DC軸流ファンとは
DC軸流ファン (英: DC axial-flow fan) とは、直流電源を使用した機器冷却用の軸流型送風機です。
DC軸流ファンを設置する目的は、機器内で発生した熱を外部へ排出したり、反対に機器外部から内部へ熱を供給したりすることです。これにより、機器内の温度の制御が可能となります。
機器を駆動させると、一般に熱が発生します。このまま放置すると、機器内の電子部品の温度が上り、最悪の場合、故障や破損が起こります。この場合、DC軸流ファンを使用すると、機器内で発生した熱が排出され、事故を未然に防止できます。
DC軸流ファンの使用用途
DC軸流ファンの主な使用用途は、ノート型パソコンやデスクトップ型パソコン、制御盤や計測機器、OA機器、通信機器、電源装置、医療・理化学機器の内にあるコンデンサやICなどの電子部品を冷却することです。
また、自動車の冷却ファン、エアコンのファンなどを長期的に安定して使用したり、温度を制御したりするためにDC軸流ファンが利用されます。
DC軸流ファンの原理
一般的なDC軸流ファンは、直流電源で駆動するモータに、羽根状の樹脂製や金属製クーリングファンが取り付けられた構成です。ファン前方から吸気し、後方に排気することで機器内部を冷却します。逆に、ファン後方から吸込み、前方に排気するものもあります。
軸流ファンは、ファンを使って風を送る方向が軸方向であるるファンです。ターボファンの中で最も効率がよく、発熱体の冷却用途として幅広く使用されます。抵抗物による風量の増減が比較的少ないことが、軸流ファンの特徴です。軸流ファンを装置に搭載する際は、ファンの動作点を最大風量側にすることで、装置の騒音や電力を下げられます。
さらに近年では、ノート型パソコンやデスクトップ型パソコンなどで使用されているDC軸流ファンのPWM (Pulse Width Modulation) コントロール機能の付いたファンは、ファンの回転速度を外部からコントロールする機能を備えています。環境温度を適切に制御することが可能です。
DC軸流ファンの選び方
DC軸流ファンを選定する際は、まず装置内の発熱量Wを見積ります。発熱量は機器類の消費電力を熱量に換算することにより、計算可能です。そして、装置内の許容温度上昇値ΔTを、機器類の許容温度とファンの吸込み最高温度との差として決定します。
次に、許容温度上昇値ΔTを満たすための必要風量Qを計算します。また、装置内の通風抵抗、または過去のデータによりシステム抵抗を推定します。最後に、軸流ファンの圧力P-風量Q特性を使用して、ファンを選定するという流れです。
通風抵抗の推定が難しい場合は、最大風量が必要風量の1.3～2倍になるようにファンを選定します。一方、ファンを使用することによって、冷却対象の機器内に埃などが長期間流入し続けるため、電子部品の故障や破損を招く恐れがあります。
この場合、ファン前方の吸気側にフィルターを設けることで、機器内へ埃や異物の流入を防ぐことが可能です。ただし、通気抵抗を加算する必要があります。
DC軸流ファンのその他情報
1. DCファンモーター
DC軸流ファンに使用されるDCファンモーターは、直流電源で作動するファン用の電動機です。DCモーターは産業用、一般用問わず広く用いられます。一般用としては、携帯して顔などを冷やすファンなどに使われるものです。構造が簡単で、電池により作動ができます。産業用は、自動車の冷却ファンやエアコンのファンなどに使用されます
DCファンモーターの構造は、一般的なブラシ型の場合だと、鉄心・巻線コイル・整流子から成る回転子、鉄心・巻線コイル又は永久磁石・ブラシから成る固定子です。ブラシ型DCファンモーターは、固定子で作られる磁界の中で、回転子の磁界が整流子の作用により回転磁界となり、駆動力が発生します。回転子の磁界の強さを変えることにより、回転速度の可変が容易です。
近年、多く使用されるようになったブラシレスDCファンモーターは、回転子に永久磁石を使用し、固定子の磁界発生回路により、回転速度を変える方式です。ブラシのメンテナンスが不要であることや、効率面のメリットから、採用が増加しています。
2. DC軸流ファンとAC軸流ファンの違い
DC軸流ファンとAC軸流ファンの違いは、ファンの駆動電源です。DC軸流ファンは、直流電源駆動ですが、AC軸流ファンは交流電源で駆動するファンとなっています。
DC軸流ファンは、モーターの回路により回転速度を変えることが可能です。一方、AC軸流ファンは交流電源の周波数によって、ファンの回転速度が一定になります。
参考文献
https://www.sanyodenki.com/archive/document/product/cooling/technical_material_jp.pdf
https://www.fa.omron.co.jp/data_pdf/commentary/axialfan_tg_j_3_3.pdf
https://techcompass.sanyodenki.com/jp/training/cooling/fan_basic/011/index.html