Як охолодити електроніку, коли повітря завжди гаряче

Я в процесі планування експерименту, який передбачає розміщення якогось електричного обладнання в шахті на рік і більше. Там, де обладнання буде розміщено в шахті (770 м в глибину), температура навколишнього середовища постійно буде приблизно 45 ° С. Мені потрібно це перевірити, але я думаю, що це також буде досить вологим.

Зокрема, обладнання, яке я буду використовувати, включає: ноутбук, дві високовольтні (до 2,5 кВ, струм низького постійного струму) фото-множники (джерела живлення яких неоднозначно генерують значну кількість власного тепла) та низьковольтні Дошка DAQ.

Проблема полягає в тому, що в шахті (або рівнозначно в пустелі чи іншому високотемпературному промисловому середовищі) постійне тепло означає звичайний метод охолодження компонентів - шляхом роздуття навколишнього повітря над ними - просто не буде працювати. Крім того, я розглядав можливість поставити обладнання в «міні-холодильник», але теплообмінник на задній частині також покладається на прохолодне навколишнє повітря, щоб воно незабаром зламалося.

Обладнання буде розміщене в герметичній ящику, тому можливо використовувати цей факт, щоб підтримувати весь внутрішній об'єм при більш зручній для процесора температурі. Якщо чесно, то я не знаю, з чого почати.

Відверто кажучи, якщо ви "не знаєте, з чого почати", знайдіть когось, хто це робить. Здається, вартість відмови дуже висока, тому це не час експериментувати та вчитися на помилках. Знайдіть когось, хто знає цей матеріал. Ви можете зазирнути через їхнє плече і спробувати виконати якомога більше бурхливої ​​роботи, тому наступного разу ви будете експертом. Я думаю, що я досить добре розумію основні принципи і можу щось спрацювати. Однак для надзвичайно високої надійності зазвичай існує багато досвіду і досвіду, про який ви не здогадалися б лише з фізики. Я б не взяв цього на себе без експерта, щоб принаймні задавати час від часу питання і благословляти кінцевий дизайн. Отже, з неекспертного погляду, ось кілька думок:

Перший 45С не все так жарко. Це лише 113F, що не виходить за межі температури повітря в літній відтінок у різних куточках світу. Звичайні електронні пристрої, за винятком випадків, коли спеціально для використання в лабораторії чи інших екологічних обмежень, будуть розроблені для роботи при температурі навколишнього середовища 45С. Подумай над цим. Якщо ви залишили свій мобільний телефон на приладовій панелі свого автомобіля, припаркованого на літньому сонці у Феніксі, ви, мабуть, не звинувачували б його в тому, що він не працював. Звичайно, ви, мабуть, не змогли це втримати, не поранивши себе тоді. Але, якби ви стояли надворі під тінню дерева серед другого дня влітку в Феніксі, ви, мабуть, були б розлючені, якби ваш мобільний телефон не працював. Це 113F.

По-друге, дві інші ваші переваги - це те, що цей 45С є надійним і по суті нескінченним. Іншими словами, це 45С весь час, будь то літо чи зима на поверхні. Крім того, ви можете скинути кілька кВт у «кімнату» цієї шахти розумного розміру, і вона все одно буде 45С.

Таким чином, найкращим рішенням, як також зазначив Рассел, є специфікація речей, щоб вони нормально працювали при температурі 45 ° C. Розмістіть їх досить, щоб кожна річ бачила 45С навколишнього середовища, досконало, не потребуючи примусового повітряного охолодження. Таким чином, вам не потрібно турбуватися про те, що станеться, коли згортання руйнується. Знову ж таки, більшість електронних передач на полиці вже повинні бути добре. Життя може знизитись, так що вибачте. Отримайте якісні речі, які нормально повинні тривати 10 років.

Якщо вам дійсно потрібно охолодження, моя перша реакція на ривок коліна - це побудувати невелику кімнату і поставити в неї 2 або 3 кондиціонера. Переконайтеся, що будь-який кондиціонер має можливість достатньо охолодити приміщення. Кілька кондиціонерів призначені для надмірності. Ви, здається, говорите, що це лише кілька кВт, що мало, ніж кондиціонери. 1 кВт - це лише 3400 БТУ / годину. Крім того, це здається, що кожен останній предмет не потрібно охолоджувати, тому частина необхідної потужності може розсіюватися поза приміщення і не збільшувати навантаження кондиціонера. 113F не така спека, і, безумовно, не вистачає кондиціонерів, призначених для роботи в цих умовах. Якщо 2 або 3 одиниці завжди охолоджують приміщення, це надійність. Однак це напрямок, з яким ви дійсно повинні проконсультуватися з експертом.

Відповідь проста, але не обов'язково прийнятна :-).

• Охолодження буде найпростішим.

• Кондиціонер з різним холодоагентом може бути достатнім - можуть порадити фахівці з ОВК.

• Надійність системи та реагування на відмову потрібно планувати. Чи потрібно це бути надмірним-незахищеним чи він повинен закриватися при збої охолодження.

• Ви повинні визначити максимальну "місцеву" температуру навколишнього середовища, в якій буде працювати обладнання.

• Ви повинні забезпечити "місцеве середовище, яке ніколи не буде гарячішим за допустиму максимальну температуру навколишнього середовища.

• Якщо необхідна температура нижче місцевої температури 45 ° C, ОБОВ'ЯЗКОВО забезпечити охолодження для підтримки місцевої температури.

Встановивши цю необхідну, але неминучу вимогу, ви можете вирішити її двома способами.

Припустимо:

Температура навколишнього середовища ніколи не перевищує 45 ° С.

Навколишнє середовище = температура шахти = Та.

Місцева температура = температура корпусу обладнання = Tl

Тоді або

1 Ви можете зробити так, щоб обладнання працювало в Ta (45C)

або

2 Ви можете забезпечити охолодження корпусу до Tl.

1 є кращим, якщо ви можете досягти цього, оскільки він передбачає менш тривалий догляд та управління та надійність. Якщо ви зможете знайти обладнання, яке буде працювати при 50 ° C (Ta + 5), ви зможете забезпечити охолодження продутим повітрям і дуже хорошим дизайном. Можливість роботи на Та + 10 (55С було б краще, а ТА + 15 або 20 ще краще). Радіатор 1C / Watt стає досить вражаючим, тому при Ta + 5 ви можете розсіювати лише 5 Watt з радіатором 1C / W або 20 W у Ta + 20. Якщо вам потрібно значно більше, ніж приблизно 10 Вт розсіювання, ви можете використовувати передачу "теплової труби" подалі від обладнання, яке потім дозволяє настільки сильно підірвати тепловідводи, як потрібно.

Ви згадуєте про "ноутбук", але, ймовірно, виявите, що існують спеціальні пристрої, які відповідають вашим обчислювальним потребам і спрямовані на низьку потужність та жорсткі умови навколишнього середовища. Зрештою, такий призначений для цього пристрій може виявитися дешевшим, ніж у звичайного ноутбука + багато болю.

Якщо, наприклад, тюбики з множиною фотографій ОБОВ'ЯЗКОВО запускатимуться під Та, тоді ти ОБОВ'ЯЗКОВО охолодити їх.

Охолодження:

У цьому середовищі є численні засоби охолодження. Ймовірно, найпростіший і найпростіший і найвищий потенціал у цьому середовищі, за умови наявності достатньої потужності, це стандартний кондиціонер або холодильник "Ранкіновий цикл", АЛЕ з типом холодоагенту та тиском / наповненням, розробленим експертом з кондиціонування повітря. Незважаючи на те, що в стандартних відсіках на полицях навряд чи є холодоагенти, оптимальні для Thot = Ta = 45C, цілком ймовірно, що буде потрібно трохи більше, ніж заправка більш відповідним холодоагентом. Це настільки привабливий варіант, що спілкування з фахівцем з ВВКС має стати одним із ваших перших дій. Дивіться [1] в кінці деяких можливих вихідних точок.

Охолоджувач:

Високоефективне обладнання циклу Стірлінга. Кілька постачальників. Sunpower та ін.

Охолоджувальний кулер Coleman Stirling може безпосередньо відповідати вашим потребам. НЕ плутати з дешевшими кулерами типу Peltier. Я можу надати посилання на виробників цього та подібного циклового обладнання.

Пельтьє:

Відповідно до електричних холодних баків, але зроблено належним чином. Пристрої Peltier можуть повністю адекватно працювати в описаному вами середовищі. 10C крапля легка, а плюс 20C - можлива. Потребує належного дизайну. Спеціальне рішення може бути найкращим.

Потрібно трохи більше, ніж підходящі радіатори, значний потік повітря Ta, нижній потік повітря Tl, пристрої Peltier + потужність. Доступні охолоджувачі Peltier потужністю від 50 Вт до 100 Вт. Кожен із них охолодив би, можливо, 5 Вт - 10 Вт завантаження обладнання в цьому середовищі. TBD за конструкцією. Для задоволення потреби використовуються кілька модулів Peltier.

Випаровування. Охолоджувач випаровування з використанням води ("Болотний охолоджувач") МОЖЕ достатньо, і той, хто використовує інші рідини, зможе. Це підходить до кондиціонера при правильному виконанні в цьому контексті.

Більше, якщо потрібно ...

[1] Імовірно корисні сайти з холодоагентами:

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

Продаж 20 холодоагентів! : http://r22.org/

https://refrigerantcompany.com/

http://www.refrigerants.com/

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

Термоелектричні пристрої (або термоелектричні охолоджувачі, відомі також як TEC, відомі також як елементи Пельтьє) перекачують тепло з однієї сторони пристрою на іншу, часто здатні створювати перепади температур між обома сторонами до 60 ° C. Якщо дозволити їм охолонути одну сторону до 30 ° C, інша сторона буде набагато гарячішою, ніж навколишнє середовище 45 ° C, тому вона зможе відводити тепло навколишньому середовищу. Примусове охолодження (вентилятор) може підвищити продуктивність.

Вам доведеться сконструювати щось на кшталт (міні) холодильника, коли ТЕС між тепловідвідниками на внутрішній і зовнішній стороні коробки, відповідно. Розмір і енергоспоживання ТЕС будуть залежати від кількості енергії, яку вони мають витіснити.

У вас є три "інструменти" для використання:

1.) Знизити тепловий опір від джерела тепла до навколишнього;

2.) Знизити вироблене тепло;

3.) нижча "навколишня" температура;

Температура електроніки = Те

Температура навколишнього середовища = Ta

Тепло генерується = P; як правило, наведено у Вт (Вт).

Тепловий опір від Te до Ta становить R; типово задається в (градусах С) / Вт.

Te = Ta + PR. Ще один спосіб написання: Te-Ta = Delta T = PR

У вас є допустимий Te, який потрібно підтримувати. Скажімо (заради обговорення) це 80С (176F). Ваш Та - 45С. Це означає, що ваша дельта T становить 80C - 45C = 35C. ~ Якби у вас був гарний комфортний офіс, Ta дорівнювала б 25C, а ваша дельта T була б 80C - 25C = 55C.

Для офісу, дельта T = PR = 55. Для гарячої шахти, дельта T = PR = 35.

Отже, бачите, гаряча шахта лише ускладнює (не неможливо) охолодити електроніку. Це означає, що вам потрібно зробити R для сценарію гарячої шахти приблизно 2/3 того, що було б для класного офісу. це можна зробити за рахунок збільшення теплопровідності та / або потоку повітря.

Не те, що я б робив, але ви також можете опустити "навколишнє середовище" всередині коробки з холодильним пристроєм. Так, це спрацює, якщо ти зможеш до нього отримати силу. Це не повинно зберігати ваше пиво холодним: зниження температури з 45C до 20C повинно бути достатньо, щоб ваш ноутбук не смажився.

Ви також можете зменшити P, обережно купуючи ноутбук та / або розбираючи його. Якщо ви займаєтесь обробкою даних, вам, швидше за все, не потрібен чотирьохядерний диск з найвищим вихідним процесором, який дозволяє грати в найсвіжіші відеоігри FPS. Купуйте низьку потужність.