JPH0429752A - 冷熱衝撃試験装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、冷熱衝撃試験装置にかかわり、とくに、集
積回路に冷却と加熱とをくり返し試験をおこなうのに好
適な冷熱衝撃試験装置に関している。

［従来の技術］ この種の冷熱衝撃試験装置は、たとえば特開昭６２−１
２５２３０号公報に開示されているように、二元冷凍サ
イクルと、二元冷凍サイクルを構成している蒸発器およ
び再加熱器が収容された低温室と、加熱器が収容された
高温室と、低温室および高温室につながれた試験室と、
低温室および高温室を択一的に試験室に連通させるため
に、これらのあいだに配設された手段とを具備している
。

試験は、二元冷凍サイクルが低温室の空気温度を試験温
度よりもひくい温度に予冷するとともに、加熱器が高温
室の空気を試験温度よりもたかい温度に予熱したあと、
低温室の冷風あるいは高温室の熱風を試験室に交互にお
くり、これらの冷風および熱風に試験室内の試料をさら
すことによってなされている。

このような試験装置において、低温試験の最高温度は、
通常、−６５°Ｃである。このときの低温室の予冷温度
は一７５°Ｃないし一８０″Ｃであり、蒸発器における
冷媒温度は一８０″Ｃないし一８５°Ｃである。低温試
験の最低温度はほぼ一１０°Ｃであり、このときの低温
室の予冷温度は一２０″Ｃないし一３０°Ｃ１蒸発器を
ながれる冷媒の温度は一２５°Ｃないし一３０°Ｃであ
る。が、これらの冷媒温度では、冷媒の循環量が大きく
なりすぎ、冷凍能力が過大となるため、再低温度での低
温試験、つまり温度−１０°Ｃによる低温試験をおこな
うときには、再加熱器を運転するとともに、圧縮機を定
回転数で作動させて、所定の予冷温度を維持させ、過剰
となっている冷凍能力を打ち消すようにさせている。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の試験装置は、このように冷凍サイクルの冷凍能力
を低温試験で必要とされる最高温度にあわせ、それより
もひくい温度による低温試験温度のときに、冷凍サイク
ルによる冷却と再加熱器による加熱とをいっしょにおこ
なって、所定温度を維持しているため、多量のエネルギ
ーを無駄にしている。

本発明の目的は、省エネルギー化をはかれ、異なる試験
温度間の移行時間あるいは除霜後の再運転時の立ち上が
り時間の短縮をはかることができ、しかも、冷凍サイク
ルの運転を安定しておこなうことができるようにさせる
ことにある。

［課題を達成するための手段］ 本発明の冷熱衝撃試験装置は、上記目的を達成するため
に、二元冷凍サイクルにおける圧縮機の各々がインバー
タを具備するものがらなり、低温室の準備運転、低温試
験運転、予冷運転なとの運転状態および運転温度状況に
おうして、インバータの制御をおこなうとともに、準備
運転において、高温側冷凍サイクルを起動させ、つぎに
低温側冷凍サイクルを起動させるときに、高温側冷凍サ
イクルの圧縮機の周波数を低下させるようにインバータ
を制御する手段を具備させられている。

［作用コ 高温室の準備運転は、たとえば、試験温度よりも３０°
Ｃたかい予熱温度となるように、加熱器を作動させるこ
とによってなされる。

最高温度の低温試験、たとえば温度−６５°Ｃでの低温
試験は、膨張弁を全開にし、高温側冷凍サイクルを起動
させたあと、低温側冷凍サイクルを起動させて、低温室
が試験温度よりもたとえば１５°Ｃひくい予冷温度とな
るようにさせ、低温室の予冷温度がたとえば一８０″Ｃ
に到達したときに、冷風を低温室から試験室に所定時間
にわったって送り込み、この冷風に試験室内の試料をさ
らすことによってなされる。冷凍サイクルが起動される
ときに、制御手段はインバータを制御して、圧縮機を最
大回転数で作動させる。

また、低温試験が最低温度でなされるとき、たとえば−
１０″Ｃの温度で低温試験をおこなうときには、膨張弁
の開度を小さくさせ、高温側冷凍サイクルを起動させた
あと、低温側冷凍サイクルを起動させ、予冷温度がたと
えば一２０°Ｃないし一３０°Ｃになったときに、この
冷風を試験室に送り込み、冷風に試験室内の試料をさら
すことによってなされる。このときに、制御手段は、イ
ンバータを制御して、最高温度の低温試験よりも低い回
転数でもって、圧縮機を作動させる。

これらの低温試験のいずれがか完了すると、高温試験が
ひきっすいでなされる。高温室は、低温試験がおわると
きまで、加熱器が室内空気をたとえば１８０″Ｃの予熱
温度にさせられる。低温試験かおわると、この熱風が高
温室から試験室に送り込まれ、試験室内の試料が熱風に
さらされる。

高温試験がなされているときに、冷凍サイクルは、制御
手段がインバータを制御して、圧縮機の回転数をさげて
、予冷運転状態にさせられている。が、膨張弁か全開さ
れ、第二回目の低温試験かはしまる直前になると、制御
手段がインバータを制御し、圧縮を最大回転数で作動さ
せて、冷凍サイクルを最大冷却能力で運転させ、低温室
の温度を急速に予冷温度まで低下させる。低温室の温度
が、低温試験温度よりもたとえば１５°Ｃひくい温度に
なると、膨張弁の開度が小さくされ、制御手段がインバ
ータを制御して圧縮機の電動機の回転数を減少させる。

本発明による冷熱衝撃試験装置は、このように、運転状
態におうして、制御手段およびインバーが二元冷凍サイ
クルの冷凍能力を調整し、再加熱器による調温を最小に
させているので、再加熱器に消費されるエネルギーが減
少し、省エネルギー運転をおこなえる。

圧縮機がこのようにインバータ制御されている試験装置
において、二元冷凍サイクルは、低温試験において、高
温側冷凍サイクルの起動かますなされ、それから、低温
側冷凍サイクルか起動させる。が、低温側冷凍サイクル
が起動させられたときに、カスケード熱交換器内の負荷
が急激に上昇するため、高温側冷凍サイクルにおける圧
縮機の吐出ガス温度および吐出圧力が上昇する。このと
きに、低温側冷凍サイクルか高温側冷凍サイクルとおな
し高周波数で起動させられると、各部の温度圧力かスム
ーズに立ち上がりらす、運転が不安定になる。が、この
試験装置では、制御手段が、低温側冷凍サイクルを起動
させるときに、高温側冷凍サイクルにおける圧縮機のイ
ンバータから電動機に供給される周波数を低下させてか
ら、低温側冷凍サイクルを起動させているので、低温側
冷凍サイクルにおける圧縮機からの吐出ガス温度および
吐出圧力の急上昇がなくなり、低温側冷凍サイクルがス
ムーズに立ち上がり、しかも、安定した温度降下をなさ
せることかできるので、安定した運転をおこなえる。

［実施例］ 本発明の冷熱衝撃試験装置の実施例は以下に第１図ない
し第４図とともに説明する。

この冷熱衝撃試験装置は、第１図に示すように、試験室
１０．高温室１１および低温室１２、それに機械室１３
を具備している。

高温室１１は試験室１０の下方に、低温室１２は試験室
の上方に、そして、機械室１３は高温室および低温室の
側方に配置されている。これらの室は、壁によって仕切
られ、たがいに独立させられている。が、試験室と高温
室との仕切壁にはふたつの通路１４．１５が、試験室と
低温室とのあいだの仕切壁にはふたつの通路１６．１７
がそれぞれ設けられている。これらの通路のうち、通路
１４．１５にはダンパ１８．１９が、通路１６．１７に
はダンパ２０．２１がそれぞれ配置されている。ダンパ
は一端が仕切壁にヒンジによって取り付けらでいて、動
力源を外部から操作することによって回転して、通路１
４．１５のみをあるいは通路１３．１７のみを開閉する
ことができる。

また、高温室１１の内部には、案内板２２が配設され、
この案内板によって、高温室をふたつの小室に区画して
いる。送風機２３が小室の端部に位置して高温室と機械
室１３とのあいたの仕切壁に配設され、上部小室、送風
機および下部小室を経由して上部小室にもとる循環を高
温室の空気になさせることができるようにさせている。

が、高温室には通路１４にダンパ１８ａか配置されてい
る。このダンパも、一端が仕切壁にヒンジによって取り
付けらでいて、動力源を外部から操作することによって
回転して、通路１４のみを開閉することができる。か、
ダンパ１８ａの回転中心軸は、ダンパ１８と対象に配置
されていて、ダンパ１８．１９がひらいたときに一緒に
ひらいて、下部小室と送風機２３とのあいだを閉塞し、
送風機２３からの空気を試験室１０にみちびき、通路１
５および上部小室を経由して、送風機２３にもどる循環
を高温室の空気になさせることができるようにしている
。加熱器２４および蓄熱材２５は上部小室に配置され、
これらの空気循環路上に位置させられているとともに、
案内板や仕切壁なとに支持されている。

低温室１２の内部にも、案内板２６か配置され、低温室
１２をふたつの小室に区画している。送風機２７がこれ
らの小室の端部に配置され、高温室１１と同様に、低温
室内の空気に循環をなさせているとともに、ダンパ２０
ａが通路１６に配置され、ダンパ２０，２１とともにひ
らいたときに、上部小室と送風機２７とのあいだを閉塞
して、送風機２７からの空気を試験室１ｏにみちびき、
通路１７および上部小室を経由して送風機２７にもとる
循環を低温室の空気になさせることができるようにして
いる。

蒸発器２８、蓄熱材２９および再加熱器３０は下部小室
に配置され、これらの空気循環路上に位置させられてい
るとともに、底壁などに支持されている。蒸発器２８は
、後述するように、冷凍サイクルの一部を構成している
。この冷凍サイクルを構成する圧縮機、凝縮器、膨張弁
なとの機器は、図示されていないが、機械室１３に収容
されている。

冷凍サイクルは、第２図に示すように、高温側冷凍サイ
クルＡと低温側冷凍サイクルＢとを具備する二元冷凍サ
イクルからなっている。

高温側冷凍サイクルＡは、圧縮機３１、凝縮器３２、電
磁弁３３．３４、膨張弁３５〜３７、それに、熱交換器
３８から構成されている。低温側冷凍サイクルＢは、圧
縮機４１、低温室１２に配設された蒸発器２８、膨張弁
４５〜４７、電磁弁４３．４４、油分離器４９、リリー
フ弁５０．膨張タンク５１、キャピラリチューブ５２、
それに、熱交換器３８から構成されている。熱交換器３
８はカスケードタイプのものからなっている。これらの
うち、リリーフ弁５０、膨張タンク５１およびキャピラ
リチューブ５２は、低温側冷凍サイクルＢの圧力が上昇
したときに、この圧力を低圧側に逃すためのものである
。なお、図示されていないが、高温側冷凍サイクルにお
ける凝縮器３２は出入口を分岐管によって低温室１２に
ある再加熱器３０につながれている。

各々の冷凍サイクルにおける圧縮機３１．４１はスクロ
ールタイプのものからなっているとともに、インバータ
を組み込まれている。インバータは、制御手段につなが
れていて、制御手段からの信号によって、圧縮機の電動
機に供給される周波数を変化させることができる。

この制御手段は、全体が第３図において参照符号５０で
示されていて、マイクロブロッセッサを含む演算手段５
１、試験温度の設定手段５２、ダンパ動力源の発動手段
５３、膨張弁を選択する電磁弁の開閉手段５４、高温室
にある加熱器２４の発動手段５５などを含むもので、演
算手段５０が試験温度設定手段５２および高温室と低温
室と試験室との各々に配置された温度センサ６０〜６２
からの信号にもとすいてインバータ６３．６４にたいす
る制御信号、ダンパ動力源発動手段５３、電磁弁開閉手
段５４および加熱器２４の発動手段５５にたいするオン
オフ信号を出力するようになっている。

冷凍能力の変更は、この試験装置において、インバータ
６３．６４が圧縮機３１．４１の電動機に供給される電
力の周波数をかえるとともに、電磁弁３３．３４．４３
．４４を開閉することでなされている。電動機の回転数
Ｎは、よく知られているように、極数を９１周波数をｆ
としたときに、Ｎ＝　（１２０／ｐ）Ｘｆであり、電動
機の回転数は周波数に比例している。制御手段５０は、
運転状態におうじて、インバータ６３．６４を制御シ、
圧縮機電動機に供給される電力の周波数をかえ、回転数
を増減させて、圧縮機３１．４１の冷媒の吐出量を変化
させ、冷媒循環量をかえ、同時に、電磁弁３３．３４．
４３．４４を開閉し、膨張弁３５〜３７．４５〜４７を
選択して、冷凍能力を変更している。

この冷熱衝撃試験装置の作動を第２図および第３図とと
もに説明する。

試料は試験室１０に収容される。試験は、すへてのダン
パ２０，２１および２０ａをとじ、二元冷凍サイクルを
起動させて、低温室１２の空気を予冷するとともに、加
熱器２４を作動させて、高温室１１の空気を予熱してか
ら、これらのダンパをひらいて、冷風を試験室１０に送
り込み、試料を冷風にさらし、そのあと、ダンパ２０，
２１および２０ａをとじるとともに、ダンパ１８．１９
および１８ａをひらいて、高温室１１の熱風を試験室１
０にみちびき、これらをくり返すことによってなされる
。

冷凍サイクルの起動は、ます、高温側冷凍サイクル八か
らなされる。高温側冷凍サイクルＡが起動されると、圧
縮機３１からの冷媒ガスは凝縮器３２にみちびかれ、凝
縮器おいて外気または冷却水に放熱して凝縮させられる
。この凝縮液は膨張弁３５〜３７において減圧され、カ
スケード熱交換器３８にはいり、ここで蒸発して圧縮機
３１にもどる。つぎに低温側冷凍サイクルＢが制御手段
５０によって起動される。起動かなされると、圧縮機４
１から吐出された冷媒ガスは、カスケード熱交換器３８
において高温側冷凍サイクルＡの冷媒と熱交換して冷却
され凝縮させられる。凝縮液は、膨張弁４５〜４７にお
いて減圧されたあと、蒸発器２８に流入し、ここで低温
室１２における循環空気と熱交換されて蒸発し、圧縮機
４１にもどる。制御手段５０は、各々の冷凍サイクルご
とに、インバータ６３．６４を制御して、圧縮機電動機
の回転数をかえ、冷凍能力を調整するとともに、電磁弁
３３．３４．４３．４４の開閉をおこなって、適当する
膨張弁３５〜３７．４５〜４７を回路に挿入している。

この試験装置において、低温側冷凍サイクルＢの起動は
、高温側冷凍サイクルＡを起動させ、高温側冷凍サイク
ルの周波数の圧縮機に電動機に供給される電力の周波数
を低下させたあとにおこなっている。

第４図は試験室１０、高温室１１および低温室１２の温
度と、高温側冷凍サイクルＡおよび低温側冷凍サイクル
Ｂにおける圧縮機３１．４１の電動機に供給される周波
数と、これらの冷凍サイクルにおける膨張弁を選択する
電磁弁３３〜３５．４５〜４７の作動との関係を示して
いる。制御手段５０は、高温側冷凍サイクルＡにおける
圧縮機３１にたいするインバータ６３を制御して、この
圧縮機の電動機の回転数を周波数７５Ｈｚに関連する回
転数まで上昇させる。低温室１２の温度か一３０°Ｃに
なると、制御手段５０は低温室１２にある温度センサ６
１からの信号によって圧縮機３１にたいするインバータ
６３を制御して、この圧縮機の電動機に供給される電力
の周波数を３０Ｈｚまで低下させる。この周波数まで低
下したら、制御手段５０は、低温側冷凍サイクルＢの圧
縮機４１を起動させる。そのあと、制御手段５０は、冷
凍サイクルＡＸＢの圧縮機３１．４１の電動機が周波数
７５Ｈｚで運転されるように、インバータ６３．６４を
制御する。これと同時に、制御手段５０は、高温側冷凍
サイクルＡが起動されたときに、電磁弁３３．３４をと
じ、低温側冷凍サイクルＢが起動されたときに、これら
の電磁弁をふたたびひらくとともに、低温冷凍サイクル
Ｂの電磁弁４３．４４をひらくように、手段５４を制御
する。この冷熱衝撃試験装置は、このように、高温側冷
凍サイクルＡを起動させ、つぎに高温側冷凍サイクルの
圧縮機３１の周波数を低下させたあとに、低温サイクル
の起動をおこなっているので、高温側冷凍サイクルにお
ける異常な吐出ガス温度の上昇および吐出圧力の上昇を
防止することができるとともに、低温側冷凍サイクルを
低い周波数から起動させることになるため、スムーズな
運転をおこなうことができ、安定した温度降下をなさせ
ることができる。

二元冷凍サイクルが起動されると、低温室１２の空気は
、ダンパ２０．２１および２０ａかとしているので、送
風機２７によって低温室内を循環させられつつ、蒸発器
２８によって冷却される。

制御手段５０は、低温室１２の温度センサ６１からの信
号を参照しつつ、インバータ６３．６４を制御して、冷
凍能力を増大させてゆき、温度か試験温度以下、温度−
８０″Ｃ以下になると、温度センサ６１からの信号によ
って、高温サイクル八における圧縮機３１からのホット
カスを再加熱器３０にみちびいて、循環冷風を加熱し、
冷風を試験温度に調温する。

冷風が温度−８０°Ｃになると、制御手段５０が手段５
３に信号を出力し、ダンパ２０，２１およびダンパ２０
ａの動力源を作動させて、低温室］２と試験室１０とを
つなく通路１６．１７を開放する。そこで、低温室の冷
風は、送風機２７によって、通路１６をとおって試験室
１０に送り込まれ、試料を冷却したあと、通路１７をと
おって低温室１２にもとり、蒸発器２８において熱交換
されたあと、ふたたび試験室１０に送り込まれ、試料を
冷却する。

試料の低温衝撃試験がこのようにしてなされると、制御
手段５０がダンパ２０，２１およびダンパ２０ａの動力
源を作動させて、低温室１２を試験室１０からきり離す
とともに、高温室１１のダンパ１８．１９およびダンパ
１８ａをひらいて、高温室１１と試験室１０とを連通さ
せる。このときまでに、高温室内の空気は予熱温度１８
０°Ｃまでに加熱されているとともに、送風機２７によ
って高温室内を循環させられている。高温室か試験室に
つながれると、この熱風が送風機２３によって通路１４
から試験室１０に送り込まれ、試料を加熱したあと、通
路１５を経由して高温室１１にはいり、加熱器２４によ
って加熱されたあと、ふたたび通路１４から試験室１０
に送り込まれる。

制御手段５０は、試験室１０の温度センサ６２から信号
によって、試験室１０か温度１５０°Ｃに維持されるよ
うに加熱器２４を制御する。

低温室１２では、このようにして試料にたいする高温試
験かなされているあいだ、予冷運転かおこなわれている
。が、低温室の空気は、低温試験の直後に、低温試験温
度−６５°Ｃに近い温度まで上昇している。制御手段５
０は、低温試験がおわると、ダンパ２０．２１および２
０ａをひらき、電磁弁３３．３４．４３．４４をひらき
、圧縮機３１．４１が周波数７５Ｈｚで作動するように
インバータ６３．６４を制御して、低温室１２を温度−
８０’Ｃまで急速に低下させる。この予冷温度に到達し
たら、制御手段５０は、つぎの低温試験が開始されるま
で、圧縮機３１．４１の電動機が周波数５０Ｈｚで運転
されるようにイン）＜−タロ３．６４を制御するととも
に、電磁弁３３あるいは３４、電磁弁４３あるいは４４
をひらいて、省エネルギー運転をおこなわせる。

高温試験がおわると、高温室１１のダンパ１８．１９が
とじられ、低温室１２のダンパ２０，２１がひらかれ、
つきの低温試験がおこなわれる。それから、ふたたび高
温試験なされ、これらの低温試験と高温試験とが必要と
する回数くり返される。

なお、上記実施例では、運転状態におうして電磁弁によ
って膨張弁の選択をおこなっているが、膨張弁を外部か
ら開度を連続的に調整することかできる電子弁から構成
し、インバータを制御するときに、この膨張弁の開度も
調整するようにさせせで、操作性を改善するともに、運
転状態におうじて、膨張弁の設定が精密におこなわせ、
より円滑な運転をおこなえるようにさせるなどすること
ができる。

［発明の効果］ 本発明の冷熱衝撃試験装置は、以上述へたように、二元
冷凍サイクルにおける圧縮機の各々がインバータを具備
させられ、制御手段が準備運転、予冷運転、試験運転な
どの運転状態および運転温度におうじてインバータを制
御して、二元冷凍サイクルが運転状態の各々に対応する
冷凍能力をもつようにさせ、再加熱器の作動を最小にさ
せているので、エネルギーの消費をすくなくすることか
でき、しかも、より大きな容量の圧縮機を採用して、準
備運転および予冷運転時間を短縮させても、これを動力
費を増大させることなしにおこなうことができる。これ
らとともに、本発明の冷熱衝撃試験装置では、制御手段
か、準備運転において、高温側冷凍サイクルを起動させ
、つぎに低温側冷凍サイクルを起動させるときに、高温
側冷凍サイクルの圧縮機の周波数を低下させてから低温
側冷凍サイクルを起動させているので、準備運転におけ
る冷凍サイクルの乱れがなくなり、スムーズな起動をお
こなわせることができ、そして、起動か安定することに
よって、温度降下時間がはやくなり、試験時間を短縮を
させることかできる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の冷熱衝撃試験装置の一実施例を示し、第
１図は装置の構成を縦断面にして示す説明図、第２図は
二元冷凍サイクルの構成を示す説明図、第３図はこの装
置に含まれる制御手段の構成を示す説明図、第４図は冷
熱衝撃試験における試験室、高温室および低温室の温度
と、高温側冷凍サイクルおよび低温側冷凍サイクルの電
動機を駆動する周波数と、これらの冷凍サイクルにおけ
る膨張弁を選択する電磁弁の作動との関係を示す説明図
である。 Ａ・・・高温側冷凍サイクル、Ｂ・・・低温側冷凍サイ
クル、１０・・・試験室、１１・・・高温室、１２・・
・低温室、１４．１５．１８．１９・・・試験室を高温
室に連通させる手段、１６．１７．２０，２１・・・試
験室を低温室に連通させる手段、２４・加熱器、２８・
・・蒸発器、　３０・・・再加熱器、３３．３４．４３
．４４・・電磁弁、３５〜３７．４５〜４７・・・膨張
弁、５０・・・制御する手段、６３．６４・・・インバ
ータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、二元冷凍サイクルと、この冷凍サイクルにおける低
   温側冷凍サイクルを構成する蒸発器および再加熱器が収
   容された低温室と、加熱器が収容された高温室と、低温
   室および高温室につながれた試験室と、低温室および高
   温室を択一的に試験室に連通させるために、これらのあ
   いだに配設された手段とを具備し、低温室からの冷風あ
   るいは高温室からの熱風を試験室に交互におくることに
   よって、試験室内の試料に冷熱衝撃試験をおこなってい
   る装置において、二元冷凍サイクルにおける圧縮機の各
   々がインバータを具備するものからなり、低温室の準備
   運転、低温試験運転、予冷運転などの運転状態および運
   転温度状況におうじてインバータの制御をおこなうとと
   もに、準備運転において、高温側冷凍サイクルを起動さ
   せ、つぎに低温側冷凍サイクルを起動させるときに、高
   温側冷凍サイクルの圧縮機の周波数を低下させるように
   インバータを制御する手段を具備させられていること、
   を特徴とする冷熱衝撃試験装置。