エンジニアが電子部品、モーター、電源、制御基板、センサー、その他の発熱機器を収容するプラスチック筐体を設計する際、最も重要な疑問の一つは、その筐体に実際にどれだけの冷却風量が必要かということです。最大風量の定格のみを見て遠心ファンを選択すると、冷却システムが過小または過大になりがちです。

より実用的なアプローチは、まず必要なCFMを計算し、許容温度上昇を決定し、筐体内外の通気抵抗を評価した上で、実際のシステム圧力において必要な風量を供給できる遠心ファンを選択することです。

メーカーやOEMエンジニアにとって、このプロセスは特に重要です。なぜなら、プラスチック筐体は内部容積が比較的小さいにもかかわらず、かなりの熱を発生させる可能性があるからです。また、コンパクトな筐体には、狭い通気経路、フィルター、保護グリル、回路基板、ケーブル、その他の抵抗を増大させる部品が含まれていることもあります。

China Chungfo Fanは、DCファン、ACファン、遠心ブロワー、クロスフローファン、軸流ファン、フレームレスファンおよび関連モーター製品の研究、開発、製造に注力しています。筐体冷却用途では、熱計算と風量および静圧試験を組み合わせることで、ファン選定プロセスを最適化できます。

1、プラスチックファン筐体におけるCFMの理解

CFMは「立方フィート/分」を意味します。これは、ファンが1分間に移動できる空気の体積を表します。筐体冷却用途において、必要なCFMとは、内部部品によって発生する熱を除去し、内部温度を必要な範囲内に保つために、筐体を通過させなければならない空気の量を指します。

しかし、必要な風量とファンの仕様書に記載されている風量の間には重要な違いがあります。

ファンは、抵抗がほとんどない場合、特定のCFMのフリーエア風量定格を持つことがあります。同じファンをプラスチック筐体内に取り付けると、空気は通気口、フィルター、グリル、ダクト、ヒートシンク、内部部品を通過しなければならないため、実際の風量は大幅に低下する可能性があります。

最近のエンジニアリングガイダンスでは、フリーエア風量を最終的な設置時の風量として扱うべきではないことが一貫して強調されています。実際の動作点は、ファン性能曲線と筐体システムの抵抗との関係によって決定されます。

したがって、基本的なエンジニアリング上の疑問は、単に「そのファンは何CFMを生み出すか？」ということではありません。

より適切な問いは、「システムの実際の静圧において、その筐体は何CFMを必要とするか？」です。

2、プラスチック筐体においてCFMが重要な理由

プラスチック筐体は、家電製品、電子機器、制御システム、通信機器、医療機器、産業機械、充電機器、小型電気製品などに広く使用されています。

大型の金属製キャビネットと比較して、プラスチック筐体はコンパクトで軽量、かつ最終製品と視覚的に一体化するように設計されることが多いため、熱管理がより困難になります。

小さな筐体には、複数の発熱部品が含まれていることがあります。電源が熱を発生させることもあれば、モータードライバーが熱を発生させることもあります。回路基板が継続的に熱を放出することもあります。トランス、リレー、コントローラー、LEDモジュールも総熱負荷に寄与する可能性があります。

熱を効率的に除去できなければ、内部温度は上昇し続けます。

過度の温度は、部品の信頼性、電気的性能、絶縁材料、潤滑剤の寿命、プラスチックの変形耐性、および製品の全体的な耐用年数に影響を与える可能性があります。

したがって、冷却ファンの目的は単に風量を作り出すことではありません。その目的は、筐体内部で発生した熱を継続的に運び去ることができるよう、十分な空気交換率を確立することです。

3、必要なCFMの基本公式

最初のエンジニアリング見積もりとして、最も有用な除熱公式は以下の通りです。

必要なCFM ≈ 1.76 × 熱負荷(W) ÷ 許容温度上昇(°C)

この公式は、熱エネルギー、風量、空気密度、および空気の比熱容量の関係に基づいています。最近の技術資料でも、予備的な筐体冷却計算のために同じ近似関係が示されています。

この公式において、熱負荷とは筐体内部で発生する熱量を意味します。

許容温度上昇とは、筐体の入口空気温度と、熱設計に使用される内部または出口空気温度との間の最大許容差を意味します。

例えば、合計100 Wの熱を発生する部品を含む筐体を想定します。

許容温度上昇が10°Cの場合、理論上の必要風量は以下の通りです。

必要なCFM = 1.76 × 100 ÷ 10

必要なCFM = 17.6 CFM

これは、簡略化された計算の前提条件の下では、約17.6 CFMの実際の風量が必要であることを意味します。

ここで重要な言葉は「実際の」です。

フリーエアで17.6 CFMと宣伝されているファンが、自動的に適しているわけではありません。

選択されたファンは、筐体によって生じる静圧において、約17.6 CFMを供給できる能力がなければなりません。

4、総熱負荷の計算方法

CFMを計算する前に、総熱負荷を決定する必要があります。

これは、必要な風量が除去すべき熱量に直接依存するため、最も重要なステップの一つです。

熱負荷には通常、筐体内のすべての主要部品によって消費される電力を含める必要があります。

例えば、プラスチック製の制御筐体には、30 Wを消費する電源、20 Wを消費するモーターコントローラー、15 Wを消費する制御PCB、5 Wを消費するリレーシステム、および10 Wを消費するその他の電子部品が含まれている可能性があります。

したがって、概算の総熱負荷は以下のようになります。

30 W + 20 W + 15 W + 5 W + 10 W = 80 W

設計者は、すべてのコンポーネントの定格電気入力電力を単純に加算するのではなく、実際の放熱量を使用する必要があります。

100 Wの電力を消費するデバイスが、必ずしも100 Wすべてを筐体内で熱に変換するわけではありません。エネルギーの一部は、機械的、電気的、またはその他の出力として伝達される可能性があります。

正確なエンジニアリングのためには、コンポーネントメーカーの損失データ、測定された温度データ、または直接的な熱試験を考慮する必要があります。

総熱負荷が判明したら、それを風量計算式に当てはめることができます。

5, 許容温度上昇がCFMに与える影響

許容温度上昇は、必要な風量に大きな影響を与えます。

100 Wの熱負荷を想定します。

許容温度上昇が5°Cの場合：

必要なCFM = 1.76 × 100 ÷ 5

必要なCFM = 35.2 CFM

許容温度上昇が10°Cの場合：

必要なCFM = 17.6 CFM

許容温度上昇が15°Cの場合：

必要なCFM ≈ 11.7 CFM

許容温度上昇が20°Cの場合：

必要なCFM = 8.8 CFM

これは重要な設計原則を示しています。

許容温度上昇が小さいほど、必要な風量は大きくなります。

電子機器の温度を周囲温度より5°Cしか高くできない場合、20°Cの温度上昇が許容される場合よりも、かなり多くの風量が必要になります。

したがって、許容温度上昇は、任意のファン仕様からではなく、機器の実際の熱要件から導き出す必要があります。

6, ワット数からのCFMの計算

有用なエンジニアリングのワークフローは、ファンのサイズからではなく、ワット数から始めることです。

プラスチック製の筐体に以下が含まれていると仮定します：

電源の熱損失：40 W

制御基板の熱損失：15 W

モータードライバーの熱損失：25 W

その他の電子損失：10 W

総熱負荷：90 W

最大許容温度上昇が10°Cの場合：

必要なCFM = 1.76 × 90 ÷ 10

必要なCFM = 15.84 CFM

したがって、予備的な熱目標値は約15.8 CFMとなります。

設計エンジニアが実際の風量損失を考慮したい場合、選択するファンは、その性能曲線において必要なシステム圧力で約15.8 CFMを供給できることを条件として、カタログ上の風量が15.8 CFMよりも高いものが必要になる可能性があります。

これが、計算されたCFMを単純にフリーエア定格と一致させるだけでは、期待外れの結果になる可能性がある理由です。

7, プラスチック筐体の容積の考慮

筐体の容積も関連しますが、熱負荷計算の代わりにするべきではありません。

直方体の筐体の場合、容積は次のように計算できます：

容積 = 長さ × 幅 × 高さ

寸法をフィートで測定した場合、結果は立方フィートになります。

例えば、2 ft × 1.5 ft × 1 ftの筐体の容積は次のようになります：

2 × 1.5 × 1 = 3 立方フィート

容積は筐体内部に含まれる空気の量を示しますが、どれだけの熱が発生しているかまでは示しません。

150 Wの熱を持つ小さな筐体は、30 Wの熱しか持たないはるかに大きな筐体よりも、多くの冷却風量を必要とする場合があります。

このため、熱負荷と許容温度上昇は、通常、熱風量計算における主要な変数であるべきです。

容積は、空気交換および内部の空気流分布を確認するための二次的な指標として使用できます。

8, 二次的な手法としての1時間あたりの換気回数

換気用途では、1時間あたりの換気回数を使用する別の方法があります。

計算式は以下の通りです。

CFM = 筐体容積 × 1時間あたりの換気回数 ÷ 60

例えば、筐体の容積が3立方フィートで、設計目標が1時間あたり60回の換気である場合：

CFM = 3 × 60 ÷ 60

CFM = 3 CFM

この計算は、正確に把握された電子機器の熱負荷を除去することよりも、一般的な換気が目的である場合に有用です。

しかし、発熱する電子機器の筐体の場合、熱負荷法の方が、風量と除去すべき熱量を直接結びつけるため、一般的に有益な情報が得られます。

換気回数は、補足的な設計確認として使用できます。

9, 静圧を考慮しなければならない理由

必要な風量を計算した後、次の大きな課題は静圧です。

ここで遠心ファンが大きな利点を発揮します。

プラスチック製の筐体は、空気の通り道が制限されていることがよくあります。吸気口には保護グリルがあるかもしれません。埃の侵入を防ぐためにフィルターが取り付けられているかもしれません。排気口は狭い開口部かもしれません。内部の回路基板が空気の流れを遮るかもしれません。ダクトが空気の方向転換を強制するかもしれません。

それぞれの制限が圧力損失を生じさせます。

システム全体の抵抗には、吸気抵抗、排気抵抗、フィルター抵抗、グリル抵抗、ダクト抵抗、曲がり角、ヒートシンク、および内部部品による障害が含まれます。

最近のファン選定に関する文献では、実際の動作点はファン性能曲線とシステム抵抗曲線の交点によって決定されることが強調されています。

これは、自由空気でのCFM定格が高いファンであっても、制限の多い筐体では、自由空気定格は低くても圧力能力が強い遠心ファンよりも性能が劣る場合があることを意味します。

10, ファンP-Q曲線の理解

ファンのP-Q曲線は、風量と静圧の関係を示しています。

抵抗が非常に低い場合、ファンは比較的高い風量を生成できます。

システム抵抗が増加するにつれて、風量は減少します。

最大静圧では、風量はゼロに近づきます。

実際の動作点は、ファン曲線が筐体の抵抗曲線と交差する場所で発生します。

例えば、ある遠心ファンの自由空気風量定格が30 CFMであると仮定します。

筐体が100 Paの抵抗を生み出す可能性があります。

ファン曲線でそのファンが100 Paで22 CFMを送風できることが示されている場合、実際の風量は30 CFMではなく、約22 CFMとなります。

熱計算で25 CFMが必要な場合、そのファンのカタログ上の自由空気定格が計算値より高く見えても、要件を満たさないことになります。

この区別は、プラスチック製の遠心ファンを選定する際に非常に重要です。

11, 筐体抵抗の推定

ファン選定の精度を向上させる最も簡単な方法は、空気の通り道にあるすべての制限箇所を特定することです。

吸気グリルを評価する必要があります。

排気グリルを評価する必要があります。

フィルターを評価する必要があります。

ダクトを評価する必要があります。

急な曲がり角は評価されるべきです。

狭い通路は評価されるべきです。

ヒートシンクおよび高密度に実装された電子アセンブリは評価されるべきです。

システムが制限的であればあるほど、ファンにはより高い静圧能力が必要となります。

単純な開放型筐体は、比較的抵抗が低い場合があります。

フィルターと狭い排気通路を備えたコンパクトな密閉型または半密閉型のプラスチック筐体は、大幅に高い抵抗を持つ可能性があります。

エンジニアリング開発において、プロトタイプ試験は理論的な推定のみよりも信頼性の高い圧力損失値を提供できます。

12, 遠心ファンがコンパクトな筐体でどのように役立つか

空気が制限された経路を通らなければならない場合、遠心ファンが選択されることがよくあります。

回転軸に沿って主に空気を移動させる多くの軸流ファンとは異なり、遠心ファンはインペラと渦巻き構造を通して空気を半径方向に加速させます。

これにより、一方向から空気を取り込み別の方向から排出する必要がある用途や、より高い静圧が必要な用途に役立ちます。

例えば、プラスチック製の電子機器筐体には、片側に吸気口、反対側に排気ダクトがある場合があります。

遠心ファンを筐体に組み込むことで、発熱部品全体に空気を引き込み、狭い出口から排出することができます。

この配置により、全体的な空気の流れの経路が改善され、特定の領域からの除熱を助けることができます。

13, 実用的な安全マージンの計算方法

理論上のCFM計算は、最終的なファン仕様ではなく、出発点に過ぎません。

実際のシステムには、製造公差、塵の蓄積、フィルターの負荷、空気漏れ、部品による障害、環境条件の変化が含まれます。

そのため、エンジニアは通常、設計マージンを含めます。

適切なマージンは用途によって異なります。

予備設計において、エンジニアリングチームは20%から30%の風量マージンを使用することを決定するかもしれませんが、これは普遍的な基準ではなく、プロジェクトの設計上の前提として扱うべきです。

例えば、計算された必要量が20 CFMで、25%の設計マージンが選択された場合：

20 × 1.25 = 25 CFM

設計目標は約25 CFMとなります。

ただし、最終的なファンは、実際の動作圧力で25 CFMを供給できなければなりません。

大きなフリーエアのCFM数値は、不十分な静圧を補うものではありません。

プラスチック製遠心ファン筐体の計算例

電子機器に使用されるプラスチック筐体を検討します。

内部発熱量は120 Wです。

最大周囲温度は35°Cです。

希望する最大内部空気温度は45°Cです。

したがって：

許容温度上昇 = 45°C − 35°C

許容温度上昇 = 10°C

予備的な風量計算は以下の通りです：

必要CFM = 1.76 × 120 ÷ 10

必要CFM = 21.12 CFM

次に、設計チームが25%のエンジニアリングマージンを適用すると仮定します：

21.12 × 1.25 = 26.4 CFM

予備設計目標は約26.4 CFMとなります。

その後、エンジニアは筐体の抵抗を評価します。

吸気グリル、フィルター、内部通路、排気口を合わせると、約26 CFMで120 Paのシステム抵抗が発生すると仮定します。

エンジニアは、120 Paで少なくとも約26 CFMを供給できる性能曲線を持つ遠心ファンを見つける必要があります。

ゼロ圧力で35 CFMを生成するファンであっても、120 Paで20 CFMしか供給できない場合は適していない可能性があります。

フリーエア定格が32 CFMの別のファンは、その性能曲線が120 Paで28 CFMを提供できるのであれば、より適している可能性があります。

この例は、CFMの計算と静圧の評価を併せて行う必要がある理由を示しています。

14,小型DCファンをコンパクトな筐体で使用する

すべての筐体に大型の遠心ブロワーが必要なわけではありません。

一部のコンパクトな電子製品は、熱負荷が比較的低く、設置スペースも限られています。

このような用途では、小型のDCファンで十分な場合があります。

30mm fan 5vは、物理的なサイズと動作電圧の両方が制限されるコンパクトな電子機器、ポータブルデバイス、小型制御モジュール、その他の低電力用途で検討できます。

同じ原則が25mm dc fanにも当てはまります。その小さなフレームサイズは、利用可能な設置面積が非常に限られている場合に役立ちます。

しかし、ファンのサイズが小さいからといって、エンジニアリング計算の必要性がなくなるわけではありません。

設計者は依然として、必要な風量、利用可能な静圧、動作電圧、騒音要件、動作温度、および期待寿命を決定する必要があります。

非常にコンパクトな製品の場合、ファンは何千時間も連続して動作する必要がある可能性があり、モーター設計、ベアリングの選択、熱的信頼性が重要になります。

15,小型ファン対遠心ファン

小型軸流ファンと遠心ファンのどちらを選択するかは、空気の流路に基づいて決定する必要があります。

筐体の空気流路が比較的開放されており、抵抗が低い場合は、軸流ファンが効率的なソリューションとなる可能性があります。

空気が狭いダクト、フィルター、または複雑な内部経路を通らなければならない場合は、より高い静圧を生成できる遠心ファンの方が適している可能性があります。

25mm dc fanは、短く開放的な換気経路を持つ小型の電子モジュールに適している場合があります。

30mm fan 5vは、電源が5 Vに制限されているコンパクトな家電製品に適している場合があります。

同じコンパクトな筐体に狭い空気流路や長いダクトが含まれている場合、遠心ブロワーの方が魅力的になる可能性があります。

正しい選択は、フレームサイズだけで判断するのではなく、常にファン性能曲線を使用して確認する必要があります。

16,アプリケーション例：冷蔵庫の冷却

冷凍機器は、筐体の空気流設計のもう一つの有用な例を提供します。

冷蔵庫には、コンプレッサー、制御システム、発熱する電気部品、熱交換構造が含まれています。

冷蔵庫の排気ファンは、特定の換気配置において、指定された領域から暖かい空気を移動させるために使用されることがあります。

ただし、正確な風量の要件は、熱負荷、利用可能な換気面積、温度制限、圧力損失、および冷蔵システム全体の設計によって異なります。

冷蔵庫の用途で高い風量が必要そうに見えるという理由だけでファンを選択すべきではありません。

設計者は、除去しなければならない熱量を計算し、必要な動作風量を決定する必要があります。

空気が狭いチャネルや制限された排気口を通過しなければならない場合は、静圧も考慮する必要があります。

17,空気の流れの方向の重要性

ファンは理論上のCFMが十分であっても、空気の流れの方向の設計が不適切であれば、冷却効果が低くなる可能性があります。

空気は通常、より冷たい領域から入り、筐体から出る前に発熱部品を通過するように流れるべきです。

吸気口と排気口が近すぎると、ファンが筐体の残りの部分を効果的に冷却することなく、局所的に空気を循環させてしまう可能性があります。

これは空気の短絡を引き起こす可能性があります。

排気された空気が、主要な発熱領域を通過せずに、すぐに吸気口に戻ってしまう可能性があります。

コンパクトなプラスチック筐体の場合、複雑な設計には数値流体力学を使用できますが、物理的なプロトタイプテストは依然として価値があります。

重要な部品の近くに温度センサーを設置して、空気の流れが実際に必要な場所に到達しているかどうかを確認できます。

18,筐体内部のホットスポットを避ける

筐体の平均温度が、最も敏感な部品の温度を常に表しているとは限りません。

パワー・トランジスタ、モーター・コントローラー、または電圧レギュレーターは、周囲の空気よりもはるかに高い温度で動作する場合があります。

これが、気流の分配が重要である理由です。

遠心ファンは、最も熱密度の高い領域に向けて気流が送られるように配置することができます。

バッフルを使用して、空気が重要なコンポーネントをバイパスするのを防ぐこともできます。

目的は、単にファン出口で計算上のCFMを達成することではありません。

目的は、実際に冷却を必要とするコンポーネントに、必要な量の冷却空気が確実に届くようにすることです。

周囲温度の考慮

熱設計には周囲温度を含める必要があります。

20°Cの部屋で動作するシステムと、40°Cで動作する同じシステムでは、冷却要件が大きく異なります。

内部コンポーネントの最高温度が60°Cの場合、20°Cの周囲温度における許容温度上昇は40°Cとなる可能性があります。

40°Cの周囲温度では、許容温度上昇はわずか20°Cです。

2番目の条件では、大幅に多くの気流が必要となります。

これが、産業用機器や屋外用機器が、管理された屋内環境で使用される民生用機器よりも慎重なファン選定を必要とすることが多い理由の1つです。

19,高度と空気密度

空気密度は高度と温度によって変化します。

高度が高くなると、空気の密度は低くなります。

したがって、同じ体積の気流であっても、筐体内を移動する空気の質量は少なくなる可能性があります。

基本的なCFMの公式は標準的な空気の状態を想定しているため、高地での用途では追加のエンジニアリング補正が必要になる場合があります。

これは、山岳地帯で動作することを意図した機器や、環境条件が大きく変動する用途において特に重要です。

予備計算には、標準的な公式が役立ちます。

重要な機器については、実際の動作温度、高度、および空気密度を熱計算に含める必要があります。エンジニアリングの参考文献でも、環境条件が標準的な想定と大きく異なる場合は、気流計算を補正することが推奨されています。

ファンの電圧と制御要件

気流と圧力の要件が判明したら、電気的仕様も適合させる必要があります。

一般的なDCファンの電圧には、5 V、12 V、24 Vがあります。

コンパクトな製品では、5 Vファンが必要になる場合があります。これは、メインの電子システムがすでに5 Vで動作しているためです。

産業用機器では、利用可能な電源アーキテクチャに応じて12 Vまたは24 Vのファンが使用される場合があります。

電圧に加えて、エンジニアは必要に応じて電流、始動動作、拘束ローター保護、速度制御、タコメーター出力、PWM制御、およびアラーム機能を考慮する必要があります。

気流要件を満たしていても、製品の電源および制御システムと正しく統合できないファンは、完全なソリューションとは言えません。

20,騒音に関する考慮事項

小型のプラスチック筐体では、騒音が重要な要素となる可能性があります。

回転速度の高いファンは強力な気流を提供できますが、空気力学的騒音やモーター騒音も大きくなる可能性があります。

家電製品、医療機器、オフィス用電子機器、および民生用製品では、音響性能が熱性能とほぼ同等に重要である場合があります。

したがって、設計者は単に利用可能な最高回転数のファンを選ぶことを避けるべきです。

より良いアプローチは、必要な動作点を特定し、過度な速度を出すことなく必要な気流と圧力を提供できるファンを選択することです。

乱流、急な曲がり角、狭い開口部は追加の騒音を発生させる可能性があるため、気流経路自体も慎重に設計する必要があります。

信頼性と連続運転

連続運転用に設計された機器では、ファンの信頼性が重要な考慮事項となります。

ファンは毎日何時間も稼働する可能性があります。

ベアリングの選定、モーター設計、巻線温度、動作温度、振動、粉塵への曝露はすべて耐用年数に影響を与える可能性があります。

このため、China Chungfo Fanでは、ファンソリューションを開発する際、風量だけでなく、製品構造、電気的特性、および使用条件も考慮に入れています。

OEM顧客向けには、電圧、電流、速度、風量、圧力、配線構成、コネクタ構成、その他の機能要件などのカスタマイズが可能です。

21, 最終筐体のテスト

重要な用途においては、理論計算の後に必ずプロトタイプテストを行うべきです。

プロトタイプの筐体は、代表的な周囲環境条件下でテストできます。

温度センサーは重要な部品の近くに配置できます。

その後、ファンを意図した電圧および制御条件で動作させることができます。

エンジニアは、入口温度、出口温度、内部ホットスポット温度、風量、および圧力を測定できます。

測定結果は、元の計算値と比較することができます。

内部温度が高すぎる場合は、いくつかの要因を調査する必要があります。

ファンが実際のシステム圧力において十分な風量を生成できていない可能性があります。

空気の通り道が塞がれている可能性があります。

入口または出口が小さすぎる可能性があります。

ファンの配置が不適切な可能性があります。

過度の漏れがある可能性があります。

熱負荷が当初の推定よりも高い可能性があります。

筐体の換気面積が不足している可能性もあります。

テストを行うことで、量産前にこれらの問題を特定できます。

22, CFM計算時のよくある間違い

よくある間違いの一つは、データシートに記載されている最大CFMのみに基づいてファンを選択することです。

これは静圧を無視しています。

もう一つの間違いは、筐体の容積のみに基づいて風量を計算することです。

容積だけでは、どれだけの熱を除去しなければならないかを説明できません。

3つ目の間違いは、実際の消費電力を決定せずに、すべてのコンポーネントの定格電力を熱負荷として使用することです。

別の問題として、必要な風量が物理的に達成可能かどうかを考慮せずに、過度に小さな温度上昇値を使用することが挙げられます。

設計者は、粉塵が蓄積するにつれてフィルターの抵抗が増すことを忘れてしまうこともあります。

したがって、空気流システムは現実的な動作条件下で評価されるべきです。

もう一つのよくある間違いは、入口と出口を近づけすぎることです。

これにより、効果的な冷却ではなく、空気の再循環が発生する可能性があります。

最後の間違いは、熱要件を定義する前にファンを選択することです。

より良い手順は、熱負荷を計算し、許容温度上昇を決定し、必要な風量を計算し、システム抵抗を推定し、動作点を特定してから、ファンを選択することです。

23, 実践的なファン選定ワークフロー

一連のプロセスは、実践的なエンジニアリングワークフローとしてまとめることができます。

第一に、最大周囲温度を決定します。

第二に、許容可能な最大内部温度またはコンポーネント温度を決定します。

第三に、許容温度上昇を計算します。

第四に、総内部熱負荷を計算します。

第五に、理論上必要なCFMを計算します。

第六に、筐体の空気流経路を評価します。

第7に、システムの静圧を見積もるか測定します。

第8に、適切なエンジニアリングマージンを加えます。

第9に、目標動作点と遠心ファンの性能曲線を比較します。

第10に、プロトタイプテストを通じて最終的な選定を検証します。

このワークフローは、単一のカタログ番号に基づいてファンを選定するという一般的な問題を回避するのに役立ちます。

24, China Chungfo Fan はどのように筐体冷却をサポートできるか

China Chungfo Fan は、さまざまなDCおよびAC冷却ファン製品を開発・製造し、多様な機器用途に対応しています。

同社の製品ラインナップには、軸流ファン、遠心ブロワー、クロスフローファン、フレームレスファン、および関連するモーターソリューションが含まれます。

OEM用途では、必要な電圧、電流、速度、風量、静圧、寸法、騒音、動作環境、および配線要件に基づいてファンを評価できます。

小型のプラスチック筐体の場合、設計プロセスは顧客の熱負荷と利用可能な設置スペースから始めることができます。

次に、必要なCFMを計算し、圧力要件と照合します。

このアプローチは、単に外形寸法に基づいてファンを選定するよりも信頼性が高くなります。

China Chungfo Fan は、製品開発、金型開発、射出成形、SMT、組み立て、品質管理を網羅する生産および試験能力も備えています。

試験装置を使用して、風量、圧力、騒音、電気的性能、およびその他の製品特性を評価できます。

OEMおよびカスタマイズされた用途において、これらの能力は、理論上のファン計算と実際に製造された製品を結びつけるのに役立ちます。

25, 結論

プラスチック製遠心ファン筐体に必要なCFMの計算は、ファンのサイズではなく、熱から始まります。

基本的な予備計算式は以下の通りです。

必要なCFM ≈ 1.76 × 熱負荷(W) ÷ 許容温度上昇(°C)

この計算により、理論上の風量要件が確立されます。

しかし、これは最終的なファンの選定を表すものではありません。

設計者は、静圧、フィルター、グリル、ダクト、内部コンポーネント、風向、温度分布、周囲温度、高度、騒音、および信頼性も考慮しなければなりません。

最も重要な区別は、フリーエア風量と実際の動作風量の違いです。

遠心ファンは、その性能曲線が筐体システムの抵抗曲線と交差する点に基づいて選定されるべきです。

低抵抗の筐体であれば、小型の軸流ファンで十分な場合があります。

狭い通路、フィルター、またはダクトを備えた小型筐体の場合、遠心ファンの方がより適切な圧力・流量性能を提供できる可能性があります。

小型製品では、30mm fan 5vや25mm DCファンが使用されることがありますが、熱負荷や風量要件が比較的低い場合に限られます。一方、より大型または制限の多いシステムでは、高性能な遠心ブロワーが必要になる場合があります。

同じ計算原理は、冷蔵庫の排気ファンシステム、電子機器キャビネット、家電製品、医療機器、充電機器、産業機械などの用途にも適用できます。

したがって、最も信頼できるアプローチは、熱負荷を計算し、許容温度上昇を決定し、CFMを計算し、静圧を評価し、性能曲線からファンを選定し、最後にテストを通じて最終設計を検証することです。

26, FAQ

FAQ 1: 必要なCFMを計算するための基本式は何ですか？

予備計算式は「必要なCFM ≈ 1.76 × 熱負荷(W) ÷ 許容温度上昇(°C)」です。この結果は、計算の前提条件の下で除熱に必要な概算の実際の風量を表しています。

FAQ 2: ファンのフリーエアCFMは、実際の筐体内の風量と同じですか？

いいえ。フリーエアCFMは通常、風量抵抗が非常に低い状態で測定されます。ファンがフィルター、グリル、ダクト、または狭い通路を備えた筐体に設置されると、実際の風量は減少する可能性があります。そのため、予想される静圧においてファンの性能曲線を確認する必要があります。

FAQ 3: 100Wの筐体にはどれくらいのCFMが必要ですか？

答えは許容温度上昇によって異なります。5°Cの温度上昇の場合、予備要件は約35.2 CFMです。10°Cの場合は約17.6 CFM、15°Cの場合は約11.7 CFM、20°Cの場合は約8.8 CFMとなります。

FAQ 4：遠心ファンを選定する際、なぜ静圧を考慮する必要があるのですか？

静圧は、ファンが克服しなければならない抵抗を表します。フィルター、グリル、ダクト、ヒートシンク、狭い通気経路は、風量を大幅に減少させる可能性があります。そのため、遠心ファンはフリーエア条件だけでなく、実際の圧力要件に基づいて評価する必要があります。

FAQ 5：プラスチック製の筐体に小型のDCファンを使用できますか？

はい、熱負荷と必要な風量が十分に低い場合は可能です。30mm 5vファンや25mm DCファンは小型電子製品に適している場合がありますが、必要な風量、静圧、電圧、騒音、動作寿命をすべて評価する必要があります。

FAQ 6：軸流ファンではなく遠心ファンを選択すべきなのはどのような場合ですか？

遠心ファンは、気流が制限された経路、狭いダクト、フィルター、またはコンパクトな内部チャネルを通過しなければならない場合に特に有効です。気流経路が比較的開放されており、抵抗が低い場合は、軸流ファンも適している可能性があります。

FAQ 7：筐体が大きければ、常に多くのCFMが必要ですか？

いいえ。筐体の容積は一つの要因に過ぎません。必要な風量は、主に熱負荷と許容温度上昇に関連しています。熱負荷の高い小さな筐体は、熱負荷の低い大きな筐体よりも多くの冷却風量を必要とする場合があります。

FAQ 8：風量の安全マージンを追加すべきですか？

設計マージンは、気流の損失、部品の公差、フィルターの負荷、動作条件などの実用的な要因を考慮する上で役立ちます。適切なマージンは用途によって異なり、普遍的な固定値として扱うべきではありません。

FAQ 9：最終的なファンの選定はどのように検証できますか？

最善のアプローチは、必要な風量と静圧をファンのP-Q性能曲線と比較し、代表的なプロトタイプ筐体で選定したファンを検証することです。テスト中に温度、風量、圧力を測定できます。

FAQ 10：China Chungfo Fanはカスタマイズされた遠心ファンソリューションを提供できますか？

China Chungfo Fanは、寸法、電圧、電流、回転数、風量、圧力、騒音、配線、および使用条件に基づいてファンの要件を評価できます。OEMプロジェクトの場合、これらの要件を適切なファンソリューションを選定または開発するための出発点として使用できます。