Cómo enfriar los componentes electrónicos cuando el aire está siempre caliente

Francamente, si "no sabes por dónde empezar", busca a alguien que lo haga. Parece que el costo del fracaso es muy alto, por lo que este no es el momento de experimentar y aprender de los errores. Encuentra a alguien que sepa esto. Puedes mirar por encima del hombro e intentar hacer el mayor trabajo posible para la próxima vez que seas el experto. Creo que entiendo muy bien los principios básicos y podría hacer que algo funcione. Sin embargo, para una confiabilidad extra alta, generalmente hay mucho conocimiento y experiencia que no se puede adivinar solo con la física. No me tomaría esto sin un experto para al menos formular preguntas ocasionales y bendecir el diseño final. Por lo tanto, desde un punto de vista no experto, he aquí algunos pensamientos:

El primer 45C no es tan caliente. Es solo 113F, que no está fuera de lugar para la temperatura del aire en verano en varias partes del mundo. Los dispositivos electrónicos comunes, a menos que sean específicamente para uso de laboratorio u otras limitaciones ambientales, se habrán diseñado para funcionar a 45 ° C a temperatura ambiente. Piénsalo. Si dejara su teléfono celular en el tablero de su automóvil estacionado bajo el sol del verano en Phoenix, probablemente no lo culparía por no trabajar. Por supuesto, probablemente tampoco podría sostenerlo sin lastimarse. Pero, si estuvieras parado afuera a la sombra de un árbol a media tarde en el verano en Phoenix, probablemente estarías enojado si tu teléfono celular no funcionara. Eso es 113F.

En segundo lugar, otras dos ventajas que tiene es que este 45C es altamente confiable y esencialmente infinito. En otras palabras, es 45C todo el tiempo, ya sea verano o invierno en la superficie. Además, puede descargar unos pocos kW en una "sala" de tamaño razonable de esta mina, y seguirá siendo 45C.

Así que la mejor solución, como también señaló Russell, es especificar las cosas para que funcionen bien a 45 ° C. Sepárelos lo suficiente como para que cada cosa vea el ambiente a 45 ° C, preferiblemente sin necesidad de enfriamiento por aire forzado. De esa manera, no tiene que preocuparse por lo que sucede cuando se rompe la bobina. Una vez más, la mayoría de los equipos electrónicos de la plataforma ya deberían estar bien con eso. La vida puede bajar, por lo tanto, derir. Obtenga material de buena calidad que normalmente debería durar 10 años.

Si realmente necesita enfriamiento, mi primera reacción es construir una habitación pequeña y colocar 2 o 3 aparatos de aire acondicionado en ella. Asegúrese de que cualquier acondicionador de aire tenga la capacidad de enfriar la habitación lo suficiente. Los acondicionadores de aire múltiples son para redundancia. Parece que dice que solo son unos pocos kW, lo que es pequeño como lo hacen los acondicionadores de aire. 1 kW es solo 3400 BTU / hora. Además, parece que no es necesario enfriar hasta el último elemento, por lo que parte de la energía que necesita se puede disipar fuera de la habitación y no se agrega a la carga del aire acondicionado. 113F no es tan caliente y ciertamente hay acondicionadores de aire para estantes destinados a funcionar en esas condiciones. Tener 2 o 3 unidades siempre enfriando la habitación es por confiabilidad. Sin embargo, esta es un área en la que realmente debería consultar a un experto.

La respuesta es fácil pero no necesariamente aceptable :-).

• El enfriamiento será más fácil.

• El aire acondicionado con refrigerante diferente puede ser suficiente; los expertos en climatización pueden aconsejarlo.

• Se debe planificar la confiabilidad del sistema y la respuesta al fallo. ¿Tiene que ser redundante, a prueba de fallas o debe apagarse si falla la refrigeración?

• Debe determinar la temperatura máxima "ambiente local" en la que trabajará el equipo.

• Debe proporcionar un "entorno local que nunca esté más caliente que la temperatura ambiental máxima aceptable.

• Si la temperatura necesaria está por debajo del ambiente local de 45 C, DEBE proporcionar refrigeración para mantener la temperatura local.

Habiendo establecido este requisito necesario pero inevitable, puede abordarlo de dos maneras.

Supongamos:

La temperatura ambiente nunca es > 45 C.

Ambiente = temperatura de la mina = Ta.

Temperatura local = temperatura de la carcasa del equipo = Tl

Entonces cualquiera de los dos

1 Puede hacer que el equipo pueda funcionar en Ta (45C)

o

2 Puede proporcionar enfriamiento de un gabinete a Tl.

1 es superior si puede lograrlo, ya que implica menos cuidados y administración a largo plazo y confiabilidad. Si puede encontrar equipos que funcionen a 50 ° C (Ta + 5), podrá proporcionar enfriamiento con aire soplado y un diseño muy bueno. Capacidad para operar en Ta + 10 (55C sería mejor y TA + 15 o 20 aún mejor). Los disipadores de calor de 1C / Watt se están volviendo bastante impresionantes, por lo que en Ta + 5 solo se pueden disipar 5 Watt con un disipador térmico de 1C / W o 20 Watt en Ta + 20. Si necesita sustancialmente más de aproximadamente 10 vatios de disipación, puede usar la transferencia de la "tubería de calor" lejos del equipo, lo que permite una mayor cantidad de disipadores de calor, según sea necesario.

Menciona "una computadora portátil", pero probablemente encontrará que hay dispositivos personalizados que satisfacen sus necesidades informáticas y que están orientados a la baja potencia y condiciones ambientales adversas. En última instancia, un dispositivo diseñado para este propósito puede ser más barato que una computadora portátil estándar + mucho dolor.

Si, por ejemplo, sus tubos multiplicadores de foto DEBEN correr debajo de Ta, entonces DEBE enfriarlos.

ENFRIAMIENTO:

Hay numerosos medios de enfriamiento en ese entorno. La capacidad más fácil y más simple y más probable en ese entorno, siempre que haya suficiente energía disponible, es un acondicionador de aire o refrigerador estándar de "ciclo Rankine" PERO con el tipo de refrigerante y las presiones / llenado diseñados por un experto en aire acondicionado. Si bien es poco probable que las unidades estándar disponibles tengan refrigerantes que sean óptimos para Thot = Ta = 45C, es muy probable que se requiera poco más que una recarga con un refrigerante más apropiado. Esta es una opción tan atractiva que hablar con un experto en HVAC debería ser una de sus primeras acciones. Consulte [1] al final para conocer algunos puntos de partida posibles.

Enfriador Stirling:

Equipos de ciclo Stirling de alta eficiencia. Varios proveedores. Sunpower et al.

El enfriador de camping Coleman Stirling puede satisfacer sus necesidades directamente. NO debe confundirse con los enfriadores de tipo Peltier más baratos. Puedo proporcionar referencias a los fabricantes de este y otros equipos de ciclo Stirling similares.

Peltier:

Según los contenedores de frío eléctrico PERO hecho correctamente. Los dispositivos Peltier pueden funcionar completamente adecuadamente en el entorno que usted describe. La caída de 10C es fácil y 20C plus es factible. Necesita diseño adecuado. Una solución personalizada puede ser la mejor.

Necesita poco más que disipadores de calor adecuados, flujo de aire Ta considerable, flujo de aire Tl inferior, dispositivos Peltier + alimentación. Hay disponibles enfriadores Peltier de 50W - 100W de capacidad de entrada de energía. Cada uno de estos enfriaría quizás 5W - 10W de carga de equipo en este entorno. TBD por diseño. Se utilizan múltiples módulos Peltier para satisfacer las necesidades.

Evaporativo. Un enfriador evaporatove con agua ("enfriador de pantano") PUEDE ser suficiente y uno que use otros fluidos podrá hacerlo. Esto se acerca a un acondicionador de aire cuando se realiza correctamente en este contexto.

Más si es necesario ...

[1] Sitios probables de refrigerantes útiles:

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20 refrigerantes en venta! : enlace

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Dispositivos termoeléctricos (o refrigeradores termoeléctricos, también conocidos como TECs, también conocidos como elementos Peltier) calor de la bomba de un lado del dispositivo al otro, a menudo capaces de crear diferencias de temperatura entre ambos lados de Hasta 60 ° C. Si deja que se enfríen de un lado a 30 ° C, el otro lado estará mucho más caliente que el ambiente a 45 ° C, por lo que podrá drenar el calor al medio ambiente. El enfriamiento forzado (ventilador) puede mejorar el rendimiento.

Tendrás que construir algo como un (mini) refrigerador, con los TEC entre los disipadores de calor dentro y fuera de la caja, resp. El tamaño y el consumo de energía de los TEC dependerán de la cantidad de energía que tengan que desplazar.

Básicamente tienes tres "herramientas" para usar:

1.) Reduzca la resistencia térmica de su fuente de calor a ambiente;

2.) Baje el calor generado;

3.) Baje la temperatura "ambiente";

Temperatura de la electrónica = Te

Temperatura ambiente = Ta

Calor generado = P; Normalmente se da en vatios (W).

La resistencia térmica de Te a Ta es R; típicamente dado en (grados C) / W.

Te = Ta + PR. Otra forma de escribir que es: Te-Ta = Delta T = PR

Tienes un Te permitido que necesitas mantener. Digamos (por el bien de la discusión) que es 80C (176F). Su Ta es 45C. Eso significa que su delta T es 80C - 45C = 35C. ~ SI ~ tenía una oficina cómoda y agradable, Ta sería igual a 25C, y su delta T sería 80C - 25C = 55C.

Para una oficina, delta T = PR = 55. Para una mina caliente, delta T = PR = 35.

Entonces, verás, una mina caliente solo hace que sea más difícil (no imposible) enfriar tus aparatos electrónicos. Significa que necesitas hacer R para el escenario de la mina caliente aproximadamente 2/3 de lo que sería para la oficina genial. puede hacerlo aumentando la conductividad térmica y / o el flujo de aire.

No es lo que haría, pero también podría reducir el "ambiente" dentro de la caja con una unidad de refrigeración. Sí, funcionará si puedes darle poder. No tiene que mantener la cerveza fría: bajar el ambiente de 45 ° C a 20 ° C debería ser suficiente para que su computadora portátil no se fríe.

También PUEDE reducir la P, comprando con cuidado la computadora portátil y / o desbloqueandola. Si está realizando el registro de datos, es probable que no necesite el quad core de mayor rendimiento con una GPU que le permita jugar a los últimos videojuegos FPS. Compra de baja potencia.