JP2629015B2 - 温度サイクル装置における温度制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、各種材料、機器又はその部品等を異なる温
度雰囲気に所定のサイクルでさらし、又は、それら材料
等に熱衝撃を加えるなどして、該材料等の熱に対する特
性の変化、耐久性等をテストし、又はスクリーニングを
実施する等に用いる温度サイクル装置における温度制御
方法に関する。

〔従来の技術〕

この種の温度サイクル装置は、通常、試験室に、加熱
機能を有する高温気体供給部から高温気体を、冷却機能
及び蓄冷機能を有する低温気体供給部から低温気体を、
それぞれ供給できるように構成されている。低温気体供
給部が蓄冷機能を備える理由は、温度サイクル試験で
は、温度降下させるとき、それを短時間で達成する必要
があるためである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来の温度サイクル試験では、一般に
最初から蓄冷器を使用して温度を下げていく方式がとら
れている。この場合、空気温度と蓄冷器との温度差が大
きいことや、蓄冷器の熱容量が大きいことなどのため、
最初は急激に温度を下げることが可能であるが、熱交換
により空気温度が下がる一方、蓄冷器の温度が上がって
しまうので、一定時間経つと、それ以降の温度降下が極
端に遅くなってしまう。

そのため、その後は蓄冷器とは別に設けられた蒸発器
で温度降下させなければならなくなるが、この過渡期に
おいては（空気温度＞蓄冷器温度＞蒸発器温度）の関係
になり、蓄冷器が空気の温度を下げながらも蒸発器の熱
負荷となる。元来蒸発器の能力は空気や試験槽内の構成
物及び蓄冷器を含めた熱容量を急激に温度降下させる能
力は有していない（そのための蓄冷である）ので、空気
温度の降下速度は急激に鈍っていくことになる。

このように蓄冷器が能力を喪失すると逆に蒸発器の冷
凍能力の負荷になってしまうので、蓄冷器が所定の能力
を放出した後は、熱的に隔離し、以降の蒸発器の負荷に
ならない考慮をする装置も考えられているほどである
（特開昭58−58437号公報参照）。

つまり本来蓄冷器は、蒸発器の補助として使用するも
のであり、蒸発器が冷凍能力を著しく減少させる最低温
度域付近まで能力を発揮させ、蒸発器の能力を補うため
のものであるが、高温域から使用すると場合によって
は、本来必要な低温域において、蓄冷器が熱負荷になる
問題が発生するのである。

この問題を解消するためには、蓄冷器能力を高めるべ
くそれを大型化すればよいが、それでは大型蓄冷器を設
置するスペースの問題や、十分蓄冷するための冷凍機の
サイズやコストや消費電力等の問題が発生する。

蓄冷器が小さければ蒸発器の熱負荷になることは多少
避けられるが、前記のように、最初の段階で蓄冷器が能
力を出し尽してしまうので、蒸発器側の冷凍機等の大型
化が必要になってしまう。

そこで本発明は、試験室に、加熱機能を有する高温気
体供給部から高温気体を、冷却機能及び蓄冷機能を有す
る低温気体供給部から低温気体をそれぞれ供給できるよ
うにした温度サイクル装置における温度制御方法であっ
て、試験室内を所定の低温に温度降下させるにあたり、
低温気体供給部における蓄冷能力や冷却能力の格別の増
大やそれら能力増大に係るコスト高を招くことなく、速
やかに該所定の低温に到達でき、さらにその低温を維持
でき、また、試験室内を所定の高温に温度上昇させるに
あたっても速やかな温度上昇が可能である温度制御方法
を提供することを課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

前記課題を解決するため本発明は、試験室に、加熱機
能を有する高温気体供給部から高温気体を、冷却機能及
び蓄冷機能を有する低温気体供給部から低温気体をそれ
ぞれ供給できるようにした温度サイクル装置における温
度制御方法にして、前記試験室内温度を低温T1まで降下
させるにあたり、前記試験室に作用するようにヒートポ
ンプ式サブクーラを準備し、途中の温度t1までは前記サ
ブクーラのみにて降下させ、そのあとは前記低温気体供
給部の蓄冷機能と冷却機能を利用して前記温度T1まで温
度降下させ、また高温T2まで上昇させるにあたり、途中
の温度t2までは前記高温気体供給部から高温気体を供給
するとともに前記サブクーラをヒートポンプ式加熱器と
して併用して上昇させ、そのあとは前記高温気体供給部
のみにて前記温度T2まで上昇させることを特徴とする温
度制御方法を提供する。

本発明の温度制御方法は、要するに、 温度降下時はサブクーラを使用しサブクーラの能力の
範囲内で所定の温度まで降下をさせ、その後は低温気体
供給部の蓄冷能力及び冷却能力を併用して目的の温度ま
で温度降下させる方法である。

本発明方法によると、高温域や中温域等から所定の低
温まで温度降下させるとき、サブクーラは空気と冷媒の
温度差が非常に大きな温度領域で使用し始めるので、冷
凍回路の性質とあいまって非常に高い能力を発揮し、所
定の低温へ向けて速やかに試験室内温度を降下させるこ
とができ、ある程度まで温度降下して、低温気体供給部
がその能力を十分、効率的に発揮できる温度域に達する
と該低温気体供給部の冷凍能力により円滑に所定の低温
に到達させ、その温度を維持できる。

サブクーラは試験室内を温度降下させるとき、前記の
ように非常に高い冷凍能力を発揮するので、比較的小さ
な容量のものでも足りる。また、低温気体供給部の冷凍
能力は、サブクーラがある程度まで温度降下させた後の
残りの熱容量に見合うだけあればよいので、その小型化
が可能であるし、或いはその余裕分を熱容量の大きな試
料に対応するための余裕分に当てることができる。

また、サブクーラはヒートポンプ式サブクーラである
ため、試験室内を所定の温度まで温度上昇させるとき、
該サブクーラをヒートポンプ式加熱器として併用し、速
やかな温度上昇を達成することも可能である。例えば、
前記試験室内温度を高温T2まで上昇させるにあたり、途
中の温度t2までは前記高温気体供給部から高温気体を供
給するとともに前記サブクーラをヒートポンプ式加熱器
として併用して上昇させ、そのあとは前記高温気体供給
部のみにて前記温度T2まで上昇させることができる。

いずれにしても、サブクーラの運転を停止するとき
は、サブクーラ内部の冷媒を抜くことによって熱負荷に
なることをかなり軽減できる。

本発明の温度制御方法によるかかる利点は、単に冷凍
機に複数設けるだけは得られないものである。

〔実 施 例〕

以下、本発明の実施例をこれを適用する温度サイクル
装置例とともに図面を参照しつつ説明する。

第１図の温度サイクル装置は、試験室１、試験室に接
続された通気路２及び該通気路２に接続さた低温空調室
３を備えている。

試験室１は扉10にて開閉でき、図上右端に第１開口部
11を、左端に第２開口部12を備えている。両開口部は互
いに向かいあっている。開口部11にはネット、孔あき
板、格子体等の適当な保護部材111が張設されている。
該保護部材は整流効果を有するものでもよい。

通気路２は、開口部12から試験室１の背後を通って開
口部11へコの字状に延びており、開口部12に臨む部分2
3、試験室の背後部分22及び開口部11に臨む部分21を備
えている。

通気路２の部分23には気体循環用のフアン４が配置さ
れており、該ファンは図示しないモータの駆動により開
口部12を介して試験室内気体を吸引し、背後部分22を経
て開口部11の方へ吐出する。

また、通気路２の部分22には電気ヒータ式加熱器５が
配置されており、該加熱器は試験室への高温気体供給に
あたり、ここを通過する気体を所定温度に加熱する。な
お、この加熱器は、低温気体温度の調整にも使用できる
ものでもよい。

前記通気路２、ファン４及び加熱器５は高温気体供給
部の構成要素である。

低温空調室３は、通気路２の部分21に隣設されてお
り、内部にフィンチューブ式蒸発器31を備えている。

該蒸発器は、通気路の部分22に臨む位置から開口部11
全体に臨むように延びていて、部分22から低温空調室３
へ入る気体が、蒸発器の一部で予冷されるようになって
いる。

なお、蒸発器は必ずしも通気路部分22に臨んでいる必
要はない。

該蒸発器のプレートフィン311は銅板から形成されて
いて、全て試験室内における両開口部を結ぶ方向Ａと実
質上平行に配置されている。また、該フィンは蓄冷材を
兼ね得るように、厚さ約0.6〜2.0mm、本例の場合は約0.
7mmに形成される。なお、フィン材質としては銅板のほ
かアルミ板、ステンレススチール板等が考えられ、これ
ら材料を採用する場合において蓄冷材を兼ねさせるとき
には、厚さ約0.6〜2.0mmが適当である。

フィンに霜付きして風通しが悪くなることを防止する
ため、フィンピッチは約３〜6mm、本例の場合は約3mmと
される。

なお、従来は低温空調室待機時に、蒸発器とは個別に
設けた蓄冷器に蓄冷するために空調室内で気体を循環さ
せていたが、このようにフィン311に蓄冷作用を持たせ
る場合には、その必要がなく、それだけ構造を簡素化で
きる。

また、前記フィン311には、冷却用冷媒管312が常法に
て装着されているほか、温度調整用のホットガスを通す
管313が装着されている。

このホットガス管313は必ずしも必要ではないが、こ
こに設けておくと、低温空調室待機時の蒸発器温度調整
に使用できる。

蒸発器31の背後には、該蒸発器各部へ一様に気体を分
配するための分配装置32が設けられている。これによっ
て通気路部分22から低温空調室へ入る気体は蒸発器によ
り十分冷却されて開口部11全体から一様に試験室１内へ
吹き出す。

該分配装置は、第１図の装置では長さが順次異なる平
行配置の整流板から構成されているが、第２図に示すよ
うに適当なダクト33でもよく、または第３図に示すよう
に適当な邪魔板34でもよい。

蒸発器31のうち、通気路部分22に臨む部分の背後に
は、第２図に示すように、適当な気体循環用ファン35を
必要に応じて設けることができる。

前記通気路２、ファン４及び空調室３は低温気体供給
部の構成要素である。

さて、再び第１図の装置に戻ると、該装置には、更
に、低温気体供給室３と通気路２との境界に複数のダン
パ６が設けられている。

各ダンパは、従来装置に一般に採用されているダンパ
より薄い平坦な板状に形成されており、内部は適当な真
空度の真空中空部とされ、断熱効果を有している。

このように内部を真空中空部とすると、従来のように
グラスウール等を使用して断熱効果をもたせる場合よ
り、ダンプを薄く形成して同程度の断熱効果をもたせる
ことができるので、円滑な気流を得る上で都合がよい。

各ダンパ６は、低温空調室３を閉じる第１位置Ｆと低
温空調室３を開いて前記方向Ａと実質上平行姿勢をとる
第２位置Ｓとの間を回動できるように、装置フレームに
回動可能に支承されており、図示していないが、例え
ば、各ダンパ軸端にピニオンを固着し、全てのピニオン
に一つのラックを噛合させ、該ラックをエアシリンダそ
の他の適当な駆動機にて往復駆動することにより、一斉
に開閉駆動することができる。

なお、第１図のダンパ６は、その一端が回動基点Ｐと
されているが、第２図に示すように、中央部その他に回
動基点Ｑを設けてもよい。

試験室１内のうち、第２開口部12に臨む位置には、サ
ブクーラ７が配置されている。

該サブクーラはフィンチューブ式蒸発器を含み、それ
は低温空調室の蒸発器31と同材質で、蒸発器31より軽量
構造である。この軽量構造によって温度上昇、温度下降
の際に大きい熱容量負荷とならないように工夫されてい
る。また、各フィンは全て前記方向Ａに実質上平行であ
る。

サブクーラ７は、これをクーラとして使用でき、或い
はヒートポンプ式加熱器として使用できるヒートポンプ
式サブクーラである。

また、ポンプダウン（アウト）運転手段にて、サブク
ーラ内冷媒を随時抜き出すことができるようになってい
る。

なお，サブクーラの位置は必ずしも図示の位置に限定
されるものではない。

かかる温度サイクル装置によると、試験室１内気体温
度は次のように制御される。なお、いずれの温度さらし
の場合でも、気体循環用ファン４は運転される。

高温さらし ダンパ６は第１図に実線にて示す第１位置Ｆに置か
れ、低温空調室３は閉じられる。加熱器５が運転され、
これによって加熱された気体が通気路２の部分21、開口
部11、試験室１、開口部12、通気路部分23、通気路部分
22へと順次循環する。

また、サブクーラ７をヒートポンプ式加熱器として使
用し、第４図に示すように、予め定めた温度t2（一例と
して約40℃）まで加熱器５と併用し、その後は加熱器５
のみにて所定温度T2を得る。

このようにサブクーラを使用することにより、エネル
ギー節約、加熱器ヒータ容量の削減、温度上昇時のサブ
クーラ熱容量負荷の削減、温度上昇性能の向上を実現で
きる。

サブクーラ７の運転を停止するときには、負荷削減の
ため、内部の冷媒を抜き出しておく。

低温さらし 加熱器５は停止し、先ずサブクーラ７をクーラとして
運転するとともに気体を高温さらし時と同様に循環さ
せ、これによって、第５図に示すように、予め定めた温
度t1（一例として常温）まではサブクーラだけで温度降
下させる。

その後ダンパ６を第１図に仮想線にて示す第２位置Ｓ
（方向Ａ）に一斉に開き、低温空調室３の一部を通気路
部分22に臨ませると共に残部を開口部11に臨ませる。か
くして低温気体を空調室３から通気路部分21、開口部1
1、試験室１、開口部12、通気路部分23、通気路部分22
を経て再び空調室３へと循環させる。

低温空調室はこの低温さらしに先立つ待機中も運転
し、蒸発器フィン311に予め蓄冷しておき、低温空調室
３を開成したときには、その蓄冷効果を利用して所定温
度T1まで急速に温度降下させる。

なお、低温空調室３を使用始めるのと同時的にサブク
ーラ７の運転を停止してもよいが、該クーラの能力に応
じて一時的にこれを併用運転してもよい。

また、サブクーラ７の運転を停止するときには、負荷
削減のため内部の冷媒を抜き出しておく。このようにサ
ブクーラ７を使用することにより、全体として所定温度
T1まで急速に温度降下させることができる。また、その
後、所定の低温を無理なく維持できる。

常温乃至中温さらし 低温空調室３をダンパ６にて閉じておき、サブーラ７
をクーラとして、又はヒートポンプ式加熱器として連続
的に又は断続的に使用することにより、試験室を常温乃
至中温にさらすことができる。この場合、試験室を開放
したり、試験室内へ外気を導入する必要がないので、試
験室内の清浄度をそれだけ高く維持することができる。
また、装置設置場所の環境を乱さない。

各さらし運転は以上説明のとおりであるが、蒸発器31
やクーラ７の運転に際し、これに霜付きが生じることを
防止するために、必要に応じ、低温空調室３等適当な位
置から乾燥気体を供給してもよい。乾燥気体供給手段と
しては、公知の化学的乾燥機、冷凍回路使用の乾燥機等
を採用することができる。冷凍回路利用の乾燥機の場
合、前記蒸発器31を含む冷凍回路、クーラ７を含む冷凍
回路を適宜利用してもよい。

前記高温さらし、中温さらしにおいては、所定温度気
体が、通気路部分21に充満又は略充満した状態から、開
口部11の全域を経て、大きい風量でもって試験室内へ供
給されるので、試験室内温度は速やかに所温度に到達す
ることができる。また、試験室内の温度分布も良好とな
る。

低温さらしにおいて低温空調室３が使用される場合に
は、ダンパ６が前記Ａ方向に平行に開成され、低温空調
室３が開口部11に対し大きく開かれるので、空調室内気
体は大きい風量でもってしかも層流状体で試験室内へ流
入し、試験室は速やかに所定温度に到達する。また、試
験室内の温度分布も良好となる。

本発明方法は前記した温度サイクル装置に限らず、例
えば、高温空調室、低温空調室をそれぞれ別個に試験室
に隣設し、更に常温さらしに当たっては外気を導入でき
るようにした温度サイクル装置等にも適用可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、試験室に、加熱機能を有する高温気
体供給部から高温気体を、冷却機能及び蓄冷機能を有す
る低温気体供給部から低温気体をそれぞれ供給できるよ
うにした温度サイクル装置における温度制御方法であっ
て、試験室内を所定の低温に温度降下させるにあたり、
低温気体供給部における蓄冷能力や冷却能力の格別の増
大やそれら能力増大に係るコスト高を招くことなく、速
やかに該所定の低温に到達でき、さらにその低温を維持
でき、また、試験室内を所定の高温に温度上昇させるに
あたっても速やかな温度上昇が可能である温度制御方法
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を適用する温度サイクル装置例の概
略断面図、第２図は他の装置例の低温空調室周辺の概略
断面図、第３図は更に他の装置例の低温空調室の概略断
面図、第４図は本発明実施例による高温さらし時の温度
上昇グラフ、第５図は本発明実施例による低温さらし時
の温度降下グラフである。 １……試験室、 11……第１開口部、 12……第２開口部、 ２……通気路、 21〜23……通気路の一部、 ３……低温空調室、 31……蒸発器、 311……フィン、 ４……ファン、 ５……加熱器、 ６……ダンパ、 ７……サブクーラ。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試験室に、加熱機能を有する高温気体供給
   部から高温気体を、冷却機能及び蓄冷機能を有する低温
   気体供給部から低温気体をそれぞれ供給できるようにし
   た温度サイクル装置における温度制御方法にして、前記
   試験室内温度を低温T1まで降下させるにあたり、前記試
   験室に作用するようにヒートポンプ式サブクーラを準備
   し、途中の温度t1までは前記サブクーラのみにて降下さ
   せ、そのあとは前記低温気体供給部の蓄冷機能と冷却機
   能を利用して前記温度T1まで温度降下させ、また高温T2
   まで上昇させるにあたり、途中の温度t2までは前記高温
   気体供給部から高温気体を供給するとともに前記サブク
   ーラをヒートポンプ式加熱器として併用して上昇させ、
   そのあとは前記高温気体供給部のみにて前記温度T2まで
   上昇させることを特徴とする温度制御方法。
2. 【請求項２】前記サブクーラの運転を停止するとき、該
   サブクーラ内冷媒を抜き出す請求項１記載の方法。