Vapochill LightSpeed – Page 3

On retrouve toujours les mêmes éléments dans un système à refroidissement par changement de phase : un compresseur, un condenseur, un détendeur et un évaporateur.

Le compresseur

C’est le moteur du système. On peut le comparer à la pompe du watercooling. Son but est de faire circuler le fluide dans le circuit fermé pour assurer un remplissage constant de l’évaporateur. Suivant le reste des éléments, et surtout le capillaire, on aura une entrée de compresseur (succion vapeur) à environ 1 bar et une sortie à environ 12-15 bar. D’un côté, le compresseur va donc fortement aspirer dans l’évaporateur, ce qui a tendance à abaisser la température d’ébullition du liquide qui y arrive. De l’autre, la compression a pour but de faire grimper la température de condensation (transformation inverse de l’ébullition) pour que le fluide puisse redevenir liquide à la température ambiante environ. La compression va produire un échauffement important du gaz basse pression (BP) et du compresseur, tout comme la pompe à vélo qu’on actionne en bouchant sa sortie.

Le condenseur

C’est un radiateur placé juste après le compresseur. C’est lui qui va s’occuper, comme son nom l’indique, de faire condenser le gaz haute pression. Le gaz chaud rentre dans un environnement froid, donc il va céder sa chaleur au condenseur dont les ailettes sont ventilées pour améliorer l’efficacité du transfert thermique. Le gaz va voir sa température chuter, arriver à sa température de condensation et donc se transformer progressivement en liquide haute pression (HP). Toute la chaleur accumulée dans le circuit est évacuée par ce condenseur (travail de compression + chaleur absorbée à l’évaporateur) donc on atteint rapidement une grande puissance rejetée dans l’atmosphère.

Le détendeur

Il permet de faire baisser la pression du liquide HP (~12-15 bar) pour donner du liquide BP (~1 bar). Cette baisse de pression se fait au travers d’un très fin tube de cuivre, qu’on appelle « capillaire », dont le diamètre interne varie de 0,6 mm à 1 mm en général et qui induit une forte perte de charge à sa traversée. Comme la pression et la température sont intimement liés, le fluide va se refroidir en même temps que sa pression va diminuer. Il va passer de la température ambiante environ à une température de -30 °C à -60 °C en sortie de capillaire suivant la nature du gaz. Notons qu’en sortie du capillaire, il y a environ 20 % de vapeur et 80 % liquide, car elle réapparaît généralement lors de la descente en pression suivant les caractéristiques du système.

La longueur et le diamètre du capillaire doivent être calculés, car il y a une perte de charge optimale à trouver en fonction de la charge qu’on souhaite dissiper. S’il est vraiment trop court ou trop gros en diamètre, la différence de pression à ses extrémités diminue et on perd en efficacité en décalant trop les points d’ébullition et de condensation. S’il est vraiment trop long ou de trop faible diamètre, la différence de pression va être très grande, mais le débit du fluide sera trop faible pour remplir correctement l’évaporateur et tenir la charge imposée. Plus la charge à dissiper sera faible plus le capillaire pourra être long et inversement. On intercalera aussi un deshydrateur entre le condenseur et le capillaire pour absorber l’humidité résiduelle (bouchons ou formation d’acides avec l’huile du compresseur) et empêcher les éventuelles impuretés de boucher le capillaire.

L’évaporateur

C’est l’une des parties importantes puisqu’il s’agit de l’échangeur de chaleur que l’on pose sur le processeur. C’est dedans que le fluide à basse température, issu du capillaire, absorbe la chaleur des parois, ce qui provoque son ébullition. Le froid obtenu à l’évaporateur vient uniquement de la température glaciale du liquide, mais le transfert de puissance se fait grâce à l’ébullition et au déplacement de vapeur qu’elle entraine. C’est son efficacité qui va conditionner le réchauffement, plus ou moins important, de l’évaporateur en fonction de la puissance que dissipera le processeur. Cela implique d’avoir un débit de liquide froid suffisant et d’avoir un design interne suffisamment bien pensé pour déclencher une ébullition efficace. La vapeur à basse température résultante de la vaporisation sera aspirée de nouveau par le compresseur et le cycle recommence…

Le tout ensemble

Voici un schéma récapitulatif et explicite des différents états que prend le fluide tout au long du cycle. Les valeurs prises sont un peu arbitraires et les pertes de charges négligées.