공기가 항상 뜨거울 때 전자 장치를 식히는 방법

나는 몇 년 동안 광산에 일부 전기 장비를 배치하는 실험을 계획하고 있습니다. 장비가 광산 (깊이 770m)에 배치되는 경우 주변 온도는 지속적으로 약 45C입니다. 나는 이것을 확인해야하지만 그것이 상당히 습할 것이라고 상상한다.

특히 내가 사용할 장비에는 랩탑, 2 개의 고전압 (최대 2.5kV, 저 DC 전류) 광전자 증 배관 (전원 공급 장치가 의심 할 여지없이 막대한 양의 자체 열을 생성 함) 및 저전압이 포함됩니다. DAQ 보드.

문제는 광산에서 (또는 사막이나 고온 산업 환경에서 등가) 열이 주변 공기를 부채질하여 구성 요소를 냉각시키는 일반적인 방법을 의미한다는 것입니다. 또한 장비를 '미니 냉장고'에 넣는 것을 고려했지만 뒷면의 열교환기도 시원한 주변 공기에 의존하므로 곧 고장날 것입니다.

이 장비는 밀폐 된 상자에 보관되므로 전체 내부 볼륨을보다 프로세서 친화적 인 온도로 유지하기 위해이 사실을 활용할 수 있습니다. 그러나 솔직히 말해서 어디에서 시작해야할지 모르겠습니다.

솔직히 "어디에서 시작해야할지 모르겠다면"그런 사람을 찾으십시오. 실패 비용이 매우 높아서 실수를 실험하고 배우는 시간이 아닙니다. 이 것을 아는 사람을 찾으십시오. 당신은 그들의 어깨 너머로 살펴보고 다음에 전문가가 될 때 가능한 한 많은 욕심 많은 작업을 시도 할 수 있습니다. 나는 기본 원칙을 잘 이해하고 무언가를 얻을 수 있다고 생각합니다. 그러나 매우 높은 신뢰성을 위해서는 일반적으로 물리학에서만 추측 할 수없는 많은 지식과 경험이 있습니다. 나는 전문가가 없으면 적어도 가끔은 궁극적 인 디자인에 대해 질문하고 축복하기 위해 이것을 취하지 않을 것입니다. 따라서 전문가가 아닌 견해로는 다음과 같은 생각이 있습니다.

처음 45C는 그렇게 뜨겁지 않습니다. 세계의 여러 지역에서 여름 그늘 기온에 맞지 않는 113F입니다. 실험실 용도 나 기타 환경 제약 조건을 제외하고 일반 전자 기기는 45C 환경에서 작동하도록 설계되었을 것입니다. 생각 해봐 피닉스의 여름 햇살에 주차 된 자동차의 대시 보드에 휴대 전화를 남겨두면 작동하지 않는다고 비난하지 않을 것입니다. 물론 당신도 아마 자신을 다치게하지 않으면 그것을 붙잡을 수 없었을 것입니다. 그러나 피닉스에서 여름 중반 오후에 나무 그늘 아래 서 있다면 휴대 전화가 작동하지 않을 수 있습니다. 113F입니다.

둘째, 다른 두 가지 장점은이 45C가 매우 안정적이며 본질적으로 무한하다는 것입니다. 다시 말해, 여름이든 겨울이든 항상 45C입니다. 또한이 광산의 합리적인 크기의 "방"에 몇 kW를 버릴 수 있으며 여전히 45C입니다.

러셀이 지적한 것처럼 최고의 솔루션은 45C 환경에서 잘 작동하도록 사양을 지정하는 것입니다. 강제로 공기를 냉각하지 않고도 45C 주변을 볼 수 있도록 충분한 공간을 확보하십시오. 그렇게하면 코일 링이 고장날 때 발생하는 일에 대해 걱정할 필요가 없습니다. 다시 말하지만, 선반 전자 기어의 대부분은 이미 그 정도면 괜찮을 것입니다. 수명이 단축 될 수 있습니다. 일반적으로 10 년 동안 지속되는 양질의 물건을 얻으십시오.

정말로 냉방이 필요하다면, 나의 첫 무릎 저크 반응은 작은 방을 만들고 2 ~ 3 개의 에어컨을 넣는 것입니다. 하나의 에어컨에 방을 충분히 식힐 수있는 용량이 있는지 확인하십시오. 여러 개의 에어컨이 중복됩니다. 당신은 그것이 단지 몇 kW라고 말한 것 같습니다. 에어컨이 갈수록 작아집니다. 1kW는 시간당 3400BTU입니다. 또한 모든 마지막 품목이 냉각 될 필요가없는 것처럼 들리므로 필요한 전력 중 일부는 실내 밖으로 분산 될 수 있으며 에어컨 부하에 추가되지 않습니다. 113F는 그다지 뜨겁지 않으며 그러한 조건에서 작동하도록 의도 된 선반 에어컨이 확실히 있습니다. 방을 항상 냉각시키는 데 2 ​​개 또는 3 개의 장치가있는 것은 신뢰성을위한 것입니다. 그러나 이것은 전문가와 상담해야 할 영역입니다.

대답은 쉽지만 반드시 받아 들일 필요는 없습니다 :-).

• 냉각이 가장 쉬울 것입니다.

• 냉매가 다른 에어컨은 충분할 수 있습니다. HVAC 전문가가 조언 할 수 있습니다.

• 시스템 신뢰성과 장애에 대한 대응을 계획해야합니다. 이중화 페일 세이프가되어야합니까, 아니면 냉각 실패시 종료되어야합니다.

• 장비가 작동 할 최대 "로컬 주변"온도를 결정해야합니다.

• 허용 가능한 최대 환경 온도보다 높지 않은 지역 환경을 제공해야합니다.

• 필요한 온도가 45 ° C의 로컬 주변 온도보다 낮 으면 로컬 온도를 유지하기 위해 냉각을 제공해야합니다.

이 필요하지만 불가피한 요구 사항을 설정하면 두 가지 방법으로 해결할 수 있습니다.

취하다:

주변 온도는 45도를 초과하지 않습니다.

주변 = 광산 온도 = Ta.

국부 온도 = 장비 하우징 온도 = Tl

그런 다음

1 Ta (45C)에서 장비 작동 가능

또는

2 인클로저를 Tl로 냉각 할 수 있습니다.

장기 치료 및 관리 및 신뢰성이 덜 필요하므로 달성 할 수 있으면 1이 우수합니다. 50C (Ta + 5)에서 작동하는 장비를 찾으면 공기가 날아가고 매우 우수한 디자인으로 냉각을 제공 할 수 있습니다. Ta + 10에서 작동하는 능력 (55C가 더 좋고 TA + 15 또는 20이 더 좋습니다). 1C / W 등급의 히트 싱크는 상당히 인상적이기 때문에 Ta + 5에서는 1C / W 히트 싱크로 5W 만 소비하거나 Ta + 20에서는 20W 만 소멸시킬 수 있습니다. 실질적으로 약 10W 이상의 전력 손실이 필요한 경우 장비에서 "히트 파이프"전송을 사용하여 필요한만큼 히트 싱크를 크게 날릴 수 있습니다.

"노트북"을 언급했지만 컴퓨팅 요구를 충족하고 저전력 및 거친 환경 조건을 목표로하는 사용자 정의 장치가있을 수 있습니다. 궁극적으로 이러한 목적으로 설계된 장치는 표준 랩톱 + 많은 고통보다 저렴 할 수 있습니다.

예를 들어 사진 멀티 플라이어 튜브가 Ta 아래에서 작동해야하는 경우 냉각해야합니다.

냉각:

해당 환경에는 수많은 냉각 수단이 있습니다. 충분한 전력을 사용할 수있는 환경에서 가장 쉽고 간단하며 가장 높은 용량은 에어컨 전문가가 설계 한 냉매 유형 및 압력 / 충전 기능이있는 표준 "랭킨 사이클"에어컨 또는 냉장고 BUT입니다. 표준 선반 선반 장치에는 Thot = Ta = 45C에 최적 인 냉매가 없을 것 같지만,보다 적절한 냉매를 보충하는 것만으로는 충분하지 않습니다. 이것은 HVAC 전문가와 대화하는 것이 첫 번째 조치 중 하나 여야하는 매력적인 옵션입니다. 시작점에 대해서는 [1]을 참조하십시오.

스털링 쿨러 :

고효율 스털링 사이클 장비. 여러 공급 업체. Sunpower et al.

Coleman Stirling 캠핑 쿨러는 귀하의 요구를 직접 충족시킬 수 있습니다. 저렴한 펠티어 타입 쿨러와 혼동하지 마십시오. 이 제조업체 및 이와 유사한 스털링 사이클 장비 제조업체에 대한 참조를 제공 할 수 있습니다.

펠티어 :

전기 냉장실에 따라 그러나 제대로 수행. 펠티에 장치는 설명 된 환경에서 완전히 작동 할 수 있습니다. 10C 하락은 쉬우 며 20C 플러스는 가능합니다. 적절한 디자인이 필요합니다. 맞춤형 솔루션이 가장 좋습니다.

적절한 방열판, 실질적인 Ta 기류, 낮은 Tl 기류, Peltier 장치 + 전력 이상의 양이 필요합니다. 50W-100W 에너지 입력 용량의 펠티에 쿨러를 사용할 수 있습니다. 이들 각각은이 환경에서 5W-10W의 장비 부하를 식힐 것입니다. 의도적으로 TBD. 여러 Peltier 모듈이 필요를 충족시키는 데 사용됩니다.

증발. 물 ( "Swamp cooler")을 사용하는 증발 냉각기는 충분할 수 있으며 다른 유체를 사용하는 냉각기가 가능할 수 있습니다. 이 상황에서 적절하게 수행되면 에어컨에 접근합니다.

필요한 경우 더 ...

[1] 아마도 유용한 냉매 사이트 :

http://www.refrigerant-supply.com/

판매용 냉매 20 개! : http://r22.org/

https://refrigerantcompany.com/

http://www.refrigerants.com/

http://www.alpinehomeair.com/view.cfm?objID=F6F91969-85BD-4AFB-99C3-DA02AAF00074

열전 장치 (또는 열전 냉각기, 일명 TEC, 일명 펠티에 요소) 는 장치의 한 쪽에서 다른쪽으로 열 을 펌핑 하여 최대 60 ° C의 양쪽에서 온도 차이를 생성 할 수 있습니다. 한쪽을 30 ° C로 식히면 다른 쪽이 45 ° C 주변보다 훨씬 뜨거워 지므로 환경으로 열을 배출 할 수 있습니다. 강제 냉각 (팬)으로 인해 성능이 향상 될 수 있습니다.

상자 내부와 외부의 방열판 사이에 TEC가있는 소형 냉장고와 같은 것을 구성해야합니다. TEC의 크기 및 전력 소비는 대체해야하는 에너지의 양에 따라 달라집니다.

기본적으로 사용할 세 가지 "도구"가 있습니다.

1.) 열원에서 주변으로 열 저항을 낮추십시오.

2.) 발생 된 열을 낮추십시오.

3.) 더 낮은 "주변"온도;

전자 제품의 온도 = Te

주위 온도 = Ta

발열량 = P; 일반적으로 와트 (W)로 표시됩니다.

Te에서 Ta 로의 열 저항은 R이고; 일반적으로 (° C) / W로 표시됩니다.

Te = Ta + PR. 작성하는 또 다른 방법은 다음과 같습니다. Te-Ta = Delta T = PR

당신은 당신이 유지 해야하는 허용 테가 있습니다. (토론을 위해) 80C (176F)라고 가정 해 봅시다. 당신의 Ta는 45C입니다. 이는 델타 T가 80C-45C = 35C임을 의미합니다. ~ IF ~ 당신이 좋은 편안한 사무실을 가지고 있다면, Ta는 25C, 델타 T는 80C-25C = 55C입니다.

사무실의 경우 델타 T = PR = 55. 핫 광산의 경우 델타 T = PR = 35입니다.

따라서, 뜨거운 광산은 전자 제품 냉각을 어렵게만합니다 (불가능하지는 않습니다). 그것은 당신이 멋진 사무실에 대한 것의 약 2/3에 대한 열광 시나리오를 위해 R을 만들어야한다는 것을 의미합니다. 열전도도 및 / 또는 공기 흐름을 증가시켜이를 수행 할 수 있습니다.

내가하는 일은 아니지만 냉장 장치를 사용하여 상자 안에서 "주변"을 낮출 수도 있습니다. 예, 전원을 공급받을 수 있다면 작동합니다. 맥주를 차갑게 유지할 필요는 없습니다. 주변 온도를 45 ° C에서 20 ° C로 낮추면 랩탑이 튀는 것을 막을 수있을 정도로 충분해야합니다.

또한 랩톱을 신중하게 쇼핑하거나 시계를 언더 클로킹하여 P를 줄일 수도 있습니다. 데이터 로깅을 수행하는 경우 최신 FPS 비디오 게임을 재생할 수있는 GPU를 갖춘 최고 출력 쿼드 코어가 필요하지 않을 수 있습니다. 저전력으로 쇼핑하십시오.