Um den richtigen Wärmetauscher oder Ölkühler zu wählen, müssen Sie zunächst die erforderliche thermische Leistung für Ihre Anwendung bestimmen. Nutzen Sie das Beispiel unten:
Auswählen der Kühlflüssigkeit
Schritt 1: Anwendungsdaten
- Art der Flüssigkeit: Wasser
- Erforderliche Wärmeleistung (Q): 3,3 W (11,26 BTU/h)
- Temperatur der einströmenden Flüssigkeit (Tliquid in): 80 °C (176 °F)
- Temperatur der einströmenden Luft (Tair in): 21 °C (70 °F)
- Flüssigkeitsdurchfluss: 2 gpm (7,6 l/min)
Schritt 2: Wählen Sie die Produktserie des Wärmetauschers
Wählen Sie entsprechend der Flüssigkeitskompatibilität einen Wärmetauscher aus Aluminium, Kupfer oder Edelstahl. Aluminiumrohre werden üblicherweise mit leichten Ölen oder Ethylenglykol-Wasser-Mischungen verwendet. Kupfer kommt üblicherweise mit Wasser zum Einsatz. Edelstahl wird bei deionisiertem Wasser oder korrosiven Flüssigkeiten verwendet.
Schritt 3: Berechnen Sie den ursprünglichen Temperaturunterschied
Ziehen Sie die Temperatur der einströmenden Luft von der Temperatur, die die Flüssigkeit beim Einströmen in den Wärmetauscher hat, ab.
ITD = Tliquid in - Tair in = 80 °C - 21 °C = 59 °C oder (176 °F - 70 °F = 106 °F)
Schritt 4: Berechnen Sie die erforderliche Leistungsfähigkeit (Q/ITD)
Dividieren Sie die erforderliche Wärmeleistung (Q) durch den in Schritt 3 ermittelten Temperaturunterschied (ITD).
Schritt 5: Wählen Sie das passende Modell des Wärmetauschers
Schauen Sie sich die Wärmeleistungsdiagramme für die ausgewählten Wärmetauscher an (siehe Leistungsdiagramme für Kupferwärmetauscher – Serie 6000 und OEM-Spulen, Edelstahlwärmetauscher – Serie Aspen und Serie 4000 sowie Aluminiumwärmetauscher – Serie ES). Jegliche Wärmetauscher, die bei 7,5 l/min (2 gpm) (mit einem Standardlüfter) 56 W/°C übertreffen, sind geeignet. Wie das folgende Diagramm zeigt, erfüllt der Wärmetauscher 6210 die Leistungsanforderungen, da er am Schnittpunkt der Linie führ den 60-Hz-Marin-Lüfter 56 W/°C erreicht.
Schritt 6: Bestimmen Sie den Druckabfall der Flüssigkeit
Aus den angegebenen Daten wissen wir, dass unsere Pumpe 2 gpm (7,5 l/min) Wasser bewegen muss. Dem Diagramm für den Druckabfall auf der Flüssigkeitsseite entnehmen wir mithilfe des Punkts, an dem eine vertikale Linie bei 2 gpm (7,5 l/min) auf der x-Achse die 6210-Kurve schneidet, dass der Druckabfall der Flüssigkeit beim Modell 6210 8 psi (0,55 bar) beträgt. Die gewählte Pumpe muss in der Lage sein, diesen Druckabfall zu überkommen, um den Fluss von 2 gpm (7,5 l/min) sicherzustellen.
Schritt 7: Bestimmen Sie den Druckabfall der Luft
Die vertikale Linie im Wärmeleistungsdiagramm zeigt den Luftstrom (190 Kubikfuß pro Minute für den Marin-Lüfter) von unseren Standardlüftern bei 60 Hz auf. Der Schnittpunkt dieses Luftstroms und der 6210-Linie für den Druckabfall auf der Luftseite zeigt an, dass der Druckabfall der Luftseite beim Modell 6210 0,24 Zoll Wassersäule (55 Pascal) beträgt.
Eigenschaften der Kühlluft
Bei Schrankkühlanwendungen ist die Luft heißer als die Flüssigkeit. In diesem Fall ist der Temperaturunterschied ITD der Unterschied zwischen der warmen Luft und der kalten Flüssigkeit, die in den Wärmetauscher strömen. Gegebenenfalls müssen Sie den Temperaturanstieg mittels der Wärmeleistung und der Temperatur der kalten Luft, die in den Schrank einströmt, berechnen.
Beispiel: Schrankkühlungsanwendung
Sie kühlen einen Schank mit elektronischen Bauteilen, die 2400 W Wärme erzeugen. Die Luft in diesem Schrank darf nicht wärmer als 55 °C werden. Welcher Wärmetauscher sollte gewählt werden und was ist die Temperatur der kalten Luft, die in den Elektronikschrank einströmt?
Schritt 1: Anwendungsdaten
Art der Flüssigkeit: Wasser
Erforderliche Wärmeleistung (Q): 2,4 W (8,19 BTU/h)
Temperatur der einströmenden Flüssigkeit (Tliquid in): 20 °C (68 °F)
Maximaltemperatur der Luft im Schrank (Tair in): 55 °C (131 °F) – Dies ist die Temperatur der heißen Luft, die in den Wärmetauscher einfließt
Flüssigkeitsdurchfluss: 2 gpm (7,6 l/min)
Schritt 2: Berechnen Sie den ursprünglichen Temperaturunterschied
Ziehen Sie die Temperatur der einfließenden Flüssigkeit von der Temperatur der in den Wärmetauscher einströmenden Luft ab.
ITD = Tair in - Tliquid in = 55 °C - 20 °C = 35°C (oder 131 °F - 68 °F = 63 °F)
Schritt 3: Berechnen Sie die erforderliche Leistungsfähigkeit (Q/ITD)
Dividieren Sie die erforderliche Wärmeleistung (Q) durch den in Schritt 2 ermittelten Temperaturunterschied (ITD).
Schritt 4: Wählen Sie das passende Modell des Wärmetauschers
Schauen Sie sich die Wärmeleistungsdiagramme für die ausgewählten Wärmetauscher an (siehe Leistungsdiagramme für Kupferwärmetauscher – Serie 6000 und OEM-Spulen, Edelstahlwärmetauscher – Serie Aspen und Serie 4000 sowie Aluminiumwärmetauscher – Serie ES). Alle Wärmetauscher, die bei 2 gpm (7,6 l/min) unter Verwendung eines Standardlüfters 68,6 W übertreffen, sind geeignet. Bei der Verwendung von Wasser als Kühlmittel werden Kupferwärmetauscher empfohlen. Wie aus dem folgenden Diagramm hervorgeht, übertrifft das Modell 6310 die Leistungsanforderung, da er mit unserem Ostro-Lüfter eine Q/ITD von ca. 76 W/°C erreicht.
Der Druckabfall bei Flüssigkeit und Luft kann genau wie im vorherigen Beispiel ermittelt werden.
Schritt 5: Berechnen Sie die Temperatur der kalten Luft, die in den Schrank strömt
Benutzen Sie das Temperaturveränderungsdiagramm, um die Temperatur der kalten Luft, die in den Schrank strömt, zu berechnen. Bei einer Wärmeleistung von 2,4 W und einem Fluss von 250 Kubikfuß pro Minute (was dem Fluss des Standard-Ostro-Lüfters entspricht, der für die Nutzung mit dem 6310 empfohlen wird), sehen wir, dass die Temperaturveränderung 17 °C beträgt. Das bedeutet, dass die in den Schrank einströmende kalte Luft 55 °C - 17 °C = 38 °C warm sein wird.
Bitte beachten Sie, dass diese Diagramme eine einfache graphische Methode bieten, den Temperaturunterschied des Fluids zu schätzen, wenn Hitzeleistung und Fluss bekannt sind, die ohne Berechnungen auskommt. Die Diagramme für Wasser, Luft, 50/50-Ethylenglykol-Wasser und Öl ermöglichen es, die Temperaturveränderungen für Luft und Flüssigkeiten für alle Arten von Wärmetauschern zu berechnen.
Schritt 6: Berechnen Sie die Temperatur des ausfließenden Wassers
Um die Temperatur des ausfließenden Wassers zu bestimmen, benutzen wir das Wasserflussdiagramm, dem wir entnehmen, dass die Temperaturveränderung ca. 5 °C beträgt. Die Temperatur des ausfließenden Wassers beträgt also 20 °C + 5 °C = 25 °C.
Alternative Gleichung für die Größenermittlung
Die allgemeine Wärmeübertragungsgleichung kann genutzt werden, um die Wärmeleistung und die Temperaturveränderung des Fluids zu berechnen, wenn Fluss und spezifische Wärme bekannt sind.
m kann für Wasser und Luft mit den folgenden Gleichungen berechnet werden:
Die Temperaturveränderungsdiagramme in unserem Wärme-Nachschlagewerk in der technischen Bibliothek stellen die obige Gleichung für häufig verwendete Wärmeübertragungsmedien (Luft, Wasser, Öl und eine 50-prozentige EGW-Mischung) grafisch dar, wodurch sich ΔT leicht ablesen lässt, wenn Wärmeleistung und Fluidfluss bekannt sind.
Im Abschnitt Wärmetauscher können Sie unsere Optionen und ihre Leistungskapazitäten ansehen und vergleichen.
Fan-Überlegungen beim Hinzufügen eines Wärmetauschers
Integrieren eines Wärmetauschers in Ihr System
Beim Entwerfen einer Flüssigkeitskühlschleife gibt es mehrere Überlegungen zur Verknüpfung von Lüfter und Wärmetauscher und zur Installation der Baugruppe in Ihre Anlage. In diesem Anwendungshinweis wird untersucht, wie sich diese Überlegungen, nämlich die Verwendung eines Plenums, die Strömungsrichtung sowie die Volumen- und Massendurchflussrate, auf die Lüfterauswahl und -integration auswirken.
Plenum
Das Plenum entfernt den Lüfter von den Wärmetauscherflossen, um sicherzustellen, dass die Luft über die gesamte Fläche des Wärmetauschers verteilt wird.
Wenn der Lüfter zu nah am Wärmetauscher platziert wird, reduziert er die effektive Größe des Wärmetauschers auf etwa die des Lüfters (Abbildung 1). Da die Luft nun durch einen kleineren Bereich fließt, führt dies zu einem höheren Luftdruckabfall und einem reduzierten Luftstrom. Die Kombination aus dem kleineren effektiven Wärmetauscherbereich und reduziertem Luftstrom führt zu einer geringeren Wärmeübertragung.
Wenn der richtige Abstand zum Wärmetauscher platziert wird (siehe Abbildung 2), bewegt der Lüfter die Luft über den gesamten Flossenbereich des Wärmetauschers. Da der Luftstrom über eine größere Fläche verteilt ist, führt er zu einem geringeren Druckabfall, somit zu einem höheren Luftstrom und einer besseren Leistung.
Um maximale Leistung von Ihrem Wärmetauscher zu erhalten, ist es auch wichtig, dass die Verbindungen zwischen Lüfter, Plenum und Wärmetauscher luftdicht sind, um Luftlecks zu vermeiden und sicherzustellen, dass die gesamte Luft durch den Wärmetauscher fließt.
Die meisten Standard-Wärmetauscher von Boyd verfügen über eine integrierte Lüfterplatte und ein Plenum im optimalen Abstand für einen guten Luftstrom. This improves performance when integrating the heat exchanger into your system.
Fan-Platzierung
Mehrere Bedingungen, einschließlich Leistung, Lüfterlebensdauer und Geräusch, wirken sich auf die Lüfterplatzierung aus.
Leistung
Sofern es keine äußeren Beschränkungen für den Luftstrom gibt, bewegt ein Lüfter die gleiche Luftmenge über einen bestimmten Widerstand, unabhängig davon, ob er drückt oder zieht. Das bedeutet, dass, wenn Sie einfach einen Lüfter an einem Wärmetauscher in einem offenen Raum befestigen, es wenig Leistungsunterschied gibt, ob Sie die Luft über den Wärmetauscher schieben oder ziehen. Wenn der Lüfter die Luft über den Wärmetauscher drückt, kann es zu einem leichten Temperaturanstieg in der Luft kommen, die in den Wärmetauscher eindringt, und daher die Leistung aufgrund der vom Lüfter erzeugten Wärme zu verringern. In den meisten Fällen ist dies marginal.
Wenn der Luftweg jedoch wie bei einer Kühlanwendung für den Schrank eingeschränkt ist, kann eine Richtung weniger restriktiv sein als die andere, was zu einem Leistungsunterschied führt. Solche Situationen müssen von Fall zu Fall bewertet werden.
Fan Leben
Wie alle elektrischen Geräte hält der Motor des Lüfters länger, wenn er kühleren Temperaturen ausgesetzt ist. Bei 60°C-Luft-Betrieb kann die Lebensdauer um 55 % reduziert werden, im Gegensatz zu 20 °C. Wenn Sie die Flüssigkeit kühlen, ist es am besten, die kühle Luft über den Wärmetauscher zu schieben, sodass die kühlere Luft über den Motor des Lüfters geht. Umgekehrt, wenn Sie die Luft kühlen, wird die Lebensdauer und Leistung des Lüfters verbessert, wenn der Lüfter die Luft über den Wärmetauscher zieht.
Geräuschentwicklung
Das Ausrichten des Lüfters an der Seite des Wärmetauschers am weitesten vom Bediener entfernt, die Luft vom Bediener weg zu erschöpfen, sorgt für den leisesten Betrieb. Weitere Faktoren, die den Geräuschpegel des Lüfters beeinflussen können, sind der Gesamtluftstrom, die Klingengröße und das Design sowie die Geschwindigkeit, mit der der Lüfter arbeitet. Größere, langsamer emovinge Lüfter sind leiser als kleine Highspeed-Lüfter.
Volumetrischen Fluss und Massenfluss
Die Kühlleistung hängt von der Massendurchflussrate ab. Ein Lüfter sorgt für einen konstanten Volumenstrom, nicht für einen konstanten Massenstrom. Massenstrom und Volumenstrom sind durch die Dichte der Luft verbunden. Dichtere Luft bietet eine höhere Massendurchflussrate und somit eine verbesserte Wärmetauscherleistung.
Die Dichte der Luft wird durch Druck und Temperatur bestimmt. Bei einer Temperatur von 59°F und einem Druck von 14,7 psia beträgt die Luftdichte 76 lb/ft3. Die Erhöhung der Temperatur oder die Verringerung des Drucks führt zu einer geringeren Dichte. Bei höheren Temperaturen und Höhen ist ein stärkerer Volumenstrom erforderlich, um diese geringere Dichte auszugleichen.
Zum Beispiel hat unser 6210 Wärmetauscher mit einem Marin Fan eine Luftdurchflussrate von 225 cfm. Bei 59°F und einem Druck von 14,7 psa entspricht dies einer Massendurchflussrate von 17,1 lb/min. In einer Höhe von 20.000 ft beträgt die Massendurchflussrate jedoch weniger als die Hälfte dieses Wertes. Abbildung 3 zeigt, wie diese Massendurchflussrate je nach Höhe und Temperatur variiert.
Abbildung 3: Volumenstrom vs. Massenstrom unseres 6210 Wärmetauschers mit einem Marin-Ventilator bei verschiedenen Temperaturen und Höhen.
Schlussfolgerungen
Im Allgemeinen sollten Sie bei der Installation eines Wärmetauschers und Lüfters in Ihr System:
- Verwenden Sie ein Plenum, um eine gute Luftverteilung und damit optimale Leistung zu erzielen
- Berücksichtigen Sie die Systemkonfiguration, die Geräuschanforderungen und die Lüfterlebensdauer, um zu entscheiden, ob die Luft durch den Wärmetauscher geschubst oder gezogen werden soll.
- Wenn Sie bei erhöhten Temperaturen oder Höhen arbeiten, sollten Sie die Luftdichte berücksichtigen, um sicherzustellen, dass der ausgewählte Lüfter ausreichend ist.
Sehen Sie sich unsere Lösungen für Flüssigwärmetauscher, Luft-zu-Luft-Wärmetauscher oder Axialventilatoren an.
