无风扇工控机设计及其工作原理

随着工业4.0和边缘计算的兴起，越来越多的制造企业在工厂集成智能机器，这就增加了对耐用工业计算机的需求，即使在最恶劣的条件下也能做出反应。一个经常被忽视的常见设计是对抗宽热温度的能力，保证在恶劣的工业环境中机器能够实现全天候运行的最有效可靠性。

因此，在坚固的工业部署中，有两种主要的设计原则以被动或主动冷却为特色，用于消散计算机的有害热量。

什么是主动冷却？

主动冷却依靠内部风扇迫使空气或热电冷却器（TEC）通过计算机组件来管理热水平。简单的说就是风扇型计算机，从工程的角度来看，扇形计算机更容易实现散热，但有几个设计缺陷，通常不适合工业应用：

噪音污染：内部风扇涉及到移动部件，这些部件可能会松动并在电脑框架上振动。这可能会堵塞通风口并产生更多的热量，导致你的风扇工作得比它应该工作的更努力。因此，随着风扇继续加班，风扇产生的噪音会逐渐变得越来越大。

颗粒物污染：与无风扇设计不同，风扇式计算机需要通风才能使气流顺畅，这暴露了颗粒物污染的风险。当风扇向内吹时，它不仅携带冷空气，还携带空气中任何潜在的灰尘或碎屑。随着时间的推移，碎片的堆积会导致通风口堵塞，可能会损坏电气部件，并导致计算机最终冻结、阻塞和关闭。

什么是被动冷却？它是如何应用于工业计算机的？

被动冷却是一种通过构造设计和散热器实现高水平自然空气对流和散热的方法。例如，大多数工业计算机的外部机箱充当坚固的散热器，为关键部件传递热量。这种设计理念为可能不适合风扇形计算机，在工业应用环境中无风扇计算机更容易满足，例如：

静音操作：电脑发出的大部分噪音都是由风扇产生的。取出风扇，你就会完全静音，因为对流迫使冷空气通过散热器来保持热阈值。这就创造了一台能够在会议室、医院和其他噪音敏感场所运行的计算机。

导热性：无风扇计算机使用机箱上的金属散热片等建筑技术来帮助消散处理器和存储驱动器等计算组件的热量。这有助于增加表面积并最大限度地散热，同时将计算机保持在安全的温度范围内，即使在极端较宽的温度下也是如此。

更少的停机时间：坚固的嵌入式计算机深深地埋在更大系统的框架中，因此必须更换重要组件是不理想的。当风扇出现机械问题或故障时，需要立即注意，因为您有超过热阈值的风险。这对计算机的稳定性和健康极为不利，甚至可能永久损坏组件，导致关键操作停机。

更长的使用寿命：减少移动部件的数量使计算机不太容易受到碎片、冲击或振动引起的机械故障的影响。更好地防止污染，否则会导致系统关闭，这将防止收入和生产力的损失。

由于移动部件和风扇通常是故障点的罪魁祸首，因此工业嵌入式计算机通常首选被动冷却或无风扇设计。被动冷却设计的主要好处是能够消除移动的风扇，但最终能够控制灰尘和颗粒物的侵入水平，从而防止不必要的硬件故障。“无风扇设计”的概念在经常暴露于碎片、灰尘或其他有害污染的工业和坚固应用中变得非常流行。工业计算机的主要目标是最大限度地减少移动部件的数量，这反过来又提高了计算机的可靠性和寿命，尤其是在易发生振动和冲击的部署中。