Az axiál- és centrifugálventilátorok összehasonlítása

Amikor a rendszerben keletkező felesleges hőt kell elvezetni, a ventilátorok kézenfekvő hűtési megoldást jelentenek a nem kívánt hő eltávolítására és a kritikus alkatrészek hűvösebb levegővel való ellátására. A rendszer teljesítményének korlátozásán, hűtőbordák hozzáadásán, hűtőcsövek vagy hűtőlemezek használatán kívül gyakran továbbra is szükség van kényszerlevegő előállítására a további hűtés érdekében.

A mérnököknek így aközött kell választaniuk, hogy axiálventilátoros vagy a centrifugálventilátoros kialakítást szeretnének-e használni. Bár a döntés nem túlságosan bonyolult, ennek a cikknek az a célja, hogy felvázolja az egyes típusok működési alapelveit, megvitassa a legelterjedtebb felhasználási területeket és felhasználási módokat, valamint összefoglalja mindkét változat előnyeit és hátrányait.

Az axiálventilátorok alapjai és felhasználási területei

Az axiálventilátorok ferde lapátjai egy forgó tengelyre vannak felszerelve, amelyet egy (általában villany-) motor hajt. Az axiálventilátorok úgy működnek, hogy az egyik oldalukon levegőt szívnak be, a másik oldalukon pedig a tengellyel párhuzamos irányban fújják azt ki (1. ábra). A csőventilátor és a terelőlapátsoros csőventilátor is hétköznapi kifejezés egyes axiálventilátorokra. Ezek egyszerűen olyan axiálventilátorok, amelyeket csőben való elhelyezésre szántak.

1. ábra: Az axiálventilátor alapvető légáramlási iránya (kép: Same Sky)

Az axiálventilátorok gyakorlatilag bármilyen méretben kaphatóak a nyomtatott áramköri lapra szerelhető változattól a teremhűtő ventilátorig, és bár ez méretfüggő, de jellemzően nem igényelnek nagy teljesítményt a működésükhöz. Váltakozó és egyenáramú változatban is kaphatóak. A váltakozó áramú ventilátorok hálózati áramot használnak, és általában 100 V feletti névleges feszültségre vannak méretezve, míg az egyenáramú ventilátorok sokkal alacsonyabb, 3 V és 48 V közötti feszültséggel működnek, és általában akkumulátorról vagy tápegységgel hajtják őket.

Az axiálventilátorok általában nagy térfogatú levegőt mozgatnak meg, de kis nyomással. Ez a nagy megmozgatott levegőmennyiség és kis légnyomás teszi őket alkalmassá különféle berendezések és kisebb-nagyobb terek hűtésére, mivel a légáram közel egyenletesen oszlik el egy meghatározott területen. Az axiálventilátorokat gyakran használják számítógépek és adatközpontok berendezéseinek hűtésére, klímaberendezésekben (HVAC), légkondicionálók páralecsapatóiban (kondenzátoraiban) és hőcserélő egységeiben, valamint ipari rendszerekben egységek helyi hűtésére. Funkcionálhatnak elszívó ventilátorként is.

A centrifugálventilátorok alapjai és felhasználási területei

A ritkán radiális ventilátor vagy radiális átömlésű szellőztető ventilátor néven is emlegetett centrifugálventilátorok fő eleme egy villanymotorral meghajtott tengelyre szerelt járókerék, amely beszívja a levegőt a ventilátorházba, majd a szívónyíláshoz képest 90 fokos szögben (merőlegesen) elhelyezkedő kiömlőnyíláson keresztül nyomja azt ki (2. ábra).

2. ábra: A centrifugálventilátor alapvető légáramlási iránya (kép: Same Sky)

Nagynyomású, kis mennyiségű levegőt szállító eszközként a centrifugálventilátorok lényegében összesűrítik a ventilátorházban lévő levegőt, ami egyenletes, nagynyomású, de az axiálventilátorokhoz képest korlátozottabb térfogatú légáramot eredményez. Mivel a levegőt egy kimeneti nyíláson át nyomják ki, ideálisak a légáramlás egy adott területre irányítására, hogy a rendszer egy adott, nagyobb hőt termelő részét, például teljesítmény-FET-et, digitális jelfeldolgozó egységet (DSP-t) vagy helyben programozható logikai kapumátrixot (FPGA-t) hűtsék. Az axiálventilátorokhoz hasonlóan a centrifugálventilátorok is kaphatóak váltakozó és egyenáramú változatban, különböző méretekben, fordulatszámmal és helyigénnyel, de jellemzően nagyobb a fogyasztásuk. Zárt kialakításuk valamivel nagyobb védelmet nyújt a különböző mozgó alkatrészek számára, így megbízható, tartós és sérülésvédett megoldást jelentenek.

Mind a centrifugál-, mind az axiálventilátorok keltenek hallható (akusztikai) és elektromágneses zajt is, de a centrifugálventilátorok általában hangosabbak, mint az axiális változatok. Mivel jellemzően mindkét ventilátorváltozat villanymotort használ, kényes készülékekben az elektromágneses zavaró hatások befolyásolhatják a rendszer teljesítményét.

Az, hogy a centrifugálventilátor nagynyomású, kis mennyiségű levegőt szállít, ideális akkor, ha kis területre kell irányítani a légáramlást, például csövekben és csővezetékrendszerekben (3. ábra), illetve szellőztetéshez és légnemű anyagok elszívásához. Ez azt jelenti, hogy jól használhatók légkondicionáló és szárítórendszerekben, míg a korábban említett nagyobb tartósságuk lehetővé teszi a zord környezetben való működést, ahol részecskéket, forró levegőt vagy gázokat kell továbbítani. Elektronikai területeken a centrifugálventilátorokat lapos kialakításuk és légáramuk jobb irányíthatósága miatt (a kiáramló levegő iránya a szívónyíláshoz képest 90 fokos) gyakran használják hordozható számítógépekben (laptop, notebook).

3. ábra: Csővezetékrendszerben használt centrifugálventilátor (kép: Same Sky)

A ventilátorok zaj- és elektromágneseszavar-védelmi szempontjai

A ventilátorok által keltett elektromágneses zavarás (EMI) fontos tervezési szempont, amelyet érdemes már a tervezés korai szakaszában figyelembe venni. Minden ventilátor előállíthat sugárzott elektromágneses zajt saját maga, valamint sugározhat a tápvezetékekből származó vezetett elektromágneses zajt. A villanymotor mágneseiből és az állórész tekercseiből származó, nem zárt térben elhelyezkedő mágneses terek (UMF) szintén okozhatnak elektromágneses zavarokat. A felhasználás jellegzetességeit szem előtt tartó, a tervezés korai szakaszában végzett gondos mérlegelés azonban időt és pénzt takarít meg a későbbiekben. Az egyenáramú ventilátorok általában kevesebb elektromágneses zavart okoznak, mint váltakozó áramú társaik.

4. ábra: Az axiálventilátorok általában kisebb (elektromágneses és akusztikus) zajt keltenek, mint a centrifugálventilátorok (kép: Same Sky)

Egy másik felhasználásspecifikus tervezési szempont a ventilátorok által keltett hallható zaj. A zaj a felhasználás módjától, az alkatrészek sűrűségétől, a ventilátornak a rendszerben való elhelyezésétől, a ventilátor méretétől, a szállított levegő mennyiségétől, a használt csapágytípusoktól stb. függően változik. A ventilátorban lévő csapágyak nemcsak a hallható zajt befolyásolják, de hatással lehetnek a ventilátor élettartamára és lehetséges felhasználási területeire is. A hallható zaj gyakran csökkenthető a ventilátor jobb elhelyezésével, mechanikai szigeteléssel, illetve levegőbeömlő rácsok vagy kimeneti légterelők (diffúzorok) használatával. Egy jó ökölszabály szerint minél nagyobb a szállított levegőmennyiség (CFM – köbláb/perc érték), annál nagyobb a hallható zaj. Ha azonban egy nagyobb és egy kisebb ventilátor hasonló levegőszállítási értékkel rendelkezik, a nagyobb ventilátor általában csendesebb megoldást eredményez. Azt pedig korábban már említettem, hogy az axiálventilátorok általában halkabbak, mint a centrifugálventilátorok.

Végső összehasonlítás

Hogy segítsük a dolgok lezárását, íme egy gyors összehasonlítás az axiál- és centrifugálventilátorok különböző előnyeiről, hátrányairól és jellemzőiről. A legjobb megoldás kiválasztása valóban a tervezett felhasználástól, a rendelkezésre álló helytől és a végrendszer általános hőtechnikai követelményeitől függ.

5. ábra: Az axiál- és centrifugálventilátorok alapvető jellemzőinek összehasonlítása (kép: Same Sky)

Összegzés

A nem kívánt hőt termelő elektronikus alkatrészek hűtése hatékonyan megoldható úgy axiál-, mint centrifugálventilátorokkal. Mindkét változat sokéves használat során bizonyított a gyakorlatban, és mindkettő folyamatos fejlesztés alatt áll. A Same Sky egyenáramú axiál- és centrifugálventilátorok széles választékát kínálja különböző házméretekkel és légáramlási értékekkel, hogy a mérnökök által támasztott különféle egyedi hűtési követelményeknek megfeleljen.