JP6183719B2 - 噴霧腐食試験機および複合サイクル試験機 - Google Patents

Description

本発明は、各種材料の耐腐食性を調べる噴霧腐食試験機および複合サイクル試験機に関する。

一般に、噴霧腐食試験機は、試験槽内に空気ノズルと液ノズルとを有する噴霧器を備えており、空気ノズルから噴出される圧縮空気のベンチュリ効果により吸い上げられた液ノズル内の腐食液（塩水などの腐食性の溶液）が、微細な粒子として試験槽内に載置された試験片に対して一様に噴霧されるように構成されている。

一般的に実施されている噴霧腐食試験では、槽内温度（試験温度）および槽内に噴霧する腐食液（噴霧液）の温度は３５℃を目標に制御される（例えば非特許文献１および２参照）。

また、噴霧腐食試験に加え、乾燥試験、湿潤試験などを組み合わせてサイクルとし、このサイクルを繰り返す複合サイクル試験がある。この複合サイクル試験においても、槽内温度を各試験工程で目標の温度に制御することが重要となる。大型の複合サイクル試験機などでは、試験工程の移行時に冷却水を試験槽内の壁面にスプレーすることで、湿度を下げずに試験槽内の空気を冷却する方法が用いられている（例えば特許文献１参照）。

特許第３５５７５３０号公報 ＪＩＳ Ｚ ２３７１（塩水噴霧試験方法） ＩＳＯ ９２２７（Corrosiontests inartificial atmospheres-Salt spraytests）

ところで、噴霧腐食試験を行うにあたり噴霧液の濃度の変動を防止するためには以下の２点に留意して温度を制御する必要がある。

第１点は、飽和空気の圧力および温度の制御を正確に行うことである。飽和空気は、腐食液をノズルから引き出すため液ノズルに近接した空気ノズルから噴出するが、この時、圧力が下がるため断熱膨張により温度が低下する。この断熱膨張後の空気が３５℃、すなわち試験槽内の設定温度および腐食液の設定温度から外れたり飽和状態でなくなったりすると、その空気に影響を受けて微細な粒状に噴霧された腐食液の濃度が変動するおそれがある。したがって、噴出時に３５℃の飽和空気となるように、空気飽和器の内部の空気の圧力および温度を制御する必要がある（例えば、０．０９８ＭＰａで４７℃）。

第２点は、試験槽内の空気の温湿度の制御である。噴霧された腐食液の粒子から水分が蒸発して濃度が変動することを防ぐために、試験槽内の空気は規定の温度に設定すると同時に湿度を１００％ｒｈ近傍で保つ必要がある。通常、噴霧腐食試験機を設置する場所の雰囲気は温度および湿度ともに試験時の試験槽内の空気の温度および湿度より低い。このため、試験槽内の空気は加温と加湿とを同時に行うことができる湿度発生器によって調節することができる。この湿度発生器は、水を溜めた容器内にヒータを設けたものであり、ヒータにより水を熱して蒸気を発生させ、これを試験槽の底部から送風手段などを用いずに自然に試験槽内に導入する蒸気加熱式のものである。これにより、試験槽内の空気を３５℃で９５％ｒｈ以上（ＪＩＳ Ｚ ２３７１では相対湿度９５〜９８％ｒｈ）に保持し、噴霧液の濃度の変動を防止して正確な試験を実施することができる。湿度発生器は一般的には試験槽内の空気の温度を基準として、ヒータのオン・オフにより試験槽内の空気の温度制御を行っている。

先に述べたように、一般的な噴霧腐食試験の噴霧時の試験槽内の空気の温度は３５℃を目標に制御される。ところが、試験槽内の空気の温度を３０℃あるいは２５℃といった室温に近いような低い温度に保持しながら噴霧腐食試験を行うことが要求される場合もある。しかしながら、外気温が３０℃を超えるような環境下に噴霧腐食試験機が置かれる場合、その外気温よりも低い温度に試験槽内の空気を保持しつつ噴霧腐食試験を行うことは困難であった。

通常、噴霧腐食試験では、微細な粒状となった腐食液を試料の表面へ自然落下させるため、自然落下に影響を与える空気の流れが発生しないように、試験槽内の空気の温度を制御する必要がある。したがって、噴霧腐食試験を行う際の試験槽内の空気の目標温度よりも外気温が高い環境で試験を実施する場合、低温に調温した空気を試験槽内に直接導入するような手段は用いることができない。さらに、試験槽内の空気を冷却するにあたり、前述の複合サイクル試験機のように試験槽内に腐食液とは別の冷却水をスプレーする方法も考えられるが、そのような冷却方法であっても噴霧液の自然落下を妨げるおそれがあり噴霧腐食試験中には実施することができない。

このため、従来は冷却水配管を単に試験槽内の下部に配置し、その冷却水配管内に冷却水を循環させることで試験槽内の空気を冷却していた。しかしながら、この場合には試験槽内の空気の対流はほとんど期待できない。したがって、冷却水配管の周囲と冷却水配管から離れた位置において試験槽内の空気の温度にばらつきが生じやすく、また、試験槽内全体が低温の目標温度（例えば２５℃以下）に到達するまでに時間を要していた。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、外気温よりも低い温度環境下での噴霧腐食試験を安定して行うことのできる噴霧腐食試験機および複合サイクル試験機を提供することにある。

本発明の噴霧腐食試験機は、試験槽と、この試験槽の内部に設けられ、１以上の開口が形成されると共に鉛直方向に伸びる第１の壁部を含み、腐食液を噴霧する噴霧部と、試験槽の内部において第１の壁部に沿って立設し、噴霧部を取り囲むように噴霧部と離間して設けられ、自らの内部を冷却水が循環する中空構造を有する第２の壁部を含む冷却部とを備えたものである。

本発明の複合サイクル試験機は、上記本発明の噴霧腐食試験機と、その腐食試験機の試験槽と連通した調温室とを備えたものである。

本発明の噴霧腐食試験機および複合サイクル試験機では、鉛直方向に伸びる第１の壁部を含む噴霧部を取り囲むように第１の壁部に沿って立設し、自らの内部を冷却水が循環する中空構造を有する第２の壁部を含み、その噴霧部と離間して設けられた冷却部を備えるようにしたので、噴霧部の周囲の空気が効率的に冷却される。冷却された噴霧部の周囲の空気は第１の壁部に形成された開口から取り込まれ、噴霧液の噴霧の気流を利用して噴霧部から試験槽内に噴霧される。冷却された空気が試験槽内全体に行き渡るため、試験槽内の空気を効率的に、かつ、より均一な温度分布となるように冷却することができる。

本発明の噴霧腐食試験機では、噴霧部は円筒状の噴霧塔を有し、第２の壁部は矩形の平面形状を有するようにしてもよい。また、噴霧部は、第１の壁部を含む円筒状の噴霧塔と、その噴霧塔の下方に配置された液溜め部とを有し、第２の壁部は、少なくとも、噴霧塔のうちの開口および液溜め部の双方を取り囲むように設けられているとよい。より効率的に試験槽内の空気の冷却が行われるからである。

本発明の噴霧腐食試験機では、試験槽の内部に設けられた温度センサおよび制御部をさらに備え、制御部は、第２の壁部に供給される冷却水の温度を温度センサの測定値に基づいて制御するようにしてもよい。また、試験槽の内部に設けられた温度センサおよび制御部をさらに備え、制御部は、第２の壁部に供給される冷却水の流量を温度センサの測定値に基づいて制御するようにしてもよい。消費エネルギーの発生を抑制し、試験槽内の空気をより効率的に調温調湿することができるからである。

本発明の複合サイクル試験機では、試験槽の内部に浸漬液を供給する浸漬部をさらに備え、噴霧部は、第１の壁部を含む円筒状の噴霧塔と、その噴霧塔の下方に配置された液溜め部とを有し、冷却部は底部をさらに含み、第２の壁部はその底部の外縁に沿って立設し、噴霧塔の一部および液溜め部が、底部および第２の壁部が成す内部空間に収容されているようにしてもよい。噴霧腐食試験および浸漬試験を含む複合サイクル試験を実施できる複合サイクル試験機において、より効率的に試験槽内の空気を冷却できるからである。加えて、試験槽の容積を従来の複合サイクル試験機より小型化し、運転時の調温調湿に要する消費電力を低減することができるからである。

本発明の噴霧腐食試験機および複合サイクル試験機によれば、噴霧部を取り囲むように冷却部を設けるようにしたので、噴霧液の噴霧の気流を利用して試験槽内の全体の空気を効率的に冷却することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る噴霧腐食試験機の構成例を表す概略図である。 図１に示した噴霧塔および冷却部の壁部における水平断面の形状を表す概略図である。 図１に示した噴霧部の一部および冷却部の壁部における垂直断面の形状を表す概略図である。 図１に示した第１の実施の形態に係る噴霧腐食試験機の第１の変形例および第２の変形例を表す概略図である。 本発明の第２の実施の形態に係る複合サイクル試験機の構成例を表す概略図である。

以下、本開示の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、その説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（噴霧腐食試験機の例）
２．第１の実施の形態の第１の変形例（冷却水温度の自動制御の例）
３．第１の実施の形態の第２の変形例（冷却水流量の自動制御の例）
４．第２の実施の形態（複合サイクル試験機の例）

＜１．第１の実施の形態＞
［噴霧腐食試験機１の構成］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る噴霧腐食試験機１の概略構成例を模式的に表したものである。

図１に示したように、この噴霧腐食試験機１は、試験槽２、噴霧部３、空気供給部４、腐食液供給部５、冷却部７、湿度発生部９および制御部８を備える。

噴霧腐食試験機１は、試験槽２の内部に載置した試験片Ｓに対し塩水などの腐食液を噴霧し、その耐食性を評価するという噴霧腐食試験を行うものである。ここで、腐食液としては、例えば塩化ナトリウムを含む中性塩水溶液のほか、塩化ナトリウム溶液に酢酸を加えた酢酸酸性塩水溶液、または、塩化ナトリウム、塩化第二銅および酢酸を含むキャス液などを用いる（例えば腐食液として塩水を用いる場合には、ＪＩＳ Ｚ ２３７１：２０００「塩水噴霧試験方法」を参照）。

試験槽２は、その内部に試験片Ｓおよび噴霧部３を収容する容器であり、噴霧部３によって噴霧される腐食液を試験片Ｓの上に自由落下させる空間を有する。その天井部分は、噴霧されて天井部分に付着した腐食液が試験片Ｓに落下しないようにするため、切妻屋根形状となっている。試験槽２内の上部には、試験槽２内の温度を測定する温度センサ２１が試験槽２内壁面から垂直に突設されている。温度センサ２１は、例えば熱電対温度計や白金抵抗測温計である。

噴霧部３は、試験槽２内に立設する噴霧塔３１と、ミストマイザー３５とを有する。噴霧塔３１は、鉛直方向に延在する円筒３１Ａと、その上方に配置された方向体３１Ｂとを有する。円筒３１Ａの下部には空気流通孔３１Ｋが１以上設けられている。空気流通孔３１Ｋを複数設ける場合、それら複数の空気流通孔３１Ｋは円周方向においてほぼ均等に配置されているとよい。この空気流通孔３１Ｋから円筒３１Ａの周囲の空気が円筒３１Ａの内部空間に取り込まれるようになっている。円筒３１Ａの内部空間には、その側面からミストマイザー３５が挿入されている。ミストマイザー３５は、液ノズル３３と空気ノズル３２とを有し、ブロック３４でそれらが一体に構成されたものである。液ノズル３３の後方には導管５２（後出）が接続され、腐食液供給部５の溶液溜め５１（後出）内の腐食液が液ノズル３３に供給されるようになっている。

空気供給部４は、例えばコンプレッサ４１、圧力調節器４２、空気飽和器４３、発泡管４４、ヒータ４５、空気供給管４６を有する。

コンプレッサ４１は圧縮空気を生成し、導管４９を介して空気飽和器４３へ送るものである。圧力調節器４２は、コンプレッサ４１で生成された圧縮空気の圧力を制御する。空気飽和器４３は、コンプレッサ４１で生成され、圧力調節器４２により圧力が調節された圧縮空気を飽和空気（飽和状態の圧縮空気）にするためのものであり、その内部に水を収容している。発泡管４４は、空気飽和器４３内部の水に圧縮空気を発泡させ、飽和空気とするものである。ヒータ４５は、空気飽和器４３の内部の水の中に配置されており、水の加熱を行うものである。空気供給管４６は、空気飽和器４３において生成された飽和空気を噴霧部３の空気ノズル３２に送る配管である。空気供給管４６の一端は、空気ノズル３２の他端（後方端）と接続されており、空気供給管４６の他端は、空気飽和器４３の内部に収容された水の液面上の空間に位置している。

腐食液供給部５は、上記した腐食液を保持する溶液溜め５１と、導管５２と、補給用の腐食液を貯蔵する補給タンク５３と、導管５４とを有する。溶液溜め５１は噴霧塔３１の直下に配置され、導管５２によって液ノズル３３と接続されている。また、溶液溜め５１は、導管５４を通じて補給タンク５３と接続されている。腐食液は、液ノズル３３へ供給される前に試験槽２内の溶液溜め５１に貯蔵されるので、噴霧腐食試験時には溶液溜め５１の周囲の調温された槽内空気の影響を受けて所定の試験温度に調温される。さらに、噴霧塔３１の円筒３１Ａの下部と溶液溜め５１の上部とが連通した構造としてもよい。液ノズル３３より噴霧された霧状の腐食液の中のうち粒子径が大きい腐食液は、噴霧塔３１の円筒３１Ａの内面に付着したのち流れ落ちるので、溶液溜め５１に回収することができる。

冷却部７は、本体部７１、冷却水タンク７２、冷却水配管７３Ａ，７３Ｂ、ポンプ７４および水冷器７５を有している。本体部７１および冷却水配管７３Ａ，７３Ｂは、例えばチタンなどの耐食性のある部材で構成されている。

本体部７１は鉛直方向に伸びる円筒３１Ａの外壁に沿って立設する筒状の部材であり、噴霧塔３１の周囲を取り囲むように設けられている。本体部７１は、少なくとも、円筒３１Ａのうちの開口３１Ｋと、溶液溜め５１との双方を取り囲むように設けられているとよい。本体部７１は、さらに、空気ノズル３２および液ノズル３３の双方を取り囲むように設けられているとよい。図２に示したように、噴霧塔３１の円筒３１Ａにおける外面３１ＯＳの水平断面は円形であるのに対し、冷却部７の本体部７１における水平断面は矩形（例えば正方形）である。このため、本体部７１は、円筒３１Ａの外面３１ＯＳと第１の距離Ｌ１を隔てて対向する部分と、円筒３１Ａの外面３１ＯＳと第２の距離Ｌ２（＜Ｌ１）を隔てて対向する部分とを含む。すなわち、本体部７１の内面７１ＩＳと円筒３１Ａの外面３１ＯＳとの隙間は一定ではなく、水平面内の位置によって異なっている。

本体部７１は、その内部に互いに連通した空間７１Ｖが形成された中空構造の構造物であり、その一部に、内部の空間と連通するように冷却水配管７３Ａ，７３Ｂの各々の一端が連結されている。冷却水配管７３Ａ，７３Ｂの各々の他端は冷却水タンク７２と連結されている。冷却水タンク７２はその内部に冷却水を貯蔵すると共に、その冷却水を水冷器７５（熱交換器）により一定温度に保持するものである。冷却水配管７３Ａにはポンプ７４が取り付けられている。ポンプ７４は、冷却水タンク７２に貯蔵された冷却水を、冷却水配管７３Ａを介して本体部７１の内部の空間に導くものである。したがって、ポンプ７４が駆動することにより、本体部７１には、冷却水タンク７２に貯蔵されて一定温度に調整された冷却水が一定の流量で冷却水配管７３Ａを介して供給される。これにより本体部７１は、自らが取り囲む空間に存在する試験槽２の内部の空気を冷却するためのウォータージャケットとして機能する。本体部７１に到達した冷却水は、冷却水配管７３Ｂを経由して冷却水タンク７２へ戻る。このように、冷却部７では、冷却水タンク７２、冷却水配管７３Ａ、本体部７１、冷却水配管７３Ｂの順に冷却水が循環するようになっている。

湿度発生部９は、試験槽２の下方に配置されており、蒸気を生成して試験槽２内に供給する。この湿度発生部９によって試験槽２内の温度を所定の値に制御しつつ、試験槽２内の湿度を高く維持することができる。

制御部８は中央演算処理装置（ＣＰＵ）やメモリを有するコンピュータを利用したものである。制御部８は、メモリに予め記憶させた所定のプログラムに従い、また、腐食液の噴霧時間、試験槽２内および腐食液の温度などの各種設定値に基づき、ＣＰＵが動作することによって噴霧腐食試験の実行制御を行う。制御部８は、例えばコンプレッサ４１やヒータ４５のオン・オフ動作、圧力調節器４２による飽和空気の圧力調整動作、および冷却部７の動作の制御を行う。

［噴霧腐食試験機１の動作］
（噴霧動作）
噴霧腐食試験機１では、試験片Ｓが所定位置に載置された試験槽２内に噴霧塔３１から腐食液が噴霧される。試験槽２内に噴霧された霧状の腐食液（噴霧液）は、自然落下によって試験片Ｓ上に付着して試験片Ｓの腐食を促進させる。

具体的には、まず、コンプレッサ４１において圧縮空気が生成され、その圧縮空気が導管４９を介して空気飽和器４３へ送られる。その際、圧力調節器４２により、空気飽和器４３へ送られる圧縮空気の圧力が所定値（一般には０．０９８ＭＰａ）に設定される。圧力調節器４２を経て空気飽和器４３の内部へ導入された圧縮空気は、発泡管４４により空気飽和器４３の内部の水を通過することで飽和空気となる。ここで、空気飽和器４３の内部の水は、ヒータ４５により所定の温度（例えば３７℃）となるように加熱される。空気飽和器４３において生成された飽和空気は、空気飽和器４３の上部から空気供給管４６を通じて噴霧部３の空気ノズル３２に送られ、空気ノズル３２の先端部の噴出孔から噴出される。これに伴い、空気ノズル３２に近接配置された液ノズル３３の内部の腐食液が、空気ノズル３２から噴出される飽和空気の流れに起因するベンチュリ効果により吸引される。この結果、腐食液が例えば５μｍから３０μｍ程度の微細な粒子として噴霧塔３１の上部から試験槽２内にほぼ均一に噴霧される。なお、所定の温度に加熱された飽和空気は、噴出孔から噴出した直後に断熱膨張により試験温度（例えば２５℃）となる。

（冷却動作）
この噴霧腐食試験機１では、上記の噴霧動作を行うにあたり、以下の操作により試験槽２内の空気の温度を冷却するようにする。具体的には、制御部８により冷却部７のポンプ７４を駆動させ、冷却水タンク７２において水冷器７５により一定温度に調整された冷却水を、冷却水配管７３Ａを介して本体部７１に供給する。これにより、本体部７１が取り囲む、噴霧塔３１の周囲の空間に存在する空気が冷却される。冷却された噴霧塔３１の周囲の空気は開口３１Ｋから噴霧塔３１の円筒３１Ａ内に導入され、腐食液の噴霧の気流に引っ張られて腐食液と共に噴霧塔３１の上部から放出される。これにより、冷却された空気は試験槽２内の全体に行き渡ることになり、試験槽２内の空気全体を効率よく冷却することができる。また、冷却された空気は噴霧液と共に噴霧塔３１の上部から自然に行き渡るので、粒状の腐食液の自然落下を妨げることもない。なお、冷却水の温度や流量は特に指定の値は無いが、例えば噴霧腐食試験機１の設置場所の温度が３５℃の時には、約１０℃の冷却水を流量０．５〜５Ｌ／ｍｉｎの範囲内で本体部７１に供給すれば、試験槽２内を低温の噴霧腐食試験の試験温度（例えば２５℃）以下に至るまで十分に冷却できる。

本実施の形態では、冷却部７において循環する冷却水の温度やその流量は特に変化させず固定されている。試験槽２内の温度制御は、冷却部７により試験槽２内の空気の温度を一旦、目標とする試験温度よりも低下させ、所定時間経過後に（あるいは低下させながら）、湿度発生部９を動作させて行う。すなわち、冷却部７による冷却は、単純に試験槽２内の温度を目標の試験温度以下まで低下させるために実施される。そののち蒸気加熱式の湿度発生部９により発生させた蒸気を、試験槽２内の温度センサ２１の値から発生量を制御しつつ試験槽２内に導入することで、試験槽２内の空気を目標とする試験温度に到達させる。

また、噴霧塔３１の下部に配置されている溶液溜め５１内の腐食液は、熱平衡により試験槽２内と同じ低温の試験温度に調温される。さらに、冷却部７を試験槽２内部に設置することで、直接冷却部７の周囲の空気が冷却されるので、腐食液および飽和空気を試験槽２の外部に設けた冷却手段で低温の試験温度またはそれ以下に調温して噴霧を行うよりも、より効率的に試験槽２内を冷却することができる。これにより、試験槽２内の空気をより早期に安定化させることができる。

［噴霧腐食試験機１の作用・効果］
このように噴霧腐食試験機１では、噴霧部３を取り囲むように、その噴霧部３と離間して設けられた冷却部７を備えるようにしたので、噴霧部３の周囲の空気が効率的に冷却される。冷却された噴霧部３の周囲の空気は、円筒３１Ａに形成された開口３１Ｋから円筒３１Ａ内に取り込まれ、噴霧液の噴霧の気流を利用して噴霧塔３１から試験槽２内に行き渡るからである。

したがって、本実施の形態の噴霧腐食試験機１では、外気温よりも低い温度環境下での噴霧腐食試験を行う際に従来の噴霧腐食試験機が有していた、試験槽内の空気の温度のばらつきが大きいという問題や試験槽内全体が低温の目標温度に到達するまでに時間を要するといった問題を招来することがなく、また、噴霧液の自然落下を妨げることもない。このため、噴霧腐食試験機１は、試験槽２内の全体の空気を効率的に、かつ、より均一な温度分布となるように冷却することができる。その結果、噴霧腐食試験機１は低温環境下での噴霧腐食試験を安定して実施することができる。

図２は、噴霧腐食試験機１における円筒３１Ａおよび本体部７１の概略構成例を模式的に表す水平断面図である。本実施の形態では、円筒３１Ａにおける外面３１ＯＳの水平断面を円形としつつ、本体部７１における内面７１ＩＳの水平断面を矩形としたので、本体部７１の水平断面が円形である場合よりも高い熱交換効率が得られる。以下、この理由について説明する。

図３は、噴霧腐食試験機１における噴霧部３１の一部および本体部７１の概略構成例を模式的に示す垂直断面図である。本体部７１における内面７１ＩＳの水平断面が円形である場合、本体部７１は円筒形となり、噴霧塔３１の円筒３１Ａの外面３１ＯＳと本体部７１の内面７１ＩＳとが成す隙間の幅は一定となる。この場合、噴霧腐食試験時に円筒３１Ａの空気流通孔３１Ｋに導かれる空気の流れは、図３に示したようにほとんどが鉛直方向の気流ＡＣ１となる。

一方、本体部７１における内面７１ＩＳの水平断面が矩形である場合、図２に示したように円筒３１Ａの外面３１ＯＳと第１の距離Ｌ１を隔てて対向する部分と、円筒３１Ａの外面３１ＯＳと第２の距離Ｌ２（＜Ｌ１）を隔てて対向する部分ができるため、本体部７１の内面７１ＩＳと円筒３１Ａの外面３１ＯＳとの隙間は水平面内の位置によって異なっている。この場合、噴霧腐食試験時に円筒３１Ａの空気流通孔３１Ｋに導かれる空気の流れは、第１の距離Ｌ１を隔てて対向する部分の空気が空気流通孔３１Ｋに吸引されるため、図３に示した鉛直方向の気流ＡＣ１に加えて、水平方向の気流ＡＣ２も発生することになる。その結果、本体部７１と円筒３１Ａが成す隙間の内部では複雑な気流が発生するため、よりいっそう空気が攪拌され、冷却部７１の内面７１ＩＳからの熱交換の効率が高くなる。したがって、本体部７１の水平断面は矩形であることが望ましい。なお、この水平方向の気流ＡＣ２による効果をよりよく発揮させるためには、少なくとも１つの空気流通孔３１Ｋが、本体部７１の内面７１ＩＳと第２の距離Ｌ２を隔てて対向する部分に位置するように、同一水平面上で円周方向においてほぼ均等に配置されているとよい。

また、冷却部７による熱交換される熱量Ｑは、例えば下記の式（１）で表わされる。

Ｑ＝ｋ・Ｆ・ｄＴ ……（１）
但し、
Ｑ：熱交換される熱量（ｋＷ）
ｋ：熱通過率（ｋＷ／ｍ²・Ｋ）
Ｆ：伝熱面積（ｍ²）
ｄＴ：平均の温度差

式（１）において、冷却部によって熱交換される熱量Ｑを大きくするためには、熱通過率ｋあるいは伝熱面積Ｆを大きくする必要がある。ここで、熱通過率ｋは下記の式（２）で表わされる。

但し、
α_a：空気の熱伝達率（ｋＷ／ｍ²・Ｋ）
α_w：冷却水の熱伝達率（ｋＷ／ｍ²・Ｋ）
Ｌ：本体部７１の厚さ（ｍ）
λ：本体部７１の熱伝導率（ｋＷ／ｍ・Ｋ）

（２）式において、α_W、Ｌ、λを、一定とすると、熱通過率ｋは空気の熱伝達率α_aに依存する。すなわち、熱通過率ｋは流れる空気の風速に依存する。

最初に、伝熱面積Ｆを一定として熱通過率ｋを大きくする場合を考える。噴霧腐食試験において本体部７１の表面を流れる空気量は、噴霧に用いる空気の循環のみによることから常に一定であると仮定できる。また、流れる空気量は風速と通過する断面積との積から求められることから、空気の風速を大きくするためにはその空気が通過する断面積が小さいほうがよい。伝熱面積Ｆは、本体部７１の水平断面が円形である場合は２πｒｈ（ｒ：円の半径、ｈ：高さ）で表され、正方形である場合は４ａｈ（ａ：正方形の一辺の長さ、ｈ：高さ）で表される。ここで、水平断面の形状に関わらず伝熱面積Ｆを一定とすると２πｒｈ＝４ａｈとなり、円の半径ｒ＝２ａ／πとなる。このとき空気が通過する断面積は、本体部７１の水平断面が円形である場合はπｒ²＝４ａ²／πとなり、本体部７１の水平断面が正方形である場合はａ²となる。４／π＞１であるので、本体部７１の水平断面が正方形である場合のほうが円形である場合よりも通過する断面積が小さくなる。すなわち、本体部７１の水平断面が正方形である場合、それが円形である場合よりも流れる空気の風速が大きくなるので、熱交換される熱量Ｑが大きくなる。

次に、熱通過率ｋを一定として伝熱面積Ｆを大きくする場合を考える。前述したように噴霧腐食試験において本体部７１の表面を流れる空気量は常に一定であると仮定できる。また、流れる空気量は風速と通過する断面積との積から求められることから、熱通過率ｋを一定とすると通過する断面積が一定となる。空気が通過する断面積は、本体部７１の水平断面が円形である場合はπｒ²であり、正方形である場合はａ²である。通過する断面積が一定であるのでπｒ²＝ａ²となり、円の半径ｒ＝ａ／√πとなる。このとき、伝熱面積Ｆは、本体部７１の水平断面が円形である場合は２πｒｈ＝２πａｈ／√πとなり、本体部７１の水平断面が正方形である場合は４ａｈとなる。π／（２√π）＜１であるので、本体部７１の水平断面が正方形である場合、それが円形である場合よりも伝熱面積Ｆが大きくなり、すなわち熱交換される熱量Ｑが大きくなる。

上記の理由から、本体部７１の水平断面が円形である場合よりも熱交換の効率が高くなるので、本体部７１の水平断面は矩形であることが望ましい。

＜２．第１の実施の形態の第１の変形例＞
図４は、上記第１の実施の形態の第１の変形例としての噴霧腐食試験機１Ａの概略構成例を模式的に表したものである。なお、図４に示した噴霧腐食試験機１Ａは、後述する第２の変形例に対応するものでもある。上記第１の実施の形態では、冷却部７において循環する冷却水の温度やその流量を、それぞれ一定に保持するようにした。これに対し、本変形例は、図４に示したように、制御部８に設けられた温度調節器８１により、試験槽２内の空気の温度が目標の試験温度となるように、冷却部７の本体部７１に供給する冷却水の温度を自動的に制御するものである。

より具体的には、噴霧腐食試験機１Ａの設置場所の気温が３５℃である場合、試験開始時にまず冷却水タンク７２に貯蔵された水を水冷器７５により１０℃に冷却する。そののち、１０℃の冷却水をポンプ７４の作動により本体部７１へ供給しつつ、噴霧部３において噴霧液の噴霧をすることで試験槽２内を冷却する。試験槽２内に設けられた温度センサ２１の測定値が目標の試験温度付近になると、制御部８における温度調節器８１が水冷器７５に信号を送り、以後、温度センサ２１の測定値を基に試験槽２内の空気が目標の試験温度（例えば２５℃）となるように、冷却水の温度を制御する。また、同時に蒸気加熱式の湿度発生部９を作動させる。この湿度発生部９も制御部８の温度調節器８１によって加温する量を自動制御する。

上記第１の実施の形態では、冷却水の設定温度や設定流量が固定されるので、外気温によっては試験槽２内が過冷却となる場合がある。よって、そのような過冷却となる場合には、湿度発生部９により試験槽２内の空気を加温することで過冷却分を相殺する必要が生じる。これに対し、本変形例では、循環させる冷却水の温度を制御部８の温度調節器８１により調節することにより、試験槽２内の空気を目標とする試験温度に至るまで無駄な消費エネルギーの発生を低減しつつ冷却することができる。すなわち、湿度発生部９を過剰に作動させることなく、より効率的に試験槽２内を所望の試験温度に調温調湿することが可能となる。なお、噴霧中でも湿度発生部９により試験槽２内の加湿を行うことにより、試験槽２内における低温かつ飽和状態（例えば温度２５℃、湿度９８％ｒｈ）をより正確に維持することができる。湿度発生部９による試験槽２内の加湿を行わない場合、試験槽２内を飽和状態の雰囲気としても、試験槽２の内壁面や本体部７１の表面において雰囲気中の水分が結露してしまうことにより試験槽２内の空気の湿度が低下し、試験槽２内に噴霧された粒状の腐食液の濃度に影響を与える場合があるためである。

＜３．第１の実施の形態の第２の変形例＞
次に、図４を参照して、上記第１の実施の形態における第２の変形例について説明する。上記第１の実施の形態では、冷却部７において循環する冷却水の温度やその流量を、それぞれ一定に保持するようにした。これに対し、本変形例は、制御部８に設けられた温度調節器８１により、試験槽２内の空気の温度が目標の試験温度となるように、冷却部７の本体部７１に供給する冷却水の流量を自動的に制御するものである。

より具体的には、図４に示したように、冷却水タンク７２から本体部７１へ冷却水を導く冷却水配管７３Ａに流量調節弁７６を設ける。流量調節弁７６は、温度調節器８１からの信号によって、例えば０．５〜５Ｌ／ｍｉｎの間で冷却水の流量を調節する。これにより、試験槽２内の空気を目標とする試験温度に至るまで無駄な消費エネルギーを発生させることなく冷却することができる。すなわち、上記第１の変形例と同様に、湿度発生部９を過剰に作動させることなく、より効率的に試験槽２内を所望の試験温度に調温調湿することが可能となる。なお、本変形例では、冷却水の流量の調節と併せて、温度調節器８１による冷却水の温度の調節を行うようにしてもよい。

＜４．第２の実施の形態＞
［複合サイクル試験機１１の構成］
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る複合サイクル試験機１１の概略構成例を模式的に表したものである。

複合サイクル試験機１１は、図５に示したように、噴霧腐食試験機１に調温室１２および浸漬部６が付加されたものであり、１つの試験槽２内で噴霧腐食試験、乾燥試験、湿潤試験、塩水などの浸漬液を用いる浸漬試験とを順次繰り返し行うことができるものである。なお、図５では、視認性確保のため、空気供給部４の一部、制御部８および湿度発生部９を省略して描いているが、空気供給部４、制御部８および湿度発生部９の構成は上記噴霧腐食試験機１と同様である。

調温室１２は、試験槽２の側面に設けられた開口２Ｋによって試験槽２の内部と連通しており、その内部にファン１３と調温室ヒータ１４とを有する。ファン１３は回転によって循環流を発生させ、試験槽２と調温室１２の間で空気を循環させるものである。試験槽２から開口２Ｋを通って調温室１２内に導入された空気は、調温室ヒータ１４によって所定の温度に加熱され、ファン１３が生成する循環流により試験槽２内に供給される。この調温室１２と湿度発生部９を同時に制御することで、複合サイクル試験の各試験工程において、試験槽２内の雰囲気を所定の温湿度に調節することができる。

複合サイクル試験機１１は、浸漬試験を行う際に用いる浸漬液タンク６１、浸漬液配管６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃおよびポンプ６３からなる浸漬部６をさらに備えている。浸漬液タンク６１に貯蔵された浸漬液は、ポンプ６３の作動により浸漬液配管６２Ａから試験槽２内に導入される。浸漬液配管６２Ｂの先端は、試験槽２内に浸漬液を供給した場合に試験片Ｓが完全に浸漬する液面の高さの位置にある。このため、浸漬液配管６２Ｂは、余分な浸漬液を浸漬液タンク６１に回収するオーバーフローとして機能する。また、浸漬液配管６２Ｃは、その開口が試験槽２の底面に位置する排水管であり、浸漬試験終了時に試験槽２内の浸漬液を浸漬液タンク６１に回収する際に使用される。

複合サイクル試験機１１の冷却部７は、本体部７１の代わりに、壁部７７Ａと、その壁部７７Ａが外縁に沿って立設する底部７７Ｂとを含む本体部７７を有する。壁部７７Ａおよび底部７７Ｂは互いに連通した空間を内部に有する中空構造となっている。したがって、本体部７１と同様に冷却水タンク７２において所定の温度に調整された冷却水が冷却水配管７３Ａを介して供給され、冷却水配管７３Ｂを介して冷却水タンク７２へ戻るようになっている。噴霧部３の一部および腐食液供給部５の溶液溜め５１などは、本体部７７の、壁部７７Ａと底部７７Ｂとによって囲まれた内部空間に収容されている。ここで、壁部７７Ａの上端７７Ｔの高さ位置は、浸漬試験の際に試験槽２内に満たされる浸漬液の液面ＳＳの高さ位置よりも高い。このため、浸漬試験時において、噴霧部３や溶液溜め５１などが浸漬液に浸されることが回避される。

複合サイクル試験機１１の試験槽２内の上部には、温度センサ２１の代わりに、試験槽２内壁面から垂直に突設された乾球温度センサ２３および湿球温度センサ２４からなる温湿度センサ２２が設けられている。乾球温度センサ２３と湿球温度センサ２４とは、風向に対して重ならないように、左右または上下の方向で互いに平行となるように隣接して配設される。試験槽２内の温度のみならず、湿潤試験などにおける試験槽２内の湿度を測定することができる。

また、複合サイクル試験機１１では、本体部７７の底部７７Ｂの一部に噴霧液の排出を行うための開閉可能な排出口を設けると共に、その排出口と連通した排出管をさらに設けるようにしてもよい。噴霧腐食試験の際に本体部７７の内部空間に噴霧液が溜まる場合があるからである。

［複合サイクル試験機１１の作用・効果］
噴霧腐食試験と浸漬試験とを行うことのできる従来の複合サイクル試験機においては、噴霧塔が浸漬試験時に浸漬液に浸らない高さに配置する必要があった。したがって、従来は、噴霧塔そのものが試験槽の天井面に接触せず、かつ噴霧塔上部から噴霧された腐食液が天井面に容易に付着しないようにするため、試験槽の容積を高さ方向に広げる必要があった。このため、複合サイクル試験機そのものの大型化を招くうえ、試験槽の容積が増えた分、湿度発生部や、ヒータあるいは冷凍機などの調温調湿のための各種装置の容量が増えることとなり、運転時の消費電力を抑えることが困難であった。

これに対し、本実施の形態の複合サイクル試験機１１によれば、冷却部７の本体部７７により噴霧部３などを取り囲むことで浸漬液と完全に分離するようにしたので、試験槽２の高さを低くすることができる。その結果、全体構成の小型化が実現され、運転時の消費電力を低減することができる。

また、この複合サイクル試験機１１は、上記第１の実施の形態で説明した噴霧腐食試験機１と同様の機構を備えるようにしたので、上記第１の実施の形態と同様の効果をも得ることができる。

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態において説明した各部材の配置位置や形状、個数等は例示であって、上記実施の形態において説明したものに限定されない。また、上記実施の形態において説明した以外の部材を備えるようにしてもよい。具体的には、上記実施の形態等では、蒸気加熱式の湿度発生部９を用いているが、超音波式の霧発生器やその他の加湿手段を用いて槽内を加湿してもよい。その場合にも、噴霧部を取り囲むように設けられ、内部に冷却水を循環させる構造の冷却部による調温は有効である。

また、図２では、本体部７１の水平断面を矩形としたが、本発明はこれに限定されるものではない。本体部７１の水平断面は例えば楕円でもよいし、四角形以外の多角形（例えば三角形や五角形）であってもよい。その場合であっても、本体部７１の水平断面が円形である場合よりも高い熱交換の効率が得られる。

１，１Ａ…噴霧腐食試験機、２…試験槽、２１…温度センサ、２２…温湿度センサ、２３…乾球温度センサ、２４…湿球温度センサ、３…噴霧部、３１…噴霧塔、３１Ａ…円筒、３１Ｂ…方向体、３１Ｋ…空気流通孔、３２…空気ノズル、３３…液ノズル、３４…ブロック、３５…ミストマイザー、４…空気供給部、４１…コンプレッサ、４２…圧力調節器、４３…空気飽和器、４４…発泡管、４５…ヒータ、４６…空気供給管、４９…導管、５…腐食液供給部、５１…溶液溜め、５２，５４…導管、５３…補給タンク、６…浸漬部、６１…浸漬液タンク、６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃ…浸漬液配管、６３…ポンプ、７…冷却部、７１…本体部、７１Ｖ…空間、７２…冷却水タンク、７３Ａ，７３Ｂ…冷却水配管、７４…ポンプ、７５…水冷器、７６…流量調節弁、７７…本体部、７７Ａ…壁部、７７Ｂ…底部、８…制御部、８１…温度調節器、９…湿度発生部、１１…複合サイクル試験機、１２…調温室、１３…ファン、１４…調温室ヒータ。

Claims (7)

1. 試験槽と、
   前記試験槽の内部に設けられ、１以上の開口が形成されると共に鉛直方向に伸びる第１の壁部を含み、腐食液を噴霧する噴霧部と、
   前記試験槽の内部において前記第１の壁部に沿って立設し、前記噴霧部を取り囲むように前記噴霧部と離間して設けられ、自らの内部を冷却水が循環する中空構造を有する第２の壁部を含む冷却部と
   を備えた噴霧腐食試験機。
2. 前記噴霧部は、前記第１の壁部を含む円筒状の噴霧塔を有し、
   前記第２の壁部は、矩形の平面形状を有する
   請求項１記載の噴霧腐食試験機。
3. 前記噴霧部は、前記第１の壁部を含む円筒状の噴霧塔と、前記噴霧塔の下方に配置された液溜め部とを有し、
   前記第２の壁部は、少なくとも、前記噴霧塔のうちの前記開口および前記液溜め部の双方を取り囲むように設けられている
   請求項１または請求項２に記載の噴霧腐食試験機。
4. 前記試験槽の内部に設けられた温度センサおよび制御部をさらに備え、
   前記制御部は、前記第２の壁部に供給される前記冷却水の温度を前記温度センサの測定値に基づいて制御する
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の噴霧腐食試験機。
5. 前記試験槽の内部に設けられた温度センサおよび制御部をさらに備え、
   前記制御部は、前記第２の壁部に供給される冷却水の流量を前記温度センサの測定値に基づいて制御する
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の噴霧腐食試験機。
6. 試験槽と、
   前記試験槽の内部に設けられ、１以上の開口が形成されると共に鉛直方向に伸びる第１の壁部を含み、腐食液を噴霧する噴霧部と、
   前記試験槽の内部において前記第１の壁部に沿って立設し、前記噴霧部を取り囲むように前記噴霧部と離間して設けられ、自らの内部を冷却水が循環する中空構造を有する第２の壁部を含む冷却部と、
   前記試験槽と連通した調温室と
   を備えた複合サイクル試験機。
7. 前記試験槽の内部に浸漬液を供給する浸漬部をさらに備え、
   前記噴霧部は、前記第１の壁部を含む円筒状の噴霧塔と、前記噴霧塔の下方に配置された液溜め部とを有し、
   前記冷却部は底部をさらに含み、
   前記第２の壁部は前記底部の外縁に沿って立設し、
   前記噴霧塔の一部および前記液溜め部が、前記底部および前記第２の壁部が成す内部空間に収容されている
   請求項６記載の複合サイクル試験機。

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