JPH03154848A - 冷熱環境試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、試験室、低温室、高温室等を備え、試験室に
試料（例えば半導体）を収納し、試料を低温室からの冷
風または高温室からの熱風に晒して試料の冷熱衝撃テス
トをするようになっている冷熱環境試験装置に関するも
のである。

［従来の技術］ この種の冷熱環境試験装置は、例えば特開昭６０−２６
４７７３号（特開昭６２−１２５２３０号）に開示され
ているように、試験室に低温を供給する低温室には、一
定回転数で駆動される冷媒圧縮機を有する冷凍サイクル
の蒸発器と、これとは別の加熱器とが配置され、同じく
熱風を供給する高温室には加熱器が配置されている。そ
して試験室には、これらの低温室から冷風または高温室
からの熱風が必要に応じて供給されるようになっている
。

［発明が解決しようとする課題］ 一般に、この種の試験装置に想定される最低の低温試験
温度は略−６５度Ｃであるので、低温室の予冷温度、即
ち、試験室温度よりも低い温度に低温室の温度を予め下
げておく温度（以下、予冷温度という）は、−７５〜−
８０度Ｃである。従って、この予冷温度を得るときには
、従来の試験装置では、蒸発温度、即ち、低温室中に配
置されている蒸発器中を流れる冷媒温度は−８０〜−８
５度Ｃの状態になるように設定される。又低温試験の最
高温度は略−１０７ＩＣ程度まで設定できるようにする
のが普通のことであり、そのため。

このときには、予冷温度は−２０〜−２５度Ｃとなし、
蒸発温度は−２５〜−３０度Ｃ程度まで上昇した温度に
設定するのであるが、これからみると冷媒循環量が大き
くなりすぎ、冷凍能力も大きすぎることになる。そこで
、従来の試験装では。

−１０度Ｃ程度の試験温度における冷凍サイクルの冷凍
能力が大きすぎるのを打ち消すために、冷凍サイクルの
圧縮機を一定回転数で運転する一方で同時に加熱器を運
転して所定の予冷温度の維持を図っている。

以上のように、従来の試験装置においては、冷凍サイク
ルの冷凍能力は低温試験で必要とされる最低温度に合わ
せてあり、それよりも高い低温試験温度の場合には、上
記冷凍サイクルの冷凍能力が過大となるので、冷凍サイ
クルによる冷却と同時に加熱器による加熱をプラスして
所望の温度を維持している。このため、従来の試験装置
は多量のエネルギーを消費している。

したがって本発明は、冷熱環境試験装置において省エネ
ルギー化を図ること、また異なる試験温度間の移行時間
、或は除霜後の再運転時の立ち上がり時間の短縮を図る
ことも目的している。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、前記目的を達成するために、特許請求の範囲
の各請求項に記載の構成を有する冷熱環境試験装置を提
供する。

［作　　　用］ 圧縮機の駆動用モータの回転数Ｎは、 で示されるように、周波数に比例し変化する０回転数が
変化すると、圧縮機の冷媒の吐出量が変化し、冷媒循環
量も変化する。冷媒の循環量に応じて膨張弁の開度を調
節すれば、冷凍能力を調節できる。

さて準備時間においては、高温室が試験温度より例えば
３０度Ｃ高い予熱温度になる・ように高温室の加熱器は
オンされ、他方、低温室が試験温度より約１５度Ｃ低い
予冷温度になるように圧縮機はインバータ制御により最
大回転数−で邪動され。

膨張弁は全開とされる。低温室が予冷温度に達すると、
低温室から試験室に冷風を循環させることにより、所定
時間低温試験がなされる。試験室の温度が低温試験温度
になると圧縮機の回転数はインバータ制御により減少さ
れ、それと同時に膨張弁の開度も小さくされる。このよ
うに、冷凍能力が制御されるので、調温用に働かせる低
温室加熱器の消費エネルギーが減り、省エネ運転が出来
ることになる。低温試験が終了したら、今度は高温試験
に移行する。すなわち、予熱温度に達している高温室か
ら熱風が試験室に循環され、高温試験がなされる。この
間、低温室は予冷運転に入るが。

低温試験温度から急速に予冷温度に低温室の温度を下げ
るべく圧縮器は最初は最大回転数でフル回転し且つ膨張
弁も全開されて最大冷却能力で運転される。そして低温
室の温度が低温試験温度より例えば１５度Ｃ低い予冷温
度に達すると、インバータ制御により圧縮機の回転数を
下げ、膨張弁の開度も小さくされる。

以下、同様にして、低温試験、高温試験を繰返し、それ
により冷熱衝撃テストを行う。

［実　施　例］ 本発明の実施に当たっては、冷凍機の圧縮機の回転数の
インバータ制御或は膨張弁の開度の制御等はマイコン等
を用いて実施できるが、それらの回路構成或はマイコン
の機能実現手段等は、当業者にとって明かであるので、
図示説明はしない。

以下本発明の１実施例を添付図面によって説明する。第
１図を参照すると１本実施例に係る試験装置は、高温室
３と、試験室１と、低温室２とから成り、これらが架台
に上に載置されている。試験室１は、この内部に試料を
入れ、低温環境と高温環境とに交互に晒して試料の冷熱
衝撃試験を行う室であり、この室１は、後述するように
、ダンパにより開閉されるようになっている。

高温室３には、この室３内の空気を加熱する加熱器１８
と、加熱された熱を蓄熱する蓄熱材１９と、調温された
加熱空気すなわち熱風を試験室に送風する送風機２０と
が配置されている。またこの室３には、準備または予熱
段階に於て熱風を循環させる熱風バイパス通路２１が設
けられている。

尚、電動機２２が送風機２２の駆動用に設けられている
。

低温室２内には、この室２内の空気を冷却する蒸発器１
２と、冷却された空気を所定温度に調節して維持する加
熱器１３と、調温された冷却空気すなわち冷風を試験室
ｌに送るための送風機１５と、温度復帰時に蓄冷した冷
気を放出する蓄冷材１４とが配置されている。また、こ
の室２内には、高温室３内と同様に、準備または予冷段
階に於て冷風を循環させる冷風バイパス通路１６が設け
られている。尚、電動機１７が送風機１５の駆動用に設
けられている。

試験室工と低温室２との仕切り壁には、冷風を試験室１
内に流入させるための冷風供給口４及び試験室１内から
冷風を排出させるための冷風排出口５が設けられている
。冷風供給口４及び排出口５にはこれらを開閉する冷風
切り替えダンパ６及び７が設けられている。又、試験室
１と高温室３との仕切り壁には、熱風を試験室１に流入
させるための熱風供給口８及び熱風徘呂口９が設けられ
。

これらの供給口及び排出口には、これらを開閉する熱風
切り替えダンパ１０，１１が設けられている。これらの
ダンパ４，５，１０．１１は冷熱衝撃試験中に適宜開閉
される。なお、ダンパ２３はダンパ６が閉のときは図示
実線の位置をとって低温室２内の冷風をバイパス通路１
６へ向け、また。

ダンパ６が開のときはバイパス通路１６を閉じて低温室
２内の冷風を試験室１の方へ向ける働きをする補助ダン
パである。ダンパ２４−ゴ、高温室３について同様の働
きをする補助ダンパである。

次に、第２図により、この試験装置に用いられる二元冷
凍サイクル系統を説明する。本冷凍サイクル系統は、高
温サイクルＡと低温サイクルＢとからなり、高温サイク
ルＡは圧縮機３６、凝縮器３７、並列的に設けられた膨
張弁４０，４１゜４２（そのうちの２つには直列的に電
磁弁３８゜３９が夫々設けられている）およびカスケー
ド熱交換器２７から構成されている。

低温サイクルＢは、圧縮機２５、カスケード熱交換器２
７．並列的に設けられた膨張弁３０゜３１．３２　（そ
のうちの２つには直列的に電磁弁２８．２９が夫々設け
られている）、および低温室２内に設けられている蒸発
器１２から構成されている。尚、符号２６は油分離器を
示し、リリーフ弁３３、膨張タンク３４、キャピラリ３
５は、低温サイクルＢが圧力上昇したときに作動し、圧
力を低圧側に逃がすためのものである。

上記実施例の作用について第３図により説明する。

いま、運転前の状態において試験室１内の温度は２５度
Ｃであるとし、高温試験の熱風温度が１５０度Ｃ１低温
試験の冷風温度が一５５度Ｃと仮定する。更に、低温室
２の予冷温度は低温試験温度より１５度低い一７０度Ｃ
とし、高温室３の予熱温度は高温試験温度より３０度高
い１８０度Ｃと仮定して説明する。

運転の初めは、試験室１の温度も、低温室２の温度も、
高温室３の温度も、ともに２５度Ｃ（イ）である。そこ
で準備運転をする。冷風切り替えダンパ６．７及び熱風
切り替えダンパ１０，１１を閉じ、低温室２は、この室
２に設けられている図示されないセンサにより、該室２
内の空気を予冷温度すなわち一７０Ｃ度（ハ）になるま
で、冷風バイパス通路１６を循環させながら、蒸発器１
２を作動させる。

このときの冷媒の流れを説明すると、第２図に示す高温
サイクルＡの圧縮機−３６より吐出した冷゛媒ガスは、
凝縮器３７で外気または冷却水に放熱して凝縮する。凝
縮した冷媒は、膨張弁４０゜４１．４２で減圧されカス
ケード熱交換器２７に流入し、ここで低温サイクルＢと
の熱交換により蒸発して圧縮器３６に戻る。他方、低温
サイクルＢの圧縮器２５より吐出された冷媒ガスは、カ
スケード熱交換器２７にて前述の高温サイクルＡに放熱
し、冷却されて凝縮する。この凝縮液は、膨張弁３０，
３１．３２により減圧された後、蒸発器１２に流入し、
低温室２の空気を冷却して、蒸発し、圧縮器２５に戻る
。このとき、電磁弁２８゜２９．３８．３９は全て開で
あり、膨張弁３０゜３１．３２，４０，４１．４２の全
てに冷媒が流れ、且つ、圧縮器２５．３６は最大周波数
７５七で駆動され、最大冷凍能力で運転される。

一方、高温室３の加熱器１８も、オンされ、高温室３は
予熱温度（ロ）に達する。

このようにして準備が出来たら、冷風切り替えダンパ６
．７が開かれ、低温試験が実施される。

試験室１の温度は２５度Ｃ（ハ）から−５５度Ｃ（ニ）
の試験温度まで下がり、他方、低温室２の温度は蓄冷材
１４による放冷を伴いながら上昇する。センサにより試
験室１の温度が低温試験温度（ニ）まで下ったことが検
知されると加熱器１３が入って調温するのであるが、こ
の場合、センサによる上記の検知により、圧縮機〆はイ
ンバータ制御により徐々に回転数が減らされ、各２個の
電磁弁（２８，２９）、（３８，３９）も閉じられて冷
凍能力が調節され、これにより低温室２の加熱器１３の
加熱量を節約する。

次に、高温試験のために、冷風切り替えダンパ６．７は
閉じられ、熱風切り替えダンパ１０゜１１は開かれる。

高温室３は予熱温度１８０度Ｃ（ロ）に達しており、熱
風が試験室ｌに送風され。

試験室１の温度は高温試験温度１５０度Ｃになる。

この間に一低渥室２では予冷が行われるが、低温室２は
低温試験温度（−５５度Ｃ）近く（ホ）まで上昇してい
るので、圧縮機は７５Ｈｚでフル運転され、全ての電磁
弁２８，２９，３８，３９も開にされ、低温室２を予冷
温度である一７０度Ｃ（へ）まで急速に下げる。予冷温
度に達すると、次の低温試験開始までは、圧縮機の回転
数を例えＩｆ　５０１（ｚに落とし、電磁弁も各１個（
２８又は２９）、（３８又は３９）だけ開かれ、省エネ
運転される。　以下同様にして冷熱衝撃試験が繰り返し
実施される。

以上の実施例では、冷凍サイクルの冷凍能力の制御は段
階的制御であるが、これを連続制御としてもよい。連続
制御においては、試験室の風上または風下の試験室空気
温度もしくは試料の温度と、設定試験温度との温度差に
応じて、冷凍機の圧縮機の回転数が制御され、それと同
時に膨張弁も比例電磁弁等を適用して連続的に開度調節
することにより、連続的に冷凍能力が制御される。

このように、本発明によれば、各運転状態あるいは各モ
ードに応じて最適な冷凍能力を発揮でき。

省エネルギー化された冷熱環境試験をすることが出来る
。

［発明の効果］ 以上、詳述したように１本発明によると各運転モードや
運転状況に応じて冷凍能力が段階的にあるいは連続的に
制御されるので、エネルギーの消費を少なくすることが
出来る。

又、本発明によると、圧縮機はインバータ制御されるの
で、１ランク上の容量の圧縮機を使用しても動力費がか
さむことはなく、そのよう力容量の大きい圧縮機を使用
することにより、準備もしくは予冷運転中の急速冷却、
温度復帰時間の短縮等が図られ、トータル的な試験時間
の短縮力；可能となり、省エネルギー化も可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例に係る冷熱環境試験装置を示
す縦断面図、第２図は同実施例における二元冷凍サイク
ルの系統図、第３図は同実施例の作用を説明するための
図である。 ■・・・試験室　　　　　２・・・低温室３・・・高温
室 ６．７・・・冷風切り替えダンパ １０．１１・・・熱風切り替えダンパ １２・・・蒸発器 ２８．２９，３８．３９・・・電磁弁 ３０．３１，３２，４０，４１．４２・・・膨張弁（他
１名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　試験室、低温室、高温室が独立的に配置され、前記
   低温室には少なくとも冷凍サイクルの蒸発器が、又、高
   温室には加熱器が設けられ、ダンパの切り替えにより低
   温室からの冷風または高温室からの熱風を前記試験室に
   循環させるようにした冷熱環境試験装置において、低温
   室の準備運転、低温試験運転、予冷運転等の各モード及
   びその温度状況に応じてインバータ制御により前記冷凍
   サイクルの圧縮機の回転数が制御されると同時に冷凍サ
   イクル中の膨張弁の開度も制御されて、冷凍能力が連続
   または段階的に制御されるように構成されていることを
   特徴とする冷熱環境試験装置。 ２　試験室中の風上または風下の試験室空気温度もしく
   は試料の温度と設定試験温度との温度差に応じて、イン
   バータ制御により冷凍サイクルの圧縮器の回転数が制御
   されると同時に冷凍サイクル中の膨張弁の開度も制御さ
   れて、冷凍能力が連続または段階的に制御されるように
   構成されていることを特徴とする請求項１記載の冷熱環
   境試験装置。