Každý komponent alebo elektronické zariadenie, ktorý generuje prevádzkové teplo, ktoré môže negatívne ovplyvniť jeho výkon, musí byť chladený. Je to jedno z tých jednoduchých technických pravidiel, ktoré ste sa učili v škole a pravdepodobne ste ich ignorovali, kým ste nedostali za úlohu realizovať projekt tepelného manažmentu v reálnom svete.

Ak sa vám nepodarí znížiť zahrievanie systému pasívne, budete potrebovať ventilátor, ktorý sa postará o spoľahlivé chladenie vášho zariadenia. To znamená, že si môžete vybrať buď axiálny, alebo odstredivý ventilátor. Otázkou je, ktorá konštrukcia bude najlepšie vyhovovať vašim potrebám.

Čo sú axiálne ventilátory?

Axiálny ventilátor má motorom poháňaný rotujúci hriadeľ (os), na ktorej sú osadené lopatky pod určitým uhlom, ktorých úlohou je nasávať chladný vzduch a vytláčať ho v smere rovnobežnom s hriadeľom. Materíálovo sú tieto ventilátory vyrábané podľa veľkosti buď z plastu, alebo hliníka.

Axiálne ventilátory vypudzujú vzduch rovnobežne s nasávaním

Axiálne ventilátory účinne a efektívne presúvajú veľké objemy vzduchu na chladenie objektov alebo vetranie priestorov. Sú k dispozícii v takmer akejkoľvek veľkosti a v závislosti od tejto veľkosti nepotrebujú na prevádzku adekvátne množstvo energie. Dodávajú sa v prevedení pre striedé a aj jednosmerné napätie. Ventilátory napájané striedavým napätím sú zvyčajne dimenzované na napätie nad 100 V. Napätie ventilátorov napájaných jednosmerným napätím môže byť oveľa nižšie (3, 5, 12, 24 alebo 48 V DC).

Prúd vzduchu, ktorý axiálne ventilátory dodávajú, je však nízkotlakový. Táto kombinácia nízkeho tlaku s veľkým objemom prúdenia vzduchu je ideálna na chladenie zariadení a priestorov, pretože prúd vzduchu je rovnomerne rozložený vo vymedzenej oblasti. Taktiež kladnou vlastnosťou týchro ventilátorov je ich nízka hlučnosť.

Bežné aplikácie pre axiálne ventilátory

Axiálne ventilátory môžu chladiť celý rad elektronických zariadení alebo miestnosti s výpočtovou technikou. Môžu sa používať v prevádzkach HVAC, v kondenzátoroch klimatizácie, výmenníkoch tepla alebo na bodové chladenie v priemyselných systémoch. Axiálne ventilátory môžu fungovať aj ako odsávacie ventilátory - ich jednoduchým otočením.

Čo sú odstredivé ventilátory?

Odstredivé ventilátory sa niekedy nazývajú radiálne ventilátory alebo odstredivé dúchadlá. Majú motorom poháňaný mechanizmus, ktorý obsahuje obežné kolesá, ktoré vrhajú vzduch do skrine ventilátora, ktorý je potom vedený do výstupu. Odstredivé ventilátory vypúšťajú vzduch pod uhlom 90 stupňov (kolmo) na prívod vzduchu.

Odstredivé ventilátory vyháňajú vzduch o 90° od nasávania

Odstredivé ventilátory v podstate stláčajú vzduch v skrini dúchadla - telese ventilátora. V porovnaní s axiálnymi ventilátormi vytvárajú stály vysokotlakový prúd vzduchu, ale pohybujú oveľa menším objemom vzduchu. Sú k dispozícii buď s dopredu, alebo dozadu zahnutými obežnými kolesami na vyfukovanie alebo nasávanie. Odstredivé ventilátory vyťahujú vzduch z krytu, čo im umožňuje zamerať sa na konkrétnu oblasť, vďaka čomu sú vhodnejšie na chladenie konkrétnej časti elektronickej aplikácie, ktorá generuje viac tepla, ako napríklad výkonový FET, DSP, CPU alebo FPGA. Podobne ako axiálne ventilátory, aj tieto sa vyrábajú v závislosti od aplikácie ako modely napájané striedavým, tak aj jednosmerným napätím, ale odstredivé ventilátory zvyčajne vyžadujú na prevádzku viac energie ako axiálne ventilátory. Odstredivé aj axiálne ventilátory produkujú zvukový a elektromagnetický hluk, ale odstredivé modely sú o niečo hlučnejšie ako axiálne. Keďže obe konštrukcie ventilátorov používajú motory, vplyv EMI ktoréhokoľvek z nich môže ovplyvniť výkon systému najmä v aplikáciách citlivých na rušenie.

Podobne ako axiálne ventilátory, aj odstredivé ventilátory sú k dispozícii v mnohých rôznych veľkostiach, rýchlostiach a rozmeroch. Ich konštrukcia s krytom obklopujúcim pohyblivé časti je spoľahlivá, odolná a pomerne ťažko sa poškodí.

Kombinácia vysokého tlaku s nízkym objemom dodávaného vzduchu robí z odstredivých ventilátorov ideálne zariadenie na pohyb vzduchu v koncentrovanom priestore, ako sú potrubia, alebo na odsávanie či vetranie.

Bežné aplikácie odstredivých ventilátorov

Vzhľadom na spoľahlivosť a odolnosť svojej konštrukcie môžu odstredivé ventilátory dobre fungovať v mnohých aplikáciách, ktoré fungujú v náročných a znečistených prostrediach s časticami, horúcim vzduchom a plynmi. Keďže sa zvyčajne používajú v spojení s potrubím, dobre fungujú v klimatizačných alebo sušiacich systémoch, a to aj na úrovni menších systémov. V prípade elektroniky sa odstredivé ventilátory často vyskytujú v malých zariadeniach, ako sú napríklad notebooky, pretože vzduch je vyháňaný pod uhlom 90 stupňov od nasávania, čo vedie k vyššej smerovosti a efektivite chladenia.

Príklad odstredivého dúchadla použitého v potrubnom systéme

Rušenie a hluk spôsobené ventilátormi

Pri návrhu chladenia zariadenia by sa malo včas zvážiť aj prípadné rušenie a akustický hluk. Všetky ventilátory môžu vytvárať elektromagnetické rušenie (EMI) buď zo samotného ventilátora (vyžarované EMI), alebo z napájacích káblov (vedené EMI). Rušenie môže pochádzať aj z nekontaminovaných magnetických polí (UMF), ktoré vznikajú z magnetov motora alebo vinutia statora. V závislosti od aplikácie môže včasné zohľadnenie týchto faktorov vo fáze návrhu ušetriť čas a aj peniaze. Ventilátory napájané jednosmerným naúätím majú tendenciu produkovať o veľa menej EMI ako ventilátory napájané striedavým napätím.

Axiálne ventilátory zvyčajne produkujú menej hluku ako odstredivé dúchadlá

Akýkoľvek ventilátor bude tiež generovať aj počuteľný hluk a v závislosti od koncového použitia môže toto predstavovať aj konštrukčné hľadisko. Hluk sa líši podľa použitia, umiestnenia v systéme, hustoty osadených komponentov v zariadení, množstva prepravovaného vzduchu, veľkosti ventilátora, použitých typov ložísk atď. Ložiská vo ventilátore ovplyvňujú nielen akustiku, ale môžu aj významne zmeniť životnosť a možnosti jeho aplikácie. Počuteľný hluk možno často zmierniť lepším umiestnením ventilátora, mechanickou izoláciou alebo použitím mriežok na vstupe vzduchu alebo výstupných difúzoroch. Vo všeobecnosti platí, že čím vyšší je CFM alebo množstvo prepravovaného vzduchu, tým väčší je hluk. Väčší ventilátor, ktorý premiestňuje rovnaký CFM ako menší ventilátor, však býva tichší. Axiálne ventilátory sú opäť zvyčajne tichšie ako odstredivé ventilátory.

Porovnanie axiálnych a odstredivých ventilátorov

Úvahy o tepelnom manažmente systémov, ktoré generujú teplo, najmä tých, ktoré sú elektronického charakteru, by sa mali preskúmať už v počiatočnej fáze návrhu. Je to v súlade s iniciatívami na úsporu času aj nákladov, ktorých cieľom je vyhnúť sa opätovnému navrhovaniu. Obzvlášť užitočné môže byť aj zohľadnenie tepelných úvah v dôsledku plánovaných vylepšení komponentov počas celého životného cyklu výrobku alebo systému, ktoré môžu generovať dodatočné teplo.

Nasadenie axiálneho alebo odstredivého ventilátora ako riešenia chladenia môže závisieť od viacerých faktorov na základe výhod a nevýhod jednotlivých konštrukcií ventilátorov a toho, čo si váš systém vyžaduje. Tu je stručný prehľad ich hlavných charakteristík:

Otázky pri rozhodovaní o axiálnych alebo odstredivých ventilátoroch

Pred určením typu potrebného chladiaceho ventilátora, ktorý potrebujete pre svoju konštrukciu, je potrebné zodpovedať si niekoľko otázok:

• Akú veľkosť priestoru potrebujete chladiť?
• Bude potreba chladenia konštantná alebo na požiadanie?
• Akú veľkosť plochy máte v návrhu pre chladiace zariadenie?
• Aký výkon bude k dispozícii na pohon chladiaceho zariadenia?
• Bude výrobok pracovať v náročnom prostredí?
• Bude výrobok sám produkovať nejaké plyny alebo pevné častice?
• Je váš výrobok alebo systém citlivý na EMI?
• Bude problémom hladina počuteľného hluku, ktorý produkuje ventilátor?
• V akej orientácii bude ventilátor namontovaný?
• Bude výrobok určený na použitie s vysokou spoľahlivosťou?
• Aký je predpokladaný životný cyklus výrobku?
• Je oprava/oprava/údržba dôležitým faktorom?