空気が常に熱いときに電子機器を冷却する方法

私は1年以上鉱山に電気機器を配置する実験を計画中です。機器が鉱山に置かれる場所（深度770m）では、周囲温度は常に約45℃になります。これを確認する必要がありますが、湿度もかなり高くなると思います。

具体的には、私が使用する機器には、ラップトップ、2つの高電圧（最大2.5kV、低DC電流）光電子増倍管（電源が間違いなくかなりの量の自身の熱を生成する）、および低電圧が含まれます。 DAQボード。

問題は、鉱山（または同等の砂漠や高温の工業環境）では、一定の熱がコンポーネントを冷却する通常の方法を意味します-周囲の空気を扇風機で扇風機にかけると、単純に機能しません。さらに、機器を「ミニ冷蔵庫」に入れることを検討しましたが、背面の熱交換器も冷たい外気に頼っているため、すぐに壊れてしまいます。

機器は密閉されたクレートに収納されるため、この事実を利用して、内部容積全体をよりプロセッサに適した温度に維持できる可能性があります。正直なところ、どこから始めればいいのかわかりません。

率直に言って、「どこから始めればよいかわからない」場合は、その人を雇ってください。失敗の代償は非常に高いように思えるので、今は実験して間違いから学ぶ時間ではありません。このことを知っている人を見つけてください。あなたは彼らの肩越しに見つめ、できるだけ多くの大げさな仕事をすることを試みることができるので、次回はあなたは専門家です。私は基本的な原則を十分に過小評価しており、何かを機能させることができると思います。ただし、非常に高い信頼性を得るには、通常、物理学だけでは推測できない多くの知識と経験があります。究極のデザインについて少なくとも時々質問をしたり祝福したりする専門家がいなければ、私はこれを自分では受け取らないでしょう。だから、専門家ではない見解から、ここにいくつかの考えがあります：

最初の45Cはそれほど暑くない。わずか113Fで、世界各地の夏の日陰の気温に対応できます。通常の電子機器は、特に実験室での使用やその他の環境上の制約がない限り、周囲温度45℃で動作するように設計されています。それについて考えてください。フェニックスの夏の太陽の下で駐車した車のダッシュボードに携帯電話を置いたままにしておけば、おそらくそれが機能しなかったとしても責任はないでしょう。もちろん、あなたもおそらく、自分を傷つけることなくそれを保持することはできませんでした。しかし、夏の午後半ばにフェニックスで木の陰の下で外に立っていた場合、携帯電話が機能しなかったとしたらおそらく腹が立つでしょう。それは113Fです。

第2に、他の2つの利点は、この45Cは信頼性が高く、本質的に無限であることです。つまり、夏でも冬でも、常に45℃です。また、この鉱山の適切なサイズの「部屋」に数kWを投入することもできますが、それでも45℃になります。

ラッセルも指摘したように、最善の解決策は、周囲温度45度で問題なく動作するように仕様を設定することです。45Cの周囲が見えるように十分に離してください。強制空冷は必要ありません。そうすれば、コイリングが壊れたときに何が起こるか心配する必要はありません。繰り返しになりますが、ほとんどの既製の電子ギアはすでに問題ありません。寿命が短くなる可能性があるので、ディレーティングしてください。通常数十年続く良質のものを入手してください。

本当に冷房が必要な場合、私の最初の急な反応は、小さな部屋を作り、その中に2〜3台のエアコンを置くことです。1つのエアコンが部屋を十分に冷やす能力があることを確認します。複数のエアコンは冗長性のためです。エアコンだと小さいので数kW程度だそうです。1 kWはわずか3400 BTU /時です。また、最後のすべてのアイテムを冷却する必要がないように聞こえるので、必要な電力の一部は部屋の外に放散される可能性があり、エアコンの負荷に追加されません。113Fはそれほど暑くなく、確かにそれらの条件下で動作するように意図された既製のエアコンがあります。常に部屋を冷やすために2つまたは3つのユニットがあることは信頼性のためです。しかし、これはあなたが本当に専門家に相談すべき領域です。

答えは簡単ですが、必ずしも受け入れられるわけではありません:-)。

• 冷却が最も簡単になります。

• 異なる冷媒を使用するエアコンで十分な場合があります-HVACの専門家がアドバイスできます。

• システムの信頼性と障害への対応を計画する必要があります。冗長フェールセーフである必要がありますか、それとも冷却障害でシャットダウンする必要がありますか？

• 機器が動作する最大の「ローカル周辺」温度を決定する必要があります。

• 「許容可能な最大環境温度よりも決して高くないローカル環境を提供する必要があります。

• 必要な温度がローカルの45℃未満の場合は、ローカルの温度を維持するために冷却を提供する必要があります。

この必要だが避けられない要件を確立したら、2つの方法でそれに対処できます。

想定：

周囲温度が45℃を超えることはありません。

周囲温度=地雷温度= Ta。

ローカル温度=機器の筐体温度= Tl

次にどちらか

1 Ta（45C）で装置を動作させることができます

または

2エンクロージャーをTlまで冷却できます。

1は、長期的なケアと管理および信頼性が低下するため、達成できれば優れています。50C（Ta + 5）で動作する機器を見つけることができれば、送風による冷却と非常に優れた設計を実現できます。Ta + 10で動作する能力（55Cがより優れ、TA + 15または20がより優れています）。1C /ワット定格のヒートシンクはかなり印象的になっているため、Ta + 5では、1C / Wヒートシンクで5ワット、またはTa + 20で20ワットしか散逸できません。実質的に約10ワットを超える散逸が必要な場合は、装置から離れた「ヒートパイプ」転送を使用できます。これにより、必要に応じて相当量の吹き出しヒートシンクを使用できます。

あなたは「ラップトップ」について言及しますが、コンピューティングのニーズを満たし、低電力で過酷な環境条件を目的としたカスタムデバイスがあることに気付くでしょう。結局、そのような目的に設計されたデバイスは、標準のラップトップよりも安く、多くの苦痛を伴うかもしれません。

たとえば、光電子増倍管をTaの下で実行する必要がある場合は、冷却する必要があります。

冷却：

その環境には多くの冷却手段があります。十分な電力が利用可能であれば、その環境でおそらく最も簡単で最も単純で最高の容量は、標準の「ランキンサイクル」エアコンまたは冷蔵庫ですが、エアコンの専門家によって設計された冷媒の種類と圧力/充填量を備えています。標準の既製のユニットにThot = Ta = 45Cに最適な冷媒が含まれている可能性は低いですが、より適切な冷媒を補充するだけで十分です。これは魅力的なオプションであり、HVACの専門家と話すことが最初のアクションの1つである必要があります。可能性のある開始点については、末尾の[1]を参照してください。

スターリングクーラー：

高効率スターリングサイクル装置。いくつかのサプライヤー。サンパワー他

コールマンスターリングキャンプクーラーは、ニーズに直接応えることができます。安価なペルチェ式クーラーと混同しないでください。これと同様のスターリングサイクル機器の製造元への参照を提供できます。

ペルチェ：

電気肌寒いビンに従ってしかし正しく行われました。ペルティエデバイスは、説明した環境で完全に適切に動作します。10Cドロップは簡単で、20Cプラスは可能です。適切な設計が必要です。カスタムソリューションが最適な場合があります。

適切なヒートシンク、かなりのTa気流、より低いTl気流、ペルティエデバイス+電源だけで十分です。50W-100Wのエネルギー入力容量のペルチェクーラーが利用可能です。これらのそれぞれは、この環境でおそらく5W〜10Wの機器負荷を冷却します。設計による未定。ニーズを満たすために、複数のペルチェモジュールが使用されています。

蒸発。水を使用する蒸発冷却器（「沼冷却器」）で十分であり、他の流体を使用する蒸発器でも可能です。これは、この状況で適切に行われると、エアコンに近づきます。

必要に応じてさらに...

[1]有用と思われる冷媒サイト：

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

販売中の20種類の冷媒！：http : //r22.org/

https://refrigerantcompany.com/

http://www.refrigerants.com/

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

熱電デバイス（または熱電クーラー、別名TEC、別名ペルチェ素子）は、デバイスの片側から反対側に熱を送り込み、多くの場合、最大60°Cの両側に温度差を生じさせることができます。片側を30°Cに冷却すると、反対側は45°Cの周囲よりも高温になるため、環境に熱を排出することができます。強制冷却（ファン）により、パフォーマンスが向上する場合があります。

（ミニ）冷蔵庫のようなものを構築する必要があります。ボックスの内側と外側のヒートシンク間にTECを配置します。TECのサイズと消費電力は、それらが置き換える必要のあるエネルギーの量に依存します。

基本的に、使用する3つの「ツール」があります。

1.）熱源から周囲への熱抵抗を下げます。

2.）発生する熱を下げます。

3.）「周囲」温度を下げる。

電子機器の温度= Te

周囲温度= Ta

発生熱= P; 通常はワット（W）で与えられます。

TeからTaへの熱抵抗はRです。通常は（℃）/ Wで与えられます。

Te = Ta + PR。別の書き方：Te-Ta = Delta T = PR

維持する必要がある許容できるTeがあります。（議論のために）80C（176F）だとしましょう。あなたのTaは45Cです。つまり、デルタTは80C-45C = 35Cです。〜IF〜快適なオフィスがあり、Taは25Cに等しく、デルタTは80C-25C = 55Cになります。

オフィスの場合、デルタT = PR =55。熱くなる鉱山の場合、デルタT = PR = 35。

ですから、ほら、鉱山が熱くなっただけで、電子機器を冷やすことが難しくなります（不可能ではない）。これは、ホット鉱山のシナリオではRを、クールなオフィスの場合の約2/3にする必要があることを意味します。これを行うには、熱伝導率や気流を増やします。

私がやろうとしていることではありませんが、冷蔵ユニットを使用してボックス内の「雰囲気」を下げることもできます。はい、あなたがそれに力を得ることができればそれはうまくいきます。それはあなたのビールを冷たく保つ必要はありません：周囲温度を45Cから20Cに下げることはあなたのラップトップが揚げないようにするのに十分なはずです。

ラップトップを注意深く購入したり、ラップトップをアンダークロックしたりすることで、Pを減らすこともできます。データロギングを行う場合、最新のFPSビデオゲームをプレイできるGPUを備えた最高の出力クアッドコアはおそらく必要ありません。低電力を購入します。