軸流ファンとは？冷却と換気の説明

序文

今日の世界は、様々な用途において迅速かつ効果的な冷却および換気システムが必要とされていることを特徴としています。この点で、軸流ファンは最も人気のある選択肢となっている。一般にプロペラファンとして知られるこのファンは、直線に沿って大量の空気を確実に移動させるように作られており、多くの工業用および商業用アプリケーションに非常に便利です。この記事では、軸流ファンとは何か、どのように作動するのか、冷却と換気の方法としての利点について説明する。

Grand View Researchの報告書によると、軸流ファン市場規模は2020年に27億米ドルと評価され、2021年から2028年にかけて年平均成長率4.5%で成長し、38億米ドルに達すると予測されている。これは、自動車、航空宇宙、温室、電子機器など、さまざまな分野における冷却ソリューションの需要が高まっているためである。

軸流ファンとは何ですか？

軸流ファンは、軸流ファンとも呼ばれ、ファンの軸に平行に気流が流れるファンの一例である。空気を横から吸い、放射状に排出するのが遠心ファンであるのに対し、軸流ファンは空気を一直線に押し出す。これが軸流の理由である。これらのファンは通常、円筒形のハウジング、電動モーター、モーター軸に取り付けられた数枚のブレードを持つプロペラを持っている。

軸流ファンのサイズと構成はさまざまです。そのサイズや形状は、用途や風量のニーズによっても異なります。電子機器に搭載される小型の個人用ファンから、換気システムや冷却塔に採用される大型ファンまで、さまざまなサイズで生産されています。電流の種類により、軸流ファンは主に3つのカテゴリーに分けられる：

AC（交流）軸流ファン
DCまたは直流軸流ファン
EC（電子整流）軸流ファン

軸流ファンの主な特長のひとつは、高密度の空気を集中的に大量に移動させる能力である。同時に、これらのファンは静圧が比較的低い。これが、大量の空気流を供給し、効果的な冷却や換気を行うという目的に好まれる理由である。電子機器、工業プロセス、ビルのHVACシステムなどがその例である。

軸流ファンの仕組み

軸流ファンは、ファンブレードの前面と背面の間に圧力差を作ることで作動する。ブレードの回転は空気を前方に押し出します。そのため、ファンの後方に低圧領域が、前方に高圧領域が生じる。この圧力差によって空気がファンを通過し、高圧側から低圧側へと移動する。

軸流ファンの性能にはいくつかの要因が影響する：

ブレードデザイン： ファンブレードの幾何学的形状と角度も、ファンの性能を決定する重要な要素である。一般に、風力タービンのブレードは飛行機の翼に似た翼形をしている。この形状が空気抵抗を減らし、効率を高める主な理由である。ブレードの角度も、ファンの気流と圧力に影響するため重要である。角度が大きいほど、圧力は同じになる。

モーター速度： モーターの回転数は、ファンの大きさに次いで風量に影響する重要な要素である。モーター回転数が高いほど風量は増すが、それに比例して騒音も大きくなる。電源はファンモーターの回転数、ひいてはファンの性能を決定する最も重要な要素です。

ファンのサイズ： ファンの風量はそのサイズによって決まる。ファンが大きいほど多くの空気を動かすことができますが、これはランニングコストが高くなることも意味します。HVACファンを設計するには、風量と費用対効果のバランスを取る必要があります。

ブレードのピッチは、ファンの深さとブレードのピッチ角を評価する際に考慮すべき主な要因である。経験則では、ファンの深さ1インチにつき少なくとも1度のブレードピッチが必要である。従って、10インチの深さの軸流ファンは、少なくとも10度のブレードピッチ角を持つ必要がある。イリノイ大学の研究によると、ブレードピッチ角を10度から20度に上げた場合、10インチの深さの軸流ファンによって動かされる空気量は15%増加した。しかし、消費電力は変わらなかった。

冷却と換気に軸流ファンを使用するメリット

軸流ファンには、冷却および換気用途においていくつかの利点があります。主な利点をいくつか挙げてみましょう：

効率的なエアフローと冷却能力

軸流ファンの利点のひとつは、大量の空気を非常に効率的に移動できることです。これが、軸流ファンが大風量の用途に最適な方法の1つと考えられている理由です。このような用途には、電子機器の冷却、大空間の換気、熱や煙の排気などが含まれます。軸流ファンは、空気の流れを一定に保つことにより、さまざまなシステムの温度制御や過熱防止に利用されます。

米国暖房冷凍空調学会（ASHRAE）の研究により、軸流ファンは最大100,000立方フィート/分（CFM）以上の風量を達成できることが立証された。この風量は、ファンのサイズと構造によるものである。軸流ファンの高い送風能力により、幅広い冷却および空気循環作業に使用することができます。

特定の用途で軸流ファンの最高効率を達成するために、さまざまなファン設計を利用することができる。例えば、一部の軸流ファンはピッチ調整可能なブレードを備えています。これらのブレードは、所望の運転結果を達成するために、システムの気流と空気圧の特徴を調整することができます。他の設計では、ガイドベーンまたはストレートナーを使用することができる。これらの部品も乱流を減少させ、より良い吸気と分配を保証します。

低ノイズ動作

軸流ファンのもう1つの利点は、他のタイプのファンに比べて比較的静かに作動することである。これは、その流線形の特性によるものである。軸流ファンは、定義された領域を直線的に空気を移動させるように設計されているため、騒音や乱流が少なくなります。低騒音運転は、オフィス、病院、家庭など、低騒音レベルが要求される場所での重要な特徴です。

軸流ファンの騒音を最小限に抑えるために、メーカーはさまざまな方法を導入しています。例えば、異なるブレード形状や遮音材を利用する方法がある。また、ファンの効率を最大化し、異なる回転数設定時の騒音を低減するために可変回転数制御を採用することもできます。これらの特徴により、騒音が基準となる場合、軸流ファンは他の産業用ファンよりもむしろ第一の選択肢となります。

コンパクトなサイズと軽量設計

軸流ファンは小型軽量であることが特徴で、設置が容易で多くのシステムに組み込むことができます。これは、電子機器、小型電気製品、換気システムなど、スペースが限られており、装置の小型化が優先される状況では特に有益です。

軸流ファンは小型であるため、設置場所や取り付けの種類を自由に選ぶことができます。ダクト、壁、天井など、その用途に適した方法で、特定の要件を考慮しながら取り付けることができます。さらに、軸流ファンは軽量であるため、冷却システムや換気システムの重量が軽減され、航空宇宙産業や自動車産業など重量が大きな要素となる分野で役立ちます。

軸流ファンと他のファンの比較

軸流ファンのユニークな特性と利点をよりよく理解するためには、冷却および換気用途で使用される他の一般的なタイプのファンと比較することが役立ちます。

軸流ファンと遠心ファンの比較

ラジアルファンとも呼ばれる遠心ファンも、さまざまな産業用途に広く使用されているファンの一種です。空気を軸方向に移動させる軸流ファンとは対照的に、遠心ファンは空気を側面から取り込み、ファンシャフトに垂直に放射状に排出します。

遠心ファンは通常、より高い静圧を必要とする用途により効果的です。遠心ファンは空調システム、排気システム、または集塵に使用されます。遠心ファンは軸流ファンよりも高い圧力を発生させることができ、ダクトやフィルターシステムの抵抗を克服する上でより効率的です。

それにもかかわらず、軸流ファンは同サイズの遠心ファンと比較して高い送風量を達成することができる。さらに、軸流ファンよりもサイズと重量が大きいため、スペースが非常に限られている用途や重量が要因となる用途では問題となる可能性がある。

軸流ファンと遠心ファンについてもっと知りたいですか？以下のサイトをご覧ください。これをご覧ください。

軸流ファンと接線ファンの比較

クロスフローファンとしても知られるタンジェンシャルファンは、一部の冷却および換気用途で使用される他の種類のファンです。これらのファンは、ファンの羽根車に垂直な方向に空気を動かします。これは、広く均一な気流パターンを生成します。

タンジェンシャルファンは、広く均一な空気分配が必要な場合に頻繁に使用されます。エアカーテン、HVACシステム、冷凍ユニットなどがその例である。タンジェンシャルファンは、広い範囲に大量の空気を送り出すことで有名です。つまり、より広いエリアの冷却や換気に使用できる。

とはいえ、接線ファンは軸流ファンや遠心ファンよりも静圧性能が低いことが知られている。さらに、エネルギー効率も低い。場合によっては、軸流ファンよりも騒音が大きくなることもある。

特徴	軸流ファン	遠心ファン	タンジェンシャル・ファン
気流の方向	軸に平行	シャフトに対して垂直（ラジアル）	インペラに垂直
風量	高い	中程度	高い
静圧	低い	高い	低い
アプリケーション	一般換気、低抵抗	高抵抗（ダクト、フィルター）、ACシステム	広い配風（カーテン、HVAC）
メリット	大風量、静音、コンパクト	抵抗を克服し、より高い圧力をかけるのに適している	広く均一な空気分布

軸流ファンの用途

冷却電子機器およびシステム

軸流ファンは、電子機器やシステムの冷却に高い効率を発揮します。その中には、コンピュータ、サーバー、通信機器、パワーエレクトロニクスなどが含まれます。軸流ファンには、システムを適切な温度で動作させ、過熱を防ぐという非常に重要な役割があります。

このような場合、軸流ファンには主に2つの機能があります。まず、装置やシステムに冷たい空気を送り込みます。しかし、装置の電子部分から出る高温の空気を排出する役割も担っています。軸流ファンのコンパクト性と高い風量特性は、これらの冷却作業に適していることを保証します。軸流ファンを使用することで、電子機器の信頼性の高い動作と長寿命化を実現することができます。

工業用・商業用建物の換気

軸流換気扇は、工場、倉庫、オフィス、学校、その他の大きな建物など、多くの商業施設や産業施設の換気にも応用されています。このような場合、軸流換気扇は室内の空気品質と快適レベルを維持するために存在します。

軸流ファンを使用する場合、通常は換気ダクトに設置される。壁や天井に取り付けることもできる。その目的は、一定の空気供給を確保し、よどんだ空気や汚染された空気を除去することである。軸流ファン軸流空調ファンを換気目的に使用することができる。このようなシステムは、例えば室内環境から熱、湿度、汚染物質を除去するような、特別な目的のために設計することもできる。

軸流換気扇の大風量と低騒音運転は、居住空間の換気に理想的です。このような換気扇は、居住者にとって快適で健康的な室内環境を保証するように設計されています。

排気システムと排煙装置

また、軸流ファンは排気システムや排煙に不可欠なコンポーネントです。製造工場、研究室、厨房などの排気設備は、人に有害なヒューム、粉塵、その他の浮遊汚染物質を発生させる傾向があります。職場の安全を確保するためには、これらを効率的に排出する必要があります。

このような排気システムには通常、軸方向に動くファンが使用される。汚染された空気を発生源から吹き飛ばす。最後に、廃水は排出されるか、ろ過装置を用いて処理される。軸流排気ファンの大風量を動かす能力は、短時間で大量の空気を排除することを可能にする。そのため、社内の空気の質を保ち、同時に作業員の健康被害を防ぐことができるのです。

例えば業務用厨房では、レンジフードや排気システムに軸流ファンが使われている。脱臭、換気、排煙を行う。つまり、厨房スタッフにとって危険のない快適な厨房を作ることができるのだ。軸流換気扇は大量の空気を移動させることができるので、それらの作業に非常に効果的なのです。

結論

結論として、プロペラファンとして知られる軸流ファンは、さまざまな冷却や換気の問題に対処するための多目的で効果的なツールである。軸流ファンは、一度に多くの空気を移動させることができる。小型で低騒音、操作も簡単だ。これが、プロペラファンがほとんどの産業でツールキットのような存在である理由だ。

軸流ファンは、最適な温度、空気品質、および安全性を維持するために、多くの分野で重要なコンポーネントのひとつです。しかし、軸流ファンは、電子機器やシステムの冷却、大規模な建物の換気、煙の除去だけにとどまりません。産業が絶えず変化する中、軸流ファンの使用とその効率に関する知識は、今後ますます重要になっていくでしょう。