JP2016090482A - 環境試験方法及び環境試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】試料に突然に結露や結霜を生じさせる環境試験方法を開発することを目的とする。
【解決手段】環境試験装置１は、試験室２と、空調装置（空調部）３によって構成されている。そして両者の間が往き側ダクト５と、戻り側ダクト６によって接続されている。試料１０に低温空気を当てることによって試料１０の温度を下げる。その後、試験室２内の環境を低温空気の温度よりも高温であってその露点が試料１０の温度以上である高温環境に変化させる。そのため試料１０の表面は、周囲の環境の露点以下の温度となり、周囲の空気に含まれる水蒸気が凝固し、試料１０の表面で結露する。また試料の温度が氷点下である場合には、試料の表面に結霜する。
【選択図】図１

Description

本発明は、特殊な環境を人工的に再現して行う環境試験に関するものである。また本発明は、特殊な環境を再現する環境試験装置に関するものである。

製品の性能を評価する方法の一つとして、環境試験がある。環境試験は、試料を特定の環境下に置き、性能の変化等を観察するものである。
環境試験には、試料を過酷な環境にさらすことを目的とするものと、特殊な環境を人工的に作ってその環境下に試料を置くことを目的とするものがあると言える。
前者の環境試験は、試料を過酷な環境下におき、その耐久性を調べることを目的とするものである。例えば、試料を高温環境や、低温環境に置き、耐久性を調べる。また試料を高湿度の環境にさらし、試料に結露を生じさせたり、結霜を生じさせる試験も、この範疇に入る環境試験であると言える。

後者の特殊な環境を人工的に作ることを目的とする環境試験は、試料が置かれるであろうと予想される環境を人工的に再現し、その環境下における試料の動作や挙動、物性変化等を観察するものである。

特開２０１２−２５１７１６号公報

日常生活において、低温の物品に突然に結露や結霜が生じる場合がある。たとえば冬季に走行していた車両が、車庫に入庫した様な場合には、入庫した直後に突然結露や結霜が生じることがある。また冬季に外出していた人が暖房された室内に戻った場合には、その人の装身具等に突然結露や結霜が生じることがある。
市場において、この様な特殊な環境を再現したいという要求がある。特に物品が氷点下の状態にあるにも係わらず結露や結霜がなく、あるきっかけで突然に結露や結霜が生じる様な環境を人工的に作りたいという要求がある。

例えば、高温且つ高湿度の環境下に試料を置き、試料の温度を下げていくと、試料の表面に結露や結霜が生じる。しかしながら結露等の発生は、試料の温度が環境の露点温度を下回った時点で開始し、試料の温度の低下と共に、単位時間あたりの結露量が増加して行くこととなる。即ちこの方法によると、結露や結霜が徐々に発生し、単位時間当たりの発生量が徐々に増加してゆく。そのためこの方法は、突然に結露等が発生する環境を再現しているとは言えない。

また試料を低温環境下に晒して冷却し、試料が置かれた環境を突然に高温高湿環境に変化させると、試料に結露が生じる。しかしながらこの環境変化を実現させる装置は大がかりなものとならざるを得ず、大型の試料を対象とする試験には不向きである。

そこで本発明は、市場における上記した要求に応えるものであり、試料に突然に結露や結霜を生じさせる環境試験方法を開発することを目的とするものである。
また本発明は、試料に突然に結露や結霜を生じさせることができる環境試験装置を開発することを目的とするものである。

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、試験室に設置した試料に対して空気を当てて試料の温度を低下させる温度低下工程を実行し、その後に、試験室内の環境を前記空気の温度よりも高温であってその露点が試料の温度以上である高温環境に変化させる環境変化工程を実行し、試料の表面に結露及び／又は結霜を生じさせることを特徴とする環境試験方法である。

本発明の環境試験方法によると、温度低下工程で試料の温度が低下される。ここで温度低下工程では、試料より低温の空気を当てることによって試料の温度を下げるので、試料の温度は円滑に低下する。しかしながら、試料に当てられた当該空気は、逆に温度が上昇する傾向となる。そのため当該空気はその露点以下の温度となることがない。従って温度低下工程においては、試料の温度を低下させつつ、試料に結露等が生じることを防止することができる。
本発明では、温度低下工程に続いて試験室内の環境を前記空気の温度よりも高温であってその露点が試料の温度以上である高温環境に変化させる。そのため試料の表面は、周囲の環境の露点以下の温度となり、周囲の空気に含まれる水蒸気が凝固し、試料の表面で結露する。また試料の温度が氷点下である場合には、試料の表面に結霜する。
そのため本発明の環境試験方法によると、試料の表面に突然、結露や結霜が生じることとなる。

請求項２に記載の発明は、環境変化工程は、前記空気の温度よりも高温であってその露点が試料の温度以上に調整された高温空気を試験室内に導入することによって実行されることを特徴とする請求項１に記載の環境試験方法である。

本発明では環境変化工程において、露点が試料の温度以上に調整された高温空気を試験室内に導入するので、試料に結露等が発生する。ここで「露点が試料の温度以上に調整された高温空気」は、なりゆきでその様な状態となっている場合を含み、必ずしも試料の温度を検知したり監視する必要はない。

請求項３に記載の発明は、環境変化工程は、前記空気の温度よりも高温であってその露点が前記空気の温度以上に調整された高温空気を試験室内に導入することによって実行されることを特徴とする請求項１又は２に記載の環境試験方法である。

本発明では、環境変化工程に先立って温度低下工程が実行される（請求項１）。温度低下工程は、試験室に設置した試料に対して試料より低温の空気を当てて試料の温度を低下させる工程であるから、この工程を一定時間に渡って実施し続けると、試料の表面温度は当該空気と同等の温度になるはずである。
そこで本発明では、環境変化工程は、前記空気の温度よりも高温であってその露点が前記空気の温度以上に調整された高温空気を試験室内に導入することとした。本発明によると、試験室内の環境が、前記空気の温度よりも高温であってその露点が試料の温度以上となった高温環境に変化する。
本発明によると、試料の温度を検知したり監視する必要はないが、監視してもよい。

請求項４に記載の発明は、試料を設置する試験室と、空調部とを有し、前記試験室には、試料に近接した位置に開口する低温空気送風口と、低温空気送風口よりも試料から離れた位置に開口する高温空気送風口があり、空調部は空気導入口と空気送り口を有し、空気導入口から導入された空気の温度及び湿度を調整して空気送り口から排出することが可能であり、空気送り口と低温空気送風口とを連通する低温空気送風路と、空気送り口と高温空気送風口とを連通する高温空気送風路と、前記低温空気送風路への送風と高温空気送風口への送風を切り換える流路切り換え手段を有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、低温空気送風口が試料に近接した位置に開口している。また本発明の環境試験装置では、空調部を有し、温度及び湿度を調整して空気送り口から排出することができる。従って空調部は試料より低温の空気と低温空気より高温の高温空気を調整し、試験室に供給することができる。
本発明の環境試験装置では、低温空気送風口から試料の温度より低温の空気を放出する。ここで前記した様に低温空気送風口は、試料に近接した位置に開口しているから、低温の空気は、試料に直接的に当たる。本発明の環境試験装置では、この様にして温度低下工程を実行する。
また本発明の環境試験装置では、高温空気送風口から低温の空気より高温の高温空気を放出する。高温空気送風口は、試料から離れた位置に開口しているから、高温空気は、直接試料には当たらない。そのため高温空気送風口から試験室内に高温空気を放出すると、試験室全体の環境が、高温空気の雰囲気に変化する。本発明の環境試験装置では、この様にして環境変化工程を実行する。
本発明の環境試験装置によると、試料の表面に突然に結露や結霜を発生させる様な特殊な環境を作り出すことができる。

請求項５に記載の発明は、試料を設置する試験室と、空調部とを有する環境試験装置において、前記試験室には、試料に近接した位置に開口する低温空気送風口と、低温空気送風口よりも試料から離れた位置に開口する高温空気送風口があり、空調部は空気導入口と空気送り口を有し、空気導入口から導入された空気の温度及び湿度を調整して空気送り口から排出することが可能であり、空気送り口と低温空気送風口とを連通する低温空気送風路と、空気送り口と高温空気送風口とを連通する高温空気送風路と、前記低温空気送風路への送風と高温空気送風口への送風を切り換える流路切り換え手段を有し、低温空気送風口から空気を送風する低温空気送風運転と、高温空気送風路から前記空気の温度よりも高温であってその露点が前記空気の温度以上に調整された高温空気を送風する高温空気送風運転を実行可能であり、低温空気送風運転の直後に高温空気送風運転が実行され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は、前記した請求項４に記載の環境試験装置と同様の構成を有し、温度低下工程と環境変化工程とを実行することができる。即ち本発明では、低温空気送風運転を行うことにより温度低下工程を実行することができる。また高温空気送風運転を行うことにより環境変化工程を実行することができる。
従って本発明の環境試験装置によると、試料の表面に突然に結露や結霜を発生させる様な特殊な環境を作り出すことができる。

本発明の環境試験方法によると、試料の表面に突然に結露や結霜を発生させることができる。また本発明の環境試験装置によると、試料の表面に突然に結露や結霜が発生する様な特殊な環境を作り出すことができる。

本発明の実施形態の環境試験装置の概念図である。 図１の環境試験装置の動作を示すフローチャートである。 図１の環境試験装置の動作を示すタイムチャートである。

以下さらに本発明の実施形態について説明する。本発明の環境試験方法は、図１に示す環境試験装置１によって実現される。
環境試験装置１は、試験室２と、空調装置（空調部）３によって構成されている。そして両者の間が往き側ダクト５と、戻り側ダクト６によって接続されている。

試験室２は、周囲を断熱材４０で囲まれた筺体である。試験室２には、低温空気導入口１３と、高温空気送風口１１及び空気排出口１２が設けられている。
低温空気導入口１３と、高温空気送風口１１とは、図１の様に試験室２の天井部に開口している。
これに対して空気排出口１２は、試験室２の側面部であって上下方向には下部に設けられている。

低温空気導入口１３には、フレキシブルダクト１５が接続されている。フレキシブルダクト１５は、人力によって容易に曲げることができるものである。フレキシブルダクト１５の先端には、吹き出し口が設けられている。
本実施形態では、フレキシブルダクト１５の先端に吹き出し口があり、当該吹き出し口が低温空気送風口１７となっている。即ち本実施形態では、フレキシブルダクト１５の先端の低温空気送風口１７から試験室２内に空気が供給される。

試験室２の中央には、試料設置台１８が設置されている。そして試料設置台１８には、被試験物たる試料１０が設置されている。前記したフレキシブルダクト１５の低温空気送風口１７は、試料設置台１８の近傍にある。

高温空気送風口１１は、試験室２の天井部に開口している。

空調装置３は、試験室２とは別途独立した装置であり、環境試験装置１全体としては空調部として機能する。空調装置３内には空調用流路２１がある。空調用流路２１は、空気導入口２２と、空気送り口２３を有する一連の流路である。
空調用流路２１には、上流側たる空気導入口２２から順番に、加湿装置３６、蒸発器（冷却器）２６、加熱ヒータ（加熱装置）２７及びファン２８が配されている。
また空気送り口２３の近傍には、温度検知手段３０と湿度検知手段３１が設けられている。温度検知手段３０は、例えば、従来公知の熱電対やサーミスタ等の温度センサである。一方、湿度検知手段３１は、例えば、湿球温度計である。
加湿装置３６は、蒸発皿３７と、電気ヒータ３２によって構成されるものであり、蒸発皿３７内の水を電気ヒータ３２で加熱して蒸発させるものである。

加熱ヒータ２７は、従来公知の電気ヒータであり、空調用流路２１を通過する空気を加熱するものである。
蒸発器（冷却器）２６は、具体的には後述する冷却装置３３の蒸発器であり、内部に相変化する冷媒が流通するものであり、冷却能力と表面温度を変化させることができるものである。
ファン２８は、従来公知の送風機であり、空気を送り出すものである。

空調装置３は、図示しない制御装置によって制御され、空調用流路２１を通過する空気の温度と湿度とを所望の温度と湿度に調節する。
即ち温度検知手段３０と湿度検知手段３１の検知信号がフィードバックされて空調用流路２１内の各機器が運転され、空気送り口２３から送風される空気の温度と湿度が所望の温度と湿度に調節される。

空調装置３と試験室２とは前記した様に往き側ダクト５と、戻り側ダクト６によって接続されている。
往き側ダクト５は、空調装置３の空気送り口２３と、試験室２とを接続するものであり、途中で二流路に分岐されて、低温空気送風路５０と高温空気送風路５１とに分かれている。そして低温空気送風路５０は、試験室２の低温空気導入口１３に接続されている。また高温空気送風路５１は、高温空気送風口１１に接続されている。
往き側ダクト５の低温空気導入口１３との接続部分には、低温空気断続ダンパ７が設けられている。往き側ダクト５の高温空気送風口１１との接続部分には、高温空気断続ダンパ８が設けられている。
低温空気断続ダンパ７及び高温空気断続ダンパ８は、流路切り換え手段として機能する。
試験室２の空気排出口１２と、空調装置３の空気導入口２２との間が、戻り側ダクト６によって接続されている。

本実施形態の環境試験装置１では、ファン２８によって試験室２と、空調装置３の間を空気が循環する。
即ち低温空気断続ダンパ７を開くと共に、高温空気断続ダンパ８を閉じ、その状態で空調装置３のファン２８を回転すると、空調装置３で所望の温度及び湿度に調整された空気が、低温空気導入口１３を経てフレキシブルダクト１５に流れフレキシブルダクト１５の先端の低温空気送風口１７から試験室２内に吹き出される。
また試験室２内の空気は、試験室２の空気排出口１２から排出され、戻り側ダクト６を経て空調装置３に戻る。

一方、高温空気断続ダンパ８を開くと共に、低温空気断続ダンパ７を閉じ、その状態で空調装置３のファン２８を回転すると、空調装置３で所望の温度及び湿度に調整された空気が、高温空気送風口１１から試験室２内に導入される。
この場合においても、試験室２内の空気は、試験室２の空気排出口１２から排出され、戻り側ダクト６を経て空調装置３に戻る。

環境試験装置１は、図示しない制御装置を有し、当該制御装置に特殊な環境を再現するためのプログラムが格納され、図２のフローチャートに示される一連の動作を自動的に実行する。
即ち環境試験が開始されると、ステップ１が開始し、温度低下工程が実行される。即ちステップ１で、空調装置３の各機器が動作し、空調装置３を通過する空気が低温空気に調整される。ここで低温空気は、後記する高温空気と比較して温度が低い空気である。また低温空気は湿度（相対湿度）が高い空気であることが望ましい。

そして続くステップ２で、低温空気断続ダンパ７を開くと共に、高温空気断続ダンパ８を閉じる。
続くステップ３では、所定のタイマが計時を開始する。
続くステップ４では、前記したタイマの計時が終了したか否かが判断される。タイマの計時が終了している場合は、ステップ５に進み、計時が終了していない場合は、計時が終了するまで待機する。

ステップ５では、空調装置３の設定の切り換えと、ダンパの切り換えが行われる。
即ちステップ５では、空調装置３の設定が切り換えられ、空調装置３を通過する空気が高温空気に調整される。高温空気は、前記した低温空気よりも温度が高い空気である。高温空気は高湿の空気でもあり、少なくともその露点は、低温空気の温度よりも高い。また高温空気の絶対湿度は、低温空気の絶対湿度よりもはるかに高い。
またこれと平行して前記したダンパが切り換えられ、高温空気断続ダンパ８を開くと共に、低温空気断続ダンパ７を閉じる。これらの切替えによって環境変化工程が開始される。

続くステップ６では、所定のタイマが計時を開始する。
続くステップ７では、前記したタイマの計時が終了したか否かが判断される。タイマの計時が終了している場合は、ステップ８に進み、計時が終了していない場合は、計時が終了するまで待機する。
ステップ８では、制御装置に内蔵されたカウンタに１が追加される。そしてステップ９に進み、所定の繰り返し回数が実施されたか否かが判断される。所定の繰り返し回数が実施されていたならば一連の環境試験を終了する。繰り返し回数が所定の回数に満たない場合には、ステップ１に戻り、前記した工程が繰り返される。

次に、上記した環境試験装置１を使用して実施される環境試験について説明する。環境試験装置１によって行われる環境試験は、試料１０に突然、結露又は結霜を生じさせる試験である。
試験の準備として、被試験物たる試料１０が、図１の様に試料設置台１８に設置される。そしてフレキシブルダクト１５を手動で曲げ、低温空気送風口１７を試料１０に向ける。
そして上記したプログラムに従い、一連の動作を実行させる。
図示しないスタートボタンを押すことにより、環境試験装置１が起動し、温度低下工程が実行される。即ちステップ１で、空調装置３の各機器が動作し、空調装置３を通過する空気が低温空気に調整され、ステップ２で空調装置３から低温空気送風口１７に至る空気流路が開かれる。その結果、低温空気が低温空気送風口１７から吹き出され、低温空気が試料１０に直接当てられる。より詳細には、低温空気送風口１７から吹き出される風が、直接、試料１０に当たる。

この時の環境試験装置１の空調装置３の設定温度・湿度と、試料の表面温度と、試験室２内の温度は、図３のタイムチャートの通りである。即ち空調装置３の設定温度は、図３のタイムチャートの様に低温であり、設定湿度は高い。空調装置３の設定温度と試料１０の実際の温度を比較すると、空調装置３の設定温度は、試料１０の実際の温度よりも低い。
試料１０には、低温空気送風口１７から低温空気（低温・高湿）が直接的に吹きつけられるので、試料１０の温度は急激に低下する。これに対して試験室２内の温度低下は緩慢であり、試料１０ほどには低下しない。即ち低温空気送風口１７は試料１０の近傍に開いており、試験室２内における空気の流れは、局部的なものとなっている。より具体的には、低温空気送風口１７は高さ方向には試験室２の中程にあり、平面方向にも中程にある。一方、空気排出口１２は、試験室２の下部側に寄った位置にある。そのため低温空気送風口１７から導入された空気は、試料１０と衝突した後に下部の空気排出口１２に吸い込まれ、試験室２の上方には流れない。そのため試験室２内の温度低下は、試料１０に比べると小さい。

そしてステップ２でタイマの計時が開始され、一定の時間が経過するまで、低温空気送風口１７から吹き出された低温空気の風が、試料１０に直接当て続けられる。
その結果、試料１０の温度が、十分に低下する。その一方で試験室２内の温度は、前記した様にそれぼと低下しない。また試験室内の湿度は高い。
試料１０に対して、低温空気が吹きつけられている間においては、試料１０に結露や結霜が発生することはない。
即ち本実施形態では、試料１０の温度よりも低い温度に設定された低温空気を吹きつけて試料１０の温度を低下させているのであるから、試料１０の表面温度は、少なくとも吹きつけている低温空気の温度よりも高い。そのため少なくとも試料１０の表面温度は、低温空気の露点温度よりも高く、結露等は発生しない。
即ち試料１０に当てられた低温空気は、逆に温度が上昇する傾向となるので、低温空気はその露点以下の温度となることがなく、水蒸気の凝縮は起こらない。そのため試料１０の表面に結露等が発生することはない。

一定の時間に渡って試料１０に低温の空気が吹きつけられると、ステップ４からステップ５に移行し、空調装置３の設定が自動的に切り換えられ、空調装置３を通過する空気が高温空気に調整される。
またステップ５でダンパが切り換えられ、高温空気断続ダンパ８を開くと共に、低温空気断続ダンパ７が閉じられる。
その結果、低温空気送風口１７から吹き出されていた空気噴射が停止し、代わって、試験室２の天井部に設けられた高温空気送風口１１から高温空気（高温高湿空気）が導入される。以下、環境変化工程が実行されることとなる。
高温空気送風口１１は、比較的、試料１０から離れた位置に開口しており、高温空気送風口１１から導入される高温空気は、直接的には試料１０に当たらない。高温空気送風口１１は、試験室２の天井部に開口しているから、高温空気送風口１１から導入された空気は、試験室２内にくまなく行き渡る。

そのため高温空気送風口１１から供給される高温空気は、試料１０の温度を上昇させる機能は少なく、試験室２内の環境を変化させる機能が高い。
従って試料１０の温度は低いままの状態であって温度変化が少なく、試験室２内の環境が、高温高湿環境に変化する。
そのため、あたかも低温の試料１０が突然高温高湿環境に移されたのと同様の環境変化が生じ、試料１０の表面で空気中の水蒸気が凝縮して突然に結露が発生する。また試料１０の表面温度が氷点下であるならば、結露はたちまちのうちに結霜する。

本実施形態では、所定の回数、上記した工程を繰り返す。
単位時間当たりに発生する結露量や、総結露量や総結霜量は、低温空気の温度と湿度、高温空気の温度と湿度及び試験室２内の空気を置換する置換速度を制御することによって調整することができる。
例えば高温空気の湿度を上げることによって単位時間当たりに発生する結露量や、総結露量を増大させることができる。高温空気の温度を上げることによっても同様に単位時間当たりに発生する結露量や、総結露量を増大させることができる。
逆に高温空気の湿度を下げたり高温空気の温度を下げることによって単位時間当たりに発生する結露量や、総結露量を減少させることができる。
低温空気の温度を下げることによっても単位時間当たりに発生する結露量や、総結露量を増大させることができる。
逆に低温空気の温度を上げると単位時間当たりに発生する結露量や、総結露量を減少させることができる。

高温空気の温度を下げて、高温空気と低温空気との温度差を小さくし、試料１０の温度上昇を抑えることによって結露が発生する時間を増加させることができる。
高温空気の温度を上げるか、低温空気の温度を下げ、両者の温度差を大きくして試料１０の温度が一定の温度に達するまでの時間を長くすることによっても結露が発生する時間を増加させることができる。
また先に希望する結露量や結霜量を決め、それに見合う様に低温空気の温度と湿度、高温空気の温度と湿度を制御することも考えられる。
さらに実際に試料１０に発生した露や霜の量を何らかの方法で検知し、露や霜の量が一定量に達するまで試験を行うことも考えられる。露や霜の量を測定する方法としては、試料１０の総重量の変化を測定する方法や、画像処理による方法が考えられる。

上記した実施形態では、一定時間に渡って低温空気を試料１０に吹きつけることにより、試料１０の温度が低下したとみなし、環境変化工程に移行させた。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、試料１０の温度を検知する温度検知手段を設け、試料１０の温度を監視して、試料の１０の温度が低下したことを確認して環境変化工程に移行させてもよい。

上記した実施形態では、一つの空調装置３から試験室２に低温空気と高温空気を供給する構成を採用した。この構成に代わって低温空気専用の空調装置と、高温空気専用の空調装置を設けてもよいが、本実施形態の様に一つの空調装置３で低温空気と高温空気をまかなう方が設備コストを低下することができて好ましい。

上記した実施形態では、低温空気は、低温且つ高湿度のものとした。低温空気を高湿度とすることにより、次工程の環境変化工程の際に、試験室２内の湿度を上昇させやすい。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、低温空気の湿度は低くてもよい。

上記した実施形態で採用する空調装置３は、加湿装置３６、蒸発器２６、加熱ヒータ２７、ファン２８を有しており、空調用流路２１を通過する空気の温度と湿度とを任意に変更することができる。
例えば、高温高湿の空気を試験室２に供給する場合には、蒸発器（冷却器）２６の機能を停止させ、加熱ヒータ２７と加湿装置３６とを運転する。
一方、高温低湿の空気を試験室２に供給する場合には、加熱ヒータ２７を稼働させて空調用流路２１を高温雰囲気にすると共に、蒸発器２６を機能させることで空気を低湿度のものとすることができる。この際、蒸発器２６を除湿器として機能させており、蒸発器２６の表面温度を露点以下として蒸発器２６に結露させることで、除湿を行う。

しかし、一般的には蒸発器２６のみでは湿度の調整が難しく、実際の制御では、一旦所望の湿度を下回るまで除湿した後、加湿装置３６を稼働させて微調整することで、所望の湿度に合わせている。

さらに、低温低湿の空気を試験室２に供給する場合には、蒸発器２６を機能させて低温となるまで冷却し、同時に蒸発器２６を除湿器として機能させることで、空調用流路２１を通過する空気を除湿する。しかし、一般的には蒸発器２６のみでは温度と湿度を所望の環境に調整するのが難しく、実際の制御では、一旦所望の温度と湿度を下回るまで冷却及び除湿した後、加熱ヒータ２７と加湿装置３６を稼働させて微調整することで、所望の温度と湿度に合わせる。

空調装置３は、この様な方策によって空調用流路２１を通過する空気の温度と湿度とを所望の状態に調節するが、本実施形態で採用する空調装置３は、これに加えて、特殊な運転を実行することもできる。本実施形態の空調装置３では、蒸発器２６が加湿装置３６を補助する機能を持たせている。この原理及び制御方法は、すでに特許文献１に開示されたものであるから簡単に説明する。
なお本発明は、以下に説明する様な蒸発器２６が加湿装置３６を補助する機能を有するものに限定されるものではなく、以下に説明する構成は、あくまでも推奨される構成に過ぎない。本発明で採用する空調装置３は、以下に説明する様な蒸発器２６が加湿装置３６を補助する機能を有するものである必要はなく、蒸発器２６の機能が冷却と除湿だけであってもよい。

以下、推奨すべき実施例として空調装置３の特殊機能を説明する。本実施形態の空調装置３では蒸発器（冷却器）２６は、冷却装置３３の蒸発器２６であり、内部に相変化する冷媒が流通する。本実施形態で採用する蒸発器２６は、冷却能力と表面温度を変化させることができるものである。

空調装置３が搭載する冷却装置３３は、後記する様に蒸発器２６の下流側に開度を変更可能な第二膨張弁３９を備えている。そして空調用流路２１の温度及び絶対湿度を低下させて所望の温度及び相対湿度の空気を送風させる際に、次の工程を自動的に順次実行する。
（１）圧縮機５０を駆動して冷却装置３３を運転し、主として空調用流路２１の温度を低下させる温度降下工程。
（２）第一膨張弁３８の開度を絞った状態で冷却装置３３を運転し、蒸発器２６の表面で空調用流路２１に含まれる水蒸気を凝縮させ、主として空調用流路２１の相対湿度を低下させる湿度降下工程。
（３）第二膨張手段３９の開度を調節した状態で冷却装置３３を運転し、蒸発器２６の表面の温度を上昇させて蒸発器２６の表面に付着した水分の一部又は全部を蒸発又は昇華させる湿度調節工程。

第一工程は、温度降下工程であって、圧縮機５０を駆動して冷却装置３３を運転する。本工程は、いわゆる「冷房運転」の概念に近い運転である。第一工程たる温度降下工程は、比較的大きな冷却能力を発揮させて冷却装置３３を運転する。その結果、空調用流路２１内の温度を急激に低下させることができる。第一工程たる温度降下工程では、多くの場合、絶対湿度及び相対湿度も低下するが温度降下工程は、湿度の低下よりも温度の低下を主目的としている。

第二工程は、湿度降下工程であって、第一膨張弁３８の開度を絞った状態で冷却装置３３を運転する。本工程は、いわゆる「除湿運転」の概念に近い運転である。
湿度降下工程では、第一膨張弁３８の開度を絞ることで冷媒の蒸発圧が低下し、冷媒の温度が低下して蒸発器の表面温度が低下する。そのため蒸発器２６と接触する空気は、内包する水蒸気を凝縮させる。その結果、蒸発器２６と接触する空気は水蒸気を奪われて絶対湿度が低下し、相対湿度も低下する。
即ち第一膨張弁３８の開度を絞ったことで冷媒の温度が低下し、蒸発器２６の表面温度が露点以下まで低くなって、蒸発器２６の表面に結露し、空調用流路２１の相対湿度が低下する。
一方、第二工程たる湿度降下工程においても、空調用流路２１の温度が低下するが、温度低下勾配は、第一工程たる「温度降下工程」よりも小さい。
即ち「湿度降下工程」においては、第一膨張弁３８の開度が絞られている。そして第一膨張弁３８は、蒸発器２６の上流側にあるから、蒸発器２６に流れる冷媒の量は少なくなる。その結果、蒸発器２６の冷却能力自体が小さくなり、空調用流路２１の温度低下は少ない。

第三工程は、湿度調節工程であって、第二膨張弁３９の開度を調節した状態で冷却装置３３を運転し、蒸発器２６の表面の温度を上昇させて蒸発器２６の表面に付着した水分の一部又は全部を蒸発又は昇華させるものである。詳述すると、第二膨張弁３９は、蒸発器２６の下流側に位置するものであり、第二膨張弁３９の開度を調節することで蒸発器２６の出口を絞ることが可能である。一方、冷却装置３３を運転することで蒸発器２６内には冷媒が注入され続ける。つまり、冷却装置３３を運転した状態で第二膨張弁３９の開度を絞ると、蒸発器２６内における冷媒の蒸発圧力が上昇し、蒸発器２６の表面の温度が第二工程の段階に比べて上昇する。
また蒸発器２６の出口側が絞られて、蒸発器２６内における冷媒の滞留時間が延びることによっても、蒸発器２６の表面の温度が第二工程の段階に比べて上昇する。

また、第三工程たる湿度調節工程は、第二工程たる湿度降下工程の後に行われる工程であり、湿度調節工程を実施する際の蒸発器２６の表面には、水分が付着している。この蒸発器２６の表面に付着した水分の一部又は全部が、蒸発器２６の表面の温度が上昇することで蒸発又は昇華し、空調用流路２１内が加湿（相対湿度が上昇）される。換言すれば、蒸発器２６が「略加湿器」の役割を果たすものである。
即ち第二膨張弁３９の開度の調節具合と、冷却装置３３の運転によって、空調用流路２１内の温度と相対湿度を制御することが可能である。

以下、詳細に説明する。なお前記した様に以下の機能は、あくまでも推奨される機能であり、必須ではない。
本実施形態で採用する冷却装置３３は、気・液間で相変化する冷媒が流れる冷媒循環回路３５を備えている。冷媒循環回路３５は、相変化する冷媒を圧縮して凝縮し、これを蒸発させて冷却する一連のサイクル（冷凍サイクル）を実行するもので、圧縮機５０、凝縮器４２、第一膨張弁３８、蒸発器２６、第二膨張弁３９と、それらの機器を環状に接続する冷媒循環配管４１を備えた冷凍機である。第一膨張弁３８並びに第二膨張弁３９は、それぞれ開度を調整可能なものである。
なお、凝縮器４２と第一膨張弁３８と間には、電磁弁４３が設けられている。

また、蒸発器２６の上流側には、第一冷媒温度検知手段４５が設けられている。第一冷媒温度検知手段４５は、例えば、従来公知の熱電対や温度センサである。第一冷媒温度検知手段４５は、蒸発器２６に流れ込む冷媒の温度を検知できる。
一方、蒸発器２６の下流側には、第二冷媒温度検知手段４６と、冷媒圧力検知手段４７が設けられている。第二冷媒温度検知手段４６は、第一冷媒温度検知手段４５と同じく、従来公知の熱電対や温度センサである。第二冷媒温度検知手段４６は、蒸発器２６を通過した後の冷媒ガスの温度を検知できる。つまり、蒸発器２６の蒸発温度を検知できる。冷媒圧力検知手段４７は、例えば、従来公知の圧力センサである。

ここで、本実施形態で採用する冷却装置３３の作動原理について説明する。
冷媒循環回路３５の圧縮機５０を起動すると、気相状態の冷媒が圧縮され、凝縮器４２で冷却されて、液化される。そして、その液状の冷媒は、第一膨張弁３８を経て蒸発器２６に入り、気化される。そして、蒸発器２６が冷媒により温度降下され、空調用流路２１を通過する空気を冷却することができる。蒸発器２６に流れ込む冷媒の温度は、蒸発器２６の上流側に設けられた第一冷媒温度検知手段４５で検知される。

公知の通り、第一膨張弁３８の開度が大きい状態で冷却装置３３を運転すると、大量の冷媒が冷媒循環配管４１を循環し、大きな冷凍能力を発揮する。本明細書では、この状態を「冷房運転」と称する。「冷房運転」においては、第一膨張弁３８の開度が大きく開かれているので、蒸発器２６に流れる冷媒の量は多くなり、蒸発器２６の冷却能力が大きくなっている。

また公知の通り、第一膨張弁３８の開度を絞った状態で、冷却装置３３を運転すると、冷媒の蒸発圧力が低下し、蒸発器２６の表面温度が低下する。その一方で、冷媒循環配管４１を循環する冷媒の量が減少し、冷凍能力は低下する。本明細書では、この状態を「除湿運転」と称する。即ち前記した「冷房運転」が実行されている状態で、第一膨張弁３８を絞ると、第一膨張弁３８を経て放出される冷媒は、極めて低温となる。その結果、蒸発器２６の表面温度が露点以下まで低くなって、蒸発器２６の表面に結露する。この時、第一膨張弁３８の開度が絞られているので、蒸発器２６に流れる冷媒の量は少なくなっており、蒸発器２６の冷却能力が小さくなっている。

次に第二膨張弁３９の働きについて、説明する。第二膨張弁３９は、前記の通り、蒸発器２６の下流側に位置するものである。第二膨張弁３９の開度を調整することで、蒸発器２６の出口を絞ることが可能である。前記の「冷房運転」又は「除湿運転」において、蒸発器２６に冷媒が注入され続けた状態で第二膨張弁３９の開度を絞ると、蒸発器２６内における冷媒の蒸発圧力が上昇し、蒸発器２６の表面の温度が第二工程の段階に比べて上昇する。

また、「冷房運転」又は「除湿運転」を実行中の蒸発器２６の表面には、空気中の水蒸気が凝結又は凝固して、水分が付着している。この蒸発器２６の表面に付着した水分の一部又は全部が、蒸発器２６の表面の温度が上昇することで蒸発又は昇華する。その結果、空調用流路２１を通過する空気が加湿される。換言すれば、蒸発器２６が「略加湿器」の役割を果たすものである。

本実施形態の空調装置３は、冷媒温度検知手段４５，４６及び冷媒圧力検知手段４７からの検知信号によって、蒸発器２６の表面温度を演算する機能を備えている。即ち蒸発器２６に導入される冷媒の温度を第一冷媒温度検知手段４５で検知し、同時に蒸発器２６内における冷媒の蒸発圧力を冷媒圧力検知手段４７で検知し、両者から蒸発器２６の表面温度を演算する。また蒸発器２６の出口側における冷媒の温度（第二冷媒温度検知手段４６の検知温度）によって演算を補正する。
あるいは蒸発器２６に導入される冷媒の温度と、蒸発器２６内における冷媒の蒸発圧力と、蒸発器２６の表面温度の関係を予め実験によって求め、この実験データに照らして蒸発器２６の表面温度を演算してもよい。
また単に、蒸発器２６の出口側における冷媒の温度から蒸発器２６の表面温度を求めてもよい。
他の方策として、第一膨張弁３８及び第二膨張弁３９の開度と、蒸発器２６の表面温度との関係を予め実験で求め、第一膨張弁３８及び第二膨張弁３９の開度から蒸発器２６の表面温度を演算等で求めてもよい。
またこの際に、圧縮機５０の回転数、冷媒圧力検知手段４７の検知圧や雰囲気温度を参酌することが推奨される。

また、図示しない制御装置には、空調用流路２１内の温度と相対湿度を、目標の温度と相対湿度（以下、目標環境と称する）に制御するため、以下のプログラムが格納されている。
一つ目は、蒸発器２６の表面温度を「目標環境の露点近傍」となる様に第一膨張弁３８を制御する温度降下プログラムである。温度降下プログラムは、前記した「冷房運転」を実行するものである。ここで、「露点近傍」とは、目標環境の露点温度のプラスマイナス５度、より望ましくは目標環境の露点温度のプラスマイナス３度の範囲の温度である。蒸発器２６の表面温度は、前記した様に冷媒温度検知手段４５，４６及び冷媒圧力検知手段４７からの検知信号に基づいて求められる。

二つ目は、蒸発器２６の表面温度を「目標環境の露点以下」となる様に第一膨張弁３８を制御する湿度降下プログラムである。湿度降下プログラムは、前記した「除湿運転」を実行するプログラムである。ここで、「露点以下」とは、目標環境の露点からマイナス４乃至５度程度までの範囲の温度である。なお「目標環境の露点以下」の温度は、少なくとも前記した「目標環境の露点近傍」の温度よりも低い。

三つ目は、加熱ヒータ２７を動作させ、空調用流路２１の空気送り口２３を目標の温度に制御する温度調節プログラムである。

四つ目は、蒸発器２６の表面温度を「目標環境の露点以上」となる様に、第一膨張弁３８と第二膨張弁３９を制御する湿度調節プログラムである。湿度調節プログラムは、「温度と湿度の微調整」をするプログラムである。ここで、「露点以上」とは、目標の環境の露点に対して摂氏２度から５度程度高い温度である。「目標環境の露点以上」の温度は、目標環境の温度に対して過度に高い温度となることは好ましくない。

本実施形態で採用する制御方法について説明する。
本実施形態の空調装置３では、図示しない制御装置によって、空調用流路２１の空気送り口２３が目標の温度と相対湿度となる様に制御される。
自動プログラムの実行に先立ち、「目標環境」となる空調用流路２１の空気送り口２３の温度と湿度を図示しない制御装置に入力して設定を行う。より具体的には、低温空気の目標温度及び目標湿度と、高温空気の目標温度及び目標湿度を設定する。
そして温度降下プログラムを実行し、空調用流路２１の空気送り口２３の温度が「目標環境の温度近傍」となるまで、「冷房運転」を行う。
即ち「冷房運転」が実行されると、第一膨張弁３８の開度が比較的開かれた状態で冷却装置３３が運転され、蒸発器２６の冷却能力が大きい状態で運転される。また蒸発器２６の表面温度が「目標環境の露点近傍」となる様に第一膨張弁３８が制御される。
ここで、「目標環境の露点」は、当然に「目標環境の温度」以下であるから、空調用流路２１の空気送り口２３の温度は、「目標環境の温度」以下の温度たる「目標環境の露点」に向かって降下する。

空調用流路２１の空気送り口２３の絶対湿度についても低下する。

空調用流路２１の空気送り口２３の温度が「目標環境の温度近傍」となると、湿度降下プログラムを実行し、空調用流路２１の空気送り口２３が「目標環境の相対湿度以下」となるまで、「除湿運転」を行う。
即ち第一膨張弁３８を絞って蒸発器２６の表面温度を「目標環境の露点以下」となる様に制御する。
その結果、蒸発器２６に結露し、空調用流路２１の空気送り口２３の相対湿度が低下する。ただし、「除湿運転」においては、冷却能力が小さいので、空調用流路２１の空気送り口２３の温度は大きくは変化しない。即ち「除湿運転」が実行されている間は、空調用流路２１の空気送り口２３の温度は「目標環境の温度近傍」を維持している。

そして空調用流路２１の空気送り口２３の相対湿度が「目標環境の相対湿度以下」となるのを待つ。
空調用流路２１の空気送り口２３の相対湿度が「目標環境の相対湿度以下」となったことが確認されると、湿度調節プログラムを実行し、空調用流路２１の空気送り口２３が目標環境の相対湿度となるまで、湿度の微調整を行う。

湿度調節プログラムが実行されると、第二膨張弁３９が絞られて蒸発器２６の表面温度が上昇する。具体的には、蒸発器２６の表面温度が「目標環境の露点以上」であって「目標環境の温度以下」となる様に、第二膨張弁３９が制御される。
その結果、蒸発器２６に付着していた結露水が気化し、空調用流路２１の空気送り口２３の相対湿度が僅かに上昇する。その結果、空調用流路２１の空気送り口２３の相対湿度が微調整される。

また必要に応じて空調用流路２１内の機器の温度等が微調整され、空調用流路２１の空気送り口２３を目標の温度に制御する（温度調整プログラム）。
そして、温度調整プログラムと、湿度調節プログラムとを平行して実施し、空調用流路２１の空気送り口２３が「目標環境」となる様に「温度と湿度の微調整」を行う。
本方法を採用すると、加湿装置３６の運転時間を短縮することができ、消費電力を低減することができる。

１ 環境試験装置
２ 試験室
３ 空調装置（空調部）
５ 往き側ダクト
６ 戻り側ダクト
７ 低温空気断続ダンパ（流路切り換え手段）
８ 高温空気断続ダンパ（流路切り換え手段）
１０ 試料
１１ 高温空気送風口
１７ 低温空気送風口
２１ 空調用流路
２２ 空気導入口
２３ 空気送り口
２６ 蒸発器（冷却器）
２７ 加熱ヒータ（加熱装置）
２８ ファン
３６ 加湿装置
５０ 低温空気送風路
５１ 高温空気送風路

Claims (5)

1. 試験室に設置した試料に対して空気を当てて試料の温度を低下させる温度低下工程を実行し、
   その後に、試験室内の環境を前記空気の温度よりも高温であってその露点が試料の温度以上である高温環境に変化させる環境変化工程を実行し、試料の表面に結露及び／又は結霜を生じさせることを特徴とする環境試験方法。
2. 環境変化工程は、前記空気の温度よりも高温であってその露点が試料の温度以上に調整された高温空気を試験室内に導入することによって実行されることを特徴とする請求項１に記載の環境試験方法。
3. 環境変化工程は、前記空気の温度よりも高温であってその露点が前記空気の温度以上に調整された高温空気を試験室内に導入することによって実行されることを特徴とする請求項１又は２に記載の環境試験方法。
4. 試料を設置する試験室と、空調部とを有し、前記試験室には、試料に近接した位置に開口する低温空気送風口と、低温空気送風口よりも試料から離れた位置に開口する高温空気送風口があり、
   空調部は空気導入口と空気送り口を有し、空気導入口から導入された空気の温度及び湿度を調整して空気送り口から排出することが可能であり、
   空気送り口と低温空気送風口とを連通する低温空気送風路と、空気送り口と高温空気送風口とを連通する高温空気送風路と、前記低温空気送風路への送風と高温空気送風口への送風を切り換える流路切り換え手段を有することを特徴とする環境試験装置。
5. 試料を設置する試験室と、空調部とを有する環境試験装置において、
   前記試験室には、試料に近接した位置に開口する低温空気送風口と、低温空気送風口よりも試料から離れた位置に開口する高温空気送風口があり、
   空調部は空気導入口と空気送り口を有し、空気導入口から導入された空気の温度及び湿度を調整して空気送り口から排出することが可能であり、
   空気送り口と低温空気送風口とを連通する低温空気送風路と、空気送り口と高温空気送風口とを連通する高温空気送風路と、前記低温空気送風路への送風と高温空気送風口への送風を切り換える流路切り換え手段を有し、
   低温空気送風口から空気を送風する低温空気送風運転と、高温空気送風路から前記空気の温度よりも高温であってその露点が前記空気の温度以上に調整された高温空気を送風する高温空気送風運転を実行可能であり、
   低温空気送風運転の直後に高温空気送風運転が実行されることを特徴とする環境試験装置。

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