適切な熱交換器やオイルクーラーを選択するには、まず用途に必要な熱性能を決定する必要があります。以下の例を使用してください。
冷却液の選択
ステップ1：用途のデータ
- 液体の種類：水
- 必要な熱負荷（Q）：3,300 W（11,263 BTU/時）
- 入ってくる液体の温度（Tliquid in）：80°C(176°F)
- 入ってくる空気の温度（Tair in）：21°C(70°F)
- 液体流量の速度：2 gpm（7.6 LPM）
ステップ2：熱交換器製品シリーズの選択
流体適合性に基づいて、アルミニウム、銅、またはステンレス鋼の熱交換器を選択してください。アルミニウムチューブは通常、軽油、またはエチレングリコールと水溶液で使用されます。銅は通常、水と一緒に使用されます。ステンレス鋼は、脱イオン水または腐食性流体で使用されます。
ステップ3：初期温度差の計算
熱交換器に流入する時点の液体の温度から、流入する空気の温度を差し引きます。
ITD = Tliquid in - Tair in = 80°C - 21°C = 59°C または（176°F - 70°F = 106°F）
ステップ4：必要なパフォーマンス能力(Q / ITD)の計算
必要な熱負荷(Q)を、上記の手順3で算出したITDで割ります。
ステップ5：適切な熱交換器モデルの選択
選択した熱交換器の熱性能グラフを参照してください（銅熱交換器は6000シリーズおよびOEMコイル、ステンレス鋼熱交換器はAspenシリーズおよび4000シリーズ、アルミニウム熱交換器はESシリーズの性能グラフをそれぞれ参照）。7.5 LPM(2 gpm)で56 W /°Cを超える熱交換器（標準ファンを使用）は使用可能です。次のグラフに示すように、熱交換器6210は、60Hz Marinファンラインの交点で56W/°Cに達することにより、要求される性能を満たします。
ステップ6：液体の圧力降下を決定する
提供されたデータから、ポンプは2 gpm(7.5LPM)で水を供給する必要があることがわかります。6210曲線の液側圧力降下チャートを使用すると、x軸上の2gpm（7.5LPM）点の垂直線が6210曲線と交差する点で、6210を通る液圧の降下が8psi（0.55bar）であることがわかります。2 gpm（7.5LPM）の流量を確保するためには、選択するポンプが、この圧力降下を克服するものである必要があります。
ステップ7:空気圧降下を決定する
熱性能チャートの縦線は、当社の標準ファンが60Hzで提供する空気流量（Marinファンの場合は190CFM）を示しています。この空気流量と、空気側圧力降下の6210グラフの交点から、6210を通る空気側圧力降下は0.24インチの水（55パスカル）であることがわかります。
キャビネット冷却アプリケーションでは、空気は液体よりも高温です。
キャビネット冷却アプリケーションでは、空気が液体よりも高温になります。この場合、ITDは熱交換器に入る熱風と熱交換器に入る冷温液体の差になります。熱負荷とキャビネットに入る冷気の温度を使用して、温度上昇を計算する必要がある場合があります。
例：キャビネット冷却アプリケーション
2400Wの熱を発生する電子部品が含まれるキャビネットを冷却しているとします。キャビネット内の空気が55°Cを超えてはなりません。どの熱交換器を選択する必要がありますか？また、電子機器のキャビネットに入る冷気の温度は何度になりますか？
ステップ1：用途のデータ
液体の種類：水
必要な熱負荷（Q）：2,400 W（8,189 BTU/時）
入ってくる液体の温度（Tliquid in）：20°C(68°F)
キャビネット内の空気の最高温度(Tair in):55°C(131°F) - これが熱交換器に入る熱風の温度になります
液体流量の速度：2 gpm（7.6 LPM）
ステップ2：初期温度差の計算
熱交換器に入るときに流入する空気の温度から、流入する液体の温度を差し引きます。
ITD = Tair in - Tliquid in = 55°C - 20°C = 35°C (または 131°F - 68°F = 63°F)
ステップ3:必要なパフォーマンス能力(Q/ITD)の計算
必要な熱負荷(Q)を、上記の手順2で算出したITDで割ります。
ステップ4：適切な熱交換器モデルの選択
選択した熱交換器の熱性能グラフを参照してください（銅熱交換器は6000シリーズおよびOEMコイル、ステンレス鋼熱交換器はAspenシリーズおよび4000シリーズ、アルミニウム熱交換器はESシリーズの性能グラフをそれぞれ参照）。2gpm（7.6lpm）で68.6W/°Cを超える熱交換器（標準のファンを使用）はすべて使用できます。クーラントとして水を使用する場合は、銅製の熱交換器を推奨します。次のグラフに示されているように、6310は要求される性能を超えており、当社のOstroファンを使用して約76W/°CのQ/ITDを提供します。
ステップ5:キャビネットに入る冷気の温度を計算する
ここで、キャビネットに入る冷気の温度を計算するには、空気の温度変化グラフを使用します。熱負荷が2,400Wで、流量が250CFM（6310を使用する際に推奨される標準のOstroファンの流量）の場合、温度変化が17°Cであることがわかります。つまり、キャビネットに入る冷気は55°C-17°C = 38°Cになります。
注意：これらのグラフを使用すれば、熱負荷と流量がわかっている場合、計算する必要なく、流体の温度変化を簡単に推定することができます。水、空気、50/50エチレングリコール/水、油のグラフを使用すれば、すべてのタイプの熱交換器の空気と液体の温度変化を計算できます。
その他のサイズ分別のための計算式
一般的な熱伝導計算式を使用して、流体流量と比熱をもとに、熱負荷と流体温度の変化を計算することができます。
次の計算式を使用して、水と空気に対してṁを計算できます。
テクニカルライブラリの熱リファレンスガイドにある温度変化グラフは、一般的な熱伝導媒体（空気、水、油、および50% EGW混合物）に対する上記の式を示しており、熱負荷と流体流量がわかっている場合に、ΔTを簡単に調べることができます。
Heat Exchanger Section to view and compare our options and their performance capacities.
熱交換器を追加する際のファンの考慮事項
システムへの熱交換器の統合
液体冷却ループを設計する場合、ファンと熱交換器の嵌合、およびアセンブリのシステムへの取り付けに関していくつかの考慮事項があります。このアプリケーションノートでは、これらの考慮事項、すなわちプレナムの使用、流れ方向、体積流量と質量流量がファンの選択と統合にどのように影響するかを調べます。
プレナム
プレナムは、ファンを熱交換器フィンから遠ざけて、空気が熱交換器の表面全体に確実に分散されるようにします。
ファンが熱交換器に近すぎると、熱交換器の有効サイズがファンの有効サイズとほぼ同じになります(図1)。空気がより小さな領域を通過するようになったため、その結果、空気側の圧力降下が大きくなり、空気の流れが減少します。より小さな有効熱交換器面積と減少した空気流量の組み合わせにより、熱伝達が少なくなります。
熱交換器から正しい距離に配置すると(図2を参照)、ファンは熱交換器のフィン領域全体に空気を移動します。空気の流れがより広い領域に広がるため、圧力損失が少なくなり、空気の流れが大きくなり、パフォーマンスが向上します。
熱交換器の性能を最大限に引き出すには、ファン、プレナム、熱交換器の間の接合部が気密性が高く、空気漏れを防ぎ、すべての空気が熱交換器を流れるようにすることも重要です。
Boydの標準熱交換器のほとんどは、良好な空気の流れのために最適な距離で一体型のファンプレートとプレナムを備えています。 This improves performance when integrating the heat exchanger into your system.
ファンの配置
性能、ファンの寿命、ノイズなど、いくつかの条件がファンの配置に影響します。
パフォーマンス
空気の流れに外部の制限がない場合、ファンは、押しているか引いているかに関係なく、特定の抵抗を横切って同じ量の空気を移動します。つまり、オープンスペースの熱交換器にファンを取り付けるだけの場合は、熱交換器全体に空気を押しても引いても性能の違いはほとんどありません。ファンが熱交換器全体に空気を押し出している場合、熱交換器に入る空気の温度がわずかに上昇し、ファンによって発生する熱によりパフォーマンスが低下する可能性があります。ほとんどの場合、これは限界です。
ただし、キャビネット冷却アプリケーションのように空気経路が制限されている場合は、一方の方向がもう一方の方向よりも制限が少なくなり、パフォーマンスに違いが生じる可能性があります。このような状況は、ケースバイケースで評価する必要があります。
ファンライフ
すべての電気機器と同様に、ファンのモーターは低温にさらされると長持ちします。ファンを20°Cではなく60°Cの空気で運転すると、寿命が55%も短くなる可能性があります。 液体を冷却する場合は、冷気を熱交換器全体に押し込み、冷気がファンのモーターを通過するようにするのが最善です。逆に、空気を冷却している場合は、ファンが熱交換器全体に空気を引き込むと、ファンの寿命とパフォーマンスが向上します。
雑音
ファンを熱交換器の側面にオペレーターから最も遠ざけ、空気をオペレーターから遠ざけることで、最も静かな動作が可能になります。ファンの騒音レベルに影響を与える可能性のあるその他の要因には、全体的な空気の流れ、ブレードのサイズと設計、およびファンの動作速度が含まれます。大きくて動きの遅いファンは、小型の高速ファンよりも静かです。
体積流量と質量流量
冷却能力は質量流量に依存します。ファンは、一定の質量流量ではなく、一定の体積流量を提供します。質量流量と体積流量は、空気の密度によって関係します。空気密度が高いほど質量流量が高くなるため、熱交換器の性能が向上します。
空気の密度は圧力と温度によって決まります。温度59°F、圧力14.7プシアでは、空気の密度は0.076ポンド/フィート3です。温度を上げたり圧力を下げたりすると、密度が低下します。高温および高度で動作する場合、この低密度を補うために、より多くの体積流量が必要です。
たとえば、マリンファンを搭載した6210熱交換器の空気流量は225cfmです。59°F、圧力14.7psaでは、これは17.1ポンド/分の質量流量に相当します。ただし、高度20,000フィートでは、質量流量はこの値の半分未満です。図3は、この質量流量が高度と温度によってどのように変化するかを示しています。
結論
一般に、熱交換器とファンをシステムに取り付けるときは、次のことを行う必要があります。
- プレナムを使用して、良好な空気分配と最適なパフォーマンスを提供します
- システム構成、ノイズ要件、およびファンの寿命を考慮して、熱交換器を通して空気を押すか引くかを決定します。
- 高温または高度で操作している場合は、空気密度を考慮して、選択したファンが適切であることを確認してください。
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