올바른 열 교환기 또는 오일 냉각기를 선택하려면 먼저 적용 분야에 필요한 열 성능을 파악해야 합니다. 아래의 예를 참고하십시오.
냉각 액체 선택
1단계: 적용 분야 데이터
- 액체 유형: 물
- 필요한 열 부하(Q): 3,300W (11,263BTU/시간)
- 유입 액체의 온도(Tliquid in): 80°C(176°F)
- 유입 공기의 온도(Tair in): 21°C(70°F)
- 액체 유속: 2gpm(7.6LPM)
2단계: 열 교환기 제품군 선택
유체 호환성을 기반으로 알루미늄, 구리 또는 스테인리스강 열 교환기를 선택합니다. 알루미늄 튜브는 경유, 에틸렌 글리콜, 물과 함께 주로 사용됩니다. 구리는 일반적으로 물과 함께 사용됩니다. 스테인리스강은 탈염수 또는 부식성 유체에 사용됩니다.
3단계): 초기 온도차 계산
열 교환기로 유입되는 유입 액체의 온도에서 유입 공기의 온도를 뺍니다.
ITD = Tliquid in - Tair in = 80°C - 21°C = 59°C 또는 (176°F - 70°F = 106°F)
4단계: 필요한 성능 용량(Q/ITD) 계산
필수 열 부하(Q)를 3단계에서 찾은 ITD로 나눕니다.
5단계: 적절한 열 교환기 모델 선택
선택한 열 교환기에 대한 열 성능 그래프를 참조합니다(구리 열 교환기 - 6000 시리즈 및 OEM 코일, 스테인리스강 열 교환기 - Aspen 시리즈 및 4000 시리즈, 알루미늄 열 교환기 - ES 시리즈에 대한 성능 그래프 참조). 7.5LPM(2gpm)(표준 팬 사용)에서 56W/°C를 초과하는 모든 열 교환기가 허용될 수 있습니다.아래 그래프에 표시된 것과 같이 열 교환기 6210은 60Hz Marin 팬 라인과 만나는 접점에서 56W/°C에 도달하므로 필수 성능을 충족합니다.
6단계: 액체 압력강하 파악
주어진 데이터를 통해, 우리는 펌프가 2gpm(7.5 LPM) 수준으로 물을 공급해야 함을 알 수 있습니다. 6210 곡선에 대한 액체 측 압력강하 차트에서 보면, X축의 2gpm(7.5LPM) 지점의 수직선이 6210 곡선과 만나는 접점에서 6210의 압력 강하가 8psi(0.55바)임을 알 수 있습니다. 2gpm(7.5LPM) 의 유량을 보장하려면 선택한 펌프가 이 압력강하를 능가해야 합니다.
7단계: 공기 압력강하 파악
열 성능 차트의 수직선은 60Hz에서 표준 팬이 제공하는 기류(Marin 팬의 경우 190CFM)를 나타냅니다. 이 기류와 공기 측 압력 강하의 6210 그래프가 만나는 접점은 6210의 공기 측 압력강하가 0.24인치의 물(55 pascals)임을 나타냅니다.
냉각 공기 특성
캐비닛 냉각 적용 분야에서는 공기가 액체보다 더 뜨겁습니다. 이 경우 ITD는 열 교환기로 유입되는 고온 공기와 열 교환기로 유입되는 저온 액체 사아의 차이값입니다. 열 부하와 캐비닛으로 유입되는 저온 공기의 온도를 사용하여 온도 상승을 계산하셔야 합니다.
예: 캐비닛 냉각 적용 분야
2400W의 열을 생성하는 전자 부품이 들어간 캐비닛을 냉각하고자 합니다. 캐비닛의 공기는 55°C를 초과하지 않아야 합니다. 어떤 열 교환기를 선택해야 하며, 전자 장치 캐비닛으로 유입되는 저온 공기의 온도는 몇 도일까요?
1단계: 적용 분야 데이터
액체 유형: 물
필요한 열 부하(Q): 2,400W (8,189BTU/시간)
유입 액체의 온도(Tliquid in): 20°C(68°F)
캐비닛 내부 공기의 최대 온도(Tair in): 55°C(131°F) - 이 값은 열 교환기로 유입되는 고온 공기의 온도입니다.
액체 유속: 2gpm(7.6LPM)
2단계): 초기 온도차 계산
열 교환기로 진입하는 유입 공기의 온도에서 유입 액체의 온도를 뺍니다.
ITD = Tair in - Tliquid in = 55°C - 20°C = 35°C(또는 131°F - 68°F = 63°F)
3단계: 필요한 성능 용량(Q/ITD) 계산
필수 열 부하(Q)를 2단계에서 찾은 ITD로 나눕니다.
4단계: 적절한 열 교환기 모델 선택
선택한 열 교환기에 대한 열 성능 그래프를 참조합니다(구리 열 교환기 - 6000 시리즈 및 OEM 코일, 스테인리스강 열 교환기 - Aspen 시리즈 및 4000 시리즈, 알루미늄 열 교환기 - ES 시리즈에 대한 성능 그래프 참조). 2gpm(7.6lpm)(표준 팬 사용)에서 68.6W/°C를 초과하는 모든 열 교환기가 허용될 수 있습니다. 물을 냉각수로 사용하는 경우 구리 열 교환기가 권장됩니다. 아래 그래프에 표시된 것과 같이 6310은 당사의 Ostro 팬을 사용하여 약 76W/°C를 제공하므로 필수 성능을 초과합니다.
5단계: 캐비닛에 유입되는 저온 공기의 온도 계산
캐비닛으로 유입되는 저온 공기의 온도를 계산하려면 공기 온도 변화 그래프를 사용합니다. 2,400W의 열 부하와 250CFM의 유량(6310과 함께 사용하도록 권장되는 표준 Ostro 팬의 유량)에서 온도 변화는 17°C인 것을 볼 수 있습니다. 이는 캐비닛으로 유입되는 저온 공기가 55°C - 17°C = 38°C임을 의미합니다.
참고: 이러한 그래프를 통해, 열 부하와 유량을 아는 경우 계산 없이 유체 온도 변화를 간단하게 알 수 있습니다. 물, 공기, 50/50 에틸렌 글리콜/물 및 오일에 대한 그래프는 모든 유형의 열 교환기를 위해 공기 및 액체의 온도 변화를 계산할 수 있게 해 줍니다.
대체 크기 산정 공식
일반 열 전달 공식은 주어진 유체 유량과 특정 열에서 열 부하와 유체 온도 변화를 계산하는 데 사용될 수 있습니다.
물과 공기에 대한 ṁ은 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다.
당사의 기술 라이브러리의 열 참조 안내서에 포함되어 있는 온도 변화 그래프에는 일반 열 전달 매체(공기, 물, 오일 및 50% EGW 혼합물)에 대한 상기 공식이 그래프로 표시되어 있으므로, 열 부하와 유체 유량을 아는 경우 간단하게 ΔT를 찾으실 수 있습니다.
Heat Exchanger Section to view and compare our options and their performance capacities.
열교환기 추가 시 팬 고려 사항
열교환기를 시스템에 통합
액체 냉각 루프를 설계할 때 팬과 열교환기를 결합하고 어셈블리를 시스템에 설치하는 데 몇 가지 고려 사항이 있습니다. 이 어플리케이션 노트에서는 플레넘, 유동 방향, 체적 및 질량 유량의 사용과 같은 이러한 고려 사항이 팬 선택 및 통합에 미치는 영향을 살펴봅니다.
플레넘
플레넘은 열교환기 핀으로부터 팬을 멀리 하여 공기가 열교환기의 전체 면에 분산되도록 합니다.
팬이 열교환기에 너무 가깝게 배치되면 열교환기의 유효 크기를 팬의 대략크기로 감소시킵니다(그림 1). 공기가 더 작은 영역을 통과하기 때문에, 그 결과 더 높은 공기 측 압력 강하 및 감소된 공기 흐름이 생성됩니다. 더 작은 효과적인 열교환기 영역과 감소된 공기 흐름의 조합은 열 전달을 줄입니다.
열교환기로부터 정확한 거리를 두면(그림 2 참조) 팬은 열교환기의 전체 핀 영역을 가로질러 공기를 이동합니다. 공기 흐름이 더 넓은 영역에 분산되어 있기 때문에 압력 강하가 낮아지므로 공기 흐름이 커지고 성능이 향상됩니다.
열교환기에서 최대의 성능을 얻으려면 팬, 플레넘 및 열교환기 사이의 접합부가 공기 누출을 방지하고 모든 공기가 열교환기를 통해 흐르는지 확인하는 것이 중요합니다.
Most of Boyd’s standard heat exchangers feature an integral fan plate and plenum at the optimum distance for good air flow. This improves performance when integrating the heat exchanger into your system.
팬 배치
성능, 팬 수명 및 소음을 비롯한 여러 조건이 팬 배치에 영향을 미칩니다.
성능
공기 흐름에 외부 제한이 없는 경우, 팬은 밀거나 당기는 경우에 관계없이 주어진 저항을 통해 동일한 양의 공기를 이동합니다. 즉, 열린 공간에서 팬을 열교환기에 부착하는 경우 열교환기를 가로질러 공기를 밀거나 당길 때 성능 차이가 거의 없습니다. 팬이 열교환기를 가로질러 공기를 밀어내는 경우 열교환기로 들어가는 공기의 온도가 약간 상승하여 팬에 의해 발생하는 열로 인해 성능이 저하될 수 있습니다. 대부분의 경우 이것은 한계입니다.
그러나 캐비닛 냉각 응용 프로그램에서처럼 공기 경로가 제한되는 경우 한 방향이 다른 방향보다 덜 제한적일 수 있으므로 성능 차이가 발생할 수 있습니다. 이러한 상황은 사례별로 평가되어야 합니다.
팬 라이프
모든 전기 장치와 마찬가지로 팬의 모터는 더 차가운 온도에 노출되면 더 오래 지속됩니다. 20°C가 아닌 60°C 공기로 팬을 작동할 때 수명이 55% 감소할 수 있습니다. 액체를 냉각하는 경우 냉각기 공기가 팬의 모터를 통과하도록 열교환기를 가로질러 시원한 공기를 밀어주는 것이 가장 좋습니다. 반대로, 공기를 냉각하는 경우 팬이 열교환기에서 공기를 끌어오면 팬 수명과 성능이 향상됩니다.
소음
작업자로부터 가장 멀리 떨어진 열교환기 측면의 팬을 배향하여 작업자로부터 공기를 소모하여 가장 조용한 작동을 제공합니다. 팬의 소음 수준에 영향을 줄 수 있는 다른 요인으로는 전체 공기 흐름, 블레이드 크기 및 디자인, 팬이 작동하는 속도 등이 있습니다. 더 크고 느리게 움직이는 팬은 작고 빠른 팬보다 조용합니다.
체적 흐름 및 질량 흐름
냉각 용량은 질량 유량에 따라 달라집니다. 팬은 일정한 질량 흐름이 아닌 일정한 체적 흐름을 제공합니다. 질량 흐름 및 체적 흐름은 공기의 밀도와 관련이 있습니다. 밀도가 높은 공기는 더 높은 질량 유량을 제공하므로 향상된 열교환기 성능을 제공합니다.
공기의 밀도는 압력과 온도에 의해 결정됩니다. 59°F의 온도와 14.7 psia의 압력에서 공기의 밀도는 0.076 lb/ft3입니다. 온도를 높이거나 압력을 줄이면 밀도가 낮아집니다. 높은 온도와 고도에서 작동할 때 이 낮은 밀도를 보정하기 위해 더 많은 체적 흐름이 필요합니다.
예를 들어, 마린 팬이 장착된 6210개의 열교환기는 225cfm의 공기 유속을 가합니다. 59°F에서 14.7 psa의 압력으로, 이것은 17.1 lb/min의 질량 유량에 해당합니다. 그러나 20,000피트의 고도에서 질량 유량은 이 값의 절반 미만입니다. 그림 3는 이 질량 유량이 고도 및 온도에 따라 어떻게 변화하는지 보여줍니다.
결론
일반적으로 시스템에 열교환기와 팬을 설치할 때다음을 수행해야 합니다.
- 플레넘을 사용하여 공기 분배가 양호하고 따라서 최적의 성능을 제공합니다.
- 시스템 구성, 소음 요구 사항 및 팬 수명을 고려하여 열교환기를 통해 공기를 밀거나 끌지 여부를 결정합니다.
- 높은 온도 또는 고도에서 작동하는 경우 선택한 팬이 적절한지 확인하기 위해 공기 밀도를 고려하십시오.
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