JP2801305B2 - 冷熱環境試験装置 - Google Patents

冷熱環境試験装置

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JP2801305B2 JP29415389A JP29415389A JP2801305B2 JP 2801305 B2 JP2801305 B2 JP 2801305B2 JP 29415389 A JP29415389 A JP 29415389A JP 29415389 A JP29415389 A JP 29415389A JP 2801305 B2 JP2801305 B2 JP 2801305B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、試験室、低温室、高温室等を備え、試験室
に試料(例えば半導体)を収納し、試料を低温室からの
冷風または高温室からの熱風に晒して試料の冷熱衝撃テ
ストをするようになっている冷熱環境試験装置に関する
ものである。
[従来の技術] この種の冷熱環境試験装置は、例えば特願昭60−2647
73号(特開昭62−125230号)に開示されているように、
試験室に低温を供給する低温室には、一定回転数で駆動
される冷媒圧縮機を有する冷凍サイクルの蒸発器と、こ
れとは別の加熱器とが配置され、同じく熱風を供給する
高温室には加熱器が配置されている。そして試験室に
は、これらの低温室から冷風または高温室からの熱風が
必要に応じて供給されるようになっている。
[発明が解決しようとする課題] 一般に、この種の試験装置に想定される最低の低温試
験温度は略−65度Cであるので、低温室の予冷温度、即
ち、試験室温度よりも低い温度に低温室の温度を予め下
げておく温度(以下、予冷温度という)は、−75〜−80
度Cである。従って、この予冷温度を得るときには、従
来の試験装置では、蒸発温度、即ち、低温室中に配置さ
れている蒸発器中を流れる冷媒温度は−80〜−85度Cの
状態になるように設定される。又低温試験の最高温度は
略−10度C程度まで設定できるようにするのが普通のこ
とであり、そのため、このときには、予冷温度は−20〜
−25度Cとなし、蒸発温度は−25〜−30度C程度まで上
昇した温度に設定するのであるが、これからみると低媒
循環量が大きくなりすぎ、冷凍能力も大きすぎることに
なる。そこで、従来の試験装置では、−10度C程度の試
験温度における冷凍サイクルの冷凍能力が大きすぎるの
を打ち消すために、冷凍サイクルの圧縮機を一定回転数
で運転する一方で同時に加熱器を運転して所定の予冷温
度の維持を図っている。
以上のように、従来の試験装置においては、冷凍サイ
クルの冷凍能力は低温試験で必要とされる最低温度に合
わせてあり、それよりも高い低温試験温度の場合には、
上記冷凍サイクルの冷凍能力が過大となるので、冷凍サ
イクルによる冷却と同時に加熱器による加熱をプラスし
て所望の温度を維持している。このため、従来の試験装
置は多量のエネルギーを消費している。
したがって本発明は、冷熱環境試験装置において省エ
ネルギー化を図ること、また異なる試験温度間の移行時
間、或は除霜後の再運転時の立ち上がり時間の短縮を図
ることを目的としている。
[課題を解決するための手段] 本発明は、前記目的を達成するために、特許請求の範
囲の各請求項に記載の構成を有する冷熱環境試験装置を
提供する。
[作用] 圧縮機の駆動用モータの回転数Nは、 で示されるように、周波数に比例し変化する。回転数が
変化すると、圧縮機の冷媒の吐出量が変化し、冷媒循環
量も変化する。冷媒の循環量に応じて膨張弁の開度を調
節すれば、冷凍能力を調節できる。
さて準備時間においては、高温室が試験温度より例え
ば30度C高い予熱温度になるように高温室の加熱器はオ
ンされ、他方、低温室が試験温度より約15度C低い予冷
温度になるように圧縮機はインバータ制御により最大回
転数が駆動され、膨張弁は全開とされる。低温室が予冷
温度に達すると、低温室から試験室に冷風を循環させる
ことにより、所定時間低温試験がなされる。試験室の温
度が低温試験温度になると圧縮機の回転数はインバータ
制御により減少され、それと同時に膨張弁の開度も小さ
くされる。このように、冷凍能力が制御されるので、調
温用に働かせる低温室加熱器の消費エネルギーが減り、
省エネ運転が出来ることになる。低温試験が終了した
ら、今度は高温試験に移行する。すなわち、予熱温度に
達している高温室から熱風が試験室に循環され、高温試
験がなされる。この間、低温室は予冷運転に入るが、低
温試験温度から急速に予冷温度に低温室の温度を下げる
べく圧縮器は最初は最大回転数でフル回転し且つ膨張弁
も全開されて最大冷却能力で運転される。そして低温室
の温度が低温試験温度より例えば15度C低い予冷温度に
達すると、インバータ制御により圧縮機の回転数を下
げ、膨張弁の開度も小さくされる。
以下、同様にして、低温試験、高温試験を繰返し、そ
れにより冷熱衝撃テストを行う。
[実 施 例] 本発明の実施に当たっては、冷凍機の圧縮機の回転数
のインバータ制御或は膨張弁の開度の制御等はマイコン
等を用いて実施できるが、それらの回路構成或はマイコ
ンの機能実現手段等は、当業者にとって明かであるの
で、図示説明はしない。
以下本発明の1実施例を添付図面によって説明する。
第1図を参照すると、本実施例に係る試験装置は、高温
室3と、試験室1と、低温室2とから成り、これらが架
台K上に載置されている。試験室1は、この内部に試料
を入れ、低温環境と高温環境とに交互に晒して試料の冷
熱衝撃試験を行う室であり、この室1は、後述するよう
に、ダンパにより開閉されるようになっている。
高温室3には、この室3内の空気を加熱する加熱器18
と、加熱された熱を蓄熱する蓄熱材19と、調温された加
熱空気すなわち熱風を試験室に送風する送風機20とが配
置されている。またこの室3には、準備または予熱段階
に於て熱風を循環させる熱風バイパス通路21が設けられ
ている。尚、電動機22が送風機22の駆動用に設けられて
いる。
低温室2内には、この室2内の空気を冷却する蒸発器
12と、冷却された空気を所定温度に調節して維持する加
熱器13と、調温された冷却空気すなわち冷風を試験室1
に送るための送風機15と、温度復帰時に蓄冷した冷気を
放出する蓄冷材14とが配置されている。また、この室2
内には、高温室2内と同時に、準備または予冷段階に於
て冷風を循環させる冷風バイパス通路16が設けられてい
る。尚、電動機17が送風機15の駆動用に設けられてい
る。
試験室1と低温室2との仕切り壁には、冷風を試験室
1内に流入させるための冷風供給口4及び試験室1内か
ら冷風を排出させるための冷風排出口5が設けられてい
る。冷風供給口4及び排出口5にはこれらを開閉する冷
風切り替えダンパ6及び7が設けられている。又、試験
室1と高温室3との仕切り壁には、熱風を試験室1に流
入させるための熱風供給口8及び熱風排出口9が設けら
れ、これらの供給口及び排出口には、これらを開閉する
熱風切り替えダンパ10,11が設けられている。これらの
ダンパ4,5,10,11は冷熱衝撃試験中に適宜開閉される。
なお、ダンパ23はダンパ6が閉のときは図示実線の位置
をとって低温室2内の冷風をパイパス通路16へ向け、ま
た、ダンパ6が開のときはバイパス通路16を閉じて低温
室2内の冷風を試験室1の方へ向ける働きをする補助ダ
ンパである。ダンパ24は、高温室3について同様の働き
をする補助ダンパである。
次に、第2図により、この試験装置に用いられる二元
冷凍サイクル系統を説明する。本冷凍サイクル系統は、
高温サイクルAと低温サイクルBとからなり、高温サイ
クルAは圧縮機36、凝縮器37、並列的に設けられた膨張
弁40,41,42(そのうちの2つには直列的に電磁弁38,39
が夫々設けられている)およびカスケード熱交換器27か
ら構成されている。
低温サイクルBは、圧縮機25、カスケード熱交換器2
7、並列的に設けられた膨張弁30,31,32(そのうちの2
つには直列的に電磁弁28,29が夫々設けられている)、
および低温室2内に設けられている蒸発器12から構成さ
れている。尚、符号26は油分離器を示し、リリーフ弁3
3、膨張タンク3、キャピラリ35は、低温サイクルBが
圧力上昇したときに作動し、圧力を低圧側に逃がすため
のものである。
上記実施例の作用について第3図により説明する。
いま、運転前の状態において試験室1内の温度は25度
Cであるとし、高温試験の熱風温度が150度C、低温試
験の冷風温度が−55度Cと仮定する。更に、低温室2の
予冷温度は低温試験温度より15度低い−70度Cとし、高
温室3の予熱温度は高温試験温度より30度高い180度C
と仮定して説明する。
運転の初めは、試験室1の温度も、低温室2の温度
も、高温室3の温度も、ともに25度C(イ)である。そ
こで準備運転をする。冷風切り替えダンパ6,7及び熱風
切り替えダンパ10,11を閉じ、低温室2は、この室2に
設けられている図示されないセンサにより、該室2内の
空気を予冷温度すなわち−70C度(ハ)になるまで、冷
風バイパス通路16を循環させながら、蒸発器12を作動さ
せる。
このときの冷媒の流れを説明すると、第2図に示す高
温サイクルAの圧縮機36より吐出した冷媒ガスは、凝縮
器37で外気または冷却水に放熱して凝縮する。凝縮した
冷媒は、膨張弁40,41,42で減圧されカスケード熱交換器
27に流入し、ここで低温サイクルBとの熱交換により蒸
発して圧縮器36に戻る。他方、低温サイクルBの圧縮器
25より吐出された冷媒ガスは、カスケード熱交換器27に
て前述の高温サイクルAに放熱し、冷却されて凝縮す
る。この凝縮液は、膨張弁30,31,32により減圧された
後、蒸発器12に流入し、低温室2の空気を冷却して、蒸
発し、圧縮器25に戻る。このとき、電磁弁28,29,38,39
は全て開であり、膨張弁30,31,32,40,41,42の全てに冷
媒が流され、且つ、圧縮器25,36は最大周波数75Hzで駆
動され、最大冷凍能力で運転される。
一方、高温室3の加熱器18もオンされ、高温室3は予
熱温度(ロ)に達する。
このようにして準備が出来たら、冷風切り替えダンパ
6,7が開かれ、低温試験が実施される。試験室1の温度
は25度C(ハ)から−55度C(ニ)の試験温度まで下が
り、他方、低温室2の温度は蓄冷材14による放冷を伴い
ながら上昇する。センサにより試験室1の温度が低温試
験温度(ニ)まで下ったことが検知されると加熱器13が
入って調温するのであるが、この場合、センサによる上
記の検知により、圧縮機はインバータ制御により徐々に
回転数が減らされ、各2個の電磁弁(28,29),(38,3
9)も閉じられて冷凍能力が調節され、これにより低温
室2の加熱器13の加熱量を節約する。
次に、高温試験のために、冷風切り替えダンパ6,7は
閉じられ、熱風切り替えダンパ10,11は開かれる。高温
室3は予熱温度180度C(ロ)に達しており、熱風が試
験室1に送風され、試験室1の温度は高温試験温度150
度Cになる。
この間に、低温室2では予冷が行われるが、低温室2
は低温試験温度(−55度C)近く(ホ)まで上昇してい
るので、圧縮機は75Hzでフル運転され、全ての電磁弁2
8,29,38,39も開にされ、低温室2を予冷温度である−70
度C(ヘ)まで急速に下げる。予冷温度に達すると、次
の低温試験開始までは、圧縮機の回転数を例えば50Hzに
落とし、電磁弁も各1個(28又は29),(38又は39)だ
け開かれ、省エネ運転される。以下同様にして冷熱衝撃
試験が繰り返し実施される。
以下の実施例では、冷凍サイクルの冷凍能力の制御は
段階的制御であるが、これを連続制御としてもよい。連
続制御においては、試験室の風上または風下の試験室空
気温度もしくは試料の温度と、設定試験温度との温度差
に応じて、冷凍機の圧縮機の回転数が制御され、それと
同時に膨張弁も比例電磁弁等を適用して連続的に開度調
節することにより、連続的に冷凍能力が制御される。
このように、本発明によれば、各運転状態あるいは各
モードに応じて最適な冷凍能力を発揮でき、省エネルギ
ー化された冷熱環境試験をすることが出来る。
[発明の効果] 以上、詳述したように、本発明によると各運転モード
や運転状況に応じて冷凍能力が段階的にあるいは連続的
に制御されるので、エネルギーの消費を少なくすること
が出来る。
又、本発明によると、圧縮機はインバータ制御される
ので、1ランク上の容量の圧縮機を使用しても動力費が
かさむことはなく、そのような容量の大きい圧縮機を使
用することにより、準備もしくは予冷運転中の急速冷
却、温度復帰時間の短縮等が図られ、トータル的な試験
時間の短縮が可能となり、省エネルギー化も可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の1実施例に係る冷熱環境試験装置を示
す縦断面図、第2図は同実施例における二元冷凍サイク
ルの系統図、第3図は同実施例の作用を説明するための
図である。 1……試験室、2……低温室、 3……高温室 6,7……冷風切り替えダンパ 10,11……熱風切り替えダンパ 12……蒸発器 28,29,38,39……電磁弁 30,31,32,40,41,42……膨張弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特公 昭58−49817(JP,B2) 日本冷凍協会「冷凍」1987−6(Vo l.62,No.716)P.51−55 日本冷凍協会「冷凍」1987−11(Vo l.62,No.721)P.47−53 日本冷凍協会「冷凍」1988−10(Vo l.63,No.732)P.55−64 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01N 3/60 G01N 17/00 - 17/04

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】試験室、低温室、高温室が独立的に配置さ
    れ、前記低温室には少なくともインバータ制御される圧
    縮機を備えた冷凍サイクルの蒸発器が、又、前記高温室
    には加熱器が設けられ、ダンパの切り替えにより低温室
    からの冷風または高温室からの熱風を前記試験室に循環
    させるようにした冷熱環境試験装置において、 前記冷凍サイクルは、圧縮機、凝縮器、膨張弁およびカ
    スケード熱交換器を含む高温サイクルと、圧縮機、前記
    高温サイクルと共用の前記カスケード熱交換器、膨張弁
    および蒸発器を含む低温サイクルとで構成された二元冷
    凍サイクルであり、該二元冷凍サイクルにおける前記圧
    縮機は、低温室の準備運転モードから低温試験運転モー
    ドへの移行中、低温試験から高温試験への切り替え時に
    おける低温試験運転モードから予冷運転モードへの移行
    中および高温試験から低温試験への切り替え時における
    低温試験運転モードから予冷運転モードへの移行中には
    最大周波数のインバータ制御により回転数が制御される
    と同時に前記冷凍サイクル中の前記膨張弁の開度も制御
    されて、冷凍能力が連続または階段的に制御されるよう
    に構成されていることを特徴とする冷熱環境試験装置。
  2. 【請求項2】試験室中の風上または風下の試験室空気温
    度もしくは試料の温度と設定試験温度との温度差に応じ
    て、インバータ制御により冷凍サイクルの圧縮器の回転
    数が制御されると同時に冷凍サイクル中の膨張弁の開度
    も制御されて、冷凍能力が連続または段階的に制御され
    るように構成されていることを特徴とする請求項1記載
    の冷熱環境試験装置。
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