Termoelektromos hteszkzk Termoelektromos hteszkzk Peltier effektus alapjn Antimon

Termoelektromos hűtőeszközök

Termoelektromos hűtőeszközök • Peltier effektus alapján • Antimon- tellurid, vagy bizmut-tellurid félvezetőkből állnak. • • Előnyök: Környezeti hőmérsékletnél alacsonyabb hőfokot is előállíthat Egészen kicsi méretben is készíthető Pontszerű hűtőhatás • Hátrány: • Komoly teljesítményt igényel

• Környezet Elektronikus berendezés

Termikus környezetek Aktív állapot -> üzemel Passzív állapot -> nem üzemel Külső környezet, amely befolyásolja egy el. berendezés tervezését - levegő hőmérséklete - környező szerkezetek hőmérséklete - az elhelyezkedés, felerősítés módja - környezeti nyomás változása - beeső sugárzás erőssége - hűtőfolyadék tulajdonságai - hűtőfolyadék hőmérséklete - a környezet időbeli változásai A végtelen hőelnyelő fogalma!

Felhasználás, vagy beépítés szerinti osztályozás • A környezet a készülék hőjének az elnyelője • Járműre, hajó vázához csavarozott (hővezetéses berendezés) • Levegő hűtésű (konvekciós készülék) • Űreszközök (sugárzásos készülék)

• Elektronikus alkatrészek hűtése: • Egy berendezésben működő elektronikus alkatrész hőtani méretezéséhez három fontos szempontot kell tisztázni: • 1. Mekkora az alkatrész „határhőmérséklete”, vagyis az a hőmérséklet, ahol az alkatrész nagy valószínűséggel tönkremegy. (Ez alkatrész katalógus adat. ) • 2. Mennyi hőt disszipál az alkatrész, működése közben. (A hőt milyen környezetben, milyen módon, milyen feltételekkel tudja leadni. Ez alkalmazástól, terheléstől, áramkörtől is függő adat. ) • 3. Ismerni kell az alkatrész belső és külső hőleadási pályáit, folyamatait! (Ez felépítésfüggő, konstrukciós adat. )

• Élettartamra méretezésnél a névleges teljesítmény felén, harmadán kell üzemeltetni a készüléket. • Pnévl. = katalógus adat • Tj-határ = hordozó függő (Si vagy Ge) • Rj-t = konstrukciós adat (hőellenállás a morzsa és a tokozás között) • A külső hőleadási pályák a konstrukciós felépítéstől függnek.

• Ellenállások hűtéséről: • Az ellenállások legfőbb jellemzői a névleges Ω értéke és a teljesítménye. Az ellenállás működése közben a saját hőmérséklete és a környezet hőmérséklete összeadódik: • Tellenállás = Tkörny + Tsaját • Ezért az ellenállásokat nem célszerű 100%-os teljesítményen üzemeltetni! A teljesítmény kihasználtsága: • K = Püzemi / P névleges [ %]

• A legtöbb ellenállásnak nincs hűtőbordája, a megfelelő hő leadó felületet a méretének növelésével érik el. • Megjegyezzük, hogy az áramkörökben lévő ellenállásokon termelődött hő többnyire a berendezés hatásfokát jelentősen rontó és elkerülendő tényező. Célszerű az áramköröket áttervezni és a felesleges energia felhasználást így is csökkenteni! • (Az ellenállások melegpontja a gyártó katalógusának adata. )

• Kondenzátorok hűtéséről: • A levegő, papír, poliészter stb. dielektrumú kondenzátorok jó hatásfokkal működnek, a hő leadásuk igen csekély. Ezek hűtéséről nem szükséges külön gondoskodni. • Ezzel szemben az elektrolit kondenzátorok jelentős hőmennyiséget adnak le. További probléma, hogy az elektrolit kondenzátorok teljesítménye erősen hőfokfüggő és kb. 120 -140 C fokon fel is robbanhatnak. Ezért az elektronikus berendezések legkritikusabb alkatrészei hőtani szempontból az elektrolit kondenzátorok. Alacsony a határhőmérsékletük (90 -130 C).

• Az elektrolit kondenzátor kapacitása: ΔC = f(T), 50 -60%os változást is elérhet. • A hőmérséklet növekedésével az átütési szilárdságuk is jelentősen csökken. • Az áramköröket úgy kell tervezni, hogy az elektrolit kondenzátorok a nyomtatott áramköri lapok jól szellőző helyein legyenek, távol más hőt termelő alkatrésztől.

• Transzformátorok, fojtótekercsek hűtéséről: • Az elektronikus berendezések egyik legnagyobb intenzitású hődisszipációs részegységei a tekercsek. A hatásfokuk alacsony, mivel jelentős vasveszteség és rézveszteség léphet fel. A következő ábrán látható egy transzformátor egyszerűsített hőtani elemzése:

Tranzformátor hőellenállásai

Trafó hőmérsékleti viszonyai

Félvezetők, összetett elemek hűtése • Ide soroljuk a tranzisztorokat, diódákat, tirisztorokat és a kevés lábszámú IC-ket. A félvezetők határhőmérséklete, Tjmax a morzsa hordozó anyagától függ. Germánium esetén ez 110 -120 ˚C, szilícium esetén pedig 140 -160 ˚C, a katalógusokban megtalálható. Ugyancsak katalógus adat a Pmax maximális terhelhetőség is, amely alkalmazásfüggő érték. Konstrukciós adat a félvezetőn belüli hő utak és hő ellenállások milyensége. Az a rétegátmenettől a tokozásig terjedő hő ellenállás, szintén katalógus adat. • A következő ábra egy fémházas TO-5 -ös tokozású tranzisztor belső hő ellenállásait ábrázolja. A hőt a tokozásról a beforrasztott lábai vezetik el, valamint a tranzisztort körülvevő levegő is hűti.

• Tj > Ttok > Tkörny • Fémházas, láballal beforr. Tranzisztorok: • Rj-t-a Rétegátmenet és a ház közötti hőell. Rétegátmenet és a környezet közötti hőell. • Fémházas, csavarral felszerelt tranzisztorok: • Rj-t • Rt-h • Rt-c-h Rétegátmenet és a ház közötti hőell. Ház és a hűtőszerelvény közötti hőell. (egyszeres csillámalátéttel)

• tj-t Rétegátmenet hőmérséklete Rétegátmenet és a ház közötti hőm. kül. • tj-t-a Rétegátmenet és a környezet közötti hőmérs. kül. • tj-k Rétegátmenet és a környezet közötti hőmérs. kül.

• 50 n Mf • P = ----- • AD • • n = csavarok száma Mf = csav. meghúzás nyomatéka (pl. M 3 -at 0, 5 -0, 7 Nm) A = érintkező felület D = csavarátmérő

• A méretezés folyamata a következő: • -Meg kell határozni az adott konfigurációban a hő leadási utakon az egyes Rx hő ellenállások értékeit és az ellenállások kapcsolódásainak pontos jellegét (soros vagy párhuzamos) • - Eredő hőellenállás: Re = R 1 + R 2 + R 3……Rn • - Adott terheléshez tartozó Φ disszipáció esetén a hő lépcső számítható: • Tj-várható = Φ Re + Tkörny < Tj-max

Nyomtatott huzalozású szerelt lemezek hűtéséről: • Szendvics szerkezet • Csak számítógépes modellezés

• Rxvégső = k 1 k 2 k 3 k 4 k 5 Rx • • • A hőleadási tényezők ( αv és αc ) függ: Alak Hőmérséklet Helyzet Felületi állapot Áramlási jellemzők • Ezért az Rxvégső értékei a következő feltételekkel élnek: • • • 1. Hűtőelem kb. 50 Celsius meleg 2. Természetes konvekció nincs (vlev = 0 m/sec) 3. Adott légsűrűség (tenger szinten) 4. Hűtőbordák függőlegesek 5. Hűtőfelület natúr fényes

Példa • Elektronikus készülék, fémdobozban: 30*30*30 cm-es élekkel • Benne NYÁK lapon és a fémházra szerelt alkatrészek

• A készüléket term. konvekcióval és sugárzással hűtjük. • A környezeti hőmérséklet: +55 Celsius is lehet • A felület: 30*30 = 900 cm², De 6 lap esetén: 5400 cm² • Az összes disszipált hő: 84 Watt • 1 cm² -en távoznia kell 0, 0155 Watt - nak

• Kb. +16 Celsius emelkedés

• Tdobozfelület = 55 + 16 = 71 Celsius • A belül lévő nehezen hűlő alkatrészek hőmérséklete még 16 Celsiussal magasabb: • T alkatrészek = 71 + 16 = 87 Celsius • Ez elfogadható érték az elektrolit kondenzátornak is.

Hőellenállások • A 2 N 2218 A tranz. Hőmérséklete: 87+ 47 = • 134 Celsius

2 N 2947 tranzisztor TO-3 tokozású, a készülékházhoz van szorítva, 1 réteg csillámszigeteléssel. Hőmérséklete: 55 + 16 +12 + 60 = 143 Celsius

Hőtani tervezés analízismódszere • 1. Termikus környezet meghatározása Hőmérséklet, nyomás adatok, Szerelési megoldások 2. Alkatrészek egyedi disszipációja, összegük értéke Alkatrészek tipusa, határhőmérséklete A biztonságos üzemelés hőmérséklete 3. Az összetett hőutak biztosítása: levegőáramlás, (esetleg ventilátor) sugárzó felületek, hőelvezető elemek biztosítása

A nedvesség hatása az elektronikus készülékekre • A légkörben mindig van oldott víz. Ezt kifejezhetjük abszolút, vagy relatív páratartalom értékkel. Az abszolút légköri nedvesség megadja, hogy 1 levegőben hány gramm víz van pára alakjában. Értéke függ a hőmérséklettől és a légköri nyomástól. Pl. 760 Hgmm légnyomáson a levegőben oldható maximális páratartalom: • -10 0 10 20 30 40 (Celsius) • 2 5 9 17 30 51 ( gr/m 3 )

• • Rohamos korrózió Galvánhatás, anódos oldódás Periodikus nedves-száraz fokozott hatás Nedvességtől deformálódhatnak az anyagok Felületek szigetelési ellenállása romlik A tokozásokból nem tud a víz eltávozni Gombásodás, penészesedés

Ipari szennyezés hatása • • • Levegőben: Savas gőzök, Ipari gázok, Ásványi porok, Hamu, Korom, stb. • • • A rézvegyületek felületén „patina” alakul, Szigetelők felületén lerakódások, Mozgó részek közé por jut, kopás Szellőzés romlik az eltömődések miatt

Biológiai hatások • Rágcsálók károsítják a csomagolást, szigetelést • Gombák, penészfoltok zárlatot okoznak • Főleg a melegebb klímákon komoly tervezési probléma

Technikai klímaterületek • Egy adott helyre jellemző a makroklíma! • Mikroklíma: a berendezés közvetlen üzemelési környezete • Makroklímák: • • • Hideg „F” (frigidus) Nedves trópusi „TH” (trocipus humidus) Száraz trópusi „TA” (tropicus arridus) Magaslati „A” (altus) Tengeri „M” (mares) Normál „N” (normal)

• Termikus védelem konstrukciós elvei: • 1. A készülék klimatizált helyíségben működik (ΔT = 4 -5 Cº) • 2. Konténerben, épületben működik (ΔT = 20 -30 Cº) • 3. Teljesen kitéve az időjárásnak, hőingadozásnak

Mikroklímák • • - Szabad téri - Fedett téri - Zárt téri - Klimatizált

Mesterséges konvekció • A természetes konvekció felső határa 6 -8 W/dm³ hőemisszió értékű. • Ha az egységnyi térfogatban keletkezett hőmennyiség eléri, vagy meghaladja a 10 W/dm³ -t, kényszer konvekciót kell alkalmazni! • Manapság nem ritka a 25 -30 W/dm³ érték. • E felett már klímagépet kell alkalmazni!

Mesterséges konvekció

• Könyvben részletesen!

Mesterséges konvekció • A számítás lépései: • 1. Hol keletkezik, és milyen mennyiségű hő? • 2. A vizsgált egység áramlástani jellemzőinek analízise • 3. Szellőztető berendezés illesztése