ऊष्मीय प्रबंधन (इलेक्ट्रानिक्स)
सभी इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों और परिपथ-तंत्रों के अतिरिक्त ऊष्मा उत्पन्न करने के कारण विश्वसनीयता में सुधार और समय से पहले विफलता की रोकथाम के लिए ऊष्मीय प्रबंधन की आवश्यकता होती है। किसी अन्य ऊर्जा अंतःक्रिया के न होने पर ऊष्मा उत्पादन की मात्रा विद्युत निवेश के बराबर होती है।[1] शीतलन की तकनीकों में विभिन्न शैलियों वाले ताप सिंक, ताप-विद्युत शीतलक, प्रेरित वायु तंत्र और पंखे, ताप नली आदि सम्मिलित हैं। अत्यधिक कम पर्यावरणीय तापमान की स्थिति में संतोषजनक संचालन प्राप्त करने के लिए इलेक्ट्रॉनिक घटकों को तप्त करना वास्तव में आवश्यक हो सकता है।[2]
अवलोकन
उपकरणों का ऊष्मीय प्रतिरोध
इसे सामान्यतः अर्धचालक उपकरण की संधि से ढाँचे तक ऊष्मीय प्रतिरोध के रूप में उद्धृत किया जाता है। इसकी इकाइयाँ °C/W हैं। उदाहरण के लिए, 10 °C/W पर निर्धारित किया गया ताप-सिंक, 1 वाट की ऊष्मा को नष्ट करने पर आसपास की वायु की तुलना में 10 °C अधिक गर्म हो जाएगा। इस प्रकार, कम °C/W मान वाला ताप-सिंक उच्च °C/W मान वाले ताप-सिंक की तुलना में अधिक कुशल होता है।[3] एक ही संकुल (पैकेज) में दिए गए दो अर्धचालक उपकरणों में, परिवेश प्रतिरोध (RθJ-C) के लिए एक निचली संधि एक अधिक कुशल उपकरण को इंगित करती है। हालांकि, अलग-अलग डाई-मुक्त संकुल ऊष्मीय प्रतिरोधों (उदाहरण के लिए, प्रत्यक्षएफईटी बनाम तारबंधित 5x6मिमी पीक्यूएफएन) के साथ दो उपकरणों की तुलना करने पर, उनकी संधि परिवेश या संधि से ढाँचे के प्रतिरोध मानों के लिए सीधे उनकी तुलनात्मक क्षमता से संबंधित नहीं हो सकती है। अलग-अलग अर्धचालक संकुलों में अलग-अलग डाई अभिविन्यास, अलग-अलग तांबा (या अन्य धातु) डाई के आसपास का द्रव्यमान, अलग-अलग डाई संलग्न यांत्रिकी, और अलग ढाल मोटाई हो सकते हैं, जो सभी परिवेश प्रतिरोध मानों के मामले या संधि के लिए महत्वपूर्ण रूप से एक भिन्न संधि उत्पन्न कर सकते हैं, और इस प्रकार समग्र दक्षता संख्या को अस्पष्ट कर सकते हैं।
ऊष्मीय समय स्थिरांक
एक ताप-सिंक के ऊष्मीय द्रव्यमान को एक संधारित्र (आवेश के स्थान पर ऊष्मा भंडारण) और ऊष्मीय प्रतिरोध को विद्युत प्रतिरोध के रूप में माना जा सकता है। ये दो घटक साथ में R और C के गुणनफल द्वारा दिए गए एक संबद्ध समय के साथ एक ऊष्मीय RC परिपथ बनाते हैं। इस मात्रा का उपयोग विद्युत मामले के अनुरूप विधि से उपकरण की गतिशील ऊष्मा अपव्यय क्षमता की गणना के लिए किया जा सकता है।[4]
ऊष्मीय अंतर्पृष्ठ सामग्री
ऊष्मा स्थानांतरण दक्षता बढ़ाने के लिए ऊष्मा स्थानांतरण सतहों, जैसे कि माइक्रोप्रोसेसर और ताप-सिंक, के बीच के अंतराल को भरने के लिए एक ऊष्मीय अंतर्पृष्ठ सामग्री या चिपचिपे पदार्थ (टीआईएम) का उपयोग किया जाता है। इसका तापीय चालकता मान xy-दिशा की तुलना में Z-दिशा में उच्च होता है।
अनुप्रयोग
व्यक्तिगत कंप्यूटर
खुदरा ऊष्मा सिंक बाजार, आधुनिक तकनीकी विकास और सार्वजनिक हित के कारण एक सर्वकालिक उच्च स्तर पर पहुंच गया है। सीपीयू का उत्पादन वर्ष 2000 के दशक के प्रारंभ में किया गया था, जो पहले की तुलना में गुणवत्ता वाली शीतलन प्रणालियों के लिए आवश्यकताओं को बढ़ाते हुए अधिक से अधिक ऊष्मा उत्सर्जित करता था।
घड़ी-दर वर्धन (ओवरक्लॉकिंग) का अर्थ हमेशा, अधिक शीतल करने की आवश्यकता होता है, और स्वाभाविक रूप से तप्त चिपें उत्साही लोगों के लिए अधिक चिंता का विषय थीं। घड़ी-दर वर्धित कंप्यूटर तंत्र के लिए कुशल ताप सिंक महत्वपूर्ण होते हैं क्योंकि माइक्रोप्रोसेसर की शीतलन दर जितनी अधिक होती है, कंप्यूटर उतनी ही तीव्रता से बिना अवरोध के कार्य कर सकता है; सामान्यतः, उच्च प्रदर्शन, तीव्र संचालन का परिणाम होता है। अब कई कंपनियाँ व्यक्तिगत कम्प्यूटर घडी-दर वर्धन के प्रति उत्साही लोगों के लिए सर्वश्रेष्ठ ताप सिंक प्रस्तुत करने के लिए प्रतिस्पर्धा करती हैं। एयरो कूल, फॉक्सकॉन, थर्मलराइट, थर्माल्टेक, स्विफ्टेक और ज़लमैन आदि प्रमुख आफ्टरमार्केट (मोटर-गाड़ी सामग्री बाज़ार) ताप सिंक निर्माताओं में सम्मिलित हैं।[citation needed]
टाँकना
परिपथ बोर्डों को टाँकते समय कभी-कभी अस्थायी ऊष्मा सिंक का उपयोग किया जाता था, जिससे आस-पास के संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को इस अत्यधिक ऊष्मा से होने वाली हानि से बचाया जा सके। सबसे सामान्य मामले में इसका अर्थ, एक घटक को एक भारी धात्विक मगरमच्छ क्लिप या इसी तरह के क्लैंप का उपयोग करके आंशिक रूप से पकड़ना है। आधुनिक अर्धचालक उपकरण, जिन्हें पुनर्प्रवाह टाँकन (रीफ्लो सोल्डरिंग) द्वारा एकत्रित करने के लिए संरचित किया गया है, सामान्यतः बिना नुकसान के टाँकन तापमान को सहन कर सकते हैं। दूसरी ओर, चुंबकीय रीड कुंजी जैसे विद्युत घटक उच्च शक्ति टाँकन लोहे के संपर्क में आने पर खराब हो सकते हैं, इसलिए यह अभ्यास अभी भी अत्यधिक उपयोग में है।[5]
बैटरी
विद्युत वाहनों के लिए उपयोग की जाने वाली बैटरी में नाममात्र बैटरी प्रदर्शन सामान्यतः +20 °C से +30 °C की सीमा में कार्य करने वाले तापमान के लिए निर्दिष्ट किया जाता है; हालांकि, बैटरी के उच्च या विशेष रूप से कम तापमान पर संचालित होने पर वास्तविक प्रदर्शन, काफी हद तक इससे विचलित हो सकता है, इसलिए कुछ विद्युत कारों में उनकी बैटरी के लिए ऊष्मन और शीतलन सुविधा होती है।[6]
कार्यप्रणाली
हीट सिंक
हीट सिंक व्यापक रूप से इलेक्ट्रॉनिक्स में उपयोग किए जाते हैं और आधुनिक माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स के लिए आवश्यक हो गए हैं। सामान्य उपयोग में, यह एक धातु की वस्तु है जिसे एक इलेक्ट्रॉनिक घटक की गर्म सतह के संपर्क में लाया गया है - हालांकि ज्यादातर मामलों में, एक पतली थर्मल इंटरफ़ेस सामग्री दो सतहों के बीच मध्यस्थता करती है। माइक्रोप्रोसेसर्स और पावर हैंडलिंग सेमीकंडक्टर्स इलेक्ट्रॉनिक्स के उदाहरण हैं जिन्हें बढ़े हुए थर्मल द्रव्यमान और गर्मी अपव्यय (मुख्य रूप से चालन और संवहन द्वारा और विकिरण द्वारा कुछ हद तक) के माध्यम से उनके तापमान को कम करने के लिए एक गर्मी सिंक की आवश्यकता होती है। हीट सिंक आधुनिक एकीकृत सर्किट जैसे माइक्रोप्रोसेसर्स, डीएसपी, जीपीयू, और बहुत कुछ के लिए लगभग आवश्यक हो गए हैं।
एक हीट सिंक में आमतौर पर एक या एक से अधिक सपाट सतहों के साथ एक धातु संरचना होती है ताकि घटकों के साथ अच्छे थर्मल संपर्क को ठंडा किया जा सके, और हवा के साथ सतह के संपर्क को बढ़ाने के लिए प्रोट्रूशियंस की तरह कंघी या फिन की एक सरणी, और इस प्रकार की दर ताप लोपन।
हीट सिंक का उपयोग कभी -कभी हीट सिंक पर एयरफ्लो की दर को बढ़ाने के लिए एक प्रशंसक के साथ संयोजन में किया जाता है। यह संवहन की तुलना में तेजी से गर्म हवा को बदलकर एक बड़ा तापमान ढाल बनाए रखता है। इसे एक मजबूर वायु प्रणाली के रूप में जाना जाता है।
कोल्ड प्लेट
एक प्रवाहकीय मोटी धातु की प्लेट को रखना, एक ठंडी प्लेट के रूप में संदर्भित किया जाता है, गर्मी स्रोत और एक ठंडे बहने वाले तरल पदार्थ (या किसी अन्य हीट सिंक) के बीच एक गर्मी हस्तांतरण इंटरफ़ेस के रूप में, शीतलन प्रदर्शन में सुधार कर सकता है।इस तरह की व्यवस्था में, गर्मी स्रोत को कूलिंग द्रव के साथ सीधे संपर्क में ठंडा होने के बजाय मोटी प्लेट के नीचे ठंडा किया जाता है।यह दिखाया गया है कि मोटी प्लेट गर्मी के स्रोत और शीतलन द्रव के बीच गर्मी वर्तमान के बीच गर्मी वर्तमान को एक इष्टतम तरीके से संचालित करने के माध्यम से काफी सुधार कर सकती है।इस पद्धति के दो सबसे आकर्षक लाभ यह है कि कोई अतिरिक्त पंपिंग शक्ति और कोई अतिरिक्त गर्मी हस्तांतरण सतह क्षेत्र नहीं है, जो कि पंखों (विस्तारित सतहों) से काफी अलग है।
सिद्धांत =
हीट सिंक फ़ंक्शन को उच्च तापमान पर एक ऑब्जेक्ट से थर्मल एनर्जी (हीट) को कुशलतापूर्वक स्थानांतरित करके एक सेकंड ऑब्जेक्ट पर कम तापमान पर कम तापमान पर कम तापमान पर कार्य करता है। थर्मल ऊर्जा का यह तेजी से हस्तांतरण जल्दी से पहली ऑब्जेक्ट को थर्मल संतुलन में दूसरे के साथ लाता है, पहली ऑब्जेक्ट के तापमान को कम करता है, एक कूलिंग डिवाइस के रूप में हीट सिंक की भूमिका को पूरा करता है। एक हीट सिंक का कुशल कार्य पहली ऑब्जेक्ट से हीट सिंक तक थर्मल ऊर्जा के तेजी से हस्तांतरण पर निर्भर करता है, और दूसरी वस्तु के लिए हीट सिंक।
हीट सिंक का सबसे आम डिजाइन कई पंखों के साथ एक धातु उपकरण है। इसके बड़े सतह क्षेत्र के साथ संयुक्त धातु की उच्च तापीय चालकता के परिणामस्वरूप आसपास के, कूलर, हवा में थर्मल ऊर्जा का तेजी से हस्तांतरण होता है। यह हीट सिंक को ठंडा करता है और जो कुछ भी यह सीधे थर्मल संपर्क में है। तरल पदार्थों का उपयोग (उदाहरण के लिए रेफ्रिजरेशन में शीतलक) और थर्मल इंटरफ़ेस सामग्री (कूलिंग इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में) गर्मी सिंक में थर्मल ऊर्जा का अच्छा हस्तांतरण सुनिश्चित करता है। इसी तरह, एक प्रशंसक गर्मी सिंक से हवा में थर्मल ऊर्जा के हस्तांतरण में सुधार कर सकता है।
निर्माण और सामग्री =
एक हीट सिंक में आमतौर पर एक या एक से अधिक सपाट सतहों के साथ एक आधार होता है और हवा से संपर्क करने वाले हीट सिंक की सतह क्षेत्र को बढ़ाने के लिए कंघी या फिन-जैसे प्रोट्रूशियंस की एक सरणी होती है, और इस प्रकार गर्मी विघटन दर में वृद्धि होती है। जबकि एक हीट सिंक एक स्थिर वस्तु है, एक प्रशंसक अक्सर हीट सिंक पर बढ़ी हुई एयरफ्लो प्रदान करके एक हीट सिंक को सहायता प्रदान करता है - इस प्रकार गर्मी की हवा को अधिक तेज़ी से बदलकर एक बड़ा तापमान ढाल बनाए रखता है, जो कि निष्क्रिय संवहन की तुलना में अधिक तेज़ी से प्राप्त होता है - यह एक मजबूर के रूप में जाना जाता है। -एयर | मजबूर-हवा प्रणाली।
आदर्श रूप से, गर्मी के सिंक एक अच्छे थर्मल कंडक्टर जैसे कि चांदी, सोना, तांबा या एल्यूमीनियम मिश्र धातु से बने होते हैं। कॉपर और एल्यूमीनियम इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के भीतर इस उद्देश्य के लिए सबसे अधिक इस्तेमाल की जाने वाली सामग्री में से एक हैं। कॉपर (401 & nbsp; w/(m · k) 300 & nbsp; k) पर एल्यूमीनियम (237 & nbsp; w/(m · k) की तुलना में 300 & nbsp; k) की तुलना में काफी महंगा है, लेकिन एक थर्मल कंडक्टर के रूप में लगभग दो बार कुशल है। एल्यूमीनियम का महत्वपूर्ण लाभ है कि इसे आसानी से एक्सट्रूज़न द्वारा बनाया जा सकता है, इस प्रकार जटिल क्रॉस-सेक्शन संभव हो जाता है। एल्यूमीनियम भी तांबे की तुलना में बहुत हल्का है, जो नाजुक इलेक्ट्रॉनिक घटकों पर कम यांत्रिक तनाव प्रदान करता है। एल्यूमीनियम से बने कुछ हीट सिंक में एक ट्रेड ऑफ के रूप में कॉपर कोर होता है। हीट सिंक की संपर्क सतह (आधार) सपाट और चिकनी होनी चाहिए ताकि कूलिंग की आवश्यकता वाले ऑब्जेक्ट के साथ सबसे अच्छा थर्मल संपर्क सुनिश्चित किया जा सके। इष्टतम थर्मल संपर्क सुनिश्चित करने के लिए अक्सर एक थर्मल प्रवाहकीय तेल का उपयोग किया जाता है; ऐसे यौगिकों में अक्सर कोलाइडल चांदी होती है। इसके अलावा, एक क्लैम्पिंग तंत्र, शिकंजा, या थर्मल चिपकने वाला घटक पर कसकर गर्मी सिंक को पकड़ता है, लेकिन विशेष रूप से दबाव के बिना जो घटक को कुचल देगा।
प्रदर्शन =
हीट सिंक प्रदर्शन (मुक्त संवहन सहित, मजबूर संवहन, तरल ठंडा, और किसी भी संयोजन सहित) सामग्री, ज्यामिति और समग्र सतह गर्मी हस्तांतरण गुणांक का एक कार्य है।आम तौर पर, जबरन संवहन हीट सिंक थर्मल प्रदर्शन में हीट सिंक सामग्री की थर्मल चालकता को बढ़ाकर, सतह क्षेत्र को बढ़ाकर (आमतौर पर विस्तारित सतहों, जैसे कि पंख या फोम धातु) को जोड़कर और समग्र क्षेत्र गर्मी हस्तांतरण गुणांक में वृद्धि करके सुधार किया जाता है (आमतौर पर (आमतौर परद्रव वेग को बढ़ाकर, जैसे कि प्रशंसकों, पंपों, आदि को जोड़ना)।
उपन्यास अवधारणाओं, इंक। और www.heatsinkcalculator.com पर कंपनियों से ऑनलाइन हीट सिंक कैलकुलेटर[7] जबरन और प्राकृतिक संवहन हीट सिंक प्रदर्शन का सटीक अनुमान लगा सकते हैं।अधिक जटिल गर्मी सिंक ज्यामितीय के लिए, या कई सामग्रियों या कई तरल पदार्थों के साथ हीट सिंक, कम्प्यूटेशन फ्लुइड डायनेमिक्स (सीएफडी) विश्लेषण की सिफारिश की जाती है (इस पृष्ठ पर ग्राफिक्स देखें)।[citation needed]
संवहन हवा कूलिंग
यह शब्द गर्म हवा के संवहन धाराओं द्वारा डिवाइस कूलिंग का वर्णन करता है, जिसे कूलर हवा द्वारा प्रतिस्थापित किए जाने वाले घटक की सीमाओं से बचने की अनुमति दी जाती है।चूंकि गर्म हवा आम तौर पर बढ़ती है, इस विधि को आमतौर पर आवरण के शीर्ष या किनारों पर वेंटिंग की आवश्यकता होती है जो प्रभावी होने के लिए होती है।
मजबूर हवा कूलिंग
यदि बाहर पंप किए जाने की तुलना में अधिक हवा को एक प्रणाली में मजबूर किया जा रहा है (प्रशंसकों की संख्या में असंतुलन के कारण), तो इसे 'सकारात्मक' एयरफ्लो के रूप में संदर्भित किया जाता है, क्योंकि यूनिट के अंदर का दबाव बाहर की तुलना में अधिक है।
एक संतुलित या तटस्थ एयरफ्लो सबसे कुशल है, हालांकि थोड़ा सकारात्मक एयरफ्लो कम धूल का निर्माण कर सकता है यदि ठीक से फ़िल्टर किया गया
हीट पाइप
एक हीट पाइप एक हीट ट्रांसफर डिवाइस है जो गर्म और ठंडे इंटरफेस के बीच तापमान में बहुत कम अंतर के साथ बड़ी मात्रा में गर्मी के परिवहन के लिए दो-चरण कार्यशील द्रव या शीतलक के वाष्पीकरण और संक्षेपण का उपयोग करता है। एक विशिष्ट गर्मी पाइप में एक थर्मोकॉन्डक्टिव धातु जैसे कि तांबे या एल्यूमीनियम से बने सील खोखले ट्यूब होते हैं, और बाष्पीकरणकर्ता से कंडेनसर के लिए काम करने वाले तरल पदार्थ को वापस करने के लिए एक बाती होती है। पाइप में एक कामकाजी तरल पदार्थ (जैसे पानी, मेथनॉल या अमोनिया) के संतृप्त तरल और वाष्प दोनों होते हैं, अन्य सभी गैसों को बाहर रखा जाता है। इलेक्ट्रॉनिक्स थर्मल प्रबंधन के लिए सबसे आम गर्मी पाइप में एक तांबे का लिफाफा और विक है, जिसमें काम करने वाले तरल के रूप में पानी होता है। कॉपर/मेथनॉल का उपयोग किया जाता है यदि गर्मी पाइप को पानी के ठंड के नीचे संचालित करने की आवश्यकता होती है, और एल्यूमीनियम/अमोनिया हीट पाइप का उपयोग अंतरिक्ष में इलेक्ट्रॉनिक्स कूलिंग के लिए किया जाता है।
हीट पाइप का लाभ गर्मी को स्थानांतरित करने में उनकी महान दक्षता है। गर्मी के पाइपों की थर्मल चालकता तांबे के विपरीत 100,000 w/m k के रूप में अधिक हो सकती है, जिसमें लगभग 400 w/m k की थर्मल चालकता होती है।[8]
पेल्टियर कूलिंग प्लेट्स
पेल्टियर कूलिंग प्लेट्स /ˈpɛlti.eɪ/ विद्युत प्रवाह को लागू करके बिजली के दो अलग -अलग कंडक्टरों के जंक्शन के बीच एक गर्मी प्रवाह बनाने के लिए पेल्टियर प्रभाव का लाभ उठाएं।[9] यह प्रभाव आमतौर पर इलेक्ट्रॉनिक घटकों और छोटे उपकरणों को ठंडा करने के लिए उपयोग किया जाता है।व्यवहार में, ऐसे कई जंक्शनों को श्रृंखला में व्यवस्थित किया जा सकता है ताकि आवश्यक हीटिंग या कूलिंग की मात्रा में प्रभाव बढ़ सके।
कोई चलती भाग नहीं हैं, इसलिए एक पेल्टियर प्लेट रखरखाव मुक्त है।इसकी अपेक्षाकृत कम दक्षता होती है, इसलिए थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग का उपयोग आमतौर पर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों, जैसे कि इन्फ्रा-रेड सेंसर के लिए किया जाता है, जिन्हें परिवेश के नीचे तापमान पर संचालित करने की आवश्यकता होती है।इन उपकरणों को ठंडा करने के लिए, पेल्टियर प्लेटों की ठोस राज्य प्रकृति उनकी खराब दक्षता से आगे निकल जाती है।थर्मोइलेक्ट्रिक जंक्शन आमतौर पर आदर्श कार्नोट चक्र रेफ्रिजरेटर के रूप में लगभग 10% कुशल होते हैं, जबकि पारंपरिक संपीड़न चक्र प्रणालियों द्वारा प्राप्त 40% की तुलना में।
सिंथेटिक जेट एयर कूलिंग
एक सिंथेटिक जेट का निर्माण भंवरों के एक निरंतर प्रवाह द्वारा किया जाता है जो एक उद्घाटन के दौरान संक्षिप्त इजेक्शन और हवा के सक्शन द्वारा बनाई जाती है जैसे कि शुद्ध द्रव्यमान प्रवाह शून्य है।इन जेट्स की एक अनूठी विशेषता यह है कि वे पूरी तरह से प्रवाह प्रणाली के काम करने वाले तरल पदार्थ से बनते हैं जिसमें वे तैनात किए जाते हैं, सिस्टम के लिए शुद्ध द्रव्यमान इंजेक्शन के बिना एक प्रणाली के प्रवाह के लिए एक शुद्ध गति का उत्पादन कर सकते हैं।
सिंथेटिक जेट एयर मूवर्स में कोई मूविंग पार्ट्स नहीं होते हैं और इस प्रकार रखरखाव मुक्त होते हैं।उच्च गर्मी हस्तांतरण गुणांक, उच्च विश्वसनीयता लेकिन कम समग्र प्रवाह दर के कारण, सिंथेटिक जेट एयर मूवर्स का उपयोग आमतौर पर चिप स्तर पर किया जाता है न कि ठंडा करने के लिए सिस्टम स्तर पर।हालांकि सिस्टम के आकार और जटिलता के आधार पर उनका उपयोग दोनों समय के लिए किया जा सकता है।[citation needed]
इलेक्ट्रोस्टैटिक द्रव त्वरण
एक इलेक्ट्रोस्टैटिक द्रव त्वरक (EFA) एक उपकरण है जो किसी भी चलती भागों के बिना हवा जैसे तरल पदार्थ को पंप करता है।घूर्णन ब्लेड का उपयोग करने के बजाय, एक पारंपरिक प्रशंसक के रूप में, एक EFA विद्युत क्षेत्र के अणुओं को आगे बढ़ाने के लिए एक विद्युत क्षेत्र का उपयोग करता है।क्योंकि हवा के अणुओं को आम तौर पर न्यूट्रल रूप से चार्ज किया जाता है, ईएफए को पहले कुछ चार्ज किए गए अणु, या आयन, पहले।इस प्रकार द्रव त्वरण प्रक्रिया में तीन बुनियादी चरण हैं: आयन हवा के अणु, उन आयनों का उपयोग एक वांछित दिशा में कई और तटस्थ अणुओं को धक्का देने के लिए, और फिर किसी भी शुद्ध चार्ज को खत्म करने के लिए आयनों को हटा दें और बेअसर करें।
मूल सिद्धांत को कुछ समय के लिए समझा गया है, लेकिन केवल हाल के वर्षों में ईएफए उपकरणों के डिजाइन और निर्माण में विकास देखा गया है जो उन्हें व्यावहारिक और किफायती अनुप्रयोगों को खोजने की अनुमति दे सकते हैं, जैसे कि इलेक्ट्रॉनिक्स घटकों के माइक्रो-कूलिंग में।
हाल के घटनाक्रम
हाल ही में, उच्च तापीय चालकता सामग्री जैसे सिंथेटिक डायमंड और बोरॉन आर्सेनाइड कूलिंग सिंक पर बेहतर कूलिंग प्रदान करने के लिए शोध किया जा रहा है।बोरोन आर्सेनाइड को गैलियम नाइट्राइड ट्रांजिस्टर के साथ उच्च तापीय चालकता और उच्च थर्मल सीमा चालन के साथ सूचित किया गया है और इस प्रकार हीरे और सिलिकॉन कार्बाइड कूलिंग प्रौद्योगिकियों की तुलना में बेहतर प्रदर्शन है।इसके अलावा, कुछ हीट सिंक का निर्माण वांछनीय विशेषताओं के साथ कई सामग्रियों से किया जाता है, जैसे कि चरण परिवर्तन सामग्री, जो संलयन की गर्मी के कारण ऊर्जा का एक बड़ा सौदा स्टोर कर सकते हैं।[citation needed]
इलेक्ट्रॉनिक्स का ऊष्मीय अनुकरण
ऊष्मीय अनुकरण, अभियंताओं को उपकरण के अंदर तापमान और वायु प्रवाह का एक दृश्य निरूपण देते हैं। ऊष्मीय अनुकरण, अभियंताओं को विद्युत की खपत, वजन और लागत को कम करने, एक संरचना के अनुकूलन, और यह सुनिश्चित करने के लिए ऊष्मीय संरचना को सत्यापित करने के लिए कि उपकरण बनाते समय कोई समस्या नहीं है, शीतलन प्रणाली की संरचना करने में सक्षम बनाता है। अधिकांश ऊष्मीय अनुकरण सॉफ्टवेयर एक इलेक्ट्रॉनिक तंत्र के तापमान और वायु प्रवाह की भविष्यवाणी करने के लिए गणकीय तरल गतिकी तकनीकों का उपयोग करते हैं।
संरचना
ऊष्मीय अनुकरण को प्रायः यह निर्धारित करने की आवश्यकता होती है कि घटकों को संरचना बाधाओं के भीतर प्रभावी ढंग से कैसे शीतल किया जाए। अनुकरण अति प्रारंभिक चरण, और इलेक्ट्रॉनिक और यांत्रिक भागों की पूर्ण संरचना में उपकरण के ऊष्मीय संरचना की संरचना और सत्यापन को सक्षम बनाता है। प्रारंभ से ही मस्तिष्क में ऊष्मीय गुणों की संरचना, ऊष्मीय मुद्दों के सुधार के लिए अंतिम मिनट के संरचना परिवर्तनों के जोखिम को कम करती है।
ऊष्मीय अनुकरण का संरचना प्रक्रिया के हिस्से के रूप में उपयोग, एक इष्टतम और अभिनव उत्पाद संरचना के निर्माण को सक्षम बनाता है, जो विनिर्देशन, और ग्राहकों की विश्वसनीयता आवश्यकताओं को पूरा करता है।[10]
अनुकूलन
असीमित स्थान, शक्ति और बजट होने पर लगभग किसी भी उपकरण के लिए शीतलन प्रणाली की संरचना करना आसान है। हालांकि, अधिकांश उपकरणों में एक कठोर विनिर्देश होता है जो त्रुटि के लिए सीमित गुंजाइश छोड़ देता है। प्रदर्शन या विश्वसनीयता से समझौता किए बिना विद्युत आवश्यकताओं, तंत्र के वजन और लागत भागों को कम करने के लिए एक माँग लगातार उठ रही है। ऊष्मीय अनुकरण, अनुकूलन के साथ प्रयोग की अनुमति देता है, जैसे कि ताप सिंक ज्यामिति को संशोधित करना या आभासी वातावरण में पंखे की गति को कम करना, जो भौतिक प्रयोग और माप से तेज, सस्ता और सुरक्षित है।
सत्यापन
पारम्परिक रूप से पहली बार उपकरण की ऊष्मीय संरचना को एक प्रोटोटाइप के निर्माण के बाद सत्यापित किया जाता है। उपकरण को संभवतः एक पर्यावरण कक्ष के अंदर संचालित किया जाता है, और तंत्र के महत्वपूर्ण हिस्सों के तापमान को ताप-युग्म जैसे संवेदक का उपयोग करके मापा जाता है। किसी त्रुटि के पाए जाने पर समाधान की तलाश में परियोजना में देरी होती है। त्रुटि-सुधार के लिए पीसीबी या संलग्नक भाग की संरचना में परिवर्तन की आवश्यकता हो सकती है, जिसमें समय लगता है और एक महत्वपूर्ण राशि व्यय होती है। यदि ऊष्मीय अनुकरण का उपयोग उपकरण की संरचना प्रक्रिया के हिस्से के रूप में किया जाता है, तो प्रोटोटाइप के निर्माण से पहले ऊष्मीय संरचना मुद्दे की पहचान की जाती है। संरचना चरण में किसी त्रुटि में सुधार करना, एक प्रोटोटाइप के निर्माण के बाद संरचना को संशोधित करने की तुलना में तेज़ और सस्ता होता है।
सॉफ्टवेयर
इलेक्ट्रॉनिक्स के ऊष्मीय अनुकरण के लिए संरचित किए गए सॉफ़्टवेयर उपकरणों की एक विस्तृत श्रृंखला है, जिसमें 6सिग्माईटी (6sigmaET), एनसिस' आइसपाक (Ansys' IcePak) और मेंटर ग्राफिक्स' फ्लोथर्म (FloTHERM) सम्मिलित हैं।
दूरसंचार वातावरण
दूरसंचार कक्षों में उच्च ताप विमोचन उपकरणों को समायोजित करने के लिए थर्मल प्रबंधन उपाय किए जाने चाहिए। सामान्य पूरक/स्पॉट कूलिंग तकनीक, साथ ही उपकरण निर्माताओं द्वारा विकसित टर्नकी कूलिंग समाधान व्यवहार्य समाधान हैं। इस तरह के समाधान एक केंद्रीय कार्यालय में बहुत अधिक गर्मी रिलीज उपकरण रखने की अनुमति दे सकते हैं जिसमें केंद्रीय वायु हैंडलर से उपलब्ध शीतलन क्षमता पर या उसके पास गर्मी घनत्व होता है।
टेल्कोर्डिया gr-3028, दूरसंचार केंद्रीय कार्यालयों में थर्मल प्रबंधन के अनुसार, आधुनिक दूरसंचार उपकरणों को आंतरिक रूप से ठंडा करने का सबसे आम तरीका मजबूर संवहन शीतलन बनाने के लिए कई उच्च गति वाले प्रशंसकों का उपयोग करना है। हालांकि प्रत्यक्ष और अप्रत्यक्ष रूप से तरल शीतलन को भविष्य में पेश किया जा सकता है, नए इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों का वर्तमान डिजाइन हवा को शीतलन माध्यम के रूप में बनाए रखने के लिए तैयार है।[11]
वर्तमान और भविष्य के थर्मल प्रबंधन समस्याओं को समझने के लिए एक अच्छी तरह से विकसित "समग्र" दृष्टिकोण की आवश्यकता है। एक तरफ स्पेस कूलिंग, और दूसरी तरफ कूलिंग इक्विपमेंट, को समग्र थर्मल चैलेंज के दो अलग-अलग हिस्सों के रूप में नहीं देखा जा सकता है। एक उपकरण सुविधा की वायु-वितरण प्रणाली का मुख्य उद्देश्य वातानुकूलित हवा को इस तरह वितरित करना है कि इलेक्ट्रॉनिक उपकरण प्रभावी ढंग से ठंडा हो। समग्र शीतलन दक्षता इस बात पर निर्भर करती है कि वायु वितरण प्रणाली उपकरण कक्ष के माध्यम से हवा को कैसे स्थानांतरित करती है, उपकरण उपकरण फ्रेम के माध्यम से हवा को कैसे स्थानांतरित करता है, और ये एयरफ्लो एक दूसरे के साथ कैसे बातचीत करते हैं। उच्च ताप-अपव्यय स्तर उपकरण-कूलिंग और रूम-कूलिंग डिज़ाइनों के सहज एकीकरण पर बहुत अधिक निर्भर करते हैं।
दूरसंचार सुविधाओं में मौजूदा पर्यावरणीय समाधानों की अंतर्निहित सीमाएं हैं। उदाहरण के लिए, अधिकांश परिपक्व केंद्रीय कार्यालयों में बड़े वायु वाहिनी प्रतिष्ठानों के लिए सीमित स्थान उपलब्ध होता है जो उच्च ताप घनत्व वाले उपकरण कमरों को ठंडा करने के लिए आवश्यक होते हैं। इसके अलावा, ठंडा तापमान होने पर तेज तापमान प्रवणता तेजी से विकसित होती है; यह कंप्यूटर मॉडलिंग और प्रत्यक्ष माप और अवलोकन के माध्यम से अच्छी तरह से प्रलेखित किया गया है। हालांकि पर्यावरण बैकअप सिस्टम मौजूद हो सकते हैं, ऐसी स्थितियां हैं जब वे मदद नहीं करेंगे। हाल के एक मामले में, एक प्रमुख केंद्रीय कार्यालय में दूरसंचार उपकरण गर्म हो गए थे, और एक झूठे धूम्रपान अलार्म द्वारा शुरू किए गए एक पूर्ण शीतलन बंद से महत्वपूर्ण सेवाएं बाधित हो गई थीं।
प्रभावी थर्मल प्रबंधन के लिए एक बड़ी बाधा वर्तमान में गर्मी-रिलीज़ डेटा की रिपोर्ट करने का तरीका है। आपूर्तिकर्ता आमतौर पर उपकरण से अधिकतम (नेमप्लेट) हीट रिलीज निर्दिष्ट करते हैं। वास्तव में, उपकरण विन्यास और यातायात विविधता का परिणाम काफी कम गर्मी रिलीज संख्या में होगा।
उपकरण शीतलन श्रेणियाँ
जैसा कि gr-3028 में कहा गया है, अधिकांश उपकरण वातावरण कूल फ्रंट (रखरखाव) गलियारों और गर्म रियर (वायरिंग) गलियारों को बनाए रखते हैं, जहां ठंडी आपूर्ति हवा सामने के गलियारों तक पहुंचाई जाती है और गर्म हवा को पीछे के गलियारों से हटा दिया जाता है। यह योजना प्रभावी उपकरण शीतलन और उच्च तापीय क्षमता सहित कई लाभ प्रदान करती है।
अधिकांश सेवा प्रदाताओं द्वारा उपयोग किए जाने वाले पारंपरिक रूम कूलिंग क्लास में, उपकरण कूलिंग को हवा के सेवन और निकास स्थानों से लाभ होगा जो हवा को आगे के गलियारे से पीछे के गलियारे तक ले जाने में मदद करते हैं। पारंपरिक फ्रंट-बॉटम से टॉप-रियर पैटर्न, हालांकि, कुछ उपकरणों में अन्य एयरफ्लो पैटर्न के साथ बदल दिया गया है जो उच्च गर्मी घनत्व वाले क्षेत्रों में पर्याप्त उपकरण शीतलन सुनिश्चित नहीं कर सकते हैं।
उपकरण-शीतलन (ईसी) वर्गों में उपकरण (अलमारियों और अलमारियाँ) का वर्गीकरण शीतलन हवा के सेवन और गर्म हवा के निकास स्थानों, यानी उपकरण एयरफ्लो योजनाओं या प्रोटोकॉल के संबंध में उपकरणों को वर्गीकृत करने के उद्देश्य से कार्य करता है।
ईसी-क्लास सिंटैक्स एक लचीली और महत्वपूर्ण "सामान्य भाषा" प्रदान करता है। इसका उपयोग हीट-रिलीज़ टारगेट (एचआरटी) विकसित करने के लिए किया जाता है, जो नेटवर्क विश्वसनीयता, उपकरण और अंतरिक्ष योजना और बुनियादी ढांचा क्षमता योजना के लिए महत्वपूर्ण हैं। एचआरटी आपूर्ति एयरफ्लो क्षमता, उपकरण स्थान में वायु प्रसार, और वायु-वितरण/उपकरण इंटरैक्शन सहित पर्यावरण और पर्यावरणीय आधारभूत मानदंड की भौतिक सीमाओं को ध्यान में रखते हैं। एचआरटी विकसित करने के लिए उपयोग किए जाने के अलावा, ईसी वर्गीकरण का उपयोग उत्पाद शीट पर अनुपालन दिखाने, आंतरिक डिजाइन विनिर्देश प्रदान करने या खरीद आदेशों में आवश्यकताओं को निर्दिष्ट करने के लिए किया जा सकता है।
रूम-कूलिंग वर्गीकरण (आरसी-क्लास) से तात्पर्य है कि जिस तरह से समग्र उपकरण स्थान वातानुकूलित (ठंडा) है। RC-Classes का मुख्य उद्देश्य केंद्रीय कार्यालय के वातावरण में विरासत और गैर-विरासत कक्ष-कूलिंग योजनाओं या प्रोटोकॉल का तार्किक वर्गीकरण और विवरण प्रदान करना है। एचआरटी विकसित करने के लिए उपयोग किए जाने के अलावा, आरसी-वर्गीकरण का उपयोग आंतरिक केंद्रीय कार्यालय डिजाइन विनिर्देशों या खरीद आदेशों में किया जा सकता है।
पूरक-शीतलन वर्ग (एससी-क्लास) पूरक शीतलन तकनीकों का वर्गीकरण प्रदान करते हैं। सेवा प्रदाता आरसी-क्लास द्वारा व्यक्त किए गए सामान्य रूम-कूलिंग प्रोटोकॉल द्वारा प्रदान की गई कूलिंग क्षमता (जैसे, "हॉट स्पॉट" की घटनाओं का इलाज करने के लिए) के पूरक के लिए पूरक/स्पॉट-कूलिंग समाधानों का उपयोग करते हैं।
आर्थिक प्रभाव
दूरसंचार उपकरण द्वारा ऊर्जा की खपत वर्तमान में केंद्रीय कार्यालयों में खपत की गई कुल ऊर्जा का एक उच्च प्रतिशत है। इस ऊर्जा का अधिकांश भाग बाद में आसपास के उपकरण स्थान में ऊष्मा के रूप में छोड़ा जाता है। चूंकि अधिकांश शेष केंद्रीय कार्यालय ऊर्जा का उपयोग उपकरण कक्ष को ठंडा करने के लिए किया जाता है, इलेक्ट्रॉनिक उपकरण को ऊर्जा-कुशल बनाने का आर्थिक प्रभाव उन कंपनियों के लिए काफी होगा जो दूरसंचार उपकरण का उपयोग और संचालन करती हैं। यह समर्थन प्रणालियों के लिए पूंजीगत लागत को कम करेगा, और उपकरण कक्ष में थर्मल स्थितियों में सुधार करेगा।
यह भी देखें
- एकीकृत परिपथों में ऊष्मा उत्पादन
- इलेक्ट्रॉनिक्स में ऊष्मीय प्रतिरोध
- उच्च-शक्ति एल ई डी का ऊष्मीय प्रबंधन
- ऊष्मीय संरचना शक्ति
- तप्त नली
- कंप्यूटर शीतलन
- विकिरक
- सक्रिय शीतलन
संदर्भ
- ↑ Cengel, Yunus; Ghajar, Afshin (2015). Heat and Mass Transfer: Fundamentals and Applications (PDF). McGraw Hill. pp. Chapter 15. ISBN 978-0073398181.
- ↑ "OSHA Technical Manual (OTM) - Section III: Chapter 4 - Heat Stress - Occupational Safety and Health Administration". www.osha.gov.
- ↑ "The Effect of Forced Air Cooling on Heat Sink Thermal Ratings" (PDF).
- ↑ 4 MATERIALS ISSUES - Materials for High-Density Electronic Packaging and Interconnection - The National Academies Press. 1990. doi:10.17226/1624. hdl:2060/19900017733. ISBN 978-0-309-04233-8.
- ↑ "Reed Switches - Electronics in Meccano". www.eleinmec.com.
- ↑ "Battery Thermal Management". www.mpoweruk.com.
- ↑ "Heat Sink Calculator: Online Heat Sink Analysis and Design". heatsinkcalculator.com.
- ↑ "Spot Cooling Heat Pipes - When to Use Heat Pipes, HiK™ Plates, Vapor Chambers, and Conduction Cooling". www.1-act.com.
- ↑ "Thermoelectric Technical Reference — Introduction to Thermoelectric Cooling". Ferrotec. Retrieved 30 April 2014.
- ↑ "Archived copy". Archived from the original on 2016-03-04. Retrieved 2015-08-27.
{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link) - ↑ GR-3028-CORE, Thermal Management in Telecommunications Central Offices: Thermal GR-3028, Telcordia.
अग्रिम पठन
- Ogrenci-Memik, Seda (2015). Heat Management in Integrated circuits: On-chip and system-level monitoring and cooling. London, United Kingdom: The Institution of Engineering and Technology. ISBN 9781849199353. OCLC 934678500.
बाहरी संबंध
- "New Carbon Nanotube Sheets Claim World's Top Heat-Sink Performance". IEEE Spectrum: Technology, Engineering, and Science News (in English). 7 December 2017. Retrieved 2017-12-09.
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