JP4100640B2 - 冷熱衝撃装置用冷凍機の電子膨張弁制御装置 - Google Patents
冷熱衝撃装置用冷凍機の電子膨張弁制御装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試験室と与えられたパルスで作動する電子膨張弁を備えた冷凍回路の蒸発器で冷却される予冷室とを備え前記試験室の設定温度が少なくとも低温条件を含む温度条件に設定されて測定温度が設定温度になるように制御されることがある冷熱衝撃装置に使用される電子膨張弁制御装置に関し、特に温度昇降時間を短縮する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
冷熱衝撃装置は、通常高温槽と試験室と低温槽とを備え、試験室と高温槽及び低温槽の間とで交互に空気を切換循環させることにより、試料に熱衝撃を与えるように構成されている。そして、試験室と高温槽を用いた高温さらしや試験室内の空気を外気と循環させる常温さらし中には、低温槽は予め冷却された状態になっているように予冷運転されている。この場合、従来の冷熱衝撃装置では、予冷運転における温度制御を簡単で安定した制御にするために、電子膨張弁に最大パルスより小さい一定パルスを固定的に与えている。
【０００３】
ところが、このように電子膨張弁のパルスを固定すると、例えば図５に二点鎖線で示す如く、常温さらしから低温さらしへの移行時に、試験室内の温度と蓄冷器を備えた予冷室の予冷温度とが同程度まで接近する中和温度に到るまでは循環空気の温度が急降下するが、それから設定温度の低温に到達するまでの時間が長くなる。特に試料が発熱する場合にはその傾向が大きくなり、試料に与える熱衝撃効果を低下させるという問題があった。
【０００４】
なお、例えば冷蔵庫のように、温度制御部分が一か所であってその部分のみの温度を低温に制御する装置では、電子膨張弁の特定の開度制御方法が提案されている。（特開平５ー１４１７８８号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は従来技術に於ける上記問題を解決し、冷熱衝撃装置の予冷室の温度制御性を良好に維持すると共に、温度降下時間を短縮して熱衝撃性能を良くする電子膨張弁制御装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、試験室と与えられたパルスで作動する電子膨張弁を備えた冷凍回路の蒸発器で冷却される予冷室とを備え前記試験室の設定温度が少なくとも低温条件を含む温度条件に設定されて測定温度が前記設定温度になるように制御されることがある冷熱衝撃装置に使用される電子膨張弁制御装置において、
前記電子膨張弁に与えるパルスを最大のパルスより小さい一定パルスに設定する一定パルス設定部と、前記試験室内の温度を前記低温条件に下げる温度降下時には前記設定温度と前記測定温度との差異に対応して前記一定パルスより大きくなるように変動パルスを算出して前記電子膨張弁に与える変動パルス計算部と、前記試験室内の温度がほぼ一定であるときには前記一定パルスを与え前記温度降下時には前記変動パルスを与えるように前記電子膨張弁に与えるパルスを切り換えるパルス切換部と、を有することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を適用した電子膨張弁制御装置及びその関連装置部分の構成例を示し、図２はこれを装着可能な冷熱衝撃装置の本体部分の構造例を示す。
電子膨張弁制御装置が使用される冷熱衝撃装置の本体部分１００は、断熱壁１０１で囲われていて、その内部には、試験室１とその両側に位置する高温槽２及び予冷室である低温槽３とが配設されている。試験室１と各槽２、３との間は、開口部を除いて断熱壁１０１で仕切られていて、高温槽側及び低温槽側の開口部には、それぞれ循環空気の入口／出口ダンパー１１／１２及び１３／１４が装着されている。又、本例では常温さらし用の入口／出口ダンパー１５／１６設けられていると共に、これらを介して試験室１に外気を出し入れできるように本体外部に図示しない常温さらし用送風機が設けられている。符号１７は試験室１の上部に装着された２個の温度センサである。試験室１には電子部品等の試験されるべき試料Ｗが入れられる。
【０００８】
高温槽２及び低温槽３には、それぞれ、高温槽用及び低温槽用の送風機２１及び３１、それらの駆動モータ２１ａ及び３１ａ、加熱器及び温調用加熱器２２及び３２、槽内循環用ダクトを形成する仕切板２３／３３、温度センサ２４、３４、３７、等が設けられている。低温槽には更に、低熱量を保有できる蓄冷器３５及び冷凍回路４を構成する蒸発器３６が設けられている。なお図１では、高温さらし状態を実線で示し低温さらし状態を二点鎖線で示している。これらの間ではダンパーが切り換えられ、高温空気及び低温空気の循環経路が切り換えられる。
【０００９】
冷凍回路４は、前記蒸発器３６を除いて図２では図示していないが本体部分１００の外部の機械室に配設されていて、冷媒の流れ方向の順に、蒸発器３６、圧縮機４１、凝縮器４２、電子膨張弁４３等を主要構造部分として形成されている。電子膨張弁にはパルス信号が与えられ、それに対応した開度で蒸発器３６に冷媒が流され、低温槽３が冷却される。
【００１０】
電子膨張弁制御装置は、本例では冷熱衝撃装置の本体部分１００の外に配設される操作制御盤２００に設けられていて、一定パルス設定部５、変動パルス計算部６、パルス切換部７等で構成されている。操作制御盤２００には、冷熱衝撃試験のための試験条件設定部２０１やその他図示しない通常の操作ボタンや制御回路等が設けられている。試験条件設定部２０１では、高温ＴH 、低温ＴL 及び常温ＴN の入力が可能になっていて、試験条件により、例えば図３のように一定の時間間隔で常温ＴN と低温ＴL とが順番に設定され、常温さらし−低温さらしから成る冷熱衝撃試験が行われる。その結果、ＴH 、ＴL 及びＴN のうちの何れか２つ又は全部の間で、温度をサイクル変動させ、試料Ｗの冷熱衝撃試験を行うことができる。
【００１１】
一定パルス設定部５は、電子膨張弁４３に与えるパルスを一定パルスＰ0 に設定してこれを発信する。この一定パルスＰ0 は、設定する低温側の温度条件、高−低温の温度差、予冷温度、予冷室の放熱量、温調のための再加熱の熱量等に対応して定められるが、通常の試験条件では最大パルスよりかなり小さい値になっていて、冷凍機は最大冷凍能力より低い能力で運転されている。
【００１２】
変動パルス計算部６は、電子膨張弁４３に変動パルスＰｄを与えられるように、試験条件設定部２０１で設定され前記のように一定サイクルで変動する試験室１の設定温度ＳＶと試験室１内の温度センサ１７で実測された測定温度ＰＶとの差異に対応した変動パルスとして、本例では、前記差異に対応して算出される補正パルスＰｃを前記一定パルスＰ0 に加えた変動パルスＰｄ＝Ｐ0 ＋Ｐｃを算出する。そのため、変動パルス計算部６には、温度センサ１７及び試験条件設定部２０１からそれぞれ測定温度ＰＶ及び設定温度ＳＶが送られる。
【００１３】
補正パルスＰｃは適当な方法で計算可能であるが、本例では、
Ｐｃ＝〔ＰＶ−（ＳＶ＋ＯＦ）〕×ｎ −−−−（１）
の式で計算されている。ここで、ＯＦはオフセットで温度のオーバーシュートやアンダーシュートを防止するために設けられ、ｎは温度差とパルスとの対比係数（パルス数／℃）であり、共に微調整できるようになっている。なお上式によれば、温度降下時にはＰｃがプラスになり、ＰｄはＰ0 より大きくなり、電子膨張弁４３の開度が大きくなる。
【００１４】
なお、上式は温度降下時だけに適用される式であり、変動パルス計算部６は温度降下時だけを対象としたものであってもよいが、本例では、後述するように温度上昇時に対しても同様の式を適用するようにしている。このときには、
Ｐｃ＝〔ＰＶ−（ＳＶ−ＯＦ）〕×ｎ −−−−（２）
の式で計算される。この場合には、ＰＶがＳＶより小さくＰｃがマイナスになるので、ＯＦをマイナスすることにより、温度のオーバーシュートやアンダーシュートが防止される。なお、温度上昇時には上記のようにＰｃがマイナスになるので、ＰｄはＰ0 より小さくなり、電子膨張弁４３の開度は小さくなる。
【００１５】
パルス切換部７は、試験室１内が何れかのさらし温度になってほぼ一定温度で運転されているときには一定パルスＰ0 を与え、少なくとも試験室１を低温条件ＴL に温度降下させるときには変動パルスＰｄを与えるように電子膨張弁４３に与えるパルスを切り換える。なお本例では、前記の如く温度上昇時にもＰｄを用いている。
【００１６】
パルス切換部７に与える上記のような切換のための信号としては、ＳＶとＰＶとの比較値やＰＶの変化率等、温度変化中と到達後とを区別できる適当な信号が用いられる。本例では、変動パルス計算部６から（ＰＶ−ＳＶ）の値を受け取り、パルス切換部７でＳＶ≒ＰＶ又は絶対値（ＰＶ−ＳＶ）＜αの式によって温度昇降中か温度到達後かを判断している。αは小さい値である。そして、ＴH 、ＴL 又はＴN の何れかの温度到達後で一定さらし温度になると、一定パルスＰ0 を通過させて電子膨張弁４３に送り、さらし温度間の変動中であれば、Ｐ0 に代えてＰｄを通過させるように切り換える。
【００１７】
なお上記では、変動パルスＰｄを（Ｐ0 ＋Ｐｃ）として算出したが、Ｐｄ＝ｘＰ0 のような計算式により、変数ｘをＳＶとＰＶとの差異に対応させて計算することも可能である。又、以上ではＳＶとＰＶとの差異として（ＰＶ−ＳＶ）を用いたが、ＳＶ／ＰＶのような他の計算方法を用いることもできる。
【００１８】
以上のような電子膨張弁制御装置及びこれが適用される冷熱衝撃装置は次のように運転され、その作用効果が発揮される。
例えば常温−低温間の冷熱衝撃試験では、試験条件設定部２０１には試験条件として常温さらし温度である常温ＴN ＝２５℃及び低温さらし温度である低温ＴL ＝−６５℃を入力する。このときには、ダンパー１１〜１４が閉まり、常温さらし用空気の入口／出口ダンパー１５／１６が開き、外部の常温さらし用送風機が外気をダンパー１５から試験室１内に送り込んで試料Ｗに当てつつダンパー１６から排出している。高温槽２では送風機２１及び加熱器２２が運転停止状態になっている。
【００１９】
電子膨張弁４３には一定パルスＰ0 が送られ、それに対応した開度で冷媒が流れている。低温槽３内では、送風機３１が運転され、空気は蒸発器３６で冷却され、加熱器３２で加熱されて温調されつつ蓄冷器３５を冷却するように内部循環し、内部を−８０℃に維持する予冷運転が行われている。加熱器３２の出力は温度センサ３４の温度検出によって制御されている。この状態では、低温槽３において試料からの発熱負荷がないので、一定パルスＰ0 に対応した適当な冷凍能力による冷却と再加熱とにより、少ない消費電力で制御性良く予冷温度を保持することができる。
【００２０】
この状態で所定時間が経過し、低温さらしに移行すべく設定温度ＳＶが低温ＴL に設定されると、常温空気入口／出口ダンパー１５／１６が閉じると共に常温さらし用送風機が停止し、低温槽３への入口／出口ダンパー１３／１４が開き、送風機３１によって予冷された空気が試験室１内に送り込まれる。これにより、試験室１内の温度は急降下し、短時間で中和温度Ｔｍに到達する。
【００２１】
一方、ＳＶがＴL に設定されることにより、温度センサ１７で検出されるＰＶとの間で大きな温度差（ＰＶ−ＳＶ）が発生する。これにより、電子膨張弁制御装置の変動パルス計算部６では、式（１）によって補正パルスＰｃ及び変動パルスＰｄ＝Ｐ0 ＋Ｐｃが算出される。又、上記温度差が大きくなるため、パルス切換部７ではこれを温度降下中と判断し、Ｐ0 をＰｄに切り換えて通過させる。そして、電子膨張弁４３にはＰ0 より大きく最初はほぼ最大パルスに近いパルスが送られる。その結果、冷凍能力が増大し、試験室１内の温度降下を促進させ、特に前記中和温度Ｔｍより低い範囲においてＳＶへの到達を早めることになる。この場合、試料Ｗに発熱負荷があっても、大きな冷凍能力により、発熱負荷を処理しつつ試験室１を迅速に温度降下させることができる。
【００２２】
測定温度ＰＶが設定温度ＳＶに到達すると、所定時間の低温さらしが続行されると共に、ＰＶ≒ＳＶになることにより、パルス切換部７は設定温度に到達したと判断してＰｄに代えてＰ0 を通過させる。温度到達後には、冷凍能力は低温さらしの温度の−８０℃を維持するだけで足りるので、このようにパルスを下げて弁開度を絞ることにより、省エネ運転と良好な制御性とを得ることができる。
低温さらし時間が経過すると、常温さらしのために常温ＴN が設定される。これにより、低温槽３への入口／出口ダンパー１３／１４が閉じて常温空気入口／出口ダンパー１５／１６が開くと共に常温さらし用送風機が運転され、常温空気が試験室１内に流れ込んで通過する。これによって試験室１内の温度は急上昇する。
【００２３】
一方、ＳＶがＴN に設定されることにより、温度センサ１７で検出されるＰＶとの間で大きな温度差（ＰＶ−ＳＶ）が今度はマイナス値として発生する。これにより、電子膨張弁制御装置の変動パルス計算部６では式（２）によって補正パルスＰｃ及び変動パルスＰｄ＝Ｐ0 ＋Ｐｃが算出される。この場合のＰｃはマイナス値になる。又、上記温度差が大きくなるため、パルス切換部７にはその数値が入れられ、Ｐ0 をＰｄに切り換えて通過させる。そして、電子膨張弁４３にはＰ0 より更に小さい変動パルスＰｄが送られる。その結果、冷凍能力が減少し、低温槽３では低温さらし温度−６５℃からこれより更に低い予冷温度−８０℃への移行が緩慢になり、低温槽３の温度低下の抑制によって試験室１の常温への復帰が促進される。又、常温空気による冷凍能力の持ち出しが減り、省エネも図られる。
【００２４】
測定温度ＰＶが設定温度ＳＶに到達すると、所定時間の常温さらしが続行されると共に、ＰＶ≒ＳＶになることによってパルス切換部７はＰｄに代えてＰ0 を通過させる。これにより、設定温度到達後には低温槽３内を予冷するのに適当な冷凍能力に復帰し、次の低温さらしに備えて低温槽が好条件で予冷される。
【００２５】
高温−低温間の冷熱衝撃試験でも、同様な方法で試験条件設定部２０１に試験条件として例えば高温さらし温度ＴH ＝１６０℃及び低温ＴL ＝−６５℃を入力する。このときには、最初に全てのダンパー１１〜１６が閉まり、高温槽２では送風機２１及び加熱器２２が運転され、空気が循環され内部は例えば１７５℃に予熱される。低温槽３側も前記と同様に予冷される。そして、高温側及び低温側のダンパーが所定時間毎に交互に開閉し、高温さらしと低温さらしとが繰り返し実行される。
【００２６】
この場合にも、電子膨張弁制御装置は同様に作動し、試験室１の温度昇降時には電子膨張弁４３を変動パルスＰｄで開閉させ、温度到達後には一定パルスＰ0 の開度にする。そして、温度到達時間の短縮、ハンチング等のない良好な予冷制御、省エネ等、常温−低温さらしの場合と同様の効果を得ることができる。
【００２７】
なお、冷熱衝撃装置では、高温さらし−常温さらしの試験が行われることもあるが、このときには、通常冷凍回路４や低温槽３の諸機器の運転が停止される。但し、運転の継続性等の要請から、冷凍回路の運転を継続させる場合には、本例の電子膨張弁制御装置を適用することが可能である。その場合には、本例の電子膨張弁制御装置による冷凍能力の調整により、高温−常温間の温度移行を間接的に補助することになる。
【００２８】
図４は発明者等が行った実験結果の一例を示す。
図において左側の「パルス可変時」は本例の電子膨張弁制御装置を採用した運転結果であり、右側の「パルス固定時」は比較のために行ったと従来の装置による運転結果である。図示の如く、２５℃士の常温さらしから−６５℃の低温さらしに移行させると、従来の装置では、最大パルスＮの７０％程度の一定パルスＰ0 が電子膨張弁に与えられ、温度降下時間が１２分であったが、本例の装置では、常温から低温への設定変更後に変動パルスＰｄが直ちに最大パルスＮに近い値まで上昇し、温度降下が促進され、温度降下時間が従来の装置の場合より２分間短縮されて１０分になった。その結果、熱衝撃性能の向上と試験時間の短縮を図ることができた。
【００２９】
【発明の効果】
以上の如く本発明によれば、電子膨張弁に与えるパルスを一定パルスに設定する一定パルス設定部を備えているので、設定する低温条件に対応して一定パルスを適当な値に固定することにより、予冷室を一定温度にする予冷運転時には、通常設けられる温度制御用の加熱器によって予冷室内の温度を簡単に且つ精度良く制御することができる。又、このときには、予冷室内に試料からの発熱負荷がないので、一定パルスを大きい値にする必要がない。従って運転時の省エネも図られる。
【００３０】
又、設定温度と測定温度との差異に対応した変動パルスを算出する変動パルス計算部を設けているので、試験室を例えば常温条件から低温条件に温度降下させるために温度を低温に設定したときには、一定パルスより大きくなるように変動パルスを算出し、これを電子膨張弁に与えてその開度を大きくすることが可能になる。
【００３１】
そして、試験室内が一定温度で運転されているときには一定パルスを与え、少なくとも試験室を低温条件に温度降下させるときには変動パルスを与えるように、電子膨張弁に与えるパルスを切り換える切換手段を設けているので、前記の如く予冷室の予冷運転時には、冷凍能力を一定にして、通常予冷室内に設けられる温度制御用の加熱器によって予冷室内の温度を精度良く制御できると共に、温度降下時には、一定パルスより大きくなった変動パルスによって電子膨張弁の開度を大きくして冷凍機の冷却能力を増大させ、低温条件への温度到達時間を短くすることができる。特に、試料からの発熱があるときには温度降下時間が長くなるが、この場合にも低温への到達時間を短縮し、冷熱衝撃装置としての性能を良好に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した電子膨張弁制御装置及び関連部分の全体構成の一例を示す説明図である。
【図２】上記装置を適用できる冷熱衝撃装置の一例を示す断面図である。
【図３】上記装置による常温さらし−低温さらしのサイクル図である。
【図４】上記装置及び従来の装置を用いた実験結果を示す説明図である。
【図５】従来の電子膨張弁制御の場合の常温さらし−低温さらしにおける温度変化状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 試験室
３ 低温槽（予冷室）
４ 冷凍回路
５ 一定パルス設定部
６ 変動パルス計算部
７ パルス切換部
３６ 蒸発器
４３ 電子膨張弁
１００ 本体部分（冷熱衝撃装置）
Ｐ0 一定パルス
Ｐｃ 補正パルス
Ｐｄ 変動パルス
ＳＶ 設定温度
ＰＶ 測定温度
ＴL 低温（低温条件）
ＴH 、ＴN 高温、常温（温度条件）
【発明の属する技術分野】
本発明は、試験室と与えられたパルスで作動する電子膨張弁を備えた冷凍回路の蒸発器で冷却される予冷室とを備え前記試験室の設定温度が少なくとも低温条件を含む温度条件に設定されて測定温度が設定温度になるように制御されることがある冷熱衝撃装置に使用される電子膨張弁制御装置に関し、特に温度昇降時間を短縮する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
冷熱衝撃装置は、通常高温槽と試験室と低温槽とを備え、試験室と高温槽及び低温槽の間とで交互に空気を切換循環させることにより、試料に熱衝撃を与えるように構成されている。そして、試験室と高温槽を用いた高温さらしや試験室内の空気を外気と循環させる常温さらし中には、低温槽は予め冷却された状態になっているように予冷運転されている。この場合、従来の冷熱衝撃装置では、予冷運転における温度制御を簡単で安定した制御にするために、電子膨張弁に最大パルスより小さい一定パルスを固定的に与えている。
【０００３】
ところが、このように電子膨張弁のパルスを固定すると、例えば図５に二点鎖線で示す如く、常温さらしから低温さらしへの移行時に、試験室内の温度と蓄冷器を備えた予冷室の予冷温度とが同程度まで接近する中和温度に到るまでは循環空気の温度が急降下するが、それから設定温度の低温に到達するまでの時間が長くなる。特に試料が発熱する場合にはその傾向が大きくなり、試料に与える熱衝撃効果を低下させるという問題があった。
【０００４】
なお、例えば冷蔵庫のように、温度制御部分が一か所であってその部分のみの温度を低温に制御する装置では、電子膨張弁の特定の開度制御方法が提案されている。（特開平５ー１４１７８８号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は従来技術に於ける上記問題を解決し、冷熱衝撃装置の予冷室の温度制御性を良好に維持すると共に、温度降下時間を短縮して熱衝撃性能を良くする電子膨張弁制御装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、試験室と与えられたパルスで作動する電子膨張弁を備えた冷凍回路の蒸発器で冷却される予冷室とを備え前記試験室の設定温度が少なくとも低温条件を含む温度条件に設定されて測定温度が前記設定温度になるように制御されることがある冷熱衝撃装置に使用される電子膨張弁制御装置において、
前記電子膨張弁に与えるパルスを最大のパルスより小さい一定パルスに設定する一定パルス設定部と、前記試験室内の温度を前記低温条件に下げる温度降下時には前記設定温度と前記測定温度との差異に対応して前記一定パルスより大きくなるように変動パルスを算出して前記電子膨張弁に与える変動パルス計算部と、前記試験室内の温度がほぼ一定であるときには前記一定パルスを与え前記温度降下時には前記変動パルスを与えるように前記電子膨張弁に与えるパルスを切り換えるパルス切換部と、を有することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を適用した電子膨張弁制御装置及びその関連装置部分の構成例を示し、図２はこれを装着可能な冷熱衝撃装置の本体部分の構造例を示す。
電子膨張弁制御装置が使用される冷熱衝撃装置の本体部分１００は、断熱壁１０１で囲われていて、その内部には、試験室１とその両側に位置する高温槽２及び予冷室である低温槽３とが配設されている。試験室１と各槽２、３との間は、開口部を除いて断熱壁１０１で仕切られていて、高温槽側及び低温槽側の開口部には、それぞれ循環空気の入口／出口ダンパー１１／１２及び１３／１４が装着されている。又、本例では常温さらし用の入口／出口ダンパー１５／１６設けられていると共に、これらを介して試験室１に外気を出し入れできるように本体外部に図示しない常温さらし用送風機が設けられている。符号１７は試験室１の上部に装着された２個の温度センサである。試験室１には電子部品等の試験されるべき試料Ｗが入れられる。
【０００８】
高温槽２及び低温槽３には、それぞれ、高温槽用及び低温槽用の送風機２１及び３１、それらの駆動モータ２１ａ及び３１ａ、加熱器及び温調用加熱器２２及び３２、槽内循環用ダクトを形成する仕切板２３／３３、温度センサ２４、３４、３７、等が設けられている。低温槽には更に、低熱量を保有できる蓄冷器３５及び冷凍回路４を構成する蒸発器３６が設けられている。なお図１では、高温さらし状態を実線で示し低温さらし状態を二点鎖線で示している。これらの間ではダンパーが切り換えられ、高温空気及び低温空気の循環経路が切り換えられる。
【０００９】
冷凍回路４は、前記蒸発器３６を除いて図２では図示していないが本体部分１００の外部の機械室に配設されていて、冷媒の流れ方向の順に、蒸発器３６、圧縮機４１、凝縮器４２、電子膨張弁４３等を主要構造部分として形成されている。電子膨張弁にはパルス信号が与えられ、それに対応した開度で蒸発器３６に冷媒が流され、低温槽３が冷却される。
【００１０】
電子膨張弁制御装置は、本例では冷熱衝撃装置の本体部分１００の外に配設される操作制御盤２００に設けられていて、一定パルス設定部５、変動パルス計算部６、パルス切換部７等で構成されている。操作制御盤２００には、冷熱衝撃試験のための試験条件設定部２０１やその他図示しない通常の操作ボタンや制御回路等が設けられている。試験条件設定部２０１では、高温ＴH 、低温ＴL 及び常温ＴN の入力が可能になっていて、試験条件により、例えば図３のように一定の時間間隔で常温ＴN と低温ＴL とが順番に設定され、常温さらし−低温さらしから成る冷熱衝撃試験が行われる。その結果、ＴH 、ＴL 及びＴN のうちの何れか２つ又は全部の間で、温度をサイクル変動させ、試料Ｗの冷熱衝撃試験を行うことができる。
【００１１】
一定パルス設定部５は、電子膨張弁４３に与えるパルスを一定パルスＰ0 に設定してこれを発信する。この一定パルスＰ0 は、設定する低温側の温度条件、高−低温の温度差、予冷温度、予冷室の放熱量、温調のための再加熱の熱量等に対応して定められるが、通常の試験条件では最大パルスよりかなり小さい値になっていて、冷凍機は最大冷凍能力より低い能力で運転されている。
【００１２】
変動パルス計算部６は、電子膨張弁４３に変動パルスＰｄを与えられるように、試験条件設定部２０１で設定され前記のように一定サイクルで変動する試験室１の設定温度ＳＶと試験室１内の温度センサ１７で実測された測定温度ＰＶとの差異に対応した変動パルスとして、本例では、前記差異に対応して算出される補正パルスＰｃを前記一定パルスＰ0 に加えた変動パルスＰｄ＝Ｐ0 ＋Ｐｃを算出する。そのため、変動パルス計算部６には、温度センサ１７及び試験条件設定部２０１からそれぞれ測定温度ＰＶ及び設定温度ＳＶが送られる。
【００１３】
補正パルスＰｃは適当な方法で計算可能であるが、本例では、
Ｐｃ＝〔ＰＶ−（ＳＶ＋ＯＦ）〕×ｎ −−−−（１）
の式で計算されている。ここで、ＯＦはオフセットで温度のオーバーシュートやアンダーシュートを防止するために設けられ、ｎは温度差とパルスとの対比係数（パルス数／℃）であり、共に微調整できるようになっている。なお上式によれば、温度降下時にはＰｃがプラスになり、ＰｄはＰ0 より大きくなり、電子膨張弁４３の開度が大きくなる。
【００１４】
なお、上式は温度降下時だけに適用される式であり、変動パルス計算部６は温度降下時だけを対象としたものであってもよいが、本例では、後述するように温度上昇時に対しても同様の式を適用するようにしている。このときには、
Ｐｃ＝〔ＰＶ−（ＳＶ−ＯＦ）〕×ｎ −−−−（２）
の式で計算される。この場合には、ＰＶがＳＶより小さくＰｃがマイナスになるので、ＯＦをマイナスすることにより、温度のオーバーシュートやアンダーシュートが防止される。なお、温度上昇時には上記のようにＰｃがマイナスになるので、ＰｄはＰ0 より小さくなり、電子膨張弁４３の開度は小さくなる。
【００１５】
パルス切換部７は、試験室１内が何れかのさらし温度になってほぼ一定温度で運転されているときには一定パルスＰ0 を与え、少なくとも試験室１を低温条件ＴL に温度降下させるときには変動パルスＰｄを与えるように電子膨張弁４３に与えるパルスを切り換える。なお本例では、前記の如く温度上昇時にもＰｄを用いている。
【００１６】
パルス切換部７に与える上記のような切換のための信号としては、ＳＶとＰＶとの比較値やＰＶの変化率等、温度変化中と到達後とを区別できる適当な信号が用いられる。本例では、変動パルス計算部６から（ＰＶ−ＳＶ）の値を受け取り、パルス切換部７でＳＶ≒ＰＶ又は絶対値（ＰＶ−ＳＶ）＜αの式によって温度昇降中か温度到達後かを判断している。αは小さい値である。そして、ＴH 、ＴL 又はＴN の何れかの温度到達後で一定さらし温度になると、一定パルスＰ0 を通過させて電子膨張弁４３に送り、さらし温度間の変動中であれば、Ｐ0 に代えてＰｄを通過させるように切り換える。
【００１７】
なお上記では、変動パルスＰｄを（Ｐ0 ＋Ｐｃ）として算出したが、Ｐｄ＝ｘＰ0 のような計算式により、変数ｘをＳＶとＰＶとの差異に対応させて計算することも可能である。又、以上ではＳＶとＰＶとの差異として（ＰＶ−ＳＶ）を用いたが、ＳＶ／ＰＶのような他の計算方法を用いることもできる。
【００１８】
以上のような電子膨張弁制御装置及びこれが適用される冷熱衝撃装置は次のように運転され、その作用効果が発揮される。
例えば常温−低温間の冷熱衝撃試験では、試験条件設定部２０１には試験条件として常温さらし温度である常温ＴN ＝２５℃及び低温さらし温度である低温ＴL ＝−６５℃を入力する。このときには、ダンパー１１〜１４が閉まり、常温さらし用空気の入口／出口ダンパー１５／１６が開き、外部の常温さらし用送風機が外気をダンパー１５から試験室１内に送り込んで試料Ｗに当てつつダンパー１６から排出している。高温槽２では送風機２１及び加熱器２２が運転停止状態になっている。
【００１９】
電子膨張弁４３には一定パルスＰ0 が送られ、それに対応した開度で冷媒が流れている。低温槽３内では、送風機３１が運転され、空気は蒸発器３６で冷却され、加熱器３２で加熱されて温調されつつ蓄冷器３５を冷却するように内部循環し、内部を−８０℃に維持する予冷運転が行われている。加熱器３２の出力は温度センサ３４の温度検出によって制御されている。この状態では、低温槽３において試料からの発熱負荷がないので、一定パルスＰ0 に対応した適当な冷凍能力による冷却と再加熱とにより、少ない消費電力で制御性良く予冷温度を保持することができる。
【００２０】
この状態で所定時間が経過し、低温さらしに移行すべく設定温度ＳＶが低温ＴL に設定されると、常温空気入口／出口ダンパー１５／１６が閉じると共に常温さらし用送風機が停止し、低温槽３への入口／出口ダンパー１３／１４が開き、送風機３１によって予冷された空気が試験室１内に送り込まれる。これにより、試験室１内の温度は急降下し、短時間で中和温度Ｔｍに到達する。
【００２１】
一方、ＳＶがＴL に設定されることにより、温度センサ１７で検出されるＰＶとの間で大きな温度差（ＰＶ−ＳＶ）が発生する。これにより、電子膨張弁制御装置の変動パルス計算部６では、式（１）によって補正パルスＰｃ及び変動パルスＰｄ＝Ｐ0 ＋Ｐｃが算出される。又、上記温度差が大きくなるため、パルス切換部７ではこれを温度降下中と判断し、Ｐ0 をＰｄに切り換えて通過させる。そして、電子膨張弁４３にはＰ0 より大きく最初はほぼ最大パルスに近いパルスが送られる。その結果、冷凍能力が増大し、試験室１内の温度降下を促進させ、特に前記中和温度Ｔｍより低い範囲においてＳＶへの到達を早めることになる。この場合、試料Ｗに発熱負荷があっても、大きな冷凍能力により、発熱負荷を処理しつつ試験室１を迅速に温度降下させることができる。
【００２２】
測定温度ＰＶが設定温度ＳＶに到達すると、所定時間の低温さらしが続行されると共に、ＰＶ≒ＳＶになることにより、パルス切換部７は設定温度に到達したと判断してＰｄに代えてＰ0 を通過させる。温度到達後には、冷凍能力は低温さらしの温度の−８０℃を維持するだけで足りるので、このようにパルスを下げて弁開度を絞ることにより、省エネ運転と良好な制御性とを得ることができる。
低温さらし時間が経過すると、常温さらしのために常温ＴN が設定される。これにより、低温槽３への入口／出口ダンパー１３／１４が閉じて常温空気入口／出口ダンパー１５／１６が開くと共に常温さらし用送風機が運転され、常温空気が試験室１内に流れ込んで通過する。これによって試験室１内の温度は急上昇する。
【００２３】
一方、ＳＶがＴN に設定されることにより、温度センサ１７で検出されるＰＶとの間で大きな温度差（ＰＶ−ＳＶ）が今度はマイナス値として発生する。これにより、電子膨張弁制御装置の変動パルス計算部６では式（２）によって補正パルスＰｃ及び変動パルスＰｄ＝Ｐ0 ＋Ｐｃが算出される。この場合のＰｃはマイナス値になる。又、上記温度差が大きくなるため、パルス切換部７にはその数値が入れられ、Ｐ0 をＰｄに切り換えて通過させる。そして、電子膨張弁４３にはＰ0 より更に小さい変動パルスＰｄが送られる。その結果、冷凍能力が減少し、低温槽３では低温さらし温度−６５℃からこれより更に低い予冷温度−８０℃への移行が緩慢になり、低温槽３の温度低下の抑制によって試験室１の常温への復帰が促進される。又、常温空気による冷凍能力の持ち出しが減り、省エネも図られる。
【００２４】
測定温度ＰＶが設定温度ＳＶに到達すると、所定時間の常温さらしが続行されると共に、ＰＶ≒ＳＶになることによってパルス切換部７はＰｄに代えてＰ0 を通過させる。これにより、設定温度到達後には低温槽３内を予冷するのに適当な冷凍能力に復帰し、次の低温さらしに備えて低温槽が好条件で予冷される。
【００２５】
高温−低温間の冷熱衝撃試験でも、同様な方法で試験条件設定部２０１に試験条件として例えば高温さらし温度ＴH ＝１６０℃及び低温ＴL ＝−６５℃を入力する。このときには、最初に全てのダンパー１１〜１６が閉まり、高温槽２では送風機２１及び加熱器２２が運転され、空気が循環され内部は例えば１７５℃に予熱される。低温槽３側も前記と同様に予冷される。そして、高温側及び低温側のダンパーが所定時間毎に交互に開閉し、高温さらしと低温さらしとが繰り返し実行される。
【００２６】
この場合にも、電子膨張弁制御装置は同様に作動し、試験室１の温度昇降時には電子膨張弁４３を変動パルスＰｄで開閉させ、温度到達後には一定パルスＰ0 の開度にする。そして、温度到達時間の短縮、ハンチング等のない良好な予冷制御、省エネ等、常温−低温さらしの場合と同様の効果を得ることができる。
【００２７】
なお、冷熱衝撃装置では、高温さらし−常温さらしの試験が行われることもあるが、このときには、通常冷凍回路４や低温槽３の諸機器の運転が停止される。但し、運転の継続性等の要請から、冷凍回路の運転を継続させる場合には、本例の電子膨張弁制御装置を適用することが可能である。その場合には、本例の電子膨張弁制御装置による冷凍能力の調整により、高温−常温間の温度移行を間接的に補助することになる。
【００２８】
図４は発明者等が行った実験結果の一例を示す。
図において左側の「パルス可変時」は本例の電子膨張弁制御装置を採用した運転結果であり、右側の「パルス固定時」は比較のために行ったと従来の装置による運転結果である。図示の如く、２５℃士の常温さらしから−６５℃の低温さらしに移行させると、従来の装置では、最大パルスＮの７０％程度の一定パルスＰ0 が電子膨張弁に与えられ、温度降下時間が１２分であったが、本例の装置では、常温から低温への設定変更後に変動パルスＰｄが直ちに最大パルスＮに近い値まで上昇し、温度降下が促進され、温度降下時間が従来の装置の場合より２分間短縮されて１０分になった。その結果、熱衝撃性能の向上と試験時間の短縮を図ることができた。
【００２９】
【発明の効果】
以上の如く本発明によれば、電子膨張弁に与えるパルスを一定パルスに設定する一定パルス設定部を備えているので、設定する低温条件に対応して一定パルスを適当な値に固定することにより、予冷室を一定温度にする予冷運転時には、通常設けられる温度制御用の加熱器によって予冷室内の温度を簡単に且つ精度良く制御することができる。又、このときには、予冷室内に試料からの発熱負荷がないので、一定パルスを大きい値にする必要がない。従って運転時の省エネも図られる。
【００３０】
又、設定温度と測定温度との差異に対応した変動パルスを算出する変動パルス計算部を設けているので、試験室を例えば常温条件から低温条件に温度降下させるために温度を低温に設定したときには、一定パルスより大きくなるように変動パルスを算出し、これを電子膨張弁に与えてその開度を大きくすることが可能になる。
【００３１】
そして、試験室内が一定温度で運転されているときには一定パルスを与え、少なくとも試験室を低温条件に温度降下させるときには変動パルスを与えるように、電子膨張弁に与えるパルスを切り換える切換手段を設けているので、前記の如く予冷室の予冷運転時には、冷凍能力を一定にして、通常予冷室内に設けられる温度制御用の加熱器によって予冷室内の温度を精度良く制御できると共に、温度降下時には、一定パルスより大きくなった変動パルスによって電子膨張弁の開度を大きくして冷凍機の冷却能力を増大させ、低温条件への温度到達時間を短くすることができる。特に、試料からの発熱があるときには温度降下時間が長くなるが、この場合にも低温への到達時間を短縮し、冷熱衝撃装置としての性能を良好に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した電子膨張弁制御装置及び関連部分の全体構成の一例を示す説明図である。
【図２】上記装置を適用できる冷熱衝撃装置の一例を示す断面図である。
【図３】上記装置による常温さらし−低温さらしのサイクル図である。
【図４】上記装置及び従来の装置を用いた実験結果を示す説明図である。
【図５】従来の電子膨張弁制御の場合の常温さらし−低温さらしにおける温度変化状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 試験室
３ 低温槽（予冷室）
４ 冷凍回路
５ 一定パルス設定部
６ 変動パルス計算部
７ パルス切換部
３６ 蒸発器
４３ 電子膨張弁
１００ 本体部分（冷熱衝撃装置）
Ｐ0 一定パルス
Ｐｃ 補正パルス
Ｐｄ 変動パルス
ＳＶ 設定温度
ＰＶ 測定温度
ＴL 低温（低温条件）
ＴH 、ＴN 高温、常温（温度条件）
Claims (1)
- 試験室と与えられたパルスで作動する電子膨張弁を備えた冷凍回路の蒸発器で冷却される予冷室とを備え前記試験室の設定温度が少なくとも低温条件を含む温度条件に設定されて測定温度が前記設定温度になるように制御されることがある冷熱衝撃装置に使用される電子膨張弁制御装置において、
前記電子膨張弁に与えるパルスを最大のパルスより小さい一定パルスに設定する一定パルス設定部と、前記試験室内の温度を前記低温条件に下げる温度降下時には前記設定温度と前記測定温度との差異に対応して前記一定パルスより大きくなるように変動パルスを算出して前記電子膨張弁に与える変動パルス計算部と、前記試験室内の温度がほぼ一定であるときには前記一定パルスを与え前記温度降下時には前記変動パルスを与えるように前記電子膨張弁に与えるパルスを切り換えるパルス切換部と、を有することを特徴とする電子膨張弁制御装置。
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| JP27666798A JP4100640B2 (ja) | 1998-09-11 | 1998-09-11 | 冷熱衝撃装置用冷凍機の電子膨張弁制御装置 |
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- 1998-09-11 JP JP27666798A patent/JP4100640B2/ja not_active Expired - Lifetime
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