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【摘要】工業(yè)現(xiàn)代化背景下，電子設(shè)備在生產(chǎn)中應(yīng)用范圍日益廣泛，但是長期運(yùn)行后，電子設(shè)備散熱效果不佳，影響設(shè)備性能有效發(fā)揮。為了隔絕環(huán)境的潮濕、沙塵等不良影響，延長設(shè)備使用壽命，設(shè)計(jì)一套高效的散熱裝置至關(guān)重要。本文從散熱裝置設(shè)計(jì)入手，并對散熱裝置進(jìn)行仿真分析，結(jié)果證明散熱裝置性能較好，能夠確保電子設(shè)備性能處于良好狀態(tài)當(dāng)中。

【關(guān)鍵詞】密封式；電子設(shè)備；散熱裝置；設(shè)計(jì)

前言

電子設(shè)備散熱情況與其性能密切相關(guān)，設(shè)備在運(yùn)行狀態(tài)下，過度載熱，會縮短設(shè)備壽命及可靠性，違背了安全生產(chǎn)原則。傳統(tǒng)機(jī)箱等設(shè)備中設(shè)置了風(fēng)機(jī)、散熱器，但是溫度調(diào)節(jié)效果不盡如意。因此本文將設(shè)計(jì)一種空空熱交換散熱裝置，在設(shè)備內(nèi)部增加熱交換模塊，實(shí)現(xiàn)對溫度的智能化控制，使得設(shè)備能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

1散熱裝置設(shè)計(jì)

1.1裝置結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的散熱裝置是由內(nèi)芯、風(fēng)機(jī)及加熱模塊等構(gòu)成。對于裝置整體結(jié)構(gòu)來看，與機(jī)柜內(nèi)部連接的機(jī)殼上有多個封口，將熱交換器件安裝在機(jī)殼當(dāng)中，殼體背部上下分別設(shè)置了回風(fēng)與出風(fēng)兩個出口。根據(jù)設(shè)備運(yùn)行實(shí)際情況，可以通過加熱器模塊，適度提高機(jī)柜內(nèi)部溫度，也可以借助循環(huán)風(fēng)機(jī)，協(xié)調(diào)內(nèi)外溫度，降溫差控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，將柜內(nèi)與柜外環(huán)境進(jìn)行有效隔離[1]。針對加熱模塊設(shè)計(jì)目標(biāo)來看，等外部環(huán)境溫度下降到-40℃時，加熱模塊啟動，10min后，機(jī)柜內(nèi)升溫，1h后機(jī)柜內(nèi)平均溫度≥5℃。

1.2換熱器內(nèi)芯

為了提高系統(tǒng)換熱效果，要重視對換熱器內(nèi)芯的設(shè)計(jì)。在原有散熱裝置基礎(chǔ)上，通過對板式空氣熱交換器的改裝，形成相互交叉的熱交換器，同時，采用硬質(zhì)側(cè)板進(jìn)行密封處理，形成面積大、且傳熱效率高的風(fēng)道。但在應(yīng)用中，這種方式換熱效率低。有的學(xué)者提出了一種新型換熱器，主要是保留板翅式與板式兩種換熱器的優(yōu)勢，提高換熱面，且能夠保持設(shè)備較好的剛度，一次完成換熱，在空空、空液等換熱中應(yīng)用效果較好。

1.3控制原理

將上述各環(huán)節(jié)整合到一起，本文設(shè)計(jì)的散熱裝置，具體的控制原理為：通過柜內(nèi)溫度傳感器，實(shí)時檢測出柜內(nèi)的溫度，如果與預(yù)期設(shè)置的溫度值存在差別，加熱器會自動加溫到標(biāo)準(zhǔn)值，反之，會借助機(jī)殼后面的循環(huán)風(fēng)機(jī)，完成設(shè)備內(nèi)外熱交換，使得溫度下降，保持內(nèi)外溫度協(xié)調(diào)性。具體控制流程如下：柜內(nèi)溫度＜0℃，加熱器模塊啟動；至5℃時，關(guān)閉內(nèi)循環(huán)風(fēng)機(jī)；＞15℃時，循環(huán)封閉啟動，＞35℃時，外循環(huán)風(fēng)機(jī)啟動。如果溫度＞55℃，系統(tǒng)會自動發(fā)出警報(bào)，維修人員要及時對散熱設(shè)備進(jìn)行檢測。

2流體網(wǎng)絡(luò)建模仿真

FNM作為一種抽象方法，在具體應(yīng)用中，將冷卻系統(tǒng)視為由元件、流道構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，輸入有關(guān)影響數(shù)據(jù)后，能夠?qū)ο到y(tǒng)內(nèi)部冷卻介質(zhì)流動速率、溫度變化等情況進(jìn)行預(yù)測。一般而言，任何電子系統(tǒng)都能夠進(jìn)行抽象處理，形成具體的流動路徑模型，其中涉及散熱器、過濾器等各類元件。為了進(jìn)一步了解元件的特性，可以通過公式進(jìn)行量化計(jì)算，得出相應(yīng)的流動速率等要素之間的關(guān)系，為后續(xù)工作順利開展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。利用該方法，在很大程度上降低預(yù)測難度，且能夠提高預(yù)測結(jié)果準(zhǔn)確性，提高產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量，尤其適用于氣冷、液冷電子設(shè)備當(dāng)中。對于文章的設(shè)計(jì)來看，我們要對戶外通訊機(jī)柜內(nèi)的PCB、板卡等與元件運(yùn)行情況進(jìn)行預(yù)測，在預(yù)測前將其安裝到機(jī)柜當(dāng)中。各個電路板的功率介于45~100W之間，機(jī)柜總熱耗為340W。針對此構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)模型。為了便于觀察和預(yù)測，可以對元件進(jìn)行定義。

根據(jù)仿真結(jié)果來看，當(dāng)外界溫度達(dá)到55℃時，各板卡、流量與壓降分布情況也隨之發(fā)生了變化，持續(xù)上升。功能為100W板卡，其輸出溫度為65℃，究其根本與流阻特點(diǎn)存在密切聯(lián)系[2]。另外，機(jī)柜內(nèi)部均溫為63℃，內(nèi)外溫差介于7.5~8.1℃。可見，當(dāng)外部環(huán)境溫度過高，裝置具有較好的換熱能力，當(dāng)觸及到溫度超標(biāo)后，裝置能夠正確啟動，傳感器對設(shè)備內(nèi)部溫度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)督和控制，當(dāng)溫度達(dá)到平衡值后，內(nèi)外溫差低于8℃，符合電子設(shè)備運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。外部溫度低至40℃時，加熱模塊自身具有較強(qiáng)的制熱能力，能夠正常啟動，當(dāng)升溫后，會在1h后自動停止，確保設(shè)備內(nèi)部溫度保持在5℃左右，不僅如此，還能夠有效隔絕外部環(huán)境沙塵的污染，為電子設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行提供了極大的支持。

3結(jié)論

根據(jù)上文所述，互聯(lián)網(wǎng)、信息時代下，電子設(shè)備逐漸成為人們生產(chǎn)、生活中常見物品，但是受到諸多因素的影響，常常出現(xiàn)電子設(shè)備過熱運(yùn)行情況，導(dǎo)致設(shè)備性能大打折扣，且縮短了設(shè)備的使用壽命。基于此，本文設(shè)計(jì)了一種換熱裝置，將設(shè)備內(nèi)外相互隔絕，協(xié)調(diào)內(nèi)外部之間的溫差，為電子設(shè)備良好運(yùn)行創(chuàng)建良好的工作環(huán)境，延長電子設(shè)備使用壽命，進(jìn)而促進(jìn)電子設(shè)備在實(shí)踐中的綜合效益得到充分發(fā)揮。

參考文獻(xiàn)

[1]張平，唐良寶.密封式電子設(shè)備散熱裝置設(shè)計(jì)研究[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2010（02）：139~141+149.

[2]尹本浩，劉芬芬，王延.彈載電子設(shè)備相變熱沉裝置散熱性能研究[J].電子機(jī)械工程，2015（06）：6~10.

作者：楊松林 單位：國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利協(xié)作審查廣東中心