4.3.2. Теплоотвод методом конвекции
Данный метод заключается в том, что при отводе тепла используют воздушное естественное, принудительное и водо-воздушное охлаждение.
При высоких требованиях к стабильности в схемах и к стабильности параметров схем применяют термостатирование узлов и блоков.
Естественное охлаждение обычно используется в бытовой аппаратуре с плотностью тепловых потоков от охлаждаемых поверхностей не более 0,05 Вт/см2. Метод охлаждения естественной конвекцией – самый простой. При компоновке аппаратуры необходимо стремиться к равномерному распределению выделяемой мощности по всему объему изделия. Компоненты и узлы с большими тепловыделениями обычно располагают в верхней части корпуса или вблизи стенок, критичные к перегреву компоненты – в нижней части, их обычно защищают тепловыми экранами.
Блестящие экраны, разделяющие теплонагруженные и чувствительные к перегреву модули снижают лучистый тепловой поток приблизительно вдвое. В целях выравнивания температуры поверхности внутри аппаратуры теплонагруженные модули должны иметь высокую степень черноты. Для этого внутренние поверхности кожухов и каркасов окрашиваются черными красками или лаками. В этом случае необходимо защищать аппаратуру от прямого попадания солнечных лучей, которые могут вызвать перегрев черных поверхностей (температура достигает и превышает 25...30°С).
При компоновке аппаратуры необходимо избегать образования «ловушек тепла», т.е. таких мест, где отсутствуют конвективные потоки воздуха. Для выравнивания температуры в каналах, образуемых установленными рядами модулей, должны предусматриваться зазоры не менее 30 мм.
Для конструкций производят перфорированные кожухи, где предусматривают вентиляционные отверстия (круглой, квадратной и прямоугольной формы, жалюзи). Обычно их диаметр и разрез в сечении 4, 6, 8, 10 мм.
Суммарная площадь вентиляционных отверстий в дне или крышке должна составлять 20-30 % от живого сечения кожуха.
Обычно при установке конструкции между установочной поверхностью и дном должен быть зазор – не менее 30 мм, с помощью которого поступают свободные конвективные потоки воздуха внутрь прибора. Этот зазор можно получить путем установки прибора на амортизаторы опорного типа.
Количество теплоты, удаляемой с поверхности S естественной конвекцией, описывается следующей формулой:
,
(4.19)
– площадь поверхности, с которой удаляется тепло, см2;
– перегрев, °С;
– коэффициент
конвективной теплопередачи:
,
(4.20)
где С – постоянная, зависящая от ориентации поверхности (для вертикальной плоскости С=0,56, для горизонтальной – С=0,52, для нижней горизонтальной – C=0,26);
l – длина пути теплового потока.
Принудительное воздушное охлаждение в данном методе – это применение автономных вентиляторов, применяемых по схеме охлаждения воздуха снизу вверх и сверху вниз. По первой схеме воздух забирается у пола, по второй – у потолка.
Применяется приточная, вытяжная и приточно-вытяжная схемы вентиляции.
В приточной схеме вентилятор засасывает охлаждающий воздух внутрь изделия. В вытяжной – нагретый воздух выталкивается из изделия. В приточно-вытяжной используется два вентилятора – на входе и на выходе изделия.
Работа вентиляции по приточной схеме более благоприятна, она обеспечивает понижение температуры и работу в более плотной окружающей среде. Эта вентиляция более производительна по сравнению с вытяжной.
Вытяжную схему вентиляции обычно используют в аппаратуре с большими аэродинамическими сопротивлениями. Приточно-вытяжная схема позволяет увеличить напор охлаждаемого воздуха.