Cách làm mát đồ điện tử khi không khí luôn nóng

Tôi đang trong quá trình lập kế hoạch cho một thí nghiệm liên quan đến việc đặt một số thiết bị điện trong mỏ từ một năm trở lên. Trường hợp thiết bị sẽ được đặt trong mỏ (độ sâu 770m), nhiệt độ trung bình sẽ liên tục xấp xỉ 45C. Tôi cần kiểm tra cái này nhưng tôi tưởng tượng nó cũng sẽ khá ẩm.

Cụ thể các thiết bị tôi sẽ sử dụng bao gồm: máy tính xách tay, hai ống nhân quang ảnh điện áp cao (lên đến 2,5kV, dòng điện một chiều thấp) (có nguồn cung cấp năng lượng chắc chắn tạo ra một lượng nhiệt đáng kể) và điện áp thấp Ban DAQ.

Vấn đề là ở mỏ (hoặc tương đương trong sa mạc hoặc một số môi trường công nghiệp nhiệt độ cao), nhiệt không đổi có nghĩa là phương pháp làm mát thông thường - bằng cách quạt không khí xung quanh chúng - đơn giản là không hoạt động. Hơn nữa, tôi đã cân nhắc việc đặt thiết bị vào 'tủ lạnh mini' nhưng bộ trao đổi nhiệt ở mặt sau cũng phụ thuộc vào không khí xung quanh mát mẻ nên sẽ sớm bị hỏng.

Thiết bị sẽ được đặt trong một thùng kín để có thể khai thác thực tế này để duy trì toàn bộ âm lượng bên trong ở nhiệt độ thân thiện với bộ xử lý hơn. Thành thật mà nói, tôi không biết bắt đầu từ đâu.

Thành thật mà nói, nếu bạn "không biết bắt đầu từ đâu", hãy nhờ ai đó làm điều đó. Nghe có vẻ như chi phí thất bại rất cao, vì vậy đây không phải là thời gian để thử nghiệm và học hỏi từ những sai lầm. Tìm ai đó biết những thứ này. Bạn có thể nhìn qua vai họ và cố gắng thực hiện càng nhiều công việc cằn nhằn càng tốt để lần sau bạn là chuyên gia. Tôi nghĩ rằng tôi đánh giá thấp các nguyên tắc cơ bản khá tốt và có thể làm cho một cái gì đó hoạt động. Tuy nhiên, để có độ tin cậy cao hơn, thường có nhiều truyền thuyết và kinh nghiệm mà bạn không thể đoán được từ vật lý. Tôi sẽ không tự mình làm điều này mà không có một chuyên gia ít nhất là hỏi những câu hỏi thỉnh thoảng và để ban phước cho thiết kế cuối cùng. Vì vậy, từ một quan điểm không chuyên gia, đây là một số suy nghĩ:

45C đầu tiên không quá nóng. Nó chỉ có 113F, không phù hợp với nhiệt độ không khí trong mùa hè ở nhiều nơi trên thế giới. Các thiết bị điện tử thông thường, trừ khi đặc biệt sử dụng trong phòng thí nghiệm hoặc các hạn chế về môi trường khác, sẽ được thiết kế để chạy ở nhiệt độ 45C. Hãy suy nghĩ về nó. Nếu bạn để điện thoại di động trên bảng điều khiển của ô tô đỗ dưới ánh mặt trời mùa hè ở Phoenix, có lẽ bạn sẽ không trách nó vì nó không hoạt động. Tất nhiên sau đó bạn có thể không thể giữ nó mà không làm tổn thương chính mình. Nhưng, nếu bạn đang đứng bên ngoài dưới bóng cây giữa buổi chiều mùa hè ở Phoenix, có lẽ bạn sẽ tức giận nếu điện thoại di động của bạn không hoạt động. Đó là 113F.

Thứ hai, hai ưu điểm khác mà bạn có là 45C này có độ tin cậy cao và về cơ bản là vô hạn. Nói cách khác, đó là 45C mọi lúc cho dù là mùa hè hay mùa đông trên bề mặt. Ngoài ra, bạn có thể đổ một vài kW vào một "phòng" kích thước hợp lý của mỏ này, và nó vẫn sẽ là 45C.

Vì vậy, giải pháp tốt nhất, như Russell cũng chỉ ra, là chỉ định mọi thứ để chúng chạy tốt ở nhiệt độ 45C. Không gian chúng đủ rộng để mỗi thứ nhìn thấy môi trường xung quanh 45C, chắc chắn mà không cần bất kỳ sự làm mát không khí cưỡng bức nào. Bằng cách đó, bạn không phải lo lắng về những gì xảy ra khi cuộn dây bị hỏng. Một lần nữa, hầu hết các thiết bị điện tử trên kệ sẽ ổn với điều đó. Trọn đời có thể đi xuống, vì thế. Nhận những thứ chất lượng tốt sẽ kéo dài 10 năm một cách bình thường.

Nếu bạn thực sự cần làm mát, phản ứng giật đầu gối đầu tiên của tôi là xây dựng một căn phòng nhỏ và đặt 2 hoặc 3 máy điều hòa không khí trong đó. Hãy chắc chắn rằng bất kỳ một điều hòa không khí có khả năng làm mát phòng đủ. Nhiều điều hòa không khí là để dự phòng. Bạn dường như nói rằng nó chỉ có một vài kW, nhỏ như máy điều hòa không khí đi. 1 kW chỉ 3400 BTU / giờ. Ngoài ra, có vẻ như mọi vật dụng cuối cùng không cần phải được làm mát, vì vậy một phần năng lượng bạn cần có thể được tiêu tan bên ngoài phòng và không thêm vào tải điều hòa. 113F không nóng lắm và chắc chắn có máy điều hòa không khí dự định làm việc trong những điều kiện đó. Có 2 hoặc 3 đơn vị luôn luôn làm mát phòng là đáng tin cậy. Tuy nhiên, đây là một lĩnh vực bạn thực sự nên tham khảo ý kiến ​​chuyên gia.

Câu trả lời rất dễ nhưng không nhất thiết phải chấp nhận :-).

• Làm mát sẽ dễ dàng nhất.

• Điều hòa không khí với chất làm lạnh khác nhau có thể đủ - các chuyên gia HVAC có thể khuyên.

• Độ tin cậy của hệ thống và phản ứng với thất bại phải được lên kế hoạch. Nó có cần phải dự phòng-failafe hay nên tắt nó khi thất bại làm mát.

• Bạn phải xác định nhiệt độ "môi trường xung quanh" tối đa mà thiết bị sẽ hoạt động.

• Bạn phải cung cấp một "môi trường địa phương không bao giờ nóng hơn nhiệt độ môi trường tối đa chấp nhận được.

• Nếu nhiệt độ cần thiết thấp hơn môi trường xung quanh 45 C, bạn PHẢI làm mát để duy trì nhiệt độ cục bộ.

Khi đã thiết lập yêu cầu cần thiết nhưng không thể tránh khỏi này, bạn có thể giải quyết nó theo hai cách.

Giả định:

Nhiệt độ môi trường không bao giờ> 45 C.

Môi trường xung quanh = nhiệt độ mỏ = Ta.

Nhiệt độ địa phương = thiết bị nhà ở temp = Tl

Rồi một trong hai

1 Bạn có thể làm cho thiết bị có thể hoạt động ở Ta (45C)

hoặc là

2 Bạn có thể cung cấp làm mát vỏ bọc cho Tl.

1 là vượt trội nếu bạn có thể đạt được nó vì nó liên quan đến việc chăm sóc và quản lý và độ tin cậy lâu dài. Nếu bạn có thể tìm thấy thiết bị chạy ở 50C (Ta + 5), bạn sẽ có thể cung cấp làm mát với không khí thổi và thiết kế rất tốt. Khả năng hoạt động ở Ta + 10 (55C sẽ tốt hơn và TA + 15 hoặc 20 vẫn tốt hơn). Tản nhiệt của xếp hạng 1C / watt đang trở nên khá ấn tượng vì vậy ở Ta + 5, bạn chỉ có thể tiêu tan 5 watt với tản nhiệt 1C / W hoặc 20 watt ở Ta + 20. Nếu bạn cần tản nhiệt đáng kể hơn 10 watt, bạn có thể sử dụng "ống dẫn nhiệt" ra khỏi thiết bị, sau đó cho phép tản nhiệt đáng kể theo yêu cầu.

Bạn đề cập đến "máy tính xách tay" nhưng có lẽ bạn sẽ thấy rằng có những thiết bị tùy chỉnh đáp ứng nhu cầu điện toán của bạn và nhằm vào điều kiện môi trường thấp và gồ ghề. Cuối cùng, một thiết bị được thiết kế có mục đích như vậy có thể rẻ hơn một máy tính xách tay tiêu chuẩn + nhiều nỗi đau.

Nếu ví dụ: ống nhân số ảnh của bạn PHẢI chạy ở dưới Ta thì bạn PHẢI làm mát chúng.

KẾT HỢP:

Có rất nhiều phương tiện làm mát trong môi trường đó. Công suất dễ dàng nhất và đơn giản nhất và cao nhất trong môi trường đó, cung cấp đủ năng lượng có sẵn, là một máy điều hòa không khí "chu trình Rankine" tiêu chuẩn NHƯNG với loại chất làm lạnh và áp suất / điền được thiết kế bởi một chuyên gia điều hòa không khí. Mặc dù tiêu chuẩn ngoài các đơn vị kệ không có khả năng có chất làm lạnh tối ưu cho Thot = Ta = 45C, rất có thể ít hơn một lần nạp lại với chất làm lạnh thích hợp hơn sẽ được yêu cầu. Đây là một lựa chọn hấp dẫn đến nỗi nói chuyện với chuyên gia HVAC nên là một trong những hành động đầu tiên của bạn. Xem [1] ở cuối cho một số điểm bắt đầu có khả năng.

Máy làm mát

Thiết bị chu trình Stirling hiệu quả cao. Một số nhà cung cấp. Sunpower et al.

Máy làm mát cắm trại Coleman Stirling có thể đáp ứng nhu cầu của bạn trực tiếp. KHÔNG được nhầm lẫn với các bộ làm mát loại Peltier rẻ hơn. Tôi có thể cung cấp tài liệu tham khảo cho các nhà sản xuất thiết bị chu trình Stirling tương tự này.

Peltier:

Theo thùng lạnh điện NHƯNG được thực hiện đúng. Các thiết bị Peltier có thể hoạt động hoàn toàn đầy đủ trong môi trường bạn mô tả. Giảm 10C là dễ dàng và 20C cộng là có thể làm được. Cần thiết kế phù hợp. Một giải pháp tùy chỉnh có thể là tốt nhất.

Cần ít hơn các tản nhiệt phù hợp, lưu lượng không khí Ta đáng kể, lưu lượng khí Tl thấp hơn, các thiết bị Peltier + công suất. Bộ làm mát Peltier công suất đầu vào năng lượng 50W - 100W có sẵn. Mỗi trong số này sẽ làm mát có lẽ 5W - 10W tải thiết bị trong môi trường này. TBD theo thiết kế. Nhiều mô-đun Peltier được sử dụng để đáp ứng nhu cầu.

Bay hơi. Một thiết bị làm mát bay hơi sử dụng nước ("Máy làm mát đầm lầy") CÓ THỂ đủ và một người sử dụng các chất lỏng khác sẽ có thể. Điều này tiếp cận một điều hòa không khí khi được thực hiện đúng trong bối cảnh này.

Thêm nếu cần ...

[1] Các trang web chất làm lạnh có thể hữu ích:

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

Cần bán 20 tủ lạnh! : http://r22.org/

https://refrigerantcompany.com/

http://www.refrigerants.com/

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

Các thiết bị nhiệt điện (hoặc máy làm mát nhiệt điện, hay còn gọi là TEC, hay còn gọi là các phần tử Peltier) bơm nhiệt từ một phía của thiết bị sang bên kia, thường có khả năng tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai bên lên đến 60 ° C. Nếu bạn để chúng nguội một bên đến 30 ° C thì bên kia sẽ nóng hơn nhiều so với nhiệt độ 45 ° C, vì vậy nó sẽ có thể thoát nhiệt ra môi trường. Làm mát cưỡng bức (quạt) có thể cải thiện hiệu suất.

Bạn sẽ phải xây dựng một cái gì đó giống như một tủ lạnh (mini), với các TEC giữa các khe tản nhiệt ở bên trong và bên ngoài hộp. Kích thước và mức tiêu thụ năng lượng của các TEC sẽ phụ thuộc vào lượng năng lượng mà chúng phải thay thế.

Về cơ bản, bạn có ba "công cụ" để sử dụng:

1.) Hạ điện trở nhiệt từ nguồn nhiệt của bạn xuống môi trường xung quanh;

2.) Hạ nhiệt sinh ra;

3.) Nhiệt độ "môi trường" thấp hơn;

Nhiệt độ của thiết bị điện tử = Te

Nhiệt độ môi trường = Ta

Nhiệt sinh ra = P; thường được đưa ra trong Watts (W).

Nhiệt điện trở từ Te đến Ta là R; thường được đưa ra trong (độ C) / W.

Te = Ta + PR. Một cách viết khác đó là: Te-Ta = Delta T = PR

Bạn có một Te cho phép bạn cần phải duy trì. Giả sử (để thảo luận), nó là 80C (176F). Ta của bạn là 45C. Điều đó có nghĩa là delta T của bạn là 80C - 45C = 35C. ~ NẾU ~ bạn đã có một văn phòng thoải mái, Ta sẽ bằng 25C và đồng bằng T của bạn sẽ là 80C - 25C = 55C.

Đối với một văn phòng, delta T = PR = 55. Đối với một mỏ nóng, delta T = PR = 35.

Vì vậy, bạn thấy, một mỏ nóng chỉ làm cho nó khó hơn (không phải là không thể) để làm mát thiết bị điện tử của bạn. Điều đó có nghĩa là bạn cần tạo R cho kịch bản mỏ nóng khoảng 2/3 so với văn phòng tuyệt vời. bạn có thể làm điều này bằng cách tăng độ dẫn nhiệt và / hoặc luồng không khí.

Không phải những gì tôi sẽ làm, nhưng bạn cũng có thể hạ "môi trường" trong hộp với một đơn vị làm lạnh. Vâng, nó sẽ hoạt động nếu bạn có thể có được sức mạnh cho nó. Không cần phải giữ bia của bạn lạnh: hạ thấp môi trường xung quanh từ 45C xuống 20C sẽ đủ để giữ cho máy tính xách tay của bạn không bị rán.

Bạn cũng CÓ THỂ giảm P, bằng cách mua sắm cẩn thận cho máy tính xách tay và / hoặc ép xung. Nếu bạn đang thực hiện ghi dữ liệu, có thể bạn không cần lõi tứ đầu ra cao nhất với GPU cho phép chơi các trò chơi video FPS mới nhất. Cửa hàng cho điện thấp.