JP2008157524A - Piping for heat medium and testing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体ウエハの性能試験等に使用される試験装置に関するものである。また本発明は、前記した試験装置の恒温機器に対して熱媒体を供給したり、熱媒体を抜き出す用途に適する熱媒体用配管に関するものである。 The present invention relates to a test apparatus used for a performance test of a semiconductor wafer. The present invention also relates to a heat medium pipe suitable for use in supplying a heat medium to the constant temperature device of the test apparatus described above or extracting the heat medium.
携帯電話やパソコン等に代表される電子機器が広く普及している。これらの電子機器は、近年、多様な用途や多様な環境で使用される。そのため電子機器そのものや、これらの部品たる集積回路等が環境から受ける影響を試験する必要がある。
これらの電子部品等を高温環境や低温環境に晒す試験装置としては、特許文献1や特許文献2に開示された構造のものが知られている。
特許文献1,2に開示された試験装置は、サーマルプレートや高低温チャックと称される恒温機器を備え、当該恒温機器に半導体ウエハを載置または固定して試験を行うものである。
サーマルプレートや高低温チャックと称される恒温機器は、被試験物を載置又は固定する物品載置面を持つ。多くの場合、恒温機器の一部には電気ヒータが取り付けられている。また恒温機器の内部にはキャビティが形成されている。当該キャビティには所定の温度の流体(熱媒体)が流される。
そして電気ヒータの制御と、キャビティ内へ流体を流す動作を併用し、物品載置面の温度を所望の温度に維持する。例えば物品載置面の温度を低温にしたい場合は、キャビティに低温の流体を流す。
As a test apparatus that exposes these electronic components and the like to a high temperature environment and a low temperature environment, those having structures disclosed in Patent Document 1 and
The test apparatus disclosed in
A constant temperature device called a thermal plate or a high / low temperature chuck has an article placement surface on which a test object is placed or fixed. In many cases, an electric heater is attached to a part of the thermostatic device. A cavity is formed in the thermostatic device. A fluid (heat medium) having a predetermined temperature flows through the cavity.
And control of an electric heater and the operation | movement which flows a fluid into a cavity are used together, and the temperature of an article mounting surface is maintained at desired temperature. For example, when it is desired to lower the temperature of the article mounting surface, a low-temperature fluid is passed through the cavity.
ところで近年、より過酷な状況で試験を行いたいという要求や、より大面積の物品載置面を備えた試験装置を使用したいという要求がある。
そのためキャビティに流す流体の温度調節を行う装置がより大型化する傾向にある。そこで本発明者らは、キャビティに流す流体の温度調節を行う装置が恒温機器から独立化した試験装置を試作した。
即ち冷却装置を備え、供給された空気を冷却して排出する熱媒体供給装置と、サーマルプレートを備えた試験部を別々の筐体に組み込み、両者の間をチューブ等の管路で配管接続した。具体的には、熱媒体供給装置と試験部の間を往き側配管と戻り側配管で接続した。
そして熱媒体供給装置で低温の空気を製造し、往き側配管(往き側流路)を経由して試験部の恒温機器に低温の空気を供給し、恒温機器から排出された空気を戻り側配管(戻り側流路)で熱媒体供給装置側に回収した。
By the way, in recent years, there is a demand for performing a test in a harsher situation and a demand for using a test apparatus having a larger surface for placing an article.
Therefore, the device for adjusting the temperature of the fluid flowing through the cavity tends to be larger. Therefore, the present inventors made a prototype of a test device in which the device for adjusting the temperature of the fluid flowing through the cavity is independent from the thermostatic device.
In other words, a heat medium supply device that includes a cooling device, cools and discharges the supplied air, and a test unit that includes a thermal plate are incorporated in separate cases, and a pipe connection such as a tube is connected between the two. . Specifically, the heat medium supply device and the test section were connected by a forward side pipe and a return side pipe.
Then, low-temperature air is produced by the heat medium supply device, low-temperature air is supplied to the constant temperature device in the test section via the forward piping (forward flow channel), and the air discharged from the constant temperature device is returned to the return piping. It was collected on the heat medium supply device side in the (return side flow path).
試作した熱媒体供給装置は旧来のものに比べて大容量の冷却能力を持ち、試験部の恒温機器は旧来の物に比べてより低温化することができた。
しかしながら、試作した試験装置は、熱媒体供給装置から試験部に至る間の熱エネルギーのロスが無視できないものであった。
即ち試作した試験装置は、熱媒体供給装置が恒温機器とは別体であるから、往き側配管を外に渡して恒温機器に冷気を供給しなければならない。しかしながら、試験に供される冷気は、マイナス90℃というような極低温であり、外気の影響を受けて昇温しやすい。
もちろん往き側配管には断熱材が取り付けられるが、往き側配管を流れる冷気の温度と外気の温度が著しく相違するため、冷気が昇温してしまうことは免れない。
そのため試作された試験装置は、恒温機器の温度制御幅が制約を受けるという不満があった。
さらに、熱エネルギーのロスを補償するために、冷凍装置を小型化することが難しくなり、消費電力も大きくなってしまうという問題もあった。
The prototype heat medium supply device has a large capacity cooling capacity compared to the conventional one, and the constant temperature equipment in the test section was able to cool down more than the old one.
However, the prototype test apparatus has a heat energy loss between the heat medium supply apparatus and the test section that cannot be ignored.
That is, in the test apparatus that was prototyped, the heat medium supply device is separate from the thermostatic device, and therefore, the cold air must be supplied to the thermostatic device by passing the outward piping. However, the cold air used for the test is an extremely low temperature of minus 90 ° C., and is likely to rise in temperature due to the influence of outside air.
Of course, a heat insulating material is attached to the outgoing side pipe, but the temperature of the cold air flowing through the outgoing side pipe is significantly different from the temperature of the outside air.
For this reason, the prototype test apparatus was dissatisfied with the temperature control range of the thermostatic device being restricted.
Furthermore, in order to compensate for the loss of thermal energy, it has been difficult to reduce the size of the refrigeration apparatus, and there has been a problem that power consumption increases.
また試作した試験装置は省エネルギーの観点からも改善の必要が認められた。即ち試作した試験装置においては、恒温装置から戻る空気は加熱装置で再熱されて、そのまま大気中に放出されていた。すなわち、恒温装置から戻る空気はまだ相当に温度が低いにもかかわらず、その冷熱が再利用されることなく放出されていた。もし、恒温装置から戻る空気の冷熱を回収および再利用することができれば、優れた省エネルギー効果が得られる。その結果、冷却装置の小型化が可能となり、消費電量も小さくできる。
また恒温機器には高温の空気等を供給する場合もあり、この場合は、恒温装置から戻る空気は高温である。もし、恒温装置から戻る空気の熱を回収および再利用することができれば、優れた省エネルギー効果が得られる。
In addition, it was recognized that the prototype test equipment needed to be improved from the viewpoint of energy saving. That is, in the test apparatus that was prototyped, the air returning from the thermostatic apparatus was reheated by the heating apparatus and released into the atmosphere as it was. That is, the air returning from the thermostatic device was released without being reused even though the temperature was still very low. If the cold air returned from the thermostat can be recovered and reused, an excellent energy saving effect can be obtained. As a result, the cooling device can be downsized and the power consumption can be reduced.
Moreover, high temperature air etc. may be supplied to a thermostat, and in this case, the air which returns from a thermostat is high temperature. If the heat of the air returning from the thermostat can be recovered and reused, an excellent energy saving effect can be obtained.
そこで本発明は上記した問題点の解消を課題とするものであり、低温状態や高温状態の熱媒体を、所定の温度状態を維持したままで恒温機器側等に送りだす用途に使用したり、恒温機器側等から戻る熱媒体から冷熱や熱を回収する用途に使用することができる熱媒体用配管の開発を課題とするものである。 Therefore, the present invention has an object to solve the above-described problems, and is used for an application in which a heat medium in a low temperature state or a high temperature state is sent to a constant temperature device or the like while maintaining a predetermined temperature state. An object of the present invention is to develop a heat medium pipe that can be used for the purpose of recovering cold heat and heat from a heat medium returning from the device side or the like.
上記した課題を解決するための請求項1に記載の発明は、中心管と当該中心管の一部又は全部を包囲する外郭管を有する多重構造物であり、全体として可撓性を有することを特徴とする熱媒体用配管である。 The invention according to claim 1 for solving the above-mentioned problem is a multiple structure including a central tube and an outer tube surrounding part or all of the central tube, and has flexibility as a whole. This is a characteristic heat medium pipe.
本発明の熱媒体用配管は、熱媒体の保温・保冷用途に使用することも、冷熱や熱を回収する用途に使用することもできる。
本発明の熱媒体用配管を、熱媒体の保温・保冷用途に使用する場合には、中心管又は外郭管の一方には輸送しようとする熱媒体を流し、中心管又は外郭管の他方には前記熱媒体を保温又は保冷するための熱媒体を流す(請求項3)。
本発明によれば、輸送対象の熱媒体は、保温又は保冷するための熱媒体によって保温又は保冷され、輸送過程における温度変化が少ない。
The piping for the heat medium of the present invention can be used for heat insulation / cooling applications of the heat medium, or for recovering cold energy and heat.
When the heat medium pipe of the present invention is used for heat insulation / cold insulation of the heat medium, the heat medium to be transported flows through one of the central tube and the outer tube, and the other of the central tube and the outer tube. A heat medium for keeping the heat medium warm or cold is supplied (Claim 3).
According to the present invention, the heat medium to be transported is kept warm or cold by the heat medium for keeping warm or cold, and the temperature change in the transport process is small.
保温又は保冷するための熱媒体は、冷凍サイクルを実現する冷媒であってもよい(請求項4)。 The heat medium for keeping warm or keeping cold may be a refrigerant that realizes a refrigeration cycle (claim 4).
また本発明の熱媒体用配管を熱の回収用途に使用する場合には、中心管又は外郭管の一方に輸送しようとする熱媒体を流し、中心管又は外郭管の他方には前記熱媒体から熱又は冷熱を回収するための熱媒体を流す(請求項5)。
本発明の熱媒体用配管は、中心管とこれを包囲する外郭管を有する多重構造物によって構成されている。そのため中心管と外郭管との接触面積が大きく、両者の間の熱交換効率が高い。
その結果、本発明の熱媒体用配管は、熱媒体の保温・保冷用途に使用しても、冷熱や熱を回収する用途に使用しても高い効率を発揮することができる。
When the heat medium pipe of the present invention is used for heat recovery, the heat medium to be transported is flowed to one of the central tube and the outer tube, and the other of the central tube and the outer tube is separated from the heat medium. A heating medium for recovering heat or cold is passed (claim 5).
The heat medium pipe of the present invention is constituted by a multiple structure having a central tube and an outer tube surrounding the central tube. Therefore, the contact area between the central tube and the outer tube is large, and the heat exchange efficiency between them is high.
As a result, the heat medium pipe of the present invention can exhibit high efficiency even if it is used for heat insulation / cooling applications of the heat medium or used for recovering cold heat or heat.
請求項2に記載の発明は、中心管は、さらに内部に挿入管を備え、当該挿入管は中心管の奥部に開口することを特徴とする請求項1に記載の熱媒体用配管である。
The invention according to
本発明の熱媒体用配管では、中心管が、さらに内部に冷媒又は熱媒体を導入又は排出する挿入管を備える。そして挿入管は中心管の奥部に開口する。そのため挿入管から導入される熱媒体は、挿入管を通って中心管の奥部に至り、奥部で放出されて往復する。その結果、本発明の熱媒体配管は、熱媒体の滞留時間が長く、熱媒体同士の熱交換効率が高い。 In the heat medium pipe of the present invention, the central tube further includes an insertion tube for introducing or discharging the refrigerant or the heat medium therein. The insertion tube opens at the back of the center tube. Therefore, the heat medium introduced from the insertion tube passes through the insertion tube, reaches the inner portion of the central tube, is discharged at the inner portion, and reciprocates. As a result, the heat medium pipe of the present invention has a long residence time of the heat medium and high heat exchange efficiency between the heat media.
上記した熱媒体配管を使用した試験装置は、キャビティ内に熱媒体を導入して特定の温度調節面の温度を所定の温度にする恒温機器と、少なくとも低温の熱媒体を供給する熱媒体供給装置と、前記熱媒体供給装置から恒温機器に熱媒体を供給する往き側渡り配管と、恒温機器から熱媒体供給装置に熱媒体を戻す戻り側渡り配管とを備え、前記往き側配管と戻り側配管の少なくとも一方が請求項1乃至5のいずれか1項に記載の熱媒体用配管であることを特徴とする試験装置である(請求項6)。 The test apparatus using the above-described heat medium pipe is a constant temperature apparatus that introduces a heat medium into the cavity to bring the temperature of a specific temperature adjustment surface to a predetermined temperature, and a heat medium supply apparatus that supplies at least a low temperature heat medium And a return side crossover pipe for supplying the heat medium from the heat medium supply device to the constant temperature device and a return side crossover pipe for returning the heat medium from the constant temperature device to the heat medium supply device. At least one of these is a heat medium pipe according to any one of claims 1 to 5 (Claim 6).
本発明の熱媒体用配管を、低温状態や高温状態の熱媒体を、所定の温度状態を維持したままで恒温機器側等に送り出す用途に使用すれば、より低温の熱媒体やより高温の熱媒体を恒温機器側等に供給することができる。そのため恒温機器等の温度制御幅を向上させることができる効果がある。
さらに本発明の熱媒体用配管を、熱媒体から冷熱や熱を回収する用途に使用すれば、恒温装置等から戻る熱媒体が保有する冷熱や熱を有効利用することができ、省エネルギーを達成できる。
If the heat medium pipe of the present invention is used for an application in which a heat medium in a low temperature state or a high temperature state is sent to the constant temperature device side or the like while maintaining a predetermined temperature state, a lower temperature heat medium or a higher temperature heat The medium can be supplied to the constant temperature device side or the like. Therefore, there is an effect that it is possible to improve the temperature control width of the thermostatic device or the like.
Furthermore, if the piping for the heat medium of the present invention is used for the purpose of recovering cold heat and heat from the heat medium, the cold heat and heat possessed by the heat medium returned from the constant temperature device and the like can be used effectively, and energy saving can be achieved. .
本発明の試験装置は、本発明の熱媒体用配管を備えるので、恒温機器の温度制御幅が大きい。そのため、試験をより高精度に行うことができる効果がある。さらに、省エネルギーを達成できる効果もある。 Since the test apparatus of the present invention includes the heat medium pipe of the present invention, the temperature control range of the thermostatic device is large. Therefore, there is an effect that the test can be performed with higher accuracy. Furthermore, there is an effect that energy saving can be achieved.
以下さらに本発明の実施形態について説明する。
図1は、熱媒体供給装置と恒温機器を有する試験装置の一例を示す斜視図である。図2は、図1の試験装置の配管系統図である。
Embodiments of the present invention will be further described below.
FIG. 1 is a perspective view showing an example of a test apparatus having a heat medium supply device and a thermostatic device. FIG. 2 is a piping system diagram of the test apparatus of FIG.
図1に示す試験装置1は、半導体ウエハを高温環境に置いたり、低温環境に置くことができるものである。 The test apparatus 1 shown in FIG. 1 can place a semiconductor wafer in a high temperature environment or a low temperature environment.
図1に示すように、試験装置1は、大きく二つの装置に分割されている。即ち試験装置1は、サーマルプレート(恒温機器)2が内蔵された試験部3と、熱媒体供給装置5に分かれており、両者の間が往き側渡り配管(熱媒体用配管)7と戻り側渡り配管(熱媒体用配管)8とによって配管結合されている。試験部3はウエハプローバーに属するものである。
図2は、前記した様に試験装置の配管系統図であり、枠A内が試験部3内の配管系統であり、枠B内は熱媒体供給装置5内の配管系統である。また図2において、枠Aと枠Bを結ぶ二つのラインが往き側渡り配管7と戻り側渡り配管8を表している。
As shown in FIG. 1, the test apparatus 1 is roughly divided into two apparatuses. That is, the test apparatus 1 is divided into a
FIG. 2 is a piping system diagram of the test apparatus as described above. The inside of the frame A is a piping system in the
サーマルプレート(恒温機器)2は、高低温チャックとも称される部材であり、全体形状が円柱形をしている。そしてその頂面が被試験物を載置する物品載置面10であり、物品載置面10が所望の温度に調節される。即ちサーマルプレート(恒温機器)2には図示しない電気ヒータが取り付けられており、さらに内部にキャビティ11が設けられている。そして電気ヒータを制御すると共にキャビティ11内に冷却された空気を循環させて、物品載置面10を温度調節する。
またサーマルプレート(恒温機器)2には図示しない真空配管が施されており、真空力によって被試験物を物品載置面10に保持する機能を備えている。
The thermal plate (constant temperature device) 2 is a member also called a high / low temperature chuck, and the whole shape is a columnar shape. The top surface is an
The thermal plate (constant temperature device) 2 is provided with a vacuum pipe (not shown) and has a function of holding the object to be tested on the
サーマルプレート(恒温機器)2は、図1の様に熱媒体供給装置5から独立した筐体12に収納されている。
なおサーマルプレート(恒温機器)2はX−Yテーブル15に載置されており、図示しないモータによってX−Yに移動可能である。
試験部3の筐体12内には、配管16,17があり、配管16,17によってキャビティ11と筐体12外が連通している。
また試験部3の筐体12内には、空気導入路の一部が設けられている。即ち図2の枠Aの下部に図示されている様に、筐体12には空気導入口18が設けられおり、空気導入口18の先端側は分岐され、その一方が電磁弁19を介して後記する戻り側渡り配管8の空気導入口78に接続されている。
また空気導入口18の先端側であって他方に分岐された部位は、電磁弁13を介して大気中に開放されている。
The thermal plate (constant temperature device) 2 is housed in a housing 12 independent of the heat
The thermal plate (constant temperature device) 2 is placed on an XY table 15 and can be moved to XY by a motor (not shown).
A part of the air introduction path is provided in the housing 12 of the
A portion branched to the other end side of the
なお前記した筐体12の空気導入口18には、図示しない圧縮機から乾燥空気が供給される。即ち空気導入口18には、減圧弁を介して乾燥空気源29が配管接続されている。
Note that dry air is supplied to the
熱媒体供給装置5は、空気を冷却する装置であり、内部に冷却装置が内蔵されている。冷却装置は、2系統の冷凍サイクルを有するものである。
即ち熱媒体供給装置5は第一段側圧縮機20、第一段側凝縮器21、流量調節弁22、第一段側膨張弁23及び冷媒冷却用熱交換器25の一次側によって構成される一段目の冷凍サイクルと、第二段側圧縮機30、第二段側凝縮器31、冷媒冷却用熱交換器25の二次側、第二段側膨張弁33及び熱媒体温度調節用熱交換器35によって構成される二段目の冷凍サイクルを備えている。
The heat
That is, the heat
二つの冷凍サイクルには例えば代替フロンの様な相変化し、冷凍サイクルを実現する冷媒が流通する。
即ち第一冷凍サイクルにおいては、第一段側圧縮機20で冷媒が圧縮され、第一段側凝縮器21では図示しないファンで冷却されて冷媒が凝縮する。そして冷媒は第一段側膨張弁23を通過し、冷媒冷却用熱交換器25の一次側内で気化して熱を奪う。気化した冷媒は、第一段側圧縮機20に戻る。
In the two refrigeration cycles, for example, a phase change such as alternative chlorofluorocarbon occurs, and a refrigerant that realizes the refrigeration cycle flows.
That is, in the first refrigeration cycle, the refrigerant is compressed by the first
一方、第二冷凍サイクルにおいては、第二段側圧縮機30で冷媒が圧縮され、第二段側凝縮器31ではファンで冷却されて冷媒の温度が低下する。そして冷媒は、前記した冷媒冷却用熱交換器25の二次側に入り、前記した第一冷凍サイクルの作用によって急激に冷却されて液化する。第二冷凍サイクルを流れる冷媒は第二段側膨張弁33を通過し、熱媒体温度調節用熱交換器35の一次側で気化して熱を奪う。気化した冷媒は、第二段側圧縮機30に戻る。
On the other hand, in the second refrigeration cycle, the refrigerant is compressed by the second-
また本実施形態では、熱媒体供給装置5内に、補助の冷媒冷却用熱交換器41と冷熱回収用熱交換器43が設けられている。補助の冷媒冷却用熱交換器41の二次側流路は、第一段側凝縮器21の流路の中間部と直列に接続されている。
In the present embodiment, an auxiliary refrigerant
次に往き側渡り配管(熱媒体用配管)7について説明する。
図3は、図2の配管系統図の往き側渡り配管部分の詳細図である。図4は、図1の試験装置で採用する往き側渡り配管の断面図である。
往き側渡り配管7は、図3に示すような多重構造を有する。即ち往き側渡り配管7は、中心管50と外郭管51及び挿入管52を備える三重構造物である。
往き側渡り配管7は、中心管50の周囲を外郭管51が取り囲み、さらに中心管50の中に挿入管52が挿入されたものである。
Next, the forward crossover pipe (heat medium pipe) 7 will be described.
FIG. 3 is a detailed view of the forward crossover piping portion of the piping system diagram of FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view of a forward crossover pipe employed in the test apparatus of FIG.
The forward crossover pipe 7 has a multiple structure as shown in FIG. That is, the forward crossover pipe 7 is a triple structure including a
The forward crossover pipe 7 is configured such that an
中心管50は、後端部を残してその大部分が外郭管51の中に埋没している。中心管50の外郭管51からはみ出したはみ出し部分53には、冷媒排出口55が設けられている。中心管50の先端部は閉塞している。
中心管50の外径は、外郭管51の内径よりも小さく、両者の間に環状の空隙がある。本実施形態では、この空隙が、往き側流路73として機能する。
Most of the
The outer diameter of the
挿入管52は、前記したはみ出し部分53から中心管50内に挿入され、その先端は中心管50の最奥部に至って開口している。挿入管52の外径は中心管50の内径よりも小さく、両者の間には空隙がある。本実施形態では、空隙が往き側補助流路72として機能する。すなわち、往き側補助流路72は往き側流路73に隣接しており、かつ熱的に接触している。
また外郭管51の基端部には空気導入口56が開口し、先端部には空気排出口57が開口している。
The
An
往き側渡り配管7の実際の構造は、図4の通りであり、外郭管51は、レジューサ58、ティ59、フレキシブルチューブ60、短管61、レジューサ62が順次接続され、両端が細く、中央部が太い形状であり、かつ曲げることができる構造である。 The actual structure of the forward crossover piping 7 is as shown in FIG. Has a thick shape and can be bent.
中心管50は、短管64、ティ65、短管66、及び先端が閉塞した樹脂チューブ67が順次接続されたものであり、その外径は、外郭管51の中心部分の内径よりも小さく、両者の隙間によって往き側流路73が形成される。
The
中心管50の短管66の中央部分から先端側は、外郭管51の中に挿入されている。そして短管66の中央部分と外郭管51のレジューサ58との間は密閉されている。
The distal end side from the central portion of the
挿入管52は短管70及び可撓性のある細管71が順次接続されたものである。そして挿入管52の短管70の部分は中心管50の短管66部分に至り、細管71は中心管50の先端近傍にまで至っている。
挿入管52の外径はいずれの部分についても中心管50の内径よりも小さく、両者の間には空隙があり、この空隙が往き側補助流路72として機能する。
ただし挿入管52と中心管50の基端たる短管64との間は溶接されていて気密性が保たれている。
なお往き側渡り配管7には断熱材(図示せず)が巻かれている。
The
The outer diameter of the
However, the
Note that a heat insulating material (not shown) is wound around the forward side crossover pipe 7.
次に戻り側渡り配管(熱媒体用配管)8について説明する。図5は、図1の試験装置で採用する戻り側渡り配管の断面図である。
図5に示す様に、戻り側渡り配管8は二重構造を有し、中心管75と当該中心管75を包囲する外郭管76によって構成されている。外郭管76は、ティ80、フレキシブルチューブ81、ティ82が順次接続されたものである。外郭管76の両端は閉塞されている。一方、中心管75は、直管83、フレキシブルチューブ85、直管86が順次接続されたものである。中心管75及び外郭管76は共に可撓性を有している。
中心管75の外径は、外郭管76の内径よりも小さく、両者の間には空隙がある。本実施例では、この空隙が戻り側補助流路77として機能する。一方、中心管75は戻り側流路として機能する。
また外郭管76の両端近傍の側面には空気導入口78と空気排出口79が設けられている。
Next, the return side crossover pipe (heat medium pipe) 8 will be described. FIG. 5 is a cross-sectional view of the return side crossover piping employed in the test apparatus of FIG.
As shown in FIG. 5, the return-
The outer diameter of the
An
次に、試験部3と、熱媒体供給装置5に跨がる配管について説明する。
前記した様に、試験部3と、熱媒体供給装置5とは往き側渡り配管7と戻り側渡り配管8とによって配管結合されている。即ち往き側渡り配管7と戻り側渡り配管8の一端は、いずれも試験部3の筐体12内にあり、他端はいずれも熱媒体供給装置5の筐体内にある。
試験部3と熱媒体供給装置5に跨がる配管系統を空気の流れに沿って説明すると次の通りである。
即ち試験部3の筐体12内には、前記した様に空気導入路の一部が設けられており、空気導入口18の先端側は分岐されて、電磁弁19が取り付けられている。そして電磁弁19の下流側が戻り側渡り配管8の空気導入口78に接続されている。即ち電磁弁19の下流側が戻り側渡り配管8の戻り側補助流路77に接続されている。
Next, the piping over the
As described above, the
The piping system extending over the
That is, as described above, a part of the air introduction path is provided in the housing 12 of the
また戻り側渡り配管8の空気排出口79は、冷熱回収用熱交換器43の二次側入口に連通している。冷熱回収用熱交換器43の二次側出口は、熱媒体温度調節用熱交換器35の二次側入口に入り、熱媒体温度調節用熱交換器35の二次側出口は、往き側渡り配管7の空気導入口56に接続されている。即ち熱媒体温度調節用熱交換器35の二次側出口は、往き側流路73に接続されている。
往き側渡り配管7の空気排出口57は、試験部3の筐体12内の配管16によってサーマルプレート2のキャビティ11の空気導入口に接続されている。
またサーマルプレート2の空気排出口は、配管17を介して戻り側渡り配管8の中心管75の一端に接続されている。即ちサーマルプレート2の空気排出口は、戻り側流路に接続されている。
戻り側渡り配管8の中心管75の他端は、冷熱回収用熱交換器43の一次側入口に連通している。冷熱回収用熱交換器43の一次側出口は、さらに補助の冷媒冷却用熱交換器41の一次側流路入り口に接続されている。補助の冷媒冷却用熱交換器41の一次側流路出口は、大気中に開放されている。
Further, the
The
The air discharge port of the
The other end of the
また二次側冷凍サイクルの一部が分岐されて、往き側渡り配管7の冷媒入口及び冷媒出口(冷媒排出口55)に接続されている。
即ち二次側冷凍サイクルには、熱媒体温度調節用熱交換器35をバイパスするバイパス流路36が設けられ、バイバス流路36に往き側渡り配管7の中心管50が接続されている。
より具体的には、二次側冷凍サイクル中の二次側膨張弁33と、熱媒体温度調節用熱交換器35との間が分岐されて往き側渡り配管7の冷媒入口に接続されている。そして、往き側渡り配管7の冷媒出口(冷媒排出口55)は、二次側冷凍サイクル中の熱媒体温度調節用熱交換器35と、第二段側圧縮機30との間に接続されている。従って往き側渡り配管7の中心管50は、熱媒体温度調節用熱交換器35と並列であり、往き側渡り配管7の中心管50には、熱媒体温度調節用熱交換器35と同じ温度の冷媒が通過する。
Further, a part of the secondary side refrigeration cycle is branched and connected to the refrigerant inlet and the refrigerant outlet (refrigerant outlet 55) of the forward crossover pipe 7.
That is, the secondary refrigeration cycle is provided with a
More specifically, the secondary
次に本実施形態における試験装置1の作用について説明する。
本実施形態における試験装置1はサーマルプレート(恒温機器)2の物品載置面10をマイナス65℃程度の低温から200℃以上の高温まで変化させることができる。試験装置1は、物品載置面10を低温に温調する場合に特有の機能を発揮する。
即ち物品載置面10を低温に温調する場合には、一次側冷凍サイクルの第一段側圧縮機20と、二次側冷凍サイクルの第二段側圧縮機30とを運転すると共に、乾燥空気源29から乾燥空気を導入する。
一次側冷凍サイクルの第一段側圧縮機20と、二次側冷凍サイクルの第二段側圧縮機30とを運転すると、各冷凍サイクルが機能して、二次側冷凍サイクルの熱媒体温度調節用熱交換器35の一次側に低温の冷媒が通過し、熱媒体温度調節用熱交換器35の二次側が冷却される。
また熱媒体温度調節用熱交換器35をバイパスするバイパス流路36に冷媒が流れ、往き側補助流路72(往き側渡り配管7の中心管50と挿入管52との間)に冷媒が流通する。より具体的に説明すると、冷媒は、挿入管52の端部から中心管50内に導入される。挿入管52は中心管50の奥側で開口しているから、冷媒は、挿入管52を通過して中心管50の奥側に至り、奥側の位置で開放される。
ここで中心管50の先端側は閉塞されており、且つ挿入管52と中心管50との間には空隙(往き側補助流路72)があるから、冷媒は、往き側補助流路72を流れて基端側に戻る。即ち冷媒は、中心管50の中を往復して中心管50の基端側に戻り、冷媒排出口55から排出される。
Next, the operation of the test apparatus 1 in this embodiment will be described.
The test apparatus 1 in this embodiment can change the
That is, when the temperature of the
When the first
Further, the refrigerant flows in the
Here, the distal end side of the
空気の流れは、前記した通りであり、乾燥空気源29から試験部3内に導入された乾燥空気は、電磁弁19を経て戻り側渡り配管8の空気導入口78に入り、戻り側渡り配管8の外郭管76と中心管75の間に形成された空隙(戻り側補助流路77)を流れる。そして戻り側渡り配管8の空隙(戻り側補助流路77)を通過した空気は、冷熱回収用熱交換器43の二次側を通過し、熱媒体温度調節用熱交換器35の二次側を流れる。さらに熱媒体温度調節用熱交換器35の二次側を通過した空気は、往き側渡り配管7の空気導入口56に入り、往き側渡り配管7の外郭管51と中心管50との間に形成された空隙(往き側流路73)を流れ、試験部3内に至る。そして配管16を経てサーマルプレート2のキャビティ11に入り、さらにキャビティ11を出た空気は、配管17を介して戻り側渡り配管8の中心管(戻り側流路)75を通過する。戻り側渡り配管8の中心管(戻り側流路)75を通過した空気は、冷熱回収用熱交換器43の一次側を流れ、さらに補助の冷媒冷却用熱交換器41の一次側を流れ、大気中に開放される。
The air flow is as described above, and the dry air introduced into the
次に、前記した一連の空気の流れに際し、各部位を通過する空気の温度について検証する。
即ち乾燥空気源29から供給される乾燥空気は、常温である。この空気は、電磁弁19を経て戻り側渡り配管8の外郭管76と中心管75との間に形成された空隙(戻り側補助流路77)を流れる(以下、「往き側空気」と称する。)が、この際に、戻り側渡り配管8の中心管(戻り側流路)75を流れる排気(以下、「戻り側空気」と称する。)によって冷却される。
即ち前記した様に、戻り側渡り配管8の中心管75には、サーマルプレート2のキャビティ11から排出された戻り側空気が流れているが、戻り側空気の温度は常温よりも低く、往き側空気の温度よりも低い。
そのため外郭管76と中心管75との間(戻り側補助流路77)を流れる往き側空気は、中心管75の壁面を介して熱を奪われ、温度が低下する。
Next, in the above-described series of air flows, the temperature of the air passing through each part is verified.
That is, the dry air supplied from the
That is, as described above, the return side air discharged from the
Therefore, the forward air flowing between the
また、戻り側渡り配管8の空隙(戻り側補助流路77)を通過した往き側空気は、冷熱回収用熱交換器43の二次側を通過するが、戻り側渡り配管8の空隙を通過した往き側空気は、冷熱回収用熱交換器43内においても戻り側空気と熱交換して冷却される。
即ち、冷熱回収用熱交換器43の一次側には戻り側空気が流れており、戻り側空気は往き側空気よりも低温であるから、往き側空気は冷却される。
Further, the forward air that has passed through the gap (return side auxiliary flow path 77) of the return
In other words, the return side air flows on the primary side of the
冷熱回収用熱交換器43を通過した往き側空気は、熱媒体温度調節用熱交換器35に入り、熱媒体温度調節用熱交換器35によって強烈に冷却される。即ち、往き側空気は熱媒体温度調節用熱交換器35の二次側を流れるが、熱媒体温度調節用熱交換器35には冷却装置によって冷却された冷媒が通過する。そのため往き側空気は、熱媒体温度調節用熱交換器35を通過する際に極めて低温となる。
The outgoing air that has passed through the cold heat
熱媒体温度調節用熱交換器35の二次側を通過した空気は、往き側渡り配管7の空気導入口56に入り、往き側渡り配管7の外郭管51と中心管50との間に形成された空隙(往き側流路73)を流れて試験部3内に至るが、この間、往き側渡り配管7内の往き側流路73を通過する空気は、冷媒によって保冷される。
即ち往き側空気は、往き側渡り配管7の外郭管51と中心管50との間に形成された空隙(往き側流路73)を流れるが、往き側流路73と隣接して中心管50によって構成される流路(往き側補助流路72)があり、往き側補助流路72に冷媒が流れる。往き側補助流路72は往き側流路73に隣接し、かつ熱的に接触している。そのため往き側空気は、往き側渡り配管7を通過する際にも冷媒で冷却され続け、昇温が抑制される。
加えて、中心管50を流れる冷媒の温度は、前記した様に、熱媒体温度調節用熱交換器35を通過する冷媒の温度と同一であるから、往き側空気の温度変化は少ない。
The air that has passed through the secondary side of the
That is, the outward air flows through a gap (outward flow path 73) formed between the
In addition, since the temperature of the refrigerant flowing through the
そして往き側空気は、サーマルプレート2のキャビティ11に入り、サーマルプレート2の表面を冷却し、自らは昇温する。しかしながら、キャビティ11から排出される空気は、依然として常温よりも低い。
The forward air enters the
さらにキャビティを出た空気は、配管17を介して戻り側渡り配管8の中心管(戻り側流路)75を通過し、前記した様に往き側空気に冷熱を与えて自らは昇温する。
さらに戻り側渡り配管8の中心管(戻り側流路)75を通過した空気は、冷熱回収用熱交換器43の一次側を流れて往き側空気に冷熱を与えて自らは昇温する。
さらに戻り側空気は、補助の冷媒冷却用熱交換器41の一次側を流れ、一次側冷凍サイクルにおける冷媒の凝縮に寄与する。
この様に本実施形態では、3回に渡って冷熱の回収が行われるので、熱効率が高い。また最終的に排出される排気は、室温に近い温度となるので、室内環境を変化させにくい。即ち旧来の試験装置であれば、サーマルプレートのキャビティから排出された空気をそのまま大気に開放していたので、排気口に結露が生じる場合もあったが、本実施形態によると、排気の温度が室温に近いので、結露が生じることはない。
Further, the air leaving the cavity passes through the central pipe (return side flow path) 75 of the return
Further, the air that has passed through the central pipe (return-side flow path) 75 of the return-
Further, the return side air flows on the primary side of the auxiliary refrigerant
In this way, in the present embodiment, the cold energy is recovered three times, so that the thermal efficiency is high. Moreover, since the exhaust gas finally discharged has a temperature close to room temperature, it is difficult to change the indoor environment. In other words, in the case of the conventional test apparatus, since the air discharged from the cavity of the thermal plate was opened to the atmosphere as it was, there was a case where condensation occurred at the exhaust port. Since it is close to room temperature, no condensation occurs.
以上説明した実施形態では、往き側渡り配管7の中心管50に冷媒を流し、周囲の空隙(往き側流路73)に往き側空気を通過させた。
この理由は、冷媒の温度が往き側空気のそれよりも低いためであり、大気への冷熱の放散を抑制する効果がある。また中心管50内では冷媒が往復するので、冷媒の滞留時間が長く、往き側空気との熱交換効率が高いためである。
さらに中心管50側は、前記した様に内部で流路が往復するので、内部の圧力損失が大きい。これに対して中心管50の周囲に形成される空隙(往き側流路73)は、直線状の流路であるから圧力損失が小さい。そこで本実施形態では、往き側空気の圧力損失を低下させるために、周囲の空隙に往き側空気を通過させることとした。
しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではなく、往き側空気を中心管50に流し、その周囲に形成される流路に冷媒を流してもよい。
In the embodiment described above, the refrigerant is caused to flow through the
This is because the temperature of the refrigerant is lower than that of the outgoing air, and has an effect of suppressing the diffusion of cold heat to the atmosphere. Further, since the refrigerant reciprocates in the
Furthermore, since the flow path reciprocates inside the
However, the present invention is not limited to this configuration, and the forward air may be flowed through the
戻り側配管に関しても同様であり、本実施形態では、中心管75に戻り側空気を流通させ、その周囲に往き側空気を通過させたが、逆に中心管75に往き側空気を通過させ、その周囲に戻り側空気を通過させてもよい。
なお、戻り側渡り配管8において、中心管75側に戻り側空気を通過させ、その周囲に往き側空気を通過させた理由は、往き側渡り配管7の場合と同様であり、往き側空気の温度が戻り側よりも高いためである。
The same applies to the return side pipe, and in this embodiment, the return side air is circulated through the
In the return
また本実施形態では、往き側渡り配管7に図3,4に示す様な往復流路を有する構造のものを採用し、戻り側渡り配管8に図5に示す直線流路だけを有する構造のものを採用したが、双方とも図3,4又は図5に示す構造のものを採用してよく、また往き側渡り配管7に図5に示す構造のものを採用し、戻り側渡り配管8に図3,4に示す構造のものを採用してもよい。戻り側渡り配管8に図3,4に示す構造のものを採用する場合には、例えば、キャビティ部と、当該キャビティ部の一部又は全部を包囲する外郭管を有する多重構造物によって構成する。そして、当該キャビティ部の内部に冷媒又は気体を導入又は排出する挿入管を備え、かつ当該挿入管がキャビティ部の奥部に開口する構成とする。
Further, in the present embodiment, a structure having a reciprocating flow path as shown in FIGS. 3 and 4 is adopted for the forward side crossover pipe 7, and a structure having only the straight flow path shown in FIG. However, both of them may adopt the structure shown in FIG. 3, 4 or 5, and adopt the structure shown in FIG. 5 for the forward side crossover piping 7 and the return
以上説明した実施形態では、熱媒体温度調節用熱交換器35をバイパスするバイパス流路36を設け、バイバス流路36に往き側渡り配管7の中心管50を接続した。しかし、本発明はこの構成に限定されるものではなく、例えば図6に示す様な構成でもよい。
図6は、本発明の第二の実施形態に係る試験装置の配管系統図である。図6の配管系統では、往き側渡り配管7の中心管50と熱媒体温度調節用熱交換器35を直列に接続している。
なお図6の構成では、第二段側膨張弁33の下流側に往き側渡り配管7の中心管を接続し、その下流側に熱媒体温度調節用熱交換器35を接続したが、熱媒体温度調節用熱交換器35を先に接続してもよい。
さらに第二段側凝縮器31と、第二段側膨張弁33の間を分岐して往き側渡り配管7の中心管50に接続してもよい。この構成を採用する場合は、中心管50内の挿入管52が膨張手段(キャピラリーチューブ)として機能する。
また本実施形態では、冷却装置は、2系統の冷凍サイクルを構成しており、二段目の冷凍サイクルによって作られた低温冷媒を往き側渡り配管7に導入したが、一段目の冷凍サイクルによって作られた低温冷媒を往き側渡り配管7に導入してもよい。ただしこの場合は、冷媒の温度が第一実施形態の場合よりも高いので、外側の流路に冷媒を流すことが望ましい。
In the embodiment described above, the
FIG. 6 is a piping system diagram of the test apparatus according to the second embodiment of the present invention. In the piping system of FIG. 6, the
In the configuration of FIG. 6, the center pipe of the forward crossover pipe 7 is connected to the downstream side of the second stage
Further, the second
Further, in this embodiment, the cooling device constitutes a two-line refrigeration cycle, and the low-temperature refrigerant produced by the second-stage refrigeration cycle is introduced into the forward crossover pipe 7, but the first-stage refrigeration cycle The produced low-temperature refrigerant may be introduced into the forward crossover pipe 7. However, in this case, since the temperature of the refrigerant is higher than in the case of the first embodiment, it is desirable to flow the refrigerant through the outer flow path.
上記した各実施形態では、サーマルプレート2のキャビティ11に温度調節された空気を導入した。即ち上記した各実施形態では、熱媒体として空気を利用した。しかし空気に代わって窒素等の気体を熱媒体としてもよい。またさらに液体の熱媒体を採用することもできる。
In each of the embodiments described above, temperature-controlled air is introduced into the
1 試験装置
2 サーマルプレート(恒温機器)
5 熱媒体供給装置
7 往き側渡り配管(熱媒体用配管)
8 戻り側渡り配管(熱媒体用配管)
11 キャビティ
50 中心管
51 外郭管
52 挿入管
75 中心管
76 外郭管
1
5 Heat medium supply device 7 Outward crossover piping (heat medium piping)
8 Return-side crossover piping (heat medium piping)
11
Claims (6)
Priority Applications (1)
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