JP6901435B2 - 湿度調整空気発生装置及び環境試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、環境試験を行うための試験室などに供給する空気の湿度を調整することが可能な湿度調整空気発生装置及び、当該湿度調整空気発生装置を備えた環境試験装置に関する。

特許文献１には、氷槽に貯留された氷に気体を接触させるように供給し、気体を低温で飽和させ、定湿度の気体を氷槽内で発生させる技術について記載されている。

特開平７−１９０９１７号公報

しかしながら、上記特許文献１には、氷槽に貯留された氷を補充する機構などの構成について記載がない。このため、氷槽の氷がなくなると、低温での定湿度の気体の発生を一旦停止し、氷槽内に氷を補充または形成する必要が生じる。つまり、低温の定湿度の気体の発生を行う連続運転ができなくなる。

本発明の目的は、空調室から一旦排出した氷を冷却して再度搬送することで連続運転を行うことが可能な湿度調整空気発生装置及び環境試験装置を提供することである。

本発明の湿度調整空気発生装置は、氷に空気を接触させることで低温の飽和空気を生成することが可能な空調室と、前記空調室へ氷を搬送し、前記空調室に開口する排出口から氷を前記空調室内に排出する第１搬送装置と、前記空調室内の氷を前記空調室から一旦排出し、再度、前記空調室に向けて氷を搬送する第２搬送装置と、前記第２搬送装置によって前記空調室から排出された氷を冷却するための冷却装置とを備えている。なお、ここでいう低温とは、０℃以下をいう。

これによると、冷却装置で所定温度まで冷却され空調室に再度搬送された氷に、空気を当てることで、低温の飽和空気を連続的に生成することが可能となり、連続運転が可能となる。

本発明において、前記第２搬送装置は、内部に氷の搬送路が形成された中空管を有しており、前記冷却装置は、前記中空管の外部から前記中空管を介して前記搬送路にある氷を冷却することが好ましい。これにより、第２搬送装置の中空管を冷却するだけで、氷を冷却することが可能となる。

また、本発明において、前記第２搬送装置は、前記中空管の内面に付着する霜を掻き取ることが可能な掻き取り装置を有していることが好ましい。これにより、中空管の内面に霜が付着しても掻き取り装置で掻き取ることが可能となる。このため、第２搬送装置内の霜を取るための除霜処理を行う必要がなくなる。

また、本発明において、前記中空管は、円筒形状を有しており、前記掻き取り装置は、前記中空管内において回転することで氷を搬送するためのスクリューであることが好ましい。これにより、１つのスクリューで、氷の搬送と霜の掻き取りの両方を行うことが可能となる。

また、本発明において、前記空調室には、空気を加熱するための加熱装置が設けられていることが好ましい。これにより、空調室内の空気を所望の湿度に調整することが可能となる。

また、本発明において、前記冷却装置は、氷を湿度調整対象空間の設定温湿度の露点に調整することが好ましい。

また、本発明の環境試験装置は、試験室と、上記の湿度調整空気発生装置とを備えている。これによると、冷却装置で所定温度まで冷却され空調室に再度搬送された氷に、空気を当てることで、低温の飽和空気を連続的に生成することが可能となる。つまり、連続運転が可能となる。

本発明の湿度調整空気発生装置及び環境試験装置によると、冷却装置で所定温度まで冷却され空調室に再度搬送された氷に、空気を当てることで、低温の飽和空気を連続的に生成することが可能となり、連続運転が可能となる。

本発明の一実施形態に係る湿度調整空気発生装置が採用された環境試験装置の概略構成図である。

以下、本発明の一実施形態に係る湿度調整空気発生装置１０が採用された環境試験装置１００について、図１を参照しつつ以下に説明する。

環境試験装置１００は、図１に示すように、内部に空間１ａを有する筐体１と、筐体１の一部（空調室５）を含む湿度調整空気発生装置１０とを含む。筐体１には、空間１ａを仕切る仕切り壁２が設けられており、仕切り壁２によって分離され且つ仕切り壁２に形成された上部孔２ａ及び下部孔２ｂを介して互いに連通した、試験室４及び空調室５が形成されている。本実施形態における環境試験装置１００は、図１に示すように、試験室４に試料（各種材料、電子部品等）Ａが配置され、試験室４の環境を予め設定された設定条件にして試料Ａの環境試験を行うことが可能に構成されている。本実施形態の環境試験装置１００は、低温（０℃以下）時における一定の湿度環境で、環境試験を行うものである。

湿度調整空気発生装置１０は、図１に示すように、筐体１に形成された空調室５と、温度センサ４ａと、湿度センサ４ｂと、空調室５内に配置された送風機６と、加熱装置７と、製氷装置２０と、第１搬送装置３０と、第２搬送装置４０と、冷却装置５０と、制御装置１１とを含む。温度センサ４ａは、試験室４の上部に設けられており、試験室４内の温度を検出し、検出した温度を制御装置１１に出力する。湿度センサ４ｂも、試験室４の上部に設けられており、試験室４内の湿度を検出し、検出した湿度を制御装置１１に出力する。制御装置１１は、温度センサ４ａ及び湿度センサ４ｂからの出力値と試験室４の設定条件とに基づいて、試験室４の環境が設定条件になるように、送風機６、加熱装置７、製氷装置２０、第１搬送装置３０、第２搬送装置４０、及び、冷却装置５０のそれぞれを制御する。

送風機６は、空調室５の上部であって上部孔２ａと対向する位置に配置され、空調室５で生成された空気（所定温度及び所定湿度の空気）を上部孔２ａから試験室４に供給する。送風機６によって、試験室４に空気が供給されると、試験室４内の空気が下部孔２ｂから空調室５内に流れる。つまり、試験室４内の空気が空調室５で生成された空気と置換され、試験室４の環境が設定条件に近づいていく。加熱装置７や冷却装置５０は、試験室４の温度及び湿度が所定の設定条件となるように、その出力が制御装置１１によって制御される。つまり、制御装置１１は、温度センサ４ａ及び湿度センサ４ｂからの出力値と試験室４の設定条件に基づいて、加熱装置７や冷却装置５０の出力を制御し、試験室４から空調室５に流入してきた空気が再度、試験室４に流入することで、試験室４の環境を設定条件に近づける。こうして、試験室４の温度及び湿度が設定条件になるように調整され、所望の環境となる。また、空気は、図１の太矢印で示すように、試験室４内において上部孔２ａから下部孔２ｂに向かうように上から下へと流れ、空調室５内において下部孔２ｂから上部孔２ａに向かうように下から上へと流れる。

加熱装置７は、例えばシーズヒータ等の電熱ヒータからなる空気ヒータであり、送風機６の下方であって第１搬送装置３０（すなわち、氷の供給箇所）よりも上方に配置されている。氷に接触することで飽和した空気を加熱装置７で加熱することによって、低温（０℃以下の所定温度）の定湿度空気の生成が可能となる。

製氷装置２０は、図示しない給水源からの水（例えば純水）を冷却して製氷する公知の製氷装置である。本実施形態においては、薄片状に加工されたフレーク状の氷を製氷する製氷装置であるが、空気との十分な接触面積を確保するため、製氷される氷の形状は飲料用などに使用される１ｃｍ前後の形状やペレット状のものが望ましい。製氷装置２０は、制御装置１１の制御により、製氷し、所定量の氷を供給する。

第１搬送装置３０は、製氷装置２０と接続され、上下方向に垂直に立設された中空管３１と、中空管３１と空調室５とを接続し、水平に設置された円筒状の中空管３２と、スクリュー３３と、スクリュー３３を回転させるモータ３４とを有する。スクリュー３３は、中空管３２内において、中空管３２の延在方向に平行な回転軸周りに回転可能に配置されている。つまり、中空管３２、スクリュー３３、及び、モータ３４は、公知のスクリューコンベアに相当する。製氷装置２０と接続された中空管３１の下端は、中空管３２の一端（図１中右端）側に接続されている。中空管３２は、その他端（図１中左端）側が空調室５内に配置されるように、筐体１に取り付けられている。また、中空管３２の他端側であって、空調室５内に配置された部分の下端には、搬送されてきた氷を空調室５に排出することが可能な複数の排出口３２ａが形成されている。中空管３２の内部には、氷を搬送するための搬送路３２ｂが形成されている。第１搬送装置３０は、制御装置１１によってモータ３４が駆動されることで、スクリュー３３が回転し、製氷装置２０から中空管３１を介して中空管３２に供給されてきた氷が、搬送路３２ｂを通って空調室５内に搬送される。空調室５に供給される氷は、図１に示すように、空調室５の下方に落下する。

第２搬送装置４０は、水平に設置された円筒状の中空管４１と、上下方向に垂直に立設された円筒状の中空管４２と、接続管４３と、２つのスクリュー４４，４５と、２つのモータ４６，４７とを有する。筐体１の空調室５の下端を画定する部分には、下方に突出した筒状の排出部１ｂが形成されている。図１に示すように、排出部１ｂ付近及びその上方には、第１搬送装置３０によって搬送されてきた氷が蓄積する。つまり、排出部１ｂは、空調室５に落下した氷を排出可能に構成されている。

中空管４１の一端（図１中左端）側には、図１に示すように、排出部１ｂが取り付けられており、中空管４１と空調室５とが連通可能に接続されている。中空管４１の他端（図１中右端）には、中空管４２の下端が接続されている。中空管４１の内部には、氷を搬送するための搬送路４１ａが形成されている。中空管４２の内部にも、氷を搬送するための搬送路４２ａが形成されている。これら搬送路４１ａ，４２ａは互いに連通している。スクリュー４４は、中空管４１内において、中空管４１の延在方向（図１中左右方向）に平行な回転軸周りに回転可能に配置されている。モータ４６は、スクリュー４４を回転させる。つまり、中空管４１、スクリュー４４、及び、モータ４６も、公知のスクリューコンベアに相当する。また、スクリュー４４は、その羽根の外周端が、中空管４１の内周面に近接して配置されている。このため、冷却装置５０によって中空管４１が冷却されたときに、中空管４１の内周面に霜などが付着しても、スクリュー４４の羽根により、内周面から霜を掻き取ることが可能となる。このように、本実施形態のスクリュー４４によって、霜を掻き取るための掻き取り装置が構成されている。

スクリュー４５は、中空管４２内において、中空管４２の延在方向（図１中上下方向）に平行な回転軸周りに回転可能に配置されている。モータ４７は、スクリュー４５を回転させる。つまり、中空管４２、スクリュー４５、及び、モータ４７も、公知のスクリューコンベアに相当する。接続管４３は、中空管４２の上端側と中空管３１の途中部位とを接続する。また、接続管４３は、中空管４２の上端側から中空管３１の下端側に向けて下方に傾いて配置されている。このため、中空管４２の上端に搬送されてきた氷は、接続管４３を介して自動的に中空管３１に滑り落ちていく。

このような第２搬送装置４０では、制御装置１１によってモータ４６，４７が駆動されると、スクリュー４４，４５が回転する。スクリュー４４が回転すると、中空管４１の排出部１ｂが接続された部分に存在する氷が、搬送路４１ａに沿って搬送路４２ａに向かって搬送される。スクリュー４５が回転すると、中空管４２の下端側に存在する氷が上端側に向かって搬送される。このため、空調室５に貯留された氷が排出部１ｂを介して中空管４１に排出され、搬送路４１ａ，４２ａを通って接続管４３へと搬送される。つまり、空調室５に供給された氷が一旦排出され、再度、空調室５に向かうように搬送される。接続管４３へと搬送された氷は、第１搬送装置３０を介して空調室５に搬送される。

冷却装置５０は、図１に示すように、中空管４１の一部を覆う筒状の冷却槽５１と、冷凍機５２とを有している。冷却槽５１の内部には、冷媒が満たされている。冷凍機５２は、冷却槽５１と接続されており、制御装置１１の制御により、冷媒を冷却しつつ循環させることが可能に構成されている。

次に、環境試験装置１００で環境試験を行う際の一動作について、以下に説明する。環境試験装置１００には、ユーザによって、試験室４での環境試験条件（例えば０℃以下での空気の温湿度条件）が設定される。

制御装置１１は、温度センサ４ａ及び湿度センサ４ｂの出力値及び設定条件に基づいて、試験室４が設定条件となるように、冷凍機５２、加熱装置７の駆動条件を設定する。ここで、冷凍機５２は、空調室５に搬送される氷が所定温度Ｔ０になるように、冷却槽５１との間で冷媒を循環させつつ冷却する。ここでいう所定温度Ｔ０とは、試験室４から空調室５に流入した空気が氷に接触することで生成される飽和空気の露点温度であって、加熱装置７を介して試験室４に供給されることで、試験室４の環境が設定条件に近づくことが可能な温度となるように、設定される。

次に、制御装置１１は、モータ３４，４６，４７を駆動し、空調室５に供給された氷を一旦排出し、冷却装置５０で冷却した後、再度、空調室５に搬送する。つまり、空調室５に搬送された氷は、スクリュー４４によって空調室５から一旦排出され、搬送路４１ａに沿って搬送される。このとき、中空管４１は冷却装置５０によって冷却されており、空調室５からの氷は、スクリュー４４によって搬送路４１ａ内において攪拌されながら搬送される。このため、氷が中空管４１の冷却された部分と接触し、空調室５に供給される氷が所定温度Ｔ０になるよう効果的に冷却される。また、スクリュー４４によって氷が攪拌されているため、例えば、中空管４１の内周面に冷却装置５０による冷却によって霜が付着しても、一部の霜が氷に付着して氷とともに搬送される。また、スクリュー４４の羽根の外周端が、中空管４１の内周面に近接して配置されているため、仮に中空管４１の内周面に霜が付着して成長しだしても、スクリュー４４によって当該霜を掻き取ることが可能となる。これらのため、中空管４１内に霜が成長することで氷の搬送不良が生じるのを、抑制することが可能となる。

スクリュー４４によって中空管４２に搬送された氷は、スクリュー４５によって搬送路４２ａに沿って接続管４３へと搬送される。接続管４３に搬送された氷は、接続管４３を滑り落ちて中空管３１を通って中空管３２へと搬送される。そして、スクリュー３３によって空調室５へと氷が搬送される。この後、氷は、中空管３２の複数の排出口３２ａから空調室５内へと排出される。そして、制御装置１１の制御によって送風機６が駆動されることで、所定温度Ｔ０に冷却された氷に、試験室４からの氷温度の飽和水蒸気以下の水蒸気を含む空気が接触することで、氷表面より水蒸気が空気に移動して低温（所定温度Ｔ０）の飽和空気が生成される。また、所定温度Ｔ０に冷却された氷に、試験室４からの氷温度の飽和蒸気圧以上の水蒸気を含む空気が接触すると、飽和以上の水蒸気は氷表面に霜となり付着するため、空調空気の循環に支障が出ない。

制御装置１１は、氷に接触することで生成された飽和空気を、所定温度Ｔ０よりも高い所定温度Ｔ１に上昇させるように、加熱装置７を制御する。このときの所定温度Ｔ１は、設定条件の温度とほぼ同じであり、且つ当該温度における湿度が設定条件の湿度となるように、設定される。このような加熱装置７を介すことで、設定条件の温湿度の空気が生成され、当該空気が送風機６で試験室４に供給される。このように試験室４と空調室５の空気が循環し、試験室４の環境が設定条件の温湿度となる。こうして、試料Ａの環境試験を開始することが可能となる。

環境試験中、制御装置１１が製氷装置２０を制御して所定量の氷を製氷し供給する。これにより、氷がなくなることでの連続運転の停止を防ぐことが可能となる。このときも、第１搬送装置３０、第２搬送装置４０及び冷却装置５０は制御装置１１によって継続的に駆動され、空調室５に供給される氷が所定温度Ｔ０に保たれる。また、加熱装置７も、制御装置１１によって同じ条件で継続的に制御される。

以上に述べたように、本実施形態の環境試験装置１００及びこれに採用された湿度調整空気発生装置１０によると、冷却装置５０で冷却され空調室５に搬送された所定温度Ｔ０の氷に、空気を当てることで、低温（所定温度Ｔ０）の飽和空気を連続的に生成することが可能となり、連続運転が可能となる。また、冷却装置５０は、空調室５内を直接冷却しないため、空調室５内に霜などが付着しにくくなる。この結果、空調室５内に付着した霜などを除去するための除霜処理を、空調室５で行うのを抑制できる。

また、冷却装置５０が、第２搬送装置４０の中空管４１を冷却することで、搬送路４１ａにある氷を冷却する。これにより、中空管４１を冷却するだけで、氷を所定温度Ｔ０に冷却することが可能となる。

また、第２搬送装置４０が、搬送路４１ａが形成された中空管４１と、スクリュー４４と、モータ４６とを有し、冷却装置５０の冷却により中空管４１の内周面に霜が付着してもスクリュー４４で掻き取ることが可能に構成されている。これにより、第２搬送装置４０内の霜を取るための除霜処理などを行う必要がなくなる。本実施形態においては、スクリュー４４によって掻き取り装置が構成されているが、特に限定するものではない。要するに、中空管４１の内周面に霜が付着した場合、当該霜を掻き取ることが可能に構成された掻き取り装置であれば、どのようなものであってもよい。

また、掻き取り装置が１つのスクリュー４４で構成されていることで、氷の搬送と霜の掻き取りの両方を行うことが可能となる。

また、空調室５には、加熱装置７が設けられているため、空調室５内の空気を所望の湿度に調整することが可能となる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した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は、第２搬送装置４０が空調室５から一旦排出した氷を第１搬送装置３０に搬送することで、空調室５への再搬送を行っているが、第２搬送装置は、空調室５から一旦排出した氷を、冷却装置５０で冷却した後、直接空調室５に再搬送してもよい。

また、０℃以下の温度における飽和空気だけの環境試験を行う場合は、湿度調整空気発生装置１０が、加熱装置７を有していなくてもよい。また、湿度調整空気発生装置１０は、送風機６を有していなくてもよい。この場合、試験室４に空調室５の空気を吸引する吸引装置、または、試験室４の空気を空調室５に排出する送風機などが設けられていることが望ましい。

また、第２搬送装置４０が、第１搬送装置３０も含んで構成されていてもよい。この場合、冷却装置５０が第１搬送装置３０の中空管３２部分を冷却することで、空調室５から排出された氷を所定温度Ｔ０に冷却してもよい。さらにこの場合、製氷装置２０から供給される氷も冷却することが可能となる。

また、氷を空調室５の下部に貯留し、貯留した氷を湿度調整に用いてもよい。この場合、空調室５の下部孔２ｂと対向する位置まで氷が貯留されるのが望ましい。下部孔２ｂを介して試験室４から空調室５に流れてきた空気は、空調室５に貯留された氷に接触し、低温の飽和空気となる。なお、空調室５には予め所定温度且つ所定量の氷が貯留されていてもよい。
氷を空調室５の下部に貯留する場合において、空調室５内には、氷の貯留高さを検出することで氷の量を検出する氷センサ（不図示）を設けても良い。この場合、この氷センサからの検出信号により、制御装置１１によって製氷装置２０を制御し、氷の供給量を制御してもよい。
また、湿度調整空気発生装置１０に製氷装置２０を設けず、装置外から氷を供給するものとしてもよい。

５ 空調室
７ 加熱装置
１０ 湿度調整空気発生装置
２０ 製氷装置
３０ 第１搬送装置
４０ 第２搬送装置
４１ 中空管
４１ａ 搬送路
４４ スクリュー
５０ 冷却装置
１００ 環境試験装置

Claims (7)

1. 氷に空気を接触させることで低温の飽和空気を生成することが可能な空調室と、
   前記空調室へ氷を搬送し、前記空調室に開口する排出口から氷を前記空調室内に排出する第１搬送装置と、
   前記空調室内の氷を前記空調室から一旦排出し、再度、前記空調室に向けて氷を搬送する第２搬送装置と、
   前記第２搬送装置によって前記空調室から排出された氷を冷却するための冷却装置とを備えていることを特徴とする湿度調整空気発生装置。
2. 前記第２搬送装置は、内部に氷の搬送路が形成された中空管を有しており、
   前記冷却装置は、前記中空管の外部から前記中空管を介して前記搬送路にある氷を冷却することを特徴とする請求項１に記載の湿度調整空気発生装置。
3. 前記第２搬送装置は、前記中空管の内面に付着する霜を掻き取ることが可能な掻き取り装置を有していることを特徴とする請求項２に記載の湿度調整空気発生装置。
4. 前記中空管は、円筒形状を有しており、
   前記掻き取り装置は、前記中空管内において回転することで氷を搬送するためのスクリューであることを特徴とする請求項３に記載の湿度調整空気発生装置。
5. 前記空調室には、空気を加熱するための加熱装置が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の湿度調整空気発生装置。
6. 前記冷却装置は、氷を湿度調整対象空間の設定温湿度の露点に調整することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の湿度調整空気発生装置。
7. 試験室と、請求項１〜６のいずれか１項に記載の湿度調整空気発生装置とを備えていることを特徴とする環境試験装置。

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