JP2008202885A - 高低温度試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ペルチェモジュールを用いて効率良く温度試験対象物の加熱や冷却を行える高低温度試験装置を提供する。
【解決手段】ペルチェモジュール１上に加熱冷却対象物９を載置し、ペルチェモジュール１の下側には、流通領域１１を備えたジャケット１２を熱的に接続して配置する。ペルチェモジュール１による加熱冷却対象物の冷却時には熱媒体を第１の熱媒体槽３１の下端側から流通領域１１内に導入し、熱媒体導出路２１から導出して第２の熱媒体槽３２に貯留し、ペルチェモジュール１による加熱冷却対象物９の加熱時には、熱媒体を第２の熱媒体槽３２の上端側から流通領域１１内に導入し、熱媒体導出路２１から導出して第１の熱媒体槽３１に貯留することで、流通領域１１内を通る熱媒体の温度をペルチェモジュール１による加熱冷却対象物９の冷却時よりも加熱時の方が高くなるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ペルチェモジュールを用いて加熱冷却対象物（温度試験対象物）を加熱したり冷却したりして目標温度にするために用いられる高低温度試験装置に関するものである。

従来、産業用、業務用、家電用として、温度試験対象物を加熱したり冷却したりすることが多く行われている。このような加熱冷却に際し、従来、例えば対象となる加熱冷却対象物を恒温槽内に入れ、例えばヒータにより形成した熱風を恒温槽内に送り込んで加熱冷却対象物を加熱したり、コンプレッサにより形成した冷風を恒温槽内に送り込んで加熱冷却対象物を冷却したりすることにより行っていた。

しかしながら、上記のような恒温槽を用いた温度制御方法は、加熱冷却対象物が小型の場合でも恒温槽内全体に熱風や冷風を送って、恒温槽内全体の温度を高くしたり低くしたりしなければならないため、非常に多くのエネルギーが必要となり、エネルギー効率が非常に悪い。

そこで、エネルギー効率が良好な温度試験方法として、本発明者は、ペルチェモジュールを用いることを考えた。ペルチェモジュールは、構造が比較的簡単で小型化が可能であり、様々な構成のものが提案されている（例えば、特許文献１、２、参照。）。

ペルチェモジュールは、複数の熱電変換素子を接続して成る回路を有して、該回路に流す電流の向きに応じ、対向する一端側と他端側の一方の面を放熱面と成し、他方の面を吸熱面と成すものであり、例えば加熱冷却対象物を直接的に加熱したり冷却したりできるので、加熱冷却対象物の加熱や冷却を効率的に加熱したり冷却したりすることができ、しかも、高精度な温度制御が実現できるという利点がある。

図６（ａ）には、ペルチェモジュールの代表的な構成例が模式的な側面図により示されており、図７には、このペルチェモジュール１の模式的な斜視構成が、その動作と共に示されている。このペルチェモジュール１は、上下方向に互いに間隔を介して配置された絶縁性基板６，７の間に、水平方向に互いに間隔を介して複数配置されたＰ型（ｐ型）の熱電変換素子５（５ａ）とＮ型（ｎ型）の熱電変換素子５（５ｂ）とを立設配置し、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）を電極２（図７には、図示せず）により電気的に接続して形成されている。

絶縁性基板６，７は、一般に、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等のセラミックにより形成されており、前記電極２は、絶縁性基板６，７の対向面１６，１７に互いに間隔を介して複数形成されている。電極２上には図示されていない半田が形成されており、該半田を介して熱電変換素子５が電極２上に固定されている。熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の回路は、リード端子（図示せず）とリード線２８を介して電源回路等に接続されている。なお、図６（ａ）、図７は、それぞれ模式図であり、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の配設数等の詳細な構成は正確に示していないが、これらは、必要に応じて適宜設定されるものである。

ペルチェモジュール１において、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の接続回路に電流を流すと、Ｐ型の熱電変換素子５ａとＮ型の熱電変換素子５ｂに電極２を介して電流が流れて、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）と電極２との接合部（界面）で冷却・加熱効果が生じる。そして、例えば図７に示すように、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）に流す電流の方向によって、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の一方の端部側、例えば一端側（上側）の絶縁性基板６側が吸熱（冷却）面と成し、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の他方の端部、例えば他端側（下側）の絶縁性基板７側が放熱面（排熱面）と成し、熱の移動が行われる。また、前記電流を流す方向を逆にすると、吸熱面と放熱面が逆になる。

特開平９−１８１３６２号公報 特開平１０−１７８２１６号公報

ところで、例えばペルチェモジュール１の一端側の面上に加熱冷却対象物を載置し、該加熱冷却対象物を冷却する場合に、ペルチェモジュール１を効率良く動作させるためには、ペルチェモジュール１の他端側の面側の温度は低いことが好ましく、そのため、従来は、ペルチェモジュール１の他端側の面側に水冷装置等を設けて冷却することが一般的に行われている。

しかしながら、上記とは逆に、ペルチェモジュール１の一端側の面上に載置した加熱冷却対象物を加熱する場合には、ペルチェモジュール１の他端側の面側の温度は高いことが好ましいため、加熱冷却対象物の加熱時に上記水冷装置によってペルチェモジュール１の他端側の面側を冷却すると、ペルチェモジュール１の効率を下げることになる。したがって、ペルチェモジュール１を効率良く動作させて、例えば加熱冷却対象物の加熱と冷却とを繰り返し行うヒートサイクル試験等を行うことができる装置を実現することは難しかった。

本発明は、上記従来の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、ペルチェモジュールを用いて効率良く温度試験対象物の加熱や冷却を行うことができる高低温度試験装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明は、複数の熱電変換素子を接続して成る回路を有して、該回路に流す電流の向きに応じ、対向する一端側と他端側の一方の面を放熱面と成し他方の面を吸熱面と成すペルチェモジュールの一端側の面上に、該ペルチェモジュールによって加熱と冷却とを行う加熱冷却対象物を載置し、前記ペルチェモジュールの他端側の面側には熱媒体を流通させる流通領域を備えた熱媒体流通領域形成部材を熱的に接続して配置し、前記ペルチェモジュールの動作中に前記熱媒体流通領域形成部材に熱媒体を流通させる熱媒体流通作動装置を設け、該熱媒体流通作動装置により流通させる熱媒体の温度を前記ペルチェモジュールによる前記加熱冷却対象物の冷却時よりも加熱時の方が高くなるようにする構成をもって課題を解決する手段としている。

また、第２の発明は、上記第１の発明の構成に加え、前記熱媒体流通作動装置は、熱媒体流通領域形成部材の流通領域内に熱媒体を導入する熱媒体導入路と、前記流通領域内から熱媒体を導出する熱媒体導出路と、熱媒体の流れを形成するポンプと、熱媒体を貯留する第１と第２の熱媒体槽とを有し、該第１の熱媒体槽の一端側の下端側と前記第２の熱媒体槽の一端側の上端側にはそれぞれ熱媒体の導入と導出を行う熱媒体出入口が形成され、前記第１と第２の熱媒体槽はその他端側が連通路を通して互いに連通しており、前記熱媒体導出路は分岐部を介して分岐先端側が前記第１の熱媒体槽の熱媒体出入口側と前記第２の熱媒体槽の熱媒体出入口側とにそれぞれ接続されており、前記熱媒体導入路は分岐部を介して分岐先端側が前記第１の熱媒体槽の熱媒体出入口側と前記第２の熱媒体槽の熱媒体出入口側とにそれぞれ接続されており、ペルチェモジュールによる加熱冷却対象物の冷却時には前記ポンプを駆動して熱媒体を前記第１の熱媒体槽から前記熱媒体導入路を通して前記流通領域内に導入し前記熱媒体導出路から導出して第２の熱媒体槽に貯留し、前記ペルチェモジュールによる加熱冷却対象物の加熱時には前記ポンプを駆動して熱媒体を前記第２の熱媒体槽から前記熱媒体導入路を通して前記流通領域内に導入し前記熱媒体導出路から導出して第１の熱媒体槽に貯留するように、熱媒体の流路の切り替え制御と前記ポンプの駆動制御とを行う切り替え駆動制御手段が設けられていることを特徴とする。

さらに、第３の発明は、上記第１の発明の構成に加え、前記加熱冷却対象物の加熱と冷却とを行うペルチェモジュールを温度試験用ペルチェモジュールとし、熱媒体流通作動装置は、熱媒体流通領域形成部材の流通領域内に熱媒体を導入する熱媒体導入路と、前記流通領域内から熱媒体を導出する熱媒体導出路と、熱媒体の流れを形成するポンプと、前記熱媒体導出路の出口端と前記熱媒体導入路の入口端とを連通する連通部に設けられて該連通部内の熱媒体の加熱と冷却とを行う熱媒体加熱冷却用ペルチェモジュールとを有し、前記温度試験物用ペルチェモジュールによる加熱冷却対象物の冷却時には前記熱媒体加熱冷却用ペルチェモジュールにより前記連通部内の熱媒体を冷却し、前記温度試験用ペルチェモジュールによる加熱冷却対象物の加熱時には前記熱媒体加熱冷却用ペルチェモジュールにより前記連通部内の熱媒体を加熱して、冷却または加熱された熱媒体を前記ポンプの駆動により前記熱媒体導入路と前記流通領域内と前記熱媒体導出路に順に通して循環させる熱媒体加熱冷却循環制御手段が設けられていることを特徴とする。

さらに、第４の発明は、上記第１または第２または第３の発明の構成に加え、前記熱媒体は水または不凍液としたことを特徴とする。

本発明の高低温度試験装置は、ペルチェモジュールを用いて加熱冷却対象物（温度試験対象物）の加熱や冷却を行うので、恒温槽内に熱風や冷風を送って温度試験対象物を加熱したり冷却したりする場合と異なり、加熱冷却対象物を直接的に加熱したり冷却したりすることができるので効率的に加熱や冷却を行うことができ、かつ、複数の熱電変換素子を接続して成る回路に流す電流の向きに応じ、対向する一端側と他端側の一方の面を放熱面と成し他方の面を吸熱面と成すので、非常に簡単に、加熱や冷却を行うことができる。また、ペルチェモジュールは、小型で、かつ、正確な温度制御が可能である。

また、ペルチェモジュールは、その特性上、ペルチェモジュールの一端側の面上に載置した加熱冷却対象物を冷却する場合に、ペルチェモジュールの他端側の面側の温度は低いことが好ましく、その逆に、加熱冷却対象物を加熱する場合には、ペルチェモジュールの他端側の面側の温度が高いことが好ましい。本発明は、ペルチェモジュールの他端側の面側に配置する熱媒体流通領域形成部材の流通領域に熱媒体を流通させ、この熱媒体の温度を、前記ペルチェモジュールによる前記加熱冷却対象物の冷却時よりも加熱時の方が高くなるようにするので、ペルチェモジュールの他端側の面側の温度を好ましい温度にすることができ、ペルチェモジュールの効率を良好にできる。

また、本発明において、熱媒体流通領域形成部材の流通領域に熱媒体を流通させる熱媒体流通作動装置が、熱媒体を貯留する第１と第２の熱媒体槽とを有し、ペルチェモジュールによる加熱冷却対象物の冷却時には熱媒体を第１の熱媒体槽から流通領域内に導入し、流通領域内から熱媒体導出路を介して第２の熱媒体槽に貯留し、ペルチェモジュールによる加熱冷却対象物の加熱時には熱媒体を前記第２の熱媒体槽から前記流通領域内に導入し、流通領域内から熱媒体導出路を介して第１の熱媒体槽に貯留する構成によれば、第１と第２の熱媒体槽からペルチェモジュールの他端側の面側の流通領域内に導入する熱媒体がペルチェモジュールの他端側の面で熱交換することにより、第２の熱媒体槽に貯留する熱媒体の温度を第１の熱媒体槽に貯留する熱媒体の温度より低くできる。

つまり、ペルチェモジュールによる加熱冷却対象物の冷却時には、第１の熱媒体槽からペルチェモジュールの他端側の面側の流通領域内に導入する熱媒体がペルチェモジュールの他端側の面で熱交換して加熱され、第２の熱媒体槽の上端側から第２の熱媒体槽に導入されて貯留されるので、温度を高められた熱媒体が第２の熱媒体槽内に貯留され、一方、ペルチェモジュールによる加熱冷却対象物の加熱時には、第２の熱媒体槽からペルチェモジュールの他端側の面側の流通領域内に導入する熱媒体がペルチェモジュールの他端側の面で熱交換して冷却され、第１の熱媒体槽の下端側から第１の熱媒体槽に導入されて貯留されるので、温度を低くされた熱媒体が第１の熱媒体槽内に貯留されることになり、第２の熱媒体槽に貯留する熱媒体の温度を第１の熱媒体槽に貯留する熱媒体の温度より高くできる。

したがって、上記のような第１と第２の熱媒体槽を設けた構成により、簡単な構成で、ペルチェモジュールの他端側の面側の流通領域に流通させる熱媒体の温度を、加熱冷却対象物の冷却時よりも加熱時の方が高くなるようにすることができ、ペルチェモジュールの他端側の面側の温度を好ましい温度にすることができ、ペルチェモジュールの効率を良好にできる。

なお、この構成では、第１と第２の熱媒体槽が連通路を介して連通されており、第１の熱媒体槽内の熱媒体の一部と第２の熱媒体槽内の熱媒体の一部とが連通路を介して入れ替わることもあり、ペルチェモジュールによる加熱冷却対象物の加熱と冷却とを良好に繰り返し行うことができる。また、第１の熱媒体槽内の熱媒体と第２の熱媒体槽内の熱媒体との入れ替わりが生じても、第１の熱媒体槽の熱媒体出入口は、その下端側に設けられ、第２の熱媒体槽の熱媒体出入口は、その上端側に設けられているので、第２の熱媒体槽から熱媒体流通領域形成部材の流通領域に流通させる熱媒体の温度を高めにし、第１の熱媒体槽から前記流通領域に流通させる熱媒体の温度を低めにできる。

また、本発明において、加熱冷却対象物の加熱と冷却とを行うペルチェモジュールを温度試験用ペルチェモジュールとし、熱媒体流通領域形成部材の流通領域に熱媒体を流通させる熱媒体流通作動装置を、熱媒体加熱冷却用ペルチェモジュールを設けて形成した構成によれば、前記温度試験物用ペルチェモジュールによる加熱冷却対象物の冷却と加熱とに合わせて、熱媒体加熱冷却用ペルチェモジュールにより熱媒体を冷却したり加熱したりしてこの熱媒体を流通させることにより、温度試験用ペルチェモジュールの他端側の面側に配置する熱媒体流通領域形成部材の流通領域に流通させる熱媒体の温度を、加熱冷却対象物の冷却時よりも加熱時の方が高くなるようにすることができる。

したがって、熱媒体加熱冷却用ペルチェモジュールを用いて、温度試験用ペルチェモジュールの他端側の面側の温度を好ましい温度にすることができ、温度試験用ペルチェモジュールの効率を良好にできる。

さらに、本発明において、熱媒体は水または不凍液とすることにより、適切な熱媒体を容易に入手して高低温度試験装置に適用することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１には、本発明に係る高低温度試験装置の第１実施形態例がブロック図を含む模式図により示されている。

同図に示すように、本実施形態例の高低温度試験装置１０は、ペルチェモジュール１を有している。本実施形態例では、図６（ａ）に示したようなペルチェモジュール１を適用しており、その一端側の面上には、該ペルチェモジュール１によって加熱と冷却とを行う加熱冷却対象物９を載置し、この加熱冷却対象物（温度試験対象物）９の加熱と冷却とを、例えば図３に示すように繰り返し行うヒートサイクル試験を行う。なお、この例において、ペルチェモジュール１の一端側（上端側）の面と加熱冷却対象物９との間には恒温プレート２９を配置している。ペルチェモジュール１の恒温プレート２９側には、加熱冷却対象物９の温度を検出する温度検出センサ４６を設けられている。

また、ペルチェモジュール１の他端側の面側には、熱媒体流通領域形成部材としてのアルミニウム製のジャケット１２を熱的に接続して配置している。このジャケット１２は、図１において断面図により示されており、熱媒体を流通させる流通領域１１を備えている。この流通領域１１は、ジャケット１２の底面側と側面側と上面側とに沿って順に熱媒体を流通させる通路状に形成されている。本実施形態例において、熱媒体は水であり、前記ジャケット１２には、前記ペルチェモジュール１の動作中に、流通領域１１内に熱媒体を流通させる熱媒体流通作動装置１３が接続されている。

熱媒体流通作動装置１３は、ジャケット１２の流通領域内１１に熱媒体を導入する熱媒体導入路２１と、前記流通領域１１内から熱媒体を導出する熱媒体導出路２０と、熱媒体の流れを形成するポンプ２２と、熱媒体を貯留する第１と第２の熱媒体槽３１，３２とを有しており、ポンプ２２は、熱媒体導入路２１に設けられている。

図１において、第１と第２の熱媒体槽３１，３２は断面図により示されており、同図に示すように、第１の熱媒体槽３１の上側に第２の熱媒体槽３２が配置されている。第１の熱媒体槽３１の一端側の下端側と第２の熱媒体槽３２の一端側の上端側にはそれぞれ、熱媒体の導入と導出を行う熱媒体出入口２５，２６が形成されており、第１と第２の熱媒体槽３１，３２は、その他端側３７，３８が連通路５０を通して互いに連通している。第１の熱媒体槽３１の熱媒体出入口２５には、熱媒体入出路１８が、第２の熱媒体槽３２の熱媒体出入口２６には、熱媒体入出路１９が、それぞれ接続されている。

また、前記熱媒体導出路２０は分岐部２３により分岐し、その分岐先端側は、前記熱媒体入出路１８，１９を介して第１の熱媒体槽３１の熱媒体出入口２５側と第２の熱媒体槽３２の熱媒体出入口２６側とにそれぞれ接続されている。前記熱媒体導入路２１は分岐部２４により分岐し、その分岐先端側は、前記熱媒体入出路１８，１９を介して第１の熱媒体槽３１の熱媒体出入口２５側と第２の熱媒体槽３２の熱媒体出入口２６側とにそれぞれ接続されている。

前記熱媒体導出路２０の分岐部２３と前記熱媒体導入路２１の分岐部２４には、それぞれ、その近傍に、流路切り替え手段３９，４０が設けられており、これらの流路切り替え手段３９，４０は、図１に示すように、切り替え駆動制御手段４１に接続されている。切り替え駆動制御手段４１は制御装置４内に設けられており、この制御装置４には、前記ペルチェモジュール１の駆動を制御するペルチェモジュール駆動制御手段４２と、前記温度検出センサ４６により検出した温度を受信する温度受信手段４３と、比較判断回路４４と、通信インターフェース４５とが設けられており、通信インターフェース４５はパーソナルコンピュータ４７に接続されている。

通信インターフェース４５には、パーソナルコンピュータ４７から加熱冷却対象物９の目標温度の情報が加えられ、通信インターフェース４５は、その情報を比較判断回路４４に加える。

比較判断回路４４は、通信インターフェース４５から加えられる目標温度と、温度受信手段４３が受信した受信温度（つまり、温度検出センサ４６による検出温度）とを比較し、温度検出センサ４６による検出温度が前記目標温度よりも高いときには、ペルチェ駆動制御手段４２と切り替え駆動制御手段４１に冷却側駆動信号を加え、その逆に、温度検出センサ４６による検出温度が前記目標温度よりも低いときには、ペルチェ駆動制御手段４２と切り替え駆動制御手段４１に加熱側駆動信号を加える。

ペルチェ駆動制御手段４２は、比較判断回路４４から冷却側駆動信号が加えられたときには、ペルチェモジュール１の一端側の面（ここでは上面）が吸熱面となるようにペルチェモジュール１を駆動し、比較判断回路４４から加熱側駆動信号が加えられたときには、ペルチェモジュール１の一端側の面が放熱面となるようにペルチェモジュール１を駆動する。

切り替え駆動制御手段４１は、前記ポンプ２２にも接続されており、ポンプ２２の駆動制御と流路切り替え手段３９，４０の切り替え制御とを以下のようにして行う。つまり、切り替え駆動制御手段４１は、比較判断回路４４から冷却側駆動信号が加えられたときには、ペルチェモジュール１による加熱冷却対象物９の冷却時となるので、前記ポンプ２２を駆動して熱媒体を前記第１の熱媒体槽３１の下端側から前記熱媒体入出路１８と前記熱媒体導入路２１を通して前記流通領域１１内に導入し、前記熱媒体導出路２０から導出して第２の熱媒体槽３２に貯留するように、流路切り替え手段３９，４０の切り替え制御による熱媒体の流路の切り替え制御と前記ポンプ２２の駆動制御とを行う。

また、比較判断回路４４から加熱側駆動信号が加えられたときには、前記ペルチェモジュール１による加熱冷却対象物９の加熱時となるので、前記ポンプ２２を駆動して熱媒体を前記第２の熱媒体槽３２の上端側から前記熱媒体入出路１８と前記熱媒体導入路２１を通して前記流通領域１１内に導入し、前記熱媒体導出路２０から導出して第１の熱媒体槽３１に貯留するように、流路切り替え手段３９，４０の切り替え制御による熱媒体の流路の切り替え制御と前記ポンプ２２の駆動制御とを行う。

そして、この流路切り替えにより、本実施形態例では、熱媒体流通作動装置１３により流通させる熱媒体の温度を、前記ペルチェモジュール１による前記加熱冷却対象物９の冷却時よりも加熱時の方が高くなるようにすることを特徴とする。

なお、前記比較判断回路４４に、前記検出温度が前記目標温度より高い状態が予め定めた冷却側駆動開始判断基準時間以上継続したときに、ペルチェ駆動制御手段４２と切り替え駆動制御手段４１に冷却側駆動信号を加える遅延回路と、前記検出温度が前記目標温度より低い状態が予め定めた加熱側駆動開始判断基準時間以上継続したときに、ペルチェ駆動制御手段４２と切り替え駆動制御手段４１に加熱側駆動信号を加える遅延回路との、少なくとも一方を設けてもよいし、このような遅延回路は設けなくてもよい。つまり、ペルチェ駆動制御手段４２による制御形態は特に限定されるものでなく、適宜設定されるものであり、切り替え駆動制御手段４１による流路切り替えとポンプ駆動のタイミングは、ペルチェモジュール１の駆動に同期して適宜行われるものである。

図４（ａ）には、本実施形態例に適用されているペルチェモジュール１の冷却能力特性例が示されており、図４（ｂ）には、ペルチェモジュール１の加熱能力特性例が示されている。これらの図において、Ｔ_１はペルチェモジュール１の一端側の面である上面（絶縁性基板６）の温度、Ｔ_２はペルチェモジュール１の他端側の面である下面（絶縁性基板７）の温度をそれぞれ示している。なお、本発明に適用するペルチェモジュールの特性は特に限定されるものでなく、適宜設定されるものである。

ペルチェモジュール１の上面を吸熱面とし、例えば加熱冷却対象物９を冷却する場合、図４（ａ）示すように、（Ｔ_２−Ｔ_１）の値が小さいほど冷却能力を増す。例えば、温度Ｔ_１を０℃とした場合に、温度Ｔ_２が低くて温度Ｔ_１と同じであれば、つまり、（Ｔ_２−Ｔ_１）＝０であれば、冷却能力は約１４０Ｗとなるが、温度Ｔ_２の温度が高くて（Ｔ_２−Ｔ_１）＝４０℃であれば、冷却能力は約６０Ｗしかならないことを示している。

実際に、熱媒体である水によりペルチェモジュール１の下面を冷却しても、その温度Ｔ_２を０℃として（Ｔ_２−Ｔ_１）＝０とすることは難しいが、例えば、（Ｔ_２−Ｔ_１）＝３０℃となるように、ペルチェモジュール１の下面の温度を４０℃から３０℃に１０℃低くしただけでも、冷却能力は約８０Ｗとなる。この場合、（Ｔ_２−Ｔ_１）＝４０℃の時に比べると、冷却能力（吸熱量）の比が８０／６０となり、１．３倍程度に高まる。そして、目標温度に到達するまでの時間は、例えば（Ｔ_２−Ｔ_１）＝４０℃の時に８分かかっていたものとすると、（Ｔ_２−Ｔ_１）＝３０℃とするだけで６分に短縮することができる。

さらに、（Ｔ_２−Ｔ_１）＝５０℃と（Ｔ_２−Ｔ_１）＝６０℃とを比較すると、（Ｔ_２−Ｔ_１）＝５０℃の方が冷却能力が約２倍となり、ペルチェモジュール１の下面の温度を１０℃低くすることにより、冷却能力を約２倍に高めることができる。

一方、ペルチェモジュール１の上面を放熱面とし、例えば加熱冷却対象物９を加熱する場合、図４（ｂ）示すように、（Ｔ_１−Ｔ_２）の値が小さいほど加熱能力を増す。例えば、温度Ｔ_２の温度が高くて温度Ｔ_１と同じであれば、つまり、（Ｔ_１−Ｔ_２）＝０であれば、加熱能力は約１１０Ｗとなるが、温度Ｔ_２の温度が低くて（Ｔ_１−Ｔ_２）＝４０℃であれば、加熱能力は約５０Ｗしかならない。そして、（Ｔ_１−Ｔ_２）＝３０℃とすれば、加熱能力は約７０Ｗとなり、（Ｔ_１−Ｔ_２）の値を小さくする、言い換えれば、ペルチェモジュール１の下面の温度を高くすることにより、加熱能力を高めることができる。

このように、ペルチェモジュール１の一端側の面（つまり、ここでは上面）上に載置した加熱冷却対象物９を冷却する場合に、ペルチェモジュール１の他端側の面（つまり、ここでは下面）側の温度は低いことが好ましく、その逆に、加熱冷却対象物９を加熱する場合には、ペルチェモジュール１の他端側の面側の温度が高いことが好ましい。

本実施形態例では、連通路５０を介して第１と第２の熱媒体槽３１，３２を上下に重ね合わせて配置し、ペルチェモジュール１による加熱冷却対象物９の冷却時には、第２の熱媒体槽３２よりも下側に配置された第１の熱媒体槽３１の下端側から熱媒体を流通領域１１内に導入するので、ペルチェモジュール１の他端側の面側には温度が低めの熱媒体（ここでは水）を流通させることができる。また、この熱媒体はペルチェモジュール１の他端側の面で熱交換して加熱され、第２の熱媒体槽３２に貯留されるので、第２の熱媒体槽３２内には、温度が高めの熱媒体が貯留される。

そして、この第２の熱媒体槽３２に貯留された熱媒体を、ペルチェモジュール１による加熱冷却対象物９の加熱時に、第２の熱媒体槽３２の上端側から前記流通領域１１内に導入するので、ペルチェモジュール１の他端側の面側には温度が高めの熱媒体（ここでは水）を流通させることができる。また、この熱媒体はペルチェモジュール１の他端側の面で熱交換して冷却され、第１の熱媒体槽３１に貯留されるので、第１の熱媒体槽３１には、温度が低めの熱媒体が貯留される。

そして、前記の如く、ペルチェモジュール１による加熱冷却対象物９の冷却時には第１の熱媒体槽３１の下端側から熱媒体を前記流通領域１１内に導入するので、ペルチェモジュール１の他端側には温度が低めの熱媒体（ここでは水）を流通させることができる。

つまり、本実施形態例では、第１と第２の熱媒体槽３１，３２を、連通路５０を介して上下に重ね合わせて配置することによって、熱媒体の温度が高い領域が熱媒体の温度が低い領域よりも上側に形成されるようにし、さらに、ペルチェモジュール１によって加熱冷却対象物９の加熱と冷却を行うときにペルチェモジュール１の他端側と熱媒体とを熱交換させて、熱媒体を、冷却時には第１の貯留槽３１に、加熱時には、第２の貯留槽３２に貯留することにより、第１の熱媒体槽３１に貯留する熱媒体の温度を第２の熱媒体槽３２に貯留する熱媒体の温度より低くすることができる。

本実施形態例は以上のように構成されており、制御装置４により、プリント基板等の加熱冷却対象物９の温度が目標温度となるように、つまり、温度検出センサ４６の検出温度が、パーソナルコンピュータ４７によって設定される目標温度となるように、比較判断回路４４の判断に基づき、ペルチェモジュール１が駆動される。

そして、このとき、切り替え駆動制御手段４１とポンプ２２の駆動と流路切り替え手段３９，４０を用いての流路切り替えによって、ペルチェモジュール１の他端側の面側に配置するジャケット１２の流通領域１１内に、ペルチェモジュール１の冷却駆動時には第１の熱媒体槽３１の下端側から、ペルチェモジュール１の加熱駆動時には第２の熱媒体槽３２の上端側から、それぞれ熱媒体を導入することにより、流通領域１１内に導入する熱媒体の温度を、ペルチェモジュール１による前記加熱冷却対象物９の冷却時よりも加熱時の方が高くなるようにすることができる。

したがって、本実施形態例によれば、ペルチェモジュール１の他端側の面側の温度を好ましい温度にすることができ、ペルチェモジュール１の効率を良好にでき、加熱冷却対象物９のヒートサイクル試験等を、効率良く、かつ、正確な温度制御でもって行うことができる。

以下に、第２実施形態例について説明する。図２には、第２実施形態例の高低温度試験装置の構成が、ブロック図を含む模式図により示されている。なお、図２において、第１実施形態例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略または簡略化する。

第２実施形態例は上記第１実施形態例とほぼ同様に構成されており、第２実施形態例が上記第１実施形態例と異なることは、第１の熱媒体槽３１と第２の熱媒体槽３２の配置構成と連通構成である。つまり、第１実施形態例では、第１の熱媒体槽３１の上側に第２の熱媒体槽３２を設けたが、第２実施形態例では、第１の熱媒体槽３１と第２の熱媒体槽３２とを横に並べて配置し、第１の熱媒体槽３１の側部上端側５１と第２の熱媒体槽３２の側部下端側５２とを連通路５０を介して連通している。

第２実施形態例は以上のように構成されており、第２実施形態例も上記第１実施形態例と同様の動作により同様の効果を奏することができる。

以下に、第３実施形態例について説明する。図５には、第３実施形態例の高低温度試験装置の構成が、ブロック図と模式的な側面図により示されている。なお、図５において、第１実施形態例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略または簡略化する。

第３実施形態例では、加熱冷却対象物９の加熱と冷却とを行うペルチェモジュール１を温度試験用ペルチェモジュールとしており、このペルチェモジュール１の他に、もう１つのペルチェモジュール８を設けて形成されている。

つまり、第３実施形態例では、熱媒体流通作動装置１３が、熱媒体導出路２０の出口端と熱媒体導入路２１の入口端とを連通する連通部３３に設けられた熱媒体加熱冷却用ペルチェモジュール８を有しており、この熱媒体加熱冷却用ペルチェモジュール８は、前記連通部３３内の熱媒体の加熱と冷却とを行う。なお、第３実施形態例において、連通部３３は、内部に熱媒体の流通路が形成されたアルミニウム製のジャケットにより形成されている。

熱媒体加熱冷却用ペルチェモジュール８は、その一端側の面を連通部３３に当接させており、熱媒体加熱冷却用ペルチェモジュール８の他端側の面にはフィン３４を設けている。フィン３４の近傍には、ファン３５が設けられており、熱媒体加熱冷却用ペルチェモジュール８の駆動時にファン３５を回転させることにより、フィン３４と周りの空気との熱交換を行いやすくし、熱媒体加熱冷却用ペルチェモジュール８の冷却や加熱の効率を上げることができる。

つまり、熱媒体加熱冷却用ペルチェモジュール８が連通部３３を冷却するときは、熱媒体加熱冷却用ペルチェモジュール８の他端側の面が放熱面となるので、このとき、フィン３４よりも低温となる周りの空気をファン３５の回転によりフィン３４に接触しやすくすることによって熱媒体加熱冷却用ペルチェモジュール８の他端側の面を冷却し、熱媒体加熱冷却用ペルチェモジュール８が連通部３３を加熱するときは、熱媒体加熱冷却用ペルチェモジュール８の他端側の面が吸熱面となるので、このとき、フィン３４よりも高温となる周りの空気をファン３５の回転によりフィン３４に接触しやすくすることによって熱媒体加熱冷却用ペルチェモジュール８の他端側の面を加熱して、熱媒体加熱冷却用ペルチェモジュール８の冷却や加熱の効率を上げることができる。

熱媒体加熱冷却用ペルチェモジュール８とファン３５は、制御装置４内に設けられた熱媒体加熱冷却循環制御手段４８に接続されている。また、前記熱媒体加熱冷却循環制御手段４８は、ポンプ２２にも接続されており、第３実施形態例では、第１実施形態例に設けられていた切り替え駆動制御手段４１の代わりに、熱媒体加熱冷却循環制御手段４８を制御装置４内に設けている。

熱媒体加熱冷却循環制御手段４８は、前記温度試験物用ペルチェモジュール１による加熱冷却対象物９の冷却時には、熱媒体加熱冷却用ペルチェモジュール８により、前記連通部３３内の熱媒体を冷却し、前記温度試験用ペルチェモジュール１による加熱冷却対象物９の加熱時には、熱媒体加熱冷却用ペルチェモジュール８により、前記連通部３３内の熱媒体を加熱して、冷却または加熱された熱媒体を前記ポンプ２２の駆動により前記熱媒体導入路２１と前記流通領域１１内と前記熱媒体導出路２０に順に通して循環させる。また、熱媒体加熱冷却循環制御手段４８は、熱媒体加熱冷却用ペルチェモジュール８の駆動時に、ファン３５を回転駆動させる。

なお、熱媒体加熱冷却用ペルチェモジュール８による加熱や冷却は、熱媒体加熱冷却用ペルチェモジュール８に設けた温度センサ３６の検出温度に基づいて、この温度が予め設定温度となるように行ってもよいし、連通部３３内の熱媒体の温度を検出する温度センサを適宜設け、この温度センサの検出温度が予め設定温度となるように行ってもよい。

第３実施形態例は以上のように構成されており、熱媒体加熱冷却用ペルチェモジュール８の駆動により、温度試験用ペルチェモジュール１の他端側の前記流通領域１１に流通させる熱媒体の温度を、加熱冷却対象物９の冷却時よりも加熱時の方が高くなるようにすることができる。そのため、第３実施形態例も、上記第１実施形態例と同様の効果を奏することができる。

また、第３実施形態例は、上記第１実施形態例に設けた第１と第２の熱媒体槽３１，３２を設けず、小型化が可能な熱媒体加熱冷却用ペルチェモジュール８を設けて形成されているので、熱媒体流通作動装置１３を小型化し、高低温度試験装置を小型化できる。

なお、本発明は各上記実施形態例に限定されることはなく、様々な態様を採り得る。例えば、上記実施形態例では、熱媒体として水を適用したが、熱媒体は、水以外の流体により形成される媒体としてもよく、熱媒体は、例えば不凍液とすることもできる。

また、上記各実施形態例では、ジャケット１２内に通路を形成し、この通路を熱媒体の流通領域としたが、ジャケット１２内に通路を形成せず、ジャケット１２はタンク状に形成し、このタンク状のジャケット１２内の収容空間の全領域を熱媒体の流通領域１１としてもよい。同様に、第３実施形態例で設けた連通部３３も、通路を設けずにタンク状に形成して流通領域としてもよい。

さらに、上記各実施形態例では、図３に示したように、−２０℃から８０℃までの温度範囲内でヒートサイクルを繰り返す温度試験に適用する例を述べたが、目標温度の設定の仕方（試験温度や試験時間、繰り返し回数等の設定の仕方）は特に限定されるものでなく、適宜設定されるものであり、例えば加熱と冷却はそれぞれ１回ずつ行うようにしてもよい。

さらに、第１、第２実施形態例のように、第１と第２の熱媒体槽３１，３２を設けて高低温度試験装置を形成する場合、第１と第２の熱媒体槽３１，３２内の熱媒体の温度を監視し、必要に応じて熱媒体槽の温度調節を行う構成を付加したり、ヒートサイクル試験の加熱と冷却の温度や時間を調節する機能を付加したりしてもよい。

さらに、上記各実施形態例では、温度センサ４６をペルチェモジュール１に設けて加熱冷却対象物９の温度を検出するようにしたが、加熱冷却対象物９の温度検出方法は特に限定されるものでなく、適宜設定されるものであり、例えば上記各実施形態例のように恒温プレート２９を設ける場合には、この恒温プレート２９に温度センサ４６を設けて加熱冷却対象物９の温度を検出してもよい。

さらに、上記第３実施形態例では、熱媒体加熱冷却用ペルチェモジュール８の他端側にフィン３４とファン３５とを設けたが、フィン３４とファン３５のいずれか一方のみを設けることもできる。

さらに、上記実施形態例では、図６（ａ）に示したタイプのペルチェモジュール１を適用して加熱冷却対象物９の加熱や冷却を行うようにしたが、ペルチェモジュール１のタイプは適宜設定されるものである。

なお、図６（ｂ）には、別のタイプのペルチェモジュール１の代表例の側面図が模式的に示されており、このペルチェモジュール１は、複数の素子嵌合孔３を有する絶縁性の素子配列基板３０の素子嵌合孔３に、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）を貫通嵌合して形成されている。Ｐ型とＮ型の熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の素子嵌合孔３への貫通方向の一端側と他端側には、それぞれ電極２が配置され、これらの電極２は対応するＰ型の熱電変換素子５ａの端面とＮ型の熱電変換素子５ｂの端面間に掛け渡して設けられており、図示されていない半田付け等により熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）に接合されている。

さらに、加熱冷却対象物９の加熱や冷却を行うペルチェモジュールは、例えば図８に示すように、ペルチェモジュール１を、その一方側のペルチェモジュールの吸熱面側と他方側のペルチェモジュールの放熱面側を隣接させて上下に重ね合わせて複数（同図では２個）配置したものでもよく、このような複数段のペルチェモジュール１の最上段上に加熱冷却対象物９を載置して高低温度試験装置１０を形成してもよい。この場合、複数のペルチェモジュール１によって加熱冷却対象物９の加熱や冷却を行うことにより、加熱上限温度を高くしたり、冷却下限温度を低くしたり、加熱や冷却の速度を高くしたりすることができる。

本発明に係る高低温度試験装置の第１実施形態例の構成を模式的に示す説明図である。 本発明に係る高低温度試験装置の第２実施形態例の構成を模式的に示す説明図である。 高低温度試験装置を用いたヒートサイクル試験の目標温度情報例を示すグラフである。 上記実施形態例に適用されているペルチェモジュールの加熱と冷却の能力特性を示すグラフである。 本発明に係る高低温度試験装置の第３実施形態例の構成を模式的に示す説明図である。 ペルチェモジュールの代表例を模式的に示す説明図である。 ペルチェモジュールの熱的動作例を模式的に示す説明図である。 ペルチェモジュールを上下に２段重ねに配置する例を示す説明図である。

符号の説明

１ ペルチェモジュール
４ 制御装置
５，５ａ，５ｂ 熱電変換素子
６，７ 絶縁性基板
８ 熱媒体加熱冷却用ペルチェモジュール
９ 加熱冷却対象物
１０ 高低温度試験装置
１１ 流通領域
１２ ジャケット
１３ 熱媒体流通作動装置
２０ 熱媒体導出路
２１ 熱媒体導入路
２２ ポンプ
３９，４０ 流路切り替え手段
４１ 切り替え駆動制御手段
４２ ペルチェ駆動制御手段
４４ 比較判断回路
４８ 熱媒体加熱冷却循環制御手段

Claims (4)

1. 複数の熱電変換素子を接続して成る回路を有して、該回路に流す電流の向きに応じ、対向する一端側と他端側の一方の面を放熱面と成し他方の面を吸熱面と成すペルチェモジュールの一端側の面上に、該ペルチェモジュールによって加熱と冷却とを行う加熱冷却対象物を載置し、前記ペルチェモジュールの他端側の面側には熱媒体を流通させる流通領域を備えた熱媒体流通領域形成部材を熱的に接続して配置し、前記ペルチェモジュールの動作中に前記熱媒体流通領域形成部材に熱媒体を流通させる熱媒体流通作動装置を設け、該熱媒体流通作動装置により流通させる熱媒体の温度を前記ペルチェモジュールによる前記加熱冷却対象物の冷却時よりも加熱時の方が高くなるようにすることを特徴とする高低温度試験装置。
2. 熱媒体流通作動装置は、熱媒体流通領域形成部材の流通領域内に熱媒体を導入する熱媒体導入路と、前記流通領域内から熱媒体を導出する熱媒体導出路と、熱媒体の流れを形成するポンプと、熱媒体を貯留する第１と第２の熱媒体槽とを有し、該第１の熱媒体槽の一端側の下端側と前記第２の熱媒体槽の一端側の上端側にはそれぞれ熱媒体の導入と導出を行う熱媒体出入口が形成され、前記第１と第２の熱媒体槽はその他端側が連通路を通して互いに連通しており、前記熱媒体導出路は分岐部を介して分岐先端側が前記第１の熱媒体槽の熱媒体出入口側と前記第２の熱媒体槽の熱媒体出入口側とにそれぞれ接続されており、前記熱媒体導入路は分岐部を介して分岐先端側が前記第１の熱媒体槽の熱媒体出入口側と前記第２の熱媒体槽の熱媒体出入口側とにそれぞれ接続されており、ペルチェモジュールによる加熱冷却対象物の冷却時には前記ポンプを駆動して熱媒体を前記第１の熱媒体槽から前記熱媒体導入路を通して前記流通領域内に導入し前記熱媒体導出路から導出して第２の熱媒体槽に貯留し、前記ペルチェモジュールによる加熱冷却対象物の加熱時には前記ポンプを駆動して熱媒体を前記第２の熱媒体槽から前記熱媒体導入路を通して前記流通領域内に導入し前記熱媒体導出路から導出して第１の熱媒体槽に貯留するように、熱媒体の流路の切り替え制御と前記ポンプの駆動制御とを行う切り替え駆動制御手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載の高低温度試験装置。
3. 加熱冷却対象物の加熱と冷却とを行うペルチェモジュールを温度試験用ペルチェモジュールとし、熱媒体流通作動装置は、熱媒体流通領域形成部材の流通領域内に熱媒体を導入する熱媒体導入路と、前記流通領域内から熱媒体を導出する熱媒体導出路と、熱媒体の流れを形成するポンプと、前記熱媒体導出路の出口端と前記熱媒体導入路の入口端とを連通する連通部に設けられて該連通部内の熱媒体の加熱と冷却とを行う熱媒体加熱冷却用ペルチェモジュールとを有し、前記温度試験物用ペルチェモジュールによる加熱冷却対象物の冷却時には前記熱媒体加熱冷却用ペルチェモジュールにより前記連通部内の熱媒体を冷却し、前記温度試験用ペルチェモジュールによる加熱冷却対象物の加熱時には前記熱媒体加熱冷却用ペルチェモジュールにより前記連通部内の熱媒体を加熱して、冷却または加熱された熱媒体を前記ポンプの駆動により前記熱媒体導入路と前記流通領域内と前記熱媒体導出路に順に通して循環させる熱媒体加熱冷却循環制御手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載の高低温度試験装置。
4. 熱媒体は水または不凍液としたことを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３記載の高低温度試験装置。

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