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냉각기 및 앰비언트 서브 앰비언트 쿨링

개요

이 백서는 액체 냉각 시스템의 현재 동향을 해결하고 냉각기 사용 및 응용 분야에 중점을 둡니다. 여기에는 냉각기를 활용하여 효율성을 높이고 성능을 향상하며 고열 부하 응용 제품에 대한 엄격한 온도 제어를 보다 잘 유지하기 위한 냉각기 표준 및 설계 지침이 포함됩니다. 이 문서에서는 보다 일반적인 냉각기 유형과 폼 팩터에 중점을 두고 있지만, 냉각기는 다양한 변형에 통합될 수 있으며 최적의 활용도가 확실하지 않은 경우 열 엔지니어에게 문의할 수 있습니다.

액체 냉각 시스템을 향한 동향

글로벌 전자화, 스마트 기술 및 기술 의존도가 계속 높아지면서 엔지니어는 더 강력한 칩 및 데이터 기술을 개발해야합니다. 기술 발전의 가장 중요한 장벽 중 하나는 데이터 처리 및 저장뿐만 아니라 발전 및 공급의 증가로 인해 발생하는 과도한 열을 관리하는 것입니다. 이는 엔터프라이즈, 5G 및 텔레콤에서 의료, 운송, 에너지 저장 및 산업 자동화에 이르기까지 모든 주요 산업에서 적용됩니다.

새로운 고전력 응용 분야에서는 콤팩트한 볼륨의 고열 부하를 위해 보다 효율적인 냉각이 필요하므로 엔지니어는 액체 솔루션으로 전환해야 합니다. 액체는 동일한 질량의 강제 공기 용량보다 최대 4 배 높은 열을 전달할 수있는 용량을 가지고 있습니다. 이를 통해 열 전달을 개선하고 열 성능을 높이고 설계 유연성과 확장성을 높일 수 있습니다.

수냉식 시스템은 일반적으로 장치의 열원과 인터페이스하는 냉판, 시스템을 통해 유체를 순환시키는 호스 및 펌프, 주변 환경으로 열을 거부하는 열교환기로 구성된 유압 회로입니다. 이러한 통합 시스템은 고전력 응용 제품을 최고 성능에서 안정적으로 실행할 수 있는 고효율 냉각을 제공합니다. 그러나 몇 가지 제한 사항이 있습니다.

MRI 기계
독립형 표준 재순환 냉각기

고출력 장치 및 시설로 작업할 때 가장 주목할만한 과제 중 하나는 주변 온도 내에서 정밀한 온도 제어를 유지하고 주변 환경으로의 높은 열 제거율을 유지하는 것입니다. 주어진 파라미터 내에서 작동하면 장치를 주변 온도 또는 흡입 온도 이하로 냉각할 수 없으므로 성능이 제한되고 안전하지 않은 환경을 만들 수 있는 아웃바운드 온도가 증가합니다.

이와 같은 문제는 데이터 센터와 같이 동시에 작동하는 많은 수의 고전력 시스템을 보유한 시설이나 MRI 기계와 같이 매우 넓은 열 부하 변동으로 매우 가까운 온도 허용 오차를 유지해야하는 응용 분야에서 특히 두드러집니다. 이와 같은 시나리오에서는 냉각기를 활용하는 것이 가장 효과적인 솔루션인 경우가 많습니다.

냉각기는 증기 압축, 흡착 냉동 또는 흡수 냉동 사이클을 통해 액체에서 열을 제거하는 장치입니다. 이들은 더 복잡한 액체 시스템의 일부로 또는 독립형 시스템으로 활용 될 수 있습니다. 냉각기 솔루션은 주변 온도 이하까지 냉각하여 효율성을 높이고 더 엄격한 온도 허용 오차를 가능하게 합니다.

칠러 개요

Boyd Chiller 설계는 표준 모듈식 시스템 및 독립형 제품부터 각 구성 요소가 특정 응용 분야에 맞게 조정되는 고도로 통합되고 복잡한 시스템에 이르기까지 다양합니다. 표준 옵션은 일반적인 폼 팩터에 대해 가장 많이 사용되는 사용자 지정을 기반으로 개발됩니다.

Boyd 통합 냉각기의 일반적인 폼 팩터의 예로는 표준 19" 랙 장착 및 소형 도어 장착이 있습니다. 랙 장착형 냉각기는 일반적으로 서버 및 반도체 산업에서 사용되는 반면, 소형 도어 냉각기는 산업용 배터리 저장 응용 제품에 사용됩니다.

응용 제품을 위한 냉각기를 선택하거나 개발할 때는 구성 요소와 전체 설계를 최적화하는 것이 중요합니다. 예를 들어, 고효율 압축기를 선택하여 사용 중에 전력 소비를 줄이거나 터치 스크린 HMI(휴먼 머신 인터페이스) 또는 유체 저장소용 연속 레벨 센서와 같은 향상된 기능을 통합합니다. 특히 펌프의 경우 각 구성 요소를 평가하여 최대의 신뢰성과 효율성을 평가하는 것이 중요합니다.

기본 냉각기 회로도
독립형 표준 재순환 냉각기
대용량 재순환 냉각기

독립 실행형/표준

Boyd 독립형 표준 냉각기는 자체적으로 또는 통합 시스템의 일부로 작동할 수 있으며 일반적으로 공정 온도, 용량 및 환경과 같은 일반적인 사용 사양에 따라 정의되고 분류됩니다. 이 재순환 냉각기는 정밀한 온도 제어 또는 주변 온도 이하 냉각을 위해 설계되었습니다.

표준 냉각기는 전통적인 구성 요소로 제작되며 물 또는 물 / 글리콜을 공정 유체로 사용합니다. 이 부품은 실온에서 0o C까지의 공정 온도에서 작동합니다. 구성 요소는 성능이 일치하며 최적화 된 열 시스템 및 엔지니어링 재료뿐만 아니라 펌프, 압축기 및 밸브와 같은 필요한 역학을 포함합니다.

표준, 저온 및 캐스케이드 냉각기

온도가 낮을수록 성능과 효율성이 향상되지만 표준 시스템을 변경해야 합니다. 표준 저온 냉각기는 -40 o C ~ 0o C의 낮은 공정 온도를 요구하는 응용 분야를 위해 개발되었으며 사용 된 유체는 물 / 글리콜 혼합물에서 특수 열 전달 유체에 이르기까지 다양합니다. 주요 차이점은 공정 유체 / 냉매가 사용된다는 것입니다.

Boyd는 또한 -80 o C ~ -40o C의 공정 온도를 가능하게하는 초저온 냉각기를 제공합니다. 이러한 낮은 온도를 달성하기 위해 캐스케이드 냉동 기술이 사용되며, 종종 두 개의 냉매를 사용하여 직렬로 작동하는 두 개의 개별 냉동 루프에 사용합니다.

표준 대용량 냉각기

대용량 냉각기는 엄격하게 제어되는 출력 온도를 유지하면서 높은 열 부하를 냉각하도록 설계되었습니다. 이 냉각기는 0.5°C 이내의 온도 제어를 위한 원심 펌프 또는 최대 50kW의 최고 수준의 냉각을 가능하게 하는 더 높은 압력 용량을 가진 터빈 펌프로 설계할 수 있습니다. 냉각기를 60Hz에서 50Hz로 쉽게 전환할 수 있도록 이중 전압 옵션을 갖춘 펌프를 추가합니다.

칠러 개요

표준 냉각기를 선택하거나 사용자 지정 냉각기의 개념 및 설계 프로세스를 시작하기 전에 기본 모델을 수립하기 위한 최소 요구 사항을 이해하는 것이 중요합니다.

  • 열 부하
    • 와트 또는 BTU/시간.
    • 열 부하란 무엇입니까? 꾸준하거나 변동하고 있습니까?
  • 냉장 시설의 물에 대한 접근 / 액세스 포인트
    • 냉각기는 냉각수 사용에도 불구하고 냉수에 접근 할 수 있어야합니다. 액세스 포인트 및 나머지 액체 시스템과의 통합은 폼 팩터 및 장착에 영향을 미칩니다.
  • 냉각수 유체
    • 물 또는 물 / 글리콜을 사용하지 않는 경우 부식성 특성을 포함하여 정확한 유체 세부 사항을 가지고 있어야합니다. (공정 유체에 대한 섹션 참조)
  • 필요한 냉각수 온도(설정점)
  • 주변 온도
    • 흡입 온도
  • 공정 유체의 유속(LPM 또는 GPM)
  • 필요한 유체 압력
    • 유체 압력과 압력 강하를 인식하십시오.
  • 전원 입력
    • 사용 가능한 전력(볼트, 위상 및 Hz)
  • 환경 조건
    • 영향 냉각기 설계 및 엔지니어링 재료 활용. 예를 들어 습도, 먼지 및 입자, 진동 또는 충격이 있습니다.

사용 가능한 공간 최적화

냉각기는 구성 요소의 배치 및 냉각기가 장치 또는 시스템에 부착되는 방법에 따라 다양한 응용 분야를 위한 광범위한 폼 팩터에 통합될 수 있습니다. 이러한 결정은 성능, 볼륨, 신뢰성 및 유지 보수의 용이성에 영향을 미칩니다. 다양한 폼 팩터용 냉각기를 설계할 때는 사용 가능한 가장 작은 실장 면적에서 가장 큰 냉각을 제공하는 것이 중요합니다. 레이아웃은 서비스 제공을 위해 제품 성능, 안정성 및 접근성을 고려해야 합니다. 또한 장치에 설치할 때 쉽고 오류 방지 된 통합을 제공해야합니다.

소형 사용자 정의 냉각기
표준 냉각기 내부

장기적인 신뢰성 보장

냉각기 활용의 제한 요소 중 하나는 더 많은 이동 / 기계 구성 요소의 추가입니다. 냉각기가 포함된 시스템을 설계할 때는 테스트, 신뢰성 및 유지 관리 프로토콜을 마련하는 것이 중요합니다.

  • 여기에는 다음에 대한 고려 사항이 포함됩니다.
    • 원격 모니터링
    • 에너지 계량
    • 누출 감지
    • 가동 중지 시간을 피하기 위한 "핫 스왑" 디자인
    • 유지 보수 계약

펌프는 높은 수명과 신뢰성을 보장하기 위해 평가해야 할 가장 중요한 구성 요소입니다. 비교 및 테스트를 수행하여 더 적은 전력을 사용하고 필요한 압력 헤드가 있는 응용 분야에 최적의 펌프 흐름을 제공하는 펌프를 선택하는 데 시간을 투자하십시오. 나머지 배관 재료 및 유량 구성 요소를 선택하면 펌프 성능과 시스템 효율성을 더욱 향상시킬 수 있습니다.

공정 유체

공정 유체는 성능, 사용 및 효율성에 중요한 영향을 미칩니다. 대부분의 액체 냉각기는 물 또는 물 / 글리콜 공정 유체 용액을 사용합니다. 부식 억제제 및 살생물제의 첨가는 누출 또는 유동 막힘으로 시스템을 무너 뜨릴 수있는 장기간의 부식 및 조류 성장을 방지하는 데 중요합니다. 올바른 부식 방지제를 선택하기 위해 공정 유체가 접촉하는 모든 표면의 습윤 화학을 이해하는 것이 중요합니다. 동결 내성을 제공하는 글리콜의 사용은 글리콜이 조류에 매우 좋은 식품 공급원이기 때문에 살생물제의 사용이 필요할 것입니다. 선반에서 사용할 수있는 많은 사전 제작 된 공정 냉각수가 있습니다.

또한 부식 방지제는 과거에 흐르는 표면을 패시베이션하기 때문에 시간이 지남에 따라 소비되기 때문에 시간이 지남에 따라 보충되어야한다는 것을 기억하는 것이 중요합니다. 공정 냉각수를 교체하거나 부식 방지제 화학 물질을 보충하는 것은 예방 적 유지 보수가 필요합니다.

냉매

냉매는 냉각기에서 공정 냉각수에 대한 폐쇄 루프로 사용되며, 두 개는 서로 직접 접촉하지 않으며 공정 냉각제와 냉매 사이에 열이 전달됩니다. 냉매 선택은 에너지 효율에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다.

작동 중에 냉매 흐름은 증기와 액체로 구성됩니다. 증기 품질은 증기인 포화 혼합물의 백분율이고; 즉, 포화 증기는 100 %의 "품질"을 가지며 포화 액체는 0 %의 "품질"을 가지고 있습니다. 증기 품질은 작동 압력 및 온도의 함수입니다. 각 냉매는 저압, 중압 및 고압 중 하나에 대해 평가됩니다. 이것은 압축기 모터의 선택에 큰 영향을 미칩니다. 냉매 선택이 불량하면 브랜드 "에너지 효율적" 압축기의 효율성 향상을 상쇄할 수 있습니다.

녹색 냉매

새롭고 환경 친화적 인 냉매가 훨씬 더 인기를 얻고 있습니다. 지구 온난화 잠재력 (GWP)은 대기 중 온실 가스에 의해 흡수되는 열입니다. 그것은 동일한 질량의 이산화탄소 (CO2 = 1의 GWP)에 의해 흡수 될 열의 배수로 표현됩니다. R22 (Freon)와 같은 오래된 표준 냉매는 GWP가 낮은 다양한 환경 친화적 인 냉매로 대체되었습니다. 이것은 지구 환경 규제가 엄격 해짐에 따라 공정 유체를 선택할 때 중요한 고려 사항입니다.

통신 옵션

냉각기 설계의 최근 발전에는 향상된 연결성, 통신 및 HMI가 포함됩니다. 기존의 통신 프로토콜은 최종 사용자 시스템과 통합되어 온도, 흐름, 압력 및 시스템 상태와 같은 프로세스 변수를 모니터링합니다. 새로운 인터페이스를 통해 사용자는 냉각기를 원격으로 제어 할 수 있습니다. 일부 Boyd 맞춤형 냉각기 솔루션은 사용자 지정 프로토콜을 사용하여 응용 프로그램 요구 사항에 따라 모니터링하고 보고합니다. 변수를 모니터링하고 제어할 수 있기 때문에 피크 효율과 시스템에 대한 보다 엄격한 제어가 가능합니다.

비용 고려 사항

액체 냉각 시스템에 냉각기를 추가하는 전체 비용은 주요 구성 요소, 특히 펌프, 압축기 및 열교환기의 선택에 의해 결정됩니다. 냉각기 작동 비용과 결합 된이 초기 비용은 냉각기의 전체 비용입니다. 수냉 시스템은 에너지 효율적인 시스템이므로 가장 효율적인 사용 비용이 있습니다. 유지 보수 및 인증 비용은 냉각기 작동의 총 비용에 대해 이러한 사용 비용과 함께 고려되어야합니다.

표준 냉각기 선택의 다음 단계

냉각기 채택은 고출력 전자 장치가 용량과 열 부하에서 계속 발전함에 따라 계속 증가 할 것입니다. 비용은 채택에 가장 중요한 장벽이 될 것입니다.

이러한 비용을 완화하는 가장 좋은 방법은 다음과 같습니다.

  • 공정 초기에 솔루션 파트너 참여 - 성능, 신뢰성 및 비용을 보장하기 위해 냉각기 및 액체 시스템을 최적화하는 데 많은 요소가 있기 때문에 가능한 한 일찍 설계 및 제조 파트너를 참여시키는 것이 중요합니다. 이렇게 하면 정확한 응용 분야 요구 사항에 최적화된 올바른 냉각기를 활용할 수 있습니다.
  • 초기 비용 절감 - 일부는 하위 수준 또는 낮은 품질의 부품을 사용하여 비용을 절감하려고 할 수 있습니다. 이로 인해 궁극적으로 훨씬 더 높은 장기 유지 보수 및 수리 비용이 발생하여 전체 비용이 높아집니다. 더 나은 선택은 사용자 정의 모델보다 저렴한 비용으로 표준 기본 냉각기를 선택하고 거기에서 사용자 정의를하는 것입니다. 잘 검증된 제조 파트너로부터 표준을 선택하면 간소화된 생산을 통해 초기 비용을 절감할 수 있습니다.
  • 에너지 효율 극대화 - 설계 선택을 결정하면서 에너지 효율을 검토함으로써 냉각기를 훨씬 낮은 에너지 사용 비용으로 실행할 수 있으므로 운영 비용이 크게 절감됩니다.
  • 적은/간단한 유지 보수 - 신뢰성 테스트 및 매우 신뢰할 수 있는 구성 요소를 제공하여 수리 및 유지 보수의 필요성을 줄이는 솔루션 제조업체와 파트너 관계를 맺습니다. 보증이 마련되어 있고 솔루션 파트너가 유지 보수 프로세스를 간소화하기 위한 내부 프로세스를 갖추고 있는지 확인하십시오.

솔루션 파트너로서의 보이드

전력 부하가 계속 증가함에 따라 액체 냉각은 대부분의 주요 산업 분야의 기존 및 새로운 응용 분야에 계속 채택되고 적용될 것입니다. 최종 사용자가 더 가벼운 무게, 더 나은 신뢰성, 향상된 기능 및 연결성, 더 빠른 처리를 기대함에 따라 고객의 요구는 계속 증가하고 있습니다. 이러한 요구를 충족시키는 데 가장 중요한 장벽은 수명, 사용자 안전 및 성능을 방해하지 않고 방대한 양의 열을 처리하는 것입니다.

이를 위해서는 Boyd 액체 냉각 방법이 새로운 세대의 기술과 시장 요구를 수용하기 위해 응용 분야보다 앞서 나가야합니다. Boyd는 고객과 긴밀히 협력하여 제품 로드맵을 이해하고, 미래의 요구 사항을 평가하고, 고객을 수용할 준비를 합니다.

Boyd의 수십 년간의 혁신 전문 지식, 경험, 자원 개발 및 여러 기능을 간소화된 솔루션에 통합하는 고유한 접근 방식을 통해 새로운 요구 사항을 충족하고 기대치를 초과할 수 있습니다. Boyd는 90년 이상 열 문제를 해결해 왔으며 엔터프라이즈, 전기 자동차, 5G, 대체 에너지 및 기타 주요 산업의 액체 솔루션의 선구자입니다.

질문이 있으십니까? 저희가 도와드리겠습니다!