Chłodzenie wodne

ZAGADNIENIE:

Elementami, które "produkują" najwięcej ciepła w modelu o napędzie elektrycznym są: silnik, regulator i czasami akumulatory.
W przypadku modeli latających, gdzie na wale silnika znajduje się śmigło, nie ma dużego problemu z chłodzenie - wykorzystywany jest do tego strumień zaśmigłowy. Wykonanie kilku otworów wentylacyjnych wystarcza przeważnie do utrzymania temperatury na odpowiednim poziomie.
W modelach pływających nie mamy już takiego komfortu, konieczne jest zastosowanie innej metody chłodzenia, z pomocą przychodzi nam obecna dookoła woda.
W łódce musi zostać wykonany instalacja wodna, składająca się głównie z wlotu, rurki silikonowej, "chłodnic" i wylotu. Umieszczenie w kadłubie wylotu jest praktycznie dowolne i nie ma prawie wpływu na skuteczność chłodzenia, natomiast położenie wlotu należy dokładnie przemyśleć.
W swoich modelach ślizgów wypróbowałem kilka rozwiązań umieszczenia wlotów, niestety rurki prowadzone prawie równolegle do dna nie zdały egzaminu (prawdopodobnie gdzieś popełniałem błąd). Skuteczna okazała się dopiero pionowo wklejona rurka, ścięta na końcu pod dużym kątem - przykład takiego rozwiązania widoczny jest na zdjęciu obok.

Wodę prowadzimy wężykiem silikonowym do regulatora i silnika, a na koniec wyrzucamy wylotem. Jeżeli zastosowany silnik nie ma bloku wodnego, to można go chłodzić przy użyciu spirali (z rurki aluminiowej) nałożonej na jego obudowę.
Chłodzenie regulatora jest już bardziej skomplikowane, są trzy podstawowe metody:

• Regulator ma duży zapas mocy, tj. wydajność prądowa jest DUŻO większa od prądu pobieranego przez silnik - można zaryzykować i nie stosować żadnego chłodzenia,
• Regulator ma fabrycznie wykonany blok wodny - podłączamy wężyki i ruszamy nad wodę,
• Dorabiamy do regulatora chłodzenie wodne - temu przypadkowi zostanie poświęcony poniższy artykuł.

WYKONANIE BLOKU WODNEGO:

Chłodzenie proponuję wykonać w postaci rurki (jednej lub dwóch - umieszczonych równolegle do siebie) przymocowanej do blaszki radiatora.
Poniżej, na fotografiach, pokazuję kolejne etapy wymiany oryginalnego radiatora, na wykonany przeze mnie. Nowe chłodzenie zostanie wykonane z mosiężnej rurki, przylutowanej do kawałka blaszki (również mosiężnej).
Jeżeli stary radiator jest przyklejony do regulatora i będziemy mieć problem z jego usunięciem, możemy przykleić rurkę bezpośrednio do niego. Spoinę najlepiej wykonać za pomocą kleju termoprzewodzącego, ale w ostateczności żywica epoksydowa też się nada.
Trzecią metoda polega na przymocowaniu radiatora bez kleju: pastą termoprzewodzącą smarujemy oryginalny radiator, przykładamy nowy blok wodny, a całość zawijamy koszulką termokurczliwą.

Do wykonania chłodzenia wodnego pierwszą metodą będą nam potrzebne:

• cienkościenna rurka mosiężna o średnicy zewnętrznej 4mm lub 5mm,
• blacha mosiężna o grubości ok. 1mm,
• klej termoprzewodzący,
• koszulka termokurczliwa do "zawinięcia" regulatora.

Zaprezentowany sposób modyfikacji chłodzenia zostanie opisany na przykładzie regulatora JETI JES-045. Jest to regulator do silników szczotkowych, ale w przypadku regulatorów do silników trójfazowych kroki postępowania są identyczne.

Zaczynamy od usunięcia koszulki termokurczliwej z regulatora. Przeważnie pod nią ukryta jest aluminiowa blaszka, która służy za radiator.

Oryginalny radiator nie będzie nam potrzebny - jeśli to możliwe usuwamy go.
W moim przypadku radiator był przyklejony dwustronną, gąbczastą taśmą. Po oderwaniu aluminiowej blaszki, na tranzystorach zostały resztki kleju z kawałkami taśmy.

Oczyszczamy (np. denaturatem) powierzchnie tranzystorów z resztek taśmy i kleju.
Następnie sprawdzamy czy podczas zdejmowania radiatora nie uszkodziliśmy regulatora. Należy skontrolować: stan ścieżek na płytce, mocowanie przewodów i stan tranzystorów (ewentualne uszkodzenia nóżek i pęknięcia/nadkruszenia obudowy). Jeżeli mamy wątpliwości warto wykonać krótki test na nieobciążonym silniku.

Mierzymy stary radiator i przenosimy jego wymiary na blachę mosiężną. Możemy zmienić jego wymiary, pamiętając, aby nowy radiator nie wystawał poza obrys płytki i nie przeszkadzał w obsłudze regulatora (zmiana programów, ewentualnie przelutowywanie kabli).
Po wycięciu płytki na chłodnicę zaokrąglamy jej krawędzie i usuwamy wszystkie powstałe zadziory. Konieczne jest również wyprostowanie i oszlifowanie na płasko naszej blaszki. Można wypolerować stronę radiatora, która będzie się stykać z tranzystorami.

Z cienkościennej rurki mosiężnej wycinamy rurkę około 25 mm dłuższą od regulatora. Po obcięciu wkładamy ją w imadło i szlifujemy na całej długości, w taki sposób, aby jeden z boków zrobić płaski. Ma to na celu powiększenie powierzchni styku rurki z płaską płytką.

Wycięty radiator i rurkę lutujemy ze sobą, tworząc zdecydowaną spoinę między obydwoma elementami. Do lutowania należy użyć lutownicy o mocy min. 40W (z grubym grotem) lub palnika gazowego.

W opisywanym regulatorze tranzystory nie były na jednym poziomie: mniejsze tranzystory (SMD) były położone wyżej niż większy tranzystor. Aby zapewnić chłodzenie wszystkim tranzystorom konieczne było delikatne wygięcie radiatora - polecam tę czynność robić już po przylutowaniu rurki.

Większość klei epoksydowych nie przewodzi prądu, jednak dla pewności warto zabezpieczyć miejsca, w których może się zrobić zwarcie. W opisywanym regulatorze zabezpieczyłem taśmą izolacyjną wszystkie ścieżki obwodu drukowanego w okolicach tranzystorów.

Jeżeli tranzystory w regulatorze są w obudowach typu SO (takich należy się spodziewać w nowszych konstrukcjach), to nie ma problemu z przyklejeniem metalowego radiatora - obudowy wykonane są z materiału ceramicznego, który nie przewodzi prądu. Natomiast, jeśli obudowa tranzystorów będzie typu TO, to podczas montażu metalowego radiatora należy sprawdzić czy masa wszystkich tranzystorów jest wspólna. Najprawdopodobniej regulator odpowiadający za BEC regulatora będzie miał inną masę. Można taki tranzystor zabezpieczyć taśmą izolacyjną (ale w ten sposób ograniczamy przenikanie ciepła do radiatora) lub do przyklejenia radiatora użyć termoprzewodzącej taśmy, mającej właściwości elektrycznie izolacyjne (thermopad).

Po odtłuszczeniu powierzchni tranzystorów i radiatora możemy nałożyć klej na elementy regulatora. Ja użyłem kleju Thermopox 85CT, przyznaję, że bezpośrednio po nałożeniu nie wygląda to zbyt atrakcyjnie...

Nakładamy chłodnicę na regulator i delikatnymi oscylacyjnymi ruchami rozprowadzamy klej.
Tuż po tym wkładamy regulator w koszulkę termokurczliwą i obkurczamy ją nad parą z czajnika lub przy użyciu opalarką. Dzięki temu zabiegowi radiator będzie mocniej dociśnięty podczas klejenia i zapewnimy równomierniejsze rozprowadzenie kleju.

Na koniec możemy zadbać o kosmetyczny wygląd regulatora. Ja na mosiężną płytkę przykleiłem kawałki oryginalnej koszulki termokurczliwej z danymi regulatora i instrukcją programowania.
Regulator można użyć praktycznie tuż po sklejeniu - przyśpieszy to proces utwardzania kleju. Jednak z pływaniem, a co za tym idzie ryzykiem zamoczenia regulatora poczekałbym przynajmniej 24h.