対流冷却とは

対流冷却は、流体の動きから発生する熱の移動です。 液体と気体の両方が対流冷却を示す可能性があり、その効果は自然または強制的です。 自然冷却は、熱気の上昇や冷却空気の沈み込みなど、流体の密度の変化による熱伝達から発生します。 強制対流は、空気を動かす扇風機や液体をかき混ぜるスプーンなど、流体を動かす外力が加わると発生します。

熱伝達は主に伝導と対流から発生します。 伝導とは、材料を動かさずに、材料を介して熱を伝達することです。 伝導の例は、ガスストーブの炎で加熱された金属鍋です。 ガスの炎が鍋の下面を加熱し、伝導により鍋の残りの部分に熱が伝達されます。 熱がオフになると、熱がパンの周囲の空気の上に伝わり上昇するため、対流がパンを冷却します。

自然対流冷却は、地球の大気と海洋で発生します。 空気は土地の温暖化により加熱され、上昇します。 空気が上昇すると、冷却されて地表に戻り、全球の空気循環と気象パターンを作り出します。 海流は温かい水を冷たい海に運び、冷たい水が沈んで暖かい地域に移動します。 日光は空気や水を温めることでエネルギーを追加し、地球の回転はある程度のエネルギーを与えますが、その動きは強制ではなく自然と見なされます。

対流冷却も地球内部で発生します。 放射性元素の崩壊によって加熱された溶融コアは、地球の外側の地殻に向かって上昇します。 対流は溶融したコア材料を冷却し、ゆっくりと中心に戻ります。 この動きにより、大陸はゆっくりと溶融コアの上を動きます。これは、構造プレート運動と呼ばれる現象です。

強制冷却は、家庭や企業では一般的です。 空調および暖房システムでは、強制対流を使用して建物内外に熱を移動しました。 電子機器内のファンは、強制対流冷却を使用して、電子部品上で空気を移動させました。 冷凍システムは、ファンを使用して凝縮器コイルから熱を除去するだけでなく、コンプレッサーを冷却し、冷蔵室内の空気を移動させます。

冷却ファンは何世紀にもわたって対流効果を実証してきました。 電気の発明により、電気モーターを使用して卓上および天井のファンを駆動することができました。 20世紀後半から、機能を自動制御するサーモスタットを備えた洗練された天井ファンが利用可能になりました。 すべては、皮膚を横切って空気を移動させることで人体を冷却するという同じ原理に依存しています。

対流を蒸発と組み合わせて、冷却性能を向上させることができます。 湿った蒸発パッドを通過した強制空気を使用して内部空間を冷却する蒸発冷却システムは、湿度が非常に低い地域で人気があります。 これらのシステムは、蒸発により流入空気から熱を除去することにより、内部空間を冷却します。 結果として生じる空気の流れはより冷たいが、より多くの水分を含む。 蒸発システムは、相対湿度が高い地域ではうまく機能しません。これは、冷却が行われず、内部が非常に湿っている可能性があるためです。