열교환기팬선택-제2편

응용분야에어떤팬이적절한지결정하는방법

열교환기는열을한물질에서다른물질로효율적으로전달또는'교환'하도록설계된장치입니다。유체는열을전달하는데사용되며,유체는물또는오일등의액체일수도있고,움직이는공기일수도있습니다。가장잘알려진유형의열교환기는자동차라디에이터입니다。라디에이터에서부동액이라고도알려진에틸렌글리콜수용액은엔진에서라디에이터로열을전달한후,라디에이터에서주변공기로열을전달합니다。이러한과정을통해,자동차엔진의과열이방지됩니다。마찬가지로,Aavid열교환기는항공기엔진,광학,X선튜브,레이,저전원공급장치,군용장비및기타여러장비에서과도한열을제거하도록설계되었는데,이를통해공랭식히트싱크로는처리할수없는높은수준의열처리가가능합니다。

공기-액체또는액체——공기냉각응용분야에서공기의흐름은고려해야할가장중요한변수입니다。따라서,올바른팬을선택하는것은올바른열교환기를선택하는것만큼이나중요합니다。열교환기팬선택제1편에서,우리는공기흐름및시스템임피던스요구사항을계산하고,AC또는直流전력,정수또는가변흐름,팬또는송풍기선택하기등의선택요인에관해논의했습니다。이기사의제2편에서는공기밀도효과,소음,기대수명및EMI / EMC간섭등열교환기팬선택요인에서중요한다른요인에관해설명합니다。

공기밀도효과

본기사의제1편에서언급했듯이,냉각용량을결정하는것은공기의부피가아닌질량입니다。이는모든공기분자에는질량이있으며,이러한질량이열을흡수및전달하는능력을갖추고있기때문입니다。주어진부피에대한공기분자의양이많을수록,물질은더많은열을흡수또는전달할것입니다。그러나주어진부피의공기질량은고도와온도에따라다릅니다。우리가공기흐름에대해말할때,밀도의정의는다음방정식을사용한시간함수로더잘표현됩니다。

다음의경우:



팬은공기밀도에관계없이일정한양의공기흐름을제공합니다。다시말해,팬은기온이해수면에서70°F인지또는해발10000英尺,250°F인지에관계없이300 cfm을공급합니다。

이를설명하기위해하나의예를살펴보겠습니다。팬에서공급된건조공기의부피유량이300 cfm이라면해수면70°F(250°F에서의공기질량유량과해발10000英尺,250°F에서의공기질량유량은얼마가되겠습니까?

표1:다양한온도및고도에서의공기밀도및물질유량비교

조건	밀도(磅/英尺3.)	물질유량(磅/小时)
해수면,70°F	0.075	1350
해수면,250°F	0.056	1008
10000英尺,250°F	0.038	684

표1에서위방정식(1)을사용하면해수면에서70°F인건조공기의무게가해수면에서250°F인것보다34%더무거움을알수있습니다。10000年,고또한도피트에서250°F인건조공기보다는97%더무겁습니다。결과적으로시스템에서는해수면에서70°F일때의건조공기와같은냉각용량을제공하기위해,해수면에서250°F일때는402 cfm (1.34 x 300 cfm)이필요합니다。그리고해수면에서70°F인건조공기와같은냉각용량을제공하기위해,해발10000피트에서250°F인경우에는591 cfm (1.97 x 300 cfm)이필요합니다。이분석에는,유입되는뜨거운액체의온도와냉각공기온도사이에동일한온도차이가있다고가정하였습니다。

습도는팬크기에영향을미치지는않지만,공기흐름의다운스트림팬이흡입모드에서사용될때열교환기의성능에영향을줄수있습니다。따뜻하고습한공기가응축되면열교환기핀에물방울이쌓여성능이저하되거나부식이생길수있습니다。또한응결로인해누전이될수도있습니다。

소음

팬을선택할때또다른중요한요소는소음입니다。소음은팬성능에직접적인영향을미치지는않지만,다음과같은두가지이유때문에팬선택에신중해야합니다。첫째,소음은업무효율성에영향을미치거나극단적인경우장기적인청각문제를초래할수있습니다。미국산업안전보건국(OSHA)의산업소음노출- 1910.95표준에서는청력보호장치없이다양한소음수준에노출되는것을제한하여청력손실이발생하지않도록합니다。

둘째,소음은시스템작동및전반적인안정성에큰영향을줄수있습니다。소음은일부전자장치의기능에영향을줄수있는데,전자장치가진동흡수제역할을함으로써진동에의해장치에무리가갈수있습니다。또한,실험실등의일부작업환경에는소음에민감한계측장치가포함되어있습니다。

팬설계를통해팬블레이드표면과트레일링엣지에서공기가분리될때발생하는광대역소음을최소화할수있습니다。또한적절한피치각도와노치또는톱니모양의트레일링블레이드엣지를통해소음을최소화할수있습니다。당사의고성능DWDI(双宽双入口)송풍기는음향을완화하고소음수준을줄,여사용자경험을개선하고민감한장치의주변진동을줄이도록특별히설계되었습니다。

기대수명

팬기대수명이란팬이회전속도가줄어들거나더이상사용할수없을정도의큰소음을방출하지않는상태에서지속적으로작동할수있는기간을말합니다。높은시스템안정성을위해서는수명이긴팬이필요한것이일반적입니다。대부분의팬고장은베어링의문제인경우가많습니다。그러나,매우큰하중을전달하는모터또는기어헤드베어링과는달리,냉각팬에사용되는베어링은일반적으로는무시될정도의아주낮은하중을감당하고있습니다。따라서,팬수명은베어링의윤활제저하에따라결정될수있습니다。중장비구동에사용되는모터에비해,팬의작동및시동토크는낮기때문에윤활유가열화되면팬이제대로회전하지않습니다。이러한경우시,동전압이증가하고팬이작동되지않을수있습니다。윤활유의열화는베어링에서발생하는팬소음을증가시킵니다。

팬수명을지정하는데가장널리사용하는두가지방법으로일반적으로많이사용하는L10수명방법과MTBF(平均故障间隔时间)방법이있습니다。이둘의차이점을설명하면L10수명은구체적으로팬그룹10%의가고장나는데걸리는시간을나타냅니다。50%平均는팬의가고장나는시간을근사치로구하는것입니다。팬L10수명은일반적으로75% RH에서-40°C와50°C사이일반작동조건에서60000 - 70000시간범위입니다。平均故障间隔수명범위는일반적으로동일한조건에서200000 - 300000시간사이입니다。

고품질볼베어링팬은기대수명이길기때문에가장신뢰할수있는것으로간주됩니다。L10방법을사용하여25°C ~ 60°C범위의온도에서슬리브베어링과볼베어링팬의수명을비교할때,볼베어링팬은슬리브보다평균적으로50%더오래지속됩니다。일반적으로온도가주변환경에가까울때에는슬리브와볼베어링팬의수명에는큰차이가없습니다。보통볼베어링은높은환경조건에서팬모터의슬리브베어링보다수명이길었습니다。최근당사의표준축팬과소결슬리브베어링에사용된것과같은유체윤활제베어링(FLB)에대한기술개선을통해,슬리브베어링은훨씬낮은비용으로도볼베어링만큼신뢰할만한수치를제공하게되었습니다。

EMI및EMC간섭

팬선택에대한또다른변수는전자기간섭(EMI)및전자기호환성(EMC)입니다。정의에따르자면,EMI는장비의정상적인작동을방해할수있는모든전기적부담입니다。EMI간섭에는크게두가지영역인전도간섭과방사간섭이있습니다。

전도간섭은전원및신호선을통해전달되나불필요한신호(干扰信号)를말합니다。방사간섭은공급원에서방출되고장비의정상적인작동에영향을줄수있는,불필요한신호를말합니다。전도EMI는일반적으로방사EMI보다문제가많습니다。실제로브러시리스直流팬에서는전도EMI가유일한문제거리가되는것이보통입니다。

일반적으로사인파전압을실행하는AC유도모터에는EMI에대한문제가없습니다。그러나,모터와입력리드근처에작은자기간섭이발생할수있습니다。기계또는전자적으로정류된直流모터및전자제어장치로구동되는AC모터에는EMI서명이있습니다。EMI는直流전압의전환에의해생성되며,이는모터에서자기장의회전을생성하는데필요합니다。

전자기호환성(EMC)은다른전자장비의작동에영향을줄수있는,불필요한전자기간섭을발생시키지않으면서장비를작동할수있는능력,그리고다른곳에서발생하는불필요한간섭에의해부정적인영향을받지않는능력이라고할수있습니다。

요약하자면,팬선택은액체——공기및공기-액체냉각응용분야에서매우중요한부분입니다。응용분야에적합한팬의크기를결정하려면공기흐름및정압계산보다더욱정밀한작업이필요합니다。기사의제1편과제2편에서논의한것처럼(안정적인시스템제공을위해팬의크기를조정할때에는설계자가고려해야하는다른중요한요소가있습니다。여기에는공기밀도효과,소음,기대수명및EMI / EMC간섭이포함됩니다。