JP5164917B2 - 試験方法、有機ガス供給装置及び試験装置 - Google Patents
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Description
またシロキサンに耐えうる接点構造や材料の開発をするには、環境試験装置によって試作された接点構造や材料の性能評価をする必要がある。
本発明は、「圧力や温度等の条件が一定であれば、有機ガス飽和空気内における有機ガスの含有量は一定となる」という原理を応用して有機ガスの濃度を所望の濃度に調整するものである。
すなわち「圧力や温度等の条件が一定であれば、有機ガス飽和空気内における有機ガスの含有量は一定」であるから、これに無ガス空気(有機ガスを含まない空気)を所定の割合で混合すれば、所望の濃度の有機ガス混合空気を得ることができる。
また有機ガス飽和空気内における有機ガスの含有量は、予備実験や、先人の研究資料から知ることができる。
ここで「有機ガスの含有量に関する情報」とは単位空気容積当たりの含有有機ガス容積(単位 立方メートル)、単位空気質量当たりの含有質量(単位 mg)、単位容積当たりの含有モル数等の含有量そのものの値の他、重量パーセント、容積パーセント、モルパーセント、モル濃度等の含有率や濃度の値であってもよい。また有機ガスの分圧等の様に、実質的に有機ガスの濃度や含有割合を示す値であってもよい。
すなわち濃度に関する式を利用する場合は、次の式による。
前記したシロキサンガス雰囲気中の接点故障は、接点間の放電による場合もあり、雰囲気中の湿度が放電発生要因の一つとして挙げられる。そのため試験室内の湿度を制御した状態で試験を行う要求があり、この要求に応えるものである。
「目標湿度に調整する」とは実質的に目標とする湿度に一致させるという意味であり、制御の為の指標は、目標とする相対湿度だけでなく、目標とする相対湿度に対応する絶対湿度、目標とする相対湿度に対応する環境の露点温度、目標とする相対湿度に対応する水蒸気分圧を採用することができる。
本発明は、前記した有機ガスの濃度制御と同様の原理によって試験室内の湿度を制御するものである。
図1は、本発明の実施形態に係る環境試験装置1を示している。環境試験装置1は、具体的にはシロキサン耐久試験装置であり、試験室7内をシロキサンガス雰囲気とした状態で電気接点等の耐久試験を行うものである。
また高濃度ガス流路10と、無ガス空気流路12にはそれぞれ流量調節装置17,18が設けられている。
流量調節装置17,18は、具体的にはマスフローコントローラであり、制御装置19の制御出力にしたがって通過流量を調整するものである。
本実施形態では、高濃度ガス流路10側の流量調節装置17は、有機ガス飽和空気生成装置8の上流側に設けられている。
液相部21は、内部にシロキサン液が貯留される部位であり、シロキサン貯溜槽20の約下半分の領域を締める。
液相部21内には、シロキサン液を昇温するためのヒーター23が内蔵されている。
液相部21内のヒーター23は、U字管状であり、制御装置19からの制御出力にしたがって、液相部21のシロキサン液の温度を上昇させる。
その他、温調装置31は、ウォータージャケット33から排出された水と外部から供給された冷却水との熱交換を行う熱交換器35と、液相部21内に設けられてシロキサン液の温度調整を行うU字管状の蛇管36と、ポンプ37と、ウォータージャケット33に供給される水を加熱するヒーター40とを含んでいる。また、ウォータージャケット33内の液温は、液温センサー41によって測定される。ウォータージャケット33と熱交換器35との間には、熱交換器35に流れる水量を調整する三方弁34が配置されている。
前記した様に有機ガス飽和空気生成装置8は温度調節機能を備えるので、有機ガス飽和空気生成装置8を通過する空気は、一定温度条件下において空気中にシロキサンガスが飽和状に混入した有機ガス飽和空気となっている。
従って理解を容易にするために、加湿空気供給部5の構成部品であって、シロキサンガス供給部3と同一の部材には、同一の番号に添字aを付ける。ただし部材の名称は、混乱を避けるためにあえて異ならせている。
また高湿度流路10aと、乾燥空気流路12aにはそれぞれ流量調節装置17a,18aが設けられている。
流量調節装置17a,18aは、具体的にはマスフローコントローラであり、制御装置19の制御出力にしたがって通過流量を調整するものである。
水蒸気飽和空気生成装置8aの具体的構造は、前記した有機ガス飽和空気生成装置8と同一であり、一定温度条件下で、飽和水蒸気を含有した空気を生成することができる。
本実施形態の環境試験装置1は、乾燥空気供給源47から空気の供給を受けて使用される。ここで乾燥空気供給源47とは、図示しない圧縮機で圧縮された空気を除湿器を通して供給するものであり、乾燥空気とは、除湿処理された空気であって、水蒸気を全く含まない空気とは限らない。なお乾燥空気として窒素ガスを使用することもできる。
また加湿空気供給部5に分流された空気は、さらに高湿度流路10aと、乾燥空気流路12aに分流される。
すなわち本実施形態では、前記した様に、乾燥空気供給源47から供給される空気が、シロキサンガス供給部3と加湿空気供給部5とに分流され、さらにシロキサンガス供給部3においては、高濃度ガス流路10と、無ガス空気流路12に分流され、加湿空気供給部5においては、高湿度流路10aと、乾燥空気流路12aに分流される。そして高濃度ガス流路10でシロキサンガスが混合され、高湿度流路10aで水蒸気が混合されるから、高濃度ガス流路10を通過する空気量の比率を増加させればシロキサンガスの濃度が上昇し、高湿度流路10aを通過する空気量の比率を増大させれば全体の湿度が上昇する。
同様に、高湿度流路10a以外の流路を流れる空気は、水蒸気の含有量が少ないので、高湿度流路10aと他の3流路(乾燥空気流路12a、無ガス空気流路12、高濃度ガス流路10)の組み合わせによって湿度調整空気供給手段を構成する。
すなわちシロキサンガス供給部3の高濃度ガス流路10に設けられた流量調節装置(マスフローコントローラ)17で流量制御された空気流量をQD4wet とし、無ガス空気流路12に設けられた流量調節装置18で流量制御された空気流量をQD4dry とし、加湿空気供給部5の高湿度流路10aに設けられた流量調節装置17aで流量制御された空気流量をQSwetとし、乾燥空気流路12aに設けられた流量調節装置18aで流量制御された空気流量をQSdryとしたとき、QD4wet と他の合計との混合割合r:(1−r)を決定し、この流量となる様に各流量調節装置17,18,17a,18aを制御する。
式中のPa(試験室内の全体の目標全圧)は、圧力計50の検知信号を利用する。Cb(試験室内の有機ガスの目標濃度)は、図示しない入力装置を使用して使用者が希望する濃度を入力する。Pc(有機ガス飽和空気生成装置内における有機ガスの分圧)は、飽和状態における有機ガスの分圧であり、予備実験や、先人の研究資料から知ることができる。Pcのデータは、予め制御装置19の記憶装置に記憶させておく。
飽和状態における有機ガスの分圧に対して蓄積された資料が少ない場合は、特定の圧力条件下における分圧を測定し、有機ガス飽和空気生成装置8の温度条件を前記した特定の条件に合わせて有機ガス飽和空気を調整してもよい。
Cd(有機ガス飽和空気生成装置内における有機ガス濃度)は、飽和状態における有機ガスの濃度であり、これについても予備実験や、先人の研究資料から知ることができる。Cdのデータについても、必要に応じて予め制御装置19の記憶装置に記憶させておく。
飽和状態における有機ガスの濃度に対して蓄積された資料が少ない場合は、特定の圧力条件下における濃度を測定し、有機ガス飽和空気生成装置8の温度条件を前記した特定の条件に合わせて有機ガス飽和空気を調整してもよい。
例えば、次の式を採用することもできる。
すなわちQSwetと他の合計との混合割合R:(1−R)を決定し、この流量となる様に各流量調節装置17,18,17a,18aを制御する。
式中のPa(試験室内の全体の目標全圧)は、圧力計50の検知信号を利用する。Sc(水蒸気飽和空気生成装置内における水蒸気の分圧)は、飽和状態における水蒸気の分圧であり、公知の資料から知ることができる。Sg(試験室内の目標露点に対応する飽和水蒸気の分圧)についても公知の資料から知ることができる。
予め知り得るデータは、制御装置19に記憶されている。
即ち試験室7に対して供給される空気の総量をQtとし、水蒸気飽和空気と乾燥空気とをR:(1−R)で混合するとした場合、水蒸気飽和空気の流量(飽和状態の水蒸気を含む空気の流量)QSwetと、空気の総流量Qt及び水蒸気を含まない空気の流量QAdryとの間には、以下の数式の関係が成立する。
しかしながら、実際上、高濃度ガス流路10を流れる空気量が他の流路の空気量に比べて少ないので、図3の様に、無ガス空気流路12を省略すると、高濃度ガス流路10を流れる有機ガス飽和空気の混合が円滑にゆかなくなる懸念が生じるので、必要なガス濃度によって選択するべきである。すなわち高濃度ガス流路10を流れる流量が極端に小さい場合には、無ガス空気流路12を省略するべきではない。
また空気の総量を測定する流量調節装置56の計測値(又は流量設定値)から高湿度流路10aに設けられた流量調節装置17aの値、もしくは高濃度ガス流路10に設けられた流量調節装置17の値を減ずることによって乾燥空気の流量や無ガス空気の流量を簡単に演算することが可能であり、この演算値を利用して分流比たる「R」「r」を計算することができる。
本回路を採用する場合にも、無ガス空気流路12と乾燥空気流路12aに絞り53,55を設けることが望ましい。
2 ガス供給装置
3 シロキサンガス供給部
5 加湿空気供給部
7 試験室
8 有機ガス飽和空気生成装置
8a 水蒸気飽和空気生成装置
10 高濃度ガス流路
10a 高湿度流路
12 無ガス空気流路
12a 乾燥空気流路
17,17a 流量調節装置(マスフローコントローラ)
18,18a 流量調節装置(マスフローコントローラ)
19 制御装置
Pa:試験室内の全体の目標全圧
Cb:試験室内の有機ガスの目標濃度
Pc:有機ガス飽和空気生成装置内における有機ガスの分圧(飽和状態における有機ガスの分圧)
Cd:有機ガス飽和空気生成装置内における有機ガス濃度(飽和状態における有機ガスの濃度)
Wb:試験室内の水蒸気の濃度(目標絶対湿度)
Sc:水蒸気飽和空気生成装置内における水蒸気の分圧(飽和状態における水蒸気の分圧)
Sg:試験室内の目標露点に対応する飽和水蒸気の分圧
Qt:試験室に供給される空気の総流量
QD4wet :高濃度ガス流路に設けられたマスフローコントローラで流量制御された空気流量(高濃度ガスの流量)
QD4dry :無ガス空気流路に設けられたマスフローコントローラで流量制御された空気流量(乾燥空気の流量の一部)
QSwet:高湿度流路に設けられたマスフローコントローラで流量制御された空気流量(飽和状態の水蒸気を含む空気の流量)
QSdry:乾燥空気流路に設けられたマスフローコントローラで流量制御された空気流量(乾燥空気の流量の一部)
QAdry:水蒸気を含まない空気の流量
Sfc:試験室内における水分の消費率
Sd:水蒸気飽和空気生成装置内における水分の消費率
M :水の分子量
Wb:試験室内の水蒸気の濃度(目標絶対湿度)
Wd:水蒸気飽和空気生成装置内における水蒸気の濃度(飽和状態における絶対湿度)
Claims (10)
- 一定温度条件下において空気等の中に特定の有機ガスが飽和状態となるまで混入した有機ガス飽和空気を調整し、当該有機ガス飽和空気と前記有機ガスを含有しない無ガス空気を混合し、当該混合空気を所定の試験空間内に充満して前記試験空間内の有機ガスの濃度を所望の目標濃度に調整し、前記試験空間内で試験を行う試験方法であって、前記有機ガス飽和空気内における有機ガスの含有量に関する情報に基づき、前記試験空間に供給する空気等の中の有機ガスの濃度が所望の濃度となる様に有機ガス飽和空気と無ガス空気の混合割合r:(1−r)を決定し、前記混合割合の混合空気を前記試験空間内に充満させて有機ガスの濃度を所望の目標濃度に調整することを特徴とする試験方法。
- 有機ガスの含有量に関する情報は、飽和状態における有機ガスの分圧又は飽和状態における有機ガスの濃度であることを特徴とする請求項1に記載の試験方法。
- 有機ガスはシロキサンガスであり、一定の温度及び圧力下において液状のシロキサンと空気とを接触させることによって有機ガス飽和空気を調整することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の試験方法。
- 試験空間内の湿度を調節しつつ試験を行うことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の試験方法。
- 空気等の中に水蒸気が飽和状態となるまで混入した水蒸気飽和空気を調整し、当該水蒸気飽和空気を管路内又は試験空間内で混合して試験室内の湿度を所望の目標湿度に調整することを特徴とする請求項5に記載の試験方法。
- 被試験物は、接点を有する電気機器であり、前記空間内に被試験物を設置し、接点に通電しつつ接点を開閉することを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の試験方法。
- 空気等の中に目標濃度の有機ガスが混入された濃度調整ガスを供給するガス供給装置において、一定の温度条件下において液状の有機ガスと空気とを接触させることによって、空気等の中に特定の有機ガスが飽和状態となるまで混入した有機ガス飽和空気を調整する有機ガス飽和空気生成装置と、
前記有機ガスを含有しない無ガス空気を通過させる無ガス空気通過流路と、
有機ガス飽和空気の流量を制御する有機ガス飽和空気量制御手段と、
無ガス空気通過流路を通過する空気の流量又は空気の総通過量を制御する無ガス空気量制御手段と、
前記有機ガス飽和空気内における有機ガスの含有量に関する情報に基づき、ガス供給装置から他の機器に対して供給する空気等の中の有機ガスの濃度が所望の濃度となる様に有機ガス飽和空気と無ガス空気の混合割合r:(1−r)を決定しこの混合割合となる様に前記有機ガス飽和空気量制御手段と無ガス空気量制御手段を制御する制御装置を有することを特徴とする有機ガス供給装置。 - 試験室を有し、請求項8又は9に記載のガス供給装置によって試験室に所望の濃度の有機ガス混入空気が供給されることを特徴とする試験装置。
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