DE102005058739A1 - Method for heating articles in the vapor phase, useful particularly for soldering electronic components, uses heat-transfer fluid of fixed boiling point for controlled transfer of heat - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und die Vorrichtung für die Erwärmung von Elementen in der Dampfphase, insbesondere für das Löten von elektronischen Baugruppen, mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The The invention relates to a method and the device for heating Elements in the vapor phase, in particular for the soldering of electronic assemblies, with the features of claim 1.
Es ist bekannt, dass die Dampfphase für das Löten von elektronischen Baugruppen benutzt wird. Hierbei wird mit Dampftemperaturen von 200 °C für bleihaltige Lote, bzw. mit 230 °C für bleifreie Lote gearbeitet. Beim Löten kondensiert der heiße Dampf auf den Baugruppen und überträgt die Wärme. Zuvor mit dem Siebdruck aufgetragene Lotpasten schmelzen um, und verbinden die Komponenten miteinander. Durch den physikalisch fest vorgebebenen Siedepunkt der Wärmeübertragungsflüssigkeiten kann eine Überhitzung von Baugruppen sehr sicher verhindert werden. Allerdings kommt der Steuerung einer gut dosierten Wärmeübertragung eine besondere Bedeutung zu, da der Dampf eine sehr gute Wärmeübertragung bewirkt, und somit die Baugruppen zu schnell aufgewärmt werden können. Ein zu schneller Temperaturanstieg, auch Temperaturgradient genannt, ist in der Praxis nicht erwünscht, da die Bauelemente durch thermisch bedingte Spannungen beschädigt werden können. Bei zu hohen Temperaturgradienten kann auch der nicht erwünschte Grabsteineffekt (Tombstoning) auftreten. Hierbei stellen sich besonders kleine Bauelemente, durch die Oberflächenspannung des Lotes, senkrecht auf. Des weiteren ist bei diesem Verfahren eine möglichst geringe Verschleppung der relativ teueren Wärmeübertragungsflüssigkeit von Bedeutung. Hieraus resultiert, verglichen mit anderen Verfahren, ein erhöhter Aufwand für den Transport der Baugruppen durch die Anlage. Es sind verschiedene Verfahren zum Dampfphasenlöten bekannt.It It is known that the vapor phase for soldering electronic assemblies is used. This is done with steam temperatures of 200 ° C for leaded Solder, or with 230 ° C for lead-free Solder worked. When soldering the hot condenses Steam on the assemblies and transfers the heat. before Solder pastes applied by screen printing melt and join the components together. By the physically firmly given Boiling point of the heat transfer fluids may be overheating be prevented by modules very secure. However, that comes Control of a well-dosed heat transfer a special meaning too, because the steam is a very good heat transfer causes, and thus the assemblies are warmed up too quickly can. Too rapid rise in temperature, also called temperature gradient, is not desired in practice, because the components are damaged by thermal stresses can. If the temperature gradient is too high, the unwanted tombstone effect can also occur (Tombstoning) occur. This is particularly small components, through the surface tension of the solder, perpendicular to. Furthermore, in this method one possible low carryover of the relatively expensive heat transfer fluid significant. As a result, compared to other methods, an elevated one Effort for the transport of the assemblies through the plant. There are different procedures for vapor phase soldering known.
Mit
einer abgestimmten Geometrie eines Transportkanals mit Kühlung und
Schleusen (
In
einer ähnlichen
Vorrichtung (
Mit
einer anderen Vorrichtung (
Ein anderes Verfahren (WO 2003106093 A2) kombiniert die Dampfwannenlösung der zwei zuerst genannten Verfahren, und die lineare Transportrichtung des zuletzt genannten Verfahrens. Hierbei kann die Dampfwanne, durch das Verschieben von zwei Lochblechen gegeneinander, abgedeckt werden. Der Dampf, der über dieser Abdeckung verbleibt, kann ähnlich dem zuvor beschriebenen Verfahren abgesaugt werden, bevor die Schleusen für den Weitertransport geöffnet werden können. Die bei diesem Verfahren verwandte Absaugtechnik zielt auf die Reinigung der Prozesskammer von Flussmittelrückständen. Da jedoch der größte Teil der Flussmittel mit dem kondensierenden Dampf von der Baugruppe abgewaschen wird, und direkt in die Dampfwanne läuft, erscheint der Nutzen gering.One Another method (WO 2003106093 A2) combines the steam bath solution of two first mentioned methods, and the linear transport direction of the latter method. Here, the steam pan, through the displacement of two perforated plates against each other, are covered. The steam over this cover remains similar to that described above Procedures are extracted before the locks for onward transport open can be. The extraction technique used in this process aims at cleaning the process chamber of flux residues. However, since most of the Wash off flux with the condensing vapor from the assembly and running directly into the steam pan, the benefits appear low.
Die bisher genannten Verfahren können den heutigen Erfordernissen an Verfügbarkeit und Durchsatz für die Großserienproduktion nicht genügen, daher hat sich die Dampfphase trotz ihrer hervorragenden Prozesseigenschaften bis heute nicht durchsetzen können.The previously mentioned methods can today's availability and throughput requirements for mass production not enough therefore, the vapor phase has, despite their excellent process properties until today can not enforce.
Die zuerst genannten Verfahren erfordern, durch die Notwendigkeit des horizontalen und des vertikalen Transportes, verglichen mit den zur Zeit am häufigsten benutzten Konvektionsöfen der Großserienproduktion, ein sehr aufwendiges, und störungsanfälliges Handling der zu lötenden Produkte. Seien es die Transportlösungen bei denen die Baugruppen außerhalb der Anlage auf Träger beladen werden, die dann durch die Lötanlage transportiert werden, oder seien es die Lösungen bei denen die Baugruppen in der Lötanlage auf Schienenvorrichtungen geschoben werden, bevor sie in die Dampfwanne gesenkt werden – die Gefahr bleibt stets, dass die Baugruppen, oder die Träger beim Transportvorgang in den Dampfbehälter fallen, und somit die Baugruppen zerstört werden. Durch das Vorhandensein siedender Flüssigkeiten, und deren Dämpfe, lassen sich die Prozesskammern erst nach einer langen Abkühlzeit öffnen, um ggf. die heruntergefallenen Komponenten herauszunehmen. Ansonsten müssen hohe Verluste, durch das Entweichen der Dämpfe der teueren Flüssigkeiten, hingenommen werden. Die Schienen- oder Trägervorrichtungen die notwendig sind, um die Baugruppen in die Dampfwanne zu senken sind, bedingt durch die Notwendigkeit nach geringer thermischer Masse, sehr anfällig auf mechanische Beanspruchung. Daher können die auf diesem Verfahren basierenden Lösungen mit ihrer Störanfälligkeit keine hohe Verfügbarkeit der Anlagen für die Großserienproduktion gewährleisten.The require first mentioned procedures, by the need of the horizontal and vertical transport, compared to the currently the most common used convection ovens the mass production, a very complex, and trouble-prone handling the one to be soldered Products. Be it the transport solutions where the assemblies outside the plant on carrier be loaded, which are then transported through the soldering, or be it the solutions where the assemblies in the soldering on rail devices be pushed before they are lowered into the steam pan - the danger always remains that the assemblies, or the carrier during the transport process in the steam tank fall, and thus the modules are destroyed. By the presence boiling liquids, and their vapors, The process chambers can only be opened after a long cooling time if necessary remove the dropped components. Otherwise have to high losses, due to the escape of the vapors of the expensive liquids, be accepted. The rail or carrier devices necessary are to lower the assemblies are in the steam pan, conditional due to the need for low thermal mass, very prone to mechanical load. Therefore, those on this procedure based solutions with their susceptibility to interference no high availability of facilities for the mass production guarantee.
Die zwei zuletzt genannten Verfahren arbeiten mit einer linearen Transportlösung, doch sie werden den heutigen Anforderungen an den Durchsatz der Produkte nicht gerecht. Hier erfolgt das zum Löten notwendige Aufheizen der Baugruppen, und das nachfolgende Absaugen des Dampfes in einem verschlossenen Prozessraum statt. Während dieser Zeit ist die verschlossene Kammer für jede weitere Beladung blockiert. Da sich diese Prozesszeit, in der Praxis auf vier bis sechs Minuten belaufen kann, ist kein flüssiger Durchlaufbetrieb mit diesem Verfahren möglich.The two latter methods work with a linear transport solution, though They will meet today's demands on throughput of products not fair. Here is the necessary for soldering heating the Assemblies, and the subsequent aspiration of the vapor in a sealed Process room instead. While At this time, the locked chamber is blocked for any further loading. Because this process time, in practice, four to six minutes is no liquid Continuous operation possible with this method.
Alle bisher genannten Verfahren verwenden Heizplatten, entweder am Boden einer Dampfwanne, oder am Boden der Prozesskammer. Die auf den zu lötenden Baugruppen kondensierende Wärmeübertragungsflüssigkeit wäscht die Flussmittelrückstände ab. Diese Reinigung der Baugruppen ist eine erwünschte Begleiterscheinung bei diesem Prozess. Allerdings setzen sich somit die meisten Flussmittelrückstände am Boden ab, backen auf den heißen Platten fest, und beeinträchtigen die Wärmeübertragung der Heizung. Problematisch erscheint hier die Abdeckung der Dampfwanne mit einem Lochblech, wie im zuletzt angeführten Verfahren erläutert. Die Flussmittel können hier das Lochblech verkleben, das wiederum den Zugang zur Dampfwanne versperrt. Mit dem üblichen Filtern der Flüssigkeiten, oder mit der zuvor beschriebenen Absaugung des Dampfes, wird nur ein kleiner Teil der Flussmittel aus der Prozesskammer herausgebracht. Die verbleibenden, teilweise festgebackenen Rückstände in der Kammer, müssen durch eine mechanische oder chemische Reinigung beseitigt werden. Für diese Wartungsarbeiten müssen die Maschinen abgekühlt und geöffnet werden. Die Flussmittelrückstände sind giftig, übel riechend, und teilweise bilden sich säurehaltige Zersetzungsprodukte. Die Wannen sind oft nur schwer zugänglich, so dass das Reinigungspersonal oft Hals über Kopf die Wannen säubern muss. Daher sind diese Wartungsarbeiten gesundheitsschädlich und zeitintensiv.All previously mentioned methods use hotplates, either on the ground a steam pan, or at the bottom of the process chamber. The on the zu soldered Assemblies condensing heat transfer fluid washes the flux residues from. This cleaning of the assemblies is a desirable accompaniment this process. However, most of the flux residues are deposited on the ground bake off, bake in the hot Plates, and affect the heat transfer the heater. The problem appears here the cover of the steam pan with a perforated plate, as explained in the last-mentioned method. The Fluxes can glue the perforated sheet here, which in turn gives access to the steam pan blocked. With the usual Filtering the liquids, or with the previously described extraction of the steam, will only a small portion of the flux is released from the process chamber. The remaining, partially baked residues in the chamber, must by a mechanical or chemical cleaning can be eliminated. For this Maintenance work must the machines cooled and opened become. The flux residues are poisonous, bad smelling, and partially form acidic decomposition products. The tubs are often difficult to access, so the cleaning staff often head over heels clean the tubs got to. Therefore, these maintenance work is harmful and time-consuming.
Der im Patentanspruch 1 genannten Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu finden, das den Anforderungen der heutigen Großserienproduktion gerecht wird, hinsichtlich der Verfügbarkeit der Anlagen, als auch hinsichtlich dem Durchsatz der Produkte. Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.Of the The invention mentioned in claim 1 is based on the object to find a method that meets the requirements of today's mass production will meet, in terms of availability of equipment, as well in terms of throughput of products. This task is done by those listed in claim 1 Characteristics solved.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die Erwärmung mit einer zirkulierenden Flüssigkeit die Anfertigung einer Wärmekammer mit einer geringen thermischen Masse ermöglicht. Die Wände sowie der Boden der Wärmekammer führen lediglich einen kleinen Flüssigkeitsstrom, der sie erwärmt, und auf Temperatur hält. Dadurch bilden der heiße Boden sowie die heißen Wände eine Art Wärmestrahler, der die Baugruppen effizient vorwärmen kann. Ein großer Vorteil dieser Vorwärmung ist die Tatsache, dass die erzielte Maximaltemperatur der Erwärmung nicht die Temperatur des Siedepunktes der Flüssigkeit überschreiten kann. Somit können Baugruppen sehr sicher vorgewärmt werden, ohne die Gefahr sie zu verbrennen. Die geringe thermische Trägheit der Anordnung ermöglicht wiederum eine gute Steuerbarkeit der Wärmeübertragung.The advantages achieved by the invention are in particular that the heating with a circulating liquid allows the production of a heat chamber with a low thermal mass. The walls as well as the bottom of the heat chamber only carry a small stream of liquid which heats them and keeps them at temperature. As a result, the hot floor and the hot walls form a kind of heat radiator, which can preheat the assemblies efficiently. A big advantage of this preheating is the fact that the maximum temperature of the heating achieved can not exceed the temperature of the boiling point of the liquid. Thus, assemblies can be preheated very safely, without the risk of burning them. The low thermal inertia of the arrangement in turn allows good controllability of heat transfer.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die Erwärmung in der Lötkammer über eine zirkulierende Wärmeübertragungsflüssigkeit keine abgewaschenen Flussmittel auf heißen Platten in der Kammer festbacken können. Der an den Wänden und am Boden der Kammer zirkulierende Flüssigkeitsstrom reinigt bei der Wärmeübertragung, quasi nebenher, die Wärmekammer.One Another advantage is that by heating in the soldering chamber over a circulating heat transfer fluid do not bake off any washed-out flux on hot plates in the chamber can. The one on the walls and at the bottom of the chamber circulating liquid stream cleans up the heat transfer, almost by the way, the heat chamber.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die gleiche zirkulierende Flüssigkeit durch das weitere Aufwärmen, zur Dampferzeugung verwendet werden kann. In einem Erhitzer kann gesättigter Dampf produziert werden, mit dem sich die Baugruppen schneller, und intensiver erwärmen lassen. Auch hier kann die erzielte Maximaltemperatur nicht die Temperatur des Siedepunktes der Flüssigkeit überschreiten. Die Dampferzeugung lässt sich durch das Verdampfen zirkulierender Flüssigkeit in einem Erhitzer, über den Flüssigkeitsstrom sowie über die Heizleistung, sehr gut dosieren. Auch könnte der gleiche Erhitzer, bei entsprechendem Betrieb, auch ungesättigten Dampf erzeugen.One Another advantage is that the same circulating liquid by further warming up, can be used for steam generation. In a heater can saturated Steam are produced, which makes the assemblies faster, and warm more intensively to let. Again, the maximum temperature achieved can not Exceed the boiling point temperature of the liquid. The steam generation can be by the evaporation of circulating liquid in a heater, over the liquid flow as well as over the heating power, very well dosed. Also, the same heater, with appropriate operation, also produce unsaturated steam.
Der Erhitzer wiederum kann klein gehalten werden, da die Anordnung so betrieben werden kann, dass der Erhitzer der Flüssigkeit nur die Verdampfungsenergie zuführen muss. Somit wird eine geringe thermische Trägheit erzielt, und die gute Steuerbarkeit der Wärmeübertragung zusätzlich unterstützt.Of the Heater in turn can be kept small because the arrangement is so can be operated that the heater of the liquid only the evaporation energy respectively got to. Thus, a low thermal inertia is achieved, and the good Controllability of heat transfer additionally supported.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die gleiche zirkulierende Flüssigkeit effizient für die Abkühlung in der Wärmekammer verwendet werden kann, um das vorhandene Dampfvolumen abzubauen. Hierfür reicht es aus, dass die zirkulierende Flüssigkeit die Siedepunkttemperatur unterschreitet. Der Dampf kann dann an den Wänden und am Boden kondensieren, und das heiße Kondensat kann zusammen mit der gleichen kühlenden Flüssigkeit ablaufen. Die Wärme wird somit mit der ablaufenden Flüssigkeit sehr schnell aus der Kammer herausgebracht.One Another advantage is that the same circulating liquid efficient for the cooling in the heating chamber can be used to reduce the existing vapor volume. Therefor it is sufficient that the circulating liquid is the boiling point temperature below. The steam can then condense on the walls and on the floor, and that's hot Condensate can drain with the same cooling liquid. The heat will thus with the draining liquid brought out of the chamber very quickly.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass keine aufwendige Absaugtechnik notwendig ist, um das Dampfvolumen in der Wärmekammer abzubauen. Als weiterer Vorteil resultiert die Tatsache, dass keine Querströmungen zu benachbarten Wärmekammern durch das Absaugen des Dampfes verursacht werden. Dies wiederum reduziert die Anforderung an die Dichtigkeit der Schleusen zu den benachbarten Kammern, und erleichtert erheblich die Aneinanderreihung verschiedener Wärmekammern. Fehlende Querströmungen lassen es sogar zu, dass sich die Schleusen beim Transport der Baugruppen zwischen den Kammern öffnen, obwohl in diesen Kammern unterschiedliche Dampfvolumina (Erwärmungszustände) vorhanden sind. Mit der Aneinanderreihung mehrerer Wärmekammern lässt sich die gesamte Erwärmung der Baugruppen auf mehrere Kammern in der Lötanlage verteilen. Die Kammern können in verschiedenen Erwärmungszuständen betrieben werden, wodurch ein flüssiger Durchsatz der Produkte im Durchlaufbetrieb ermöglicht wird.One Another advantage is that no consuming extraction necessary to reduce the vapor volume in the heat chamber. As another Advantage results from the fact that no cross flows too adjacent heating chambers caused by the suction of the steam. this in turn reduces the requirement for the tightness of the locks to the adjacent chambers, and greatly facilitates the juxtaposition different heat chambers. Missing cross flows even allow the locks to move when transporting the assemblies open between the chambers, although there are different vapor volumes (heating states) in these chambers are. With the juxtaposition of several heat chambers can be the entire warming distribute the modules to several chambers in the soldering system. The chambers can operated in different heating conditions which makes a liquid Throughput of products in continuous operation is possible.
Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung liegt darin, dass der Erhitzer nach einer Art Überlaufprinzip arbeitet, und der produzierte Dampf durch die Schwerkraft, quasi von alleine, in die Wärmekammer gelangt, und das Volumen der Kammer vom Boden her langsam füllt. Dieses Verfahren ermöglicht einen sanften Temperaturanstieg (Temperaturgradient) in der Wärmekammer. Hieraus ergibt sich wiederum ein sanfter Druckanstieg, wodurch Gasströmungen vermieden werden, die zu Verlusten der Wärmeübertragungsflüssigkeit an die Umgebung führen können.One Another advantage of this invention is that the heater according to a kind of overflow principle works, and the steam produced by gravity, so to speak by itself, in the heat chamber and slowly fill the volume of the chamber from the bottom. This Procedure allows a gentle increase in temperature (temperature gradient) in the heating chamber. This in turn results in a gentle increase in pressure, which avoids gas flows which leads to losses of heat transfer fluid lead to the environment can.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass der Erhitzer so betrieben werden kann, dass die Heizung ständig mit Flüssigkeit bedeckt ist. Somit wird gewährleistet, dass gesättigter Dampf produziert wird. Dadurch, dass der Erhitzer räumlich höher angeordnet werden kann, wird er nicht mit den abgewaschenen Flussmitteln verunreinigt. Der Erhitzer kann durch die ständige Umspülung mit der zirkulierenden Flüssigkeit, quasi nebenher, gereinigt werden. Im Flüssigkeitskreislauf sind Filter angebracht, so dass die Flussmittel bei einer Wartung mit wenigen Handgriffen aus der Anlage entfernt werden können.One Another advantage is that the heaters are operated this way can that heater with you constantly liquid is covered. This ensures that that more saturated Steam is produced. Because the heater is located higher up it is not contaminated with the rinsed-off fluxes. The heater can by the constant flushing with the circulating liquid, almost incidentally, be cleaned. In the liquid circuit are filters attached, so that the flux at a maintenance with few Handles can be removed from the plant.
Aus dem Vorteil, dass diese Erfindung sowohl einen linearen Transport der Baugruppen durch die Anlage, als auch einen zügigen Durchlauf der Produkte ermöglicht, kann dem heutigen Anspruch an den Durchsatz einer Lötanlage der Großserienproduktion entsprochen werden.Out the advantage that this invention provides both a linear transport the assemblies through the plant, as well as a swift passage allows the products, can meet today's demand for the throughput of a soldering machine the mass production be met.
Die Anlage muss nur selten geöffnet werden, da sie sich selber reinigt, und mit einfacher Prozesstechnik kann die Wärmeübertragung präzise gesteuert werden, womit dem Anspruch an die hohe Verfügbarkeit einer Anlage der Großserienproduktion entsprochen werden kann.The system rarely needs to be opened, as it cleans itself, and with simple Prozstestech nik the heat transfer can be precisely controlled, which can meet the demand for the high availability of a plant of large-scale production.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und im Folgenden näher beschrieben.One embodiment The invention is illustrated in the drawings and in the following described in more detail.
Es zeigen:It demonstrate:
Für das Löten von Komponenten mit einem bleifreien Lot, wie z.B. mit 96.5Sn/3.5Ag (Zinn-Silber), könnte ein Medium mit dem Handelsnamen Galden LS230 zum Einsatz kommen, dessen Siedepunkt bei 230 °C liegt. Die Umschmelztemperatur des bleifreien Lotes von 221 °C kann somit um 9 °C überschritten werden. Dieser Temperaturunterschied reicht aus, um mit dem Dampf der siedenden Flüssigkeit die Wärme auf die zu lötende Baugruppe gleichmäßig, und schnell zu übertragen.For soldering Components with a lead-free solder, such as with 96.5Sn / 3.5Ag (Tin-silver), could a medium with the trade name Galden LS230 is used, its boiling point at 230 ° C lies. The remelting temperature of the lead-free solder of 221 ° C can thus exceeded by 9 ° C become. This temperature difference is sufficient to start with the steam the boiling liquid the heat on the one to be soldered Assembly evenly, and to transfer quickly.
Die
Wärmeübertragung
in der Heizkammer erfolgt über
ein zirkulierendes Medium, in Form einer Wärmeübertragungsflüssigkeit
(
Bei
dieser Ausführung
ist der Erhitzer (
Die
inneren Wände
(
Die
Strahlungswärme
der Wände,
und des Bodens kann zunächst
für die
Vorwärmung
der Komponenten genutzt werden. Die hier gezeigte Darstellung benutzt
glatte Flächen
(
Erwärmung mit heißer Flüssigkeit:Heating with hot liquid:
Das
folgende Zahlenbeispiel soll anhand einer vereinfachten Betrachtung
eine Vorstellung für
den Energiehaushalt in der hier beschriebenen Anordnung geben, während die
Heizkammer mit heißer
Flüssigkeit erwärmt wird.
Es wird von den folgenden Formeln ausgegangen:
Die spezifische
Wärmekapazität (c) beschreibt
das Verhältnis
der zugeführten
Wärmemenge
(Q) zum Produkt aus erwärmter
Masse (m) und Temperaturdifferenz (ΔT). The following numerical example is intended, on the basis of a simplified consideration, to give an idea of the energy balance in the arrangement described here, while the heating chamber is heated with hot liquid. The following formulas are assumed:
The specific heat capacity (c) describes the ratio of the amount of heat supplied (Q) to the product of heated mass (m) and temperature difference (ΔT).
Die Dichte (ρ) beschreibt das Verhältnis der Masse (m) eines Körpers zu seinem Volumen (V). The density (ρ) describes the ratio of the mass (m) of a body to its volume (V).
Die
elektrische Arbeit (W), oder auch Stromwärme (Qelektr.)
ist das Produkt aus elektrischer Leistung (P) und Zeit (t).
Hieraus ergibt sich für die elektrische Leistung: From this follows for the electrical power:
Es
wird die Annahme getroffen, dass 100 ml/sec der Wärmeübertragungsflüssigkeit
(
An
dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass diese Berechnung ein
beliebig gewähltes
Beispiel ist, das lediglich eine Vorstellung der Größenordnung
für Volumina,
Heizenergie und Flüssigkeitsstrom
geben soll. Weiterhin soll dieses Zahlenbeispiel verdeutlichen,
dass der Prozess mit technisch leicht beherrschbaren Größenordnungen
arbeitet. So ist es vorstellbar, dass während der ersten Erwärmung der
Heizkammer (
Erwärmung mit verdampfender Flüssigkeit:Heating with evaporating liquid:
Das
folgende Zahlenbeispiel soll anhand einer vereinfachten Betrachtung
eine Vorstellung für
den Energiehaushalt in der hier beschriebenen Anordnung geben, während die
Heizkammer mit verdampfender Flüssigkeit
erwärmt
wird. Bei dieser Betrachtung wird davon ausgegangen, dass gesättigter
Dampf erzeugt wird, dadurch dass der Erhitzer (
Die
thermische Zustandsgleichung idealer Gase in der auf die Stoffmenge
bezogenen Schreibweise lautet:
- p
- = Absolutdruck [N/m2]
- V
- = Volumen [m3]
- n
- = Stoffmenge [mol]
- Rm
- = universelle Gaskonstante = 8,31451 J/(mol K)
- T
- = Temperatur [K]
The equation of thermal equation of ideal gases in the notation related to the amount of substance is:
- p
- = Absolute pressure [N / m 2 ]
- V
- = Volume [m 3 ]
- n
- = Amount of substance [mol]
- rm
- = universal gas constant = 8.31451 J / (mol K)
- T
- = Temperature [K]
Die molare Masse beschreibt das Verhältnis der Masse zur Stoffmenge:
- M
- = molare Masse [kg/mol]
- m
- = Masse [kg]
- n
- = Stoffmenge [mol]
- M
- = molar mass [kg / mol]
- m
- = Mass [kg]
- n
- = Amount of substance [mol]
Die Dichte beschreibt das Verhältnis der Masse eines Körpers zu seinem Volumen.
- ρ
- = Dichte [kg/m3]
- m
- = Masse [kg]
- V
- = Volumen [m3]
- ρ
- = Density [kg / m 3 ]
- m
- = Mass [kg]
- V
- = Volume [m 3 ]
Somit ergibt sich für die Stoffmenge, die ein bestimmtes Volumen Flüssigkeit einbringt: Thus, for the amount of substance that brings a certain volume of liquid:
Die Zustandsgleichung wird nach dem Volumen des Gases aufgelöst, und ergibt das Gasvolumen, das ein bestimmtes Flüssigkeitsvolumen (VFL) beim Verdampfen produziert. The equation of state is resolved according to the volume of the gas, and gives the gas volume that produces a certain volume of liquid (V FL ) during evaporation.
Es
wird die Annahme getroffen, dass 100 ml der Wärmeübertragungsflüssigkeit
(
Nun
soll ermittelt werden welche Kondensationsenergie dieses, aus 100
ml Galden LS230 entstandene, Dampfvolumen bereitstellt:
Die
Verdampfungswärme
(Qsd) und die Kondensationswärme sind
gleich groß,
und ergeben sich aus dem Produkt der spezifischen Verdampfungswärme (r)
und der Masse (m).
The heat of vaporization (Q sd ) and the heat of condensation are the same, resulting from the product of the specific heat of vaporization (r) and the mass (m).
Die Dichte (ρ) beschreibt das Verhältnis der Masse (m) eines Körpers zu seinem Volumen (V). The density (ρ) describes the ratio of the mass (m) of a body to its volume (V).
Hieraus
ergibt sich für
die Verdampfungswärme
eines Flüssigkeitsvolumens:
- Qsd
- = Verdampfungswärme [J]
- r
- = spezifische Verdampfungswärme [J/kg]
- ρ
- = Dichte [kg/m3]
- V
- = Volumen [m3]
- Q sd
- = Heat of vaporization [J]
- r
- = specific heat of evaporation [J / kg]
- ρ
- = Density [kg / m 3 ]
- V
- = Volume [m 3 ]
Somit ergibt sich, dass 100 ml Galden LS230 eine Verdampfungswärme von 11,43 kWs benötigen, oder auch diese Energie beim Kondensieren liefern. Thus, it turns out that 100 ml of Galden LS230 need a heat of evaporation of 11.43 kWs, or provide this energy when condensing.
Unter
der Annahme, dass der Flüssigkeitsstrom
(
Kondensieren und Ablauf der Wärmeübertragungsflüssigkeit:Condensation and drainage the heat transfer fluid:
Ein
wichtiges Merkmal der hier beschriebenen Anordnung, ist die Möglichkeit
mit ein und derselben Wärmeübertragungsflüssigkeit
Wärmeenergie
in der Heizkammer (
Aus den vorausgegangenen Betrachtungen zum Wärmehaushalt ergab sich, dass 100 ml Galden LS230 bei einer Heizleistung von 3,5 KW, eine Aufheizung um 20 °C erfahren. Weiterhin ergab sich, dass ca. 8,6 Liter Dampfvolumen eine Kondensationsenergie von ca. 11,4 kWs enthalten.Out The previous considerations on the heat balance showed that 100 ml Galden LS230 at a heating power of 3.5 KW, a heating at 20 ° C Experienced. Furthermore, it turned out that about 8.6 liters of vapor volume contain a condensation energy of about 11.4 kWs.
Unter
der Annahme, dass die Pumpvorrichtung (
An dieser Stelle sei noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei diesen Zahlenbeispielen um eine beliebig getroffene Annahme handelt, die zum Ziel hat, zu zeigen, dass die hier betrachtete Vorrichtung mit technisch gut handhabbaren technischen Größen arbeitet. So könnte z.B. auch der Flüssigkeitsstrom erhöht werden, um die Kühlleistung zu erhöhen.At This point should again be noted that it is these numerical examples are an arbitrary assumption, which aims to show that the device under consideration with Technically easy to handle technical sizes works. So could e.g. also the liquid flow elevated be to the cooling power to increase.
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