JP2002346403A - 恒温恒湿装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 恒温恒湿装置の運転に要する消費電力を低減
することができる恒温恒湿装置を提供する。 【解決手段】 冷凍装置の冷却器を２系統装備し、各々
低温側サイクルおよび高温側サイクルに接続することに
より、冷凍装置の運転方式を二元冷凍方式および高温側
サイクルによる単段冷凍方式の２通りの運転を可能とし
た。また、高温側サイクルの圧縮機をインバータ制御す
ることでどちらの運転方式においても冷凍装置の冷却能
力を調整可能とした。さらに高温側サイクルに接続した
冷却器を凝縮器として使用する運転を可能とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、試験槽内を恒温恒
湿に保ち、電子部品や電子機器等の環境試験を実施する
ための恒温恒湿装置に係り、特に環境試験に要する消費
電力の削減に好適な恒温恒湿装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】恒温恒湿装置は、たとえば電子部品等の
温度、湿度という環境ストレスに対する耐性や特性の変
化を評価するために用いられ、極低温条件から高温条件
まで広範囲な試験に対応するため、温度制御範囲は例え
ば−70℃〜150 ℃と設定している。

【０００３】このような極低温条件での試験が可能な恒
温恒湿装置においては、従来冷凍装置として凝縮器を有
する高温側サイクルと蒸発器を有する低温側サイクルと
を前者に対しては蒸発器の働らきをし後者に対しては凝
縮器の働らきをするカスケードコンデンサで接続した二
元冷凍サイクルを用いる二元冷凍方式が採用され、装置
運転範囲すべてにおいて二元冷凍方式での運転を実施し
ていたり、または、二元冷凍方式と冷凍サイクルが１つ
の単段冷凍方式の二つの冷凍装置を併設し、運転条件に
より使い分けを実施していた。

【０００４】なお、二元冷凍方式の装置として関連する
ものには、例えば特開平６−１８２２３５号公報が挙げ
られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】恒温恒湿装置の試験槽
内の温度制御は、循環空気を冷凍装置の冷却器により冷
却し、その冷却された空気を加熱器により必要熱量を加
熱して一定に保つようにしている。

【０００６】しかしながら、冷凍装置として、二元冷凍
方式の冷凍装置のみを装備している場合では、広範囲な
運転範囲におけるすべての運転条件において二元冷凍方
式での運転となり、二元冷凍方式を必要としないたとえ
ば槽内温度−３０℃以上の運転の場合でも、低温側及び
高温側の二系統の圧縮機を運転する必要があり、また冷
凍装置の容量は、下限温度での必要冷却能力で決定され
るため、槽内温度が高い条件たとえば４０℃以上では冷
却能力が過大となり、その分加熱器の出力が増大し、結
果として装置の消費電力が多くなるという問題点があっ
た。

【０００７】一方、二元冷凍方式と単段冷凍方式の複数
の冷凍装置を併設し、運転条件により冷凍装置を使い分
ける場合においては、消費電力は低く抑えられるが、冷
凍装置を構成する部品が多くなることから恒温恒湿装置
の設備費が高くなるという問題点があった。

【０００８】本発明の目的は、上記のような従来技術の
問題点を解決し、恒温恒湿装置の運転に要する消費電力
を低減することができ、かつ、装置の設備費を低減する
ことができる恒温恒湿装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による恒温恒湿装置は、請求項１ないし３に
記載されたところを特徴とするものである。特に独立項
としての請求項１に係る発明による恒温恒湿装置は、凝
縮器を有する高温側サイクルと蒸発器を有する低温側サ
イクルとを、前者に対しては蒸発器の働らきをし後者に
対しては凝縮器の働らきをするカスケードコンデンサで
接続し、後者の蒸発器を作動させて冷却を行うようにし
た二元冷凍サイクルを有する冷凍装置と、熱の移動を遮
断するため断熱材により囲まれた試験槽とを備え、該試
験槽内に、送風機、加熱器、加湿器及び前記後者の冷却
器としての蒸発器を配設し、前記送風機により前記試験
槽内の空気を循環させ、前記加熱器、前記加湿器及び前
記低温側サイクル中の冷却器としての蒸発器を作動させ
て、前記試験槽内の温度、湿度を制御する恒温恒湿装置
において、前記高温側サイクルに、前記カスケードコン
デンサと並列に蒸発器を設け、該蒸発器を前記試験槽内
に２台目の冷却器として設置し、従来の二元冷凍方式の
運転に加えて、高温側サイクルのみによる単段冷凍方式
の運転を可能にしたことを特徴とするものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図１ない
し図５に基づいて説明する。

【００１１】図１は、恒温恒湿装置の側面断面図であ
る。図１において１は、恒温恒湿装置全体を包む筐体で
あり、筐体１壁内に設けた断熱材１ａにより周囲から熱
遮断された空間が、被試験品を収容する試験槽２であ
る。試験槽２内には、二元冷凍装置（図示せず）の高温
側サイクルに接続された冷却器３と低温側サイクルに接
続された冷却器４、加熱器５、加湿器６及び送風機７が
装備されている。

【００１２】試験槽２内の温度と湿度とは、送風機７の
運転により試験槽２内の空気を循環し、冷却器３及び４
にて循環空気を冷却・除湿し、加熱器５及び加湿器６の
出力を調整して設定温度・湿度に制御している。なお、
冷却器３及び４の上下位置関係は、図１と逆でもかまわ
ない。

【００１３】図２は、第１の実施例で、上記の冷却器３
及び４を含む冷凍装置の冷凍サイクル系統の概略図であ
る。

【００１４】二元冷媒装置の高温側の冷凍サイクルの主
要部品は、圧縮機８、凝縮器９、膨張弁１０ａ，１０
ｂ、カスケードコンデンサ１１、冷却器３及びカスケー
ドコンデンサ１１と冷却器３各々の上流側の膨張弁１０
ａ，１０ｂの上流側に設けた電磁弁１２、１３で構成さ
れ、二元冷凍装置の低温側の冷凍サイクルの主要部品
は、圧縮機１４、カスケードコンデンサ１１、膨張弁１
５、冷却器４及びリリーフ弁１６ａ、膨張タンク１６ｂ
からなるリリーフ回路１６で構成されている。

【００１５】高温側サイクルの冷却器３は、カスケード
コンデンサ１１と並列に接続され、各々の上流側に設け
た電磁弁１２、１３の開閉により、冷媒の流れを冷却器
３側あるいはカスケードコンデンサ１１側に流れるよう
に切換え可能となっている。そして高温側サイクルの冷
媒の流れの切換えは、試験槽内の温度により制御し、低
温条件例えば−３０℃未満の場合には、二元冷凍方式の
運転とするため、冷却器３側の電磁弁１３を閉、カスケ
ードコンデンサ１１側の電磁弁１２を開として、冷媒を
カスケードコンデンサ１１に流し、低温側サイクルの冷
媒を冷却し液化する。

【００１６】次に高温条件例えば−３０℃以上の場合に
は、高温側サイクルのみの単段運転とするため、冷却器
３側の電磁弁１３を開、カスケードコンデンサ１１側の
電磁弁１２を閉として、冷媒を冷却器３側に流し、冷媒
の蒸発作用により循環空気を冷却する。したがって、二
元冷凍サイクルの運転を必要としない高温条件での運転
の場合には、高温側サイクルのみを運転すれば良いこと
となり、恒温恒湿装置の運転に要する消費電力を低減す
ることが可能となる。

【００１７】また、インバータ１７を搭載し、高温側サ
イクルの圧縮機８をインバータ制御することで、必要冷
却能力の小さい槽内高温条件の場合には、装置冷却能力
を小さくし温湿度を制御するための加熱器５、加湿器６
の出力を低減することができ、さらに消費電力を低減す
ることが可能となる。また、二元冷凍サイクルの運転の
場合においても、高温側サイクルの冷却能力の変化によ
り低温側サイクルの凝縮圧力が変化することから、低温
側圧縮機14の体積効率の変化等により低温側サイクルの
冷却能力も変化する。

【００１８】さらに、冷却能力低減の場合には、高温側
サイクルの冷却能力低下により低温側サイクルの凝縮圧
力が上昇し、リリーフ弁１６ａの設定値以上に圧力が上
昇すると、低温側のリリーフ回路１６により冷媒が、主
回路からバイパスされることで大幅に冷却能力の低減が
可能となる。したがって、高温側サイクルの圧縮機８を
インバータ制御することで二元冷凍サイクルの運転の場
合の冷却能力も変化させることができ、槽内温度が設定
温度に到達後の一定に保持する場合のような必要冷却能
力の小さい運転時に冷却能力を低下させることで、加熱
器５の出力を低減することができ、冷凍サイクルの運転
範囲全領域にて消費電力の低減が可能となる。

【００１９】図３は、第２の実施例での二元冷凍サイク
ルの高温側サイクルの概略図である。図２の高温側サイ
クルに、圧縮機８と凝縮器９との間より冷却器３への分
岐経路を設け、その経路には電磁弁２０及び流量調整弁
２５を備えている。また、冷却器３から二元冷凍サイク
ルの運転時用の膨張弁１０ａと電磁弁２４との間に接続
する電磁弁２３を備えた回路を設けている。さらに、冷
却器３から圧縮機８の低圧側に至る経路には、電磁弁２
１を備えている。そして電磁弁２０ないし２４の開閉の
組み合わせにより通常の二元冷凍サイクル運転、単段冷
凍サイクル運転に加え、二元冷凍サイクルの運転時に冷
却器３を凝縮器の一部として循環空気の加熱用に利用す
る運転の３通りの運転の切換を可能としている。

【００２０】冷媒の流れは、通常の二元冷凍サイクルの
運転時（以下、運転パターンＡと呼ぶ）は、電磁弁２４
が開、その他の電磁弁２０ないし２３は全て閉として圧
縮機８、凝縮器９、二元冷凍サイクル運転用の膨張弁１
０ａ、カスケードコンデンサ１１となる。

【００２１】二元冷凍サイクル運転にて冷却器３を凝縮
器の一部として使用する運転時（以下、運転パターンＢ
と呼ぶ）は、電磁弁２０、２３、２４が開、電磁弁２
１、２２が閉として、圧縮機出口の高温ガス冷媒の一部
が冷却器３を通過する流れとなる。このとき、冷却器３
を流れる冷媒量は、試験槽内の温度を一定に保持する運
転条件の場合には二元冷凍サイクルの冷却能力以下の加
熱量になるように流量調整弁２５により調整する。

【００２２】単段冷凍サイクルの運転時（以下、運転パ
ターンＣと呼ぶ）の冷媒の流れは、電磁弁２１、２２が
開、電磁弁２０、２３、２４が閉として冷媒の流れは、
圧縮機８、凝縮器９、単段運転用膨張弁１０ｂ、冷却器
３となる。

【００２３】運転パターンの切換は、試験槽内温度及び
装置運転状態により切換え、例えば槽内温度−３０℃未
満では、二元冷凍サイクルによる運転とし、設定温度に
対し槽内温度が高く温度降下中の運転状態の時は、必要
冷却能力が大きいため運転パターンＡとし、設定温度に
到達後の槽内温度を一定に保持する運転状態の時は、必
要冷却能力が小さくなるため、運転パターンＢとして高
温側サイクルの凝縮能力を槽内空気の加熱に利用するこ
とで、温度調整用の加熱器５の出力を低減することが可
能となる。また、槽内温度により一定温度に保持する必
要冷却能力は異なるため、流量調整弁２５の開度調整に
より加熱量を調節することで、加熱器５の出力を槽内温
度の条件によらず必要最低限に抑えることが可能とな
る。

【００２４】そして、槽内温度が−３０℃以上では、運
転パターンＣとして高温側サイクルのみの単段冷凍サイ
クルの運転とすることで、圧縮機１台のみの運転とす
る。以上により、広範囲な運転条件において消費電力を
低減した運転が可能となる。また、第１の実施例と同様
に高温側サイクルの圧縮機８のインバータ制御と組み合
わせることでさらに消費電力を低減することが可能とな
る。

【００２５】図４は、第３の実施例で図３の第２の実施
例に対し流量調整弁２５を取り外し、電磁弁２０ないし
２４のみで運転パターンの切換を可能とした高温側サイ
クルの概略系統図である。凝縮器９を２分割しその凝縮
器９ａ及び９ｂ間より冷却器３への分岐管を接続し、運
転パターンＢの時上流側の凝縮器９ａを通過した冷媒を
冷却器３に流すことにより、加熱能力を冷却能力以下と
し槽内温度の保持を可能としている。

【００２６】また、図５は、第４の実施例で運転パター
ンの切換に四方弁２６を用いた場合の実施例を示す。電
磁弁２１の代わりに逆止弁２７を取付け、運転パターン
Ｂにおける加熱量の調節を、流量調整弁２９の開度調整
により凝縮器９への流量調整にて行うようにしている。
図４及び図５の実施例においても図３の実施例と同様
に、運転パターンの切換が、可能となり、消費電力を低
減した運転が可能となる。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、恒
温恒湿装置において運転条件によって二元冷凍方式によ
る運転と高温側サイクルのみによる単段冷凍方式による
運転とに切換え、さらに必要冷却能力に合わせて冷凍機
の冷却能力を変化させることで、温度調整用の加熱器の
出力を低減し、また、単段冷凍方式のときに、圧縮機を
停止させるので、装置運転に要する消費電力を低減する
ことが可能となる。

【００２８】また、パターンＢは、必要加熱量の一部を
凝縮器で補なうため、加熱器の出力を下げ消費電力を低
減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による恒温恒湿装置の側面断面図であ
る。

【図２】本発明による恒温恒湿装置の第１実施例の冷凍
サイクル系統概略図である。

【図３】本発明による恒温恒湿装置の第２実施例におけ
る冷凍サイクル系統高温側概略図である。

【図４】本発明による恒温恒湿装置の第３実施例におけ
る冷凍サイクル系統高温側概略図である。

【図５】本発明による恒温恒湿装置の第４実施例におけ
る冷凍サイクル系統高温側概略図である。

【符号の説明】

１…筐体 ２…試験槽 ３…冷却器（高温側） ４…冷却器（低温側) ５…加熱器 ６…加湿器 ７…送風機 ８…圧縮機（高温側） ９…凝縮器 １０ａ，１０ｂ…膨張弁（高温側） １１…カスケードコンデンサ １２，１３，２０〜２４，２８…電磁弁 １４…圧縮機（低温側） １５…膨張弁（低温側） １６…リリーフ回路 １６ａ…リリーフ弁 １６ｂ…膨張タンク １７…インバータ ２５，２９…流量調整弁 ２６…四方弁 ２７…逆止弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河本 康雄 静岡県清水市村松390番地 日立清水エン ジニアリング株式会社内 (72)発明者 小澤 直希 静岡県清水市村松390番地 日立清水エン ジニアリング株式会社内 (72)発明者 伊藤 理史 静岡県清水市村松390番地 日立清水エン ジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 3L054 BE01 4G057 AD05 AD07 AD11

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 凝縮器を有する高温側サイクルと蒸発器
   を有する低温側サイクルとを、前者に対しては蒸発器の
   働らきをし後者に対しては凝縮器の働らきをするカスケ
   ードコンデンサで接続し、後者の蒸発器を作動させて冷
   却を行うようにした二元冷凍サイクルを有する冷凍装置
   と、熱の移動を遮断するため断熱材により囲まれた試験
   槽とを備え、該試験槽内に、送風機、加熱器、加湿器及
   び前記後者の冷却器としての蒸発器を配設し、前記送風
   機により前記試験槽内の空気を循環させ、前記加熱器、
   前記加湿器及び前記低温側サイクル中の冷却器としての
   蒸発器を作動させて、前記試験槽内の温度、湿度を制御
   する恒温恒湿装置において、 前記高温側サイクルに、前記カスケードコンデンサと並
   列に蒸発器を設け、該蒸発器を前記試験槽内に２台目の
   冷却器として設置し、従来の二元冷凍方式の運転に加え
   て、高温側サイクルのみによる単段冷凍方式の運転を可
   能にしたことを特徴とする恒温恒湿装置。
2. 【請求項２】 前記高温側サイクルの圧縮機を、インバ
   ータにより容量制御することにより、前記単段冷凍方式
   及び前記二元冷凍方式の運転のいずれの場合において
   も、前記冷凍装置の冷却能力を可変としたことを特徴と
   する請求項１に記載の恒温恒湿装置。
3. 【請求項３】 前記二元冷凍サイクルの前記高温側サイ
   クルに、前記高温側サイクルの前記凝縮器と前記カスケ
   ードコンデンサと並列に設けられた前記蒸発器とを並列
   に接続する配管、流量調整弁及び遮断弁からなる冷媒流
   路切換手段を設け、前記カスケードコンデンサと並列に
   設けられた前記蒸発器を、前記二元冷凍方式の運転時の
   必要冷却能力が小さい場合には凝縮器として働くよう
   に、前記蒸発器に前記圧縮機の吐出側の冷媒の一部を流
   すようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の
   恒温恒湿装置。