学問・資格

2016年8月14日 (日)

伝熱工学資料

先日、小茄子がでたので、前から蔵書にしたかった伝熱工学資料をポチりました。昔は会社の図書館にあったので自由に利用できましたが、残念ながら今は利用できなくなってしまいました。
機械工学学会の発行で歴史古く様々な伝熱の問題に取り組めます。Re数とかNu数とか
の数値が出てきますが強制対流、自然対流などの放熱問題などを
計算する式が沢山掲載されています。
私は特殊な光センサを設計しておりセンサのマイコンに供給する電源のレギュレータの
放熱を計算したり、高炉へ横から刺して使うファイバスコープの冷却管を設計するのに
利用しました。今はsolidworksとかANSYSで簡単にシミュレーションできますが、基本はレイノルズ数であることは変わりません。

ところで天文をやっているとCMOSカメラやデジカメを使いますが夏はノイズに悩まされます。
電子回路の宿命で電流を流せば熱に変わってしまいます。
おおよそUSB接続のカメラで5vで0.1Aくらいでしょうか。発熱量は0.5wか少し少ないくらい?
これを周囲温度と同じになるまで下げるのは強制対流、自然対流伝熱では不可能なことは
すぐにわかります。熱は温度の高いほうから低いほうに流れるのですが
放熱フィンを無限平面まで拡げても熱抵抗は0になりません。例をあげれば

半導体のパッケージとジャンクション間:4℃/w
パッケージと放熱フィン間:3℃/w
放熱フィンと空気:14℃/w(Rf)
リンク先の熱抵抗の計算でTjを求めてみると理解が進みます。
このへんが簡単な解説
ざっくり、総熱抵抗を発熱量で割ったものを周囲温度に足すとジャンクション温度になります。
パッケージ表面温度と消費電力がわかればジャンクション温度は計算できます。
結構トランジスタは熱くなるものです。

それでみんなペルチェで冷やしカメラにするわけです。
しかし、ペルチェはものすごく電流くいますから、なかなか運用が難しい代物です。
冷やすと曇るしねぇ。