Cara mendinginkan elektronik saat udaranya selalu panas

Saya sedang dalam proses merencanakan eksperimen yang melibatkan penempatan beberapa peralatan listrik di tambang selama satu tahun atau lebih. Di mana peralatan akan ditempatkan di tambang (kedalaman 770m,), suhu normal akan terus-menerus sekitar 45C. Saya perlu memeriksa ini tetapi saya membayangkan itu juga akan cukup lembab.

Khususnya peralatan yang akan saya gunakan meliputi: laptop, dua tabung pengganda foto bertegangan tinggi (hingga 2.5kV, arus DC rendah) (yang catu dayanya pasti menghasilkan sejumlah besar panasnya sendiri), dan tegangan rendah Papan DAQ.

Masalahnya adalah bahwa di tambang (atau ekuivalen di padang pasir atau lingkungan industri bersuhu tinggi) panas konstan berarti metode normal komponen pendingin - dengan mengipasi udara sekitar di atasnya - tidak akan bekerja. Selain itu, saya telah mempertimbangkan untuk meletakkan peralatan di 'kulkas mini' tetapi penukar panas di bagian belakang juga bergantung pada udara sekitar yang dingin sehingga akan segera pecah.

Peralatan akan ditempatkan di dalam peti yang tertutup rapat sehingga dimungkinkan untuk mengeksploitasi fakta ini untuk menjaga seluruh volume bagian dalam pada suhu yang lebih bersahabat dengan prosesor. Sejujurnya, saya tidak tahu harus mulai dari mana.

Terus terang, jika Anda "tidak tahu harus mulai dari mana", dapatkan seseorang yang melakukannya. Sepertinya biaya kegagalannya sangat tinggi, jadi ini bukan saatnya untuk bereksperimen dan belajar dari kesalahan. Temukan seseorang yang mengetahui hal ini. Anda dapat melihat dari balik bahu mereka dan mencoba melakukan sebanyak mungkin pekerjaan kasar sehingga lain kali Anda adalah ahlinya. Saya pikir saya telah memahami prinsip-prinsip dasar dengan cukup baik dan dapat membuat sesuatu bekerja. Namun, untuk keandalan ekstra tinggi biasanya ada banyak pengetahuan dan pengalaman yang tidak akan Anda tebak hanya dari fisika. Saya tidak akan mengambil ini pada diri saya sendiri tanpa seorang ahli untuk setidaknya mengajukan pertanyaan sesekali dan untuk memberkati desain utama. Jadi dari sudut pandang non-pakar, berikut adalah beberapa pemikiran:

45C pertama tidak terlalu panas. Hanya 113F, yang tidak keluar dari garis untuk suhu udara naungan musim panas di berbagai belahan dunia. Gadget elektronik biasa, kecuali khusus untuk penggunaan laboratorium atau kendala lingkungan lainnya, akan dirancang untuk berjalan pada suhu 45C. Pikirkan tentang itu. Jika Anda meninggalkan ponsel Anda di dasbor mobil yang diparkir di bawah sinar matahari musim panas di Phoenix, Anda mungkin tidak akan menyalahkannya karena tidak bekerja. Tentu saja Anda mungkin tidak bisa menahannya tanpa menyakiti diri sendiri. Tetapi, jika Anda berdiri di luar di bawah pohon di sore hari di musim panas di Phoenix, Anda mungkin akan kesal jika ponsel Anda tidak berfungsi. Itu 113F.

Kedua, dua keuntungan lain yang Anda miliki adalah bahwa 45C ini sangat andal, dan pada dasarnya tak terbatas. Dengan kata lain, suhu 45C sepanjang waktu baik musim panas atau musim dingin di permukaan. Selain itu, Anda dapat membuang beberapa kW ke "ruang" ukuran yang wajar dari tambang ini, dan masih akan mencapai 45C.

Jadi solusi terbaik, seperti Russell juga tunjukkan, adalah untuk menentukan hal-hal sehingga mereka berjalan dengan baik di lingkungan 45C. Tempatkan mereka cukup sehingga setiap hal melihat ambient 45C, lebih baik tanpa perlu pendingin udara paksa. Dengan begitu Anda tidak perlu khawatir tentang apa yang terjadi ketika lilitan putus. Sekali lagi, sebagian besar peralatan elektronik rak sudah baik-baik saja dengan itu. Seumur hidup mungkin turun, jadi turunkan. Dapatkan barang berkualitas bagus yang seharusnya bisa bertahan 10 tahun.

Jika Anda benar-benar membutuhkan pendinginan, reaksi brengsek lutut pertama saya adalah membangun sebuah ruangan kecil dan meletakkan 2 atau 3 AC di dalamnya. Pastikan satu AC memiliki kapasitas untuk mendinginkan ruangan secukupnya. Beberapa AC untuk redundansi. Anda sepertinya mengatakan itu hanya beberapa kW, yang kecil seperti AC. 1 kW hanya 3400 BTU / jam. Selain itu, sepertinya setiap item terakhir tidak perlu didinginkan, sehingga sebagian daya yang Anda butuhkan dapat dihilangkan di luar ruangan dan tidak menambah beban AC. 113F tidak begitu panas dan pasti ada pendingin udara yang dimaksudkan untuk bekerja di bawah kondisi itu. Memiliki 2 atau 3 unit yang selalu mendinginkan ruangan adalah untuk keandalan. Namun, ini adalah area yang Anda harus berkonsultasi dengan seorang ahli.

Jawabannya mudah tetapi tidak selalu dapat diterima :-).

• Pendinginan akan lebih mudah.

• AC dengan refrigeran yang berbeda mungkin cukup - ahli HVAC dapat menyarankan.

• Keandalan sistem dan respons terhadap kegagalan harus direncanakan. Apakah perlu redundant-failafe atau harus dimatikan karena kegagalan pendinginan.

• Anda harus menentukan suhu "ambient lokal" maksimum tempat peralatan akan bekerja.

• Anda harus menyediakan "lingkungan lokal yang tidak pernah lebih panas dari suhu lingkungan maksimum yang dapat diterima.

• Jika suhu yang diperlukan di bawah suhu lokal 45 C Anda HARUS memberikan pendinginan untuk mempertahankan suhu lokal.

Setelah menetapkan persyaratan yang perlu namun tidak dapat dihindari ini, Anda dapat mengatasinya dengan dua cara.

Menganggap:

Temperatur sekitar tidak pernah> 45 C.

Ambient = suhu tambang = Ta.

Temperatur lokal = peralatan housing temp = Tl

Lalu baik

1 Anda dapat membuat peralatan dapat beroperasi di Ta (45C)

atau

2 Anda dapat memberikan pendinginan selungkup ke Tl.

1 lebih unggul jika Anda dapat mencapainya karena melibatkan perawatan dan pengelolaan serta keandalan yang tidak terlalu lama. Jika Anda dapat menemukan peralatan yang beroperasi pada 50C (Ta + 5), Anda akan dapat memberikan pendinginan dengan udara yang tertiup dan desain yang sangat baik. Kemampuan untuk beroperasi di Ta + 10 (55C akan lebih baik dan TA + 15 atau 20 lebih baik lagi). Heatsink dengan peringkat 1C / Watt menjadi cukup mengesankan sehingga pada Ta + 5 Anda hanya dapat membuang 5 Watt dengan heatsink 1C / W atau 20 Watt pada Ta + 20. Jika Anda membutuhkan pembuangan lebih dari 10 Watt secara substansial, Anda dapat menggunakan transfer "heat pipe" dari peralatan yang kemudian memungkinkan heat sink besar seperti yang diperlukan.

Anda menyebutkan "laptop" tetapi Anda mungkin akan menemukan bahwa ada perangkat khusus yang memenuhi kebutuhan komputasi Anda dan yang ditujukan untuk daya rendah dan kondisi lingkungan yang sulit. Pada akhirnya perangkat yang dirancang khusus seperti itu mungkin lebih murah daripada laptop standar + banyak rasa sakit.

Jika mis. Tabung pengganda foto Anda HARUS berjalan di bawah Ta maka Anda HARUS mendinginkannya.

PENDINGINAN:

Ada banyak cara pendinginan di lingkungan itu. Kemungkinan yang termudah dan paling sederhana dan kapasitas tertinggi di lingkungan itu, asalkan tersedia daya yang cukup, adalah airconditioner atau lemari es "siklus Rankine" standar TETAPI dengan jenis refrigeran dan tekanan / isi yang dirancang oleh ahli AC. Sementara standar dari unit rak tidak mungkin memiliki pendingin yang optimal untuk Thot = Ta = 45C, sangat mungkin bahwa sedikit lebih dari isi ulang dengan pendingin yang lebih tepat akan diperlukan. Ini adalah opsi yang menarik sehingga berbicara dengan ahli HVAC harus menjadi salah satu tindakan pertama Anda. Lihat [1] di akhir untuk beberapa poin awal yang mungkin.

Pendingin stirling:

Efisiensi tinggi peralatan siklus Stirling. Beberapa pemasok. Sunpower et al.

Pendingin berkemah Coleman Stirling dapat memenuhi kebutuhan Anda secara langsung. JANGAN bingung dengan pendingin tipe Peltier yang lebih murah. Saya dapat memberikan referensi kepada produsen peralatan siklus Stirling ini dan yang serupa.

Peltier:

Sesuai tempat sampah listrik TETAPI dilakukan dengan benar. Perangkat Peltier dapat bekerja sepenuhnya secara memadai di lingkungan yang Anda gambarkan. Drop 10C adalah mudah dan 20C plus bisa dilakukan. Membutuhkan desain yang tepat. Solusi khusus mungkin yang terbaik.

Membutuhkan sedikit lebih dari heatsink yang cocok, aliran udara Ta yang besar, aliran udara Tl lebih rendah, perangkat Peltier + daya. Tersedia pendingin Peltier kapasitas input energi 50W - 100W. Masing-masing akan mendinginkan mungkin 5W - 10W beban peralatan di lingkungan ini. TBD dengan desain. Beberapa modul Peltier digunakan untuk memenuhi kebutuhan.

Menguapkan. Pendingin evaporatove menggunakan air ("Swamp cooler") MUNGKIN cukup dan satu menggunakan cairan lain akan mampu. Ini mendekati AC ketika dilakukan dengan benar dalam konteks ini.

Lebih banyak jika diperlukan ...

[1] Situs pendingin yang mungkin bermanfaat:

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

20 pendingin dijual! : http://r22.org/

https://refrigerantcompany.com/

http://www.refrigerants.com/

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

Perangkat termo-listrik (atau pendingin termo-listrik, alias TEC, alias elemen Peltier) memompa panas dari satu sisi perangkat ke sisi lainnya, sering kali mampu menciptakan perbedaan suhu antara kedua sisi hingga 60 ° C. Jika Anda membiarkannya mendingin di satu sisi hingga 30 ° C, sisi lainnya akan jauh lebih panas daripada sekitar 45 ° C, sehingga akan dapat mengalirkan panas ke lingkungan. Pendinginan paksa (kipas) dapat meningkatkan kinerja.

Anda harus membuat sesuatu seperti lemari es (mini), dengan TEC di antara heat sink di dalam dan di luar kotak, resp. Ukuran dan konsumsi daya TEC akan tergantung pada jumlah energi yang harus mereka ganti.

Pada dasarnya Anda memiliki tiga "alat" untuk digunakan:

1.) Turunkan resistensi termal dari sumber panas Anda ke ambien;

2.) Turunkan panas yang dihasilkan;

3.) Lebih rendah suhu "ambient";

Suhu elektronik = Te

Suhu Sekitar = Ta

Panas yang dihasilkan = P; biasanya diberikan dalam Watts (W).

Resistansi termal dari Te ke Ta adalah R; biasanya diberikan dalam (derajat C) / W.

Te = Ta + PR. Cara penulisan lainnya adalah: Te-Ta = Delta T = PR

Anda memiliki Te yang diijinkan yang perlu Anda pertahankan. Katakanlah (demi diskusi) itu adalah 80C (176F). Ta Anda adalah 45C. Itu berarti delta T Anda adalah 80C - 45C = 35C. ~ JIKA ~ Anda memiliki kantor nyaman yang bagus, Ta akan sama dengan 25C, dan delta T Anda akan menjadi 80C - 25C = 55C.

Untuk kantor, delta T = PR = 55. Untuk tambang panas, delta T = PR = 35.

Jadi, Anda tahu, tambang panas hanya membuat lebih sulit (bukan tidak mungkin) untuk mendinginkan elektronik Anda. Ini berarti Anda perlu membuat R untuk skenario tambang panas sekitar 2/3 dari apa yang akan untuk kantor keren. Anda dapat melakukan ini dengan meningkatkan konduktivitas termal dan / atau aliran udara.

Bukan yang akan saya lakukan, tetapi Anda juga bisa menurunkan "ambient" di dalam kotak dengan unit pendingin. Ya, itu akan berhasil jika Anda bisa mendapatkan kekuatan untuk itu. Tidak perlu membuat bir Anda tetap dingin: menurunkan ambient dari 45C ke 20C harus cukup banyak untuk menjaga laptop Anda dari penggorengan.

Anda juga BISA mengurangi P, dengan belanja laptop dengan hati-hati dan / atau meng-underclocking-nya Jika Anda melakukan datalog, Anda kemungkinan tidak membutuhkan quad core keluaran tertinggi dengan GPU yang memungkinkan memainkan gim video FPS terbaru. Berbelanja dengan daya rendah.