電気機器の熱設計

現在、電子部品は、電子機器の性能を効果的に向上させる小型化、高集積化および高効率化に向かって発展しており、電子機器のサイズも小型化に向かって発展しています。 これにより、電子製品の熱設計がより困難になります。 電子機器は、複数のユニットモジュールで構成されています。 機器の電源を入れると、これらの電子部品が大量の熱を発生し、機器内部の温度が急速に上昇します。 熱が時間内に伝達および放出されない場合、機器の正常な動作に深刻な影響を与え、損傷することさえあります。 したがって、放熱設計は電子機器の構造設計において非常に重要な部分です。

熱伝達の方法:

一般に、熱伝導には、伝導、対流、放射の 3 つの形態があります。

冷却モードの選択:

電子機器には複数の電子部品が搭載されているため、機器の構造も複雑です。 電子機器構造の内部伝熱モードは数多くあり、多くの場合、複数が共存しています。 したがって、放熱方法を選択するには、電子部品のパラメータと作業環境が必要です。 湿気の多い環境で使用される電子部品は、熱を放散するために密閉設計を採用する必要があります。 密閉設計を必要としない電子機器の場合、放熱方法として自然放熱が選択されますが、発熱量の多い機器の場合、放熱を促進するか、強制空冷による放熱が必要です。

主に熱設計:

空気の自然対流冷却：機器シェルをラジエーターとして使用し、シェルに加熱装置を固定し、熱を直接空気に伝達します。 自然冷却は、低電力の加熱装置に適しています。

空気の強制対流冷却: 設計が単純であるだけでなく、使用が便利で経済的であり、信頼性が高いため、より広範囲に使用されます。

液体冷却：その高効率とコンパクトさから、熱流動性の高い電子ユニットの冷却に広く使用されており、熱設計研究の焦点となっています。 液体冷却は、主に直接または間接冷却を含む、単相または二相にすることができます。

TEC冷却：その利点は、騒音と振動がなく、コンパクトな構造で、操作とメンテナンスが便利で、冷媒がなく、電流を変えることで冷却能力と冷却速度を調整できることです。 温度と電力密度が一定のシステムで広く使用されており、低温超伝導電子デバイスの冷却にも使用できます。

マイクロチャネル冷却:

異方性シリコン ウエハーまたは基板では、異方性エッチングを使用してスケール チャネルを作成します。 液体がシーン チャネルを通って流れるとき、液体は加熱するか、熱エネルギーを直接吸収することができます。 このとき、液体は非常に不均衡な状態にあり、熱伝達エネルギーは大きくなります。 さらに、冷却剤が単相でマイクロチャネルを流れる場合でも、冷却効果は液体沸騰を冷却に使用する場合よりもはるかに優れていることが実験で示されています。

近年、熱設計技術に関する継続的な研究が行われています。 熱伝導率の高いいくつかの材料を継続的に開発していますが、これらの材料が広く使用されることで、現在の電子機器の放熱技術が大幅に改善されます。