JP3391742B2 - 環境試験装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、材料や装置等の耐
候性試験等に用いられる恒温恒湿装置に関し、とくに簡
便に精度良く算出した露点温度に基づいて冷却能力の制
御を容易にかつ効率的に行うことが可能な恒温恒湿装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】気候が大幅に変化する世界各地を経由す
る材料や装置等の耐候性試験等のためには、再現性のあ
る標準試験を確立し繰り返し実行する観点から、温度と
湿度を自由にかつ高精度で設定できる環境試験室を利用
する必要がある。このような環境試験室の設備では、設
定温度および設定湿度に応じて、冷却媒体の温度である
熱源温度をかなりの頻度で変化させる。環境試験におけ
る目標雰囲気の指定の仕方は１通りではなく、試験対象
の材料や装置によって相違する。通常は、乾球温度(D
B：Dry Bulb)と相対湿度(RH:Relative Humidity)とによ
って温度と湿度の雰囲気を指定する。しかし、例えば、
半導体材料関係の試験では、乾球温度DBと露点温度(DP:
Dew Point)とによって、また、空調装置関係の試験では
乾球温度DBと湿球温度(WB:Wet Bulb)とによって雰囲気
指定を行う。

【０００３】上記では温度の指定に乾球温度を必ず用い
る試験例を説明したが、原理的には、乾球温度を特別扱
いする必要はない。すなわち、乾球温度DB、湿球温度W
B、相対湿度RHおよび露点温度DPの４個の雰囲気指標の
うちのどれか２個の値が分かれば、残りの２個の雰囲気
指標を算出することが可能である。残りの他の雰囲気指
標の導出は空気線図を用いて行うことができる。

【０００４】図１２は空気線図の概要を示す図である。
空気線図において、横軸は、乾球温度DBを表し、また縦
軸は絶対湿度χを表す。ただし、相対湿度RH１００％の
曲線上の点の温度座標は湿球温度WB、または露点温度DP
を表す。乾球温度を含む通常の雰囲気の指定の仕方の場
合は、例えば、乾球温度DBが２５℃、また相対湿度RHが
８０％であるＡ点(２５℃、８０％）を指定する。この
とき、Ａ点を通るエンタルピ線が相対湿度１００％の曲
線と交わる点を点Ｂとすれば、点Ｂの温度座標２２．４
℃が湿球温度WBである。また、点Ａを通る水平線が相対
湿度１００％の曲線と交わる点を点Ｃとすれば、点Ｃの
温度座標２１．２℃が露点温度DPである。空気線図に
は、各相対湿度RHの温度依存性を表す曲線群と、ある乾
球温度DBと絶対湿度χとの組み合わせを表すＰ点と、そ
のＰ点の雰囲気で実現する湿球温度WBとを結ぶ等エンタ
ルピ線群が記入されている。

【０００５】また、例えば乾球温度DBと湿球温度WBとを
指定した場合には、縦軸に平行な直線である湿球温度WB
線と相対湿度１００％の曲線との交点Ｂ’を求める。言
うまでもなく、点Ｂ’の温度座標は指定された湿球温度
WBとなっている。次に交点Ｂ’を通るエンタルピ線と縦
軸に平行な直線である乾球温度DB線との交点Ａ’を求め
れば、点Ａ’を通る相対湿度の曲線が相対湿度RHを与え
る。また、露点温度DPは点Ａ’を通る水平線と相対湿度
１００％の曲線との交点Ｃ’の温度座標として求めるこ
とができる。乾球温度DBと露点温度DPとを指定した場合
にも、同様にして空気線図から他の雰囲気指標を求める
ことができる。

【０００６】また、乾球温度を含まない指定の仕方をす
る場合、例えば湿球温度WBと相対湿度RHとが指定された
場合、まず、湿球温度を表す縦軸に平行な直線と相対湿
度１００の曲線との交点Ｂ”を求める。次に、点Ｂ”を
通るエンタルピ線を特定する。この特定されたエンタル
ピ線と指定された相対湿度の曲線とが交わる交点Ａ”を
求めると、点Ａ”の温度座標が乾球温度DBを与える。ま
た、点Ａ”を通る水平線と相対湿度１００％の曲線との
交点Ｃ”を求めれば、点Ｃ”の温度座標が露点温度DPで
ある。

【０００７】一方、恒温恒湿装置の運転には、湿分の制
御に露点温度DPを知ることが必須である。図１３は、恒
温恒湿装置の運転に露点温度DPが必須とされる理由を説
明する概念図である。図１３(ａ)は、雰囲気Ａ1から雰
囲気Ａ２に移行するときに余分となる湿分、すなわち余
分の絶対湿度分ΔＷを示す図であり、図１３(ｂ)は冷却
コイルにおいてその余分な湿分ΔＷがドレインに排出さ
れる状態を示す図である。図１３(ａ)に示すように、雰
囲気Ａ１から雰囲気Ａ２に移行する場合、熱源温度、す
なわち冷媒温度を雰囲気Ａ２の露点温度であるDP２まで
冷却する。このため、湿分ΔＷは結露等により水分とし
て析出し、図１３(ｂ)に示すように、結露した水分はド
レイン等から排出される。この後、この空気は、目標雰
囲気Ａ２の温度まで加熱される。図１３(ａ)に示すよう
に、左下方向に雰囲気を変化させる場合には、まず、上
記したように余分な水分を空気中から除くために露点温
度まで冷媒は冷却される。実際には、冷却時間の短縮を
図るために、熱源温度は、(露点温度−５℃)程度まで冷
却される。

【０００８】また、右上り方向に雰囲気を変化させる場
合、例えば、Ａ２からＡ１へと雰囲気を変える場合、冷
媒温度をＡ１の露点温度であるDP１まで加熱し、かつ温
度DP１で結露が生じるまで加湿し、その後、Ａ１の温度
まで加熱する。

【０００９】上記の説明は次のように要約される。現在
の雰囲気を目標雰囲気に変化させる場合、まず湿度の調
整を行うために、雰囲気の温度を露点温度とすることに
より目標雰囲気の絶対湿度χを実現する。この操作のた
めに、目標雰囲気における露点温度が必要となる。

【００１０】従来は、目標雰囲気の露点温度を知るため
に、図１２に示した空気線図を別に用意して、上記のよ
うな手順の後に露点温度を求め、熱源温度の設定を特別
な操作として行っていた。

【００１１】また、露点温度の算出を容易に行うことが
できない場合は、冷却が不足する事態だけは避けるため
に必要以上に低い熱源温度、例えば、(目標乾球温度−
２０℃）という熱源温度を、一律に設定していた。

【００１２】この結果、冷却不足に陥る事態は回避しな
がら、冷却制御装置を稼動させる運転を行ってきた。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従来の恒温恒湿装置の
冷却能力制御には、次のような問題があった。 Ｉ.露点温度を求めることなく、冷却不足の事態を回避
するために一律に熱源温度を(乾球温度−２０℃）に設
定すると、必要以上に冷却が行われ、エネルギーを浪費
したり、また冷却しすぎて目標雰囲気に達するのに時間
がかかる。 ＩＩ.露点温度を求める場合 １)空気線図を読み取る場合：空気線図において、設定
乾球温度および相対湿度から露点温度を読み取るため
に、上記したように、冷却能力制御システムの外部での
作業が必要となり、工数がかかる。 ２)露点計を用いる場合：高価な露点計が必要となるた
め、コスト上昇要因となる。 ３)ソフト構築型調節計を用いる場合：精度は比較的高
いものの、ハードとソフトの費用がかかる。

【００１４】そこで、本発明の目的は、高価な計器を用
いることなく、冷却能力の制御を精度良く簡便に行うこ
とができる恒温恒湿装置、とくに簡便に精度良く算出し
た露点温度に基づいて熱源温度の設定が容易な恒温恒湿
装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の環境試験装置
は、環境試験のための雰囲気を形成する室内を循環流通
する雰囲気に接して当該雰囲気を冷却する冷却コイルを
含む冷却装置と、冷却装置の冷却能力を制御する冷却能
力制御部と、乾球温度、湿球温度、相対湿度および露点
温度の４つの指標の少なくとも２つの指標に基づき残り
の指標を算出し得る演算基板とを備え、演算基板は、４
つの指標のうちの、いずれを入力するかの入力指標の選
択を行なう入力指標選択手段およびいずれを出力するか
の出力指標の選択を行なう出力指標選択手段を備え、入
力指標として選択された指標の設定値を入力されること
ができ、冷却能力制御部は、入力された指標および／ま
たは演算基板の算出による指標に基づき冷却装置の冷却
能力を制御する。なお、本説明において、環境試験装置
を恒温恒湿槽と呼ぶ場合がある。

【００１６】環境試験室の使用目的や使用業界等に応じ
て環境を規定する指標は変化する。この環境の規定の仕
方は、最も一般的には、(ｉ)湿球温度と乾球温度、(ｉ
ｉ)相対湿度と乾球温度、(ｉｉｉ）露点温度と乾球温
度、(ｉｖ)湿球温度と相対湿度、(ｖ)湿球温度と露点温
度、(ｖｉ)相対湿度と露点温度、の６種類の指定の仕方
があり、このうちの１つを指定の仕方をすれば、４個の
雰囲気指標の算出は行うことができる。この算出は空気
と水蒸気の混合気体についての熱力学に基づいて行い、
空気線図の根拠となっているものである。したがって、
例えば、(ｉ）目標湿球温度と目標乾球温度、を入力す
れば、演算基板等を用いることにより目標露点温度が算
出される。実際には、目標温度に到達するための時間を
節約するために、冷却能力制御部は目標露点温度よりさ
らに５℃程度低い冷媒温度を設定して、冷却能力を制御
する。上記の６種類の指定の仕方のうち、(ｖ)湿球温度
と露点温度、(ｖｉ)相対湿度と露点温度、の２種類は露
点温度を含むので、空気線図等を用いて露点温度を用い
る必要はなく、入力された露点温度をそのまま使用する
ことができる。

【００１７】露点温度が入力されない場合、上記の算出
の結果、環境試験室が利用される多様な試験対象の多様
な雰囲気の指定の仕方に応じて、いずれの雰囲気の指定
の仕方に対しても、適切な冷却能力制御を行うことが可
能となる。このとき、目標露点温度を得るために冷却能
力制御システムの外部での作業や高価な露点計、調節計
等を用いる必要がない。また、冷却能力不足の事態を避
けるための不必要に低い熱源温度の設定もなくなるの
で、エネルギー効率も高いものとなる。

【００１８】上記の恒温恒湿装置においては、冷却能力
制御部は、目標乾球温度、目標湿球温度および目標相対
湿度の雰囲気指標のうちの少なくとも２つの入力に基づ
き、目標露点温度を算出し、該目標露点温度に基づいて
冷却装置の冷却能力を制御する。

【００１９】演算基板等を用いれば、上記の雰囲気指標
の入力により目標露点温度を算出することは容易であ
る。また、前記４つの指標のうちのいずれを入力するか
の入力指標の選択およびいずれを出力するかの出力指標
の選択を簡単に行なうことができる。この結果、目標露
点温度を導出するために、冷却能力制御システムの外部
での作業や高価な露点計、調節計等を用いることがな
い。また、冷却能力不足の事態を避けるための不必要に
低い熱源温度の設定もなくなるので、エネルギー効率も
高いものとなる。

【００２０】上記の恒温恒湿装置においては、最も一般
的には、冷却能力制御部は乾球温度、湿球温度、相対湿
度および露点温度の４つの雰囲気指標のうちの少なくと
も２つの入力に基づき、残りの雰囲気指標の少なくとも
１つを算出する演算装置を備える。

【００２１】上記の構成により、多様な試験対象サンプ
ルにおける多様な雰囲気指標の指定の仕方に応じて、い
ずれの指定の仕方に対しても適切な冷却能力制御を行う
ことが可能となる。上記の演算装置は恒温恒室装置に備
えられるので、装置システムの外部での作業は不要であ
り、また高価な露点計、調節計等を用いる必要もない。
この結果、安価、かつ簡便に冷却能力制御を行うことが
可能となる。

【００２２】上記の恒温恒湿装置においては、演算装置
は、乾球温度、湿球温度、相対湿度、および露点温度の
４つの雰囲気指標のうちのいずれを入力するかの入力指
標選択手段、およびいずれの雰囲気指標を出力するかの
出力指標選択手段を備えることが望ましい。

【００２３】上記の構成により、乾球温度、湿球温度、
相対湿度および露点温度のうちの任意の２要素を演算装
置に入力することができ、恒温恒湿装置の外で別に演算
することなく上記のすべての雰囲気指標を算出すること
が可能となる。また、上記の演算装置には演算基板を用
いることができ、高価な調節計を用いる必要はない。演
算基板を用いた場合、基板に実装されたｂｉｔスイッチ
を切り換えることにより、上記の入力指標選択手段を実
現することができる。また、冷却能力の制御に用いた
り、環境試験室での試験条件の確認や記録のために用い
る任意の雰囲気指標を出力する場合に、出力指標選択手
段により適切な雰囲気指標を表示することが可能とな
る。演算基板を用いた場合には、入力指標選択手段と同
様に、基板に実装されたｂｉｔスイッチによって出力指
標選択手段を実現することができる。

【００２４】上記の恒温恒湿装置においては、小型冷却
装置の場合またはその他の場合には、冷却能力制御部
は、冷却コイルの冷却能力を制御する。

【００２５】冷却能力の制御は冷却装置がチラー等を備
える場合、およびチラー等を備えない場合の両方の場合
とも、恒温恒湿室に冷却された雰囲気を送り込む冷却装
置に対象を限定して、その冷却能力を制御することがで
きる。その結果、むやみに制御対象を広げず、簡便な制
御により雰囲気調整を実現することができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）図１は、実施の
形態１における恒温恒湿装置の概要を説明するための図
である。上記の恒温恒湿装置においては、環境試験室４
に近接して、冷却コイル１と、加熱器２と、加湿器３と
を備える。冷却コイル１には、凝縮器２１によって冷却
された冷媒と熱交換器２２で熱交換して冷やされたブラ
インが循環供給される。ブラインを冷却する装置である
チラーは、凝縮器２１と熱交換器２２とコンプレッサ２
３と膨張弁２４とによって構成される。また、ブライン
の循環系は、ポンプ２５、２７と、電動バルブ１１、２
８と、ブライン槽２２と、冷却コイルにおけるブライン
温度をモニタする温度センサー２９とを備える。ブライ
ン槽２２は熱交換器２２で熱交換された直後のブライン
と雰囲気の冷却に用いられた後のブラインとを隔壁で隔
てられている。環境試験室４には、ファンが備えられ
(図示せず）、矢印の向きに空気が強制循環させられ
る。

【００２７】次に、冷却能力制御部の構成および冷却能
力の制御方法について説明する。図１においては、目標
雰囲気指標として、乾球温度DBおよび相対湿度RHを指定
する。これらの目標値は、設定値(SP:Set Point)として
露点温度演算基板DPに入力される。入力された指標は、
温度表示制御器６(TIC1:Thermo-Indicator Controller
１)および湿度表示制御器(HIC:Humidity Indicator Con
troller)にそれぞれ送られる。図１において、この設定
値の流れは、DB-SP(乾球温度の設定値）およびRH-SP(相
対湿度の設定値）として記されている。露点演算基板５
(DP)には、乾球温度および相対湿度以外の雰囲気指標を
入力できる入力端子(図示せず）が備えられている。こ
れまでの説明から容易に分かるように、上記の２個の雰
囲気指標の入力により、目標露点温度DP−SPは露点演算
基板５により算出される。この目標露点温度DP−SPは演
算基板DPから、温度表示制御器８(TIC2)に送られ、温度
表示制御器８はこの目標露点温度を基にして、温度セン
サー２９の温度値と比較し、凝縮器２１、コンプレッサ
２３等の出力、ならびに電動バルブ２８の開度を制御し
て、温度センサー２９の温度値を、例えば（目標露点温
度−５℃)になるようにする。上記の目標露点温度を基
に、絶対湿度χを目標雰囲気の値に合わせるために、結
露した水分を冷却コイルの下に設けたドレイン(図示せ
ず）から排出する。その後、目標乾球温度DB-SPになる
ように、環境試験室内に設置した温度センサ９(T)の指
示値DB-PVをモニターしながら、温度表示制御装置６は
加熱器２の加熱出力を制御する。

【００２８】また、上記の場合と異なり、絶対湿度を目
標雰囲気に合わせるために加湿が必要な場合は、すなわ
ち、空気線図において上方への変化をさせる場合は、冷
却コイル１または加熱器２によって露点温度近傍の温度
にされた空気は、加湿器３によって飽和水蒸気を含む空
気とされ、結露等した水分はドレイン(図示せず）から
排出される。

【００２９】検出装置９、１０で検出された雰囲気指標
は切換手段(図示せず）を用いることにより露点演算基
板５に入力され、そこで算出された露点温度およびその
他の雰囲気指標は表示装置１５に送られ表示される。

【００３０】上記の構成により、環境試験室の雰囲気の
冷却制御を正確な露点温度を知った上で行うことができ
るので、エネルギー効率を向上させたうえで、目標とす
る雰囲気に到達する時間を短縮する制御を行うことがで
きる。とくに正確な露点温度の算出により湿度の制御を
正確にできるようになる。これらの雰囲気指標の演算は
演算基板を用いてできるので、安価かつ簡便に既存の設
備に取り付けて実施可能である。なお、冷却能力制御部
による冷却装置の制御は、範囲を限定して、環境試験室
に冷却雰囲気を直接送り込む冷却コイルを循環するブラ
インに対する電動弁１１に絞っても良く、小型の環境試
験室の場合にはむしろ好ましい。

【００３１】環境試験室４の中に設置された温度センサ
９(T)および相対湿度センサ１０(H)から乾球温度DBと相
対湿度RHの現在値PVが得られる。このDB-PVおよびRH-PV
は、温度表示制御装置６(TIC1)、湿度表示制御装置７(H
IC1)および露点温度演算基板５(DP)に送られ、制御と表
示とに用いられる。これらの制御演算装置の動作につい
て、さらに図を用いて説明する。

【００３２】図２は、図１に示した表示制御機器および
演算基板が、演算と制御、また演算と表示、をどのよう
に行うかを説明するフローチャートである。目標雰囲気
指標を変更する場合、すなわちSP値を変更する場合、図
２における主調節計の乾球温度DB、湿球温度WBおよび相
対湿度RHの３指標のうちの任意の２指標のSP変更を行う
ことになる。このとき、露点温度演算基板DPの入出力の
モードをSPモードとし、露点温度表示器４５(TI:図１に
は図示せず）の表示は直前の表示値DB-PVを保持する。
この保持時間は５秒間である。露点演算基板５(DP)は、
上記の雰囲気指標の入力に基づいて露点温度DPを演算し
て求める。５秒間経過後に、露点演算基板５はPVモード
に移行して温度センサ９や湿度センサ１０から環境試験
室４における現在値PVが入力され、露点温度を演算す
る。一方、温度表示演算装置８(TIC2)は露点演算基板５
によって演算された目標露点温度を保持し続け、熱源温
度の制御を続行する。

【００３３】この結果、簡便な演算基板により目標露点
温度を算出して熱源温度の制御の基礎を提供することが
できるだけでなく、環境試験室の各種センサからの指標
に基づいて他の環境指標を算出でき、試験条件の確認等
を行うことができる。このような確認は試験精度の向上
にもつながり、環境試験の価値を一層高めることにな
る。

【００３４】図３は、設定目標指標の演算と制御とを行
うSPモード、および現在値の指標の演算と表示とを行う
PVモードを切り換える回路を示す図である。図３におい
ては、SPモードとPVモードとを切り換える切り換えスイ
ッチ１９が示され、また表示装置１５も示されている。
図３には切り換えスイッチは３個示されているが、３個
のスイッチは連動して動作する。他の構成は、図２と同
じである。SPモードにおいては、入力された目標雰囲気
指標に基づいて演算基板DPが露点温度を算出して、温度
表示制御装置８(TIC2)に目標露点温度DP-PVを送り、そ
のDP-PVにもとづいて温度表示制御装置８は凝縮器２１
やコンプレッサ２３や電動弁２８の制御を行う。一方、
PVモードでは、温度センサ９および湿度センサ１０から
の乾球温度DBおよび相対湿度RHの現在値のデータがとり
込まれ、露点演算基板５は現在の露点温度DPを算出す
る。センサから入力された雰囲気指標、その値から計算
された露点温度DP、湿球温度WBは、表示装置１５(IC)に
表示され、環境試験室における試験条件を明示する。

【００３５】SPモードとPVモードを切り換えることによ
り、目標指標の設定の変更の短い時間を除いてPVモード
を維持することができる。この結果、SPモードにおいて
算出された露点温度を基に冷却制御を行いながら、温度
センサ等から取り込まれたデータを基に他の雰囲気指標
を算出してその時点の試験環境を表示することが可能と
なる。この演算および表示は既存の設備に演算基板や表
示制御装置等を取り付けることにより行うことができる
ので、安価かつ簡便に実行することが可能である。

【００３６】図４は、露点演算基板５における入力およ
び出力において、任意の２つの雰囲気指標を選択できる
ように、ｂｉｔパターンによって識別する構成を示す図
である。図４において、入力選択手段および出力選択手
段４０は２つの入力端子ＩＮ１およびＩＮ２から、次の
３種の組み合わせの２個ずつの雰囲気指標を入力するこ
とができる。すなわち、(DB、WB）、 (DB、RH)、および
(DB、DP)の３種類の雰囲気指標の選択をすることがで
き、さらに各種類において高レベル範囲と低レベル範囲
との切り換えができるように、２つの範囲が割り当てら
れている。すなわち、乾球温度、湿球温度、露点温度の
レンジは−２０℃〜８０℃および−６０℃〜４０℃の２
つのレンジがある。ただし、相対湿度のレンジは０〜１
００％の範囲である。図４においては、入力された任意
の２個の指標以外の残りの２個の指標が出力されること
になるので、入力指標選択手段と出力指標選択手段とは
連動して選択する構造をとっている。すなわち、４個の
ｂｉｔスイッチが作るｂｉｔパターンのうちの１つのｂ
ｉｔパターンを選択すれば、入力される２個の指標およ
び出力される２個の指標が決まる。また、図４に示す入
力端子には乾球温度が必ず含まれているが、乾球温度を
含まなくてもよい。

【００３７】この結果、ｂｉｔスイッチという簡便な装
置を用いることにより、試験対象に応じて指定された雰
囲気指標を入力でき、他の指標も余すところなく出力す
ることができる。したがって、どのような雰囲気指標の
入力にも対応して露点温度に基づいて冷却の制御を行う
ことができ、また環境試験条件の記録や確認という観点
からも不足のないデータを提供することが可能となる。

【００３８】図５は、SPモードとPVモードの切り換えス
イッチを用いないで、演算と制御、および演算と表示を
行う回路構成を示す図である。図５において、入力され
た目標指標に基づいて露点演算基板５(DP1)は露点温度D
Pを算出し、温度表示制御装置３２(TIC3)に目標露点温
度を送る。温度表示制御装置３２(TIC3)は、この目標露
点温度に基づいて操作手段３８によって、凝縮器やコン
プレッサや電動弁を操作して熱源温度センサー５５から
得られる温度を制御する。また、目標露点温度は、温度
表示制御装置７(TIC1)や温度表示制御装置３１(TIC2)に
も送られ、操作手段３６、３７を操作して冷却コイルや
加湿器を制御する。また、温度センサや湿度センサ(図
示せず）から得られた雰囲気指標は露点演算基板３５(D
P2)に送られ、露点温度演算基板３５は現在の露点温度
を算出し表示装置４５(TI)に送る。表示装置４５(TI)で
は露点温度の表示がなされる。図５の回路構成により、
切り換えスイッチを用いなくても、演算基板を２個用い
ることにより、制御と表示の両方を行うことが可能とな
る。

【００３９】切り換えスイッチを用いないので、常にSP
モードとPVモードとを並行して動作させることができ
る。このため、非常に頻繁に目標雰囲気を変化させる試
験条件にも対処して、高いエネルギー効率の下で、現在
雰囲気指標の表示を続行したまま迅速に目標雰囲気に到
達することが可能となる。

【００４０】図６は、切り換えスイッチ３９とＰＬＣ２
０、３０を用いて、制御と表示の両方を行う回路構成を
示す図である。図６(ａ）は演算、制御、表示を行う部
分を示し、また図６(ｂ)は、ＰＬＣでのデータ処理の内
容を示す図である。図６(ａ)において、２個のＰＬＣ２
０、３０のデータ処理は、ＰＬＣの外部を流れるアナロ
グ信号をデジタル化して処理をした後に、再びデジタル
信号をアナログ化して送り出す必要がある。直接、アナ
ログ信号を処理する方法と比較してこの点において相違
するが、ＰＬＣを利用できるメリットがある。

【００４１】(実施の形態２−雰囲気指数の相互間の変
換）ここでは、空気線図の基になる各雰囲気指数の相互
間の計算方法を示す。これら計算方法は、空気線図の作
成にあたって用いられたものである。まず、基本的な計
算式の導出を行う。(１)温度Ｔ°Ｋの水と釣り合いを保
つ飽和水蒸気の圧力をｐ_skg/cm²とすれば、 logｐ_s=-7.90298｛(Ts/T)-1｝+5.02808log(Ts/T) -1.3816×10^-7×｛10^{11.344(1-T/Ts)}-1｝ +8.1328×10^-3×｛10^{-3.49149(Ts/T-1)}-1｝+logp_v(Ts) .......(１ａ) が成り立つ。ただし、過冷却の水、すなわち−１００℃
〜０℃の水の場合は、 logｐ_s=-9.09718｛(To/T)-1｝-3.56654log(To/T) +0.876793｛1-(T/To)｝+logp_i(To) ..................(１ｂ) が成立する。ここに、logは常用対数を表わす。また、p
_v(Ts)＝１００℃の飽和水蒸気＝１atm＝1.03323kg/cm²
であり、p_i(To)＝０℃の飽和蒸気圧＝0.006028atm＝0.0
06228 kg/cm² である。(２)かわき空気と水蒸気とが理
想気体として混合した湿り空気を理想気体として扱い、
これにダルトンの分圧の法則を適用すると次の式が得ら
れる。 χ＝(Ra/Rv)｛p/(P-p)｝＝0.622p/(P-p) ......................(２) が成立する。ただし、絶対湿度をχkg/kg'、湿り空気の
圧力をＰatm、水蒸気分圧をｐatm、かわき空気のガス定
数をRa=29.27kgm/kg°Ｋ、湿り空気中の水蒸気のガス定
数をRv=47.06kgm/kg°Ｋとする。(３）また、かわき空
気１kgを含んだ空気の比容積ｖは次のようになる。 ｖ＝｛Rv/(P-10⁴)｝｛χ+(Ra/Rv)｝T=｛47.06/(P×10⁴)｝(χ+0.622)T....(３) (４）理想気体が混合して得られた混合気体を理想気体
とすれば、そのエンタルピは、成分気体のエンタルピの
和として表すことができる。すなわち、１kgのかわき空
気を含んだ空気のエンタルピは次のように表される。 i ＝ia +χiv = Cpa・t + (ro + Cpv・t)χ ＝0.24t + (597.3 + 0.441t)χ..............................(４) ただし、roは０℃の飽和水を０℃の飽和蒸気にするため
の蒸発潜熱 597.3kcal/kg、Cpaはかわき空気の定圧比熱
0.24kcal/kg℃、Cpvは蒸気の比熱 0.441kcal/kg℃であ
る。また、χは絶対湿度kg/kg'を表す。(５)ある湿り空
気の水蒸気分圧をｐとし、その温度と同じ温度の飽和空
気の水蒸気分圧をｐ_sとすれば、相対湿度RHはつぎのよ
うに求められる。

【００４２】 RH = (p/p_s)×１００(%) ..................................(５) (６)通風式湿度計を用いた相対湿度の算出乾球温度t℃
と湿球温度t'℃とから相対湿度を求める際、アスマン湿
度計のような通風式湿度計を用いる場合は、Sprungの式
により(５)式を用いて次の(６)式のように求めることが
できる。 p = p' - (K/735.5593)・(t-t')・(760.0/755）................(６) ここで、Ｋは定数であり、ｔ>０のとき、Ｋ＝０．５、
またｔ≦０のとき、Ｋ＝０．４４である。

【００４３】原理的に上記の基礎式(１)〜(６)を基に、
任意の２つの雰囲気指標を入力すれば残りの雰囲気指標
を算出することが可能である。その算出において、下記
の２つの手順(Ａ)および(Ｂ)は中間手順として頻繁に利
用される。 (Ａ)エンタルピｉおよび全圧Ｐから、湿球温度ｔ’を求
める手順。

【００４４】図７はこの手順のフローチャートである。
図７に示す二分法による解法手順は次の通りである。 (Ａ−１)DBレンジ−２０℃〜＋８０℃、ｔｍｉｎ＝−２
０℃、ｔｍａｘ＝DBとして、ｔ＝(ｔｍｉｎ+ｔｍａｘ）
／２ をｔの正負に応じて(１ａ)式または(２ａ）式に
代入する。また、ｔｍｉｎ+ｔｍａｘ＝０のときは、ｔ
＝０とする。 (Ａ−２）(２)式および(４)式によりｉ₁を算出する。ｉ
＝０の時は、ｔ’＝−５℃とする。 (Ａ−３）もし、0.9999<|ｉ₁/ｉ(湿球温度相当のエンタ
ルピ）|<1.0001ならばＯＫ(ｙｅｓ）、そうでない場合
は、次の(Ａ−４）を行う。 (Ａ−４)もし、ｉ₁>ｉのときｔｍａｘにｔを入力、また
もしｉ₁<ｉならばｔｍｉｎにｔを入力し、ｔ＝(ｔｍｉ
ｎ+ｔｍａｘ）／２を計算して、(Ａ−１)に戻る。 (Ｂ)水蒸気分圧ｐおよび全圧Ｐから、露点温度ｔ”を求
める。

【００４５】図８はこの手順のフローチャートである。
図８に示す二分法による解法手順は次の通りである。 (Ｂ−１)DBレンジ−２０℃〜＋８０℃、ｔｍｉｎ＝−２
０℃、ｔｍａｘ＝DBとして、ｔ＝(ｔｍｉｎ+ｔｍａｘ）
／２ をｔの正負に応じて(１ａ)式または(１ｂ)式に代
入する。ｔｍｉｎ+ｔｍａｘ＝０のときは、ｔ＝０とす
る。 (Ｂ−２）もし0.9999<|ｐ₁/ｐ(露点温度相当の水蒸気分
圧）|<1.0001ならばＯＫ(ｙｅｓ）、そうでない場合、
次の(Ｂ−３）を行う。 (Ｂ−３)もしｐ₁>ｐのときｔｍａｘにｔを入力、また、
もし、ｉ₁<ｉならばｔｍｉｎにｔを入力し、ｔ＝(ｔｍ
ｉｎ+ｔｍａｘ）／２を計算し、(Ｂ−１)に戻る。

【００４６】上記の中間手順(Ａ)および(Ｂ)を利用する
と、任意の２種の雰囲気指標から他の雰囲気指標を算出
することが容易となる。

【００４７】(実施の形態２−１：乾球温度ｔおよび湿
球温度ｔ’から、相対湿度RHと露点温度ｔ”とを求め
る。）本実施の形態における計算のフローチャートを図
９に示す。まず、湿球温度ｔ’を(１)式に入力して湿球
温度相当の水蒸気分圧ｐ’を求める。次に、(６)式に、
上記のｔ’とｐ’とを代入して、水蒸気分圧ｐを求め
る。次いで、(１)式に乾球温度ｔを代入して、飽和水蒸
気分圧ｐ_sを求める。次に、(５)式にｐおよびｐ_sを代入
して相対湿度RHを求める。最後に、上記の中間手順(Ｂ)
により、水蒸気分圧から、露点温度ｔ”を求めることが
できる。

【００４８】上記の手順により、乾球温度ｔと湿球温度
ｔ’とから簡便に相対湿度RHと露点温度ｔ”を求めるこ
とができる。したがって、乾球温度と湿球温度の２指標
を用いる場合が多い空調装置関係の試験において、冷却
の制御を簡便にかつ高エネルギ効率の下に行うことがで
きる。

【００４９】(実施の形態２−２：乾球温度ｔおよび露
点温度ｔ”から相対湿度RHを求める。）図１０は本実施
の形態における計算のフローチャートを示す図である。
まず、(１)式に露点温度ｔ”を入力して露点温度におけ
る水蒸気分圧ｐを求める。また、乾球温度ｔを入力して
やはり(１)式から乾球温度における飽和水蒸気分圧ｐ_s
を求める。上記のｐおよびｐ_sを(５)式に入力すると相
対湿度RHを求めることができる。

【００５０】上記の手順により、乾球温度と露点温度と
を指定する場合が多い半導体材料関係の試験において
も、相対湿度等のほかの雰囲気指標を簡便に知ることが
可能となる。

【００５１】(実施の形態２−３：乾球温度ｔおよび相
対湿度RHから、露点温度ｔ”と湿球温度ｔ’とを求め
る。）図１１に本実施の形態における計算のフローチャ
ートを示す。図１１において、まず、乾球温度ｔを入力
して(１)式から飽和水蒸気分圧ｐ_sを求める。次に、ｐ_s
と相対湿度RHを(５)式に代入して、水蒸気分圧ｐを求め
る。次に、上記した中間手順(Ｂ）により、この水蒸気
分圧ｐから露点温度ｔ”を求める。一方、この水蒸気分
圧ｐを(２)式に代入することにより絶対湿度χを求める
ことができる。次に、乾球温度ｔと絶対湿度χとを(４)
式に入力してエンタルピｉを求めることができる。最後
に、上記した中間手順(Ａ)により、エンタルピｉから湿
球温度ｔ’を求めることができる。

【００５２】上記の手順により、乾球温度と相対湿度と
いう普通の雰囲気指定の場合に、露点温度等を知り、冷
却装置の冷却を高エネルギ効率の下で行うことが可能と
なる。また、試験条件の確認および記録を行うことがで
き、環境試験の質を高めることが可能となる。

【００５３】上記において、本発明の実施の形態につい
て説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形
態はあくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明
の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は特許請求
の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の
記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含
む。

【００５４】

【発明の効果】本発明により、試験対象によって異なる
雰囲気指標の指定の仕方に対応して、露点温度を含まな
い場合にも任意の２つの雰囲気指標から露点温度を算出
し、露点温度を基に適切な温度および湿度の雰囲気の制
御を効率良く簡便に行うことが可能となる。また、環境
試験室における温度センサや湿度センサを基に、任意の
雰囲気指標の試験時の値を算出しそれらを表示し確認で
きるので、試験精度および試験条件の記録という観点か
ら試験の価値を向上させることができる。これらの働き
を可能にする演算装置は、新設の恒温恒湿装置のみなら
ず既存の装置にも簡便に取り付けることができるので、
多くの恒温恒湿装置に広く用いることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施の形態１における恒温恒湿装置を示す構
成図である。

【図２】 目標値の設定変更の際のフローチャートであ
る。

【図３】 SPモードとPVモードの切り換えを行う部分の
回路構成図である。

【図４】 演算基板の入力端子および出力端子を示す図
である。

【図５】 切り換えスイッチを用いずにSPモードとPVモ
ードとを可能にする回路構成図である。

【図６】 ＰＬＣを用いてＰＬＣ内部でディジタル信号
処理を行う回路構成図である。(ａ）はＰＬＣを組み込
んだ回路構成図であり、(ｂ)はＰＬＣ内部でＡ/Ｄ変換
しディジタル信号処理した後、Ｄ/Ａ変換して出力する
方式を示す図である。

【図７】 エンタルピｉおよび全圧Ｐより、湿球温度
ｔ’も求める手順を示すフローチャートである。

【図８】 水蒸気分圧ｐおよび全圧Ｐより、露点温度
ｔ”を求める手順を示すフローチャートである。

【図９】 乾球温度および湿球温度から相対湿度および
露点温度を算出する際のフローチャートである。

【図１０】 乾球温度および露点温度から相対湿度を算
出する際のフローチャートである。

【図１１】 乾球温度および相対湿度から露点温度およ
び湿球温度を算出する際のフローチャートである。

【図１２】 空気線図を用いて、乾球温度および相対湿
度から湿球温度および露点温度を求める手順を説明する
図である。

【図１３】 恒温恒湿装置の操業において露点温度が重
視される理由を説明する図である。(ａ)は雰囲気Ａ１か
らＡ２に移行する際、余分の湿分が発生することを説明
する図であり、(ｂ)は結露した余分の湿分を除去する方
法を示す図である。

【符号の説明】

１ 冷却コイル、２ 加熱器、３ 加湿器、４ 環境試
験室、５，３５ 露点温度演算基板、６，８，３１，３
２ 温度表示制御装置、７ 湿度表示制御装置、９ 温
度センサ、１０ 湿度センサ、１１，２８ 電動弁、１
５ 表示装置、１９，３９ 切り換えスイッチ、２０，
３０ ＰＬＣ、２１ 凝縮器、２２ 熱交換器、２３
コンプレッサ、２４ 膨張弁、２５，２７ ポンプ、２
６ ブライン槽、２９，５５ 熱源温度センサ、３６，
３７，３８ 操作端、４０ 入出力選択手段、４５ 露
点表示器、ｔ，DB 乾球温度、ｔ’，WB 湿球温度、
ｔ”，DP 露点温度、RH 相対湿度、χ 絶対湿度、Ｐ
全圧、ｐ 水蒸気分圧、ｐ_s任意温度における飽和水
蒸気圧、ｉ エンタルピ、SP 設定値、PV 指示値(現
在値）。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−307509（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−241533（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−307705（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−288382（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−159252（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−161054（ＪＰ，Ａ) 特開2000−88319（ＪＰ，Ａ) 実開 昭55−67954（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F24F 11/02 102

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 環境試験のための雰囲気を形成する室内
   (４)を循環流通する雰囲気に接して当該雰囲気を冷却す
   る冷却コイル(１)を含む冷却装置(１、２１）と、 前記冷却装置の冷却能力を制御する冷却能力制御部
   (５、６、７、８）と、 乾球温度、湿球温度、相対湿度および露点温度の４つの
   指標の少なくとも２つの指標に基づき残りの指標を算出
   し得る演算基板とを備え、 前記演算基板は、前記４つの指標のうちの、いずれを入
   力するかの入力指標の選択を行なう入力指標選択手段お
   よびいずれを出力するかの出力指標の選択を行なう出力
   指標選択手段（４０）を備え、前記入力指標として選択
   された指標の設定値を入力されることができ、 前記冷却能力制御部は、前記入力された指標および／ま
   たは前記演算基板の算出による指標に基づき前記冷却装
   置(１、２１）の冷却能力を制御する、環境試験装置。
2. 【請求項２】 前記冷却能力制御部(５、６、７、８)
   は、前記冷却コイル(１)の冷却能力を制御する、請求項
   １に記載の環境試験装置。