축류 팬과 원심 팬: 완벽한 전자 장치 냉각 선택 가이드

축류 팬 대 원심 팬:

축류 팬은 낮은 정압에서 회전축을 따라 많은 양의 공기를 이동시키며, 방해받지 않는 개방형 냉각 경로에 적합한 선택입니다. 송풍기 팬이라고도 하는 원심 팬은 공기의 방향을 90도 각도로 바꾸고 높은 정압을 형성하므로 공기 흐름이 밀도가 높은 구성 요소, 좁은 덕트 또는 엄격하게 제한된 인클로저를 통과해야 할 때마다 올바른 선택이 됩니다. 전자 장치 냉각 및 열 관리 결정에 있어 가장 유용한 규칙은 다음과 같습니다. 시스템의 시스템 임피던스가 낮고 CFM(분당 입방 피트) 단위의 최대 공기 흐름 속도가 필요한 경우 축류 팬을 사용하십시오. 시스템이 필터, 방열판 또는 제한된 채널로 인해 시스템 임피던스가 높은 경우 원심 팬 또는 송풍기 팬을 사용하십시오. 팬 선택의 다른 모든 것은 해당 핵심 원칙을 개선한 것입니다.

축류 팬: 축류 팬의 작동 원리 및 공기 흐름 방향

안 축류팬 중앙 허브 주위로 각진 블레이드 세트를 회전시켜 작동합니다. 블레이드가 회전함에 따라 프로펠러가 공기나 물에 작용하는 것과 같은 방식으로 공기에 작용하여 샤프트가 가리키는 방향으로 유체를 밀어냅니다. 이는 축형 팬의 공기 흐름 방향을 정의합니다. 공기는 축 방향으로 팬 면으로 들어가고, 즉 회전하는 블레이드로 직선으로 들어가고 반대쪽에서도 동일한 축 방향으로 나갑니다. 흐름 방향에는 변화가 없기 때문에 축류 팬 설치가 통합하기 쉽고 직선형 공기 흐름 경로가 있는 모든 곳에서 지배적인 이유입니다.

축류 팬의 블레이드 형상은 성능을 결정하는 주요 요소입니다. 블레이드 피치 각도가 높을수록 회전당 더 많은 공기가 이동하지만 모터의 부하와 블레이드 뒤의 난류가 증가하여 소음이 발생합니다. 전자제품 냉각을 위한 대부분의 상업용 축 팬 제품은 CFM(분당 입방피트)의 공기 흐름 속도와 주어진 회전 속도에서의 음향 출력의 최상의 균형을 위해 최적화된 블레이드 피치를 사용합니다. 이것이 바로 데이터시트가 공기 흐름과 소음 수치를 따로 표시하는 것이 아니라 항상 함께 표시하는 이유입니다.

축류팬을 사용하면 어떤 이점이 있나요? 주요 장점은 팬의 물리적 프레임 크기에 비해 높은 공기 흐름 속도, 패널 사이에 맞는 얇은 축 프로필, 동일한 직경의 유사한 원심 팬보다 훨씬 저렴한 비용입니다. 2000RPM으로 작동하는 120mm 축류 팬은 일반적으로 60~110CFM(분당 입방피트)을 제공하는 동시에 3~7와트만 소비하므로 이동되는 공기량에 비해 에너지 효율성이 매우 높습니다. 두 번째로 중요한 장점은 더 크고 값비싼 원심 팬 어셈블리가 필요 없이 여러 개의 축 팬 장치를 패널 전체에 직렬로 쌓거나 병렬로 배열하여 공기 흐름이나 압력을 조정할 수 있다는 것입니다.

• 단위 프레임 크기 및 소비 전력당 CFM(분당 입방 피트)의 높은 공기 흐름 속도
• 얇은 축 프로필로 인해 평면 패널에 직접 설치하거나 간격이 좁은 보드 사이에 설치할 수 있습니다.
• 개방형 시스템에서 동일한 양의 공기를 전달하는 원심 팬보다 낮은 음향 출력
• 25mm에서 250mm까지의 표준 프레임 크기 전반에 걸쳐 단가가 낮고 가용성이 더 넓습니다.
• 스크롤 하우징이나 방향성 배출 어댑터 없이 기존 평면 패널 컷아웃에 간단하게 통합

축류 팬의 한계는 바로 낮은 정압 성능입니다. 시스템 임피던스가 높아짐에 따라, 즉 공기 흐름 경로가 더욱 막히게 되면 축방향 팬이 전달하는 CFM(분당 입방피트)이 급격하게 떨어집니다. 이는 축형 팬의 모든 팬 곡선에서 볼 수 있습니다. 배압이 증가하면 곡선이 급격하게 낮아지고 팬은 동일한 직경의 원심 팬에 비해 상대적으로 낮은 값에서 정지 압력에 도달합니다.

원심 팬 및 송풍기 팬: 원심 팬은 어떻게 작동합니까?

원심 팬은 어떻게 작동합니까? 에이 원심팬 많은 전자 제품 라인에서 송풍기 팬으로도 판매되는 는 임펠러 중앙에 있는 흡입구를 통해 축 방향으로 공기를 흡입한 다음 임펠러가 회전할 때 원심력을 사용하여 공기를 반경 방향 바깥쪽으로 가속합니다. 공기는 스크롤 또는 볼류트 하우징의 외부 테두리로 흘러 들어가 운동 에너지가 압력으로 변환된 다음 공기가 입구와 90도 방향을 이루는 단일 배출 포트를 통해 배출됩니다. 이러한 흐름 방향의 근본적인 변화는 원심 팬에 결정적인 이점을 제공합니다. 스크롤 하우징이 공기의 방사상 속도를 포착하여 이를 사용 가능한 압력 수두로 변환하기 때문에 원심 팬은 동일한 직경의 축 팬보다 훨씬 더 높은 정압을 생성할 수 있습니다.

원심 팬이 더 강력합니까? 압력 생성 측면에서는 그렇습니다. 높은 정압 원심 송풍기는 비슷한 크기의 축류 팬보다 최대 정압의 5~10배를 생성할 수 있습니다. , 이는 공기 흐름이 열 교환기 코어, 조밀한 필터, 빽빽하게 들어찬 PCB 어레이 또는 시스템 임피던스가 높은 길고 좁은 덕트를 통과해야 할 때마다 지정되는 이유입니다. 단점은 원심 팬이 동일한 입구 직경의 축 팬보다 물리적으로 더 크고, 저항에 대한 등가 공기 흐름에서 더 많은 전력을 소비하며, 일반적으로 스크롤 하우징의 고정 배출 차단 지점을 통과하는 블레이드의 상호 작용으로 인해 더 많은 음조 소음 프로파일을 생성한다는 것입니다.

원심 팬 임펠러 블레이드 모양은 매우 다양하며 각 모양은 압력, 흐름 및 효율성의 서로 다른 균형을 만들어냅니다. 후방 곡선형 블레이드는 가장 효율적인 모양이며 과부하가 발생하지 않기 때문에 고성능 전자 냉각 송풍기의 표준입니다. 즉, 시스템 저항이 예기치 않게 떨어지더라도 모터 전력 소비가 급증하지 않습니다. 전방 곡선 블레이드는 낮은 압력에서 더 많은 공기를 이동시키며 HVAC 및 가전 제품 송풍기에 일반적입니다. 뒤로 기울어진 플랫 블레이드는 중간 지점을 제공하고 제조가 더 쉬우므로 중간 범위 응용 분야에 비용 효율적입니다.

정압, 공기 흐름 속도, CFM(분당 입방 피트) 및 시스템 임피던스 설명

효과적인 팬을 선택하려면 정압, 공기 흐름 속도, CFM(분당 입방 피트) 및 시스템 임피던스의 네 가지 상호 의존적인 수량을 명확하게 이해해야 합니다. 이를 혼동하거나 별도로 취급하는 것은 전자 제품 개발에서 대부분의 냉각 실패의 근본 원인입니다.

정압은 팬이 이동하는 공기에 가하는 단위 면적당 힘으로, 수주 인치(H2O) 또는 파스칼(Pa) 단위로 측정됩니다. 팬이 제한된 경로를 통해 공기를 밀어낼 때 해당 경로의 저항을 극복해야 하며 정압은 이를 위해 사용되는 통화입니다. 0.1인치 H2O의 최대 정압을 생성하는 팬은 팬이 공급하는 시스템이 저항을 극복하기 위해 0.15인치 H2O를 필요로 하는 경우 거의 0에 가까운 공기 흐름을 제공합니다.

기류율은 단위 시간당 이동하는 공기의 양입니다. 북미 엔지니어링 및 대부분의 전자 데이터시트에서는 CFM(분당 입방피트)으로 표시되는 반면 미터법 데이터시트에서는 시간당 입방미터(m3/h) 또는 초당 리터(L/s)를 사용합니다. 2500RPM으로 작동하는 표준 80mm 축류 팬은 일반적으로 자유 공기에서 25~40CFM(분당 입방피트)을 제공하지만 중간 시스템 임피던스를 갖는 컴퓨터 케이스 내부에 설치하면 10~15CFM(분당 입방피트)만 제공할 수 있습니다. 자유 공기 성능과 설치된 성능 사이의 이러한 격차는 많은 열 관리 실수가 발생하는 곳입니다.

시스템 저항이라고도 하는 시스템 임피던스는 주어진 유량에서 공기 흐름 경로의 모든 구성 요소에 걸친 총 압력 강하입니다. 경로의 모든 요소(그릴, 필터, 방열판, PCB 카드 간격, 케이블 묶음)는 시스템 임피던스를 추가합니다. 공기 흐름 속도가 증가함에 따라 시스템 임피던스는 대략 유속의 제곱에 따라 증가합니다. 이는 팬 곡선 차트의 시스템 저항 곡선이 직선이 아닌 포물선으로 나타나는 이유입니다. 실제 인클로저에 있는 팬의 작동 지점은 팬의 압력 대 흐름 곡선과 시스템 저항 곡선의 교차점입니다.

실용적인 팬 선택을 위한 팬 곡선 공기 흐름과 정압 이해

팬 곡선 공기 흐름과 정압을 이해하는 것은 열 관리 및 팬 선택 작업에서 실제로 가장 중요한 기술입니다. 팬 곡선은 가로 축이 CFM(분당 입방 피트) 단위의 공기 흐름 속도를 나타내고 세로 축이 정압을 나타내는 2축 차트입니다. 모든 팬에는 흐름이 0일 때 최대 정압에서 시작하고 흐름이 증가함에 따라 아래쪽으로 곡선을 그리며 정압이 0일 때 최대 자유 공기 흐름에서 끝나는 특성 곡선이 있습니다.

시스템 저항 곡선은 동일한 차트에 겹쳐져 있습니다. 이는 원점(유량 0, 압력 0)에서 시작하여 유량이 증가함에 따라 위쪽으로 곡선을 이룹니다. 두 곡선이 교차하는 지점이 작동 지점, 즉 특정 설치에서 팬이 작동하는 실제 공기 흐름 속도와 정압입니다. 해당 작동 지점을 이동하는 것은 팬 선택 및 열 설계의 핵심 작업입니다.

축형 팬의 경우 배압이 증가하면 팬 곡선이 급격하게 떨어집니다. 이는 실속 압력 지점 근처에서 작동하는 축류 팬이 최대 속도로 회전하고 최대 전력을 소비하더라도 실제 CFM(분당 입방피트)이 거의 전달되지 않음을 의미합니다. 원심 팬의 경우 압력 곡선은 더 넓은 범위의 유량에서 더 평평합니다. 즉, 시스템 임피던스가 증가하더라도 원심 팬이 유용한 공기 흐름을 유지합니다. 곡선 모양의 이러한 차이는 제한된 공간 설계에 원심 팬을 선택하는 핵심적이고 실용적인 이유입니다. 이는 더 많은 최대 정압을 생성할 뿐만 아니라 더 넓은 범위의 작동 조건에서 해당 압력을 유지하기 때문입니다.

대부분의 팬 데이터시트에는 동일한 차트에 전력 곡선과 때로는 잡음 곡선도 포함되어 있습니다. 세 가지를 모두 함께 읽으면 마케팅 요약에 나타나는 낙관적인 자유 공기 수치가 아니라 대상 응용 프로그램의 특정 시스템 임피던스 지점에서 팬이 실제로 제공하는 내용에 대한 완전한 그림을 얻을 수 있습니다. 이 단계를 건너뛰고 순수 공기 CFM(분당 입방피트) 수치만으로 팬 크기를 조정하는 열 엔지니어는 설치된 공기 흐름이 항상 자유 공기 공기 흐름보다 낮기 때문에 빌드가 조립된 후 예상보다 더 뜨겁다는 것을 지속적으로 발견합니다.

축류 팬과 원심 팬의 차이점: 자세히 나란히 보기

축류 팬과 원심 팬의 차이점은 공기 흐름 방향과 압력 성능을 훨씬 넘어서는 것입니다. 전체 차이점을 이해하면 열 관리 엔지니어 또는 제품 설계자는 이전 프로젝트에서 사용한 팬 유형을 기본값으로 설정하지 않고도 자신 있게 팬 선택 결정을 내릴 수 있습니다.

축류 팬과 원심 팬의 차이점 중 종종 간과되는 측면 중 하나는 작동 중 시스템 저항이 변할 때의 동작입니다. 공기 필터가 막힌 서버는 깨끗한 서버보다 팬에 대한 시스템 임피던스가 더 높습니다. 이 상황에서 축형 팬은 공기 흐름을 빠르게 잃고 프로세서 온도가 상승하여 잠재적으로 열 조절 또는 종료를 유발할 수 있습니다. 동일한 상황의 원심 팬은 증가된 저항에 대해 더 많은 공기 흐름을 유지하여 오류 상태에 도달하기 전에 시스템에 더 많은 열 헤드룸을 제공합니다. 다양한 시스템 임피던스에 대한 이러한 견고성은 서버 및 스토리지 OEM이 고밀도 배포에서 원심 팬 모듈을 선호하는 주요 이유입니다.

전자 장치 냉각을 위한 축류 팬과 원심 송풍기: 올바른 유형 선택

전자 장치 냉각을 위한 축류 팬과 원심 송풍기 간의 결정은 열 시뮬레이션이나 프로토타입 테스트가 시작되기 전 초기 설계 단계에서 신속하게 답변할 수 있는 4가지 실질적인 질문으로 귀결됩니다.

1. 공기 흐름 경로에 존재하는 시스템 임피던스는 어느 정도입니까? 구성 요소가 조밀하게 포장된 경우, 필터가 있는 경우, 공기가 길고 좁은 덕트를 통해 이동해야 하는 경우, 미세한 피치 간격의 방열판 배열이 경로에 있는 경우 시스템 임피던스가 높고 원심 팬이 올바른 시작점입니다.
2. 팬이 사용할 수 있는 물리적 높이는 얼마나 됩니까? 1U 랙 서버, 노트북, 태블릿 등 인클로저가 얇은 경우 얇은 슬롯을 통해 공기를 흡입하고 옆으로 배출하는 원심 팬의 기능은 압력 성능에 관계없이 어떤 Axial 팬도 따라올 수 없는 기하학적 이점입니다.
3. 음향 요구 사항은 무엇입니까? 소음이 주요 문제이고 시스템이 낮은 시스템 임피던스로 열려 있는 경우 축류 팬은 필요한 공기 흐름 수준에서 거의 항상 더 조용합니다. 시스템 임피던스가 높으면 축형 팬은 저항을 극복하기 위해 최대 RPM으로 회전하며 적당한 속도로 작동하는 적절한 크기의 원심형 팬보다 소음이 더 큽니다.
4. 단위당 예산은 얼마나 됩니까? 표준 프레임 크기의 축류 팬 장치는 대용량 소비자 제품에 중요한 원심 팬 어셈블리보다 비용이 훨씬 저렴합니다. 신뢰성과 성능이 가장 중요한 산업, 의료 또는 전문 장비의 경우 일반적으로 고품질 원심 팬의 비용 프리미엄이 정당화됩니다.

대형 메시 패널이 있는 데스크탑 컴퓨터 케이스의 경우 전면 흡기 및 후면 배기에 여러 개의 120mm 또는 140mm 축 팬 장치가 거의 보편적으로 정답입니다. 조밀한 PCB 카드 어레이와 팬 직경을 제한하는 얇은 프로파일을 갖춘 1U 랙 서버의 경우 푸시 또는 풀 배열의 고속 원심 팬 모듈 쌍이 올바른 솔루션입니다. 매우 얇은 구리 증기 챔버와 미세 피치 방열판 핀이 있는 노트북의 경우 단일 송풍기 팬이 키보드 아래에서 공기를 끌어와 후면 가장자리로 배출하는 것이 열 및 기하학적 요구 사항을 동시에 물리적으로 충족하는 유일한 구성입니다.

축류 팬과 원심 팬의 소음 수준 비교: 엔지니어와 사용자가 실제로 경험하는 것

축류 팬과 원심 팬의 소음 수준을 비교하려면 자유 공기 개방형 시스템과 설치된 제한된 시스템이라는 두 가지 시나리오를 구별해야 합니다. 자유 공기 개방형 시스템에서는 축류 팬이 낮은 RPM에서 많은 양의 공기를 이동시키고 소음이 회전 속도와 블레이드 팁 속도에 따라 크게 증가하기 때문에 거의 항상 소음 측면에서 승리합니다. 개방형 케이스에서 60CFM(분당 입방피트)을 제공하는 120mm 축형 팬은 일반적으로 25~35dBA를 생성하며 이는 대부분의 소비자 및 사무실 환경에서 조용한 것으로 간주됩니다.

상당한 시스템 임피던스가 있는 설치된 시스템에서는 축류 팬과 원심 팬의 소음 수준 비교가 반대가 됩니다. 배압에 맞서 싸워야 하는 축 팬은 유용한 공기 흐름을 유지하기 위해 최대 RPM까지 가속하고 블레이드 실속과 난기류로 인해 상당한 광대역 소음을 생성합니다. 특징적으로 평평한 압력 곡선을 통해 동일한 저항에 대해 동일한 작업을 수행하는 원심 팬은 RPM당 소음이 축 팬보다 높음에도 불구하고 최대 속도보다 낮은 부분으로 작동하고 총 음향 전력을 더 적게 생성합니다. 제한된 시스템에서 최대 속도의 60~70%로 작동하는 적절하게 선택된 원심 팬은 최대 속도의 95%로 작동하는 축류 팬과 동일한 냉각 CFM(분당 입방피트)을 제공할 수 있으며 대부분의 측정에서 의미 있는 음향 이점을 제공합니다.

원심 팬의 음조 소음 특성은 음향에 민감한 모든 응용 분야에서 별도로 주의를 기울일 가치가 있습니다. 임펠러 블레이드가 스크롤의 고정된 방전 차단을 통과할 때마다 생성되는 톤인 블레이드 통과 주파수는 대부분의 청취자에게 동일한 총 dBA 수준에서 축형 팬의 광대역 히스보다 더 짜증나는 것으로 인식됩니다. 가전 ​​제품, 의료 기기 및 홈 오피스 제품 분야의 열 관리 엔지니어는 적당히 제한된 시스템에서도 바로 이러한 이유로 Axial 팬을 선호하는 경우가 많습니다. 최종 사용자가 덜 인지할 수 있는 소음 대신 약간 더 높은 RPM을 수용하는 것입니다.

높은 기류의 낮은 압력 냉각 팬: 축형 팬이 확실히 정답인 경우

높은 기류의 저압 냉각 팬은 Axial 팬의 자연스러운 영역이며, 이 시나리오에서 다른 것을 지정한다는 것은 더 적은 성능으로 더 많은 비용을 지불한다는 것을 의미합니다. 실제로 낮은 시스템 임피던스를 특징으로 하고 사용 가능한 패널 공간에서 가능한 최대 CFM(분당 입방피트)이 필요한 응용 분야에는 개방형 타워 데스크탑 컴퓨터 케이스, 대형 루버 도어가 있는 통신 실외 캐비닛, 인클로저가 깊고 통풍이 잘되는 산업용 제어 패널 냉각, 서버 랙 사이의 넓은 개방 공간을 통해 공기가 이동하는 데이터 센터 열 레벨 냉각 장치가 포함됩니다.

이러한 높은 공기 흐름 저압 냉각 팬 애플리케이션의 경우 1200~1800RPM의 120mm 또는 140mm 축형 팬이 공기 흐름, 소음, 전력 소비 및 비용 측면에서 최상의 조합을 제공합니다. 동일한 덕트에 2개의 축 팬 장치를 직렬로 쌓으면 약간의 공기 흐름 저하만으로 정압이 대략 두 배로 늘어납니다. 이는 개방형 시스템에 나머지 경로가 다시 열리기 전에 팬이 공기를 밀어 넣어야 하는 조밀한 방열판 핀 스택과 같은 단일 병목 현상이 있는 경우에 유용합니다.

고압 원심 송풍기: 교체할 수 없는 용도

높은 정압 원심 송풍기는 축류 팬 장치가 직렬로 배열된 수에 관계없이 실제로 도달할 수 없는 특정 성능 영역을 차지합니다. 시스템 임피던스가 전체 냉각 경로에 걸쳐 약 0.5~0.8인치 H2O를 초과하는 경우, 고정압 원심 송풍기가 적절한 공기 흐름을 제공하는 유일한 단일 팬 솔루션입니다. 이 기준점은 일반적으로 다음 제품 범주에서 초과됩니다.

• 공기가 매우 작은 단면적을 통해 빠른 속도로 매우 가는 구리 방열판을 통과해야 하는 노트북 컴퓨터. 이 크기의 축류 팬이 제공할 수 없는 정압 수준이 필요함
• 먼지 필터, 광학 엔진 배플 및 램프 냉각 채널이 매우 컴팩트한 인클로저에 복잡하고 저항이 높은 공기 흐름 경로를 생성하는 프로젝터
• 밀봉된 인클로저, 미세 입자 필터, 오염 방지를 위한 장치 내부의 양압 요구 등이 모두 시스템 임피던스를 동시에 증가시키는 의료 진단 장비
• 샘플 라인의 가변 배압에 대해 정의된 유량으로 반응 챔버 또는 센서 셀을 통해 공기를 펌핑해야 하는 산업용 기기 및 분석기
• 라인 카드가 매우 높은 시스템 임피던스를 생성하는 소형 폼 팩터의 네트워킹 스위치 및 라우터 표준 축 팬 모듈에 비해 너무 좁은 섀시

고밀도 서버 랙을 위한 최고의 냉각 팬: 축형 팬 어레이와 원심형 팬 모듈

고밀도 서버 랙에 가장 적합한 냉각 팬을 선택하려면 데스크톱이나 워크스테이션 열 관리에서 요구되지 않는 방식으로 정압, CFM(분당 입방 피트) 단위의 공기 흐름 속도, 물리적 제약, 중복성 및 서비스 가능성의 균형을 맞춰야 합니다. 고밀도 서버 랙은 일반적으로 랙당 20~40kW 이상을 소비합니다. 즉, 공기 흐름 요구 사항은 1U 또는 2U 서버당 수백 CFM(분당 입방 피트)으로 측정되며 이러한 공기 흐름을 구동하는 팬은 전체 데이터 센터에서 가장 스트레스를 많이 받는 구성 요소 중 하나입니다.

1U 랙 서버의 경우 업계에서 가장 널리 사용되는 솔루션은 서버 섀시 후면에 배열된 4~7개의 듀얼 로터 원심 팬 모듈 어레이입니다. 각 모듈은 N + 1 중복성을 위해 독립적으로 제어되고 핫 스왑 가능합니다. 이 모듈은 15,000~25,000RPM으로 회전하는 후방 곡선형 임펠러를 사용하고 조밀하게 로드된 1U 서버가 제공하는 시스템 임피던스 0.8~2.0인치 H2O에 대해 각각 15~30CFM(분당 입방피트)을 제공합니다. 이 직경과 속도의 축류 팬은 이 수준의 배압에 대해 완전히 정지하여 본질적으로 공기 흐름을 제공하지 않습니다.

사용 가능한 팬 직경이 더 많은 2U 이상 서버의 경우 60~80mm 범위의 더 큰 축 팬 장치가 일부 아키텍처에서 실용적이 됩니다. 특히 서버가 시스템 임피던스가 상대적으로 낮은 대형 카드 케이지 개구부를 통해 공기 흐름이 이동하는 개방형 미드플레인 설계를 사용하는 경우 더욱 그렇습니다. 그러나 이러한 경우에도 주요 하이퍼스케일 서버 제조업체는 실제 데이터 센터 운영에서 직면하는 필터 로딩 및 열 조건의 전체 범위에 걸쳐 우수한 성능 안정성으로 인해 대부분의 제품 라인에서 원심 팬 모듈로 전환했습니다.

서버 폼 팩터별 고밀도 서버 랙 요약을 위한 최고의 냉각 팬:

제한된 공간 설계를 위한 원심 팬 선택: 주요 매개변수 및 프로세스

제한된 공간 설계를 위해 원심 팬을 선택하는 것은 일반 팬 선택과 크게 다른 프로세스입니다. 인클로저의 물리적 제약이 종종 순수한 공기 역학적 선호도를 무시하고 엔지니어가 긴밀하게 제한된 솔루션 공간 내에서 최적화해야 하기 때문입니다.

제한된 공간 설계를 위해 원심 팬을 선택할 때 설정해야 하는 첫 번째 매개변수는 사용 가능한 최대 입구 직경입니다. 임펠러 직경이 압력과 흐름 성능 모두를 결정하는 가장 큰 단일 요소이기 때문입니다. 입구 직경이 몇 밀리미터만 늘어나도 원심 팬이 제공할 수 있는 성능이 크게 달라집니다. 사용 가능한 팬 높이가 8mm인 노트북의 경우 선택은 50~65mm 직경의 임펠러로 제한될 수 있으며 전체 열 설계는 해당 크기의 팬이 실제로 달성할 수 있는 정도에 맞춰 구성되어야 합니다.

두 번째 매개변수는 배출 방향과 포트 크기입니다. 원심 팬의 배출은 인클로저의 배출 포트와 일치해야 하기 때문입니다. 대부분의 얇은 노트북 원심 팬 디자인은 인클로저의 한쪽 가장자리를 따라 좁은 슬롯을 통해 방전되며, 스크롤 하우징 구조는 저항을 추가하고 전달되는 공기 흐름을 줄이는 불필요한 구부러짐 없이 방전을 해당 슬롯으로 정확하게 라우팅해야 합니다.

• 팬 카탈로그나 공급업체에 문의하기 전에 임펠러에 사용 가능한 최대 높이와 직경을 정의하세요.
• 일반적인 추정치가 아닌 대상 인클로저의 특정 방열판 및 덕트 경로에 대한 시스템 임피던스를 측정하거나 추정합니다.
• 스크롤 하우징이 엔클로저 레이아웃에서 올바른 방향을 향할 수 있도록 배출 포트 방향과 치수를 확인하십시오.
• 예상 시스템 임피던스 작동 지점에서 팬 곡선을 확인하여 제공된 CFM(분당 입방피트)이 열 관리 요구 사항을 충족하는지 확인하세요.
• 작동 지점의 모터 전력이 호스트 PCB 또는 전원 공급 장치의 열 및 전기 예산 내에 있는지 확인하십시오.
• 제품 사양의 소음 예산에 대해 작동점 속도에서 음향 출력을 확인합니다.

컴퓨터 케이스 냉각을 위한 열 설계 가이드: 팬 선택을 전체 시스템에 통합

컴퓨터 케이스 냉각을 위한 열 설계 가이드에서는 팬을 분리된 구성 요소 결정으로 취급하기보다는 팬 유형 선택, 공기 흐름 경로 설계 및 통합 시스템으로서의 이들 간의 상호 작용을 다루어야 합니다. 잘못 설계된 공기 흐름 경로의 강력한 팬은 실망스러운 결과를 제공하는 반면, 잘 설계된 경로의 적당한 팬은 혼란스럽거나 순환하는 공기 흐름과 싸우는 더 강력한 팬의 열 성능을 초과할 수 있습니다.

데스크탑 ATX 케이스: 표준 축류 팬 접근 방식

메시 전면 패널, 개방형 카드 슬롯 및 후면 배기구가 있는 풀 타워 또는 미드 타워 ATX 케이스는 기본 공기 흐름 경로에서 시스템 임피던스가 낮습니다. 전면에 있는 2개 또는 3개의 120mm 또는 140mm 축류 팬 장치가 차가운 공기를 흡입하고 후면에 있는 1개 또는 2개의 축류 팬 장치와 상단에서 뜨거운 공기를 배출하여 CPU 및 GPU에서 열을 효율적으로 제거하는 전면에서 후면으로의 포지티브 압력 구배를 생성합니다. 이 열 관리 접근 방식은 축 팬 장치가 팬 곡선의 최고 효율 지점 근처에서 작동할 수 있을 만큼 시스템 임피던스가 충분히 낮기 때문에 작동합니다.

소형 폼 팩터 및 Mini ITX 케이스: 송풍기 팬이 필요한 경우

내부 용적이 제한된 소형 폼 팩터 케이스, 최소한의 패널 개구부, 레퍼런스 스타일 송풍기 팬 쿨러가 포함된 GPU는 매우 다른 시스템 임피던스 그림을 나타냅니다. 여기에서 PCB 위에서 공기를 흡입하고 후면 브래킷 슬롯에서 직접 배출하는 원심 팬인 GPU 자체 송풍 팬은 개방형 GPU 쿨러보다 더 나은 열 솔루션인 경우가 많습니다. CPU 냉각 효율성을 감소시키는 밀폐된 볼륨으로 재순환시키는 대신 케이스에서 열을 즉시 제거하기 때문입니다.

모든 폼 팩터를 연결하는 컴퓨터 케이스 냉각 원리에 대한 열 설계 가이드: 먼저 공기 흐름 경로를 설계한 다음 팬 곡선이 필요한 CFM(분당 입방피트) 및 실속 영역에서 멀리 떨어진 지점에서 시스템 저항 곡선과 교차하는 팬을 선택합니다. 정지 근처에서 작동하는 팬은 시끄럽고 비효율적이며 높은 전력 소비에도 불구하고 실제 냉각 성능이 떨어집니다. 최대 유량의 50~70%로 작동하는 팬은 조용하고 효율적이며 부하가 걸려 온도가 상승할 경우 속도를 높일 여유가 있습니다.

축류 팬 대신 송풍기를 사용해야 하는 경우: 실제 결정 요약

축류 팬 대신 송풍기를 사용해야 하는 경우는 궁극적으로 시스템 임피던스와 물리적 기하학적 구조의 조합으로 답을 얻을 수 있으며, 아래 논리를 따르면 모든 열 관리 프로젝트에서 과도한 엔지니어링과 과소 엔지니어링을 모두 방지할 수 있습니다.

다음 조건 중 하나에 해당하는 경우 송풍기 팬 또는 원심 팬을 사용하십시오.

• 공기 흐름 경로가 조밀한 방열판, 미세한 필터 또는 축류 팬이 멈출 수 있는 길고 좁은 덕트를 통과하기 때문에 시스템 임피던스가 0.5인치 H2O를 초과합니다.
• 인클로저가 충분히 얇아서 Axial 팬이 허용 가능한 소음 수준에서 충분한 CFM(분당 입방피트)을 제공하기에는 사용 가능한 팬 직경이 너무 작습니다.
• 노트북 가장자리를 따라 또는 그래픽 카드의 후면 브래킷을 통과하는 등 인클로저의 특정 배기구 쪽으로 공기 흐름을 유도하려면 배출 방향을 흡입 방향에서 변경해야 합니다.
• 시스템 전원을 끄지 않고도 고장난 팬을 교체할 수 있어야 하는 서버 또는 통신 애플리케이션에는 이중화 및 핫스왑 서비스 가능성이 필요합니다.

다음 조건 중 하나라도 해당되면 축류 팬을 사용하십시오.

• 인클로저의 통풍이 잘되고 공기 흐름 경로가 조밀한 장애물 없이 열려 있으므로 시스템 임피던스가 낮습니다.
• 조용한 홈 오피스나 소비자 오디오 환경과 같이 소음 단위당 가능한 가장 높은 CFM(분당 입방 피트)이 필요합니다.
• 팬당 단가가 주요 고려 사항이며 시스템 설계는 표준 축형 팬 프레임 크기에 필요한 더 큰 패널 컷아웃을 수용할 수 있습니다.
• 여러 팬이 대형 패널에 병렬로 배치되어 랙 인클로저 전면 도어 또는 벽걸이 통신 캐비닛과 같이 넓은 영역에 걸쳐 전체 공기 흐름을 극대화합니다.

축류 팬 대신 송풍기를 사용해야 하는 경우에 대한 대답은 항상 시스템 임피던스에 뿌리를 두고 있습니다. 즉, 공기 흐름 경로의 저항을 측정하거나 추정하고 이를 각 후보의 팬 곡선에 플롯하면 각 곡선의 작동 지점이 어디에 있는지에 따라 올바른 선택이 분명해집니다. 심각한 열 관리 엔지니어링 프로세스에서 이 단계를 대체할 수 있는 경험 법칙은 없습니다.

자주 묻는 질문

원심팬에 비해 축류팬을 사용하면 어떤 이점이 있나요?

축류팬을 사용하면 어떤 이점이 있나요? 주요 장점은 팬의 물리적 프레임 크기에 비해 높은 CFM(분당 입방 피트)의 공기 흐름 속도, 스크롤 하우징 없이 평면 패널에 직접 맞는 얇은 축 프로필, 개방형 시스템의 동일한 공기 흐름에서 더 낮은 소음, 낮은 단가 및 25mm에서 250mm까지의 표준 크기에서 더 넓은 가용성입니다. 이러한 장점으로 인해 Axial 팬은 모든 개방형, 낮은 시스템 임피던스 냉각 애플리케이션에 대한 주요 선택이 되었습니다.

원심팬이 축팬보다 더 강력합니까?

원심 팬이 더 강력합니까? 정압 기능 측면에서 보면 그렇습니다. 높은 정압 원심 송풍기는 비슷한 크기의 축류 팬보다 최대 정압의 5~10배를 생성할 수 있습니다. CFM(분당 입방 피트) 단위의 자유 공기 기류 속도 측면에서 축 팬 장치는 일반적으로 주어진 프레임 직경 및 전력 입력에 대해 더 많은 것을 제공합니다. 어느 쪽이 더 강력한지는 전적으로 애플리케이션이 요구하는 바에 따라 달라집니다.

원심 팬은 축 팬과 어떻게 다르게 작동합니까?

원심 팬은 어떻게 작동합니까? 이는 회전하는 임펠러의 중심으로 공기를 축 방향으로 끌어들인 다음 원심력을 사용하여 해당 공기를 반경 방향 바깥쪽으로 흘려보내 운동 에너지를 스크롤 하우징 내부의 정압으로 변환한 후 입구로 90도 각도로 배출합니다. 축류 팬은 샤프트 회전과 동일한 방향으로 공기를 직선으로 이동시켜 최소한의 압력 변환으로 CFM(분당 입방피트) 단위의 공기 흐름 속도를 생성합니다.

축류 팬의 공기 흐름 방향은 무엇입니까?

축류 팬의 공기 흐름 방향은 회전축과 평행합니다. 공기는 축 방향으로 회전하는 블레이드의 면으로 들어가고 동일한 축 방향의 반대쪽 면에서 나옵니다. 이 직선형 흐름 경로는 축류 팬을 평면 패널 컷아웃 및 인라인 덕트 섹션에 쉽게 통합할 수 있도록 하는 정의적인 특성입니다.

팬 곡선을 이해하기 위한 축류 팬과 원심 팬의 주요 차이점은 무엇입니까?

팬 곡선 공기 흐름과 정압을 이해하면 가장 중요한 실질적인 차이가 드러납니다. 즉, 배압이 상승함에 따라 축 팬의 곡선이 급격하게 떨어지며, 이는 전달된 CFM(분당 입방 피트)이 시스템 임피던스가 증가함에 따라 급격하게 떨어진다는 의미입니다. 원심 팬의 곡선은 훨씬 더 평평하여 더 넓은 배압 범위에서 유용한 공기 흐름을 유지합니다. 최대 압력이나 최대 흐름 수가 아닌 이 곡선 모양의 차이가 실제 설치된 응용 분야에서 축류 팬과 원심 팬의 차이를 결정하는 요인입니다.

고밀도 서버 랙에 가장 적합한 냉각 팬은 무엇입니까?

1U 폼 팩터의 고밀도 서버 랙을 위한 최고의 냉각 팬은 N + 1 핫 스왑 배열로 배포된 15,000~25,000RPM에서 실행되는 역방향 곡선형 원심 팬 모듈 어레이입니다. 이는 밀도가 높은 로드 1U 서버에서 일반적으로 발생하는 0.8~2.0인치 H2O의 시스템 임피던스에 대해 각각 15~30 CFM(분당 입방피트)을 제공합니다. 이는 유사한 직경의 축 팬 장치가 일치할 수 없는 정압 수준입니다.

전자제품 냉각 시 축류 팬 대신 송풍기를 사용해야 하는 경우는 언제입니까?

축류 팬 대신 송풍기를 사용하는 경우: 시스템 임피던스가 약 0.5인치 H2O를 초과하거나, 인클로저가 적절한 직경의 축류 팬에 비해 너무 얇거나, 공기 흐름을 특정 슬롯이나 포트를 통해 나가기 위해 90도로 방향을 바꿔야 하는 경우 송풍기 팬을 선택합니다. 시스템 임피던스가 낮을 때 축류 팬을 사용하십시오. 소음 단위당 최대 자유 공기 CFM(분당 입방 피트)이 우선이며 비용이 주요 제약 조건입니다.

시스템 임피던스는 축형과 원심형 사이의 팬 선택에 어떤 영향을 줍니까?

시스템 임피던스는 공기 흐름 경로가 팬에 제공하는 총 저항입니다. 시스템 임피던스가 상승함에 따라 축류 팬은 팬 곡선이 가파르기 때문에 전달된 CFM(분당 입방 피트)이 급격히 손실되는 반면, 원심 팬은 곡선이 더 평평하기 때문에 더 많은 공기 흐름을 유지합니다. 따라서 팬 선택은 다른 매개변수를 고려하기 전에 시스템 임피던스를 측정 또는 추정하고 이를 올바른 팬 유형과 일치시키는 것부터 시작됩니다.

축류 팬과 원심 팬의 소음 수준 비교는 실제로 어떻게 작동합니까?

개방형 낮은 시스템 임피던스 시스템에서 소음 수준 비교 축형 팬과 원심형 팬은 낮은 RPM 및 낮은 dBA에서 큰 CFM(분당 입방피트)을 제공하기 때문에 축형 팬을 선호합니다. 제한된 높은 시스템 임피던스 시스템에서는 축류 팬이 배압에 대해 최대 RPM에 도달해야 하는 반면 원심 팬은 더 낮은 속도에서 동일한 열 부하를 처리하기 때문에 비교가 반대가 됩니다. 원심 팬은 또한 많은 청취자가 동일한 총 dBA 수준에서 광대역 축 팬 소음보다 더 짜증나는 음조 블레이드 통과 소음 특성을 가지고 있습니다.

제한된 공간 설계를 위한 원심 팬을 선택하는 주요 단계는 무엇입니까?

제한된 공간 설계를 위한 원심 팬 선택에는 5가지 핵심 단계가 포함됩니다. 먼저 인클로저 내에서 사용 가능한 최대 높이와 ​​흡입구 직경을 측정합니다. 둘째, 특정 방열판 및 덕트 경로에 대한 시스템 임피던스를 추정합니다. 셋째, 배출 방향과 포트 치수를 확인하여 스크롤 하우징 방향이 인클로저 레이아웃에 맞는지 확인합니다. 넷째, 계산된 시스템 임피던스 작동 지점에서 팬 곡선을 확인하여 제공된 CFM(분당 입방피트)이 열 관리 요구 사항을 충족하는지 확인합니다. 다섯째, 제품 소음 사양을 기준으로 작동 속도에서의 음향 출력을 확인합니다.