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Le Phase Change pour nos pc

Intro :

Quelques petites choses à savoir :

-Il faut savoir que un fluide frigorigène réagit en fonction de la température ambiante et de la pression
-Quand un fluide frigorigène s'évapore il crée du froid (suivant le gaz tout dépend du point d'ébullition)
-La pression du système ce mesure en Bar ou en Psi (1bar = 14,5psi)
-Il existe des dizaines de fluide frigorifique avec des propriétés très différentes...


Maintenant que nous avons fait ce petit point, nous pouvons embrayer sur les différents systèmes de refroidissement de l'overclockeur.  

Système simple étage (Waterchiller, Dod)

Tout d'abord pour comprendre comment un système simple étage fonctionne il faut regarder de plus près les composants qui le constituent

Nous avons donc :
- Le compresseur (sont rôle est de compresser le fluide frigorigène on peut le comparer à une pompe, une aspiration (BP=basse pression) et un refoulement (HP=Haute pression).
- Le condenseur (son rôle est d'abaisser la température du gaz sous pression et ainsi de pouvoir le liquéfier à température ambiante (il faut savoir que cette température de liquéfaction change pour tous les gazs elle est souvent donnée pour une pression de 12 bars)
-le déshydrateur (son rôle est d'enlever l'humidité qu'il peut rester dans le circuit, retirer l'acidité et aussi filtrer les particules de cuivre que l'on peut rencontrer dans le circuit)
-Le détendeur (souvent pour nos systèmes nous retrouvons le tube capillaire qui est un "fil" de cuivre qui a un diamètre interne très faible et en ajustant la longueur nous aurons plus ou moins de détente, on trouve aussi des détendeur thermostatique (TEV) mais nous resterons sur le tube capillaire pour la suite.)
-L'évaporateur (son rôle est d'assurer le contact sur le cpu c'est dans celui-ci que se crée la détente et l'évaporation du fluide frigorigène c'est la partie la plus froide du circuit. Il est toujours fabriqué en cuivre du fait de sa conduction thermique.)
-Le flexible (Comme son nom l'indique sont rôle est de donner un maximum de flexibilité et de facilité d'utilisation pour l'utilisateur.)

Maintenant nous allons pouvoir voir le fonctionnement étape par étape en suivant le schéma ci-dessous :

Nous partons du principe que nous utilisons du R22 (caractéristique : température de condensation à 12 bars : 24°c, et point d'ébullition à 1 bar : -41°c)
Il faut savoir qu'un circuit frigorifique est vide de toute air et est parfaitement étanche en pression.
 


Pour commencer avec l'explication du principe de fonctionnement d'un Dod avec ce schéma, nous avons le compresseur qui compresse (et oui) le gaz et qui l'envoi directement dans un condenseur à air qui permet de descendre la température du gaz compressé et de le liquéfier. Ensuite le liquide passe par le déshydrateur (sa pression est de ~12bars et sa température de 22°c) et arrive directement à notre tube capillaire (détendeur) qui du fait de sa longueur et de son diamètre généralement 0,8mm va abaisser la pression de 12@1bars (donc une température de -41°c pour le R22) et nous auront notre détente et par la même occasion production de froid dans l'évaporateur.
Arriver dans l'évaporateur le liquide qui est très froid va progressivement se vaporiser en récupérant la chaleur du cpu et être aspiré dans le flexible et retourner au compresseur et le R22 continuera son cycle.

Quelques photos :





Dod et Chiller home made by HS

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Système Multi-étages (Cascade)

Un système en Cascade n'est pas beaucoup plus dur à comprendre dans le fonctionnement qu'un simple DOD. Pour faire simple c'est comme si vous aviez 2 DOD en série avec un qui condense le gaz de l'autre.

Mais voyons ça plus en détail :

Tout d'abord il faut savoir que la cascade possède plusieurs étages souvent 2 chaque étage possède son compresseur et son gaz à la différence d'une autocascade. Et que ce qui fait la liaison entre les deux étages est le HX dont nous allons tout de suite essayer de comprendre le fonctionnement.

Schéma pratique du fonctionnement d'un HX à plaques :



Dans le HX, les deux gaz ne se rencontrent jamais, c'est un échange thermique qui est créé entre les parois et le gaz qu'elles touchent ainsi c'est le transfert de froid du gaz détendu (R22) qui va permettre de condensé le gaz du second étage (R23).

Et photo du même HX :



Pour l'explication nous allons nous référer au schéma ci-dessous et comme gaz nous prendrons du R22(caractéristique : température de condensation à 12 bars : 24°c, et point d'ébullition à 1 bar : -41°c)  et du R23 (caractéristique : température de condensation à 12 bars : -24°c, et point d'ébullition à 1 bar : -82°c).

Le premier étage sera rempli au R22 et le fonctionnement de celui-ci sera exactement le même que pour un système mono étage à savoir que l'évaporateur ici sera remplacé par le HX (échangeur) qui va permettre de pouvoir condenser le gaz du second étage (R23) qui demande une température de condensation négative (-24°c @ 12bars). Une fois la température de -41°c atteinte au niveau de l'échangeur on peut mettre en route le second étage, dans cette étage le condenseur sera joué par le HX pour pouvoir condensé le R23, une fois celui-ci condensé et sorti du HX il va continuer son chemin à travers le détendeur (Capillaire qui va ramener sa pression de 12bars@1bars suivant le réglage du détendeur) ce qui va permettre d'avoir une température d'à peu près -82°c à l'évaporateur. Une fois cela le R23 va passé par le flexible il sera a ce moment la dans une phase mi liquide mi gazeux et retournera au compresseur et recommencera son cycle. 



Quelques photos :





Ma Cascade au CO2 





Cascade de HS en cours de finition

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Système Mono étage Multi-fluides (Autocascade)

L'Autocascade est un système de refroidissement extrême assez complexe à mettre en œuvre, du fait de sa complexité de réalisation qui se situe au niveau de la charge en gaz qui est difficile à régler pour tenir une charge (un cpu) elle est très peu rependue chez les overclockers au profit des cascades conventionnelles.

La différence avec une cascade conventionnelle se situe au niveau du compresseur elle ne comporte pas deux mais un seul et unique compresseur et un mélange de gaz qui assure les températures très basses. En théorie, il est possible de réaliser des mélanges de 5 gaz mais en pratique il est très difficile d'en réaliser une fonctionnel avec seulement 2 gaz.

Pour l'explication, nous allons nous référer au schéma ci-dessous et comme gaz nous prendrons du R22 (caractéristiques : température de condensation à 12 bars : 24°c, et point d'ébullition à 1 bar : -41°c)  et du R23 (caractéristiques : température de condensation à 12 bars : -24°c, et point d'ébullition à 1 bar : -82°c).

Tout d'abord nous allons expliquer le fonctionnement du séparateur de phase, qui comme son nom l'indique permet de séparé les gaz.



Pour continuer sur le fonctionnement de l'autocascade

Le mélange de gaz (R22+R23) sort du condenseur avec d'une part le R22 en phase liquide et le R23 en phase gazeuse, quand il arrive dans le séparateur de phase sous l'effet de la gravité le R22 liquide tombe dans le fond et continu son cycle en allant vers le capillaire. Quand au R23 toujours sous l'effet de la gravité le gaz s'élève et rejoins le HX.

Pour revenir sur le principe du HX :



Pour le HX même explication que pour la cascade conventionnel.

Pour en revenir à l'autocascade une fois passé le HX le R22 qui est à la fois a l'état gazeux et liquide retourne directement au compresseur, quand au R23 il sort du HX liquide et continu son chemin dans le capillaire ou sa pression (détendeur) va être ramené @1bar(suivant le réglage du détendeur) et donc une température de à peu prés -82°c à l'évaporateur. Ensuite le R23 sortira de l'évaporateur, passera par le flexible et retournera au compresseur, se re-mélangera au R22 et le cycle pourra recommencer.
       



Quelques photos :







Exemple d'une autocascade de LukeXE : http://www.xtremesystems.org/forums/member.php?u=21415


Le mot de la fin :

Si vous trouvez qu'il manque ou qu'il faut modifier quelque chose n'hésiter surtout pas à le dire. Toutes les critiques sont bonne à prendre (dans la limite du raisonnable bien sur  )