JP5726765B2 - 環境試験装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、容器内の空調を実施する環境試験装置及びその製造方法に関わる。

環境試験装置において容器内の空調を実施するために、特許文献１のような熱交換器が設けられる場合がある。特許文献１の熱交換器によると、ヒートパイプの一端が試験室内に、他端が試験室外に配置されている。ヒートパイプの両端間に温度差が生じると、ヒートパイプの試験室内の一端から試験室外の他端へと熱伝導が生じ、試験室内が冷却される。したがって、試験室内の空調における省エネルギー化が実現する。

特許第２６０３４０７号

特許文献１の冷却方式によると、省エネルギー化は実現するが、自然な熱伝導に任せるため、冷却能力の制御が困難であるという問題がある。

本発明の目的は、エネルギーの消費を抑制しつつ容器内の空調を制御しやすい環境試験装置及びその製造方法を提供することにある。

本発明の環境試験装置は、試験室が内部に設けられた容器と、前記容器内に一端が、前記容器外に他端が配置され、両端間に生じた温度差により両端間で熱伝導が発生する熱伝導部材と、冷媒を圧縮する圧縮機を有し、冷媒と前記容器内の空気との間で熱交換することで、前記容器内の空気を冷却する熱交換手段と、試験室の温度を検出する温度検出手段と、試験室の相対湿度を検出する湿度検出手段と、前記温度検出手段による検出結果及び前記湿度検出手段による検出結果に基づいて、基準となる所定の温度及び相対湿度における場合と比べて前記熱伝導部材による熱交換の能力が高い温度及び相対湿度において、前記所定の温度及び相対湿度における場合と比べて前記熱交換手段による熱交換の能力を低下させるように、前記熱交換手段を制御する制御手段とを備えており、前記制御手段が、試験室の温度をＸ軸とし試験室の相対湿度をＹ軸としたＸＹ平面内において、Ｔ１≦Ｘ≦Ｔ２且つＨ１≦Ｙ≦Ｈ２を満たす第１の閉領域を取ると共に、前記第１の閉領域内において、概略的に（Ｘ，Ｙ）＝（Ｔ２，Ｈ２）の点から−Ｘ方向及び−Ｙ方向へと広がった第２の閉領域を取る場合に、前記第２の閉領域内に対応する温度及び相対湿度においては、前記熱交換手段による熱交換を停止する制御を含むように、前記第２の閉領域外に対応する温度及び相対湿度における場合と比べて前記熱交換手段による熱交換の能力を低下させる制御を行う。

本発明の環境試験装置によると、温度差による自然な熱伝導により試験室の空調を実施する熱伝導部材と共に、圧縮機を用いて冷媒を圧縮しつつ冷媒と試験室の空気との間で熱交換する熱交換手段が設けられている。このような熱交換手段は熱交換の能力を制御できるので、試験室の空調を制御しやすい。また、熱伝導部材による熱交換の能力が高い条件では熱交換手段の能力を低下させるので、エネルギーの消費が抑制される。

また、高温且つ高湿の条件に相当する第２の閉領域において熱交換手段による冷却能力が低下するよう制御されるので、全体の冷却能力が確保されつつエネルギーの消費が抑制される。

また、本発明においては、前記容器内の空気の一部を除湿剤に吹き付けて除湿すると共に、除湿した空気を前記容器内へと戻す除湿手段をさらに備えており、
前記第１の閉領域内において、概略的に（Ｘ，Ｙ）＝（Ｔ１，Ｈ１）の点から＋Ｘ方向及び＋Ｙ方向へと広がった第３の閉領域を取る場合に、前記第１の閉領域内であって前記第３の閉領域外の領域において除湿する際には、前記熱交換手段及び前記熱伝導部材の少なくともいずれかが用いられ、前記第３の閉領域内に対応する温度及び相対湿度において除湿する際には、前記制御手段が少なくとも前記除湿手段を作動させる場合があることが好ましい。低温且つ低湿の条件下では熱交換手段による除湿能力が低下する。このため、上記の構成によると、低温且つ低湿の条件に相当する第３の閉領域において除湿手段が作動される場合があるので、低温且つ低湿の条件下において除湿能力が確保される。なお、本発明においては、前記第３の閉領域内において、概略的に（Ｘ，Ｙ）＝（Ｔ１，Ｈ１）の点から＋Ｘ方向及び＋Ｙ方向へと広がった第４の閉領域を、前記第４の閉領域外の領域が前記第３の閉領域内における前記第４の閉領域より高い温度範囲に存在するように取る場合に、前記第４の閉領域内に対応する温度及び相対湿度において除湿する際には、前記制御手段が前記除湿手段を必ず作動させることが好ましい。

また、本発明においては、前記制御手段が、前記第４の閉領域内に対応する温度及び相対湿度においては、除湿のためには前記熱交換手段を使用しないことが好ましい。これによると、熱交換手段による除湿能力が低くなる低温且つ低湿の条件下で熱交換手段が使用されないので、エネルギー消費が抑制される。

また、本発明においては、前記熱伝導部材が、前記容器外に少なくとも一部が配置された第１のパイプ部材と、前記容器内に少なくとも一部が配置された第２のパイプ部材とを有しており、前記第１及び第２のパイプ部材のいずれか一方の一端が他方の一端の内部に挿入されて前記第１及び第２のパイプ部材同士が連結されていることが好ましい。これによると、第１のパイプ部材及び第２のパイプ部材のいずれかを容器に固定した後、固定したパイプ部材に他方のパイプ部材を連結すれば熱伝導部材を容器に固定できる。したがって、熱伝導部材の後づけが容易な装置となる。

また、本発明においては、前記容器の壁に貫通孔が形成されており、前記第１及び第２のパイプ部材の少なくともいずれかが貫通したパイプ固定部材が前記貫通孔に挿入されていることが好ましい。これによると、パイプ固定部材を容器に取り付けた後、第１のパイプ部材又は第２のパイプ部材をそのパイプ固定部材に固定すればよいので、熱伝導部材の取り付け作業の作業性が向上する。

また、本発明においては、前記第１及び第２のパイプ部材の一方が、内部に冷媒が封入されたヒートパイプで、他方がフィン付きのパイプ部材であり、前記第１及び第２のパイプ部材の前記一方が、他方の内部に挿入されていてもよい。これによると、第１及び第２のパイプ部材の一方がヒートパイプであり、他方のフィン付きパイプに挿入することで熱伝導部材を容器に設置できるため、熱伝導部材の取り付け作業の作業性が向上する。

また、本発明においては、前記第１のパイプ部材が、前記第２のパイプ部材に挿入された方の一端が他端より下方に配置されるように湾曲していることが好ましい。これによると、第１のパイプ部材側で凝縮した冷媒が第２のパイプ部材側へと戻りやすいため、熱伝導部材による冷却能力が向上する。

また、本発明の別の観点では、本発明は上述の環境試験装置を製造する方法であって、前記容器の壁に貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔に前記第１及び第２のパイプ部材のいずれか一方を挿入して固定する工程と、前記第１及び第２のパイプ部材において前記貫通孔に固定された方にもう一方を連結させる工程とを備えている。この観点の環境試験装置の製造方法によると、作業性の高い方法で熱伝導部材を容器に設置することができる。

また、本発明のさらに別の観点では、試験室が内部に設けられた容器と、前記容器内に一端が、前記容器外に他端が配置され、両端間に生じた温度差により両端間で熱伝導が発生する熱伝導部材と、冷媒を圧縮する圧縮機を有し、冷媒と前記容器内の空気との間で熱交換する熱交換手段と、試験室の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段による検出結果に基づいて前記熱交換手段による熱交換の能力を制御する制御手段とを備えており、前記制御手段が、基準となる所定の温度における場合と比べて前記熱伝導部材による熱交換の能力が高い温度において、前記所定の温度における場合と比べて前記熱交換手段による熱交換の能力を低下させる。このように、検出温度のみに基づいて熱交換手段を制御する構成に本発明が適用されてもよい。

本発明の一実施形態に係る環境試験装置の概略構成を示す一部断面を含む模式図である。 図１の自然循環冷媒回路周辺の構成を示す詳細図である。 自然循環冷媒回路を断熱容器に固定するためのフランジの分解斜視図である。 本実施形態の制御系を示すブロック図である。 本実施形態において冷凍器及び除湿器を制御する条件を示すグラフである。 本実施形態の環境試験装置の製造工程を示すフロー図である。 本実施形態において自然循環冷媒回路を装置に取り付ける方法を示す図である。 本実施形態において自然循環冷媒回路を装置に取り付ける別の方法を示す図である。 本実施形態において自然循環冷媒回路を装置に取り付けるさらに別の方法を示す図である。 図１０（ａ）は、本実施形態において自然循環冷媒回路を装置に取り付けるさらに別の方法を示す図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示されたフランジの斜視図である。

以下、本発明の環境試験装置が適用された一実施形態である環境試験装置１について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明において上方、下方、前方及び後方の各方向は、図１に示された方向を指すものとする。

環境試験装置１は、電子部品等の試料に関して環境試験を実施する際に用いられる装置である。環境試験装置１は、図１に示すように、断熱容器２を有している。断熱容器２の内部には、試料が配置される空間である試験室が設けられている。試験室内は、仕切り壁４によって前後方向に２つの空間１ａ及び１ｂに仕切られており、空間１ｂ内に試料Ｍが載置される載置台１１が設けられている。空間１ｂの前方には開閉可能な断熱扉３が設けられている。試験室内において試料Ｍの環境試験を実施する際には、断熱扉３を開放して断熱容器２の前方から試料Ｍを空間１ｂ内に収容し、試料Ｍを載置台１１に載置した後、断熱扉３を閉じて試験室を密閉する。

仕切り壁４の上端と断熱容器２内の天井壁面との間には連通口４ａが形成され、仕切り壁４の下端と断熱容器２内の底壁面との間には連通口４ｂが形成されている。連通口４ａにはファン６が設けられている。ファン６が作動すると、空間１ａの空気が連通口４ａを通じて空間１ｂ側へと流入すると共に、空間１ｂの空気が連通口４ｂを通じて空間１ａ側へと流入する。

環境試験装置１内には、試験室内の空調を実施するためのヒータ５、自然循環冷媒回路１００（熱伝導部材）、冷凍機６（熱交換手段）、除湿機７（除湿手段）及び加湿器８が設けられている。ヒータ５は作動すると空間１ａ内の空気を加熱する。冷凍機６は、断熱容器２の外部に設けられた冷媒供給機６１と、冷媒供給機６１からの冷媒が内部を通過する冷媒供給管６２とを有している。冷媒供給機６１は、冷媒を圧縮する圧縮機を有しており、冷媒を圧縮すると共に冷却し、これによって凝縮した冷媒を冷媒供給管６２へと送り出す。冷媒供給管６２は、冷媒供給機６１から断熱容器２の側壁２ａを貫通して空間１ａ内へと延びている。空間１ａ内においては湾曲を繰り返し、そこから再び側壁２ａを貫通して冷媒供給機６１に向かっている。冷媒供給管６２において空間１ａ内に配置された部分には、フィン６３が固定されている。フィン６３は複数の金属板から構成され、冷媒供給管６２と空間１ａ内の空気との熱交換の効率を向上させるものである。

冷媒供給機６１から冷媒供給管６２へと送り出された冷媒は、冷媒供給管６２の空間１ａ内に配置された部分において蒸発する際に空間１ａ内の空気と熱交換する。これにより、空間１ａ内の空気が冷却されると共に除湿される。蒸発した冷媒は冷媒供給管６２を通じて冷媒供給機６１へと戻り、冷媒供給機６１の圧縮機によって圧縮されると共に外部の空気と熱交換して冷却され、再び凝縮する。

除湿機７は、シリカゲルなどからなる除湿剤が設けられたロータ７１と、断熱容器２内の空間１ａとロータ７１とを結ぶ空気流路７４及び７５と、空気流路７４を通じて空間１ａ内の空気を吸引してロータ７１へと送ると共に、空気流路７５を通じてロータ７１からの空気を空間１ａへと戻すファン７３とを有している。空間１ａ内の空気は空気流路７４を通じてロータ７１内の除湿剤に吹きかけられる。吹きかけられた空気中の水蒸気は除湿剤に吸着する。これによって除湿された空気は空気流路７５を通じて空間１ａに戻される。

また、除湿機７は、環境試験装置１の外部とロータ７１とを結ぶ空気流路７６及び７７と、空気流路７６を通じて外気をロータ７１へと送ると共に、空気流路７７を通じてロータ７１からの空気を外部へと戻すファン７２とを有している。空気流路７６を通じてロータ７１へと送られる外気は、図示しないヒータによって加熱されている。この加熱された空気がロータ７１の除湿剤に吹きかけられ、これによって除湿剤に吸着した水分が除湿剤から脱離される。脱離された水分を含んだ空気は空気流路７７を通じて外部へと放出される。

ロータ７１において、空間１ａからの空気が吹きかけられる処理領域と、加熱された外気が吹きかけられる再生領域とは、互いに分離されている。ロータ７１は除湿剤を回転させることにより、除湿剤に前者の領域と後者の領域とを交互に通過させる。

加湿器８は、受け皿に貯留された水をヒータで加熱することにより、水分を蒸発させて空間１ａ内の空気を加湿する。

自然循環冷媒回路１００は、温度差に基づく自然な熱伝導により断熱容器２内の空間１ａと断熱容器２外との間で熱交換する熱伝導部材である。以下、自然循環冷媒回路１００について図１及び図２を参照しつつ説明する。

図２に示すように、自然循環冷媒回路１００は、断熱容器２の外部に配置された放熱部材１１０（第１のパイプ部材）と断熱容器２の内部に一部が配置された吸熱部材１２０（第２のパイプ部材）との２つの部材を有している。放熱部材１１０は、金属パイプ１１１と、この金属パイプ１１１の端部に固定された複数のフィン１１２とを有している。金属パイプ１１１内には円筒形の空洞が設けられており、その上端及び下端は金属パイプ１１１の外部へとそれぞれ開口している。フィン１１２は金属板から構成されており、金属パイプ１１１と周囲の空気との間における熱交換の効率を向上させるものである。

吸熱部材１２０は、環状の断面を有する中空のヒートパイプ１２１と、ヒートパイプ１２１の端部に固定された複数のフィン１２２と、後述のフランジ１５０に固定される平板状のエンドプレート１２３とを有している。ヒートパイプ１２１の一端部は断熱容器２内の空間１ａに配置されており、ヒートパイプ１２１の他端部は断熱容器２外に配置されている。ヒートパイプ１２１において空間１ａ側の端部は、断熱容器２の側壁２ａを貫通しており、断熱容器２の内部から外部に向かって水平に延びている。ヒートパイプ１２１においてフィン１２２が固定された側とは反対側の端部は斜め上方に延びている。ヒートパイプ１２１の水平に沿った部分と傾斜した部分とは、断熱容器２の外部においてアール形状に湾曲した部分を介して繋がっている。

ヒートパイプ１２１は、放熱部材１１０側の金属パイプ１１１の内径より僅かに小さい外径を有している。ヒートパイプ１２１において傾斜した部分は、金属パイプ１１１の下端から金属パイプ１１１内に挿入されている。図２の破線は、ヒートパイプ１２１において金属パイプ１１１内に挿入された部分を示している。ヒートパイプ１２１は図２に示されているように、ほぼ金属パイプ１１１の長さ一杯に挿入されている。

フィン１２２は金属板から構成されており、ヒートパイプ１２１と空間１ａ内の空気との間における熱交換の効率を向上させるものである。エンドプレート１２３は金属板から構成されており、ヒートパイプ１２１において、空間１ａ側の一端から最も離隔したフィン１２２より僅かに離隔した位置に固定されている。エンドプレート１２３は、ヒートパイプ１２１との間に隙間が生じないように、ヒートパイプ１２１に密着して固定されている。例えば、エンドプレート１２３となる金属板にヒートパイプ１２１を貫通させる貫通孔を、ヒートパイプ１２１の外径より小さい内径を有するように形成した後、その貫通孔にヒートパイプ１２１を押し込むことにより固定されている。また、フィン１２２もこれと同様にヒートパイプ１２１に固定されていてもよい。

ヒートパイプ１２１内には冷媒が封入されている。空間１ａ内の温度が高温になると、ヒートパイプ１２１のフィン１２２側の端部において内部の冷媒が蒸発し、その蒸気がフィン１２２側とは反対側の端部へと向かう。反対側の端部においては内部の蒸気が外気によって冷却されて凝縮し、液体となる。この反対側の端部では、ヒートパイプ１２１が傾斜していることによる重力の影響と毛管力により、凝縮した液体がフィン１２２側の端部に向かって流れていく。このように、ヒートパイプ１２１においてフィン１２２側の端部では端部周辺の空気から蒸発熱を奪って冷媒が蒸発する。一方、ヒートパイプ１２１においてフィン１２２側とは反対側の端部では、ヒートパイプ１２１外へと放熱して冷媒が凝縮する。ヒートパイプ１２１からの放熱は、放熱部材１１０側の金属パイプ１１１及びフィン１１２を通じて、外部の空気へと放出される。ヒートパイプ１２１内で凝縮した冷媒は、フィン１２２が固定された側へと戻る。このようなヒートパイプ１２１内の冷媒の自然循環により、自然循環冷媒回路１００において、フィン１２２側からフィン１１２側へと熱伝導が発生し、断熱容器２内部が冷却される。

以下、自然循環冷媒回路１００と断熱容器２との固定構造について説明する。本実施形態の断熱容器２の側壁２ａは、図２に示すように三層構造を有している。側壁２ａは、ウレタンフォームなどの断熱素材から構成された断熱部２２と、断熱部２２を断熱容器２の内側及び外側から挟む金属板２１及び２３とを有している。側壁２ａには、金属板２１及び２３並びに断熱部２２を貫通する、内面形状が円筒の貫通孔２ｂが形成されている。

貫通孔２ｂには、自然循環冷媒回路１００を側壁２ａに固定するためのフランジ１５０（パイプ固定部材）が挿入されている。フランジ１５０は、図２及び図３に示すように、貫通孔２ｂ内に挿入された貫挿筒１５１と、側壁２ａを挟んで両側から貫挿筒１５１を挟持する固定板１５２及び１５３とを有している。貫挿筒１５１は円筒形の概略形状を有している。そして、雄螺子の螺子山が外周面に形成された螺子部１５１ａ及び１５１ｂを両端に有している。また、貫挿筒１５１内にはヒートパイプ１２１が貫通する貫通孔１５１ｃが形成されている。貫挿筒１５１は、図３に示すように、鉛直方向及び長手方向に沿った平面を挟む部品１５１ｘ及び１５１ｙの２つの部品に分割されている。貫挿筒１５１は、ウレタンフォームやエポキシ樹脂、ガラスエポキシ材などの断熱性及び耐熱性を有する材料から構成されている。

固定板１５２及び１５３は矩形の平板部材であり、樹脂材料や金属材料から構成されている。固定板１５２及び１５３には雌螺子の螺子山が内周面に形成された貫通孔１５２ａ及び１５３ａがそれぞれ形成されている。固定板１５２及び１５３は、互いの間に側壁２ａを挟みこむように貫挿筒１５１の螺子部１５１ａ及び１５１ｂに螺子留めされている。固定板１５２及び１５３が貫挿筒１５１に固く締めつけられることにより貫挿筒１５１が側壁２ａに固定されている。貫挿筒１５１は、部品１５１ｘ及び１５１ｙが互いに接合されると共に、固定板１５２及び１５３が螺子部１５１ａ及び１５１ｂに螺子留めされることにより、一体に保持されている。なお、部品１５１ｘ及び１５１ｙが互いに接着されていてもよい。

固定板１５３の四隅の近傍には螺子穴１５３ｂが形成されている。この螺子穴１５３ｂに差し込まれた螺子１５６によって、吸熱部材１２０のエンドプレート１２３が、固定板１５３との間にパッキン１５４を挟んで螺子留めされている。パッキン１５４はゴム材料などからなる弾性部材である。エンドプレート１２３が固定板１５３にパッキン１５４を介してきつく螺子留めされることにより、エンドプレート１２３と固定板１５３との間が密封される。これによって、空間１ａ内の空気が貫通孔１５１ｃを通じて外部へと抜け出ることが防止されている。

環境試験装置１の各部は、図１及び図４に示すように、制御部１０によって制御されている。制御部１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）や各種メモリなどのハードウェアと、これらのハードウェアを環境試験装置１の各部を制御する機能部として機能させるソフトウェアとによって構成されている。制御部１０には、断熱容器２内の空間１ｂの温度を検出する乾球温度計１１及び湿球温度計１２とが接続されている。乾球温度計１１及び湿球温度計１２は本発明の温度検出手段及び湿度検出手段に対応する。制御部１０は、乾球温度計１１及び湿球温度計１２による温度及び相対湿度に係る検出結果に基づいて、ヒータ５、加湿器８、冷凍機６及び除湿機７をそれぞれ制御し、試験室内の温度及び相対湿度を所望の条件に保持する。

ところで、自然循環冷媒回路１００、冷凍機６及び除湿機７にはそれぞれ、冷却能力や除湿能力が発揮される条件がある。例えば、断熱容器２内が高温且つ高湿となる条件においては、断熱容器２内外の温度差や相対湿度の差が大きくなる。このため、自然循環冷媒回路１００における冷却能力が高い。一方で、冷凍機６は、高温高湿域では冷却能力が過大である。このため、高温高湿域で冷凍機６を使用すると、温度が低下し過ぎたり、除湿能力が大き過ぎて相対湿度が大きく低下したりする。よって、断熱容器２内を所望の温湿度に保つために、逆に加熱や加湿を行わざるを得ず、大きなエネルギーロスが発生する。

また、断熱容器２内が低温且つ低湿となる条件においては、冷凍機６を使用しても除湿しにくい。低温且つ低湿の環境であるため、除湿のためには冷媒供給機６１において空気を目標温度以下に大幅に冷却する必要があるからである。一方、除湿機７においては除湿剤が用いられているため、空気を目標温度付近に維持させながらでも除湿能力が確保される。

また、断熱容器２内が、高温且つ高湿の上記の環境と低温且つ低湿の上記の環境との間の、いわば中温且つ中湿となる条件においては、冷凍機６による冷却能力及び除湿能力が発揮される一方で、自然循環冷媒回路１００による冷却能力が低くなる。言い換えると、自然循環冷媒回路１００は、中温且つ中湿に相当する温度及び相対湿度（例えば、４０℃、４０％）を基準とすると、これよりも高温且つ高湿の条件（例えば、７０℃、７０％）における冷却能力が高い。

以上のような自然循環冷媒回路１００、冷凍機６及び除湿機７の特性に基づき、制御部１０は、これらの機器を制御する際、全体のエネルギー消費を抑制しつつ冷却能力や除湿能力を確保できるように構成されている。図５は、そのような制御内容の一例に関する断熱容器２内の温度及び湿度の条件を示すグラフである。図５のＸ軸は摂氏温度（℃）を示し、Ｙ軸は相対湿度（％）を示している。この制御例では、制御部１０による制御範囲が、概略的に、温度にして１０〜８５℃、相対湿度にして５％〜９８％の範囲（第１の閉領域）とされている。

図５において、太い破線で囲まれた領域Ａ１は、従来の装置において冷凍機６が作動される範囲である。領域Ａ１は、高温且つ高湿の環境から中温且つ中湿の環境までの領域を広く含んでいる。細い破線で囲まれた領域Ａ２（第２の閉領域）は図５において、概略的に、温度８５℃で相対湿度９８％の点から−Ｘ方向及び−Ｙ方向に向かって広がっている。温度８５℃で相対湿度９８％は、制御部１０の制御範囲において最も高温且つ高湿の点である。領域Ａ２は、制御部１０の制御範囲における高温且つ高湿の領域をカバーしている。

領域Ａ２は領域Ａ１に含まれており、従来の装置において冷凍機６が使用される範囲に相当する。これに対して本発明においては、領域Ａ２では、領域Ａ１のその他の領域と比べて、制御部１０により冷凍機６の冷却除湿能力が低く抑えられる。領域Ａ２では領域Ａ１内のその他の領域に比べて自然循環冷媒回路１００による冷却除湿能力が高いため、冷凍機６による冷却除湿能力を確保しなくても、全体として冷却除湿能力を確保できるからである。このように、領域Ａ２においては冷凍機６の冷却除湿能力が低く抑えられるため、試験室内の冷却に要するエネルギー消費が抑制される。なお、領域Ａ２内において少なくとも一部の領域で、冷凍機６が完全に停止されてもよい。

一点鎖線で囲まれた領域Ａ３（第３の閉領域）は図５において、概略的に、温度１０℃で相対湿度５％の点から＋Ｘ方向及び＋Ｙ方向に広がっている。つまり、温度１０℃で相対湿度５％は、制御部１０による制御範囲において最も低温且つ低湿の点である。領域Ａ３は、制御部１０の制御範囲において、領域Ａ２とは重ならない、低温且つ低湿の領域をカバーしている。領域Ａ３では、冷凍機６による除湿能力が低下するため、除湿装置としては、冷凍機６の代わりに主に除湿機７が制御部１０によって作動される。領域Ａ３は領域Ａ１と一部重なり合っている。この重なり合った領域では冷凍機６が単独で使用されるか、あるいは、冷凍機６と除湿機７が併用される。一方、領域Ａ３において領域Ａ１外の領域（第４の閉領域）では、もはや冷凍機６は主に空気を冷却するために使用される。つまり、除湿するためには、冷凍機６は単独で使用されず、除湿機７が併用されるか、除湿機７が単独で使用される。具体的には、領域Ａ３において領域Ａ１外の領域では、領域Ａ３において領域Ａ１と重なった領域に比べて冷凍機６の冷却能力が低減されるか、冷凍機６の冷却能力が最小にされる。これにより、全体として除湿能力を確保しつつ、除湿能力が得られない領域では除湿用として冷凍機６が無駄に使用されたりしないため、エネルギー消費が抑制される。

以下、自然循環冷媒回路１００を断熱容器２に取り付ける取り付け方法について図６及び図７を参照しつつ説明する。本実施形態では、従来型の環境試験装置に自然循環冷媒回路１００を後付けすることにより、環境試験装置１を完成させることが想定されている。従来型の環境試験装置としては、試験室の冷却器として冷凍機６のみが設けられ、自然循環冷媒回路１００が設けられていないものが想定されている。

図６に示すように、まず、自然循環冷媒回路１００及びフランジ１５０を構成する吸熱部材１２０や放熱部材１１０、貫挿筒１５１などの各部材を作製する（ステップＳ１）。次に、環境試験装置の側壁２ａに貫通孔２ｂを形成する（ステップＳ２）。このとき、貫通孔２ｂは円筒状に形成すればよいため、例えば矩形の孔を形成しなければならない場合などと比べて容易に形成できる。貫通孔２ｂには後述のようにヒートパイプ１２１の湾曲部を通さなければならないので、貫通孔２ｂの内径は、ヒートパイプ１２１の湾曲部の通過に必要な大きさに調整される。

次に、吸熱部材１２０にフランジ１５０の一部を組み付ける（ステップＳ３）。具体的には、ヒートパイプ１２１においてフィン１２２とは反対側から、パッキン１５４及び固定板１５３を順に通した後、貫挿筒１５１の部品１５１ｘ及び１５１ｙをヒートパイプ１２１の水平部分に配置して接合する。その後、断熱容器２の内側から吸熱部材１２０を貫挿筒１５１ごと貫通孔２ｂに挿入する（Ｓ４）。このとき、ヒートパイプ１２１の傾斜部分を貫通孔２ｂに通した後、湾曲部分を貫通孔２ｂに通す。貫通孔２ｂは上記の通り、湾曲部分が通過できるような内径に形成されているため、断熱容器２の内部から外部まで湾曲部分に貫通孔２ｂを通過させることができる。湾曲部分を通した後は、ヒートパイプ１２１の水平部分に配置された貫挿筒１５１を貫通孔２ｂ内に挿入する。

次に、傾斜部分側から固定板１５２をヒートパイプ１２１に挿入し、固定板１５２及び１５３を貫挿筒１５１に螺子留めすることで、フランジ１５０を側壁２ａに固定する（Ｓ５）。その後、吸熱部材１２０のエンドプレート１２３を固定板１５３に螺子留めすることにより、吸熱部材１２０をフランジ１５０に固定する（ステップＳ６）。

そして、図７に示すように、放熱部材１１０の金属パイプ１１１内にヒートパイプ１２１の傾斜部分を挿入することにより、放熱部材１１０と吸熱部材１２０とを連結する（ステップＳ７）。ここで、金属パイプ１１１は、下端のみならず上端も開口しているので、ヒートパイプ１２１を挿入していく際、金属パイプ１１１内の空気が上端の開口から外部に逃げる。これにより、ヒートパイプ１２１を金属パイプ１１１に円滑に挿入できる。

以上説明した本実施形態に係る環境試験装置１によると、自然循環冷媒回路１００と冷凍機６との両方が設けられるハイブリッド方式が採用されている。自然循環冷媒回路１００は高温且つ高湿の環境において冷却能力が高いという特性を有しているため、この領域においては、冷凍機６による冷却能力が低く制御される。したがって、エネルギー消費が抑制される。一方、自然循環冷媒回路１００による冷却能力が確保できない中温且つ中湿の領域では冷凍機６が作動される。これにより、全体として冷却能力が確保される。このように、エネルギー消費を抑制しつつ、試験室内の空調を制御しやすい装置が実現している。また、冷凍機６のみを冷却に用いる場合と比べて冷凍機６の運転時間が減少するため、その耐久性が向上する。特に、冷凍機６に用いられている圧縮機は使用するほど磨耗していくが、冷凍機６の冷却能力を適宜低下させることで、圧縮機の磨耗を遅らせることができる。

また、本実施形態は、放熱部材１１０と吸熱部材１２０とを連結して自然循環冷媒回路１００を形成している。したがって、吸熱部材１２０を断熱容器２に設置した後に放熱部材１１０を吸熱部材１２０に連結すればよいので、自然循環冷媒回路１００を断熱容器２に後付けするのが容易である。

また、本実施形態には、吸熱部材１２０を断熱容器２に固定するためのフランジ１５０が用いられている。このため、フランジ１５０を貫通孔２ｂに固定した後に吸熱部材１２０をフランジ１５０に固定すればよい。これにより、自然循環冷媒回路１００を断熱容器２に取り付ける作業の作業性が向上する。

また、本実施形態では、フランジ１５０において貫通孔２ｂに挿入される部分である貫挿筒１５１が円筒形状を有している。したがって、貫通孔２ｂの内面は、貫挿筒１５１に対応して円筒形状に形成すればよい。このため、自然循環冷媒回路１００を断熱容器２に後付けする際、貫通孔２ｂを側壁２ａに形成しやすくなっている。

また本実施形態は、上記の通り冷却器として冷凍機６のみを有する断熱容器２に自然循環冷媒回路１００を後付けするのに適している。このため、冷凍機６やその他の機器の能力が低下した環境試験装置に自然循環冷媒回路１００を後付けすることで、環境試験装置を継続して使用することが可能となる。

以下、自然循環冷媒回路１００と断熱容器２との固定構造及び取り付け方法に係る第１〜第３の変形例について図８〜図１０を参照しつつ説明する。第１の変形例に係る取り付け方法では、図８（ａ）に示すように、湾曲していない状態のヒートパイプ１２１’を有する吸熱部材１２０’を断熱容器２の側壁２ａに固定する。その後、図８（ａ）の矢印Ｍに示すようにヒートパイプ１２１’を湾曲させ、図８（ｂ）に示すように鉛直部分及び湾曲部分が形成されたヒートパイプ１２１及び吸熱部材１２０を完成させる。図６のステップＳ５におけるフランジの固定は、ヒートパイプ１２１’を湾曲させた後でも湾曲させる前でもよい。そして、ヒートパイプ１２１の鉛直部分を金属パイプ１１１に挿入することで、吸熱部材１２０に放熱部材１１０を連結する。

第１の変形例によると、吸熱部材１２０を側壁２ａに取り付ける際、ヒートパイプ１２１の湾曲部分に貫通孔２ｂを通過させる必要がないため、貫通孔２ｂの内径を小さく設定できる。例えば、貫通孔２ｂの内径をヒートパイプ１２１の外径とほぼ等しくし、貫挿筒１５１を使用せずに吸熱部材１２０を側壁２ａに固定してもよい。

第２の変形例は、放熱部材１１０及び吸熱部材１２０の代わりに、図９（ａ）に示す放熱部材２１０及び吸熱部材２２０を用いる。放熱部材２１０及び吸熱部材２２０は、上述の実施形態と異なり、放熱部材２１０側にヒートパイプ２１１を設けたものである。ヒートパイプ２１１はあらかじめ湾曲した形状に構成されている。ヒートパイプ２１１の鉛直部分には複数のフィン１１２が固定されている。吸熱部材２２０は、直線状の金属パイプ２２１に複数のフィン１２２が固定されたものである。金属パイプ２２１は内部に空洞が形成されている。この空洞は、フィン１２２が固定された側とは反対側の端縁に開口している。このように構成された吸熱部材２２０をフランジ１５０を介して側壁２ａに固定した後、図９（ａ）に示すように金属パイプ２２１の開口からヒートパイプ２１１を挿入することにより、放熱部材２１０と吸熱部材２２０を連結する。

ところで、上述の実施形態では、ヒートパイプ１２１を金属パイプ１１１に挿入する際、金属パイプ１１１内の空気が金属パイプ１１１の上端の開口から外部に逃げる。このため、ヒートパイプ１２１を金属パイプ１１１に円滑に挿入できる。第２の変形例でも同様に、金属パイプ２２１において、ヒートパイプ２１１が挿入される側とは反対側の端面（図９（ａ）において二点鎖線で囲んだ部分）に、図９（ｂ）に示すような開口２２１ａが形成されている。この開口２２１ａはタップ穴として形成されている。これにより、金属パイプ２２１にヒートパイプ２１１が挿入された後、断熱容器２内の空気が金属パイプ２２１内に侵入しないように開口２２１ａをボルト等の封止部材で封止することができる。開口２２１ａは単なる抜き穴として形成され、ピンなどで封止されてもよい。

あるいは、図９（ｃ）に示すように、小径のパイプ２２１ｂが設けられてもよい。パイプ２２１ｂの内部には、金属パイプ２２１内の空洞と連通した空気抜き用の流路が形成されている。金属パイプ２２１にヒートパイプ２１１を挿入する際は、パイプ２２１ｂの空気抜き流路を介して空気を逃がす。そして、金属パイプ２２１にヒートパイプ２１１を挿入した後は、パイプ２２１ｂを押し潰して内部の空気抜き流路を封止すればよい。

第２の変形例によると、第１の変形例と同様、ヒートパイプ２１１の湾曲部分に貫通孔２ｂを通過させる必要がないため、貫通孔２ｂの内径を小さく設定できる。また、金属パイプ２２１に空気抜き用の穴が形成されるが、ヒートパイプ２１１が挿入された後は封止される。このため、断熱容器２内の空気や蒸気がヒートパイプ２１１内を伝って漏れ出すことが防止される。

第３の変形例は、図１０（ａ）に示すように、第２の変形例における放熱部材２１０を複数設けるものである。第３の変形例に係る吸熱部材３２０は、第２の変形例における吸熱部材２２０が複数個一体に連結されて構成されたものに相当する。具体的には、側壁２ａに沿って水平に配列された金属パイプ２２１に、複数の金属パイプ２２１に跨るように複数のフィン３２２が固定されている。

また、第３の変形例においては、フランジ３５０も一体に形成されている。具体的には、図１０（ｂ）に示すように、複数の金属パイプ２２１に対応する複数の貫挿筒３５１と、これら複数の貫挿筒３５１に跨るように延びる固定板３５２及び３５３とからフランジ３５０が構成されている。貫挿筒３５１は円筒形に形成されており、側壁２ａには複数の貫挿筒３５１に対応する複数の貫通孔２ｂが形成されている。貫挿筒３５１は貫通孔２ｂに挿入されると共に、側壁２ａを挟んで両側から固定板３５２及び３５３によって挟持される。各貫挿筒３５１内には貫通孔３５１ａが形成されており、断熱容器２の内側からヒートパイプ２１１が挿入される。

第３の変形例によると、第１又は第２の変形例と同様、ヒートパイプ２１１の湾曲部分に貫通孔２ｂを通過させる必要がない。このため、貫通孔２ｂの内径を小さく設定できる。また、吸熱部材３２０が一体に形成されておりフランジ３５０も一体に形成されている。このため、放熱部材２１０と同数の吸熱部材が個別に設けられる場合と比べて、吸熱部材３２０を側壁２ａに固定する作業の作業性が向上する。

＜その他の変形例＞
以上は、本発明の好適な実施形態についての説明であるが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、課題を解決するための手段に記載された範囲の限りにおいて様々な変更が可能なものである。

例えば、上述の実施形態において、図５のグラフに示された領域Ａ１〜Ａ３は、あくまで制御の一例に係るものであり、これ以外の条件で冷凍機６や除湿機７が制御されてもよい。例えば、温度が６０℃で相対湿度が６０％のときの自然循環冷媒回路１００による冷却能力を基準とする。そして、自然循環冷媒回路１００の冷却能力が、基準となる冷却能力より高くなる条件においては、冷凍機６の冷却能力を落とすように、制御部１０が構成されていてもよい。

また、上述の実施形態では、自然循環冷媒回路１００が試験室の冷却に用いられる場合が想定されている。しかし、自然循環冷媒回路１００が試験室の加熱に用いられる場合に本発明が適用されてもよい。この場合、自然循環冷媒回路１００は、断熱容器２外から断熱容器２内へと熱伝導させる部材となる。また、自然循環冷媒回路１００による加熱能力に基づいて、加熱手段として熱交換手段やヒータ５が制御される。

また、上述の実施形態では、吸熱部材１２０に貫挿筒１５１を組み付けた後、それを貫通孔２ｂに通し、その後、吸熱部材１２０と放熱部材１１０とを連結する例を示している。しかし、貫挿筒１５１を先に貫通孔２ｂに固定した後で吸熱部材１２０を貫挿筒１５１に通し、その後、吸熱部材１２０と放熱部材１１０とを連結してもよい。また、第１〜第３の変形例においても同様である。

また、上述の実施形態では、検出温度と検出湿度の両方に基づいて冷凍機６を制御しているが、検出温度のみに基づいて冷凍機６の冷却能力を制御してもよい。この場合には例えば、基準となる温度条件における冷却能力よりも高い冷却能力を自然循環冷媒回路１００が発揮する温度条件においては、冷凍機６の冷却能力を低減するよう制御すればよい。

また、上述の実施形態では、貫挿筒１５１は部品１５１ｘ及び１５１ｙの２つに分割されているが、これらが初めから一体に形成されていてもよい。また、ヒートパイプ１２１等が水平な部分を含んでいるが、吸熱部材１２０等の吸熱部分が放熱部材１１０等の放熱部分より下方に配置されていれば、水平となる部分がない状態に設置されていてもよい。

１ 環境試験装置
２ 断熱容器
２ａ 側壁
２ｂ 貫通孔
６ 冷凍機
７ 除湿機
８ 加湿器
１０ 制御部
１００ 自然循環冷媒回路
１１０、２１０ 放熱部材
１２０、２２０、３２０ 吸熱部材
１２１、２１１ ヒートパイプ
１５０、３５０ フランジ

Claims (9)

1. 試験室が内部に設けられた容器と、
   前記容器内に一端が、前記容器外に他端が配置され、両端間に生じた温度差により両端間で熱伝導が発生する熱伝導部材と、
   冷媒を圧縮する圧縮機を有し、冷媒と前記容器内の空気との間で熱交換することで、前記容器内の空気を冷却する熱交換手段と、
   試験室の温度を検出する温度検出手段と、
   試験室の相対湿度を検出する湿度検出手段と、
   前記温度検出手段による検出結果及び前記湿度検出手段による検出結果に基づいて、基準となる所定の温度及び相対湿度における場合と比べて前記熱伝導部材による熱交換の能力が高い温度及び相対湿度において、前記所定の温度及び相対湿度における場合と比べて前記熱交換手段による熱交換の能力を低下させるように、前記熱交換手段を制御する制御手段とを備えており、
   前記制御手段が、
   試験室の温度をＸ軸とし試験室の相対湿度をＹ軸としたＸＹ平面内において、Ｔ１≦Ｘ≦Ｔ２且つＨ１≦Ｙ≦Ｈ２を満たす第１の閉領域を取ると共に、前記第１の閉領域内において、概略的に（Ｘ，Ｙ）＝（Ｔ２，Ｈ２）の点から−Ｘ方向及び−Ｙ方向へと広がった第２の閉領域を取る場合に、前記第２の閉領域内に対応する温度及び相対湿度においては、前記熱交換手段による熱交換を停止する制御を含むように、前記第２の閉領域外に対応する温度及び相対湿度における場合と比べて前記熱交換手段による熱交換の能力を低下させる制御を行うことを特徴とする環境試験装置。
2. 前記容器内の空気の一部を除湿剤に吹き付けて除湿すると共に、除湿した空気を前記容器内へと戻す除湿手段をさらに備えており、
   前記第１の閉領域内において、概略的に（Ｘ，Ｙ）＝（Ｔ１，Ｈ１）の点から＋Ｘ方向及び＋Ｙ方向へと広がった第３の閉領域を取る場合に、前記第１の閉領域内であって前記第３の閉領域外の領域において除湿する際には、前記熱交換手段及び前記熱伝導部材の少なくともいずれかが用いられ、前記第３の閉領域内に対応する温度及び相対湿度において除湿する際には、前記制御手段が少なくとも前記除湿手段を作動させる場合があることを特徴とする請求項１に記載の環境試験装置。
3. 前記第３の閉領域内において、概略的に（Ｘ，Ｙ）＝（Ｔ１，Ｈ１）の点から＋Ｘ方向及び＋Ｙ方向へと広がった第４の閉領域を、前記第４の閉領域外の領域が前記第３の閉領域内における前記第４の閉領域より高い温度範囲に存在するように取る場合に、前記第４の閉領域内に対応する温度及び相対湿度において除湿する際には、前記制御手段が前記除湿手段を必ず作動させることを特徴とする請求項２に記載の環境試験装置。
4. 前記制御手段が、
   前記第４の閉領域内に対応する温度及び相対湿度においては、除湿のためには前記熱交換手段を使用しないことを特徴とする請求項３に記載の環境試験装置。
5. 前記熱伝導部材が、前記容器外に少なくとも一部が配置された第１のパイプ部材と、前記容器内に少なくとも一部が配置された第２のパイプ部材とを有しており、
   前記第１及び第２のパイプ部材のいずれか一方の一端が他方の一端の内部に挿入されて前記第１及び第２のパイプ部材同士が連結されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の環境試験装置。
6. 前記容器の壁に貫通孔が形成されており、
   前記第１及び第２のパイプ部材の少なくともいずれかが貫通したパイプ固定部材が前記貫通孔に挿入されていることを特徴とする請求項５に記載の環境試験装置。
7. 前記第１及び第２のパイプ部材の一方が、内部に冷媒が封入されたヒートパイプで、他方がフィン付きのパイプ部材であり、
   前記第１及び第２のパイプ部材の前記一方が、他方の内部に挿入されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の環境試験装置。
8. 前記第１のパイプ部材が、前記第２のパイプ部材に挿入された方の一端が他端より下方に配置されるように湾曲していることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の環境試験装置。
9. 請求項５〜８のいずれか１項に記載の環境試験装置を製造する方法であって、
   前記容器の壁に貫通孔を形成する工程と、
   前記貫通孔に前記第１及び第２のパイプ部材のいずれか一方を挿入して固定する工程と、
   前記第１及び第２のパイプ部材において前記貫通孔に固定された方にもう一方を連結させる工程とを備えていることを特徴とする環境試験装置の製造方法。

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