JP2519845B2 - 空気噴射式温度制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気、電子機器、その
部品、アッセンブリーユニット、各種材料等に一定の又
は時間的に変化する熱的ストレスを与え、バーンイン、
スクリーニング、温度サイクル試験、冷熱衝撃試験等を
行うために、又はその部分的ステップとして対象物を目
標低温に制御するための温度制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種対象物につき、バーンイン、スクリ
ーニング、温度サイクル試験、冷熱衝撃試験等を行うに
あたり、対象物を目標低温に制御する装置としては、従
来、次のようなものが知られている。 （１）温度制御対象物を断熱壁で囲まれた試験槽に配置
し、該試験槽に並設した空調部において所定低温雰囲気
を作り、これを前記対象物のある試験槽と空調部に循環
させる装置。 （２）温度制御対象物を試験槽内に配置し、この試験槽
に液化窒素ガスボンベ等から断熱パイプを介して低温ガ
スを送り、噴出させる装置。 （３）温度制御対象物を試験槽内に配置し、この試験槽
に圧縮空気をボルテックスチューブを介して断熱膨張さ
せつつ噴出させる装置。 （４）温度制御対象物を試験槽内に配置し、該試験槽と
は別に設けた低温空調部（低温空気発生器）を準備し、
この空調部から送風機で低温空気を断熱パイプ又は通路
を介して試験槽へ送り込む装置。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記（１）〜
（４）のいずれの装置においても、試験槽内に供給され
る低温気体は該試験槽内にある全ての物の熱容量、すな
わち、単に温度制御対象物の熱容量だけでなく、試験槽
内壁、各種断熱材、対象物を搬入搬出する装置があると
きはその搬送装置等の熱容量の影響を受ける。

【０００４】従って、実際に必要な対象物の温度制御の
ための冷却容量に比べ大きい冷却容量が必要となる。そ
のため、冷却手段は大形化し、イニシァルコスト、ラン
ニングコストが高くなるという問題がある。この点につ
いては、所定の低温気体を噴射ノズル等で直接集中的に
温度制御対象物へ吹き付けることが考えられるが、それ
だけでは低温気体を放出してしまうことになり、冷却手
段へ新たな外気を吸い込まなければならず、そうすると
外気水分のため冷却手段中に着霜が生じ易くなり、頻繁
に除霜処理を行わなければならなくなる。また、前記
（２）のボンベ等から低温ガスを導入する装置では、前
述の問題に加え、もともとランニングコストが高くつく
うえ、ボンベ等の交換に手間がかかるという問題があ
る。

【０００５】前記（３）のボルテックスチューブを用い
る装置では、前述の問題に加え、もともと圧縮空気量を
多く必要とするので、圧縮空気発生源が大形化するとい
う問題がある。前記（４）の外部の空調部から断熱パイ
プや通路で試験槽へ低温空気を送り込む装置では、途中
に断熱パイプや通路があり、また空調部における送風機
は十分な低温空気を送るために大形化し、その発熱量が
多くなるので、前述の温度制御対象物以外の熱負荷が前
記（１）のチャンバ方式に比べ一層大きくなるという問
題がある。さらに、断熱パイプや通路の抵抗の関係で循
環風量が制限され、風速が小さくなり、その結果、熱交
換効率が悪くなる。

【０００６】そこで本発明は、温度制御対象物をそれ以
外の熱負荷の少ない状態で集中的に効率良く、精度良く
冷却できるとともに低温空気発生手段における着霜を抑
制でき、それだけ長期にわたり連続的に運転でき、また
イニシャルコスト、ランニングコストを低く抑えること
ができる温度制御対象物の空気噴射式温度制御装置を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的に従
い、温度制御対象物を収納する槽と、 前記温度制御対象
物の温度を検出する温度検出部と、 前記槽内に配置され
る前記温度制御対象物に臨設される空気噴射ノズルと、
前記ノズルごとに接続された流量調整弁と、 前記流量調
整弁に所定の低温空気を吐出する空気吐出部を接続し、
且つ、前記槽に空気吸込部を接続した低温空気発生手段
と、 前記空気吐出部と前記空気吸込部を接続し、且つ、
前記空気吐出部内圧を所定の圧力に調整する弁を備えた
バイパス回路と、 前記温度検出部の検出温度に基づいて
前記各流量調整弁の開度を制御する温度調節器とを有す
ることを特徴とする空気噴射式温度制御装置を提供す
る。前記空気噴射ノズルは、前記温度制御対象物の片面
にだけ低温空気を吹き付けるように設けるほか、該対象
物の両面に低温空気を噴射するように設けること等も考
えられる。

【０００８】

【作用】本発明装置によると、前記槽内の所定位置に温
度制御対象物が設置され、これに空気噴射ノズルが臨設
されるとともに温度検出部が該温度制御対象物の温度を
検出できる位置に設置される。 前記低温空気発生手段は
温度制御中連続的に運転され、これにより発生せしめら
れた所定の低温空気は空気吐出部を経て個々の流量調整
弁に到り、ここで空気噴射ノズルごとに流量調整されて
空気噴射ノズルから温度制御対象物へ向け直接的に噴射
される。かくして該物体は温度降下する一方、ノズルか
ら噴射した空気は前記槽に接続した空気吸込部から前記
低温空気発生手段内へ吸い込まれていく。 前記空気噴射
される温度制御対象物の温度は温度検出部において検出
され、その検出温度に基づき前記温度調節器が、該物体
温度を目標温度に向かわせるように前記流量調整弁の開
度を制御する。これにより空気噴射ノズルから温度制御
対象物に吹き付けられる低温空気量が制御され、該対象
物の温度が所定の低温に向け制御される。 前記温度調節
器の指示のもとに流量調整弁の開度が調整されるとき、
前記バイパス回路における圧力調整弁が適宜作動して該
圧力調整弁前の空気吐出部の内圧が所定の圧力に調整さ
れる（換言すれば、流量調整弁制御に伴う一次側圧力の
変動が吸収される）。 このように本願発明の温度制御装
置によると、通常冷凍機を含んでいて頻繁にオンオフ制
御して精度のよい温度制御に供するということができな
い前記低温空気発生手段は連続運転状態とされ、個々の
空気噴射ノズルから温度制御対象物へ、それから検出さ
れる温度に応じて、集中的に低温空気が吹き付けられ、
それにより該対象物がそれ以外の熱負荷の少ない状態で
効率よく、精度よく冷却される。 また、低温空気発生手
段の空気吐出部と空気吸込部を接続する圧力調整弁付き
のバイパス回路を設けてあるので、既述のとおり各流量
調整弁の開度に拘らず、空気吐出部の内圧の変動が抑制
され、従って流量調整弁の開度を変化させたとき 、空気
噴射ノズルからの低温空気噴出量変化の応答性がよく、
この点でも温度制御対象物を精度よく温度制御できる。
また、温度制御対象物の大きさや形状が変わる等して
も、ノズルからの低温空気噴射量を制御するだけでよい
から、この点でも温度管理し易い。 また、空気噴射ノズ
ルから噴射された空気は外部へ放出されることなく、再
び低温空気発生手段へ吸い込まれるようになっており、
換言すれば低温空気発生手段は外気を必要としないの
で、この手段における外気水分による霜発生が抑制さ
れ、それだけ長期にわたり連続運転できる利点もある。
また、冷却のための装置部品をコンパクト化し、安価に
製作できるので、装置全体として構造をコンパクト化
し、イニシアルコスト、ランニングコストをそれだけ低
く抑えることができる。 なお、空気噴射ノズルを温度制
御対象物に対しその両面から低温空気を噴射できるよう
に設けるときは、片面に対してだけ低温空気を吹き付け
ると発生する恐れのある反対側の面の結露や着霜を抑制
できる。

【０００９】

【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。図１は本発明の１実施例の概略断面図である。この
装置は、断熱壁で囲まれた試験槽１を備えており、試験
槽１には図示しない正面側の扉を開閉して温度制御対象
物である供試品Ａ、Ｂを出し入れすることができる。図
１に示す例では試験槽１内に２つの供試品Ａ、Ｂが図示
しない支持部材により支持されている。

【００１０】左側の供試品Ａには上下から空気噴射ノズ
ル２１が臨んでおり、右側の供試品Ｂには上下から空気
噴射ノズル２２が臨んでいる。ノズル２１は自動弁３１
を介して冷却ユニット４に断熱パイプで接続されてお
り、ノズル２２は自動弁３２を介してユニット４に断熱
パイプで接続されている。弁３１、３２は流量調整用の
それぞれオンオフ型の自動開閉弁である。

【００１１】冷却ユニット４はそれ自体既に知られてい
る冷凍回路を利用したもので、冷媒を圧縮する図示しな
い圧縮機、圧縮機から出た冷媒を凝縮する図示しない凝
縮器、凝縮器から出た冷媒を膨張させる図示しない膨張
機構、該膨張機構に接続された図示の蒸発器４１、４２
及び４３を含んでいる。蒸発器４１は除湿器として、蒸
発器４２は主冷却器として、蒸発器４３は補助冷却器と
して用いられる。

【００１２】冷却ユニット４には圧縮空気発生用の圧縮
機５が配管接続されており、その吸入側は試験槽１に配
管接続されている。冷却ユニット４から弁３１、３２へ
向かう配管中、弁３１、３２への分岐部に近い位置Ｐ１
から圧縮機５の吸入側へバイパス回路６０が設けられ、
該回路に一次圧力調整弁６が接続されている。

【００１３】供試品Ａの表面に接触させて、又はその近
傍に供試品温度検出端７Ａが配置され、その出力が温度
調節器７１に入力されるようになっている。また、供試
品Ｂの表面に接触させて、又はその近傍に供試品温度検
出端７Ｂが配置され、その出力が温度調節器７２に入力
されるようになっている。温度調節器７１は供試品Ａの
目標温度を設定できるように構成されており、温度検出
端７Ａからの供試品温度と目標温度とを比較してその差
に基づき供試品Ａを目標温度に向け制御するように自動
弁３１を開閉する。温度調節器７２は供試品Ｂの目標温
度を設定することができ、温度検出端７Ｂからの供試品
温度と目標温度とを比較し、その差に基づき供試品Ｂを
目標温度へ向け制御するように自動弁３２を開閉する。

【００１４】次に図１に示す装置の動作を説明する。ま
ず、圧縮機５によって圧縮空気を発生させ、該圧縮空気
を冷却ユニット４に通過させ、除湿器４１で除湿したの
ち主冷却器４２により、さらに必要に応じ補助冷却器４
３により所定の低温とし、この圧縮空気を弁３１、３２
を経て空気噴射ノズル２１、２２から供試品Ａ、Ｂへ向
け集中的に噴出させ、かくして噴出した低温の圧縮空気
により供試品Ａ、Ｂを目標の温度へ向け降下させる。ノ
ズル２１、２２から噴射されて試験槽１内に溜まった空
気は圧縮機５へ向け循環させる。

【００１５】供試品Ａ、Ｂの温度は温度検出端７Ａ、７
Ｂにより常時監視し、供試品温度が目標温度に到達する
と、温度調節器７１、７２によって弁３１、３２を閉
じ、ノズルからの空気噴射を停止する。該空気噴射の停
止により供試品温度が上昇し始めると再び温度調節器７
１、７２の指示によって弁３１、３２を開き、ノズル２
１、２２から低温圧縮空気を噴射して供試品温度を降下
させる。かくして供試品Ａ、Ｂの温度を目標低温に制御
する。

【００１６】なお、弁３１、３２は常時同時に開閉され
るのではなく、供試品Ａの温度、供試品Ｂの温度に応じ
てそれぞれ別個に開閉制御される。弁３１及び（又は）
３２が閉じると、圧縮機５からの吐出空気圧力（一次圧
力）が上昇するが、その圧力上昇に応じて一次圧力調整
弁６が開くので、一次側空気が圧縮機の吸入側へ戻さ
れ、それによって一次圧力及び循環空気量が一定とな
る。そのため、弁３１及び（又は）３２が閉じたときで
も、試験槽１の１又は２以上の部分に存在することのあ
る隙間を介して外気が試験槽１へ侵入し、さらに槽１か
ら圧縮機５及び冷却ユニット４に侵入することが防止さ
れ、冷却ユニット４における着霜をそれだけ少なくして
長時間の運転を行うことができる。

【００１７】また、弁３１及び（又は）３２が閉じて一
次側空気圧力が上昇しても、該空気はバイパス回路６０
側へ流れ、且つ、バイパス回路６０はノズル２１、２２
に近い位置Ｐ１に接続してあるので、次に弁を開いた
時、速やかに所定低温の空気を供試品に向け噴射するこ
とができる。さらに、この装置によると、低温空気は圧
縮機５及び冷却ユニット４と試験槽１の間を循環するの
で、外部から湿った空気が侵入する機会が殆どなく、装
置運転の当初に循環空気中の水分がユニット４で除去さ
れたあとは循環空気中の水分が低下し、この点からもユ
ニット４の着霜は少なく、ユニット４の長期連続運転が
可能となっている。

【００１８】また、低温空気は試験槽から排出されるこ
となく循環するので、試験槽周辺の各種機器が低温空気
に触れて作動不良を起こしたり、損傷するという恐れは
ない。なお、循環空気中の水分を低下させるため、圧縮
機５の吸込側にドライ空気を供給してもよい。この場
合、その供給量は少量で足りる。また、試験槽１内の供
試品Ａ、Ｂを適当な仕切り部材によりできるだけ小さい
容積で、できれば供試品Ａ、Ｂを囲むことができる最小
容積で囲って、例えば図１に二点鎖線で示すような中間
ゾーン８を設け、該中間ゾーンに図示しないドライ空気
供給手段からドライ空気を供給すれば、該中間ゾーンへ
の外からの湿り空気の侵入を防止することができ、それ
によって供試品への着霜を防止でき、それだけ長時間の
連続運転が可能となる。

【００１９】なお、以上説明した装置において、自動開
閉弁３１、３２に代えて開度を任意に調節できるような
弁を採用してもよい。また、冷却ユニット４における除
湿器４１、主冷却器４２はこれを一体として除湿兼冷却
器としてもよく、さらに、補助冷却器４２は必ずしも必
要ではない。一次圧力調整弁６は図示例のものに限定さ
れる必要はなく、必要に応じ開成される自動弁のような
ものでもよい。また、前記各装置における空気噴射ノズ
ルは供試品を目標温度まで降下させ得るものであれば種
々のタイプのものを採用できるが、好ましいものとし
て、例えば図２、図３に示すものが考えられる。

【００２０】図２に示すノズル９は供試品Ａに対する全
面噴射形のノズルで、供試品Ａに向け多数の開孔を有す
る開孔板９１を有するノズルボックス９２に供給された
圧縮空気が該開孔板９１の孔から供試品の全面に向け噴
射され、噴射された空気が供試品Ａを囲む中間ゾーンの
形態の外側のボックツス９３を通って圧縮機へ戻される
タイプのものである。

【００２１】図３に示す空気噴射ノズル９０はベンチュ
リー管、エジェクター等を利用したもので、流量増幅形
のノズルであり、ノズル９０から噴射された空気の一部
は再びノズル９０に戻され、残部は例えば中間ゾーン９
０１から圧縮機へ戻される。なお、図２及び図３におい
て矢印は空気の流れを示している。以上説明した本発明
実施例によると、所定の低温に冷却した圧縮空気を直接
供試品に集中的に高速で吹きつけるので、供試品との熱
交換効率を上げることができ、供試品を速やかに目標温
度へ向け制御できる。また、温度制御対象は供試品のみ
としているため、試験槽内の供試品以外のもの（試験槽
内空気、試験槽内壁、試験槽を囲む断熱材、試験槽内の
他の補助部品等）の熱容量を無視することができ、それ
だけ冷却負荷が小さく、冷却ユニット４等をそれだけ小
形化し、装置全体のコンパクト化を図ることができ、ま
たその結果、装置のイニシャルコスト、ランニングコス
トを低く抑えることができる。

【００２２】さらに、温度制御に圧縮空気を用いるの
で、その供給配管径を小さくすることができ、それだけ
熱ロスが少なく、装置のレイアウトも容易である。な
お、本発明装置は、温度制御対象物に臨設される高温用
の空気噴射ノズルと、空気吐出部が該ノズルに、空気吸
込部が前記槽にそれぞれ配管接続される高温空気の供給
循環手段と組み合わせて用いることもできる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明装置による
と、温度制御対象物をそれ以外の熱負荷の少ない状態で
集中的に効率良く、精度良く冷却でき、また、冷却のた
めの装置をコンパクト化して装置全体のイニシャルコス
ト、ランニングコストを低く抑えることができる。空気
噴射ノズルを温度制御対象物の両面に低温空気を噴射で
きるように設けるときは、片面にだけ低温空気を吹き付
ける場合に比べ、該物体上の結露や着霜の恐れが少なく
なる。

【００２４】また、本発明装置によると、低温空気は循
環使用されるので、外部から湿った空気が侵入すること
がそれだけ防止され、低温圧縮空気発生手段等をそれだ
け着霜の少ない状態で長時間連続運転することができ、
さらに、低温空気は外部へ排出されることなく循環する
ので、周辺機器が低温空気に触れて作動不良を起こした
り、損傷する恐れがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例の概略断面図である。

【図２】空気噴射ノズルの一例の説明図である。

【図３】空気噴射ノズルの他の例の説明図である。

【符号の説明】

２１、２２ 空気噴射ノズル Ａ、Ｂ 供試品（温度制御対象物） ３１、３２ 自動弁 ４ 冷却ユニット ５ 空気圧縮機 ６ 一次圧力調整弁 ７Ａ、７Ｂ 供試品温度検出端 ７１、７２ 温度調節器 ８ 中間ゾーン９ 空気噴射ノズル ９１ 開孔板 ９２ ノズルボックス ９３ 外側のボックス ９０ 空気噴射ノズル ９０１ 中間ゾーン

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 温度制御対象物を収納する槽と、 前記温度制御対象物の温度を検出する温度検出部と、 前記槽内に配置される前記温度制御対象物に臨設される
   空気噴射ノズルと、 前記ノズルごとに接続された流量調整弁と、 前記流量調整弁に所定の低温空気を吐出する空気吐出部
   を接続し、且つ、前記槽に空気吸込部を接続した低温空
   気発生手段と、 前記空気吐出部と前記空気吸込部を接続し、且つ、前記
   空気吐出部内圧を所定の圧力に調整する弁を備えたバイ
   パス回路と、 前記温度検出部の検出温度に基づいて前記各流量調整弁
   の開度を制御する温度調節器とを有する ことを特徴とす
   る空気噴射式温度制御装置。
2. 【請求項２】 前記空気噴射ノズルを前記温度制御対象
   物の両面に低温空気を噴射できるように設けた請求項１
   記載の空気噴射式温度制御装置。