选择合适的循环冷却器需要考虑四个因素:
- 待冷却设备所产生的热负荷(Q)
- 热源出口液体最大可接受温度(TOUT)
- 可用液体流速
- 环境运行条件(V̇)
通常,设备制造商会说明相应冷却装置的设定温度和流速。这种情况下,选择循环冷却装置很简单。只需在冷却装置图表上标出期望冷却能力和设定温度的交点。性能曲线等于或高于此点的冷却装置都能提供足够的冷却能力。然后,使用泵图表为您的循环冷却装置选择达到期望流速的泵。

示例1
一台冷却装置需要在20°C条件下为产生2,000W热能的X射线管提供2gpm。电源功率为60Hz。在冷却装置图表上标记此点,我们可以看到RC022将是合适的选择。通过查看泵曲线,我们可以看到BE泵可以提供所需的流速。
如果热负荷(Q)已知,而流速未知,可使用以下等式确定所需流速。

示例2
一个激光头产生2,000瓦特(6,824 BTU/Hr)热量。液体温度不得超过20°C (68°F)。冷却液体是水、60 Hz电源及20°C环境温度条件下,合适的循环冷却装置是什么?
使用热性能图表(图1),在相应热负荷(2000W)处画一条横线。如图所示,RC022在13°C(55°F)条件下可以满足此要求。这就是TIN(循环冷却装置出口温度)。因此,计算式变为:

接下来,确定循环冷却装置是否能够满足流速要求。如系统泵图表所示(图2),1.3 gpm容积泵(RC022标配)满足流量要求绰绰有余。
在循环冷却装置专区查看关于我们的循环冷却装置产品选择的更多信息。
影响总体冷却能力的环境条件和冷却装置设计关键因素
循环冷却装置为制冷液体冷却系统,广泛用于各个行业,包括医疗、军事、激光及分析仪器。冷却装置用于保持部件(如激光头、探测器面板)或其他热敏设备恒温及/或消除废热并防止关键部件过热。
选择循环冷却装置时,应考虑可能影响冷却能力的几个因素。这些因素包括环境气温或设施水温、冷却装置设定温度、工艺流体、冷却装置维护等。冷却装置制造商通常根据20°C供水温度和20°C环境温度提供冷却能力评级。但是,如果环境温度高于或低于20°C会怎么样?如果冷却剂供给温度为5°C而不是20°C会怎么样?如果冷却剂为水以外的其他液体又会怎么样?这些变量对冷却装置的冷却能力有何影响?
循环冷却装置及制冷循环
要了解这些因素如何影响冷却装置的冷却能力,首先必须了解冷却装置如何运作。基于压缩机的循环冷却装置利用制冷剂的潜热属性移除工艺过程中的热量并将其排到环境空气或设施用水中(见图1)。要将这种工艺过程热量传导至环境空气或设施用水中,制冷系统必须提供比被冷却工艺流体的温度更低的制冷剂温度。在工艺过程的后面部分,系统必须使制冷剂温度高于被用于排出热量的介质的温度。

冷却装置是一个复杂的系统,但其基础部件为压缩机、冷凝器、恒温膨胀阀(TXV)及蒸发器。从压缩机开始,来自蒸发器的制冷剂从饱和气体状态被压缩为高压高温气体状态。经过压缩的高热气体经过冷凝器,通过将热量排入温度更低的环境空气(空冷冷凝器)或设施用水(水冷冷凝器)实现冷却并冷凝为饱和液体。然后,制冷剂经过恒温膨胀阀,压力和温度大幅降低。此时,制冷剂的温度低于工艺流体温度,因此热量从工艺流体传导至制冷剂,使其蒸发为低压气体。当气体流回压缩机后,如此重新循环。
冷凝器和蒸发器是将热量从一个介质传导至另一个介质的换热器。针对空冷冷凝器,通常使用带铝制翅片的铜管液-气换热器,将制冷剂气体热量排入环境空气。水冷冷凝器则使用液-液换热器将制冷剂气体热量排入设施用水。针对蒸发器,通常使用液-液换热器将工艺流体热量传导至制冷剂。换热器的性能取决于很多因素,包括所用工艺流体、进液温度、流速、结构材料及换热器设计。在所有其他因素均相同的情况下,进液温度差是引起热量从一种流体传导至另一种流体的驱动力。
环境空气和设施用水温度影响
环境空气温度或设施水温对冷水机组的制冷量起着重要作用。为了使冷凝器能够将总热量(工艺热负荷加压缩热)排放到环境空气或设施水中,热制冷剂气体与环境空气或设施水之间的温差必须足够大。例如,Boyd 冷水机组通常在 32.2°C (90°F) 和 43.3°C (110°F) 之间的冷凝温度下运行,并将热量排斥到 20°C (68°F) 的环境空气或 24°C (75°F) 的设施水中(图 2)。水冷式冷凝器可以将相同数量的热量排斥到更高的设施水温,因为水是一种比空气更好的传热流体,并且不需要两种进入流体之间的温差那么大。
随着环境空气或设施用水温度的上升,冷却装置冷凝器将制冷剂产生的工艺热传递至环境空气或设施用水的能力降低,这使冷凝压力增加,进而导致系统性能下降。因此,如果循环冷却装置暴露于20°C以上的环境温度中,应进行尺寸计算以确定所需冷却能力。同样地,如果环境温度降低,由于初始温差更大,性能将会提高。
在进行冷却装置选型时,有必要知道最大环境温度或设施用水温度,以便选择一款具备足够冷却能力的冷却装置,以满足您的应用需求。选型时请咨询应用工程师寻求协助。
设置温度效果
Similar to the condenser, evaporator performance decreases if the difference in incoming temperatures between liquid refrigerant and returning process water temperature is reduced. This occurs if the chiller is set to run at a low temperature, such as 5°C instead of 20°C. Returning process water temperature will be lower if chiller supply temperature is lower and there will be less temperature differential to drive heat transfer.The performance of a chiller decreases as the set temperature decreases. Similarly, the performance of the chiller will improve as the set temperature increases up to maximum temperature within the recommended temperature range. (See Figure 2.).
工艺流体效应
循环冷却装置中使用的工艺流体也会影响性能。冷却装置的冷却能力通常基于使用水作为工艺流体,因此使用水以外的液体作为工艺流体可能导致冷却能力降低。例如,一些循环冷却装置可使用聚烯烃(PAO)作为工艺流体。PAO因其介电性能及/或宽工作温度范围而通常用于军用设备。但是,在所有其他因素都相同的情况下,由于相较于水,PAO的比热、密度及热导率更低,因此PAO冷却装置的冷却能力不及水冷式冷却装置。
冷水机组运维效果
影响冷却装置性能的另一个因素是冷凝器及蒸发器的维护。空冷冷凝器上灰尘集聚、水冷冷凝器或蒸发器中管道或液体通道结垢会导致冷却装置性能降低。当灰尘或杂质在空冷冷凝器翅片和风扇叶片上集聚时,气流受阻,导致冷却装置损失冷却能力。如果冷却装置在多尘或肮脏的环境中运行,应定期进行维护或清洁及/或应加大冷却装置尺寸。水垢、腐蚀及/或因不良水质致使生物生长也会导致水冷冷凝器污染。管道内壁隔离层上形成的污垢会阻碍制冷剂与水之间的热传递,导致冷却装置效率降低。使用含腐蚀抑制剂的洁净水可以使污染风险最小化。查看我们的应用说明“循环冷却装置调节:卓越设备的运行与维护”了解更多信息。
其他因素
空冷循环冷却装置位于高海拔、低空气密度的位置也会影响冷却能力,这种情况较少见。由于质量流率等于容积流率乘以密度,如果密度降低,则必须由冷凝器风扇供给更高的容积流率,以提供与海平面高度条件下相同的冷却能力。一种方案是加大循环冷却装置尺寸,以确保满足冷却能力要求。
当供给工艺冷却剂温度低于环境露点时,湿度也是影响冷却装置性能的另一个因素。这种情况下,如果冷却装置管线、蒸发器及泵未进行隔热处理,这些表面上可能形成冷凝液,导致冷却能力损失。未经处理的金属表面还可能出现腐蚀损坏。因此,强烈建议采取隔热措施。
此外还要注意,由于泵、压缩机及风扇电机旋转频率更低,230 VAC 50 Hz冷却装置的冷却能力比230 VAC 60 Hz冷却装置低大约17%(见图3)。
冷却装置的性能取决于环境空气温度或设施用水温度、冷却装置设定温度、工艺流体、运行和维护等。在选择和运行冷却装置时考虑上述所有因素极为重要。这将有助于保证冷却装置所冷却的设备的正常运行时间。

查看循环冷却装置专区自行比较各方案或联系我们的工程团队,帮助您确定您的系统对冷却能力的要求。