JPH11231943A - 環境装置の送風装置 - Google Patents

環境装置の送風装置

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JPH11231943A
JPH11231943A JP10044672A JP4467298A JPH11231943A JP H11231943 A JPH11231943 A JP H11231943A JP 10044672 A JP10044672 A JP 10044672A JP 4467298 A JP4467298 A JP 4467298A JP H11231943 A JPH11231943 A JP H11231943A
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blower
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air
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    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27DDETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D19/00Arrangements of controlling devices

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  • Control Of Temperature (AREA)
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  • Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)
  • Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)
  • Furnace Details (AREA)
  • Devices For Use In Laboratory Experiments (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 送風機やモータを大きくすることなく室内の
温度分布を良くする。 【解決手段】 恒温槽の送風装置は、送風機1、その駆
動モータ2、その回転数を変えるためのインバータ3、
循環空気の温度を検出する温度センサ4、その検出値に
対応してモータ2に所定の回転速度を与えるためにイン
バータ3に周波数を発信する送風機制御ユニット5、電
源6等によって構成されている。恒温槽は、加熱器18
で加熱された空気を送風機1で循環させ、電子部品等の
ワークを収容するワーク収容室10を一定の温度環境に
するように構成されている。 【効果】 ワーク収容室の温度が常温から高温になる
と、これに対応して送風機の回転数が速くなり、送風機
の風量が多くなって循環空気の熱輸送量が増大し、ワー
ク収容室内の温度分布を良くすることができる。又、モ
ータ等を小型化することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、一定の区画を目的
とする温度に調整する環境装置の送風装置に関し、例え
ば電子部品やLCDガラス基板等のバーンイン試験や熱
処理に使用される恒温槽等に好都合に利用される。
【0002】
【従来の技術】電子部品等のワークの熱処理や環境試験
を行う恒温槽では、ワークを収容する収容室をほぼ一定
の温度に保つために、送風機によってほぼ一定流量の加
熱された空気を収容室に循環供給するようにしている。
しかし、収容室の設定温度が高くなると収容室や空気循
環系から外部への放熱が多くなり、例えば循環空気の上
流側と下流側との間で室内の温度分布が悪くなるという
傾向があった。一方、高温時の温度分布を良くするため
には、高温時における送風機の容量を十分な大きさにす
る必要があった。しかし、そのようにすると送風機が大
型化したり、常温での使用時に送風機に必要な動力が大
きくなり、これを駆動するモータの出力が大きくなると
いう問題があった。
【0003】又、恒温槽が使用されるバーンイン装置で
は、高温試験時に電子部品等の試料を通電状態で試験す
るために試料が発熱するが、高温の循環空気によって試
料の発熱による温度差を均一化し、室内の温度分布を例
えば±3°C程度の許容範囲内に維持するために、送風
機を大きな容量にしていた。一方、送風機で空気を循環
させると、その駆動力が循環空気を介して熱エネルギー
に変換される。そのため、従来のように常時一定量の空
気を循環させると、低温時に送風機の駆動力が大きくな
り、冷却手段を備えていない恒温槽においては温度制御
可能な最低温度が高くなるという問題があった。又、冷
凍機等の冷却手段を備えた装置では、冷凍負荷が大きく
なり、冷凍装置が大型化したり運転時の所要電力が大き
くなるという問題があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は従来技術に於
ける上記問題を解決し、装置を大型化することなく良好
な温度環境が得られる環境装置の送風装置を提供するこ
とを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、請求項1の発明は、一定の区画を目的とす
る温度に調整する環境装置の送風装置において、回転さ
れることによって前記区画に気体を送る送風機と、少な
くとも複数の回転速度で前記送風機を回転可能な可変速
駆動手段と、前記区画の温度に対応する温度を検出する
温度検出手段と、該温度検出手段が検出した温度に対応
して前記回転速度を変えるように前記可変速駆動手段に
変速信号を与える速度制御手段と、を有することを特徴
とする。
【0006】請求項2の発明は、上記に加えて、前記速
度制御手段は前記可変速駆動手段の駆動力がほぼ一定に
なるように前記変速信号を与えることを特徴とする。請
求項3の発明は、請求項1の発明の特徴に加えて、前記
速度制御手段は前記送風機の送風量が重量単位でほぼ一
定になるように前記変速信号を与えることを特徴とす
る。
【0007】
【発明の実施の形態】図1は、本発明を適用した環境装
置の送風装置としての恒温槽及びその送風装置の構成例
を示す。一定の区画としてのワーク収容室10を目的と
する温度に調整する恒温槽の送風装置は、送風機1、可
変速駆動手段としての送風機1の駆動モータ2及びイン
バータ3、温度検出手段としての温度センサ4、速度制
御手段としての送風機制御ユニット5(以下「FCU
5」という)等で構成されている。符号6はインバータ
3を介してモータ2に電力を供給する交流電源である。
【0008】恒温槽は、断熱壁11に囲われていて、電
子部品等のワークを収容する前記ワーク収容室10、こ
れに隣接した空調室12、その中に設けられワーク収容
室10内に気体としての空気を送って循環させる前記送
風機1、以下矢印で示す循環経路の順に、吹出しダクト
13、室内を無塵環境にするための高性能フィルタ1
4、ワーク収容室10、空気を均一的に吸入するために
適度な空気抵抗を持つ多孔板15、吸込みダクト16、
前記空調室12、冷凍機の蒸発器等から成る低温環境用
の冷却器17、加熱器18等で構成されている。
【0009】なお、無塵環境や低温環境を必要としない
恒温槽では、高性能フィルタ14及び冷却器17は設け
られない。高性能フィルタ14を設けないときには、空
気の吹き出し側にも多孔板を設けるようにしてもよい。
又、冷却のための外気導入機構を設けるようにしてもよ
い。
【0010】送風機1はモータ2で回転駆動される。恒
温槽の送風機としては、通常、遠心式の多翼ファンが使
用されるが、軸流ファン等、送風機が装着される装置に
適合するように他の形式のものも使用可能である。モー
タ2は少なくとも複数の回転速度で送風機1を回転する
ことができる。モータの変速手段としては、周波数制
御、電圧制御、極数変換、二次抵抗制御等の種々の方法
を採用可能できるが、本例では、可変速駆動手段を構成
するインバータ3による周波数制御方式を用いている。
【0011】温度センサ4は、ワーク収容室10の温度
に対応する温度として本例では吹出しダクト13内の温
度を検出している。なお、この温度検出部は、ワーク収
容室10を含み空気循環系のどの位置の温度を検出して
もよい。これによってほぼ送風機1を通過する空気の温
度を検出することができる。この検出値はFCU5に送
られる。
【0012】FCU5は、図2にその一例を示す如く、
例えば恒温槽を常温t0 で運転するときの周波数を基準
周波数f0 として設定する基準周波数設定部51、温度
センサ4の検出温度tを取り入れると共に前記常温t0
を設定する室温補償部52、検出温度tに対応してモー
タ2の回転速度を変えるときの演算式f=F(t)の内
容を設定する演算モード設定部53、各部51〜53の
信号を入力する入力部54、これらの入力及び設定され
た演算式に基づいて演算する演算部55、ここで演算さ
れた周波数fを出力する周波数出力部56等を備えてい
る。演算部55はマイクロコンピュータ等によって構成
される。
【0013】インバータ3に周波数f(Hz)が与えら
れると、モータ2には、周知の関係式 N=120f(1−S)/n(毎分回転数RPM) −−−(1) によって必然的に回転数Nが与えられる。ここで、nは
モータの極数でSはすべり(通常2〜5%)である。
【0014】演算式f=F(t)の内容は、恒温槽の温
度特性、送風機の形式、送風機の容量やモータ出力の決
定方法等の諸条件に対応して最適なように定められる。
一例として、モータの出力が常温t0 における送風機運
転時に必要な駆動力L0 に基づいて定められているとき
には、任意の温度tにおける駆動力Lがほぼ一定、即ち
L≒L0 になるような演算式が用いられ、それに基づい
てN、従ってfが定められる。このような演算式は、送
風機が遠心式の場合には、次に述べるように、 f=F(t)=f0 (T/T0 1/3 −−−(2) N=G(t)=N0 (T/T0 1/3 −−−(3) として与えられる。ここで、T、T0 はそれぞれ温度
t、t0 の絶対温度、即ちT=t+273、T0 =t0
+273である。
【0015】図3は、遠心式送風機を空気温度が変化し
たときに一定の駆動力で運転する状態を近似的に表して
いる。図において、それぞれの符号の内容は次のとおり
である。C0 、C0 ´及びCは、それぞれ、常温t
0 (T0 )及び基準周波数f0 (図ではこれに対応する
回転数N0 で示している−以下同じ)のとき、例えば1
25℃のバーンイン温度t(T)で仮にf0 、N0 をそ
のまま維持して運転したとき、及び、t(T)でf0
0 を演算式によって演算したf、Nに変えたとき、の
それぞれのときにおける送風機1の風量Qと静圧Pとの
関係を%で表示した曲線である。H0 、H0´及びH
は、それぞれ上記C0 、C0 ´及びCに対応する送風機
モータ2の出力曲線である。R0 及びRは、それぞれt
0 及びtのときの空気循環系の抵抗曲線である。そして
点A0 、A0 ´及びAは、それぞれ上記C0 、C0 ´、
CとR0、Rとの交点である送風機の運転ポイントであ
る。それぞれの点の運転条件は、点A0 ではT0
0 、Q0 、P0 、点A0 ´ではT、N0 、Q0 、P0
´、そして点AではT、N、Q、Pである。
【0016】遠心式送風機が異なった回転数及び温度条
件で運転されるときには、周知の近似的相似則として、 Q/Q0 =N/N0 −−−(4) P/P0 =(N/N0 2 −−−(5) L/L0 =(N/N0 3 −−−(6) P/P0 =T0 /T −−−(7) L/L0 =T0 /T −−−(8) の関係がある。なお、圧力及び出力は空気の密度に比例
して変化するので、式(7)、(8)の如く空気の絶対
温度に反比例することになる。又、空気循環系の抵抗R
と温度との関係は、上式(7)と同様に R/R0 =T0 /T −−−(9) となる。
【0017】このような関係から、温度がT0 からTに
変化したときにL≒L0 になるようにするためには、ま
ず温度だけの変化により、式(8)のようにL´=L0
0/TとなってLが変化するため、回転数をN0 から
Nに上げ、式(6)を用いて、N0 のときのL´をL0
とし且つLをL0 としてNを求めると、N=N0 (L0
/L´)1/3 =N0 (T/T0 1/3 となる。即ち、前
記式(3)が得られ、又式(1)から設定すべき周波数
の式(2)も得られる。その結果、式(4)、(5)か
ら、Q=Q0 (T/T0 1/3 、P=P0 (T/T0
2/3 になる。
【0018】一方、空気循環系の抵抗Rも空気の密度に
比例するため、温度が変わると式(9)のようにR=R
0 0 /Tとなって抵抗曲線自体が変わると共に、流速
が変わるとこの曲線上で流速即ち流量Qの二乗に比例し
て、即ちR=R0 ((T/T0 1/3 2 =R0 (T/
0 2/3 となって抵抗曲線R上で抵抗が変わる。図2
の点A0 、A0 ´、A´、Aの各点は、T/T0 =1+
αとしてαが比較的小さいときに、近似的に(T/
0 1/3 =1+α/3、(T/T0 2/3 =1+2α
/3と仮定すると共に、Q及びPを共に%で表示したと
きの各位置を示している。即ち、T0 、N0 のA0 点を
P、Qが共に1(100%)の基準点として、これから
から温度だけがTに上昇したとすると、式(7)によっ
て静圧がαだけ低下すると共に空気循環系の抵抗曲線が
0 からRに変わり、これらの交点がA0 ´点になる。
又、この状態から式(4)、(5)のように回転数をN
に上げると、風量がα/3増加した仮想点A´の位置か
ら、静圧が2α/3増加してAの位置になる。一方、A
0 ´点から風量増加による抵抗増加の点もA点になる。
従って、温度がT0 からTに変わったときには、送風機
の運転位置がA0 点から回転数を上げた最終のA点に移
動し、同じモータ出力を維持しつつ、風量をα/3だけ
増加させた運転をすることができる。
【0019】FCU5では、空気温度の変化に対して、
上記のように送風機の駆動力を一定にする運転の他に、
例えば送風機の重量流量を一定にする運転も可能であ
る。この場合には、重量流量が空気の比体積vに反比例
(密度に比例)するから、理想気体の状態式pv=RT
から絶対温度に反比例することになる。そして、容積流
量Qと回転数Nとは式(4)のように比例関係にあるか
ら、この運転では、 f=F(t)=f0 (T/T0 ) −−−(10) N=G(t)=N0 (T/T0 ) −−−(11) の式を使用する。これにより、空気の温度が上昇して比
体積が大きくなり、比重量が小さくなって重量流量が減
少すると、周波数、従って回転数を上げて容積流量を多
くし、比体積の増加を補償して重量流量を一定にするこ
とができる。
【0020】この運転では、前例の駆動力一定の運転よ
りも、低温時に対して相対的に高温時により多くの空気
を循環させることができる。この例では、回転数及び空
気温度の変化による送風機駆動力の変化が式(6)及び
(8)によって部分的に相殺される結果、低温時よりも
高温時に駆動力が大きくなるので、モータ出力は高温時
を基準として定められる。その結果として、低温時には
送風機駆動力を小さくすることができる。
【0021】なお以上では、温度変化に対応させて送風
機の回転速度を変える方法として、駆動力を一定にする
方法及び重量流量を一定にする方法の例を挙げたが、実
際に計画する恒温槽や送風機の特性等に適合するよう
に、これらの中間的方法やその他の方法を単独又は組み
合わせて適宜採用することができる。駆動力を一定にす
る方法においても、例えばN=N0 (T/T0 1/3
代えて、実際に適合するときにはN=N0 (T/T0
1/2.8 のような式を用いてもよい。
【0022】又、送風機や恒温槽の特性等によって計算
値と実際の状態との間で発生する誤差が問題になるよう
な場合には、実測データに基づいた補正テーブルを設け
るようにしてもよい。更に、実測データを予めテーブル
化しておき、計算式に代えてこれを制御値として使用す
ることも可能である。
【0023】次に、恒温槽の中にはワークを真空状態で
試験する装置もある。この場合には、恒温槽に真空装置
が設けられ、ワーク収容室10の内圧が760Torrの大
気圧状態から真空状態まで下げられる。このように大き
く変化する圧力条件で運転される送風機では、図1に鎖
線で示す如く、圧力センサ7及びFCU5に圧力補償部
57を設けると共に、演算モード設定部53では圧力変
化に対応して送風機の回転速度を変える演算式を設定す
ることが望ましい。その場合に、真空が変わってもモー
タの駆動力を一定にするとすれば、送風機1が取り扱う
空気の絶対圧力hと駆動力Lとの関係がL/L0 =h/
0 であることから、これと式(6)とにより、 f=F(h)=f0 (h0 /h)1/3 −−−(12) N=G(h)=N0 (h0 /h)1/3 −−−(13) の式によって回転数Nを設定することになる。このよう
な回転数の変更は、室内圧h0 =760Torrを基準と
し、増速が効果的な範囲として30Torr程度の真空条件
まで行われる。
【0024】以上のような送風装置を備えた恒温槽は次
のように運転されその作用効果が発揮される。FCU5
では、予め、常温t0 時のf0 及び式(2)又は(1
0)及び真空恒温槽ではこれらに加えて式(12)が設
定されている。送風装置では、温度センサ4によって吹
出しダクト13の循環空気の温度が検出され、FCU
5、インバータ3を介して送風機1のモータ2が回転制
御される状態になっている。そして、ワーク収容室10
に常温t0 でワークが搬入・設置され、モータ2が起動
され、送風機1が低速の基準回転数N0 で回転し、静圧
0 で風量Q0 をワーク収容室10に循環供給する。こ
れと同時期に加熱器18が運転され、循環空気を加熱・
昇温させる。循環空気の温度が上昇すると、モータ2は
設定された式に従って増速する。これにより、循環空気
量が多くなり、ワーク収容室10を含み恒温槽内部が全
体的により早く所定の環境試験温度や熱処理温度に到達
する。従って、ワークの処理能率が良くなる。
【0025】ワーク収容室10内が例えばICのバーン
イン試験温度である125℃になると、加熱器18はそ
の温度を維持するように図示しない温調装置でその出力
を調整される。このときには、モータ2は最大回転数N
mで運転される。例えばt0、tmをそれぞれ20℃、
125℃とすれば、最大回転数は式(3)又は式(1
1)により、Nm=N0 (398/293)1/3 ≒1.
361/3 0 ≒1.11N0 、又は、Nm=N0 (39
8/293)≒1.36N0 となる。
【0026】その結果、送風機を大型化することなく高
温時に従来よりも循環空気の流量を多くし、温度に対応
してほぼ一定である外部への放熱量の影響を軽減し、ワ
ーク収容室10内の温度分布を良くすることができる。
又、ワークを通電試験し、それによってワークが発熱す
る場合には、ワークによる発熱のばらつき等によって生
ずる温度分布を是正し、温度分布差の少ない均一な温度
条件で精度のよい試験を行うことができる。
【0027】又、上記においてNm≒1.11N0 にす
るときには、温度変化にかかわらずモータの駆動力が一
定になり、常温時や低温時においてもモータ出力が大き
くならず、モータや送風機の計画条件が合理化されると
共に、省エネ運転を行うことができる。一方、Nm=
1.36N0 にすれば、恒温槽が例えば−20℃のよう
な低温条件を有するような場合に、低温時には常温時よ
りもモータ出力を約25%(式(6)及び(8)からL
=(253/293)2 0 )減らし、冷凍機の大きさ
や冷却負荷を低減させ、低温時の省エネを図ることがで
きる。
【0028】恒温槽が真空運転される場合には、式(1
2)も併用されてモータ回転数が制御される。大気圧7
60Torrのh0 から最大減速時の真空30 Torr のhm
になると、式(13)により、送風機1はNm=N
0 (760/30)1/3 ≒2.93N0 の回転数で運転
される。その結果、モータ出力一定の下で約3倍の風量
が循環され、ワーク収容室10内の攪拌効果が良好に維
持され、ワークの処理条件を良くすることができる。な
お、実際には温度条件の変化も加えられ、 N=N0 (h0 /h)1/3 ・(T/T0 1/3 −−−(14) の式によって回転数が決定される。
【0029】図4は送風装置のモータ回転制御部分の他
の構成例を示す。この装置では、図1に示すFCU5に
代えて、予め設定された温度で送風機1を段階的に運転
できるように周波数をプリセットする温度スイッチ8が
設けられている。この温度スイッチ8では、例えば常温
0 と高温tmとの2種類の温度条件で回転制御し、t
0 のときには低温用スイッチがオンになっていて、モー
タが起動されると、回転数N0 で運転されるように周波
数f0 を設定し、t0 からt1 に昇温中にはN0 を維持
し、温度センサ4がt1 を検出すると高温用スイッチが
オンになり、モータが高速Nmで回転されるようにイン
バータ3に周波数fmを送る。なお、t1 は、実際に運
転すべき最大温度tmへの到達時間を短縮するために、
tmより5〜10℃程度低めに設定されることが望まし
い。
【0030】このような装置によれば、簡単な制御によ
り、高温時に風量を多くして室内の温度分布を良くする
ことができる。なお、恒温槽が低温、中温、高温等の複
数の運転条件を有する場合には、温度スイッチ8には、
そのような温度に適合する回転数になるように周波数を
設定できる部分が設けられる。
【0031】
【発明の効果】以上の如く本発明によれば、請求項1の
発明においては、一定の区画を目的とする温度に調整す
る環境装置の送風装置において、所定の構成を備えた送
風機と可変速駆動手段と温度検出手段と速度制御手段と
を設けるので、例えば常温t0と高温tとで運転される
恒温槽等の環境装置において、温度検出手段でこれらの
温度を検出し、速度制御手段により、検出温度に対応し
て、即ち例えば温度の1/3乗乃至1乗に比例させて送
風機の回転速度を変えるように前記可変速駆動手段に変
速信号を与え、可変速駆動手段でそのような回転速度で
送風機を回転させ、環境装置の一定の区画に送風機の回
転速度に対応した量の気体を送ることができる。
【0032】その結果、高温時には一定の区画へ供給す
る気体の流量を多くすることができる。そして、一定の
区画からの放熱量が大きくなる高温時に、熱供給量を多
くして区画内の温度分布を良くすることができる。又、
送風機やモータ等の可変速駆動手段の小型化、軽量化、
低コスト化を図ることができる。更に、低速時には回転
速度を下げられるので、装置の省エネルギー化を図るこ
とが可能である。請求項2の発明においては、速度制御
手段は可変速駆動手段の駆動力がほぼ一定になるように
変速信号を与えるので、その駆動力を常に有効に活用す
ることができる。又、従来の装置のように常温や低温時
に駆動手段の駆動力が大きくならないので、モータ等の
駆動手段を小型化することができる。
【0033】請求項3の発明においては、速度制御手段
は送風機の送風量が重量単位でほぼ一定になるように変
速信号を与えるので、高温時に熱輸送量が多くなると共
に、低温時に駆動手段の駆動力が小さくなる。その結
果、低温運転条件では、送気系への駆動手段の駆動エネ
ルギーの持込み量が少なくなり、環境装置の達成可能な
低温運転条件を下げることができる。又、環境装置が低
温用の冷却装置を有する場合には、冷凍機等の冷却負荷
を低減し、それらの装置の小型化と運転時の省エネルギ
ー化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した送風装置を備えた恒温槽の全
体構成を示す説明図である。
【図2】上記送風装置の送風機制御ユニットの構成例を
示す説明図である。
【図3】送風機の回転制御時の運転状態を示す曲線図で
ある。
【図4】送風装置の回転制御部分の他の構成例を示す説
明図である。
【符号の説明】
1 送風機 2 モータ(可変速駆動手段) 3 インバータ(可変速駆動手段) 4 温度センサ(温度検出手段) 5 送風機制御ユニット(FCU)(速度制御
手段) 8 温度スイッチ(速度制御手段) 10 ワーク収容室(一定の区画)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F27D 7/00 F27D 7/00 19/00 19/00 A G01N 17/00 G01N 17/00

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一定の区画を目的とする温度に調整する
    環境装置の送風装置において、 回転されることによって前記区画に気体を送る送風機
    と、少なくとも複数の回転速度で前記送風機を回転可能
    な可変速駆動手段と、前記区画の温度に対応する温度を
    検出する温度検出手段と、該温度検出手段が検出した温
    度に対応して前記回転速度を変えるように前記可変速駆
    動手段に変速信号を与える速度制御手段と、を有するこ
    とを特徴とする環境装置の送風装置。
  2. 【請求項2】 前記速度制御手段は前記可変速駆動手段
    の駆動力がほぼ一定になるように前記変速信号を与える
    ことを特徴とする請求項1に記載の環境装置の送風装
    置。
  3. 【請求項3】 前記速度制御手段は前記送風機の送風量
    が重量単位でほぼ一定になるように前記変速信号を与え
    ることを特徴とする請求項1に記載の環境装置の送風装
    置。
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