JP7699861B1 - 温度制御装置 - Google Patents

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Abstract

Figure 0007699861000001
【課題】複数の試験対象物の一つ一つがきちんと温調され、複数の試験対象物を簡単な構造の試験装置で同時に複数の温度設定の試験を行うことができる温度制御装置を提供する。
【解決手段】本発明の温度制御装置1は、複数の試験対象物9を温調し、評価試験を行うものであり、複数の試験対象物9を収納するホルダー8と、温調された熱媒体が循環する熱交換プレート2と、を備える。熱交換プレート2へ流入する熱媒体は高温側熱媒体槽5aからの熱媒体と低温側熱媒体槽5bからの熱媒体の比率を変化させることで所定温度に温調される。
【選択図】 図4

Description

本発明は、試験対象物の温度管理が必要な試験装置に設けられる温度制御装置に関する。
従来、試験対象物を温調して行う試験では、熱媒体槽で温調された熱媒体が循環する熱交換プレートを介して試験対象物の温調をする温度制御装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2022-178211号公報
従来のこの種の温度制御装置では、熱媒体を用いて温調した複数の温度に設定した試験対象物の試験を同時進行で行うとき、温度設定の数に応じ、それぞれ熱媒体を設定温度に温調した熱媒体槽を用意する必要があった。
しかしながら、熱媒体槽を設定した温度の数だけ設置することは、熱溶媒の温度を維持、変更するための消費電力の増加や、試験室の環境温度の上昇、設置費用の増大といった不都合がある。
本発明は、上記の不都合に鑑みて、複数の温度設定に試験対象物を効率的に温調することができる温度制御装置を提供することを目的とする。
かかる目的を達成するために、本発明は、複数の設定温度に試験対象物を温調する温度制御装置において、試験対象物を収納する複数のホルダーと、温調された熱媒体が循環する複数の熱交換プレートと、前記設定温度より高温の熱媒体を熱交換プレートに供給する高温側熱媒体槽と、前記設定温度より低温の熱媒体を熱交換プレートに供給する低温側熱媒体槽と、を備え、前記複数の各熱交換プレートに前記高温側熱媒体槽が並列に接続され、前記高温側熱媒体槽から熱交換プレートへの熱媒体流路に前記低温側熱媒体槽からの流路がさらに接続され、前記高温側熱媒体槽から熱交換プレートへの熱媒体流路、および前記低温側熱媒体槽から前記高温側熱媒体槽から熱交換プレートへの熱媒体流路へ接続されるまでの熱媒体流路のそれぞれに流量制御弁を設け、各熱交換プレートに設けた温度センサーの温度により前記流量制御弁を制御して高温側熱媒体槽からの熱媒体と低温側熱媒体槽からの熱媒体との混合の割合を変えることで複数の異なる前記設定温度に温調され、前記ホルダーは熱交換プレートに着脱自在に装着されて、該ホルダーに収納された試験対象物が各熱交換プレートからの熱で異なる前記設定温度に温調されることを特徴とする。
本発明は、複数の設定温度に試験対象物を温調する温度制御装置において、試験対象物を収納する複数のホルダーと、温調された熱媒体が循環する複数の熱交換プレートと、前記設定温度より高温の熱媒体を熱交換プレートに供給する高温側熱媒体槽と、前記設定温度より低温の熱媒体を熱交換プレートに供給する低温側熱媒体槽と、を備え、前記複数の各熱交換プレートは前記高温側熱媒体槽と前記低温側熱媒体槽とに並列に接続され、前記複数の各熱交換プレートに流入する前記熱媒体は、前記熱交換プレートを所定温度になるように、前記高温側熱媒体槽の流路に設けた流量制御弁と前記低温側熱媒体槽の流路に設けた流量制御弁とを熱交換プレートに設けた温度センサーの温度に応じて開閉し、高温側熱媒体槽の熱媒体と低温側熱媒体槽の熱媒体を混合する割合を変えることで複数の異なる前記設定温度に温調され、前記ホルダーは熱交換プレートに着脱自在に装着されて、該ホルダーに収納された試験対象物が各熱交換プレートからの熱で異なる前記設定温度に温調されることを特徴とする温度試験装置。
本発明によれば、前記高温側熱媒体槽と前記低温側熱媒体槽とを設けるだけで、前記複数の各熱交換プレートを複数の異なる前記設定温度に効率的に温調することができ、構造簡単に各熱交換プレートを複数の設定温度に温調することができる。
本発明は、複数の設定温度に試験対象物を温調する温度制御装置において、試験対象物を収納する複数のホルダーと、温調された熱媒体が循環する複数の熱交換プレートと、前記設定温度より高温の熱媒体を熱交換プレートに供給する高温側熱媒体槽と、前記設定温度より低温の熱媒体を熱交換プレートに供給する低温側熱媒体槽と、を備え、前記複数の各熱交換プレートに流入する前記熱媒体は、高温側熱媒体槽の熱媒体と低温側熱媒体槽の熱媒体を混合する割合を変えることで複数の異なる前記設定温度に温調され、前記ホルダーは熱交換プレートに着脱自在に装着されて、該ホルダーに収納された試験対象物が各熱交換プレートからの熱で異なる前記設定温度に温調され、高温の設定温度からそれより低温の設定温度の複数種類の前記設定温度に設定される前記複数の熱交換プレートからの熱媒体のうち、高温側の設定温度の複数の熱交換プレートの熱媒体を前記高温側熱媒体槽に還流し、低温側の設定温度の複数の熱交換プレートの熱媒体を前記低温側熱媒体槽に還流させ高温側の設定温度の複数の熱交換プレートの熱媒体が還流する前記高温側熱媒体槽の還流路上流と、低温側の設定温度の複数の熱交換プレートの熱媒体が前記低温側熱媒体槽の還流路上流とに、それぞれに接続する戻り熱媒体槽を設け、両戻り熱媒体槽を管路で接続し、一方の戻り熱媒体槽の熱媒体が過剰になった時、他方の戻り熱媒体槽の流入できるようにしたことを特徴とする温度制御装置。
さらに、高温の設定温度からそれより低温の設定温度の複数種類の温度に熱交換プレートが設定されるように、熱交換プレートに供給する前記高温側熱媒体槽からの熱媒体と前記低温側熱媒体槽からの熱媒体との混合の割合を変えることを特徴とする。
本発明によれば前記高温側熱媒体槽からの熱媒体と前記低温側熱媒体槽からの熱媒体との混合する割合を変えることで、前記複数の各熱交換プレートが高温の設定温度からそれより低温の設定温度の複数種類の設定温度に効率的に設定できる。
かかる本発明によれば、温度制御装置は同時に高温の設定温度からそれより低温の設定温度の複数種類の前記設定温度に設定される熱交換プレートを、熱媒体槽の使用台数を抑えて温調することが可能なことから、熱媒体槽を設置するコストを抑えることや、熱媒体槽に必要な電力消費量を抑えること、熱媒体槽の発熱による環境の温度上昇を抑えることができる。また、熱交換プレートの温度設定を変更するたびに熱媒体槽の設定温度の変更を必要としないため、熱媒体槽の熱媒体が設定された温度になるまで待つ必要がなく、迅速に試験の温度設定の切り替えができる。
また、上記発明において、前記試験は二次電池充放電試験を行うと好ましい。
発明の実施形態の温度制御装置を示す斜視図。 本実施形態の温度制御装置の裏側を示す斜視図。 本実施形態のホルダーを分解した状態を示す説明図。 本実施形態の熱媒体の循環回路図 本実施形態の熱媒体の温調方法についての説明図 本実施形態の試験開始前の処理に関するフロー図 本実施形態の温度監視処理のフロー図 本実施形態の試験中における温度逸脱判定処理のフロー図 別の実施形態の熱媒体の循環回路図 別の実施形態の戻り循環回路についての説明図
図を参照して、発明の実施形態の温度制御装置を説明する。図1及び図2を参照して、本実施形態の温度制御装置1は、試験対象物9の温度管理が必要な試験装置100に設けられる。温度管理が必要な試験は、例えば、二次電池を試験対象物とする二次電池充放電試験が挙げられる。
本実施形態の温度制御装置1が設けられる試験装置100は、熱交換プレート2が固定された固定板3と、固定板3を上下方向に整列させて表裏に支持する枠体4と、熱媒体を所定温度に温調して熱交換プレート2に供給可能な複数の熱媒体槽5と、を備えている。
図3を参照して、熱交換プレート2には熱媒体槽5から供給された熱媒体が流れる往路と復路の2つの流路7が平行に設けられている。また、1つの熱交換プレート2には、試験対象物を収納する2つのホルダー8が2つの流路7に跨るように左右に並んで着脱自在に固定されている。
図3を参照して、ホルダー8は、4つの円筒形の二次電池である試験対象物9を並列させて収納可能な空間から成る断面円弧形状の4つの収納部10aを有する基台部10と、断面円弧形状の4つの収納部11aを有し、且つ基台部10から試験対象物9が脱落しないように収納部10a、11aで試験対象物9を挟んで抑える蓋部11と、を備えている。
基台部10には、ネジ10eを挿通可能なネジ穴10bが4か所に設けられており、基台部10はネジ穴10bに挿通されたネジ10eによって熱交換プレート2の雌ネジ部2aにネジ止めされることで着脱自在に構成されている。基台部10と試験対象物9との間、及び蓋部11と試験対象物9との間には、熱伝達ができるだけ隙間なく良好に行われるように伝熱シート12が挟まれている。試験対象物が二次電池のような温調とともに充放電等の操作をする必要がある場合は、操作端子13(充放電端子)を取り付けるためにホルダー8に開口を設けるとよい。
基台部10の側面にはフック10cが設けられている。蓋部11には、フック10cと係合自在なパッチン錠11bが設けられており、このパッチン錠11bによって蓋部11が基台部10に着脱自在に固定されている。また、基台部10には、蓋部11側に突出する位置決めピン10dが設けられている。蓋部11には、位置決めピン10dを受け入れ可能な位置決め穴11cが設けられている。
本実施形態の試験装置では熱交換プレート2が上下方向に並んで配置されているため、熱交換プレート2の面が上下方向で揃い、ホルダー8を熱交換プレート2に固定する作業、若しくは熱交換プレート2及びホルダー8が固定された固定板3を枠体4に固定する作業、が一方向からできて簡便となる。また、枠体4の表裏に熱交換プレート2を取り付けることができるため、設置スペースを有効活用してコンパクトな装置で多数の試験対象物9の試験を行うことができる。
図4に本実施形態の熱媒体の循環回路を示す。なお、図4では、熱交換プレート2の数を、説明の便宜上、図1の熱交換プレート2の数の半分の5つにしている。本実施形態の並列方式の循環回路で、高温側熱媒体槽5aから供給された熱媒体は、高温側流量制御弁ブロック14aにより、低温側熱媒体槽5bから供給された熱媒体は、低温側流量制御弁ブロック14bにより、熱媒体の流量を制御され合流点M1~M5に分配される。そして、各熱交換プレート2から排出された熱媒体は逆止弁15を通過して、戻り熱媒体槽16に還流されたのち高温側熱媒体槽5a、低温側熱媒体槽5bに還流され、再び温調される。ホルダー8で保持された試験対象物9は熱交換プレート2を介して熱媒体により所定温度に温調される。
また、合流点M1~M5にて混合する高温側熱媒体槽5aから吐出された熱媒体と低温側熱媒体槽5bから吐出された熱媒体の流入量は、高温側流量制御弁A1~A5、低温側流量制御弁B1~B5によってそれぞれ制御されており、高温側熱媒体槽5aから吐出された熱媒体と低温側熱媒体槽5bから吐出された熱媒体の割合を制御することで熱交換プレート2ごとに異なる所定温度に温調することができる。流量制御弁は電磁弁のような流量制御ブロック14を介して温度制御部6と有線または無線の通信回線を介して接続される。
例えば、熱交換プレート2aを10℃、熱交換プレート2bを20℃、熱交換プレート2cを30℃、熱交換プレート2dを40℃、熱交換プレート2eを50℃に、それぞれ温調して同時に試験を行う場合、高温側熱媒体槽5aにおける熱媒体の設定温度を50℃以上(例えば60℃)に、低温側熱媒体槽5bにおける熱媒体の設定温度を10℃以下(例えば0℃)に設定し、両熱媒体を混合することで各熱交換プレート2を所定温度に温調することができる。
さらに詳しく熱交換プレート2に流入する熱媒体の温調方法について図5を用いて説明する。合流点M1~M5の下流側には温度センサーT1~T5がそれぞれ設けられており、熱交換プレート2に流入する熱媒体の温度を計測している。なお、図示は省略するが、温度センサーTは合流点Mより下流側であれば熱交換プレート2の内部や熱交換プレート2より下流側に設けてもよい。計測した熱媒体の温度は温度センサーと有線または無線の通信回線を介して接続された温度制御部6に送信され、温度監視処理を行う。
試験開始前の処理について図6Aのフロー図を用いて説明する。ユーザーが設定温度を設定後、温度制御装置6は設定温度を取得(STEP1)し、設定温度に応じてあらかじめ設定された所定の比率で高温側流量制御弁A、低温側流量制御弁Bを開放(STEP2)する。その後、温度監視処理(STEP3)を行い、温度監視処理結果が肯定的であった場合(STEP4・・・YES)、試験開始指示を試験制御装置(図示せず)に送信し、試験を開始(STEP5)する。温度監視処理結果が否定的であった場合(STEP4・・・NO)、温度監視処理を繰り返す。
温度監視処理(STEP3)の詳細について図6Bのフロー図を用いて説明する。温度制御装置6は温度センサーTで計測した熱媒体の温度(以下、センサー温度ということもある)を取得し(STEP31)、設定温度とセンサー温度が同じ場合、または所定の範囲内であるかどうかを判定(STEP32)する。設定温度とセンサー温度が同じ場合、または所定の範囲内である場合は、熱媒体の温度が適正であると認識(STEP33)し、そのまま熱媒体の流量設定を維持して温度監視処理を終了し、STEP5に移行する。センサー温度が設定温度より低かった場合、温度制御部6は高温側流量制御弁Aを設定温度とセンサー温度の差に応じた所定の割合(n%)開放し、低温側流量制御弁Bを設定温度とセンサー温度の差に応じた所定の割合(n%)閉鎖する指示(STEP321)を行う。待機時間(S秒)経過後(STEP322)に再度STEP31以降の処理を行う。また、センサー温度が設定温度より高かった場合、温度制御部6は高温側流量制御弁Aを設定温度とセンサー温度の差に応じた所定の割合(N%)閉鎖し、低温側流量制御弁Bを設定温度とセンサー温度の差に応じた所定の割合(N%)開放する指示(STEP323)を行う。待機時間(S秒)経過後(STEP324)に再度STEP31以降の処理を行う。設定温度とセンサー温度の差に応じた各制御弁の開閉割合(n%、n%、N%、N%)の調節はたとえば、PI制御方式もしくはPID制御方式によって制御される。待機時間S秒とS秒は同じであっても異なっていてもよく、また、決められた所定の時間であっても、設定温度によって変更されてもよい。これらの処理を繰り返すことによって熱媒体の温調が完了した状態で試験を開始することができる。
また、n%とn%の和、N%とN%の和が100%にすることで熱交換プレート2に流入する熱媒体の量を一定にしつつ、熱媒体を温調することができる。
試験中の温度逸脱判定処理について図6Cのフロー図を用いて説明する。試験開始後に設定された、または任意のタイミングで温度逸脱判定処理(STEP6)を行う。温度制御装置6は、センサー温度を取得(STEP61)し、設定温度とセンサー温度が同じ場合、または所定の範囲内であるかどうかを判定(STEP62)する。設定温度とセンサー温度が同じ場合、または所定の範囲内である場合(STEP62・・・YES)、熱媒体の温度が適正であると認識(STEP63)し、再度STEP61以降の処理を行う。設定温度とセンサー温度が異なる場合、または所定の範囲外である場合(STEP62・・・NO)、熱媒体の温度が異常であると認識する。当該処理結果や処理時のセンサー温度を蓄積することで試験中に温度逸脱があったかどうかを確認することができる。
また、図6A―図6Cに記載される、いずれかのSTEPで異常が検知された場合、試験を終了するようにしてもよい。異常とは例えば、センサー温度を取得できないことや熱媒体の温度が異常であると認識したこと、チラーの異常による水位(流量)低下による熱交換プレート2の温度異常を認識したことなどが挙げられる。
図7を参照して、同じ符号が付された構成については説明を省略し、別の実施形態を説明する。戻り熱媒体制御弁C1~C5を操作することにより熱交換プレート2から還流する熱媒体を高温側戻り熱媒体槽16aと低温側戻り熱媒体槽16bのいずれに還流するか選択することができる。戻り熱媒体制御弁C1~C5を操作は、ユーザーによって操作されてもよく、戻り熱媒体制御弁C1~C5と流量制御弁ブロック14cを介して有線または無線の通信回線を介して接続される戻り熱媒体制御部17によって操作されてもよい。戻り熱媒体制御部17は温度センサーT1~T5で計測したそれぞれ温度が高温側熱媒体槽5aと低温側熱媒体槽5bのいずれの設定温度に近いか判別し、高温側戻り熱媒体槽16aと低温側戻り熱媒体槽16bのいずれかに熱媒体が還流するよう、戻り熱媒体制御弁C1~C5を制御する。このような構成にすることで、熱媒体槽5に還流してきた熱媒体が設定温度に戻るために必要な電力消費を抑えることができる。
さらに詳しく戻り熱媒体槽16へ還流する熱媒体の流れについて図8を用いて説明する。戻り熱媒体制御弁C1~C5によって高温側戻り熱媒体槽16aに流入した熱媒体は高温側熱媒体槽5aへと還流し、低温側戻り熱媒体槽16bに流入した熱媒体は低温側熱媒体槽5bへ還流するよう接続されている。このとき熱媒体が、高温側戻り熱媒体槽16aまたは低温側戻り熱媒体槽16bのいずれか一方に偏って流入してしまったとき、熱媒体が熱交換プレート2に逆流することを防ぐため、高温側戻り熱媒体槽16aと低温側戻り熱媒体槽16bは、いずれか一方の戻り熱媒体槽に収容されている熱媒体の容量が一定以上になると熱媒体がもう片方の戻り熱媒体槽に流入するようにオーバーフロー防止配管18によって接続されている。オーバーフロー防止配管18を設けることで各戻り熱媒体槽の容量を抑えつつ、戻り熱媒体槽16から熱媒体があふれてしまうことを防ぐことができる。
温度制御部6および戻り熱媒体制御部17は、CPU(Central Processing Unit)等の演算処理装置、メモリ、及びI/O(Input/Output)デバイスなどにより構成されている、いわゆるプロセッサーであり、同一のデバイスによって構成されても、異なるデバイスによって構成されてもよい。
1 温度制御装置
2 熱交換プレート
2a 雌ネジ部
3 固定版
4 枠体
5 熱媒体槽
5a 高温側熱媒体槽
5b 低温側熱媒体槽
6 温度制御部
7 流路
8 ホルダー
9 試験対象物
10 基台部
10a 収納部
10b ネジ穴
10c フック
10d 位置決めピン
10e ネジ
11 蓋部
11a 収納部
11b パッチン錠
11c 位置決め穴
12 伝熱シート
13 操作端子
14 流量制御ブロック
14a 高温側流量制御弁ブロック
14b 低温側流量制御弁ブロック
15 逆止弁
16 戻り熱媒体槽
16a 高温側戻り熱媒体槽
16b 低温側戻り熱媒体槽
18 オーバーフロー防止配管
100 試験装置
T 温度センサー
M 合流点
A 高温側流量制御弁
B 低温側流量制御弁
C 戻り熱媒体制御弁

Claims (5)

  1. 複数の設定温度に試験対象物を温調する温度制御装置において、
    試験対象物を収納する複数のホルダーと、
    温調された熱媒体が循環する複数の熱交換プレートと、
    前記設定温度より高温の熱媒体を熱交換プレートに供給する高温側熱媒体槽と、
    前記設定温度より低温の熱媒体を熱交換プレートに供給する低温側熱媒体槽と、
    を備え、
    前記複数の各熱交換プレートに前記高温側熱媒体槽が並列に接続され、
    前記高温側熱媒体槽から熱交換プレートへの熱媒体流路に前記低温側熱媒体槽からの流路がさらに接続され、
    前記高温側熱媒体槽から熱交換プレートへの熱媒体流路、および前記低温側熱媒体槽から前記高温側熱媒体槽から熱交換プレートへの熱媒体流路へ接続されるまでの熱媒体流路のそれぞれに流量制御弁を設け、各熱交換プレートに設けた温度センサーの温度により前記流量制御弁を制御して高温側熱媒体槽からの熱媒体と低温側熱媒体槽からの熱媒体との混合の割合を変えることで複数の異なる前記設定温度に温調され、
    前記ホルダーは熱交換プレートに着脱自在に装着されて、該ホルダーに収納された試験対象物が各熱交換プレートからの熱で異なる前記設定温度に温調されることを特徴とする温度試験装置。
  2. 複数の設定温度に試験対象物を温調する温度制御装置において、
    試験対象物を収納する複数のホルダーと、
    温調された熱媒体が循環する複数の熱交換プレートと、
    前記設定温度より高温の熱媒体を熱交換プレートに供給する高温側熱媒体槽と、
    前記設定温度より低温の熱媒体を熱交換プレートに供給する低温側熱媒体槽と、
    を備え、
    前記複数の各熱交換プレートは前記高温側熱媒体槽と前記低温側熱媒体槽とに並列に接続され、
    前記複数の各熱交換プレートに流入する前記熱媒体は、前記熱交換プレートを所定温度になるように、前記高温側熱媒体槽の流路に設けた流量制御弁と前記低温側熱媒体槽の流路に設けた流量制御弁とを熱交換プレートに設けた温度センサーの温度に応じて開閉し、高温側熱媒体槽の熱媒体と低温側熱媒体槽の熱媒体を混合する割合を変えることで複数の異なる前記設定温度に温調され、
    前記ホルダーは熱交換プレートに着脱自在に装着されて、該ホルダーに収納された試験対象物が各熱交換プレートからの熱で異なる前記設定温度に温調されることを特徴とする温度試験装置。
  3. 複数の設定温度に試験対象物を温調する温度制御装置において、
    試験対象物を収納する複数のホルダーと、
    温調された熱媒体が循環する複数の熱交換プレートと、
    前記設定温度より高温の熱媒体を熱交換プレートに供給する高温側熱媒体槽と、
    前記設定温度より低温の熱媒体を熱交換プレートに供給する低温側熱媒体槽と、
    を備え、
    前記複数の各熱交換プレートに流入する前記熱媒体は、高温側熱媒体槽の熱媒体と低温側熱媒体槽の熱媒体を混合する割合を変えることで複数の異なる前記設定温度に温調され、
    前記ホルダーは熱交換プレートに着脱自在に装着されて、該ホルダーに収納された試験対象物が各熱交換プレートからの熱で異なる前記設定温度に温調され
    高温の設定温度からそれより低温の設定温度の複数種類の前記設定温度に設定される前記複数の熱交換プレートからの熱媒体のうち、高温側の設定温度の複数の熱交換プレートの熱媒体を前記高温側熱媒体槽に還流し、低温側の設定温度の複数の熱交換プレートの熱媒体を前記低温側熱媒体槽に還流させ
    高温側の設定温度の複数の熱交換プレートの熱媒体が還流する前記高温側熱媒体槽の還流路上流と、低温側の設定温度の複数の熱交換プレートの熱媒体が前記低温側熱媒体槽の還流路上流とに、それぞれに接続する戻り熱媒体槽を設け、両戻り熱媒体槽を管路で接続し、一方の戻り熱媒体槽の熱媒体が過剰になった時、他方の戻り熱媒体槽の流入できるようにしたことを特徴とする温度制御装置。
  4. 請求項1から3いずれか1項に記載の温度試験装置において、
    高温の設定温度からそれより低温の設定温度の複数種類の温度に熱交換プレートが設定されるように、熱交換プレートに供給する前記高温側熱媒体槽からの熱媒体と前記低温側熱媒体槽からの熱媒体との混合の割合を変えることを特徴とする温度試験装置。
  5. 請求項1からいずれか1項に記載の温度制御装置において、
    前記試験は二次電池充放電試験ことを特徴とする温度制御装置。
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