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循環式冷卻水機保護選項與流體相容性

循環式冷卻水機是現成的液冷系統,可提供精準溫度控制及/或低於環溫的冷卻。

延長系統使用壽命與提升可靠度

循環式冷卻水機可用於冷卻各類設備,包括醫療設備、雷射、顯微鏡、分析儀器、半導體製程設備、電源供應器、電子設備及其他多種應用。冷水機提供多種選項,可依您的特定應用配置系統。這些冷水機選項包括保護、便利性、特殊應用與流體相容性選項。

保護與便利性選項包括外部流量閥、外部洩壓閥、防虹吸系統、空氣濾網、水濾網與遠端啟動功能。選擇適當的選項,可讓冷水機的操作與維護更加容易、有助於降低系統提早故障的風險,並確保系統維持最佳效能。

閥門與濾網屬於保護選項。閥門可協助管理流向應用的流量與壓力。

伊頓循環式冷卻水機的保護選項

外部流量閥

我們非常建議選用外部流量閥。外部流量閥是一種可手動調整的截止閥,用於控制供應至應用的冷卻液流量。閥門開度增加時,會有更多流量繞過應用,並重新導向至冷水機的回流管路。

外部流量閥安裝於冷水機背面,與冷水機冷卻液供應/回流管路並聯。

對製程壓降未知或需要特定流量的應用而言,這項選項非常實用。它也可提供最大的彈性,讓冷水機能在不同流量下使用。 

外部洩壓閥

另一項選擇是外部洩壓閥。如果流向應用的流量暫時中斷,此閥門可讓循環式冷卻水機持續運轉並維持溫度與壓力。例如,如果您的應用會週期性啟停,這項功能就很實用。外部洩壓閥也可用來避免冷水機供應壓力超過預先設定的壓力值。外部洩壓閥與外部流量閥不應同時選用,因為兩者之間的交互作用可能難以控制。

外部洩壓閥是一種可手動調整的洩壓閥,可設定在 50–100 psig。流量中斷時,閥門會開啟,將流體旁通至冷水機回流端。此閥門通常安裝於冷水機背面外部,與冷水機冷卻液供應/回流管路並聯。當正排量幫浦搭配外部洩壓閥使用時,幫浦內建旁通閥的設定通常會提高至 90 psi。這是為了避免幫浦本身將流量旁通,造成回流管路流量過低,進而使冷水機停機。為避免發生這種低流量狀況,伊頓 RC006 至 RC022 冷水機所需的最低流量為 0.5 gpm,而 RC030 與 RC045 冷水機則需要至少 1.5 gpm。

防虹吸系統

同時兼具保護與便利性的閥門選項之一,就是防虹吸系統。此系統讓冷水機能安裝在低於應用設備的位置。冷水機水箱具有通氣設計,因此當冷水機關閉時,如果應用設備的位置高於冷水機,冷水機與應用設備之間軟管內的冷卻液便會回流至水箱。在這種情況下,如果沒有安裝防虹吸系統,流體可能會使水箱溢流。當空間有限,只能將冷水機安裝在應用設備下方,或應用於無塵室時,防虹吸系統尤其有幫助。

此防虹吸系統由內部止回 閥與電磁閥構成,分別安裝於供應管路與回流管路。止回閥允許冷卻液流向應用設備,同時防止冷卻液回流至冷水機。通電時,電磁閥會開啟以允許冷卻液流動;當冷水機斷電時則會關閉,以防止冷卻液回流至冷水機的通氣式水箱。

和閥門一樣,濾網也有助於保護冷水機與您的應用設備。

空氣濾網

對多塵及/或髒污的環境,我們非常建議使用空氣濾網。空氣濾網有助於避免灰塵堆積,否則可能造成冷水機散熱能力下降。它也能減少清潔冷凝盤管與其他內部冷凍組件的需求。空氣濾網安裝於冷水機內部、前方格柵後方,因此很容易接近。伊頓建議依空氣中的灰塵程度定期更換空氣濾網。例如,在空調實驗室等乾淨環境中,空氣濾網可能每 6 個月更換一次即可。但在機械加工廠現場等灰塵很多或非常髒污的環境中,濾網可能需要每個月更換一次。

5 微米冷卻液濾網

水或冷卻液濾網的重要性與空氣濾網相同。顧名思義,5 微米濾網可去除供應至應用設備之冷卻液中最大 5 µm(0.197 mil)的微粒,避免設備因顆粒堆積而堵塞或受損。此濾網位於冷水機的供應管路上。所有冷卻液流量都會通過此濾網。如果冷水機同時配有冷卻液濾網與洩壓閥或流量閥,濾網會安裝在閥門之後。在這種情況下,供應至應用設備的冷卻液流量將有 100% 通過濾網。伊頓建議在初次安裝後隔天檢查濾網,之後每週檢查一次。如果未適時更換濾芯,可能造成流量下降,進而降低冷水機的散熱能力,甚至導致系統停機。

這類濾網可搭配渦輪幫浦與正排量幫浦使用。搭配對顆粒敏感的正排量幫浦時尤其有幫助。不建議將冷卻液濾網搭配離心幫浦使用,因為流經濾網的壓降過高。

遠端啟動選項屬於便利性選項:

遠端啟動

標準冷水機控制器套件已包含自動重新啟動功能;不過,如果使用者希望透過電腦或繼電器同時啟動設備與循環式冷卻水機,以提升操作便利性,遠端啟動功能會非常實用。遠端啟動選項可讓外部電路透過冷水機後方的乾接點控制冷水機開啟/關閉功能。遠端啟動也能避免應用設備在冷水機未運作時意外啟動,或反之,以免造成設備損壞、不必要的能源消耗等問題。

適用於進階需求與特殊應用的冷水機選項

循環式冷卻水機是能提供精準溫度控制及/或低於環溫冷卻的液冷系統(圖 1)。冷水機提供多種選項,因此能輕鬆整合至各式各樣的應用。這些循環式冷卻水機選項包括特殊應用選項、流體相容性選項、保護選項與便利性選項。

特殊應用與流體相容性冷水機選項包括加熱器、內部隔熱套件、低溫運作、水冷式冷凝器,以及 0.1 °C 設定值。

Eaton recirculating chiller figure

加熱器

當環溫低於所需的冷水機設定溫度時,可能需要使用加熱器。如果設備每晚會關閉,或在寒冷環境中頻繁啟停,這項選項尤其實用。加熱器選項採用浸入式 2,000 W、230 V 電阻加熱器,可在冷啟動或冷卻液設定值頻繁變換時,更快達到設定溫度。它內建不可調整的過溫關閉功能。當冷卻液溫度與設定溫度相差 3 °C 以內時,加熱器便會關閉,之後由冷凍循環接手,直到達到設定溫度。此選項適用於伊頓 RC011 至 RC045 機型。它不會擴大冷卻液的溫度範圍。

內部隔熱套件

當冷水機冷卻液設定溫度低於環境露點時,內部隔熱套件可大幅減少水箱、泵頭與冷卻液管路表面的冷凝水形成。它有助於避免冷水機內部腐蝕,也能防止滴水損壞電子設備。當設定溫度為 10 °C 以下,或環溫高於 25 °C 時,建議使用內部隔熱套件。

低溫運作

針對低溫設定值(-5 °C 至 25 °C),低溫運作選項可將效能最佳化,並提供比標準冷水機更高的低溫散熱能力。選用此選項時,必須搭配內部隔熱套件。低溫運作可應用於雷射、X 光冷卻、分析儀器等領域。

水冷式冷凝器

另一項選擇是水冷式冷凝器。這項選項使用釬焊板式液對液冷凝器,將熱量排放至外部液態冷卻源,而不是使用液對氣冷凝器將熱量排放至環境空氣。這可避免室內升溫與空調系統可能發生的過載。此外,由於沒有冷凝器風扇,水冷式冷水機的噪音也較低。液態冷卻源通常是設施供水,但也可以是位於其他房間的另一台冷水機。冷水機的散熱能力是以設施供水溫度 75 °F(24 °C)、壓力低於 100 psi 為基準。圖 2 顯示每款伊頓循環式冷卻水機的建議設施供水流量。若需瞭解不同溫度下所需的設施供水流量,請聯絡伊頓的應用工程團隊。

表:伊頓循環式冷卻水機建議設施供水流量

型號 最低流量
RC011 1.4 gpm
RC022 1.4 gpm
RC030 1.9 gpm
RC045 3.4 gpm

0.1°C 設定值

使用標準冷水機時,使用者可將溫度設定至最接近的整數度。搭配 0.1 °C 設定值選項後,溫度可設定至小數點後 1 位,因此可更精準地控制冷卻液供應溫度。此功能僅支援攝氏溫度。當溫度穩定度至關重要時,建議選用此功能。雷射冷卻與分析儀器冷卻,就是可能採用此選項的兩種應用。

流體相容性選項包括去離子(DI)水濾芯、高純度管路與 PAO 相容性。

去離子水濾芯

DI 水濾芯會去除冷卻液中的離子,透過讓部分流量通過樹脂床,使流體電阻率維持在 1–3 MΩ·公分。濾芯安裝於冷水機回流端的外部。由於去離子水具有腐蝕性,因此搭配此選項時應同時選用高純度管路。在正常運作條件下,濾芯應每 3–6 個月更換一次。也可量測電阻率,以判斷是否需要提早更換濾芯。此選項不包含電阻率指示燈,也無法搭配離心幫浦使用。

高純度管路

選用高純度管路後,所有接液組件都可完全相容於 DI 水。高純度組件包括鎳釬焊蒸發器、不鏽鋼正排量幫浦,以及鍍鎳或尼龍轉接頭。選用 DI 水濾芯時,強烈建議同時選擇高純度管路。

PAO 相容性

標準冷水機通常使用過濾水,以及添加抑制劑的乙二醇/水或丙二醇/水溶液。不過,也可以使用聚 α 烯烴作為冷卻液。聚 α 烯烴(PAO)是一種熱傳導流體,因具有介電特性與寬廣的工作溫度範圍,因此常用於軍事與航太產業。使用此流體時,必須選擇適當的接液材料。PAO 相容性選項包括 ½ HP 離心幫浦、黃銅轉接頭、推入鎖固式軟管、5 微米油用濾網、防虹吸系統與內部隔熱套件。PAO 相容性選項僅適用於 RC011、RC022、RC030 與 RC045 循環式冷卻水機。

循環式冷卻水機有許多選項可供選擇。冷卻液相容性與溫度控制選項只是其中一部分。瞭解冷水機提供的各項選項,有助於判斷冷水機如何滿足您應用中特定的液冷需求。

結論

循環式冷卻水機有許多選項可供選擇。閥門、濾網與遠端啟動,只是標準冷卻系統所提供的部分選項。選擇正確的選項,可讓系統操作與維護更加容易,同時控制成本。也可設計修改型冷卻系統,以符合其他額外需求。例如, 客製化循環式冷卻水機 可針對降低噪音、增加散熱能力或功率、不同形狀與尺寸,以及有無「機殼」等需求進行設計。

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