精密加工恒温恒湿工場

精密加工恒温恒湿工場

機械産業のさまざまな業界では、生産プロセス中の製品の品質と精度を確保するために、温度、相対湿度、生産環境の清浄度などのパラメーターに対してさまざまな要件があります。恒温空調は最も一般的なものの 1 つです。

1. 一定温度の要件

1.1 恒温の分類

室温変動の許容値、つまり定温精度により分類します。 (1) 1 つは一般精密恒温器で、温度範囲は± 1 ℃ 以上です。 (2) 0.5℃以下、0.1℃以上の高精度恒温槽がございます。通常の状況では、精度はプラスまたはマイナス 0.2 ～ 0.3 °C の間で制御されます。 (3) 次に、±0.1℃以下の超高精度恒温室です。

機械工業では一般的な精度の恒温槽がほとんどです。その面積は数十～数百平方メートル、中には数千平方メートルに達するものもあります。高精度恒温槽の数は比較的少なく、高度な計算や処理に限定されています。面積も比較的小さいです。超高精度恒温室の数はさらに少なく、狭い範囲に限られます。面積は数十平方メートル程度が一般的で、サイン機能エリアと同様です。

1.2 温度ベースと精度

恒温槽の温度基準と精度は測定レベルによって決まります。同時に、加工や組立の精度によっては、室温の実際の偏差や許容変動範囲が検出や処理の精度に直接的に大きな影響を与えます。関連する実験研究では、温度が 1°C 変化すると、システムの機械的熱変形によって生じる相対不確実性誤差が 10-5m に達する可能性があることが明確に示されています。さらに、温度に不確実性があると、それに対応して空気の屈折率が変化することは避けられず、ヘテロダイン二周波レーザー干渉計ではさらに 10-6m の誤差が生じることになります。

基準温度とは、生産プロセスに必要な環境の基準温度を指します。長さ測定の国際基準温度は 20°C です。一般に、これは温度ベースとして使用されます。

(2) 温度精度。一定湿度領域内で必要な期間内の気温変動の許容振幅、つまり温度ベースから逸脱する最大波振幅を表します。温度精度には次の側面が含まれます。ここでいう動的偏差とは、室温の放射輝度が短い時間範囲内で基準から偏差することを指します。供給空気温度の変動、筐体内の不安定な熱伝達による外乱、生産設備の開閉やコンプライアンスの変化による外乱、人の出入りや滞留による外乱など、さまざまな外乱が動的偏差を引き起こします。 b.静的偏差に関しては、室温では平均変動は長期間にわたって基準値から外れますが、静的偏差は自動コントローラーが示す値の設定値からの偏差によって引き起こされ、これは機器の精度レベルと製造品質に関連します。 c.地域温度差とは、恒温室内の制御可能点の温度と恒温エリア内の他の場所の温度との差を指します。地域的な温度差は、恒温室での不均一な発熱、不十分な空気の流れの構成、不均一な外気量、および給気ジェットの不十分な減衰によって引き起こされます。

2. 恒温槽の設計パラメータ

一定の温度と湿度の設計パラメータは、生産プロセスによって提供されます。

精密機械加工、たとえば精密工作機械に含まれる線定規彫刻の温度要件は 20±0.1°C です。 1 ミリメートルあたりの線数に基づいた格子マーキングもあり、温度範囲は 20±0.1 ～ -0.01°C です。

機械工業用恒温室の相対湿度には、通常、50 ～ 65% の要件がありますが、70% を超えることはありません。設備やワークの錆びを防ぐことが目的です。高レベルの測定室では、精密検査機器を保護するために、相対湿度は 50 ～ 60% の間で選択され、一般的には 50% を下回ることはありません。

3. 恒温温室建物の熱要件

日射は電磁波の形で熱を伝達するため、この熱は伝達された部分、つまり空気に吸収され、固体表面に吸収されて自身の温度が上昇します。装置や筐体内面に当たる太陽光によって得られる熱は、給気では除去することが困難です。その結果、装置が変形したり、恒温域の温度差が大きくなったりします。夏場、恒温室では室内と室外の温度差が大きくなります。熱的に不活性な滅菌済みの軽量筐体を使用すると、空調システムの運転が停止すると、室温が急速に上昇します。機器の熱慣性が非常に大きいため、温度の上昇が非常に遅くなります。屋内と屋外の空気の水蒸気圧の差が影響すると、湿気が室内に移動し続け、その結果、室内の相対湿度が急速に上昇します。冷たく湿った空気により、機器の冷たい表面の下に結露が発生し、機器が錆びたり、機器が損傷したりする原因になります。恒温室外囲器構造の熱性能を決定する際には十分な注意を払い、より熱抵抗の大きい断熱材の使用を考慮する必要があります。

エンクロージャ構造は入れ子にすることができます。エンクロージャの緩衝領域には 100 ㎜のロックウール複合断熱板を使用することをお勧めします。温度精度は内部ドライブ精度より 1 ～ 2 レベル低く、ベンチマークによって示される値は内部領域の値と同じ、つまり一貫しています。内周部のコア部には50㎜のロックウール複合断熱板を使用し、内周部への外部干渉の影響を軽減する緩衝ゾーンを設けています。

4. 空調技術対策

一般的には、セントラルエアコンと自動制御システムが使用されます。このうち、組立式エアコンは空気の処理を担い、ニーズに応じて機能部と対応する自動装置を構成します。空気処理中は、通常、冷却に水冷表面冷却器が使用されます。蒸気、温水または電気加熱、蒸気加湿も使用されます。冷熱源は冷凍ステーションから集中的に供給されます。集中システムは空気を徹底的に処理し、構成がより柔軟であるため、さまざまなサイズの空調制御された部屋に適しています。

まず、外部から流入する外気の前処理、つまり予冷と廃熱処理を行い、外気の温度を5度から15度の範囲で安定させ、外気の変化による空調システムへの影響を効果的に低減します。

(2) 独立した温湿度制御システム。温湿度独立制御システムの基本構成要素は、顕熱を扱うシステムと潜熱を扱うシステムです。これら 2 つのシステムは、室内の温度と湿度をそれぞれ調整および制御します。つまり、湿度制御システムは建物全体の潜熱を調整して室内の湿度制御を実現します。温度制御システムは、建物の残りの冷暖房負荷を処理して温度制御を実現するために使用されます。

温度と湿度を独立して制御することで、変化するさまざまな要件に対応できます。室内の熱と湿度の比率が異なる場合、温度と湿度を同時に室内の湿度に合わせることが難しく、室内の湿度が高すぎたり低すぎたりするという従来の空調システムの状況を克服します。室内温度制御システムは顕熱処理を使用して結露水受けを排除し、室内の空気品質を改善します。

冷水温度を一定に保つ必要がある状況があります。しかし、エネルギーセンターからの冷水、つまり7℃/12℃の冷水は、さまざまな要因の影響で不安定になってしまいます。その結果、夏場のエアコンの冷却能力や湿度も比較的不安定になってしまいました。

空調システムはプレート熱交換器を使用して、システムに送られる冷水をエネルギーセンターからの冷水から分離します。次に、2 人は熱交換器を使用してエネルギーを伝達します。これにより、エネルギーセンター内の冷水の不安定性が回避され、システムの温度と湿度に影響を与えることがなくなります。

(4) 給気による温度差。恒温空調システムでは、給気温度差の大きさが定温精度に直接関係するだけでなく、給気方法、給気口の形状、設置高さも関係します。機械工業用恒温室の供給空気温度差は下表より求められます。

(5) 空気供給の均一性。恒温室の気流構成には、基本的に上下還流式、側方還流式、上下還流式の3つの形式があります。恒温精度の要求、恒温室の高さ、エアダクトのレイアウト、美観の要求、投資コストに応じて選択できます。以下のように、異なる一定温度精度要件を持つさまざまなエアフロー組織形態が推奨されます。

ａ．一定温度の精度は摂氏プラスマイナス 2 ～ 3 度の間です。建物の条件に応じて、この状況を促進するシステム レイアウトと組み合わせて、任意の空気流構成モードを使用できます。

b.一定温度の精度は摂氏プラスマイナス 0.5 ～ 1 度です。上向きに送って戻るという形式には適していません。空気は片側の上部から供給され、同じ側の下部に戻されます。空気供給ジェットの動作距離は 7 ～ 9 メートル、通常は 12 メートル以下であり、作業領域が戻り流ゾーン内にあることを確認するために、ジェットの温度と速度の減衰を正確に計算する必要があります。定温精度が±0.5の場合は横送り、横戻しモードは使用しない方が良いです。使用する場合は、空気流を近づけてジェット流を計算する必要があります。

c.上方から給気、下方から還気する形式で、定温精度は±0.2℃～±0.5℃の範囲です。恒温室の天井が比較的高い場合は、ディフューザー、二重ルーバー吸気口、オリフィスプレートなどを使用して、上部から空気を供給し、下部から空気を戻すことができます。天井が低い場合や定温精度が±0.1℃の場合は、状況に応じて付属のディフューザーやオリフィスプレートを使用して、上部から空気を供給し、下部から均等に空気を戻すことができます。恒温精度±0.1℃～±0.2℃の恒温室には還気スペーサを設けるか、高精度恒温室（±0.5℃）で周囲を囲む必要があります。

d.恒温精度±0.1℃未満の超高精度恒温室には恒温キットの装着が必要です。キットはオリフィスプレート上送り方式を採用しており、エアリターン方式はスペーサー下部より均一にエアを戻す方式となっております。恒温キットには、±0.5℃の一定温度精度を維持するために、別個の恒温空調システムを装備する必要があります。

e.最後に電気加熱方式を採用するため、SCRの制御精度が要求されます。空調システムの給気分岐管の吹き出し口付近に設置されるエンド電気ヒーターです。無段階調整機能を備えており、給気温度を正確に調整できます。給気温度にはこの精密な調整が不可欠です。 SCRは20%から80%の間で良好な特性を示します。したがって、端末の電気ヒータの位置を選択する際には、ある程度の冗長性を確保し、20% ～ 80% の範囲内に収めるようにしてください。