比较冷却选项:热电空调的优点188金宝搏手机版网址

eic-whitepaper-thermoelectric-colling电子外壳冷却系统选项:
热电空调机有优势吗?188金宝搏手机版网址

概观

本白皮书讨论了制冷电器柜冷却器四种流行的选择。这些选项包括热电空调器,基于压缩机的空气调节器,旋涡冷却器和空气对空气热交188金宝搏手机版网址换器(热管)。每个冷却方法进行说明和热电空调器的优点进行检查相比,其他冷却方法如。188金宝搏手机版网址

冷却电子设备的需要

计算机和其他敏感的电子设备越来越多地用于元件受到恶劣、不友好环境影响的应用中。高温、充满污染物的空气、潮湿和有腐蚀性的空气会对电子设备造成严重破坏。这些组件的固有脆弱性是此类应用程序的主要考虑因素。如今,很少有公司能够承担与维修、停机和数据丢失相关的成本和不便,因为它们在技术上的投资得不到足够的保护。

热源

不必要的热量可能会导致外壳内部温度超过制造商为安装在内部的电子/电气设备所建议的额定值。这两个热源综述如下:

内部热源:所有的电脑和电子元件都会产生一定量的热量。具有讽刺意味的是,在许多情况下,能被热损坏的同一设备是热的主要来源。这些包括:

•AC驱动器/逆变器
•电池备份系统
•通信装置
•PLC系统
• 电源
•路由器和交换机
•服务器
•《变形金刚》

外部热源:外壳所处的环境也是向外壳内部增加多余热量的一个主要因素。这些包括:

•高炉和铸造厂
•发动机室
•食品加工厂
•工业烤箱
•热气候
•制造工厂
•室外太阳能吸热
•非绝缘和/或非空调建筑

热电空调188金宝搏手机版网址

优点:可靠,低维护,安装在任何方向,便携式,灵活的输入电源选项
缺点:冷却容量的限制

热电固态空调器可以用于冷却电子/电气设备和容纳在外壳和188金宝搏手机版网址柜装置具有成本效益的解决方案。具有相对低的能量需求,并提供冷却和从相同的设备(需要时)加热的能力,这些系统成为封闭冷却应用越来越普及。

热电制冷系统背后的潜在现象被称为“佩尔蒂埃效应”。这种效应是通过使用掺杂碲化铋的半导体中的两种元素来实现的。当使用直流电源时,该装置将热量从一侧传递到另一侧。带走热量的那一面变冷了。通过正确的封装,这些设备的冷却性能可以应用到模块式空调机中,该空调机可以耗散高达2500 BTU/hr的负载,这在机箱冷却应用中很常见。188金宝搏手机版网址对于一些有较高冷却要求的应用,可以使用多个热电系统来提供必要的冷却。

固态技术的使用使得热电空调可以在任何方向上运行——垂直、水平或角度。188金宝搏手机版网址此外,热电空调可用于高达140°F(60°C)的高温应用188金宝搏手机版网址,一些热电冷却器可设计在远远超过这一限制的条件下运行。对于位于沙漠地区或热的工业工厂操作中的电子/电气外壳,热电系统的高温极限可以提供一个显著的好处。

Compressor-Based空188金宝搏手机版网址调

优点:高冷却能力
缺点:更高的维护,水平或垂直方向只,固定,主要是交流供电

以压缩机为基础的空调依靠化学制冷剂188金宝搏手机版网址来消除电子/电气外壳中的热量。除了制冷剂,这些空调还使用压缩机、蒸发器、冷凝器和风扇来提供冷却。188金宝搏手机版网址

压缩机空调机的工作原理188金宝搏手机版网址是:流体在压缩时加热,膨胀时冷却。首先,当蒸发的制冷剂被压缩时,会产生高温、高压的气体。然后,当风扇将周围的空气吹过时,这些气体被推进一系列的线圈,从气体中带走热量,将其转移到周围的环境中,并将气态制冷剂还原为液态。接下来,制冷剂通过一个膨胀阀,膨胀蒸发后进入蒸发器盘管,此时制冷剂变冷。在这里,从内部的空气被另一个风扇吹过蒸发器盘管,把热量从电子/电气元件转移到制冷剂。最后,蒸发的制冷剂回到压缩机,重复这个过程。188金宝搏手机版网址空调被设计安装在机壳的顶部或侧壁,但机组本身必须保持直立,以确保机油不会从压缩机中流出。

涡冷却器

优点:维护费用低,占地面积小,价格便宜
缺点:需要压缩空气,静止,有噪声,需要更换过滤器

涡旋冷却器可以是一个低成本的方式来冷却和清洗电子/电气外壳,特别是在情况下,传统的冷却由封闭空调是不可能的。188金宝搏手机版网址应用可能包括小型到中型的设备外壳和冷却设备的尺寸受到限制的任何其他领域。

涡流冷却器使用压缩空气来提供冷却气流。这意味着它们被限制在有现成的清洁压缩空气来源的地方,比如在工业工厂。

涡流冷却器的主要部件是涡流管,也称为兰格-希尔希涡流管。这个机械装置从输入的压缩空气中产生一种漩涡效应,并把它分成冷热气流。涡流冷却器的独特之处在于它没有活动部件。涡流管的圆柱形发生器使输入的压缩空气旋转,当它被压入涡流管的热长端内壁时,转速可达1,000,000 rpm。在热管的末端,一小部分空气通过针形阀作为热空气排出。剩下的空气被以较慢的速度从进来的气流的中心强迫回去。较慢的空气中的热量被传递给较快的空气。这些冷却的空气流经发电机的中心,并通过冷空气排气口排出。当空气被推入箱体时,冷却器提供了它自己的内置排气装置,因此没有必要对箱体进行排气。这种效果提供了一个积极的清洗内阁,这也有助于保持污垢,灰尘和碎片的外壳。

空气 - 空气热交换器

优点:低维护、便宜的
缺点:不能在常温下冷却

高效,成本有效的冷却能够通过热管组件的系统来实现。这些空气 - 空气热交换器从密封的电气面板和机柜去除废热,以保护敏感的电子元件,而不将它们暴露于柜外苛刻,脏的环境。

空气-空气热交换器中的热管通过冷却剂的蒸发和冷凝将热能从一个地方输送到另一个地方,从而起到冷却外壳的作用。热管通过冷却剂的“相变”来传递热量,类似于基于压缩机的空调,只是它们没有运动部件。

热管通常是由金属容器(铝、铜等)构成,在压力下容纳液体(水、丙酮等)。管的内表面内衬多孔材料,充当灯芯。当热量被施加到管的外部时,管内的液体沸腾并蒸发成气体,气体通过管寻找一个较冷的地方进行冷凝。通过毛细作用,灯芯将冷凝液输送回蒸发区。在大多数应用中,风扇是用来将空气移到管道上,并使空气在外壳内循环。

空气-空气热交换器可用于将电子设备冷却到略高于外部环境空气温度的场合。空气-空气热交换器在没有水供应的情况下不能像空气-水热交换器那样在环境温度以下进行冷却。热管的另一个限制是它们必须调节到特定的冷却条件。管道材料、尺寸和冷却剂的选择都对热管工作的最佳温度有影响。

空对空热交换器的工作温度限制仅受风机额定温度的限制,一般范围为-40°F到+160°F。他们也非常可靠的额定寿命(MTBF)的典型热管总成超过30万小时。

外壳冷却方案对比图

热电
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压缩机-BASED
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涡冷却器 空对空热交换器
设计 固体状态 机电系统的 气动 液体蒸汽循环
可靠性 热泵
> 150000小时平均
压缩机<100,000小时MTBF,风机有限 依靠工厂空气压缩机,MTBF < 150000小时 > 300000小时MTBF,风扇有限
维护 几乎没有——没有活动部件(风扇除外) 需要清洗和更换过滤器和制冷剂的充电 需要定期更换过滤器/分离器/排水 几乎没有——没有活动部件(风扇除外)
尺寸和重量 中等大小和重量 中等到重的尺寸和重量 体积小,重量轻 中等大小和重量
环境友好 是的 No -使用氯氟烃、HCFC或其他化学品和油 不需要-需要很高的能量 是的
能在室温下冷却 是的 是的 是的 没有
温度控制与稳定性 精确的双相控制
< +/- 0.5°C
低效的电阻控制
> +/- 1.0℃
用于限制温度上升 用于限制温度上升
加热选项 是的 是的 没有 没有
取向 可用于任何方位 必须保持固定的方向 - 垂直或水平 可用于任何方位 水平或垂直
可移植性 标准单位在运动中运作 特殊单位要求 需要适合的容量的移动式空气压缩机 换热器是使用热管输的冷却能力,如果不是垂直的
权力 交流和直流电压范围宽 主要是交流驱动 以工厂空气压缩机为基础 交流和直流电压范围宽
噪声振动 来自风扇的轻微噪音和振动 一些噪音和振动从压缩机和风扇 嘈杂的空气压缩机 来自风扇的轻微噪音和振动
初始成本 温和的 温和的 低 - 如果合适尺寸的压缩机已经可用
运行维护费用 温和的 非常高的 非常低的

热电空调的优点188金宝搏手机版网址

时相比,热电冷却系统的冷却电子/电器外壳的利用提供了许多对于某些应用显著优点其它冷却方法,例如基于压缩机空调器,旋涡冷却器,和空气 - 空气热交换器(热管)188金宝搏手机版网址。这些包括:

可靠性:热电空调机由于其固态结构而表现188金宝搏手机版网址出很高的可靠性。虽然可靠性在一定程度上取决于应用,但在典型的热电制冷系统中,热电模块的平均无故障时间(MTBF)大于150,000小时。相比之下,在典型的基于制冷剂的系统中,压缩机的平均无故障时间(MTBF)小于100,000小时。由于其可靠性,热电制冷系统通常用于偏远地区,在那里它们提供无故障的服务,很少进行监控。

保养:热电制冷系统几乎没有活动部件,也没有过滤器或机油,所以它实际上是免维护的,唯一的活动部件是用来让空气在散热器中循环的风扇。基于压缩机的系统需要定期更换过滤器和制冷剂。涡流冷却器需要过滤器/分离器来除去空气供应中的微粒、油和水分,这些都需要定期更换或排放。

尺寸和重量:热电空调器提供适中的尺寸和重量188金宝搏手机版网址的冷却系统,该系统是相当的基于压缩机的空调和空气对空气热交换器。涡冷却器是相当小的,但必须依靠一个更大的工厂空气系统进行操作。

环保:与基于压缩机的空调不同,热电空调不需要对环境有害188金宝搏手机版网址的化学制冷剂(CFCs、HCFCs或油)。

能够冷却到低于环境温度:与基于压缩机的空调和涡流冷却器类似,热电式空调有能力在外188金宝搏手机版网址壳外的环境温度以下制冷。相比之下,热管无法在常温下冷却。此外,空气-空气热交换器中热管的有效性取决于非常特定的环境温度。非常高的环境温度会影响标准热管的性能,这不是热电制冷系统的一个因素。

温度控制及稳定性:热电空调器还具有容易得到的控制188金宝搏手机版网址器,其比标准基于压缩机的空气调节器,需要向下操作循环之间的时间提供更精确的温度管理的优点。热电空气调节器可维持的目标温度188金宝搏手机版网址,以±0.5℃以内,而以往的制冷目标温度可以变化超过几度。

加热选项:极冷对电子元件的损害可能与极热一样大。对于全年温度变化极大的地区的室外围场,既可以加热又可以冷却的系统提供了一种全年保护敏感设备的方法。在一些热电系统中,从冷却到加热的转换是通过设备的极性反转来完成的。然而,应该注意的是,这种效应会冲击热电模块,降低其使用寿命。其他的热电冷却系统在冷端散热器的底部使用嵌入式盒式加热器。这些加热器确保系统在冬季保持在最低温度以上,而不影响热电模块的可靠性和耐久性。

取向:热电空调的自包含的,固态结构大大增强了它们的灵活性。188金宝搏手机版网址附近有无限的安装灵活性,因为热电空气调节器可在几乎任何取向工作,包括垂直,水平或以一角度,而不用担心用于液体(例如制冷剂,水或油)的188金宝搏手机版网址循环或干扰从外部冷却器连接或冷凝软管- 所有直接对比其他的冷却装置的限制。

可移植性:热电空调是理想的便携式冷却应用188金宝搏手机版网址,如安装在运输箱。此外,标准单位可以运行,而在运动,甚至在零重力的环境。

功率:与空对空热交换器类似,热电空调机可以在大范围的电压下工作,并具有直流或交流电源。188金宝搏手机版网址基于压缩机的空调主要依赖于交流电源188金宝搏手机版网址,而涡旋冷却器则依赖于提供给工厂空气系统的电源。

噪声与振动:热电冷却器具有更少的移动部件进行操作,产生比其他冷却方法振动少得多。

初始投资成本:在高达2500 BTU的冷却范围内,热电制冷系统的成本与基于压缩机的系统相当,略高于涡旋冷却器和空对空热交换器。

运行维护费用:虽然热电系统的初始成本与基于压缩机的系统相当,但热电冷却器的长期可靠性会随着时间的推移降低总拥有成本。例如,根据平均无故障时间间隔(MTBF)数据,一个典型的热电系统将比基于压缩机的空调寿命长5年。

结论

虽然没有一种冷却方法在所有方面都是理想的,热电制冷系统的使用也不是适用于所有的应用,但热电空调往往比其他技术提供更多的好处。188金宝搏手机版网址

使用热电空调机通常可以解决许多复杂的冷却问题,在这些188金宝搏手机版网址问题中,必须在恶劣的环境中处理低到中等的热量。利用固态技术来实现温度变化,热电制冷器不需要制冷剂,运行时使用的移动部件更少。它们可以将外壳冷却到低于环境温度,同时产生很小的噪音和振动。热电式空调机具有可靠性高、使用寿命长、输入功率要求灵活、安装方式灵活等特点,提供传统的电子设备冷却方式。188金宝搏手机版网址此外,他们是理想的解决方案的应用,其中冷却系统必须是便携式的或受运动。

EIC Solutions公司专门设计和热电冷却系统的制造,空调电子机柜和运输箱子用于广泛的应用范围。我们的产品在各种涉及电子设备在室内和室外环境的保护外壳降温应用。致力于保护客户的投资,在计算机和敏感电子设备,EIC提供创新的解决方案和优质的服务。

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