Auswahl eines Wärmetauschers

Auswählen der Kühlflüssigkeit

Um den richtigen Wärmetauscher oder Ölkühler zu wählen, müssen Sie zunächst die erforderliche thermische Leistung für Ihre Anwendung bestimmen. Nutzen Sie das Beispiel unten:

Schritt 1: Anwendungsdaten

Art der Flüssigkeit: Wasser
Erforderliche Wärmeleistung (Q): 3,3 W (11,26 BTU/h)
Temperatur der einströmenden Flüssigkeit (T_{Flüssigkeit ein}): 80 °C (176 °F)
Temperatur der einströmenden Luft (T_{Luft ein}): 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 = T_{Flüssigkeit ein} - T_{Luft ein}
= 80 °C - 21 °C = 59 °C (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 (T_{Flüssigkeit ein}): 20 °C (68 °F)
Maximaltemperatur der Luft im Schrank (T_{Luft ein}): 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 = T_{Luft ein} - T_{Flüssigkeit ein} = 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.