Wetstack peltier, del 1
Innledning
Det hele begynte med at jeg, etter å ha solgt min kjære Swiftech MC1000, ville ha skikkelig kjøling uten den alltid irriterende støyen. Vannkjøling slo meg da som den beste løsningen, ettersom det eliminerer behovet for støyende vifter direkte på prosessoren og gir meg mye større frihet med tanke på plassering og format.
Det var aldri noen tvil om at jeg skulle kjøle prosessoren med peltierelementer (også kalt TEC - Thermo Electric Cooler), så planene var fra dag én å forsyne den med to 60W TECs og kjølekappe i rent kobber. Prinsippet i mitt første utkast var at kjølevannet fra prosessoren videre skulle kjøles av fire TECs innebygd i et par gigantiske kjøleribber i en ekstern enhet. I teorien ville dette kombinere god kjøling med så godt som ingen støy.
Selv om dette høres bra ut i teorien, fungerer det heller dårlig i praksis. Passiv kjøling (dvs. uten vifter) er dessverre veldig lite effektivt, og kuldetapet i slangene mellom kjøleenheten og prosessoren ville vært helt uakseptabelt. Dette førte meg raskt til neste skritt: direkte stacking.
Side 2
Stacking og kobber
Når alle TEC'ene skulle sitte på prosessoren og fungere godt sammen med hverandre og kjølekappa/waterjacket'en, innså jeg fort at dette kom til å bli et skikkelig beist. Ikke bare stort, ettersom fire TECs ved siden av hverandre blir 8x8cm, men også tungt - jeg var nemlig fast bestemt på å kun bruke massivt kobber p.g.a. dets overlegne evne som varmeleder.
Prinsippiell skisse av CPU-kjøleren
(klikk for større bilde)
Til å begynne med besto selve prosessorkjølingen (Step 1) av to TECs, mens neste del (Step 2) som tidligere hadde stått i den eksterne kjøleren, fortsatt hadde fire elementer til rådighet. Dette ble senere endret til en 1+4 konfigurasjon for ikke å overbelaste Step 2. Som overgang mellom Step 2 og Step 1 ble det brukt en tykk kobberplate for å fordele varmen jevnt, akkurat som coldplate'n mellom Step 1 og prosessoren. Det tok en stund før jeg hadde designet klart for kjølekappa, men jeg kom fram til at en pin-fin kjøleribbe á la Swiftech (tykk baseplate med en mengde runde pinner sveiset eller krympet fast) ville fungere godt uten å være for vanskelig å lage.
En tidlig utgave av kjøleren, mens
Step 1 fortsatt hadde 2 TECs
(klikk for større bilde)
Med CPU-delen delvis i boks, gjaldt det bare å finne en løsning på hvordan kjølevannet skulle kvitte seg med varmen. De svære kjøleribbene uten vifter passet ypperlig med tanke på støy, men de var som sagt uakseptabelt lite effektive. Jeg sto igjen med valget mellom å legge vannrørene opp til rommet mitt og kjøre alt direkte fra springen eller å bite i det sure eplet og velge en vifteavkjølt radiator. Av naturlige årsaker måtte jeg ta en svær bit av det ovennevnte eplet og bestemte meg for radiator, noe som ga meg to nye problemer: hvor skulle jeg finne en passende radiator, og hvordan kunne jeg forhindre at viftestøyen skulle bli altfor plagsom? Jeg trengte bare gå ut en tur før problemene var løst...
Side 3
Kaldt vann
Det hadde seg nemlig slik at broder'n skulle skifte radiator på bilen den noe kjølige vårdagen jeg gikk ut, og det var da jeg fant ut at to pluss to fortsatt er fire :-). Jeg kom på at ved å plassere radiatoren ute, dvs. utenfor vinduet, hadde jeg løst flere problemer i ett smekk. Ettersom radiatoren ikke skulle være i samme rom som meg ville jeg slippe den verste støyen, samtidig som jeg ikke lenger trengte å bekymre meg om radiatorstørrelse. Det faktum at en vinterdag i Lillehammer gjerne kryper under 20 minusgrader er heller ikke dumt for den totale kjøleeffekten.
Hmm. Kjøler dette godt nok, tro?
(jada, du kan klikke her også)
Det hele endte med at jeg gikk på høgger'n og skaffet meg en gammel Opel-radiator for 200kr, og monterte på ei 30cm bordvifte. Vifta takket dessverre for seg ganske tidlig, noe som ga plass til fire 120mm vifter, men mer om det senere. I samme lavbudsjett-stil kjøpte jeg vannpumpe for 20kr, av alle ting en tømmepumpe fra vaskemaskin. Grunnen til at delene på bildet er rødmalte er at vi har rødt hus - ikke alle var like entusiastiske over å ha en kvart kvadratmeter stor svart radiator utafor vinduet...
Strøm
Monstre er sjelden billige i kosten, og dette kjølemonsteret er ikke noe bedre. Selv om kjølevifta og vannpumpa går på 220V krever peltierelementene fortsatt store mengder strøm, og den første tanken som slo meg var å skaffe gamle AT-strømforsyninger. Mange av dem er spesifisert til 8A, og kan være billige nok til å kunne bruke en strømforsyning på hvert 6A peltierelement. Det negative med dem er, som jeg fort fant ut, at de ofte er noe svakere enn de sier. Det at de aldri klarte høyere spenning enn 11V ved 6A belastning er godt nok bevis på at gamle strømforsyninger ikke alltid holder det de lover.
Da ble jeg nødt til å lage noe selv, da, med noen transformatorer, likerettere og kondensatorer. Den er ikke riktig ferdig i skrivende stund, men kommer til å gi drøye 30A ved 15-16V. Det er ypperlig for peltier, ettersom de blir mer effektive jo nærmere de kommer maksimumsspenningen på 15,5V (maksspenning kan variere).
Oppdatering: En leser gjorde meg oppmerksom på at strømforsyninger ikke gir skikkelig spenning på 12V-utgangen med mindre minst en annen utgang er belastet, så ved f.eks. å sette en lyspære på 5V-utgangen skal strømforsyningen gi det den lover på 12V. Jeg har ikke prøvd dette selv, og kan derfor ikke garantere noe, men jeg syntes jeg burde nevne det.
Side 4
Resultater?
Som den observante leser du er, har du fått med deg at den endelige strømforsyninga ikke er ferdig enda, så endelige resultater må dessverre vente litt. Noen andre småting gjenstår også, som å borre hull i veggen til vannrør og å tilpasse kjøleren til Abit BX133 FC-PGA hovedkort, det er derfor det står "del 1" i overskrifta. Del 2 av denne artikkelen kommer om ikke lenge med masse bilder og kommentarer om konstruksjonsprosessen, og forhåpentligvis med noen resultater. Der får du bl.a. vite hvordan jeg lagde ei 120x80x35mm pin-fin kjøleribbe i rent kobber og bygde den inn som waterjacket...
Ettersom denne siden faktisk heter resultater skal du få noe å tygge på til neste gang, her er resultatene fra første testkjøring:
Min gode, gamle Celeron 366@578MHz gikk stabilt på 630MHz, og bootet ved 660MHz med WetStack. Temperaturen holdt seg noenlunde stabil ved -15 ca. 1cm fra kjernen, nærmere kom ikke temperatursensoren p.g.a. størrelsen.
Tallene er kanskje ikke så imponerende i forhold til jobben og pengene som er lagt ned i dette prosjektet, men før du fnyser av resultatene, ta dette i betraktning:
- Strømforsyningene ga bare 10,5-11V driftspenning
- Vifta klarte 30-40% hastighet, og var såpass ødelagt at den måtte dyttes igang for hånd
- Peltierelementet nærmest prosessoren var UTE AV DRIFT fordi ledningen var røket!
Hvis du har lyst til å vite hvordan dette fungerer med 15V spenning, skikkelige vifter og fem fungerende TECs, er det bare å følge med på Overklokking.no!
Oppdatering: Du kan holde deg oppdatert på hva som skjer med WetStack og andre prosjekter på våre prosjektsider.