This simple step-by-step guide explains the different types of cooling systems available and highlights how to select the right product for your application.
귀사에 적합한 시스템 선택을 위한 고려 사항
첫 번째 고려 사항은 정밀한 온도 제어가 필요한지 또는 주변(대기) 온도보다 낮은 온도로 냉각해야 하는지 입니다. 두 질문 모두에 대한 응답이 '아니요'인 경우, 귀하가 찾는 것은 단순히 대량의 열을 제거하는 냉각 시스템입니다. 이러한 경우 가장 비용 효과적인 숄루션은 주변 냉각 시스템입니다.
위에 언급된 사항 외에 알루미늄 냉각판의 가장 큰 가격 동인은 기계 가공 시간 및 추가 프로세싱 단계입니다. 냉각판 제조업체에서는 일반적으로 가공 기계의 감가상각비, 전력, 공급품 및 유지관리 등이 포함된 기계 가공 시간와 연관된 비용이 발생합니다. 따라서 냉각판이 기계에서 오래 가공될수록 더 많은 비용이 발생합니다. 각각의 추가 프로세싱 단계도 비용 상승을 유발합니다.
주변 냉각 시스템은 가장 간단하고 가장 경제적인 냉각 시스템으로, 하나의 컴팩트한 패키지 안에 열 교환기, 팬, 펌프 및 탱크를 포함하고 있습니다. 펌프는 시스템 내에 액체를 순환시킨 후 이를 열 교환기로 보내며, 팬은 열 교환기에 주변 공기를 송풍하여 액체를 냉각합니다.
주변 냉각 시스템은 별도의 온도 제어 회로가 없으므로 사전 온도 설정 및 유지 기능이 없습니다. 주변 공기가 냉각 기능을 제공하므로 주변 온도가 액체 출구 온도의 하한값이 됩니다.
주변 냉각 시스템은 간단해 보이지만 최대 용량을 제공하도록 설계되어 있습니다. 냉각 시스템 제조업체는 열 교환기 성능에 대한 완벽한 이해를 바탕으로 액체 유속 및 공기 유속의 성능이 일치되게 하여 시스템의 냉각 용량을 극대화시킵니다. 배관은 높은 신뢰성을 제공하도록 설계되며 부품은 갈바닉 부식 문제가 발생하지 않도록 엄선됩니다. 시중에 판매되는 주변 냉각 시스템은 사용하기 매우 쉽고 간편합니다. 액체 입구/출구 피팅을 장비에 연결하고 탱크를 채운 다음 전원만 켜면 됩니다.
그러나 온도를 제어해야 하거나 실내 온도보다 더 낮은 온도로 냉각해야 하는 경우에는 어떻게 할까요? 재순환 냉각기 및 액체 대 액체 냉각 시스템이 좋은 대안이 될 수 있습니다.
재순환 냉각기
재순환 냉각기는 정밀한 온도 제어(0.1°C 내의 정밀도) 및 주변 온도 이하로 냉각할 수 있는 기능을 제공합니다. 이 시스템은 소음이 적으며 광범위한 냉각 용량을 지원하고 다양한 옵션 및 추가 기능을 제공합니다. 재순환 냉각기는 크기가 작으며 조용하고 설치가 간단합니다.
재순환 냉각기는 냉각을 위해 냉매를 사용합니다. 이 시스템은 가정용 냉장고와 비슷한 방식으로 작동하지만, 공기 대신 물을 냉각합니다. 공정수 회로는 증발기, 탱크 및 펌프를 포함합니다. 물은 증발기를 통과하는 냉매에 의해 냉각됩니다. 증발기 뒤쪽에서는 냉매가 증발하면서 물을 냉각시킨 다음 컴프레서 및 콘덴서를 통과하면서 대기에 열을 방출합니다.
열 부하가 높아지면 냉각기가 폐열을 대기로 배출하면서 실내 공기 조절 시스템에 과부하가 발생할 수 있습니다. 이에 대한 옵션 중 하나는 액체 냉각식 콘덴서를 탑재한 냉각기를 사용하는 것입니다. 이 경우 냉매가 공기 대신 시설 냉각수로 냉각되므로 냉각기가 더 조용해지고 실내 온도 상승이 방지됩니다.
높은 열 부하에 대한 또 다른 대안은 액체 대 액체 냉각 시스템입니다.
액체 대 액체 냉각 시스템(LCS)
액체 대 액체 냉각 시스템은 주변 온도 이하로 냉각하며, 재순환 냉각기와 비슷한 온도 안정성을 제공합니다. 이 시스템은 폐열을 실내로 배출하지 않는 대신 액체 대 액체 열 교환기를 통해 냉각된 시설 용수로 전달합니다.
프로세스측 회로는 시설 용수와 완전히 격리되어 온도 변동, 시설 용수의 유속 및 잠재적 오염 물질로부터 장비를 보호해 줍니다. 시설 용수가 냉각을 제공하므로, 시설 용수의 온도가 유체 출구 온도의 하한값이 됩니다.
액체 대 액체 냉각 시스템은 유사한 용량의 냉매 기반 냉각기에 비해 약 1/3 크기이므로 높은 열 부하 적용 분야에 인기가 높습니다. 이 시스템은 컴프레서가 없으므로 매우 조용하며 에너지 효율이 높습니다.
재순환 냉각기 vs. 액체 대 액체 냉각 시스템
낮은 열 부하의 경우 설치가 간편한 재순환 냉각기가 일반적으로 가장 간단한 솔루션입니다. 높은 열 부하의 경우에는 액체 대 액체 냉각 시스템이 가장 비용 효과적입니다. 그러나 이 시스템은 냉각된 시설 용수가 제공되는 상황에만 가능합니다. 시설 용수에 배관을 연결해야 하므로, 사용 가능한 위치와 장비 이동성이 영향을 받습니다.
열 부하가 높으며 열을 시설 용수에 배출해야 하는 경우 LCS와 수냉식 콘덴서를 탑재한 재순환 냉각기 사이의 선택은 설정점 온도에 따라 달라집니다. 설정점 온도가 시설 용수의 최고 온도보다 높은 경우 LCS가 더 비용 효과적입니다. 그러나, 시설 용수 온도 또는 그 이하로 냉각해야 하는 경우에는 수냉식 콘덴서를 탑재한 냉매 기반 냉각기가 필요합니다.
모듈식 냉각 시스템 선택
필요한 시스템 어떤 것인지 계산
MCS 성능은 Q/ITD 대 유량으로 표시됩니다. Q는 열 부하, 그리고 ITD는 초기 온도 차이 또는 MCS 액체 유입구의 온도와 주변 공기 온도의 차이입니다.
올바른 MCS 시스템을 선택하려면 먼저 Q/ITD를 결정해야 합니다. 그리고 나서, MCS 성능 그래프를 사용하여 계산된 Q/ITD 값에 수평선을 그립니다. 마지막으로, 펌프가 충분한 유량을 제공하는지 확인합니다.
예시:
레이저가 700W의 폐열을 생성합니다. 레이저에서 나오는 수온은 35°C 미만이어야 합니다. 주변 실온은 20°C입니다. 레이저 장비에는 최소 1gpm의 유량이 필요합니다. 어떤 MCS 시스템을 선택해야 합니까?
먼저, Q/ITD를 결정합니다. Q/ITD = 700 W/(35°C-20°C) = 46.7 W/°C
열 성능 그래프를 사용하여 0.5gpm, MCS 20 이상의 유량에서 적절한 성능을 제공함을 알 수 있습니다. 표준 BB 펌프는 1.3gpm의 유량을 제공하므로 제대로 작동할 것입니다. 다른 펌프를 고려하고 있다면, 펌프 유량 계산을 사용하여 주어진 압력 강하를 고려해 유량이 충분한지 확인해 봐야 합니다.
액체 대 액체 냉각 시스템 선택
어느 액체 대 액체 냉각 시스템이 귀사의 적용 분야에 적합한지를 계산하는 방법
또는 당사의 열 참조 안내서에 있는 열 용량 그래프를 사용하여 계산할 수도 있습니다.
다음으로 Q/ITD를 계산하여 필요한 냉각 용량을 찾습니다. Q는 프로세스 열 부하입니다. 초기 온도차(ITD)는 따뜻한 반환수(TP+ ΔT)와 차가운 시설수(TF) 사이의 온도차입니다.
마지막으로 액체 냉각 시스템(LCS) 성능 곡선을 참조하여 계산된 Q/ITD를 얻는 데 필요한 시설 프로세스 유량을 파악합니다.
액체 대 액체 냉각 시스템 계산 예제
A solder reflow oven requires a process set point of 20 °C. The heat load is 10 kW and process water flow rate is 5 gpm. The facility water is at 10°C. Using the heat capacity graphs, we find that the ΔT through the process is approximately 7.6°C for the condition 10 kW at 5 gpm.
액체 시스템 선택에 대한 결론
Ultimately, the required cooling capacity, temperature stability, set-point temperature, and availability of facility cooling water will dictate which system to use. For further assistance in choosing a cooling system, contact our thermal design engineers to discuss your specific application requirements. Based on inputs such as your heat load and required flow rate, it will even recommend an appropriate product.
