Chiller e raffreddamento sub-ambientale

L'elettronificazione globale, le tecnologie intelligenti e la dipendenza tecnologica continuano ad aumentare, spingendo gli ingegneri a sviluppare chip e tecnologie di dati più potenti. Uno degli ostacoli più significativi al progresso tecnologico è la gestione del calore in eccesso generato dall'aumento dell'elaborazione e dell'archiviazione dei dati, nonché della generazione e fornitura di energia. Questo è vero in tutti i principali settori che vanno da Enterprise, 5G e telecomunicazioni a Medical, Trasporti, Energy Storage e Automazione industriale.

Le nuove applicazioni di potenza più elevata richiedono un raffreddamento più efficiente per carichi termici elevati in volumi compatti, portando gli ingegneri a rivolgersi a soluzioni liquide. Il liquido ha la capacità di trasferire calore fino a 4 volte superiore alla capacità di aria forzata della stessa massa. Ciò consente un migliore trasferimento di calore e prestazioni termiche più elevate con maggiore flessibilità e scalabilità del progetto.

Un sistema raffreddato a liquido è un circuito idraulico che in genere consiste in una piastra fredda che si interfaccia con una fonte di calore in un dispositivo, tubi e pompe che fanno circolare il fluido attraverso il sistema e uno scambiatore di calore che respinge il calore nell'ambiente ambientale. Questi sistemi integrati forniscono un raffreddamento altamente efficiente in grado di mantenere le applicazioni ad alta potenza in esecuzione in modo affidabile alle massime prestazioni; tuttavia, ci sono alcune limitazioni.

I progetti boyd Chiller spaziano da sistemi modulari standard e prodotti stand-alone a sistemi complessi e fortemente integrati in cui ogni componente è adattato a un'applicazione specifica. Le opzioni standard sono sviluppate in base alle personalizzazioni più utilizzate per i fattori di forma più comuni.

Un esempio di fattori di forma comuni per i chiller integrati Boyd includono il montaggio su rack standard da 19" e il montaggio su porta compatta. I refrigeratori montati su rack sono comunemente utilizzati nei settori dei server e dei semiconduttori, mentre i refrigeratori per porte compatti sono utilizzati nelle applicazioni di accumulo di batterie industriali.

Quando si sceglie o si sviluppa un refrigeratore per la propria applicazione, è fondamentale ottimizzare i componenti e il design nel suo complesso. Ad esempio, scegli un compressore ad alta efficienza per ridurre il consumo energetico durante l'uso o incorpora miglioramenti come HMI touch screen (Human Machine Interface) o sensori di livello continui per serbatoi di fluidi. È fondamentale valutare ogni componente per la massima affidabilità ed efficienza, in particolare per le pompe.

Prima di scegliere un refrigeratore standard o iniziare il processo di concetto e progettazione per un refrigeratore personalizzato, è fondamentale comprendere i requisiti minimi per stabilire un modello base:

• Carico termico
  • Watt o BTU/ora.
  • Qual è il carico termico? È costante o fluttuante?
• Punto di accesso / accesso all'acqua refrigerata dell'impianto
  • Un refrigeratore deve avere accesso all'acqua refrigerata nonostante il refrigerante utilizzato. Il punto di accesso e l'integrazione con il resto del sistema liquido influiscono sul fattore di forma e sul montaggio.
• Fluido refrigerante
  • Se non si utilizza acqua o acqua / glicole, assicurarsi di avere dettagli precisi del fluido, inclusi eventuali attributi corrosivi. (Vedere la sezione sul fluido di processo)
• Temperatura del refrigerante richiesta (set point)
• Temperatura
  • Temperatura di prelievo
• Portata del fluido di processo (LPM o GPM)
• Pressione del fluido richiesta
  • Essere consapevoli della pressione del fluido e delle cadute di pressione.
• Ingresso alimentazione
  • Energia elettrica disponibile (volt, fase e Hz)
• Condizioni Ambientali
  • Impatti Progettazione del refrigeratore e materiali ingegnerizzati utilizzati. Gli esempi includono umidità, polvere e particelle e vibrazioni o urti.

I refrigeratori possono essere integrati in un'ampia gamma di fattori di forma per varie applicazioni in base al posizionamento dei componenti e al modo in cui il refrigeratore è collegato al dispositivo o al sistema. Queste decisioni influiscono su prestazioni, volume, affidabilità e facilità di manutenzione. Quando si progettano refrigeratori per diversi fattori di forma, è importante fornire il massimo raffreddamento nel minimo ingombro disponibile. Il layout deve considerare le prestazioni del prodotto, l'affidabilità e l'accessibilità per la manutenzione. Deve anche fornire un'integrazione semplice e a prova di errore quando viene installato nel dispositivo.

Il fluido di processo ha un impatto significativo su prestazioni, utilizzo ed efficienza. La maggior parte dei refrigeratori liquidi utilizza acqua o una soluzione fluida di processo acqua/ glicole. L'aggiunta di inibitori di corrosione e biocidi è fondamentale per prevenire la corrosione a lungo termine e la crescita di alghe che possono far crollare il sistema perdendo o bloccando il flusso. È essenziale comprendere la chimica bagnata di ogni superficie che il fluido di processo tocca per selezionare l'inibitore di corrosione corretto. L'uso del glicole, che offre tolleranza al congelamento, richiederà probabilmente l'uso di un biocida poiché il glicole è un'ottima fonte di cibo per le alghe. Ci sono molti refrigeranti di processo prefabbricati disponibili sullo scaffale.

Inoltre, è importante ricordare che gli inibitori di corrosione devono essere reintegrati nel tempo perché vengono consumati nel tempo mentre passivano le superfici che attraversano. La sostituzione del refrigerante di processo o il reintegro di sostanze chimiche inibitrici di corrosione è necessaria per la manutenzione preventiva.

I refrigeranti sono utilizzati nei refrigeratori come un circuito chiuso al refrigerante di processo, dove i due non entrano in contatto diretto tra loro e il calore viene trasferito tra il refrigerante di processo e il refrigerante. La selezione del refrigerante può avere un effetto significativo sull'efficienza energetica.

Durante il funzionamento, il flusso di refrigerante è costituito sia da vapore che da liquido. La qualità del vapore è la percentuale della miscela satura che è vapore; in altre parole, il vapore saturo ha una "qualità" del 100% e il liquido saturo ha una "qualità" dell'0%. La qualità del vapore è una funzione della pressione e della temperatura di esercizio; e ogni refrigerante è valutato per basse, medie e alte pressioni. Ciò influisce pesantemente sulla selezione del motore del compressore; una scarsa scelta di refrigerante potrebbe compensare eventuali guadagni di efficienza derivanti da un compressore "Energy Efficient" di marca.

Nuovi refrigeranti più rispettosi dell'ambiente stanno diventando molto più popolari. Il potenziale di riscaldamento globale (GWP) è il calore assorbito da qualsiasi gas serra nell'atmosfera. È espresso come un multiplo del calore che verrebbe assorbito dalla stessa massa di anidride carbonica (GWP di CO2 = 1). I refrigeranti standard più vecchi come l'R22 (Freon) sono stati sostituiti da una gamma di refrigeranti più rispettosi dell'ambiente con un GWP inferiore. Questa è una considerazione importante quando si scelgono i fluidi di processo man mano che le normative ambientali globali diventano più severe.

I recenti progressi nella progettazione dei refrigeratori includono una migliore connettività, comunicazione e HMI. I protocolli di comunicazione convenzionali si integrano con i sistemi dell'utente finale per monitorare le variabili di processo come temperatura, flusso, pressione e integrità del sistema. Con le interfacce più recenti, gli utenti possono controllare i refrigeratori anche da remoto. Alcune soluzioni di refrigerazione personalizzate Boyd utilizzano anche protocolli personalizzati per monitorare e creare report in base alle esigenze dell'applicazione. Essere in grado di monitorare e controllare le variabili consente di ottenere la massima efficienza e un controllo più rigoroso sul sistema.

Il costo complessivo dell'aggiunta di un refrigeratore a un sistema raffreddato a liquido è determinato dalla selezione di componenti chiave, in particolare la pompa, il compressore e gli scambiatori di calore. Questo costo iniziale combinato con il costo di gestione del refrigeratore è il costo complessivo del refrigeratore. I sistemi di raffreddamento ad acqua sono sistemi ad alta efficienza energetica e quindi hanno i costi di utilizzo più efficienti. I costi di manutenzione e certificazione devono essere considerati insieme a questi costi di utilizzo per il costo totale di gestione del refrigeratore.

L'adozione dei refrigeratori continuerà ad aumentare man mano che l'elettronica ad alta potenza continuerà ad avanzare in termini di capacità e carico termico. Il costo sarà probabilmente l'ostacolo più significativo all'adozione.

I modi migliori per mitigare questi costi saranno:

• Coinvolgere un partner di soluzioni nelle prime fasi del processo - Poiché ci sono così tanti fattori nell'ottimizzazione del refrigeratore e del sistema liquido per garantire prestazioni, affidabilità e costi, è fondamentale coinvolgere un partner di progettazione e produzione il più presto possibile nel processo. Ciò garantirà l'utilizzo del refrigeratore giusto ottimizzato per i requisiti esatti dell'applicazione.
• Costi iniziali inferiori - Alcuni potrebbero cercare di ridurre i costi utilizzando parti di qualità inferiore o inferiore. Ciò comporterà in ultima analisi costi di manutenzione e riparazione a lungo termine molto più elevati, con un costo complessivo più elevato. Una scelta migliore sarebbe quella di scegliere un refrigeratore di base standard a un costo inferiore rispetto a un modello personalizzato e apportare personalizzazioni da lì. La scelta di uno standard da un partner di produzione ben controllato può anche ridurre i costi iniziali attraverso una produzione semplificata.
• Massimizzare l'efficienza energetica - Esaminando l'efficienza energetica e determinando le scelte di progettazione, i refrigeratori possono funzionare a costi di utilizzo dell'energia molto più bassi riducendo significativamente i costi operativi.
• Manutenzione meno semplice - Collabora con un produttore di soluzioni che fornisce test di affidabilità e componenti altamente affidabili per ridurre la necessità di riparazioni e manutenzione. Assicurarsi che le garanzie siano in atto e che il partner delle soluzioni disponga di processi interni per semplificare il processo di manutenzione.

Poiché i carichi di potenza continuano ad aumentare, il raffreddamento a liquido continuerà ad essere adottato e adattato per applicazioni esistenti e nuove nella maggior parte dei principali settori. Le richieste dei clienti continuano a crescere poiché gli utenti finali si aspettano un peso più leggero, una migliore affidabilità, funzionalità e connettività migliorate e un'elaborazione più rapida. L'ostacolo più significativo per soddisfare queste esigenze è la gestione della grande quantità di calore senza ostacolare la durata, la sicurezza e le prestazioni dell'utente.

Ciò richiede che i metodi di raffreddamento a liquido Boyd avanzino rispetto alle applicazioni per soddisfare le tecnologie di nuova generazione e le richieste del mercato. Boyd lavora a stretto contatto con i nostri clienti per comprendere le loro roadmap di prodotto, valutare le esigenze future ed essere pronto ad accoglierle.

I decenni di competenza nell'innovazione, l'esperienza, lo sviluppo delle risorse e l'approccio unico di Boyd all'integrazione di più funzionalità in soluzioni semplificate ci consentono di soddisfare nuovi requisiti e superare le aspettative. Boyd affronta le sfide termiche da oltre 90 anni ed è un pioniere per le soluzioni liquide in Enterprise, Veicoli elettrici, 5G, Energie alternative e altri importanti settori.