1. EINFÜHRUNG:

Alle elektronischen Geräte benötigen eine Form der Kühlung, um Überhitzung und Ausfälle zu verhindern. In der Praxis werden elektronische Geräte normalerweise in einem klimatisierten Büro aufgestellt, durch das ein einfacher Ventilator bläst, um eine Überhitzung zu verhindern. Ein einfacher Lüfter kann jedoch nicht für ausreichende Kühlung sorgen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Elektronik in mobilen oder abgelegenen Gebieten weit entfernt vom Stromnetz eingesetzt wird, wo Ventilatoren oder herkömmliche Klimaanlagen nicht funktionieren.

Elektronische Geräte werden oft in einem Gehäuse untergebracht, um sie vor Regen und Schlamm zu schützen. Die elektronischen Geräte im Inneren benötigen ein Kühlsystem, um sicherzustellen, dass das Gehäuse nicht überhitzt und zu Abschaltungen oder dauerhaften Schäden führt. Bei hohen Umgebungstemperaturen kann die aktive Kühlung für ausreichend Kühlung sorgen, um die elektronischen Geräte zu kühlen.

Bis 2008 basierten die meisten kleinen Kühlsysteme zur Kühlung von Elektronik und Präzisionsinstrumenten auf thermoelektrischer Technologie. Leider verbrauchen thermoelektrische Systeme vier- bis sechsmal mehr Strom als entsprechende Dampfkompressionssysteme, was ihren Betrieb sehr teuer macht. Darüber hinaus bestehen thermoelektrische Module aus empfindlichen Halbleitermaterialien und erfordern große und schwere Strukturen. Thermoelektrische Module sind groß, verbrauchen viel Strom und haben eine deutlich geringere Energieeffizienz als Kompressorkühlsysteme.

Daher sind die einzigen Kühlsysteme für die Kühlung von Elektronikgehäusen große, schwere und ineffiziente thermoelektrische Systeme.

Im Jahr 2010 hat RIGID einen Miniatur-Kältekompressor entwickelt und in Produktion genommen (siehe Abbildung 1 ), der zehnmal kleiner und zehnmal leichter ist als ein herkömmlicher Wechselstromkompressor gleicher Kapazität. Im folgenden Jahr gelang es RIGID, eine Mikro-Gleichstrom-Klimaanlage für elektronische Kühlanwendungen zu entwickeln. Das kleinste und leichteste Mikrokompressorsystem der Welt wurde von RIGID Technology mit diesem fortschrittlichen Mikrokompressor entwickelt und in Produktion genommen. Diese Gleichstrom- Klimaanlage ( wie in Abbildung 2 dargestellt ) wird häufig zur Kühlung kleiner, geschlossener Räume (<2 m³) eingesetzt.

Abbildung 1: STARRER Miniatur-Gleichstromkompressor.

Abbildung 2: RIGID Micro DC Aircon.

Bis 2020 wurden mehr als 10.000 Mikro-Klimaanlagen in die USA sowie in Länder Europas und des Nahen Ostens geliefert, um dort in lebensfeindlichen, schmutzigen und rauen Umgebungen eingesetzt zu werden. Dies ist der Vorteil der hohen Effizienz der RIGID-Mikroklimageräte.

Heute verfügt RIGID über eine Reihe von Miniaturkühlsystemen ( wie in Abbildung 3 dargestellt ) , die äußerst zuverlässig sind und die eingesetzte Mikrodampfkompressionstechnologie zum Schutz geschäftskritischer Computer- und Kommunikationssysteme verwendet. Zum ersten Mal wird eine neue Dampfkompressionstechnologie zum Schutz geschäftskritischer Computer- und Kommunikationssysteme eingesetzt.

Über 10.000 dieser Systeme sind seit über 2 Jahren an Elektronik- und Lithiumbatterien im Einsatz. Mit einem wartungsfreien Design und einer mittleren Zeitspanne von über 100.000 Stunden zwischen Ausfällen beweisen RIGID-Miniatur-Dampfkompressionskühlsysteme Zuverlässigkeit und Wirksamkeit.

In einer vorläufigen Bewertung verglich RIGID die Grundgröße, das Gewicht und die Kühlkapazität sowohl des Miniaturkompressorsystems als auch des TE-Kühlers sowie die charakteristischen Nennbedingungen. Bei den Vergleichstests veränderte sich die interne thermische Belastung und es wurde die zur Aufrechterhaltung der Innentemperatur der Elektronik verbrauchte Leistung gemessen. Die Daten in Tabelle 1 zeigen, dass die Mikro-Klimaanlage DV3220E-AC eine kleinere Stellfläche hat und weniger wiegt als der TE-Kühler. Der DV3220E-AC bietet eine Kühlleistung von 550 W, während der TE-Kühler eine Kühlleistung von nur 303 W hat. Das Ergebnis ist eindeutig: Das Miniaturkompressorsystem verfügt über eine fast doppelt so hohe Kühlleistung wie der TE-Kühler.

Abbildung 3: RIGID-Miniaturkühlsysteme.

2. Kühloptionen für Transportkoffer

Miniaturkompressorkühlung und thermoelektrische Kühlung sind die einzigen beiden Technologieoptionen zur Kühlung von Transportkoffern und anderen elektronischen Präzisionsinstrumenten. Angesichts des Erfolgs der Micro DC Aircon-Produkte im Feldeinsatz sind RIGID-Miniaturkühlgeräte die beste Wahl. Damit Hersteller nun die optimale Kühllösung für ihre Anwendungen entwickeln können, müssen sie verstehen, wie sich diese Technologien in der Leistung unterscheiden.

Um die Größe, das Gewicht, die Kühlkapazität, die Effizienz und die relativen Kosten sowohl der Mikrokompressor- als auch der thermoelektrischen Technologien fair zu bewerten, führte RIGID thermische Bewertungstests der 24-V-DC-Mikro-DC-Klimaanlage, Modellnummer DV3220E-AC, und des TE-Kühlers durch. Der in Abbildung 4 dargestellte DV3220E-AC ist eine kompakte, robuste Dampfkompressionsklimaanlage mit einer Leistung von 550 W (1875 Btu) für luftgekühlte Transportelektronikgehäuse. Zum Vergleich wurde ein konkurrierender TE-Kühler mit ähnlichen Bewertungen und robuster militärischer Leistung ausgewählt. Dieser TE-Kühler hat eine Nennleistung von 1500 Btu (440 W).

Abbildung 4, Zeichnung einer starren Micro-DC-Klimaanlage.

Die Bewertungsmethodik von Rigid untersuchte jedes Produkt unter den gleichen Umgebungsbedingungen, mit der gleichen Versandkartoninstallation und Wärmekammer. Mithilfe einer gemeinsamen elektrischen Wärmequelle wurde eine Reihe von Leistungsdaten generiert, um die Kühlkapazität und den Stromverbrauch bei unterschiedlichen Umgebungs- und internen Transporttemperaturen zu bestimmen. Die Ergebnisse dieser Tests sind unten aufgeführt und wir können die Grenzen des thermoelektrischen Systems und die hohe Energieeffizienz der Mikroklimageräteprodukte von RIGID deutlich erkennen. Für die letztgenannte Analyse ging RIGID von einem Einsatzszenario eines militärischen Mobilkommunikationssystems für Elektronikkühlungsanwendungen aus.

3. Vergleich der Basisleistung

In einer vorläufigen Bewertung verglich RIGID die Grundgröße, das Gewicht und die Kühlkapazität sowohl des Miniaturkompressorsystems als auch des TE-Kühlers sowie die charakteristischen Nennbedingungen. Bei den Vergleichstests veränderte sich die interne thermische Belastung und es wurde die zur Aufrechterhaltung der Innentemperatur der Elektronik verbrauchte Leistung gemessen. Die Daten in Tabelle 1 zeigen, dass die Mikro-Klimaanlage DV3220E-AC eine kleinere Stellfläche hat und weniger wiegt als der TE-Kühler. Der DV3220E-AC bietet eine Kühlleistung von 550 W, während der TE-Kühler eine Kühlleistung von nur 303 W hat. Das Ergebnis ist eindeutig: Das Miniaturkompressorsystem verfügt über eine fast doppelt so hohe Kühlleistung wie der TE-Kühler.

Tabelle 1, *Testbedingungen 120 °F Umgebungstemperatur/120 °F Innentemperatur

Darüber hinaus verbrauchte es deutlich weniger Energie als 550 Watt, um die thermische Last zu kühlen, nämlich 303 Watt gegenüber 550 Watt. Im Vergleich zur thermoelektrischen Technologie bietet die Dampfkompression erhebliche Vorteile.

Um die Eigenschaften von Mikrokompressorsystemen und thermoelektrischen Systemen gerecht zu bewerten und die optimale Kühllösung auszuwählen, hat RIGID in Vergleichstests die für die erforderliche Kühlleistung in der Anwendung erforderlichen Eigenschaften normiert. Daher normalisieren wir beispielhaft die Eigenschaften pro 100 W Kühlleistung und bewerten Sie ihre Wirtschaftlichkeit in einem Aufgabenszenario der Kühlung elektronischer Geräte bei einer bestimmten Nennleistung. In Tabelle 2 finden Sie Daten, die die Ergebnisse des normalisierten Vergleichs zeigen. RIGID-Dampfkompressionssysteme sind dreimal kleiner, mehr als viermal effizient und fünfmal leichter als thermoelektrische Kühler.

Tabelle 2: Dampfkompressionskühlung ist dreimal leichter, viermal effizienter und fünfmal leichter als thermoelektrische Kühlung.

Wenn Sie ein Mikrokühlsystem für Ihre Präzisionsinstrumente oder die Kühlung elektronischer Geräte benötigen, wenden Sie sich bitte an info@rigidhvac.com

4. Lebenszykluskostenvorteil

Das wohl größte Missverständnis über die beiden Technologien Miniaturkompressorkühlung und thermoelektrische Kühlung ist, dass TE-Kühler hinsichtlich der Betriebskosten einen Vorteil haben. Wir müssen jedoch auch berücksichtigen, dass die TE-Kühlertechnologie grundsätzlich sechsmal weniger effizient ist als kompressorgekühlte Systeme. Systemintegratoren sollten auch den höheren Leistungsbedarf von TE-Kühlern berücksichtigen. Darüber hinaus beträgt die Energieeffizienz von TE-Kühlern nur 1/3 derjenigen von Kompressorsystemen. Daher sind die Gesamtkosten einer Kompressoranlage im Hinblick auf den Betrieb der Anlage über ihren gesamten Lebenszyklus geringer.

Darüber hinaus hat RIGID in puncto Betriebsgeräusch erfolgreich einen Zweizylinder-Minikompressor mit einem in der Branche hervorragenden Geräuschpegel von 36 dB entwickelt. Darüber hinaus halten die Zweizylinderkompressoren von RIGID hohen Temperaturen von bis zu 55 °C stand. Derzeit werden sie häufig in Basisstationen für Outdoor-Kommunikationsgeräte wie Telekommunikationsbasen in tropischen Gebieten eingesetzt. Wie in Tabelle 3 dargestellt, sind mehr als doppelt so viele TE-Kühleinheiten erforderlich, um die Anforderungen der Aufgabe zu erfüllen. Die TE-Kühleinheit ist im Vergleich zum RIGID-Kompressor-Minikühlsystem deutlich schwerer und größer. Gleichzeitig wird mehr Strom verbraucht als bei einer Kompressoranlage. Daher könnten Anwender zunächst fälschlicherweise glauben, dass die Anschaffungskosten eines Kompressorsystems höher seien.

Tabelle 3, Feldkommandoposten mit 6 kW Kühlbedarf.

Wenn man jedoch den Bedarf an mehr TE-Kühlern in derselben Anwendung und die erhöhten Stromkosten für den Betrieb dieser Einheiten während einer Mission berücksichtigt, liegen die erheblichen Vorteile eines Kompressor-Mikrokühlsystems auf der Hand. Die Kosten einer 1000-Stunden-Aufgabe sind in Abbildung 8 dargestellt. Während das Kompressor-Mikrokühlsystem als normale Kapitalkosten Investitionskosten in Höhe von 650 US-Dollar verursacht, sparen seine Betriebskosten über 1000 Stunden etwa 10.000 US-Dollar ein. Diese Schätzung basiert auf inländischen Treibstoffkosten von 14,33 US-Dollar pro Gallone, die mit normalem Mobilfunkstrom geliefert werden. Auch wenn die Treibstoffkosten für Missionen variieren können, liegen die Vorteile des Mikrokühlsystems von RIGID klar auf der Hand. In diesem Fall wurde ein Kapitalkostennachteil von 650 US-Dollar bei den geschätzten Treibstoffkosten in nur 4 Stunden Feldeinsatz beseitigt. (Siehe Tabelle 4, Micro DC Aircon, DV3220E-AC . Holen Sie sich online ein Muster )

Tabelle 4, Testbedingungen: 120 °F Umgebungstemperatur – 120 °C intern.

5. Schlussfolgerungen

Vergleichende Testversuche haben gezeigt, dass die Kompressor-Dampfkompressionstechnologie erhebliche Vorteile hinsichtlich Größe, Gewicht, Stromverbrauch und auch hinsichtlich der Kosten bietet. Natürlich ist die thermoelektrische Halbleiterstruktur einfacher und arbeitet geräuschärmer. Unter Berücksichtigung der Gesamtkosten und einer besseren Kühlung sind die Miniaturkühlsysteme von RIGID die bessere Wahl.

Darüber hinaus sind die Mikroklimageräte von RIGID sowohl miniaturisiert als auch robust für den Einsatz in rauen Umgebungen mit hohen Temperaturen. Der RIGID Micro DC Aircon hat seine hohe Zuverlässigkeit und Langlebigkeit im Feldeinsatz unter Beweis gestellt (MTBF über 100.000 Stunden). Es verwendet einen DC-Inverter-Mikrokompressor mit umweltfreundlichem R134a oder R290 für hervorragende Kühlleistung. Wenn es rauen Umgebungen ausgesetzt ist, garantiert es eine reibungslose Belüftung und Wärmeableitung ohne Wartung, mit Ausnahme der gelegentlichen Reinigung der Kondensatorspulen.

Dieser Artikel beschreibt die vielen Gründe, warum Dampfkompressionskühlung weltweit so weit verbreitet ist. Darüber hinaus verfügen RIGID-Miniaturkühlsysteme über eine hervorragende Effizienz und Effektivität bei der Kühlung unterhalb der Umgebungstemperatur, insbesondere für LBP-Anwendungen. Thermoelektrische Kühler spielen in Nischenanwendungen eine Rolle, für eine langfristige aktive Massenkühlung sind sie jedoch nicht geeignet. Für Kühlanforderungen über 100 Watt ist die Dampfkompressionskühlung mit Kompressor die beste Option.

ANWENDUNGEN

Dampfkompressor-Umwälzkühler und Wärmemanagement