열교환기팬선택

응용분야에어떤팬이적절한지결정하는방법

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

공기-액체냉각응용분야에서가장중요한매개변수는공기흐름입니다。공정냉각에필요한공기흐름을계산하려면소실될열량과공기온도의변화를알아야합니다。그러나공기흐름만을생각해서팬을선택할수없습니다。공기경로의시스템임피던스도계산해야합니다。공기흐름및시스템임피던스는공정냉각에필요한팬작동점을정의합니다。열교환기용팬을선택할때의다른고려사항으로는팬대송풍기,정수또는가변흐름,AC또는直流전력이있습니다。

공기흐름요구사항설정

열교환기용팬선택의첫번째단계는공정에서생성된열발산에필요한공기흐름을근사화하는것입니다。필요한공기흐름을추정하는기본방정식은다음과같습니다。

이는열용량방정식이라고도알려져있습니다。표준온도및압력(STP)조건에서변환계수와공기의비열및밀도를통합함으로써방정식(1)은다음과같이단순화됩니다。



다음의경우:



방정식(2)의경우,부피유량의단위는분당큐빅피트(CFM)이며,전달되는열량은와트,온도변화단위는화씨입니다。예를들어,작은전자작동식캐비닛에서145 w의열을제거하여90°F(32°C) ~ 73°F(23°C)로공기를냉각하려면다음이필요합니다。



이는STP조건에서캐비닛내부에서생성된열을방출하는데필요한공기흐름입니다。공기의부피가아닌질량이냉각용량을결정한다는것을기억해주세요。

시스템임피던스결정

공기흐름이추정되면시스템임피던스또는'공기흐름저항”을계산또는측정해야합니다。시스템임피던스는공기흐름함수로서정압으로표현됩니다。일반적인시스템임피던스곡선은다음방정식(4)에의해결정됩니다。

다음의경우:



이방정식은특정시스템에필요한정압과공기흐름사이의관계를설명합니다。

,이전예시로돌아가서방정식4을사용하여캐비닛을통한정압0.11인을치의물로계산해보세요。본응용분야에서는52°F(11°C)에서최대1流量의사용가능한공공시설용수가있습니다。0.11인치의물에서최소27 cfm의공기흐름을제공할수있는팬,그리고1流量이하의물을사용할때다음과같은성능을발휘하는열교환기를선택해야합니다。



ITD는유입되는뜨거운공기와차가운물사이의초기온도차이입니다。

다음그림1에서알수있듯이,최소27 cfm과0.25 gpm을초과하는물흐름을제공하는팬과페어링될때6105구리튜브핀열교환기는6.9 w /°C를제공합니다。그림2에서표시된대로오리엔탈모터팬모델MU1225S를선택한다면,분홍색세로선과가로선이나타내듯이필수인0.11인치의물에서팬39 cfm을은제공하며,이는요구사항27 cfm인을훨씬상회합니다。그러나핑거가드및필터등의팬액세서리는그림2내지점A, B및C에서공기흐름사이의차이로표시되듯이팬성능에영향을줄수있다는점에유의해야합니다。본예시와같은높은임피던스시스템에서는팬성능에미치는영향이최소화됩니다。그러나낮은임피던스시스템을사용하면팬성능에미치는영향이클수있습니다。캐비닛에명확한공기흐름경로가있다면,그림1의지점D, E및F사이의공기흐름차이로표시되듯이시스템임피던스는상대적으로낮아지며액세서리는팬성능에상당한영향을미칩니다。공기흐름이필요한양에서크게떨어지면열교환기성능에영향을미칩니다。





공기흐름및시스템임피던스외에도팬유형,정수또는가변흐름,AC또는直流전력,공기밀도,소음,예상수명,EMI / RFI간섭등팬선택시고려할중요한요소가여러가지가있습니다。제2편에서는공기밀도,가청소음,기대수명및EMI / RFI간섭에대한고려사항에대해설명하겠습니다。

축팬(轴流式通风机)또는송풍기

시스템임피던스와전반적으로필요한공기흐름을식별한후에는,사용할팬유형을고려하는것이일반적인순서입니다。가장널리사용되는팬유형은축팬과송풍기입니다。축팬은팬블레이드축의방향과평행한방향으로공기를이동시킵니다。또한,낮은정압조건에서잘작동하며저소음이필요한환경에서선호됩니다。송풍기의경우,원심설계를통해공기가회전축에수직으로이동됩니다。송풍기는통신및하이엔드서버등과같은고압응용분야에적합하며,최대정압근처에서최대효율로작동합니다。

정수또는가변흐름

팬크기는대부분오버사이즈인경우가많은데,이는크기계산시최악의시나리오를기반으로하기때문입니다。예를들어,팬은필요한최대열분산또는극도로높은주변온도를기준으로하여그크기를정합니다。이러한경우,넉넉한크기의팬에서제공되는추가성능은극단적인상황에서만필요할수있습니다。많은작동단계에서,공기흐름속도가낮더라도충분할수있습니다。예를들면,주변온도를낮추거나장치가부분부하만으로도작동하는경우입니다。“지능형的팬은가변하는조건에적응해야하는응용분야에서효과적인솔루션입니다。이러한종류의온도종속팬제어를사용하면열부하가낮을때속도가떨어집니다。따라서,결과적으로소음방출및전력요구량이감소합니다。

直流(AC(교류)또는직류)팬

시스템의가용전력또한팬유형에영향을줄수있습니다。응용분야의전력유연성이뛰어난경우,DC AC팬대의장점을평가해야합니다。直流팬은가변하는흐름을,AC팬은일정한흐름을제공합니다。과거에는直流팬AC팬이보다훨씬비쌌지만,오늘날가격차이는거의없으므로성능과기능에더욱중점을두고결정을내릴수있습니다。오늘날에도여전히AC팬이더널리사용되고있지만,直流팬은더긴수명,약60%적은전력소비,더낮은수준의전자기간섭(EMI)및라디오주파수간섭(RFI)의이점을제공합니다。

열교환기용팬을선택할때는냉각요구사항및시스템임피던스뿐만아니라,팬유형,정수또는가변흐름및AC또는直流전력작동도고려해야합니다。본기사의제2편에서는예상수명,공기밀도,소음및EMI / RFI간섭등팬에관련된추가고려사항에관해설명하겠습니다。