JP2771887B2 - 恒温恒湿装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、恒温恒湿装置にかかわり、さらに詳しく
は、製品の環境試験のように、湿度および温度の設定条
件がひろい試験をおこなうのに好適な恒温恒湿装置に関
している。

［従来の技術］ 恒温恒湿装置は、一般に、断熱材によって囲まれた密
閉可能な空間をもつ試験室と、圧縮機、水冷式凝縮器、
膨張弁および蒸発器を含み、密閉空間に循環空気流を発
生させる送風機、循環空気流を加熱する加熱器および循
環空気の湿度調整をおこなう加湿器とともに、蒸発器を
循環空気の流路上に配置された冷凍機とを具備し、密閉
空間に試験物を置き、試験条件を設定し、装置を運転す
ることによって、送風機が密閉空間に循環空気流を発生
させ、冷凍機が循環空気の冷却と除湿をおこなうととも
に、加熱器および加湿器が循環空気流を調湿調温して、
試験物を設定された環境のもとで試験することができる
ようになっている。

このような恒温恒湿装置における除霜は、たとえば特
開昭61−22552号公報に記載されているように、圧縮機
から凝縮器へ流れる加熱蒸気となった冷媒の一部を取り
出し、この蒸気を電磁弁を経由して蒸発器に送り込み、
蒸発器に蓄積された霜や氷を融解する、いわゆる、ホッ
トガス除霜と呼ばれる方式によってなされている。

［発明が解決しようとする課題］ コンピュータ、精密機械などの環境試験などをおこな
う恒温恒湿装置は、たとえば、温度−30℃ないし80℃、
湿度が20％ないし95％にわたる、さまざま温度と湿度と
の組み合せを設定することができるだけでなく、試験中
に設定条件を確実に維持することを要求されている。

しかしながら、前述のような除霜方式では、蒸発器内
に導かれる加熱蒸気が少量であり、かつ熱量が少ないた
め、たかい湿度を要求する環境試験や梅雨時のように外
部湿度および温度がたかいときの環境試験などのような
蒸発器の着霜量が多いときに、除霜に長い時間を要し、
試験室内部の温度および湿度に乱れが生じて、信頼性の
たかい環境試験をおこなえない。

本発明の目的は、信頼性のたかい環境試験をおこなう
ことができる、改良された恒温恒湿装置を提供すること
にある。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、本発明の恒温恒湿装置
は、断熱材によって囲まれた密閉可能な空間をもつ試験
室と、圧縮機、水冷式凝縮器、膨張弁および蒸発器を含
み、密閉空間に循環空気流を発生させる送風機、循環空
気流を加熱する加熱器および循環空気の湿度調整をおこ
なう加湿器とともに、蒸発器を循環空気の流路上に配置
された冷凍機とを具備しているが、冷凍機は、圧縮機の
吐出口を凝縮器に、かつ圧縮機の吸入口を蒸発器に接続
する第一の位置および圧縮機の吸入口を凝縮器に、かつ
圧縮機の吐出口を蒸発器に接続する第二の位置をもつ切
換手段を具備しているとともに、凝縮器の冷却系を構成
する制水弁をバイパスする弁と、凝縮器の温度を検出
し、凝縮器が凍結する温度になると、バイパス弁を開く
検出手段とを備えている。

［作用］ 環境試験は切換手段を第一の位置に切り換えることに
よってなされる。切り換えられると、冷媒は、圧縮機に
おいて圧縮され、切り換え手段によって凝縮器に導か
れ、凝縮器にて冷却されて高圧の液体になり、膨張弁に
おいて減圧されたあと、蒸発器にて蒸発し、低圧の蒸気
となって圧縮機に帰還する。送風機によって試験室内を
循環させられている空気は、蒸発器における冷媒の気化
によって冷却されれるとともに、加熱器および加湿器に
よって調温調湿され、試験室内の試験物を所要の温度お
よび湿度にさせる。

除霜は切換手段を第二の位置に切り換えることによっ
てなされる。切り換えると、圧縮機から高圧の加熱蒸気
として吐出された冷媒は、切り換え手段によって蒸発器
に導かれ、蒸発器に蓄積した霜および氷を短時間で融解
する。それから、冷媒は、蒸発器にて高圧液体となり、
膨張弁によって減圧され、凝縮器にて蒸発させられ、低
圧の蒸気となって圧縮機に帰還する。このため、除霜が
短時間でおこなわれ、密閉空間の温度の乱れが少ない。

除霜サイクルにおける圧縮機吐出圧力の低下や、冷凍
機の停止などによって、制水弁が閉じ、凝縮器が凍結す
る温度になっても、凝縮器の配置されている空間の温度
がたとえば０℃よりも低くなっても、検出手段がバイパ
ス弁から冷却水を凝縮器に流し、凝縮器を凍結させな
い。このため、試験中に、圧縮機を停止させずに試験を
おこなえる、つまり、試験の中断がなくなり、冬季など
の寒冷期であっても試験をただちに開始することがで
き、そして、冷却水による凝縮器の汚れもなくなって、
初期性能の維持を長期にわたっておこなえる。

［実施例］ 本発明の恒温恒湿装置の実施例は、以下に、図面を参
照して説明する。

この恒温恒湿装置は、たとえばエレクトロニクス製品
の環境試験をおこなうためのもので、第１図に示すよう
に、試験室11と、圧縮機12、凝縮器13、膨張弁23および
蒸発器15を含む冷凍機と、送風機14、加熱器16および加
湿器17とを具備している。

試験室11は、内壁18によって密閉空間19を形成し、内
壁の外側にスペースを形成して外壁20を配置し、内外壁
のあいだに断熱材21を装填した構造のものからなって
る。図示されていないが、密閉空間19の内部に試験物を
搬入するための扉が室11を構成する壁のひとつに設けら
れている。

試験室の内部には空調機22が組み込まれている。空調
機には、冷凍機における蒸発器15といっしょに、送風機
14、加熱器16および加湿器17が組み込まれている。送風
機14は、蒸発器15によって冷却された空気が矢印で示す
ような循環をなすように、空調機22に組み込まれてい
る。加熱器16および加湿器17は、この循環空気の流れに
そって配置され、所要の温度および湿度に循環空気を調
温調湿している。

冷凍機における圧縮機12、凝縮器13は、膨張弁や液分
離器などの機器といっしょに、試験室の外部に設置され
た機械室に配置されているとともに、空調機22にある機
器に配管によって接続されてる。

第２図はこの恒温恒湿装置における冷凍機の全体構成
を示している。図て、膨張弁は符号23、液分離器24によ
ってそれぞれ示され、25は切換弁、26は制水弁、27はバ
イパス弁をそれぞれ示している。

圧縮機12は、吐出口が切換弁25に接続され、吸入口が
液分離器24を介在して切換弁25に接続されている。凝縮
器13は冷媒出入口の一方を膨張弁23を介在して蒸発器15
の出入口の一方に接続され、他方を切換弁25に接続され
ている。蒸発器15は出入口の他方を切換弁25に接続され
ている。

切換弁25は、たとえば四方向切換弁からなっていて、
弁体をある位置に回転させたときに、圧縮機12の吐出口
と凝縮器13における冷媒出入口の一方とを接続するとと
もに、蒸発器15における冷媒出入口の一方と液分離器24
あるいは圧縮機12の吸入口とを接続し、弁体が他の位置
に回転されると、圧縮機12の吐出口と蒸発器15における
冷媒出入口の他方とを接続するとともに、圧縮機12の吸
入口あるいは液分離器24と凝縮器13の冷媒出入口の一方
とを接続することができるようにさせている。

膨張弁23は、電子膨張弁からなっていて、冷媒の流れ
方向を切換弁25によって変えたときにも、冷媒の循環を
おこなうことができるようにさせている。

凝縮器13は、水冷形式のものからなっていて、冷却水
出入口の一方が図示を省略された水ポンプの吐出口に、
他方が制水弁26を介在して冷却塔に接続されている。バ
イパス弁27が、配管28によって、制水弁26の前後に接続
されている。バイパス弁27は、電磁弁からなっていて、
温度検出手段によって開閉を制御されている。温度検出
手段はサーモスタット31および制御回路30を含んでい
る。サーモスタット31は、それ自体公知のもので、凝縮
器の温度、たとえば凝縮器13における冷却水温度を検出
するように、凝縮器に取り付けられている。制御回路30
は、サーモスタット31およびバイパス弁27に電気接続さ
れていて、サーモスタット31が凝縮器凍結温度に関連す
る温度を検出すると、たとえば温度２℃を検出すると、
バイパス弁27を開くようにしている。

この恒温恒湿装置において、環境試験は、試験物を密
閉空間19に配置し、切換弁25によって、圧縮機12の吐出
口と凝縮器13における冷媒出入口の一方とを、蒸発器15
における冷媒出入口の一方と液分離器24あるいは圧縮機
12の吸入口とを接続し、電子膨張弁23を所定の開度に設
定し、バイパス弁27を閉じることによっておこなわれ
る。

圧縮機12が作動すると、圧縮機12から吐出された高圧
の加熱蒸気からなる冷媒は、第２図において実線矢印で
示すように、切換弁25を通り、配管28を経由して、水冷
凝縮器13に送り込まれ、凝縮器13において冷却水によっ
て熱をうばわれ、かつ凝縮させられる。凝縮器をでた高
圧液体からなる冷媒は電子膨張弁23において減圧され、
蒸発器15に送られる。膨張弁23からの低圧低温の冷媒
は、試験室内に設置された蒸発器15において熱交換さ
れ、かつ蒸発して低圧蒸気となり、配管29、切換弁25お
よび液分離器24を通って圧縮機12に帰還する。

冷凍機が作動すると同時に、送風機14および加熱器16
が作動し、密閉空間19にある空気が送風機14によって蒸
発器15、加熱器16および加湿器17を通って密閉空間内を
循環させられる。この循環空気は、蒸発器15にて冷却、
かつ減湿され、加熱器16および加湿器17において調温、
かつ調湿され、密閉空間19の湿度および温度を一定に維
持する。

除霜は、切換弁25によって圧縮機12の吐出口と蒸発器
15における冷媒出入口の他方とを、圧縮機12の吸入口あ
るいは液分離器24と凝縮器13の冷媒出入口の一方とを接
続し、電子膨張弁23の開度を変更し、制水弁26を開くこ
とによってなされる。圧縮機12から吐出された冷媒は、
第２図に破線の矢印で示すように、切換弁25および配管
29を通って、蒸発器15に送り込まれ、蒸発器15に蓄積し
ている霜および氷と熱交換して凝縮される。蒸発器15に
付着している霜および氷は冷媒が排熱した熱量によって
融解し、蒸発器15の除霜がなされる。凝縮した冷媒は、
膨張弁23においてあらたに設定された開度でもって減圧
され、凝縮器13にて冷却水と熱交換させられ、吸熱する
ことによって蒸発して、配管28、切換弁25、液分離器24
を通って圧縮機にもどされる。このため、除霜が短時間
でおこなわれ、密閉空間19の温度の乱れが少なく、試験
条件に乱れを生じることなしに、環境試験をおこなえ
る。そして、除霜中に、圧縮機12の吐出圧力が低下し、
制水弁26が閉じ、冷却水が凝縮器13を流れなくなり、凝
縮器13の温度が冷却水と液冷媒との熱交換によって低下
しても、凝縮器温度が２℃になると、制御回路30がサー
モスタット31からの信号によってバイパス弁27を開き、
冷却水がバイパス弁27を経由して凝縮器13を流れて、凝
縮器13を凍結させない。このため、圧縮機12を停止させ
ずに、環境試験の継続をおこなえる。

所定の試験がおわったら、試験物が密閉空間19から取
り出し、装置の運転をとめる。運転をとめることによっ
て、冷凍機も停止し、制水弁26も閉じるが、凝縮器13の
温度がたかいと、制御回路30がバイパス弁27を閉じ、冷
却水が凝縮器13に流さないため、凝縮器13が汚れず、汚
れにもとづく冷凍能力の低下がなくなって、初期性能の
維持を長時間にわたっておこなえる。そして、このとき
に、恒温恒湿装置の周囲温度が低下し、凝縮器の温度が
２℃になると、制御回路30がサーモスタット31からの信
号によってバイパス弁27を開いて、冷却水を凝縮器13に
流すため、凝縮器13が凍結しない。

この恒温恒湿装置において、膨張弁は、電子膨張弁に
よって構成し、環境試験運転および除霜の各々にたいす
る適正開度をひとつの減圧手段によっておこなわせ、し
かも、開度を任意に設定することができるようにさせて
いる、たとえば高温域において開度を調整し、冷却能力
がすくなくすることによって、電力消費をすくなくさせ
ることができるようにさせているが、電子膨張弁のみに
限定されない。同様な機能をはたすことができる他の手
段を採用をおこなえる。第３図はそのような膨張弁とし
ての機能をもつ手段を備える本発明による恒温恒湿装置
を示している。

この恒温項室装置において、膨張弁23は温度膨張弁か
らなっている。温度膨張弁23の出入口には逆止め弁32が
接続されている。さらに、膨張弁23と凝縮器13とのあい
だにも、逆止め弁33が接続されているとともに、キャピ
ラリチューブ34が逆止め弁33の出入口に接続されてい
る。これらの逆止め弁のうち、逆止め弁32は蒸発器15か
ら凝縮器13への冷媒の流れを許容するものからなってお
り、逆止め弁33は凝縮器13から蒸発器15への冷媒の流れ
を許容するものからなっている。

このような膨張弁をもつ恒温恒湿装置では、運転がは
じまると、凝縮器13にて凝縮された冷媒は、逆止め弁33
を通り、膨張弁23にて低温低圧になり、蒸発器15にて熱
交換されたあと、圧縮機12にて圧縮され、ふたたび凝縮
器13に導かれる。試験室内部の空気は、送風機によって
循環させられ、蒸発器15によって冷却、かつ除湿される
とともに、加熱器16および加湿器17によって調温、かつ
調湿され、温度および湿度を一定に維持させられる。

また、除霜に際して、圧縮機12からの冷媒は、切換弁
25によって流れ方向を変えられて蒸発器15に送り込ま
れ、蒸発器15にて熱交換され液冷媒となったあと、逆止
め弁32を通り、キャピラリチューブ34において減圧され
て凝縮器13に入り、凝縮器13にて熱交換発器15に付着し
た霜や氷を融解させる。

また、凝縮器13の機能と蒸発器15のそれとを入れ替え
るための切換弁25は、たとえば第４図に示すように、他
の形態のもの採用することができる。

これにおいて、切換弁は四個の電磁弁から構成されて
いる。電磁弁35,36はシリーズに、電磁弁37、38はシリ
ーズに接続されている。凝縮器13は電磁弁38,35に、蒸
発器15は電磁弁37、36に、液分離器24の入口は電磁弁37
と電磁弁38とのあいだに、圧縮機12の吐出口は電磁弁35
と電磁弁36とのあいだにそれぞれ接続されている。

運転は電磁弁36、38のみが閉じた状態でおこなわれ
る。圧縮機12から吐出された冷媒は、電磁弁35を通って
凝縮器13に導かれ、ここで凝縮されたあと、逆止め弁33
および膨張弁23を経由して蒸発器15に送り込まれ、蒸発
器15において熱交換されたあと、電磁弁37を通って液分
離器24に流れ、圧縮機12に帰還する。試験室内部の循環
空気は、蒸発器15によって冷却、かつ除湿されるととも
に、加熱器および加湿器によって調温、かつ調湿され、
温度および湿度が一定に維持される。

除霜は電磁弁35,37を閉じた状態にておこなわれる。
圧縮器12から吐出された冷媒は、電磁弁36を通って蒸発
器15に送り込まれ、ここで凝縮されたあと、逆止め弁32
およびキャピラリチューブ34を経由して凝縮器13に導か
れ、凝縮器13に付着した霜や氷を融解し、電磁弁38およ
び液分離器24を通って圧縮機12に帰還する。

［発明の効果］ 本発明の恒温恒湿装置は、以上説明したように、除霜
を短時間でもっておこなわせて、試験物をいれる密閉空
間の温度の乱れを少なくしているばかりか、除霜中に、
制水弁が圧縮機吐出圧力の低下などによって閉じても、
さらに、運転を停止していても、凝縮器が凍結しないの
で、つねに信頼性のたかい環境試験をおこなうことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の恒温恒湿装置の一実施例の全体構成を
示す説明図、第２図は冷凍機の構成を示す説明図、第３
図は本発明の恒温恒湿装置の他の実施例における冷凍機
の構成を示す説明図、第４図は本発明の恒温恒湿装置の
さらに他の実施例における冷凍機の構成を示す説明図で
ある。 11……試験室、12……圧縮機、13……凝縮器、14……送
風機、15……蒸発器、16……加熱器、17……加湿器、19
……試験室の密閉空間、23……膨張弁、25……切換手
段、26……制水弁、27……バイパス弁、30,31……検出
手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭57−198561（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−6158（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F24F 5/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】断熱材によって囲まれた密閉可能な空間を
   もつ試験室と、圧縮機、水冷式凝縮器、膨張弁および蒸
   発器を含み、密閉空間に循環空気流を発生させる送風
   機、循環空気流を加熱する加熱器および循環空気の湿度
   調整をおこなう加湿器とともに、蒸発器を循環空気の流
   路上に配置された冷凍機とを具備している恒温恒湿装置
   において、冷凍機が、圧縮機の吐出口を凝縮器に、かつ
   圧縮機の吸入口を蒸発器に接続する第一の位置および圧
   縮機の吸入口を凝縮器に、かつ圧縮機の吐出口を蒸発器
   に接続する第二の位置をもつ切換手段を具備していると
   ともに、凝縮器の冷却系を構成する制水弁をバイパスす
   る弁と、凝縮器の温度を検出し、凝縮器が凍結する温度
   になると、バイパス弁を開く検出手段とを備えているこ
   とを特徴としている恒温恒湿装置。
2. 【請求項２】検出手段が、凝縮器に配置されたサーモス
   タットと、サーモスタットが前記温度を検出したときに
   バイパス弁を開く電気的制御回路とからなっている特許
   請求の範囲第１項に記載の恒温恒湿装置。