強制対流による熱管理

自然対流から強制対流への移行

熱管理では、対流の種類が重要です。自然対流か強制対流か？この答えは、冷却システムの設計に大きな影響を与えます。自然対流の場合、浮力によって流体が流れます。強制対流ソリューションでは、外部エネルギーを加えてシステム内で流体を移動させます。多くの用途では、より多くの熱伝達が必要で表面積を増やすことができない場合、自然対流ソリューションから強制対流ソリューションに移行します。表面積を増やすと冷却ソリューションの重量が増える可能性があり、また、余分な表面積が自然対流で生じる流れを阻害する可能性があります。

能動的な流体の流れ

空冷の場合、ファンとブロワーはヒートシンクのような冷却ソリューションに空気を機械的に通すため、一定表面積で熱伝達量が増加します。これらのデバイスには、さまざまなサイズ、性能、その他のオプションがあります。この記事では、空気強制対流と、その空気流を作り出す装置に焦点を当てます。

空気の強制対流：ファンとブロワー

ファンとブロワーの違いは何ですか？

ファンとブロワーにはどちらも、回転時に圧力差を生み出すように設計されたブレードを備えたモーターがあります。圧力差が、装置を通る空気の流れを駆動します。ファンとブロワーの違いは、ブレードから空気が排出される方向です。
軸流ファンは、回転軸の一端から空気を吸引し、同じ軸に沿って反対方向に空気を強制的に排出します。

送風機は、遠心ファンとも呼ばれ、回転軸方向から空気を引き込みます。軸の片側または両側のいずれかになります。そのため、軸に沿って押し出す代わりに、空気は外向きに方向付けられ、一般的に、回転軸に対して垂直に気流を向けるハウジングまたはケースによって案内されます。

Eaton large forced convection cooling blowers

ファンまたはブロワーを使用する際の考慮事項

パフォーマンス

PQ 曲線は、圧力-流量曲線とも呼ばれ、ファンまたはブロワーの性能を特徴付けます。ファンを駆動するモーターには、対応できる速度とトルクに限りがあります。モーターは、インペラブレードを通して空気を押し出すエネルギー量が制限されています。特定の速度で移動できる空気の量に関するこの関係は、ファンまたはブロワーのPQ 曲線に示されています。この曲線を超過しようとすると、モーターが失速し、用途で必要な流れが得られなくなります。過熱や製品の故障につながります。

ファンとブロワーの機械的な流れの性能を考慮するだけでなく、ファンへの電力供給方法も確認する必要があります。ファンが空気を送り込むのに必要な電圧と電流を供給できるように、ボードや電源を設計する必要があります。ファンが使用する電圧は一定ですが、流れる電流はメーカーによって大きく異なる場合があります。ファンに適切な電圧と電流を供給しつつ、消費電流に対して十分な安全率を確保してください。

ファンとブロワーの侵入保護（IP）定格

熱管理用途で使用されるファンのほとんどは電動ファンで、ファンを選定する際には環境要因が重要な考慮事項となります。ファンが対応できる環境の種類を判断する一般的な方法は、侵入保護等級（IP 等級）を参照することです。IP 等級の最初の数は、固体粒子の侵入と、デバイスが保護される粒子のサイズを示します。2 つ目の数字は、少量の液滴から装置を液体に沈める場合まで、装置が受ける液体に対する保護の程度を示します。

ユーザーは、厳しい環境条件や使用シナリオに製品をさらすことになります。製品がクリーンルームに置かれない限り、デバイスとファンまたはブロワーは粉塵にさらされます。家電製品には、人間やペットの抜け毛から衣類や家具からの繊維くずまで、あらゆる種類の粉塵の発生源があります。さらに、これらの消費者は、熱い飲み物でも冷たい飲み物でも、デバイスにこぼしやすい傾向があります。製造現場の製品は、これらの粒子にさらされるだけでなく、機械からのグリースや汚れにもさらされる可能性があります。ファンとブロワーは、想定される用途条件を満たすように設計および製造する必要があります。ファンまたはブロワーを選択する前に、製品が使用される方法を検討する時間を取りましょう。

ファンとブロワーの信頼性

製品の寿命はどのくらいですか？製品にアクティブ冷却が必要な場合、製品の寿命期間全体を通して、強力なファンまたは送風機が必要になります。製品の予想寿命より前に摩耗するファンを指定すると、製品の使用可能期間が短くなり、保証請求や否定的な顧客フィードバックを受ける可能性があります。そうでない場合は、製品の寿命を延ばすためにファンを交換する必要がある、寿命の途中でのメンテナンスを計画する必要があります。場合によっては、これはエンドユーザーにとって困難で非現実的な場合があります。

ファンとブロワーの信頼性と寿命は、ファンまたはブロワーが使用するベアリングの種類に大きく依存します。安価なファンは通常、ファンフレーム内でファンインペラを支えるためにスリーブベアリングを使用しています。ボールベアリングを使用するファンは、時間の経過とともに摩耗が遅くなり、ファンの寿命が長くなります。他のファンは、ライフルベアリング、流体ベアリング、または磁気浮上ベアリングを使用することが知られており、そのすべてがファンの全体的な寿命を延ばすことを目的としています。ファンやブロワーに使用されているベアリングの種類と、それが製品全体の寿命にどのように影響するかを慎重に検討してください。

お使いの用途におけるファンとブロワー

自然対流用途を強制対流用途に更新する際にサポートが必要ですか？適切なファンやブロワーの選択でお困りですか？経験豊富なイートンのエンジニアに今すぐお問い合わせください。

イートンはインテリジェント・パワー・マネージメント会社であり、あらゆる人々の生活の質を向上させ、環境を保護することに専念しています。当社は、現在および将来にわたり、公正な仕事をし、持続可能な運営を行い、顧客の電力管理を支援するというコミットメントを指針としています。電化とデジタル化という世界的な成長トレンドを活用することで、当社は再生可能エネルギーへの移行を加速させ、世界で最も緊急な電力管理問題の解決に貢献しています。