電子設(shè)備強(qiáng)迫風(fēng)冷設(shè)計(jì)指南

第16頁(yè)共16頁(yè)電子設(shè)備強(qiáng)迫風(fēng)冷設(shè)計(jì)指南目錄TOC\o"1-2"\h\z1. 相關(guān)知識(shí) 32. 溫升的要求 33. 風(fēng)機(jī)的選擇和使用 33.1. 系統(tǒng)需求的風(fēng)量大致計(jì)算方法 33.2. 風(fēng)機(jī)的選擇 33.3. 風(fēng)機(jī)的功率、效率和特性曲線 43.4. 系統(tǒng)阻力特性與風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)的確定 43.5. 風(fēng)機(jī)的串連和并聯(lián)使用 53.6. 風(fēng)機(jī)的噪聲 63.7. 風(fēng)機(jī)的安裝位置 84. 結(jié)構(gòu)因素對(duì)風(fēng)冷效果的影響 114.1. 開(kāi)孔設(shè)計(jì) 114.2. 常見(jiàn)的開(kāi)孔模式 124.3. 外殼出風(fēng)口的設(shè)計(jì) 124.4. 風(fēng)機(jī)的位置 134.5. 風(fēng)道的結(jié)構(gòu)形式 134.6. 元件的排列與走線 154.7. 熱源的位置 154.8. 漏風(fēng)的影響 15

相關(guān)知識(shí)強(qiáng)迫風(fēng)冷是利用風(fēng)機(jī)驅(qū)使工作的氣流經(jīng)過(guò)發(fā)熱表面，把熱量帶走的一種冷卻方法，氣流的速度越高，帶走的熱量越多，電子設(shè)備中，強(qiáng)迫風(fēng)冷的散熱能力要比自然散熱的能力大10倍左右。流體在流動(dòng)時(shí)，不一定是先向距離近的方向流動(dòng)，而是先向流動(dòng)阻力小的方向流動(dòng)。溫升的要求根據(jù)IEC的要求:在正常使用時(shí)（環(huán)境溫度為35度），可能與患者短時(shí)間接觸的設(shè)備部件，其表面最高溫度不超過(guò)50度。根據(jù)東芝的要求:在正常使用時(shí)（環(huán)境溫度為35度），機(jī)箱內(nèi)空氣的最高溫升不允許超過(guò)15度。FDA的要求：在環(huán)境溫度35℃條件下，工作中產(chǎn)品的可觸摸表面溫度不得超過(guò)50℃。如果同病人接觸，則不得超過(guò)41℃。如果超過(guò)41℃，則必須進(jìn)行科學(xué)的解釋?zhuān)⑻峁?shù)據(jù)以證明不會(huì)危及病人安全。風(fēng)機(jī)的選擇和使用系統(tǒng)需求的風(fēng)量大致計(jì)算方法測(cè)定設(shè)備的規(guī)格和工作條件：－V:整個(gè)系統(tǒng)所產(chǎn)生的總熱量（W）=100(W)－?T:系統(tǒng)內(nèi)部溫度上升（K）=15度計(jì)算冷卻所需的空氣流量：－Q’：馬達(dá)的空氣流量（m3/min）－Q’：=V/(20?T)=100/20*15=0.33（m3/min）選用風(fēng)扇：－Q:最大空氣流量（m3/min）：Q’=Q*2/3－Q:=Q’*3/2=0.33*3/2=0.5（m3/min）確認(rèn)所選用的風(fēng)扇是否正確。風(fēng)機(jī)的選擇軸流式風(fēng)機(jī)就是空氣進(jìn)出口的流動(dòng)方向與葉輪軸線平行，其特點(diǎn)是風(fēng)量大，風(fēng)壓小，軸流式風(fēng)機(jī)可以裝在而不改變氣風(fēng)道中氣流的方向，根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式可分為：螺旋漿式：普通的電風(fēng)扇或排氣扇就是這種類(lèi)型。一般用于空氣循環(huán)裝置。園筒式：其特點(diǎn)是螺旋漿形葉輪的外面有圓筒，其葉尖漏損小，效率較高。導(dǎo)頁(yè)式：其結(jié)構(gòu)與圓筒式的相同，僅在出口或進(jìn)口處加裝導(dǎo)風(fēng)葉。用以引導(dǎo)氣流，減少渦流損失，此種風(fēng)扇效率高，靜壓效率一般可達(dá)95％。圓筒式和導(dǎo)頁(yè)式風(fēng)機(jī)用于中，低系統(tǒng)阻力并且要求提供較大空氣流量的電子設(shè)備的冷卻，當(dāng)電機(jī)用400Hz電源時(shí)，由于電機(jī)轉(zhuǎn)速高，軸流式風(fēng)機(jī)的性能有較大的提高。但這種小型高速的風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的噪聲大（一般在我公司不推薦使用）。選擇風(fēng)機(jī)時(shí)，應(yīng)考慮的因素包括：風(fēng)量,風(fēng)壓,效率，空氣流速，系統(tǒng)或風(fēng)道的阻力特性，應(yīng)用環(huán)境條件，噪聲，以及體積，重量等，其中風(fēng)量和風(fēng)壓是主要參數(shù)，對(duì)于我公司生產(chǎn)的設(shè)備，要求風(fēng)量大，風(fēng)壓低，一般要采用軸流式風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)的類(lèi)型確定后，再根據(jù)工作點(diǎn)來(lái)選擇具體的型號(hào)和尺寸。風(fēng)機(jī)在工作時(shí)的噪音應(yīng)控制在一定的范圍，以免影響到人員的正常工作。選擇風(fēng)機(jī)時(shí)，盡量用轉(zhuǎn)速較低的風(fēng)扇，可減少氣流的沖擊，降低噪聲。風(fēng)機(jī)的功率、效率和特性曲線當(dāng)不計(jì)一切的損失時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)風(fēng)機(jī)的空氣所做的功，稱(chēng)為空氣的理論功率，也就是風(fēng)機(jī)的動(dòng)力輸出，風(fēng)機(jī)的動(dòng)力輸入稱(chēng)為風(fēng)機(jī)的軸功率，風(fēng)機(jī)的動(dòng)力輸出與動(dòng)力輸入的比值稱(chēng)為風(fēng)機(jī)的效率。風(fēng)機(jī)特性曲線是指風(fēng)機(jī)在某一固定的轉(zhuǎn)速下工作時(shí)，靜壓，效率，和功率隨風(fēng)而變化的關(guān)系曲線，一般以風(fēng)量為橫坐標(biāo)，壓力，功率或效率為縱坐標(biāo)。當(dāng)風(fēng)機(jī)出口封閉時(shí)，沒(méi)有氣流，（風(fēng)量為零，）靜壓最大，當(dāng)風(fēng)機(jī)不與任何風(fēng)道相聯(lián)時(shí)，其靜壓為零，而風(fēng)量達(dá)到最大，在這兩個(gè)極點(diǎn)間有一點(diǎn)的效率最高，風(fēng)機(jī)在效率最高的點(diǎn)附近工作時(shí)，功率消耗最小。這就需要選擇最佳風(fēng)機(jī)，以便滿足空氣流量和靜壓的要求。系統(tǒng)阻力特性與風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)的確定風(fēng)機(jī)的總壓力是用來(lái)克服系統(tǒng)（或通風(fēng)管道）的阻力,并在出口處形成一定的速度頭，系統(tǒng)（或通風(fēng)管道）的阻力曲線是通風(fēng)冷卻系統(tǒng)的靜壓與空氣流量的特性曲線，與流量的平方成正比。下圖中1,2，3分別代表不同風(fēng)道的特性曲線（1＃曲線表明系統(tǒng)風(fēng)道的阻力最大，3＃最小，設(shè)計(jì)要讓系統(tǒng)的阻力盡量?。?，風(fēng)道的特性曲線與通風(fēng)機(jī)的特性曲線的交點(diǎn)就是這個(gè)通風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)。為了保證足夠的風(fēng)量，在選擇風(fēng)機(jī)時(shí)，應(yīng)有一定的余量。風(fēng)機(jī)的串連和并聯(lián)使用所選風(fēng)機(jī)的風(fēng)量或風(fēng)壓不能滿足要求時(shí)，可以采用串聯(lián)或并聯(lián)的方式來(lái)滿足要求。風(fēng)機(jī)的串聯(lián)使用當(dāng)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量能滿足要求，而風(fēng)壓不夠時(shí)，可采用兩只通風(fēng)機(jī)串聯(lián)使用，以提高其工作壓力，風(fēng)機(jī)串聯(lián)時(shí)，其工作特性曲線發(fā)生變化，風(fēng)量基本上不變（略有增加），而風(fēng)壓倍增，當(dāng)風(fēng)道曲線比較陡時(shí)，也就是說(shuō)，風(fēng)道的阻力比較大時(shí)，可采用串聯(lián)形式。風(fēng)機(jī)的并聯(lián)使用風(fēng)機(jī)并聯(lián)使用時(shí)，其風(fēng)壓比單個(gè)的風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓稍有提高，而總的風(fēng)量是各風(fēng)機(jī)風(fēng)量的和，當(dāng)風(fēng)道曲線較平坦，需加大風(fēng)量時(shí)，可采用并聯(lián)系統(tǒng)，并聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)是氣流路徑短，阻力損失小。氣流分布比較均衡，但效率低。風(fēng)機(jī)的噪聲DigiQlo的噪聲要求：離機(jī)器的前面把手0.5米，離地面1米，噪聲不大于45dB；離機(jī)器的后面1米，離地面1米，噪聲不大于50dB。風(fēng)機(jī)安裝對(duì)噪聲的影響在選擇電子設(shè)備冷卻的風(fēng)機(jī)時(shí)，噪聲是應(yīng)重點(diǎn)考慮的因素之一。噪聲的大小與風(fēng)機(jī)安裝方法有較大的關(guān)系，從風(fēng)機(jī)抽出來(lái)的風(fēng)如果沖擊到帶孔的鈑金件或塑膠件上時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲。對(duì)于DigiQloI/0背板上D08T-12PG安裝如下圖：當(dāng)風(fēng)扇分別懸空0mm,4mm,10mm時(shí)，測(cè)得的機(jī)器的噪聲如下表（測(cè)量機(jī)器的后面，大約距地面，距機(jī)器各1m。地點(diǎn)在邁瑞一樓多功能廳，正常上班時(shí)間）：風(fēng)扇懸空距離對(duì)應(yīng)噪聲有后殼無(wú)后殼10mm47.3dB4mm46.8dB0mm45.6dB45.6dB46.2dB從上表可以看出，該種安裝方式，當(dāng)風(fēng)扇懸空時(shí)，在風(fēng)扇與鈑金件之間加墊片，（懸空的高度在0－10mm），噪聲會(huì)加大。且有塑膠外殼罩住時(shí)，噪聲會(huì)有所減小。當(dāng)風(fēng)扇用另外一種安裝方式，如2300的出風(fēng)設(shè)計(jì)，風(fēng)扇固定在鈑金件上，向外抽風(fēng)，如下圖：當(dāng)風(fēng)扇懸空時(shí)，在風(fēng)扇與鈑金件之間加墊片，（懸空的高度在0－10mm）。測(cè)得數(shù)據(jù)如下表格所示：當(dāng)間距在0-4mm之間時(shí)，噪聲會(huì)減小，但再增大間距，噪聲變化不明顯。風(fēng)扇懸空距離0mm2mm4mm6mm8mm對(duì)應(yīng)噪聲49.7dB45.7dB38.3dB39.6dB39.7dB另外，在出風(fēng)口加尼龍布防塵網(wǎng)，也會(huì)對(duì)噪聲有減小。下圖PM-9000上的風(fēng)扇安裝，當(dāng)把后殼上出風(fēng)口筋內(nèi)側(cè)修大約R0.8時(shí)，離出風(fēng)口約20cm時(shí)測(cè)噪聲，結(jié)果是有R0.8比沒(méi)有R要小約2Db.（地點(diǎn)時(shí)間同上）倒圓角R0.8倒圓角R0.8噪聲的評(píng)估測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)東芝便攜式B超的噪聲從聲強(qiáng)上比2300低一點(diǎn),但是實(shí)際感覺(jué)2300卻刺耳的多,感覺(jué)上是2300的噪音頻率比東芝的要高,由于人耳對(duì)噪音的感覺(jué)不單是聲強(qiáng)決定的,和聲音的頻率也有很大關(guān)系,所以降低2300發(fā)出噪聲的頻率對(duì)此問(wèn)題會(huì)有改善作用風(fēng)機(jī)的安裝位置根據(jù)東芝在這方面的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，風(fēng)機(jī)的安裝非常講究：外殼進(jìn)風(fēng)孔（或出風(fēng)孔）的總面積要不小于風(fēng)機(jī)總的通風(fēng)面積。風(fēng)機(jī)不論是抽風(fēng)還是鼓風(fēng)，安裝時(shí)都最好不要直接貼裝在開(kāi)孔的鈑金上，因?yàn)檫@樣會(huì)出現(xiàn)較陡的風(fēng)道特性曲線。單位時(shí)間的通風(fēng)量會(huì)比預(yù)計(jì)的通風(fēng)量減少，對(duì)散熱不利。最好的是把風(fēng)扇懸空，不論是出風(fēng)口還是進(jìn)風(fēng)口，都在外面加開(kāi)孔的屏蔽罩，并且開(kāi)孔面積不小于風(fēng)扇的通風(fēng)面積，屏蔽罩離通風(fēng)機(jī)有8－10mm的距離。這樣保證風(fēng)機(jī)是工作在風(fēng)道阻力最小的點(diǎn)上，單位時(shí)間內(nèi)的通風(fēng)量最大。散熱最好。DigiQlo的進(jìn)風(fēng)組件,風(fēng)扇懸空如圖 上圖是DigiQlo的進(jìn)風(fēng)組件，其風(fēng)扇罩離風(fēng)扇10mm。上圖是DigiQlo出風(fēng)組件，其風(fēng)扇罩離風(fēng)扇8.5mm。另外，如果在安裝空間上如果確有問(wèn)題，也可以用如下的安裝方法讓風(fēng)扇懸空4-6mm。（在風(fēng)扇與鈑金件間加一墊片）根據(jù)邁瑞在鴻基公司做的試驗(yàn)，風(fēng)扇安裝在開(kāi)孔的鈑金表面（鈑金件孔徑D=4mm,孔中心距為5mm)，懸空4.5-6mm或10mm時(shí)，風(fēng)量與靜壓的關(guān)系曲線如下圖。風(fēng)扇P1124010H安裝在不同位置時(shí)的特性曲線風(fēng)扇D08T-12PH安裝在不同位置時(shí)的特性曲線由上圖可以看出，兩款風(fēng)扇的出風(fēng)量都與安裝形式有較大的關(guān)系，風(fēng)扇懸空4-10mm時(shí)，通風(fēng)量有較大改善。結(jié)構(gòu)因素對(duì)風(fēng)冷效果的影響開(kāi)孔設(shè)計(jì)開(kāi)孔區(qū)域最大化的優(yōu)點(diǎn)：開(kāi)孔區(qū)域的最大化可以減低所需氣流的速度和壓力。開(kāi)孔率（FAR）：開(kāi)孔的面積/全部的面積，建議鈑金件設(shè)計(jì)安裝風(fēng)扇時(shí)，開(kāi)孔率設(shè)計(jì)在60％以上。常見(jiàn)的開(kāi)孔模式如下所示：80％的開(kāi)孔率和56％的開(kāi)孔率比較，對(duì)氣流的阻力減小88％。外殼出風(fēng)口的設(shè)計(jì)外殼出風(fēng)口的設(shè)計(jì)要注意以下幾點(diǎn)：避免有氣流的瓶頸，出風(fēng)口的面積和入風(fēng)口的面積以及風(fēng)扇的有效面積相當(dāng)。減少轉(zhuǎn)交和較平滑的轉(zhuǎn)交設(shè)計(jì)對(duì)氣流有較小的阻力。出風(fēng)口要設(shè)計(jì)和加工得比較圓滑，沒(méi)有毛刺，可減少氣流的沖擊產(chǎn)生噪聲。風(fēng)機(jī)的位置強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻時(shí)，氣流的方向及風(fēng)機(jī)的位置都將影響冷卻效果，常用的有如下幾種方法：軸流式吹風(fēng)系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)位于冷空氣的入口處，把冷空氣直接吹入機(jī)箱內(nèi)，可以提高機(jī)箱內(nèi)的空氣壓力，并產(chǎn)生一定的渦流，改善換熱性能，通常當(dāng)熱源較集中，并且吹風(fēng)可以直接吹向熱源時(shí)，可用吹風(fēng)系統(tǒng)冷卻（太空的一款電源盒就是這種形式）。但是，在吹風(fēng)系統(tǒng)中，風(fēng)機(jī)的電機(jī)的熱量也被冷空氣帶入機(jī)箱，影響散熱效果。好處是便于設(shè)計(jì)防塵。軸流式抽風(fēng)系統(tǒng)，是從機(jī)箱內(nèi)抽出受熱的空氣，將在機(jī)箱內(nèi)減小內(nèi)部的空氣壓力，風(fēng)機(jī)電機(jī)的熱量不會(huì)進(jìn)入機(jī)箱，而且還可從機(jī)箱的其他縫隙中抽入一部分冷空氣，以提高冷卻效果。（我公司的監(jiān)護(hù)產(chǎn)品都是這種冷卻形式）軸流式吹風(fēng)系統(tǒng)與軸流式抽風(fēng)系統(tǒng)并用，或同時(shí)還有多級(jí)風(fēng)扇串聯(lián)，由于機(jī)箱內(nèi)的系統(tǒng)阻力太大，或風(fēng)道太長(zhǎng)，單是抽風(fēng)或吹風(fēng)不能滿足要求。如我公司的推車(chē)式B超系統(tǒng)就是這種散熱方式。不論有無(wú)縫隙時(shí)，抽風(fēng)的冷確效果比吹風(fēng)好。風(fēng)道的結(jié)構(gòu)形式合理地組織氣流沿預(yù)定的流道流動(dòng)，稱(chēng)為風(fēng)道設(shè)計(jì)，應(yīng)注意一下幾個(gè)方面：射流式風(fēng)道－風(fēng)機(jī)輸出來(lái)的氣流不與固定的邊界相接觸，以自由的擴(kuò)散的形式對(duì)發(fā)熱單元進(jìn)行冷卻，這種風(fēng)道的冷卻效果差，能源消耗大。具有平行風(fēng)道的冷卻系統(tǒng)，要求有氣流進(jìn)入機(jī)箱后形成高的靜壓（機(jī)箱內(nèi)的某點(diǎn)的空氣壓力）和低的動(dòng)壓（機(jī)箱內(nèi)兩點(diǎn)間空氣流動(dòng)的壓力損失），以便提高冷卻效果，降低出口和彎曲處的壓力損失，如果機(jī)箱比較長(zhǎng)，功率較大，而風(fēng)道截面不增加時(shí)，則必須增加冷卻空氣的流速,如圖(a)所示的結(jié)構(gòu)，上下風(fēng)道截面不變時(shí)，氣體流到下風(fēng)道叉口處膨脹，壓力上升，而且可能出現(xiàn)下風(fēng)道口的壓力大于上風(fēng)道口的壓力，將導(dǎo)致氣流回流，為了防止氣流回流，進(jìn)口風(fēng)道的截面積應(yīng)大于各部分支風(fēng)道的截面積的總和。如圖（b）所示，采用錐形風(fēng)道時(shí)，可使上主風(fēng)道中任一點(diǎn)的截面積大于支風(fēng)道的截面積。進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口的面積也不要小于通風(fēng)機(jī)的最大通風(fēng)面積。否則會(huì)產(chǎn)生較大的阻力，也就是說(shuō)，系統(tǒng)的阻力特性曲線會(huì)越陡，單位時(shí)間內(nèi)的通風(fēng)量會(huì)越小，對(duì)散熱越不利。另外，特別注意要讓冷卻空氣從熱源中流過(guò)，防止氣流短路。風(fēng)道布置的注意事項(xiàng)：風(fēng)道要短而直，拐彎要少，必須采用拐彎時(shí)，盡量加大拐彎的半徑，以減少局部的壓力損失。在結(jié)構(gòu)尺寸不受影響時(shí)，增大風(fēng)道面積可減小壓力損失，同時(shí)可降低風(fēng)機(jī)的噪聲。當(dāng)風(fēng)道進(jìn)口需要安裝防塵網(wǎng)時(shí)，在防塵的效果和流體阻力之間要權(quán)衡，同時(shí)防塵網(wǎng)要在系統(tǒng)外面可拆洗，以保證能定時(shí)清潔防塵網(wǎng)，防止陼塞網(wǎng)眼。（東芝推薦DigiQlo的防塵網(wǎng)為線徑0.15mm，每平方厘米60目的不繡鋼網(wǎng)），特別注意的是：加了防塵網(wǎng)會(huì)減小實(shí)際的通風(fēng)面積，但此時(shí)實(shí)際的通風(fēng)面積仍不能小于風(fēng)機(jī)的有效通風(fēng)面積。系統(tǒng)的進(jìn)出風(fēng)口盡量遠(yuǎn)離，避免出現(xiàn)熱空氣的循環(huán)。元件的排列與走線為了提高冷卻效果，在冷卻氣流流速不大的情況下,元件應(yīng)按叉排列方式，這樣可以提高氣流的紊流程度，增強(qiáng)散熱能力，如DigiQlo的放大板上，發(fā)熱的器件在PCB的兩面同一位置從上到下一線排列，導(dǎo)致在該板的U22處的溫度極高。內(nèi)部走線不要擋住風(fēng)路；大的元器件如散熱器，變壓器等盡量避免布在風(fēng)路上。對(duì)于超聲系統(tǒng)，盡量使板卡垂直安裝，且板卡間距大于25MM熱源的位置由發(fā)熱元件組成發(fā)熱區(qū)的中心線，應(yīng)與入風(fēng)口的中心線相一致或稍低于入風(fēng)口的中心線，這樣可使電子機(jī)箱內(nèi)受熱而上升的熱空氣由冷空氣迅速帶走，并直接冷卻發(fā)熱元件，分層的大型電子設(shè)備，可將耐熱性好的熱源放在冷卻氣流的下游，耐熱性差的熱源插箱放在冷卻氣流的上游。漏風(fēng)的影響大型的機(jī)柜在強(qiáng)迫風(fēng)冷時(shí)，機(jī)柜縫隙的漏風(fēng)，將直接影響到散熱效果，下圖中（a）是密不透風(fēng)的情況，風(fēng)機(jī)位置對(duì)通風(fēng)冷卻效果沒(méi)有影響，沿機(jī)柜高度方向任一個(gè)發(fā)熱區(qū)段面，風(fēng)量基本相同