電気用筐体に換気は必要？

筐体に換気が必要かどうかを判断するには

想定される最も厳しい条件下で、筐体内部で発生する熱と外部から流入する熱の合計を、筐体から放出できる熱量と比較します。

部品の損失による発熱量を計算する

ドライブ装置、電源装置、変圧器などが筐体内部に放出する熱を、ワット単位で合計します。想定負荷に対応するメーカーの損失データを使用してください。モーターの出力や電源容量は、筐体内部で発生する熱量とは異なります。

どの機器が同時に稼働するのか、その稼働時間はどれくらいかを確認します。予定している機器の追加も見込んでください。筐体壁面を貫通する形で取り付ける機器については、発生する熱のうち、どれだけが筐体内部に残るかを把握します。

最も厳しい運転条件を確認する

設置位置で想定される最高気温を使用します。室内の平均気温だけでは、炉のそばや高温になる屋根の下にある筐体の条件を捉えられないことがあります。屋外では、周囲温度に加えて日射による熱も考慮してください。

粉じん、オイルミスト、腐食性物質、湿度、雨、洗浄水へのばく露状況を記録します。こうした条件によって、周囲の空気と筐体内の空気を交換してよいかどうかが決まります。

温度上限を設定し、自然放熱で対応できるか確認する

想定負荷で使用する部品のうち、最も温度に敏感な部品の許容範囲を基に、筐体内の空気温度の目標値を設定します。高温時に必要となる負荷の低減も考慮してください。チップ内部の温度上限ではなく、機器の周囲空気温度の仕様を使用します。

局所的な高温箇所や発熱量の見積もり誤差に備えて余裕を設け、その根拠を記録します。

組立品に適した計算方法を用い、自然放熱で目標温度を達成できるかを確認します。IEC TR 60890は、適用対象となる低圧開閉装置・制御装置の組立品について、主に強制換気のない場合の温度上昇を計算する方法を示しています。

筐体の材質、外気に露出する表面積、内外の温度差を考慮します。壁掛け型や連結した筐体は、単独で離して設置した筐体よりも放熱に有効な表面積が小さくなります。

計算によって目標温度を達成できることが確認された場合に限り、自然放熱を採用します。Eabelの筐体を比較する際は、壁掛け型か自立型かを選ぶ前に、筐体寸法、設置に必要な間隔、冷却用付属品の設置スペースを確認してください。

適切な筐体冷却方法を選ぶ

必要な放熱能力と設置場所の環境要件に応じて、筐体の能動冷却と受動冷却のどちらを採用するかを選びます。

内部循環ファンは、局所的な高温を緩和し、筐体壁面への熱伝達を改善できます。ただし、熱は壁面または冷却装置を通じて外部へ放出する必要があります。内部で空気を循環させても、冷却能力の確認は省略できません。

筐体の換気に必要な風量の概算方法

定常状態かつ標準空気密度での初期検討には、次の関係式で必要なファン風量を概算します。

必要風量（CFM）≈ 3.17 × 除去すべき熱量（W）÷ 温度上昇（°F）

摂氏を使う場合：

必要風量（CFM）≈ 1.76 × 除去すべき熱量（W）÷ 温度上昇（°C）

CFMは立方フィート毎分を表します。温度上昇は、筐体内空気温度の設計上限から流入空気の温度を引いた値です。壁面を通じた熱伝達と日射の影響を考慮したうえで、換気によって除去すべき正味の熱量を使用します。

例えば、換気で除去すべき熱量が300 W、流入空気が86°F（30°C）、筐体内の目標空気温度が104°F（40°C）とします。許容される温度上昇は18°F、つまり10°Cです。

3.17 × 300 ÷ 18 ≈ 53 CFM、約90 m³/hとなります。

次に、設定した熱負荷と目標温度を変えずに、流入空気の温度を95°F（35°C）に上げます。許容温度上昇は9°F、つまり5°Cに低下し、必要風量は約106 CFMと2倍になります。

104°Fという目標温度は例示であり、すべての機器に共通する上限ではありません。これらの風量は概算値であり、最終的なファン選定を示すものではありません。実際の設計では、周囲温度の変化に応じて壁面の熱伝達も再計算する必要があります。

流入空気の温度が目標温度以上になると、換気だけでは、発生する熱を除去しながらその目標温度を維持できません。ファンを大型化しても、この限界は解消できません。

静圧ゼロ時のCFM値ではなく、組み込み時の風量で選定します。フィルター、グリル、排気口は通風抵抗を生じさせます。ファンの性能曲線と通風系統の抵抗を照合するか、組立品の試験データを用い、フィルターの目詰まりも見込んでください。高地など、必要な場合は空気密度による補正を行います。

筐体の保護性能を維持し、湿気を管理する

冷却回路が閉じていても、筐体全体が気密になるわけではありません。設計を確定する前に、保護性能と湿気対策を確認してください。

必要なNEMAタイプまたはIP保護等級を維持する

NEMAの筐体タイプとIP保護等級は、規定された保護性能を表します。冷却能力を示すものではなく、この2つの分類体系を相互に置き換えることもできません。

開口部を追加すると、組立品の構成が変わります。タイプ4Xに適合する換気ユニットもありますが、付属品単体の保護性能だけでは、完成状態の筐体の保護性能を確定できません。

筐体と付属品は承認された組み合わせで使用し、取付面、壁厚、向き、シールに関する要件に従ってください。

既に認証を受けている機器では、予定している現場での改造が認証の範囲に含まれるか、追加評価が必要かを確認します。評価と設置は、有資格者に依頼してください。

一般的な防じんフィルターは、水蒸気や腐食性ガスを遮断しません。オイルミストや洗浄水にさらされる場合も、適切な保護性能とその裏付け資料が必要です。

運転中と停止中の結露を管理する

表面温度が周囲空気の露点以下になると、結露が発生します。湿った空気の取り込みは放熱に役立つことがあっても、乾燥につながるとは限りません。

クーラーで冷却する筐体では、すき間や開いた扉から侵入した湿った空気が、冷たい機器表面で結露することがあります。不要に冷やしすぎず、部品の許容温度を満たす冷却設定温度を選び、結露水の処理については冷却装置の指示に従ってください。

制御機能を備えた筐体用ヒーターは、結露しやすい表面を露点より高い温度に保つことができます。空気を暖めると相対湿度は下がりますが、水分が除去されるわけではありません。ヒーターの出力と制御方式は、用途に合わせて選定してください。

メンブレン式の筐体用ブリーザーは、内外の圧力を均等にする働きを助け、水蒸気を双方向に通します。結露防止を保証するものではありません。確認済みの風量データによって、必要な熱を除去できると裏付けられる場合に限り、冷却への寄与を計算に含めてください。

停止中や待機中は部品の発熱量が減るため、表面温度が露点を下回ることがあります。全負荷での温度試験に合格しても、年間を通じた湿気管理の有効性が証明されるわけではありません。

性能を検証し、保守を計画する

筐体を設置した状態で性能を確認し、筐体の清掃と保守に必要な作業スペースを当初から計画しておきます。

• 空気の流路を確認します。部品の配置間隔と冷却装置の指示に従ってください。一般的なフィルター付き換気では、承認された配置で許容される範囲で、吸気口を低い位置に、排気口を反対側の高い位置に設けます。流入した空気が発熱部品を通過してから排出されるよう、流路をふさがないでください。
• 筐体外部の空気の流れを確認します。メーカーが指定する設置間隔を確保し、冷却装置の外部吸気口と排気口をふさがないでください。隣接する筐体は、排出された熱気が冷却用の吸気口に再び吸い込まれないように配置します。
• 扉を閉めて試験します。有資格者が運転負荷、周囲温度、温度に敏感な機器付近および局所的な高温箇所の温度を記録します。連続運転する機器では、想定される最大連続負荷で温度が安定するまで待ってください。試験で再現できない設計条件は、妥当性を確認した熱モデルや追加試験で評価します。
• 保守作業のしやすさを計画します。現場の条件と実際の汚れの蓄積状況に基づいて、フィルターの点検間隔を設定してください。冷却機器の指示に従い、フィルターや結露水の排水口に保守のために手が届くようにします。冷却方法を比較する際は、交換用フィルター、保守作業費、計画保守に伴う停止時間も考慮してください。
• 故障時の対応を定めます。冷却機能が故障したときに、警報、負荷低減、または制御された停止のどれが必要かを判断します。その対応を実現できる温度監視方式を選んでください。
• 想定外の発熱を調査します。接続不良や部品の過負荷は、原因を是正する必要があります。すべての温度上昇を風量不足の問題として扱うと、根本的な不具合が残るおそれがあります。

筐体の換気に関するよくあるご質問