JP2786696B2 - 冷熱サイクル装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は精密機器、その材料や部品、その他各種電子
部品等の熱衝撃に対する耐久性、信頼性や各種温度サイ
クル雰囲気に対する耐久性、信頼性等を調べる冷熱サイ
クル装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種の装置は、例えば特公昭58−49817号公
報に開示されているように、試料を出し入れすることが
できる試験槽と、高温気体を試験槽に供給するための高
温気体供給槽と、低温気体を試験槽に供給するための低
温気体供給槽と、さらに必要に応じ、外気を試験槽に供
給するための外気供給手段とを備えている。

該高温および低温気体供給槽ならびに外気供給手段は
それぞれ開閉断熱扉を備えており、該扉の開閉によって
それらは試験槽と連通または遮断関係におかれる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、前記従来装置によると、高温または低温気体
供給槽から供給される気体ならびに外気供給手段からの
外気はいずれも断熱扉が開閉するためのスペースを通過
して初めて試験槽へ導かれる。

また、反対側の同様のスペースを通って試験槽から出
て行く。

従って、該断熱扉開閉スペースは試験槽内温度とほぼ
同温度になっており、そのため、試験槽内温度を切り換
えるときには該断熱扉開閉スペースも同様に温度変化さ
せなければならず、それだけ試験槽内の温度切り換えが
遅れるという問題がある。

また、断熱扉開閉スペースも同様に温度変化させなけ
ればならないので、熱的損失が大きく、この損失を補う
ために高温気体供給槽および低温気体供給槽の熱容量を
大きくし、高温気体供給槽の加熱手段および低温気体供
給槽の冷却手段の能力を大きくする必要があり、その結
果、装置がコスト高につくとともに大形化するという問
題がある。

そこで本発明は、従来装置に比べると容量の小さい
加熱手段および（または）冷却手段を用いて速やかに試
験槽内を所定温度に切り換えることができ、また、それ
によって、従来装置に比べると装置全体を小形化して
装置設置空間や面積を節約することができる冷熱サイク
ル装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は前記目的に従い、試験槽と、気体を流入させ
るとともに流出させるための一対の通気口をそれぞれ有
する高温気体供給槽および低温気体供給槽と、前記高温
および低温気体供給槽の各通気口に対し設けられ、該気
体供給槽と前記試験槽とを遮断または連通させるための
通気口開閉手段を有し、前記高温および低温気体供給槽
の少なくとも一方における各通気口開閉手段は、それが
設けられた気体供給槽に入って通気口を閉じる位置と該
気体供給槽より出て該槽と前記試験槽を接続する位置と
を往復動できる可動ダクトからなることを特徴とする冷
熱サイクル装置を提供するものである。

前記高温および低温気体供給槽の各通気口開閉手段
は、必要に応じ、すべて前記可動ダクトからなっていて
もよいが、前記両気体供給槽のいずれか一方における通
気口開閉手段のみが前記可動ダクトからなっているだけ
でもよい。

前記冷熱サイクル装置は、必要に応じ、常温気体供給
手段を備えることができる。

該常温気体供給手段としては、外気を試験槽に供給で
きる外気供給手段であっても、所定の常温に温度制御さ
れた気体を試験槽に供給できる常温気体供給槽であって
もよい。

いずれの場合でも、該常温気体供給手段は気体を流入
させるとともに流出させるための一対の通気口を有し、
該各通気口には該常温気体供給手段と前記試験槽とを遮
断または連通させるための通気口開閉手段を備えてい
る。

該常温気体供給手段の各通気口開閉手段は、該常温気
体供給手段に入ってその通気口を閉じる位置と該常温気
体供給手段より出て該手段と前記試験槽とを接続する位
置とを往復動できる可動ダクトからなっていてもよい。

〔作 用〕

本発明冷熱サイクル装置によると、試験槽内に試料が
収納され、高温さらしのときには、該試験槽と高温気体
供給槽とを結ぶ通気口開閉手段が開かれ、低温気体供給
槽は閉じられる。この状態で高温気体が高温気体供給槽
から試験槽に循環し、試料が高温雰囲気にさらされる。

低温さらしのときには、試験槽と低温気体供給槽とを
結ぶ通気口開閉手段が開かれ、高温気体供給槽は閉じら
れる。この状態で低温気体が低温気体供給槽から試験槽
に循環し、試料は低温雰囲気にさらされる。

通気口開閉手段が前記可動ダクトからなる場合、該可
動ダクトが設けられている気体供給槽は、該可動ダクト
が該気体供給槽内に収納されることによって閉じられ、
該可動ダクトが該気体供給槽から出て試料槽と接続され
ることにより該気体供給槽内気体が試験槽に循環する。
この場合、該可動ダクトはそれが付属している気体供給
槽内温度にすでに予熱または予冷されており、試験槽内
温度は速やかに切り換えられる。

常温気体供給手段が設けられていて試料を常温にさら
すときには、試験槽と該常温気体供給手段とを結ぶ通気
口開閉手段を開くとともに、高温および低温気体供給槽
を閉じ、試験槽に常温気体を循環させる。

常温気体供給手段が外気供給手段であるときには、外
気が試験槽に循環し、常温気体供給手段が気体温度制御
可能な常温気体供給槽であるときには、該槽によって所
定常温に制御された気体が試験槽に循環する。

さらに、常温気体供給手段における通気口開閉手段が
前記可動ダクトであるときには、該可動ダクトを常温気
体供給手段へ収納することにより該手段を閉じることが
でき、該可動ダクトを常温気体供給手段から出して前記
試験槽に接続すると、常温気体を試験槽に循環させるこ
とができる。

なお、待機中の各気体供給槽は、次の使用に備え、必
要に応じ、準備運転される。

〔実 施 例〕 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

図示の冷熱サイクル装置は、試験槽１、試験槽１の上
側に隣合わせて設けられた高温気体供給槽２、試験槽１
の下側に隣合わせて設けられた低温気体供給槽３および
試験槽１の背後に隣合わせて設けられた常温気体供給槽
４を備えている。

試験槽１は前面に試料出し入れ用の開閉自在扉11を有
し、試験槽１と高温気体供給槽２との間には断熱壁12
が、試験槽１と低温気体供給槽３との間には断熱壁13
が、試験槽１と常温気体供給槽４との間には断熱壁14が
それぞれ設けられている。試験槽１の左右は断熱壁15、
15によって塞がれている。また、高温気体供給槽２は断
熱壁20により、低温気体供給槽３は断熱壁30により、常
温気体供給槽４は断熱壁40により囲まれている。

断熱壁12、13、14のそれぞれにおいて試験槽１の一端
部（第１図上、左端部）に臨む部分には、試験槽１と高
温気体供給槽２とを結ぶ通気口21、試験槽１と低温気体
供給槽３とを結ぶ通気口31および試験槽１と常温気体供
給槽４とを結ぶ通気口41が設けられており、それらには
それぞれ可動ダクト51、61、71が設けられている。

断熱壁12、13、14のそれぞれにおいて試験槽１の他端
部（第１図上、右端部）に臨む部分には、試験槽１と高
温気体供給槽２とを結ぶ通気口22、試験槽１と低温気体
供給槽３とを結ぶ通気口32および試験槽１と常温気体供
給槽４とを結ぶ通気口42が設けられており、それらには
可動ダクト52、62、72が設けられている。

高温気体供給槽２には加熱器23、該加熱器上流側に配
置された蓄熱器24および加熱器下流側に配置され且つ通
気口21に臨む気体循環用ファン25を備えている。ファン
25はモータ25aによって駆動される。

なお第１図中、高温気体供給槽２において符号26で示
されるものは回動可能なダンパであり、27は気体の内部
循環用のバイパスである。これらダンパは、高温気体供
給槽２使用中はバイパス27を閉じているが、準備運転中
には横に倒れてバイパス27を開く。

低温気体供給槽３は蒸発器33、該蒸発器上流側の蓄冷
器34、蒸発器下流側の温調用加熱器35および気体循環用
ファン36を備えている。ファン36は通気口31に臨んでお
り、モータ36aによって駆動される。

なお第１図中、低温気体供給槽３において符号37で示
されるものは回動可能なダンパであり、38は気体の内部
循環用のバイパスである。これらダンパは、低温気体供
給槽３使用中はバイパスを閉じているが、準備運転中に
は横に倒れてバイパスを開く。

常温気体供給槽４は気体温度制御用の熱交換器43と該
熱交換器の下流側且つ通気口41に臨む位置に気体循環用
ファン44を備えている。該ファンはモータ44aにより駆
動される。

なお、常温気体供給槽４にも、高温および低温気体供
給槽におけるバイパス27、38およびこれを開閉するダン
パ26、27と同様の図示しないバイパスおよびダンパが設
けられており、常温気体供給槽４が準備運転中には該ダ
ンパが開かれ、該バイパスに気体が循環する。

試験槽１の両端部（第１図において左右両端部）に
は、前記通気口および可動ダクトの可動スペースよりも
内側に格子または網板16、16が設けられており、これら
は試験槽１内の試料が通気口に入り込まないように安全
のため設けられているものであるが、整流機能を備えて
いることが望ましいものである。

各可動ダクトは第３図に示すように、一部を除いて同
形状、同構造をしており、気体供給槽内に配置される一
端81が開放されているとともに該開放端81に連続する一
側面82が開放されており、他端83は閉じられている。可
動ダクトの壁体は断熱性を有している。また、他端83に
はその周縁より若干外方へ張り出す断熱板84が設けられ
ている。

各可動ダクトは、正面および背面にそれぞれガイドロ
ーラ85を有し、これらローラは、第３図中に可動ダクト
51において代表的に示すように、気体供給槽内に設けた
ガイドレール86に沿って転動する。

また、第３図中に可動ダクト61において代表的に示す
ように、ダクト開放側面82と反対側の側壁87にはラック
88が設けられており、該ラックにはピニオン89が噛合
し、該ピニオンはトルクリミッタカプリング90を介して
ギァドモータ91によって駆動される。モータ91の正転逆
転運転によってピニオン89が正転逆転運転され、これに
ともなって可動ダクトが対応する気体供給槽通気口を通
って往復動することができる。各可動ダクトの往復動の
方向は第３図に矢印で示す方向である。該往復動は、可
動ダクトが対応する気体供給槽に収納されて断熱板84が
通気口周囲に設けたパッキンＰ（第１図、第２図参照）
に当接する位置、すなわち気体供給槽の通気口を気密に
閉じる位置から該気体供給槽より突出して試験槽１の格
子16を覆い且つ格子より内側の中央部に連通する位置ま
でである。

なお、第３図は可動ダクト51についてのみガイドロー
ラ85およびガイドレール86を示し、可動ダクト61につい
てのみダクト駆動手段88〜91を示しているが、他の可動
ダクトについても同様なガイド手段および駆動手段が設
けられている。

なお、前記ダクトガイド手段に代えて、スライドレー
ル、リニアースライド、板状ガイド等を採用してもよ
い。

各駆動モータ91にはタイミングベルト92を連動させ、
該ベルトの走行路には発光素子93aと受光素子93bからな
る光電センサ93を配置し、この光電センサをベルト92に
設けた遮光板94で遮光するようにし、これによって可動
ダクトの後退限度および突出限度を規制している。

なお、このようなセンサに代えて、リミットスイッ
チ、ロータリエンコーダ、リニアスケール等を利用して
もよい。

また、第３図に示す可動ダクト駆動手段88〜91に代え
て、第４図に示す駆動手段を採用してもよい。第４図は
可動ダクト61を例にとって示している。

該駆動手段は可動ダクト61に連結した一対のワイヤケ
ーブル95をプーリ96に巻き掛けるとともに該ケーブルを
ロッドレスシリンダ97に連結し、該シリンダ駆動にてケ
ーブル95を往復駆動し、それによって可動ダクト61を突
出または後退駆動するものである。

なお、ダクト51、61、71の各側壁87にはファンシャフ
トが遊嵌する長い切り込み87aがダクト往復動方向に設
けられている。

前記冷熱サイクル装置によると、図示しない試料を試
験槽１の扉11を開いて該試験槽に収納し、扉11を閉めた
のち、該試料を所望のサイクルで高温雰囲気、低温雰囲
気、常温雰囲気という異なる熱雰囲気にさらすことがで
き、それによって熱衝撃、各種熱雰囲気に対する該試料
の耐久性、信頼性等を試験することができる。

高温さらし運転、低温さらし運転、常温さらし運転の
それぞれについてさらに詳細に説明する。

高温さらし運転 低温気体供給槽３における可動ダクト61、62を槽３内
へ収納して該槽の通気口31、32を閉じるとともに常温気
体供給槽４における可動ダクト71、72を槽４内に収納し
て槽４の通気口41、42を閉じる。

一方、高温気体供給槽２の可動ダクト51、52を槽２か
ら下方へ突出させて槽２の通気口21、22を開くとともに
試験槽の両安全格子16、16を各可動ダクト51、52の開放
側面82で覆い、それによって高温気体供給槽２と試験槽
１とを可動ダクト51、52で連通させる。

高温気体供給槽２内で発生した高温気体はファン25の
運転により一方のダクト51を介して試験槽１の中央部へ
流入し、さらに他方のダクト52を介して槽２へ戻るよう
に循環する。

かくして試験槽１内の試料は所定の高温に所定時間さ
らされる。

この高温さらしの間、低温気体供給槽３では次の低温
さらし運転に備え、直ちに所定の低温気体を供給できる
ように準備運転される。また、常温気体供給槽４でも準
備運転される。

低温さらし運転 高温気体供給槽２における可動ダクト51、52を槽２内
へ収納して該槽の通気口21、22を閉じるとともに常温気
体供給槽４における可動ダクト71、72を槽４内に収納し
て槽４の通気口41、42を閉じる。

一方、低温気体供給槽３の可動ダクト61、62を槽３か
ら上方へ突出させて槽３の通気口31、32を開くとともに
試験槽の両安全格子16、16を各可動ダクト61、62の開放
側面82で覆い、それによって低温気体供給槽３と試験槽
１とを可動ダクト61、62で連通させる。

低温気体供給槽３内で発生した低温気体はファン36の
運転により一方のダクト61を介して試験槽１の中央部へ
流入し、さらに他方のダクト62を介して槽３へ戻るよう
に循環する。

かくして試験槽１内の試料は所定の低温に所定時間さ
らされる。

この低温さらしの間、高温気体供給槽２では次の高温
さらし運転に備え、直ちに所定の高温気体を供給できる
ように準備運転される。また、常温気体供給槽４でも準
備運転される。

常温さらし運転 高温気体供給槽２における可動ダクト51、52を槽２内
へ収納して該槽を閉じるとともに低温気体供給槽３にお
ける可動ダクト61、62を槽３内に収納して槽３を閉じ
る。

一方、常温気体供給槽４の可動ダクト71、72を槽４か
ら前方へ突出させて槽４の通気口41、42を開くとともに
試験槽の両安全格子16、16を各可動ダクト71、72の開放
側面82で覆い、それによって常温気体供給槽４と試験槽
１とを可動ダクト71、72で連通させる。

熱交換器43にて所定常温に制御された常温気体供給槽
４内気体はファン44の運転により一方のダクト71を介し
て試験槽１の中央部へ流入し、さらに他方のダクト72を
介して槽４へ戻るように循環する。

かくして試験槽１内の試料は所定の常温に所定時間さ
らされる。

この常温さらしの間、高温気体供給槽２および低温気
体供給槽３では次の高温さらし運転および低温さらし運
転に備え準備運転される。

前記いずれかのさらし運転から次のさらし運転に切り
換える場合、いままでのさらし運転に使用されていた気
体供給槽に付属の各可動ダクトは、該気体供給槽内へ収
納され、次の気体供給槽からそれに付属の可動ダクトが
突出し、該ダクトを介して次の所定温度気体が試験槽１
に循環し、しかも、そのとき使用される可動ダクトは待
機中に気体供給槽内において該気体供給槽内温度と同温
度なされているとともに可動ダクトが往復動するスペー
ス壁体にふれることなく直接試験槽１に循環するので、
それだけ熱損失が少なく、試験槽１内温度や速やかに所
望温度に切り換えることができる。特に、熱衝撃試験に
はきわめて有利である。

また、このように試験槽１内温度を速やかに切り換え
ることができるので、高温気体供給槽２における加熱器
23の能力および蓄熱器24の容量、低温気体供給槽３にお
ける蒸発器33の能力および蓄冷器34の容量、さらに常温
気体供給槽４における熱交換器43の能力はそれぞれそれ
だけ小さくてもよく、従ってそれだけ冷熱サイクル装置
コストを引き下げることができるとともに、装置を小形
化して装置設置空間、面積等を節約することができる。

なお、本発明は前記実施例に限定されるものではな
く、他にも様々の態様で実施することができる。

例えば、前記実施例では、常温気体供給槽４が設けら
れているが、常温さらしを行う必要がない場合には、こ
れはなくてもよい。

常温さらしを行う場合においても、前記気体供給槽４
に代えて、図示しない外気供給手段を採用してもよい。
この外気供給手段を採用する場合でも、該手段の通気口
開閉手段として、前記実施例におけるような可動ダクト
を採用することができる。

また、各さらし運転時の気体温度等にもよるが、場合
によっては、高温気体供給槽２および低温気体供給槽３
のいずれか一方のみに前記実施例における可動ダクトを
採用し、他の通気口については従来から知られている開
閉扉を採用してもよい。

さらに付言すると、各気体供給槽に出入するダクトを
第５図に示すように、両端および一側面開放の溝形のも
のＡとし、これを各気体供給槽の通気口に設け、一方、
第６図において、高温および低温気体供給槽の通気口2
1、31部分にて代表的に示すように、各気体供給装置の
通気口を断熱性を有する回動ダンパＤ（スライド式等の
ものでもよい）にて開閉するようにし、例えば高温気体
供給槽２の通気口21におけるダクトＡの場合には、該ダ
クトＡが槽２より出、さらに必要に応じ、ダクト下端ａ
が低温気体供給槽３の通気口31を閉じているダンパＤに
当接することにより槽２と試験槽１とが連通し、該ダク
トＡを上昇させて槽２へ収納するとともにダンパＤにて
通気口21を閉じることにより槽２と試験槽１を遮断する
ようにしてもよい。各ダクトＡの駆動手段には前述のも
のを採用できる。また、ダンパＤの回動はラックピニオ
ン機構等の歯車伝動装置や適当なリンク機構を介して電
動モータ、、シリンダ駆動装置等により容易に行える。
このように構成しても前記実施例と同様の効果が得られ
る。

〔発明の効果〕

本発明冷熱サイクル装置によると、従来装置に比べ
ると容量の小さい加熱手段及び（または）、冷却手段を
用いて速やかに試験槽内を所定温度に切り換えることが
でき、また、それによって、従来装置に比べると装置
全体を小形化して装置設置空間や面積を節約することが
できる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は一実施例
の断面図、第２図は第１図のＸ−Ｘ線に沿う断面図、第
３図は各可動ダクトおよび可動ダクト駆動手段の一例の
斜視図、第４図は可動ダクト駆動手段の他の例の斜視図
である。第５図は可動ダクトの他の例の斜視図、第６図
は第５図に示すダクトを使用した冷熱サイクル装置の一
部の断面図である。 １……試験槽 ２……高温気体供給槽 ３……低温気体供給槽 ４……常温気体供給槽 21、22、31、32、41、42……通気口 51、52、61、62、71、72……可動ダクト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 辻子 嘉郎 大阪府大阪市北区天神橋３丁目５番６号 タバイエスペック株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01N 3/60 G01N 17/00 G01R 31/00 B01L 11/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試験槽と、気体を流入させるとともに流出
   させるための一対の通気口をそれぞれ有する高温気体供
   給槽および低温気体供給槽と、前記高温および低温気体
   供給槽の各通気口に対し設けられ、該気体供給槽と前記
   試験槽とを遮断または連通させるための通気口開閉手段
   を有し、前記高温および低温気体供給槽の少なくとも一
   方における各通気口開閉手段は、それが設けられた気体
   供給槽に入って通気口を閉じる位置と該気体供給槽より
   出て該槽と前記試験槽を接続する位置とを往復動できる
   可動ダクトからなることを特徴とする冷熱サイクル装
   置。
2. 【請求項２】気体を流入させるとともに流出させるため
   の一対の通気口を有する常温気体供給手段を備え、該通
   気口には該常温気体供給手段と前記試験槽とを遮断また
   は連通させるための通気口開閉手段が設けられている請
   求項１記載の冷熱サイクル装置。
3. 【請求項３】前記常温気体供給手段の各通気口開閉手段
   は、該常温気体供給手段に入って通気口を閉じる位置と
   該常温気体供給手段より出て該手段と前記試験槽とを接
   続する位置とを往復動できる可動ダクトからなることを
   特徴とする請求項２記載の冷熱サイクル装置。