TWI308213B - Thermal shock test apparatus - Google Patents

Description

1308213 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於將各種材料，各種機器的零件等的樣品 放進試驗室，並將樣品交互地曝露在低溫與高溫的環境而 進行試驗熱應力特性，耐久性，熱性強度等的冷熱衝擊試 驗裝置。 【先前技術】 在短時間進行評價各種材料，各種機器的零件等對於 熱應力的耐熱性，物理，電性特性等的變化的冷熱衝擊試 驗裝置，若在低溫室的冷卻器上著霜變多時，眾知藉由將 熱風從高溫室經低溫室加以除霜，以縮短試驗的中斷時間 ，例如記載於專利文獻1。 專利文獻1 :日本特開平03 -908 3 8號公報 【發明內容】 在上述習知技術中，試驗室具大約一定的內容積，於 試驗室交互地供給冷風與熱風時，試驗室內的壓力是在低 溫試驗時藉由空氣的體積減少而降低，而在高溫試驗時藉 由空氣的體積增加而上昇。因此，藉由重複冷熱衝擊試驗 ，在試驗室外部與試驗室內部的空氣發生壓力差，而產生 呼吸作用（外氣的進出）。亦即，試驗室爲低溫試驗中時 ，成爲外部空氣流進試驗室內部，而在高溫試驗中時，成 爲試驗室內的空氣朝外部流出。又，藉由此，霜附著於冷 -5 - (2) 1308213 卻器而降低其能力，使得試驗的中斷時間變久，或是欲將 試驗室內部的溫度作成所定低溫、高溫時，會使白費時間 變多，而很難稱爲充分者。 本發明的目的是在於解決上述習知技術的課題，可避 免著霜等白費處理時間所致試驗的中斷時間，而且將試驗 室的內部溫度迅速地成爲所定的低溫或高溫方式作成可仔 細地控制溫度，可提高冷熱衝擊試驗的精度。 φ 爲了達成上述目的，本發明是屬於具備：用以收納樣 品具有開閉的S式驗室門扇的試驗室，及低溫室，及局溫室 ，及配置有冷凍機的機械室，於上述試驗室供給有來自上 述低溫室的冷風或來自高溫室的熱風的冷熱衝擊試驗裝置 ，其其特徵爲具備：設於上述試驗室與上述試驗室門扇之 間的襯墊，及連通於上述試驗室而封入有空氣的壓力調整 室；作成在低溫試驗時上述空氣從上述壓力調整室可流進 上述試驗室。 • 又，在上述者中，作成在高溫試驗時上述空氣從上述 試驗室可流進上述壓力調整室較佳。 又，在上述者中，上述壓力調整室是其內容積作成可 變較佳。 又，在上述者中，上述壓力調整室是配置在上述機械 室，而內容積以其內外的壓力差作成可變較佳。 又，在上述者中，上述壓力調整室是以可伸縮的材質 形成袋狀，而內容積以其內外的壓力差作成可變較佳。 又，在上述者中，上述壓力調整室是以聚乙烯的薄膜 -6- (3) (3)1308213 所形成，而內容積以其內外的壓力差作成可變較佳。 又，在上述者中，上述襯墊是以內側襯墊與外側襯墊 作成雙重較佳。 又，在上述者中，上述壓力調整室是形成皺紋型，而 內容積作成可變較佳。 又，在上述者中，上述壓力調整室是作成供給乾燥空 氣的供給槽，而其內部壓力是被設定在低溫試驗時的上述 試驗室的壓力以上較佳。 又，在上述者中，上述壓力調整室是作成供給空氣的 供給槽，而其內部壓力是被設定在低溫試驗時的上述試驗 室的壓力以上，爲與上述試驗室的連接口而於上述試驗室 的內部側設有開關閥，作成從供給槽朝上述試驗室側可開 放，而從上述試驗室未開放至上述供給槽側較佳。 依照本發明，於冷熱衝擊試驗裝置的試驗室附設壓力 調整室，在低溫試驗時及高溫試驗時藉由壓力調整室，因 避免發生試驗室與外部空氣的呼吸作爲，因此，可避免含 有多量濕度的外部空氣流進低溫室。因此，減少配置於低 溫室內的冷卻器的著霜，成爲長時間，穩定地保持低溫室 內的溫度而進行運轉，避免試驗的中斷時間，或是提高追 隨性成爲內部溫度迅速地作成所定低溫或高溫，而可提高 冷熱衝擊試驗的精度。 【實施方式】 在冷熱衝擊試驗裝置中，試驗室內是試驗室內部溫度 (4) 1308213 藉由冷風、熱風的空氣被曝露在-65 °C至150 °c的溫度範 圍之故，因而試驗室內的空氣壓力，是如波以耳一查理定 律（Boyle-charle Law) (PV=RT:氣體的體積v是反比 例於壓力p而變小，比例於絕對溫度而變大）所示地，在 低溫試驗時，藉由減少空氣的體積而降低’在高溫試驗時 藉由增加空氣的體積而上昇。 因此，藉由重複冷熱衝擊試驗，在試驗室外部與試驗 _ 室內部的空氣發生壓力差。又，藉由該壓力差有呼吸作用 (外氣的進出）發生在試驗室’若試驗室爲低試驗中時， 則成爲外部空氣流進試驗室內部’若試驗室爲高溫試驗中 時，則成爲試驗室內的空氣朝外部流出。又，藉由流進外 氣，霜附著於低溫室的冷卻器而降低其能力’藉由流出外 氣，蓄熱量朝外部放出，而對於樣品很難精度優異地施加 急激的溫度變化（熱應力）° 所以，在冷熱衝擊試驗裝置的試驗室附設內容積可變 II 式的壓力調整室’以避免發生與外部空氣的呼吸作業。 以下，依照圖式說明本發明的一實施形態。 在第1圖中，1是試驗室’配置有冷風供給口 2，冷 風排出口 3，熱風供給口 4 ’熱風排出口 5，成爲可收納 樣品6。又在各該供給口，排出口配置有冷風轉換擋板7 ，熱風轉換擋板8。 9是低溫室，配置有冷卻室內的空氣的冷卻器1 〇 ’及 將被冷卻的空氣調整在所定溫度並加以保持的加熱器1 1 ，而被調整溫度的冷卻空氣（以下’稱爲冷風）以送風機 -8 - (5) !3〇8213 1 2被送到試驗室1。 對於試驗室1內的樣品6必須給予急激的熱應力之故 ，因而低溫室9的熱容量是必須具有包含樣品6的試驗室 :內的熱容量以上，所以’在低溫室9設有蓄熱板13 ’蓄 熱板13是使用比熱大，例如鋁鋼材（約〇.9〇J/kg · K) ’ 藉由蓄熱板13的比熱與質量所致的熱容量’低溫度9整 體的熱容量是成爲包含樣品6的試驗室1內的熱容量以上 〇 9 1 4是高溫室，配置有加熱室內的空氣的加熱器1 5 ’ 被調整溫度的加熱空氣（以下稱爲熱風）以送風機16被 送到試驗室1。高溫室1 4的熱容量是作成包含樣品6的 試驗室1內的熱容量以上之故，因而設有蓄熱板17’蓄 熱板17是具有與配置於低溫室9的蓄熱板13同等的功能 〇 又，試驗室1，低溫室9，高溫室14，是藉由隔熱材 B 料1 8被熱地遮斷，當達到所定溫度之後，成爲可保持在 其溫度。又，試驗室1附設有通氣口 20，與在第2圖所 說明的壓力調整室1 9相連結。 在第2圖的右側斷面圖中，在藉由隔熱材料18被遮 斷的試驗室1，低溫室9，高溫室1 4的背面側，配置有機 械室2 1 ’而在機械室2 1裝備有用以將低溫室9內的冷卻 器1 〇予以冷卻成所定溫度的冷凍機（未圖示），用以將 冷風轉換擋板7及熱風轉換擋板8予以驅動的氣紅22’ 及壓力調整室19。 -9 - (6) (6)1308213 試驗室1是經由通氣口 20-A、20-B而與壓力調整室 19相連通，壓力調整室19是藉由例如聚乙烯、聚對-酞 酸乙二酯等的可伸縮，且可保持強度的材質形成薄膜的袋 狀。因此，試驗室1的內容積是以內外的壓力差來使壓力 調整室1 9伸縮而變化。又，在試驗室1的前面側，裝備 有用以開關收納樣品6時的試驗室門扇23。 爲了將試驗室1內保持在低溫溫度或高溫溫度，試驗 室1是必須作成儘量沒有外部空氣流進或流出的構造，又 ，防止經由試驗室1而於低溫室9內流進多量地含有濕度 的外部空氣，並防止對於冷卻器1〇，蓄熱板13的著霜而 必須維持冷凍機的冷凍能力，因此在試驗室門扇2 3裝備 有封閉時用以密閉的襯墊24。又，與內側襯墊24-A相對 應地’爲了提高密閉性而作成裝備外側襯墊24-B的雙重 構造。 冷風轉換擋板7及熱風轉換擋板8，及驅動此些所用 的氣缸22 ’是藉由軸25被連結，軸25是貫通試驗室1 與隔熱材料1 8，惟在貫通孔部裝有襯墊26，以密閉軸25 與貫通孔。以上襯墊24、26是使用橡膠、麻紗屑、石棉 、銅板、銘、塑膠等之故，因而提高試驗室1的密閉性， 而可防止外部空氣流進或流出的情形。 以下’藉由第3圖來說明冷熱衝擊試驗的試驗室內溫 度與經過時間的關係。低溫室9是對於樣品6，實施交互 地曝露在-65 °C與150 °C溫度的冷熱衝擊試驗時，被保持 在比_65°C還低的溫度例如_8〇<^，而高溫室I*是被保持 -10- (7) 1308213 在比i5〇°c還高的溫度’例如180°c。 在該狀態下驅動氣缸22-A而打開冷風轉換擋板7， 則低溫室9內的冷風流進試驗室1而包含樣品6的試驗室 1內的溫度是在A ( 5分鐘）以內的短時間變化成所定的_ 65 〇C。又’將樣品6曝露在所定時間（15分鐘）之後’ H動氣缸22-A來關閉冷風轉換擋板7，而結束低溫試驗 □ 之後，驅動氣缸22-B而打開熱風轉換擋板8，則高 溫室14內的熱風流進試驗室1而包含樣品6的試驗室1 內的溫度是在B ( 5分鐘）以內的短時間變化成所定的 15 。又，將樣品6曝露在所定時間（15分鐘）之後’ 驅動氣缸22-B來關閉熱風轉換擋板8’而結束高溫試驗 。重複進行所定次數該低溫試驗與高溫試驗’而結束冷熱 衝擊試驗。A與B是一般稱爲溫度恢復時間’在冷熱衝擊 試驗中必須在5分鐘以內的短時間內進行變化。 試驗室1內的空氣體積是反比例於壓力而變小’又比 例於絕對溫度而變大’惟裝備壓力調整室19之故’因而 在低溫試驗時。如第4圖所示地壓力調整室1 9的空氣是 被外氣壓（大氣壓）推壓而經由通氣口 20_A、20_B之後 流進試驗室1內’壓力調整室1 9的內容積是縮小。所以 試驗室1內部的壓力是在被曝露在低溫試驗-65 °C之前後 也被保持在一定（大約大氣壓）。 如第5圖所示地，在高溫試驗時，試驗室1內的空氣 是經由通氣口 20-A、20-B之後流進壓力調整室19 ’壓力 -11 - (8) 1308213 調整室19的內容積是與外氣壓平衡爲止，如圖示地擴大 。所以，試驗室1內部的壓力是在被曝露在高溫試驗1 5 0 t前後也被保持在一定（大約大氣壓）。 以上，在低溫試驗時或高溫試驗時任一情形，都可將 試驗室內部的壓力作成均等之故，因而在試驗中沒有試驗 室外部與試驗室內部的壓力差，而對於試驗室不會發生與 外部空氣的呼吸作用，從開始冷熱衝擊試驗一直到結束爲 止，在試驗室1內可避免低溫室9及高溫室1 4以外的空 氣流入。又，壓力調整室1 9所需的內容積，是依照波以 耳一查理定律（數1 )，藉由試驗室1，低溫室9，高溫 室1 4的內容積，及低溫試驗溫度，高溫試驗溫度事先求 得就可以。又，壓力調整室1 9是組裝於試驗室1本體也 可以，這時候，試驗室1或是其一部的內容積成爲可變， 膨脹收縮就可以。 第6圖及第7圖是表示其他實施形態，19-B是壓力 調整室，藉由耐熱、耐藥品性較高的高分子有機矽化合物 的薄膜矽等的可伸縮且可保持強度的材質形成皴紋型袋狀 。壓力調整室19-B是經由通氣口 20-A、20-B而與試驗室 1相連通，又壓力調整室19-B的另一端是經由桿27而被 連結於空氣氣缸2 8。空氣氣缸2 8是經由配管2 9而與壓 縮空氣（未圖示）相連接，藉由從壓縮空氣源所供給的壓 縮空氣，空氣氣缸28的桿27被驅動。 在低溫試驗時有壓縮空氣從壓縮空氣源經由配管29 ，如圖中箭號所示的方向供給到空氣氣缸2 8，壓力調整 -12- (9) 1308213 室19-B是藉由桿27被推壓而使內容積縮小。又，壓力調 整室1 9-B的空氣是經由通氣口 20-A、20-B流進試驗室1 內。所以試驗室1內部的壓力是在曝露在低溫試驗-65 °C 之前後也可保持在一定（大約大氣壓）。又，如第7圖所 示地在高溫試時，壓縮空氣從壓縮空氣源經由配管29朝 圖中箭號所示的方向被供給到空氣氣缸28，而壓力調整 室19-B是藉由桿27被引拉之故，因而壓力調整室19-B 的內容積是被擴大。 經由通氣口 20-A、20-B而試驗室1內的空氣是流進 壓力調整室19-B而與外氣壓平衡爲止仍擴大之故，因而 內部壓力是曝露在高溫試驗150°C之前後也被保持在一定 (大約大氣壓）。因此，可將試驗室內部的壓力在低溫試 驗時，或高溫試驗時任何情形都成爲均等。 第8圖及第9圖是又表示對於壓力調整室的其他實施 形態；30是乾燥空氣的供給槽，作成能耐於約1.0MPa左 右的壓力的容器。乾燥空氣供給槽30是經通氣口 20-A、 2〇-B而與試驗室1相連通。在乾燥空氣供給槽30是經由 配管31而與乾燥空氣源（未圖示）相連接，供給有事先 被除濕的乾燥空氣（或是氮氣體）。又，來自乾燥空氣源 的供給空氣供給槽3 0的內部壓力（P2 )，惟設定成如低 溫試驗時的試驗室1內的壓力（P 1 )以上。 在通氣口 20-A與試驗室1的連接口，裝備有開閉閥 3 2 ’開閉閥3 2是控制對於乾燥空氣的供給槽3 0的試驗室 1的乾燥空氣的供給量者，例如將矽材料黏貼於不銹鋼的 -13- (10) 1308213 板狀者，其一端是藉由支點33被支持作爲可轉動 。開關閥32是被安裝於試驗室1的內部側’有從 20-A側至試驗室1的空氣流動的情形，則在試驗: 側成爲自由開放之狀態。因此，有從試驗室1側至 20-A的空氣流動時不開放，而密閉著通氣口 2(NA _ 如上所述地，若裝備乾燥空氣的供給槽3 0 ’ 溫試驗時，被密閉的試驗室1內的空氣是體積變小 比試驗室1外部的空氣壓力還減小，惟乾燥空氣 3〇中的壓力是成爲低壓試驗時的試驗室1內的壓 之故，因而開關閥3 2朝試驗室1內側開放。因此 空氣從乾燥空氣供給槽30流進試驗室1之故’因 室1內部的壓力是未變化。亦即，試驗室內的壓力 露於低溫試驗-6 5 °C之前後被保持在一定（大約大 。因此，對於試驗室不會發生與外部空氣的呼吸作 從開始冷熱衝擊試驗一直到結束，在試驗室1內不 低溫室9及高溫室14以外的空氣。又，被供給到 1的空氣是事先被除濕的乾燥空氣之故，因而流進 9時，也不會於冷卻器1〇，蓄熱板13附著霜的情 不會降低冷卻器1 〇的冷卻能力。又，可成爲長期 的冷熱衝擊試驗裝置，而成爲不需要試驗途中的冷 除霜處理’廢棄白費時間而可謀求試驗期間的縮短 體上，以往，可連續運轉的試驗週期是以約30週 限度，惟依照本例’成爲可進行到1 〇 〇 0週期的連 ，而試驗時間可縮短3 0 % ’而在耗電量成爲可減也 之狀態 通氣口 g 1內 通氣口 ) 則在低 而成爲 供給槽 力以上 ，乾燥 而試驗 是在曝 氣壓） 業，而 會流進 試驗室 低溫室 形，而 間連續 卻器的 化。具 期作爲 續運轉 & 25% -14- (11) 1308213 以上，與低溫或高溫試驗溫度不相同的外部空氣’對 於試驗室作成不會流入或流出之故，因而不會有蓄熱量或 蓄冷量朝外部消失，而容易將試驗室內部的溫度保持在所 定的低溫溫度或高溫溫度，並可提昇對應於所需要的試驗 溫度，溫度變化的追隨性，又可提昇冷熱衝擊試驗的試驗 精度。 【圖式簡單說明】 第1圖是表示本發明所致的一實施形態的前視斷面圖 〇 第2圖是表示第1圖的右側面斷面圖。 第3圖是表示一實施形態所致的冷熱衝擊試驗的試驗 室內溫度與經過時間的關係圖式。 第4圖是表示一實施形態所致的壓力調整室的內容積 φ 被縮小的狀態的前視圖。 第5圖是表示一實施形態所致的壓力調整室的內容積 被擴大的狀態的前視圖。 第6圖是表示其他實施形態所致的壓力調整室的內容 積被縮小的狀態的前視圖。 第7圖是表示其他實施形態所致的壓力調整室的內容 積被擴大的狀態的前視圖。 第8圖是表示另一實施形態所致的壓力調整機檎的前 視圖。 -15- (12)1308213 第9圖是表示另一實施形態所致的壓力調整機構的側 視圖 【主要元件符號說明】 1 : g式驗室 冷風供給口 冷風排出口 熱風供給口 熱風排出口 樣品 7 :冷風轉換擋板 8 :熱風轉換擋板 9 :低溫室 1 〇 :冷卻器 1 1 :加熱器 12 :送風機 1 3 :蓄熱板 1 4 :高溫室 1 5 :加熱器 16 :送風機 1 7 :蓄熱板 1 8 :隔熱材料 1 9 :壓力調整室 2 0 :通氣口 2 4 6 -16 - 1308213 機械室 氣缸 試驗室門扇 襯墊 軸 襯墊 桿 空氣氣缸 配管 供給槽 配管 開關閥 支點 -17-

Claims (1)

1. (1) (1)1308213 十、申請專利範圍 1. 一種冷熱衝擊試驗裝置，屬於具備：用以收納樣 品具有開閉的試驗室門扇的試驗室，及低溫室，及高溫室 ，及配置有冷凍機的機械室，於上述試驗室供給有來自上 述低溫室的冷風或來自高溫室的熱風的冷熱衝擊試驗裝置 ，其特徵爲具備： 設於上述試驗室與上述試驗室門扇之間的襯墊，及連 通於上述試驗室而封入有空氣的壓力調整室；作成在低溫 試驗時上述空氣從上述壓力調整室可流進上述試驗室。 2. 如申請專利範圍第1項所述的冷熱衝擊試驗裝置 ，其中，作成在高溫試驗時上述空氣從上述試驗室可流進 上述壓力調整室。 3 .如申請專利範圍第1項所述的冷熱衝擊試驗裝置 ，其中，上述壓力調整室是其內容積作成可變。 4.如申請專利範圍第1項所述的冷熱衝擊試驗裝置 ，其中，上述壓力調整室是配置在上述機械室，而內容積 以其內外的壓力差作成可變。 5 .如申請專利範圍第1項所述的冷熱衝擊試驗裝置 ，其中，上述壓力調整室是以可伸縮的材質形成袋狀，而 內容積以其內外的壓力差作成可變。 6 .如申請專利範圍第1項所述的冷熱衝擊試驗裝置 ，其中，上述壓力調整室是以聚乙烯的薄膜所形成，而內 容積以其內外的壓力差作成可變。 7.如申請專利範圍第1項所述的冷熱衝擊試驗裝置 -18- (2) (2)1308213 ，其中，上述襯墊是以內側襯墊與外側襯墊作成雙重。 8. 如申請專利範圍第1項所述的冷熱衝擊試驗裝置 ，其中，上述壓力調整室是形成皺紋型’而內容積作成可 變 ° 9. 如申請專利範圍第1項所述的冷熱衝擊試驗裝置 ，其中，上述壓力調整室是作成供給乾燥空氣的供給槽’ 而其內部壓力是被設定在低溫試驗時的上述試驗室的壓力 以上。 10. 如申請專利範圍第1項所述的冷熱衝擊試驗裝置 ，其中，上述壓力調整室是作成供給空氣的供給槽，而其 內部壓力是被設定在低溫試驗時的上述試驗室的壓力以上 ’爲與上述試驗室的連接口而於上述試驗室的內部側設有 開關閥’作成從上述供給槽朝上述試驗室側可開放，而從 上述試驗室未開放至上述供給槽側。