關(guān)于戶(hù)外直流開(kāi)關(guān)電源中采用熱交換方式的介紹

在解決了雨水和潮濕、灰塵、異物、鹽霧侵害造成的危害，滿(mǎn)足IP44、IP55外殼防護等級的電子設備如何解決溫度問(wèn)題？

目前主要通過(guò)三種方式來(lái)解決。1、通過(guò)安裝空調的方式；2、通過(guò)安裝風(fēng)扇的方式來(lái)散熱；3、通過(guò)熱交換器的方式。

1、空調一方面污染環(huán)境，另一方面故障率較高，采購價(jià)格高，使用交流供電，不適合在戶(hù)外使用；

2、采用風(fēng)扇，要有進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口，風(fēng)道必須要處理好，要通暢，無(wú)法滿(mǎn)足IP44、IP55外殼防護等級的要求，在下雨等潮濕天氣，容易將機柜外面的濕氣和潮氣帶進(jìn)設備，損害設備壽命。而且只能降溫不能加溫，在寒冷情況下設備需要加熱時(shí)，風(fēng)扇抽的是機柜外的冷風(fēng)，所以加熱加不起來(lái)。

3、熱交換器廣泛的應用于戶(hù)外型的通訊設備中，尤其是戶(hù)外的移動(dòng)房艙、戶(hù)外電源等領(lǐng)域，因為它可以使通訊設備完全同外界隔離，不受雨水、鹽霧、飛蟲(chóng)、異物的侵擾。

1 戶(hù)外電源機箱散熱的設計

戶(hù)外機箱通常用來(lái)安放各種設備，根據尺寸和類(lèi)型的不同，這些設備的熱耗從500W到10KW不等，當機箱安裝在不同的環(huán)境條件下，應根據需要安裝空調或空氣-空氣熱交換器。

戶(hù)外機箱散熱的設計目標是使機箱內的峰值溫度保持在一個(gè)確定的水平之下，這一水平通常是由電子設備制造商設定的。濕度水平同樣也需予以關(guān)注，但是由于大部份機箱是密閉的，而且溫度比設備外環(huán)境空氣的溫度高很多。機箱內的空氣溫度將是電子和散熱設備所產(chǎn)生熱量的函數。影響機箱的其它環(huán)境條件還包括：溫度、太陽(yáng)輻射、風(fēng)速、機箱周?chē)奈矬w(遮蔽、地表反射、建筑物和樹(shù)木)、機箱設計(表面面積、外形、油漆)以及空氣滲透。

通常電池后備單元放置在機箱的獨立隔間內。電池隔間必須通風(fēng)，以消除有害的氣味。機箱的設計必須確保電池溫度均勻分布，電池必須盡可能處于25℃。電池不是主動(dòng)散熱的。

1.1 負荷計算

現在以一個(gè)典型的機箱進(jìn)行散熱管理系統的設計。

第一步：待求解溫度是熱平衡實(shí)現時(shí)機箱內的空氣溫度，用下式來(lái)表示：

Q_balance=0=Q_equipment+Q_{solar_load}+Q_{cooling_system}

這里Q_equipment為電子設備的熱損耗，Qsolar_load是太陽(yáng)熱輻射產(chǎn)生的熱量，Q_{cooling-system}為散熱系統消除的熱量。太陽(yáng)熱輻射比較復雜，它包括了各種模式或熱傳遞所產(chǎn)生的影響，由下式表示：

Q_{solar_load}=Q_radiated+Q_convected+ Q_conducted

通常，Q_radiated的值總為正(朝向機箱)，但是其它兩項既可為正，也可為負，取決于機箱的溫度。因此，如果Q_balance不為0，則機箱內的溫度可能高于或低于設定的溫度，藉由對流和傳導，機箱有可能失去或獲得熱量。

1.2 完全主動(dòng)散熱技術(shù)

一旦需要消除的發(fā)熱功率計算出來(lái)之后，散熱系統就必須與戶(hù)外機箱相匹配。例如，如果機箱空氣溫度必須保持在最大環(huán)境(外部)溫度以下，首選的方法就是安裝空調裝置。一般情況下，散熱能力并不包括將空氣冷卻下來(lái)的能力，因為計算是針對穩態(tài)工作進(jìn)行的。

這種系統不包括讓所設計的系統從55℃或更高的初始溫度冷卻下來(lái)的能力?？照{器的出口空氣溫度通常為15℃左右或更低，以達到散熱需求。

與全被動(dòng)散熱系統相似，一旦需要消除的熱量計算出來(lái)之后，散熱系統必須與戶(hù)外機箱相匹配。例如，如果機箱溫度保持在最大環(huán)境溫度之上，而負荷也不是太大，就可以采用空氣-空氣熱交換器。熱交換器適合于密閉的電子設備隔間，其執行和維護成本(以及電池后備服務(wù))相當低。不同于空調器，熱交換器消除散熱的能力隨散熱空氣和機箱空氣值而變化。

1.3 被動(dòng)散熱技術(shù)

較小的機箱(里面能承受相對較高的溫度)可藉由被動(dòng)方式散熱。包括基本的自然(自由)對流散熱和使用一些物相改變的物質(zhì)(PCM)進(jìn)行散熱。自然對流是藉由浮動(dòng)的流體傳遞實(shí)現冷卻，例如，暴露在陽(yáng)光下的熱箱壁被加熱的較熱流體上升與較冷的流體對流從而達到散熱的目的。

當增加電源設備時(shí)，情況將變得更為復雜，但是仍然有辦法藉由自然對流帶走設備所產(chǎn)生的熱量。不過(guò)，設計人員必須牢記總體目標是藉由自然對流將熱量傳遞到外部，從而保持較低的內部溫度。

PCM是指能夠改變物相的物質(zhì)，通常是在吸收散熱時(shí)，從固態(tài)改變?yōu)橐簯B(tài)。典型的PCM包括應用在高溫場(chǎng)合下的蠟、鹽和石蠟化合物，以及應用在低溫場(chǎng)合下的水(冰)等。在機箱中，這些物質(zhì)被保存在適當密封的盒子內，利用它們的熱慣性和物相變化效應。

對于內部裝有PCM的盒子，白天當太陽(yáng)熱被吸收時(shí)，它避免機箱空氣的溫度升高。在夜間，白天吸收的散熱又將釋放出來(lái)。在這一過(guò)程中，熱量將繼續藉由機箱壁在內部與外部之間傳遞。

1.4 電池隔間

用于備份的電池一般安放在與戶(hù)外機箱相連(或它里面)的隔間內。這些隔間暴露在太陽(yáng)熱輻射之下，必須保持制造商所規定的適當溫度。這些隔間必須考慮對電池在工作壽命期間可能釋放出的氣味進(jìn)行適當的通風(fēng)排放。有好幾種涉及電池隔間的發(fā)熱處理措施，包括空調器／致冷器、熱電散熱器和空氣-空氣熱交換器。

如果電池隔間的空氣溫度必須保持在最大周?chē)?外部)條件以下，首選的方法是安裝空調裝置。對于大多數系統，這是典型的做法，尤其是對那些用于安裝在全天候條件下的系統。典型空調器的問(wèn)題是它們的尺寸太大，成本較高，因為對于很小的隔間來(lái)說(shuō)，它們的性能遠大于實(shí)際所需。

1.5 熱電散熱器

由于大多數典型電池隔間的散熱負荷并不大，因此使用熱電散熱器是可行的。這些系統利用可逆電磁熱力學(xué)的珀耳帖效應(Peltier effect)進(jìn)行散熱。熱電散熱器雖然可靠，但是散熱效果不夠好，也不適合偏遠的戶(hù)外機箱。

對于完全被動(dòng)散熱系統，一旦需要消除的熱損耗功率被計算出來(lái)，散熱系統就必須與這個(gè)電池隔間相適應。如果電池隔間的空氣溫度不必保持在最大外部環(huán)境溫度以下，而負載也不是太高，則空氣-空氣熱交換器為首選系統。在許多情形下，因為散熱負載并不是很大，可用直吹風(fēng)扇來(lái)消除過(guò)剩的熱量和電池隔間里積聚的濕氣。風(fēng)扇還可用于基于熱慣性原理的隔間散熱管理。