การเปรียบเทียบพัดลมแบบอากาศไหลตามแกนและพัดลมแบบแรงเหวี่ยง

เมื่อพูดถึงการจัดการกับความร้อนในระบบที่มากเกินไป พัดลมเป็น โซลูชันการจัดการความร้อน เพื่อขจัดความร้อนที่ไม่ต้องการและให้อากาศเย็นผ่านส่วนประกอบที่สำคัญ นอกเหนือจากการปรับการใช้พลังงานของระบบ การเพิ่มฮีตซิงก์ หรือใช้ท่อหรือแผ่นทำความเย็นแล้ว ยังคงมีความจำเป็นที่จะต้องมีอากาศไหลผ่านเพื่อทำให้ส่วนประกอบต่าง ๆ เย็นลง

วิศวกรที่มีทางเลือกในการออกแบบโดยใช้พัดลมแบบอากาศไหลตามแกนหรือใช้พัดลมแบบแรงเหวี่ยง ถึงแม้จะไม่ใช่การตัดสินใจที่ซับซ้อน แต่บทความนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อสรุปหลักการทำงานพื้นฐานของพัดลมแต่ละประเภท นำเสนอการใช้งานทั่วไป และสรุปข้อดีและข้อเสีย

พื้นฐานและการใช้งานพัดลมแบบอากาศไหลตามแกน

พัดลมแบบอากาศไหลตามแกนบางครั้งเรียกว่าพัดลมใบพัด มีใบพัดเอียงติดตั้งบนแกนหมุน (หรือเพลา) ซึ่งขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ พัดลมแบบอากาศไหลตามแกน ทำงานโดยการดึงอากาศจากด้านหนึ่งและดันไปอีกด้านหนึ่งในทิศทางขนานกับแกน (ภาพที่ 1) พัดลมที่ให้ลมหมุนเป็นเกลียวหรือพัดลมที่ให้ลมในแนวเส้นตรงเป็นพัดลมแบบอากาศไหลตามแกนที่มีขนาดพอดีกับท่อ

รูปที่ 1: ทิศทางการไหลเบื้องต้นของอากาศของพัดลมแกน (แหล่งที่มารูปภาพ: Same Sky)

พัดลมแบบอากาศไหลตามแกนมีจำหน่ายในแทบทุกขนาดตั้งแต่ขนาดที่ใช้กับบอร์ดอิเล็กทรอนิกส์ไปจนถึงขนาดที่เท่ากับห้อง โดยทั่วไปไม่ต้องใช้พลังงานมากมายนักในการทำงาน ซึ่งขึ้นอยู่กับขนาด ซึ่งมีให้เลือกทั้งรุ่น AC และ DC โดยที่พัดลม AC ใช้กระแสไฟแบบที่ใช้งานโดยทั่วไปและมักจะมีพิกัดสูงกว่า 100 V ในขณะที่พัดลม DC มีแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่ามากในช่วง 3 ถึง 48 Vdc และมักจะใช้พลังงานจากแบตเตอรี่หรือแหล่งจ่ายไฟ

ลมที่เกิดจากพัดลมแบบอากาศไหลตามแนวแกนนั้นมีปริมาณมากแต่มีแรงดันต่ำ ซึ่งเหมาะสำหรับอุปกรณ์ทำความเย็นและพื้นที่ทั้งขนาดเล็กและขนาดใหญ่ เนื่องจากกระแสลมจะกระจายอย่างสม่ำเสมอในพื้นที่ที่กำหนด พัดลมแบบอากาศไหลตามแนวแกนมักจะใช้ในการระบายความร้อนของคอมพิวเตอร์หรืออุปกรณ์ในศูนย์ข้อมูล ใช้ใน HVAC คอนเดนเซอร์เครื่องปรับอากาศ หรือหน่วยแลกเปลี่ยนความร้อน และใช้สำหรับระบายความร้อนเฉพาะจุดในระบบอุตสาหกรรม นอกจากนั้นยังสามารถใช้งานเป็นพัดลมดูดอากาศได้ด้วย

ข้อมูลพื้นฐานและการใช้งานพัดลมแบบแรงเหวี่ยง

พัดลมแบบแรงเหวี่ยงที่รู้จักกันในชื่อว่าพัดลมแบบหอยโข่งหรือ เครื่องเป่าลมแรงเหวี่ยง มีใบพัดอยู่ภายในฮับที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ซึ่งรับอากาศเข้าสู่ตัวเครื่องแล้วขับออกโดยทำมุม 90 องศา (ตั้งฉาก) กับช่องอากาศเข้า (รูปที่ 2)

รูปที่ 2: ทิศทางการไหลเบื้องต้นของอากาศของพัดลมแบบแรงเหวี่ยง (แหล่งที่มารูปภาพ: Same Sky)

เนื่องจากเป็นอุปกรณ์ที่มีแรงดันสูงและปริมาณต่ำ พัดลมแบบแรงเหวี่ยงจะสร้างแรงดันอากาศภายในตัวพัดลม เพื่อสร้างกระแสลมคงที่แรงดันสูง แต่ในปริมาณที่จำกัดมากกว่าเมื่อเทียบกับพัดลมแบบอากาศไหลตามแกน เนื่องจากพัดลมขับอากาศออกจากช่องทางออก จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการกำหนดเป้าหมายการไหลเวียนของอากาศในพื้นที่เฉพาะเพื่อทำให้ส่วนใดส่วนหนึ่งของระบบที่ทำให้เกิดความร้อนเย็นลง เช่น ทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้ากำลัง (FET), DSP หรือ FPGA ซึ่งพัดลมมีทั้งแบบ AC และ DC คล้ายกับพัดลมแบบอากาศไหลตามแกน โดยจะมีขนาด ความเร็ว และรูปแบบให้เลือกมากมาย แต่โดยทั่วไปจะใช้พลังงานมากกว่า การออกแบบกล่องปิดให้การปกป้องเพิ่มเติมกับชิ้นส่วนต่าง ๆ ที่เคลื่อนไหว ทำให้เป็นตัวเลือกที่เชื่อถือได้ ทนทาน และทนต่อความเสียหาย

พัดลมแบบแรงเหวี่ยงและแบบอากาศไหลตามแกนสร้างเสียงรบกวนและสัญญาณรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า แต่การออกแบบของพัดลมแบบแรงเหวี่ยงมักจะมีเสียงดังกว่า เนื่องจากการออกแบบของพัดลมทั้งสองแบบใช้มอเตอร์ สัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าอาจส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพของระบบในการใช้งานที่มีความละเอียดอ่อน

ลมที่มีปริมาตรต่ำและแรงดันสูงของพัดลมแบบแรงเหวี่ยงทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการไหลเวียนของอากาศในพื้นที่จำกัด เช่น ท่อ (ภาพที่ 3) หรือที่ใช้ในการระบายอากาศและปล่อยไอเสีย ซึ่งหมายความว่าทำงานได้ดีในเครื่องปรับอากาศหรือระบบทำแห้ง ในขณะที่ความทนทานที่เพิ่มขึ้นที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้สามารถช่วยให้ทำงานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงที่มีอนุภาค อากาศร้อน และก๊าซ ในแง่ของการใช้งานทางอิเล็กทรอนิกส์ พัดลมแบบแรงเหวี่ยงมักใช้ในแล็ปท็อปเนื่องจากมีขนาดไม่สูงมากและกำหนดทิศทางได้ดี (กระแสลมออกทำมุมที่ 90 องศากับช่องลมเข้า)

รูปที่ 3: พัดลมแบบแรงเหวี่ยงที่ใช้ในท่อ (แหล่งที่มารูปภาพ: Same Sky)

ข้อพิจารณาด้านเสียงและสัญญาณรบกวน EMI ของพัดลม

การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) ที่เกิดจากพัดลมถือเป็นข้อพิจารณาในการออกแบบที่สำคัญที่จะต้องคำนึงถึงตั้งแต่เนิ่น ๆ พัดลมทั้งหมดสามารถสร้าง EMI แบบแผ่รังสีจากตัวพัดลมเอง หรือ EMI ที่เหนี่ยวนำจากสายไฟ สนามแม่เหล็กที่ไม่มีการกักเก็บ (UMF) ที่เกิดจากแม่เหล็กของมอเตอร์และขดลวดสเตเตอร์สามารถส่งผลให้เกิดการรบกวนได้เช่นกัน ในการใช้งานเฉพาะบางอย่าง การพิจารณาอย่างรอบคอบในช่วงแรกของการออกแบบจะช่วยประหยัดเวลาและเงินลงทุน โดยทั่วไป พัดลม DC สร้าง EMI น้อยกว่าพัดลม AC

รูปที่ 4: พัดลมแบบอากาศไหลตามแกนมักจะสร้างเสียงรบกวนน้อยกว่าเครื่องเป่าลมแบบแรงเหวี่ยง (แหล่งที่มารูปภาพ: Same Sky)

การพิจารณาการออกแบบตามการใช้งานเฉพาะอีกประการหนึ่งคือเสียงที่เกิดจากพัดลม เสียงรบกวนแตกต่างกันไปตามการใช้งาน ความแน่นของส่วนประกอบ การจัดวางอุปกรณ์ ขนาดของพัดลม ปริมาณอากาศที่เคลื่อนที่ ประเภทแบริ่งที่ใช้ ฯลฯ แบริ่งในพัดลม ไม่เพียงแต่ส่งผลกระทบต่อเสียงเท่านั้น แต่ยังส่งผลต่ออายุการใช้งานและการใช้งานที่เป็นไปได้อีกด้วย ซึ่งสามารถบรรเทาเสียงรบกวนที่ได้ยินด้วยการจัดวางพัดลมที่ดีขึ้น การแยกทางกล หรือการใช้ตะแกรงอากาศเข้าหรือตัวกระจายลมออก หลักการทั่วไปคือ ยิ่ง CFM หรือกระแสลมสูงเท่าใด เสียงรบกวนก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น ดังที่กล่าวไปแล้ว หากทั้งพัดลมขนาดใหญ่และพัดลมขนาดเล็กมีอัตรา CFM ใกล้เคียงกัน พัดลมที่ใหญ่กว่าจะส่งผลให้โซลูชันโดยรวมเงียบลง ดังที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ การออกแบบของพัดลมแบบอากาศไหลตามแกนมักจะเงียบกว่าพัดลมแบบแรงเหวี่ยง

การเปรียบเทียบสุดท้าย

เพื่อเป็นการสรุป ตารางด้านล่างคือการเปรียบเทียบข้อดีข้อเสียโดยย่อ รวมถึงคุณลักษณะต่าง ๆ ของพัดลมแบบอากาศไหลตามแกนและแบบแรงเหวี่ยง การตัดสินใจเลือกที่ดีที่สุดจะขึ้นอยู่กับการใช้งานที่ต้องการ พื้นที่ว่าง และความต้องการด้านความร้อนโดยรวมของระบบปลายทาง

รูปที่ 5: การเปรียบเทียบลักษณะพื้นฐานของพัดลมแบบอากาศไหลตามแกนและพัดลมแบบแรงเหวี่ยง (แหล่งที่มารูปภาพ: Same Sky)

บทสรุป

สามารถทำให้ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่ผลิตความร้อนที่ไม่ต้องการเย็นลงได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยใช้พัดลมแบบอากาศไหลตามแกนหรือพัดลมแบบแรงเหวี่ยง ซึ่งทั้งสองแบบได้รับการพิสูจน์ในการใช้งานจริงเป็นเวลาหลายปีและมีการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง Same Sky มี พัดลมแบบอากาศไหลตามแกนกระแสตรงและเครื่องเปล่าลมแบบแรงเหวี่ยง ที่หลากหลาย โดยมีขนาดเฟรมและอัตราการไหลของอากาศต่าง ๆ เพื่อช่วยบรรลุข้อกำหนดทางความร้อนเฉพาะของวิศวกร