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対流とエアフロー

対流は、空気流による熱転移です。ドライヤ、プリンタチャンバ、加熱フィルタ、またはiHeaterのようなデバイスでは、空気は熱が必要な場所に到達するかどうかをしばしば決定します。

ヒータ自体は、電力をのみ熱に変換します。ファンとエアダクトは、この熱が チャンバ全体に均等に分散されるか、小さな危険なホットスポットのままであるかを決定します。

1つのヒータの3つのモード

同じ100 Wヒータはまったく異なる方法で動作することができます。

対流セル：温かい空気は上昇し、冷たい空気は落ちる

出典：Wikimedia Commons、McSush、CC BY-SA 3.0

エアフローなし：

  • ヒータは局所ゾーンで強く加熱される
  • 近くの空気は加熱されるが、ほとんど混合しない
  • チャンバの遠い部分は冷たいままの可能性がある
  • プラスチック、端子、または断熱は付近で過熱される可能性がある
  • 温度センサはヒータで何が起こるかを表示しない可能性がある

弱いまたは不適切なエアフロー：

  • ある程度の熱はチャンバに入ります
  • 混合が発生する
  • しかしフローはヒータをバイパスする可能性がある
  • フィルタ、スクリーン、または狭いチャネルは大幅にエアフロー低減する可能性がある
  • ホットスポットはまだ存在する

通常のフロー：

  • 空気はホットゾーンを通過する
  • 熱はヒータからチャンバに逃げる
  • 温度はより均等になる
  • PID制御がより予測可能に機能する
  • 付近の部品はより少なく局所的に過熱される

エアフロー追加パワーを作成しません。既に生成された熱を削除し、それを正しい場所に転移させるのに役立ちます。

自然および強制対流

2つの有用なモードがあります：

  • 自然対流 - 温かい空気は自分で上昇する
  • 強制対流 - フローはファン、ブロワ、または遠心ファンによって作成される

小さな加熱デバイスの場合、自然対流はしばしば不十分です。それは遅く、ハウジング形状に依存し、容易に温度ゾーンを作成します。

強制対流は通常より良いです：

  • ヒータから迅速に熱を削除する必要がある場合
  • チャンバを均等に加熱する必要がある場合
  • フィルタを通して空気を通す
  • フィラメント乾燥
  • パワーエレクトロニクスをクール
  • 温度センサを意味あるエアストリームに保つ

ファンはサイズだけではない

「40mmファンを配置します」というフレーズは、結果についてほとんど何も伝えていません。

実デバイスで重要なもの：

  • 空気フロー
  • 静圧
  • ハウジングインストール後のオペレーティングポイント
  • フロー方向
  • スクリーン、フィルタ、エアダクトの抵抗
  • ファンの空気温度
  • ノイズと振動
  • 荷重下のリソース
  • 起動電流
  • タコメータまたは回転制御

カタログはしばしば最大フローと最大静圧をリスト化します。実デバイスでは、ファンはこれらの理想的なポイントで動作しません。フィルタ、スクリーン、狭いチャネル、エアダクトターン、密集ヒータは抵抗を作成するため、実際のフローは大幅に低くなる可能性があります。

空気がフィルタ、ラジエータ、ハニカム、または狭いチャネルを通過する必要がある場合、単に「より多くのCFM」ではなく、適切な静圧を持つファンまたは遠心ブロワが必要なことがしばしばあります。

エアパス

良い設計は4つの質問に答えます：

  1. 空気はどこから描かれるか？
  2. 何を通して渡るか？
  3. 熱はどこで放出するか？
  4. どこで戻るか？

チャンバまたはドライヤの場合、閉ループ循環が有用です：

チャンバ -> ファン -> ヒータ -> ホットストリーム -> チャンバ -> リターン

フィルタの場合、異なるロジックが適用される可能性があります：

チャンバ -> フィルタ -> ファン -> 排気またはリターン

主なことは、フローはヒータやフィルタをバイパスして、簡単で無用なパスを取らないことです。空気は常に最小抵抗のパスを選択します。

温度センサは正しい場所を見る必要があります

悪いオプション：

  • センサはヒータの直後で、局所過熱を見る
  • センサはデッドゾーンにあり、冷たいコーナーを見る
  • センサは金属壁に接触し、空気ではなく壁を測定する
  • センサはヒータの前に位置し、その後の温度は重要だが
  • センサはデバイス温度を反映しないストリームに吹き出される

チャンバの場合、通常、温度が制御可能であるが、ヒータの直後ではない空気を測定するのは有用です。ヒータ近くの過熱からの保護のために、別のセンサまたは独立した温度計/熱カットオフが必要です。

制御用1つのセンサと1つの独立した緊急要素は、すべてに責任を持つ1つのセンサより大幅に優れています。

フィルタとスクリーンはフローを殺す可能性がある

フィルタ、スクリーン、装飾格子、または狭いギャップは抵抗を追加します。

典型的なミス：

  • 弱い軸ファンに密なフィルタを置く
  • 装飾スクリーンで入口を半ブロック
  • ファンの直後に急カーブ
  • ヒータの周りに空気が流れるようにポジションニング
  • フィルタがほこりで詰まり、抵抗が成長することを忘れること
  • フィルタメンテナンスのアクセスを残さない

デバイスがフローに依存する場合、「ファンが回転している」だけでなく、空気が実際に正しいパスを通って渡ることを確認します。

ファンが故障した場合

ヒータエアフロー最も危険なシナリオ：

ファンが停止した -> ヒータは動作を続ける -> 局所温度が迅速に上昇する

したがって、エアストリームに依存するヒータは対策が必要です：

  • ホットゾーン近くの独立した過熱保護
  • パワー制限
  • 温度マージン付きの材料
  • ヒータからプラスチックと断熱への距離
  • ファンが重要な場合のファンタコメータ制御
  • Klipperのようなを使用する場合のファームウェア確認
  • 最初のテストは観察下で

ファームウェアは役立ちますが、物理保護は置き換えません。MOSFET、SSR、またはリレーはオン状態で故障する可能性があります。

アセンブリ後の最小確認

加熱デバイスを構築した後、確認してください：

  • フロー方向
  • 出口にフローがあるか、単なるファン回転ではなく
  • ヒータの温度
  • ヒータの後の温度
  • チャンバの遠い部分の温度
  • ワイヤ、端子、印刷部品の温度
  • ファンの温度
  • 部分的にブロックされたフィルタの動作
  • センサが故障した場合、加熱がシャットダウンされるかどうか
  • 独立した過熱保護が危険なシナリオでトリップするかどうか

最初のウォームアップは観察下で行ってください。測定は安定化後および長期操作後に最良です。なぜなら、ハウジング、ファスナ、および断熱は空気より遅く加熱されるからです。

Klipperへの接続

Klipperでは、いくつかのメカニズムが有用です：

  • heater_fan - ヒータがオンか温度に到達するとファンがオンになる
  • temperature_fan - ファンは別の温度センサで制御される
  • verify_heater - ヒータが予想通り動作することを確認する
  • tachometer_pin ファン - ファンがタコメータ信号をサポートする場合はRPMを見ることができます

これは完全な安全スキームではありませんが、温度とフローが重要なデバイスの制御の良いレベルです。

主な結論

加熱デバイスでは、ヒータパワーだけでなくエアパスが重要です。良いフローはヒータから熱を削除し、チャンバに転移させます。貧弱なフローはホットスポットを残し、センサをだまし、材料過熱リスクを増加させます。

ヒータがファンに依存する場合、ファン故障は別の緊急シナリオである必要があります。驚きではありません。

話題に関する資料

関連項目