WO2016195111A1

WO2016195111A1 - 環境試験装置

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Publication number: WO2016195111A1
Application number: PCT/JP2016/066777
Authority: WO
Inventors: 英明古本; 朋秋伊東
Original assignee: 伸和コントロールズ株式会社
Priority date: 2015-06-05
Filing date: 2016-06-06
Publication date: 2016-12-08
Also published as: US20180217019A1; CN107923668A; JPWO2016195111A1; CN107923668B; TW201730532A; KR102084864B1; EP3306228B1; EP3306228A4; TWI669492B; JP6639492B2; US10330556B2; EP3306228A1; KR20180021785A

Abstract

【課題】チャンバ内の空間を十分に確保しつつ、様々な環境を考慮した十分な環境試験を行うことができる環境試験装置を提供すること。【解決手段】環境試験装置１は、チャンバ１０、チャンバ１０内を冷却するブラインの冷却装置を有する冷却ユニット５０、加熱ユニット６０、及び制御装置７０を備える。冷却装置は、高温側圧縮機、凝縮器、高温側膨張弁及びカスケードコンデンサが、高温側熱媒体を循環させるように当該順序で配管により接続された高温側冷却回路と、低温側圧縮機、カスケードコンデンサ、低温側膨張弁及び蒸発器が、低温側熱媒体を循環させるように当該順序で配管により接続された低温側冷却回路と、を有する。カスケードコンデンサにおいて低温側熱媒体が高温側熱媒体によって冷却され、蒸発器においてブラインが低温側熱媒体によって冷却される。制御装置７０は、チャンバ１０内の温度を－６７．５℃乃至１２７．５℃の温度範囲内に制御する。

Description

環境試験装置

　本発明は、水素タンク等の被検査物に対して低温域及び高温域における環境試験を行うための環境試験装置に関する。

　燃料電池車の水素タンクに燃料としての水素を充填する手法としては、水素を高圧力で圧縮して水素タンク内に充填する手法や、水素を液化して水素タンク内に充填する手法等が知られている。水素を高圧力で圧縮して水素タンク内に充填する場合、水素を圧縮させる圧力が高いほど、水素の充填量を増加させることができるため、燃料電池車の航続距離を伸ばすことができる。その一方で、水素タンクでは、その内部に水素を供給する際の水素の圧力及びその内部に充填された水素の圧力が高くなるほど、水素が供給途中で漏れたり、充填後に水素がタンクの外部に漏れ易くなったりする。そのため、従来から、供給時或いは充填後の水素の漏れを好適に防止可能とするための水素タンクの開発が行われている。

　上述のような水素タンクからの水素の漏れの程度は、環境によって変化する場合がある。また、環境に応じて、外部から水素タンクに充填可能な水素量や、水素タンクの内部から外部に供給可能な水素量が変化する可能性もある。そのため、通常、水素タンクの開発では、低温域及び高温域等の種々の条件で環境試験が行われる。水素タンクの環境試験を行うための試験装置は、従来から種々の装置が用いられている。例えば、非特許文献１には、－４０℃乃至８５℃の温度範囲にて水素タンクの環境試験を行うことが可能な比較的大型のチャンバを有する試験装置が開示されている。

ＨｙＴＲｅＣ：水素エネルギー製品研究試験センター、５頁左上欄、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成２７年６月５日検索］、インターネット〈ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｈｙｔｒｅｃ．ｊｐ／ｐｄｆ／Ｈ２６ｐａｎｆｕ．ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ．ｐｄｆ〉

　燃料電池車は、今後、多くの地域にて普及することが期待されている。その実現のためには、水素タンクに対して様々な環境を想定した環境試験を行う必要がある。ここで、上述の非特許文献１の試験装置においては、チャンバ内の空間が比較的大きいため、例えば、複数の水素タンクに対する環境試験を同時に行うことができたり、種々のサイズの水素タンクに対する環境試験を行うことができたりするという利点はある。

　しかしながら、環境試験を行うことが可能な温度範囲は、－４０℃乃至８５℃であるため、様々な環境を想定した環境試験を行うことを考慮すると、十分であるとは言い難い。そのため、より広い温度範囲で環境試験を行うことを可能とすることが望まれる。ところが、この種の試験装置では、温度制御の対象となるチャンバ内の空間を大型とする場合に、特に、試験温度を極めて低温域まで制御することが困難になるという問題がある。

　本発明は、このような実情を考慮してなされたものであって、被検査物が収容されるチャンバ内の空間を十分に確保しつつ、当該空間内の温度を、広い温度範囲、特に極めて低温域まで制御できることで様々な環境を考慮した十分な環境試験を被検査物に対して行うことができる環境試験装置を提供することを目的とする。

　本発明の環境試験装置は、被検査物を収容するチャンバと、前記チャンバ内に一部が配置されるブライン循環路を有し当該ブライン循環路内でブラインを循環させるブライン循環装置と、前記ブライン循環路のうちの前記チャンバ外に配置される部分において前記ブラインを冷却する冷却装置と、を有する冷却ユニットと、前記チャンバ内に配置されるヒータを有する加熱ユニットと、前記冷却ユニット及び前記加熱ユニットを制御する制御装置と、を備え、前記冷却装置は、高温側圧縮機、凝縮器、高温側膨張弁及びカスケードコンデンサが、高温側熱媒体を循環させるように当該順序で配管により接続された高温側冷却回路と、低温側圧縮機、前記カスケードコンデンサ、低温側膨張弁及び蒸発器が、低温側熱媒体を循環させるように当該順序で配管により接続された低温側冷却回路と、を有し、前記カスケードコンデンサにおいて前記低温側熱媒体が前記高温側熱媒体によって冷却され、前記蒸発器において前記ブラインが前記低温側熱媒体によって冷却されるようになっており、前記制御装置は、前記冷却ユニット及び前記加熱ユニットを制御することにより、前記チャンバ内の温度を－６７．５℃乃至１２７．５℃の温度範囲内に制御するようになっていることを特徴とする。

　本発明の環境試験装置によれば、高温側冷却回路と低温側冷却回路とを有する二元式の冷却装置を用いることにより、チャンバ内に比較的広い空間を確保した場合であっても、チャンバ内の温度を極めて低温域、具体的には－６０℃近傍まで制御できる。また、高温域においては、加熱ユニットによってチャンバ内の温度を１２０℃近傍まで制御できる。これにより、被検査物が収容されるチャンバ内の空間を十分に確保しつつ、当該空間内の温度を、広い温度範囲、特に極めて低温域まで制御できることで様々な環境を考慮した十分な環境試験を被検査物に対して行うことができる。

　具体的に、前記チャンバの内容積は、１０ｍ^３以上２０ｍ^３以下であってもよい。この場合には、複数の被検査物に対する環境試験を同時に行うことができたり、種々のサイズの被検査物に対する環境試験を行うことができたりする十分な空間を確保することができる。また、チャンバの内容積が上述の範囲（１０ｍ^３以上２０ｍ^３以下）である場合には、二元式の冷却装置において過剰に大きい出力を確保しなくても、チャンバ内の空間を所望の温度に制御することができる。これにより、チャンバ内の空間を十分に確保しつつ、比較的簡易な構成でチャンバ内の温度を広い温度範囲まで制御できることで、実用性を確保することが可能となる。

　また、この場合、前記ブライン循環装置は、前記チャンバ内の空間を冷却する際、８０Ｌ／ｍｉｎ乃至１６０Ｌ／ｍｉｎの範囲で、前記ブラインを前記ブライン循環路内で循環させることにより、４ｋＷの冷却能力で、前記チャンバ内の空間を冷却するようになっていてもよい。

　この構成によれば、チャンバの内容積が１０ｍ^３以上２０ｍ^３以下である場合に、８０Ｌ／ｍｉｎ乃至１６０Ｌ／ｍｉｎの範囲でブラインを循環させて４ｋＷの冷却能力でチャンバ内の空間を冷却することで、比較的短時間で、チャンバ内の温度を－６０℃近傍まで制御することができる。これにより、実用性を向上させることができる。

　また、前記チャンバ内に配置される前記ブライン循環路の一部は、各々が同一方向に沿って延びる複数の配管部を有し、前記複数の配管部は、その延在方向に直交する断面で見た場合に、千鳥配列にて配置されていてもよい。
　この構成によれば、チャンバ内に配置されるブライン循環路の一部を構成する複数の配管部をコンパクトに配置することができ、チャンバ内において被検査物を配置可能な配置空間を広く確保できる。また、チャンバ内の気体を配管部の広範囲に接触させることができるため、熱交換率を向上できる。

　また、この場合、前記チャンバ内に配置される前記ブライン循環路の一部は、第１配管群と第２配管群とで構成され、前記第１配管群及び前記第２配管群の各々には前記複数の配管部が含まれており、前記第１配管群は、前記チャンバ内において水平方向の一方側に配置され、前記第２配管群は、前記チャンバ内において水平方向の他方側に配置され、前記第１配管群及び前記第２配管群の間に、前記被検査物の配置空間が形成されていてもよい。
　この構成によれば、前記第１配管群及び前記第２配管群の間の配置空間を広く確保でき、且つ、この配置空間を水平方向の両側から温度制御することにより、均一な温度分布を得ることができる。

　また、この場合、前記チャンバ内に、前記第１配管群を前記配置空間側から覆う第１カバー部材が配置されるとともに、前記第２配管群を前記配置空間側から覆う第２カバー部材が配置されてもよい。
　この構成によれば、第１カバー部材及び第２カバー部材によって、第１配管群及び第２配管群に含まれる配管部を保護することができる。なお、第１カバー部材と第２カバー部材との間に、配置空間が位置する。

　また、この場合、前記チャンバ内における前記配置空間の上方に、ファンが配置され、前記チャンバ内に、前記ファンを前記配置空間側から覆う第３カバー部材が配置され、前記ファンは、前記第３カバー部材に向けて送風を行うようになっていてもよい。
　この構成によれば、ファンを駆動することにより、チャンバ内の空間の温度分布のばらつきを抑制できる。また、第３カバー部材によってファンの送風が配置空間に配置される被検査物に直接当たることが抑制されることで、被検査物の温度状態を安定させることができる。さらに、第３カバー部材によってファンを保護することができる。

　また、この場合、前記ファンの上方に、前記ヒータが配置されていてもよい。
　この構成によれば、第３カバー部材によってヒータを保護することができる。

　また、本発明の環境試験装置は、被検査物を収容するチャンバと、前記チャンバ内を温度制御するための冷却ユニット及び加熱ユニットと、前記冷却ユニット及び前記加熱ユニットを制御する制御装置と、を備える環境試験装置であって、前記冷却ユニットは、低温側冷凍装置と、低温側ブライン循環装置とを含み、前記低温側冷凍装置は、第１低温側圧縮機、第１低温側凝縮器、第１低温側膨張弁及び第１低温側蒸発器が、この順に第１低温側冷媒を循環させるように接続された第１低温側冷凍回路と、第２低温側圧縮機、第２低温側凝縮器、第２低温側膨張弁及び第２低温側蒸発器が、この順に第２低温側冷媒を循環させるように接続された第２低温側冷凍回路と、を有し、前記第１低温側凝縮器と前記第２低温側蒸発器とが、互いに熱交換可能なカスケードコンデンサを構成する二元冷凍装置であり、前記低温側ブライン循環装置は、低温側ブラインを循環させるための低温側ブライン循環路と、前記低温側ブライン循環路の一部を構成し且つ受け入れた前記低温側ブラインを加熱可能な低温側加熱部と、を有し、前記第１低温側冷凍回路における前記第１低温側膨張弁の下流側で且つ前記第１低温側蒸発器の上流側に位置する部分と、前記低温側ブライン循環路における前記低温側加熱部の下流側に位置する部分と、が、互いに熱交換可能な冷凍能力調節機構を構成し、前記第１低温側蒸発器は、前記チャンバ内に配置されており、前記制御装置は、前記冷却ユニット及び前記加熱ユニットを制御することにより、前記チャンバ内の温度を－６７．５℃乃至１２７．５℃の温度範囲内に制御するようになっていることを特徴とする。

　この環境試験装置によれば、冷却ユニットでは、低温側冷凍装置の第１低温側冷凍回路における第１低温側蒸発器の上流側の部分において、第１低温側冷媒を低温側ブラインによって加熱することができ、この際、低温側ブラインの加熱能力に応じて第１低温側蒸発器における冷凍能力を調節することができる。したがって、低温側冷凍回路の構成要素を操作することなく、簡易に当該冷凍回路の冷凍能力を広範囲に調節することができる。
　そして冷却ユニットと加熱ユニットとで温度制御範囲を変えることで、低温から高温にわたる十分に広い温度制御範囲を確保できる。

　また、前記加熱ユニットは、加熱側冷凍装置と、加熱側ブライン循環装置とを含み、前記加熱側冷凍装置は、加熱側圧縮機、加熱側凝縮器、加熱側膨張弁及び加熱側蒸発器が、この順に加熱側冷媒を循環させるように接続された加熱側冷凍回路と、前記加熱側冷凍回路における前記加熱側凝縮器の下流側で且つ前記加熱側膨張弁の上流側に位置する部分および前記加熱側冷凍回路における前記加熱側蒸発器の下流側で且つ前記加熱側圧縮機の上流側に位置する部分を、前記加熱側冷媒が通流可能に連通するインジェクション流路と、前記インジェクション流路を通流する前記加熱側冷媒の流量を調節可能なインジェクション弁と、を有するインジェクション回路と、前記加熱側冷凍回路における前記加熱側圧縮機の下流側で且つ前記加熱側凝縮器の上流側に位置する部分および前記インジェクション流路における前記インジェクション弁の下流側に位置する部分を、前記加熱側冷媒が通流可能に連通するホットガス流路と、前記ホットガス流路を通流する前記加熱側冷媒の流量を調節可能なホットガス弁と、を有するホットガス回路と、を有し、前記加熱側ブライン循環装置は、加熱側ブラインを循環させるための加熱側ブライン循環路と、前記加熱側ブライン循環路の一部を構成し且つ受け入れた前記加熱側ブラインを加熱可能な加熱ユニット側加熱部と、前記加熱ユニット側加熱部の下流側で前記加熱側ブライン循環路の一部を構成し、前記チャンバ内に配置される負荷部と、を有し、前記加熱側ブライン循環路の一部と、前記加熱側冷凍装置の前記加熱側蒸発器とが、互いに熱交換可能な加熱能力調節用熱交換器を構成してもよい。

　この場合、加熱側凝縮器によって凝縮された加熱側冷媒を、加熱側蒸発器に流入しないようにインジェクション回路を通し加熱側蒸発器の下流側にバイパスでき、且つ、加熱側圧縮機によって吐出された高温の加熱側冷媒を、ホットガス回路を通し加熱側蒸発器の下流側にバイパスできる。これにより、加熱側蒸発器に流入する加熱側冷媒の流量を制御でき、加熱側蒸発器で出力される冷凍能力を柔軟に調節することができる。この際、加熱側蒸発器に流入する加熱側冷媒が高圧の加熱側冷媒に混合されることがないため、出力される冷凍能力を安定させることができる。またインジェクション回路を通してバイパスされる凝縮された加熱側冷媒と、ホットガス回路を通してバイパスされる高温の加熱側冷媒との割合を調節することにより、加熱側圧縮機に流入する加熱側冷媒の状態や温度を所望の状態に容易に制御することができる。これにより、冷凍能力を柔軟に調節しつつ安定した温度制御を行うことができる。これにより、加熱側冷凍装置が出力する安定した状態で調節された冷凍能力によって、加熱側ブライン循環装置の加熱側ブラインの温度を制御して負荷部の加熱能力又は冷凍能力を調節できるため、負荷部によって安定した温度制御を行うことができる。

　本発明によれば、被検査物が収容されるチャンバ内の空間を十分に確保しつつ、当該空間内の温度を、広い温度範囲、特に極めて低温域まで制御できることで様々な環境を考慮した十分な環境試験を被検査物に対して行うことができる。

本発明の第１の実施の形態に係る環境試験装置の斜視図である。図１に示す環境試験装置の回路構成を示す図である。図１に示す環境試験装置のチャンバの縦断面図である。本発明の第２の実施の形態に係る環境試験装置の概略構成を示す図である。図４に示す環境試験装置の加熱ユニットにおける加熱側冷凍装置の拡大図である。図４に示す環境試験装置の冷却ユニットにおける低温側冷凍装置のモリエル線図の一例を示す図である。図４に示す環境試験装置の加熱ユニットにおける加熱側冷凍装置のモリエル線図の一例を示す図である。図４に示す環境試験装置において低温域の温度制御を行う場合の状態を示す図である。図４に示す環境試験装置において中温域又は高温域の温度制御を行う場合の状態を示す図である。図４に示す環境試験装置のチャンバの縦断面図である。

　以下、本発明の各実施の形態について説明する。

＜＜第１の実施の形態＞＞
　図１は、本発明の第１の実施の形態に係る環境試験装置１の斜視図である。図２は、図１に示す環境試験装置１の回路構成を示す図である。図１及び図２に示すように、本実施の形態に係る環境試験装置１は、水素タンクなどの被検査物１００を収容するチャンバ１０と、冷却ユニット５０と、加熱ユニット６０と、制御装置７０と、を備えている。なお、図１においては、説明の便宜上、チャンバ１０及び冷却ユニット５０の一部のみが示されている。

　図１に示すように、本実施の形態のチャンバ１０は、有底円筒状の本体部１１と、本体部１１の開口を開閉可能な円盤状の蓋部１２と、を有している。図１においては、蓋部１２が本体部１１を開放させたチャンバ１０の開放状態が示されている。この開放状態から蓋部１２が本体部１１を閉鎖することでチャンバ１０が閉鎖状態となる。

　本体部１１は、その中心軸Ｃが水平方向に延びるように台座１６を介して床面上に設置されている。図３は、図１に示すチャンバ１０の縦断面図である。図１及び図３に示すように、本実施の形態では、本体部１１内に、縦断面視で、水平方向の一方側に配置される第１カバー部材１８Ａと、水平方向の他方側に配置される第２カバー部材１８Ｂと、第１カバー部材１８Ａ及び第２カバー部材１８Ｂの上方であって水平方向で第１カバー部材１８Ａ及び第２カバー部材１８Ｂの間に配置される第３カバー部材１８Ｃと、が設けられている。

　第１カバー部材１８Ａ及び第２カバー部材１８Ｂは板状であり、中心軸Ｃに直交する水平方向で中心軸Ｃを挟んで互いに向き合うように配置されている。詳しくは、第１カバー部材１８Ａ及び第２カバー部材１８Ｂの各々は、上下方向に延びると共にその下端と本体部１１の内周面との間に隙間が形成されるように、配置されている。この例では、第１カバー部材１８Ａ及び第２カバー部材１８Ｂの各々の下端は、中心軸Ｃよりも下方に位置し、より詳しくは、中心軸Ｃと本体部１１の内周面のうちの最下部との上下方向における略中間位置と同等の高さ位置に、位置している。また、第１カバー部材１８Ａ及び第２カバー部材１８Ｂは、中心軸Ｃに沿って本体部１１の開口部近傍から有底円筒状の底部近傍まで延びている。

　第３カバー部材１８Ｃは板状であり、中心軸Ｃの上方に配置され、中心軸Ｃに直交する水平方向に沿って延びている。第３カバー部材１８Ｃの第１カバー部材１８Ａ側の端部と第１カバー部材１８Ａの上端部との間には、隙間が形成され、第３カバー部材１８Ｃの第２カバー部材１８Ｂ側の端部と第２カバー部材１８Ｂの上端部との間には、隙間が形成されている。また第３カバー部材１８Ｃも、中心軸Ｃに沿って本体部１１の開口部近傍から有底円筒状の底部近傍まで延びている。そして、これら各カバー部材１８Ａ～１８Ｃの内側に、被検査物１００が設置される配置空間１７が形成されている。

　また、本実施の形態では、配置空間１７の上方に、２基のファン８０（図２も参照）が配置され、ファン８０と配置空間１７との間に、第３カバー部材１８Ｃが配置されている。ファン８０は、第３カバー部材１８Ｃに向けて送風を行うようになっている。

　図１に戻り、蓋部１２は、本体部１１の開口側の端縁に対応する位置に既知のシール材（不図示）が取り付けられており、本体部１１の開口を気密に閉鎖可能となっている。なお、図示省略するが、本体部１１と蓋部１２との間には、蓋部１２による本体部１１の閉鎖状態を保持するロック機構が設けられている。

　本実施の形態において、蓋部１２は、図１に示すように、レール１４に沿って移動可能な台車１３に設置されている。レール１４は、本体部１１の中心軸Ｃ方向に沿って本体部１１の開口側から外側に延びるように床面上に敷設されている。これにより、台車１３をレール１４に沿って移動させることで、蓋部１２が本体部１１に近接するように、あるいは、蓋部１２が本体部１１から離間するように、移動され得るようになっている。

　また、本実施の形態では、蓋部１２に、被検査物１００が置かれる載置台１５が設けられており、載置台１５は、台車１３によって、蓋部１２と一体に移動する。そして、蓋部１２によって本体部１１が閉鎖された際に、載置台１５に置かれた被検査物１００がチャンバ１０内の配置空間１７に配置されるようになっている。

　図３においては、チャンバ１０内の配置空間１７に配置された状態の被検査物１００及び載置台１５が二点鎖線で示されている。本実施の形態では、載置台１５が、本体部１１内に配置された際に、第１カバー部材１８Ａ及び第２カバー部材１８Ｂの各々の下端よりも、下方に位置付けられるようになっている。また、図示の例では、載置台１５上の被検査物１００がチャンバ１０内の配置空間１７に配置された際に、各カバー部材１８Ａ～１８Ｃが、上方及び中心軸Ｃに直交する水平方向の両側から被検査物１００を囲うようになっている。

　また、本実施の形態のチャンバ１０においては、上述の本体部１１及び蓋部１２が共に、金属製の板材と板材に積層された断熱材とを有してなる。金属製の板材は、例えば、厚さ１２ｍｍのステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）製であってもよい。また、断熱材は、厚さ１００ｍｍの既知の断熱材、例えば低発泡ＰＥＴ／ＰＥシート材であってもよい。

　また、蓋部１２によって本体部１１を閉鎖させた状態で、チャンバ１０は、直径２４００ｍｍ、長さ３４００ｍｍの略円筒状の外形を有している。この例では、チャンバ１０の内容積は、１５ｍ^３である。なお、本実施の形態では、チャンバ１０の内容積が１５ｍ^３であるが、１０ｍ^３以上２０ｍ^３以下の範囲であることが好ましい。しかしながら、このようなチャンバ１０の内容積は、特に限定されるものではなく、例えば１．５ｍ^３程度であってもよいし、２５ｍ^３程度であってもよい。

　また、図１において、符号１９は、本体部１１の側壁に形成された通気口を示している。この通気口１９には、配管１９Ａを介して真空ポンプ９０（図２参照）などの減圧手段や加圧された窒素タンクなどの加圧手段（不図示）が接続されている。これら減圧手段及び加圧手段によって、チャンバ１０内の圧力は、例えば１０ｋＰａ乃至１５０ｋＰａの範囲で調整可能となっている。

　次に、冷却ユニット５０について説明する。図２に示すように、本実施の形態の冷却ユニット５０は、チャンバ１０内に一部が配置されるブライン循環路２１を有し当該ブライン循環路２１内でブラインを循環させるブライン循環装置２０と、ブライン循環路２１のうちのチャンバ１０外に配置される部分において前記ブラインを冷却する冷却装置４０と、を有している。

　ブライン循環装置２０は、前述のブライン循環路２１と、当該ブライン循環路２１内でブラインを循環させるポンプ２２と、ブライン循環路２１内のブラインの量を調節するブライン量調整機構２５と、を有している。ブライン量調整機構２５は、ブラインを一定量貯留するブラインタンク２７と、外部からブラインタンク２７にブラインを適宜供給するブライン供給路２６と、を有している。なお、本実施の形態では、ブラインとして、フッ素系熱媒体が採用されているが、他のブラインが採用されてもよい。

　ブライン循環路２１について詳述すると、図２に示すように、ブライン循環路２１は、チャンバ１０外に配置される上流側流路２１Ａ及び下流側流路２１Ｂと、これら上流側流路２１Ａと下流側流路２１Ｂとの間に設けられる中間流路２１Ｃと、を有している。上流側流路２１Ａと下流側流路２１Ｂは、上述のタンク２７を介して接続されており、上流側流路２１Ａには、上述のポンプ２２が設けられている。

　一方、図１及び図２に示すように、中間流路２１Ｃの両端部のうちの一端部には、ブライン流入口２３が設けられ、他端部には、ブライン流出口２４が設けられ、これらブライン流入口２３及びブライン流出口２４は、チャンバ１０の外部に配置されている。また、中間流路２１Ｃのうちの、ブライン流入口２３よりも下流側の部分であってブライン流出口２４よりも上流側の部分は、チャンバ１０内に配置されている。そして、上流側流路２１Ａは、ブライン流入口２３に接続されており、下流側流路２１Ｂは、ブライン流出口２４に接続されている。これにより、ブライン循環路２１が環状に形成される。

　ここで、本実施の形態では、図３に示すように、中間流路２１Ｃのうちのチャンバ１０内に配置される部分が、第１配管群２１１と第２配管群２１２とで構成され、第１配管群２１１及び第２配管群２１２の各々には、各々が同一方向（本実施の形態では、中心軸Ｃ方向）に沿って延びる複数の配管部２１Ｐが含まれている。

　本実施の形態では、チャンバ１０内において、第１配管群２１１が中心軸Ｃに直交する水平方向で一方側に配置され、第２配管群２１２が中心軸Ｃに直交する水平方向の他方側に配置され、第１配管群２１１及び第２配管群２１２の間に、上述の配置空間１７が位置している。そして、図３に示すように、第１配管群２１１及び第２配管群２１２のそれぞれにおいて、複数の配管部２１Ｐは、その延在方向に直交する断面で見た場合に、千鳥配列（ＳｔａｇｇｅｒｅｄＡｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）にて配置されている。すなわち、この例では、上下方向に並んだ複数の配管部２１Ｐの列が水平方向に複数並んでおり、水平方向で隣り合う一方の列に含まれる配管部２１Ｐの上下方向の位置と他方の列に含まれる配管部２１Ｐの上下方向の位置とがずれるように、複数の配管部２１Ｐが配置されている。なお、各配管部２１Ｐには、熱交換率の向上のためにフィンが設けられることが好ましい。

　また、上述の第１カバー部材１８Ａは、第１配管群２１１と配置空間１７との間に位置して、第１配管群２１１に沿って延び、これにより第１配管群２１１を覆っている。また、上述の第２カバー部材１８Ｂは、第２配管群２１２と配置空間１７との間に位置して、第２配管群２１２に沿って延び、第２配管群２１２を覆っている。

　また、本実施の形態では、上述の冷却装置４０が、二元式の冷却装置（二元冷却装置）として構成されている。すなわち、図２に示すように、冷却装置４０は、高温側圧縮機３０、水冷式の凝縮器３１、高温側受液器３２、高温側膨張弁３３及びカスケードコンデンサ３４が、高温側熱媒体を循環させるように当該順序で配管により接続された高温側冷却回路４１と、低温側圧縮機３５、上述のカスケードコンデンサ３４、低温側受液器３６、低温側膨張弁３７及び蒸発器３８が、低温側熱媒体を循環させるように当該順序で配管により接続された低温側冷却回路４２と、を有している。そして、カスケードコンデンサ３４において低温側熱媒体が高温側熱媒体によって冷却され、低温側冷却回路４２の蒸発器３８においてブラインが低温側熱媒体によって冷却されるようになっている。

　ブラインの冷却効率を高めるべく、本実施の形態の冷却装置４０では、高温側熱媒体としてハイドロフルオロカーボンの一種であるＲ４１０Ａが採用され、低温側熱媒体としてハイドロフルオロカーボンの一種であるＲ２３が採用されている。なお、高温側及び低温側で採用し得る冷媒の組合せ（高温側熱媒体／低温側熱媒体）としては、Ｒ２２／Ｒ２３、Ｒ４０４／Ｒ２３、Ｒ４０３／Ｒ２３、及びＲ４１０／Ｒ１４等が挙げられる。さらに、熱媒体として、混合冷媒が採用されてもよい。

　以上のような冷却装置４０を採用することにより、本実施の形態では、ブライン循環路２１内を循環するブラインの流量を増大させつつブラインを十分に冷却することで、チャンバ１０内の空間を効果的に冷却することが可能である。具体的に、本実施の形態のブライン循環装置２０は、チャンバ１０内の空間を冷却する際、ブラインを所定の温度として、１２０Ｌ／ｍｉｎで、ブラインをブライン循環路２１内で循環させることにより、４ｋＷの冷却能力で、チャンバ１０内の空間を冷却するようになっている。なお、インバータを用いることにより、ブラインの冷却能力を可変としても構わない。また、チャンバ１０の外部でブライン循環路２１においてブラインを加熱制御することにより、ブラインの冷却能力を可変としても構わない。

　また、図２に示すように、本実施の形態の加熱ユニット６０は、チャンバ１０内に配置されるヒータ６１と、ヒータ６１に接続された電流制御部６２と、を有している。すなわち、本実施の形態の加熱ユニット６０は、電気ヒータによってチャンバ１０内の空間を加熱するようになっている。具体的に、本実施の形態の加熱ユニット６０は、５ｋＷの加温能力でヒータ６１により、チャンバ１０内の空間を加熱する。

　ここで、本実施の形態において、ヒータ６１は、図３に示すように、ファン８０の上方に配置されている。詳しくは、ヒータ６１は、複数の管状部分６１Ｐを有し、これら管状部分６１Ｐは、本体部１１内の円弧状の内壁面に沿って並ぶ状態で配置されている。なお、ヒータ６１の各管状部分６１Ｐには、熱交換率の向上のためにフィンが設けられることが好ましい。

　また、制御装置７０は、所望の試験環境を実現するべく、冷却ユニット５０及び加熱ユニット６０を制御する。具体的に、本実施の形態では、制御装置７０が、冷却ユニット５０のうちの高温側圧縮機３０、低温側圧縮機３５及びブライン循環装置２０のポンプ２２、並びに、加熱ユニット６０のヒータ６１（電流制御部６２）を、制御するようになっている。

　特に、本実施の形態の環境試験装置１においては、制御装置７０が冷却ユニット５０及び加熱ユニット６０を制御することにより、チャンバ１０内の温度を－６７．５℃乃至１２７．５℃の温度範囲内の所望の設定温度に制御するようになっている。また、本実施の形態では、制御装置７０に接続された温度センサ及び圧力センサが、チャンバ１０内に設けられており、チャンバ１０内の温度及び圧力をリアルタイムで計測するようになっている。

　次に、本実施の形態の作用について説明する。

　環境試験を開始する際、チャンバ１０の本体部１１が蓋部１２によって閉鎖されている場合には、使用者は、本体部１１と蓋部１２とのロック状態を解除して、レール１４に沿って台車１３を本体部１１から離れる方向に移動させる。これにより、蓋部１２が本体部１１の開口から離間され、蓋部１２に設けられた載置台１５がチャンバ１０外に露出される。そして、使用者は、例えば水素タンク等の被検査物１００を載置台１５上に載置し、既知の固定具（不図示）によって当該被検査物を載置台１５に対して固定する。

　この状態で、使用者は、レール１４に沿って台車１３を本体部１１に近づく方向に移動させ、チャンバ１０の本体部１１の開口を蓋部１２によって閉鎖する。そして、前記ロック機構を用いて、蓋部１２を本体部１１に対して固定する。これにより、本体部１１の開口が蓋部１２により気密に閉鎖される。

　そして、使用者が制御装置７０に対して所望の試験環境（試験温度）を設定することにより、環境試験が開始される。一例として、－６０℃という低温域の試験温度が設定された場合には、まず、制御装置７０は、高温側冷却回路４１の高温側圧縮機３０を駆動させ、高温側冷却回路４１での高温側熱媒体の図２の矢印方向への循環を開始させる。具体的には、高温側圧縮機３０は、高温側熱媒体を圧縮して高温・高圧の状態にして、凝縮器３１に向けて吐出する。凝縮器３１は、吐出された高温側熱媒体を、外部から供給される冷却水と熱交換させることにより凝縮液化する。凝縮液化した高温側熱媒体は、高温側受液器３２を経て高温側膨張弁３３を通過する。この時、高温側膨張弁３３は、高温側熱媒体を減圧する。この減圧された高温側熱媒体は、カスケードコンデンサ３４を経て再び高温側圧縮機３０に流入し、以上の冷却サイクルが再び繰り返される。

　また、制御装置７０は、高温側冷却回路４１の高温側圧縮機３０を駆動させると共に、低温側冷却回路４２の低温側圧縮機３５をも駆動させ、低温側冷却回路４２での低温側熱媒体の図２の矢印方向への循環を開始させる。具体的には、低温側圧縮機３５は、低温側熱媒体を圧縮して高温・高圧の状態にして、カスケードコンデンサ３４に向けて吐出する。カスケードコンデンサ３４は、吐出された低温側熱媒体を、高温側冷却回路４１を循環する前述の高温側熱媒体と熱交換させることにより、凝縮液化する。凝縮液化した低温側熱媒体は、低温側受液器３６を経て低温側膨張弁３７を通過する。この時、低温側膨張弁３７は、低温側熱媒体を減圧する。この減圧された低温側熱媒体は、蒸発器３８を経て再び低温側圧縮機３５に流入し、以上の冷却サイクルが再び繰り返される。このようにして、カスケードコンデンサ３４において低温側熱媒体が高温側熱媒体によって冷却され、低温側冷却回路４２の蒸発器３８においてブラインが低温側熱媒体によって冷却される。

　そして、制御装置７０は、ブライン循環装置２０のポンプ２２を駆動させ、ブライン循環路２１内のブラインを図２の矢印方向へ循環させる。この時、ブラインは、ポンプ２２により低温側冷却回路４２の蒸発器３８に向かって１２０Ｌ／ｍｉｎの流量で供給される。供給されたブラインは、蒸発器３８を介して低温側熱媒体と熱交換されて冷却される。冷却されたブラインは、チャンバ１０に向かって供給され、ブライン流入口２３を介してチャンバ１０内に配置されたブライン循環路２１、すなわち中間流路２１Ｃ内に供給される。そして、ブラインは、ブライン循環路２１を介して４Ｋｗの冷却能力でチャンバ１０内の気体と熱交換を行い、チャンバ１０内を冷却する。そして、チャンバ１０内の気体との熱交換を終えたブラインは、ブライン流出口２４を介してチャンバ１０外に戻され、再び蒸発器３８に供給される。そして、以上の冷却サイクルが再び繰り返される。

　本実施の形態では、ブラインによりチャンバ１０内が冷却される間、チャンバ１０の内壁に設けられた２基のファン８０が駆動される。これにより、第１カバー部材１８Ａ及び第２カバー部材１８Ｂとチャンバ１０の内壁との間に配置されたブライン循環路２１（第１配管群２１１及び第２配管群２１２）によって冷却された気体が、配置空間１７において拡散される（対流する）。これにより、配置空間１７が効果的に冷却されると共に、配置空間１７において、温度分布のばらつきが抑制される。

　以上の冷却に伴い、チャンバ１０内の気体が収縮してチャンバ１０内の圧力は次第に減少する。このため、被検査物１００を大気圧下で検査したい場合、使用者は、適宜にチャンバ１０の本体部１１の側壁に設けられた通気口１９を開閉し、チャンバ１０内の圧力を大気圧に維持させる。なお、本実施の形態では、チャンバ１０内の圧力は、チャンバ１０内に配置された圧力センサによりリアルタイムに計測され、制御装置７０に設けられた表示部（不図示）に表示される。

　以上のような冷却により、内容積が１５ｍ^３という比較的大型のチャンバ１０であるにも関わらず、当該チャンバ１０内の空間が、８時間以内という比較的短時間のうちに、室温（２５℃）から－６０℃まで冷却されることを、本件発明者は確認した。また、チャンバ１０内の温度は、チャンバ１０内に設けられた温度センサによりリアルタイムに計測され、計測された温度に基づいてフィードバック制御が行われる。このため、比較的大型のチャンバ１０であるにも関わらず、当該チャンバ１０内、特に配置空間１７の温度は、設定温度である－６０℃に対して±３℃の誤差範囲内に維持される。

　そして、所望の検査時間が経過して被検査物の検査が終了すると、使用者は、制御装置７０に対して冷却の停止を指示する。これにより、制御装置７０は、高温側圧縮機３０、低温側圧縮機３５、ブライン循環装置２０のポンプ２２及びファン８０の駆動を、それぞれ停止させ、環境試験装置１の運転が終了する。

　また、制御装置７０に対して１２０℃という高温域が設定された場合には、まず、制御装置７０は、加熱ユニット６０の電流制御部６２を制御し、チャンバ１０内に配置されたヒータ６１に通電する。これによりヒータ６１は発熱し、チャンバ１０内の気体を５Ｋｗの加温能力で加熱する。ヒータ６１がチャンバ１０内を加熱する間、チャンバ１０の内壁に設けられたファン８０が駆動される。これにより、低温域の試験温度の場合と同様に、チャンバ１０内の空間において、温度分布のばらつきが抑制される。

　以上の加熱に伴い、チャンバ１０内の気体が膨張してチャンバ１０内の圧力は次第に増大する。このため、被検査物を大気圧下で検査したい場合、使用者は、適宜にチャンバ１０の本体部１１の側壁に設けられた通気口１９を開閉し、チャンバ１０内の圧力を大気圧に維持させる。

　以上のような加熱により、内容積が１５ｍ^３という比較的大型のチャンバ１０内の温度が、８時間以内という比較的短時間で、室温（２５℃）から＋１２０℃まで加熱されることを、本件発明者は確認した。また、低温域の試験温度の場合と同様、チャンバ１０内の温度は、チャンバ１０内に設けられた温度センサによりリアルタイムに計測され、計測された温度に基づいてフィードバック制御が行われる。このため、比較的大型のチャンバ１０であるにも関わらず、当該チャンバ１０内の温度は、設定温度である１２０℃に対して±３℃の誤差範囲内に維持される。

　なお、本実施の形態の環境試験装置１は、試験環境の温度によらず、チャンバ１０内を例えば１０ｋＰａという低圧状態として環境試験を行うことも可能である。この場合、図２に示すように、通気口１９に真空ポンプ９０が接続され、加熱または冷却中に適宜真空ポンプ９０が駆動されてチャンバ１０内が１０ｋＰａという低圧状態に維持される。

　あるいは、本実施の形態の環境試験装置１は、試験環境の温度によらず、チャンバ１０内を例えば大気圧よりも高圧である１５０ｋＰａとして環境試験を行うことも可能である。この場合、本実施の形態では、チャンバ１０内の加熱または冷却を開始する前に、通気口１９に窒素の供給源（不図示）が接続され、チャンバ１０内の気体が全て窒素に置換された後でチャンバ１０内の圧力が１５０ｋＰａに維持される。

　以上に記載した本実施の形態に係る環境試験装置１よれば、高温側冷却回路４１と低温側冷却回路４２とを有する二元式の冷却装置４０を用いることにより、チャンバ１０内に比較的広い空間を確保した場合であっても、チャンバ１０内の温度を極めて低温域、具体的には－６０℃近傍まで制御できる。また、高温域においては、加熱ユニット６０によってチャンバ１０内の温度を１２０℃近傍まで制御できる。これにより、被検査物が収容されるチャンバ１０内の空間を十分に確保しつつ、当該空間内の温度を、広い温度範囲、特に極めて低温域まで制御できることで様々な環境を考慮した十分な環境試験を被検査物に対して行うことができる。

　具体的に、本実施の形態のチャンバ１０の内容積は、１５ｍ^３である。これにより、複数の被検査物に対する環境試験を同時に行うことができたり、種々のサイズの被検査物に対する環境試験を行うことができたりする十分な空間を確保することができる。また、チャンバ１０の内容積が上述の値である場合には、二元式の冷却装置４０において過剰に大きい出力を確保しなくても、チャンバ１０内の空間を所望の温度に制御することができる。これにより、本実施の形態によれば、チャンバ１０内の空間を十分に確保しつつ、比較的簡易な構成でチャンバ１０内の温度を広い温度範囲まで制御できることで、実用性を確保することが可能となる。

　また、本実施の形態のブライン循環装置２０は、チャンバ１０内の空間を冷却する際、１２０Ｌ／ｍｉｎで、ブラインをブライン循環路２１内で循環させることにより、４ｋＷの範囲の冷却能力で、チャンバ１０内の空間を冷却するようになっている。これにより、比較的短時間で、チャンバ１０内の温度を－６０℃近傍まで制御することができることで、実用性を向上させることができる。

　また、本実施の形態では、チャンバ１０内に配置されるブライン循環路２１の一部である中間流路２１Ｃが、各々が同一方向に沿って延びる複数の配管部２１Ｐを有し、これら複数の配管部２１Ｐは、その延在方向に直交する断面で見た場合に、千鳥配列にて配置されている。これにより、チャンバ１０内に配置されるブライン循環路２１の一部を構成する複数の配管部２１Ｐをコンパクトに配置することができ、チャンバ１０内の配置空間１７を広く確保できる。また、チャンバ１０内の気体を配管部２１Ｐの広範囲に接触させることができるため、熱交換率を向上できる。

　より具体的に本実施の形態では、中間流路２１Ｃが、第１配管群２１１と第２配管群２１２とで構成され、第１配管群２１１及び第２配管群２１２の各々に複数の配管部２１Ｐが含まれており、第１配管群２１１は、チャンバ１０内において水平方向の一方側に配置され、第２配管群２１２は、チャンバ１０内において水平方向の他方側に配置され、第１配管群２１１及び第２配管群２１２の間に、配置空間１７が形成されている。これにより、第１配管群２１１及び第２配管群２１２の間の配置空間１７を広く確保で、且つ、この配置空間１７を水平方向の両側から温度制御することにより、均一な温度分布を得ることができる。

　また、本実施の形態では、第１配管群２１１と配置空間１７との間に、第１配管群２１１に沿って延びる第１カバー部材１８Ａが配置され、第２配管群２１２と配置空間１７との間に、第２配管群２１２に沿って延びる第２カバー部材１８Ｂが配置されている。これにより、第１配管群２１１及び第２配管群２１２に含まれる配管部２１Ｐを保護することができる。

　また、チャンバ１０内における配置空間１７の上方には、ファン８０が配置され、ファン８０と配置空間１７との間に、第３カバー部材１８Ｃが配置され、ファン８０は、第３カバー部材１８Ｃに向けて送風を行うようになっている。これにより、ファン８０を駆動することにより、チャンバ１０内の空間の温度分布のばらつきを抑制できる。また、第３カバー部材１８Ｃによってファン８０の送風が配置空間１７に配置される被検査物に直接当たることが抑制されることで、被検査物の温度状態を安定させることができる。さらに、第３カバー部材１８Ｃによってファン８０を保護することができる。

　また、本実施の形態では、ファン８０の上方に、ヒータ６１が配置されているので、第３カバー部材１８Ｃによってヒータ６１を保護することができる。

　以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施の形態においては、チャンバ１０が円筒状に形成されているが、これに限定されるものではない。例えば、チャンバ１０は直方体状に形成されてもよいし、縦断面が楕円状の筒状に形成されてもよい。

　また、上述の実施の形態では、２元式の冷却装置４０によってブラインが冷却されるが、３段以上の多段式の冷却装置によってブラインが冷却されても構わない。

＜＜第２の実施の形態＞＞
　次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態の構成部分における第１の実施の形態で説明した構成部分に相当する部分には同一の符号が付されている。また、以下の説明では、第２の実施の形態の構成部分における第１の実施の形態の構成部分と同様の部分については、説明を省略する。第２の実施の形態に係る環境試験装置２は、チャンバ１０内の温度を－６７．５℃乃至１２７．５℃の温度範囲内の所望の設定温度に制御するが、冷却ユニット５０及び加熱ユニット６０の構成が、第１の実施の形態と異なる。

　図４は、本発明の第２の実施の形態に係る環境試験装置２の概略構成を示す図である。図４に示すように、本実施の形態に係る環境試験装置２は、冷却ユニット５０と、加熱ユニット６０と、温度制御対象空間Ｓを規定するチャンバ１０と、を備えている。この環境試験装置２は、冷却ユニット５０及び加熱ユニット６０によって、温度制御対象空間Ｓの温度を低温から高温にわたる温度制御範囲内の所望の温度に温度制御することが可能となっている。以下、環境試験装置２の各構成について詳述する。

＜冷却ユニット＞
　図４に示すように、本実施の形態における冷却ユニット５０は、低温側冷凍装置３０２と、低温側ブライン循環装置３０３と、を有している。冷却ユニット５０は、低温側冷凍装置３０２の冷凍能力を低温側ブライン循環装置３０３によって調節することにより、温度制御対象空間Ｓを冷却することが可能となっている。

　本実施の形態における低温側冷凍装置３０２は、二元冷凍装置であり、第１低温側圧縮機３１１、第１低温側凝縮器３１２、第１低温側膨張弁３１３及び第１低温側蒸発器３１４が、この順に第１低温側冷媒を循環させるように接続された第１低温側冷凍回路３１０と、第２低温側圧縮機３２１、第２低温側凝縮器３２２、第２低温側膨張弁３２３及び第２低温側蒸発器３２４が、この順に第２低温側冷媒を循環させるように接続された第２低温側冷凍回路３２０と、を備え、第１低温側凝縮器３１２と第２低温側蒸発器３２４とが、互いに熱交換可能なカスケードコンデンサＣＣを構成している。

　第１低温側冷凍回路３１０では、第１低温側圧縮機３１１によって圧縮された第１低温側冷媒が、カスケードコンデンサＣＣを構成する第１低温側凝縮器３１２に流入し、第２低温側冷凍回路３２０の第２低温側蒸発器３２４によって凝縮される。その後、第１低温側冷媒は、第１低温側膨張弁３１３によって減圧されて低温となり、第１低温側蒸発器３１４に流入する。図示の例では、第１低温側蒸発器３１４がチャンバ１０内に配置されており、第１低温側蒸発器３１４に流入した第１低温側冷媒は、温度制御対象空間Ｓの熱を吸熱して、第１低温側圧縮機３１１に流入する。

　本実施の形態においては、第１低温側冷凍回路３１０における第１低温側膨張弁３１３の下流側で且つ第１低温側蒸発器３１４の上流側に位置する部分と、第１低温側冷凍回路３１０における第１低温側蒸発器３１４の下流側で且つ第１低温側圧縮機３１１の上流側に位置する部分と、が、互いに熱交換可能な内部熱交換器ＩＣを構成している。これにより、第１低温側蒸発器３１４を通過して昇温した第１低温側冷媒が、第１低温側圧縮機３１１に吸入される前に、第１低温側膨張弁３１３が吐出する低温の第１低温側冷媒によって冷却されるようになっている。

　第２低温側冷凍回路３２０では、カスケードコンデンサＣＣで第１低温側冷媒の熱を吸熱した第２低温側冷媒が第２低温側圧縮機３２１によって圧縮される。圧縮された第２低温側冷媒は、第２低温側凝縮器３２２に流入し、例えば第２低温側凝縮器３２２を流れる冷却水によって凝縮される。その後、第２低温側冷媒は、第２低温側膨張弁３２３によって減圧されて低温となり、カスケードコンデンサＣＣを構成する第２低温側蒸発器３２４に流入して、第１低温側凝縮器３１２に流入した第１低温側冷媒を冷却する。

　低温側ブライン循環装置３０３は、低温側ブラインを循環させるための低温側ブライン循環路３３１と、低温側ブライン循環路３３１の一部を構成し且つ受け入れた低温側ブラインを加熱可能な低温側加熱部３３２と、低温側ブライン循環路３３１の一部を構成し且つ低温側ブラインを低温側ブライン循環路３３１内で循環させるための駆動力を付与する低温側ポンプ３３３と、低温側加熱部３３２に接続された低温側ブラインタンク３３４と、を有している。

　図示の例では、低温側ポンプ３３３の駆動により低温側ブラインが低温側ブライン循環路３３１内を図中の時計回りの方向に循環した際に、低温側加熱部３３２が、低温側ブラインの循環に伴って受け入れた低温側ブラインを所望の加熱量で加熱することが可能となっている。低温側加熱部３３２は、低温側ブラインを流入させるケース部と、ケース部内に配置されたヒータとを有し、ヒータの加熱量を調節することにより、低温側ブラインの加熱能力を調節可能となっている。本実施の形態において、低温側加熱部３３２は、第１低温側膨張弁３１３によって減圧され且つ内部熱交換器ＩＣで熱交換された第１低温側冷媒の温度よりも高温に低温側ブラインを加熱することが可能となっている。低温側ブラインタンク３３４内には、低温側ブラインが貯留されており、貯留された低温側ブラインの液面と低温側ブラインタンク３３４の上壁との間には気層部分が形成されている。低温側加熱部３３２のケース部は、低温側ブラインタンク３３４における気層部分と低温側ブラインの液層部分とに流体的に接続している。

　ここで、本実施の形態では、第１低温側冷凍回路３１０における第１低温側膨張弁３１３の下流側で且つ第１低温側蒸発器３１４の上流側に位置する部分と、低温側ブライン循環路３３１における低温側加熱部３３２の下流側に位置する部分と、が、互いに熱交換可能な冷凍能力調節機構ＦＣを構成している。図示の例において、冷凍能力調節機構ＦＣは、第１低温側冷媒が流れる方向で、内部熱交換器ＩＣの下流側に配置されている。つまり、内部熱交換器ＩＣは、第１低温側冷媒が流れる方向で、冷凍能力調節機構ＦＣの上流側に配置されている。より詳しくは、第１低温側冷凍回路３１０における第１低温側膨張弁３１３から吐出された第１低温側冷媒が第１低温側蒸発器３１４に至る部分において、内部熱交換器ＩＣは、冷凍能力調節機構ＦＣの上流側に配置されている。これにより、低温側冷凍装置３０２の第１低温側冷凍回路３１０における第１低温側蒸発器３１４の上流側の部分において、第１低温側冷媒をブラインにより加熱することが可能となっている。

＜加熱ユニット＞
　次に、加熱ユニット６０について説明する。図４に示すように、本実施の形態に係る加熱ユニット６０は、加熱側冷凍装置４０２と、加熱側ブライン循環装置４０３と、を有している。この加熱ユニット６０では、加熱側ブライン循環装置４０３が温度制御対象空間Ｓの温度を加熱又は冷却することが可能となっている。加熱側冷凍装置４０２は、加熱側ブライン循環装置４０３の加熱能力又は冷凍能力を調節する場合に、加熱側ブライン循環装置４０３内を循環する加熱側ブラインを冷却するように構成されている。

　本実施の形態における加熱側冷凍装置４０２は、単元式の冷凍装置であり、加熱側圧縮機４１１、加熱側凝縮器４１２、加熱側膨張弁４１３及び加熱側蒸発器４１４が、この順に加熱側冷媒を循環させるように接続された加熱側冷凍回路４１０と、加熱側冷凍回路４１０を通流する加熱側冷媒をバイパスするために設けられたインジェクション回路４２０及びホットガス回路４２４と、加熱側冷凍回路４１０を通流する加熱側冷媒を過冷却するための過冷却回路４１６と、を備えている。図５は加熱側冷凍装置４０２の拡大図である。以下、図５を参照しつつ加熱側冷凍装置４０２の各構成を詳述する。

　図５に示す加熱側冷凍回路４１０では、基本的な冷媒の流れとして、加熱側圧縮機４１１によって圧縮された加熱側冷媒が、加熱側凝縮器４１２に流入し、加熱側凝縮器４１２に流入した加熱側冷媒は、例えば冷却水によって凝縮される。その後、加熱側冷媒は、加熱側膨張弁４１３によって減圧されて低温となり、加熱側蒸発器４１４に流入する。加熱側蒸発器４１４に流入した冷媒は、熱交換を行った後に、加熱側圧縮機４１１に流入する。詳細は後述するが、本実施の形態における加熱側冷凍装置４０２は、加熱側蒸発器４１４によって加熱側ブライン循環装置４０３内を循環する加熱側ブラインを冷却するように構成されている。

　インジェクション回路４２０は、加熱側冷凍回路４１０における加熱側凝縮器４１２の下流側で且つ加熱側膨張弁４１３の上流側に位置する部分および加熱側冷凍回路４１０における加熱側蒸発器４１４の下流側で且つ加熱側圧縮機４１１の上流側に位置する部分を、加熱側冷媒が通流可能に連通（接続）するインジェクション流路４２１と、インジェクション流路４２１を通流する冷媒の流量を調節可能なインジェクション弁４２２と、を有している。このインジェクション回路４２０では、インジェクション弁４２２の開度を調節することにより、加熱側凝縮器４１２の下流側を通流する凝縮された加熱側冷媒を加熱側圧縮機４１１の上流側にバイパスすることが可能となっている。

　ホットガス回路４２４は、加熱側冷凍回路４１０における加熱側圧縮機４１１の下流側で且つ加熱側凝縮器４１２の上流側に位置する部分およびインジェクション流路４２１におけるインジェクション弁４２２の下流側に位置する部分を、冷媒が通流可能に連通（接続）するホットガス流路４２５と、ホットガス流路４２５を通流する冷媒の流量を調節可能なホットガス弁４２６と、を有している。このホットガス回路４２４は、ホットガス弁４２６の開度を調節することにより、加熱側圧縮機４１１の下流側を通流する高温高圧の冷媒を加熱側圧縮機４１１の上流側にバイパスすることが可能となっている。

　また本実施の形態において、過冷却回路４１６は、加熱側冷凍回路４１０における加熱側凝縮器４１２の下流側で且つインジェクション流路４２１との接続位置の上流側に位置する部分および加熱側冷凍回路４１０における加熱側圧縮機４１１を、加熱側冷媒が通流可能に連通（接続）する過冷却用バイパス流路４１７と、過冷却用バイパス流路４１７を通流する冷媒の流量を制御する過冷却制御弁４１８と、を有している。本実施の形態では、過冷却用バイパス流路４１７における過冷却制御弁４１８の下流側に位置する部分と、加熱側冷凍回路４１０における過冷却用バイパス流路４１７との接続位置の下流側で且つインジェクション流路４２１との接続位置の上流側に位置する部分とが、互いに熱交換可能な過冷却用熱交換器ＳＣを構成している。

　過冷却用熱交換器ＳＣでは、過冷却制御弁４１８を開くことで、加熱側凝縮器４１２の下流側を通流する凝縮された加熱側冷媒を、過冷却用バイパス流路４１７における過冷却制御弁４１８の下流側で膨張させて低温とすることで、加熱側凝縮器４１２から過冷却用熱交換器ＳＣを介して加熱側膨張弁４１３側へ通流する冷媒に対して過冷却度を付与できるようになっている。一方、過冷却用バイパス流路４１７を通流した加熱側冷媒は、加熱側冷凍回路４１０における加熱側圧縮機４１１の上流側で且つ加熱側蒸発器４１４の下流側に位置する部分に流入する。具体的に本実施の形態においては、過冷却用バイパス流路４１７を通流した冷媒が、加熱側圧縮機４１１による加熱側冷媒の圧縮中に、加熱側圧縮機４１１において圧縮されている加熱側蒸発器４１４を通過した加熱側冷媒に合流するようになっている。

　また、図示の例では、加熱側冷凍回路４１０における加熱側凝縮器４１２の下流側で且つ過冷却用バイパス流路４１７との接続位置の上流側に位置する部分に、レシーバータンク４１５Ａとフィルタードライヤ４１５Ｂとが、この順で設けられている。

　図４に戻り、加熱側ブライン循環装置４０３は、加熱側ブラインを循環させるために環状をなす加熱側ブライン循環路４３１と、加熱側ブライン循環路４３１の一部を構成し且つ受け入れた加熱側ブラインを加熱可能な加熱ユニット側メイン加熱部４３２と、加熱側ブライン循環路４３１の一部を構成し且つブラインを加熱側ブライン循環路４３１内で循環させるための駆動力を付与する加熱側ポンプ４３３と、加熱側ポンプ４３３の下流側に配置されて加熱側ブライン循環路４３１の一部を構成し且つ受け入れた加熱側ブラインを加熱可能な第１加熱ユニット側サブ加熱部４３４Ａ及び第２加熱ユニット側サブ加熱部４３４Ｂと、第１加熱ユニット側サブ加熱部４３４Ａの下流側に配置されて加熱側ブライン循環路４３１の一部を構成する第１負荷部４３５Ａと、第２加熱ユニット側サブ加熱部４３４Ｂの下流側に配置されて加熱側ブライン循環路４３１の一部を構成する第２負荷部４３５Ｂと、加熱ユニット側メイン加熱部４３２に接続された加熱側ブラインタンク４３６と、を有している。加熱側ブラインは、相変化せずに又は相変化しない範囲で、負荷部４３５Ａ，４３５Ｂにおいて熱を放熱又は吸熱可能な物質であり、所望される温度制御範囲に応じて、その種類が選択される。加熱側ブラインは、例えばエチレングリコール水溶液、塩化カルシウム水溶液、水等であってもよい。

　本実施の形態では、加熱側ブライン循環路４３１における加熱側ポンプ４３３の下流側の部分が、第１分岐部４３１Ａと第２分岐部４３１Ｂとに分岐しており、第１加熱ユニット側サブ加熱部４３４Ａ及び第１負荷部４３５Ａの各々は、第１分岐部４３１Ａの一部を構成し、第２加熱ユニット側サブ加熱部４３４Ｂ及び第２負荷部４３５Ｂの各々は、第２分岐部４３１Ｂの一部を構成している。第１分岐部４３１Ａと第２分岐部４３１Ｂとは、第１負荷部４３５Ａ及び第２負荷部４３５Ｂの下流側で合流している。第１分岐部４３１Ａと第２分岐部４３１Ｂとの合流位置を通過したブラインは、後述する加熱能力調節用熱交換器ＨＣを通った後、加熱ユニット側メイン加熱部４３２側に流れ、加熱ユニット側メイン加熱部４３２を通過後に、再度、第１分岐部４３１Ａと第２分岐部４３１Ｂとに流入するようになっている。

　加熱ユニット側メイン加熱部４３２、第１加熱ユニット側サブ加熱部４３４Ａ及び第２加熱ユニット側サブ加熱部４３４Ｂの各々は、加熱側ポンプ４３３の駆動により加熱側ブラインが加熱側ブライン循環路４３１内を循環した際に、加熱側ブラインの循環に伴って受け入れた加熱側ブラインを所望の加熱量で加熱することが可能となっている。各加熱部４３２，４３４Ａ，４３４Ｂは、加熱側ブラインを流入させるケース部と、ケース部内に配置されたヒータとを有し、ヒータの加熱量を調節することにより、加熱側ブラインの加熱能力を調節可能となっている。図示の例では、加熱ユニット側メイン加熱部４３２に複数のヒータが配置され、第１加熱ユニット側サブ加熱部４３４Ａ及び第２加熱ユニット側サブ加熱部４３４Ｂには、それぞれ１つのヒータが配置される。しかしながら、このようなヒータの個数は特に限定されるものではなく、温度制御対象空間Ｓに設定される最大の制御温度に応じて設定されればよい。

　図４に示すように、本実施の形態において、第１負荷部４３５Ａ及び第２負荷部４３５Ｂは、チャンバ１０内に配置され、温度制御対象空間Ｓにおいてブラインの熱を放熱するか、又は、ブラインに温度制御対象空間Ｓの熱を吸熱することが可能となっている。すなわち、加熱ユニット６０は、温度制御対象空間Ｓを加熱するときには、第１負荷部４３５Ａ及び第２負荷部４３５Ｂから温度制御対象空間Ｓに熱を放熱する一方、温度制御対象空間Ｓを冷却するときには、第１負荷部４３５Ａ及び第２負荷部４３５Ｂに温度制御対象空間Ｓの熱を吸熱する。

　また加熱側ブラインタンク４３６内には、ブラインが貯留されており、貯留されたブラインの液面と加熱側ブラインタンク４３６の上壁との間には気層部分が形成されている。加熱ユニット側メイン加熱部４３２のケース部は、加熱側ブラインタンク４３６における気層部分と加熱側ブラインの液層部分とに流体的に接続している。

　ここで、本実施の形態では、図４に示すように、加熱側ブライン循環路４３１の一部と、加熱側冷凍装置の加熱側蒸発器４１４とが、互いに熱交換可能な加熱能力調節用熱交換器ＨＣを構成している。詳しくは、本実施の形態においては、加熱側ブライン循環路４３１における第１負荷部４３５Ａ及び第２負荷部４３５Ｂの下流側で且つ加熱ユニット側メイン加熱部４３２の上流側に位置する部分と、加熱側蒸発器４１４とが、加熱能力調節用熱交換器ＨＣを構成している。これにより、加熱側ブライン循環装置４０３における加熱側ブラインを加熱側冷凍装置４０２によって冷却することができる。そして本実施の形態では、加熱側冷凍装置４０２によって冷却された加熱側ブラインが、加熱ユニット側メイン加熱部４３２、第１加熱ユニット側サブ加熱部４３４Ａ及び第２加熱ユニット側サブ加熱部４３４Ｂによって加熱されるか、又は、加熱されずにこれらを通過することにより、所望の加熱能力又は冷凍能力で、温度制御対象空間Ｓを温度制御することが可能となっている。

＜制御装置＞
　次に、制御装置７０について説明する。図４においては、制御装置７０と、冷却ユニット５０及び加熱ユニット６０に設けられた複数の温度センサ及び圧力センサと、が示されている。本実施の形態においては、制御装置７０が、複数の温度センサ及び圧力センサの検出に基づいて、冷却ユニット５０の各部（低温側ポンプ３３３、第１低温側圧縮機３１１、第２低温側圧縮機３２１、低温側加熱部３３２等）及び加熱ユニット６０における各部（加熱側ポンプ４３３、加熱側圧縮機４１１、インジェクション弁４２２、ホットガス弁４２６、加熱部４３２，４３４Ａ，４３４Ｂ等）を制御するように構成されている。

　例えば、本実施の形態における制御装置７０は、低温側ポンプ３３３、第１低温側圧縮機３１１、及び第２低温側圧縮機３２１の駆動と停止を切り換えることが可能であるとともに、加熱側ポンプ４３３、及び加熱側圧縮機４１１の駆動と停止を切り換えることが可能である。また、制御装置７０は、設定された目標冷凍能力に基づいてインジェクション弁４２２の開度及びホットガス弁４２６の開度を調節することにより、加熱側蒸発器４１４に流入する加熱側冷媒の流量を調節し、加熱側蒸発器４１４に目標冷凍能力を出力させるようになっている。ここで、目標冷凍能力は、ユーザによって温度制御対象空間Ｓに設定される目標温度等に応じて、制御装置７０によって演算されてもよい。

　また図５において、符号４２８は、加熱側蒸発器４１４の下流側から加熱側圧縮機４１１に流入する前の加熱側冷媒の温度を検出する温度センサを示し、符号４２９は、加熱側蒸発器４１４の下流側から加熱側圧縮機４１１に流入する前の加熱側冷媒の圧力を検出する圧力センサを示している。図示の例において、加熱側温度センサ４２８及び加熱側圧力センサ４２９は、インジェクション回路４２０及びホットガス回路４２４の加熱側冷凍回路４１０への接続位置よりも下流側に配置されている。本実施の形態では、上述のように加熱側冷凍装置４０２の冷凍能力を調節する際に、制御装置７０が、温度センサ４２８が検出した温度及び圧力センサ４２９が検出した圧力に基づいてインジェクション弁４２２の開度及びホットガス弁４２６の開度を調節することにより、加熱側圧縮機４１１に流入する加熱側冷媒を気相状態で且つ所定の温度以下とするようになっている。所定の温度は、例えば、加熱側圧縮機４１１に焼損が生じない程度の温度である。

＜チャンバ１０内の構造＞
　また図１０は、図４に示す環境試験装置２のチャンバ１０の縦断面図である。図１０に示すように、本実施の形態における第１低温側蒸発器３１４は、チャンバ１０内において水平方向の一方側に配置される第１蒸発器３１４Ａと、チャンバ１０内において水平方向の他方側に配置される第２蒸発器３１４Ｂと、を有している。第１蒸発器３１４Ａ及び第２蒸発器３１４Ｂはそれぞれ、第１低温側膨張弁３１３によって減圧された第１低温側冷媒を供給される。また、第１蒸発器３１４Ａ及び第２蒸発器３１４Ｂを通過した第１低温側冷媒は、合流した後、第１低温側圧縮機３１１へ向けて流れるようになっている。

　ここで、第１蒸発器３１４Ａ及び第２蒸発器３１４Ｂの各々には、各々が同一方向（本実施の形態では、中心軸Ｃ方向）に沿って延びる複数の配管部３１４Ｐが含まれている。そして、第１蒸発器３１４Ａ及び第２蒸発器３１４Ｂのそれぞれにおいて、複数の配管部３１４Ｐは、その延在方向に直交する断面で見た場合に、千鳥配列（ＳｔａｇｇｅｒｅｄＡｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）にて配置されている。このような配管部３１４Ｐの各々には、第１低温側冷媒が通流するようになっている。

　また、加熱ユニット６０における第１負荷部４３５Ａは、チャンバ１０内において水平方向の一方側に配置され、第２負荷部４３５Ｂは、チャンバ１０内において水平方向の他方側に配置されている。第１負荷部４３５Ａ及び第２負荷部４３５Ｂの各々においても、各々が同一方向（本実施の形態では、中心軸Ｃ方向）に沿って延びる複数の配管部４３５Ｐが含まれている。そして、第１負荷部４３５Ａ及び第２負荷部４３５Ｂのそれぞれにおいて、複数の配管部４３５Ｐは、その延在方向に直交する断面で見た場合に、千鳥配列にて配置されている。

　また、第１蒸発器３１４Ａ及び第１負荷部４３５Ａと、第２蒸発器３１４Ｂ及び第２負荷部４３５Ｂとの間に、被検査物の配置空間が形成されている。ここで、本実施の形態では、第１蒸発器３１４Ａが、第１負荷部４３５Ａの上方に配置され、第２蒸発器３１４Ｂが、第２負荷部４３５Ｂの上方に配置されている。また、第１蒸発器３１４Ａ及び第１負荷部４３５Ａと、配置空間との間に、第１蒸発器３１４Ａ及び第１負荷部４３５Ａを覆う第１カバー部材１８Ａが配置されている。すなわち、第１カバー部材１８Ａは、第１蒸発器３１４Ａ及び第１負荷部４３５Ａに近接して、第１蒸発器３１４Ａ及び第１負荷部４３５Ａを配置空間側から覆っている。また、第２蒸発器３１４Ｂ及び第２負荷部４３５Ｂと、配置空間との間に、第２蒸発器３１４Ｂ及び第２負荷部４３５Ｂを覆う第２カバー部材１８Ｂが配置されている。すなわち、第２カバー部材１８Ｂは、第２蒸発器３１４Ｂ及び第２負荷部４３５Ｂに近接して、第２蒸発器３１４Ｂ及び第２負荷部４３５Ｂを配置空間側から覆っている。さらには、チャンバ１０内における前記配置空間の上方には、ファン８０が配置され、チャンバ１０内には、ファン８０を前記配置空間側から覆う第３カバー部材１８Ｃが配置されている。そしてファン８０が、第３カバー部材１８Ｃに向けて送風を行うようになっている。

＜動作＞
　次に本実施の形態に係る環境試験装置２の動作について、図６～図８を用いて説明する。環境試験装置２は、制御装置７０の制御によって冷却ユニット５０及び加熱ユニット６０の運転状態を切り換えることにより、低温域、中温域又は高温域における所望の温度に温度制御対象空間Ｓの温度を調節するように構成されている。本実施の形態では、一例として、低温域は、－６０℃～－２０℃の範囲であり、中温域は、－１９℃～＋２５℃の範囲であり、高温域は、＋２６℃～＋１２０℃の範囲であるが、このような各範囲は、特に限定されるものではない。

　図６は、冷却ユニット５０における第１低温側冷凍回路３１０のモリエル線図の一例を示す図であり、図７は、加熱ユニット６０における加熱側冷凍装置４０２のモリエル線図の一例を示す図である。図８は、低温域の温度制御を行う場合の状態を示す図であり、図９は、中温域又は高温域の温度制御を行う場合の状態を示す図である。以下では、低温域、中温域及び高温域の制御態様がこの順で説明される。

（低温域の温度制御）
　低温域の温度制御を行う場合、冷却ユニット５０においては、第１低温側圧縮機３１１、第２低温側圧縮機３２１及び低温側ポンプ３３３が駆動される。一方、加熱ユニット６０においては、加熱側ブライン循環装置４０３において加熱側ポンプ４３３が駆動され、加熱側冷凍装置４０２は停止状態とされ、加熱側冷媒は循環されない。図８において、配管上に記載された太線は、冷媒又はブラインが循環しているラインを示し、低温域の温度制御時の動作状態が示されている。

　この際、第１低温側冷凍回路３１０では、第１低温側圧縮機３１１によって圧縮された第１低温側冷媒が、カスケードコンデンサＣＣを構成する第１低温側凝縮器３１２に流入し、第２低温側冷凍回路３２０の第２低温側蒸発器３２４によって凝縮される。その後、第１低温側冷媒は、第１低温側膨張弁３１３によって減圧されて低温となり、第１低温側蒸発器３１４に流入する。そして第１低温側蒸発器３１４に流入した第１低温側冷媒は、温度制御対象空間Ｓの熱を吸熱して、第１低温側圧縮機３１１に流入する。

　本実施の形態では、内部熱交換器ＩＣが設けられることで、第１低温側蒸発器３１４を通過して昇温した第１低温側冷媒が、第１低温側圧縮機３１１に吸入される前に、第１低温側膨張弁３１３が吐出する低温の第１低温側冷媒によって冷却される。これにより、過剰な過熱度を有した第１低温側冷媒が第１低温側圧縮機３１１に吸入されることを抑制できる。

　一方、第２低温側冷凍回路３２０では、カスケードコンデンサＣＣで第１低温側冷媒の熱を吸熱した第２低温側冷媒が第２低温側圧縮機３２１によって圧縮される。圧縮された第２低温側冷媒は、第２低温側凝縮器３２２に流入し、第２低温側凝縮器３２２を流れる冷却水によって凝縮される。その後、第２低温側冷媒は、第２低温側膨張弁３２３によって減圧されて低温となり、カスケードコンデンサＣＣを構成する第２低温側蒸発器３２４に流入して、第１低温側凝縮器３１２に流入した第１冷媒を再び冷却する。なお、本実施の形態では、第１低温側圧縮機３１１及び第２低温側圧縮機３２１は、制御の安定性のために一定の出力で運転される。

　また低温側ブライン循環装置３０３では、低温側ブライン循環路３３１内を低温側ブラインが循環し、低温側加熱部３３２によって低温側ブラインを適宜加熱することが可能となっている。

　そして本実施の形態では、冷凍能力調節機構ＦＣが設けられることで、低温側冷凍装置３０２の第１低温側冷凍回路３１０における第１低温側蒸発器３１４の上流側の部分において、第１低温側冷媒を、低温側加熱部３３２によって加熱されたブラインにより加熱することができる。そして、この際に、ブラインの加熱能力に応じて第１低温側蒸発器３１４における冷凍能力を調節することができる。

　一方、加熱側ブライン循環装置４０３では、加熱側ブライン循環路４３１内を加熱側ブラインが循環し、加熱ユニット側メイン加熱部４３２等によって加熱側ブラインを適宜加熱することが可能となっている。冷却ユニット５０によって低温域での温度制御を行う場合に、このように加熱側ブラインを循環させる構成によれば、低温域から中温域又は高温域への温度制御に切り換える場合に、低温域から中温域又は高温域における所望の温度への到達時間を効果的に短縮することができる。なお、低温域の温度制御を行う場合には、加熱側ブラインは加熱されない。

　ここで、図６を用いて、冷却ユニット５０において行う冷凍能力の調節について詳述する。図６に示すように、冷却ユニット５０における冷凍サイクルでは、第１低温側圧縮機３１１に吸入された第１低温側冷媒は、点Ａから点Ｂへの移行に示されるように、圧縮される。第１低温側圧縮機３１１によって吐出された第１低温側冷媒は、第１低温側凝縮器３１２によって凝縮されることで冷却されて、点Ｂから点Ｃへの移行に示されるように、その比エンタルピーが低減する。

　次いで、第１低温側凝縮器３１２によって凝縮された第１低温側冷媒は、点Ｃから点Ｄへの移行に示されるように、第１低温側膨張弁３１３によって減圧され、低温となる。その後、第１低温側膨張弁３１３から吐出された第１低温側冷媒は、内部熱交換器ＩＣにおいて、第１低温側圧縮機３１１に流入する直前の第１低温側冷媒と熱交換し、点Ｄから点Ｅへの移行に示されるように、吸熱して、その比エンタルピーが増加する。その後、第１低温側冷媒は、冷凍能力調節機構ＦＣにおいて、加熱された低温側ブラインと熱交換し、点Ｅから点Ｆへの移行に示されるように、吸熱して、その比エンタルピーが増加する。

　次いで、第１低温側冷媒は、第１低温側蒸発器３１４に流入して、温度制御対象空間Ｓの熱を吸熱し、点Ｆから点Ｇへの移行に示されるように、その比エンタルピーが増加する。そして、第１低温側蒸発器３１４を通過した第１低温側冷媒は、内部熱交換器ＩＣにおいて、第１低温側膨張弁３１３から吐出された低温の第１低温側冷媒と熱交換し、点Ｇから点Ｈへの移行に示されるように、冷却されて、その比エンタルピーが低減する。これにより、過剰な過熱度を有した第１低温側冷媒が第１低温側圧縮機３１１に吸入されることを抑制できる。その後、第１低温側冷媒は、第１低温側圧縮機３１１に流入して圧縮される。

　上述のモリエル線図中において、点Ｆは、加熱された低温側ブラインの加熱能力に応じて、その位置を矢印に示すように変動させることができる。ここで、第１低温側冷凍回路３１０の冷凍能力は、符号Ｗで示される、第１低温側蒸発器３１４に流入直前の第１低温側冷媒の比エンタルピーと、第１低温側蒸発器３１４から流出直後の第１低温側冷媒の比エンタルピーとの差に比例する。そのため、本実施の形態では、加熱された低温側ブラインの加熱能力を調節することにより、第１低温側冷凍回路３１０の冷凍能力を調節することができることになる。

（中温域の温度制御）
　中温域の温度制御を行う場合、冷却ユニット５０においては、第１低温側圧縮機３１１、第２低温側圧縮機３２１及び低温側ポンプ３３３が駆動されない。一方、加熱ユニット６０においては、加熱側ブライン循環装置４０３において加熱側ポンプ４３３が駆動され、加熱側冷凍装置４０２において加熱側圧縮機４１１が駆動される。図９において、配管上に記載された太線は、冷媒又はブラインが循環しているラインを示し、中温域の温度制御時の動作状態が示されている。

　この際、加熱側冷凍装置４０２の加熱側冷凍回路４１０では、加熱側圧縮機４１１によって圧縮された加熱側冷媒が、加熱側凝縮器４１２に流入し、凝縮される。その後、加熱側冷媒は、過冷却用熱交換器ＳＣを通過する。この際、過冷却制御弁４１８が開いている場合には、加熱側凝縮器４１２の下流側を通流する凝縮された加熱側冷媒を、過冷却用バイパス流路４１７における過冷却制御弁４１８の下流側で膨張させて低温とすることで、加熱側凝縮器４１２から過冷却用熱交換器ＳＣを介して加熱側膨張弁４１３側へ通流する加熱側冷媒に対して過冷却度を付与できる。過冷却制御弁４１８によって膨張された冷媒は、吸熱した状態で加熱側圧縮機４１１側へ流入する。

　その後、加熱側膨張弁４１３を通過する加熱側冷媒は、減圧されて低温となり、加熱側蒸発器４１４に流入する。ここで、加熱側蒸発器４１４に流入した冷媒は、加熱能力調節用熱交換器ＨＣにて、加熱側ブラインと熱交換することができ、加熱側ブラインが加熱側冷媒よりも高温である場合には、吸熱して加熱側圧縮機４１１に流入する。

　そして本実施の形態では、インジェクション回路４２０及びホットガス回路４２４が設けられているため、加熱側凝縮器４１２によって凝縮された加熱側冷媒を、加熱側蒸発器４１４に流入しないようにインジェクション回路４２０を通し加熱側蒸発器４１４の下流側にバイパスでき、且つ、加熱側圧縮機４１１によって吐出された高温の加熱側冷媒を、ホットガス回路４２４を通し加熱側蒸発器４１４の下流側にバイパスできる。これにより、加熱側蒸発器４１４に流入する加熱側冷媒の流量を制御でき、加熱側蒸発器４１４で出力される冷凍能力を柔軟に調節することができる。

　この際、本実施の形態では、制御装置７０が、設定された目標冷凍能力に基づいてインジェクション弁４２２の開度及びホットガス弁４２６の開度を調節することにより、加熱側蒸発器４１４に流入する冷媒の流量を調節し、加熱側蒸発器４１４に目標冷凍能力を出力させる。この際、制御装置７０は、温度センサ４２８が検出した温度及び圧力センサ４２９が検出した圧力に基づいてインジェクション弁４２２の開度及びホットガス弁４２６の開度を調節することにより、加熱側圧縮機４１１に流入する冷媒を気相状態で且つ所定の温度以下とする。

　ここで、上述の目標冷凍能力を得るには、加熱側蒸発器４１４を通流する加熱側冷媒の流量を調節すればよいため、これを達成させるためにバイパスする加熱側冷媒の量は、インジェクション回路４２０及びホットガス回路４２４において任意に振り分けることができる。そのため、加熱側圧縮機４１１に流入する冷媒を、容易に気相状態で且つ所定の温度以下とすることができる。また、本実施の形態では、ホットガス回路４２４からの加熱側冷媒は、加熱側冷凍回路４１０に至る前に、インジェクション流路４２１に流入するようになっているため、加熱側冷凍回路４１０及び加熱側圧縮機４１１において加熱側冷媒が過剰に高温となることを抑制でき、加熱側圧縮機４１１等の焼損を抑制できる。

　図７は、インジェクション回路４２０及びホットガス回路４２４を動作させ且つ過冷却回路４１６を動作させ、加熱側ブラインを冷却する場合の加熱ユニット６０における加熱側冷凍装置４０２のモリエル線図を示している。図７に示すように、加熱ユニット６０における冷凍サイクルでは、加熱側圧縮機４１１に吸入された加熱側冷媒は、点Ａから点Ｂへの移行に示されるように、圧縮される。加熱側圧縮機４１１によって吐出された冷媒は、加熱側凝縮器４１２によって凝縮されることで冷却されて、点Ｂから点Ｃへの移行に示されるように、その比エンタルピーが低減する。

　次いで、加熱側凝縮器４１２によって凝縮された加熱側冷媒の一部は、過冷却用熱交換器ＳＣにおいて、過冷却度を付与されて、点Ｃから点Ｄへの移行に示されるように、その比エンタルピーが低減する。一方で、過冷却用熱交換器ＳＣにおいて、過冷却度を付与する過冷却用バイパス流路４１７を通流する冷媒は、過冷却制御弁４１８によって膨張され、点Ｃから点Ｇへの移行に示されるように、例えば中圧程度に減圧され、その後、過冷却用熱交換器ＳＣで熱交換し、点Ｇから点Ｈに示されるように、吸熱して、その比エンタルピーが増加する。

　そして、過冷却用熱交換器ＳＣにおいて過冷却度を付与された冷媒は、点Ｄから点Ｅへの移行に示されるように、加熱側膨張弁４１３によって減圧されて低温となる。その後、加熱側膨張弁４１３から吐出された加熱側冷媒は、加熱側蒸発器４１４つまり加熱能力調節用熱交換器ＨＣにおいて、加熱側ブラインと熱交換し、点Ｅから点Ｆへの移行に示されるように、吸熱して、その比エンタルピーが増加する。加熱側蒸発器４１４を通過する冷媒は、制御装置７０がインジェクション回路４２０及びホットガス回路４２４の各弁を制御することによって加熱側蒸発器４１４を通過しない加熱側冷媒を生じさせることより、流量を制御されて、その冷凍能力を調節される。

　ここで、図７において、ホットガス回路４２４を通して加熱側圧縮機４１１の上流側にバイパスされる加熱側冷媒は、点Ｂから点Ｉに示されるように、ホットガス弁４２６によって減圧される。また、インジェクション回路４２０を通して加熱側圧縮機４１１の上流側にバイパスされる加熱側冷媒は、点Ｄから延びる破線に示すように、インジェクション弁４２２によって減圧される。そして、加熱側圧縮機４１１の上流側において、加熱側蒸発器４１４を通過した点Ｆの状態の加熱側冷媒と、ホットガス回路４２４を通してバイパスされた加熱側冷媒と、インジェクション回路４２０を通してバイパスされた加熱側冷媒と、が混合される（点Ａ）。ここで、制御装置７０が、ホットガス回路４２４を通してバイパスされた加熱側冷媒と、インジェクション回路４２０を通してバイパスされた加熱側冷媒との割合を調節することにより、点Ａの位置を調節可能なため、容易に加熱側圧縮機４１１に流入する加熱側冷媒を気相状態で且つ所定の温度以下とすることができる。その後、加熱側冷媒は、加熱側圧縮機４１１によって圧縮されて、点Ａから高圧側に移行し、その途中で過冷却用バイパス流路４１７からの加熱側冷媒と混合して、点Ｊに至った後、点Ｂまで圧縮される。

　一方、加熱側ブライン循環装置４０３では、加熱側ブライン循環路４３１内を加熱側ブラインが循環し、加熱ユニット側メイン加熱部４３２、第１加熱ユニット側サブ加熱部４３４Ａ及び第２加熱ユニット側サブ加熱部４３４Ｂによって加熱側ブラインを適宜加熱することが可能となっている。ここで、本実施の形態では、加熱側ブライン循環路４３１における第１負荷部４３５Ａ及び第２負荷部４３５Ｂの下流側で且つ加熱ユニット側メイン加熱部４３２の上流側に位置する部分と、加熱側蒸発器４１４とが、加熱能力調節用熱交換器ＨＣを構成している。これにより、加熱側ブライン循環装置４０３における加熱側ブラインを加熱側冷凍装置４０２によって冷却することができる。そして本実施の形態では、加熱側冷凍装置４０２によって冷却された加熱側ブラインが、加熱ユニット側メイン加熱部４３２、第１加熱ユニット側サブ加熱部４３４Ａ及び第２加熱ユニット側サブ加熱部４３４Ｂによって加熱されるか、又は、加熱されずにこれらを通過することにより、所望の加熱能力又は冷凍能力で、温度制御対象空間Ｓが温度制御される。

（高温域の温度制御）
　高温域の温度制御を行う場合には、中温域の場合と同様に、冷却ユニット５０においては、第１低温側圧縮機３１１、第２低温側圧縮機３２１及び低温側ポンプ３３３が駆動されない。一方、加熱ユニット６０においては、加熱側ブライン循環装置４０３において加熱側ポンプ４３３が駆動され、加熱側冷凍装置４０２において加熱側圧縮機４１１が駆動される。但し、加熱側ブライン循環装置４０３にて循環させる加熱側ブラインの流量を、中温域の場合の流量よりも増加させる。高温域の温度制御を行う場合に循環させる加熱側ブラインの流量は、例えば中温域の場合の流量の１．５～３倍程度あってもよい。

　以上に説明したように、本実施の形態に係る環境試験装置２によれば、冷却ユニット５０では、低温側冷凍装置３０２の第１低温側冷凍回路３１０における第１低温側蒸発器３１４の上流側の部分において、第１低温側冷媒を低温側ブラインによって加熱することができ、この際、低温側ブラインの加熱能力に応じて第１低温側蒸発器３１４における冷凍能力を調節することができる。したがって、第１低温側冷凍回路３１０の構成要素を操作することなく、簡易に当該冷凍回路３１０の冷凍能力を広範囲に調節することができる。また加熱ユニット６０では、加熱側凝縮器４１２によって凝縮された加熱側冷媒を、加熱側蒸発器４１４に流入しないようにインジェクション回路４２０を通し加熱側蒸発器４１４の下流側にバイパスでき、且つ、加熱側圧縮機４１１によって吐出された高温の加熱側冷媒を、ホットガス回路４２４を通し加熱側蒸発器４１４の下流側にバイパスできる。これにより、加熱側蒸発器４１４に流入する加熱側冷媒の流量を制御でき、加熱側蒸発器４１４で出力される冷凍能力を柔軟に調節することができる。この際、加熱側蒸発器４１４に流入する加熱側冷媒が高圧の加熱側冷媒に混合されることがないため、出力される冷凍能力を安定させることができる。またインジェクション回路４２０を通してバイパスされる凝縮された加熱側冷媒と、ホットガス回路４２４を通してバイパスされる高温の加熱側冷媒との割合を調節することにより、加熱側圧縮機４１１に流入する加熱側冷媒の状態や温度を所望の状態に容易に制御することができる。これにより、冷凍能力を柔軟に調節しつつ安定した温度制御を行うことができる。これにより、加熱側冷凍装置４０２が出力する安定した状態で調節された冷凍能力によって、加熱側ブライン循環装置４０３の加熱側ブラインの温度を制御して負荷部４３５Ａ，４３５Ｂの加熱能力又は冷凍能力を調節できるため、負荷部４３５Ａ，４３５Ｂによって安定した温度制御を行うことができる。そして冷却ユニット５０と加熱ユニット６０とで温度制御範囲を変えることで、低温から高温にわたる十分に広い温度制御範囲を確保できる。

　したがって、低温から高温にわたる十分に広い温度制御範囲を確保でき、温度制御範囲内の所望の温度に温度制御対象空間又は温度制御対象物を簡易に安定した状態で温度制御することができる。

　また本実施の形態では、低温側冷凍装置３０２にて第１低温側冷媒を循環させ、低温側ブライン循環装置３０３にて低温側ブラインを循環させて、低温域における所望の温度への温度制御を行う際に、加熱側ブライン循環装置４０３にて加熱側ブラインを循環させることで、低温域から中温域又は高温域への温度制御に切り換える場合に、加熱側ブラインによる温度制御を迅速に実施できることで、低温域から中温域又は高温域における所望の温度への到達時間を効果的に短縮することができる。また、中温域から高温域へ温度制御を切り換える場合には、加熱側ブライン循環装置４０３にて循環させる加熱側ブラインの流量を、中温域の場合の流量よりも増加させることで、中温域から高温域における所望の温度への到達時間を効果的に短縮することができる。

　また本実施の形態では、第１低温側蒸発器３１４を通過して昇温した第１低温側冷媒が、第１低温側圧縮機３１１に吸入される前に、第１低温側膨張弁３１３が吐出する低温の第１低温側冷媒によって冷却されることで、過剰な過熱度を有した第１低温側冷媒が第１低温側圧縮機３１１に吸入されることを抑制できる。これにより、第１低温側冷媒の熱分解及び第１低温側圧縮機３１１の焼損を抑制でき、温度制御の安定性を向上できる。とりわけ、加熱ユニット６０による加熱が行われた後に冷却ユニット５０による冷却を行う場合には、冷却ユニット５０において第１低温側蒸発器３１４で熱交換した第１低温側冷媒が過剰な過熱度を有するリスクが高まるが、このような第１低温側冷媒が第１低温側圧縮機３１１に吸入されることを抑制できる。そのため、冷却ユニット５０と加熱ユニット６０とを併用するシステムにおける温度制御の好適な安定性を確保できる。

　また本実施の形態では、過冷却用熱交換器ＳＣによって、加熱側冷媒の冷凍能力を増大させることができることで、冷凍能力の調節範囲を拡大させることができる。また、過冷却用熱交換器ＳＣから吐出された加熱側冷媒がインジェクション回路４２０を通してバイパスされるため、ホットガス回路４２４を通し加熱側蒸発器４１４の下流側にバイパスされる高温の加熱側冷媒の温度を効率的に低下させることができる。とりわけ、冷却ユニット５０による冷却が行われた後に加熱ユニット６０による加熱を行う場合に、過冷却用熱交換器ＳＣが無い場合には、加熱ユニット６０において加熱側蒸発器４１４で加熱側ブラインと熱交換した加熱側冷媒が過熱度を十分に確保できず冷凍能力が低下するリスクが高まるが、過冷却用熱交換器ＳＣによって冷凍能力を補償できる。そのため、加熱側蒸発器４１４における不所望な冷凍能力の低下の発生を抑制でき、冷却ユニット５０と加熱ユニット６０とを併用するシステムにおける温度制御の好適な安定性を確保できる。

　また低温側冷凍装置３０２が二元冷凍装置となっているため、低温側冷凍装置３０２が単元式である構成に比較して、低温側冷凍装置３０２における冷凍能力を高く確保でき、且つ調節可能な冷凍能力の範囲を広くして制御可能な温度範囲を拡大することができる。

Claims

　被検査物を収容するチャンバと、
　前記チャンバ内に一部が配置されるブライン循環路を有し当該ブライン循環路内でブラインを循環させるブライン循環装置と、前記ブライン循環路のうちの前記チャンバ外に配置される部分において前記ブラインを冷却する冷却装置と、を有する冷却ユニットと、
　前記チャンバ内に配置されるヒータを有する加熱ユニットと、
　前記冷却ユニット及び前記加熱ユニットを制御する制御装置と、
を備え、
　前記冷却装置は、高温側圧縮機、凝縮器、高温側膨張弁及びカスケードコンデンサが、高温側熱媒体を循環させるように当該順序で配管により接続された高温側冷却回路と、低温側圧縮機、前記カスケードコンデンサ、低温側膨張弁及び蒸発器が、低温側熱媒体を循環させるように当該順序で配管により接続された低温側冷却回路と、を有し、前記カスケードコンデンサにおいて前記低温側熱媒体が前記高温側熱媒体によって冷却され、前記蒸発器において前記ブラインが前記低温側熱媒体によって冷却されるようになっており、
　前記制御装置は、前記冷却ユニット及び前記加熱ユニットを制御することにより、前記チャンバ内の温度を－６７．５℃乃至１２７．５℃の温度範囲内に制御するようになっている
ことを特徴とする環境試験装置。
　前記チャンバの内容積は、１０ｍ^３以上２０ｍ^３以下である、ことを特徴とする請求項１に記載の環境試験装置。
　前記ブライン循環装置は、前記チャンバ内の空間を冷却する際、８０Ｌ／ｍｉｎ乃至１６０Ｌ／ｍｉｎの範囲で、前記ブラインを前記ブライン循環路内で循環させることにより、４ｋＷの冷却能力で、前記チャンバ内の空間を冷却するようになっている
ことを特徴とする請求項２に記載の環境試験装置。
　前記チャンバ内に配置される前記ブライン循環路の一部は、各々が同一方向に沿って延びる複数の配管部を有し、
　前記複数の配管部は、その延在方向に直交する断面で見た場合に、千鳥配列にて配置されている、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の環境試験装置。
　前記チャンバ内に配置される前記ブライン循環路の一部は、第１配管群と第２配管群とで構成され、
　前記第１配管群及び前記第２配管群の各々には前記複数の配管部が含まれており、
　前記第１配管群は、前記チャンバ内において水平方向の一方側に配置され、前記第２配管群は、前記チャンバ内において水平方向の他方側に配置され、
　前記第１配管群及び前記第２配管群の間に、前記被検査物の配置空間が形成されている、
ことを特徴とする請求項４に記載の環境試験装置。
　前記チャンバ内に、前記第１配管群を前記配置空間側から覆う第１カバー部材が配置されるとともに、前記第２配管群を前記配置空間側から覆う第２カバー部材が配置されている、
ことを特徴とする請求項５に記載の環境試験装置。
　前記チャンバ内における前記配置空間の上方に、ファンが配置され、
　前記チャンバ内に、前記ファンを前記配置空間側から覆う第３カバー部材が配置され、
　前記ファンは、前記第３カバー部材に向けて送風を行うようになっている、
ことを特徴とする請求項６に記載の環境試験装置。
　前記ファンの上方に、前記ヒータが配置されている、
ことを特徴とする請求項７に記載の環境試験装置。
　被検査物を収容するチャンバと、
　前記チャンバ内を温度制御するための冷却ユニット及び加熱ユニットと、
　前記冷却ユニット及び前記加熱ユニットを制御する制御装置と、を備える環境試験装置であって、
　前記冷却ユニットは、低温側冷凍装置と、低温側ブライン循環装置とを含み、
　前記低温側冷凍装置は、
　　第１低温側圧縮機、第１低温側凝縮器、第１低温側膨張弁及び第１低温側蒸発器が、この順に第１低温側冷媒を循環させるように接続された第１低温側冷凍回路と、第２低温側圧縮機、第２低温側凝縮器、第２低温側膨張弁及び第２低温側蒸発器が、この順に第２低温側冷媒を循環させるように接続された第２低温側冷凍回路と、を有し、前記第１低温側凝縮器と前記第２低温側蒸発器とが、互いに熱交換可能なカスケードコンデンサを構成する二元冷凍装置であり、
　前記低温側ブライン循環装置は、
　　低温側ブラインを循環させるための低温側ブライン循環路と、前記低温側ブライン循環路の一部を構成し且つ受け入れた前記低温側ブラインを加熱可能な低温側加熱部と、を有し、
　　前記第１低温側冷凍回路における前記第１低温側膨張弁の下流側で且つ前記第１低温側蒸発器の上流側に位置する部分と、前記低温側ブライン循環路における前記低温側加熱部の下流側に位置する部分と、が、互いに熱交換可能な冷凍能力調節機構を構成し、
　　前記第１低温側蒸発器は、前記チャンバ内に配置されており、
　前記制御装置は、前記冷却ユニット及び前記加熱ユニットを制御することにより、前記チャンバ内の温度を－６７．５℃乃至１２７．５℃の温度範囲内に制御するようになっている
ことを特徴とする環境試験装置。
　前記加熱ユニットは、加熱側冷凍装置と、加熱側ブライン循環装置とを含み、
　前記加熱側冷凍装置は、
　　加熱側圧縮機、加熱側凝縮器、加熱側膨張弁及び加熱側蒸発器が、この順に加熱側冷媒を循環させるように接続された加熱側冷凍回路と、
　　前記加熱側冷凍回路における前記加熱側凝縮器の下流側で且つ前記加熱側膨張弁の上流側に位置する部分および前記加熱側冷凍回路における前記加熱側蒸発器の下流側で且つ前記加熱側圧縮機の上流側に位置する部分を、前記加熱側冷媒が通流可能に連通するインジェクション流路と、前記インジェクション流路を通流する前記加熱側冷媒の流量を調節可能なインジェクション弁と、を有するインジェクション回路と、
　　前記加熱側冷凍回路における前記加熱側圧縮機の下流側で且つ前記加熱側凝縮器の上流側に位置する部分および前記インジェクション流路における前記インジェクション弁の下流側に位置する部分を、前記加熱側冷媒が通流可能に連通するホットガス流路と、前記ホットガス流路を通流する前記加熱側冷媒の流量を調節可能なホットガス弁と、を有するホットガス回路と、を有し、
　前記加熱側ブライン循環装置は、
　　加熱側ブラインを循環させるための加熱側ブライン循環路と、前記加熱側ブライン循環路の一部を構成し且つ受け入れた前記加熱側ブラインを加熱可能な加熱ユニット側加熱部と、前記加熱ユニット側加熱部の下流側で前記加熱側ブライン循環路の一部を構成し、前記チャンバ内に配置される負荷部と、を有し、
　　前記加熱側ブライン循環路の一部と、前記加熱側冷凍装置の前記加熱側蒸発器とが、互いに熱交換可能な加熱能力調節用熱交換器を構成している、
ことを特徴とする請求項９に記載の環境試験装置。
　前記第１低温側蒸発器は、前記チャンバ内において水平方向の一方側に配置される第１蒸発器と、前記チャンバ内において水平方向の他方側に配置される第２蒸発器と、を有し、
　前記チャンバ内に配置される前記負荷部は、前記チャンバ内において水平方向の一方側に配置される第１負荷部と、前記チャンバ内において水平方向の他方側に配置される第２負荷部と、で構成され、
　前記第１蒸発器及び前記第１負荷部と、前記第２蒸発器及び前記第２負荷部との間に、前記被検査物の配置空間が形成されており、
　前記第１蒸発器は、前記第１負荷部の上方に配置され、前記第２蒸発器は、前記第２負荷部の上方に配置されている、
ことを特徴とする請求項１０に記載の環境試験装置。
　前記チャンバ内に、前記第１蒸発器及び前記第１負荷部を前記配置空間側から覆う第１カバー部材が配置されるとともに、前記第２蒸発器及び前記第２負荷部を前記配置空間側から覆う第２カバー部材が配置されている、
ことを特徴とする請求項１１に記載の環境試験装置。
　前記チャンバ内における前記配置空間の上方に、ファンが配置され、
　前記チャンバ内に前記ファンを前記配置空間側から覆う第３カバー部材が配置され、
　前記ファンは、前記第３カバー部材に向けて送風を行うようになっている、
ことを特徴とする請求項１２に記載の環境試験装置。