クーリングファンとは
クーリングファンとは、回転する羽根で発生する空気の流れにより、対象物を冷却する装置です。
羽根の種類は大別すると、プロペラファン、シロッコファン 、ラインフローファン、ターボファンなどがあります。このうちプロペラ型はモータの軸方向に風が発生するため、風量も大きく、構造もコンパクトであるため、クーリングファンとしてもっともポピュラーです。
ファンの駆動源も重要であり、ACモータ、DCモータ、内燃機関などが使われます。
クーリングファンの使用用途
近年、パソコンを筆頭に各種OA機器の高機能化、高速化に伴い機器の発熱が増加しており、クーリングファンの需要は高まっています。
機器の筐体に取り付けて機器内部全体を冷却するもの、より効率的な冷却を意図して基板やCPU等の発熱部品の近傍に取り付け直接送風するものなどがあります。それぞれの冷却設計に対応するため、さまざまなサイズのクーリングファンが用意されています。
また、屋外設備や工作機械の冷却用には、防水、防油対策を講じたものもあり、工場の換気ファン、空調機の放熱ファン、室内冷却ファンなどにも使われます。
内燃機関の放熱にもクーリングファンが使用され、この場合ファンの駆動はエンジンやモータです。
クーリングファンの原理
1. プロペラファンの特性
クーリングファンに多く使われているのはプロペラファンです。プロペラファンは、比較的大風量・低圧力で使用する場合が多いといえます。この使用条件での所要動力が小さいのは利点です。
たとえば、制御盤を冷却する場合、ファンを外側へ空気を排出するように配置し、外部空気の入口にフィルタを付けます。圧力は比較的低く、大風量となります。
プロペラ型のクーリングファンは、羽根を取り付けたモータをケーシングに取り付け、ケーシングの四隅には対象機器への取り付けのための通し穴が付加されています。
2. 圧力を増加したい場合
プロペラファンを使って、圧力を上げたい場合、2重反転ファンにする方法があります。プロペラファン2台を直列に配置し、回転方向を逆向きにしたファンです。圧力が上がり、風量も増大します。サーバーの冷却などに使用します。
また、シロッコファンやターボファンを使う方法もあります。大型装置の換気や薄型・高実装密度の装置などに使います。
3. クーリングファンの耐久性
プロペラ型のクーリングファンは、構造はきわめてシンプルですが、機器運転時の冷却というタスクの性格から、基本的に連続運転となり、対象機器以上の耐久性が必要な装置です。
モータの駆動力により回転する羽根は、モータ軸と直交する方向に発生する送風と同等の反力を絶えず受けます。さらに、この荷重はモータ軸先端で最大となり、モータの根元で最小となるモーメント荷重です。加えてモータ軸の一端は片持ち軸です。この条件で冷却対象機器以上の耐久性を維持するために、耐久性が充分考慮されたモータ内部の軸受構造 (ボールベアリング) と、それに封入される高寿命の潤滑剤の選択により、各メーカはクーリングファンのカタログ寿命を保証しています。
クーリングファンの選び方
選び方で最初に決めるのは、機器全体を冷やすか、特定の発熱部分を冷やすかです。機器内部を全体的に冷却する場合は、筐体にクーリングファンを設置して換気します。空気の入口を設け、フィルタを取り付け、機器の発熱量からクーリングファンの仕様を選定します。
特定の部分を冷却する場合は、その部分にクーリングファンの出口からの空気流を直接当てるか、機器専用のクーリングファンを使います。例えばCPUクーラなどです。
次に、駆動するモータの選定を行います。AC3相モータ、AC単相モータ、DCブラシレスモータなどが使われます。DCモータは、ACに比べ効率が高く低消費電力です。PWM制御により、回転数を変え、さらに省エネルギーのモータも増加しています。
クーリングファンのその他情報
PWMコントロール
PWM (パルス幅変調) コントロールは、クーリングファンモータのコントロール端子に入力しパルス信号のデューティ比を変化させることにより、ファンの回転数を外部から制御できる機能です。
装置の発熱状態の変化に応じて、最適な風量に制御できます。効率よく冷却でき、消費電力の低減や装置の低騒音化に効果があります。
参考文献
https://www.sanyodenki.com/archive/document/corporatedata/technicalreport/2015/TR40_p03_Cdiv.pdf