JP2016102681A - 環境試験装置及び冷却装置 - Google Patents
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Abstract
Description
環境試験装置100の基本構成は、図1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10を備えている。空調機器17は、加湿装置6、冷却装置101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10が内蔵されている。
そのため送風機10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10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。
食品の保存試験や医薬品等の安定性試験においては、試験室5内を25°C/60%RH(摂氏25°/相対湿度60パーセント環境)のような常温常湿領域や、試験室5内の温度を5°C(摂氏5度)の様な低温環境に保つ。そして試験室5内に長期間にわたって食品や医薬品を置き続ける。
冷却装置101は、試験室5の内部を低温に維持するためや、除湿するためのものであり、冷凍サイクルを実現するものが一般に活用されている。
冷却装置101は、圧縮機と、凝縮器と、膨張手段と、蒸発器と、これらを環状に接続する循環流路を有している。そして循環流路に相変化する冷媒が封入されている。冷却装置101は、気体状の冷媒を圧縮機で圧縮し、圧縮した冷媒を凝縮器で液化し、当該冷媒を膨張手段を経て蒸発器に導入して気化し、気化熱を奪って蒸発器の表面温度を低下させる。
(1)冷却装置101の運転を停止し、試験室内の温度を霜が溶ける温度まで上昇させて蒸発器に付着した霜を自然解凍する。
(2)冷却装置101は停止させずに圧縮機で圧縮された高温の冷媒ガスを蒸発器に流し、蒸発器の表面温度を上昇させて付着した霜を強制解凍する(ホットガスデフロスト法)。
(3)蒸発圧力調整弁を設けて冷媒の蒸発圧を制御し、蒸発器に流れる冷媒の蒸発温度を0°C以上に保つ。
(4)定圧膨張弁を設けて冷媒の蒸発圧を一定に保ち、蒸発器に流れる冷媒の蒸発温度を0°C以上に維持する。
保存試験や安定性試験は、長期間に渡って一定の環境下に被試験物を置く環境試験であるから、中途の試験中断は許されない場合もある。そのため保存試験や安定性試験を行う環境試験装置には、自然解凍を行う方法や、ホットガスデフロストを実施する方法は、不向きである。
また蒸発温度を0°C以上にすると、蒸発圧力が高くなるので、圧縮機の吸い込み圧力が高くなり、低温用の冷媒を使用した場合にはさらにこの圧力が上昇してしまい、圧縮機を傷めてしまう場合がある。
本発明で採用する蒸発器は公知のものと変わりなく、二つの開口A,Bを有していて当該二つの開口A,Bの間に冷媒を通過させるものである。ここで本発明の環境試験装置は、一方の開口Aから冷媒を導入し他方の開口Bから冷媒を排出する順方向通過接続と、他方の開口Bから冷媒を導入し一方の開口Aから冷媒を排出する逆方向通過接続を切換えることができる。
仮に開口Aから冷媒を導入し他方の開口Bから冷媒を排出する順方向通過接続の状態で環境試験装置を運転すると、冷媒は開口Aから蒸発器に入り蒸発器の表面温度が低下する。蒸発器の表面は、外部の空気と接触して熱交換が行われる。開口Aから導入された冷媒は、蒸発器の表面で外部の空気と熱交換されて蒸発が進み、過熱ガスとなって蒸発器の開口Bから排出される。
ここで蒸発器の表面の温度分布に注目すると、液状の冷媒が存在する入口側たる開口Aの近傍は、冷却能力が大きく冷媒の温度が低く、蒸発器の表面は低い。そのため、霜は入口側たる開口Aの近傍から発生し成長する。霜が成長すると、開口Aの近傍は、蒸発器の表面と外気との熱交換が悪くなり、開口Aの近傍は冷却装置の冷却能力が低下する。
ここで本発明の環境試験装置は、流路切換え手段を備え、蒸発器の入口と出口の経路を切り換えることができる。先の例で説明すると、流路切換え手段を切り換えることによって、他方の開口Bから冷媒を導入し一方の開口Aから冷媒を排出させることができる。
そのため霜が付着していない側から冷媒が導入され、他方の開口Bの近傍で、活発に熱交換が行われ、冷却装置の冷却能力が維持される。
一方、流路切換え手段によって蒸発器の入口と出口の経路を切り換えた後、蒸発器の出口近傍(開口Aの近傍)となる位置においては、表面に霜が付着しているものの、当該部位の冷媒は外気との熱交換を終えて過熱ガスとなっており、冷媒自体の持つ冷却能力が低い。
その一方で、蒸発器の表面は、試験室内の空気と接し、当該空気の温度は氷点温度以上である。そのため蒸発器の出口近傍(開口Aの近傍)の表面に付着した霜は、氷点温度以上の空気にさらされて溶ける。
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。
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、空調機器17によって調整された直後の空気の温度を検知することができる。
湿度センサー13は、空調機器17によって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。
本実施形態で採用する冷却装置7は、図2の通りであり、圧縮機30と、凝縮器31と、第一膨張手段32aと、第二膨張手段32bと、蒸発器33とを有している。第一膨張手段32a及び第二膨張手段32bは、キャピラリーチューブである。蒸発器33は、公知の構造であり、二つの開口A,Bを有していて当該二つの開口A,Bの間に冷媒を通過させるものである。
冷却装置7は、さらに流路切換え手段として第一開閉弁40、第二開閉弁41、第三開閉弁45、第四開閉弁46を有している。これらの開閉弁は、いずれも電磁弁である。
即ち第一系統の循環流路は、蒸発器33の開口Aから開口Bに向かって冷媒を通過させる順方向通過接続流路を構成するものであり、圧縮機30の吐出側と、凝縮器31と、第一開閉弁40と、第一膨張手段32aと、蒸発器33の開口Aが順次配管接続され、さらに蒸発器33の開口Bと、第三開閉弁45と、圧縮機30の吸い込み側が順次配管接続されて構成される循環流路である。以下、この一連の流路を主流路47と称する。第一系統の循環流路は、主流路47だけに冷媒を通過させる流路であり、冷媒は、圧縮機30の吐出側から凝縮器31に入り、さらに凝縮器31から第一開閉弁40と、第一膨張手段32aを経由して蒸発器33の開口Aに入る。さらに冷媒は、蒸発器33の開口Bから吐出され、第三開閉弁45を経由して圧縮機30の吸い込み側に戻る。
即ち第二系統に冷媒を通過させる場合には、冷媒は、圧縮機30の吐出側から凝縮器31に入り、さらに凝縮器31から第二開閉弁41と第二膨張手段32bを経由して蒸発器33の開口Bに入る。さらに冷媒は、蒸発器33の開口Aから吐出され、第四開閉弁46を経由して圧縮機30の吸い込み側に戻る。
そのためこの状態で圧縮機30を駆動すると、冷媒は、圧縮機30、凝縮器31、第一開閉弁40、第一膨張手段32a、蒸発器33の開口A、蒸発器33の開口B、第三開閉弁45の順に流れ、圧縮機30の吸い込み側に戻る。
そのためこの状態で圧縮機30を駆動すると、冷媒は、圧縮機30、凝縮器31、第二開閉弁41、第二膨張手段32b、蒸発器33の開口B、蒸発器33の開口A、第四開閉弁46の順に流れ、圧縮機30の吸い込み側に戻る。
本実施形態の環境試験装置1は、図示しないタイマーを有し、一定時間ごとに流路切換え手段たる第一開閉弁40、第二開閉弁41、第三開閉弁45、第四開閉弁46の切換えが行われる。即ち、一定時間ごとに冷媒の循環流路が、第一系統の循環流路と第二系統の循環流路で切り替わる。
その結果、冷媒は、凝縮器31の中を順方向に通過する。より具体的には、冷媒は、開口A側から開口B側に向かって通過する。
圧縮機30を起点として説明すると、圧縮機30で圧縮された冷媒ガスは主流路47を流れて凝縮器31に入り、液化する。そして液化した冷媒は、第一膨張手段32aを経由して膨張され、蒸発器33の開口Aに入る。冷媒は蒸発器33に入り空調通風路15を通過する空気との間で熱交換され蒸発し、過熱ガスとなって蒸発器33の開口Bから排出される。開口Bから排出された冷媒は、圧縮機30に吸込まれる。
ここで本実施形態の環境試験装置1では、一定時間ごとに、冷媒の循環流路が、第一系統の循環流路と第二系統の循環流路の間で切り替わり、蒸発器の入口と出口が入れ代わる。即ち前記した霜の厚さが、蒸発器33の全表面において熱交換効率を過度に低下させる状態に至るまでの間に、流路切換え手段が切り換えられる。
開口A側に至った冷媒は、もはや冷却能力を喪失している場合が多い。また蒸発器33の表面であって、開口Aの近傍にも空調通風路15を通過する空気が接触する。ここで例えば環境試験装置1で、医薬品、化粧品等の安定性試験を実施する場合、空調通風路15を通過する空気は、25°Cや5°Cの近傍であって氷点温度よりも高い。そのため、蒸発器33の表面であって、開口Aの近傍は、逆に周囲の空気から熱を奪い、昇温する。その結果、開口Aの近傍に付着していた霜が溶る。
そのため本実施形態の環境試験装置1は、試験を中断しなくても除霜を行うことができる。
内部のレイアウトは、図1に限定されるものではなく、例えば図5の様に試験室5の下部に空調機器17等を配置してもよい。
図5に示す環境試験装置60は、先に説明した環境試験装置1と比較してレイアウトが相違するだけであり、他の構成は同一であるから、同一の部材に同一の番号を付することによって詳細な説明を省略する。
例えば空気導入部25から順に、加湿装置6、加熱ヒータ(加熱装置)8、冷却装置7、及び送風機10の順であってもよい。なお冷却装置7の上流側に加熱ヒータ(加熱装置)8を設ける構成を採用する場合には、加熱ヒータ8で昇温した空気を冷却装置(蒸発器)33にあてることができ、冷却装置(蒸発器)33の霜を溶かす効果が高い。
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 送風機
30 圧縮機
31 凝縮器
32a 第一膨張手段
32b 第二膨張手段
33 蒸発器
40 第一開閉弁(流路切換え手段)
41 第二開閉弁(流路切換え手段)
45 第三開閉弁(流路切換え手段)
46 第四開閉弁(流路切換え手段)
Claims (4)
- 被試験物を設置する試験室と、当該試験室の温度を調整する温度調整手段を有し、当該温度調整手段は少なくとも冷却装置を含む環境試験装置において、
前記冷却装置は、圧縮機と、凝縮器と、膨張手段と、蒸発器と、これらを環状に接続する循環流路を有し、当該循環流路に相変化する冷媒が封入されており、気体状の冷媒を圧縮機で圧縮し、圧縮した冷媒を凝縮器で液化し、当該冷媒を膨張手段を経て蒸発器に導入して気化し、圧縮機に戻すものであり、
前記蒸発器は二つの開口A,Bを有していて当該二つの開口A,Bの間に冷媒を通過させるものであり、一方の開口Aから冷媒を導入し他方の開口Bから冷媒を排出する順方向通過接続と、他方の開口Bから冷媒を導入し一方の開口Aから冷媒を排出する逆方向通過接続を切換える流路切換え手段を備えたことを特徴とする環境試験装置。 - 試験時に蒸発器の表面に霜が付着した際、当該霜の厚さが、蒸発器の全表面において熱交換効率を過度に低下させる状態に至るまでの間に、流路切換え手段が切り換えられることを特徴とする請求項1に記載の環境試験装置。
- 試験室内の温度を氷点温度以上に維持して試験を実施す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。
- 圧縮機と、凝縮器と、膨張手段と、蒸発器と、これらを環状に接続する循環流路を有し、当該循環流路に相変化する冷媒が封入されており、気体状の冷媒を圧縮機で圧縮し、圧縮した冷媒を凝縮器で液化し、当該冷媒を膨張手段を経て蒸発器に導入して気化し、圧縮機に戻す冷却装置において、
前記蒸発器は二つの開口A,Bを有していて当該二つの開口A,Bの間に冷媒を通過させるものであり、一方の開口Aから冷媒を導入し他方の開口Bから冷媒を排出する順方向通過接続と、他方の開口Bから冷媒を導入し一方の開口Aから冷媒を排出する逆方向通過接続を切換える流路切換え手段を備えたことを特徴とする冷却装置。
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