JP2835780B2 - 冷熱衝撃試験装置 - Google Patents

冷熱衝撃試験装置

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体等の冷却、加熱繰返し試験を行う冷
熱衝撃試験装置に係り、特に冷凍装置として油潤滑の圧
縮式冷凍機を含んで成る冷熱衝撃試験装置に関する。
〔従来の技術〕
半導体等の冷却、加熱繰返し試験を行う冷熱衝撃試験
装置としては、例えば、特開昭62−125230号公報記載の
ものがある。これは、試験室と該試験室に隣接する低温
室及び高温室を備え、これら低温室及び高温室に蓄えら
れた低温の気体、高温の気体を交互に試験室に送りこん
で、試験室内の半導体等の試料を加熱冷却して熱的な衝
撃を加えるものである。
気体冷却用に備えられている冷凍装置は、定められた
サイクルで出力を変化させる必要があり、圧縮式冷凍機
の場合は回転数を変化させているのが普通である。ま
た、試験室を冷却する際は、できるだけ温度勾配をつよ
くするために冷凍機は全出力で運転される。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術において用いられている圧縮式冷凍機は
通常油潤滑されており、潤滑油が圧縮された冷媒ととも
に圧縮機から吐出されるので、この油を回収するために
圧縮機の吐出側に油分離器が設けられており、分離され
た油を圧縮機に還流させるようにしてある。油分離器に
溜った油が断続的に圧縮機の吸込み側配管に還流すると
圧縮機の性能が一時的に低下し、冷凍サイクルが乱れて
冷凍能力が低下してしまう。冷凍サイクルが安定し、回
復するまで数十分を要する。試験装置が高温サイクルの
状態で冷凍能力が低下しても試験装置の性能には影響し
ないが、試験室の低温試験移行時及び低温槽予冷運転時
等冷凍機が全出力で運転され、最大の冷凍能力を発揮す
べき時に油の還流に伴う冷凍能力の低下が生じると、試
験装置の冷却加熱サイクルに乱れを生じ、適正な試験結
果が得られない恐れがある。
本発明の課題は、冷凍能力を最大限発揮すべきとき
に、油戻りによる冷凍能力の低下が発生するのを回避す
るにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記の課題は、試験室、低温槽、高温槽を各独立に配
設し、油潤滑の圧縮機を備えた冷凍装置により低温槽内
の気体を冷却するとともに、加熱された高温気体を高温
槽内に保持し、該高温気体と前記低温槽内の気体を交互
に試験室内に送りこんで試験室内に配置された試料を加
熱冷却する冷熱衝撃試験装置において、前記圧縮機の吐
出側配管に油分離器を設置し、該油分離器に溜った油を
前記圧縮機の吸込み側配管に還流させる油戻し管を設
け、該油戻し管に電磁弁を介装し、該電磁弁の開閉を制
御する電磁弁制御手段を設けることにより達成される。
上記の課題はまた、電磁弁制御手段が、予め設定され
た時間間隔で電磁弁を開閉するものである請求項1に記
載の冷熱衝撃試験装置によっても達成される。
上記の課題はまた、電磁弁制御手段が、低温槽の温度
を検出する温度検出手段と、検出された温度が所定の温
度に達したときに起動するタイマー手段とを備え、予め
設定された温度と、所定の温度に達してからの経過時間
に基づいて電磁弁を開閉するものである請求項1に記載
の冷熱衝撃試験装置によっても達成される。
上記の課題はさらに、圧縮機の回転数制御が、インバ
ータ制御により行われるものである請求項1乃至3のい
ずれかの項に記載の冷熱衝撃試験装置によっても達成さ
れる。
〔作用〕
油戻し管に装着された電磁弁は、電磁弁制御手段によ
り冷凍機が最大出力をを発揮すべきときに閉鎖される。
電磁弁の閉鎖により、油分離器から圧縮機吸込み側配管
への油の還流が一時的に停止され、その間、冷凍能力の
低下は発生しない。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1〜3図に従って説明す
る。第1図は本発明の冷熱衝撃試験装置を示す縦断面
図、第2図は本発明の二元冷凍サイクル系統図、第3図
は本発明の冷熱衝撃試験装置の温度サイクルと圧縮機の
周波数変更制御および容量制御電磁弁の制御、油戻し電
磁弁の動作図を示している。
第1図に示す冷熱衝撃試験装置は、試料を試験室1に
収納し、該試験室内を低温環境と高温環境とに交互に変
化させて試料の冷熱衝撃試験を行うもので、試験室1
と、その試験室1に対してそれぞれ独立する冷風発生用
低温槽2および熱風発生用高温槽3とを備えている。試
験室1と低温槽2との仕切壁には、冷風を試験室に流入
させる冷風供給口4および試験室1内の冷風を排出させ
る冷風排出口5が設けられている。その冷風供給口4お
よび排出口5には、これを開閉する冷風切換ダンパ6お
よび7が設けられている。また試験室1と高温槽3との
仕切壁には熱風を試験室内に流入させる熱風供給口8お
よび熱風排出口9が設けられている。その熱風供給口8
および熱風排出口9には、これを開閉する熱風切換ダン
パ10および11が設けられている。前記低温槽2内には、
該室内の空気を冷却する熱発器12と、冷却された空気を
所定温度に調節して保持する加熱器13が配設されるとと
もに、調温された冷却空気(以下冷風という)を試験室
1に送るための送風機15が設置され、準備段階における
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。
蒸発器12の風上側には、温度復帰時、蓄冷した冷気を
放熱する蓄冷材14が配設されている。
電動機17は、送風機15の駆動用である。また冷風が冷
風バイパス通路16を通るときには、冷風切換ダンパ6,7
が実線のごとく閉じ、さらにサブダンパ23も実線のごと
く閉じる。前記高温槽3内には、該室内の空気を加熱す
る加熱器18と加熱器18の熱量を蓄熱し、加熱された空気
を所定温度に保持する蓄熱材19と、調温された加熱空気
(以下熱風という)を試験室1に送るための送風機20と
が配置されると共に、準備段階において熱風を循環させ
る熱風バイパス通路21が設けられている。電動機22は、
送風機20の駆動用である。また準備段階においては、熱
風が熱風バイパス通路21を通るときには、熱風切換ダン
パ10,11が実線のごとく閉じ、さらにサブダンパ24も実
線のごとく閉じる。
次に高温サイクルAと低温サイクルBとからなる二元
冷凍サイクル系統を第2図によって説明する。高温サイ
クルAは、圧縮機(回転形)36,該圧縮機(回転形)36
の吐出側に接続された凝縮器37,該凝縮器37の出口側と
カスケード熱交換器27の入り口側を結ぶ配管に介装され
た膨張弁D40,該膨張弁D40をバイパスする配管60に装着
された電磁弁C38と膨張弁E41P,膨張弁D40をバイパスす
る配管61に装着された電磁弁D39と膨張弁F42,前記圧縮
機(回転形)36の吸込み側にその出口側を接続されたカ
スケード熱交換器27により構成される。
低温サイクルBは、圧縮機(回転形)25,該圧縮機
(回転形)25の吐出側に油分離器26を介して接続された
カスケード熱交換器27,該カスケード熱交換器27の出口
側に膨張弁A30を介して接続され低温槽2内に配説され
た蒸発器12,前記膨張弁A30をバイパスする配管62に介装
された電磁弁A28と膨張弁B31,前記膨張弁A30をバイパス
する配管63に介装された電磁弁B29と膨張弁C32より構成
される。蒸発器12の出口側は前記圧縮器25の吸込み側に
接続され、油分離器26の出口側配管と凝縮器12の出口側
配管とは、リリーフ弁33、膨張タンク34、キャピラリー
35を直列に装着した圧力逃がし管64により接続されてい
る。リリーフ弁33,膨張タンク34,キャピラリー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
側に逃がすものである。圧縮機25の吸込み側配管70と油
分離器26の間に油戻し電磁弁55を備えた油戻し管69を設
けている。2台の圧縮機25,36は、インバータによる回
転数制御が行われるものとなっている。
次に、上記構成の装置の動作を第3図を参照して説明
する。資料の熱衝撃試験を行う場合、まず、準備運転が
行われる。低温切換ダンパ6,7及び高温切換ダンパ10,11
を閉じ、低温槽では、空気は冷風バイパス通路16と凝縮
器12を循環させられつつ該凝縮器で冷却され、低温槽温
度45が低温槽2内に設けられたセンサ(図示せず)によ
り試験室の最低温度より約15℃低めになるまで冷却運転
が行われる。
一方、高温槽3では、空気は熱風バイパス通路21と加
熱器18を循環させられつつ該加熱器により加熱され、高
温槽内に設けられたセンサ(図示せず)により、高温槽
温度53が試験室1の最高温度より約30℃高くなるまで加
熱運転が行われる。
低温槽内を冷却運転する場合の冷媒の流れは、第2図
で示す通り、高温サイクルAの圧縮機36から圧縮された
冷媒ガスが吐出され、凝縮器37で外気または冷却水に放
熱して凝縮する。凝縮した冷媒液は膨張弁40,41,42で減
圧されて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機36に戻る。低
温サイクルBの圧縮機25から吐出される冷媒ガスはカス
ケード熱交換器27に流入し、ここで前述の高温サイクル
Aに放熱して冷却され、凝縮する。凝縮した冷媒液は、
膨張弁30,31,32で減圧されて蒸発器12に流入し、ここで
送風機15によって凝縮器12に吹き付けられる低温循環空
気から熱を奪って蒸発し、圧縮機25に戻る。
このとき、電磁弁28,29,38,39はすべて開となってお
り、膨張弁30,31,32,40,41,42のそれぞれに冷媒が流
れ、回転型圧縮機25,36には最大周波数とした可変周波
数電源が供給され、最大冷凍能力が発揮される。低温槽
2内が所定の温度に到達すると、温度センサの信号によ
り低温切換ダンパ6,7が開き、冷風が試験室に供給され
て低温試験(さらし)が開始される。低温切換ダンパ6,
7が開かれた後は、試験室1に設けられた温度センサ
(図示せず)が所定温度を検出するまで冷却が続けら
れ、該温度センサが試験室1が所定温度に到達したこと
を検出すると、その信号により加熱器13が起動されて空
気温度を調整する。
油戻し電磁弁55は、第3図に示すように、低温さらし
開始時65から低温さらし温度到達時点66まで閉じられ
る。さらに低温さらし終了時点67から予冷温度到達時点
68まで閉じられる。これらの期間は、試験室1もしくは
低温槽2を冷却するために最大冷凍能力を発揮すべき期
間であり、油戻し電磁弁55を閉じることにより、油分離
器26からの圧縮機25吸込み側への油の還流が停止され、
圧縮機の性能低下が回避される。この期間の圧縮機の性
能低下が回避されることにより、試験装置の温度サイク
ルの変動が防止され、適正な試験結果を確保する効果が
ある。また、冷凍能力の目減りを考慮する必要が無くな
り、冷凍能力一杯の温度サイクルを設定できる。
なお、油戻し電磁弁55の開閉制御手段としては、試験
装置の所定の温度サイクルに合わせて動作するタイマー
としても良く、また、低温さらし温度到達時点66を温度
センサで検出したのちタイマーを起動させ、所定の時間
後油戻し電磁弁55を閉じるようにしても良い。
さらに、本実施例では油戻し電磁弁として開閉2位置
電磁弁を用いたが、開度調整可能な比例電磁弁としても
よい。油戻し電磁弁の閉期間は上記実施例では、例えば
低温さらし終了時点67から予冷温度到達時点68までとし
たが、必ずしもその期間100%閉としなくともよい。
〔発明の効果〕
本発明によれば、油分離器と圧縮機を結ぶ油還流管に
電磁弁を設け、冷凍能力を最大に発揮したい時期に該電
磁弁を閉じることを可能としたので、冷凍能力を最大に
発揮したい時期に冷凍能力が低下するのが回避され、温
度サイクルを所定の値に維持できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例の縦断面図、第2図は本発明の
実施例の2元冷凍サイクルを示す系統図、第3図は本発
明の実施例の温度サイクル,圧縮機の周波数変更制御,
容量制御電磁弁と油戻し電磁弁の動作を示す制御タイム
チャートである。 1…試験室、2…低温槽、3…高温槽、25…圧縮機、26
…油分離器、55…油戻し電磁弁、69…油戻し管、70…吸
込み配管。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 園田 英博 静岡県清水市村松390番地 日立清水エ ンジニアリング株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01N 3/00 - 3/62

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】試験室、低温槽、高温槽を各独立に配設
    し、油潤滑の圧縮機を備えた冷凍装置により低温槽内の
    気体を冷却するとともに、加熱された高温気体を高温槽
    内に保持し、該高温気体と前記低温槽内の気体を交互に
    試験室内に送りこんで試験室内に配置された試料を加熱
    冷却する冷熱衝撃試験装置において、前記圧縮機の吐出
    側配管に油分離器が設置されていることと、該油分離器
    に溜った油を前記圧縮機の吸込み側配管に還流させる油
    戻し管が設けられていることと、該油戻し管に油戻し電
    磁弁が介装されていることと、該油戻し電磁弁の開閉を
    制御する電磁弁制御手段が設けられていることとを特徴
    とする冷熱衝撃試験装置。
  2. 【請求項2】電磁弁制御手段が、予め設定された時間間
    隔で油戻し電磁弁を開閉するものであることを特徴とす
    る請求項1に記載の冷熱衝撃試験装置。
  3. 【請求項3】電磁弁制御手段が、低温槽の温度を検出す
    る温度検出手段と、検出された温度が所定の温度に達し
    たときに起動するタイマー手段とを備え、予め設定され
    た温度と、所定の温度に達してからの経過時間に基づい
    て油戻し電磁弁を開閉するものであることを特徴とする
    請求項1に記載の冷熱衝撃試験装置。
  4. 【請求項4】圧縮機の回転数制御が、インバータ制御に
    より行われるものであることを特徴とする請求項1乃至
    3のいずれかの項に記載の冷熱衝撃試験装置。
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