JP2000298093A - 恒温装置及び恒温恒湿装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来よりも運転コストを大幅に低減し、しかも
従来と同様の機能を発揮する恒温装置及び恒温恒湿装置
を提供する。 【解決手段】圧縮機２１により圧縮され温度上昇した冷
媒の一部を冷却したうえ蒸発させて恒温槽１０の冷却器
２２に送るとともに、温度上昇した冷媒の一部をそのま
ま恒温槽１０の加熱器２３に循環させて恒温槽１０を加
熱する。温度制御手段がこれらの冷媒流量を制御し、恒
温槽１０を設定温度とする。また戻り冷媒制御手段が、
圧縮機２１への戻り冷媒の温度及び圧力を一定以下に制
御し、圧縮機２１の正常運転を確保する。恒温槽１０に
水噴霧手段２４を設け、湿度を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車及び自動車
部品、家電製品及び家電部品、食品、衣料、薬品等の環
境試験を行うために用いられる恒温装置及び恒温恒湿装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】上記のような環境試験用の恒温恒湿装置
には、−７０℃から＋８０℃程度の広い温度範囲内の任
意温度において、温度と湿度を一定に維持する機能が要
求される。このため従来の恒温恒湿装置は、図８に示す
ように周囲を断熱壁に囲まれた恒温槽１に、電気ボイラ
２を利用した加湿手段３と、冷凍機４を利用した冷却手
段５と、電気ヒータによる加熱手段６とを組み合わせた
構造となっていた。

【０００３】このような従来の恒温恒湿装置は、温度を
降下させる際には通常に冷凍機４を運転すればよいが、
温度を上昇させる際には湿度の調整のために冷凍機４を
運転しながら、それ以上の加熱能力を持つ電気ヒータに
よる加熱手段６によって恒温槽１を加熱している。この
ために冷凍機４と電気ヒータとの電力が必要となり、運
転コストが高くなるという問題があった。また加湿のた
めに電気ボイラ２を運転することにより、更に多くの電
力が必要となっていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した従来
の問題点を解決し、従来よりも運転コストを大幅に低減
し、しかも従来と同様の機能を発揮する恒温装置及び恒
温恒湿装置を提供するためになされたものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めになされた本発明の恒温装置は、圧縮機により圧縮さ
れて温度上昇した冷媒の一部を冷却したうえ蒸発させて
恒温槽を冷却する冷却手段と、圧縮機により圧縮されて
温度上昇した冷媒の一部を循環させて恒温槽を加熱する
加熱手段と、上記の各冷媒の流量を制御して恒温槽の温
度を制御する温度制御手段と、前記圧縮機への戻り冷媒
の温度及び圧力を一定以下に制御する戻り冷媒制御手段
とからなることを特徴とするものである。なお、戻り冷
媒制御手段を、切り換え可能な複数の戻り管路よりなる
ものとすることができる。また本発明の恒温恒湿装置
は、この恒温装置に、恒温槽への水噴霧手段を設けたこ
とを特徴とするものである。

【０００６】本発明によれば、圧縮機により圧縮されて
温度上昇した冷媒の一部をそのまま恒温槽の加熱器に循
環させて恒温槽を加熱するようにしたので、電気ヒータ
のような独立した加熱手段の運転が不要となる。このた
め従来に比較して運転コストを大幅に低減することがで
きる。なお、このように恒温の冷媒をそのまま循環させ
た場合には、通常の冷凍運転とは異なり圧縮機への戻り
冷媒の温度及び圧力が十分に低下せず、圧縮機が正常に
作動しないおそれがあるが、本発明では戻り冷媒制御手
段により常に圧縮機への戻り冷媒の温度及び圧力を一定
以下に制御することにより、この問題を回避することが
できる。

【０００７】また本発明の恒温恒湿装置は、水噴霧手段
により恒温槽への水噴霧を行うことによって加湿を行う
とともに、冷却手段による除湿効果とのバランスにより
湿度を一定に保つようにしたので、従来のように電気ボ
イラにより水を沸騰させる必要はなくなり、従来に比較
して運転コストを低減することができる。以下に本発明
の好ましい実施の形態を示す。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に図１を参照しつつ、各部の
構成を説明する。 （恒温槽）１０は断熱壁により囲まれた恒温槽であり、
その一部が隔壁１１により仕切られて雰囲気調整室１４
が形成されている。この雰囲気調整室１４には冷却器２
２と加熱器２３とが設置されている。またファン１２に
よって恒温槽１０の内部の試験室１３と雰囲気調整室１
４との間で雰囲気が循環するようになっている。雰囲気
調整室１４の底部には、水噴霧手段２４が設けられてい
る。水噴霧手段２４には加湿用給水弁４３と微粒子噴霧
用電空弁４４を介して純水とドライエアとが供給される
ようになっている。

【０００９】（冷却手段）冷却手段は冷媒圧縮用の圧縮
機２１を備えている。この実施形態の圧縮機２１は、温
度が１８±５℃、圧力が３．９２×１０⁵ Pa以下のガス
状の戻り冷媒を、温度が１１０℃、圧力が１．２７４×
１０⁶ 〜２．５４８×１０⁶ Paの高温高圧のガス状態に
圧縮して吐出する機能を持つものであり、戻り冷媒がこ
のような所定温度及び所定圧力以下でないと正常な機能
が発揮できないという冷媒圧縮用の圧縮機に共通する性
質を持つ。

【００１０】圧縮機２１から吐出された高温高圧の冷媒
の一部は、高圧圧力調整弁２５で一定圧力に調整された
後、冷却水供給管２８から供給される冷却水と熱交換器
２７で熱交換され、例えば３２℃まで冷却されて液化す
る。熱交換器２７の後段にはドライヤ２９が設けられ、
液化された冷媒中から水分が除去される。

【００１１】ドライヤ２９の後段には、電磁弁３１と自
動圧力調整弁３３とが直列に接続されている。この自動
圧力調整弁３３は冷却制御用レギュレーター６１で制御
される。自動圧力調整弁３３は膨張弁として作用し、高
圧の冷媒を断熱膨張させて低温ガスとし、雰囲気調整室
１４内の冷却器２２に送る。

【００１２】またこの電磁弁３１及び自動圧力調整弁３
３と並列に、電磁弁３０及び自動膨張弁３２が接続され
ている。電磁弁３１と電磁弁３０とは必要とされる冷却
領域に応じて選択的に開かれる。なお自動膨張弁３２は
冷却器２２の戻り側に取り付けられた温度センサー６６
と連動し、その開度が自動調節されるようになってい
る。冷却器２２を通過して温度が上昇した冷媒ガスは戻
り冷媒管路５０を経由して圧縮機２１に戻る。

【００１３】（加熱手段）圧縮機２１から吐出された高
温高圧の冷媒のうち、上記した冷却手段に供給されなか
った部分は、１１０℃の高温ガスのまま加熱手段に供給
される。この高温の冷媒ガスは、高圧圧力調整弁２６と
電磁弁４０との並列回路に送られる。高圧圧力調整弁２
６は前記した冷却手段の高圧圧力調整弁２５と同様に、
常に一定圧力に調整されている。電磁弁４０は昇温時に
のみ開かれ、高温の冷媒ガスを多量に流すことができ
る。

【００１４】これらの高圧圧力調整弁２６と電磁弁４０
との並列回路を経由した高温の冷媒ガスは、自動高圧調
整弁４１で圧力調整されながら雰囲気調整室１４内の加
熱器２３に送られる。自動高圧調整弁４１は加熱制御用
レギュレーター６５により開度を制御され、加熱器２３
に送られる高温の冷媒ガスの流量を制御することによ
り、加熱量を制御する。加熱器２３の戻り側には、電磁
弁４２を備えた前記した戻り冷媒管路５０と、電磁弁３
５を備えた高温戻り冷媒管路５１とが並列に設けられて
いる。これらの電磁弁４２と電磁弁３５はいずれか一方
が選択的に開かれ、加熱器２３を通過した冷媒ガスは戻
り冷媒管路５０と高温戻り冷媒管路５１とのいずれかを
通り圧縮機２１に戻る。

【００１５】このように、本発明では圧縮機２１から吐
出された高温高圧の冷媒をそのまま加熱に利用するので
あるが、加熱器２３に多量の高温の冷媒ガスが供給され
た場合、圧縮機２１への戻り冷媒の温度及び圧力が設定
値を越えてしまうおそれがある。そこで本発明では次の
戻り冷媒制御手段が設けられている。

【００１６】（戻り冷媒制御手段）まず、冷却手段のド
ライヤ２９の後段と冷却器２２の戻り側との間に、電磁
弁３４及びインジェクション３６が接続されている。こ
の電磁弁３４は一定温度以上のときのみ開かれ、高圧の
冷媒を断熱膨張させた低温の冷媒ガスを戻り冷媒管路５
０に送り込む。インジェクション３６は圧縮機２１の戻
り側に設置された温度センサー６３と連動し、その開度
が自動調節される。これによって戻り冷媒管路５０内を
流れる戻り冷媒ガスの温度を降下させることができる。

【００１７】次に高温戻り冷媒管路５１には、コンデン
サー３８と電磁弁３５と膨張弁３７とコンデンサー３９
とが直列に設けられている。コンデンサー３８は加熱器
２３を出た高圧の冷媒を冷却水により冷却し、膨張弁３
７で断熱膨張させて温度を降下させ、さらにコンデンサ
ー３９で冷却したうえで圧縮機２１に戻される。この膨
張弁３７は負荷制御用レギュレーター６４により制御さ
れ、戻り冷媒の温度を１８±５℃、圧力を３．９２×１
０⁵ Pa以下にしたうえで圧縮機２１に戻す。なお、コン
デンサー３８、３９は空冷であってもよい。

【００１８】（温度制御手段）恒温槽１０には温度セン
サー６２が設置されており、検出された恒温槽１０の温
度が設定値となるように冷却制御用レギュレーター６
１、加熱制御用レギュレーター６５により自動圧力調整
弁３３、自動高圧調整弁４１の開度を制御している。

【００１９】（動作説明）以下に、図２に示されるよう
に恒温槽１０の設定温度が変化した場合の各機器の動作
を順次説明する。まずＡのように設定温度が室温程度の
場合には、図３のように加熱手段の電磁弁４０は閉じら
れ（閉じた弁を黒く塗りつぶして示す）、圧縮機２１か
ら吐出された１１０℃の冷媒ガスは高圧圧力調整弁２６
により調整された低圧で自動高圧調整弁４１に送られ
る。自動高圧調整弁４１は加熱制御用レギュレーター６
５により制御され、加熱器２３に高温高圧の冷媒ガスを
供給している。これにより恒温槽１０は加熱される。

【００２０】一方、圧縮機２１から吐出された高温高圧
の冷媒ガスの一部は熱交換器２７で冷却され、３２℃の
液体となって電磁弁３１を経由して自動圧力調整弁３３
に送られる。このとき電磁弁３０と電磁弁３４は閉じて
いる。自動圧力調整弁３３は冷却制御用レギュレーター
６１により制御されながら冷媒を膨張させ、温度降下し
たガスは冷却器２２に送られ、恒温槽１０を冷却する。
従って、加熱器２３による加熱と冷却器２２による冷却
とのバランスにより、恒温槽１０を設定温度に維持する
ことができ、従来のような独立した加熱手段の運転は不
要となる。このため従来に比較して運転コストを大幅に
低減することができる。

【００２１】加熱器２３を通過した高温高圧の冷媒ガス
は、電磁弁４２を経由し、戻り冷媒管路５０から圧縮機
２１に戻る。また冷却器２２を通過した冷媒ガスも戻り
冷媒管路５０から圧縮機２１に戻る。このとき電磁弁３
５は閉じているため、高温戻り冷媒管路５１には戻り冷
媒は流れない。両方の戻り冷媒は戻り冷媒管路５０内で
混合され、温度が１８±５℃の状態となって圧縮機２１
に戻る。なお、水噴霧手段２４は加湿用給水弁４３から
供給される純水を微粒子噴霧用電空弁４４から供給され
るドライエアで噴霧し、恒温槽１０の湿度を一定に保
つ。

【００２２】次に、恒温槽１０をＢ〜Ｃ、Ｊ〜Ｋのよう
に昇温させる際には、図４のように加熱手段の電磁弁４
０が開き、高温高圧の冷媒ガスを大量に加熱器２３に流
す。このとき、冷却手段の電磁弁３１を開き、冷却器２
２へ小量の冷媒を供給する。この結果、恒温槽１０の温
度は上昇する。この状態では電磁弁４２が閉じ、電磁弁
３５が開いて多量の高温の冷媒ガスが高温戻り冷媒管路
５１を経由して圧縮機２１に戻るのであるが、これだけ
では圧縮機２１への戻り冷媒の温度が高くなり過ぎるお
それがある。そこで電磁弁３４を開いてインジェクショ
ン３６により冷媒の一部を膨張させ、低温の冷媒ガスを
戻り冷媒管路５０に供給して高温戻り冷媒管路５１から
の戻り冷媒と混合し、圧縮機２１への戻り冷媒の温度を
１８±５℃に制御する。インジェクション３６の開度は
温度センサー６３により検出された戻り冷媒の温度に応
じて制御される。このため、圧縮機２１が正常に作動し
ないトラブルを回避することができる。

【００２３】次に恒温槽１０をＤ〜Ｅ、Ｌ〜Ｍのように
高温から室温に降温させる際には、図５のように加熱手
段の電磁弁４０を閉じる。冷媒ガスは高圧圧力調整弁２
６により調整された低圧で自動高圧調整弁４１に送ら
れ、少量が加熱器２３に流れたうえで、電磁弁４２を経
由して戻り冷媒管路５０から圧縮機２１に戻る。このと
き電磁弁３５は閉じているため、高温戻り冷媒管路５１
は閉鎖されている。一方、冷却手段の電磁弁３１が開
き、冷却制御用レギュレーター６１により制御された自
動圧力調整弁３３で膨張し、低温となった冷媒ガスが冷
却器２２に流れる。これにより恒温槽１０の温度は降下
する。冷却器２２からの戻り冷媒は、戻り冷媒管路５０
から圧縮機２１に戻る。

【００２４】次に恒温槽１０をＦ〜Ｇのように室温より
も低温に降温させる際には、加熱手段については図５と
同じである。しかし図６に示すように、冷却手段の電磁
弁３１を閉じて電磁弁３０を開き、より多量の冷媒ガス
を冷却器２２に送り込む。加熱器２３からの戻り冷媒
は、冷却器２２からの戻り冷媒とともに戻り冷媒管路５
０から圧縮機２１に戻る。戻り冷媒管路５０内で加熱器
２３からの少量の高温の戻り冷媒が混合されるため、圧
縮機２１への戻り冷媒の温度は１８±５℃の状態に維持
される。

【００２５】次に恒温槽１０をＨ〜Ｉのように低温から
室温に戻す際には、図７に示すように冷却手段の電磁弁
３１と電磁弁３０とをともに閉じ、冷却器２２への冷媒
供給を停止する。また加熱器２３には図６と同様に少量
の冷媒が供給されるため、恒温槽１０の温度は上昇す
る。加熱器２３からの戻り冷媒は、電磁弁４２を通り戻
り冷媒管路５０から圧縮機２１に戻る。

【００２６】なお、設定湿度が６５％であるような場合
には、水噴霧手段２４は基本的には常時動作させる。し
かし温度が０℃以下になるＦ，Ｇ，Ｈの状態では、凍結
防止のために水噴霧手段２４を停止する。また急激な昇
温を行うＪの状態でも、気化熱により温度上昇が妨げら
れるおそれがあるため、水噴霧手段２４を停止させるこ
とが好ましい。

【００２７】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、圧縮機２１により圧縮されて温度上昇した冷媒の一
部をそのまま加熱器２３に循環させて恒温槽１０を加熱
するようにしたので、従来の電気ヒータのような独立し
た加熱手段の運転が不要となり、従来に比較して運転コ
ストを大幅に低減することができる。また、本発明は、
電磁弁４０を昇温時のみ開き、高温の冷媒ガスを多量に
流せるようにしたので恒温槽の容量が大きくてもスムー
ズな昇温ができる。さらに、戻り冷媒制御手段により常
に圧縮機２１への戻り冷媒の温度及び圧力を一定以下に
制御するようにしたので、冷媒を加熱用に使用したこと
による圧縮機２１のトラブルを回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示す回路図である。

【図２】実施形態における恒温槽の設定温度を示すグラ
フである。

【図３】設定温度が室温程度の場合の動作説明図であ
る。

【図４】設定温度が室温から昇温する場合の動作説明図
である。

【図５】設定温度が高温から室温に降温する場合の動作
説明図である。

【図６】設定温度が室温から降温する場合の動作説明図
である。

【図７】設定温度が低温から室温に昇温する場合の動作
説明図である。

【図８】従来例を示す回路図である。

【符号の説明】

１ 従来の恒温槽 ２ 電気ボイラ ３ 加湿手段 ４ 冷凍機 ５ 冷却手段 ６ 加熱手段 １０ 本発明の恒温槽 １１ 隔壁 １２ ファン １３ 試験室 １４ 雰囲気調整室 ２１ 圧縮機 ２２ 冷却器 ２３ 加熱器 ２４ 水噴霧手段 ２５ 高圧圧力調整弁 ２６ 高圧圧力調整弁 ２７ 熱交換器 ２８ 冷却水供給管 ２９ ドライヤ ３０ 電磁弁 ３１ 電磁弁 ３２ 自動膨張弁 ３３ 自動圧力調整弁 ３４ 電磁弁 ３５ 電磁弁 ３６ インジェクション ３７ 膨張弁 ３８ コンデンサー ３９ コンデンサー ４０ 電磁弁 ４１ 自動高圧調整弁 ４２ 電磁弁 ４３ 加湿用給水弁 ４４ 微粒子噴霧用電空弁 ５０ 戻り冷媒管路 ５１ 高温戻り冷媒管路 ６１ 冷却制御用レギュレーター ６２ 温度センサー ６３ 温度センサー ６４ 負荷制御用レギュレーター ６５ 加熱制御用レギュレーター ６６ 温度センサー

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１１年１０月１日（１９９９．１０．
１）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】（加熱手段）圧縮機２１から吐出された高
温高圧の冷媒のうち、上記した冷却手段に供給されなか
った部分は、１１０℃の高温ガスのまま加熱手段に供給
される。この高温の冷媒ガスは、高圧圧力調整弁２６と
電磁弁４０との並列回路に送られる。高圧圧力調整弁２
６は前記した冷却手段の高圧圧力調整弁２５と同様に、
常に一定圧力に調整されている。電磁弁４０は図２と図
４に示すように昇温時および一定温度以上の雰囲気安定
時に開かれ、高温の冷媒ガスを多量に流すことができ
る。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G050 BA06 BA10 CA02 DA03 EA01 EA02 EA04 EA05 EC01 EC03 3L092 AA02 AA06 BA05 BA23 BA27 BA28 DA15 EA05 EA15 FA23 FA24 FA27

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機により圧縮されて温度上昇した冷
   媒の一部を冷却したうえ蒸発させて恒温槽を冷却する冷
   却手段と、圧縮機により圧縮されて温度上昇した冷媒の
   一部を循環させて恒温槽を加熱する加熱手段と、上記の
   各冷媒の流量を制御して恒温槽の温度を制御する温度制
   御手段と、前記圧縮機への戻り冷媒の温度及び圧力を一
   定以下に制御する戻り冷媒制御手段とからなることを特
   徴とする恒温装置。
2. 【請求項２】 戻り冷媒制御手段が、切り換え可能な複
   数の戻り冷媒管路よりなる請求項１に記載の恒温装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の恒温装置に、恒
   温槽への水噴霧手段を設けたことを特徴とする恒温恒湿
   装置。