Forum: PC Hard- und Software Verbesserte Wasserkühlung mit Unterdruck


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von Emilio F. (Firma: TF Bern) (eugenix)


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Hallo zusammen

Ich hatte eine Idee für eine Wasserkühlung und frage mich ob das so 
realisierbar/sinnvoll ist.
Die Idee: In einer  "normalen" Wasserkühlung wird der Druck mittels 
Vakuumpumpe auf etwa 0.3 Bar gesenkt, so dass das Wasser bereits bei ~70 
Grad Celsius verdampft. Beim verdampfen absorbiert das Wasser eine sehr 
grosse Menge an Energie in Form von Verdampfungsenthalpie. Diese muss 
natürlich über einen Radiator wieder abgegeben werden.

Übersehe ich hier irgendetwas?

Danke für alle Antworten.

von DNS (Gast)


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Sobald an irgendeiner Stelle im Kreislauf die Siedetemperatur erreicht 
wird, dehnt sich das Kühlmittel aus und deine Vakuumpumpe fängt an, 
Kühlmittel nach draussen zu befördern.

Übliche Kühlwasserschläuche sind vermutlich nicht unterdruckfest und 
ziehen sich zusammen.

von JensM (Gast)


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Macht jede Heatpipe so.

von Emilio F. (Firma: TF Bern) (eugenix)


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Die Vakuumpumpe muss ja nur am Anfang aktiviert sein. Das verdampfte 
Wasser kondensiert am Radiator wieder und senkt den Druck.

von DNS (Gast)


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Unter Umständen macht die Kühlwasserpumpe Probleme, wenn sie Wasserdampf 
fördern soll.

von DNS (Gast)


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Oder es bilden sich irgendwo im Kühlkreislauf Dampfblasen, die nicht 
mehr abtransportiert werden.

Der Unterdruck bleibt auch nur bestehen, solange die wärmste Stelle 
unter 70°C bleibt. Steigt die Temperatur, beispielsweise weil der 
Kondensator nicht ausreichened kühlt, dann steigt auch der Druck an.

Also physikalisch gesehen funktioniert das schon, aber aus technischer 
Sicht sind da unter Umständen ein paar Probleme zu lösen.

von DNS (Gast)


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Emilio F. schrieb:
> Die Vakuumpumpe muss ja nur am Anfang aktiviert sein. Das verdampfte
> Wasser kondensiert am Radiator wieder und senkt den Druck.

Das würde heissen, bei 70°C dürfen nur Wasser (sagen wir mal 50% des 
Volumens) und Wasserdampf (die restlichen 50%) im Kühlkreislauf sein. 
Wenn der Kühlkreislauf dann nur 20°C oder so hat, sinkt der Druck noch 
viel weiter, du hast praktisch ein Vakuum. Dein Kühlkreislauf muss das 
aushalten, sonst passiert das hier:
Youtube-Video "Soda Can Crusher - Cool Science Experiment"

von Interwebz (Gast)


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Also wenn das Wasser im Kreislauf annähernd 70°C hat, den das muß es um 
an der warmen Stelle den Aggregatzustand zu wechseln würde das bedeuten 
das man versucht mit heißen Wasser noch heißere Komponenten zu kühlen, 
oder?

Ein klassische Wasserkühlung tut doch am besten wenn das Wasser im 
Kreislauf, und damit alle angebundenen Komponenten möglichst kalt sind. 
Allein um die thermische Kapazität des Wassers auszunutzen.

von Harald W. (wilhelms)


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Interwebz schrieb:

> Ein klassische Wasserkühlung tut doch am besten wenn das Wasser im
> Kreislauf, und damit alle angebundenen Komponenten möglichst kalt sind.

Nicht unbedingt. Wenn die Temperatur unter ca. 20° sinkt, gibts
oft Probeme mit Kondensation. Bei Wasserkühlung kann man die
Leistung meist am besten steigern, wenn man schneller pumpt.

von Jim M. (turboj)


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Emilio F. schrieb:
> Übersehe ich hier irgendetwas?

Das ist dann keine WaKü mehr sondern eher ein Kühlschrank.

Das müsste man bei den Anschlüssen beachten (hartgelötete Kupferrohre 
statt PETG) und die Pumpe wäre verglichen zu einer D5 verdammt laut.

Heatpipe wurde hier schon genannt - das wäre die bessere Alternative. 
Die arbeitet i.d.R. auch nur mit Wasser aber braucht überhaupt keine 
Pumpe.

Eine 6-8mm dicke Heatpipe müsste ~100W abführen können. Es gibt PC 
Gehäuse die mitttels Heatpipes passiv kühlen - die sind aber verdammt 
teuer.

von c-hater (Gast)


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Interwebz schrieb:

> Also wenn das Wasser im Kreislauf annähernd 70°C hat, den das muß es um
> an der warmen Stelle den Aggregatzustand zu wechseln würde das bedeuten
> das man versucht mit heißen Wasser noch heißere Komponenten zu kühlen,
> oder?

Genau. Man kann aber dasselbe Prinzip auch mit anderen Medien mit 
geringerer Siedetemperatur verwenden oder bei Wasser bleiben, aber den 
Betriebsdruck weiter verringern.

> Ein klassische Wasserkühlung tut doch am besten wenn das Wasser im
> Kreislauf, und damit alle angebundenen Komponenten möglichst kalt sind.
> Allein um die thermische Kapazität des Wassers auszunutzen.

Der eine Trick bei der Verdampfungskühlung ist, dass man damit sehr viel 
mehr Wärme transportieren kann als es durch die Wärmekapazität einer 
Flüssigkeit möglich wäre.
Der andere Trick ist: man kann das ohne irgendeine Betriebspumpe 
realisieren.

Aber, wie andere bereits angemerkt haben: die Heatpipe wurde schon vor 
fast hundert Jahren erfunden...

Und heute kann man einfach eine fix und fertig kaufen, für recht kleines 
Geld...

von Bernd W. (berndwiebus) Benutzerseite


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Hallo Emilio.

Emilio F. schrieb:
> Hallo zusammen
>
> Ich hatte eine Idee für eine Wasserkühlung und frage mich ob das so
> realisierbar/sinnvoll ist.
> Die Idee: In einer  "normalen" Wasserkühlung wird der Druck mittels
> Vakuumpumpe auf etwa 0.3 Bar gesenkt, so dass das Wasser bereits bei ~70
> Grad Celsius verdampft. Beim verdampfen absorbiert das Wasser eine sehr
> grosse Menge an Energie in Form von Verdampfungsenthalpie. Diese muss
> natürlich über einen Radiator wieder abgegeben werden.

Das was Du vorhast nennt sich "Siedekühlung".


> Übersehe ich hier irgendetwas?

Eine Menge kleiner technologischer Detailprobleme. Siehe meine 
Vorschreiber. Du kannst allerdings in etwa die gleiche Wärmemenge 
abführen, wenn Du das ganze bei Normaldruck betreibst, nur auf einem 
30°C höheren Temperaturniveau.

Wenn das immer noch ausreichend ist, wäre die Umsetzung deutlich 
einfacher.

Noch etwas: Bei einer Siedekühlung dieser Form hast Du es immer mit zwei 
Medien zu tun: Flüssigkeit und Dampf. Gemischt ist das etwas 
problematisch zu zirkulieren. Du solltest das System so anlegen, dass 
nach Möglichkeit die Umwälzpumpe in einem Bereich liegt, wo immer 
Flüssigkeit sein sollte. Also unmittelbar nach dem Kühler vor eintritt 
in den Verdampfer.

Was bei Siedekühlung oft sehr gut funktioniert, ist natürliche 
Konvektion.
Setzt aber (meistens, ausser bei Heatpipes) voraus dass die Schwerkraft 
immer in die gleiche Richtung wirkt. Also auf den Kopf stellen oder auf 
die Seite legen führt zu sehr eingeschränkter Funktion der Kühlung.

Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic
http://www.l02.de

: Bearbeitet durch User
von Bernd W. (berndwiebus) Benutzerseite


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Hallo c-hater.

c-hater schrieb:

> Aber, wie andere bereits angemerkt haben: die Heatpipe wurde schon vor
> fast hundert Jahren erfunden...

Wenn Du dass Prinzip wie in alten Bäckereibacköfen*) der Ähnlichkeit 
halber unter "Heatpipes" einordnest, wohl deutlich über 150 Jahre. ;O)


*)Dickwandige verschlossene Eisenrohre mit teilweiser Wasserfüllung 
ragen schräg aus einer Feuerung in den Backraum. Im unteren Teil in der 
Feuerung siedet das Wasser, der Dampf steigt nach oben in den Bereich 
des Backraumes, kondensiert dort an der Rohrwandung und läuft die 
Schräge wieder hinunter in den Feuerungsbereich. Heatpipes haben statt 
Schräge und Schwerkraft die Kappillarwirkung.
Natürlich ist das ganze noch mit Sicherheitsventilen versehen.


Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic
http://www.l02.de

von foobar (Gast)


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Bewegte Luft kann den Unterdruck ersetzen.  Eine feuchte Oberfläche, die 
angeblasen wird, dürfte die gleiche Kühlleistung bringen.  Das Prinzip 
ist ja schon älter - nennt sich "Schwitzen" ;-)

von c-hater (Gast)


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foobar schrieb:

> Bewegte Luft kann den Unterdruck ersetzen.  Eine feuchte Oberfläche, die
> angeblasen wird, dürfte die gleiche Kühlleistung bringen.

...wenn sie groß genug ist.

Das aber genau ist typischerweise das Problem, was man bei der Kühlung 
von Elektronik hat: die Oberfläche der Wärmequelle ist sehr klein.

von Bürovorsteher (Gast)


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Anderes Kühlmittel mit mehr Transportkapazität? Galden® HT - Low 
Boilers?

von Peter D. (peda)


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Emilio F. schrieb:
> Beim verdampfen absorbiert das Wasser eine sehr
> grosse Menge an Energie in Form von Verdampfungsenthalpie.

Blöd nur, daß Gase (Dampf) sehr schlechte Wärmeleiter sind.
In Kraftwerken macht man es daher genau umgekehrt. Der Druck wird 
erhöht, damit das Wasser erst bei 300°C verdampft.

von Rene K. (xdraconix)


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Harald W. schrieb:
> Nicht unbedingt. Wenn die Temperatur unter ca. 20° sinkt, gibts
> oft Probeme mit Kondensation.

Aber sicherlich nicht bei einer gebräuchlichen Wasserkühlung. Denn die 
kann nicht unter die Umgebungstemperatur kühlen und somit auch kein 
Kondens.

von Sebastian L. (sebastian_l72)


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teoretisch physikalisch funktiniert das. Technisch bekommst du eine vor 
Ort gebaute Rohranlage nicht stabil unterdruckdicht.

Wie gross ist das? Wieviele kW bei welchen Temperaturen musst du 
wegkühlen?

Es gibt viele technische Kühlmittel. Danfoss bietet dir sogar eine App 
an das richtige Kühlmittel zu wählen.

von Emilio F. (Firma: TF Bern) (eugenix)


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Höchstens einige 100 Watt Verlustleistung. Es geht mehr um den spass an 
der Entwicklung als um die Sinnhaftigkeit.

von Sebastian S. (amateur)


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Eine "normale" Kühlung funktioniert in einem geschlossenen Kreislauf.
Egal ob mit Unterdruck oder Überdruck (KFZ) das Stichwort hierbei 
lautet: Geschlossen. Da soll ja nichts kochen.
Sollte es nämlich zum "Kochen" - egal bei welcher Temperatur - kommen, 
bekommt Deine Unterdruckerzeugung dicke "Backen".
Eine Heatpipe ist ein in sich geschlossenes System, bei dem explizit das 
Verdunsten, bei einer systembedingten Temperatur, zur Anwendung kommt. 
Geht aber nicht, wenn Du dem System nicht auch einen Bereich zum 
Kondensieren zur Verfügung stellst. Also genaugenommen ist das Ganze nur 
ein Wärmetransporter und kein Kühlsystem. Natürlich gibt es dieses auch 
zum Kaufen/Nachrüsten. Sonderwünsche sind dabei aber - im normalen 
monetären Bereich - nicht vorgesehen.
Aber wie auch immer. Dein System soll ja durch den Unterdruck (früheres 
Kochen) und der geringeren Systemtemperatur mehr Wärme abführen. In dem 
Moment, wo es aber kocht, ist der Unterdruck weg. Bleibt also nur noch 
die geringere Vorlauftemperatur über. Die wiederum ist aber nur ein 
Problem der Kühlleistung. Hier hat dann aber die Katze endgültig, ihren 
eigenen Schwanz, erreicht.

von Joggel E. (jetztnicht)


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> Blöd nur, daß Gase (Dampf) sehr schlechte Wärmeleiter sind.
In Kraftwerken macht man es daher genau umgekehrt. Der Druck wird
erhöht, damit das Wasser erst bei 300°C verdampft.

Du hast da was falsch verstanden. Dampf ist ein extrem guter 
Waermeleiter, Den wirst du mit mehr oder weniger gar nichts 
uebertreffen. Einer der Besten phononischen Waermeleiter (festkoerper) 
ist zB Diamant, besser als Metalle. Keine Chance. Und Wasser hat extrem 
gute Werte, besser wie Alkohole, Oele, usw.
Weshalb hat man bei Dampfturbinen eine hohe Betriebstemperatur ? Weil es 
sich um eine thermodynamische Maschine handelt, welche den hoechsten 
Wirkungsgrad bei der hoechsten Temperaturdifferenz hat.

Siedekuehlung hat mehr Transportkapazitaet wie Fluessigkuehlung. 
Vergleiche die Verdanpfungswaerme mit der (fluessig-)Waermekapazitaet 
mal DeltaT, pro Gewichtseinheit.
Wenn man den Siedekreislauf mit einem Kompressor versieht hat man eine 
Waermepumpe, bedeutet, die Kondensationstemperatur kann hoeher wie die 
Verdampfertemperatur sein. Wenn man das so will, resp haben muss ...

: Bearbeitet durch User
von Peter D. (peda)


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Joggel E. schrieb:
> Dampf ist ein extrem guter
> Waermeleiter

Nö, Dampf ist ein guter Wärmeisolator.
Z.B. kannst Du kurz in flüssigen Stickstoff fassen, der Dampf schützt 
Dich vor Erfrierung.
Du kannst auch mal einem Wassertropfen auf der heißen Herdplatte 
zuschauen, wie er ewig braucht zum Verkochen, da ihn die Dampfblase 
darunter gut isoliert.

Die Effekte in einer Heatpipe beruhen darauf, daß sie absolut dicht ist.
Einen großen Wasserkreislauf dicht zu bekommen, ist mit großem Aufwand 
verbunden.

von Sebastian S. (amateur)


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>Du hast da was falsch verstanden. Dampf ist ein extrem guter
>Waermeleiter
Das würde ich so nicht unterschreiben.
Beim Transport von Wärme spielt u. v. A. die Masse eine Rolle. Die aber 
ist beim Dampf nicht besonders hoch. Natürlich kann man mit der 
"Fließgeschwindigkeit" spielen, aber da ist auch bald Schluss.

von Εrnst B. (ernst)


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Peter D. schrieb:
> Die Effekte in einer Heatpipe beruhen darauf, daß sie absolut dicht ist.

Und vor allem darauf, dass das Kühlmedium auf der einen Seite verdampft 
und auf der anderen wieder kondensiert. Der "Wärmetransport" passiert 
dadurch hauptsächlich über die Verdampfungsenthalpie / 
Kondensationswärme. Deshalb ist dann die Wärmeleitfähigkeit oder 
-Kapazität der Kühlflüssigkeit, auch als Dampf, mehr oder weniger egal.

Dicht sein muss die Heatpipe, damit sich der (über Unterdruck) 
eingestellte Siedepunkt nicht verschiebt, und natürlich damit man kein 
Wasser nachfüllen muss...

d.H, falls der TE seine "normale Wasserkühlung" in eine große Heatpipe 
umbauen will, sollte er starre Rohre verwenden, ggfs. mit 
Glasfaser/Kupferwolle/... gefüllt für den Kapilareffekt, braucht dafür 
aber auch keine Wasserpumpe mehr und die Vakuumpumpe nur ab und an um 
"Vakuum nachzufüllen", wenn zuviel davon verlorengegangen ist.

von MaWin O. (mawin_original)


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In diesem Thread fühlt man sich in die Jahre um 2005 zurückversetzt. :)

von 2 Cent (Gast)


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Sebastian S. schrieb:
> Beim Transport von Wärme spielt u. v. A. die Masse eine Rolle. Die aber
> ist beim Dampf nicht besonders hoch.
Man nennt die Dinger nicht ohne Grund "thermische Supraleiter".

> Natürlich kann man mit der
> "Fließgeschwindigkeit" spielen, aber da ist auch bald Schluss.
Schallgeschwindigkeit setzt der Sache eine harte Grenze.


"Some heat pipes have demonstrated a heat flux of more than 23 kW/cm², 
about four times the heat flux through the surface of the sun
Quelle:
"https://en.wikipedia.org/wiki/Heat_pipe


Mit einer (in der Teeküche selbstgebauten Gravitationswärmerohr), Medium 
Wasser, Mantelmaterial handelsübliches 
(Heizungs-)Installationskupferrohr, sind beeindruckende 
Transportleistungen bei wenigen Kelvin differenztemperatur problemlos zu 
erreichen. BTDT als Experiment.



MaWi N. schrieb:
> In diesem Thread fühlt man sich in die Jahre um 2005 zurückversetzt. :)
LOL, ertappt. Ein damaliges Heizmonster (AMD-CPU) war mein Grund "mal 
eben schnell" eine pipe selber zu erbasteln :D
Ging nie als Produktivkühlung in Betrieb, zu gross war der gesamte 
Montageaufwand des reichlich schweren Konstuktes. Aber gelernt (und 
Dampfdruckkurven nicht nur verstanden, sondern auch kapiert) habe ich 
dabei mit vielen Tagen Spass; das wars Wert.

Lehrgeld: das zusammenlöten/verschliessen sollte besser nicht 
gleichzeitig mit dem Ausgasen des überschüssigen Wassers (zwecks 
Vakuumierung) in einem einzigen Arbeitsschritt erfolgen, weil:
-solche Schnappsideen zur Vereinfachung völlig ungeeignet sind
-Die Küchenwaage sich in den unmöglichsten Momenten selbst 
Auto-power-off
-Mit Überdruck auseinanderfliegende Kupferrohre, bei gleichzeitigem 
Heissdampfaustritt zu übelsten Unfällen (die meisten Unfälle passieren 
daheim in der Küche) führen können...

Sprichwort:
"Kinder und besoffene haben oftmals einen Schutzengel"
Da ist was wahres dran :D

von Joggel E. (jetztnicht)


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>>Natürlich kann man mit der "Fließgeschwindigkeit" spielen, aber da ist auch bald 
Schluss.
>Schallgeschwindigkeit setzt der Sache eine harte Grenze.

Die Waermeleiter mit der Schallgeschwindgkeit sind eine andere Klasse. 
Auch sehr effizient. Technologisch etwas anspruchsvoller wie Heatpipes, 
dafuer einsetzbar in Bereichen wo man nicht mit Kondensation arbeiten 
kann.

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