbit för att få till kanten
and DONE! 315*215*45mm radiator med 86 st flänsar med en sammanlagd area av 1.56 m^2, det försvann en hel del plåt i form av spill som stansen inte kunde fixa, förhoppningsvis räcker det ändå. Hela kalaset väger in på stadiga 3,1 kg. En hjälpplåt skall av men vikten är ändå en bra bit över 2.5 kg. Den är faktiskt förvånansvärt stabil i alla led.
Den nya ögonstenen ^^
Testade hur bra kontakten blev, fyllde systemet med varmvatten, flänsarna blev varma, riktigt bra kontakt verkar det som, men kylprestandan är svår att utvärdera redan nu. I detta läge kylde den bort ca 3.9W, men det var vid 6-7 graders skillnad mot luften, och bara på ett rör. Update på den kommer sedan. Testade blocket ikopplad med, nipplarna tätar utmärkt och gummipackningen gör sitt jobb utan problem!
Jag hade från början tänkt att använda slang för att koppla ihop delarna, men visade sig vara för nära så att slangarna vikt för mycket. Skall beställa delar för att kunna löda ihop rören istället.
Det som är kvar att göra innan systemet kan testas är att löda radiatorn samt fräsa lite till i blocket, Jag klantade mig när jag borrade hålen, råkade göra dem enligt 1366 socketens mått istället för 1155 som jag skall ha. Det är enkelt fixat, måste bara fräsa in hålet mot mitten så de istället blir ett 15mm långt spår. Skall även passa på att planfräsa ovansidan, slipa/polera undersidan och eventuellt fräsa till kanterna så de blir jämna.
Efter det skall allt testas och utvärderas om det finns utrymme för mer värmebortledning. Om så är fallet skall ett nytt grafikkort införskaffas och antingen ett vattenblock för kortet, eller aluminium samt plexiglas för att göra ett fullcoverblock. Det beror lite på hur avancerad geometrin för ett fullcoverblock blir, samt om det går att få tag på mått på internet. Jag skall börja ge mig på CNC så det är inte omöjligt att jag gör ett block till GPUn med. En radiatorkåpa i plåt skall designas och byggas samt målas om det visar sig behövas. Behövs fläktar har jag även en tanke på att ge mig på att bygga temperaturstyrning styrd av temperaturen i vattenslingan, men det ligger en bra bit i framtiden.
Ny update kommer så fort något nytt hänt. Hur det är med det vet jag inte än, det beror väldigt mycket på hur lasten i skolan är, den kan skilja sig en hel del
*Snabbupdate om värmeavledning
Med kylblocket nedsänkt i ca 2L 50 gradigt vatten gav ett temperaturfall motsvarande ca 48W, en del var från avdunsting, men uppskattar att ca 35-40 av dem försvinner i radiatorn. Flänsarna blir faktiskt riktigt varma, håller en temperatur inte alls för långt från den som kopparrören har. Tror att den kommer prestera lite bättre i datorn pga att hela radiatorn underlättar konvention och att looptemperaturen kommer vara bra mycket högre än den var i detta fall, tror att den inte var mkt över 40 grader nu. Det är med andra ord ca 20 grader över rumstemperatur. Under drift siktar jag på preliminärt på ca 50 grader i loopen. Ny update kommer troligtvis i nästa vecka, måste beställa 90 gradersböjar för lödning och slutpolera blocket.
