寒冷地に通信機器を収納する筐体を製作しました。
寒冷地では機器の使用周囲温度は0℃以下になるので、
ヒーターによって使用周囲温度になるまで機器を暖めたいとの要求に対応しました。
筐体に盤用ヒーターを使用したことありますか？🐯
ヒーター選定と、適切なヒーター配置について検討した結果を説明します。
私の経験が少しでもお役に立てば幸いです。
盤用ヒーターの容量選定
●盤から外に放出される熱量をヒーターで補うとして、盤用ヒーターの容量を算出する。
外気温と設定温度との差、盤表面積より盤用ヒーター熱量を選定する。
※ヒーターメーカーのカタログにも記載のある内容です。
手順1）盤内の設定温度と外気との温度差 ⊿Ｔ：℃
手順2）盤の表面積 Ａ：㎡ （壁及び床に接している部分は除く。）
手順3）伝熱係数 Ｋ： 鋼板5.5Ｗ／㎡Ｋ、樹脂板3.5Ｗ／㎡Ｋ
手順4）必要容量 Ｑ＝Ａ×⊿Ｔ×Ｋ
＜計算例＞
●盤内温度を目標温度以上になるようにヒーター容量を選定する。（結露防止用）
●計算条件
筐体材質 ：鋼板製
筐体サイズ ：縦1600ｘ横600ｘ奥行300 （mm）
設置状態 ：自立形で背面を壁に固定、
最低外気温度：－5℃
盤内目標温度： 5℃
●必要容量
Q=Ａ×⊿Ｔ×Ｋ
＝2.1㎡×（5℃－（－5℃）)×5.5W／㎡K＝115.5
よって120W以上のスペースヒーターを選定する。
盤用ヒーターの配置
●ヒーターの発熱分布
ヒーターと機器の配置イメージ図（寒冷地の場合）
・ヒーター上面中央が最も高温です。
・ヒーター左右の温度上昇値は小さく広がりません。
・ヒーター下側の温度上昇はほとんど見られません。
↓
①昇温させたい機器の下側にヒーターを配置します。
②ヒーターはヨコ向きに配置します。
（タテ向きには配置すると機器に当たる熱気の量が減少します。）
③機器より幅が広いヒーターを選定します。
④盤内全体を温めるために、配線スペースを許容される限り、下側面に配置します。
●ヒーター（30Ｗ）の取付方向と温度上昇値⊿Tを下図に示します。
図では、水平位置取付の上面が一番温度上昇することがわかります。
サーモスタットの配置と温度設定
●サーモスタットは、温度を安定させたい機器の直近下側に配置します。
●温度設定は復帰温度差(３℃)誤差温度(３℃)とヒーターON OFFによる温度変化を加味します。
（参考）サーモスタットは、液体膨張式（液膨式）が多く用いられます。
液膨式の構造は、感熱部に封入されたオイルが周囲温度の変化に対し
膨張・収縮し接点の開閉動作を行います。
熱電対式の温度感知と比較するとコストは安いが動作が遅いです。
電子機器の配置
●外気温が低いとキャビネットの外郭を通じて放熱します。
→機器は外気の影響を受けにくいので中央よりに配置します。
ヒーターの発熱による不具合
●ヒーターの最高発熱温度を把握して設計します。
ヒーターは水平、壁取付けタテ、ヨコの取付け方向により発熱温度が変わります。
メーカーが公表している(又はメーカーに請求する)温度上昇値を参考にします。
●鋼板・樹脂部品との間は、十分なスペースを確保して熱変形を防止します。
鋼板側面からはスペースを最小10mmあけます。・・・・外気の影響を機器に及ぼさないため。
樹脂部品からは35mm以上あけます。・・・・・・・・・樹脂部品の熱変形防止
●電源接続線やヒーター近傍の配線に耐熱電線を使用し、昇温防止装置（安全回路）を組み込みます
（メーカー推奨になっている。実際の温度上昇値を参考に判断する。）
●盤内の対流をスムーズにするため、上面及び下面から約50mmのスペースが必要です。
（メーカー推奨の数値です。目安ととらえ、試験で確認できればよいです。）
追加
●筐体の案件は、寒冷地に設置する盤の温度上昇でした。
ヒーターを利用して、機器の温度を使用温度範囲まで上昇させることができました。
但し、当初の目論見と異なり、ヒーターの熱は水平面状にあまり広がりませんでした。
サーモグラフィカメラを使用して温度分布を可視化すると熱の広がり具合が理解できました。
可視化により、最適配置の気づき、短時間でより良い配置が探しだせました。
●盤内の結露防止にも同様な考え方でヒーターを選定、配置できます。
さらに、ファンも利用して盤内空気を攪拌させれば効果も向上すると思われます。
引用： 篠原電機(株)ホームページ （スペースヒーター容量算定目安）
最後まで見ていただき ありがとうございました
