FAQ ватерблоки

Ватерблоки. Какие они бывают и как их делают.

1. Intro

Вот уже очень много времени прошло с тех пор, как в компьютерах юзеров появились системы охлаждения. А начиналось все с обычных радиаторов, отводящих тепло от нагревающихся элементов в окружающую среду. Это были «Пассивные системы охлаждения». Затем со временем радиаторы уже не справлялись со своими задачами, и для охлаждения уже самих радиаторов на них были поставлены 4-х или многолопастные «пропеллеры». Так появился термин «Воздушные системы охлаждения». Но время шло и количество элементов в корпусе, выделяющих тепло, заметно возросло. Это привело к увеличению количества кулеров. В результате их число вместе с корпусными вентиляторами варьировалось от 4 до 6. У некоторых можно было встретить и больше. Ну, много, как известно, не всегда хорошо, шум от такой машины стоял довольно таки внушительный, что не могло не раздражать работающих за компом людей. К тому же прогресс также не стоял на месте, появлялись все новые и новые девайсы, которым не хватало уже обычных «ветродуев». И вот на смену им пришли системы жидкостного охлаждения (СЖО, СВО).

2. Ватерблок – как элемент системы водяного охлаждения

Вот и подошли мы вплотную к главным героям этой статьи – ватерблокам. Что же это такое? Ватерблок – это небольшой металлический теплообменник, применяемый для передачи тепла от охлаждаемого элемента теплоносителю, т.е. жидкости, которая в нем циркулирует. Термин «небольшой» здесь можно применить только к ватерблокам для CPU, GPU и NB. Вообще их размеры могут быть очень различны, но об этом позже.

Основным параметром из которого исходят при изготовлении ватерблоков является теплопроводность материала.

Теплопроводность, перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия составляющих его частиц. Приводит к выравниванию температуры тела. Обычно количество переносимой энергии, определяемое как плотность теплового потока, пропорционально градиенту температуры.

Первым и, пожалуй, главным материалом для «ватеров» является медь. Тягучий, вязкий металл светло-розового цвета, удельный вес которого составляет 8.9 г/см3. Температура плавления 1083 градуса Цельсия, теплопроводность ~395,4 Вт/м-1*K-1. В сухой атмосфере медь практически не изменяется. Во влажном воздухе на поверхности меди в присутствии углекислого газа образуется зеленоватая пленка состава Cu(OH)2·CuCO3. Так как в воздухе всегда имеются следы сернистого газа и сероводорода, то в составе поверхностной пленки на металлической меди обычно имеются и сернистые соединения меди. Эта пленка предотвращает металл от дальнейшего разрушения. При нагревании на воздухе медь тускнеет и в конце концов чернеет из-за образования на поверхности оксидного слоя. Сначала образуется оксид Cu2O, затем — оксид CuO.

Второй по популярности металл – это алюминий. Серебристо-белый металл, удельный вес которого составляет 2.7 г/см3. Температура плавления алюминия 658 градусов Цельсия. Теплопроводность ~205 Вт/ м-1*K-1 Алюминий — химически активный металл. На воздухе его поверхность мгновенно покрывается плотной пленкой оксида Al2О3, которая препятствует дальнейшему доступу кислорода к металлу и приводит к прекращению реакции, что обусловливает высокие антикоррозионные свойства алюминия. Хоть его теплопроводность уступает меди, он все равно используется в изготовлении ватерблоков. Вследствие своей дешевизны и легкости обработки.

Серебро, можно назвать третьим по популярности металлом, но только условно. «Ватеры» из него изготовляют только на заказ, в розничной продаже их нет. Итак, это мягкий и пластичный металл, удельный вес 10.5 г/см3, плавящийся при температуре 960 градусов Цельсия. Обладает большой теплопроводностью ~ 420 Вт/-1*K-1. При комнатной температуре не окисляется кислородом воздуха, при 170°C его поверхность покрывается пленкой Ag2O. При воздействии на серебро сероводорода, содержащегося в воздухе, или при соприкосновении с другими сернистыми соединениями, серебро покрывается темной пленкой сульфида серебра Ag2S.

Теоретически для производства ватерблоков можно применять сплавы металлов. Практически же применим только один сплав — СuSil «кусил». Этот сплав состоит из 72% серебра и 28% меди. Он обладает самой низкой среди сплавов медь-серебро температурой плавления, 779 градусов Цельсия. Что позволяет упростить его обработку по сравнению с чистой медью и серебром. Теплопроводность ~ 371 Вт/ м-1*K-1.

*Примечание: теплопроводности приводятся для чистых металлов не содержащих примесей при температуре 20 градусов Цельсия.

А что же в будущем?? В будущем скорее всего будут использоваться другие материалы, другие принципы работы. Если конечно все не перейдут на «фреонки». Где то читал про пирографит, там заявленная теплопроводность выше чем у меди в два раза и по физическим свойствам он легок в применении. Ну что ж оставим эксперименты практикам и продолжим дальше.

3. Области применения ватерблоков

Ватерблоки применяются, как один из главных конструктивных элементов СЖО.

СЖО (система жидкостного охлаждения) – это система, состоящая из нескольких конструктивных элементов, способная, посредством теплообмена с окружающей средой, забрать от нагреваемого элемента тепло и передать его этой среде. Такие системы имеют и как свои плюсы, так и минусы. Теплоносителем в данных конструкциях является жидкость.

Плюсы:

Минусы:

 

3.1 Процессорный ватерблок (CPU waterblock)

Пожалуй, это главный «ватер» системы. Первоначально системы водяного охлаждения задумывались для охлаждения процессора компьютера, позже, с увеличением потребляемых, а следовательно и выделяемых ватт тепла, их стали применять и на другие компоненты ПК.

Ватерблок с М-образным каналом с креплениями под 754 сокет

 

Это обычный ватерблок со змеевидным каналом, выполненный из меди.

Но не все теплосьемники делают по одному шаблону, есть и изготовленные специально для определенных целей и клиентов.

Ватерблок изготовленный под socket A, с множеством отверстий под крепления для различных мат. плат.

 

Это пример специально изготовленного ватера, сложной внутренней конструкции. Повторить такое дома без специального оборудование практически не возможно. Спецификация такого ватерблока заключается в параллельном расположении основанию дополнительных ребер по всему змеевидному спиральному каналу. Входной штуцер располагается именно над ядром процессора, что позволяет добиться более эффективного охлаждения кристалла.

·

Материал — медь

·

Схема канала – змеевидный, закрученный по спирали к нецнтру.

·

Размеры: длина 65 мм, ширина 55 мм, высота 15 мм, глубина канала 12 мм, высота ребер 6 мм.

·

Штуцера: внешний диаметр 8 мм, внутренний 6 мм

Далее пример закрытого ватерблока со змеевидным каналом и креплением под s754.

 

Крышка такого «ватера» выполнена из медной пластины, а не из оргстекла (подробнее о процессе изготовления ниже).

 

3.2 Ватерблок на северный мост материнской млаты (North Bridge waterblock)

В большинстве случаев, разгоняя тот или иной процессор, сталкиваешься с перегревом чипсета материнской платы. При увеличении штатной частоты шины, растет и температура на чипсете, для охлаждения последнего тоже есть специальные ватерблоки.

Ватерблок с змеевидным каналом и прозрачным корпусом

 

·

Материал – алюминий

·

Схема канала – змеевидный

·

Размеры: куб со сторонами 40 мм, и высотой 20 мм, толщина основания 4 мм.

·

Штуцера: штатный внутренний диаметр 10 мм. внешний 13 мм. высота 20 мм.

Ватерблок с М — образным каналом, идеально подходящий для материнских плат с «SLI» модификацией. Состоит из цельного не разборного корпуса (подробно об изготовлении ниже).

Ватерблок с внутренним «М» образным каналом

 

·

Материал – медь.

·

Схема канала – м-образный, внутренний.

·

Размеры: 40мм х 40мм х 10мм, толщина основания 2,5 мм.

·

Штуцера: штатный внутренний диаметр 8 мм. внешний 9.5 мм. высота 20 мм, выход штуцеров под 45°

 

3.3 Ватерблок для графического процессора (GPU waterblock).

Время летит вперед, и если раньше видеокартам, как и процессорам, хватало пассивного радиатора, то теперь, когда частоты чипов флагманских видеокарт сравнимы с частотами старых процессоров, не вольно задумываешься и о ватерблоке на GPU. Тем более что разогнанным платам просто необходимо наличие более лучшего охлаждения. Да и шум производимый кулером такой видеокарты сравним с шумом процессорного вентилятора, а иногда и больше.

В принципе «ватеры» для GPU по схеме каналов ни чем не отличаются от ватерблоков для NB. Тот же М — образный канал, только штуцера располагаются параллельно видеокарте.

Ватерблок для GPU с М-образным каналом

 

·

Материал: медь

·

Схема канала: Ш-образный

·

Размеры: 40х40х18 мм

·

Штуцера: В половину выфрезерованы, штатный диаметр 9,5 мм

Эти три типа ватерблоков (CPU, GPU, NB) являются основными для СЖО, в основном рынок ориентирован на их производство. И достать не представляет большого труда. Теперь же пройдемся по менее популярным, но не менее нужным теплообменникам, так сказать, «второстепенные» ватерблоки какие они бывают?

 

3.4 Ватерблоки для чипов памяти видеокарты

Не зря начну обзор с этих ватерблоков, они занимают промежуточное место между основными и «второстепенными». И вот, почему. Ватерблоки для чипов памяти могут выпускаться в двух модификациях: Сплошным большим «ватером», покрывающим всю плату, вместе с графическим процессором и чипами памяти, и отдельными блоками только для чипов. Выглядят они примерно так.

Ватерблок на память для видеокарты Geforce 6800 GT

 

Такие «ватеры» нужны, прежде всего, тем видеокартам, у которых было снято родное охлаждение, которое обычно покрывает весь текстолит. И если вы устанавливаете охлаждение на графический чип топовой карты, то позаботьтесь и об охлаждении памяти этой карты.

 

3.5 Ватерблоки для оперативной памяти

Еще одна специфическая разновидность теплообменников. Настоящий оверклокер, гоняясь за мегагерцами своего компа, обязательно будет разгонять и ОЗУ. Современная память как хорошо гонится, так хорошо и греется. А хороший разгон, как известно, в некоторой мере зависит от температуры разгоняемого элемента. Для этого существуют специальные «ватеры» на память.

Ватерблоки для ОЗУ

 

Такие ватерблоки подходят практически на любую современную материнскую плату. Они могут эффективно охлаждать, благодаря тому, что каждый чип памяти на ОЗУ имеет соприкосновение с «ватером», притом с двух сторон «плашки» памяти.

·

Материал – медь

·

Схема канала: Одноканальный – высота канала 10 мм, длина 118 мм, ширина 6 мм

·

Размеры: Длина 122 мм, ширина одной планки 8 мм, высота 15 мм.

·

Штуцера 9.5 мм, , высота 15 мм, расстояние между штуцерами идет с смещением.. Высота штуцера 13 мм

 

3.6 Ватерблоки на MOSFET

MOSFET (Metal-Oxyde-Semiconductor Field Effect Transistor)

— это мощные транзисторы, расположенные вокруг сокета материнской платы — так называемые мосфеты (-полевой транзистор со структурой Металл-Окисел-Полупроводник). Они то и отвечают за питание «сердца» компьютера — его процессора.

 

Так получается что после снятия процессорного кулера обдув пространства вокруг сокета прекращается. А цепи питания процессора иногда достигают 100 градусов Цельсия, что может привести к размягчению припоя на транзисторах и они просто отвалятся. В итоге материнская плата выйдет из строя. Если корпус компьютера хорошо вентилируется, то можно обойтись и без этого.

Ватерблоки на MOSFET

 

Перейдем теперь к трем последним типам ватерблоков.

 

3.7 Ватерблок на блок питания (БП)

Такие «ватеры» ставят в основном себе люди реально стремящиеся свести шум своего компа к нулю, потому как кроме ветродуев на БП и винте, корпусные вентиляторы я не беру, больше ничего не осталось. Конечно, есть возможность поставить их в низкооборотистый режим, но это чревато перегревом элементов БП и выходу его из строя. А что же греется в БП? Те радиаторы, которые находятся в блоке питания, прежде всего, остужают высоковольтные транзисторы и диодные сборки. Именно эти элементы и подвергаются нагреву, выделяя тепло. Но с установкой «ватера» в БП нужно быть аккуратным, ведь в современных брэндовых БП бывает стоит 2 кулера по 80 мм, или один 120 мм, и неспроста. Если блок питания сильно загружен, то лучше предусмотреть какой-нибуть обдув для трансформатора и силовых дросселей.

Наверное, это один из немногих ватерблоков про который можно сказать: «сколько умов, столько и решений». Модификаций их очень много, как в финансовом, так и в техническом аспекте данного вопроса.

 

 

 

Ватерблок для БП с внутренним каналом

 

«Трубчатый» ватерблок

 

 

3.8 Ватерблок для жесткого диска

Еще один вариант для эстетов. Если уж охлаждать, то охлаждать все!! Опять же главная причина охлаждения винтов, это отсутствие корпусных вентиляторов, которые хоть как-то, но обдувают корзины с жесткими дисками. Ну и все та же причина — шум, от кулеров на HDD. Конечно, от перегрева, винчестер вряд ли сгорит как процессор. Но срок службы его сократится ощутимо, так температура некоторых хардов может достигать 50 и выше градусов по Цельсию.

Ватерблоки на винты бывают двух типов: «боковые», располагаются по бокам и подходят, если у вас стоит несколько винтов в ряд. И обычные ватерблоки с внутренним змеевидным или U — образным каналом . Они рассчитаны для охлаждения одного или двух жестких дисков.

«Боковые» ватерблоки

 

Ватерблок с внутренним каналом

 

 

3.9 Ватерблоки для CD, DVD приводов.

На мой взгляд, это самые экзотические «ватеры». Эти элементы компьютерного железа, конечно, греются, но не сравнимо с другими компонентами ПК. По этому их охлаждение присуще истинным любителям СЖО.

4. Устройство ватерблоков.

Если основным параметром при изготовлении «ватеров» была теплопроводность, то вторым можно назвать схему внутреннего устройства. Условно можно выделить 3 типа ватерблоков по схеме устройства: «Змейка», «Пересекающиеся каналы», «Безканальные», «Штырьковые».

4.1 «Змейка»

Для изготовления применяется метод фрезерования. В свою очередь разделяется на два подтипа:

1) Спиралевидная.

2) M-образная или зигзагообразная (название зависит от количества витков).

Наибольшую эффективность здесь представляет канал, закрученный по спирали.

Ватерблок со спиралевидным каналом

 

Особенностью таких ватерблоков со спиралевидным каналом является то, что входной штуцер располагается в центре или близко к центру «ватера». Это способствует тому, что жидкость, максимально охлажденная, поступает на самый горячий участок теплообменника, расположенный над ядром процессора.

Здесь видно, что для улучшения соприкосновения жидкости с теплообменником, в нем были проделаны ребра по всей длине канала.

Зигзагообразные каналы отличаются расположением штуцеров по краям ватерблока. Бытует мнение, что такое расположение канала ухудшает охлаждение.

Зигзагообразный канал в 2 витка

 

M-образный канал

 

 

4.2 «Пересекающиеся каналы»

Основу составляют ватерблоки полученные методом сверления. Разделяются на одноканальные и двухканальные.

Схема сверления каналов

 

При изготовлении выполняется сверление каналов разного диаметра по торцам будущего «ватера». Затем отверстия заделывают заглушками.

 

4.3 Штырьковые ватерблоки.

 

Внутренняя часть основания данных ватерблоков, содержит множество симметричных выступающих неровностей. Это могут быть пирамидки, ромбики, и т.д.

Часто подобные ватерблоки называют игольчатыми.

Технология изготовления подобных теплосьемников может различаться, но как правило это перекрестные пропилы фрезой.

 

4.4 Безканальные ватерблоки

Пожалуй, самые легкие в изготовлении. Они не требуют спец. оборудования, и могут быть изготовлены в домашних условиях. При изготовлении сначала изготавливается медная или другая подложка, иногда с ребрами, иногда без. Далее сверху припаивается резервуар с выходящими наверх штуцерами. Если ребра не предусмотрены, то лучше поставить какую-нибуть перегородку, разделяющую входной и выходной штуцера.

5. Процесс изготовления ватерблоков

Процесс изготовления рассмотрим на примере ватерблоков компании R-Master.

Все ватерблоки изготавливаются методом сверления и фрезерования.

 

Ватерблок на процессор одноканальный, выполненный из алюминия.

В начале как и всегда при изготовлении любой вещи берется болванка определенных размеров. Далее с одного торца болванки высверливаются отверстия нужного диаметра.

В верхней части болванки высверливаются отверстия, соответствующие диаметру входного и выходного штуцера.

Далее со стороны торца, перпендикулярной малым каналам, делается одно отверстие большего диаметра.

В заключении после обработки отверстий, вытачиваются алюминиевые пробки и сажаются на герметик, для большей плотности.

Все места заделки тщательно зашлифовываются. В итоге получается вот такой ватерблок.

 

 

Закрытый М-образный ватерблок на процессор.

 

Этот «ватер» изготавливается методом фрезерования. В начале на медной болванке делается четкая разметка будущих каналов, от ровности разметки зависит качество полученного теплообменника.

Затем по разметке проходят фрезой, до получения заданной глубины.

Так как это цельный закрытый «ватер», то затем изготовляется цельная медная крышка, с впаянными штуцерами и креплениями.

После чего все это методом пайки приделывается к основанию.

В дальнейшем происходит зачистка и зашлифовка мест спайки и самого «ватера».

 

Ватерблок «змейка» для CPU

 

Вначале, как и всегда, берется алюминиевая болванка. В данном случае брусок.

Опять проводится разметка и выфрезеровывание каналов. После чего их зашлифовывают.

В этом ватерблоке крышка выполнена из 10 мм оргстекла, для нее вытачивают штуцера, нужного диаметра и нарезают резьбу.

После вкручивания штуцеров в крышку ее прикручивают винтами к основанию, при этом сажая на герметик.

 

Ватерблок с М-образным каналом для SLI систем

«Ватер» выполняется методом высверливания. В начале берется квадратная болванка, в которой проделываются 4 отверстия.

Далее с одной стороны делается срез под углом 45 градусов.

После этого отверстия соединяются попарно на глубину 10 мм.

Изготавливается плашка, с впаянными в нее штуцерами и припаивается к срезу под 45 градусов. Обратная сторона запаивается медной фольгой толщиной 0,5 мм.

 

Ватерблок – аналог Asetek WaterChill Antarctica.

Изготавливается методом фрезерования. В процессе на станке фрезой проходят по основанию «ватера» до получения каналов нужного размера. Пропилы в центре делают дисковой фрезой.

После этого из 10 мм оргстекла изготавливают крышку с отверстиями под 3 штуцера.

Штуцера вытачиваются разного размера.

После этого они вкручиваются с герметиком в крышку, а крышка прикручивается к основанию.

В комплекте такого «ватера» идет тройник.

 

Ватерблоки на оперативную память

Изготовляются фрезерованием. Берутся заготовки прямоугольной формы, в которых фрезой проходят канал, заданного размера.

На каждую плашку ОЗУ нужно по две таких заготовки. Штуцера вытачиваются обычно, а затем сфрезеровываются в половину диаметра.

Далее методом пайки все собирается воедино. Особенностью является то, что штуцера здесь идут со смещением.

6. Outro

В заключении хочется сказать, что в настоящее время все больше и больше людей предпочитают альтернативу воздошному охлаждению; будь то тепловые трубки, системы фазового перехода (фреонки), СЖО, сухой лед или жидкий азот.

Но по параметрам: цена, простота изготовления, эффективность, хорошая СЖО является одной из самых доступных систем охлаждения, как обычному пользователю, так и заядлому оверклокеру. Что касается ватерблоков: если вы стремитесь получить максимум от вашего железа, и максимум от СЖО, то старайтесь покупать уже готовые «ватеры» у компаний, которые профессионально этим занимаются. Если по фото, процесс изготовления показался вам простым, то вы ошибаетесь. Чтобы профессионально сделать любой ватерблок, нужен труд не одного и не двух людей. В этом процессе важно все, а особенно, точный расчет до миллиметров, и специальное оборудование без которого осуществить что-то подобное практитчески не возможно.

Благодарности

Выражаю благодарность за помощь в написании статьи следующим людям: Сергиенко Сергей Владимирович (DooM), Derby, Tomas.

Хорошая система стоит более 200$; возможность протечки у самодельных систем; перегрев других частей ПК, например MOSFET’ов; некоторые СЖО занимают много места. высокая производительность; возможность отвода тепла за пределы корпуса; бесшумность, шум хорошей помпы многим меньше шума нескольких кулеров; возможность установки на несколько охлаждающих элементов; многим нравится внешний вид.