Behåll kylan

Ett säkert sätt att få dagen förstörd är att låta överskottsvärme få fritt spelrum i elskåpet. För mycket värme kan förkorta komponenternas förväntade livslängd, leda till stopp i arbetet och, potentiellt, innebära risker för de anställda. Sådant bör vi alltså undvika, och i stället börja diskutera hur man skyddar skåpet från överdrivna temperaturer.

Energikonservering

Det bästa ämnet att börja diskutera är energikonservering.

Smart person säger: Den totala energin som flödar från samtliga källor till ett visst avgränsat område (t.ex. ett hölje eller en specifik komponent) måste vara lika med det totala energiflödet ut ur samma område, om temperaturen ska hållas stabil. För att få det här att hända, ändras systemkomponenternas temperatur under normal, stabil drift.

Jag: Energin (det vill säga antalet watt i höljet, i det här fallet) som kommer in måste alltså vara lika med den energi (värme som elimineras av värmehanteringslösningen) som går ut. Komponenterna i systemet svarar på förändringar antingen genom att öka temperaturen eller genom att minska den, tills termisk jämvikt uppnås. Helst vid en jämviktstemperatur som är lägre än den där ”fyrverkeriet” drar igång.

Varför det här är viktigt

Smart person säger: Enligt Arrhenius lag, accelererar elektromekaniska och andra processer ungefär tvåfaldigt per 10 °C ökning av temperaturen.

Jag: Blinkar… Blinkar… Va? Jag tror jag behöver mer kaffe…

Men skämt åsido – vad innebär det här för komponenternas del? Det innebär att livslängden för komponenterna, exempelvis elektrolytkondensatorer och batterier, minskar när temperaturen ökar. Baserat på den informationen, är det ganska viktigt att ta hänsyn till enheternas kapacitet eller märkningar eftersom dessa kan vara begränsande för faktorer som prestanda och livslängd.

Figur 1: (bildkälla: www.istockphoto.com)

Innan jag fortsätter är det nog bäst att gå igenom ett antal begrepp inom termodynamiken.

Konduktion (värmeledning)

Smart person säger: Konduktion är värmeöverföringen mellan två fysiskt sammankopplade komponenter inom ett system.

Jag: När en bit varm metall kopplas ihop med en annan metallbit, överförs värmen mellan de två metallbitarna, tills de har samma temperatur.

Konvektion (strömning)

Smart person säger: Konvektion betyder att värme överförs via cirkulation av luft eller vätska.

Jag: Från ett mycket varmt föremål överförs värmen via luften (eller någon annan så kallad fluid) till ett annat föremål, tills båda föremålen har samma temperatur.

Strålning (värmestrålning)

Smart person säger: Strålning innebär att energipartiklar överförs från ett föremål genom en mellanliggande rymd till ett annat föremål, som suger upp energipartiklarna.

Jag: Tänk ”brödrost”.

Termisk modellering

Smart person säger: Termisk modellering är en process för att utföra grundläggande värmeanalytiska beräkningar i elektroniska tillämpningar.

Jag: Kolla! En länk! (EEwiki-artikel)

Kylning i slutet eller öppet system

Det finns i stort sett två metoder för att kyla elskåp. Det ena är ett slutet system, vilket innebär att det inte sker någon förflyttning av kylmediet (luft eller vätska) från skåpets insida till dess utsida. All kylning sker genom konduktion. Som med allt annat, finns det fördelar och nackdelar med metoden. Vi kikar på några av dem: För det första behövs det ingen filtrering, vilket innebär lägre underhållsbehov. Det är perfekt i ”partikeltunga” miljöer. Dessutom hålls utrustningen i skåpet ren längre. Men det innebär också att temperaturen blir högre, på grund av konduktionsprocessens begränsningar. Värmen måste passera genom höljets vägg innan den släpps ut i omgivningsluften. I miljöer med hög temperatur kan det här orsaka mycket stora problem, eftersom processen i sig inte är särskilt väl lämpad för bortledning av stora värmemängder. En sak att överväga kan vara att använda ett slutet kylsystem inuti panelen, för att ”röra om” den instängda vätskan och på så sätt leda bort värme från komponenterna.

Nästa alternativ är det öppna systemet. Med ett sådant system tillåts luft eller vätska att komma in i skåpet via ett filtreringssystem. Sedan cirkulerar fluiden i en konvektionsprocess genom skåpet. Med den här metoden håller skåpet vanligen en lägre temperatur än med ett slutet system. Dock krävs visst underhåll. Eftersom det finns ett filtreringssystem måste filtret bytas med jämna mellanrum, för att förhindra att luftflödet blockeras och komponenterna försämras. Det finns begränsningar med det öppna systemet. Nödvändig flödeshastighet för fluiden (vanligen luft) beror på dess termiska kapacitet, på inlopps- och utloppstemperaturerna och på tillåtna komponenttemperaturer. Värt att notera är också att temperaturen i skåpet fortfarande är högre än utloppstemperaturen.

Mer information och användbara länkar

Fan Selection & Application Guide: Navigating parametric attributes (EEwiki-artikel)

Tillgängliga alternativ:

• Slutna
  • Laird Thermal Systems – SuperCool-seriens termoelektriska kylaggregat
  • Laird Thermal Systems, termoelektriska kylaggregat i Tunnel-serien
• Öppna
  • Orion-satser för gallerfläkt och filter
  • Orions AC- och DC-fläktbrickor