Die Flüssigkeitskühlung ist ein effektiver Weg, um hohe Wärmebelastungen von Bauteilen wegzuführen. Übermäßige Wärme kann die Zuverlässigkeit eines Systems beeinträchtigen und die Ingenieure wenden sich der Flüssigkeitskühlung zu, wenn Luftkühlung nicht mehr genügend Wärmeabfuhr bietet. Zwei Arten der Flüssigkeitskühlung sind die Kontaktkühlung und die Schrankkühlung.
Was Flüssigkeitskühlung ist und warum Sie sie verwenden sollten
Ein Flüssigkeitskühlkreislauf zur Kontaktkühlung besteht in der Regel aus einer Kühlplatte, einer Pumpe, einem Wärmetauscher und Rohren oder Schläuchen. Die von einem Bauteil erzeugte Wärme wird vom Bauteil auf die wärmeleitende Kühlplatte und dann auf das flüssige Kühlmittel übertragen, das durch die Kühlplatte fließt. Das erwärmte Kühlmittel wird dann durch den Wärmetauscher gepumpt, wo die Wärme vom Kühlmittel entweder an die Umgebungsluft oder, im Falle eines Flüssig-Flüssig-Wärmetauschers, an eine andere Flüssigkeit abgegeben wird. Die gekühlte Flüssigkeit fließt dann durch die Rohre oder Schläuche zurück zur Kühlplatte und vervollständigt somit den Flüssigkeitskühlkreislauf. Anstelle eines Wärmetauschers kann ein Umlaufkühler, ein Flüssigkeitskühlsystem oder Anlagenwasser verwendet werden, um den Prozess mit kühler Flüssigkeit zu versorgen.
Bei der Schrankkühlung wird die Luft innerhalb des Schranks gekühlt, indem kalte Flüssigkeit durch den Wärmetauscher fließt und die Luft innerhalb des Schranks über den Wärmetauscherlüfter verteilt wird. Wie bei der Kontaktkühlung kann die Schrankkühlung die kalte Flüssigkeit aus dem Anlagenwasser, einem Umlaufkühler oder einem anderen Wärmetauscher erhalten.
Vorteile der Flüssigkeitskühlung
Die Flüssigkeitskühlung hat zwei Hauptvorteile gegenüber Luftkühlung. Ein Vorteil ist die höhere Leistung, da die dafür am häufigsten verwendeten Flüssigkeiten eine viel höhere Wärmeleitfähigkeit haben als Luft. Ein zweiter Vorteil ist, dass sie oft viel leiser ist und weniger Platz benötigt als eine Luftkühlung. Da weniger Luftstrom benötigt wird, kann die Elektronik dichter gepackt werden.
Flüssigkeitskühltechnologien
Boyd entwickelt und fertigt alle thermischen Komponenten eines Flüssigkeitskühlkreislaufs und stellt eine thermische Gesamtlösung bereit. Boyds Flüssigkühlprodukte umfassen sowohl Standard- als auch kundenspezifische Kühlplatten, Gehäuse, Kühler, Kühlsysteme und Wärmetauscher. Mit den Flüssigkühlprodukten können verschiedene Flüssigkeiten verwendet werden, darunter Wasser, entionisiertes Wasser, Ethylenglykol, Öl, Polyalphaolefin und dielektrische Flüssigkeiten. Bitte kontaktieren Sie Boyd, um die Verwendung anderer Flüssigkeiten zu besprechen.
Branchenanwendungen für Flüssigkeitskühlungen
Die Flüssigkeitskühlung wird zur Kühlung elektronischer Hochleistungsgeräte in vielen Branchen verwendet, darunter Medizin, Militär und Verteidigung, Laser, Rechenzentren, Halbleiter, Transport, Druck und mehr.
Für niedrige Wärmelasten sind Umlaufkühler in der Regel die einfachste Lösung, da die Installation so einfach ist. Bei hohen Wärmelasten sind Flüssig-Flüssig-Kühlsysteme kostengünstiger. Allerdings ist ihre Verwendung auf Situationen beschränkt, in denen gekühltes Anlagenwasser zur Verfügung steht. Die Notwendigkeit, sie mit dem Anlagenwasser zu verbinden, kann sich auf die Standorte, an denen sie eingesetzt werden können, und auf die Tragbarkeit der Geräte auswirken.
Wenn Sie hohe Wärmelasten haben und die Wärme an das Anlagenwasser abführen müssen, hängt die Wahl zwischen einem LCS und einem Umlaufkühler mit wassergekühltem Kondensator von Ihrer Solltemperatur ab. Wenn Ihre Solltemperatur höher ist als die maximale Anlagenwassertemperatur, ist ein LCS kostengünstiger. Wenn Sie jedoch nahe an oder unterhalb der Anlagenwassertemperatur kühlen müssen, benötigen Sie einen Kühler auf Kühlmittelbasis mit einem wassergekühlten Kondensator.
Links zur Flüssigkeitskühlung
Boyd bietet eine Vielzahl von Ressourcen, die Ihnen helfen, die richtige Flüssigkeitskühl-Technologie für Ihre Anwendung zu finden. Erfahren Sie mehr über unsere href="https://www.boydcorp.com/thermal/liquid-cooling.html">Liquid Cooling Solutions und wie Sie Ihr System kühlen können
Wirtschaftlichkeit von Flüssigkeitskühlsystemen nach Maß
Auswirkungen von kundenspezifischen Optionen auf die Gesamtkosten eines Flüssigkeitskühlsystems
Kühlsysteme, einschließlich kompressorbasierte Kühler, Flüssigkeits-Flüssigkeit-Kühlsysteme und Umgebungskühlsysteme, können als Standardprodukte „von der Stange“ erworben, aus bestehenden Standardsystemen modifiziert oder vollständig auf Ihre individuellen Anforderungen zugeschnitten werden. Durch die Zusammenarbeit mit einem Hersteller, der über eine große Anzahl an Standardtechnologien verfügt, sowie über beträchtliche Erfahrung in der Konstruktion kundenspezifischer Systeme, können Sie ein Standardkühlsystem modifizieren oder ein vollständig kundenspezifisches Kühlsystem mit einem besseren Preis-Leistungs-Verhältnis entwerfen. Wenn ein Standardkühlsystem oder ein leicht modifiziertes Standardkühlsystem Ihren Anforderungen entspricht, sparen Sie in der Regel Kosten gegenüber dem Entwurf eines vollständig kundenspezifischen Systems. Wenn Sie jedoch ein modifiziertes oder kundenspezifisches Kühlsystem benötigen, ist es wichtig, Ihren Hersteller frühzeitig in den Designprozess einzubeziehen und die Kostentreiber zu überprüfen, da die Kosten sehr unterschiedlich sein können.
Bei kundenspezifischen Kühlsystemen können die nicht-wiederkehrenden Konstruktionsanteile zur Erfüllung der Designspezifikationen zu erheblichen Anschaffungskosten führen. Zu den Spezifikationen, die zu Material- und Montagekosten beitragen können, gehören die Art des Kühlsystems, kundenspezifische Bauteile gegenüber Standard-Innenbauteile, die Positionen und Abstände der Innenbauteile, Regler für zahlreiche Sensoren und Geräteausstattungen, spezielle Leistungsanforderungen, Kompatibilität mit bestimmten Kühlmitteln und behördlichen Genehmigungen.
Umgebungskühlsystem, Flüssig-Flüssig-Kühlsystem oder Umlaufkühler
Ein Umgebungskühlsystem, wie beispielsweise ein modulares Flüssigkeitskühlsystem (MCS), bietet eine zuverlässige Kühlung für Anwendungen, bei denen eine präzise Temperatursteuerung und eine Kühlung unterhalb der Umgebungstemperatur nicht erforderlich sind. Ein MCS besteht aus einem Hochleistungswärmetauscher, der mit einem Lüfter, einer Pumpe und einem Tank in ein langlebiges Metallgehäuse integriert ist (siehe Abbildung 1). Eine Standard-MCS kann bis zu 3,5 kW bewältigen. Ein Flüssig-Flüssig-Kühlsystem hat ebenfalls einen Wärmetauscher, eine Pumpe und einen Tank innerhalb eines Gehäuses. Jedoch kann ein Flüssigkeitskühlsystem eine präzise Temperatursteuerung des Prozesswassers bieten und die Abwärme über einen Flüssig-Flüssig-Wärmetauscher (siehe Abbildung 2) an das Anlagenwasser übertragen. If facility water is not available and precise temperature control or cooling below ambient temperature is needed, a good solution is a recirculating chiller.
Ein Standard-Flüssigkühlsystem und ein Umlaufkühler sind hinsichtlich der Kosten ähnlich, abhängig von den gewählten Größen und Optionen. Jedoch bietet ein Standard-Flüssigkühlsystem bis zu 20 kW Kühlleistung, während ein Standard-Umlaufkühler Kühlleistungen von 825 W bis 95 kW bietet. Ungeachtet der Art des Kühlsystems ist es wichtig zu beachten, dass der Hersteller wahrscheinlich eine Mindestbestellmenge verlangt, wenn Sie feststellen, dass Sie ein modifiziertes Standard- oder ein kundenspezifisches Kühlsystem benötigen.
Kundenspezifische Innenbauteile
Selbst in kundenspezifischen Kühlsystemen sind praktisch alle Innenbauteile Standardprodukte. Bei der Vielzahl an Wärmetauschern, Pumpen, Tanks und Lüftern auf dem Markt ist es selten, dass nicht bereits ein Bauteil entwickelt und gefertigt wurde, die für das Kühlsystem geeignet ist. Wenn ein kundenspezifisches internes Bauteil benötigt wird, müssen ergänzende Konstruktions- und Fertigungsschritte durchlaufen werden, was zusätzliche Kosten verursacht (weitere Informationen zu kundenspezifischen Wärmetauschern finden Sie unter „Kostentreiber bei der Herstellung von Wärmetauschern“).
Positionen und Abstände der Innenbauteile
Während kundenspezifische Innenbauteile nur selten erforderlich sind, ist es bei kundenspezifischen Kühlsystemen eine häufige Anforderung, Wege zu finden, um mehr und mehr Kühlung auf immer kleinerem Raum unterzubringen. Dies kann erreicht werden, indem die Bauteile enger packt und/oder kleinere, effizientere Bauteile auswählt werden. Je enger oder dichter die Komponenten innerhalb des Gehäuses oder des Kühlsystems gepackt sind, desto schwieriger gestaltet sich jedoch das Design und die Fertigung. Manchmal ist auch die Wartung umso schwieriger, je kompakter sie sind. Bei dichter gepackten Bauteilen gibt es weniger Luftstrom und damit weniger Leistung. Resultierend daraus kann ein leistungsstärkerer Lüfter oder ein leistungsfähigerer Wärmetauscher erforderlich sein. Zudem muss bei der Änderung von Bauteilpositionierungen oder -abständen der Druckabfall zusammen mit den Verbindungen und anderen Designelementen betrachtet werden, um ein zuverlässiges Produkt sicherzustellen, das die Erwartungen erfüllt oder übertrifft.
Regler für Sensoren und Instrumentierung
Regler bieten zahlreiche Möglichkeiten zur Überwachung des Kühlsystems durch eine Anzeige oder Datenausgabe an einen entfernten Computer. Die Standardregler von Umlaufkühlern bieten eine digitale Temperaturanzeige, eine Offset-Kalibrierung, eine Abschaltung bei niedrigem Durchfluss, einen automatischen Neustart, eine °C-/°F-Umschaltung, einen akustischen Alarm, eine Stummschaltung des Alarms, eine digitale Druckmessung, eine Anzeige von niedrigem Niveau und niedriger/hoher Temperatur, eine Druckanzeige, eine Fehlerabschaltung (Umschaltung Ein/Aus) und Relaiskontakte. Die Kühlsystemsteuerungen von Flüssigkeitskühlsystemen bieten eine digitale Temperaturanzeige, eine °C-/°F-Umschaltung, eine Übertemperaturanzeige, eine Offset-Kalibrierung, eine Anzeige für niedrigen Füllstand und für niedrigen Durchfluss und einen Analogausgang. Wenn zusätzliche Sensoren und Instrumente benötigt werden, können die Kosten für das Steuergerät erheblich steigen. In einem kundenspezifischen Kühlsystem kann ein Nicht-Standard-Steuergerät eines der teuersten Teile sein. Es wird dringend empfohlen, eine Kosten-Nutzen-Abwägung für jede Sensor- und Instrumentierungsanforderung vorzunehmen. Brauchen Sie etwa bei der Deionisierungsmessung den genauen Wert oder reicht es, wenn Sie alarmiert werden, falls ein bestimmter Punkt erreicht wird? Ein Alarm ist kostengünstiger als die Ausgabe eines präzisen digitalen Messwertes. Dasselbe gilt für den Durchfluss, den Druck und die Temperatur. Bei einigen Anwendungen ist die zusätzliche Sensorik und Instrumentierung die zusätzlichen Kosten durchaus wert. Diese können einen zusätzlichen Schutz für das Kühlsystem und die zu kühlenden Geräte bieten, die Tausende oder sogar Millionen von Dollar wert sein können.
Besondere Leistungsanforderungen
Wie bei einem Steuergerät ist es wichtig, zu entscheiden, ob spezielle Leistungsanforderungen für Ihre Anwendung die zusätzlichen Kosten wert sind. Die mit Standardkühlsystemen verfügbaren elektrischen Konfigurationen erfüllen die Anforderungen der meisten Anwendungen. Konfigurationsoptionen, die eine universellere Leistungskonfiguration bieten, wie etwa die Möglichkeit, auf beiden Frequenzen zu arbeiten, kosten mehr. Es kann kostengünstiger sein, zwei oder mehr Arten von kundenspezifischen Kühlsystemen zu fertigen, die für den Einsatz an getrennten Standorten geeignet sind, als ein einziges universell verwendbares System.
Kompatibilität mit bestimmten Kühlmitteln
Ein modulares Standardkühlsystem ist mit einer Vielzahl von Kühlmitteln, einschließlich Wasser, entionisiertem Wasser, Öl und Ethylenglykol-Lösungen, kompatibel. Das Standard-Flüssigkeitskühlsystem ist mit Wasser, entionisiertem Wasser und Ethylenglykol-Lösungen kompatibel. Standard-Umlaufkühler sind kompatibel mit Wasser, entionisiertem Wasser, Ethylenglykol-Lösungen und Polyalphaolefin (PAO). Standard-XT-Kühler sind je nach Betriebstemperatur mit einer Vielzahl von Flüssigkeiten kompatibel, einschließlich HFE-7100, HFE-7500, Baysilone® Fluid M 20 und sauberem Wasser/EGW/PGW. Standard-XL- und RM-Umlaufkühler sind mit sauberem Wasser, EGW und PGW kompatibel. Wenn andere Kühlmittel erforderlich sind, müssen alle benetzten Materialien im System bewertet werden, um Korrosion zu minimieren und sicherzustellen, dass die Systemleistung optimiert ist. Das Design eines Kühlsystems, das mit anderen Kühlmitteln kompatibel sein soll, könnte zusätzliche Ingenieursleistungen und Nicht-Standard-Bauteile wie spezielle Verrohrungen oder Pumpen erfordern. Eine Kompatibilität mit Ethylenglykol-Lösungen oder Wasser ist generell am einfachsten zu erreichen, wobei die Kompatibilität mit PAO und Fluorinert™ eine größere Herausforderung darstellt und mit höheren Kosten verbunden ist.
Behördliche Genehmigungen
Eine weitere kostspielige Spezifikation ist es, ein kundenspezifisches Kühlsystem für behördliche Genehmigungen zu entwerfen. Die meisten Standardkühlsysteme sind CE-zertifiziert und ITSNA-geprüft nach UL 61010–1 oder MET-geprüft nach UL 1995. Sicherzustellen, dass ein neues Design die behördlichen Genehmigungen erfüllt, fügt jedoch eine weitere Ebene von technischen Design- und Qualitätskontrollschritten hinzu, einschließlich des erneuten Testens von kundenspezifischen Systemen.
Je komplexer oder ungewöhnlicher die Kühlsystemanforderungen sind, desto mehr Ingenieursleistung ist erforderlich und desto teurer wird es wahrscheinlich sein. Bei kundenspezifischen Systemen ist die Entwicklungszeit zur Erfüllung der Spezifikationen in der Regel mit erheblichen Anfangskosten verbunden, wobei nicht standardmäßige Steuerungen die größten wiederkehrenden Kosten darstellen. Die Kosten für ein modifiziertes oder kundenspezifisches Kühlsystem können um Tausende von Dollar schwanken, daher ist die Kenntnis der Designspezifikationen, die sich auf die Kosten auswirken, von entscheidender Bedeutung. Das Wissen um die Arten von Kühlsystemen, die zur Verfügung stehen, wie Standardteile die Entwicklung und Produktion beschleunigen, wann sich Platzeinsparungen möglicherweise nicht mehr lohnen und welche Sensoren und Instrumentierung tatsächlich nötig und welche doch nur lediglich wünschenswert wären, wird einen Unterschied ausmachen. Zudem darf nicht vergessen werden, dass auch die Kühlmittelauswahl, die Leistungsanforderungen und die behördlichen Genehmigungen ins Spiel kommen.
Besuchen Sie unseren Abschnitt Flüssigkeits-Umgebungskühlung oder unseren Abschnitt für Kühler, um mehr über unsere Lösungen für Flüssigkeitskühlsysteme zu erfahren. 
