軸流ファンと遠心ファンの比較 - その違いは?

Ryan Smoot/著

軸流ファンと遠心ファンの比較 - その違いは?

性能に悪影響を与える可能性のある動作熱を発生させるコンポーネントまたはシステムは、冷却する必要があります。これは、学校で学んだシンプルなエンジニアリングルールの1つで、あなたが実際に温度管理プロジェクトを任されるまではきっと目に留めなかったことでしょう。

システム内の電力をスロットルしたり、ヒートシンクをいくつか適用したり、パイプやコールドプレートを使用したりしない限り、空気を動かして冷却するためのファンが必要になります。つまり、軸流ファンや遠心ファン設計のいずれかの選択となります。問題は、どの設計が自分のニーズに最も適しているかということです。このブログでお手伝いできればと思っています。

軸流ファンとは?

軸流ファンには、モーター駆動の回転シャフト(軸)があり、このシャフト上には、空気を吸い込み、シャフトに平行な方向に押し出す、傾斜したブレードがマウントされています。軸流ファンは、プロペラファンと呼ぶこともあります。また、チューブ軸流ファンまたはベーン軸流ファンという用語も聞かれます。これらはダクトに収まるように作られた軸流ファンです。

軸流ファンのエアフロー方向を示す図
軸流ファンは吸気と平行に空気を排出します

軸流ファンは、大量の空気を効果的かつ効率的に移動させ、物体を冷却したり、空間を換気します。ボードレベルから部屋サイズまで、あらゆるサイズ向けに作られており、サイズによりますが、操作にはそれほど電力を必要としません。また、ACモデルとDCモデルの両方があります。AC駆動型電源ファンは通常、100ボルト以上の定格で、ライン電流を使用しています。DC駆動型ファンの電圧は、これよりもはるかに低く(3、5、12、24、または 48Vdc)できますが、通常は電源かバッテリーで駆動します。

ただし、軸流ファンが供給する気流は低圧です。この低圧と大容量のエアフローの組み合わせにより、規定のエリアに気流が均等に分散されるため、機器の冷却や空間の冷却に最適です。

軸流ファンの一般的なアプリケーション

軸流ファンは、大量の空気を効果的かつ効率的に動かし、一般的に、小スペースの冷却でも大スペースの冷却でも使用されています。電子機器でも、コンピュータルームでも冷却できます。軸流ファンは、HVACシステム内、ACコンデンサ内、熱交換ユニット、または産業システムのスポット冷却などに使用できます。軸流ファンは排気ファンとしても機能します。

遠心ファンとは?

遠心ファンは、放射ファンまたは遠心ブロワーとも呼ばれます。このファンには、ファンのハウジングに空気を放出するインペラが備わったモーター駆動のハブがあり、コンセントにつながります。遠心ファンは、吸気に対して90度の角度(垂直)で空気を放出します。

遠心ファンのエアフロー方向を示す図
遠心ファンが吸気口から90°で空気を排出

遠心ファンは、本質的には、送風機ハウジング内の空気を加圧します。軸流ファンと比較すると安定した高圧気流を生成しますが、空気の移動量は少なくなります。排出または吸引用に、前方または後方の湾曲したインペラを使用しています。遠心ファンはカウルから空気を排出します。これは、特定のエリアをターゲットにできることから、パワーFET、DSP、FPGAなどのより多くの熱を生成する電子機器アプリケーションで特定部位を冷却するのに適しています。軸流ファンと同様に、アプリケーションに応じてAC電源とDC電源の両方のモデルがありますが、遠心ファンは軸流ファンよりもより多くの電力を必要とします。遠心ブロワーと軸流ファンはいずれも可聴ノイズと電磁ノイズを生成しますが、遠心モデルは軸流モデルよりもノイズ音がうるさくなります。どちらのファン設計もモーターを使用するため、繊細なアプリケーションではどちらのEMI効果もシステム性能に影響を与える可能性があります。

軸流ファンと同様に、遠心ブロワーもさまざまなサイズや速度があり、多くの設置面積用途で販売されています。可動部分を囲むようなエンクロージャを持つ設計にすると、信頼性や耐久性が高まり、損傷しにくくなります。

少量の気流を高圧で送風する遠心ファンは、ダクトやパイプなど空気を集中させて通過するような場所や、排気口や換気用途に使用するのに最適です。

遠心ファンの共通アプリケーション

遠心ファンは、その設計が持つ信頼性と耐久性を考慮すると、微粒子、熱風、ガスなど、過酷な環境や汚れた環境で機能する多くのアプリケーションで適切に動作することができます。通常はダクトやパイプに使われるため、空調や乾燥システムでも、より小さなシステムレベルでも良く機能します。遠心ファンは吸気から90度で空気が排出され高い指向性を持つことから、電子機器では、ノートパソコンなどの小型デバイスでよく使用されています。

ダクトシステムで使用されている遠心ファンの図面例
ダクトシステムで使用される遠心ブロワーの例

ファンが生み出す干渉とノイズ

干渉については、設計の早期で検討されることが必要です。すべてのファンは、ファン自体(放射EMI)または電源リード線(伝導EMI)から電磁干渉(EMI)が生成されます。また、干渉は、モータ磁石やステータ巻線から生じる非完結磁場(UMF)からも生じることがあります。アプリケーションによりますが、設計の早い段階でこれらの要素に注目することで、時間とコストを節約できます。DC電源ファンは、AC電源ファンよりもEMIの生成量が少ない傾向があります。

軸流ファンと遠心ファン間のEMIノイズと可聴ノイズの違いを示す図
軸流ファンは通常、遠心ブロワーよりもノイズが少ない

可聴ノイズは動作しているファンからも発生し、最終的な用途にもよりますが設計上の考慮事項となる場合があります。ノイズは、用途、システム内の配置、コンポーネントの密度、移動する空気の量、ファンのサイズ、使用するベアリングの種類などによって異なります。ファンのベアリングは、音響に影響を与えるだけでなく、製品寿命や対象となるアプリケーションにも影響します。ファンの配置場所を改善したり、機械的に隔離をする、または吸気機能のあるグリルやコンセント型のディフューザを使用することなどで、可聴ノイズは低減できます。一般的に、CFMが高いほど、または空気の移動量が多いほど、ノイズが大きくなります。ただし、大きいファンと小さいファンが同じCFMを移動させていると、より小さいファンが静かになる傾向があります。繰り返しになりますが、軸流ファンは通常、遠心ファンよりも静かです。

軸流ファンと遠心ファンの比較

熱を生成するシステム、特に電子的な性質のシステムの温度管理に関する考慮事項は、設計の初期段階でレビューする必要があります。これは、再設計を回避しようとする時間とコストの節約イニシアチブの両方に一致しています。また、製品またはシステムのライフサイクル全体を通じて、追加熱を発生させる可能性があるコンポーネントの改善計画により、熱に関する考慮事項に対応する場合にも特に有用です。

冷却ソリューションとして軸流ファンまたは遠心ファンのいずれかを採用することは、各ファン設計の長所と短所、およびシステムが必要とするものに基づいて、いくつかの要因に依存します。主な特徴の概要は以下の通りです。

軸状ファン 遠心ファン
  • 大容量/低圧
  • 軸に平行な気流
  • 動作速度が遠心より速い
  • コンパクトな設計
  • 遠心ファンより消費電力が低い
  • 遠心ファンの音よりも可聴音が少ない
  • 通常、遠心ファンよりも安価
  • 高圧/低容量
  • 軸に対して垂直な気流
  • 軸流ファンよりも動作速度が遅い
  • 特定方向に対する指向型冷却に最適
  • 通常、軸流ファンよりも電力消費が多い
  • 軸流ファンよりも可聴ノイズが多い
  • 耐久性に優れ、過酷な環境条件にも耐える

軸流ファンまたは遠心ファンの決定時に尋ねるべき質問

設計に必要な冷却ファンの種類を指定する前に、以下の質問に答えてください。

      • どれくらいのサイズのスペースを冷却するのですか?
      • 冷却ニーズは常時またはオンデマンドのどちらですか?
      • あなたの設計で、冷却装置のフットプリントはどれくらいのサイズですか?
      • 冷却デバイスの駆動に使用できる電源は何ですか?
      • 製品は過酷な環境での動作を想定していますか?
      • 製品は、ガスや微粒子を発生させますか?
      • 製品/システムはEMIに対して敏感ですか?
      • ファンが生成する可聴ノイズのレベルは問題になりますか?
      • ファンのマウント方向はどうなっていますか?
      • 製品は高い信頼性が求められるアプリケーション向けに作られていますか?
      • 予想される製品寿命はどれくらいですか?
      • 修理/補修/保守は考慮事項に入りますか?

結論

不要な熱を生成する機器の滞留冷却は、軸流ファンか遠心ファンで効果的に管理できます。どちらのタイプのデバイスも、長年の使用と継続的な改善を通じて現場でその性能が実証されています。両タイプのファンの最新設計では、以前の設計よりも強度があり、軽量、コスト効率の高い素材が使用されています。どちらのファンを使うべきかの決定は、単にシステムの要件を満たすかどうかということで決まります。CUI Devicesでは、さまざまなフレームサイズと気流定格を持つ、幅広いDC軸流ファンと遠心ブロワーを提供しています。

その他のリソース


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Ryan Smoot

Ryan Smoot

技術サポートエンジニア

CUI Devices製品に関する幅広い知識を持つRyan Smootは、多岐にわたる分野の技術サポートとアプリケーションサポートを提供しています。彼が管理するCUI Devicesの堅牢なCADモデルライブラリは、エンジニアにとって製品設計の合理化に役立つ極めて有益なリソースを提供しています。Ryanは、プライベートな時間ではランニングや、アウトドア、妻や生まれたばかりの子供と一緒に過ごす時間を楽しんでいます。

 
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