冷水机
选择冷水机时，至关重要的是选择适合被冷却设备和工艺的型号。选择不当会导致设备故障和质量缺陷，例如无法冷却到所需温度、流量不足或无法适应管道条件。
选择冷水机主要有两种方法。
- 当确定设备规格时
- 如果设备规格尚未确定
我将解释每个案例。
当确定设备规格时
如果设备制造商或设备规格中明确规定了所需的冷却条件，我们会选择满足这些规格冷水机。
要确认的主要项目如下。
- 设定温度
- 制冷能力
- 流量
- 扬程
- 安装环境（室内/室外）
- 冷却方式 (风冷、水冷)
例如，
- 循环水温度：25℃
- 所需流量:30L/min
- 必要扬程:15m
- 制冷能力：3kW
如果条件明确，我们将选择符合这些规格模型。
Apiste冷水机系列
如果设备规格尚未确定
在设备设计的概念阶段或建立新生产线时，必要的规格可能尚未确定。
在这种情况下，我们首先确定冷却回路的配置，然后组织必要的规格。
① 确定是开路还是闭路
首先要确认的是与冷却对象的连接方式。
对于开路
开放电路是指冷却对象的罐和槽向大气开放的电路。
例如，
- 电镀槽
- 洗涤槽
- 药液槽
- 大型储油罐
等等。
对于开路，可选择以下方法之一:。
使用不带水箱的冷水机。
是使冷却液直接循环的方式。
结构简单，热交换损失也少，但根据循环液的种类和设备方面的条件，可能不适用。
在水箱中使用冷水机和热交换器。
这是一个间接冷却系统，它利用热交换器将冷水机侧与设备侧隔开。
设备侧的液体，
- 药液
- 切削油
- 清洗液
它经常用于类似这样的情况。
一个关键特点是设备流体不会流入冷水机，从而更容易保护冷水机。
对于封闭电路
闭合回路是指冷却水不与外部空气接触的循环回路。
例如，
- 激光加工机
- 半导体制造设备
- 分析仪器
- 成型机
以下是一些例子。
对于闭式循环系统，通常选择带水箱的冷水机。
由于温度波动可以通过水箱吸收，因此可以实现稳定的温度控制。
Apiste产品线中既有带水族箱的型号，也有不带水族箱的型号。
（无水箱冷水机）
（带冷水机的水族箱）
② 确认所需规格。
一旦确定了电路配置，我们将确认所需的能力。
确定设定温度
首先确认冷却对象所需的温度。
例如，
- 主轴冷却:25°C
- 激光振荡器冷却:22°C
- 检验 / 检查设备冷却温度：20℃
每件设备都有其自身适用的温度要求。
在选择冷水机时，必须选择能够稳定维持温度的型号。
Apiste提供一系列可在各种温度条件下使用的冷水机，因此您可以选择合适的冷水机来满足您的各种需求。
确定制冷能力
所需的制冷能力是根据设备产生的热量来确定的。
制冷能力不足会导致系统无法冷却到设定温度或温度不稳定等问题。
所需的制冷能力是通过热量计算确定的。
详情请参考热量计算方法。
此外，还需要验证所选冷水机在实际运行条件下能否提供与计算出的热输出相匹配的足够制冷能力。
更多详情请参阅如何检查冷水机能力说明。
确定泵的能力（流量和扬程）
冷水机配有水泵，用于循环冷却水。
我们将检查设备所需的流量和扬程，并选择满足这些要求的型号。
扬程根据配管长度、接头、高低差等而变化。
详细内容请参照扬程计算方法。
③ 确定安装位置 (室内、室外)
接下来，我们将决定将冷水机安装在哪里。
室内安装
室内设置，
- 可以缩短管道距离
- 易于操作
- 易于维护
这是优势之一。
另一方面，对于空冷式，废气热量会释放到房间内。
室外安装
室外安装，
- 不占用室内空间
- 不易受废热影响
的优点。
但是，
- 防雨对策
- 冻结对策
- 管道保温
等等。
< Apiste的可户外安装式冷水机>
④ 决定采用空冷式还是水冷系统。
最后选择冷却方式。
空冷式冷水机
是与空气进行热交换冷却的方式。
好处
- 无需冷却水
- 易于部署
- 相对易于维护
缺点
- 对环境温度敏感
- 产生废热
水冷式冷水机
是与冷却水进行热交换冷却的方式。
好处
- 高效率
- 不易受环境温度影响
- 向室内排出的热量少
缺点
- 需要冷却水设备
- 需要管道施工
冷水机选型所需的计算方法
选择冷水机的能力时，
（1）热负荷 < （2）冷水机制冷能力
将据此进行选择。热负荷量和冷水机制冷能力将使用以下公式计算（计算示例和参考资料可供参考）。
(1)热量计算方法
热量计算公式
Q[kW] =- Q:负载容量 [kW]
- ① Vs:对象体积 [m3]
- ② Cs:物体的比热 [kJ/kg·°C]
- ③ γs:对象物的密度 [kg/m3]
- ④ ΔT:对象温度差 [°C]
- ⑤ t—物体冷却时间 [sec]
计算示例 (1)
油箱内的800 L工作油在1小时内温度上升到30°C→60°C时
根据下物性表，(2) 1.95、(3) 870另外，(4) 60 -30=30
进行单位换算，(1) 800 L=0.8m3、(5) 1h=3600sec
将上述值代入公式，
（0.8 x 1.95 x 870 x 30 / 3600）x 1.2（安全系数）= 13.6 kW
计算示例 (2)
流入设备的冷却水IN:26°C、OUT:29°C、流量45L/min时
根据下物性表，(2) 4.18、(3) 998 (4) 29 -26=3
将流量分解为分子和分母，并根据下方单位换算表换算成单位，则为36升/分钟=36升/1分钟=0.036立方米/60秒。因此，①0.036，⑤60
将上述值代入公式，
（0.045 x 4.18 x 998 x 3 / 60）x 1.2（安全系数）= 11.3kW
※循环溶液为水时，以物性值等为系数，仅通过温差 [ΔT] 和流量 [A]
可通过下式求出。
Q[kW] = 0.07 × A[L/min] × ΔT[°C]
计算示例 (3)
热处理后，3重量钢工件需要在3分钟内从250°C冷却到40°C。
根据下物性表，(2) 0.46另外，(4) 250 -40=210
进行单位换算，(5) 3min=180sec
对于①和③，单位可以换算为体积[m3] x 密度[kg/m3] =重量[kg]，因此① x ③ = 3，
将上述值代入公式，
（3 x 0.46 x 210 / 180）x 1.2（安全系数）= 1.93 kW
单位换算表
| ① 体积Vs | 50 L | = 0.05 m3 |
|---|---|---|
| 100 L | = 0.1 m3 | |
| 1000 L | = 1 m3 | |
| ② 比热Cs | 1 cal/g・°C | = 4.18 kJ/kg・°C |
| 1 kcal/kg・°C | = 4.18 kJ/kg・°C | |
| 1000 J/kg・°C | = 1 kJ/kg・°C | |
| ③ 密度γs | 1 g/cm3 | = 1000 kg/m3 |
| ⑤ 时间t | 1 min | = 60 sec |
| 1 H | = 3600 sec |
物性表
- 数值均为20°C时。
- 表中的值仅供参考。对于使用这个表的计算结果，敝公司概不负责。
| 物质名称 | ② 比热 (kJ/kg·K) | ③ 密度 (kg/m3) | |
|---|---|---|---|
| 液体 体 |
水 | 4.18 | 998 |
| 水溶性切削油 (90%水) | 3.90～4.05 | 940～960 | |
| 润滑油 | 1.80～1.95 | 850～870 | |
| 轴油 | |||
| 液压油 | |||
| 金 属 |
铁 (钢材) | 0.46 | 7870 |
| 铝 | 0.91 | 2700 | |
| 铜 | 0.39 | 8900 | |
| 黄铜 | 0.38 | 8500 | |
| 锌 | 0.39 | 7150 | |
| 非 金 属 |
陶瓷 | 0.80 | 3600～3950 |
| 玻璃 | 0.80～0.84 | 2600～2700 | |
| 烘焙灯 | 1.59 | 1270 | |
| 树 脂 |
ABS (丁二烯苯乙烯等) | 1.35～1.65 | 1000～1150 |
| EP (环氧树脂) | 1.10 | 1850 | |
| PC (聚碳酸酯) | 1.25 | 1200 | |
| PE (聚乙烯) | 2.30 | 910～960 | |
| PET | 1.25 | 1450～1670 | |
| PMMA (丙烯酸) | 1.48 | 1200 | |
| PP (聚丙烯) | 1.95 | 900 | |
| PS (聚苯乙烯) | 1.35 | 1030～1070 | |
| 聚氯乙烯 (PVC) | 0.85～2.1 | 1160～1450 |
（2）冷水机能力检查方法
检查循环水温度（冷水机设定温度）、环境温度（对于风冷式机型）和冷却水温度（对于水冷式机型），然后根据目标机型的特性图计算温度。
例：计算循环水温度为25℃，环境温度为20℃时，PCU-3300R的制冷能力。
由上图计算得出制冷能力为3600W（以频率60Hz选定）。
扬程计算方法
水泵循环冷却水所需的力可以用“扬程”来表示。
所需扬程取决于冷水机与负载（设备）之间的管道配置，但前提是泵的能力必须大于根据管道配置计算出的所需扬程。下面我们将解释如何根据管道条件等因素计算扬程。
步骤1:确定管道长度。
从冷水机到设备的管道长度：
3 + 5 + 4 = 12米 × 2（往返）= 24米 ...①
步骤2:将管件阻力转换为直管长度，并将其添加到管道长度。
从表中求出接头的直管相当长度。
见表...螺丝型90°短弯头25A→1.6m
1.6×4 (处) =6.4m ... (2)
(1) + (2) =24m+6.4m=30.4m ... (3)
| 名称 | 接头形状 | 管径 (上段B) (下段mm) | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1¼ | 1½ | 2 | 2½ | ||
| 25 | 32 | 40 | 50 | 65 | ||
| 90° 短弯头 |
螺钉 | 1.6 | 2.0 | 2.3 | 2.6 | 2.9 |
| 法兰 | 0.5 | 0.6 | 0.7 | 0.9 | 1.1 | |
| 90°长弯头 | 螺钉 | 0.8 | 1.0 | 1.0 | 1.1 | 1.1 |
| 法兰 | 0.5 | 0.6 | 0.7 | 0.8 | 0.9 | |
电阻随接头形状而变化，因此请参照上表确认转换为直管长时的值。
步骤3:根据流量和管道直径计算“水头损失※Hf (m) ”，将其乘以“步骤2”管道总长度。
流量30L/min、配管直径25A时，根据右边的图表Hf=0.04Hf (m) ... (4)
(3) × (4) =30.4×0.04=1.2 (m) ... (5)
※损失水头:将菅的摩擦产生的压力按配管的不同直径、每流量用配管1m的长度表示。
※威廉·哈森官方
Hf=5.4775×10-3·C-1.85·D-4.87·Q1.85·L·α
（D：管道内径，Q：流量，L：管道长度，α：安全系数）
步骤 4：将冷水机到设备的高度增加量加上提升高度。
如果从冷水机到设备的距离是 5 米……⑥ ⑤ + ⑥ = 1.2(米) + 5(米) = 6.2(米)
要求扬程6.2m ... (7)
选择满足步骤5:4中计算的扬程的泵。
图中所示的冷水机能力为 35 米，流量为 30 升/分钟（60 赫兹）。
因此，该冷水机的提升能力满足所需的提升高度（6.2米）。
35m > 6.2m
例1）循环水流量为30m3/min时，PCU-3310R的扬程为（所需流量大于额定流量时）。
※根据上面的图表，扬程为35m。
冷水机选型流程概述
在选择冷水机时，首先要确认是否已经确定了设备的必要规格。
如果规格尚未确定，
- 确定是开路还是闭路
- 确定设定温度
- 确定制冷能力
- 确定泵的能力（流量和扬程）
- 确定安装位置 (室内、室外)
- 决定采用空冷式还是水冷。
按此顺序考虑这些因素，您可以有效地选择适合您设备的冷水机。尤其要注意的是，制冷能力和水泵能力不足会导致问题，因此选择具有足够余量的型号至关重要。
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