JP5329325B2

JP5329325B2 - 環境試験方法及び環境試験装置

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Publication number: JP5329325B2
Application number: JP2009167562A
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Inventors: 克彦渡部
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Publication date: 2013-10-30
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Description

本発明は、自然界で生じる着霜と略同一の現象を再現できる環境試験方法、及び被試験物に着霜させることができる環境試験装置に関するものである。

放射冷却現象による気温の低下により、屋外に置かれている車両等に霜が着くことがある。車両に着霜するとエンジンが暖まりにくくなる等、車両が何らかの影響を受ける。このため、従来は着霜による車両への影響を調べるため、寒冷地にて車両試験を実施しているが、試験環境が気象条件や場所、時間帯等によって大きく変動するので、所望する着霜を実現することは容易ではない。

そこで類似した試験環境を得るための発明が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されている着雪装置では、車両に着雪させることで、着雪による車両への影響を調べることができるとされている。

特開２００４−１４０９３４号公報

特許文献１に開示された着雪装置は、天然雪又は人工雪の一部を加熱源により液化させ、湿り雪へと変化したものを目的物に吹き付けて、着雪させるものである。このため、着雪装置で発生させた湿り雪による着雪は、水蒸気（気体）が霜（固体）に相変化して生じる着霜とは異なる。よって、従来技術の着雪装置では、自然界で生じる着霜と同じものを再現することは困難である。

そこで、本発明は、自然界で生じる着霜と略同一の現象を再現できる環境試験方法、及び被試験物に着霜させることができる環境試験装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、環境試験装置の試験室内に被試験物を配置し、当該試験室内の被試験物の表面温度を摂氏零度近傍以下に低下させ、その後に、試験室内部に被試験物の上方から、その露点温度が被試験物の表面温度以上である空気を、被試験物の近傍で無風又は微風状態になるように供給することで、少なくとも被試験物の近傍の絶対湿度を上昇させ、被試験物の表面及び／又はその近傍で空気中の水蒸気を相変化させて被試験物の表面に着霜させることを特徴とする環境試験方法である。

本発明の環境試験方法は、環境試験装置の試験室内に配置された被試験物の表面に着霜できるものである。
詳細に説明すると、当該試験室内の被試験物の表面温度を摂氏零度近傍以下に低下させ、その状況下において、少なくとも被試験物の近傍の絶対湿度を上昇させ、被試験物の近傍の空気中に含まれる水蒸気量を増加させる。増加した水蒸気は、摂氏零度近傍以下に冷やされた被試験物の表面及び／又はその近傍の空気と接触することで、熱を奪われて相変化し、被試験物の表面で霜（氷の結晶）となる。つまり、水蒸気が気体から固体へと相変化して凝結したものが霜であり、本発明によると霜を被試験物の表面に発生させることができる。なお、摂氏零度近傍以下にまで冷却された水蒸気の内、霜へと相変化しなかったものについては、過冷却状態の水蒸気か、又は過冷却状態の水滴となり、不安定な状態となる。

本発明の環境試験方法は、寒冷地で起こる放射冷却と略同一の環境を試験室内に作り出すものである。本発明では、試験室内の上方から自然対流に近い状態で、露点温度が被試験物の表面温度以上である空気を供給する。つまり、寒冷地で起こる放射冷却と略同一の現象を試験室内で再現することができる。

請求項２に記載の発明は、試験室の天井面に開口した高湿度空気供給口及び吸気管を有し、吸気管から被試験物の上方の空気を吸気し、露点温度が被試験物の表面温度以上である空気に変化させ、高湿度空気供給口から供給することを特徴とする請求項１に記載の環境試験方法である。

請求項３に記載の発明は、露点温度が被試験物の表面温度以上である空気を、被試験物の近傍で無風状態又は風速４ｍ／ｓ以下の微風状態になるよう供給して少なくとも被試験物の近傍の絶対湿度を上昇させることを特徴とする請求項１又は２に記載の環境試験方法である。

本発明の環境試験方法は、被試験物の表面に安定して着霜させるか又は着霜に掛かる時間を短縮できるものである。
ここで、露点温度が被試験物の表面温度以上である空気を、「被試験物の近傍で無風状態となるように供給する」とは、例えば原則として、送風機等を使用せず、気体の拡散現象や対流現象を利用して徐々に被試験物の近傍の絶対湿度を上昇させる様な状態を指している。「被試験物の近傍で無風状態となるように供給する」場合は、多くの場合、人為的に試験室内に空気の流れや空気の混合を生じさせない。このことにより、被試験物の表面に安定して着霜させることができる。
一方、「被試験物の近傍で風速４ｍ／ｓ以下の微風状態になるよう供給する」とは、人為的に試験室内に空気の流れや空気の混合を生じさせる場合である。このことにより、被試験物の表面への着霜に掛かる時間を短縮することが可能となる。
なお、「露点温度が被試験物の表面温度以上である空気」とは、「被試験物の表面温度にまで冷却した場合に水蒸気量が飽和状態か又は過飽和状態となる空気」を指している。被試験物の表面で容易に霜を発生させるためには、水蒸気が過剰に必要であり、試験物の表面温度にまで冷却した場合に水蒸気量が飽和状態か又は過飽和状態となる空気が必要となる。

請求項４に記載の発明は、被試験物の表面温度を摂氏零度近傍以下であって且つ置かれた試験室の平均気温よりも低い温度に低下させ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環境試験方法である。

本発明の環境試験方法は、被試験物の表面温度を摂氏零度近傍以下であって且つ置かれた試験室の平均気温よりも低い温度に低下させるものである。なお、本発明の実施する際において、環境試験装置の試験室は、温度や湿度を任意に制御できるものであることが望ましいが、温度や湿度をコントロールする機能を持たないものであってもよい。
即ち環境試験装置の試験室は、ヒータ、冷凍機、加湿器等によって、これらの温度や湿度を任意に制御することができるものが多いが、本発明に関しては、これらの温度や湿度をコントロールする機能は必須ではない。
例えば、試験室の温度は、外部環境や被試験物の表面温度、あるいは被試験物を冷却するための冷風等に依存し、成り行きによって決まるものであってもよい。
要するに、被試験物の表面温度が、摂氏零度近傍以下であって且つ試験室の平均気温よりも低い温度に低下しておれば本発明の要件を満足する。

請求項５に記載の発明は、一定時間に渡って冷風を吹き当てて被試験物の表面温度を摂氏零度近傍以下に低下させ、その後、冷風の吹き当てを一時的に又は恒久的に停止し、その後に少なくとも被試験物の近傍の空気の露点温度が、被試験物の表面温度以上となるよう絶対湿度を上昇させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の環境試験方法である。

本発明の環境試験方法は、寒冷地で起こる放射冷却と略同一の環境を試験室内に作り出すものである。すなわち、自然界で起こる放射冷却現象は、上空よりも地表が冷却されているという気温の逆転現象であり、本発明によると放射冷却と略同一の現象を試験室内で再現し、霜を被試験物の表面に発生させることができる。

請求項６に記載の発明は、一定時間に渡って冷風を吹き当てて被試験物の表面温度を摂氏零度近傍以下に低下させ、その後、単位時間当たりの被試験物に与えられる冷熱量を減少させ、その後に少なくとも被試験物の近傍の空気の露点温度が、被試験物の表面温度以上となるよう絶対湿度を上昇させることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の環境試験方法である。

本発明の環境試験方法は、請求項５に記載の発明と同様に、寒冷地で起こる放射冷却と略同一の環境を試験室内に作り出すものである。

請求項７に記載の発明は、湿度を含む空気を被試験物の近傍に供給して被試験物の近傍の絶対湿度を上昇させるものであり、被試験物の表面温度と、被試験物の近傍に供給する前記空気の乾球温度及び露点温度と、被試験物の近傍の風速と、被試験物に冷熱を与える冷風の強度とを制御可能であることを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の環境試験方法である。

本発明の環境試験方法は、被試験物に供給する空気の性状（温度や露点温度等）を制御するものである。
「被試験物の近傍に供給する前記空気の乾球温度」は、被試験物の表面への着霜に掛かる時間に影響を与えるパラメータである。
「被試験物の近傍に供給する前記空気の露点温度」は、空気中に含まれる水蒸気量に影響を与えるパラメータである。
「被試験物の表面温度」は、霜の結晶の形状に影響を与えるパラメータである。
「被試験物の近傍の風速」は、被試験物の表面への着霜に掛かる時間に影響を与えるパラメータである。
「被試験物に冷熱を与える冷風の強度」は、被試験物の表面に着霜するかしないかに影響を与えるパラメータである。ここで「強度」とは、冷風の持つエネルギーであり、風温と、風速と、風量を表す。

請求項８に記載の発明は、被試験物の表面温度と、被試験物の近傍における空気の乾球温度と、被試験物の近傍における空気の露点温度と、被試験物の近傍の風速と、被試験物に冷熱を与える冷風の強度とを制御可能であることを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の環境試験方法である。

本発明の環境試験方法は、被試験物近傍の環境を視点とした制御方法であり、厳密な温度制御等を目的とするものである。また、請求項７の発明と同様に、空気の性状を制御するものである。
「被試験物の近傍における空気の乾球温度」は、被試験物の表面への着霜に掛かる時間に影響を与えるパラメータである。
「被試験物の近傍における空気の露点温度」は、被試験物近傍の空気中に含まれる水蒸気量に影響を与えるパラメータである。

請求項９に記載の発明は、被試験物を収容する試験室と、少なくとも被試験物の表面温度を低下させる冷却手段と、加湿手段とを備え、前記加湿手段は、試験室内部に被試験物の上方から、露点温度が被試験物の表面温度以上である空気を、被試験物の近傍で無風又は微風状態になるように供給することで、少なくとも被試験物の近傍の空気の露点温度が被試験物の表面温度以上となるように絶対湿度を上昇させるものであり、前記冷却手段で被試験物の表面温度を摂氏零度近傍以下に低下させた後に、前記加湿手段によって、被試験物の表面及び／又はその近傍で空気中の水蒸気を相変化させて、被試験物の表面に着霜させる能力を有することを特徴とする環境試験装置である。

本発明の環境試験装置は、請求項１に記載の環境試験方法を実現するための装置であり、請求項１と同様に試験室内に配置された被試験物の表面に着霜させるものである。

請求項１０に記載の発明は、冷却手段は、被試験物に冷風を吹き当てて被試験物の表面温度を低下させるものであることを特徴とする請求項９に記載の環境試験装置である。

本発明の環境試験装置は、請求項５に記載の環境試験方法を実現するための装置であり、請求項５と同様に寒冷地で起こる放射冷却と略同一の環境を試験室内に作り出すものである。

請求項１１に記載の発明は、冷却手段と加湿手段はそれぞれ個別の送風手段を有し、前記加湿手段は加湿空気を生成し、送風手段で被試験物の近傍に前記加湿空気を送風するものであることを特徴とする請求項９又は１０に記載の環境試験装置である。

本発明の環境試験装置は、請求項３又は４に記載の環境試験方法を実現するための装置であり、請求項３又は４と同様に寒冷地で起こる放射冷却と略同一の環境を試験室内に作り出すものである。また、冷却手段と加湿手段がそれぞれ個別の送風手段を有するので、個々に送風手段を制御することで、制御性が良くなる。

請求項１２に記載の発明は、冷風の強度を変更するか、或いは冷風を間欠的に被試験物に吹き当てることによって、単位時間当たりの被試験物に与えられる冷熱量を増減させることが可能であることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の環境試験装置である。

本発明の環境試験装置は、請求項５又は６に記載の環境試験方法を実現するための装置であり、請求項５又は６と同様に寒冷地で起こる放射冷却と略同一の環境を試験室内に作り出すものである。

請求項１３に記載の発明は、試験室の上方に高湿度空気供給口があり、当該高湿度空気供給口から、露点温度が被試験物の表面温度以上となる絶対湿度の空気を試験室内に供給し、被試験物の周囲の湿度を上昇させることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれかに記載の環境試験装置である。

本発明の環境試験装置は、請求項１に記載の環境試験方法を実現するための装置であり、請求項１と同様に寒冷地で起こる放射冷却と略同一の環境を試験室内に作り出すものである。

請求項１４に記載の発明は、加湿手段は加湿空気を生成して当該加湿空気を被試験物の近傍に供給するものであり、被試験物の近傍の風速を検知する風速検知手段と、被試験物の表面温度を検知する表面温度検知手段と、加湿手段によって被試験物の近傍に供給される加湿空気の露点温度を検知する露点検知手段と、加湿手段によって被試験物の近傍に供給される加湿空気の乾球温度を検知する供給空気温度検知手段とを有し、被試験物の表面温度と、被試験物の近傍に供給する前記加湿空気の露点温度と、被試験物の近傍に供給する前記加湿空気乾球温度と、被試験物の近傍の風速と、被試験物に冷熱を与える冷風の強度とを制御する制御手段を有することを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれかに記載の環境試験装置である。

本発明の環境試験装置は、請求項７に記載の環境試験方法を実現するための装置であり、請求項７と同様に空気の性状を制御するものである。

請求項１５に記載の発明は、被試験物の近傍の風速を検知する風速検知手段と、被試験物の表面温度を検知する表面温度検知手段と、被試験物の近傍における空気の露点温度を検知する露点検知手段と、被試験物の近傍における空気の乾球温度を検知する近傍温度検知手段とを有し、被試験物の表面温度と、被試験物の近傍における空気の露点温度と、被試験物の近傍における空気の乾球温度と、被試験物の近傍の風速と、冷風の強度とを制御する制御手段を有することを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれかに記載の環境試験装置である。

本発明の環境試験装置は、請求項８に記載の環境試験方法を実現するための装置であり、請求項８と同様に空気の性状を制御するものである。

請求項１６に記載の発明は、被試験物が自動車であり、被試験物の前方から被試験物に冷風を吹き付けて、被試験物の表面温度を摂氏零度近傍以下にした後に、所定の温湿度の空気を１ｍ／ｓ以下の風速で被試験物の上表面の略全体を覆うように供給することを特徴とする請求項９乃至１５のいずれかに記載の環境試験装置である。

本発明の環境試験装置は、本発明の開発趣旨に沿ったものであり、自動車に着霜させることができ、霜による自動車への影響を調べることが可能となる。
「所定の温湿度の空気を１ｍ／ｓ以下の風速で」とは、気体の拡散現象や対流現象を利用して徐々に被試験物の近傍の絶対湿度を上昇させる様な状態を指しており、多くの場合、人為的に試験室内に空気の流れや空気の混合を生じさせない。このことにより、被試験物の表面に安定して着霜させることができる。
「被試験物の上表面の略全体を覆うように供給する」とは、試験室内の上方から自然対流に近い状態で、過飽和状態の空気を供給することを指している。つまり、寒冷地で起こる放射冷却と略同一の現象を試験室内で再現することができる。

請求項１７に記載の発明は、試験室内の空気中に含まれる微小な液体及び微小な固体の量を制御する微粒子制御手段を有することを特徴とする請求項９乃至１６のいずれかに記載の環境試験装である。

本発明の環境試験装置は、より自然環境に近い状態を再現できるものである。例えば、ダストやミスト等が霜に及ぼす影響を調べることも可能である。

本発明によれば、自然界で生じる着霜と略同一の現象を再現できる環境試験方法、及び被試験物に着霜させることができる環境試験装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る環境試験装置の概略構成図である。図１の環境試験装置の運転状態を示すタイムチャートの一例であって、加湿手段６でつくられる空気の湿度と、冷却手段５でつくられる空気の冷風の温度と風速の関係を示す。本発明の実施形態の変形例１に係る環境試験装置の概略構成図である。図３の本発明の実施形態の変形例１とはダンパの構成が異なる環境試験装置の概略構成図である。本発明の実施形態の変形例２に係る環境試験装置の概略構成図である。本発明の実施形態の変形例３に係る環境試験装置の概略構成図である。本発明の実施形態の変形例４に係る環境試験装置の概略構成図である。（ａ）は露点温度が氷点以上の際の霜の形成過程の模式図であり、（ｂ）は露点温度が氷点以下の際の霜の形成過程の模式図である。

本発明の実施形態の環境試験方法、及び環境試験装置の構成について、図面を参照しながら説明する。なお、説明は、実施形態の理解を容易にするためのものであり、これによって、本願発明が制限して理解されるべきではない。

はじめに、自然界における霜の形成条件について説明する。
寒冷地において実際に屋外に自動車を放置し、自動車の表面に付着した霜を観察すると、実に様々な形状のものがある。代表的なものとして、自動車の表面に点状に付着した霜や、枝状の大きな結晶を構成して表面に広がっている霜がある。これらは、霜の形成過程が相違するが故に生じる相違であると予想される。
以下説明する。

例えば、放射冷却によって地表にある自動車の表面が、上空の外気の露点温度より低温となる。その後、風や空気の自然対流等で、自動車の表面近傍に上空の空気が流れ込み、自動車の表面の低温にさらされて空気の温度が低下する。その結果、自動車の表面近傍で、前記空気が露点温度より低下し、空気中の水蒸気が相変化して、結露や霜となる。
しかしながら自動車の表面から一定の距離だけ離れると、自動車の表面温度による影響が皆無となり、屋外の気温と同一の温度となる。

つまり、自動車の表面近傍では、自動車の表面温度、空気の流動状態、空気の露点温度、空気の乾球温度、空気の絶対湿度、自動車に冷熱を与える冷風の強度（風速、風量、風温）、空気の清浄度等の影響で、結露や着霜を起こしやすい不安定な領域（以下、中間領域と称する）を形成することになる。
この中間領域は、内部の温度や絶対湿度は均一ではなく、自動車表面に向かう勾配を持つか、風や自然対流の影響などで混沌としており、不均一なものと予想される。

この状況を自動車の表面温度が摂氏零度近傍以下である場合で説明すると、高湿度の空気が自動車の近傍に接近すると、空気は温度低下し、中間領域を形成しはじめる。中間領域の温度が空気の露点温度以下になると、空気中の水蒸気は飽和して凝縮しようとする。そして、さらに自動車に近づいて、温度低下し過飽和となり、遂には摂氏零度近傍以下となり過冷却状態となる。このような状況下で空気中のダストや自動車表面の異物に接触すると、それぞれの状態によって相変化し、凝縮（結露）や凝結（着霜）し、最終的に自動車表面で霜を形成する。
また、自動車表面近傍で前記のように、空気中の水蒸気が相変化し体積を減少させると、周辺の気圧が低下し、さらに上空の空気を吸引するような気流が発生することになり、霜の形成を促進すると考えられる。

従って、空気の流動状態や中間領域と他の位置との温度偏差、自動車表面温度、空気の相対湿度によって、さまざまなプロセスで霜が形成される。
流動状態が激しい、つまり風速が大きい場合は、自動車の表面に相変化を十分し終わらない状態の空気が衝突し、水滴の状態から着露する場合や、水蒸気の状態から結露する場合もある。

また、無風に近い自然対流の場合は、自動車表面のダストや異物を核として、過飽和状態や過冷却状態の水蒸気が結露し、さらにそれを核として霜が成長していく場合がある。
さらに、自動車表面温度が摂氏零度近傍以下より十分に低い場合には、自動車表面近傍で過飽和状態や過冷却状態となり、それが空気中のダストと衝突して相変化し、霜を形成及び成長させ、多種多様な霜を生み出す。

この様な状況を再現するためには、図８（ａ）の霜の形成過程の模式図に示すように、試験室９０内に配置された被試験物１００に冷風を吹き当てて、被試験物１００の表面温度を例えば摂氏−５度に低下させ、試験室９０内の上方から供給する空気の温度と湿度を摂氏５度、３．４ｇ／ｍ³（絶対湿度）≒５０％ＲＨ（摂氏５度における相対湿度）とすれば、前記空気の露点温度は、摂氏−４．５度程度になる。
無風又は微風状態で被試験物１００の近傍に前記空気が接近すると、被試験物１００の放射冷却によって前記空気の温度は、摂氏−４．５度以下となり、被試験物１００の表面又は異物等に接触し、水蒸気が相変化して凝結し、被試験物１００に霜９５が形成される。
あるいは、前記空気が被試験物１００の近傍の空気中の塵９９に接触し、水蒸気が相変化して凝結し、被試験物１００に付着する。
前記の状況下では、被試験物１００の表面に接触して相変化する割合が高いと思われる。

また別の例として、図８（ｂ）の霜の形成過程の模式図に示すように、試験室９０内に配置された被試験物１００に冷風を吹き当てて、被試験物１００の表面温度を例えば摂氏−３０度に低下させ、試験室９０内の上方から供給する空気の温度と湿度を摂氏１５度、１１．５ｇ／ｍ³（絶対湿度）≒９０％ＲＨ（摂氏１５度における相対湿度）とすれば、前記空気の露点温度は、約摂氏１４度となる。
このため、前記空気は、摂氏零度近傍以下にまで冷却される間に、空気中の塵９９等に衝突して結露（相変化は凝縮）するか、又は過飽和の水蒸気となる。

そして、摂氏零度近傍以下から、被試験物１００の表面温度である摂氏−３０度に冷却される間に、被試験物１００の近傍の空気中の塵９９等に衝突し、凝結して落下するか、過冷却状態で被試験物１００に接触し、被試験物１００の表面で瞬時に凝結する。
前記の過冷却状態では、空気中の塵９９等が多ければ、被試験物１００の近傍の空気中で相変化する割合が高くなる。

上述した通り、被試験物１００の表面温度と、試験室９０内の上方から供給する空気の乾球温度及び露点温度と、被試験物１００近傍の露点温度と乾球温度と絶対湿度と、被試験物１００に吹き当てる冷風の強度（風速、風量、風温）を個別に制御することによって、被試験物１００への着霜状態を変化させることが可能である。さらに、試験室９０内の上方から供給する空気の被試験物１００近傍での風速を制御することも望ましい。
前記パラメータ（変動要素）を所定の値に設定することによって、空気の性状を制御することができ、被試験物１００の表面への着霜状態を自在に制御することが可能となる。

続いて、本発明の実施形態に係る環境試験装置１の構成について、詳述する。
なお、本実施形態では図１に示すように、自動車を被試験物２０としている。
図１に示すように、環境試験装置１は、試験室２と、冷却室３と、加湿室４と、制御装置６５（制御手段）と、表示器６６と、検知手段６９を備えている。

試験室２は、断熱壁３０で囲まれた断熱箱３１の内側の空間である。断熱壁３０は、断熱材３２を備えている。環境試験装置１は、被試験物２０を出し入れするための扉（図示しない）を有している。

冷却室３は、試験室２内に設けられ、送風管１０と吸気管１２を有している。冷却室３と試験室２は、送風管１０と吸気管１２によって連通している。送風管１０の末端部１１はラッパ状に大きく広がって開放されている。冷却室３内には、蒸発器４４と送風機４７が配置されている。
冷却室３は、一点鎖線で示す構成からなる冷却手段５を備えている。冷却手段５は、被試験物２０を冷却するためのものであり、冷凍回路４０（冷凍サイクル）を備えている。
冷凍回路４０は、被試験物２０を冷却するための装置であり、圧縮機４１、凝縮器４２、膨張弁４３、蒸発器４４から構成される。圧縮機４１から蒸発器４４に至る各装置は冷媒配管４５によって接続されている。蒸発器４４の近傍には送風機４７が配置されており、凝縮器４２の近傍にはファン４８が配置されている。なお、冷凍回路４０は公知の冷凍サイクルであるため、詳細な説明は省略する。

加湿室４は、試験室２の天井の外側に設けられ、高湿度空気供給口１３と吸気管１４を有している。高湿度空気供給口１３と吸気管１４は、試験室２の天井面に開口している。ここで高湿度空気供給口１３を試験室２の天井面に設けた理由は、試験室２の最も高い位置に高湿度空気供給口１３を設け、高湿度空気供給口１３から低温高湿度の空気が供給されることにより、自然対流に近い状態で試験室２内の湿度を上昇させ、被試験物２０の近傍に拡散させることを意図したものである。
本実施形態では、上記した理由から、高湿度空気供給口１３を試験室２の天井面に設けることが望ましいが、本発明は、高湿度空気供給口１３の位置を天井面に限定するものではない。
しかしながら、高湿度空気供給口１３の位置は、できるだけ高い位置に設けることが望ましい。少なくとも、被試験物たる自動車の全高以上の高さの位置に設けることが望ましい。より望ましくは、被試験物の全高の１．５倍以上の高さに設けることが推奨され、理想的には、被試験物の全高の３倍以上の高さに設けることが望ましい。

加湿室４は、一点鎖線で示す構成からなる加湿手段６を備えている。加湿手段６は、試験室２内に低温高湿度の空気を送り込むための装置であり、冷凍回路５０（冷凍サイクル）と加湿器６０と、ヒーター６１を備えている。
また、加湿室４内には、蒸発器５４と、ヒーター６１と、送風機５７と、加湿器６０が配置されている。

ここで、加湿室４から試験室２内に供給される低温高湿度の空気の温度は、常温よりも低いものであり、おおよそ摂氏１５度未満に調整された空気である。低温高湿度の空気のより望ましい温度は、摂氏１０度前後である。低温高湿度の空気の温度は、試験室２内全体が摂氏零度近傍以下に冷却されることを防止するために、摂氏０度以上であることが望ましい。
低温高湿度の空気の湿度は、被試験物の表面で、容易に着霜する程度の湿度であることが望ましい。この観点から、低温高湿度の湿度は、５．６ｇ／ｍ³（絶対湿度）≒６０％ＲＨ（摂氏１０度における相対湿度）以上であることが推奨される。
ただし、試験中、試験室内が低温にさらされるから、試験室内において、無闇に結露することを防ぐため、低温高湿度の湿度は、８．９ｇ／ｍ³（絶対湿度）≒９５％ＲＨ（摂氏１０度における相対湿度）以下であることが望ましい。

冷凍回路５０は、加湿室４内の温度を調整するために設置されており、圧縮機５１、凝縮器５２、膨張弁５３、蒸発器５４から構成される。圧縮機５１から蒸発器５４に至る各装置は冷媒配管５５によって接続されている。蒸発器５４の近傍には送風機５７が配置されており、凝縮器５２の近傍にはファン５８が配置されている。なお、冷凍回路５０は公知の冷凍サイクルであるため、詳細な説明は省略する。
加湿器６０は、加湿室４内の湿度を調整するために設置されている。なお、加湿器６０は、公知のものであるため、詳細な説明は省略する。
ヒーター６１は、加湿室４内の温度を調整するために設置されている。なお、ヒーター６１は、公知のものであるため、詳細な説明は省略する。

制御装置６５（制御手段）は、環境試験装置１を制御するためのものであり、冷却手段５や加湿手段６を制御可能な装置である。また、プログラム等で試験室２内の温度と湿度を制御可能な装置である。
制御装置６５は、プログラマブル・ロジック・コントローラ（ＰＬＣ）やマイクロコンピュータ（マイコン）等で構成されることが望ましい。
また、制御装置６５には表示器６６が接続されており、表示器６６に環境試験装置１の動作状態が表示される。
なお、表示器６６は、タッチパネル機能を有した表示器で構成し、タッチパネル操作で環境試験装置１の動作モードを選択し、環境試験装置１を制御しても構わない。

検知手段６９は、温度計７０、温湿度計７１、温湿度計７２、風速計７５を有しており、各々制御装置６５に接続され、各々の測定値は、制御装置６５に出力される。なお、温度計７０、温湿度計７１、温湿度計７２、風速計７５と制御装置６５との配線の図示は省略する。
詳述すると、温度計７０は被試験物２０の表面温度を測定するためのものであり、熱電対等の温度センサで構成することが望ましい。
温湿度計７１は被試験物２０の近傍の乾球温度と、絶対湿度と、露点温度等を測定するためのものであり、温湿度計７２は、試験室２内の略中央付近の乾球温度と、絶対湿度と、露点温度等を測定するためのものである。温湿度計７１と温湿度計７２は、乾球温度と、湿球温度と、露点温度と、絶対湿度等が測定可能な装置であることが望ましく、検知プローブで測定した値をデジタル信号として出力可能な装置で構成されている。
風速計７５は被試験物２０の近傍の風速を測定するためのものであり、熱線式の風速計で構成することが望ましい。

つぎに、本実施形態の環境試験装置１を用いた環境試験方法において、試験開始から被試験物２０への着霜までの過程について、図２を参照しながら説明する。なお、下記試験方法の説明における各温度と各湿度は、検知手段６９による検知結果に基づいて、制御装置６５で検知及び計算等により求められるものとする。

図２は、冷却手段５と加湿手段６の運転状態を示すタイムチャートである。
図２（ａ）は、加湿手段６における試験室２内に送り込む低温高湿度の空気の絶対湿度（ｇ／ｍ³）を縦軸に示している。なお、低温高湿度の空気は、摂氏１０度（℃）に設定されているものとし、被試験物２０の近傍で１ｍ／ｓ以下の風速となるよう試験室２内に送風されるものとする。

図２（ｂ）は冷却手段５における被試験物２０を冷却するための冷風の温度（℃）を縦軸に示しており、図２（ｃ）は冷却手段５における被試験物２０を冷却するための冷風の風速（ｋｍ／ｈ）を縦軸に示している。
なお、図２（ａ）〜（ｃ）の横軸は時間軸（ｍｉｎ）を表している。

図２のＡ〜Ｃは、各々試験開始、低温到達、着霜完了を示している。
まず、試験開始Ａで、冷却手段５でつくられた風速２０ｋｍ／ｈ、摂氏−３５度（℃）の乾燥した冷風が、送風管１０を介して被試験物２０に向けて送風される。なお、この時、加湿手段６は動作させない。また、試験が開始される前は、試験室２内は低湿度環境に設定されている。

続いて、試験開始Ａから８０分後の低温到達Ｂで、冷却手段５による送風を停止する。この時点で、被試験物２０の表面温度は摂氏零度近傍以下の摂氏−３５度（℃）まで冷やされている。
その結果、試験室２内の空気の温度が摂氏１０度（℃）であるのに対して、被試験物２０の温度だけが摂氏零度近傍以下の摂氏−３５度（℃）にまで低下した状況、すなわち自然界で起こるような放射冷却現象である、上方よりも下方が冷却されているという気温の逆転現象が試験室内に再現される。
冷却手段５による送風の停止と同時に、加湿手段６でつくられた絶対湿度８．５ｇ／ｍ³≒９０％ＲＨ（摂氏１０度における相対湿度）、摂氏１０度（℃）の低温高湿度の空気が、試験室２の天井側に備わった加湿室４から高湿度空気供給口１３を介して試験室２内に供給され、試験室２内で拡散し、被試験物２０の周囲に到達する。

試験開始Ａから９０分後（低温到達Ｂから１０分後）に、冷却手段５でつくられた風速５ｋｍ／ｈ、摂氏−３０度（℃）の乾燥した冷風が、送風管１０を介して被試験物２０に向けて１０分間送風され、その後に１０分間停止する。その後、冷却手段５による送風と停止が１０分おきに繰り返される。
被試験物２０の周囲に絶対湿度８．５ｇ／ｍ³≒９０％ＲＨ（摂氏１０度における相対湿度）、摂氏１０度（℃）の低温高湿度の空気を試験室２の天井側から供給し続け、被試験物２０の周囲の空気中に含まれる水蒸気が、被試験物２０の表面に付着して摂氏零度近傍以下まで冷却されて氷結し、着霜する。

そして、試験開始Ａから３２０分後（低温到達Ｂから２４０分後）まで着霜工程が続けられ、着霜完了Ｃに至り、冷却手段５による冷風の送風と、加湿手段６による低温高湿度の空気の供給を停止する。

以上の説明のように、本実施形態の環境試験方法、及び環境試験装置１によれば、寒冷地と略同一の環境を、環境試験装置１内に作り出すことが可能である。よって、本発明を実施すると、自然界で生じる着霜と略同一の現象を再現でき、被試験物２０（目的物）に着霜させることが可能となる。すなわち、本発明を実施すると、寒冷地に行くことなく、環境試験装置１にて容易に被試験物に着霜させることが可能である。

本実施形態では、図２に示すタイムチャートを採用した環境試験方法を例に示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、被試験物２０の表面温度と、試験室２内の上方から供給する空気の乾球温度及び露点温度と、被試験物２０近傍の露点温度と乾球温度と絶対湿度と、冷却手段５による冷風の強度（風速、風量、風温）を個別に制御することによって、被試験物２０への着霜状態を制御可能である。さらに、試験室２０内の上方から供給する空気の被試験物１００近傍での風速を制御することも望ましい。
前記パラメータ（変動要素）を所定の値に設定することによって、空気の性状を制御でき、被試験物２０の表面への着霜状態を自在に制御可能となる。

本実施形態の環境試験装置１は図１に示す構成を有しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本実施形態の変形例として、図３〜７に示すような構成を採用してもよく、環境試験装置１の各構成部材と同一のものについては、同じ構成番号を使用するものとする。
詳述すると、図３に示す変形例１に係る環境試験装置１０１では、加湿室４を試験室２の天井の外側に設けた構成を採用しており、試験室２の天井部分にダンパ８０を配置し、加湿室４内から試験室２内へ送風する空気の量を、ダンパ８０の開閉度や送風機５７の送風量で調整する。
また、加湿室４は、加湿室４内に仕切り板８８を配置し、空気循環流路８７を設けている。空気循環流路８７は、試験室２に供給するための空気が目的とする温度や湿度、及び風速となるまで空気を循環させ、調整することができるものである。
さらに、送風機５７は、インバータ９２で制御を行い、被試験物２０の近傍で無風拡散状態となるよう低速運転を実施することができる。
なお、ダンパ８０の代わりに、図４に示すような湾曲した形状のダンパ８５を採用してもよい。

図５に示す変形例２に係る環境試験装置１０２では、加湿室４を試験室２の天井の外側に設けた構成を採用しており、試験室２の天井にスリット８１を設け、スリット８１の下側にファン８２を複数台配置し、ファン８２で送風する空気の風量を調整する。
なお、ファン８２で送風する空気は１ｍ／ｓ以下の風速とし、加湿室４の空気は、被試験物２０の近傍では、ほぼ無風に近くなるようになっている。

図６に示す変形例３に係る環境試験装置１０３では、加湿室４を試験室２内に設けた構成を採用しており、加湿室４を冷却室３の上部側に配置し、加湿室４内の空気を天井に向けられた送風機５７の先端から送風して、拡散させる。

図７に示す変形例４に係る環境試験装置１０４では、加湿室４を試験室２内に設けた構成を採用しており、加湿室４を試験室２内の天井側に配置し、加湿室４にスリット８１を設けて、加湿室４内の空気をスリット８１の複数の開口から拡散させる。

上記した実施形態では、冷却手段５による冷風の吹き出し口である送風管１０を、試験室２の１箇所に設けた例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、２箇所以上に送風管１０を設けた冷却手段や、被試験物２０の周囲全周から送風する冷却手段を採用してもよい。
また、上記した実施形態では、冷却手段５を試験室２内に設けた例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、冷却手段５を試験室２の外側に置き、ダクト接続することで冷風を供給する構成としてもよい。

上記した実施形態では、自動車を被試験物２０とする例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、あらゆる車両を被試験物とすることができ、また車両以外のものを被試験物としてもよい。

上記した実施形態では、環境試験装置１を用いて被試験物の表面に「着霜」させる例を示したが、環境試験装置１は着霜以外の用途にも使用できる。例えば、被試験物２０に雨氷を付着させる試験や、被試験物２０に霧氷を付着させる試験等に本発明の環境試験装置を用いてもよい。
ちなみに、雨氷とは、一般に均質で透明な氷層が地物に付着する現象であり、過冷却した雨（着氷性の雨）等が、摂氏零度又は摂氏零度よりわずかに高い温度の地物に接触して凍結したものである。
霧氷とは、白色又は半透明の氷層が地物に付着する現象であり、樹霜と、樹氷と、粗氷の３種類をまとめた総称である。
樹霜は、主に水蒸気の凝結によって生じた氷の結晶からなり、針形状や平形状、杯形状等の結晶形が認められることが多いとされている。
樹氷は、主に過冷却した霧粒等が、地物に吹き付けられてできる白色半透明の脆い氷である。
粗氷は、樹氷と同様にしてできるとされており、半透明又は透明の氷の塊である。

本実施形態では、図２に示すタイムチャートを採用した環境試験方法を例に示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、加湿手段６により予め加湿室４内を所定の湿度に保つ運転を行い、冷却手段５の停止と同時に試験室２内への送風を開始するものであってもよい。

本実施形態では、冷却手段５による送風を例に示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ペルチェ素子を複数用いて、被試験物を冷却しても構わない。

１環境試験装置
２試験室
３冷却室
４加湿室
５冷却手段
６加湿手段
２０被試験物
６５制御装置（制御手段）
９５霜
９９塵
１００被試験物
１０１環境試験装置
１０２環境試験装置
１０３環境試験装置
１０４環境試験装置

Claims

環境試験装置の試験室内に被試験物を配置し、当該試験室内の被試験物の表面温度を摂氏零度近傍以下に低下させ、その後に、試験室内部に被試験物の上方から、その露点温度が被試験物の表面温度以上である空気を、被試験物の近傍で無風又は微風状態になるように供給することで、少なくとも被試験物の近傍の絶対湿度を上昇させ、被試験物の表面及び／又はその近傍で空気中の水蒸気を相変化させて被試験物の表面に着霜させることを特徴とする環境試験方法。
試験室の天井面に開口した高湿度空気供給口及び吸気管を有し、吸気管から被試験物の上方の空気を吸気し、露点温度が被試験物の表面温度以上である空気に変化させ、高湿度空気供給口から供給することを特徴とする請求項１に記載の環境試験方法。
露点温度が被試験物の表面温度以上である空気を、被試験物の近傍で無風状態又は風速４ｍ／ｓ以下の微風状態になるよう供給して少なくとも被試験物の近傍の絶対湿度を上昇させることを特徴とする請求項１又は２に記載の環境試験方法。
被試験物の表面温度を摂氏零度近傍以下であって且つ置かれた試験室の平均気温よりも低い温度に低下させ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環境試験方法。
一定時間に渡って冷風を吹き当てて被試験物の表面温度を摂氏零度近傍以下に低下させ、その後、冷風の吹き当てを一時的に又は恒久的に停止し、その後に少なくとも被試験物の近傍の空気の露点温度が、被試験物の表面温度以上となるよう絶対湿度を上昇させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の環境試験方法。
一定時間に渡って冷風を吹き当てて被試験物の表面温度を摂氏零度近傍以下に低下させ、その後、単位時間当たりの被試験物に与えられる冷熱量を減少させ、その後に少なくとも被試験物の近傍の空気の露点温度が、被試験物の表面温度以上となるよう絶対湿度を上昇させることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の環境試験方法。
湿度を含む空気を被試験物の近傍に供給して被試験物の近傍の絶対湿度を上昇させるものであり、被試験物の表面温度と、被試験物の近傍に供給する前記空気の乾球温度及び露点温度と、被試験物の近傍の風速と、被試験物に冷熱を与える冷風の強度とを制御可能であることを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の環境試験方法。
被試験物の表面温度と、被試験物の近傍における空気の乾球温度と、被試験物の近傍における空気の露点温度と、被試験物の近傍の風速と、被試験物に冷熱を与える冷風の強度とを制御可能であることを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の環境試験方法。
被試験物を収容する試験室と、少なくとも被試験物の表面温度を低下させる冷却手段と、加湿手段とを備え、前記加湿手段は、試験室内部に被試験物の上方から、露点温度が被試験物の表面温度以上である空気を、被試験物の近傍で無風又は微風状態になるように供給することで、少なくとも被試験物の近傍の空気の露点温度が被試験物の表面温度以上となるように絶対湿度を上昇させるものであり、前記冷却手段で被試験物の表面温度を摂氏零度近傍以下に低下させた後に、前記加湿手段によって、被試験物の表面及び／又はその近傍で空気中の水蒸気を相変化させて、被試験物の表面に着霜させる能力を有することを特徴とする環境試験装置。
冷却手段は、被試験物に冷風を吹き当てて被試験物の表面温度を低下させるものであることを特徴とする請求項９に記載の環境試験装置。
冷却手段と加湿手段はそれぞれ個別の送風手段を有し、前記加湿手段は加湿空気を生成し、送風手段で被試験物の近傍に前記加湿空気を送風するものであることを特徴とする請求項９又は１０に記載の環境試験装置。
冷風の強度を変更するか、或いは冷風を間欠的に被試験物に吹き当てることによって、単位時間当たりの被試験物に与えられる冷熱量を増減させることが可能であることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の環境試験装置。
試験室の上方に高湿度空気供給口があり、当該高湿度空気供給口から、露点温度が被試験物の表面温度以上となる絶対湿度の空気を試験室内に供給し、被試験物の周囲の湿度を上昇させることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれかに記載の環境試験装置。
加湿手段は加湿空気を生成して当該加湿空気を被試験物の近傍に供給するものであり、被試験物の近傍の風速を検知する風速検知手段と、被試験物の表面温度を検知する表面温度検知手段と、加湿手段によって被試験物の近傍に供給される加湿空気の露点温度を検知する露点検知手段と、加湿手段によって被試験物の近傍に供給される加湿空気の乾球温度を検知する供給空気温度検知手段とを有し、被試験物の表面温度と、被試験物の近傍に供給する前記加湿空気の露点温度と、被試験物の近傍に供給する前記加湿空気乾球温度と、被試験物の近傍の風速と、被試験物に冷熱を与える冷風の強度とを制御する制御手段を有することを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれかに記載の環境試験装置。
被試験物の近傍の風速を検知する風速検知手段と、被試験物の表面温度を検知する表面温度検知手段と、被試験物の近傍における空気の露点温度を検知する露点検知手段と、被試験物の近傍における空気の乾球温度を検知する近傍温度検知手段とを有し、被試験物の表面温度と、被試験物の近傍における空気の露点温度と、被試験物の近傍における空気の乾球温度と、被試験物の近傍の風速と、冷風の強度とを制御する制御手段を有することを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれかに記載の環境試験装置。
被試験物が自動車であり、被試験物の前方から被試験物に冷風を吹き付けて、被試験物の表面温度を摂氏零度近傍以下にした後に、所定の温湿度の空気を１ｍ／ｓ以下の風速で被試験物の上表面の略全体を覆うように供給することを特徴とする請求項９乃至１５のいずれかに記載の環境試験装置。
試験室内の空気中に含まれる微小な液体及び微小な固体の量を制御する微粒子制御手段を有することを特徴とする請求項９乃至１６のいずれかに記載の環境試験装置。