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PCケースのエアフローと冷却について

PCケースは単なる箱ではなく、パーツの冷却に関与しています。それがPCケースのエアーフローです。PCケース内での空気の流れで空冷しています。パソコンを購入したらエアーフローを確認しましょう。

ATXケースのエアフロー(空気の流れ)

PCで大きな発熱源になるのは、CPUとグラフィックカード(GPU)です。高性能になるほど大きく発熱する傾向にあります。安定して動作させるためには、冷却が重要になります。通気口が多く、PCケースファンが多いケースは冷却性能が高い分、風切り音が高くなります。逆に通気口もファン数も少ないケースでは、静音性に優れますが冷却性能は劣ります。

吸気ファン

ATXのエアーフロー
ほとんどのPCがATXケースで採用されるエアーフローで、PC前面およびCPUファンから吸気され、背面の排気ファンによってケース外へ排熱されます。CPUファンにエアーダクト(パッシブダクト)が付いている場合もあります。パッシブダクトは静音性に劣ると言われますが、CPUに集中して空冷できるメリットが有ります。

パッシブダクトを取り外し
四角いタイプのパッシブダクト。

前面の吸気口ファン写真
エアーフローがしっかりしたPCケースでは前面に吸気用のファンを搭載しています。廉価モデルでは大概ついていません。CPUファンや排熱ファンによって自動的に前面から吸気されます。

外観から確認できる吸気口

パネル側から見る通気口スリット
外観からも吸気口の位置を確認しておきましょう。写真左から「CPUファン用の吸気口、グラフィックカード用の吸気口、前面吸気口」です。

PCケース背面の排気ファン

スリムタワーの排気口の位置
一般的に多いのは、排気用ファンがPCケースの背面側に設置されるタイプです。9センチ角ファンが多く見られます。

スリムタワーの排気口の位置
排気用ファンはPCケースの背面に取り付けられていることが多いのですが、モデルによっては天井の場合もあります。

側面ファン(吸気ファン)

開閉用サイドパネルにつけるのが側面ファン。メーカー製PCではあまり見られませんし、積極的に装備されるものでもありません。しかし冷却ファンを増設するなら、まずは側面ファンを取り付けたほうが手っ取り早い冷却性能の向上となります。

煙突効果の空冷タイプ(天井排気ファン)

熱気は上方へ移動する性質(煙突効果)があるので、それを利用したPCケースも有ります。前方から後方へのエアーフローに加え、下方から上方へのエアーフローが作られます。ただし、煙突効果は微々たるものであり、発熱部に直接風を当てるほうが効果が高いようです。

Alienwareシリーズ
DELLのAlienwareシリーズなどで、天井面に排気口を持つモデルが見られる。

天井に大口径ファン
デュアルGPU構成にするようなPCケースの例。天井に大口径ファンを2基搭載。

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正圧タイプと負圧タイプのエアーフロー

正圧タイプと負圧タイプ
エアーフローには、正圧タイプと負圧タイプがあります。

正圧タイプは、吸気ファンが強く排熱力が弱い構成で、スリットからも自然に排気していくエアーフローです。一方、負圧タイプでは、排気ファンが強く、吸気力は弱い構成で、スリットからも自然に吸気してくるエアーフローです。
「正圧タイプ=吸気型、負圧タイプ=排気型」と覚えればいいでしょう。

この構造により、ホコリに強いのが「吸気口一点集中」の正圧タイプであり、吸気口に防塵フィルターを付けることでホコリ対策ができます。一方、負圧タイプはあらゆるスリットから吸気してくるのでホコリ対策には不向きです。なお、正圧タイプは高級PCケースでよく見かけられます。

構成にもよりますが、吸気面の多い「負圧タイプ」のほうが各パーツに冷気が行き渡る傾向にあり、総合的に見ると負圧タイプのほうが冷却性能に有利かと思われます。

ファンのサイズと風量

大きいファンは小さいファンよりもブレードが大きいので、回転数が同じであれば大きいファンのほうが空気の押し出す力が強い傾向にあります。 某レポートでは以下のような結果が得られています。
回転数 12センチ角ファン 9.2センチ角ファン
1500rpm 1.7m/s 1.1m/s
1000rpm 0.9m/s 0.8m/s
ファン製品とそのスペックの一例を挙げてみました。厚みは25mmの製品が多いです。おおまかに、冷却重視と静音重視のタイプに 分けることができます。 軸の経を小さくしブレードを大きくしたモデルや、超低回転のモデルなど様々なものがあります。 1500 rpm以上になると動作音が気になる場合が多いようです。 2000rpmあたりではわりとうるさく感じます。
製品 サイズ・厚み 回転数 最大風量 動作音
Air Pentrator SST-AP121 12センチ角・25 mm 1500 rpm 35.36 cfm 22.4 dB
OWL-FY1238H 12センチ角・38 mm 2400 rpm 84 cfm 41 dB
KAZE-JYUNI SY1225SL12H 12センチ角・25 mm 1600 rpm 88.11 cfm 33 dB
APACHE BLACK FN058-1300 12センチ角・25 mm 1300 rpm 57.53 cfm 16.05 dB
SF12-S1 12センチ角・25 mm 450 rpm 9 cfm 5 dB
SF12-S4 12センチ角・25 mm 1500 rpm 48 cfm 17 dB
大口径ファン(14cm角ファン) ブレード面積が大きいので空気の押し出す量が多い。少ない回転数でも冷却効果は高く、静音である。設置ではサイズが大きいので他のパーツと干渉しないように注意が必要。
12cm角ファン 中間
小口径ファン(9cm角ファン) コンパクトで設置しやすいが、高い冷却効果を得るには高回転となり騒音の原因となる。

冷却のために内部ケーブルをまとめるべき?

吸気口や排気口を塞がない限りは、ケーブルが乱雑でも束ねてまとめても内部温度は変わらない。しかし、乱雑だとファンに絡まるトラブルがあるので、束ねてまとめたほうが良い。

PCの設置場所

PC内部にホコリが積もってくると、基板やヒートシンクの放熱妨害となり、エアーフローの妨げにもなります。このことで温度上昇が起き、PCパーツの寿命を縮める原因となります。最悪な場合では漏電が発生し、発火さえ招きかねません。

PCの設置場所カーペット上への直置きはリスクが高く、吸気ファンがホコリを大量に吸引してしまう傾向にあります。また床上でもホコリは多いので、できればデスクかラックに置くのが理想です。ラックでなくても頑丈なものであれば台座的なものでも構いません。

喫煙環境はパソコンに良くない

おやじのタバコのせいで汚れたパソコン
ちなみに10年間タバコを吸っていた環境でのパソコン。あらゆる吸気口にホコリとヤニ汚れでびっしりです。ねっとりしたホコリが吸気口を塞いでしまいます。エアーダスターでは吹き飛ばせず、マザーボードの汚れは拭き取ることができません。

冷却アイテムのひとつ:放熱グリス (熱伝導グリス)

パソコン・パーツと放熱器を密着接続するグリス
発熱源となるチップにはヒートシンクや空冷ファンなどの放熱器が取り付けられますが、空気を排除して密着接合させるために放熱グリスが塗られます。主成分はシリコンであり、効果を高めるために金属粒子が混入されている場合もあります。(銀を加えたものがシルバーグリス、他、ダイヤモンドや液体金属などもある)

グリスはチップと放熱器間の隙間を埋めるものなので、適切な方法で塗らなければなりません。厚く塗りすぎても薄すぎても熱がうまく伝わりません。経年劣化もあるので長期使用では塗り直しが推奨されます。

放熱グリスの熱伝導率はW/m・kという単位が使われ、数値が高いほど熱伝導率が高く、よく冷える目安となります。某PCパーツメーカーの推奨では「未開封の保存期間は2年、開封後は1年」となっています。また、、一年半ごとに塗り替えることを推奨されています。

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