ファン設計の基本特性
風量は回転数に比例し、圧力は回転数の二乗に比例する。
消費電力は回転数の三乗に比例し、回転数が半分になると風量は半分、消費電力は12.5 %に低減する。
定格回転数の下限は約30 %である。
フレームサイズが大きいほど風量が増加し、厚さが大きいほど静圧が増加する。
並列配置は風量を増加させ、直列配置は静圧を増加させる。
D3_STEP新型ファンの概要
従来ファンと比較して回転数が最適化され、風量が最適化されている。
静音性が大幅に向上し、同時に省エネ性能も大幅に向上している。
Dynamic 3 ファンシリーズ（Fractal Design）
サイズは120 mmと140 mm、カラーはブラックとホワイトが提供される。
RGBバージョンはカスタマイズ可能な ARGB Gen 2 ライティングを搭載する。
バリエーションは標準エアフローとリバースエアフローがある。
ライフルベアリング採用によりスムーズかつ安定した回転が実現される。
スイープブレードデザインは静音性と高性能を両立させる。
成形センターキャップとデイジーチェーン対応ケーブルが装備される。
強力なエアフローと静音性を提供する。
D3_STEPコントローラの仕様
- 定格電流：2.5 A
- 供給電圧：24 V DC
- 動作温度範囲：-20 °C〜45 °C
- 防護等級：IP30
- 本体寸法：116 mm × 27 mm × 126 mm
- 総重量：208.43 g
- 標準リードタイム：4 週間
- 単価：1 個以上 237.19 USD、5 個以上 228.40 USD
- 輸入コード：8548009099
- 製品ファミリー：Stepper motor controller
インバータ駆動と回転数制御
インバータ駆動により省エネルギー効果が得られる。
従来は定格回転数で運転し、バルブで流量を調整していた。
インバータ制御では可変速運転が可能で、バルブを使用せずに流量制御が行える。
ポンプ・ファンのトルクは回転数の二乗に比例し、消費電力は回転数の三乗に比例する（立方則）。
回転数制御により消費電力が大幅に削減され、部分負荷特性が向上する。
PWM 制御の特徴
NE555 タイマ IC が PWM 信号を生成し、ON DUTY が増加すると回転数が上昇する。
推奨周波数は 25 kHz で、可聴範囲外によりモーター音が低減される。
山洋電気とミネベアミツミは PWM による速度制御を禁止している。
コントロール入力付き DC ファンは ON DUTY に比例して回転数が上昇し、停止条件は製品依存である。
電源方式の比較
- リニアレギュレータ LM317 は入力‑出力差を全て熱に変換し、効率が低く放熱が必要である。
- スイッチング電源 LM2596 は降圧チョッパ回路により高効率・低発熱であるが、スイッチングノイズと設計の複雑性が伴う。
省エネ効果と計算例
バルブ調整で流量を 50 % にした場合、電力量は 0.65 Pn で約 35 % の省エネになる。
同条件で回転数制御を行うと電力量は 0.238 Pn となり、約 76 % の省エネ効果が得られる。
回転数制御はバルブ調整に比べ約 63 % の追加省エネ効果を示す。
省エネ効果は負荷率約 60 % で最大となり、効果的な負荷率は 40 %〜50 % である。
負荷率が 40 % 以下になるとポンプ・電動機の効率が急激に低下する。
定格消費電力 15 kW で回転数を 50 % にした場合、消費電力は 1.875 kW になる。
定格消費電力 30 kW で回転数を 70 % にした場合、消費電力は 10.290 kW になる。
年間運転時間は 8 h/日 × 240 日/年＝1,920 h/年である。
- 定風量運転：平均消費電力 15 kW、年間消費電力量 28,800 kWh、年間 CO₂ 排出量 14.4 t‑CO₂。
- 変風量運転（70 % の立方）：平均消費電力 5.145 kW、年間消費電力量 9,878 kWh、年間 CO₂ 排出量 4.9 t‑CO₂。
- 変風量運転は定風量運転と比較して約 66 % の省エネ効果を示す。
主なファンタイプ
- DC ファン：周波数非依存、速度制御とセンサが容易、主流化している。
- 軸流ファン：高風量・高静圧・低騒音。
- 二重反転ファン：2 台直列、後段が逆回転し高静圧を実現。
- リバーシブルフローファン：PWM 0‑50 % で正転、50‑100 % で逆転し吸排気を切替える。
- ブロアファン：垂直吐出、静圧が高く圧力損失が大きい筐体向き。
- 遠心ファン：側面吐出、風量と静圧に優れ、密集装置に適する。
代表製品例
- 山洋電気 9RA0912 シリーズ：定格 12 V、サイズ 80 × 25 mm、PWM 入力あり/なし、電圧範囲は 10.8‑13.2 V（PWM あり）または 7‑13.8 V（PWM なし）。
- EC ファン EMU シリーズ：ブラシレスモーター、低消費電力・軽量・寿命 60,000 h、AC 入力 100‑240 V、取付角 92 mm または 120 mm。
- EC ファン EMR シリーズ：高静圧・大風量、アラーム・可変速、取付角 180 mm または 200 mm。
- プロペラファン（AC）：取付角 80‑300 mm、換気冷却向き、アラーム・長寿命・可変速・防湿。
- DC プロペラファン MD シリーズ：取付角 40‑φ172 mm、換気冷却向き、アラーム・長寿命・可変速・防水。
- AC ブロワ：高静圧・指向性、ランナー径 φ80‑160 mm。
- DC ブロウ MBD シリーズ：同様の特性を DC 入力で提供。
- クロスフローファン AC MF シリーズ／DC MFD シリーズ：均一ワイド送風、複数台で拡張可能、ランナー長 150 mm または 300 mm、AC または DC 入力。
補足データと式
- 風量単位：1 CFM = 0.0283 [m³/min]。
- 静圧単位：1 inch H₂O = 25.4 mm H₂O = 249 Pa。
- 空気比重：1.2 kg/m³（20 °C、1 atm）。
- 空気比熱：1.01 kJ/(kg·K)。
- 定数 20（1200 J/(m³·K)）を用いた風量算出式：Q = H / (20·ΔT)（H：総発熱量[W]、ΔT：温度上昇）。
- パルス信号周波数：f = 2N/60 [Hz]（例：N = 5,000 rpm → f ≈ 167 Hz）。
- プルアップ抵抗例：5 V / 10 kΩ = 0.5 mA（5 mA 以下の条件を満たす）。
- 山洋電気製ファンは内部プルアップ抵抗を持ち、外部プルアップは不要である。
