当空气一直很热时如何冷却电子设备

我正在计划一个实验，该实验涉及将一些电气设备放置在矿井中一年或更长时间。将设备放置在矿井中（深度770m）的地方，环境温度将始终保持在约45C。我需要检查一下，但我想它也会很潮湿。

具体来说，我将使用的设备包括：笔记本电脑，两个高压（高达2.5kV，低DC电流）光电倍增管（其电源无疑会产生大量自身热量）和一个低压DAQ板。

问题在于，在矿井中（或等效地在沙漠中或某些高温工业环境中），恒定的热量意味着正常的冷却组件的方法-通过将周围的空气散布到它们上-根本无法工作。此外，我曾考虑将设备放在“迷你冰箱”中，但背面的热交换器也依靠凉爽的环境空气，因此很快就会破裂。

设备将装在密封的板条箱中，因此有可能利用这一事实，以便将整个内部容积保持在对处理器更友好的温度下。老实说，我不知道从哪里开始。

坦白说，如果您“不知道从哪里开始”，请找一个能做的人。听起来失败的代价很高，所以现在不是时候尝试和从错误中学习。找一个知道这东西的人。您可以看着他们的肩膀，并尝试做尽可能多的艰苦工作，以便下次您成为专家。我认为我对基本原理很了解，并且可以使某些东西起作用。但是，为了获得更高的可靠性，通常会有很多知识和经验，这些都是您不会单凭物理学就不会猜到的。没有专家，我至少不会偶尔问一些问题并祝福最终设计。因此，从非专家的角度来看，这里有一些想法：

首先45C并不那么热。它只有113F，与世界各地的夏季阴凉空气温度并没有不同。除非专门用于实验室用途或其他环境限制，否则普通电子产品将设计为在45°C的环境下运行。想一想。如果您将手机放在夏天停在Phoenix凤凰城的汽车的仪表板上，您可能不会指责它没有工作。当然，那时您可能无法忍受不伤自己。但是，如果您在夏天中午在凤凰城的树荫下站在外面，您可能会因为手机无法工作而感到恼火。那是113F。

其次，您还有另外两个优点，就是这种45C高度可靠，并且本质上是无限的。换句话说，无论表面是夏季还是冬季，它始终都是45℃。另外，您可以将几kW的功率倾倒到该矿井的合理大小的“房间”中，并且仍为45C。

因此，正如罗素（Russell）指出的那样，最好的解决方案是对事物进行规范，以使其在45°C的环境下可以正常运行。将它们充分隔开，以便每件物品都能看到45°C的环境，并且无需任何强制空气冷却。这样一来，您就不必担心线圈损坏时会发生什么。同样，大多数现成的电子齿轮应该已经可以了。寿命可能会减少，因此请降低。获得优质的东西，通常应持续10多年。

如果您真的需要冷却，我的第一反应是盖一间小房间并在其中放2或3台空调。确保任何一台空调都有能力充分冷却房间。多台空调用于冗余。您似乎说这仅几千瓦，随着空调的发展而变小。1 kW仅3400 BTU /小时。同样，听起来每件最后一件物品都不需要冷却，因此所需的某些功率可以在房间外散发，而不会增加空调的负荷。113F不太热，肯定有现成的空调打算在这些条件下工作。为了确保可靠性，始终将2或3个单元冷却在房间中。但是，这是您确实应该向专家咨询的领域。

答案很简单，但不一定可以接受：-)。

• 冷却将最容易。

• 装有不同制冷剂的空调就足够了-暖通空调专家可以建议。

• 必须计划系统可靠性和对故障的响应。是否需要冗余故障保护或是否应在冷却故障时关闭。

• 您必须确定设备将在其中使用的最高“本地环境”温度。

• 您必须提供一个“本地环境，绝不会比可接受的最高环境温度高。

• 如果所需的温度低于当地环境温度45 C，则必须提供冷却以维持当地温度。

建立了此必要但不可避免的要求后，您可以通过两种方式解决它。

假设：

环境温度永远不会> 45C。

环境=矿山温度= Ta。

局部温度=设备外壳温度= Tl

然后要么

1您可以使设备能够在Ta（45C）下运行

要么

2您可以为Tl提供机柜的冷却。

如果您能够实现它，那么1是更好的选择，因为它涉及的长期护理，管理和可靠性较低。如果您发现可以在50C（Ta + 5）下运行的设备，则可以通过吹气和非常好的设计来提供冷却。能够在Ta + 10下工作（55℃更好，而TA + 15或20更好）。额定功率为1C / W的散热器变得令人印象深刻，因此在Ta + 5时，您只能使用1C / W的散热器耗散5瓦，而在Ta + 20时只能耗散20瓦。如果您需要的耗散功率实质上超过10瓦，您可以使用“热管”转移设备，这样就可以根据需要吹动大量的散热器。

您提到“一台笔记本电脑”，但是您可能会发现有一些满足您的计算需求的针对性设备，这些设备针对的是低功耗和恶劣的环境条件。最终，这种专用设计的设备可能比标准笔记本电脑便宜且痛苦多。

例如，如果您的光电倍增管必须在Ta以下运行，则必须对其进行冷却。

冷却：

在该环境中有多种冷却方法。如果有足够的可用功率，在该环境中可能最简单，最简单和最高的容量是由空调专家设计的具有制冷剂类型和压力/填充量的标准“朗肯循环”空调或冰箱BUT。虽然标准的现成设备不太可能具有最适合Thot = Ta = 45C的制冷剂，但很可能只需要重新填充更合适的制冷剂。这是一个非常诱人的选择，因此与HVAC专家交谈应该是您的第一步。一些可能的起点请参见[1]。

斯特林冷却器：

高效斯特林循环设备。几个供应商。Sunpower等。

科尔曼斯特林露营冷却器可能直接满足您的需求。不要与更便宜的Peltier型冷却器相混淆。我可以向该斯特林循环设备的制造商提供参考。

珀尔帖：

根据电冷藏箱，但正确完成。Peltier设备可以在您描述的环境中完全正常工作。10C下降很容易，而20C +可行。需要适当的设计。定制解决方案可能是最好的。

仅需要合适的散热器，大量的Ta气流，较低的Tl气流，Peltier器件+功率即可。可提供50W-100W能量输入功率的珀尔帖冷却器。在这种环境下，这些设备中的每一个都会冷却大约5W-10W的设备负载。根据设计待定。多个Peltier模块用于满足需求。

蒸发的。使用水的蒸发器冷却器（“沼泽冷却器”）可以满足要求，而使用其他流体的蒸发器则可以。如果在这种情况下正确完成，这将接近空调。

如果需要更多...

[1]可能有用的制冷剂场所：

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

出售20种制冷剂！：http： //r22.org/

https://refrigerantcompany.com/

http://www.refrigerants.com/

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

热电设备（或热电冷却器，又称TEC，又称Peltier元件）将热量从设备的一侧泵送到另一侧，通常能够在两侧之间产生高达60°C的温差。如果让它们的一侧冷却到30°C，另一侧的温度将比45°C的环境高得多，因此可以将热量排到环境中。强制冷却（风扇）可能会提高性能。

您将不得不构造类似（微型）冰箱的东西，在盒子内部和外部的散热器之间使用TEC。TEC的大小和功耗将取决于它们必须替换的能量。

您基本上可以使用三种“工具”：

1.）降低热源到周围环境的热阻；

2.）降低产生的热量；

3.）降低“环境”温度；

电子温度= Te

环境温度= Ta

产生的热量= P; 通常以瓦特（W）为单位。

从Te到Ta的热阻为R；通常以（摄氏度）/ W为单位。

Te = Ta + PR。另一种书写方式是：Te-Ta = Delta T = PR

您需要保持一个允许的Te。假设（出于讨论目的）是80C（176F）。你的Ta是45℃。这意味着您的增量T为80C-45C = 35C。〜IF〜您的办公室很舒适，Ta等于25C，ΔT等于80C-25C = 55C。

对于办公室，增量T = PR =55。对于热矿，增量T = PR = 35。

因此，您会发现，地雷只会使电子设备的冷却变得更加困难（并非不可能）。这意味着您需要将热矿山场景中的R设为凉爽办公室的R的2/3。您可以通过增加热导率和/或气流来实现。

不是我要做的，但是您也可以使用制冷装置降低包装箱内的“环境”。是的，如果您可以使用它，它将可以使用。不必让啤酒保持低温：将环境温度从45C降至20C应该足以防止笔记本电脑煎炸。

您还可以通过仔细购买笔记本电脑和/或对其进行超频来降低P。如果您要进行数据记录，则可能不需要最高输出的四核以及带有GPU的GPU，该GPU可以玩最新的FPS视频游戏。购买低功耗产品。