控制柜冷却装置技术信息
3-1.保持控制柜内的适宜环境
本节描述了控制柜内部环境改善的必要性以及如何实施这些措施。
(1) FA 的进化和控制设备的高性能和功能改进
近年来，FA（工厂自动化）在生产设备中已变得普遍。在工厂里，机器人和自动化机器不仅设置于一楼，而且还挤在狭小的二楼空间。为了通过大规模生产来降低成本，这种措施是自然而然的。
然而，虽然可以以低成本进行大规模生产，但也存在一些缺点，例如机器人和自动化机器产生的热量对控制元件产生负面影响。特别是，随着电子元件变得越来越小，功能更复杂，机械和电柜的尺寸也进一步缩小。发热量本身却正在上升，会进一步影响电子器件。
控制设备的高速化、高性能化、高功能化，其积极的一面是通过提高工作速度来提高效率，但消极的一面是设备不得不安装在发热、灰尘、湿气等不利于控制元件运行的环境中。
(2) 控制设备发生故障时的影响
让我们看看控制设备发生问题时，如何影响实际的生产活动。
案例1。
例如，假设控制柜停止工作。哪怕只持续10到20分钟，由于生产线从前到后工序是一体化的，所以不仅控制柜停止，其前后的生产线也会连锁，机器也会停止。
另外，如果你的熔炉或其他设备停止工作，肯定需要1到2小时才能恢复。换句话说，如果考虑到其中一台控制柜故障前后产线的恢复情况，预计会有2个小时左右的损失。
案例 2。
例如，假设逆变器停止。如果您更换逆变器，会产生购买新逆变器的成本。光是换一块基板，就需要几万日元。
如果您没有任何备件，可能需要几天甚至几周的时间购入。如果是旧型号逆变器，也可能已经停产。偏远地区或紧急情况等需要单独的包机费用。此外，如果您持有库存以备不时之需，那么库存资金等压力将会增加。若是增加预防性维护和定期点检的维护人员数量时，因为这会增加人员成本，则必须做好增加巨额成本的心理准备
类似的事情在生产现场每天都在发生。在下一节中，我们将介绍高温和湿度的影响，这是机器和控制柜突然停机的最常见原因。
(3) 热量对设备的影响
数据证明，热量会大大加快半导体和电子元件的故障率并缩短其寿命。图①所示为某汽车厂家控制盘内外温度变化情况。从开始到结束的温差约为15至20摄氏度。
如图②所示，当控制柜内部温度达到55°C或60°C时，电子元件中使用的电容器的寿命会大幅缩短。
图②表示电解电容器的寿命与环境温度的关系，被称为“10℃法则”。在30°C的温度下，电解电容器的寿命约为80,000小时，但在40°C的温度下，电解电容器的寿命约为40,000小时。简言之，温度每升高10℃寿命减半。此外，在60°C的温度下，电池寿命约为10,000小时，仅为其1/4。半导体和电子元件的寿命也会因热量而大大缩短。
温度每升高 10°C，寿命减半
10 °C 法则
右图显示了电子设备中使用的电解电容器的寿命与环境温度的关系。
当环境温每升高10℃时，电解电容器的寿命就会减半。
由于电子设备的小型化和高性能化，产生的热量趋于增加。此外，容纳这些设备的控制柜也正在小型化，因此预计未配备任何制冷对策的控制柜内部的温度将比以往任何时候都高。
此外，图③显示了半导体的故障率与环境温度之间的关系，这被称为“阿伦尼乌斯定律”。根据图表，在低于30°C的温度下故障率非常小，但在 40°C 的温度下故障率上升到 1。当温度达到60℃时，速率从10倍增加到近30倍，而在80℃时，它从100倍增加到近300倍。由此可见，半导体和电子元件会随着温度的升高，故障率急剧增加。
故障率随着环境温度的升高而加速增加
阿累尼乌斯法则
右图显示了半导体的环境温度与故障率之间的关系。
如果假设40℃时的相对故障率为1，那么在60℃时它会增加到10，而在80℃时它会迅速增加到100。
由此可见，为确保生产线的稳定运行，控制柜的持久冷却将成为未来的重要课题。
(4) 湿气对设备的影响
与热量一样，湿度也是控制设备故障的原因之一。在这里我们将思考湿度如何影响控制设备。
控制设备中有许多元件接头。湿气时接头部分的大敌。图④显示了腐蚀与相对湿度的关系，可以看出，当湿度超过60%时，腐蚀进展迅速。在日本，湿度水平通常约为 70%，因此控制设备中的湿度控制措施非常重要。另外，据说随着温度的升高腐蚀会加快，因此必须同时考虑防潮湿措施和防高温措施。
(5) 常规对策及其存在的问题
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散热效果很大程度上取决于周围的环境。效果受周围环境的影响很大，在外界气温高的情况下，无法达到理想的制冷效果。此外，由于控制柜风扇将外部空气吸入控制柜，“灰尘”和“油雾”会侵入控制柜，在某些情况下反而会引发故障。 |
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环境温度高时，无冷却效果。与控制柜风扇不同，热交换器是保持控制柜处于密封状态的同时进行散热。 但由于散热是利用控制柜内部和外部之间的温差来传递热量的，环境温度高时，无显著冷却效果。夏季要注意制冷不足问题。 |
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急速制冷，容易结露。虽然采用局部空调机作为应急措施，但它最初是为现场工作人员快速制冷而设计的，因此在冷却电子设备时可能会发生冷凝。此外，由于控制柜是开放式的，因此无法防止“灰尘”或“油雾”侵入。 |
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由于距离不同，温度不均匀。各控制柜与空调的距离不同以及各柜内的发热量不同，很难控制每个控制柜的单独温度，是一种非常不均匀的制冷方式。安装空调管道的分支也需要时间，不适合作为夏季的紧急对策使用。 |
(6) 使用控制柜空调的优点
1) 冷却效果
上一页提到局部空调机的吹风温度低，可能有些人会认为难道控制柜空调不也是这样吗？据说，典型的局部空调机的吹风温差（吸入空气、冷却后吹出空气之间的温度差）为15℃～20℃。如果将此温差应用于控制柜空调，在日本典型的夏季温度和湿度条件下使用的话，很可能会发生结露。 （图⑤）
为此，Apiste专注于独特的“温和冷却设计”，考虑到日本夏季平均湿度为60%，将吹气温差保持在8℃以内，有效防止结露。通过在除湿的同时缓慢冷却空气来防止结露。我们逐一审查了构成制冷循环的每个组件，对Apiste专有制冷循环的设计进行了调整。结果，实现了对电子设备进行温和的冷却。
2) 防尘效果
由于采用内部与外部空气完全隔离的结构，装有空调的控制柜在空间上变成独立的密封状态，与安装风扇或换气扇等不同，电柜空调具有很好的防尘效果。这就是为什么在有大量油雾和灰尘的制造现场会引入控制柜空调。
3）除湿效果
当含有水分的空气通过由冷媒冷却的冷却盘管时，由于冷却盘管表面的温差而结露。此时产生的水被排放到外部。这个过程被称为除湿。控制柜是一种改善控制柜环境的产品，不仅可以防止发热高温问题，还可以防止由湿气和灰尘引起的问题。
上一项：2-2。制冷剂
下一项：3-2。恒温恒湿精密空调机和洁净室
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