JP5341009B2 - 冷却装置およびこれを備えた環境試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、恒温室等の所定空間の冷却に用いる冷却装置およびこれを備えた環境試験装置に関する。

環境試験装置では、被試験物が配置される恒温恒湿室を、所望の恒温恒湿状態にするために、例えば、特許文献１に示されるように、冷却用の熱交換器、加熱用のヒーター、加湿用の蒸気噴射器を備えている。

この特許文献１の環境試験装置では、冷却用の前記熱交換器に冷水を供給するための冷媒タンクと、この冷媒タンク内の蒸発器に冷媒を供給する冷凍機とを含む冷凍システムを備え、上記冷凍機によって、前記熱交換器からの水を上記冷媒タンクで熱交換して冷却することで、恒温恒湿室の空気冷却に用いるようにしている。

特開２００６−２８５４５４号公報

しかしながら、上記特許文献１の環境試験装置では、冷凍システム内に蓄熱タンクを備えていないので、冷凍機の運転時間が長くなると共に、恒温恒湿室の温度が、冷凍機の運転停止に伴う水温の変動を直接的に受けて不安定になり易いという難点があった。

そこで、例えば、図３に示すような冷水タンクを備えて蓄熱する環境試験装置用の冷却装置が考えられる。すなわち、この冷却装置では、恒温恒湿室１００内の空気を冷却する熱交換器としての水クーラー１０２、加熱装置１０３で駆動されて恒温恒湿室１００内の空気を加熱するヒーター１０３ａ、加湿装置１０４からの蒸気を噴射して恒温恒湿室１００内の空気を加湿する蒸気噴射器１０４ａを配置し、水クーラー１０２には、冷水タンク１０５から冷水を冷水ポンプ１０６によって分流型三方弁１０７を介して供給する一方、水クーラー１０２からの熱交換後の冷水及び三方弁１０７からの冷水を、冷凍サイクル内の熱交換器１０８と熱交換して冷却した後、冷水タンク１０５に戻すようにしている。この場合、熱交換器１０８では冷凍機１０９からの冷媒と水クーラー１０２からの水とが熱交換されるようになっている。

かかる構成の冷却装置１１０では、恒温恒湿室１００内に配置されている図示しない湿度センサや温度センサの検出出力に基づいて、恒温恒湿室１００内が所望の設定温度や湿度状態となるよう三方弁１０７によって冷水タンク１０５内の冷水の水クーラー１０２への供給量を制御している。一方、冷凍機１０９は、冷水ポンプ１０６吐出側に配置の図示しない温度センサの検出出力に基づいて、水タンク１０５内の水温が設定温度より上昇すると運転され、設定温度まで低下すると停止される。

このように冷凍機１０９は、恒温恒湿室１００内の温湿度の状態にかかわらず運転あるいは停止されるので、恒温恒湿室１００内の温湿度が安定している状態であっても、冷凍機１０９が運転あるいは停止されて冷水タンク１０５の水温が変動する結果、冷水タンク１０５から水クーラー１０２へ供給する冷水の水量を変化させなければならず、恒温恒湿室１００内の温湿度が不安定になるという課題がある。

そこで、本発明では、冷凍機の運転停止による恒温室等の所定空間の温度の変動を可及的に低減することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では次のように構成している。

本発明の冷却装置は、所定空間内を冷却するための熱交換器に冷水を供給する冷却装置であって、冷凍機によって内部に製氷されその融解水を冷水として収容する氷蓄熱槽と、前記氷蓄熱槽からの冷水を貯留して前記熱交換器に供給するクッション槽とを具備し、前記クッション槽の冷水の温度は、前記氷蓄熱槽から前記クッション槽に供給される冷水量、前記クッション槽から前記熱交換器を経由して前記クッション槽に供給される熱交換後の冷水量、および前記クッション槽から前記熱交換器を経由せずに前記クッション槽に供給される熱交換前の冷水量を制御することによって調整されるものである。

所定空間は、冷却する必要のある空間であればよく、例えば、恒温室、恒温恒湿室、冷蔵室などである。

本発明の冷却装置によれば、氷蓄熱槽と所定空間内を冷却する熱交換器との間に、前記熱交換器に冷水を供給するクッション槽を設け、クッション槽の水温を制御するので、冷凍機の運転停止に伴って氷蓄熱槽の冷水の温度が変動してもクッション槽の水温、すなわち、熱交換器に供給する冷水の温度を一定に制御することができ、これによって、冷凍機の運転停止に伴う所定空間の温度変動を防止することができる。

本発明において、好ましい態様は、前記クッション槽からの冷水を分流する第１分流弁と、前記熱交換器および前記第１分流弁からの冷水を分流する第２分流弁と、前記両分流弁を制御する制御部とを具備し、前記第１分流弁は、前記クッション槽からの冷水を、前記熱交換器と前記第２分流弁とに分流し、前記第２分流弁は、前記熱交換器からの熱交換後の冷水および前記第１分流弁からの冷水を、前記クッション槽と前記氷蓄熱槽とに分流するものである。

なお、熱交換器を使用しないとき、すなわち、所定空間内を冷却しないときには、熱交換器に冷水を供給する必要がないので、第１分流弁は、クッション槽からの冷水の全てを第２分流弁へ流し、熱交換器には流さないようにするのが好ましい。

本発明において、別の好ましい態様は、前記制御部は、前記所定空間の設定温度と該所定空間の検出温度とに基づいて、前記第１分流弁を制御する一方、前記クッション槽の設定温度と該クッション槽の検出温度とに基づいて、前記第２分流弁を制御するものである。

なお、制御部は、所定空間の設定温度及び検出温度に加えて、湿度に基づいて、第１分流弁を制御するようにしてもよい。

本発明において、別の好ましい態様は、前記クッション槽と前記氷蓄熱槽とが、それぞれ個別のタンクからなるものである。

本発明の環境試験装置は、恒温室と、上記本発明の冷却装置とを備え、前記恒温室を前記所定空間としたものである。

本発明の環境試験装置によれば、冷凍機の運転停止に伴って氷蓄熱槽の冷水の温度が変動しても恒温室を冷却するための熱交換器に供給される冷水の温度を一定に制御することができるので、冷凍機の運転停止に伴う恒温室の温度変動を防止することができる。

このように、本発明によれば、氷蓄熱槽と恒温室等の所定空間内を冷却する熱交換器との間に、前記熱交換器に冷水を供給するクッション槽を設け、クッション槽の水温を制御するので、冷凍機の運転停止に伴って氷蓄熱槽の冷水の温度が変動しても前記熱交換器に供給する冷水の温度を一定に制御することができ、これによって、冷凍機の運転停止に伴う所定空間の温度変動を防止することができる。

図１は本発明の実施形態に係る環境試験装置の構成を示す図である。 図２は本発明の他の実施形態に係る環境試験装置の構成を示す図である。 図３は従来の環境試験装置の構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

(実施形態１)
図１に本発明の実施形態に係る環境試験装置を示す。図１において、１０は、断熱材１１で囲まれてなる所定空間としての恒温恒湿室である。

この恒温恒湿室１０内は、仕切壁１２により試験片配置室１３と空調通路１４とに仕切られている。試験片配置室１３には、湿度センサ１５と温度センサ１６とが配置されている。空調通路１４には、試験片配置室１３内の空気温度が所定温度以上のときは試験片配置室１３内空気を冷却する水クーラー（熱交換器）１７、試験片配置室１３内の空気温度が所定温度以下のときは試験片配置室１３内空気を加熱する加熱装置１８、試験片配置室１３内の湿度が所定湿度以下のときは試験片配置室１３内に蒸気を噴射して空気に混入させる加湿装置１９、および空調通路１４内の空気を試験片配置室１３に吹き込むファン２０を備える。

この実施形態では、独立したタンクで構成される氷蓄熱槽２３を備えており、この氷蓄熱槽２３には、氷蓄熱コイル（アイスオンコイル）２４が配置され、この氷蓄熱コイル２４の下部にエアバブリングチューブ（空気泡発生管）２６が配置されている。エアバブリングチューブ２６は多数の開口を有し、図示しないエアブロワから強制給気される空気をその多数の開口から氷蓄熱コイル２４外周に向けてエアバブル（空気泡）の形態で上昇供給する。氷蓄熱コイル２４は、冷凍機３０に接続されている。氷蓄熱槽２３内には温度センサ３２が配置されている。

マイクロコンピュータを含む制御部３３は、温度センサ３２の温度検知信号に応じて冷凍機３０の運転停止を制御し、検出温度が、設定温度よりも高くなると運転を開始し、設定温度まで低下すると、運転を停止する。運転時には、冷凍機３０から氷蓄熱コイル２４に冷媒を供給して氷蓄熱コイル２４表面に製氷する。この製氷時には、エアバブリングチューブ２６からエアバブルを発生させない。また、停止時には、図示しないエアブロワを駆動してエアバブリングチューブ２６からエアバブルを発生させ、このエアバブルによって氷蓄熱槽２３内を攪拌して均一な温度分布にすると共に、氷蓄熱コイル２４表面の製氷を溶解させて氷溶解水を生成する。

この氷溶解水は、氷蓄熱槽２３に配管接続されることで該氷蓄熱槽２３とは独立したタンク構成であるクッションタンク（クッション槽）３４に冷水として供給される。

氷蓄熱槽２３からクッションタンク３４に供給された冷水は、冷水ポンプ３５によって分流型の第１三方弁（第１分流弁）３６の入力側開口３６ａに供給される。第１三方弁３６の一方の出力側開口３６ｂは水クーラー１７に接続され、他方の出力側開口３６ｃは第２三方弁（第２分流弁）３８の入力側開口３８ａに接続されている。第２三方弁３８の一方の出力側開口３８ｂはクッションタンク３４に、他方の出力側開口３８ｃは氷蓄熱槽２３に接続されている。

制御部３３は、恒温恒湿室１０内の試験片配置室１３内に配置している湿度センサ１５や温度センサ１６の検知信号により試験片配置室１３内環境が所定環境となるように、第１三方弁３６を制御してクッションタンク３４内の冷水を水クーラー１７に供給する。なお、水クーラー１７を使用しないときには、制御部３３は、第１三方弁３６を制御して、クッションタンク３４内の冷水を水クーラー１７には供給せず、その全てを第２三方弁３８へ供給する。

また、制御部３３は、冷水ポンプ３５の吐出側管路に配置した温度センサ３７の検知信号からクッションタンク３４内の水温が所定温度となるように第２三方弁３８を制御する。

以上により図１で示す実施形態では、クッションタンク３４内の水温を一定に制御するようにしたので、冷凍機３０の運転停止に伴って氷蓄熱槽２３の冷水の温度が変動しても恒温恒湿室１０を冷却するための水クーラー１７に供給される冷水の温度を一定に制御することができるので、冷凍機３０の運転停止に伴って恒温恒湿室１０の温度が変動するのを防止することができる。

(実施形態２)
図２は、本発明の他の実施形態に係る環境試験装置の構成を示す図である。上述の実施形態では、クッションタンク３４と氷蓄熱槽２３とは、管路３９で接続された独立した個別のタンクでそれぞれ構成されている。

これに対して、この実施形態では、同一のタンク４０内にクッションタンク３４及び氷蓄熱槽２３を設けている。また、クッションタンク３４と氷蓄熱槽２３との間に、バッファ槽４２を設けている。クッションタンク３４とバッファ槽４２はタンク底壁上に立設する仕切板４４で仕切られ、バッファ槽４２と氷蓄熱槽２３はタンク天井壁から垂下する仕切板４５で仕切られている。

この冷却装置では、氷蓄熱槽２３内の冷水は仕切板４５の下方開口４５ａから矢印で示すようにバッファ槽４２内に入り込むと共に仕切板４４の上方開口４４ａから矢印で示すようにクッションタンク３４に入り込む。クッションタンク３４内の冷水は、上記実施形態と同様にして冷水ポンプ３５、第１三方弁（第１分流弁）３６を介して水クーラー１７に供給される。以降の制御は上記実施形態と同様である。

この実施形態においても、クッションタンク３４の水温を一定に制御するので、上述の実施形態と同様に、冷凍機３０の運転停止に伴って氷蓄熱槽２３の冷水の温度が変動しても恒温恒湿室１０を冷却するための水クーラー１７に供給される冷水の温度を一定に制御することができるので、冷凍機３０の運転停止に伴って恒温恒湿室１０の温度が変動するのを防止することができる。

更に、この実施形態では、同一のタンク４０内に、氷蓄熱槽２３とクッションタンク３４とを設けるために、氷蓄熱槽２３の水温を、クッションタンク３４の水温に近づけるようにしている。

すなわち、氷蓄熱槽２３の水温の設定温度は、蓄熱のために一義的に決めるのではなく、クッションタンク３４の水温の設定温度に応じて決めるようにしている。試験片配置室１３内の設定温度等に応じて、クッションタンク３４の水温の設定温度が決まると、このクッションタンク３４の水温の設定温度に応じて、氷蓄熱槽２３の水温の設定温度が決まる。

この設定によって、氷蓄熱槽２３の水温を、クッションタンク３４の水温に近づけるようにしており、氷蓄熱槽２３とクッションタンク３４との水温差による相互干渉が抑制され、氷蓄熱槽２３とクッションタンク３４との一体化が容易になると共に、それらを仕切る仕切板４４も簡単な構成、例えば、金属製の仕切板にすることができる。

このようにクッションタンク３４と氷蓄熱槽２３とを同一タンク４０に収納したことで、冷却装置のコンパクト化、また、配管、配線の簡略化が可能となる。

また、同一タンク４０内にクッションタンク３４と氷蓄熱槽２３との間にバッファ槽４２を介在させる構成にすれば、エアバブリングチューブ２６からのエアバブルをバッファ槽４２で緩衝させることで、クッションタンク３４への影響を抑制したり、断熱効果を高めたりすることができる。

この実施形態では、氷蓄熱槽２３とクッションタンク３４との間に、バッファ槽４２を設けたけれども、このバッファ槽４２は省略してもよい。

上述の各実施形態では、第１，第２分流弁を、三方弁３６，３８でそれぞれ構成したけれども、本発明は、かかる構成に限られず、例えば、二方弁を２つ設けることで分流弁を構成する等、分流できる構成であればよい。

本発明は、恒温室などの所定空間を冷却する冷却装置及び環境試験装置として有用である。

１０ 恒温恒湿室
１３ 試験片配置室
１４ 空調通路
１５ 湿度センサ
１６ 温度センサ
１７ 水クーラー
１８ 加熱装置
１９ 加湿装置
２０ ファン
２３ 氷蓄熱槽
２４ 氷蓄熱コイル
２５ 熱交換器
２６ エアバブリングチューブ
３０ 冷凍機
３４ クッションタンク
３５ 冷水ポンプ
３６ 第１三方弁（第１分流弁）
３８ 第２三方弁（第２分流弁）

Claims (4)

1. 所定空間内を冷却するための熱交換器に冷水を供給する冷却装置であって、
   冷凍機によって内部に製氷されその融解水を冷水として収容する氷蓄熱槽と、
   前記氷蓄熱槽からの冷水を貯留して前記熱交換器に供給するクッション槽とを具備し、
   前記クッション槽の冷水の温度は、前記氷蓄熱槽から前記クッション槽に供給される冷水量、前記クッション槽から前記熱交換器を経由して前記クッション槽に供給される熱交換後の冷水量、および前記クッション槽から前記熱交換器を経由せずに前記クッション槽に供給される熱交換前の冷水量を制御することによって調整される、
   ことを特徴とする冷却装置。
2. 前記クッション槽からの冷水を分流する第１分流弁と、前記熱交換器および前記第１分流弁からの冷水を分流する第２分流弁と、前記両分流弁を制御する制御部とを具備し、
   前記第１分流弁は、前記クッション槽からの冷水を、前記熱交換器と前記第２分流弁とに分流し、前記第２分流弁は、前記熱交換器からの熱交換後の冷水および前記第１分流弁からの冷水を、前記クッション槽と前記氷蓄熱槽とに分流する、
   請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記制御部は、前記所定空間の設定温度と該所定空間の検出温度とに基づいて、前記第１分流弁を制御する一方、前記クッション槽の設定温度と該クッション槽の検出温度とに基づいて、前記第２分流弁を制御する、
   請求項２に記載の冷却装置。
4. 恒温室と、請求項１ないし３のいずれかに記載の冷却装置とを備え、前記恒温室を前記所定空間とした、
   ことを特徴とする環境試験装置。

Images