軸流ファンと遠心ファン: 電子機器冷却の完全な選択ガイド

軸流ファンと遠心ファン:

軸流ファンは、低静圧で回転軸に沿って大量の空気を移動させるため、オープンで遮るもののない冷却経路に最適です。ブロワーファンとも呼ばれる遠心ファンは、90 度の角度で空気の方向を変え、高い静圧を生成するため、気流が高密度のコンポーネント、狭いダクト、または厳しく制限されたエンクロージャを通過する必要がある場合に常に正しい選択となります。 電子機器の冷却と熱管理を決定する場合、最も役立つ唯一のルールは次のとおりです。システムのシステム インピーダンスが低く、CFM (立方フィート/分) で最大のエアフロー レートが必要な場合は、軸流ファンを使用します。システムのフィルター、ヒートシンク、または制約されたチャネルによるシステム インピーダンスが高い場合は、遠心ファンまたは送風ファンを使用してください。ファンセレクションの他のすべては、その中心原則を改良したものです。

軸流ファン: 軸流ファンの仕組みと気流方向

アン 軸流ファン 角度を付けたブレードのセットを中央のハブの周りで回転させることで機能します。ブレードが回転すると、プロペラが空気や水に作用するのと同じように空気に作用し、流体をシャフトの指す方向に押し出します。これは、軸流ファンの気流方向を定義します。空気はファン面に軸方向に、つまり回転ブレードにまっすぐに入り、反対側の同じ軸方向に排出されます。流れの方向に変化がないため、軸流ファンの設置は簡単に統合でき、直線の空気流路が利用できる場所であればどこでも使用できるのです。

軸流ファンのブレードの形状は、その性能の主な決定要因です。ブレードのピッチ角が大きくなると、1回転あたりに移動する空気の量が増えますが、モーターへの負荷とブレードの後ろの乱流も増加し、騒音が発生します。電子機器冷却用の市販の軸流ファン製品のほとんどは、CFM (立方フィート/分) での風量と特定の回転速度での音響出力の最適なバランスが得られるように最適化されたブレード ピッチを使用しています。そのため、データシートでは、どちらか一方を単独で表示するのではなく、常に両方の数値を一緒に表示しています。

軸流ファンを使用する利点は何ですか?主な利点は、ファンの物理的なフレーム サイズに比べて空気流量が高いこと、パネル間にフィットする薄い軸方向プロファイル、および同じ直径の同等の遠心ファンよりも大幅にコストが低いことです。 2000 RPM で動作する 120 mm 軸流ファンは、通常、60 ～ 110 CFM (立方フィート/分) を供給しながら、消費電力はわずか 3 ～ 7 ワットなので、移動する空気の量に対して非常にエネルギー効率が高くなります。 2 番目の重要な利点は、より大型で高価な遠心ファン アセンブリを必要とせずに、複数の軸流ファン ユニットを直列に積み重ねたり、パネル全体に並列に並べて気流や圧力を調整できることです。

• フレーム サイズと消費電力の単位あたりの CFM (立方フィート/分) での高い気流率
• 軸方向のプロファイルが薄いため、フラットパネル上または密に配置されたボード間に直接設置できます。
• オープンシステムで同じ量の空気を供給する遠心ファンよりも低い音響出力
• 単価が低くなり、25 mm から 250 mm までの標準フレーム サイズで幅広い可用性が得られます。
• スクロールハウジングや方向性放電アダプターを使用せずに、既存のフラットパネルのカットアウトに簡単に統合

軸流ファンの制限はまさにその低い静圧能力です。システムのインピーダンスが上昇すると、つまり空気流路がさらに妨げられると、軸流ファンの出力 CFM (立方フィート/分) が急激に低下します。これは、軸流ファンのファン曲線で見られます。背圧が増加するにつれて曲線は急激に下降し、同じ直径の遠心ファンと比較して、ファンは比較的低い値で失速圧力に達します。

遠心ファンと送風ファン: 遠心ファンの仕組み

遠心ファンはどのように動作するのですか?あ 遠心ファン 多くのエレクトロニクス製品ラインでブロワー ファンとしても販売されており、インペラの中心にある入口から軸方向に空気を吸い込み、インペラが回転する際の遠心力を利用してその空気を半径方向外側に加速します。空気はスクロールまたはボリュート ハウジングの外縁に飛ばされ、そこで運動エネルギーが圧力に変換され、入口に対して 90 度の方向を向いた単一の排出ポートから排出されます。この流れ方向の根本的な変化が、遠心ファンに決定的な利点をもたらします。スクロール ハウジングが空気の半径方向速度を捕捉し、それを使用可能な圧力ヘッドに変換するため、同じ直径の軸流ファンよりもはるかに高い静圧を生成できます。

遠心ファンの方が強力なのでしょうか？圧力の発生に関しては、そうです。 高静圧遠心ブロワーは、同等サイズの軸流ファンの最大静圧の 5 ～ 10 倍を生成できます。 そのため、空気流が熱交換器コア、高密度フィルター、密集した PCB アレイ、またはシステム インピーダンスが高い細長いダクトを通過する必要がある場合には必ず指定されるのです。その代償として、遠心ファンは同じ入口直径の軸流ファンよりも物理的に高く、抵抗に対して同等の空気流量でより多くの電力を消費し、スクロール ハウジング内の固定排出カットオフ ポイントを通過するブレードの相互作用により、一般により穏やかな騒音プロファイルが生成されます。

遠心ファンのインペラのブレードの形状は大きく異なり、形状ごとに圧力、流量、効率のバランスが異なります。後方に湾曲したブレードは最も効率的な形状であり、過負荷にならないため、高性能エレクトロニクス冷却ブロワーの標準となっています。つまり、システム抵抗が予期せず低下した場合でもモーターの消費電力が急増することがありません。前方に湾曲したブレードは、低圧でより多くの空気を移動させ、HVAC や家庭用電化製品の送風機で一般的です。後方に傾斜したフラット ブレードは中間点を提供し、製造が容易なため、ミッドレンジのアプリケーションにとってコスト効率が高くなります。

静圧、空気流量、CFM (立方フィート/分)、およびシステム インピーダンスの説明

効果的なファンの選択には、静圧、空気流量、CFM (立方フィート/分)、およびシステム インピーダンスという 4 つの相互依存する量を明確に理解する必要があります。これらを混同したり、単独で扱ったりすることが、電子製品開発におけるほとんどの冷却障害の根本原因です。

静圧は、ファンが移動する空気に及ぼす単位面積あたりの力であり、水柱インチ (H2O) またはパスカル (Pa) で測定されます。ファンが制限された経路に空気を送り込むとき、その経路の抵抗を克服する必要があり、そのために使用される通貨が静圧です。最大静圧 0.1 インチ H2O を生成するファンは、システムに供給するシステムがその抵抗を克服するために 0.15 インチ H2O を必要とする場合、ほぼゼロの気流を供給します。

風量とは、単位時間当たりに移動する空気の量です。北米のエンジニアリングおよびほとんどの電子機器データシートでは、これは CFM (立方フィート/分) で表されますが、メートル法データシートでは立方メートル/時 (m3/h) またはリットル/秒 (L/s) が使用されます。 2500 RPM で動作する標準の 80 mm 軸流ファンは、通常、自由空気で 25 ～ 40 CFM (立方フィート/分) を供給しますが、中程度のシステム インピーダンスを持つコンピューター ケース内に取り付けられた場合、10 ～ 15 CFM (立方フィート/分) しか供給できない場合があります。 自由空気のパフォーマンスと設置されたパフォーマンスの間のこのギャップが、多くの熱管理の間違いの原因となります。

システム抵抗とも呼ばれるシステム インピーダンスは、特定の流量における空気流路内のすべてのコンポーネントにわたる総圧力降下です。経路内のあらゆる要素、グリル、フィルター、ヒートシンク、PCB カードのギャップ、ケーブルの束により、システム インピーダンスが増加します。空気流量が増加すると、システム インピーダンスは流速の 2 乗にほぼ比例して増加します。そのため、ファン曲線図上のシステム抵抗曲線は直線ではなく放物線として表示されます。実際のエンクロージャ内のファンの動作点は、ファンの圧力対流量曲線とシステムの抵抗曲線の交点です。

実用的なファンの選択のために、ファンの風量と静圧の曲線を理解する

ファンの気流と静圧の曲線を理解することは、熱管理とファンの選択作業において最も実用的なスキルです。ファン曲線は 2 軸のグラフで、横軸は CFM (立方フィート/分) 単位の風量を示し、縦軸は静圧を示します。すべてのファンには、流量がゼロの最大静圧で始まり、流量が増加するにつれて下向きに曲線を描き、静圧がゼロの最大自由空気流で終了する特性曲線があります。

システム抵抗曲線が同じグラフに重ねて表示されます。原点 (流量ゼロ、圧力ゼロ) から始まり、流量が増加するにつれて上向きに曲線を描きます。 2 つの曲線が交差する点が動作点、つまり、その特定の設置でファンが動作する実際の空気流量と静圧です。その動作点を移動することが、ファンの選択と熱設計の中心的なタスクです。

軸流ファンの場合、背圧が上昇するとファン曲線は急激に低下します。これは、失速圧力点付近で動作している軸流ファンが、フルスピードで回転しフルパワーを消費しているにもかかわらず、実際の CFM (立方フィート/分) がほとんどないことを意味します。遠心ファンの場合、圧力曲線は流量の広い範囲にわたって平坦になります。これは、システム インピーダンスが増加しても、遠心ファンが有用な空気流を維持することを意味します。 この曲線形状の違いは、限られたスペース設計に遠心ファンを選択する実質的な主な理由です。より多くの最大静圧を生成するだけでなく、より広い範囲の動作条件にわたってその圧力を維持できるからです。

ほとんどのファンのデータシートには、同じグラフに電力曲線と場合によっては騒音曲線も含まれています。 3 つすべてを一緒に読むと、マーケティング概要に表示される楽観的な自由空気の数値ではなく、ターゲット アプリケーションの特定のシステム インピーダンス ポイントでファンが実際に何を提供するかを完全に把握できます。このステップを省略して、純粋に自由空気の CFM (立方フィート/分) 数値に基づいてファンのサイズを決定する熱エンジニアは、設置された空気流量が常に自由空気空気流量よりも低いため、組み立て後にビルドが予測よりも高温になることに一貫して気づきます。

軸流ファンと遠心ファンの違い: 詳細な並べて表示

軸流ファンと遠心ファンの違いは、気流の方向と圧力能力をはるかに超えています。一連の違いを完全に理解することで、熱管理エンジニアや製品設計者は、以前のプロジェクトで使用したファン タイプをデフォルトにせずに、自信を持ってファンを選択することができます。

軸流ファンと遠心ファンの違いで見落とされがちな側面の 1 つは、動作中にシステム抵抗が変化したときの動作です。エア フィルターが詰まったサーバーは、きれいなサーバーよりもファンに対するシステム インピーダンスが高くなります。この状況では、軸流ファンは空気の流れを急速に失い、プロセッサの温度が上昇し、サーマル スロットリングやシャットダウンが引き起こされる可能性があります。同じ状況の遠心ファンは、抵抗の増加に対してより多くの気流を維持し、障害状態に達する前にシステムにさらに大きな熱ヘッドルームを与えます。さまざまなシステム インピーダンスに対するこの堅牢性が、サーバーおよびストレージ OEM が高密度展開で遠心ファン モジュールを好むことが多い主な理由です。

電子機器冷却用の軸流ファンと遠心送風機: 適切なタイプの選択

電子機器の冷却に軸流ファンと遠心送風機のどちらを選択するかは、熱シミュレーションやプロトタイプのテストが始まる前の設計初期段階ですぐに答えられる 4 つの実践的な質問に帰着します。

1. 空気流路にはどのくらいのシステム インピーダンスが存在しますか?コンポーネントが密集している場合、フィルターがある場合、空気が細長いダクトを通過する必要がある場合、またはパス内に細かいピッチ間隔のヒートシンク フィン アレイがある場合、システム インピーダンスは高く、遠心ファンが正しい開始点となります。
2. ファンの物理的な高さはどのくらいですか? 1U ラック サーバー、ラップトップ、タブレットなど、エンクロージャが薄い場合、薄いスロットから空気を引き込んで横に排出する遠心ファンの機能は、圧力性能に関係なく、軸流ファンが匹敵することのできない幾何学的な利点があります。
3. 音響要件は何ですか?騒音が主な懸念事項であり、システムが低いシステム インピーダンスで開いている場合、ほとんどの場合、必要なエアフロー レベルでは軸流ファンの方が静かです。システムのインピーダンスが高い場合、軸流ファンは抵抗を克服しようとして最大 RPM で回転し、適度な速度で動作する適切なサイズの遠心ファンよりも騒音が大きくなります。
4. 1台あたりの予算はいくらですか？標準フレーム サイズの軸流ファン ユニットは、遠心ファン アセンブリよりもコストが大幅に低くなります。これは、大量消費者向け製品では重要です。信頼性と性能が最優先される産業用、医療用、または専門用機器の場合、高品質の遠心ファンのコストプレミアムは通常正当化されます。

大きなメッシュ パネルを備えたデスクトップ コンピュータ ケースの場合、前面吸気と背面排気に複数の 120 mm または 140 mm 軸流ファン ユニットを取り付けることが、ほぼ常に正しい答えになります。高密度の PCB カード アレイとファン直径を制限する薄型プロファイルを備えた 1U ラック サーバーの場合、プッシュまたはプル配置の 1 対の高速遠心ファン モジュールが正しいソリューションです。非常に薄い銅製の蒸気チャンバーと細かいピッチのヒートシンク フィンを備えたラップトップの場合、キーボードの下から空気を吸い込んで後端から排出する単一のブロワー ファンが、物理的に熱要件と幾何学的要件を同時に満たす唯一の構成です。

軸流ファンと遠心ファンの騒音レベルの比較: エンジニアとユーザーが実際に体験したこと

軸流ファンと遠心ファンの騒音レベルを比較するには、自由空気開放システムと設置された制限されたシステムという 2 つの異なるシナリオを区別する必要があります。フリーエアオープンシステムでは、軸流ファンは低 RPM で大量の空気を動かし、騒音は回転速度とブレード先端速度に大きく依存するため、ほぼ常に音響面で優れています。オープンケースで 60 CFM (立方フィート/分) を発揮する 120 mm 軸流ファンは、通常 25 ～ 35 dBA を発生します。これは、ほとんどの消費者およびオフィス環境では静かであると考えられます。

システム インピーダンスが大きいシステムが設置されている場合、軸流ファンと遠心ファンの騒音レベルの比較は逆転します。軸流ファンは背圧と戦うことを余儀なくされ、有効な空気の流れを維持するために最大 RPM まで加速し、ブレードの失速や乱気流によってかなりの広帯域ノイズを生成します。遠心ファンは、その特徴的に平坦な圧力曲線により同じ抵抗に対して同じ仕事をし、RPM あたりの騒音が軸流ファンよりも高いにもかかわらず、最大速度の低い割合で動作し、生成する総音響パワーが低くなります。 制限されたシステムでは、最大速度の 60 ～ 70% で動作する適切に選択された遠心ファンは、最大速度の 95% で動作する軸流ファンと同じ冷却 CFM (立方フィート/分) を提供でき、ほとんどの測定において意味のある音響上の利点が得られます。

遠心ファンの音のノイズ特性は、音響に敏感な用途では別途注意する価値があります。羽根通過周波数、つまり羽根車の羽根がスクロール内の固定排出カットオフを通過するたびに生成される音は、ほとんどの聴取者にとって、同じ合計 dBA レベルの軸流ファンの広帯域ヒス音よりも煩わしいものとして認識されます。家庭用電化製品、医療機器、ホームオフィス製品の熱管理エンジニアは、エンドユーザーが知覚しにくいノイズと引き換えに、わずかに高い RPM を受け入れ、適度に制限されたシステムであっても、まさにこの理由から軸流ファンを好むことがよくあります。

高エアフローの低圧冷却ファン: 軸流ファンが明らかに正しい答えである場合

高エアフローの低圧冷却ファンはアキシャル ファンの自然な領域であり、このシナリオで他のものを指定すると、パフォーマンスが低下する代わりに、より多くの費用を支払うことを意味します。純粋に低いシステム インピーダンスを特徴とし、利用可能なパネル スペースから最大限の CFM (立方フィート/分) を必要とするアプリケーションには、オープン タワー デスクトップ コンピュータ ケース、大きなルーバー ドアを備えた通信用屋外キャビネット、エンクロージャが深く通気性の良い産業用制御パネル冷却、サーバー ラック間の大きなオープン スペースを空気が通過するデータ センター列レベルの冷却ユニットなどがあります。

これらの高エアフロー低圧冷却ファンのアプリケーションでは、1200 ～ 1800 RPM の 120 mm または 140 mm 軸流ファンが、エアフロー、騒音、消費電力、コストの最適な組み合わせを実現します。同じダクト内で 2 つのアキシャル ファン ユニットを直列に積み重ねると、エアフローのわずかなペナルティだけで静圧が約 2 倍になります。これは、他のオープン システムに、残りの経路が再び開く前にファンが空気を押し通さなければならない高密度のヒートシンク フィン スタックなどの単一のボトルネックがある場合に役立ちます。

高静圧遠心ブロワ 代替できない用途

高静圧遠心ブロワーは、直列に何台並べても軸流ファンユニットでは本来到達できない特定の性能ゾーンを占めます。システムのインピーダンスが冷却経路全体にわたって約 0.5 ～ 0.8 インチ H2O を超える場合、高静圧遠心ブロワーは適切な空気流を供給できる唯一の単一ファン ソリューションです。このしきい値は、次の製品カテゴリで一般的に超えられています。

• 空気が非常に細かいピッチの銅製ヒートシンクを非常に小さな断面積で高速で通過する必要があり、このサイズの軸流ファンでは提供できない静圧レベルが必要なラップトップ コンピューター
• 非常にコンパクトな筐体内にダスト フィルター、光学エンジン バッフル、ランプ冷却チャネルが複雑で高抵抗の空気流路を形成するプロジェクター
• 医療診断装置では、密閉された筐体、微粒子フィルター、汚染を防ぐための装置内の陽圧の必要性がすべて同時にシステム インピーダンスを増加させます。
• サンプルラインからの変動する背圧に対して規定の流量で空気を反応チャンバーまたはセンサーセルに送り込む必要がある工業用機器および分析装置
• 標準の軸流ファン モジュールには狭すぎるシャーシ内で、ラインカードが非常に高いシステム インピーダンスを生み出す、コンパクトなフォーム ファクタのネットワーク スイッチおよびルータ

高密度サーバーラックに最適な冷却ファン: 軸流ファンアレイ vs 遠心ファンモジュール

高密度サーバー ラックに最適な冷却ファンを選択するには、デスクトップやワークステーションの熱管理では要求されない方法で、静圧、CFM (立方フィート/分) でのエアフロー レート、物理的制約、冗長性、保守性のバランスをとる必要があります。高密度サーバー ラックは通常、ラックあたり 20 ～ 40 kW 以上の電力を消費します。つまり、エアフロー要件は 1U または 2U サーバーあたり数百 CFM (立方フィート/分) で測定され、そのエアフローを駆動するファンは、データ センター全体で最も負荷のかかるコンポーネントの 1 つとなります。

1U ラック サーバーの場合、業界で主流のソリューションは、サーバー シャーシの背面に配置された 4 ～ 7 個のデュアル ローター遠心ファン モジュールのアレイであり、各モジュールは独立して制御され、N プラス 1 の冗長性を実現するホットスワップ可能です。 これらのモジュールは、15,000 ～ 25,000 RPM で回転する後方に湾曲したインペラを使用し、高密度負荷の 1U サーバーが示す 0.8 ～ 2.0 インチ H2O のシステム インピーダンスに対して、それぞれ 15 ～ 30 CFM (立方フィート/分) を供給します。この直径と速度の軸流ファンは、このレベルの背圧に対して完全に失速し、本質的に空気流が供給されなくなります。

利用可能なファン直径が大きい 2U 以上のサーバーの場合、一部のアーキテクチャでは、特にサーバーがシステム インピーダンスが比較的低い大きなカード ケージ開口部を通って気流が流れるオープン ミッドプレーン設計を使用している場合、60 ～ 80 mm の範囲の大型軸流ファン ユニットが実用的になります。ただし、このような場合でも、主要なハイパースケール サーバー メーカーは、実際のデータセンター運用で遭遇するフィルター負荷と熱条件の全範囲にわたって優れたパフォーマンスの安定性を備えているため、ほとんどの製品ラインで遠心ファン モジュールに移行しています。

サーバー フォーム ファクター別の高密度サーバー ラックに最適な冷却ファンの概要:

スペースが限られた設計向けの遠心ファンの選択: 主要なパラメータとプロセス

限られたスペース設計での遠心ファンの選択は、一般的なファンの選択とは大きく異なるプロセスです。エンクロージャの物理的制約によって純粋な空気力学的好みが優先されることが多く、エンジニアは厳密に制限されたソリューション スペース内で最適化する必要があるからです。

インペラの直径が圧力と流量の両方の能力の最大の決定要因であるため、限られたスペースの設計で遠心ファンを選択するときに確立する最初のパラメータは、利用可能な最大入口直径です。入口直径が数ミリメートル追加されるだけでも、遠心ファンが提供できるものは大きく変わります。利用可能なファンの高さが 8 mm のラップトップの場合、選択できるのは直径 50 ～ 65 mm のインペラに限定される可能性があり、そのサイズのファンが実際に達成できることを中心に熱設計全体を構築する必要があります。

遠心ファンの吐出口はエンクロージャの排気ポートと一致している必要があるため、2 番目のパラメータは吐出方向とポート サイズです。ほとんどの薄型ノートブックの遠心ファン設計では、エンクロージャの一端に沿った狭いスロットから排気が行われます。また、スクロール ハウジングの形状は、抵抗を加えて送られる気流を減らす不必要な曲がりを生じることなく、排気をそのスロットに正確に導く必要があります。

• ファンのカタログやサプライヤーに相談する前に、インペラの利用可能な最大の高さと直径を定義してください。
• 一般的な推定ではなく、ターゲット エンクロージャ内の特定のヒートシンクとダクト パスのシステム インピーダンスを測定または推定します。
• スクロールハウジングが筐体レイアウトに正しく配置されるように、吐出ポートの方向と寸法を確認してください。
• 推定されたシステム インピーダンス動作点でのファン曲線をチェックして、提供される CFM (立方フィート/分) が熱管理要件を満たしていることを確認します。
• 動作点でのモーター電力がホスト PCB または電源の熱的および電気的バジェット内にあることを確認します。
• 製品仕様のノイズバジェットに対して動作点速度での音響出力を確認します。

コンピューターケース冷却の熱設計ガイド: ファンの選択をシステム全体に統合する

コンピューター ケース冷却の熱設計ガイドでは、ファンを個別のコンポーネントの決定として扱うのではなく、ファンの種類の選択、エアフロー パスの設計、およびそれらの間の相互作用を統合システムとして扱う必要があります。適切に設計されていない空気流経路にある強力なファンは残念な結果をもたらしますが、適切に設計された経路にある控えめなファンは、混沌とした空気流や再循環する空気流と戦うより強力なファンの熱性能を上回る可能性があります。

デスクトップ ATX ケース: 標準軸流ファンのアプローチ

メッシュフロントパネル、オープンカードスロット、背面排気口を備えたフルタワーまたはミッドタワー ATX ケースは、メインエアフローパス全体のシステムインピーダンスが低くなります。前面に冷気を取り込む 2 つまたは 3 つの 120 mm または 140 mm 軸流ファン ユニットと、背面と上部にある熱気を排出する 1 つまたは 2 つの軸流ファン ユニットを組み合わせて、前面から背面への正の圧力勾配を生成し、CPU と GPU から熱を効率的に除去します。この熱管理アプローチは、軸流ファン ユニットがファン曲線のピーク効率点付近で動作するのに十分なほどシステム インピーダンスが低いため機能します。

スモール フォーム ファクターおよび Mini ITX ケース: ブロワー ファンが必要になる場合

内部容積が制限され、パネル開口部が最小限に抑えられ、リファレンス スタイルのブロワー ファン クーラーを備えた GPU を備えた小型フォーム ファクターのケースでは、非常に異なるシステム インピーダンスの状況が示されます。ここでは、GPU 独自のブロワー ファン (PCB の上から空気を吸い込んで背面ブラケット スロットから直接排出する遠心ファン) が、CPU の冷却効率を低下させる密閉空間に熱を再循環させるのではなく、ケースから熱を即座に除去するため、多くの場合、オープンエア GPU クーラーよりも優れた熱ソリューションとなります。

すべてのフォーム ファクターを橋渡しするコンピューター ケースの冷却原理の熱設計ガイド: 最初にエアフロー パスを設計し、次に必要な CFM (立方フィート/分) で、失速領域から十分に離れた点でファン曲線がシステム抵抗曲線と交差するファンを選択します。 失速近くで動作するファンは騒音が大きく、効率が悪く、消費電力が高いにもかかわらず、実際の冷却効果は不十分です。最大流量の 50 ～ 70% で動作するファンは静かで効率的で、負荷がかかって温度が上昇しても速度を上げる余裕があります。

軸流ファンの代わりに送風機を使用する場合: 実際的な決定の概要

軸流ファンの代わりに送風機をいつ使用するかは、最終的にはシステム インピーダンスと物理的形状の組み合わせによって答えられる問題であり、以下のロジックに従うことで、熱管理プロジェクトにおけるオーバー エンジニアリングとアンダー エンジニアリングの両方を防ぐことができます。

以下の条件に該当する場合は、送風ファンまたは遠心ファンを使用してください。

• 空気流路が軸流ファンが停止する高密度のヒートシンク、細かいフィルター、または細長いダクトを通過するため、システム インピーダンスが 0.5 インチ H2O を超えます。
• エンクロージャが非常に薄いため、使用可能なファンの直径が軸流ファンでは小さすぎて、許容可能なノイズ レベルで十分な CFM (立方フィート/分) を供給できません。
• ラップトップの端に沿ったり、グラフィックス カードの背面ブラケットを通るなど、筐体内の特定の排気開口部に向かって気流を導くには、排気方向を吸気方向から変更する必要があります。
• 冗長性とホットスワップ保守性は、システムの電源を落とさずに障害が発生したファンを交換できるサーバーまたは通信アプリケーションで必要となります。

次の条件のいずれかに該当する場合は、軸流ファンを使用してください。

• エンクロージャの通気性が良く、密集した障害物がなく空気流路が開いているため、システムのインピーダンスは低くなります。
• 静かなホームオフィスや民生用オーディオ環境などでは、ノイズ単位あたり可能な限り高い CFM (立方フィート/分) が必要です。
• ファンあたりの単価が主な考慮事項であり、システム設計は標準の軸流ファンのフレーム サイズに必要なより大きなパネル カットアウトに対応できます。
• 複数のファンが大きなパネル全体に並列して配置され、ラックエンクロージャのフロントドアや壁に取り付けられた電気通信キャビネットなど、広いエリア全体の総エアフローを最大化します。

軸流ファンの代わりに送風機をいつ使用するかについての答えは、常にシステム インピーダンスに根ざしています。気流経路の抵抗を測定または推定し、それを各候補のファン曲線上にプロットすると、各曲線上の動作点がどこに位置するかによって正しい選択が明らかになります。 本格的な熱管理エンジニアリング プロセスにおいて、このステップに代わる経験則はありません。

よくある質問

遠心ファンと比較して軸流ファンを使用する利点は何ですか?

軸流ファンを使用する利点は何ですか?主な利点は、ファンの物理的なフレーム サイズに比べて CFM (立方フィート/分) 単位での高い風量、スクロール ハウジングなしでフラット パネルに直接フィットする薄い軸方向プロファイル、オープン システムでの同等の風量での騒音の低減、ユニット コストの削減、および 25 mm から 250 mm までの標準サイズの幅広い可用性です。これらの利点により、アキシャル ファンは、オープンで低システム インピーダンスの冷却アプリケーションにとって有力な選択肢となります。

遠心ファンは軸流ファンよりも強力ですか?

遠心ファンの方が強力なのでしょうか？静圧能力に関しては、大差でそうです。高静圧遠心ブロワーは、同等サイズの軸流ファンの最大静圧の 5 ～ 10 倍を生成できます。 CFM (立方フィート/分) での自由空気空気流量に関しては、通常、軸流ファン ユニットは、特定のフレーム直径と入力電力に対してより多くの電力を供給します。どちらがより強力であるかは、アプリケーションの要求に完全に依存します。

遠心ファンの動作は軸流ファンとどのように異なりますか?

遠心ファンはどのように動作するのですか?回転するインペラの中心に軸方向に空気を引き込み、遠心力を利用してその空気を半径方向外側に飛ばし、スクロール ハウジング内の運動エネルギーを静圧に変換してから、入口に 90 度で排出します。軸流ファンは、シャフトの回転と同じ方向に空気を真っすぐに動かし、最小限の圧力変換で CFM (立方フィート/分) の空気流量を生成します。

軸流ファンの気流方向は何ですか?

軸流ファンの風向きは回転軸と平行です。空気は回転ブレードの面に軸方向に入り、反対側の面から同じ軸方向に出ます。この真っ直ぐな流路は、アキシャル ファンをフラット パネルのカットアウトやインライン ダクト セクションに簡単に統合できる決定的な特徴です。

ファン曲線を理解する上での軸流ファンと遠心ファンの主な違いは何ですか?

ファンの気流と静圧の曲線を理解すると、最も重要な実用的な違いが明らかになります。軸流ファンの曲線は、背圧が上昇すると急激に低下します。これは、システム インピーダンスが増加すると、送られる CFM (立方フィート/分) が急激に低下することを意味します。遠心ファンの曲線ははるかに平坦で、より広い範囲の背圧にわたって有用な空気の流れを維持します。実際に設置されるアプリケーションにおける軸流ファンと遠心ファンの違いは、最大圧力や最大流量だけではなく、この曲線形状の違いによって決まります。

高密度サーバーラックに最適な冷却ファンは何ですか?

1U フォームファクターの高密度サーバー ラックに最適な冷却ファンは、15,000 ～ 25,000 RPM で動作する後方に湾曲した遠心ファン モジュールのアレイで、N プラス 1 ホット スワップ構成で展開されます。これらは、高密度負荷の 1U サーバーで一般的な 0.8 ～ 2.0 インチ H2O のシステム インピーダンスに対して、それぞれ 15 ～ 30 CFM (立方フィート/分) を実現します。これは、同等の直径の軸流ファン ユニットでは一致できないレベルの静圧です。

電子機器の冷却に軸流ファンの代わりに送風機を使用するのはどのような場合ですか?

軸流ファンの代わりに送風機を使用する場合: システム インピーダンスが約 0.5 インチ H2O を超える場合、エンクロージャが薄すぎて適切な直径の軸流ファンが入らない場合、または特定のスロットまたはポートから出るために気流を 90 度に方向転換する必要がある場合に、送風機ファンを選択します。システムのインピーダンスが低く、騒音単位当たりの最大自由空気 CFM (立方フィート/分) が優先され、コストが重要な制約となる場合は、軸流ファンを使用します。

システムインピーダンスは、軸流タイプと遠心タイプのファンの選択にどのような影響を与えますか?

システム インピーダンスは、空気流路がファンに与える合計抵抗です。システム インピーダンスが上昇すると、軸流ファンはファン曲線が急峻であるため、供給される CFM (立方フィート/分) が急速に失われますが、遠心ファンは曲線がより平坦であるため、より多くの気流を維持します。したがって、ファンの選択は、他のパラメータを考慮する前に、システム インピーダンスを測定または推定し、それを正しいファン タイプに適合させることから始まります。

軸流ファンと遠心ファンの騒音レベルの比較は、実際にはどのように機能しますか?

オープン低システム インピーダンス システムでは、軸流ファンと遠心ファンの騒音レベルを比較すると、低 RPM と低 dBA で大きな CFM (立方フィート/分) を実現できる軸流ファンが有利になります。制限された高システム インピーダンス システムでは、軸流ファンは背圧に対して最大 RPM まで競う必要があるのに対し、遠心ファンはより低い速度で同じ熱負荷をカバーするため、比較は逆転します。遠心ファンには、同じ合計 dBA レベルの広帯域軸流ファンのノイズよりも煩わしいと多くのリスナーが感じる音のブレードパスノイズ特性もあります。

限られたスペース設計で遠心ファンを選択する主な手順は何ですか?

限られたスペースの設計に遠心ファンを選択するには、5 つの主要なステップが必要です。まず、エンクロージャ内の最大利用可能な高さと吸気口の直径を測定します。次に、特定のヒートシンクとダクト経路のシステム インピーダンスを推定します。第三に、排出方向とポートの寸法を確認して、スクロールハウジングの向きがエンクロージャのレイアウトに適合していることを確認します。 4 番目に、計算されたシステム インピーダンス動作点でのファン曲線をチェックして、提供された CFM (立方フィート/分) が熱管理要件を満たしていることを確認します。そして 5 番目に、動作速度での音響出力を製品の騒音仕様と比較して検証します。