JP2016003950A - 環境試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力が少なく、省エネルギーに寄与する環境試験装置の提供を目的とする
【解決手段】環境試験装置１には、試験室５と連通する空調通風路１５があり、空調通風路１５に空調機器１７と循環用送風機１０が設けられている。試験室５には攪拌用送風機２０が設けられている。温度センサー１２と湿度センサー１３が検知する現実の環境と、目標環境とを比較し、両者の乖離に応じて循環用送風機１０の出力が増減される。循環用送風機１０の送風量の変化を相殺する様に攪拌用送風機２０の出力を変化させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、環境試験装置に関するものである。

製品や素材等の性能や耐久性を試験する装置として、特許文献１の様な環境試験装置が知られている。環境試験装置は、試験対象の供試体（被試験物）が載置される試験室を備え、試験室内の温度や湿度を所望の試験環境に調整するものである。

図３は、従来の代表的な環境試験装置を概念的に表したものである。
従来技術の環境試験装置１００の基本構成は、図３に示すように断熱壁２によって覆われた断熱槽３を有している。そして当該断熱槽３の一部に試験室５が形成されている。試験室５は、被試験物１８を設置する空間である。
環境試験装置１００は、さらに空調機器１７と送風機１０１を備えている。空調機器１７は、加湿装置６、冷却装置７及び加熱ヒータ（加熱装置）８によって構成されている。
環境試験装置１００には、試験室５と環状に連通する空調通風路１５があり、当該空調通風路１５に前記した空調機器１７と送風機１０１が内蔵されている。

空調通風路１５は、断熱槽３の一部に形成され、空気吹き出し部１６と空気導入部２５の２箇所で試験室５と連通している。
そのため送風機１０１を起動すると、試験室５内の空気が空気導入部２５から空調通風路１５内に導入される。そして空調通風路１５が通風状態となり、空調機器１７に空気が接触して熱交換や湿度調整がなされ、空気吹き出し部１６から試験室５内に調整後の空気が吹き出される。
また空調通風路１５の空気吹き出し部１６の近傍に、温度センサー１２と湿度センサー１３が設けられている。
環境試験装置１００を使用する際には、送風機１０１を運転して空調通風路１５内を通風状態とし、温度センサー１２及び湿度センサー１３の検出値が、設定環境の温度及び湿度に近づく様に空調機器１７を制御する。

即ち送風機１０１を運転することによって、空気導入部２５から試験室５内の空気が空調通風路１５に導入され、空調通風路１５内の空調機器１７を通過して温度・湿度が整えられる。そして温度・湿度が調整された空気が、空気吹き出し部１６から試験室５に戻され、試験室５内に所望の温度・湿度の環境が作られる。

特開２０１４−２０７７７号公報

環境試験装置１００は、耐久試験に多用されるので、長時間に渡って連続的に運転される場合が多い。そのため環境試験装置１００の消費電力を極力低くしたいという市場の要望がある。
本発明は、上記した要望に応えるものであり、消費電力が少なく、省エネルギーに寄与する環境試験装置の提供を目的とするものである。

本発明者らは、環境試験装置１００の消費電力を低減するためのターゲットとして、送風機１０１に注目し、送風機１０１の消費電力を低減する方策を模索した。
そして空調通風路１５だけではなく、試験室５内にも送風機を設けることにより、全体の消費電力を低減することに成功した。
即ち従来技術では、空調通風路１５だけに送風機１０１が設けられていたが、新たに試験室５内にも送風機を設けることにより、全体の消費電力を低減することができた。

以下、この原理について説明する。
環境試験装置における送風機の役割は、次の循環作用と攪拌作用の２つである。
（１）循環作用
試験室５内の空気を空調通風路１５内に取り込んで空調通風路１５内を通風状態とし、空調機器１７と空気を接触させた後に試験室５に空気を戻す。
（２）攪拌作用
試験室５内の空気を攪拌し、試験室５内の温度ムラや湿度ムラを解消する。

ここで空調通風路１５内の空調機器１７は、空気との接触機会を増加させるために、プレートやフィンが設けられており、流路抵抗が大きい。そのため空調通風路１５に通風する際に圧力損失が発生し、当該圧力損失に相当する電力が無駄に消費されている。従って循環作用は、無駄な電力消費を伴う。
これに対して攪拌作用には無駄な電力消費が少ない。

また循環作用に供する必要最低限の送風量は、目標環境と現実の環境との差異によって変わる。
例えば現実の試験室５内の温度が目標温度に対して著しく高い場合は、大きな送風量を要し、冷却装置７と空気との接触量を増加して、熱交換量を増大させる必要がある。これに対して試験室５内の温度が目標温度と同一であるならば、空気を冷却装置７に接触させる必要は無く、送風量はゼロであってもよい。

一方、攪拌作用に必要な必要最低限の送風量は、被試験物の量や、被試験物が発熱するか否か、あるいは吸熱するか否か等の要因で決まる。
従来技術の環境試験装置１００では、循環作用と攪拌作用を同一の送風機１０１で実行させていたので、仮に循環作用に必要な送風量がゼロである場合であっても、攪拌作用を実行するために送風機１０１の送風量を低下させることができなかった。そのため空調通風路１５内を相当量の空気が通過し、圧力損失に基づく無駄な電力消費があった。

そこで本出願人は、主に循環作用を担う循環用送風機と、主に攪拌作用を担う攪拌用送風機を個別に設け、循環作用による無駄な電力消費を低減することとした。

上記した理論に基づいて完成した請求項１に記載の発明は、被試験物を設置する試験室と、当該試験室と連通する空調通風路とを有し、空調通風路内に温度及び湿度を調整する空調機器が内蔵され、前記空調機器で調整された空気を試験室に導入して試験室内の環境を所望の設定環境に維持する環境試験装置において、空調通風路内に空気流を発生させて試験室内の空気を空調通風路内に導入し空調通風路を通過した空気を試験室に吐出する循環用送風機と、試験室内の空気を攪拌する攪拌用送風機を備え、循環用送風機及び攪拌用送風機は、いずれも送風量を増減可能であり、一方の送風機の送風量を減少して運転する際には、他方の送風機の送風量を増大して運転することを特徴とする環境試験装置である。

本発明の環境試験装置では、主に循環作用を担う循環用送風機と、主に攪拌作用を担う攪拌用送風機が設けられている。そのため循環用送風機の送風量を増減して適正な送風量にすることができる。
そして本発明の環境試験装置では、一方の送風機の送風量を減少して運転する際には、他方の送風機の送風量を増大させ、攪拌作用に必要な送風量を確保している。
本発明によると、循環作用による無駄な電力消費を低減することができるので、無駄な電力消費を抑制することができる。

請求項２に記載の発明は、試験室内に作り出したい目標環境と、試験室内の現実の環境又は空調通風路を通過後の空気の状態との差異に基づいて空調機器の運転量及び循環用送風機の送風量が調整され、循環用送風機の送風量の変化に応じて攪拌用送風機の送風量を増減させることを特徴とする請求項１に記載の環境試験装置である。

本発明の環境試験装置は、循環用送風機の送風量を優先的に決定し、これに応じて攪拌用送風機の送風量を変化させるものである。

請求項３に記載の発明は、循環用送風機の送風量と攪拌用送風機の送風量とを合計した総送風量は、試験室内の環境が安定した状態のときの総送風量を基準総送風量とし、循環用送風機の送風量と攪拌用送風機の送風量を増減させた場合の総送風量は、基準総送風量の７０パーセントから１３０パーセントの範囲であることを特徴とする請求項１又は２に記載の環境試験装置である。

前記した様に、攪拌作用に必要な必要最低限の送風量は変動させる要素が少ない。そこで本発明では、循環用送風機の送風量と攪拌用送風機の送風量との総送風量の変化が少ないものとした。

請求項４に記載の発明は、循環用送風機は、攪拌用送風機に比べて発生し得る静圧が高いものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の環境試験装置である。

空調通風路は、流路抵抗が大きいので、循環用送風機は、攪拌用送風機に比べて発生し得る静圧が高いものであることが望ましい。

本発明の環境試験装置は、一度の環境試験に要する総電力量を低減することができる。

本発明の実施形態の環境試験装置を概念的に表した断面図である。 本発明の実施形態の環境試験装置の送風量及び消費電力と時間との関係を表したグラフである。 従来技術における環境試験装置を概念的に表した断面図である。

以下さらに本発明の実施形態について説明する。本実施形態の環境試験装置１の機械的構造は、従来技術の環境試験装置１００に、別途攪拌用送風機２０を追加したものである。
即ち図１の様に、環境試験装置１は、断熱壁２によって覆われた断熱槽３を有している。そして当該断熱槽３の一部に試験室５が形成されている。試験室５は、被試験物１８を設置する空間である。
環境試験装置１は、さらに加湿装置６、冷却装置７、加熱ヒータ（加熱装置）８、及び循環用送風機１０を備えている。本実施形態では、加湿装置６、冷却装置７及び加熱ヒータ８によって空調機器１７が構成されている。

循環用送風機１０は、シロッコファン等の遠心式送風機であり、後記する攪拌用送風機２０に比べて発生し得る静圧が高い。
循環用送風機１０を駆動するモータは、インバータ制御されたモータあるいは直流モータであり、回転数を任意に変更することができる。従って循環用送風機１０は送風量を任意に変更することができる。

環境試験装置１には、試験室５と連通する空調通風路１５があり、当該空調通風路１５に空調機器１７と循環用送風機１０が設けられている。冷却装置７は、冷凍機の蒸発器であり、熱交換器である。冷却装置７は特に流路抵抗が大きい。
環境試験装置１では、前記した空調通風路１５と空調機器１７及び循環用送風機１０によって空気調和部２１が構成されている。

また空調通風路１５の空気吹き出し部１６の近傍に、温度センサー１２と湿度センサー１３が設けられている。
温度センサー１２は、空調通風路１５の空気吹き出し部１６の近傍に設けられており、空気調和部２１で調整された直後の空気の温度を検知することができる。また温度センサー１２の検知温度は、試験室５内の現実の温度であると言える。
湿度センサー１３は、空気調和部２１で調整された直後の空気の相対湿度を検知することができる。湿度センサー１３の検知湿度は、試験室５内の現実の湿度であると言える。

本実施形態の環境試験装置１は、従来技術の構成に加えて攪拌用送風機２０が設けられている。本実施形態の環境試験装置１では、攪拌用送風機２０は、試験室５内に設けられている。より詳細には、攪拌用送風機２０は、試験室５の天井にあり、下向きに送風する様に設置されている。
攪拌用送風機２０は、軸流送風機であり、前記した循環用送風機１０に比べて発生し得る静圧が低い。
攪拌用送風機２０についても駆動するモータは、インバータ制御されたモータあるいは直流モータであり、回転数を任意に変更することができる。従って攪拌用送風機２０は送風量を任意に変更することができる。

環境試験装置１は、図１の様に制御装置２７を有し、制御装置２７によって空気調和部２１が動作される。制御装置２７には、設定値を入力する設定入力手段２６が接続されている。設定入力手段２６は、公知のタッチパネル等である。
本実施形態では、設定入力手段２６によって作り出そうとする目標環境が設定される。具体的には、試験室５の目標温度と目標湿度が設定入力手段２６から入力される。

そして本実施形態の環境試験装置１では、温度センサー１２が検知する検知温度が空調機器１７にフィードバックされ、検知温度が目標温度に一致する様に空調機器１７が制御される。また湿度センサー１３が検知する検知湿度が空調機器１７にフィードバックされ、検知湿度が目標湿度に一致する様に空調機器１７が制御される。より具体的には、空調機器１７を構成する冷却装置７の運転量と加熱ヒータ８の運転量がＰＩＤ制御されて検知温度が目標温度に一致する様に制御される。また空調機器１７を構成する加湿装置６の運転量と冷却装置７の運転量とがＰＩＤ制御されて検知湿度が目標湿度に一致する様に制御される。

即ち循環用送風機１０を運転して試験室５内の空気を空調通風路１５に導入し、空調機器１７を通風環境にさらして熱交換や、加湿・除湿を行い、調整後の空気を試験室５に戻す。そして試験室５内の現実の環境と目標環境との差異に基づいて空調機器１７の構成部材たる加湿装置６、冷却装置７及び加熱ヒータ８の運転量が調節される。
環境試験の実施中は、原則的に攪拌用送風機２０を運転し、試験室５内の空気を攪拌して温度ムラを解消する。

また本実施形態の環境試験装置１では、温度センサー１２と湿度センサー１３が検知する現実の環境と、目標環境とを比較し、両者の乖離に応じて循環用送風機１０の出力が増減される。
例えば温度センサー１２が検知する現実の試験室５内の温度と、設定入力手段２６によって設定された目標温度とを比較し、両者の差が大きい場合には循環用送風機１０の出力を増大させて循環用送風機１０が発生する送風量を増大させる。
その結果、空調機器１７と空気との接触機会が増大して熱交換量が増加し、試験室５内の温度が早期に目標温度に収斂する。

逆に現実の試験室５内の温度と、設定入力手段２６によって設定された目標温度との差が小さい場合には循環用送風機１０の出力を減少させて循環用送風機１０が発生する送風量を減少させる。
その結果、空調機器１７と空気との接触機会が減少して熱交換量が減少し、試験室５内の温度が安定する。
一般に、試験開始直後は現実の試験室５内の温度と、設定入力手段２６によって設定された目標温度との差が大きく、時間の経過と共に両者の差が小さくなる。従って、試験開始直後においては、循環用送風機１０が発生する送風量が多く、時間の経過と共に送風量が減少することとなる。

また本実施形態の環境試験装置１では、循環用送風機１０の送風量の変化を相殺する様に攪拌用送風機２０の出力を変化させ、全体の送風量の変化を抑制する。
具体的には、循環用送風機１０の送風量Ｖ１と、攪拌用送風機２０の送風量Ｖ２を合計した総送風量Ｖが変化しない様に攪拌用送風機２０の送風量Ｖ２が調整される。
そのため、試験室５内は常に一定の空気流が確保され、温度ムラが生じにくい。

次に、環境試験装置１の送風に要する消費電力について説明する。循環用送風機１０と攪拌用送風機２０の消費電力Ｗ１，Ｗ２及び二つ送風機１０，２０が消費する全消費電力Ｗは、次の式で表される。

前記した様に、試験開始直後は、現実の試験室５内の温度と、設定入力手段２６によって設定された目標温度との差が大きいから、図２のグラフの様に循環用送風機１０が発生する送風量Ｖ１が多く、循環用送風機１０の消費電力Ｗ１が大きい。
時間の経過と共に両者の差が小さくなり、図２の様に循環用送風機１０が発生する送風量Ｖ１が減少して循環用送風機１０の消費電力Ｗ１が小さくなる。
その際、図２の様に循環用送風機１０の送風量Ｖ１の減少を補う様に、攪拌用送風機２０の送風量Ｖ２が増大し、攪拌用送風機２０の消費電力Ｗ２が大きくなる。
しかしながら、攪拌用送風機２０は、流路抵抗が小さい領域（試験室５）に送風するものであるから、攪拌用送風機２０の送風機全圧Ｐ２は、循環用送風機１０の送風機全圧Ｐ１よりも小さい。そのため攪拌用送風機２０の消費電力Ｗ２の増加量は、循環用送風機１０の消費電力Ｗ１の減少量よりも少ない。そのため全体の消費電力Ｗは、時間の経過と共に減少し、一定の値に収斂する。

そして本実施形態の環境試験装置１の試験中の大半の時間における全体の消費電力Ｗは、従来技術の環境試験装置１００の全体の消費電力Ｗよりも小さいものとなる。
そのため本実施形態の環境試験装置１を使用した環境試験に要する総電力量は、従来技術の環境試験装置１００の総電力量よりも少ないものとなる。
一方、試験室５内の風量は、十分であるから、温度ムラも生じない。

本実施形態の環境試験装置１では、循環用送風機１０としてシロッコファン等の遠心式送風機を採用し、攪拌用送風機２０として軸流送風機を採用したが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、同じ種類の送風機を利用してもよい。

循環用送風機１０は、送風量を連続的に変化させることができるものであることが望ましいが、段階的に変化するものであってもよい。

環境試験の実施中における総送風量Ｖは、変化させないことが望ましい。前記した実施形態では、循環用送風機１０の送風量Ｖ１と、攪拌用送風機２０の送風量Ｖ２を合計した総送風量Ｖは、常に一定である。
しかしながら本発明は、総送風量Ｖの変動を全く認めないものではない。本発明者の経験によると、試験室内の環境が安定した状態のときの総送風量を基準総送風量とし、循環用送風機の送風量と攪拌用送風機の送風量を増減させた場合の総送風量が基準総送風量の７０パーセントから１３０パーセントの範囲であるならば、実質的な不具合は生じない。

上記した実施形態では、攪拌用送風機２０を試験室５の天井に設け、下向きに送風する様に設置したが、攪拌用送風機２０の位置や送風方向は、この実施形態に限定されるものではない。
例えば、試験室５の側面に攪拌用送風機２０を設けてもよい。要するに、送風の大部分が直接的に空調通風路１５に吹き込まない位置に攪拌用送風機２０を取り付ければよい。 また攪拌用送風機２０の個数についても任意であり、攪拌用送風機２０を２台以上有していてもよい。

本実施形態では、加湿装置６、冷却装置７及び加熱ヒータ８によって空調機器１７が構成されており、温度と湿度を調節可能である。しかしながら空調機器１７は、温度だけや湿度だけを調整可能なものであってもよい。
例えば単に加熱ヒータ８のみで空調機器１７が構成されていてもよい。

１ 環境試験装置
５ 試験室
６ 加湿装置
７ 冷却装置
８ 加熱ヒータ（加熱装置）
１０ 循環用送風機
２０ 攪拌用送風機
１５ 空調通風路
１６ 空気吹き出し部
１７ 空調機器

Claims (4)

1. 被試験物を設置する試験室と、当該試験室と連通する空調通風路とを有し、空調通風路内に温度及び湿度を調整する空調機器が内蔵され、前記空調機器で調整された空気を試験室に導入して試験室内の環境を所望の設定環境に維持する環境試験装置において、
   空調通風路内に空気流を発生させて試験室内の空気を空調通風路内に導入し空調通風路を通過した空気を試験室に吐出する循環用送風機と、試験室内の空気を攪拌する攪拌用送風機を備え、循環用送風機及び攪拌用送風機は、いずれも送風量を増減可能であり、一方の送風機の送風量を減少して運転する際には、他方の送風機の送風量を増大して運転することを特徴とする環境試験装置。
2. 試験室内に作り出したい目標環境と、試験室内の現実の環境又は空調通風路を通過後の空気の状態との差異に基づいて空調機器の運転量及び循環用送風機の送風量が調整され、循環用送風機の送風量の変化に応じて攪拌用送風機の送風量を増減させることを特徴とする請求項１に記載の環境試験装置。
3. 循環用送風機の送風量と攪拌用送風機の送風量とを合計した総送風量は、試験室内の環境が安定した状態のときの総送風量を基準総送風量とし、循環用送風機の送風量と攪拌用送風機の送風量を増減させた場合の総送風量は、基準総送風量の７０パーセントから１３０パーセントの範囲であることを特徴とする請求項１又は２に記載の環境試験装置。
4. 循環用送風機は、攪拌用送風機に比べて発生し得る静圧が高いものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の環境試験装置。

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