KR102084864B1 - 환경 시험 장치 - Google Patents

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신와 콘트롤즈 가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 챔버 내의 공간을 충분히 확보하면서, 다양한 환경을 고려한 충분한 환경 시험을 행할 수 있는 환경 시험 장치를 제공하는 것이다.
[해결 수단] 환경 시험 장치(1)는 챔버(10), 챔버(10) 내를 냉각시키는 브라인의 냉각 장치를 가지는 냉각 유닛(50), 가열 유닛(60), 및 제어 장치(70)를 구비한다. 냉각 장치는 고온측 압축기, 응축기, 고온측 팽창 밸브 및 캐스케이드 콘덴서가, 고온측 열 매체를 순환시키도록 당해 순서로 배관에 의해 접속된 고온측 냉각 회로와, 저온측 압축기, 캐스케이드 콘덴서, 저온측 팽창 밸브 및 증발기가, 저온측 열 매체를 순환시키도록 당해 순서로 배관에 의해 접속된 저온측 냉각 회로를 가진다. 캐스케이드 콘덴서에서 저온측 열 매체가 고온측 열 매체에 의해서 냉각되고, 증발기에서 브라인이 저온측 열 매체에 의해서 냉각된다. 제어 장치(70)는 챔버(10) 내의 온도를 -67.5℃ 내지 127.5℃의 온도 범위 내로 제어한다.

Description

환경 시험 장치
본 발명은 수소 탱크 등의 피(被)검사물에 대해서 저온역(低溫域) 및 고온역(高溫域)에 있어서의 환경 시험을 행하기 위한 환경 시험 장치에 관한 것이다.
연료 전지차의 수소 탱크에 연료로서의 수소를 충전하는 수법으로서는, 수소를 고압력으로 압축하여 수소 탱크 내에 충전하는 수법이나, 수소를 액화하여 수소 탱크 내에 충전하는 수법 등이 알려져 있다. 수소를 고압력으로 압축하여 수소 탱크 내에 충전하는 경우, 수소를 압축시키는 압력이 높을수록, 수소의 충전량을 증가시킬 수 있기 때문에, 연료 전지차의 항속(航續) 거리를 늘릴 수 있다. 그 한편으로, 수소 탱크에서는, 그 내부에 수소를 공급할 때의 수소의 압력 및 그 내부에 충전된 수소의 압력이 높아질수록, 수소가 공급 도중에 쉽게 누설되거나, 충전 후에 수소가 탱크의 외부로 쉽게 누설되거나 한다. 그 때문에, 종래부터, 공급시 혹은 충전 후의 수소의 누설을 적합하게 방지 가능하게 하기 위한 수소 탱크의 개발이 행해지고 있다.
상술과 같은 수소 탱크로부터의 수소의 누설의 정도는, 환경에 의해서 변화하는 경우가 있다. 또, 환경에 따라서, 외부로부터 수소 탱크에 충전 가능한 수소량이나, 수소 탱크의 내부로부터 외부로 공급 가능한 수소량이 변화할 가능성도 있다. 그 때문에, 통상, 수소 탱크의 개발에서는, 저온역 및 고온역 등의 다양한 조건으로 환경 시험이 행해진다. 수소 탱크의 환경 시험을 행하기 위한 시험 장치는, 종래부터 다양한 장치가 이용되고 있다. 예를 들면, 비특허 문헌 1에는, -40℃ 내지 85℃의 온도 범위에서 수소 탱크의 환경 시험을 행하는 것이 가능한 비교적 대형(大型)의 챔버를 가지는 시험 장치가 개시되어 있다.
비특허 문헌 1 : HyTReC：수소 에너지 제품 연구 시험 센터, 5페이지 좌상란,［online］,［평성 27년 6월 5일 검색］, 인터넷〈URL：http：／／www.hytrec.jp/pdf/H26panfu.compressed.pdf〉
연료 전지차는, 향후, 많은 지역에 보급하는 것이 기대되고 있다. 그 실현을 위해서는, 수소 탱크에 대해서 다양한 환경을 상정한 환경 시험을 행할 필요가 있다. 여기서, 상술한 비특허 문헌 1의 시험 장치에 있어서는, 챔버 내의 공간이 비교적 크기 때문에, 예를 들면, 복수의 수소 탱크에 대한 환경 시험을 동시에 행할 수 있거나, 다양한 사이즈의 수소 탱크에 대한 환경 시험을 행할 수 있거나 한다고 하는 이점은 있다.
그렇지만, 환경 시험을 행하는 것이 가능한 온도 범위는, -40℃ 내지 85℃이기 때문에, 다양한 환경을 상정한 환경 시험을 행하는 것을 고려하면, 충분하다고는 말하기 어렵다. 그 때문에, 보다 넓은 온도 범위에서 환경 시험을 행하는 것을 가능하게 하는 것이 요구된다. 그런데, 이런 종류의 시험 장치에서는, 온도 제어의 대상이 되는 챔버 내의 공간을 대형으로 하는 경우에, 특히, 시험 온도를 매우 저온역까지 제어하는 것이 곤란하게 된다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 실정을 고려해서 이루어진 것으로서, 피검사물이 수용되는 챔버 내의 공간을 충분히 확보하면서, 당해 공간 내의 온도를, 넓은 온도 범위, 특히 매우 저온역까지 제어할 수 있음으로써 다양한 환경을 고려한 충분한 환경 시험을 피검사물에 대해서 행할 수 있는 환경 시험 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 환경 시험 장치는, 피검사물을 수용하는 챔버와, 상기 챔버 내에 일부가 배치되는 브라인(brine) 순환로를 가지고 당해 브라인 순환로 내에서 브라인을 순환시키는 브라인 순환 장치와, 상기 브라인 순환로 중 상기 챔버 밖에 배치되는 부분에서 상기 브라인을 냉각시키는 냉각 장치를 가지는 냉각 유닛과, 상기 챔버 내에 배치되는 히터를 가지는 가열 유닛과, 상기 냉각 유닛 및 상기 가열 유닛을 제어하는 제어 장치를 구비하고, 상기 냉각 장치는 고온측 압축기, 응축기, 고온측 팽창 밸브 및 캐스케이드 콘덴서가, 고온측 열 매체를 순환시키도록 당해 순서로 배관에 의해 접속된 고온측 냉각 회로와, 저온측 압축기, 상기 캐스케이드 콘덴서, 저온측 팽창 밸브 및 증발기가, 저온측 열 매체를 순환시키도록 당해 순서로 배관에 의해 접속된 저온측 냉각 회로를 가지고, 상기 캐스케이드 콘덴서에서 상기 저온측 열 매체가 상기 고온측 열 매체에 의해서 냉각되고, 상기 증발기에서 상기 브라인이 상기 저온측 열 매체에 의해서 냉각되도록 되어 있고, 상기 제어 장치는 상기 냉각 유닛 및 상기 가열 유닛을 제어함으로써, 상기 챔버 내의 온도를 -67.5℃ 내지 127.5℃의 온도 범위 내로 제어하도록 되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 환경 시험 장치에 의하면, 고온측 냉각 회로와 저온측 냉각 회로를 가지는 2원식의 냉각 장치를 이용함으로써, 챔버 내에 비교적 넓은 공간을 확보했을 경우에도, 챔버 내의 온도를 매우 저온역, 구체적으로는 -60℃ 근방까지 제어할 수 있다. 또, 고온역에 있어서는, 가열 유닛에 의해서 챔버 내의 온도를 120℃ 근방까지 제어할 수 있다. 이것에 의해, 피검사물이 수용되는 챔버 내의 공간을 충분히 확보하면서, 당해 공간 내의 온도를, 넓은 온도 범위, 특히 매우 저온역까지 제어할 수 있음으로써 다양한 환경을 고려한 충분한 환경 시험을 피검사물에 대해서 행할 수 있다.
구체적으로, 상기 챔버의 내용적(內容積)은, 10m3 이상 20m3 이하여도 된다. 이 경우에는, 복수의 피검사물에 대한 환경 시험을 동시에 행할 수 있거나, 다양한 사이즈의 피검사물에 대한 환경 시험을 행할 수 있거나 하는 충분한 공간을 확보할 수 있다. 또, 챔버의 내용적이 상술한 범위(10m3 이상 20m3 이하)인 경우에는, 2원식의 냉각 장치에 있어서 과잉으로 큰 출력을 확보하지 않더라도, 챔버 내의 공간을 원하는 온도로 제어할 수 있다. 이것에 의해, 챔버 내의 공간을 충분히 확보하면서, 비교적 간이한 구성으로 챔버 내의 온도를 넓은 온도 범위까지 제어할 수 있음으로써, 실용성을 확보하는 것이 가능해진다.
또, 이 경우, 상기 브라인 순환 장치는, 상기 챔버 내의 공간을 냉각시킬 때, 80L/min 내지 160L/min의 범위에서, 상기 브라인을 상기 브라인 순환로 내에서 순환시킴으로써, 4kW의 냉각 능력으로, 상기 챔버 내의 공간을 냉각시키도록 되어 있어도 된다.
이 구성에 의하면, 챔버의 내용적이 10m3 이상 20m3 이하인 경우에, 80L/min 내지 160L/min의 범위에서 브라인을 순환시켜 4kW의 냉각 능력으로 챔버 내의 공간을 냉각시킴으로써, 비교적 단시간에서, 챔버 내의 온도를 -60℃ 근방까지 제어할 수 있다. 이것에 의해, 실용성을 향상시킬 수 있다.
또, 상기 챔버 내에 배치되는 상기 브라인 순환로의 일부는, 각각이 동일 방향을 따라서 연장되는 복수의 배관부를 가지고, 상기 복수의 배관부는 그 연장 방향에 직교하는 단면에서 보았을 경우에, 엇갈림식 배열로 배치되어 있어도 된다.
이 구성에 의하면, 챔버 내에 배치되는 브라인 순환로의 일부를 구성하는 복수의 배관부를 컴팩트하게 배치할 수 있어, 챔버 내에 있어서 피검사물을 배치 가능한 배치 공간을 넓게 확보할 수 있다. 또, 챔버 내의 기체(氣體)를 배관부의 광범위에 접촉시킬 수 있기 때문에, 열교환율을 향상시킬 수 있다.
또, 이 경우, 상기 챔버 내에 배치되는 상기 브라인 순환로의 일부는, 제1 배관 그룹과 제2 배관 그룹으로 구성되고, 상기 제1 배관 그룹 및 상기 제2 배관 그룹의 각각에는 상기 복수의 배관부가 포함되어 있고, 상기 제1 배관 그룹은, 상기 챔버 내에 있어서 수평 방향의 일방측에 배치되고, 상기 제2 배관 그룹은, 상기 챔버 내에 있어서 수평 방향의 타방측에 배치되며, 상기 제1 배관 그룹 및 상기 제2 배관 그룹의 사이에, 상기 피검사물의 배치 공간이 형성되어 있어도 된다.
이 구성에 의하면, 상기 제1 배관 그룹 및 상기 제2 배관 그룹의 사이의 배치 공간을 넓게 확보할 수 있고, 또한 이 배치 공간을 수평 방향의 양측에서부터 온도 제어함으로써, 균일한 온도 분포를 얻을 수 있다.
또, 이 경우, 상기 챔버 내에, 상기 제1 배관 그룹을 상기 배치 공간측에서부터 덮는 제1 커버 부재가 배치됨과 아울러, 상기 제2 배관 그룹을 상기 배치 공간측에서부터 덮는 제2 커버 부재가 배치되어도 된다.
이 구성에 의하면, 제1 커버 부재 및 제2 커버 부재에 의해서, 제1 배관 그룹 및 제2 배관 그룹에 포함되는 배관부를 보호할 수 있다. 또한, 제1 커버 부재와 제2 커버 부재와의 사이에, 배치 공간이 위치한다.
또, 이 경우, 상기 챔버 내에 있어서의 상기 배치 공간의 상방(上方)에, 팬이 배치되고, 상기 챔버 내에, 상기 팬을 상기 배치 공간측에서부터 덮는 제3 커버 부재가 배치되고, 상기 팬은, 상기 제3 커버 부재를 향해서 송풍을 행하도록 되어 있어도 된다.
이 구성에 의하면, 팬을 구동함으로써, 챔버 내의 공간의 온도 분포의 편차를 억제할 수 있다. 또, 제3 커버 부재에 의해서 팬의 송풍이 배치 공간에 배치되는 피검사물에 직접 닿는 것이 억제됨으로써, 피검사물의 온도 상태를 안정시킬 수 있다. 또한, 제3 커버 부재에 의해서 팬을 보호할 수 있다.
또, 이 경우, 상기 팬의 상방에, 상기 히터가 배치되어 있어도 된다.
이 구성에 의하면, 제3 커버 부재에 의해서 히터를 보호할 수 있다.
또, 본 발명의 환경 시험 장치는, 피검사물을 수용하는 챔버와, 상기 챔버 내를 온도 제어하기 위한 냉각 유닛 및 가열 유닛과, 상기 냉각 유닛 및 상기 가열 유닛을 제어하는 제어 장치를 구비하는 환경 시험 장치로서, 상기 냉각 유닛은, 저온측 냉동 장치와, 저온측 브라인 순환 장치를 포함하고, 상기 저온측 냉동 장치는, 제1 저온측 압축기, 제1 저온측 응축기, 제1 저온측 팽창 밸브 및 제1 저온측 증발기가, 이 순서로 제1 저온측 냉매를 순환시키도록 접속된 제1 저온측 냉동 회로와, 제2 저온측 압축기, 제2 저온측 응축기, 제2 저온측 팽창 밸브 및 제2 저온측 증발기가, 이 순서로 제2 저온측 냉매를 순환시키도록 접속된 제2 저온측 냉동 회로를 가지고, 상기 제1 저온측 응축기와 상기 제2 저온측 증발기가, 서로 열교환 가능한 캐스케이드 콘덴서를 구성하는 2원 냉동 장치이며, 상기 저온측 브라인 순환 장치는 저온측 브라인을 순환시키기 위한 저온측 브라인 순환로와, 상기 저온측 브라인 순환로의 일부를 구성하고 또한 받아 들인 상기 저온측 브라인을 가열 가능한 저온측 가열부를 가지고, 상기 제1 저온측 냉동 회로에 있어서의 상기 제1 저온측 팽창 밸브의 하류측이면서 또한 상기 제1 저온측 증발기의 상류측에 위치하는 부분과, 상기 저온측 브라인 순환로에 있어서의 상기 저온측 가열부의 하류측에 위치하는 부분이, 서로 열교환 가능한 냉동 능력 조절 기구를 구성하고, 상기 제1 저온측 증발기는 상기 챔버 내에 배치되어 있고, 상기 제어 장치는 상기 냉각 유닛 및 상기 가열 유닛을 제어함으로써, 상기 챔버 내의 온도를 -67.5℃ 내지 127.5℃의 온도 범위 내로 제어하도록 되어 있는 것을 특징으로 한다.
이 환경 시험 장치에 의하면, 냉각 유닛에서는, 저온측 냉동 장치의 제1 저온측 냉동 회로에 있어서의 제1 저온측 증발기의 상류측의 부분에 있어서, 제1 저온측 냉매를 저온측 브라인에 의해서 가열할 수 있고, 이 때, 저온측 브라인의 가열 능력에 따라 제1 저온측 증발기에 있어서의 냉동 능력을 조절할 수 있다. 따라서, 저온측 냉동 회로의 구성요소를 조작하는 일 없이, 간이하게 당해 냉동 회로의 냉동 능력을 광범위하게 조절할 수 있다.
그리고 냉각 유닛과 가열 유닛으로 온도 제어 범위를 바꿈으로써, 저온에서부터 고온에 걸치는 충분히 넓은 온도 제어 범위를 확보할 수 있다.
또, 상기 가열 유닛은 가열측 냉동 장치와, 가열측 브라인 순환 장치를 포함하고, 상기 가열측 냉동 장치는 가열측 압축기, 가열측 응축기, 가열측 팽창 밸브 및 가열측 증발기가, 이 순서로 가열측 냉매를 순환시키도록 접속된 가열측 냉동 회로와, 상기 가열측 냉동 회로에 있어서의 상기 가열측 응축기의 하류측이면서 또한 상기 가열측 팽창 밸브의 상류측에 위치하는 부분 및 상기 가열측 냉동 회로에 있어서의 상기 가열측 증발기의 하류측이면서 또한 상기 가열측 압축기의 상류측에 위치하는 부분을, 상기 가열측 냉매가 통류(通流) 가능하도록 연통(連通)하는 인젝션 유로와, 상기 인젝션 유로를 통류하는 상기 가열측 냉매의 유량을 조절 가능한 인젝션 밸브를 가지는 인젝션 회로와, 상기 가열측 냉동 회로에 있어서의 상기 가열측 압축기의 하류측이면서 또한 상기 가열측 응축기의 상류측에 위치하는 부분 및 상기 인젝션 유로에 있어서의 상기 인젝션 밸브의 하류측에 위치하는 부분을, 상기 가열측 냉매가 통류 가능하도록 연통하는 핫 가스 유로와, 상기 핫 가스 유로를 통류하는 상기 가열측 냉매의 유량을 조절 가능한 핫 가스 밸브를 가지는 핫 가스 회로를 가지고, 상기 가열측 브라인 순환 장치는 가열측 브라인을 순환시키기 위한 가열측 브라인 순환로와, 상기 가열측 브라인 순환로의 일부를 구성하고 또한 받아 들인 상기 가열측 브라인을 가열 가능한 가열 유닛측 가열부와, 상기 가열 유닛측 가열부의 하류측에서 상기 가열측 브라인 순환로의 일부를 구성하고, 상기 챔버 내에 배치되는 부하부를 가지고, 상기 가열측 브라인 순환로의 일부와, 상기 가열측 냉동 장치의 상기 가열측 증발기가, 서로 열교환 가능한 가열 능력 조절용 열교환기를 구성해도 된다.
이 경우, 가열측 응축기에 의해서 응축된 가열측 냉매를, 가열측 증발기에 유입되지 않도록 인젝션 회로를 통해 가열측 증발기의 하류측으로 바이패스시킬 수 있고, 또한 가열측 압축기에 의해서 토출(吐出)된 고온의 가열측 냉매를, 핫 가스 회로를 통해 가열측 증발기의 하류측으로 바이패스시킬 수 있다. 이것에 의해, 가열측 증발기에 유입되는 가열측 냉매의 유량을 제어할 수 있어, 가열측 증발기에서 출력되는 냉동 능력을 유연하게 조절할 수 있다. 이 때, 가열측 증발기에 유입되는 가열측 냉매가 고압의 가열측 냉매에 혼합되지 않기 때문에, 출력되는 냉동 능력을 안정시킬 수 있다. 또 인젝션 회로를 통해 바이패스되는 응축된 가열측 냉매와, 핫 가스 회로를 통해 바이패스되는 고온의 가열측 냉매의 비율을 조절함으로써, 가열측 압축기에 유입되는 가열측 냉매의 상태나 온도를 원하는 상태로 용이하게 제어할 수 있다. 이것에 의해, 냉동 능력을 유연하게 조절하면서 안정된 온도 제어를 행할 수 있다. 이것에 의해, 가열측 냉동 장치가 출력하는 안정된 상태로 조절된 냉동 능력에 의해서, 가열측 브라인 순환 장치의 가열측 브라인의 온도를 제어하여 부하부의 가열 능력 또는 냉동 능력을 조절할 수 있기 때문에, 부하부에 의해서 안정된 온도 제어를 행할 수 있다.
본 발명에 의하면, 피검사물이 수용되는 챔버 내의 공간을 충분히 확보하면서, 당해 공간 내의 온도를, 넓은 온도 범위, 특히 매우 저온역까지 제어할 수 있음으로써 다양한 환경을 고려한 충분한 환경 시험을 피검사물에 대해서 행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 환경 시험 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 환경 시험 장치의 회로 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 나타내는 환경 시험 장치의 챔버의 종단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 환경 시험 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4에 나타내는 환경 시험 장치의 가열 유닛에 있어서의 가열측 냉동 장치의 확대도이다.
도 6은 도 4에 나타내는 환경 시험 장치의 냉각 유닛에 있어서의 저온측 냉동 장치의 몰리에르 선도(Mollier chart)의 일례를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 4에 나타내는 환경 시험 장치의 가열 유닛에 있어서의 가열측 냉동 장치의 몰리에르 선도의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 4에 나타내는 환경 시험 장치에 있어서 저온역의 온도 제어를 행하는 경우의 상태를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 4에 나타내는 환경 시험 장치에 있어서 중온역(中溫域) 또는 고온역의 온도 제어를 행하는 경우의 상태를 나타내는 도면이다.
도 10은 도 4에 나타내는 환경 시험 장치의 챔버의 종단면도이다.
이하, 본 발명의 각 실시 형태에 대해 설명한다.
＜＜제1 실시 형태＞＞
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 환경 시험 장치(1)의 사시도이다. 도 2는 도 1에 나타내는 환경 시험 장치(1)의 회로 구성을 나타내는 도면이다. 도 1 및 도 2에 나타내는 것처럼, 본 실시 형태에 따른 환경 시험 장치(1)는 수소 탱크 등의 피검사물(100)을 수용하는 챔버(10)와, 냉각 유닛(50)과, 가열 유닛(60)과, 제어 장치(70)를 구비하고 있다. 또한, 도 1에 있어서는, 설명의 편의상, 챔버(10) 및 냉각 유닛(50)의 일부만이 나타내져 있다.
도 1에 나타내는 것처럼, 본 실시 형태의 챔버(10)는, 바닥이 있는 원통 모양의 본체부(11)와, 본체부(11)의 개구를 개폐 가능한 원반(圓盤) 모양의 덮개부(12)를 가지고 있다. 도 1에 있어서는, 덮개부(12)가 본체부(11)를 개방시킨 챔버(10)의 개방 상태가 나타내져 있다. 이 개방 상태로부터 덮개부(12)가 본체부(11)를 폐쇄함으로써 챔버(10)가 폐쇄 상태가 된다.
본체부(11)는 그 중심축 C가 수평 방향으로 연장되도록 받침대(16)를 매개로 하여 바닥면상에 설치되어 있다. 도 3은 도 1에 나타내는 챔버(10)의 종단면도이다. 도 1 및 도 3에 나타내는 것처럼, 본 실시 형태에서는, 본체부(11) 내에, 종단면에서 볼 때, 수평 방향의 일방측에 배치되는 제1 커버 부재(18A)와, 수평 방향의 타방측에 배치되는 제2 커버 부재(18B)와, 제1 커버 부재(18A) 및 제2 커버 부재(18B)의 상방에서 수평 방향으로 제1 커버 부재(18A) 및 제2 커버 부재(18B)의 사이에 배치되는 제3 커버 부재(18C)가 마련되어 있다.
제1 커버 부재(18A) 및 제2 커버 부재(18B)는 판 모양이며, 중심축 C에 직교하는 수평 방향으로 중심축 C를 사이에 두고 서로 마주보도록 배치되어 있다. 자세하게는, 제1 커버 부재(18A) 및 제2 커버 부재(18B)의 각각은, 상하 방향으로 연장됨과 아울러 그 하단과 본체부(11)의 내주면(內周面)과의 사이에 간극이 형성되도록, 배치되어 있다. 이 예에서는, 제1 커버 부재(18A) 및 제2 커버 부재(18B)의 각각의 하단은, 중심축 C 보다도 하부에 위치하고, 보다 자세하게는, 중심축 C와 본체부(11)의 내주면 중 최하부와의 상하 방향에 있어서의 대략 중간 위치와 동등한 높이 위치에, 위치하고 있다. 또, 제1 커버 부재(18A) 및 제2 커버 부재(18B)는, 중심축 C를 따라서 본체부(11)의 개구부 근방에서부터 바닥이 있는 원통 모양의 저부(底部) 근방까지 연장되어 있다.
제3 커버 부재(18C)는 판 모양이며, 중심축 C의 상방에 배치되고, 중심축 C에 직교하는 수평 방향을 따라서 연장되어 있다. 제3 커버 부재(18C)의 제1 커버 부재(18A)측의 단부와 제1 커버 부재(18A)의 상단부와의 사이에는, 간극이 형성되고, 제3 커버 부재(18C)의 제2 커버 부재(18B)측의 단부와 제2 커버 부재(18B)의 상단부와의 사이에는, 간극이 형성되어 있다. 또 제3 커버 부재(18C)도, 중심축 C를 따라서 본체부(11)의 개구부 근방에서부터 바닥이 있는 원통 모양의 저부 근방까지 연장되어 있다. 그리고 이들 각 커버 부재(18A~18C)의 내측에, 피검사물(100)이 설치되는 배치 공간(17)이 형성되어 있다.
또, 본 실시 형태에서는, 배치 공간(17)의 상방에, 2개의 팬(80)(도 2도 참조)이 배치되고, 팬(80)과 배치 공간(17)과의 사이에, 제3 커버 부재(18C)가 배치되어 있다. 팬(80)은 제3 커버 부재(18C)를 향해서 송풍을 행하도록 되어 있다.
도 1로 돌아가, 덮개부(12)는 본체부(11)의 개구측의 끝가장자리에 대응하는 위치에 이미 알고있는 씰재(도시하지 않음)가 장착되어 있고, 본체부(11)의 개구를 기밀(氣密)하게 폐쇄 가능하게 되어 있다. 또한, 도시는 생략하지만, 본체부(11)와 덮개부(12)와의 사이에는, 덮개부(12)에 의한 본체부(11)의 폐쇄 상태를 유지하는 락 기구가 마련되어 있다.
본 실시 형태에 있어서, 덮개부(12)는, 도 1에 나타내는 것처럼, 레일(14)을 따라서 이동 가능한 대차(臺車, 13)에 설치되어 있다. 레일(14)은 본체부(11)의 중심축 C방향을 따라서 본체부(11)의 개구측에서부터 외측으로 연장되도록 바닥면상에 부설(敷設)되어 있다. 이것에 의해, 대차(13)를 레일(14)을 따라서 이동시킴으로써, 덮개부(12)가 본체부(11)에 근접하도록, 혹은, 덮개부(12)가 본체부(11)로부터 이간하도록, 이동될 수 있도록 되어 있다.
또, 본 실시 형태에서는, 덮개부(12)에, 피검사물(100)이 놓여지는 재치대(15)가 마련되어 있고, 재치대(15)는, 대차(13)에 의해서, 덮개부(12)와 일체로 이동한다. 그리고 덮개부(12)에 의해서 본체부(11)가 폐쇄되었을 때, 재치대(15)에 놓여진 피검사물(100)이 챔버(10) 내의 배치 공간(17)에 배치되도록 되어 있다.
도 3에 있어서는, 챔버(10) 내의 배치 공간(17)에 배치된 상태의 피검사물(100) 및 재치대(15)가 2점 쇄선으로 나타내져 있다. 본 실시 형태에서는, 재치대(15)가, 본체부(11) 내에 배치되었을 때, 제1 커버 부재(18A) 및 제2 커버 부재(18B)의 각각의 하단보다도, 하방에 위치되도록 되어 있다. 또, 도시한 예에서는, 재치대(15)상의 피검사물(100)이 챔버(10) 내의 배치 공간(17)에 배치되었을 때, 각 커버 부재(18A~18C)가, 상방 및 중심축 C에 직교하는 수평 방향의 양측에서부터 피검사물(100)을 둘러싸도록 되어 있다.
또, 본 실시 형태의 챔버(10)에 있어서는, 상술한 본체부(11) 및 덮개부(12)가 모두, 금속제의 판재(板材)와 판재에 적층된 단열재를 가지고 이루어진다. 금속제의 판재는, 예를 들면, 두께 12mm의 스텐레스강(SUS316L)제여도 된다. 또, 단열재는 두께 100mm의 이미 알고있는 단열재, 예를 들면 저발포 PET/PE시트재여도 된다.
또, 덮개부(12)에 의해서 본체부(11)를 폐쇄시킨 상태에서, 챔버(10)는 직경 2400mm, 길이 3400mm의 대략 원통 모양의 외형을 가지고 있다. 이 예에서는, 챔버(10)의 내용적은 15m3이다. 또한, 본 실시 형태에서는, 챔버(10)의 내용적이 15m3이지만, 10m3 이상 20m3 이하의 범위인 것이 바람직하다. 그렇지만, 이러한 챔버(10)의 내용적은, 특별히 한정되는 것이 아니고, 예를 들면 1.5m3 정도여도 되고, 25m3 정도여도 된다.
또, 도 1에 있어서, 부호 19는 본체부(11)의 측벽(側壁)에 형성된 통기구를 나타내고 있다. 이 통기구(19)에는, 배관(19A)을 통해서 진공 펌프(90)(도 2 참조) 등의 감압 수단이나 가압된 질소 탱크 등의 가압 수단(도시하지 않음)이 접속되어 있다. 이들 감압 수단 및 가압 수단에 의해서, 챔버(10) 내의 압력은, 예를 들면 10kPa 내지 150kPa의 범위에서 조정 가능하게 되어 있다.
다음에, 냉각 유닛(50)에 대해 설명한다. 도 2에 나타내는 것처럼, 본 실시 형태의 냉각 유닛(50)은, 챔버(10) 내에 일부가 배치되는 브라인 순환로(21)를 가지고 당해 브라인 순환로(21) 내에서 브라인을 순환시키는 브라인 순환 장치(20)와, 브라인 순환로(21) 중 챔버(10) 밖에 배치되는 부분에 있어서 상기 브라인을 냉각시키는 냉각 장치(40)를 가지고 있다.
브라인 순환 장치(20)는 전술한 브라인 순환로(21)와, 당해 브라인 순환로(21) 내에서 브라인을 순환시키는 펌프(22)와, 브라인 순환로(21) 내의 브라인의 양을 조절하는 브라인량 조정 기구(25)를 가지고 있다. 브라인량 조정 기구(25)는 브라인을 일정량 저장하는 브라인 탱크(27)와, 외부로부터 브라인 탱크(27)에 브라인을 적당히 공급하는 브라인 공급로(26)를 가지고 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 브라인으로서, 불소계 열 매체가 채용되어 있지만, 다른 브라인이 채용되어도 된다.
브라인 순환로(21)에 대해서 자세하게 설명하면, 도 2에 나타내는 것처럼, 브라인 순환로(21)는 챔버(10) 밖에 배치되는 상류측 유로(21A) 및 하류측 유로(21B)와, 이들 상류측 유로(21A)와 하류측 유로(21B)와의 사이에 마련되는 중간 유로(21C)를 가지고 있다. 상류측 유로(21A)와 하류측 유로(21B)는, 상술한 탱크(27)를 매개로 하여 접속되어 있고, 상류측 유로(21A)에는, 상술한 펌프(22)가 마련되어 있다.
한편, 도 1 및 도 2에 나타내는 것처럼, 중간 유로(21C)의 양단부 중 일단부에는, 브라인 유입구(23)가 마련되고, 타단부에는, 브라인 유출구(24)가 마련되며, 이들 브라인 유입구(23) 및 브라인 유출구(24)는, 챔버(10)의 외부에 배치되어 있다. 또, 중간 유로(21C) 중, 브라인 유입구(23)보다도 하류측의 부분이면서 브라인 유출구(24)보다도 상류측의 부분은, 챔버(10) 내에 배치되어 있다. 그리고 상류측 유로(21A)는 브라인 유입구(23)에 접속되어 있고, 하류측 유로(21B)는 브라인 유출구(24)에 접속되어 있다. 이것에 의해, 브라인 순환로(21)가 링 모양으로 형성된다.
여기서, 본 실시 형태에서는, 도 3에 나타내는 것처럼, 중간 유로(21C) 중 챔버(10) 내에 배치되는 부분이, 제1 배관 그룹(211)과 제2 배관 그룹(212)으로 구성되고, 제1 배관 그룹(211) 및 제2 배관 그룹(212)의 각각에는, 각각이 동일 방향(본 실시 형태에서는, 중심축 C 방향)을 따라서 연장되는 복수의 배관부(21P)가 포함되어 있다.
본 실시 형태에서는, 챔버(10) 내에 있어서, 제1 배관 그룹(211)이 중심축 C에 직교하는 수평 방향으로 일방측에 배치되고, 제2 배관 그룹(212)이 중심축 C에 직교하는 수평 방향의 타방측에 배치되고, 제1 배관 그룹(211) 및 제2 배관 그룹(212)의 사이에, 상술한 배치 공간(17)이 위치하고 있다. 그리고 도 3에 나타내는 것처럼, 제1 배관 그룹(211) 및 제2 배관 그룹(212)의 각각에 있어서, 복수의 배관부(21P)는 그 연장 방향에 직교하는 단면에서 보았을 경우에, 엇갈림식 배열(Staggered Arrangement)로 배치되어 있다. 즉, 이 예에서는, 상하 방향으로 늘어선 복수의 배관부(21P)의 열이 수평 방향으로 복수 개 늘어서 있고, 수평 방향으로 서로 이웃하는 일방의 열에 포함되는 배관부(21P)의 상하 방향의 위치와 타방의 열에 포함되는 배관부(21P)의 상하 방향의 위치가 어긋나도록, 복수의 배관부(21P)가 배치되어 있다. 또한, 각 배관부(21P)에는, 열교환율의 향상을 위해서 핀이 마련되는 것이 바람직하다.
또, 상술한 제1 커버 부재(18A)는 제1 배관 그룹(211)과 배치 공간(17)과의 사이에 위치하고, 제1 배관 그룹(211)을 따라서 연장되고, 이것에 의해 제1 배관 그룹(211)을 덮고 있다. 또, 상술한 제2 커버 부재(18B)는 제2 배관 그룹(212)과 배치 공간(17)과의 사이에 위치하며, 제2 배관 그룹(212)을 따라서 연장되고 제2 배관 그룹(212)을 덮고 있다.
또, 본 실시 형태에서는, 상술한 냉각 장치(40)가 2원식의 냉각 장치(2원 냉각 장치)로서 구성되어 있다. 즉, 도 2에 나타내는 것처럼, 냉각 장치(40)는 고온측 압축기(30), 수냉식의 응축기(31), 고온측 수액기(32), 고온측 팽창 밸브(33) 및 캐스케이드 콘덴서(34)가, 고온측 열 매체를 순환시키도록 당해 순서로 배관에 의해 접속된 고온측 냉각 회로(41)와, 저온측 압축기(35), 상술한 캐스케이드 콘덴서(34), 저온측 수액기(36), 저온측 팽창 밸브(37) 및 증발기(38)가, 저온측 열 매체를 순환시키도록 당해 순서로 배관에 의해 접속된 저온측 냉각 회로(42)를 가지고 있다. 그리고 캐스케이드 콘덴서(34)에서 저온측 열 매체가 고온측 열 매체에 의해서 냉각되고, 저온측 냉각 회로(42)의 증발기(38)에서 브라인이 저온측 열 매체에 의해서 냉각되도록 되어 있다.
브라인의 냉각 효율을 높일 수 있도록, 본 실시 형태의 냉각 장치(40)에서는, 고온측 열 매체로서 하이드로 탄화 불소의 일종인 R410A가 채용되고, 저온측 열 매체로서 하이드로 탄화 불소의 일종인 R23이 채용되어 있다. 또한, 고온측 및 저온측에서 채용할 수 있는 냉매의 조합(고온측 열 매체/저온측 열 매체)으로서는, R22/R23, R404/R23, R403/R23, 및 R410/R14 등을 들 수 있다. 또한, 열 매체로서, 혼합 냉매가 채용되어도 된다.
이상과 같은 냉각 장치(40)를 채용함으로써, 본 실시 형태에서는, 브라인 순환로(21) 내를 순환하는 브라인의 유량을 증대시키면서 브라인을 충분히 냉각시킴으로써, 챔버(10) 내의 공간을 효과적으로 냉각시키는 것이 가능하다. 구체적으로, 본 실시 형태의 브라인 순환 장치(20)는, 챔버(10) 내의 공간을 냉각시킬 때, 브라인을 소정의 온도로 하고, 120L/min으로, 브라인을 브라인 순환로(21) 내에서 순환시킴으로써, 4kW의 냉각 능력으로, 챔버(10) 내의 공간을 냉각시키도록 되어 있다. 또한, 인버터를 이용함으로써, 브라인의 냉각 능력을 가변으로 해도 상관없다. 또, 챔버(10)의 외부에서 브라인 순환로(21)에 있어서 브라인을 가열 제어함으로써, 브라인의 냉각 능력을 가변으로 해도 상관없다.
또, 도 2에 나타내는 것처럼, 본 실시 형태의 가열 유닛(60)은, 챔버(10) 내에 배치되는 히터(61)와, 히터(61)에 접속된 전류 제어부(62)를 가지고 있다. 즉, 본 실시 형태의 가열 유닛(60)은, 전기 히터에 의해서 챔버(10) 내의 공간을 가열하도록 되어 있다. 구체적으로, 본 실시 형태의 가열 유닛(60)은 5kW의 가온(加溫) 능력으로 히터(61)에 의해, 챔버(10) 내의 공간을 가열한다.
여기서, 본 실시 형태에 있어서, 히터(61)는, 도 3에 나타내는 것처럼, 팬(80)의 상방에 배치되어 있다. 자세하게는, 히터(61)는 복수의 관 모양 부분(61P)을 가지고, 이들 관 모양 부분(61P)은 본체부(11) 내의 원호(圓弧) 모양의 내벽면을 따라서 늘어선 상태로 배치되어 있다. 또한, 히터(61)의 각 관 모양 부분(61P)에는, 열교환율의 향상을 위해서 핀이 마련되는 것이 바람직하다.
또, 제어 장치(70)는 원하는 시험 환경을 실현할 수 있도록, 냉각 유닛(50) 및 가열 유닛(60)을 제어한다. 구체적으로, 본 실시 형태에서는, 제어 장치(70)가 냉각 유닛(50) 중 고온측 압축기(30), 저온측 압축기(35) 및 브라인 순환 장치(20)의 펌프(22), 및 가열 유닛(60)의 히터(61)(전류 제어부(62))를, 제어하도록 되어 있다.
특히, 본 실시 형태의 환경 시험 장치에 있어서는, 제어 장치(70)가 냉각 유닛(50) 및 가열 유닛(60)을 제어함으로써, 챔버(10) 내의 온도를 -67.5℃ 내지 127.5℃의 온도 범위 내의 원하는 설정 온도로 제어하도록 되어 있다. 또, 본 실시 형태에서는, 제어 장치(70)에 접속된 온도 센서 및 압력 센서가, 챔버(10) 내에 마련되어 있어, 챔버(10) 내의 온도 및 압력을 리얼타임으로 계측하도록 되어 있다.
다음에, 본 실시 형태의 작용에 대해 설명한다.
환경 시험을 개시할 때, 챔버(10)의 본체부(11)가 덮개부(12)에 의해서 폐쇄되어 있는 경우에는, 사용자는 본체부(11)와 덮개부(12)의 락 상태를 해제하고, 레일(14)을 따라서 대차(13)를 본체부(11)로부터 멀어지는 방향으로 이동시킨다. 이것에 의해, 덮개부(12)가 본체부(11)의 개구로부터 이간되어, 덮개부(12)에 마련된 재치대(15)가 챔버(10) 밖으로 노출된다. 그리고 사용자는, 예를 들면 수소 탱크 등의 피검사물(100)을 재치대(15)상에 재치하고, 이미 알고있는 고정구(固定具, 도시하지 않음)에 의해서 당해 피검사물을 재치대(15)에 대해서 고정한다.
이 상태에서, 사용자는 레일(14)을 따라서 대차(13)를 본체부(11)에 가까워지는 방향으로 이동시키고, 챔버(10)의 본체부(11)의 개구를 덮개부(12)에 의해서 폐쇄한다. 그리고 상기 락 기구를 이용하여, 덮개부(12)를 본체부(11)에 대해서 고정한다. 이것에 의해, 본체부(11)의 개구가 덮개부(12)에 의해 기밀하게 폐쇄된다.
그리고 사용자가 제어 장치(70)에 대해서 원하는 시험 환경(시험 온도)을 설정함으로써, 환경 시험이 개시된다. 일례로서, -60℃와 같은 저온역의 시험 온도가 설정되었을 경우에는, 먼저, 제어 장치(70)는 고온측 냉각 회로(41)의 고온측 압축기(30)를 구동시켜, 고온측 냉각 회로(41)에서의 고온측 열 매체의 도 2의 화살표 방향으로의 순환을 개시시킨다. 구체적으로는, 고온측 압축기(30)는 고온측 열 매체를 압축하여 고온·고압의 상태로 하여, 응축기(31)를 향해서 토출한다. 응축기(31)는 토출된 고온측 열 매체를, 외부로부터 공급되는 냉각수와 열교환시킴으로써 응축 액화시킨다. 응축 액화된 고온측 열 매체는, 고온측 수액기(32)를 거쳐 고온측 팽창 밸브(33)를 통과한다. 이 때, 고온측 팽창 밸브(33)는 고온측 열 매체를 감압시킨다. 이 감압된 고온측 열 매체는, 캐스케이드 콘덴서(34)를 거쳐 다시 고온측 압축기(30)로 유입되며, 이상의 냉각 사이클이 다시 반복된다.
또, 제어 장치(70)는 고온측 냉각 회로(41)의 고온측 압축기(30)를 구동시킴과 아울러, 저온측 냉각 회로(42)의 저온측 압축기(35)도 구동시켜, 저온측 냉각 회로(42)에서의 저온측 열 매체의 도 2의 화살표 방향으로의 순환을 개시시킨다. 구체적으로는, 저온측 압축기(35)는 저온측 열 매체를 압축하여 고온·고압의 상태로 하여, 캐스케이드 콘덴서(34)를 향해서 토출한다. 캐스케이드 콘덴서(34)는 토출된 저온측 열 매체를, 고온측 냉각 회로(41)를 순환하는 전술한 고온측 열 매체와 열교환시킴으로써, 응축 액화시킨다. 응축 액화된 저온측 열 매체는, 저온측 수액기(36)를 거쳐 저온측 팽창 밸브(37)를 통과한다. 이 때, 저온측 팽창 밸브(37)는 저온측 열 매체를 감압시킨다. 이 감압된 저온측 열 매체는, 증발기(38)를 거쳐 다시 저온측 압축기(35)로 유입되며, 이상의 냉각 사이클이 다시 반복된다. 이와 같이 하여, 캐스케이드 콘덴서(34)에서 저온측 열 매체가 고온측 열 매체에 의해서 냉각되고, 저온측 냉각 회로(42)의 증발기(38)에서 브라인이 저온측 열 매체에 의해서 냉각된다.
그리고 제어 장치(70)는 브라인 순환 장치(20)의 펌프(22)를 구동시켜, 브라인 순환로(21) 내의 브라인을 도 2의 화살표 방향에 순환시킨다. 이 때, 브라인은 펌프(22)에 의해 저온측 냉각 회로(42)의 증발기(38)를 향해 120L/min의 유량으로 공급된다. 공급된 브라인은 증발기(38)를 통해서 저온측 열 매체와 열교환되어 냉각된다. 냉각된 브라인은 챔버(10)를 향해 공급되며, 브라인 유입구(23)를 통해서 챔버(10) 내에 배치된 브라인 순환로(21), 즉 중간 유로(21C) 내에 공급된다. 그리고 브라인은 브라인 순환로(21)를 통해서 4kW의 냉각 능력으로 챔버(10) 내의 기체와 열교환을 행하여, 챔버(10) 내를 냉각시킨다. 그리고 챔버(10) 내의 기체와의 열교환을 끝낸 브라인은, 브라인 유출구(24)를 통해서 챔버(10) 밖으로 되돌려져, 다시 증발기(38)에 공급된다. 그리고 이상의 냉각 사이클이 다시 반복된다.
본 실시 형태에서는, 브라인에 의해 챔버(10) 내가 냉각되는 동안, 챔버(10)의 내벽에 마련된 2개의 팬(80)이 구동된다. 이것에 의해, 제1 커버 부재(18A) 및 제2 커버 부재(18B)와 챔버(10)의 내벽과의 사이에 배치된 브라인 순환로(21)(제1 배관 그룹(211) 및 제2 배관 그룹(212))에 의해서 냉각된 기체가, 배치 공간(17)에서 확산된다(대류(對流)된다). 이것에 의해, 배치 공간(17)이 효과적으로 냉각됨과 아울러, 배치 공간(17)에 있어서, 온도 분포의 편차가 억제된다.
이상의 냉각에 따라서, 챔버(10) 내의 기체가 수축되어 챔버(10) 내의 압력은 점차 감소한다. 이 때문에, 피검사물(100)을 대기압하에서 검사하고 싶은 경우, 사용자는 적당하게 챔버(10)의 본체부(11)의 측벽에 마련된 통기구(19)를 개폐하여, 챔버(10) 내의 압력을 대기압으로 유지시킨다. 또한, 본 실시 형태에서는, 챔버(10) 내의 압력은, 챔버(10) 내에 배치된 압력 센서에 의해 리얼타임으로 계측되어, 제어 장치(70)에 마련된 표시부(도시하지 않음)에 표시된다.
이상과 같은 냉각에 의해, 내용적이 15m3와 같은 비교적 대형의 챔버(10)임에도 불구하고, 당해 챔버(10) 내의 공간이, 8시간 이내와 같은 비교적 단시간 동안에, 실온(25℃)에서부터 -60℃까지 냉각되는 것을, 본건 발명자는 확인했다. 또, 챔버(10) 내의 온도는, 챔버(10) 내에 마련된 온도 센서에 의해 리얼타임으로 계측되며, 계측된 온도에 기초하여 피드백 제어가 행해진다. 이 때문에, 비교적 대형의 챔버(10)임에도 불구하고, 당해 챔버(10) 내, 특히 배치 공간(17)의 온도는, 설정 온도인 -60℃에 대해서 ±3℃의 오차 범위 내로 유지된다.
그리고 원하는 검사 시간이 경과하여 피검사물의 검사가 종료되면, 사용자는 제어 장치(70)에 대해서 냉각의 정지를 지시한다. 이것에 의해, 제어 장치(70)는 고온측 압축기(30), 저온측 압축기(35), 브라인 순환 장치(20)의 펌프(22) 및 팬(80)의 구동을, 각각 정지시키고, 환경 시험 장치(1)의 운전이 종료된다.
또, 제어 장치(70)에 대해서 120℃와 같은 고온역이 설정되었을 경우에는, 먼저, 제어 장치(70)는 가열 유닛(60)의 전류 제어부(62)를 제어하여, 챔버(10) 내에 배치된 히터(61)에 통전시킨다. 이것에 의해 히터(61)가 발열하여, 챔버(10) 내의 기체를 5kW의 가온 능력으로 가열한다. 히터(61)가 챔버(10) 내를 가열하는 동안, 챔버(10)의 내벽에 마련된 팬(80)이 구동된다. 이것에 의해, 저온역의 시험 온도의 경우와 마찬가지로, 챔버(10) 내의 공간에 있어서, 온도 분포의 편차가 억제된다.
이상의 가열에 따라서, 챔버(10) 내의 기체가 팽창하여 챔버(10) 내의 압력은 점차 증대된다. 이 때문에, 피검사물을 대기압하에서 검사하고 싶은 경우, 사용자는 적당하게 챔버(10)의 본체부(11)의 측벽에 마련된 통기구(19)를 개폐하여, 챔버(10) 내의 압력을 대기압으로 유지시킨다.
이상과 같은 가열에 의해, 내용적이 15m3와 같은 비교적 대형의 챔버(10) 내의 온도가, 8시간 이내와 같은 비교적 단시간에서, 실온(25℃)에서부터 ＋120℃까지 가열되는 것을, 본건 발명자는 확인했다. 또, 저온역의 시험 온도의 경우와 마찬가지로, 챔버(10) 내의 온도는, 챔버(10) 내에 마련된 온도 센서에 의해 리얼타임으로 계측되며, 계측된 온도에 기초하여 피드백 제어가 행해진다. 이 때문에, 비교적 대형의 챔버(10)임에도 불구하고, 당해 챔버(10) 내의 온도는 설정 온도인 120℃에 대해서 ±3℃의 오차 범위 내로 유지된다.
또한, 본 실시 형태의 환경 시험 장치(1)는, 시험 환경의 온도에 의존하지 않고, 챔버(10) 내를 예를 들면 10kPa와 같은 저압 상태로 하여 환경 시험을 행하는 것도 가능하다. 이 경우, 도 2에 나타내는 것처럼, 통기구(19)에 진공 펌프(90)가 접속되고, 가열 또는 냉각 중에 적당히 진공 펌프(90)가 구동되어 챔버(10) 내가 10kPa와 같은 저압 상태로 유지된다.
혹은, 본 실시 형태의 환경 시험 장치(1)는, 시험 환경의 온도에 의존하지 않고, 챔버(10) 내를 예를 들면 대기압보다도 고압인 150kPa로 하여 환경 시험을 행하는 것도 가능하다. 이 경우, 본 실시 형태에서는, 챔버(10) 내의 가열 또는 냉각을 개시하기 전에, 통기구(19)에 질소의 공급원(도시하지 않음)이 접속되어, 챔버(10) 내의 기체가 모두 질소로 치환된 다음에 챔버(10) 내의 압력이 150kPa로 유지된다.
이상에 기재한 본 실시 형태에 따른 환경 시험 장치(1)에 따르면, 고온측 냉각 회로(41)와 저온측 냉각 회로(42)를 가지는 2원식의 냉각 장치(40)를 이용함으로써, 챔버(10) 내에 비교적 넓은 공간을 확보했을 경우에도, 챔버(10) 내의 온도를 매우 저온역, 구체적으로는 -60℃ 근방까지 제어할 수 있다. 또, 고온역에 있어서는, 가열 유닛(60)에 의해서 챔버(10) 내의 온도를 120℃ 근방까지 제어할 수 있다. 이것에 의해, 피검사물이 수용되는 챔버(10) 내의 공간을 충분히 확보하면서, 당해 공간 내의 온도를, 넓은 온도 범위, 특히 매우 저온역까지 제어할 수 있음으로써 다양한 환경을 고려한 충분한 환경 시험을 피검사물에 대해서 행할 수 있다.
구체적으로, 본 실시 형태의 챔버(10)의 내용적은, 15m3이다. 이것에 의해, 복수의 피검사물에 대한 환경 시험을 동시에 행할 수 있거나, 다양한 사이즈의 피검사물에 대한 환경 시험을 행할 수 있거나 하는 충분한 공간을 확보할 수 있다. 또, 챔버(10)의 내용적이 상술한 값인 경우에는, 2원식의 냉각 장치(40)에 있어서 과잉으로 큰 출력을 확보하지 않더라도, 챔버(10) 내의 공간을 원하는 온도로 제어할 수 있다. 이것에 의해, 본 실시 형태에 의하면, 챔버(10) 내의 공간을 충분히 확보하면서, 비교적 간이한 구성으로 챔버(10) 내의 온도를 넓은 온도 범위까지 제어할 수 있음으로써, 실용성을 확보하는 것이 가능해진다.
또, 본 실시 형태의 브라인 순환 장치(20)는, 챔버(10) 내의 공간을 냉각시킬 때, 120L/min으로, 브라인을 브라인 순환로(21) 내에서 순환시킴으로써, 4kW의 범위의 냉각 능력으로, 챔버(10) 내의 공간을 냉각시키도록 되어 있다. 이것에 의해, 비교적 단시간에서, 챔버(10) 내의 온도를 -60℃ 근방까지 제어할 수 있음으로써, 실용성을 향상시킬 수 있다.
또, 본 실시 형태에서는, 챔버(10) 내에 배치되는 브라인 순환로(21)의 일부인 중간 유로(21C)가, 각각이 동일 방향을 따라서 연장되는 복수의 배관부(21P)를 가지고, 이들 복수의 배관부(21P)는, 그 연장 방향에 직교하는 단면에서 보았을 경우에, 엇갈림식 배열로 배치되어 있다. 이것에 의해, 챔버(10) 내에 배치되는 브라인 순환로(21)의 일부를 구성하는 복수의 배관부(21P)를 컴팩트하게 배치할 수 있어, 챔버(10) 내의 배치 공간(17)을 넓게 확보할 수 있다. 또, 챔버(10) 내의 기체를 배관부(21P)의 광범위에 접촉시킬 수 있기 때문에, 열교환율을 향상할 수 있다.
보다 구체적으로 본 실시 형태에서는, 중간 유로(21C)가 제1 배관 그룹(211)과 제2 배관 그룹(212)으로 구성되고, 제1 배관 그룹(211) 및 제2 배관 그룹(212)의 각각에 복수의 배관부(21P)가 포함되어 있고, 제1 배관 그룹(211)은 챔버(10) 내에 있어서 수평 방향의 일방측에 배치되고, 제2 배관 그룹(212)은 챔버(10) 내에 있어서 수평 방향의 타방측에 배치되고, 제1 배관 그룹(211) 및 제2 배관 그룹(212)의 사이에, 배치 공간(17)이 형성되어 있다. 이것에 의해, 제1 배관 그룹(211) 및 제2 배관 그룹(212)의 사이의 배치 공간(17)을 넓게 확보하고, 또한 이 배치 공간(17)을 수평 방향의 양측에서부터 온도 제어함으로써, 균일한 온도 분포를 얻을 수 있다.
또, 본 실시 형태에서는, 제1 배관 그룹(211)과 배치 공간(17)과의 사이에, 제1 배관 그룹(211)을 따라서 연장되는 제1 커버 부재(18A)가 배치되고, 제2 배관 그룹(212)과 배치 공간(17)과의 사이에, 제2 배관 그룹(212)을 따라서 연장되는 제2 커버 부재(18B)가 배치되어 있다. 이것에 의해, 제1 배관 그룹(211) 및 제2 배관 그룹(212)에 포함되는 배관부(21P)를 보호할 수 있다.
또, 챔버(10) 내에 있어서의 배치 공간(17)의 상방에는, 팬(80)이 배치되고, 팬(80)과 배치 공간(17)과의 사이에, 제3 커버 부재(18C)가 배치되며, 팬(80)은 제3 커버 부재(18C)를 향해서 송풍을 행하도록 되어 있다. 이것에 의해, 팬(80)을 구동함으로써, 챔버(10) 내의 공간의 온도 분포의 편차를 억제할 수 있다. 또, 제3 커버 부재(18C)에 의해서 팬(80)의 송풍이 배치 공간(17)에 배치되는 피검사물에 직접 닿는 것이 억제됨으로써, 피검사물의 온도 상태를 안정시킬 수 있다. 또한, 제3 커버 부재(18C)에 의해서 팬(80)을 보호할 수 있다.
또, 본 실시 형태에서는, 팬(80)의 상방에, 히터(61)가 배치되어 있으므로, 제3 커버 부재(18C)에 의해서 히터(61)를 보호할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태를 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상술한 실시 형태에 있어서는, 챔버(10)가 원통 모양으로 형성되어 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 챔버(10)는 직육면체 모양으로 형성되어도 되고, 종단면이 타원 모양의 통 모양으로 형성되어도 된다.
또, 상술한 실시 형태에서는, 2원식의 냉각 장치(40)에 의해서 브라인이 냉각되지만, 3단 이상의 다단식의 냉각 장치에 의해서 브라인이 냉각되어도 상관없다.
＜＜제2 실시 형태＞＞
다음에, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해 설명한다. 제2 실시 형태의 구성 부분에 있어서의 제1 실시 형태에서 설명한 구성 부분에 상당하는 부분에는 동일한 부호가 부여되어 있다. 또, 이하의 설명에서는, 제2 실시 형태의 구성 부분에 있어서의 제1 실시 형태의 구성 부분과 동일한 부분에 대해서는, 설명을 생략한다. 제2 실시 형태에 따른 환경 시험 장치(2)는 챔버(10) 내의 온도를 -67.5℃ 내지 127.5℃의 온도 범위 내의 원하는 설정 온도로 제어하지만, 냉각 유닛(50) 및 가열 유닛(60)의 구성이, 제1 실시 형태와 상이하다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 환경 시험 장치(2)의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 도 4에 나타내는 것처럼, 본 실시 형태에 따른 환경 시험 장치(2)는, 냉각 유닛(50)과, 가열 유닛(60)과, 온도 제어 대상 공간(S)을 규정하는 챔버(10)를 구비하고 있다. 이 환경 시험 장치(2)는 냉각 유닛(50) 및 가열 유닛(60)에 의해서, 온도 제어 대상 공간(S)의 온도를 저온에서부터 고온에 걸치는 온도 제어 범위 내의 원하는 온도로 온도 제어하는 것이 가능하게 되어 있다. 이하, 환경 시험 장치(2)의 각 구성에 대해 상술한다.
＜냉각 유닛＞
도 4에 나타내는 것처럼, 본 실시 형태에 있어서의 냉각 유닛(50)은, 저온측 냉동 장치(302)와, 저온측 브라인 순환 장치(303)를 가지고 있다. 냉각 유닛(50)은 저온측 냉동 장치(302)의 냉동 능력을 저온측 브라인 순환 장치(303)에 의해서 조절함으로써, 온도 제어 대상 공간(S)을 냉각시키는 것이 가능하게 되어 있다.
본 실시 형태에 있어서의 저온측 냉동 장치(302)는, 2원 냉동 장치이고, 제1 저온측 압축기(311), 제1 저온측 응축기(312), 제1 저온측 팽창 밸브(313) 및 제1 저온측 증발기(314)가, 이 순서로 제1 저온측 냉매를 순환시키도록 접속된 제1 저온측 냉동 회로(310)와, 제2 저온측 압축기(321), 제2 저온측 응축기(322), 제2 저온측 팽창 밸브(323) 및 제2 저온측 증발기(324)가, 이 순서로 제2 저온측 냉매를 순환시키도록 접속된 제2 저온측 냉동 회로(320)를 구비하고, 제1 저온측 응축기(312)와 제2 저온측 증발기(324)가, 서로 열교환 가능한 캐스케이드 콘덴서(CC)를 구성하고 있다.
제1 저온측 냉동 회로(310)에서는, 제1 저온측 압축기(311)에 의해서 압축된 제1 저온측 냉매가, 캐스케이드 콘덴서(CC)를 구성하는 제1 저온측 응축기(312)로 유입되어, 제2 저온측 냉동 회로(320)의 제2 저온측 증발기(324)에 의해서 응축된다. 그 후, 제1 저온측 냉매는 제1 저온측 팽창 밸브(313)에 의해서 감압되어 저온이 되어, 제1 저온측 증발기(314)로 유입된다. 도시한 예에서는, 제1 저온측 증발기(314)가 챔버(10) 내에 배치되어 있고, 제1 저온측 증발기(314)로 유입된 제1 저온측 냉매는, 온도 제어 대상 공간(S)의 열을 흡열하고, 제1 저온측 압축기(311)로 유입된다.
본 실시 형태에 있어서는, 제1 저온측 냉동 회로(310)에 있어서의 제1 저온측 팽창 밸브(313)의 하류측이면서 또한 제1 저온측 증발기(314)의 상류측에 위치하는 부분과, 제1 저온측 냉동 회로(310)에 있어서의 제1 저온측 증발기(314)의 하류측이면서 또한 제1 저온측 압축기(311)의 상류측에 위치하는 부분이, 서로 열교환 가능한 내부 열교환기(IC)를 구성하고 있다. 이것에 의해, 제1 저온측 증발기(314)를 통과하여 온도 상승된 제1 저온측 냉매가, 제1 저온측 압축기(311)에 흡입되기 전에, 제1 저온측 팽창 밸브(313)가 토출하는 저온의 제1 저온측 냉매에 의해서 냉각되도록 되어 있다.
제2 저온측 냉동 회로(320)에서는, 캐스케이드 콘덴서(CC)에서 제1 저온측 냉매의 열을 흡열한 제2 저온측 냉매가 제2 저온측 압축기(321)에 의해서 압축된다. 압축된 제2 저온측 냉매는, 제2 저온측 응축기(322)로 유입되어, 예를 들면 제2 저온측 응축기(322)를 흐르는 냉각수에 의해서 응축된다. 그 후, 제2 저온측 냉매는, 제2 저온측 팽창 밸브(323)에 의해서 감압되어 저온이 되어, 캐스케이드 콘덴서(CC)를 구성하는 제2 저온측 증발기(324)로 유입되고, 제1 저온측 응축기(312)에 유입된 제1 저온측 냉매를 냉각시킨다.
저온측 브라인 순환 장치(303)는 저온측 브라인을 순환시키기 위한 저온측 브라인 순환로(331)와, 저온측 브라인 순환로(331)의 일부를 구성하고 또한 받아 들인 저온측 브라인을 가열 가능한 저온측 가열부(332)와, 저온측 브라인 순환로(331)의 일부를 구성하고 또한 저온측 브라인을 저온측 브라인 순환로(331) 내에서 순환시키기 위한 구동력을 부여하는 저온측 펌프(333)와, 저온측 가열부(332)에 접속된 저온측 브라인 탱크(334)를 가지고 있다.
도시한 예에서는, 저온측 펌프(333)의 구동에 의해 저온측 브라인이 저온측 브라인 순환로(331) 내를 도면 중의 시계 회전 방향으로 순환했을 때, 저온측 가열부(332)가, 저온측 브라인의 순환에 따라서 받아 들인 저온측 브라인을 원하는 가열량으로 가열하는 것이 가능하게 되어 있다. 저온측 가열부(332)는 저온측 브라인을 유입시키는 케이스부와, 케이스부 내에 배치된 히터를 가지고, 히터의 가열량을 조절함으로써, 저온측 브라인의 가열 능력을 조절 가능하게 되어 있다. 본 실시 형태에 있어서, 저온측 가열부(332)는, 제1 저온측 팽창 밸브(313)에 의해서 감압되고 또한 내부 열교환기(IC)에서 열교환된 제1 저온측 냉매의 온도보다도 고온으로 저온측 브라인을 가열하는 것이 가능하게 되어 있다. 저온측 브라인 탱크(334) 내에는, 저온측 브라인이 저장되어 있고, 저장된 저온측 브라인의 액면(液面)과 저온측 브라인 탱크(334) 상벽(上壁)과의 사이에는 기층(氣層) 부분이 형성되어 있다. 저온측 가열부(332)의 케이스부는, 저온측 브라인 탱크(334)에 있어서의 기층 부분과 저온측 브라인의 액층 부분에 유체적(流體的)으로 접속되어 있다.
여기서, 본 실시 형태에서는, 제1 저온측 냉동 회로(310)에 있어서의 제1 저온측 팽창 밸브(313)의 하류측이면서 또한 제1 저온측 증발기(314)의 상류측에 위치하는 부분과, 저온측 브라인 순환로(331)에 있어서의 저온측 가열부(332)의 하류측에 위치하는 부분이, 서로 열교환 가능한 냉동 능력 조절 기구(FC)를 구성하고 있다. 도시한 예에 있어서, 냉동 능력 조절 기구(FC)는 제1 저온측 냉매가 흐르는 방향으로, 내부 열교환기(IC)의 하류측에 배치되어 있다. 즉, 내부 열교환기(IC)는 제1 저온측 냉매가 흐르는 방향으로, 냉동 능력 조절 기구(FC)의 상류측에 배치되어 있다. 보다 자세하게는, 제1 저온측 냉동 회로(310)에 있어서의 제1 저온측 팽창 밸브(313)로부터 토출된 제1 저온측 냉매가 제1 저온측 증발기(314)에 도달하는 부분에 있어서, 내부 열교환기(IC)는 냉동 능력 조절 기구(FC)의 상류측에 배치되어 있다. 이것에 의해, 저온측 냉동 장치(302)의 제1 저온측 냉동 회로(310)에 있어서의 제1 저온측 증발기(314)의 상류측의 부분에서, 제1 저온측 냉매를 브라인에 의해 가열하는 것이 가능하게 되어 있다.
＜가열 유닛＞
다음에, 가열 유닛(60)에 대해 설명한다. 도 4에 나타내는 것처럼, 본 실시 형태에 따른 가열 유닛(60)은, 가열측 냉동 장치(402)와, 가열측 브라인 순환 장치(403)를 가지고 있다. 이 가열 유닛(60)에서는, 가열측 브라인 순환 장치(403)가 온도 제어 대상 공간(S)의 온도를 가열 또는 냉각시키는 것이 가능하게 되어 있다. 가열측 냉동 장치(402)는 가열측 브라인 순환 장치(403)의 가열 능력 또는 냉동 능력을 조절하는 경우에, 가열측 브라인 순환 장치(403) 내를 순환하는 가열측 브라인을 냉각시키도록 구성되어 있다.
본 실시 형태에 있어서의 가열측 냉동 장치(402)는, 단원식(單元式)의 냉동 장치이며, 가열측 압축기(411), 가열측 응축기(412), 가열측 팽창 밸브(413) 및 가열측 증발기(414)가, 이 순서로 가열측 냉매를 순환시키도록 접속된 가열측 냉동 회로(410)와, 가열측 냉동 회로(410)를 통류하는 가열측 냉매를 바이패스하기 위해서 마련된 인젝션 회로(420) 및 핫 가스 회로(424)와, 가열측 냉동 회로(410)를 통류하는 가열측 냉매를 과냉각하기 위한 과냉각 회로(416)를 구비하고 있다. 도 5는 가열측 냉동 장치(402)의 확대도이다. 이하, 도 5를 참조하면서 가열측 냉동 장치(402)의 각 구성을 상세하게 설명한다.
도 5에 나타내는 가열측 냉동 회로(410)에서는, 기본적인 냉매의 흐름으로서, 가열측 압축기(411)에 의해서 압축된 가열측 냉매가, 가열측 응축기(412)로 유입되고, 가열측 응축기(412)로 유입된 가열측 냉매는, 예를 들면 냉각수에 의해서 응축된다. 그 후, 가열측 냉매는, 가열측 팽창 밸브(413)에 의해서 감압되어 저온이 되어, 가열측 증발기(414)로 유입된다. 가열측 증발기(414)로 유입된 냉매는, 열교환을 행한 후에, 가열측 압축기(411)로 유입된다. 자세한 것은 후술하지만, 본 실시 형태에 있어서의 가열측 냉동 장치(402)는, 가열측 증발기(414)에 의해서 가열측 브라인 순환 장치(403) 내를 순환하는 가열측 브라인을 냉각시키도록 구성되어 있다.
인젝션 회로(420)는 가열측 냉동 회로(410)에 있어서의 가열측 응축기(412)의 하류측이면서 또한 가열측 팽창 밸브(413)의 상류측에 위치하는 부분 및 가열측 냉동 회로(410)에 있어서의 가열측 증발기(414)의 하류측이면서 또한 가열측 압축기(411)의 상류측에 위치하는 부분을, 가열측 냉매가 통류 가능하도록 연통(접속)하는 인젝션 유로(421)와, 인젝션 유로(421)를 통류하는 냉매의 유량을 조절 가능한 인젝션 밸브(422)를 가지고 있다. 이 인젝션 회로(420)에서는, 인젝션 밸브(422)의 개도(開度)를 조절함으로써, 가열측 응축기(412)의 하류측을 통류하는 응축된 가열측 냉매를 가열측 압축기(411)의 상류측으로 바이패스하는 것이 가능하게 되어 있다.
핫 가스 회로(424)는, 가열측 냉동 회로(410)에 있어서의 가열측 압축기(411)의 하류측이면서 또한 가열측 응축기(412)의 상류측에 위치하는 부분 및 인젝션 유로(421)에 있어서의 인젝션 밸브(422)의 하류측에 위치하는 부분을, 냉매가 통류 가능하도록 연통(접속)하는 핫 가스 유로(425)와, 핫 가스 유로(425)를 통류하는 냉매의 유량을 조절 가능한 핫 가스 밸브(426)를 가지고 있다. 이 핫 가스 회로(424)는, 핫 가스 밸브(426)의 개도를 조절함으로써, 가열측 압축기(411)의 하류측을 통류하는 고온 고압의 냉매를 가열측 압축기(411)의 상류측으로 바이패스하는 것이 가능하게 되어 있다.
또 본 실시 형태에 있어서, 과냉각 회로(416)는, 가열측 냉동 회로(410)에 있어서의 가열측 응축기(412)의 하류측이면서 또한 인젝션 유로(421)와의 접속 위치의 상류측에 위치하는 부분 및 가열측 냉동 회로(410)에 있어서의 가열측 압축기(411)를, 가열측 냉매가 통류 가능하도록 연통(접속)하는 과냉각용 바이패스 유로(417)와, 과냉각용 바이패스 유로(417)를 통류하는 냉매의 유량을 제어하는 과냉각 제어 밸브(418)를 가지고 있다. 본 실시 형태에서는, 과냉각용 바이패스 유로(417)에 있어서의 과냉각 제어 밸브(418)의 하류측에 위치하는 부분과, 가열측 냉동 회로(410)에 있어서의 과냉각용 바이패스 유로(417)와의 접속 위치의 하류측이면서 또한 인젝션 유로(421)와의 접속 위치의 상류측에 위치하는 부분이, 서로 열교환 가능한 과냉각용 열교환기(SC)를 구성하고 있다.
과냉각용 열교환기(SC)에서는, 과냉각 제어 밸브(418)를 엶으로써, 가열측 응축기(412)의 하류측을 통류하는 응축된 가열측 냉매를, 과냉각용 바이패스 유로(417)에 있어서의 과냉각 제어 밸브(418)의 하류측에서 팽창시켜 저온으로 함으로써, 가열측 응축기(412)로부터 과냉각용 열교환기(SC)를 통해서 가열측 팽창 밸브(413)측으로 통류하는 냉매에 대해서 과냉각도를 부여할 수 있게 되어 있다. 한편, 과냉각용 바이패스 유로(417)를 통류한 가열측 냉매는, 가열측 냉동 회로(410)에 있어서의 가열측 압축기(411)의 상류측이면서 또한 가열측 증발기(414)의 하류측에 위치하는 부분으로 유입된다. 구체적으로 본 실시 형태에 있어서는, 과냉각용 바이패스 유로(417)를 통류한 냉매가, 가열측 압축기(411)에 의한 가열측 냉매의 압축 중에, 가열측 압축기(411)에서 압축되고 있는 가열측 증발기(414)를 통과한 가열측 냉매에 합류하도록 되어 있다.
또, 도시한 예에서는, 가열측 냉동 회로(410)에 있어서의 가열측 응축기(412)의 하류측이면서 또한 과냉각용 바이패스 유로(417)와의 접속 위치의 상류측에 위치하는 부분에, 리시버 탱크(415A)와 필터 드라이어(415B)가, 이 순서로 마련되어 있다.
도 4로 돌아가, 가열측 브라인 순환 장치(403)는, 가열측 브라인을 순환시키기 위해서 링 모양을 이루는 가열측 브라인 순환로(431)와, 가열측 브라인 순환로(431)의 일부를 구성하고 또한 받아 들인 가열측 브라인을 가열 가능한 가열 유닛측 메인 가열부(432)와, 가열측 브라인 순환로(431)의 일부를 구성하고 또한 브라인을 가열측 브라인 순환로(431) 내에서 순환시키기 위한 구동력을 부여하는 가열측 펌프(433)와, 가열측 펌프(433)의 하류측에 배치되어 가열측 브라인 순환로(431)의 일부를 구성하고 또한 받아 들인 가열측 브라인을 가열 가능한 제1 가열 유닛측 서브 가열부(434A) 및 제2 가열 유닛측 서브 가열부(434B)와, 제1 가열 유닛측 서브 가열부(434A)의 하류측에 배치되어 가열측 브라인 순환로(431)의 일부를 구성하는 제1 부하부(435A)와, 제2 가열 유닛측 서브 가열부(434B)의 하류측에 배치되어 가열측 브라인 순환로(431)의 일부를 구성하는 제2 부하부(435B)와, 가열 유닛측 메인 가열부(432)에 접속된 가열측 브라인 탱크(436)를 가지고 있다. 가열측 브라인은 상(相)변화하지 않거나 또는 상변화하지 않는 범위에서, 부하부(435A, 435B)에 있어서 열을 방열 또는 흡열 가능한 물질로서, 원하는 온도 제어 범위에 따라서, 그 종류가 선택된다. 가열측 브라인은, 예를 들면 에틸렌글리콜(ethylene glycol) 수용액, 염화 칼슘 수용액, 물 등이어도 된다.
본 실시 형태에서는, 가열측 브라인 순환로(431)에 있어서의 가열측 펌프(433)의 하류측의 부분이, 제1 분기부(431A)와 제2 분기부(431B)로 분기되어 있고, 제1 가열 유닛측 서브 가열부(434A) 및 제1 부하부(435A)의 각각은, 제1 분기부(431A)의 일부를 구성하고, 제2 가열 유닛측 서브 가열부(434B) 및 제2 부하부(435B)의 각각은, 제2 분기부(431B)의 일부를 구성하고 있다. 제1 분기부(431A)와 제2 분기부(431B)는, 제1 부하부(435A) 및 제2 부하부(435B)의 하류측에서 합류하고 있다. 제1 분기부(431A)와 제2 분기부(431B)와의 합류 위치를 통과한 브라인은, 후술하는 가열 능력 조절용 열교환기(HC)를 통과한 후, 가열 유닛측 메인 가열부(432)측으로 흘러, 가열 유닛측 메인 가열부(432)를 통과 후에, 재차, 제1 분기부(431A)와 제2 분기부(431B)로 유입되도록 되어 있다.
가열 유닛측 메인 가열부(432), 제1 가열 유닛측 서브 가열부(434A) 및 제2 가열 유닛측 서브 가열부(434B)의 각각은, 가열측 펌프(433)의 구동에 의해 가열측 브라인이 가열측 브라인 순환로(431) 내를 순환했을 때, 가열측 브라인의 순환에 따라서 받아 들인 가열측 브라인을 원하는 가열량으로 가열하는 것이 가능하게 되어 있다. 각 가열부(432, 434A, 434B)는, 가열측 브라인을 유입시키는 케이스부와, 케이스부 내에 배치된 히터를 가지고, 히터의 가열량을 조절함으로써, 가열측 브라인의 가열 능력을 조절 가능하게 되어 있다. 도시한 예에서는, 가열 유닛측 메인 가열부(432)에 복수의 히터가 배치되고, 제1 가열 유닛측 서브 가열부(434A) 및 제2 가열 유닛측 서브 가열부(434B)에는, 각각 1개의 히터가 배치된다. 그렇지만, 이러한 히터의 개수는 특별히 한정되는 것이 아니고, 온도 제어 대상 공간(S)에 설정되는 최대의 제어 온도에 따라 설정되면 된다.
도 4에 나타내는 것처럼, 본 실시 형태에 있어서, 제1 부하부(435A) 및 제2 부하부(435B)는, 챔버(10) 내에 배치되고, 온도 제어 대상 공간(S)에 있어서 브라인의 열을 방열하거나, 또는 브라인에 온도 제어 대상 공간(S)의 열을 흡열하는 것이 가능하게 되어 있다. 즉, 가열 유닛(60)은 온도 제어 대상 공간(S)을 가열할 때에는, 제1 부하부(435A) 및 제2 부하부(435B)로부터 온도 제어 대상 공간(S)에 열을 방열하는 한편, 온도 제어 대상 공간(S)을 냉각시킬 때에는, 제1 부하부(435A) 및 제2 부하부(435B)에 온도 제어 대상 공간(S)의 열을 흡열한다.
또 가열측 브라인 탱크(436) 내에는, 브라인이 저장되어 있고, 저장된 브라인의 액면과 가열측 브라인 탱크(436) 상벽과의 사이에는 기층 부분이 형성되어 있다. 가열 유닛측 메인 가열부(432)의 케이스부는, 가열측 브라인 탱크(436)에 있어서의 기층 부분과 가열측 브라인의 액층 부분에 유체적으로 접속되어 있다.
여기서, 본 실시 형태에서는, 도 4에 나타내는 것처럼, 가열측 브라인 순환로(431)의 일부와, 가열측 냉동 장치의 가열측 증발기(414)가, 서로 열교환 가능한 가열 능력 조절용 열교환기(HC)를 구성하고 있다. 자세하게는, 본 실시 형태에 있어서는, 가열측 브라인 순환로(431)에 있어서의 제1 부하부(435A) 및 제2 부하부(435B)의 하류측이면서 또한 가열 유닛측 메인 가열부(432)의 상류측에 위치하는 부분과, 가열측 증발기(414)가, 가열 능력 조절용 열교환기(HC)를 구성하고 있다. 이것에 의해, 가열측 브라인 순환 장치(403)에 있어서의 가열측 브라인을 가열측 냉동 장치(402)에 의해서 냉각시킬 수 있다. 그리고 본 실시 형태에서는, 가열측 냉동 장치(402)에 의해서 냉각된 가열측 브라인이, 가열 유닛측 메인 가열부(432), 제1 가열 유닛측 서브 가열부(434A) 및 제2 가열 유닛측 서브 가열부(434B)에 의해서 가열되거나, 또는 가열되지 않고 이것들을 통과함으로써, 원하는 가열 능력 또는 냉동 능력으로, 온도 제어 대상 공간(S)을 온도 제어하는 것이 가능하게 되어 있다.
＜제어 장치＞
다음에, 제어 장치(70)에 대해 설명한다. 도 4에 있어서는, 제어 장치(70)와, 냉각 유닛(50) 및 가열 유닛(60)에 마련된 복수의 온도 센서 및 압력 센서가 나타내져 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 제어 장치(70)가, 복수의 온도 센서 및 압력 센서의 검출에 기초하여, 냉각 유닛(50)의 각 부(저온측 펌프(333), 제1 저온측 압축기(311), 제2 저온측 압축기(321), 저온측 가열부(332) 등) 및 가열 유닛(60)에 있어서의 각 부(가열측 펌프(433), 가열측 압축기(411), 인젝션 밸브(422), 핫 가스 밸브(426), 가열부(432, 434A, 434B) 등)를 제어하도록 구성되어 있다.
예를 들면, 본 실시 형태에 있어서의 제어 장치(70)는, 저온측 펌프(333), 제1 저온측 압축기(311), 및 제2 저온측 압축기(321)의 구동과 정지를 전환하는 것이 가능함과 아울러, 가열측 펌프(433), 및 가열측 압축기(411)의 구동과 정지를 전환하는 것이 가능하다. 또, 제어 장치(70)는 설정된 목표 냉동 능력에 기초하여 인젝션 밸브(422)의 개도 및 핫 가스 밸브(426)의 개도를 조절함으로써, 가열측 증발기(414)로 유입되는 가열측 냉매의 유량을 조절하여, 가열측 증발기(414)에 목표 냉동 능력을 출력시키도록 되어 있다. 여기서, 목표 냉동 능력은 유저에 의해서 온도 제어 대상 공간(S)에 설정되는 목표 온도 등에 따라서, 제어 장치(70)에 의해서 연산되어도 된다.
또 도 5에 있어서, 부호 428은 가열측 증발기(414)의 하류측에서부터 가열측 압축기(411)로 유입되기 전의 가열측 냉매의 온도를 검출하는 온도 센서를 나타내고, 부호 429는 가열측 증발기(414)의 하류측에서부터 가열측 압축기(411)로 유입되기 전의 가열측 냉매의 압력을 검출하는 압력 센서를 나타내고 있다. 도시한 예에 있어서, 가열측 온도 센서(428) 및 가열측 압력 센서(429)는, 인젝션 회로(420) 및 핫 가스 회로(424)의 가열측 냉동 회로(410)로의 접속 위치보다도 하류측에 배치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이 가열측 냉동 장치(402)의 냉동 능력을 조절할 때, 제어 장치(70)가, 온도 센서(428)가 검출한 온도 및 압력 센서(429)가 검출한 압력에 기초하여 인젝션 밸브(422)의 개도 및 핫 가스 밸브(426)의 개도를 조절함으로써, 가열측 압축기(411)로 유입되는 가열측 냉매를 기상(氣相) 상태이면서 또한 소정의 온도 이하로 하도록 되어 있다. 소정의 온도는, 예를 들면, 가열측 압축기(411)에 소손(燒損)이 생기지 않는 정도의 온도이다.
＜챔버(10) 내의 구조＞
또 도 10은 도 4에 나타내는 환경 시험 장치(2)의 챔버(10)의 종단면도이다. 도 10에 나타내는 것처럼, 본 실시 형태에 있어서의 제1 저온측 증발기(314)는, 챔버(10) 내에 있어서 수평 방향의 일방측에 배치되는 제1 증발기(314A)와, 챔버(10) 내에 있어서 수평 방향의 타방측에 배치되는 제2 증발기(314B)를 가지고 있다. 제1 증발기(314A) 및 제2 증발기(314B)는 각각, 제1 저온측 팽창 밸브(313)에 의해서 감압된 제1 저온측 냉매가 공급된다. 또, 제1 증발기(314A) 및 제2 증발기(314B)를 통과한 제1 저온측 냉매는, 합류한 후, 제1 저온측 압축기(311)를 향하여 흐르도록 되어 있다.
여기서, 제1 증발기(314A) 및 제2 증발기(314B)의 각각에는, 각각이 동일 방향(본 실시 형태에서는, 중심축 C 방향)을 따라서 연장되는 복수의 배관부(314P)가 포함되어 있다. 그리고 제1 증발기(314A) 및 제2 증발기(314B)의 각각에 있어서, 복수의 배관부(314P)는, 그 연장 방향에 직교하는 단면에서 보았을 경우에, 엇갈림식 배열(Staggered Arrangement)로 배치되어 있다. 이러한 배관부(314P)의 각각에는, 제1 저온측 냉매가 통류하도록 되어 있다.
또, 가열 유닛(60)에 있어서의 제1 부하부(435A)는, 챔버(10) 내에 있어서 수평 방향의 일방측에 배치되고, 제2 부하부(435B)는, 챔버(10) 내에 있어서 수평 방향의 타방측에 배치되어 있다. 제1 부하부(435A) 및 제2 부하부(435B)의 각각에 있어서도, 각각이 동일 방향(본 실시 형태에서는, 중심축 C 방향)을 따라서 연장되는 복수의 배관부(435P)가 포함되어 있다. 그리고 제1 부하부(435A) 및 제2 부하부(435B)의 각각에 있어서, 복수의 배관부(435P)는 그 연장 방향에 직교하는 단면에서 보았을 경우에, 엇갈림식 배열로 배치되어 있다.
또, 제1 증발기(314A) 및 제1 부하부(435A)와, 제2 증발기(314B) 및 제2 부하부(435B)와의 사이에, 피검사물의 배치 공간이 형성되어 있다. 여기서, 본 실시 형태에서는, 제1 증발기(314A)가 제1 부하부(435A)의 상방에 배치되고, 제2 증발기(314B)가 제2 부하부(435B)의 상방에 배치되어 있다. 또, 제1 증발기(314A) 및 제1 부하부(435A)와, 배치 공간과의 사이에, 제1 증발기(314A) 및 제1 부하부(435A)를 덮는 제1 커버 부재(18A)가 배치되어 있다. 즉, 제1 커버 부재(18A)는 제1 증발기(314A) 및 제1 부하부(435A)에 근접하며, 제1 증발기(314A) 및 제1 부하부(435A)를 배치 공간측에서부터 덮고 있다. 또, 제2 증발기(314B) 및 제2 부하부(435B)와, 배치 공간과의 사이에, 제2 증발기(314B) 및 제2 부하부(435B)를 덮는 제2 커버 부재(18B)가 배치되어 있다. 즉, 제2 커버 부재(18B)는 제2 증발기(314B) 및 제2 부하부(435B)에 근접하며, 제2 증발기(314B) 및 제2 부하부(435B)를 배치 공간측에서부터 덮고 있다. 또한, 챔버(10) 내에 있어서의 상기 배치 공간의 상방에는, 팬(80)이 배치되고, 챔버(10) 내에는, 팬(80)을 상기 배치 공간측에서부터 덮는 제3 커버 부재(18C)가 배치되어 있다. 그리고 팬(80)이, 제3 커버 부재(18C)를 향해서 송풍을 행하도록 되어 있다.
＜동작＞
다음에 본 실시 형태에 따른 환경 시험 장치(2)의 동작에 대해서, 도 6~도 8을 이용하여 설명한다. 환경 시험 장치(2)는 제어 장치(70)의 제어에 의해서 냉각 유닛(50) 및 가열 유닛(60)의 운전 상태를 전환함으로써, 저온역, 중온역 또는 고온역에 있어서의 원하는 온도로 온도 제어 대상 공간(S)의 온도를 조절하도록 구성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 일례로서, 저온역은 -60℃~－20℃의 범위이며, 중온역은 －19℃~＋25℃의 범위이며, 고온역은 ＋26℃~＋120℃의 범위이지만, 이러한 각 범위는 특별히 한정되는 것은 아니다.
도 6은 냉각 유닛(50)에 있어서의 제1 저온측 냉동 회로(310)의 몰리에르 선도의 일례를 나타내는 도면이고, 도 7은 가열 유닛(60)에 있어서의 가열측 냉동 장치(402)의 몰리에르 선도의 일례를 나타내는 도면이다. 도 8은 저온역의 온도 제어를 행하는 경우의 상태를 나타내는 도면이고, 도 9는 중온역 또는 고온역의 온도 제어를 행하는 경우의 상태를 나타내는 도면이다. 이하에서는, 저온역, 중온역 및 고온역의 제어 양태가 이 순서로 설명된다.
(저온역의 온도 제어)
저온역의 온도 제어를 행하는 경우, 냉각 유닛(50)에 있어서는, 제1 저온측 압축기(311), 제2 저온측 압축기(321) 및 저온측 펌프(333)가 구동된다. 한편, 가열 유닛(60)에 있어서는, 가열측 브라인 순환 장치(403)에 있어서 가열측 펌프(433)가 구동되고, 가열측 냉동 장치(402)는 정지 상태로 되며, 가열측 냉매는 순환되지 않는다. 도 8에 있어서, 배관상에 그려진 굵은선은, 냉매 또는 브라인이 순환하고 있는 라인을 나타내고, 저온역의 온도 제어시의 동작 상태가 나타내져 있다.
이 때, 제1 저온측 냉동 회로(310)에서는, 제1 저온측 압축기(311)에 의해서 압축된 제1 저온측 냉매가, 캐스케이드 콘덴서(CC)를 구성하는 제1 저온측 응축기(312)로 유입되어, 제2 저온측 냉동 회로(320)의 제2 저온측 증발기(324)에 의해서 응축된다. 그 후, 제1 저온측 냉매는, 제1 저온측 팽창 밸브(313)에 의해서 감압되어 저온이 되어, 제1 저온측 증발기(314)로 유입된다. 그리고 제1 저온측 증발기(314)로 유입된 제1 저온측 냉매는, 온도 제어 대상 공간(S)의 열을 흡열하고, 제1 저온측 압축기(311)로 유입된다.
본 실시 형태에서는, 내부 열교환기(IC)가 마련됨으로써, 제1 저온측 증발기(314)를 통과하여 온도 상승된 제1 저온측 냉매가, 제1 저온측 압축기(311)에 흡입되기 전에, 제1 저온측 팽창 밸브(313)가 토출하는 저온의 제1 저온측 냉매에 의해서 냉각된다. 이것에 의해, 과잉한 과열도를 가진 제1 저온측 냉매가 제1 저온측 압축기(311)에 흡입되는 것을 억제할 수 있다.
한편, 제2 저온측 냉동 회로(320)에서는, 캐스케이드 콘덴서(CC)에서 제1 저온측 냉매의 열을 흡열한 제2 저온측 냉매가 제2 저온측 압축기(321)에 의해서 압축된다. 압축된 제2 저온측 냉매는, 제2 저온측 응축기(322)로 유입되어, 제2 저온측 응축기(322)를 흐르는 냉각수에 의해서 응축된다. 그 후, 제2 저온측 냉매는 제2 저온측 팽창 밸브(323)에 의해서 감압되어 저온이 되어, 캐스케이드 콘덴서(CC)를 구성하는 제2 저온측 증발기(324)로 유입되어, 제1 저온측 응축기(312)에 유입된 제1 냉매를 다시 냉각시킨다. 또한, 본 실시 형태에서는, 제1 저온측 압축기(311) 및 제2 저온측 압축기(321)는, 제어의 안정성을 위해서 일정한 출력으로 운전된다.
또 저온측 브라인 순환 장치(303)에서는, 저온측 브라인 순환로(331) 내를 저온측 브라인이 순환하여, 저온측 가열부(332)에 의해서 저온측 브라인을 적당히 가열하는 것이 가능하게 되어 있다.
그리고 본 실시 형태에서는, 냉동 능력 조절 기구(FC)가 마련됨으로써, 저온측 냉동 장치(302)의 제1 저온측 냉동 회로(310)에 있어서의 제1 저온측 증발기(314)의 상류측의 부분에서, 제1 저온측 냉매를, 저온측 가열부(332)에 의해서 가열된 브라인에 의해 가열할 수 있다. 그리고 이 때, 브라인의 가열 능력에 따라 제1 저온측 증발기(314)에 있어서의 냉동 능력을 조절할 수 있다.
한편, 가열측 브라인 순환 장치(403)에서는, 가열측 브라인 순환로(431) 내를 가열측 브라인이 순환하여, 가열 유닛측 메인 가열부(432) 등에 의해서 가열측 브라인을 적당히 가열하는 것이 가능하게 되어 있다. 냉각 유닛(50)에 의해서 저온역에서의 온도 제어를 행하는 경우에, 이와 같이 가열측 브라인을 순환시키는 구성에 의하면, 저온역에서부터 중온역 또는 고온역으로의 온도 제어로 전환하는 경우에, 저온역에서부터 중온역 또는 고온역에 있어서의 원하는 온도로의 도달 시간을 효과적으로 단축시킬 수 있다. 또한, 저온역의 온도 제어를 행하는 경우에는, 가열측 브라인은 가열되지 않는다.
여기서, 도 6을 이용하여, 냉각 유닛(50)에서 행하는 냉동 능력의 조절에 대해 상술한다. 도 6에 나타내는 것처럼, 냉각 유닛(50)에 있어서의 냉동 사이클에서는, 제1 저온측 압축기(311)에 흡입된 제1 저온측 냉매는, 점 A로부터 점 B로의 이행으로 나타내지는 것처럼, 압축된다. 제1 저온측 압축기(311)에 의해서 토출된 제1 저온측 냉매는, 제1 저온측 응축기(312)에 의해서 응축됨으로써 냉각되며, 점 B로부터 점 C로의 이행으로 나타내지는 것처럼, 그 비(比)엔탈피(enthalpy)가 저감된다.
그 다음에, 제1 저온측 응축기(312)에 의해서 응축된 제1 저온측 냉매는, 점 C로부터 점 D로의 이행으로 나타내지는 것처럼, 제1 저온측 팽창 밸브(313)에 의해서 감압되어 저온이 된다. 그 후, 제1 저온측 팽창 밸브(313)로부터 토출된 제1 저온측 냉매는, 내부 열교환기(IC)에서, 제1 저온측 압축기(311)로 유입되기 직전의 제1 저온측 냉매와 열교환하여, 점 D로부터 점 E로의 이행으로 나타내지는 것처럼, 흡열하여, 그 비엔탈피가 증가한다. 그 후, 제1 저온측 냉매는, 냉동 능력 조절 기구(FC)에서, 가열된 저온측 브라인과 열교환하여, 점 E로부터 점 F로의 이행으로 나타내지는 것처럼, 흡열하여, 그 비엔탈피가 증가한다.
그 다음에, 제1 저온측 냉매는, 제1 저온측 증발기(314)로 유입되어, 온도 제어 대상 공간(S)의 열을 흡열하여, 점 F로부터 점 G로의 이행으로 나타내지는 것처럼, 그 비엔탈피가 증가한다. 그리고 제1 저온측 증발기(314)를 통과한 제1 저온측 냉매는, 내부 열교환기(IC)에서, 제1 저온측 팽창 밸브(313)로부터 토출된 저온의 제1 저온측 냉매와 열교환하여, 점 G로부터 점 H로의 이행으로 나타내지는 것처럼, 냉각되어, 그 비엔탈피가 저감된다. 이것에 의해, 과잉한 과열도를 가진 제1 저온측 냉매가 제1 저온측 압축기(311)에 흡입되는 것을 억제할 수 있다. 그 후, 제1 저온측 냉매는, 제1 저온측 압축기(311)로 유입되어 압축된다.
상술한 몰리에르 선도 중에 있어서, 점 F는 가열된 저온측 브라인의 가열 능력에 따라서, 그 위치를 화살표에 나타내는 것처럼 변동시킬 수 있다. 여기서, 제1 저온측 냉동 회로(310)의 냉동 능력은, 부호 W로 나타내지는, 제1 저온측 증발기(314)에 유입 직전의 제1 저온측 냉매의 비엔탈피와, 제1 저온측 증발기(314)로부터 유출 직후의 제1 저온측 냉매의 비엔탈피와의 차에 비례한다. 그 때문에, 본 실시 형태에서는, 가열된 저온측 브라인의 가열 능력을 조절함으로써, 제1 저온측 냉동 회로(310)의 냉동 능력을 조절할 수 있게 된다.
(중온역의 온도 제어)
중온역의 온도 제어를 행하는 경우, 냉각 유닛(50)에 있어서는, 제1 저온측 압축기(311), 제2 저온측 압축기(321) 및 저온측 펌프(333)가 구동되지 않는다. 한편, 가열 유닛(60)에 있어서는, 가열측 브라인 순환 장치(403)에 있어서 가열측 펌프(433)가 구동되고, 가열측 냉동 장치(402)에 있어서 가열측 압축기(411)가 구동된다. 도 9에 있어서, 배관상에 그려진 굵은선은, 냉매 또는 브라인이 순환하고 있는 라인을 나타내고, 중온역의 온도 제어시의 동작 상태가 나타내져 있다.
이 때, 가열측 냉동 장치(402)의 가열측 냉동 회로(410)에서는, 가열측 압축기(411)에 의해서 압축된 가열측 냉매가, 가열측 응축기(412)로 유입되어, 응축된다. 그 후, 가열측 냉매는 과냉각용 열교환기(SC)를 통과한다. 이 때, 과냉각 제어 밸브(418)가 열려 있는 경우에는, 가열측 응축기(412)의 하류측을 통류하는 응축된 가열측 냉매를, 과냉각용 바이패스 유로(417)에 있어서의 과냉각 제어 밸브(418)의 하류측에서 팽창시켜 저온으로 함으로써, 가열측 응축기(412)로부터 과냉각용 열교환기(SC)를 통해서 가열측 팽창 밸브(413)측으로 통류하는 가열측 냉매에 대해서 과냉각도를 부여할 수 있다. 과냉각 제어 밸브(418)에 의해서 팽창된 냉매는, 흡열한 상태로 가열측 압축기(411)측으로 유입된다.
그 후, 가열측 팽창 밸브(413)를 통과하는 가열측 냉매는, 감압되어 저온이 되어, 가열측 증발기(414)로 유입된다. 여기서, 가열측 증발기(414)로 유입된 냉매는, 가열 능력 조절용 열교환기(HC)에 의해, 가열측 브라인과 열교환할 수 있고, 가열측 브라인이 가열측 냉매보다도 고온인 경우에는, 흡열하여 가열측 압축기(411)로 유입된다.
그리고 본 실시 형태에서는, 인젝션 회로(420) 및 핫 가스 회로(424)가 마련되어 있기 때문에, 가열측 응축기(412)에 의해서 응축된 가열측 냉매를, 가열측 증발기(414)에 유입되지 않도록 인젝션 회로(420)를 통해 가열측 증발기(414)의 하류측으로 바이패스시킬 수 있고, 또한 가열측 압축기(411)에 의해서 토출된 고온의 가열측 냉매를, 핫 가스 회로(424)를 통해 가열측 증발기(414)의 하류측으로 바이패스시킬 수 있다. 이것에 의해, 가열측 증발기(414)로 유입되는 가열측 냉매의 유량을 제어할 수 있어, 가열측 증발기(414)에서 출력되는 냉동 능력을 유연하게 조절할 수 있다.
이 때, 본 실시 형태에서는, 제어 장치(70)가, 설정된 목표 냉동 능력에 기초하여 인젝션 밸브(422)의 개도 및 핫 가스 밸브(426)의 개도를 조절함으로써, 가열측 증발기(414)로 유입되는 냉매의 유량을 조절하여, 가열측 증발기(414)에 목표 냉동 능력을 출력시킨다. 이 때, 제어 장치(70)는, 온도 센서(428)가 검출한 온도 및 압력 센서(429)가 검출한 압력에 기초하여 인젝션 밸브(422)의 개도 및 핫 가스 밸브(426)의 개도를 조절함으로써, 가열측 압축기(411)로 유입되는 냉매를 기상 상태이면서 또한 소정의 온도 이하로 한다.
여기서, 상술한 목표 냉동 능력을 얻으려면, 가열측 증발기(414)를 통류하는 가열측 냉매의 유량을 조절하면 되기 때문에, 이것을 달성시키기 위해서 바이패스시키는 가열측 냉매의 양은, 인젝션 회로(420) 및 핫 가스 회로(424)에 있어서 임의로 배분할 수 있다. 그 때문에, 가열측 압축기(411)로 유입되는 냉매를, 용이하게 기상 상태이면서 또한 소정의 온도 이하로 할 수 있다. 또, 본 실시 형태에서는, 핫 가스 회로(424)로부터의 가열측 냉매는, 가열측 냉동 회로(410)에 도달하기 전에, 인젝션 유로(421)로 유입되도록 되어 있기 때문에, 가열측 냉동 회로(410) 및 가열측 압축기(411)에 있어서 가열측 냉매가 과잉으로 고온이 되는 것을 억제할 수 있어, 가열측 압축기(411) 등의 소손을 억제할 수 있다.
도 7은 인젝션 회로(420) 및 핫 가스 회로(424)를 동작시키고 또한 과냉각 회로(416)를 동작시켜, 가열측 브라인을 냉각시키는 경우의 가열 유닛(60)에 있어서의 가열측 냉동 장치(402)의 몰리에르 선도를 나타내고 있다. 도 7에 나타내는 것처럼, 가열 유닛(60)에 있어서의 냉동 사이클에서는, 가열측 압축기(411)에 흡입된 가열측 냉매는, 점 A로부터 점 B로의 이행으로 나타내지는 것처럼, 압축된다. 가열측 압축기(411)에 의해서 토출된 냉매는, 가열측 응축기(412)에 의해서 응축됨으로써 냉각되어, 점 B로부터 점 C로의 이행으로 나타내지는 것처럼, 그 비엔탈피가 저감된다.
그 다음에, 가열측 응축기(412)에 의해서 응축된 가열측 냉매의 일부는, 과냉각용 열교환기(SC)에 있어서, 과냉각도가 부여되어, 점 C로부터 점 D로의 이행으로 나타내지는 것처럼, 그 비엔탈피가 저감된다. 한편으로, 과냉각용 열교환기(SC)에서, 과냉각도를 부여하는 과냉각용 바이패스 유로(417)를 통류하는 냉매는, 과냉각 제어 밸브(418)에 의해서 팽창되어, 점 C로부터 점 G로의 이행으로 나타내지는 것처럼, 예를 들면 중압 정도로 감압되고, 그 후, 과냉각용 열교환기(SC)에서 열교환되어, 점 G로부터 점 H에 나타내지는 것처럼, 흡열하여, 그 비엔탈피가 증가된다.
그리고 과냉각용 열교환기(SC)에서 과냉각도가 부여된 냉매는, 점 D로부터 점 E로의 이행으로 나타내지는 것처럼, 가열측 팽창 밸브(413)에 의해서 감압되어 저온이 된다. 그 후, 가열측 팽창 밸브(413)로부터 토출된 가열측 냉매는, 가열측 증발기(414) 즉 가열 능력 조절용 열교환기(HC)에서, 가열측 브라인과 열교환하여, 점 E로부터 점 F로의 이행으로 나타내지는 것처럼, 흡열하여, 그 비엔탈피가 증가된다. 가열측 증발기(414)를 통과하는 냉매는, 제어 장치(70)가 인젝션 회로(420) 및 핫 가스 회로(424)의 각 밸브를 제어함으로써 가열측 증발기(414)를 통과하지 않은 가열측 냉매를 발생시킴으로써, 유량이 제어되어, 그 냉동 능력이 조절된다.
여기서, 도 7에 있어서, 핫 가스 회로(424)를 통해 가열측 압축기(411)의 상류측으로 바이패스되는 가열측 냉매는, 점 B로부터 점 I로 나타내지는 것처럼, 핫 가스 밸브(426)에 의해서 감압된다. 또, 인젝션 회로(420)를 통해 가열측 압축기(411)의 상류측으로 바이패스되는 가열측 냉매는, 점 D로부터 연장되는 파선으로 나타내는 것처럼, 인젝션 밸브(422)에 의해서 감압된다. 그리고 가열측 압축기(411)의 상류측에서, 가열측 증발기(414)를 통과한 점 F의 상태의 가열측 냉매와, 핫 가스 회로(424)를 통해 바이패스된 가열측 냉매와, 인젝션 회로(420)를 통해 바이패스된 가열측 냉매가 혼합된다(점 A). 여기서, 제어 장치(70)가 핫 가스 회로(424)를 통해 바이패스된 가열측 냉매와, 인젝션 회로(420)를 통해 바이패스된 가열측 냉매의 비율을 조절함으로써, 점 A의 위치를 조절 가능하기 때문에, 용이하게 가열측 압축기(411)에 유입되는 가열측 냉매를 기상 상태이면서 또한 소정의 온도 이하로 할 수 있다. 그 후, 가열측 냉매는 가열측 압축기(411)에 의해서 압축되어, 점 A로부터 고압측으로 이행되고, 그 도중에 과냉각용 바이패스 유로(417)로부터의 가열측 냉매와 혼합되어, 점 J에 도달한 후, 점 B까지 압축된다.
한편, 가열측 브라인 순환 장치(403)에서는, 가열측 브라인 순환로(431) 내를 가열측 브라인이 순환하여, 가열 유닛측 메인 가열부(432), 제1 가열 유닛측 서브 가열부(434A) 및 제2 가열 유닛측 서브 가열부(434B)에 의해서 가열측 브라인을 적당히 가열하는 것이 가능하게 되어 있다. 여기서, 본 실시 형태에서는, 가열측 브라인 순환로(431)에 있어서의 제1 부하부(435A) 및 제2 부하부(435B)의 하류측이면서 또한 가열 유닛측 메인 가열부(432)의 상류측에 위치하는 부분과, 가열측 증발기(414)가, 가열 능력 조절용 열교환기(HC)를 구성하고 있다. 이것에 의해, 가열측 브라인 순환 장치(403)에 있어서의 가열측 브라인을 가열측 냉동 장치(402)에 의해서 냉각할 수 있다. 그리고 본 실시 형태에서는, 가열측 냉동 장치(402)에 의해서 냉각된 가열측 브라인이, 가열 유닛측 메인 가열부(432), 제1 가열 유닛측 서브 가열부(434A) 및 제2 가열 유닛측 서브 가열부(434B)에 의해서 가열되거나, 또는 가열되지 않고 이것들을 통과함으로써, 원하는 가열 능력 또는 냉동 능력으로, 온도 제어 대상 공간(S)이 온도 제어된다.
(고온역의 온도 제어)
고온역의 온도 제어를 행하는 경우에는, 중온역의 경우와 마찬가지로, 냉각 유닛(50)에 있어서는, 제1 저온측 압축기(311), 제2 저온측 압축기(321) 및 저온측 펌프(333)가 구동되지 않는다. 한편, 가열 유닛(60)에 있어서는, 가열측 브라인 순환 장치(403)에 있어서 가열측 펌프(433)가 구동되고, 가열측 냉동 장치(402)에 있어서 가열측 압축기(411)가 구동된다. 단, 가열측 브라인 순환 장치(403)에 의해 순환되는 가열측 브라인의 유량을, 중온역의 경우의 유량보다도 증가시킨다. 고온역의 온도 제어를 행하는 경우에 순환시키는 가열측 브라인의 유량은, 예를 들면 중온역의 경우의 유량의 1.5~3배 정도여도 된다.
이상에 설명한 것처럼, 본 실시 형태에 따른 환경 시험 장치(2)에 의하면, 냉각 유닛(50)에서는, 저온측 냉동 장치(302)의 제1 저온측 냉동 회로(310)에 있어서의 제1 저온측 증발기(314)의 상류측의 부분에서, 제1 저온측 냉매를 저온측 브라인에 의해서 가열할 수 있고, 이 때, 저온측 브라인의 가열 능력에 따라 제1 저온측 증발기(314)에 있어서의 냉동 능력을 조절할 수 있다. 따라서, 제1 저온측 냉동 회로(310)의 구성요소를 조작하는 일 없이, 간이하게 당해 냉동 회로(310)의 냉동 능력을 광범위하게 조절할 수 있다. 또 가열 유닛(60)에서는, 가열측 응축기(412)에 의해서 응축된 가열측 냉매를, 가열측 증발기(414)로 유입되지 않도록 인젝션 회로(420)를 통해 가열측 증발기(414)의 하류측으로 바이패스시킬 수 있고, 또한 가열측 압축기(411)에 의해서 토출된 고온의 가열측 냉매를, 핫 가스 회로(424)를 통해 가열측 증발기(414)의 하류측으로 바이패스시킬 수 있다. 이것에 의해, 가열측 증발기(414)로 유입되는 가열측 냉매의 유량을 제어할 수 있어, 가열측 증발기(414)에서 출력되는 냉동 능력을 유연하게 조절할 수 있다. 이 때, 가열측 증발기(414)로 유입되는 가열측 냉매가 고압의 가열측 냉매에 혼합되지 않기 때문에, 출력되는 냉동 능력을 안정시킬 수 있다. 또 인젝션 회로(420)를 통해 바이패스되는 응축된 가열측 냉매와, 핫 가스 회로(424)를 통해 바이패스되는 고온의 가열측 냉매의 비율을 조절함으로써, 가열측 압축기(411)로 유입되는 가열측 냉매의 상태나 온도를 원하는 상태로 용이하게 제어할 수 있다. 이것에 의해, 냉동 능력을 유연하게 조절하면서 안정된 온도 제어를 행할 수 있다. 이것에 의해, 가열측 냉동 장치(402)가 출력하는 안정된 상태로 조절된 냉동 능력에 의해서, 가열측 브라인 순환 장치(403)의 가열측 브라인의 온도를 제어하여 부하부(435A, 435B)의 가열 능력 또는 냉동 능력을 조절할 수 있기 때문에, 부하부(435A, 435B)에 의해서 안정된 온도 제어를 행할 수 있다. 그리고 냉각 유닛(50)과 가열 유닛(60)에서 온도 제어 범위를 바꿈으로써, 저온에서부터 고온에 걸치는 충분히 넓은 온도 제어 범위를 확보할 수 있다.
따라서, 저온에서부터 고온에 걸치는 충분히 넓은 온도 제어 범위를 확보할 수 있어, 온도 제어 범위 내의 원하는 온도로 온도 제어 대상 공간 또는 온도 제어 대상물을 간이하게 안정된 상태로 온도 제어할 수 있다.
또 본 실시 형태에서는, 저온측 냉동 장치(302)에 의해 제1 저온측 냉매를 순환시키고, 저온측 브라인 순환 장치(303)에 의해 저온측 브라인을 순환시키고, 저온역에 있어서의 원하는 온도로의 온도 제어를 행할 때, 가열측 브라인 순환 장치(403)에 의해 가열측 브라인을 순환시킴으로써, 저온역에서부터 중온역 또는 고온역으로의 온도 제어로 전환하는 경우에, 가열측 브라인에 의한 온도 제어를 신속히 실시할 수 있음으로써, 저온역에서부터 중온역 또는 고온역에 있어서의 원하는 온도로의 도달 시간을 효과적으로 단축시킬 수 있다. 또, 중온역에서부터 고온역으로 온도 제어를 전환하는 경우에는, 가열측 브라인 순환 장치(403)에 의해 순환시키는 가열측 브라인의 유량을, 중온역의 경우의 유량보다도 증가시킴으로써, 중온역에서부터 고온역에 있어서의 원하는 온도로의 도달 시간을 효과적으로 단축시킬 수 있다.
또 본 실시 형태에서는, 제1 저온측 증발기(314)를 통과하여 온도 상승된 제1 저온측 냉매가, 제1 저온측 압축기(311)에 흡입되기 전에, 제1 저온측 팽창 밸브(313)가 토출하는 저온의 제1 저온측 냉매에 의해서 냉각됨으로써, 과잉한 과열도를 가진 제1 저온측 냉매가 제1 저온측 압축기(311)에 흡입되는 것을 억제할 수 있다. 이것에 의해, 제1 저온측 냉매의 열분해 및 제1 저온측 압축기(311)의 소손을 억제할 수 있어, 온도 제어의 안정성을 향상할 수 있다. 특별히, 가열 유닛(60)에 의한 가열이 행해진 후 냉각 유닛(50)에 의한 냉각을 행하는 경우에는, 냉각 유닛(50)에 있어서 제1 저온측 증발기(314)에서 열교환된 제1 저온측 냉매가 과잉한 과열도를 가지는 리스크가 높아지지만, 이러한 제1 저온측 냉매가 제1 저온측 압축기(311)에 흡입되는 것을 억제할 수 있다. 그 때문에, 냉각 유닛(50)과 가열 유닛(60)을 병용하는 시스템에 있어서의 온도 제어의 적합한 안정성을 확보할 수 있다.
또 본 실시 형태에서는, 과냉각용 열교환기(SC)에 의해서, 가열측 냉매의 냉동 능력을 증대시킬 수 있음으로써, 냉동 능력의 조절 범위를 확대시킬 수 있다. 또, 과냉각용 열교환기(SC)로부터 토출된 가열측 냉매가 인젝션 회로(420)를 통해 바이패스되기 때문에, 핫 가스 회로(424)를 통해 가열측 증발기(414)의 하류측으로 바이패스되는 고온의 가열측 냉매의 온도를 효율적으로 저하시킬 수 있다. 특별히, 냉각 유닛(50)에 의한 냉각이 행해진 후 가열 유닛(60)에 의한 가열을 행하는 경우에, 과냉각용 열교환기(SC)가 없는 경우에는, 가열 유닛(60)에 있어서 가열측 증발기(414)에서 가열측 브라인과 열교환된 가열측 냉매가 과열도(過熱度)를 충분히 확보하지 못하여 냉동 능력이 저하하는 리스크가 높아지지만, 과냉각용 열교환기(SC)에 의해서 냉동 능력을 보상할 수 있다. 그 때문에, 가열측 증발기(414)에 있어서의 원하지 않는 냉동 능력의 저하의 발생을 억제할 수 있어, 냉각 유닛(50)과 가열 유닛(60)을 병용하는 시스템에 있어서의 온도 제어의 적합한 안정성을 확보할 수 있다.
또 저온측 냉동 장치(302)가 2원 냉동 장치로 되어 있기 때문에, 저온측 냉동 장치(302)가 단원식인 구성과 비교하여, 저온측 냉동 장치(302)에 있어서의 냉동 능력을 높게 확보할 수 있고, 또한 조절 가능한 냉동 능력의 범위를 넓게 하여 제어 가능한 온도 범위를 확대할 수 있다.

Claims (13)

  1. 피검사물을 수용하는 챔버와,
    상기 챔버 내를 온도 제어하기 위한 냉각 유닛 및 가열 유닛과,
    상기 냉각 유닛 및 상기 가열 유닛을 제어하는 제어 장치를 구비하는 환경 시험 장치로서,
    상기 냉각 유닛은 저온측 냉동 장치와, 저온측 브라인 순환 장치를 포함하고,
    상기 저온측 냉동 장치는,
    제1 저온측 압축기, 제1 저온측 응축기, 제1 저온측 팽창 밸브 및 제1 저온측 증발기가, 이 순서로 제1 저온측 냉매를 순환시키도록 접속된 제1 저온측 냉동 회로와, 제2 저온측 압축기, 제2 저온측 응축기, 제2 저온측 팽창 밸브 및 제2 저온측 증발기가, 이 순서로 제2 저온측 냉매를 순환시키도록 접속된 제2 저온측 냉동 회로를 가지고, 상기 제1 저온측 응축기와 상기 제2 저온측 증발기가, 서로 열교환 가능한 캐스케이드 콘덴서를 구성하는 2원 냉동 장치이고,
    상기 저온측 브라인 순환 장치는,
    저온측 브라인을 순환시키기 위한 저온측 브라인 순환로와, 상기 저온측 브라인 순환로의 일부를 구성하고 또한 받아 들인 상기 저온측 브라인을 가열 가능한 저온측 가열부를 가지고,
    상기 제1 저온측 냉동 회로에 있어서의 상기 제1 저온측 팽창 밸브의 하류측이면서 또한 상기 제1 저온측 증발기의 상류측에 위치하는 부분과, 상기 저온측 브라인 순환로에 있어서의 상기 저온측 가열부의 하류측에 위치하는 부분이, 서로 열교환 가능한 냉동 능력 조절 기구를 구성하고,
    상기 제1 저온측 증발기는, 상기 챔버 내에 배치되어 있고,
    상기 제어 장치는, 상기 냉각 유닛 및 상기 가열 유닛을 제어함으로써, 상기 챔버 내의 온도를 -67.5℃ 내지 127.5℃의 온도 범위 내로 제어하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 환경 시험 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가열 유닛은 가열측 냉동 장치와, 가열측 브라인 순환 장치를 포함하고,
    상기 가열측 냉동 장치는,
    가열측 압축기, 가열측 응축기, 가열측 팽창 밸브 및 가열측 증발기가, 이 순서로 가열측 냉매를 순환시키도록 접속된 가열측 냉동 회로와,
    상기 가열측 냉동 회로에 있어서의 상기 가열측 응축기의 하류측이면서 또한 상기 가열측 팽창 밸브의 상류측에 위치하는 부분 및 상기 가열측 냉동 회로에 있어서의 상기 가열측 증발기의 하류측이면서 또한 상기 가열측 압축기의 상류측에 위치하는 부분을, 상기 가열측 냉매가 통류 가능하도록 연통하는 인젝션 유로와, 상기 인젝션 유로를 통류하는 상기 가열측 냉매의 유량을 조절 가능한 인젝션 밸브를 가지는 인젝션 회로와,
    상기 가열측 냉동 회로에 있어서의 상기 가열측 압축기의 하류측이면서 또한 상기 가열측 응축기의 상류측에 위치하는 부분 및 상기 인젝션 유로에 있어서의 상기 인젝션 밸브의 하류측에 위치하는 부분을, 상기 가열측 냉매가 통류 가능하도록 연통하는 핫 가스 유로와, 상기 핫 가스 유로를 통류하는 상기 가열측 냉매의 유량을 조절 가능한 핫 가스 밸브를 가지는 핫 가스 회로를 가지고,
    상기 가열측 브라인 순환 장치는,
    가열측 브라인을 순환시키기 위한 가열측 브라인 순환로와, 상기 가열측 브라인 순환로의 일부를 구성하고 또한 받아 들인 상기 가열측 브라인을 가열 가능한 가열 유닛측 가열부와, 상기 가열 유닛측 가열부의 하류측에서 상기 가열측 브라인 순환로의 일부를 구성하고, 상기 챔버 내에 배치되는 부하부를 가지고,
    상기 가열측 브라인 순환로의 일부와, 상기 가열측 냉동 장치의 상기 가열측 증발기가, 서로 열교환 가능한 가열 능력 조절용 열교환기를 구성하고 있는 것을 특징으로 하는 환경 시험 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 저온측 증발기는, 상기 챔버 내에 있어서 수평 방향의 일방측에 배치되는 제1 증발기와, 상기 챔버 내에 있어서 수평 방향의 타방측에 배치되는 제2 증발기를 가지고,
    상기 챔버 내에 배치되는 상기 부하부는, 상기 챔버 내에 있어서 수평 방향의 일방측에 배치되는 제1 부하부와, 상기 챔버 내에 있어서 수평 방향의 타방측에 배치되는 제2 부하부로 구성되고,
    상기 제1 증발기 및 상기 제1 부하부와, 상기 제2 증발기 및 상기 제2 부하부와의 사이에, 상기 피검사물의 배치 공간이 형성되어 있고,
    상기 제1 증발기는 상기 제1 부하부의 상방에 배치되고, 상기 제2 증발기는 상기 제2 부하부의 상방에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 환경 시험 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 챔버 내에, 상기 제1 증발기 및 상기 제1 부하부를 상기 배치 공간측에서부터 덮는 제1 커버 부재가 배치됨과 아울러, 상기 제2 증발기 및 상기 제2 부하부를 상기 배치 공간측에서부터 덮는 제2 커버 부재가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 환경 시험 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 챔버 내에 있어서의 상기 배치 공간의 상방에, 팬이 배치되고,
    상기 챔버 내에 상기 팬을 상기 배치 공간측에서부터 덮는 제3 커버 부재가 배치되고,
    상기 팬은 상기 제3 커버 부재를 향해서 송풍을 행하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 환경 시험 장치.
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