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Hallo zusammen,

habe hier eine Leistungselektronik die eine Verlustleistung von 2 KW hat. Die Wärme wird über einen Kühlkörper der mit einem Fluid durchströmt wird gekühlt.
Der Volumenstrom beträgt 20 l/min und Der Wärmewiderstand der Leiszungselektronik zum Fluid beträgt 0,094 K/W. Es gibt 3 Leistungselektronikbauteile (3*0,094K/W)die nacheinander  vom Fluid (50%Wassser,50% Ethylenglycol) durchströmt werden.Die Gesamtfläche des Kühlkörpers die vom Kühlmedium durchströmt wird beträgt in etwa 300 cm^2

Kann ich Überschlagsmässig die Ausgangstempertur des Fluids berechen?
Ober benötige ich dazu weitere Angaben?
Über Hilfe wäre ich sehr dankbar dach ich Elektroniker bin und daher von Wärmelehre und Fluidmechanik keine Ahnung habe!

Gruß Feldi
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Bei dem Projekt handelt es sich um ein  projekt das zur Übung dient und keinen Einsatz in der Industrie findet undauch nicht finden wird!

[Diese Nachricht wurde von feldiberg am 15. Feb. 2011 editiert.]

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Da sich sonst keiner erbarmt, schreibe ich mal was - ohne allerdings der große Spezialist zu sein.

Ich denke, dass hier noch einige Infos fehlen.
1. wird nicht die komplette Wärme über das Kühlmittel abgeführt, sondern einiges auch über die Luft. Um diesen Anteil zu bewerten, muss man die Konstruktion schon etwas im Detail kennen.
2. kommt es darauf an, wie das Kühlmittel fließt: Pumpendruck, Kanaldurchmesser, Anzahl der Umlenkungen, Länge des Kanals,  Reynoldszahl etc.
3. ist auch noch relevant, welche Temperatur denn eigentlich gehalten werden soll.

Normalerweise ist die Aufgabenstellung für einen Konstrukteur genau umgekehrt: die Leistungselektronik hat 2 KW Verlustleistung und soll mit T=xy°C betrieben werden; lege ein System aus, das das kann.

So wie ich deinen Fall verstehe, wäre es wahrscheinlich am einfachsten, die Temperatur an den fraglichen Stellen zu messen.

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Unbenannt.JPG DS_FS800R07A2E3_ENG_1_4.pdf

Danke,
das ist mir eigentlich soweit auch größtenteils bewusst.

Die Temperatur zu Messen ist leider nicht möglich da der Verbraucher der an die Leistungselektronik angeschlossen wird noch nicht betriebsbereit ist und das ganze System im Voraus ausgelegt werden muß

Leider enthält das Datenblatt keine Angaben zur Betriebstemperatur. Die Maximaltemperatur der Junktion (Leistungselektronik) darf 170 C° nicht überschreiten. Der Wärmeüberträger an der Leistungselektronik ist auch schon vorhanden allerdings will ich dafür einen passenden Kreuzstromwärmetauscher suchen der das Wasser wieder abkühlt und dazu benötige ich zumindest grob die Austritttemperatur .Die Pumpe ist so Ausgelegt das  nach Abzug von Druckverlusten ein Volumenstom von 20 l/min auftritt.
Der Wärmeüberträger der Leistungselektronik ist so aufgebaut das mehrere Zapfen umströmt werden. Ich wollte es halt jetzt sehr vereinfacht rechen als einfachen Plattenwärmeüberträger rechnen.

Anhang 1 (wichtigste Diagramme)
Anhang 2  (komplettes Datenblatt)
(Es gibt auch noch genauere Zeichnungen des Wärmeüberträgers.....)
Aber vermutlich kann mir sowieso niemand helfen da dies wohl nicht so schnell zu berechnen ist!

Gruß Feldi

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Mit der Erklärung wird die Sache deutlich einfacher.

Gehen wir also davon aus, dass das Kühlsystem geeignet ist, deine Leistungselektronik auf Betriebstemperatur zu halten, sofern das Kühlmittel, das vorne reinfließt eine bestimmte max.-Temperatur, die knapp über Raumtemperatur liegen dürfte, nicht überschreitet. Außerdem willst du den Wärmetauscher nicht selbst konstruieren, sondern dir einen auf dem Markt suchen.

Ich würde an deiner Stelle also einfach davon ausgehen, dass die Verlustleistung dem Wärmestrom entspricht (damit bist du auf der sicheren Seite) und ein entsprechendes Kühlgerät, Wärmetauscher oder was auch immer raussuchen.

Um die Ausgangs-Temperatur abzuschätzen, kannst du Q = m x c x ΔT annehmen. Q=2kW, m=Masse des Kühlmittels, c=spez. Wärmekapazität, für Wasser z.B. 4,18kJ/(kg x K), umstellen kannst du Gleichung selbst. Aufgrund der Unklarheiten, die ich im letzten Post beschrieben habe, ist das nur eine ungefähre Abschätzung, aber mit dem Ergebnis dürftest du auf der sicheren Seite liegen.

Fazit: so einfach gerechnet, wird dein Kühlgerät wahrscheinlich ein bisschen größer als nötig, aber genauer geht es ohne detaillierte Angaben nicht.

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Danke!

Angenommen es wird Wasser verwendet!

Dann wäre ja Q=1500W
m bei=0,4L=0,4Kg
c=4180J/(kg*K)

1500/(4180*0.4)=0.89K
Temperaturerhöhung um 0.89K

Das kommt mir jeoch wenig vor!

Kann das sein ?

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Da hast du wohl die Sekunde im Nenner unterschlagen 
0,89K/s heißt, dass die Brühe nach ca. 1,5 min kocht; so wenig find ich das gar nicht...

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Es Kocht aber nur dann nach 1,5min wenn mein Vollumenstrom =0 wäre dieser liegt jedoch bei 20L/min. Sobald ich jeoch eine Konstante Eingangstemperatur habe die etwas höher ist wie meine Ausentemperatur sollte sich doch ein Temperaturwert unterhalb des Siedepunktes erreichen lassen!
Oder lieg ich da falsch?

Gruß Feldi

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Zitat:

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Original erstellt von feldiberg:
Danke!

Angenommen es wird Wasser verwendet!

Dann wäre ja Q=1500W
m bei=0,4L=0,4Kg
c=4180J/(kg*K)

1500/(4180*0.4)=0.89K
Temperaturerhöhung um 0.89K

Das kommt mir jeoch wenig vor!

Kann das sein ?

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Das ist fast richtig, also falsch.

Watt ist die Maßeinheit der Leistung, gebräuchliches Formelzeichen P
Q ist ein gebräuchliches Formelzeichen für Wärmemenge, also Energie,die Maßeinheit ist Joule (J)

Kilogramm ist die Maßeinheit der Masse.
Oben schriebst Du aber von einem Volumenstrom. Die 20L/min kannst Du anhand der Dichte in einen Massenstrom 0,33 kg/s umrechnen)

Obwohl Du dies so ziemlich durcheinandergebracht hast, stimmt die Zahl am Ende: Das Wasser wird beim Durchfließen des Kühlkörpers ca. 1K wärmer. Das muss auch so sein, denn das Wasser darf ja nicht wärmer als 25°C sein. Bei 25°C Wassertemperatur und 1500W ist die Sperrschicht 175°C heiß, sie ist nämlich um 1500W *(0,1K/W)=150K heißer als das Wasser im Kühlkörper.

Die spannende Frage ist also: wie wird das Kühlwasser rückgekühlt, damit es bei Wiedereintritt in den Kühlkörper nicht über 25°C hat? Bei welcher Umgebungstemperatur?
Die spezifische Wärmekapazität von Glykol solltest Du dann auch noch nachschlagen...

Ulrich

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Leistungselektronik.JPG

Danke Ulrix
Ok ich habe den Massenstrom nicht mit einberechnet was natürlich falsch war!

Zitat:

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. Das muss auch so sein, denn das Wasser darf ja nicht wärmer als 25°C sein. Bei 25°C Wassertemperatur und 1500W ist die Sperrschicht 175°C heiß, sie ist nämlich um 1500W *(0,1K/W)=150K heißer als das Wasser im Kühlkörper.

Ulrich[/B]

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Da bin ich mir nicht sicher!
Ich bin der Meinung das es heißen muss 500W*0,1K/W (bzw. 500*0,094K/W bei 20 l/min siehe Anhang) bei dem IGBT(Transistor). Da die Gesamte Leistungselektronik ja 1500 W Verlustleistung hat und die IGBTs ja nacheinender durchströmt werden sommit (3*500W).SIEHE ANHANG (Beim dritten IGBT ist das Wasser dann zwar um ca. 2k wärmer....)
Dies würde dann aber bedeuten dass die Eingangstemperatur bis 125C° sein dürfte.
ich bin mir jedoch nicht ganz sicher ob der Wärmeübergang der im Datenblatt angegeben ist für die ganze Leistungselektronik oder nur für einen IGBT gilt und ob dies überhaupt einen Unterschied macht.
Über eine Antwort wäre ich sehr dankbar

Gruß Feldi

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Hallo Feldi,
Du könntest Recht haben. Auf dem Datenblatt, Seite 1 unten steht tatsächlich "innerer Wärmewiderstand pro IGBT". Ich finde diese Angabe aber etwas seltsam, wenn alle in einem gemeinsamen Gehäuse verbaut sind. Und wenn man dem Schaltbild auf Seite 8 des Datenblatts glauben darf, sind ja insgesamt sogar sechs IGBTs in dem Modul?!?

Ich würde bei Infineon nachfragen, wie diese Angaben zu interpretieren sind.

Ulrich

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Hallo
Der innere  Wärmewiderstand ist nun pro IGBT angegeben, dies heißt die maximale Eingangstemperatut liegt bei 125C°

Ich würde jedoch gerne eine Eingangstemperatur von 60 C° erreichen.
meine Austrittstemperatur an der Leistungselektronik beträgt somit ca. 63 C°

Die Kühlung des Wassers würde ich gerne mit einem Kreuzstromwärmetauscher (mit zusätzlichem Lüfter) kühlen. Kennt jemand Hersteller, hab zwar schon einige gefunden dort sind aber nur die Abmessungen angegeben keine Diagramme oder Datenblätter.
Wie finde ich am besten den passenden kühler( Größe )...

Gruß Feldi

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