JP4752633B2 - 恒温試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、恒温槽の内部で試験を行う恒温試験装置に関する。

従来より、供試体が収容された恒温槽内に所定温度の空気を循環させ、供試体の周囲の雰囲気温度を一定に保った状態で試験するようにした恒温試験装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この種の恒温試験装置は、雰囲気温度を上昇させるためのヒータを備え、ヒータで加熱した空気を循環させて恒温槽内を一定温度に保つ。

実開平６−７６８７６号公報

上記のような恒温槽により、例えば内部に高圧の油が充填された供試体を試験すると、供試体が破壊した際に油が飛散してヒータに接触するおそれがあり、試験装置に大きな被害を与える。

請求項１の発明による恒温試験装置は、供試体を試験するための試験室を内部に形成する内槽と、内槽の外側に密閉室を形成する外槽と、密閉室を横断して外槽の外側から試験室にかけて通路を形成する通路形成部と、密閉室の温度を調整する温度調整手段と、通路内に挿入され、供試体が接続される配管、および、この配管を介して高圧油を用いて供試体に内圧を負荷する内圧負荷装置と、外槽の外側で少なくとも配管を支持する支持手段と、通路を介して、少なくとも配管を試験室内に対して進退させるために、外槽をスライドさせるレールとを備えることを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の恒温試験装置において、支持手段は、供試体を試験室に設置する前の状態において、外槽の外側で供試体を支持することを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項２に記載の恒温試験装置において、外槽の外側に固定されるフランジ部をさらに有し、フランジ部が外槽に固定されることによって、供試体を支持するとともに試験室が密閉されることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の恒温試験装置において、密閉室の側方には、温度調整手段を有する温度調整室が形成され、温度調整手段は、送風用のファンと、加熱用ヒータと、冷却用熱交換機とを含んで構成され、密閉室は、仕切板により第一の密閉室と、第二の密閉室とに分割され、第一の密閉室と第二の密閉室は空隙を介して連通され、第一の密閉室には、温度調整室から密閉室に空気を導入するための第一の空気口が設けられ、第二の密閉室には、密閉室から温度調整室へ空気を戻すための第二の空気口が設けられ、温度調整室の空気が第一の空気口を介して第一の密閉室に送風され、送風された空気が空隙を通って第二の密閉室に導かれ、第二の空気口を通って温度調整室に戻る循環経路が形成されることを特徴とする。

本発明によれば、恒温槽を内槽および外槽の二層構造とするとともに、外槽と内槽の間の温度調整用の密閉室を横断して外槽の外側から内槽内部の試験室にかけて通路を形成するようにしたので、試験室からの噴出物が密閉室に導かれることがなく、装置の被害を抑えることができる。

以下、図１，図２を参照して本発明による恒温試験装置の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る恒温試験装置の全体構成を示す図である。図１では、ディーゼルエンジンなどに用いられるインジェクションを供試体ＴＰとして用いており、この供試体ＴＰに所定サイクルの内圧をかけて疲労試験を行う。恒温試験装置は、供試体ＴＰに内圧を負荷する負荷装置１０と、供試体ＴＰの周囲に所定条件の雰囲気を形成する恒温槽２０と、供試体周囲の雰囲気温度を調整する温度調整装置４０とを有する。なお、供試体ＴＰとしてのインジェクションには、燃料の代わりに油によって内圧を負荷する。また、内圧を負荷するために、インジェクションの燃料噴射用の孔は塞いでいる。

負荷装置１０は、基台１１上に支持された油圧アクチュエータ１２と、油圧アクチュエータ１２により駆動されるピストン１３と、ピストン１３の先端部が摺動可能に挿入される圧力容器１４とを備える。供試体ＴＰは、支柱１７から略水平方向に延設された支持バー１６の先端部に支持されている。

圧力容器１４には、配管１５を介して供試体ＴＰが接続されている。圧力容器１４内は油で満たされており、アクチュエータ１２の駆動により所定サイクルでピストン１３を往復運動させると、供試体ＴＰに所定サイクルの内圧が作用する。供試体ＴＰに作用する圧力波形は、実機のインジェクションに作用する圧力波形を考慮して決定される。供試体ＴＰに負荷する内圧は、例えば圧力容器内１４に設けられた図示しない圧力センサにより検出される。

恒温槽２０は、テーブル上に設けられたレール１８に沿って矢印方向にスライド可能に支持されている。供試体ＴＰに対向する恒温槽２０の外表面には、内部に向けて通路２１が設けられている。供試体ＴＰ側に恒温槽２０をスライドさせると、通路２１に沿って供試体ＴＰと支持バー１６とが恒温槽内に進入する。支持バー１６にはフランジ部１６ａが設けられ、恒温槽２０をスライドさせた後、恒温槽２０の外表面にフランジ部１６ａを固定し、試験可能状態となる。

図２（ａ）は恒温槽２０と温度調整装置４０の構成を示す縦断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。なお、図２は、恒温槽内に供試体ＴＰを収容した試験可能状態を示している。

図２に示すように恒温槽２０は、略ボックス状の内槽２２と外槽２３とを有する二槽構造をなし、内槽２２は、その底面角部に設けられた支持台２４を介し外槽内に固定されている。内槽２２の内側には試験室ＳＰ１が形成され、内槽２２と外槽２３の間には密閉室ＳＰ２が形成されている。内槽２２は熱伝導性のよい材料、例えばアルミなどにより構成される。

温度調整室ＳＰ２には、内槽２２と外槽２３を貫通してパイプ部材２５が横断し、パイプ部材２５により上述した通路２１が形成されている。パイプ部材２５と内槽２２および外槽２３との接合部はシールされ、密閉室ＳＰ２の密閉が保たれている。外槽２０の表面にはボルトを介して支持バー１６のフランジ部１６ａが固定され、通路２１内における配管１５および支持バー１６の周囲の隙間はフランジ部１６ａによって塞がれる。

試験室ＳＰ１には攪拌用のファン３０が設けられている。ファン３０は、内槽２２および外槽２３を貫通した回転軸を介してモータ３１の駆動により回転し、ファン３０の回転により試験室ＳＰ１の温度を均一化する。試験室ＳＰ１には調圧用のレギュレータ３２も設けられている。内槽２２および外槽２３には、図２（ｂ）の点線で示すようにそれぞれヒンジ部３３ａ，３４ａを支点に回動する開閉ドア３３，３４が設けられている。ドア３３，３４はシールした状態で閉鎖され、ドア３３，３４を閉鎖した状態では密閉室ＳＰ２の密閉が保たれている。

密閉室ＳＰ２には、高さ方向中央部に略水平方向に仕切板２６が延設され、密閉室ＳＰ２は仕切板２６により上下に分割されている。仕切板２６の一端面２６ａは、外槽２３の一の内壁面２３ａに当接している。仕切板２６の他端面２６ｂと外槽２３の他の内壁面２３ｂとの間には空隙ＳＰ２３が設けられ、この空隙ＳＰ２３を介して上下の密閉室ＳＰ２１，ＳＰ２２が連通している。外槽２３の内壁面２３ａには、密閉室ＳＰ２１，ＳＰ２２に面して上下一対の空気口２７，２８が開口されている。

密閉室ＳＰ２の側方には温度調整室ＳＰ３が形成され、密閉室ＳＰ２と温度調整室ＳＰ３は空気口２７，２８を介して連通している。温度調整室ＳＰ３には送風用のファン４１と、加熱用ヒータ４２と、冷却用熱交換機４３が配設されている。ファン４１を駆動すると、図２（ａ）の矢印で示すように温度調整室ＳＰ３の空気が空気口２７を介して上側の密閉室ＳＰ２１に送風される。送風された空気は、空隙ＳＰ２３を通って下側の密閉室ＳＰ２２に導かれ、空気口２８を通って温度調整室ＳＰに戻る。すなわち温度調整室ＳＰ３と密閉室ＳＰ２の間を空気が循環する。

温度調整室ＳＰ３内では、ファン４１により送風された空気が熱交換機４３およびヒータ４２を通過する。この際、温度調整室ＳＰ３の空気は、熱交換機４３における冷媒との熱交換により冷却され、あるいはヒータ４４からの熱で加熱されて、所定温度に制御される。試験室ＳＰ１の温度、あるいはこれと相関のある密閉室ＳＰ２の温度は、図示しない温度センサにより検出され、試験室ＳＰ１が所定の試験温度に保たれるように熱交換機４３とヒータ４４とが図示しないコントローラにより制御される。

本実施の形態に係る恒温試験装置を用いた試験手順を説明する。
まず、恒温槽２０をレール１８に沿ってスライドさせ、通路２１を介し試験室ＳＰ１内に供試体ＴＰをセットする。次いで、ファン４１を駆動するとともに、恒温槽２０の設定温度と温度センサの検出値とに応じて熱交換機４３およびヒータ４２を制御する。これにより温度調整室ＳＰ３と密閉室ＳＰ２の間で所定温度の空気を循環させ、試験室ＳＰ１内の雰囲気温度を一定の試験温度、例えばエンジン室相当の温度に保つ。

この場合、内槽２２を熱伝導性のよい材料により構成しているため、試験室ＳＰ１内の温度を効率よく設定温度に制御することができる。仕切板２６により密閉室ＳＰ２を上下に分割して流路を形成しているため、内槽２２の外表面に沿って均一に空気が流れ、内槽２２の温度を均一化できる。ファン３０により試験室ＳＰ１内の空気を攪拌すれば、試験室ＳＰ１の雰囲気温度を容易に均一化できる。

試験室ＳＰ１が一定の試験温度になると、油圧アクチュエータ１２を駆動して供試体ＴＰに所定周波数の内圧を負荷し、疲労試験等、目的に応じた試験を行う。試験が終了すると、レギュレータ３２を操作して試験室ＳＰ１を大気圧とする。さらに高温条件の試験をしていた場合には、ヒータ４２の作動を停止し、場合によっては試験室ＳＰ１の温度が所定温度に低下するまで待機する。なお、熱交換機４３を作動させて密閉室ＳＰ２内に低温の空気を流すようにすれば、試験室ＳＰ１の温度を速やかに低下することができる。恒温槽２０にダクトを接続して密閉室ＳＰ２の高温空気を外部に排気することによっても、迅速な温度低下が可能である。

その後、レール１８に沿って恒温槽２０を反対方向にスライドさせ、試験室ＳＰ１から供試体ＴＰを取り出す。試験の結果、供試体ＴＰが破壊すると、供試体ＴＰから高圧の油が噴出することがある。この場合は、開閉ドア３４および３３を順次開放し、ドア３３，３４を介して試験室ＳＰ１から供試体ＴＰを取り出す。この際、試験室ＳＰ１は内槽２２を介して密閉室ＳＰ２から隔離されているため、噴出した油がヒータ４２や熱交換機４３に接触することはなく、試験装置の被害を最小限に抑えることができる。その結果、試験室ＳＰ１内を清掃するだけで、供試体ＴＰを変更して続けて試験を行うことができる。

本実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）恒温槽２０を内槽２２と外槽２３の二槽構造として試験室ＳＰ１と密閉室ＳＰ２とを形成するとともに、密閉室ＳＰ２を横断して外槽２３の外側から試験室ＳＰ２にかけて通路２１を設けるようにした。これにより恒温槽２０の外部に負荷装置１０を設置して試験を行うことができるとともに、供試体ＴＰが破壊した場合にヒータ４２等に油が接触することはなく、試験装置の被害を最小限に抑えることができる。ヒータ４２の熱で油が引火こともないため、安全上も好ましい。
（２）恒温槽２０の外部から通路２１を介して試験力を負荷するので、恒温槽２０を大型化することなく試験室ＳＰ１で試験を行うことができる。
（３）支持バー１６の先端部に供試体ＴＰを支持し、恒温槽２０の通路２１を介して試験室ＳＰ１内に供試体ＴＰを挿入するので、供試体ＴＰのセットが容易である。
（４）密閉室ＳＰ２内に仕切板２６を設けて空気の流路を形成するので、内槽２２の外表面を均一に空気が流れ、内槽２２の温度が均一となって、良好な試験環境を構築できる。

なお、上記実施の形態では、支持バー１６の先端部に供試体ＴＰを取り付け、通路２１を介して試験室ＳＰ１に供試体ＴＰを挿入するようにした。すなわち支持手段としての支柱１７および支持バー１６を介して供試体ＴＰを支持するようにしたが、大型の供試体ＴＰを試験する場合には、開閉ドア３３，３４を介して供試体ＴＰを試験室ＳＰ１にセットするようにしてもよい。この場合、試験室ＳＰ１の内部に、供試体ＴＰを支持するための支持部を設ければよい。通路２１には配管１５を通すだけでよいため、通路径を最小化できる。パイプ部材２５により通路２１を形成したが、パイプ部材以外を通路形成部としてもよい。恒温槽２０の上面や底面に通路２１を形成してもよい。

負荷手段の構成は上述したものに限らない。ヒータ４２と熱交換機４３により密閉室ＳＰ２の温度を調整するようにしたが、温度調整手段の構成はこれに限らない。すなわち本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の恒温試験装置に限定されない。

本発明の実施の形態に係る恒温試験装置の全体構成を示す図。 （ａ）は図１の要部縦断面図、（ｂ）は図２（ａ）のｂ−ｂ線断面図。

符号の説明

１０ 負荷装置
１６ 支持バー
１７ 支柱
２１ 通路
２２ 内槽
２３ 外槽
２５ パイプ部
４２ ヒータ
４３ 熱交換機

Claims (4)

1. 供試体を試験するための試験室を内部に形成する内槽と、
   前記内槽の外側に密閉室を形成する外槽と、
   前記密閉室を横断して前記外槽の外側から前記試験室にかけて通路を形成する通路形成部と、
   前記密閉室の温度を調整する温度調整手段と、
   前記通路内に挿入され、供試体が接続される配管、および、この配管を介して高圧油を用いて前記供試体に内圧を負荷する内圧負荷装置と、
   前記外槽の外側で少なくとも前記配管を支持する支持手段と、
   前記通路を介して、少なくとも前記配管を前記試験室内に対して進退させるために、前記外槽をスライドさせるレールとを備えることを特徴とする恒温試験装置。
2. 請求項１に記載の恒温試験装置において、
   前記支持手段は、前記供試体を前記試験室に設置する前の状態において、前記外槽の外側で前記供試体を支持することを特徴とする恒温試験装置。
3. 請求項２に記載の恒温試験装置において、
   前記外槽の外側に固定されるフランジ部をさらに有し、
   前記フランジ部が前記外槽に固定されることによって、前記供試体を支持するとともに前記試験室が密閉されることを特徴とする恒温試験装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の恒温試験装置において、
   前記密閉室の側方には、前記温度調整手段を有する温度調整室が形成され、
   前記温度調整手段は、送風用のファンと、加熱用ヒータと、冷却用熱交換機とを含んで構成され、
   前記密閉室は、仕切板により第一の密閉室と、第二の密閉室とに分割され、
   前記第一の密閉室と第二の密閉室は空隙を介して連通され、
   前記第一の密閉室には、前記温度調整室から前記密閉室に空気を導入するための第一の空気口が設けられ、前記第二の密閉室には、前記密閉室から前記温度調整室へ空気を戻すための第二の空気口が設けられ、
   前記温度調整室の空気が前記第一の空気口を介して前記第一の密閉室に送風され、送風された空気が前記空隙を通って前記第二の密閉室に導かれ、前記第二の空気口を通って前記温度調整室に戻る循環経路が形成されることを特徴とする恒温試験装置。

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