軸流ファンと送風機の違い、種類、選び方

軸流ファン 遠心送風機や軸流送風機の設計を含む送風機は、大量の空気を低圧で回転軸に沿って移動させますが、より高い圧力を生成して、空気をダクトシステムを通して、または抵抗に抗して押し込みます。 間違ったタイプを選択すると、エアフローが不十分になったり、過剰なエネルギー消費が発生したり、機器の早期故障が発生したりすることがあります。この区別は、静圧として測定されるシステム抵抗が主な設計制約である場合に最も重要になります。この記事では、軸流ファンと送風機がどのように異なるのか、それぞれが正しい選択である場合、および実際のアプリケーションの性能仕様を評価する方法について正確に説明します。

軸流ファンの仕組みとその定義

軸流ファンは、回転軸と平行に空気を吸い込み、同軸方向に排出します。ブレードは翼のような形状をしており、原理的には航空機のプロペラ ブレードと同様で、回転すると揚力が発生し、ファン ハウジングを通る空気を前方に加速します。決定的な特徴は、 空気流路はファンアセンブリ全体を通じてシャフトと平行に保たれます。 .

軸流ファンは、比較的低い静圧での高体積流量 (CFM または m3/h) 向けに最適化されています (通常は) 0 ～ 50 Pa (0 ～ 0.2 インチ WG) 標準的なプロペラタイプのユニットの場合は最大 500 ～ 1,000 Pa、より洗練されたブレード形状のチューブアキシャルおよびベーンアキシャル設計の場合は最大 500 ～ 1,000 Pa。効率の利点は、入力電力 1 ワットあたりの空気の最大量を移動させることが優先される自由空気または低抵抗の設置で最も顕著になります。

軸流ファンの主な種類

• プロペラファン： シンプルな平坦またはわずかに湾曲したブレードがモーターシャフトに直接取り付けられています。窓の換気、壁の排気ファン、凝縮器の冷却に使用されます。最低静圧能力 (0 ～ 25 Pa)
• 管軸流ファン: ぴったりとフィットする円筒管に囲まれたプロペラ型ブレード。チューブは速度圧力をいくらか回復し、静圧出力を 100 ～ 300 Pa に向上させます。ダクト換気および乾燥システムで使用される
• ベーナアキシャルファン： インペラの上流または下流に固定ガイドベーンを備えたチューブアキシャル設計により、旋回空気流を整流して回転速度を静圧に変換します。 300 ～ 1,000 Pa に達します。産業用換気および HVAC 空気処理に使用される
• 二重反転軸流ファン: 同じ軸上で反対方向に回転する 2 つのインペラ。直径を増やさずに圧力能力を2倍にします。高抵抗ダクトシステムおよび航空宇宙用途で使用

軸流送風機とは何か、および標準の軸流ファンとの違い

業界では、「軸流送風機」という用語は、ダクトまたは制限されたシステムでの使用に十分な静圧を発生させるように特別に設計された、高性能軸流ファン ユニット (通常は羽根軸または二重反転設計) を表すために使用されます。軸流ファンと軸流送風機の区別は、メーカー間で必ずしも標準化されているわけではありませんが、機能的には、 軸流送風機は、より高い静圧 (通常 250 ～ 500 Pa 以上) で動作し、重大なダクト抵抗に対して性能を維持するように設計されています。 一方、基本的な軸流ファンは、ほぼ自由空気条件に合わせてサイズ設定されています。

アキシャルブロワー 以下のようなアプリケーションでよく見られます。

• 長い HVAC ダクトが商業および工業用の建物内を通っており、屈曲部、フィルター、継手による圧力損失が数百パスカルにまで蓄積します。
• トンネルおよび鉱山の換気。軸流送風機が数百メートルの距離に気流を届けることができます。
• 背圧に対して制御された大量の空気流が必要なスプレー ブースおよび塗料乾燥トンネル
• コンパクトな軸流ブロワー カートリッジが高密度のコンポーネント アレイに空気を送り込む必要があるサーバー ラックおよびパワー エレクトロニクスの電子冷却

このような状況において、遠心ブロワーに対する軸流ブロワーの主な利点は、 インライン設置形状 — 気流は同じ軸に沿って出入りするため、ダクトの方向を変更したり移行セクションを必要とせずに、既存のダクト内に直接設置できます。

軸流ファンとブロワー: 主要な性能の違い

軸流ファンと送風機 (遠心送風機タイプと軸流送風機タイプの両方) の基本的な性能の違いは、静圧と体積流量の関係に起因します。この関係 (ファン曲線) を理解することは、機器を正しく選択するために不可欠です。

ファンカーブの急峻さも大きく異なります。軸流ファンは比較的平坦な曲線を持ち、静圧が増加すると気流出力が急激に低下します。遠心ブロワーはより急峻で安定した曲線を持ち、システム抵抗が変化しても出力をより一貫して維持します。これにより、ダンパーの位置が変化する可変風量 (VAV) HVAC システムなど、抵抗が変動するシステムにおいて遠心ブロワーがより寛容になります。

失速とサージ: 高抵抗下での軸流ファンの重大な制限

軸流ファンと送風機の最も重要な実際的な違いの 1 つは、空力失速現象です。軸流ファンが設計された圧力範囲を超えて動作すると、たとえば、ダクト システムが部分的に詰まったり、抵抗が予期せず増加したりした場合、航空機の翼が迎え角が高すぎると失速するのと同じように、ブレードが失速する可能性があります。結果は 突然の劇的な気流の喪失、振動の増加、騒音の増加、モーター温度の急激な上昇 .

ファンの性能曲線では、この不安定な領域は、ピーク効率点の左側のくぼみまたはこぶとして現れます。この領域 (「失速領域」または「サージ ゾーン」と呼ばれることが多い) で動作すると、脈動する気流、ブレードとハウジングの構造疲労、さらにはひどい場合にはモーターの焼損が発生します。翼軸ブロワーは、単純なプロペラ ファンよりも安定した動作範囲が広いですが、すべての軸方向設計には失速しきい値があり、遠心ブロワーはインペラの形状が異なるため、この影響をほとんど受けません。

実際的な意味: 動作点が高抵抗領域にドリフトする可能性があるシステムには、絶対に軸流ファンを選択しないでください。 。システム抵抗曲線が安定動作範囲内で、失速点から少なくとも 15 ～ 20% のマージンを持ってファン曲線と交差していることを常に確認してください。

エネルギー効率と運用コスト

軸流ファンと遠心送風機は、それぞれの設計点で 70 ～ 85% のピーク効率を達成できます。各タイプの効率上の利点は、アプリケーションが最適な動作範囲内にあるかどうかに完全に依存します。

軸流ファンは遠心送風機よりも効率が高く、 大流量、低圧アプリケーション 。 50 Pa で 50,000 m3/h で動く大型の産業用軸流ファンは、80% の効率で動作する可能性があります。同じ用途に遠心ブロワーを設置すると、その動作点での効率が低下し、エネルギー消費が増加します。逆に、500 Pa を必要とするシステムでプロペラ軸流ファンを使用すると、ファンが失速領域の奥深くで動作することになり、効率が 30% 未満に低下し、ユニットが早期に故障する可能性があります。

最新の EC (電子整流) モーター技術は、軸流ファンと送風機の両方にますます適用されており、実際のシステムの需要に合わせた可変速動作が可能になっています。 EC 駆動の軸流ファンまたは軸流ブロワーは、60% の速度で動作しても消費電力はわずか約 フルスピードパワーの 22% (親和性の法則に従い、電力は速度の 3 乗でスケールされます)、データセンターの冷却や HVAC 空調などの可変需要システムで大幅なエネルギー節約を実現します。

騒音特性と音響上の考慮事項

騒音は、HVAC、電子機器の冷却、占有スペースの換気においてよく選択される基準です。一般に、軸流ファンは、低静圧で同等の気流が得られるサイズに設定されている場合、遠心送風機よりも騒音レベルが低くなります。これは、軸方向ファンの形状により、所定の気流量に対して乱流が少なく、先端速度が低いためです。

ただし、軸流ファンは、よりトーンの高い高周波ノイズ特徴、つまりブレードの数と回転速度を乗じた周波数に等しい独特の「ブレード通過周波数」トーンを生成します。たとえば、1,450 RPM で動作する 6 ブレード軸流ファンは、次のような主要なトーンを生成します。 145Hz これは、遠心送風機のより広範囲で低周波の騒音スペクトルよりも知覚されやすく、乗員にとって煩わしいものです。

軸流ファンの騒音低減戦略には次のものがあります。

• 奇数のブレードを選択し、ブレードの通過周波数を分散させることで音の強さを低減します。
• 特定の気流目標に対して RPM ではなくブレード直径を大きくすることで先端速度を下げる
• 羽根軸ダクト設備への音響入口および出口サイレンサーの取り付け
• EC 可変速ドライブを使用して、冷却または換気の負荷に十分な最低速度で動作させる

軸流ファンとブロワーのどちらを選択するか: 実用的な意思決定の枠組み

選択プロセスは、あるテクノロジを別のテクノロジより優先することからではなく、常にシステムの動作要件から開始する必要があります。次の順序に従います。

1. 必要な空気流量 (m3/h または CFM) を計算します。 熱放散負荷、空気交換率要件、またはプロセス需要に基づきます。
2. システム静圧の計算 すべてのダクトコンポーネント (直線、曲がり、フィルター、グリル、熱交換器) にわたる圧力損失を合計することによって算出されます。静圧が 100 ～ 150 Pa 未満の場合は、標準の軸流ファンで十分である可能性があります。 300Paを超える場合は軸流送風機や遠心送風機が必要となります。
3. 利用可能なスペースと設置形状を評価します。 ユニットを既存の円形ダクト内にインラインで設置する必要がある場合は、軸流ファンまたは軸流送風機が現実的な選択肢です。スペースに余裕があり、高圧が必要な場合は、遠心ブロワーが最も広い圧力範囲を提供します。
4. ノイズ制約を確認します。 音響パワーレベル制限が厳しい占有スペース (たとえば、1 m で 45 dB(A) 未満) では、低速大口径軸流ファンまたは前方に湾曲した遠心送風機が通常、最高のパフォーマンスを発揮します。
5. ファン曲線上の動作点を確認する 軸方向設計の場合は失速領域から少なくとも 15 ～ 20% 離れた安定範囲内に収まり、最良のエネルギー結果を得るにはピーク効率の 10 ～ 15% 以内に収まります。

概要: 各タイプをいつ使用するか

よくある仕様の間違いとその回避方法

軸流ファンと送風機の誤用は、換気システムのパフォーマンス低下の最も一般的な原因の 1 つです。エンジニアリングおよびメンテナンスの実践では、次のエラーが繰り返し発生します。

• ダクトシステムの自由空気流量定格に基づいた軸流ファンの選択: メーカーの空気流量定格は静圧ゼロで測定されています。たとえ適度な抵抗 (200 Pa) を備えた実際のダクト システムでも、実際の空気流量は定格自由空気値の 40 ～ 60% になる可能性があります。ヘッドラインのエアフロー図ではなく、常にファン曲線を使用してください。
• アンダーサイジング静圧: フィルターの圧力降下 (標準的な HVAC フィルターの場合は通常 50 ～ 150 Pa)、熱交換器の抵抗、または将来のダクト表面の汚れを考慮することを忘れると、時間の経過とともに抵抗が増大するため、システムのパフォーマンスが徐々に低下することになります。
• プロペラ軸流ファンを長いダクト経路に取り付ける: ベーナアキシャル設計のチューブとガイドベーンがなければ、単純なプロペラファンは高い旋回速度を生成し、圧力上昇に寄与するのではなく熱として放散します。ダクト抵抗に対して意味のある空気流を提供することはできません。
• 設置効果を無視する場合: ファンの吸気口または排気口の近く (ファン直径 1 ～ 2 個以内) に障害物があると、気流が 15 ～ 25% 減少し、騒音が増加する可能性があります。ファンの性能データは、標準化された吸気条件を想定しています。実際の設置は大幅に異なることがよくあります。
• より大きなファンを選択して安全マージンを確保するためのオーバーサイジング: ピーク効率点のはるか左側で動作するファン (低流量かつ高圧) は、適切なサイズのユニットよりも効率が低く、騒音が大きく、不安定になり停止しやすくなります。