Heat Exchanger

- Главная

- Вернуться

Just finished my water cooler and will do some testing. Since I have not order any new Tecs yet I will use two 40mm x 40mm Peltiers that I got. Ok. Here is what this thing is made of.

Aluminum heatsink made out of 8"x4"x1" bar.

I made both the heatsink and the copper block at work (machine shop).For the heatsink I used solid block of aluminum 8"x4"x1" and saw the groves with 1/16" thick saw blade 7/8 deep. This created 819 square pins 1/8"x1/8"x7/8" long. I machine copper block on the milling machine,and glue a plexiglass on top of it with water proof glue.It's all ready for testing, but have to wait for my 250watt ATX power supply.

Got the 250 watt P.S. today and it seems like my old power supply runs both Tecs 4 Cdeg. lower than the new one. Hmm. They're both 250 watt. I pulled the old one out and put new one in the case since the old P.S. works better with 50 watt Peltiers. Note: in order to run an ATX power supply outside the case, green and any black wire"ground" has to be connected otherwise will not power up.

Here is how this thing works.A pump pumps the water from the tank (ice chest) to heat exchanger powered by two Peltiers, from there it flows to the water block on the CPU and then comes back into the ice chest.

Ok, I hooked everything up and stared Prime 95 "torture test"

Here is how this thing works.A pump pumps the water from the tank (ice chest) to heat exchanger powered by two Peltiers,from there it flows to the water block on the CPU and then comes back into the ice chest.

Room temp. +27.6C
Water temp +25.4C (going in from an ice chest)
Copper block on the heat exchanger +18.2C
Heatsink near the Peltiers +33.3C
Water block on CPU +20.8C
Returning water temp +21.2C

Here is how this thing works.A pump pumps the water from the tank (ice chest) to heat exchanger powered by two Peltiers,from there it flows to the water block on the CPU and then comes back into the ice chest.

I decided to leave the puter on for a night running Prime95. 7 hours later (morning) water temp in the ice chest was +14.8C

Note that I used only two Peltiers instead of three,there was no insulation on all the copper blocks and hoses,and the ice chest had about 1.5 gallon of water. Also, the celery 333@516 was running 100% so with Rain the water will get colder.

Some changes need to be made:

1. Get smaller ice chest and use about 12 fl. oz. of water.Less water will cool down faster and stay colder.
2. Insulate all water blocks and hoses,because room temp is much warmer.
3. Get third peltier.Will probably use 4 Tecs with a small copper heatsink on the other side.Copper plate will replace the Plexiglass on the water block.Got some copper heatsinks I made before ,so I might as well use'em for something.

Hopefully with all those changes the water will drop to somewhere between +4C to +8Cdeg.This is something that I've been looking for.No more ice packs for me to cool the water down.

Why build all this

Peltiers on CPU pump alot of heat which cause water to heat up.Some sort of heat exchenger is needed to cool the water down. For example: To keep the core at +1C/+4C temp (full load) using two 51.4 watt 15v 6amp Tecs side by side,the water temp has to stay under +29C. Since my room temp is +27.6C.it is impossible to cool the water to +29C with regular heat exchanger (radiator&fan) so my C333@620 ran for only 20 minutes under full load.

I ran my cooler again last night for 6 hours using Rain just to see how low the water will drop. Temperature of the water was +9.8C. Can't wait to get two more Peltiers.Will order them Tuesday.

7/10/99 - Have to wait for Peltiers from Melcor,which will be shipped on 28th. Their delivery sucks.Also ordered another power supply to power all those peltiers.

7/12/99 - I canceled the order from Melcor and got the Peltiers from Advanced Thermoelectric Products. They ship their stuff same day. Should have it by 7/15/99.

7/22/99 - Since one big heatsink with two 50watt TECs cooled the water to +14C from +25C I decided to use two heatsinks and six Peltiers (three on each side)

I found out that my aluminum heatsinks can not handle three 40mm x 40mm 70watt 8.5amp 12v Peltiers.The temperature after 5 minutes reaches +60C and since the TECs at 15.5v create 72C difference between hot and cold side it is impossible to get sub zero temp. of the antifreeze. Because of this ,two Peltiers had to be removed. This also allows me to run all four fans at 7.5v thus making them virtually silent.

To use two heatsinks on top and bottom of the water block, I had to replace the plexiglass with copper plate to place the Peltiers on. First I tried to use water prof glue to glue both plates together. Didn't work. Then I heat up both parts and tried to solder it. Didn't work. In some places the solder would grab the copper and in some not. This is what I got.

This forced me to make another water block out of solid bar 5" x 2" x .1/2" I drilled four holes thru the block and drilled smaller holes at the angle to connect the big holes. I taped all ends with 1/8 pipe tap, put fittings in and plugged remaining holes with pipe plugs. This gave me the same water flow as in the previous design, but in the solid block. The blue lines indicate the water flow.

Since I'm using four TECs (two 50watt , two70watt), I placed one of each on top and bottom of the water block.. This way both heatsinks stay at the same temperature.The entire thing is sealed with T-cell compression foam to prevent condensation so that the Peltiers wont start to rust on the inside. After that I insulate all plastic hoses with 1/4" thick T-cell foam and electrical tape to keep the antifreeze as cold as possible. If you look closely at the first picture, you will see that the fans are not bolted directly to the heatsinks. I did some testing and found out that by placing 1/4 " thick spacers in between improves the air flow (fans push more air) and the heatsinks are about 4C deg. colder.

I also decided to replace my original CPU water block with smaller one made out of brass. The size of the new water block is 1" x 1" x 1/4" (size of the celery slug) I made the new one this small, so that it is easier to seal it with T-cell foam. It was made the same way (four holes) as the big water block for the heat exchanger.

With water block this small, installation of it on the celery was a snap. I used 1" thick foam on one side and 1/4" thick foam on the other. To sandwich the entire thing , I used two plastic plates with holes drilled and taped to compress everything together and seal it from the humid air (Chicago area). The only place that could leak some air in was where the plastic hoses come in. To be on the safe side I decided to spray some "Great Stuff" minimal expanding foam sealant. Hmmm. Look's like a dildo which is going where no dildo has gone before.

Results. With four Peltiers (two 50watt and two 70watt) running at 12v. two 8" x 4" x 1" aluminum heatsinks and four 12v 3" fans running at 7.5v the water temparature stays around -5C with C333@560 at 100% running Prime95.

Had to get some antifreeze to replace the water. Got this one from WallMart.

Well. At the beginning of this project I was shooting for -15C and it seems like some more changes need to be made to reach that temperature. To my knowledge I'm the first men who has ever done this kind of cooling system, so I still have alot to learn. I know that I have to shorten my hoses because there is about five feet of it which I don't need. The ice chest has to be smaller to hold only about 12 fl.oz. instead of over a gallon. Making one right now out of 1.5" thick tT-cell foam.

I might even build a second Peltier cooler by using some of my copper heatsinks that I made a long time ago and two 70watt Peltiers that I have , to get -15C which is a sweet spot for cooling slot1 CPUs. When anything colder than -15C, the mobo starts to get wet.

Also incresing the voltage of the fans from 7.5 to 12v is an option, but that means more noise. My PC right now is running almost silent and I love it. I removed some fans from it and got only two left in the system. One in the power supply and one on the Voodoo3 3000 which is O/C to 200Mhz.

Well, I must say that this cooler turn out good. It seems that the best application for it would be to cool the water when two or more Peltiers are used on the CPU, since they pump alot of heat and warm up the water really quick. Simple heat exchangers ( radiator & fan) are no match for this baby. I used one that I made my self and that thing could only cool the water to +34C with two 50watt TECs on CPU and room temp at +26C. It's made out of aluminum plate, with grooves milled in it. The plate was mounted on the 5deg. angle, which forced the water to flow down inside the grooves.On top of the plate, two 3" fans were placed and blow air down on to the plate. This kind of system cools the water much better than any radiator because the air makes direct contact with the water.

I have not yet tested this Peltier cooler when TECs & cold plate are used on the CPU, but did some testing by putting warm water in the tank to see how well this rig would cool hot water which two 50watt peltiers will produce. Here's what I found out.

Water temp in the tank +53C ---------- Returning water +37C --------- 16C (temp difference)
Water temp in the tank +44C ---------- Returning water +30C --------- 14C
Water temp in the tank +24C ---------- Returning water +13C --------- 11C
Water temp in the tank +16C ---------- Returning water +9C ----------- 7C
Water temp in the tank +6C ---------- Returning water +2C ------------ 4C
Water temp in the tank -2C ---------- Returning water -3.6C -----------1.6C

As you can see,the warmer the water the greater the difference in the temperature of the returning water.Also when water is warmer, it gets cooled down faster than the colder water. It takes less than 10 minutes to cool the water ( one gallon ) from +53C to +24C, but it takes about 30 minutes to cool it from -1C to -5C. The reason for this is that the water block inside the heat exchanger stays at about -10C when water is -5C and it's not cold enough to cool the water any colder (small difference in the temp),but when the water is warm the temperature difference is bigger and cools the water much faster.

This proves that this rig would work great when TECs are used on the CPU Right now I have no need to use Peltiers on the OEM year old 333 Celery because it runs solid at 560Mhz when cooled to -5C. Cooling it more would only create problems with condensation on the motherboard. I will keep improving this rig to get it ready for K7. That's when I'll use two or three TECs on the core to cool it to -30C. I believe that with two , three Peltiers on the CPU, my cooler will keep the water and the water block on top of the peltiers at around +10C, which should cool the K7 to -30C.

Why -30C. Kroytech claims that as soon as K7 at 600Mhz is available (august), they will be selling 1Ghz systems using their cooling rigs which will cool the Athlon to -30C. This is the reason why I'm not buying any new mobos and CPUs that run Intel chips. I must admit that the new C366@550 on the dual mobo is tempting but from benchmarks I've seen on the net K7 simply blows any Intel chip available today ( dual or single) in FPU applications (games, CAD)

****

Теплообменник

Только что закончил свой кулер для воды и проведу небольшое тестирование. Поскольку я еще не заказывал новые Tecs, я буду использовать два Пельтье 40 x 40 мм, которые я получил от Тома. Хорошо. Вот из чего сделана эта штука.

Алюминиевый радиатор, изготовленный из бруска размером 8 x 4 x 1 дюйм.
Медный водоблок, изготовленный из бруска размером 5 x 2,5 x 5 дюймов.
Два 3-дюймовых вентилятора на 12 В от RadioShack и два вентилятора Пельтье на 50 Вт, 15 В, 6 А.
Радиатор и медный блок я сделал на работе (в механическом цехе). Для радиатора я использовал цельный алюминиевый блок размером 8 x 4 x 1 дюйм и выпилил канавки пильным полотном толщиной 1/16 дюйма и глубиной 7/8 дюйма. Получилось 819 квадратных штифтов длиной 1/8 x 1/8 x 7/8 дюйма. Я обрабатываю медный блок на фрезерном станке и приклеиваю поверх него водостойким клеем плексиглас. Все готово для испытаний, но нужно дождитесь моего блока питания ATX на 250 Вт.

Получил P.S. на 250 Вт. сегодня, и кажется, что мой старый блок питания работает как с Tecs 4Cdeg. ниже, чем новый. Хм. Они оба по 250 Вт. Я вытащил старый и положил в корпус новый, так как старый P.S. лучше работает с термометрами Пельтье мощностью 50 Вт. Примечание. Чтобы подключить блок питания ATX вне корпуса, необходимо подключить зеленый и черный провод «земля», иначе питание не включится.

Вот как это работает. Насос перекачивает воду из резервуара (ледяного ящика) в теплообменник с питанием от двух Пельтье, оттуда она поступает в водяной блок на процессоре, а затем возвращается обратно в ледяной ящик.

Ок, я все подключил и посмотрел Prime95 "тест на пытки"

Комнатная температура. +27,6С
Температура воды +25,4С (поступает из ледяного ящика)
Медный блок на теплообменнике +18,2С
Радиатор возле Пельтье +33,3C
Водоблок на процессоре +20,8С
Температура обратной воды +21,2C.

Я решил оставить компьютер включенным на ночь с Prime95. Через 7 часов (утром) температура воды в леднике составила +14,8С.

Обратите внимание, что я использовал только два прибора Пельтье вместо трех, все медные блоки и шланги не имели изоляции, а в ящике для льда было около 1,5 галлонов воды. Кроме того, сельдерей 333@516 работал на 100%, поэтому с дождем вода станет холоднее.

Необходимо внести некоторые изменения:

1. Возьмите меньший ящик для льда и используйте около 12 эт. унция воды. Чем меньше воды, тем быстрее она остынет и останется холоднее.
2. Изолируйте все водоблоки и шланги, поскольку температура в помещении намного выше.
3. Возьмите третий пельтье. Вероятно, я буду использовать 4 Tecs с небольшим медным радиатором на другой стороне. Медная пластина заменит плексиглас на водоблоке. У меня есть несколько медных радиаторов, которые я сделал раньше, так что я мог бы также использовать их для чего-нибудь.

Надеюсь, что после всех этих изменений вода упадет где-то между +4C и +8C. Это то, что я искал. Мне больше не нужны пакеты со льдом, чтобы охладить воду.

Зачем все это строить

Пельтье на процессоре перекачивает много тепла, что приводит к нагреванию воды. Для охлаждения воды необходим какой-то теплообменник. Например: чтобы поддерживать температуру ядра +1C/+4C (полная нагрузка), используя два устройства Tecs мощностью 51,4 Вт, 15 В, 6 А, расположенные рядом, температура воды должна оставаться ниже +29 C. Поскольку температура в моем помещении +27,6°С, охладить воду до +29°С обычным теплообменником (радиатором и вентилятором) невозможно, поэтому мой C333@620 проработал всего 20 минут при полной нагрузке.

Вчера вечером я снова включил свой кулер на 6 часов, используя Rain, просто чтобы посмотреть, насколько низко упадет вода. Температура воды составила +9,8С. Не могу дождаться, чтобы получить еще два Пельтье. Закажу их во вторник.

10.07.99 Придется ждать Пельтье от Melcor, который будет отправлен 28 числа. Доставка у них отстой. Также заказал еще один блок питания для питания всех этих Пельтье.

12.07.99 Я отменил заказ от Melcor и получил Пельтье от Advanced Thermoelectric Products. Они отправляют свои вещи в тот же день. Должен получить к 15.07.99.

22.07.99 Так как один большой радиатор с двумя ТЭПами по 50Вт охлаждал воду до +14С с +25С, я решил использовать два радиатора и шесть Пельтье (по три с каждой стороны).

Я обнаружил, что мои алюминиевые радиаторы не выдерживают три прибора Пельтье размером 40 x 40 мм, 70 Вт, 8,5 А, 12 В. Температура через 5 минут достигает +60°C, а поскольку термоэлектрические элементы при напряжении 15,5 В создают разницу в 72°C между горячей и холодной стороной, невозможно получить минусовую температуру. темп. антифриза. Из-за этого пришлось убрать два Пельтье. Это также позволяет мне запускать все четыре вентилятора при напряжении 7,5 В, делая их практически бесшумными.

Чтобы использовать два радиатора сверху и снизу водоблока, мне пришлось заменить плексиглас медной пластиной, чтобы установить Пельтье. Сначала я попробовал склеить обе пластины водным профклеем. Не сработало. Потом я нагрел обе детали и попробовал припаять. Не сработало. В некоторых местах припой захватывал медь, а в некоторых нет. Вот что я получил.

Это заставило меня сделать еще один водяной блок из цельного бруска размером 5 x 2 x 0,1/2 дюйма. Я просверлил четыре отверстия в блоке и просверлил отверстия поменьше под углом, чтобы соединить большие отверстия. Я заклеил все концы скотчем 1/2. 8, вставил фитинги и заткнул оставшиеся отверстия заглушками. Получился такой же расход воды, как и в предыдущей конструкции, но в сплошном блоке. Синие линии обозначают расход воды.

Поскольку я использую четыре TEC (два по 50 Вт, два по 70 Вт), я разместил по одному сверху и снизу водоблока. Таким образом, оба радиатора поддерживают одинаковую температуру. Все это запечатано компрессионной пеной с Т-клетками. для предотвращения образования конденсата и предотвращения ржавчины внутри Пельтье. После этого я изолирую все пластиковые шланги Т-образной пеной толщиной 1/4 дюйма и изоляционной лентой, чтобы антифриз оставался как можно более холодным. Если вы внимательно посмотрите на первое изображение, вы увидите, что вентиляторы не прикручены болтами непосредственно к корпусу. Я провел небольшое тестирование и обнаружил, что установка прокладок толщиной 1/4 дюйма между ними улучшает поток воздуха (вентиляторы проталкивают больше воздуха), а температура радиаторов составляет около 4°С. холоднее.

Я также решил заменить свой оригинальный водяной блок процессора на меньший, сделанный из латуни. Размер нового водоблока составляет 1 х 1 х 1/4 дюйма (размер кусочка сельдерея). Я сделал новый таким маленьким, чтобы его было легче герметизировать пеной с Т-клетками. Он был сделан так же (четыре отверстия), что и большой водоблок для теплообменника.

Благодаря такому маленькому водяному блоку установка его на сельдерей оказалась несложной. Я использовал пенопласт толщиной 1 дюйм с одной стороны и пенопласт толщиной 1/4 дюйма с другой. Чтобы сложить все это вместе, я использовал две пластиковые пластины с просверленными отверстиями и заклеил их скотчем, чтобы сжать все вместе и изолировать от влажного воздуха (район Чикаго). Единственное место, куда могла попасть воздух, — это место подсоединения пластиковых шлангов. На всякий случай я решил распылить немного расширяющегося вспененного герметика «Great Stuff». Хм. Выглядит как фаллоимитатор, который идет туда, куда еще не попадал ни один фаллоимитатор.

Полученные результаты. С четырьмя вентиляторами Пельтье (два по 50 Вт и два по 70 Вт), работающими при напряжении 12 В. Два алюминиевых радиатора размером 8 x 4 x 1 дюйм и четыре вентилятора 12 В 3 дюйма, работающие при напряжении 7,5 В, температура воды остается около -5°C, а C333@560 работает на 100%. Прайм95.

Пришлось купить антифриз вместо воды. Получил это от WallMart. Хорошо. В начале этого проекта я рассчитывал на -15C, и, похоже, нужно внести еще некоторые изменения, чтобы достичь этой температуры. Насколько мне известно, я первый человек, который когда-либо создавал такую ​​систему охлаждения, так что мне еще предстоит многому научиться. Я знаю, что мне придется укоротить шланги, потому что около пяти футов мне не нужны. Ящик для льда должен быть меньше, чтобы вмещать всего около 12 жидких унций. вместо более галлона. Делаю один прямо сейчас из пенопласта tT-cell толщиной 1,5 дюйма.

Я мог бы даже построить второй кулер Пельтье, используя некоторые из моих медных радиаторов, которые я сделал давным-давно, и два имеющихся у меня 70-ваттных радиатора Пельтье, чтобы получить -15C, что является оптимальной точкой для охлаждения процессоров слота 1. При температуре ниже -15C компьютер начинает намокать.

Также можно увеличить напряжение вентиляторов с 7,5 до 12 В, но это означает больший шум. Мой компьютер сейчас работает почти бесшумно, и мне это нравится. Я удалил из него несколько вентиляторов, и в системе осталось только два. Один в блоке питания и один в Voodoo3 3000, который работает в разомкнутом состоянии до 200 МГц.

Что ж, надо сказать, что этот кулер получился неплохим. Кажется, что лучшим применением для этого было бы охлаждение воды, когда на процессоре используются два или более термометра Пельтье, поскольку они перекачивают много тепла и очень быстро нагревают воду. Простые теплообменники (радиатор и вентилятор) не подходят этому малышу. Я использовал тот, который сделал сам, и эта штука могла охлаждать воду только до +34°C с двумя ТЭЦ по 50 Вт на процессоре и комнатной температурой +26°C. Он изготовлен из алюминиевой пластины с профрезерованными канавками. Пластина была установлена ​​под углом 5 град. под углом, что заставляло воду стекать внутрь канавок. Сверху пластины были установлены два 3-дюймовых вентилятора, которые обдувают пластину воздухом. Такая система охлаждает воду намного лучше, чем любой радиатор, потому что воздух создает прямой контакт с водой.

Я еще не тестировал этот кулер Пельтье, когда на процессоре используются TEC и холодная пластина, но провел некоторое тестирование, налив в резервуар теплую воду, чтобы увидеть, насколько хорошо эта установка будет охлаждать горячую воду, которую будут производить два 50-ваттных пельтье. Вот что я узнал.

Температура воды в баке +53C ---------- Обратная вода +37C --------- 16C (разница температур)
Температура воды в баке +44С ---------- Обратная вода +30С --------- 14С
Температура воды в баке +24С ---------- Обратная вода +13С --------- 11С
Температура воды в баке +16С ---------- Обратная вода +9С ----------- 7С
Температура воды в баке +6C ---------- Обратная вода +2C ------------ 4C
Температура воды в баке -2C ---------- Возвратная вода -3,6C -----------1,6C

Как вы можете видеть, чем теплее вода, тем больше разница в температуре возвращающейся воды. Кроме того, когда вода теплее, она остывает быстрее, чем более холодная вода. Для охлаждения воды требуется менее 10 минут (один галлон). ) от +53С до +24С, но для охлаждения от -1С до -5С требуется около 30 минут. Причина этого в том, что водяной блок внутри теплообменника поддерживает температуру около -10°C, когда вода имеет температуру -5°C, и она недостаточно холодна, чтобы охладить воду еще холоднее (небольшая разница в температуре), но когда вода теплая, температура снижается. разница больше, и вода охлаждается намного быстрее.

Это доказывает, что эта установка будет отлично работать, когда в процессоре используются TEC.

Прямо сейчас у меня нет необходимости использовать Пельтье на OEM-версии 333 Celery, поскольку он стабильно работает на частоте 560 МГц при охлаждении до -5C. Более сильное охлаждение только создаст проблемы с образованием конденсата на материнской плате. Я буду продолжать совершенствовать эту установку, чтобы подготовить ее к K7. Вот тогда я воспользуюсь двумя-тремя ТИКами на ядре, чтобы охладить его до -30С. Я считаю, что с двумя или тремя Пельтье на процессоре мой кулер будет поддерживать температуру воды и водяного блока на вершине Пельтье около +10C, что должно охладить K7 до -30C.

Почему -30С. Kroytech утверждает, что как только K7 с частотой 600 МГц станет доступен (август), они начнут продавать системы с частотой 1 ГГц, используя свои системы охлаждения, которые будут охлаждать Athlon до -30C. Именно по этой причине я не покупаю новые компьютеры и процессоры на базе чипов Intel. Я должен признать, что новый C366@550 на двойном модуле выглядит заманчиво, но судя по тестам, которые я видел в сети, K7 просто превосходит любой доступный сегодня чип Intel (двойной или одинарный) в приложениях FPU (игры).

****