JP2006183980A - 可変恒温試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】サイクル切換時に発生する冷媒の脈動を抑制することである。
【解決手段】高温側冷媒回路（20）と低温側冷媒回路（30）とがカスケード熱交換器（40）で接続されている。低温側冷媒回路（30）は、カスケード熱交換器（40）と並列に接続された低温側凝縮器（32）を備えている。低温側冷媒回路（30）の冷媒は、単段冷凍サイクル時に低温側凝縮器（32）で凝縮し、二元冷凍サイクル時にカスケード熱交換器（40）で凝縮する。そして、低温側膨張弁（34a,34b）の上流には、サイクル切換時に圧力変動によって発生した冷媒の脈動を吸収する液貯留器（33）が設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、可変恒温試験装置に関し、特に、試験室内の高精度な温度制御対策に係るものである。

従来より、一次側および二次側の２つの冷媒回路を有して蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う、いわゆる二元冷凍装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この冷凍装置は、例えばマイナス数十℃の低温を必要とするショーケースなどに用いられている。

具体的に、上記冷凍装置は、２つの冷媒回路がカスケード熱交換器である冷媒熱交換器によって接続されている。この冷媒熱交換器では、一次側冷媒回路の冷媒が二次側冷媒回路の冷媒と熱交換して蒸発し、二次側冷媒回路の冷媒が凝縮するように構成されている。また、上記二次側冷媒回路は、冷媒熱交換器と並列に接続された凝縮器を備えている。そして、上記冷凍装置では、例えば低外気温時の場合、二次側冷媒回路のみを運転し、冷媒を凝縮器で凝縮させる単元冷凍サイクルで運転を行い、逆に高外気温時の場合、一次側および二次側の冷媒回路を運転し、二次側冷媒回路の冷媒を冷媒熱交換器で凝縮させる二元冷凍サイクルで運転を行うように構成されている。つまり、目的とする温度領域に応じて単元冷凍サイクルと二元冷凍サイクルとを切り換え、省エネ運転を図るようにしている。
特開２０００−２７４８４８号公報

ところで、自動車部品などの熱的性能を試験する試験室の温度制御を行う、いわゆる恒温試験装置として上述した冷凍装置が用いられる場合がある。この種の試験は、試験室を例えば低温状態から高温状態まで急激に変化させたり、少しずつ温度を変化させたりして対象物の熱的性能を調べる。

しかしながら、上述した従来の冷凍装置では、例えば試験室を低温状態から高温状態へ変化させるために二元冷凍サイクルから単段冷凍サイクルへ切り換えた際に、二次側冷媒回路で冷媒の脈動が発生するという問題があった。つまり、サイクルを切り換えた際に、凝縮器の圧力（高圧圧力）が急激に変動し、冷媒の挙動が不安定となる。これにより、膨張弁の冷媒循環量が変動し、蒸発器における冷却能力が不安定となる。この結果、高精度な試験を行うことができないという問題があった。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、単段冷凍サイクル用の凝縮器と、二元冷凍サイクル用の凝縮器（凝縮部）とを備えた恒温試験装置において、サイクル切換時に発生する冷媒の脈動を抑制することにより、冷却能力を安定させて試験室の温度制御を高精度に行うことである。

具体的に、第１の発明は、冷凍サイクルを行う高温側冷媒回路（20）と低温側冷媒回路（30）とがカスケード熱交換器（40）によって接続され、上記低温側冷媒回路（30）は、上記カスケード熱交換器（40）と並列に接続された低温側凝縮器（32）を備え、上記低温側冷媒回路（30）の冷媒が低温側凝縮器（32）で凝縮する単段冷凍サイクル動作と、上記低温側冷媒回路（30）の冷媒がカスケード熱交換器（40）で凝縮する二元冷凍サイクル動作とに切換可能に構成され、低温側冷媒回路（30）の低温側蒸発器（35）で温調した空気を利用側へ供給して試験的に熱的環境を形成する可変恒温試験装置を前提としている。そして、上記低温側冷媒回路（30）には、少なくとも単段冷凍サイクルと二元冷凍サイクルとを切り換えた際に発生する冷媒の脈動を吸収するための脈動吸収手段（33）が設けられている。

上記の発明では、例えば試験室を低温状態に制御する場合、高温側冷媒回路（20）および低温側冷媒回路（30）の両方で蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われ、試験室を割と高温の状態に制御する場合、低温側冷媒回路（30）のみで蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われる。具体的に、上記単段冷凍サイクル時の場合、低温側冷媒回路（30）における冷媒は、低温側凝縮器（32）へ流れて冷却媒体である冷却空気や冷却水と熱交換して凝縮する。一方、上記二元冷凍サイクル時の場合、低温側冷媒回路（30）における冷媒は、カスケード熱交換器（40）へ流れて高温側冷媒回路（20）の冷媒と熱交換して凝縮する。

ここで、例えば試験室を低温状態から高温状態へ変化させる場合、二元冷凍サイクルから単段冷凍サイクルへ切り換えると、低温側凝縮器（32）における圧力（高圧圧力）が急激に変動し、冷媒の脈動が発生する。ところが、本発明は、この冷媒の脈動が脈動吸収手段（33）によって吸収されるので、低温側蒸発器（35）へ流れる冷媒量が安定し、冷却能力が安定に発揮される。この作用は、単段冷凍サイクルから二元冷凍サイクルへ切り換えた際も同様である。

また、第２の発明は、上記第１の発明において、上記脈動吸収手段（33）が低温側冷媒回路（30）における低温側凝縮器（32）およびカスケード熱交換器（40）と膨張機構（34a,34b）との間に設けられた液冷媒の貯留可能な液貯留器（33）である。

上記の発明では、サイクル切換時に低温側凝縮器（32）またはカスケード熱交換器（40）で発生した圧力変動が確実に液貯留器（33）に吸収されるので、冷媒の脈動が確実に抑制される。そして、上記液貯留器（33）から膨張機構（34a,34b）へ所定量の液冷媒が安定して流れるので、低温側蒸発器（35）における冷却能力が確実に安定する。

また、第３の発明は、上記第２の発明において、上記液貯留器（33）が少なくとも低温側冷媒回路（30）に充填された全ての冷媒を貯留可能な容量に構成されている。

上記の発明では、制御する温度領域が広範囲であるため、膨張機構（34a,34b）による流量調整により液貯留器（33）における液冷媒量も大幅に変動することになる。ところが、上記液貯留器（33）が少なくとも低温側冷媒回路（30）の全冷媒を貯留可能であるため、液貯留器（33）の液冷媒量が最大限減少した状況においても確実に冷媒の脈動を吸収して低温側蒸発器（35）へ所定の冷媒量を供給できる冷媒量を貯留させておくことができる。これにより、大幅な温度変更を伴うサイクル切換時においても、確実に冷媒の脈動が抑制される。

また、第４の発明は、上記第２の発明において、二元冷凍サイクル動作から単段冷凍サイクル動作へ切り換える際には、予め低温側冷媒回路（30）の低温側凝縮器（32）へ冷媒と熱交換する冷却媒体を供給し、単段冷凍サイクル動作から二元冷凍サイクル動作へ切り換える際には、予め高温側冷媒回路（20）の高温側凝縮器（22）へ冷媒と熱交換する冷却媒体を供給する。

上記の発明では、サイクル切換前に予め使用していない高温側凝縮器（22）または低温側凝縮器（32）へ冷却媒体である冷却空気や冷却水が供給されるので、これら凝縮器（22,32）が予め冷却されることになる。したがって、サイクル切換後、凝縮器（22,32）における所定の凝縮能力が短時間で発揮される。この結果、サイクル切換後、低温側蒸発器（35）において冷却能力が安定するまでの時間が短縮される。

したがって、第１の発明によれば、サイクル切換時に低温側冷媒回路（30）にて発生する冷媒脈動を吸収する脈動吸収手段（33）を設けるようにしたので、低温側蒸発器（35）へ所定の冷媒量を安定して供給することができる。これにより、サイクル切換時において低温側蒸発器（35）の冷却能力を安定して発揮させることができる。この結果、試験室の設定温度への到達時間を短縮することができるので、高精度な且つ高効率な試験を行うことができる。

特に、第２の発明によれば、脈動吸収手段（33）として低温側凝縮器（32）およびカスケード熱交換器（40）と膨張機構（34a,34b）との間に設けた液貯留器（33）としたので、確実に高圧の圧力変動を吸収することができ、冷媒の脈動を確実に抑制することができる。したがって、一層安定した且つ高精度な試験を行うことができる。

また、第３の発明によれば、液貯留器（33）を低温側冷媒回路（30）の冷媒の全量を回収可能な容量に形成するようにしたので、大幅な温度変更による各膨張機構（34a,34b）の調整流量分以外の余剰冷媒を予め液貯留器（33）に貯留させておくことができる。これにより、液貯留器（33）の液冷媒量が大幅に減少するするような設定温度（T）の大幅変更を伴うサイクル切換時であっても、確実に液貯留器（33）に冷媒の脈動を確実に吸収させることができ、低温側蒸発器（35）へ所定の冷媒量を安定して供給することができる。したがって、低温側蒸発器（35）における冷却能力を一層確実に安定させることができる。

また、第４の発明によれば、サイクル切換前に使用していない高温側凝縮器（22）または低温側凝縮器（32）に予め冷却空気や冷却水などの冷却媒体を供給するようにしたので、サイクル切換直後であっても各凝縮器（22,32）での冷媒の凝縮能力を短時間で発揮させることができる。したがって、低温側蒸発器（35）における冷却能力を一層安定して発揮させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

《発明の実施形態》
本実施形態の可変恒温試験装置（以下、単に「試験装置」という。）は、例えば自動車の電子部品などの熱的性能を試験評価するための試験室に設けられている。そして、この試験装置（10）は、低温（例えば、−４０℃）から高温（例えば、＋８０℃）まで広範囲に亘って温度調節した空気を試験室へ供給し、試験室内を所定温度の熱的環境に形成するように構成されている。

図１に示すように、上記試験装置（10）は、一次側冷媒回路である高温側冷媒回路（20）と二次側冷媒回路である低温側冷媒回路（30）とを備えている。そして、上記試験装置（10）は、上記２つの冷媒回路（20,30）同士がカスケード熱交換器（40）によって接続されて二元冷凍サイクルを行う冷凍装置を構成している。

上記高温側冷媒回路（20）は、高温側圧縮機（21）、高温側凝縮器（22）、高温側レシーバ（24）、高温側膨張弁（24）およびカスケード熱交換器（40）が順に冷媒配管によって接続されて閉回路に形成されている。上記高温側凝縮器（22）には、該高温側凝縮器（22）へ冷却水を供給する熱源回路としての高温側冷却水回路（2W）が接続されている。そして、上記高温側冷媒回路（20）は、冷媒が循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルを行うように構成されている。

上記高温側圧縮機（21）は、電動機がインバータ制御されて容量が段階的または連続的に可変となる圧縮機である。上記高温側凝縮器（22）は、例えばプレート型や二重管式の熱交換器により構成され、冷媒が高温側冷却水回路（2W）の冷却水と熱交換して凝縮する水冷式の熱交換器である。上記高温側膨張弁（24）は、膨張機構を構成し、開度調整によって冷媒を減圧するためのものである。

上記カスケード熱交換器（40）は、高温側冷媒回路（20）に接続される第１熱交換部（41）と、低温側冷媒回路（30）に接続される第２熱交換部（42）とを備えている。そして、このカスケード熱交換器（40）は、第１熱交換部（41）および第２熱交換部（42）を流れる冷媒同士が熱交換するように構成されている。つまり、上記カスケード熱交換器（40）は、第１熱交換部（41）が冷媒の蒸発部として、第２熱交換部（42）が冷媒の凝縮部としてそれぞれ機能する。

上記低温側冷媒回路（30）は、低温側圧縮機（31）、カスケード熱交換器（40）、２つの低温側膨張弁（34a,34b）および低温側蒸発器（35）が順に冷媒配管によって接続されている。そして、上記低温側冷媒回路（30）は、冷媒が循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルを行うように構成されている。

上記低温側圧縮機（31）は、電動機がインバータ制御されて容量が段階的または連続的に可変となる圧縮機である。上記２つの低温側膨張弁（34a,34b）は、互いが並列に接続されている。この第１低温側膨張弁（34a）および第２低温側膨張弁（34b）は、膨張機構を構成し、開度調節によって冷媒を減圧するためのものである。上記第１低温側膨張弁（34a）は、単段冷凍サイクル動作時に用いられ、二元冷凍サイクル動作時に用いられる第２低温側膨張弁（34b）より容量が大きい。上記低温側蒸発器（35）は、例えばクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器により構成され、蒸発用ファン（3F）と吹出温度センサ（3C）が近接して配置されている。この低温側蒸発器（35）は、冷媒が蒸発用ファン（3F）によって取り込まれた試験室内の空気と熱交換して蒸発し、試験室内の空気が冷却される空冷式の熱交換器である。上記吹出温度センサ（3C）は、低温側蒸発器（35）で冷却されて試験室内へ吹き出す空気の温度を検出するための温度検出手段を構成している。

上記カスケード熱交換器（40）の上流には、開閉弁である第２電磁弁（SV2）が設けられている。そして、上記低温側冷媒回路（30）は、上記第２電磁弁（SV2）およびカスケード熱交換器（40）をバイパスするバイパス通路（36）を備えている。このバイパス通路（36）には、上流側から順に開閉弁である第１電磁弁（SV1）と低温側凝縮器（32）とが設けられている。すなわち、上記低温側冷媒回路（30）では、カスケード熱交換器（40）と低温側凝縮器（32）とが並列に接続されている。

上記低温側凝縮器（32）には、該低温側凝縮器（32）へ冷却水を供給する熱源回路としての低温側冷却水回路（3W）が接続されている。上記低温側凝縮器（32）は、例えばプレート型や二重管式の熱交換器により構成され、冷媒が低温側冷却水回路（3W）の冷却水と熱交換して凝縮する水冷式の熱交換器である。

上記試験装置（10）では、第１電磁弁（SV1）および第２電磁弁（SV2）の開閉切換により、低温側冷媒回路（30）において冷媒が低温側凝縮器（32）で凝縮する単段冷凍サイクルと、低温側冷媒回路（30）において冷媒がカスケード熱交換器（40）で凝縮する二元冷凍サイクルとに切り換わるように構成されている。つまり、上記単段冷凍サイクルは、低温側冷媒回路（30）のみで冷媒が循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われ、上記二元冷凍サイクルは、高温側冷媒回路（20）および低温側冷媒回路（30）のそれぞれで冷媒が循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われる。

上記低温側冷媒回路（30）は、本発明の特徴として、液貯留器（33）が設けられている。この液貯留器（33）は、低温側凝縮器（32）およびカスケード熱交換器（40）の下流側で且つ２つの低温側膨張弁（34a,34b）の上流側に位置するように接続されている。そして、上記液貯留器（33）は、単段冷凍サイクルと二元冷凍サイクルとを切り換えた際に、低温側冷媒回路（30）において高圧圧力の急激変動により発生する冷媒の脈動を吸収するように構成されている。これにより、低圧側の低温側蒸発器（35）へ所定の冷媒量を安定して供給することができる。

また、上記液貯留器（33）は、低温側冷媒回路（30）に充填された冷媒の全量を回収可能な容量に形成されている。そして、この液貯留器（33）には、大幅な温度変更による各低温側膨張弁（34a,34b）の調整流量分以外の余剰冷媒が予め貯留されている。これにより、液貯留器（33）の液冷媒量が大幅に減少するような大幅な温度変更を伴うサイクル切換時であっても、低温側蒸発器（35）へ所定の冷媒量を安定して供給することができる。

また、上記試験装置（10）は、単段冷凍サイクルと二元冷凍サイクルとの切換制御を行うコントローラ（50）を備えている。このコントローラ（50）には、判断部（51）と操作部（52）とが設けられている。

上記判断部（51）には、試験室内の設定温度（T）と吹出温度センサ（3C）により検出された吹出温度（TB）とが入力される。そして、この判断部（51）は、入力された設定温度（T）が切換温度（TC）より高いか否かを判断するように構成されている。また、この判断部（51）は、入力された吹出温度（TB）が切換温度（TC）に到達したか否かを判断するように構成されている。上記切換温度（TC）は、単段冷凍サイクルと二元冷凍サイクルとを切り換える基準値であり、本実施形態では−１５℃に設定されている。

上記操作部（52）は、判断部（51）の結果に基づいて各種操作を行うように構成されている。具体的に、この操作部（52）は、各低温側膨張弁（34a,34b）の開度調整、各冷却水回路（2W,3W）の開閉切換、低温側圧縮機（31）の周波数制御、各電磁弁（SV1,SV2）の開閉切換、高温側圧縮機（21）の発停切換を行う。

なお、本発明は、本実施形態で設定した各温度数値に限られるものではない。

−運転動作−
次に、本実施形態に係る試験装置（10）の運転動作について説明する。この試験装置（10）は、試験室の設定温度（T）が−１５℃〜＋８０℃の場合に単段冷凍サイクルが行われ、試験室の設定温度（T）が−４０℃〜−１５℃未満の場合に二元冷凍サイクルが行われる。なお、ここでは、単段冷凍サイクルおよび二元冷凍サイクルのそれぞれの動作について説明した後に、両サイクル切換時の制御方法について説明する。

先ず、上記単段冷凍サイクルは、低温側冷媒回路（30）のみが駆動する。この単段冷凍サイクルでは、第１電磁弁（SV1）が開状態に、第２電磁弁（SV2）が閉状態に設定され、低温側冷却水回路（3W）が通水状態に設定される。また、上記第１低温側膨張弁（34a）が所定開度に、第２低温側膨張弁（34b）が閉状態にそれぞれ設定される。

上記の状態で、低温側圧縮機（31）を起動すると、該低温側圧縮機（31）から吐出されたガス冷媒がバイパス通路（36）を通じて低温側凝縮器（32）へ流れ、冷却水と熱交換して凝縮する。この凝縮した液冷媒は、液貯留器（33）を介して第１低温側膨張弁（34a）で減圧された後、低温側蒸発器（35）へ流れる。この低温側蒸発器（35）では、冷媒が蒸発用ファン（3F）によって取り込まれた試験室の空気と熱交換して蒸発し、試験室の空気が冷却されて試験室内へ再び吹き出す。そして、上記蒸発したガス冷媒は、低温側圧縮機（31）で再び圧縮されて吐出され、その循環を繰り返す。

上記二元冷凍サイクルは、高温側冷媒回路（20）および低温側冷媒回路（30）の両方が駆動する。この二元冷凍サイクルでは、高温側冷却水回路（2W）が通水状態に設定され、第１電磁弁（SV1）が閉状態に、第２電磁弁（SV2）が開状態にそれぞれ設定される。また、上記第１低温側膨張弁（34a）が閉状態に設定され、高温側膨張弁（24）および第２低温側膨張弁（34b）がそれぞれ所定開度に設定される。

この二元冷凍サイクルでは、高温側圧縮機（21）および低温側圧縮機（31）の両方が駆動される。先ず、上記高温側冷媒回路（20）では、高温側圧縮機（21）から吐出されたガス冷媒が高温側凝縮器（22）で冷却水と熱交換して凝縮する。この凝縮した液冷媒は、高温側レシーバ（23）を介して高温側膨張弁（24）で減圧された後、カスケード熱交換器（40）の第１熱交換部（41）へ流れる。この第１熱交換部（41）の冷媒は、後述する第２熱交換部（42）を流れる低温側冷媒回路（30）の冷媒と熱交換して蒸発した後、高温側圧縮機（21）で再び圧縮されて吐出され、その循環を繰り返す。一方、上記低温側冷媒回路（30）では、低温側圧縮機（31）から吐出されたガス冷媒がカスケード熱交換器（40）の第２熱交換部（42）へ流れ、第１熱交換部（41）の冷媒と熱交換して凝縮する。この凝縮した液冷媒は、液貯留器（33）を介して第２低温側膨張弁（34b）で減圧された後、低温側蒸発器（35）へ流れる。この低温側蒸発器（35）では、冷媒が蒸発用ファン（3F）によって取り込まれた試験室の空気と熱交換して蒸発し、試験室の空気が冷却されて試験室内へ再び吹き出す。そして、上記蒸発したガス冷媒は、低温側圧縮機（31）で再び圧縮されて吐出され、その循環を繰り返す。

〈サイクル切換の制御〉
次に、両サイクルの切換時の制御方法について説明する。例えば、単段冷凍サイクルから二元冷凍サイクルへの切換は、図２に示す制御フローに基づいて行われる。

先ず、ステップＳＴ１において、コントローラ（50）の判断部（51）に設定温度（T）が入力されると、ステップＳＴ２に移行する。このステップＳＴ２において、判断部（51）が入力された設定温度（T）が切換温度（TC）より低いか否かを判断し、低いと判断すると、ステップＳＴ３へ移行する。一方、上記ステップＳＴ２において、設定温度（T）が切換温度（TC）以上と判断すると、スタートに戻って次回の設定温度（T）の変更まで待機する。なお、上記ステップＳＴ２では、図示しないが、入力された設定温度（T）に応じて第１低温側膨張弁（34a）が開度調整される。

上記ステップＳＴ３において、操作部（52）によって高温側冷却水回路（2W）が通水状態に切り換えられると、ステップＳＴ４へ移行する。これにより、二元冷凍サイクルへの切換前に高温側凝縮器（22）へ冷却水が供給されるので、予め高温側凝縮器（22）を冷却水によって冷却することができる。上記ステップＳＴ４では、判断部（51）が入力された吹出温度（TB）が切換温度（TC）に到達したか否かを判断し、到達したと判断すると、ステップＳＴ５へ移行する。一方、上記ステップＳＴ４において、吹出温度（TB）が切換温度（TC）に到達していないと判断すると、ステップＳＴ３へ戻る。

上記ステップＳＴ５において、操作部（52）によって低温側圧縮機（31）の周波数を所定の低い周波数へ減少させると、ステップＳＴ６へ移行する。つまり、上記低温側圧縮機（31）は、低速運転となり、冷媒循環量が減少する。上記ステップＳＴ６において、操作部（52）により、第１電磁弁（SV1）が閉状態に、第２電磁弁（SV2）が開状態にそれぞれ切り換えられると共に、図示しないが第１低温側膨張弁（34a）が閉状態に、第２低温側膨張弁（34b）が所定開度にそれぞれ切り換えられると、ステップＳＴ７へ移行する。このステップＳＴ７では、操作部（52）によって高温側圧縮機（21）を起動させると共に、図示しないが低温側圧縮機（31）の周波数を所定の周波数へ増大させて制御が終了する。その切換の際、低温側冷媒回路（30）の高圧圧力が急激に変動して冷媒の脈動が発生するが、この冷媒の脈動は液貯留器（33）によって吸収されると共に、液貯留器（33）より第２低温側膨張弁（34b）を介して低温側蒸発器（35）へ所定の冷媒量が安定して流れる。したがって、上記サイクル切換時に低温側蒸発器（35）における冷却能力の低下を抑制することができる。

さらに、上記各電磁弁（SV1,SV2）を切り換える前に、低温側圧縮機（31）を低速運転して冷媒循環量を減少させたので、冷媒脈動の発生が抑制され、安定したサイクル切換を行うことができる。

また、上記高温側凝縮器（22）が予め冷却されているため、その高温側凝縮器（22）における冷媒の凝縮能力をサイクル切換時より直ぐに発揮させることができ、ひいてはカスケード熱交換器（40）における冷媒の蒸発能力を発揮させることができる。したがって、サイクル切換直後も、低温側冷媒回路（30）において、カスケード熱交換器（40）での冷媒の凝縮能力を安定して発揮させることができるので、低温側蒸発器（35）における冷却能力を安定させることができる。

また、上記液貯留器（33）が低温側冷媒回路（30）に充填された冷媒の全量を回収可能な容量に形成されているので、サイクル切換時に液貯留器（33）に如何なる量の冷媒が貯留されていても、確実に冷媒脈動を吸収し、低温側蒸発器（35）へ安定して所定の冷媒量を供給することができる。

一方、二元冷凍サイクルから単段冷凍サイクルへの切換は、図３に示す制御フローに基づいて行われる。

先ず、ステップＳＴ１において、コントローラ（50）の判断部（51）に設定温度（T）が入力されると、ステップＳＴ２に移行する。このステップＳＴ２において、判断部（51）が入力された設定温度（T）が切換温度（TC）以上か否かを判断し、切換温度（TC）以上と判断すると、ステップＳＴ３へ移行する。一方、上記ステップＳＴ２において、設定温度（T）が切換温度（TC）以上でないと判断すると、スタートに戻って次回の設定温度（T）の変更まで待機する。なお、上記ステップＳＴ２では、図示しないが、入力された設定温度（T）に応じて第２低温側膨張弁（34b）が開度調整される。

上記ステップＳＴ３において、操作部（52）によって低温側冷却水回路（3W）が通水状態に切り換えられると、ステップＳＴ４へ移行する。これにより、単段冷凍サイクルへの切換前に低温側凝縮器（32）へ冷却水が供給されるので、予め低温側凝縮器（32）を冷却水によって冷却することができる。上記ステップＳＴ４では、判断部（51）が入力された吹出温度（TB）が切換温度（TC）に到達したか否かを判断し、到達したと判断すると、ステップＳＴ５へ移行する。一方、上記ステップＳＴ４において、吹出温度（TB）が切換温度（TC）に到達していないと判断すると、ステップＳＴ３へ戻る。

上記ステップＳＴ５において、操作部（52）によって低温側圧縮機（31）の周波数を所定の低い周波数まで減少させると、ステップＳＴ６へ移行する。つまり、上記低温側圧縮機（31）は、低速運転となり、冷媒循環量が減少する。上記ステップＳＴ６において、操作部（52）により、第１電磁弁（SV1）が開状態に、第２電磁弁（SV2）が閉状態にそれぞれ切り換えられると共に、図示しないが第１低温側膨張弁（34a）が所定開度に、第２低温側膨張弁（34b）が閉状態にそれぞれ切り換えられると、ステップＳＴ７へ移行する。このステップＳＴ７では、操作部（52）によって高温側圧縮機（21）を停止させると共に、図示しないが低温側圧縮機（31）の周波数を所定の周波数まで増大させて制御が終了する。その切換の際も、上述した単段冷凍サイクルから二元冷凍サイクルへの切換時と同様に、液貯留器（33）によって冷媒の脈動が吸収され、さらに切換前の低温側圧縮機（31）の低速運転によって冷媒脈動の発生が抑制されるので、安定したサイクル切換を行うことができる。

また、上記低温側凝縮器（32）が予め冷却されているため、その低温側凝縮器（32）における冷媒の凝縮能力をサイクル切換時より直ぐに発揮させることができる。したがって、サイクル切換直後も、低温側蒸発器（35）における冷却能力を安定して発揮させることができる。

なお、上記実施形態の各制御フローにおいて、ステップＳＴ３またはステップＳＴ５、若しくはその両方のステップを省略するようにしてもよい。

−実施形態の効果−
以上のように、本実施形態によれば、サイクル切換時に低温側冷媒回路（30）にて発生する冷媒脈動を吸収する液貯留器（33）を設けるようにしたので、低温側蒸発器（35）へ所定の冷媒量を安定して供給することができる。これにより、サイクル切換時に低温側蒸発器（35）における冷却能力を安定して発揮させることができる。この結果、試験室の設定温度（T）への到達時間を短縮することができるので、高精度な且つ高効率な試験を行うことができる。

また、サイクル切換時には、低温側圧縮機（31）を減速して冷媒循環量を低減するようにしたので、冷媒脈動の発生を抑制することができる。この結果、安定したサイクル切換を行うことができる。

また、サイクル切換前に使用していない高温側凝縮器（22）または低温側凝縮器（32）に予め冷却水を供給するようにしたので、サイクル切換直後であっても各凝縮器（22,32）での冷媒の凝縮能力を短時間で発揮させることができる。したがって、低温側蒸発器（35）における冷却能力を一層安定して発揮させることができる。

また、上記液貯留器（33）を低温側冷媒回路（30）の冷媒の全量を回収可能な容量に形成するようにしたので、大幅な設定温度（T）の変更による各低温側膨張弁（34a,34b）の調整流量分以外の余剰冷媒を予め液貯留器（33）に貯留させておくことができる。これにより、液貯留器（33）の液冷媒量が大幅に減少するするような設定温度（T）の大幅変更を伴うサイクル切換時であっても、確実に液貯留器（33）に冷媒の脈動を確実に吸収させることができ、低温側蒸発器（35）へ所定の冷媒量を安定して供給することができる。

−実施形態の変形例−
本実施形態の変形例は、上記実施形態が高温側凝縮器（22）および低温側凝縮器（32）を冷媒の冷却媒体として冷却水を用いた水冷式の熱交換器により構成するようにしたのに代えて、両凝縮器（22,32）を冷媒の冷却媒体として空気を用いた空冷式の熱交換器により構成するようにしたものである。その場合、図示しないが、両凝縮器（22,32）には、室外空気を取り込むためのファンが近接して配設される。すなわち、両凝縮器（22,32）では、冷媒がファンによって取り込まれた室外空気と熱交換して凝縮することになる。

次に、この変形例におけるサイクル切換時の制御方法について、図４および図５を参照しながら説明する。なお、ここでは、上記実施形態における制御方法と異なるステップＳＴ３について説明する。

図４に示すように、単段冷凍サイクルから二元冷凍サイクルへの切換の場合、ステップＳＴ３では、コントローラ（50）の操作部（52）によって高温側凝縮器（22）のファンが起動する。これにより、二元冷凍サイクルへの切換前に高温側凝縮器（22）へ室外空気が供給されるので、予め高温側凝縮器（22）を室外空気によって冷却することができる。

一方、図５に示すように、二元冷凍サイクルから単段冷凍サイクルへの切換の場合、ステップＳＴ３では、コントローラ（50）の操作部（52）によって低温側凝縮器（32）のファンが起動する。これにより、単段冷凍サイクルへの切換前に低温側凝縮器（32）へ室外空気が供給されるので、予め低温側凝縮器（32）を室外空気によって冷却することができる。その他の構成、作用および効果は、実施形態と同様である。

以上説明したように、本発明は、自動車部品などの熱的性能を調べる試験室に設けられ、広範囲な温度領域を制御する可変恒温試験装置として有用である。

実施形態に係る試験装置を示す冷媒回路図である。 実施形態の単段冷凍サイクルから二元冷凍サイクルへの切換制御について示すフロー図である。 実施形態の二元冷凍サイクルから単段冷凍サイクルへの切換制御について示すフロー図である。 変形例の単段冷凍サイクルから二元冷凍サイクルへの切換制御について示すフロー図である。 変形例の二元冷凍サイクルから単段冷凍サイクルへの切換制御について示すフロー図である。

符号の説明

10 試験装置（可変恒温試験装置）
20 高温側冷媒回路
22 高温側凝縮器
30 低温側冷媒回路
32 低温側凝縮器
33 液貯留器（脈動吸収手段）
34a 第１低温側膨張弁（膨張機構）
34b 第２低温側膨張弁（膨張機構）
35 低温側蒸発器
40 カスケード熱交換器

Claims (4)

1. 冷凍サイクルを行う高温側冷媒回路（20）と低温側冷媒回路（30）とがカスケード熱交換器（40）によって接続され、
   上記低温側冷媒回路（30）は、上記カスケード熱交換器（40）と並列に接続された低温側凝縮器（32）を備え、
   上記低温側冷媒回路（30）の冷媒が低温側凝縮器（32）で凝縮する単段冷凍サイクル動作と、上記低温側冷媒回路（30）の冷媒がカスケード熱交換器（40）で凝縮する二元冷凍サイクル動作とに切換可能に構成され、低温側冷媒回路（30）の低温側蒸発器（35）で温調した空気を利用側へ供給して試験的に熱的環境を形成する可変恒温試験装置であって、
   上記低温側冷媒回路（30）には、少なくとも単段冷凍サイクルと二元冷凍サイクルとを切り換えた際に発生する冷媒の脈動を吸収するための脈動吸収手段（33）が設けられている
   ことを特徴とする可変恒温試験装置。
2. 請求項１において、
   上記脈動吸収手段（33）は、低温側冷媒回路（30）における低温側凝縮器（32）およびカスケード熱交換器（40）と膨張機構（34a,34b）との間に設けられた液冷媒の貯留可能な液貯留器（33）である
   ことを特徴とする可変恒温試験装置。
3. 請求項２において、
   上記液貯留器（33）は、少なくとも低温側冷媒回路（30）に充填された全ての冷媒を貯留可能な容量に構成されている
   ことを特徴とする可変恒温試験装置。
4. 請求項２において、
   二元冷凍サイクル動作から単段冷凍サイクル動作へ切り換える際には、予め低温側冷媒回路（30）の低温側凝縮器（32）へ冷媒と熱交換する冷却媒体を供給し、単段冷凍サイクル動作から二元冷凍サイクル動作へ切り換える際には、予め高温側冷媒回路（20）の高温側凝縮器（22）へ冷媒と熱交換する冷却媒体を供給する
   ことを特徴とする可変恒温試験装置。
   

Images