En om meteen even het goede voorbeeld te geven heb ik het stukje over phasechange eens een beetje geupdate
Ik heb bewust nog geen update gedaan van het zelfbouw gedeelte omdat ik nog een beetje twijfel of dat wel echt voor een faq is. Zelfbouw blijft namelijk nogal specifiek en ik heb zelf liever dat daar gewoon topics over gestart worden met vragen ipv dat mensen maar wat aanrommelen.
Anyway, hier is het geupdate stukje. Als er nog opmerkingen over zijn, laat het maar horen.
Phase-Change
Phase-Change (vanaf hier PC genoemd) koeling is gebaseerd op het natuurkundige principe dat een verdampende vloeistof energie onttrekt van de omgeving, en een condenserende vloeistof warmte afgeeft aan de omgeving. De officiele niet-overklokkers term voor een phase-change systeem is 'Vapour-compression system'. Dat een verdampende vloeistof warmte opneemt kun je eenvoudig zelf uitproberen door op een zonnige zomerdag in het zwembad te springen en eruit te klimmen. Doordat het water op je lijf gaat verdampen heb je het opeens een stuk minder warm.
Exact hetzelfde principe wordt gebruikt in koelkasten. Een vloeistof (meestal incorrect 'freon' genoemd) wordt verdampt door het te laten koken. Hierdoor wordt warmte onttrokken. Een compressor perst de damp weer samen totdat de damp weer vloeibaar wordt. Hierbij ontstaat warmte, welke buiten de te koelen ruimte afgevoerd wordt. De zojuist ontstane vloeistof kan dan weer naar de verdamper, etc. Het is dus gewoon een kringloop.
Het grote voordeel van dit systeem is dat eenvoudig hoge capaciteiten te halen zijn en dat het efficienter is dan het gebruik van peltiers.
De componenten van een phase-change systeem
Een phase-change koeler bevat in de basis de volgende componenten:
• Compressor
• Condenser
• Filter / Droger
• Expansie onderdeel
• Verdamper
• Koelmiddel
Soms zijn er nog additionele onderdelen nodig, maar dit hangt af van hoe het systeem ontworpen is.
De compressor
De compressor doet niets anders dan het koelmiddel rondpompen. Hierbij wordt aan de perszijde van het systeem het koelmiddel samengeperst tot vloeistof. Er zijn verschillende soorten compressoren. In koelkasten, vriezers maar ook in de commerciele pc-koelers wordt voornamelijk een zuiger-compressor gebruikt. Denk hierbij aan een systeem zoals een gewone luchtcompressor ook gebruikt. In modernere airconditioners en zwaardere systemen worden ook andere typen compressorn gebruikt zoals scroll-compressoren of roterende compressoren. In de U.S. zijn de roterende compressoren zeer goedkoop aan te komen en worden daarom ook vaak gebruikt in zelfbouw systemen.
Elk koelmiddel heeft andere eigenschappen en daarom is een compressor ook geschikt gemaakt voor een bepaald koelmiddel. Dit houd in dat de motor een bepaalde sterkte heeft (meestal uitgedrukt in pk's), dat er olie inzit die geschikt is voor dat koelmiddel. Het is niet zomaar mogelijk om elke compressor met een ander koelmiddel te laten werken. Een andere eigenschap van compressoren is het werkgebied. Er zijn 3 werkgebieden, namelijk LBP, MBP en HBP (low-, medium- en High backpressure). Een HBP compressor is in staat om veel meer koelmiddel rond te pompen, en heeft hierdoor ook een sterkere motor. Voor een processorkoeler wordt meestal een LBP compressor gebruikt, immers wil je een zo laag mogelijke temperatuur, dus een lage zuigdruk. Ook de start kracht (starting torque) van een compressor is iets waar rekening mee gehouden dient te worden. Dit komt later aan bod bij de expansie methode.
De condenser
Net als dat bij het verdampen van een vloeistof warmte onttrokken wordt aan de omgeving, ontstaat bij het samenpersen van een gas tot vloeistof warmte. Deze warmte moet worden afgevoerd, en dit gebeurt in de condenser. Een koelkast bevat vaak een passieve condenser (het zwarte 'rek' wat achterop de koelkast zit). Bij andere systemen zoals airco's, maar ook de pc-koelers wordt gebruik gemaakt van een actieve condenser. Dit lijkt op een radiator zoals gebruikt bij een waterkoelingssysteem. Een normale radiator is echter niet geschikt als condenser. Bij het samenpersen van het gas loopt de druk hoog op, dus de condenser moet ook geschikt zijn voor deze drukken. Een normale radiator is met zachtsoldeer vastgezet, en zal de hoge drukken niet overleven. Hoe hoog deze druk is hangt af van het gebruikte koelmiddel, en de temperatuur van de condenser. Om de drukken zo laag mogelijk te houden is het van belang de condenser goed te koelen. Daarom zit er op de kleine condensers altijd een fan. Verder dient de condenser ook geschikt te zijn voor het af te voeren vermogen, en zie je dus bij airco's veel grotere condensers dan bij pc-koelers.
Filter / Droger
Vuildeeltjes en water kunnen ervoor zorgen dat het systeem verstopt raakt. Om ervoor te zorgen dat er geen water of vuil in het systeem zit, wordt er een filter / droger geplaatst. Als een systeem open is geweest, is het altijd aan te raden om een nieuwe droger te plaatsen.
Expansie onderdeel
Dit onderdeel zorgt ervoor dat de samengeperste vloeistof weer verdampt en dus koude onttrekt aan de omgeving. Er wordt gezorgd voor een drukverschil tussen de perszijde en de zuigzijde zodat verdamping kan plaatsvinden. Dit kan op verschillende manieren gebeuren maar de meest gebruikte methoden zijn een capillaire leiding en een TEV/TVX
• Capillaire leiding: Dit is een zeer dunne leiding (meestal < 1mm binnendiameter). Door een bepaalde lengte van deze leiding te gebruiken wordt er een weerstand voor de vloeistof gecreeerd, en zal dus een drukverschil ontstaan. De lengte en diameter van deze leiding en hiermee het drukverschil bepaalt in combinatie met de compressor de capaciteit en temperatuur van het systeem. De capillaire leiding zorgt ervoor dat er bij een uitgeschakeld systeem uiteindelijk geen drukverschil meer is tussen perszijde en zuigzijde. Hierdoor hoeft de compressor een minder kracht te leveren bij het opstarten.
• TEV/TVX: Dit is een afkorting van Thermostatic Expansion Valve. Dit is een methode waarbij de temperatuur van de zuigleiding wordt gemeten, en hiermee wordt een klep geopend of juist gesloten om zo meer of minder koelmiddel te laten verdampen. Deze methode kan dus veel beter omgaan met een varierende load op het syteem. Bij gebruik van een expansieventiel is er ook een vloeistofvat in het systeem aanwezig als buffer voor het koelmiddel. Voor de direct-die toepassing in pc-systemen is het echter minder geschikt omdat de meeste tev's niet geschikt zijn voor zo'n kleine belasting. Bij gebruik van een tev moet de compressor genoeg kracht hebben om op te starten met een drukverschil. Er is dus een high starting torque compressor nodig.
Verdamper
Dit is het onderdeel waar het koelmiddel uiteindelijk in verdampt en dus warmte aan de omgeving onttrekt. In het geval van een direct-die koeler gaat het dan om een koelblok wat op de processor wordt gemonteerd. Bij een airco lijkt de verdamper meer op een radiator waar lucht doorheen geblazen wordt die door de verdamper afgekoeld wordt. Het verdampte koelmiddel wordt uiteindelijk weer weggezogen door de compressor om zo de kring opnieuw te beginnen.
Koelmiddel
Er zijn verschillende soorten koelmiddelen. Vroeger werd er voornamelijk gebruik gemaakt van CFC's zoals R12 (ook wel freon genoemd) en R502. R12 was voor normale toepassingen, en R502 was voor de lage temperatuur toepassingen. Deze koelmiddelen zijn
zeer schadelijk voor de ozonlaag, en daarom is enkele jaren geleden besloten om deze koelmiddelen niet meer te produceren en is het verboden deze middelen te gebruiken. Ook HCFC's zoals R22 werden lange tijd volop gebruikt voor bijvoorbeeld airconditioning toepassingen. R22 is wel minder schadelijk dan R12 en R502, maar nog steeds schadelijk voor de ozonlaag. R22 mag nog wel gebruikt worden om bestaande systemen te hervullen, maar niet meer om nieuwe systemen mee te vullen in de EU. in de US wordt R22 nog volop gebruikt.
Om alle bovenstaande koelmiddelen te vervangen door milleu-vriendelijkere versies wordt er tegenwoordig gebruik gemaakt van HFC's zoals R134a (normale koelkasten), R404a/R507 (lage temperatuur toepassingen) en R407c/R410a (airconditioning). Deze koelmiddelen zijn niet meer schadelijk voor de ozonlaag, maar dragen nog wel bij aan het global-warming probleem. Om deze reden mag je zonder stek-licentie ook niet met deze middelen werken.
Als laatste zijn er nog de natuurlijke koelmiddelen zoals R290 (propaan), R600 (butaan), R600a (isobutaan), R1270 (propeen/propyleen). Het nadeel van deze koelmiddelen is dat ze allemaal brandbaar zijn. Bij een gesloten systeem hoeft dit echter geen probleem te zijn. Zo wordt bijvoorbeeld R600a in heel veel koelkasten van Duits fabrikaat gebruikt.
Is een koelkast bruikbaar als computer koeler?
Jawel, in theorie is het ook best mogelijk om een koelkast te gebruiken voor je koeling. Er zijn alleen een paar kleine nadeeltjes:
• De buizen van het systeem lopen meestal dwars door isolatieschuim heen. Ze daar uit te halen is niet eenvoudig.
• De vorm van de verdamper binnenin de koelkast, is te groot om zomaar op de processor te monteren. Je zou dat ding wel in een bak met water kunnen hangen en verder met waterkoeling aan de slag kunnen gaan.
• Het vermogen van een kleine tot middelgrote koelkast is onvoldoende om een processor te koelen. Leuk wordt het pas als je het systeem uit een koelkast van 500 liter of meer neemt.
En de buizen doorknippen en er een andere verdamper opzetten dan? Mijn waterblok bijvoorbeeld?
Dat kan, alleen zo gauw je de buizen openknipt/zaagt zal je koelmiddel eruit verdwijnen. Dit is riskant; je kunt er behoorlijke brandblaren aan over houden (door de snijdende kou). Verder kan het nogal milieuonvriendelijk zijn. Als je koelmiddel eenmaal verdwenen is zul je een gespecialiseerd reparatiebedrijf op moeten zoeken om het overnieuw bij te vullen.
Commerciele Phase-change koelers?
Er zijn 3 bedrijven geweest welke een commerciele phase change koeler op de markt hebben gezet welke direct de processor kan koelen. Kryotech heeft een tijdje een koeler verkocht, maar is al enige jaren gestopt met produceren van deze producten.
Nventiv (begonnen als Chipcon) is een ander bedrijf wat redelijk succesvol direct-die koelers heeft verkocht. De producten (de Mach-I, Mach-II, Mach-II ST en de Mach-II GT) zijn inmiddels vrij bekend onder de die-hard tweakers. Helaas heeft Nventiv recent zijn faillisement aan moeten vragen.
De derde bekende producent is Asetek, welke de Vapochill serie voert. Hiervan zijn ook verschillende versies verschenen (de normale Vapochill, de Vapochill SE, de Vapochill XE en recentelijk de Vapochill Lightspeed).
De capaciteit van deze koelers, en daarmee ook de haalbare temperatuur hangt grotendeels af van de gebruikte compressor. Alle asetek machines, met uitzondering van de Lightspeed maken gebruik van een kleinere 12V compressor. Dit heeft als voordeel dat het vrij kleine units zijn welke weggewerkt kunnen worden in een normale midi tower. Asetek verkocht deze machines ook kompleet met een aangepaste kast hiervoor. De Lightspeed, maar ook alle Nventiv en Kryotech machines zijn verkocht als losse unit welke je onder je normale kast kwijt kunt. Het voordeel van deze losse units is dat ze een veel lagere temperatuur kunnen halen.
Als je op dit moment een nieuwe phase change koeler wilt kopen kom je automatisch uit bij Asetek. Kun je je echter geen nieuwe koeler veroorloven, dan is het de moeite waard om eens uit te kijken naar een 2e hands Nventiv machine of een gebruikte Vapochill, afhankelijk van je budget en de gewenste temperaturen.
Het modden van bestaande koelers
De meest verkochte koelers, met uitzondering van de Lightspeed en de Mach-II GT zijn gevuld met het koelmiddel R134a. De compressors in deze apparaten zijn gemaakt voor dit koelmiddel. Echter is R134a niet het meest geschikte koelmiddel voor dit soort toepassingen. Het is mogelijk om de koelunits te laten hervullen met een ander koelmiddel waardoor lagere temperaturen gehaald worden. De voorkeur gaat over het algemeen uit naar een hervulling met R507 waarbij temperaturen tot zo'n -50 gehaald worden. Ook hervullingen met andere koelmiddelen zoals R404a of R290 zijn mogelijk. Het hervullen van een phase change koeler mag je niet zelf doen, maar moet je laten doen bij een erkend koelmonteur. Bedenk echter wel dat de compressor in de koeler niet gemaakt is voor dit soort koelmiddelen. De drukken die in het systeem ontstaan zijn veel hoger als waar het apparaat voor bedoelt is. Een eventuele garantie van de fabrikant vervalt bij een hervulling.
Zelfbouw dan?
Kan, is mogelijk. Mits je weet wat je doet en je hulp krijgt van mensen met de benodigde apparatuur. Verdiep je goed in de materie voordat je begint. Verwacht echter niet dat je zelf even snel en goedkoop een phase-change systeempje in elkaar kunt klussen.
Verschillende soorten koelsystemen
• Single stage: De meest gebruikte koelsystemen (koelkasten/vriezers, airco's maar ook de Nventiv en de Asetek koelers) zijn allemaal single stage systemen. Dit houdt in dat ze één compressor en één type koelmiddel bevatten. Er is echter wel verschil in het toepassingsgebied (low temperature, medium temperature en airconditioning). Single stage systemen kunnen tot ongeveer -50 C koelen. Is er een lagere temperatuur nodig, dan moet er worden worden gedacht aan een complexer systeem.
• Cascade systemen: Een cascade systeem is een aaneenschakeling van twee of meer single stage systemen, waarbij de verdamper uit het eerste systeem en de condenser uit het tweede systeem zijn vervangen door een warmtewisselaar. Het eerste systeem koelt zo het koelmiddel uit het tweede systeem wat op die manier onder druk vloeibaar gemaakt kan worden zonder dat er uiterst hoge drukken ontstaan. De gebruikte gassen in het tweede systeem zijn gassen die onder normale temperaturen alleen onder extreem hoge druk tot vloeistof kunnen worden samengeperst. Hierdoor is het werken aan cascade systemen ook gevaarlijk als je niet weet waar je mee bezig bent en kan zelfs dodelijk zijn!
Met 2 stage cascade systemen worden temperaturen tot zo'n -100 gehaald, afhankelijk van de gebruikte componenten en het gebruikte koelmiddel.
• Compound cooling systemen: Deze systemen gebruiken ook 2 compressoren. Echter zijn deze systemen niet gescheiden door een warmtewisselaar, maar gewoon in serie geschakeld. Ze gebruiken dus 2 compressoren, maar slechts één koelmiddel. Door gebruik van 2 compressoren kan er een groter drukverschil worden gehaald.
• Autocascades : Een autocascade is een systeem met één compressor, maar meerdere koelmiddelen. De koelmiddelen worden in het systeem van elkaar gescheiden door een fase-afscheider en wordt vervolgens gebruikt om via een warmtewisselaar het volgende koelmiddel te koelen zoals bij een normaal cascade systeem. Ook hierbij geld dat er vaak hoge druk gassen worden gebruikt als koelmiddel.
Enkele links naar phase-change fora en informatie.
teampuss forum
Phase-change forum
Xtremesystems forum
Xtremeresources forum
Icecoldcomputing
Refrigeration Basics
[
Voor 62% gewijzigd door
Twynn op 31-08-2004 19:32
]
:strip_icc():strip_exif()/u/23452/Gitaar.jpg?f=community)
:strip_exif()/u/34960/lemming.gif?f=community)
/u/89674/nventiv5.png?f=community)
die hard socket A overclocker (samen met thedoctor en fewture, zij zijn het nog veel meer dan mij, met al die dry ice enzo (miss ideetje om daarover een stuk te schrijven?))
)
:strip_icc():strip_exif()/u/17182/avatar_57c.jpg?f=community){kind=avatar}
:strip_icc():strip_exif()/u/83885/CopperCAT_small.jpg?f=community)