WO2022249706A1 - 温調装置、試験装置及び温調方法 - Google Patents

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air
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cooling coil
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岳 田中
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富士電機株式会社
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    • G—PHYSICS
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    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F2140/00—Control inputs relating to system states
    • F24F2140/20—Heat-exchange fluid temperature

Definitions

  • the present disclosure relates to a temperature control device, a test device, and a temperature control method.
  • the test object is placed in an environment with specific temperature conditions, for example, low temperature conditions, and the characteristics of the product are tested. Further, for example, when operating a device that is greatly affected by temperature fluctuations, the device itself is operated under specific temperature conditions.
  • a temperature control device temperature control device is used to realize an environment with specific temperature conditions.
  • Patent Document 1 discloses a temperature control device that adjusts a temperature control medium to a predetermined temperature by passing a temperature control medium cooled through a cooling coil of a refrigeration cycle through a heater capable of temperature control.
  • a micro-temperature control device is disclosed comprising:
  • Patent Literature 1 discloses enabling temperature control of at least the heater with the smaller capacity among the two heaters.
  • the present disclosure provides a temperature control device that improves temperature followability with respect to load fluctuations of a test object.
  • a temperature control device that supplies a gas whose temperature is adjusted to a set temperature to a constant temperature bath in which a test object is installed, and recovers the gas from the constant temperature bath, A base heater that heats the collected gas, a cooling coil that cools the gas heated by the base heater, and a temperature adjustment heater that adjusts the gas cooled by the cooling coil to the set temperature.
  • a temperature control device is provided.
  • temperature followability can be improved with respect to load fluctuations of the test object.
  • FIG. 1 is a perspective view of an example of a temperature control device according to this embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing an outline of an example of a test apparatus according to this embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing an outline of the system configuration of an example of the test apparatus according to this embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing measurement results of temperature fluctuations when an example of the test apparatus according to this embodiment is operated.
  • FIG. 5 is a diagram showing an outline of the system configuration of the first modified example of the testing apparatus according to this embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing an outline of the system configuration of a second modified example of the testing apparatus according to this embodiment.
  • FIG. 1 is a perspective view of a temperature control device 1, which is an example of a temperature control device according to this embodiment.
  • the temperature control device 1 supplies air adjusted to a set temperature (set temperature Tset) to the constant temperature bath 2, which will be described later. Then, the temperature control device 1 collects the air discharged from the constant temperature bath 2 .
  • the temperature control device 1 adjusts the temperature of the air collected from the constant temperature bath 2 and supplies the air to the constant temperature bath 2 .
  • the temperature control device 1 has a rectangular parallelepiped shape.
  • the temperature control device 1 has an air supply port 1a for supplying air to the constant temperature bath 2 and a return air port 1b for recovering air from the constant temperature bath 2 on its side surface.
  • FIG. 2 is a diagram showing an outline of a test device 20, which is an example of the test device according to this embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing an outline of the system configuration of a test device 20, which is an example of the test device according to this embodiment.
  • the test device 20 is a device that tests by operating a test object in an environment with set temperature conditions.
  • a test apparatus 20 includes a temperature control device 1 and a constant temperature bath 2 .
  • the test apparatus 20 is provided with a supply air duct 4u and a return air duct 4d that connect the temperature control device 1 and the constant temperature chamber 2 and flow air.
  • the temperature control device 1 supplies temperature-controlled air to the constant temperature bath 2 via an air supply duct 4u connected to the air supply port 1a. In addition, the temperature control device 1 recovers the air discharged from the constant temperature bath 2 through the return air duct 4d connected to the return air port 1b. The temperature control device 1 circulates air with the constant temperature bath 2 .
  • a test object T is installed inside the constant temperature bath 2 .
  • the constant temperature bath 2 holds the test object T inside while being insulated from the outside of the constant temperature bath 2 .
  • the test object T generates heat according to the load connected to the test object T, for example.
  • the temperature control device 1 includes a control section 10 , a cooling coil 11 , a temperature control heater 12 , a temperature sensor 13 , a base heater 14 and a blower 15 .
  • the temperature control device 1 performs temperature control so that the air A4 supplied from the air supply port 1a reaches the set temperature Tset.
  • the air temperature adjustment in the temperature control device 1 will be explained according to the air flow.
  • the air A ⁇ b>1 flowing into the cooling coil 11 is cooled by the cooling coil 11 .
  • the cooling coil 11 adjusts the temperature of the air A2 discharged from the cooling coil 11 so that the temperature is lower than the set temperature Tset.
  • the air A2 cooled by the cooling coil 11 is sent to the heater 12 for temperature adjustment.
  • the air A2 sent to the temperature adjustment heater 12 is heated by the temperature adjustment heater 12.
  • the temperature of the air A2 is lower than the set temperature Tset.
  • the temperature adjustment heater 12 heats the air A2 to adjust the temperature of the air A3 to the set temperature Tset. Note that the temperature adjustment heater 12 performs temperature control by feeding back the temperature of the temperature sensor 13 .
  • the air A3 heated by the temperature adjustment heater 12 is sent to the temperature sensor 13.
  • the temperature sensor 13 measures the temperature of the sent air A3.
  • the air A4 whose temperature has been measured by the temperature sensor 13 is supplied to the constant temperature bath 2 from the air supply port 1a through the air supply duct 4u.
  • the air A4 supplied to the constant temperature bath 2 passes through the inside of the constant temperature bath 2 and is discharged from the constant temperature bath 2 .
  • the air A5 discharged from the constant temperature bath 2 is recovered at the return air port 1b through the return air duct 4d.
  • the temperature of the air A5 discharged from the constant temperature bath 2 fluctuates due to the heat generated according to the load of the test object T installed inside the constant temperature bath 2 .
  • the air A5 recovered from the return air port 1b is heated by the base heater 14. Air A ⁇ b>1 heated by base heater 14 is cooled by cooling coil 11 .
  • a blower 15 provided between the temperature adjustment heater 12 and the temperature sensor 13 generates an air flow that flows through the cooling coil 11, the temperature adjustment heater 12, the constant temperature bath 2, and the base heater 14 in this order.
  • the cooling coil 11 cools the flowing air A1.
  • Cooling coil 11 is, for example, an evaporator.
  • the refrigerator 3 supplies the cooling coil 11 with a refrigerant pressurized or depressurized to a predetermined pressure.
  • the refrigerator 3 supplies refrigerant to the cooling coil 11 through the pipe 5 .
  • the temperature of the cooling coil 11 drops as the refrigerant supplied from the refrigerator 3 evaporates.
  • the cooling coil 11 then exchanges heat with the flowing air A1.
  • the cooling coil 11 cools the flowing air A1 by exchanging heat with the flowing air A1 and discharges the air A2.
  • the cooling coil 11 adjusts the temperature so that the temperature of the air A2 discharged from the cooling coil 11 is lower than the set temperature Tset. Specifically, the control unit 10 sets the temperature of the refrigerant from the refrigerator 3 so that the temperature of the air A2 discharged from the cooling coil 11 is lower than the set temperature Tset.
  • the temperature adjusting heater 12 heats the air A2 cooled by the cooling coil 11 .
  • the temperature adjusting heater 12 is, for example, an electric heater.
  • the temperature adjustment heater 12 is controlled by the controller 10 .
  • the temperature adjusting heater 12 heats the air A2 based on the temperature of the air A3 (air A4) measured by the temperature sensor 13 . Specifically, the temperature adjustment heater 12 heats the air A2 so that the temperature of the air A3 (air A4) measured by the temperature sensor 13 reaches the set temperature Tset.
  • the temperature adjustment heater 12 heats the air A2 and finely adjusts the temperature of the air A2, thereby controlling the temperature of the air A3 with higher accuracy.
  • the control unit 10 performs temperature control by feeding back the temperature measured by the temperature sensor 13 .
  • the control unit 10 performs PID (Proportional-Integral-Differential) control so that the temperature of the air A3 reaches the set temperature Tset.
  • the temperature adjustment heater 12 responds to temperature fluctuations faster than the cooling coil 11. Since the temperature adjustment heater 12 responds quickly to temperature fluctuations, the temperature of the air A3 (air A4) can be stably adjusted to the set temperature Tset.
  • the temperature sensor 13 measures the temperature of the air A3 heated by the heater 12 for temperature adjustment.
  • the temperature sensor 13 is, for example, a resistance temperature detector, a thermocouple, a thermistor, or the like.
  • a temperature sensor 13 is connected to the controller 10 .
  • the controller 10 detects the temperature measured by the temperature sensor 13 .
  • the control unit 10 uses the temperature measured by the temperature sensor 13 to control the temperature adjustment heater 12 .
  • the base heater 14 heats the air A5 collected from the constant temperature bath 2 .
  • the base heater 14 is, for example, an electric heater.
  • the temperature difference before and after the cooling coil 11 is set to a set temperature difference, for example, a temperature difference of about 16.degree.
  • the base heater 14 heats the air A5 so that the temperature of the air A1 is about 16° C. higher than the temperature of the air A2.
  • the temperature of the air A2 is set to a temperature 1 to 2° C. lower than the set temperature Tset in consideration of heating by the heater 12 for temperature adjustment.
  • the base heater 14 operates at the heater output shown in Table 1 with respect to the set temperature Tset.
  • base heater power is expressed as a percentage of maximum power.
  • the output of the base heater 14 increases as the set temperature Tset increases.
  • the refrigerator 3 By setting the temperature difference to about 16°C before and after the cooling coil 11, the refrigerator 3 operates with a constant load. For example, if the temperature difference is small, the refrigerator 3 may stop operating. When the refrigerator 3 stops operating, the temperature of the air A4 may fluctuate without being stabilized at the set temperature Tset.
  • the refrigerator 3 operates with a constant load for cooling with the cooling coil 11 .
  • the temperature of the air A1 discharged from the cooling coil 11 is stably controlled at a temperature lower than the set temperature Tset. Therefore, the temperature of the air A4 supplied from the temperature control device 1 is stabilized at the set temperature Tset.
  • blower 15 generates an air flow.
  • the blower 15 is, for example, a blower fan, a centrifugal fan, an axial fan, or the like.
  • the type of blower 15 is not limited as long as it is a blower that generates an air flow.
  • Control unit 10 The control unit 10 controls the entire temperature control device 1 .
  • the controller 10 is connected to the temperature adjusting heater 12, the temperature sensor 13 and the base heater 14, respectively.
  • the control unit 10 is connected to the refrigerator 3 .
  • the control unit 10 may be connected to the blower 15, for example. When connecting to the blower 15 , the control unit 10 may control the start and stop of the operation of the blower 15 or may control the rotation speed of the blower 15 .
  • Temperature adjustment method by temperature controller 1 A temperature control method by the temperature control device 1 according to this embodiment will be described.
  • the temperature control device 1 heats the collected air A5 with the base heater 14 . That is, the temperature adjustment method by the temperature adjustment device 1 includes a step of heating the collected air A5 with the base heater 14 .
  • the temperature control device 1 cools the air A1 heated by the base heater 14 with the cooling coil 11 . That is, the temperature control method in the temperature control device 1 includes a step of cooling the air A1 heated by the base heater 14 with the cooling coil 11 .
  • the temperature control device 1 heats the air A2 cooled by the cooling coil 11 by the temperature control heater 12 to adjust it to the set temperature Tset. That is, the temperature adjustment method in the temperature adjustment device 1 includes a step of adjusting the air A2 cooled by the cooling coil 11 to the set temperature Tset by the temperature adjustment heater 12 .
  • FIG. 4 shows the results of measuring temperature fluctuations when the temperature control device 1 according to this embodiment is operated.
  • the set temperature Tset was -40°C.
  • a heating element simulating a motor of an electric vehicle to be tested was installed inside the constant temperature chamber 2, and the test was conducted while varying the load.
  • a line L1 in FIG. 4 is the measurement result of the temperature of the gas supplied from the temperature control device 1, specifically, the temperature of the air measured by the temperature sensor 13.
  • Line L2 in FIG. 4 is the load output under test.
  • the temperature fluctuation was 1°C or less, more specifically, 0.5°C or less.
  • the temperature control device 1 By providing the base heater 14 upstream of the cooling coil 11, the temperature control device 1 according to the present embodiment can follow the temperature even if the heat load of the test object fluctuates. That is, the temperature control device 1 can improve the temperature followability by providing the base heater 14 upstream of the cooling coil 11 . In particular, at low temperatures of 10° C. or less, the temperature followability can be improved.
  • the temperature control device 1 By providing the base heater 14 upstream of the cooling coil 11 , the temperature control device 1 according to the present embodiment can efficiently operate the refrigerator 3 and stabilize the cooling capacity of the cooling coil 11 .
  • the temperature could be adjusted to the set temperature at the start, but when the heat load of the test object fluctuates after the test starts, the air temperature fluctuates in conjunction with the heat generation of the test object.
  • the temperature control device 1 by improving the temperature followability, the temperature can be stabilized regardless of the heat load of the test object.
  • the temperature control device may include a precooler in order to supply more air to the circulating air.
  • the temperature control device may include a dehumidifier to further adsorb and dehumidify the air that has been cooled and dehumidified by the precooler.
  • FIG. 5 is a diagram showing an outline of the system configuration of a test device 21 that is a first modified example of the test device 20 according to this embodiment.
  • the temperature control device 101 is supplied with external process air Ap as circulating air.
  • the temperature control device 101 further includes a precooler 18 and a dehumidifier 19 in addition to the temperature control device 1 .
  • a blower provided in at least one of the precooler 18 and the dehumidifier 19 supplies external process air Ap to the circulating air.
  • the precooler 18 cools the process air Ap (external air) from the outside to a predetermined temperature.
  • the precooler 18 has a cooling coil 18a.
  • the temperature control device 101 branches the refrigerant from the refrigerator 3 to a branch pipe 5 a branching from the pipe 5 . Refrigerant is supplied to the cooling coil 18a through the branch pipe 5a.
  • the cooling coil 18a of the precooler 18 cools and dehumidifies the processing air Ap from the outside.
  • the dehumidifier 19 dehumidifies the cooled processing air Ap.
  • the dehumidifier 19 includes a dehumidifying section 19 a that dehumidifies the processing air Ap cooled by the precooler 18 .
  • the dehumidifying section 19a absorbs and dehumidifies the processing air Ap that has been cooled and dehumidified by the precooler 18, and newly supplies the air An to the air A5.
  • an adsorption type dehumidifier may be used, or a membrane type or refrigeration type dehumidifier may be used depending on the temperature conditions.
  • an adsorption type, a membrane type, a refrigerating type, or the like may be used in combination.
  • an adsorption type dehumidifier when using an adsorption type dehumidifier, it may be equipped with a heater.
  • An adsorption type dehumidifier dehumidifies by causing a dehumidifying rotor to adsorb moisture. Moisture adsorbed on the dehumidification rotor eventually reaches a saturated state, and the adsorption capacity of the rotor decreases. Therefore, the adsorbed moisture is heated by a heater to evaporate, thereby regenerating the adsorbing ability of the rotor.
  • FIG. 6 is a diagram showing an outline of the system configuration of a test device 22 that is a second modified example of the test device 20 according to this embodiment.
  • the temperature control device 201 is supplied with external process air Ap as circulating air.
  • the temperature control device 201 further includes a precooler 180 and a dehumidifier 190 in addition to the temperature control device 1 .
  • the precooler 180 has a blower 182 .
  • a blower 182 supplies external process air Ap to the circulating air.
  • the precooler 180 cools the process air Ap from the outside to a predetermined temperature.
  • the precooler 180 has a cooling coil 181 .
  • the temperature control device 201 causes the refrigerant to flow from the refrigerator 3a to the pipe 5b. Coolant is supplied to the cooling coil 181 through the pipe 5b.
  • a cooling coil 181 of the precooler 180 cools and dehumidifies the processing air Ap from the outside.
  • the dehumidifier 190 dehumidifies the cooled processing air Ap.
  • the dehumidifier 190 is an adsorption dehumidifier.
  • the dehumidifier 190 includes a dehumidification rotor 191 that dehumidifies the processing air Ap cooled by the precooler 180 .
  • the dehumidification rotor 191 adsorbs and dehumidifies the processing air Ap that has been cooled and dehumidified by the precooler 180, and newly supplies the air An to the air A5.
  • the dehumidifier 190 also includes a heater 192 for heating the regeneration air Arc and a blower 193 for blowing the regeneration air Arc for regeneration of the dehumidifying rotor 191 . By drying the dehumidifying rotor 191 with the regeneration air Arc, the dehumidifying ability of the dehumidifying rotor 191 is regenerated.
  • the temperature control device 201 includes a coolant injection section 105 .
  • the refrigerant injection unit 105 injects the refrigerant R2 flowing through the pipe 5b into the refrigerant R1 flowing through the pipe 5b.
  • the refrigerant injection part 105 is, for example, a branch pipe, a branch valve, or the like.
  • the temperature of the circulating air eg, air A5
  • a high temperature eg, a temperature of 50° C. or higher
  • the temperature of the coolant R1 flowing through the cooling coil 11 that is, the coolant R1 flowing through the pipe 5
  • a high-temperature refrigerant for example, a refrigerant having a temperature of 30° C. or higher
  • the dehumidifying functions of the precooler 180 and the dehumidifier 190 are unnecessary, but at high temperatures, the refrigerant circuit of the precooler 180 is utilized. Since the cooling coil 181 of the precooler 180 is not exposed to high temperatures, the refrigerant R2 remains at a low temperature. Therefore, by injecting the refrigerant R2 flowing through the cooling coil 181 into the refrigerant R1 returning from the cooling coil 11 to the refrigerator 3a, the refrigerant R1 returning from the cooling coil 11 to the refrigerator 3a is cooled.
  • the temperature control device 101 of the first modification injects the refrigerant returning from the cooling coil of the precooler to the refrigerator into the refrigerant returning from the cooling coil 11 to the refrigerator through the branch pipe 5a branched from the pipe 5.
  • the temperature control device 201 includes a control unit 10a instead of the control unit 10 of the temperature control device 1.
  • the control unit 10 a controls the fan 182 , the heater 192 and the fan 193 in addition to the functions of the control unit 10 .
  • a humidifier that humidifies the circulating air or a dehumidifier that dehumidifies the circulating air may be provided in the flow path of the circulating air.
  • the temperature control device 1 circulates air, nitrogen gas or the like may be used instead of air as long as it is a gas.
  • Temperature control device 1a Air supply port 1b Return air port 2 Constant temperature bath 3, 3a Refrigerator 4d Return air duct 4u Supply air duct 5, 5b Pipe 5a Branch pipe 10, 10a Control unit 11 Cooling coil 12 Temperature adjustment heater 13 temperature sensor 14 base heater 15 fan 18, 180 precooler 19, 190 dehumidifier 20, 21 test apparatus A1, A2, A3, A4, A5 air L1 line L2 line T test object Tset set temperature

Abstract

試験対象が内部に設置される恒温槽に、設定温度に温度を調整した気体を供給し、前記恒温槽から前記気体を回収する温調装置であって、前記回収した前記気体を加熱するベースヒータと、前記ベースヒータが加熱した前記気体を冷却する冷却コイルと、前記冷却コイルが冷却した前記気体を前記設定温度に調整する温度調整用ヒータと、を備える温調装置。

Description

温調装置、試験装置及び温調方法
　本開示は、温調装置、試験装置及び温調方法に関する。
　製品開発において、試験対象を特定の温度条件、例えば、低温条件の環境に設置して、製品の特性を試験することが行われる。また、例えば、温度変動に対する影響が大きい装置を動作させる場合には、装置自体を特定の温度条件の環境下で動作させることが行われる。特定の温度条件の環境を実現するために、温度調整装置（温調装置）が用いられる。
　特許文献１には、冷凍サイクルの冷却コイルを通って冷却された温度制御媒体を温度制御可能なヒータに通し、所定の温度に調節する温度制御装置において、前記ヒータを能力差のある２つのヒータから構成する微少温度制御装置が開示されている。特許文献１には、該２つのヒータのうちの少なくとも能力の小さいヒータを温度制御可能にすることが開示されている。
特開平０６－２０２７４２号公報
　特定の温度条件の環境に設置された試験対象が負荷により発熱する場合、試験対象の負荷が変動すると、試験対象の発熱状態が変動して被検体が設置された環境の温度が変動する場合がある。
　本開示は、試験対象の負荷変動に対して温度追従性を向上させる温調装置を提供する。
　本開示の一の態様によれば、試験対象が内部に設置される恒温槽に、設定温度に温度を調整した気体を供給し、前記恒温槽から前記気体を回収する温調装置であって、前記回収した前記気体を加熱するベースヒータと、前記ベースヒータが加熱した前記気体を冷却する冷却コイルと、前記冷却コイルが冷却した前記気体を前記設定温度に調整する温度調整用ヒータと、を備える温度調整装置を提供する。
　本開示の温調装置によれば、試験対象の負荷変動に対して、温度追従性を向上できる。
図１は、本実施形態に係る温調装置の一例の斜視図である。 図２は、本実施形態に係る試験装置の一例の概略を示す図である。 図３は、本実施形態に係る試験装置の一例のシステム構成の概略を示す図である。 図４は、本実施形態に係る試験装置の一例を動作させたときの温度変動の測定結果を示す図である。 図５は、本実施形態に係る試験装置の第１変形例のシステム構成の概略を示す図である。 図６は、本実施形態に係る試験装置の第２変形例のシステム構成の概略を示す図である。
　以下、本発明の各実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。なお、各実施形態に係る明細書及び図面の記載に関して、実質的に同一の又は対応する機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省略する場合がある。また、理解を容易にするために、図面における各部の縮尺は、実際とは異なる場合がある。
　平行、直角、直交、水平、垂直、上下、左右などの方向には、実施形態の効果を損なわない程度のずれが許容される。角部の形状は、直角に限られず、弓状に丸みを帯びてもよい。平行、直角、直交、水平、垂直には、略平行、略直角、略直交、略水平、略垂直が含まれてもよい。
　＜温調装置１＞
　図１は、本実施形態に係る温調装置の一例である温調装置１の斜視図である。温調装置１は、設定された温度（設定温度Ｔｓｅｔ）に調節した空気を後述する恒温槽２に供給する。そして、温調装置１は、恒温槽２から排出される空気を回収する。そして、温調装置１は、恒温槽２から回収した空気を温度調整して恒温槽２に空気を供給する。
　温調装置１は、直方体状の形状を有する。温調装置１は、側面に、恒温槽２に空気を供給するための給気口１ａと、恒温槽２から空気を回収する還気口１ｂと、を有する。
　＜試験装置２０＞
　次に、温調装置１を使用した試験装置２０について説明する。図２は、本実施形態に係る試験装置の一例である試験装置２０の概略を示す図である。図３は、本実施形態に係る試験装置の一例である試験装置２０のシステム構成の概略を示す図である。
　試験装置２０は、試験対象を設定された温度条件の環境で動作させて試験する装置である。試験装置２０は、温調装置１と、恒温槽２と、を備える。試験装置２０は、温調装置１と恒温槽２とを接続して、空気を流す給気ダクト４ｕ及び還気ダクト４ｄを備える。
　温調装置１は、給気口１ａに接続される給気ダクト４ｕを介して、恒温槽２に温度調整した空気を供給する。また、温調装置１は、還気口１ｂに接続される還気ダクト４ｄを介して、恒温槽２から排出される空気を回収する。温調装置１は、恒温槽２との間で空気を循環させる。
　恒温槽２は、内部に試験対象Ｔが設置される。恒温槽２は、試験対象Ｔを恒温槽２の外部から断熱した状態で内部に保持する。試験対象Ｔは、例えば、試験対象Ｔに接続された負荷に応じて発熱する。
　＜温調装置１の内部構成＞
　温調装置１は、制御部１０と、冷却コイル１１と、温度調整用ヒータ１２と、温度センサ１３と、ベースヒータ１４と、送風機１５と、を備える。温調装置１は、給気口１ａから供給される空気Ａ４が設定温度Ｔｓｅｔになるように温度調整を行う。
　空気の流れにしたがって、温調装置１における空気の温度調整について説明する。冷却コイル１１に流入する空気Ａ１は冷却コイル１１で冷却される。冷却コイル１１は、冷却コイル１１から排出される空気Ａ２の温度が設定温度Ｔｓｅｔより低い温度になるように温度を調整する。冷却コイル１１で冷却された空気Ａ２は、温度調整用ヒータ１２に送られる。
　温度調整用ヒータ１２に送られた空気Ａ２は、温度調整用ヒータ１２により加熱される。空気Ａ２の温度は、設定温度Ｔｓｅｔより低い温度になっている。温度調整用ヒータ１２は、空気Ａ２を加熱して空気Ａ３の温度が設定温度Ｔｓｅｔになるように温度を調整する。なお、温度調整用ヒータ１２は、温度センサ１３の温度をフィードバックして温度制御を行う。
　温度調整用ヒータ１２により加熱された空気Ａ３は、温度センサ１３に送られる。温度センサ１３は、送られてきた空気Ａ３の温度を測定する。
　温度センサ１３で温度を測定された空気Ａ４は、給気口１ａから給気ダクト４ｕを介して恒温槽２に供給される。恒温槽２に供給された空気Ａ４は、恒温槽２の内部を通過して、恒温槽２から排出される。恒温槽２から排出された空気Ａ５は、還気ダクト４ｄを介して、還気口１ｂで回収される。恒温槽２から排出された空気Ａ５の温度は、恒温槽２の内部に設置された試験対象Ｔの負荷に応じた発熱により変動する。
　還気口１ｂから回収された空気Ａ５は、ベースヒータ１４により加熱される。ベースヒータ１４により加熱された空気Ａ１は、冷却コイル１１により冷却される。
　なお、温度調整用ヒータ１２と温度センサ１３との間に設けられる送風機１５が、冷却コイル１１、温度調整用ヒータ１２、恒温槽２及びベースヒータ１４の順に流れる空気の流れを発生させる。
　次に、温調装置１の各構成要素について説明する。
　［冷却コイル１１］
　冷却コイル１１は、流れてきた空気Ａ１を冷却する。冷却コイル１１は、例えば、蒸発器である。冷凍機３は、冷却コイル１１に所定の圧力に加圧又は減圧した冷媒を供給する。冷凍機３は、配管５を介して冷媒を冷却コイル１１に供給する。冷却コイル１１は、冷凍機３から供給された冷媒が蒸発して温度が低下する。そして、冷却コイル１１は、流れてきた空気Ａ１との間で熱交換を行う。冷却コイル１１は、流れてきた空気Ａ１との間で熱交換することによって、流れてきた空気Ａ１を冷却して、空気Ａ２を排出する。
　冷却コイル１１は、冷却コイル１１から排出される空気Ａ２の温度が設定温度Ｔｓｅｔより低い温度になるように温度を調整する。具体的には、制御部１０は、冷凍機３からの冷媒の温度を設定して、冷却コイル１１から排出される空気Ａ２の温度が設定温度Ｔｓｅｔより低い温度になるようにする。
　［温度調整用ヒータ１２］
　温度調整用ヒータ１２は、冷却コイル１１で冷却された空気Ａ２を加熱する。温度調整用ヒータ１２は、例えば、電熱ヒータである。温度調整用ヒータ１２は、制御部１０により制御される。温度調整用ヒータ１２は、温度センサ１３で測定した空気Ａ３（空気Ａ４）の温度に基づいて空気Ａ２を加熱する。具体的には、温度調整用ヒータ１２は、温度センサ１３で測定した空気Ａ３（空気Ａ４）の温度が設定温度Ｔｓｅｔになるように空気Ａ２を加熱する。
　温度調整用ヒータ１２は、空気Ａ２を加熱して、空気Ａ２の温度を微調整することにより、より高精度に空気Ａ３の温度を制御する。具体的には、制御部１０は、温度センサ１３で計測した温度をフィードバックして温度制御を行う。例えば、制御部１０は、ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ－Ｉｎｔｅｇｒａｌ－Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御を行うことにより、空気Ａ３の温度が設定温度Ｔｓｅｔになるように制御する。
　温度調整用ヒータ１２は、冷却コイル１１より温度変動に対して高速に応答する。温度調整用ヒータ１２が温度変動に対して高速に応答することにより、空気Ａ３（空気Ａ４）の温度を設定温度Ｔｓｅｔに安定して調整できる。
　［温度センサ１３］
　温度センサ１３は、温度調整用ヒータ１２で加熱された空気Ａ３の温度を測定する。温度センサ１３は、例えば、測温抵抗体、熱電対、サーミスタ等である。温度センサ１３は、制御部１０に接続する。制御部１０は、温度センサ１３で測定した温度を検出する。制御部１０は、温度センサ１３で測定した温度を用いて、温度調整用ヒータ１２を制御する。
　［ベースヒータ１４］
　ベースヒータ１４は、恒温槽２から回収された空気Ａ５を加熱する。ベースヒータ１４は、例えば、電熱ヒータである。ベースヒータ１４は、例えば、冷却コイル１１の前後の温度差が設定された設定温度差、例えば、１６℃程度の温度差になるようにする。ベースヒータ１４は、空気Ａ１の温度が、空気Ａ２の温度より１６℃程度高い温度になるように空気Ａ５を加熱する。空気Ａ２の温度は、温度調整用ヒータ１２で加熱することを考慮して、設定温度Ｔｓｅｔより１～２℃低い温度にする。
　例えば、ベースヒータ１４は、設定温度Ｔｓｅｔに対して表１に示すヒータ出力で動作する。表１においては、ベースヒータ出力は、最大出力に対するパーセンテージで表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示すように、ベースヒータ１４の出力は、設定温度Ｔｓｅｔが高くなるほど、大きくする。
　冷却コイル１１の前後で、温度差を１６℃程度にすることによって、冷凍機３は一定の負荷で動作する。例えば、温度差が小さいと、冷凍機３が動作を停止する場合がある。冷凍機３が動作を停止すると、空気Ａ４の温度が設定温度Ｔｓｅｔに安定せずに、温度が変動する場合がある。
　本実施形態に係る温調装置１では、ベースヒータ１４により還気口１ｂで回収された空気Ａ５を加熱することにより、冷却コイル１１の前後で温度差が発生する。したがって、冷凍機３は冷却コイル１１で冷却するために一定の負荷で動作する。冷凍機３が一定の負荷で動作することにより、冷却コイル１１から排出される空気Ａ１の温度が設定温度Ｔｓｅｔより低い温度で安定して制御される。したがって、温調装置１から供給される空気Ａ４の温度が、設定温度Ｔｓｅｔに安定する。
　［送風機１５］
　送風機１５は、空気の流れを発生させる。送風機１５は、例えば、ブロアファン、遠心ファン及び軸流ファン等である。送風機１５は、空気の流れを発生させる送風機であれば、種類は限定されない。
　［制御部１０］
　制御部１０は、温調装置１全体を制御する。制御部１０は、温度調整用ヒータ１２、温度センサ１３及びベースヒータ１４のそれぞれと接続する。また、制御部１０は、冷凍機３と接続する。なお、制御部１０は、例えば、送風機１５と接続してもよい。制御部１０は、送風機１５と接続する場合には、送風機１５の動作の開始及び停止を制御してもよいし、送風機１５の回転数を制御してもよい。
　＜温調装置１による温度調整方法＞
　本実施形態に係る温調装置１による温度調整方法について説明する。温調装置１は、回収した空気Ａ５をベースヒータ１４で加熱する。すなわち、温調装置１による温度調整方法は、回収した空気Ａ５をベースヒータ１４で加熱する工程を含む。
　また、温調装置１は、ベースヒータ１４が加熱した空気Ａ１を冷却コイル１１で冷却する。すなわち、温調装置１における温度調整方法は、ベースヒータ１４が加熱した空気Ａ１を冷却コイル１１で冷却する工程を含む。
　更に、温調装置１は、冷却コイル１１で冷却した空気Ａ２を温度調整用ヒータ１２で加熱して設定温度Ｔｓｅｔに調整する。すなわち、温調装置１における温度調整方法は、冷却コイル１１が冷却した空気Ａ２を温度調整用ヒータ１２で設定温度Ｔｓｅｔに調整する工程を含む。
　＜温調装置１の動作＞
　本実施形態に係る温調装置１を動作させたときの温度変動について測定した結果を図４に示す。
　設定温度Ｔｓｅｔは、－４０℃とした。恒温槽２の内部に、試験対象の電気自動車のモータを模擬した発熱体を設置して、負荷を変動させながら試験を行った。
　図４の線Ｌ１は、温調装置１から供給される気体の温度、具体的には、温度センサ１３で測定した空気の温度の測定結果である。図４の線Ｌ２は、試験対象の負荷出力である。
　図４に示すように、試験対象の負荷が変動しても、温度変動は１℃以下、より具体的には、０．５℃以下であった。本実施形態に係る温調装置により温度を制御することにより、試験対象の負荷が変動しても、温度の変動を抑制することができる。
　＜作用・効果＞
　本実施形態に係る温調装置１は、冷却コイル１１の上流にベースヒータ１４を備えることにより、試験対象の発熱負荷が変動しても、温度を追従させることができる。すなわち、温調装置１は、冷却コイル１１の上流にベースヒータ１４を備えることにより、温度追従性を向上できる。特に、１０℃以下の低温において、温度追従性を向上できる。
　本実施形態に係る温調装置１は、冷却コイル１１の上流にベースヒータ１４を備えることにより、冷凍機３を効率よく稼働させて、冷却コイル１１における冷却能力を安定させることができる。
　例えば、従来の温調装置においては、開始時には設定温度に温調できていたが、試験を開始して試験対象の発熱負荷が変動すると、試験対象の発熱に連動して空気の温度が変動していた。
　本実施形態に係る温調装置１によれば、温度追従性を向上させることにより、試験対象の発熱負荷によらずに、温度を安定させることができる。
　なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
　例えば、循環する空気に、更に空気を供給するために、温調装置は、プレクーラを備えてもよい。また、プレクーラで冷却除湿した空気を更に吸着除湿するために、温調装置は除湿機を備えてもよい。
　図５は、本実施形態に係る試験装置２０の第１変形例である試験装置２１のシステム構成の概略を示す図である。温調装置１０１には、外部の処理空気Ａｐが循環する空気に供給される。温調装置１０１は、温調装置１に、プレクーラ１８と、除湿機１９と、を更に備える。プレクーラ１８及び除湿機１９の少なくともいずれか一方に設けられた送風機により、外部の処理空気Ａｐが循環する空気に供給される。
　プレクーラ１８は、外部からの処理空気Ａｐ（外部空気）を所定の温度に冷却する。プレクーラ１８は、冷却コイル１８ａを備える。温調装置１０１は、配管５を分岐した分岐配管５ａに冷凍機３から冷媒を分岐して流す。冷却コイル１８ａには、分岐配管５ａを介して、冷媒が供給される。プレクーラ１８の冷却コイル１８ａは、外部からの処理空気Ａｐを冷却除湿する。
　除湿機１９は、冷却された処理空気Ａｐを除湿する。除湿機１９は、プレクーラ１８で冷却された処理空気Ａｐを除湿する除湿部１９ａを備える。除湿部１９ａは、プレクーラ１８で冷却除湿された処理空気Ａｐを吸着除湿して、空気Ａ５に新たに空気Ａｎを供給する。なお、除湿部１９ａでは、吸着式の除湿装置を用いてもよいし、温度条件等によっては膜式又は冷凍式等の除湿機を用いてもよい。更には、除湿部１９ａとして、吸着式、膜式、冷凍式等を組み合わせて用いてもよい。
　また、吸着式の除湿装置を用いる場合はヒータを備えていてもよい。吸着式の除湿装置は、除湿ロータに水分を吸着させて除湿する。除湿ロータに吸着した水分はいずれ飽和状態となり、ロータの吸着能力が低下する。そこで、吸着した水分をヒータにより加熱して蒸発させて、ロータの吸着能力を再生させる。
　図６は、本実施形態に係る試験装置２０の第２変形例である試験装置２２のシステム構成の概略を示す図である。温調装置２０１には、外部の処理空気Ａｐが循環する空気に供給される。温調装置２０１は、温調装置１に、プレクーラ１８０と、除湿機１９０と、を更に備える。プレクーラ１８０は、送風機１８２を備える。送風機１８２により、外部の処理空気Ａｐが循環する空気に供給される。
　プレクーラ１８０は、外部からの処理空気Ａｐを所定の温度に冷却する。プレクーラ１８０は、冷却コイル１８１を備える。温調装置２０１は、配管５ｂに冷凍機３ａから冷媒を流す。冷却コイル１８１には、配管５ｂを介して、冷媒が供給される。プレクーラ１８０の冷却コイル１８１は、外部からの処理空気Ａｐを冷却除湿する。
　除湿機１９０は、冷却された処理空気Ａｐを除湿する。除湿機１９０は、吸着式の除湿装置である。除湿機１９０は、プレクーラ１８０で冷却された処理空気Ａｐを除湿する除湿ロータ１９１を備える。除湿ロータ１９１は、プレクーラ１８０で冷却除湿された処理空気Ａｐを吸着除湿して、空気Ａ５に新たに空気Ａｎを供給する。また、除湿機１９０は、除湿ロータ１９１の再生用に、再生用空気Ａｒｃを加熱するヒータ１９２と、再生用空気Ａｒｃを送風する送風機１９３を備える。再生用空気Ａｒｃで除湿ロータ１９１を乾燥させることにより、除湿ロータ１９１の除湿能力を再生させる。
　更に、温調装置２０１は、冷媒注入部１０５を備える。冷媒注入部１０５は、配管５ｂを流れる冷媒Ｒ２を、配管５に流れる冷媒Ｒ１に注入する。冷媒注入部１０５は、例えば、分岐配管、分岐バルブ等である。
　循環する空気（例えば、空気Ａ５）の温度が高温（例えば、温度５０℃以上）になると、冷却コイル１１を流れる冷媒Ｒ１、すなわち、配管５を流れる冷媒Ｒ１、の温度が高くなる。冷凍機３ａに高温の冷媒（例えば、温度３０℃以上の冷媒）が流れると冷凍機の故障の原因となる。したがって、冷却コイル１１を流れる冷媒Ｒ１、すなわち、配管５を流れる冷媒Ｒ１、を冷却する必要がある。
　高温時、プレクーラ１８０及び除湿機１９０の除湿機能は不要であるが、高温時は、プレクーラ１８０の冷媒回路を活用する。プレクーラ１８０の冷却コイル１８１は高温にさらされないため、冷媒Ｒ２は低温のままである。そこで、冷却コイル１１から冷凍機３ａに戻る冷媒Ｒ１に冷却コイル１８１を流れる冷媒Ｒ２を注入することで、冷却コイル１１から冷凍機３ａに戻る冷媒Ｒ１を冷却する。
　なお、第１変形例である温調装置１０１は、配管５から分岐する分岐配管５ａにより、プレクーラの冷却コイルから冷凍機に戻る冷媒を、冷却コイル１１から冷凍機に戻る冷媒に注入する。
　温調装置２０１は、温調装置１の制御部１０に換えて、制御部１０ａを備える。制御部１０ａは、制御部１０の機能に加えて、送風機１８２、ヒータ１９２及び送風機１９３の制御を行う。
　更に、循環する空気の湿度を制御するために、循環する空気の流路内に加湿する加湿機や循環する空気を除湿する除湿機を備えてもよい。
　また、本実施形態に係る温調装置１は、空気を循環させるが、気体であれば、空気に換えて、窒素ガス等を用いてもよい。
　以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内で様々な変形が可能である。
　本願は、日本特許庁に２０２１年５月２７日に出願された基礎特許出願２０２１－０８９１５８号の優先権を主張するものであり、その全内容を参照によりここに援用する。
１、１０１、２０１　温調装置
１ａ　給気口
１ｂ　還気口
２　恒温槽
３、３ａ　冷凍機
４ｄ　還気ダクト
４ｕ　給気ダクト
５、５ｂ　配管
５ａ　分岐配管
１０、１０ａ　制御部
１１　冷却コイル
１２　温度調整用ヒータ
１３　温度センサ
１４　ベースヒータ
１５　送風機
１８、１８０　プレクーラ
１９、１９０　除湿機
２０、２１　試験装置
Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５　空気
Ｌ１　線
Ｌ２　線
Ｔ　試験対象
Ｔｓｅｔ　設定温度

Claims (7)

  1. 　試験対象が内部に設置される恒温槽に、設定温度に温度を調整した気体を供給し、前記恒温槽から前記気体を回収する温調装置であって、
    　前記回収した前記気体を加熱するベースヒータと、
    　前記ベースヒータが加熱した前記気体を冷却する冷却コイルと、
    　前記冷却コイルが冷却した前記気体を前記設定温度に調整する温度調整用ヒータと、
    を備える、
    温調装置。
  2. 　前記ベースヒータは、前記冷却コイルの前後の温度差が、設定された設定温度差になるように、前記回収した前記気体を加熱する、
    請求項１に記載の温調装置。
  3. 　前記冷却コイルは、前記冷却コイルが冷却した前記気体の温度が、前記設定温度より低い温度になるように、前記ベースヒータが加熱した前記気体を冷却する、
    請求項１又は請求項２のいずれかに記載の温調装置。
  4. 　前記温度調整用ヒータが加熱した前記気体の温度を測定する温度センサを更に備え、
    　前記温度調整用ヒータは、前記温度センサが測定した温度に基づいて制御される、
    請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の温調装置。
  5. 　前記気体は空気であり、前記気体に外部空気を供給するプレクーラを備え、
    　前記プレクーラに冷凍機から供給される冷媒は、前記冷却コイルから前記冷凍機に戻る冷媒に注入される、
    請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の温調装置。
  6. 　試験対象が内部に設置される恒温槽と、
    　設定温度に温度を調整した気体を前記恒温槽に供給し、前記恒温槽から前記気体を回収する温調装置と、
    を備え、
    　前記温調装置は、
    　　前記回収した前記気体を加熱するベースヒータと、
    　　前記ベースヒータが加熱した前記気体を冷却する冷却コイルと、
    　　前記冷却コイルが冷却した前記気体を前記設定温度に調整する温度調整用ヒータと、
    を備える、
    試験装置。
  7. 　試験対象が内部に設置される恒温槽に、設定温度に温度を調整した気体を供給し、前記恒温槽から前記気体を回収する温調装置の温度調整方法であって、
    　前記回収した前記気体をベースヒータで加熱する工程と、
    　前記ベースヒータが加熱した前記気体を冷却コイルで冷却する工程と、
    　前記冷却コイルが冷却した前記気体を温度調整用ヒータで前記設定温度に調整する工程と、
    を含む、
    温度調整方法。
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