Jednou ze základních podmínek správného, dlouhodobého provozu elektrických a silových zařízení je jejich správné chlazení. K tomuto účelu se používají různá řešení pro odvod tepla ven. Článek pojednává o použití přirozené a nucené konvekce a také o použití dvou typů chladicích médií – vzduchu a kapaliny.
Teplo je nepřítel napájecích zdrojů
Není pochyb o tom, že jedním z největších nepřátel elektroniky je teplo: vysoká teplota zkracuje životnost a snižuje spolehlivost jakéhokoli elektronického systému. Jeho efektivní řízení je tedy klíčovou podmínkou a měřítkem pokroku v procesech konstrukce elektrických zařízení včetně napájecích zdrojů. K chlazení takových systémů se donedávna používala hlavně nucená cirkulace vzduchu. Nové koncepty se však od ventilátorů pomalu vzdalují a přiklánějí se k alternativním způsobům odvodu tepla. Tato řešení v kombinaci s vhodně zvolenými kondenzátory mají velmi významný vliv na spolehlivost zařízení připojených k síti.
Chlazení pomocí vzduchu
Teplo generované napájecími zdroji jako jsou zdroje Meanwell lze odvádět několika různými způsoby: pasivním chlazením (konvekcí), ventilátory a systémy na bázi vody. Každý z nich má své výhody a nevýhody, které se promítají do rozsahu jeho potenciálních aplikací. Systémy vodního chlazení se vyznačují největší účinností v odvodu tepla. Vyžadují však také vysoké investiční náklady – vzhledem k vysoké složitosti jejich konstrukce. Jak jsou na tom v tomto srovnání ostatní způsoby odvodu tepla?
U systémů středního až vysokého výkonu se k napájení elektrických zařízení často používají zdroje nuceného vzduchu. Nízkopříkonové spotřebiče jsou často chlazeny pouze přirozenou konvekcí. Teplo z vytápěného objektu je pak odváděno vlivem pohybů vzduchu (konvekční proudy). Vznikají kvůli rozdílu v hustotě tohoto plynu, který je zase výsledkem jeho teplotního rozdílu: blízko horkého povrchu a ve vzdálenosti od něj.
Ventilátor zabírá hodně místa a vyžaduje elektřinu, což zvyšuje celkovou spotřebu energie zařízení. Navíc se jedná o elektromechanickou součást a proto vytváří hluk a vibrace a je náchylnější k opotřebení než stacionární části. Nucená cirkulace vzduchu také podporuje nasávání prachu uvnitř chlazené součásti, což snižuje odvod tepla a může vést k předčasnému selhání jednotky. Proto by měly být pravidelně odstraňovány tyto nečistoty, které bez ohledu na vlastnosti těchto částic také pravidelně odstraňovány a samotné napájecí zdroje Meanwell by měly být pravidelně vyměňovány za nové.
Chlazení zařízení kapalinou
Kapaliny mají větší tepelnou vodivost a větší součinitel prostupu tepla než plyny, proto jsou účinnějším chladicím médiem než vzduch a to i pro zdroje Meanwell. Používají se především tam, kde kompenzuje jejich podstatnou nevýhodu, kterou je možnost zatékání. Kapalinové chlazení lze realizovat v přímém nebo nepřímém systému. V prvním je chladicí médium v přímém kontaktu s ohřívaným povrchem. Teplo z posledně jmenovaného se tak odvádí přímo do kapaliny. U druhého způsobu je chlazený povrch v kontaktu pouze s mezičlánkem. Pouze tento je přímo omýván médiem odvádějícím teplo. Chladicí kapalina musí mít specifické vlastnosti, které určují účinnost chlazení, stejně jako snadnost jejího transportu a regulace průtoku.
Kapaliny s vysokým měrným teplem vyžadují nižší hmotnostní průtok. Na druhé straně má nízká viskozita za následek nižší tlakovou ztrátu, takže lze použít menší čerpadlo. Při vysokém povrchovém napětí se snižuje pravděpodobnost úniku. Navíc, čím vyšší je dielektrická pevnost, tím lépe, zejména při přímém chlazení.
