JP2603407B2 - 恒温恒湿器 - Google Patents
恒温恒湿器Info
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- Other Air-Conditioning Systems (AREA)
Description
路等の信頼性評価、スクリーニング等のためにバーンイ
ン処理を行ったり、各種物品や材料の耐熱性、耐湿性等
を調べるために用いる恒温恒湿器に関する。
空気を得る方式として、所定露点温度の飽和空気を作
り、これを加熱して目的とする温湿度の空気を得る方式
が知られている。かかる所定露点温度の飽和空気を得る
方式としては、接触式と呼ばれている、水をシャワー手
段、スプレー手段、遠心噴霧器等により微細化し、空気
との接触面積を大きくしたところに所定温度空気を通
し、所定露点温度の飽和空気を得る方式が古くから知ら
れている。
分が混じることがあり、そうすると飽和空気の加熱時、
該水滴が蒸発するので、求める相対湿度が得られない、
水の純度管理が不十分であると、空気との接触蒸発時
に水溶性不純物が固化し、不純物の粉末が飛散する、
水を循環させるポンプ、水を微細化する手段、これを駆
動するモータ、微細化された水と空気を接触させる飽和
槽、余り水滴分を除去するエリミネータ等が必要になる
ので、恒温恒湿器構造が複雑化、大型化し、コスト高に
つくし、電力消費も大きくなり、故障も多くなる、とい
った難点がある。
加湿手段で適当に加湿した空気を露点温度以下に冷却し
た熱交換器に通過させることで、余分の水分を除く(除
湿する)とともに所定露点温度の飽和空気を作り、この
空気を再加熱して目的とする温湿度空気を得る方式も利
用されている。かかる温湿度制御方式では、通常、温湿
度制御は、乾湿球温度計による検出温度に基づいて行わ
れるが、原理的には、露点温度制御方式によるものであ
る。また、熱交換器には冷凍機の蒸発器が使用される。
熱交換器を用いる温湿度制御方式を採用した恒温恒湿器
においても、なお、次のような問題がある。 熱交換器として冷凍機の蒸発器が用いられるので、
冷凍機が必要となり、これが恒温恒湿器の小型化、製造
コストの低下の妨げとなっている。 冷凍機運転のために、より一層の電力節約が困難で
ある。 構造を簡素化するため、また、管理を容易化するた
め、湿球ウィックやウィックパン、これに対する水回路
等が要求される湿球温度計を採用せず、熱交換器を通過
した空気の温度を直接的に検出し、この検出値と設定露
点温度とに基づいて飽和空気温度を制御しようとして
も、熱交換器を通過した空気温度は場所により差があ
り、従って、ある一箇所で検出した温度をもって、熱交
換器を通過した空気全体の平均的温度であるとは言い難
く、かかる検出温度を露点制御に供し難い。
てバラつきがあるのは、熱交換器表面温度が各部でバラ
ついているからである。このように熱交換器上に温度差
が発生する理由は次のように考えられる。すなわち、冷
凍機ではフロン等の冷媒が循環せしめられるが、該冷媒
は熱容量が小さい。また、高温高湿域での熱交換量が過
大になって冷凍機が過負荷にならないように、かかる冷
媒の循環量が制限されなければならないことがあり、そ
の場合、冷媒が蒸発器において蒸発する温度は低温(−
20℃程度)となる。これらのため、蒸発器への冷媒流
入初期で既に冷媒の蒸発が完了し、蒸発器全体にわたり
均一な蒸発(熱交換)が行われないからである。
室に空気を循環させる空気循環手段を備え、前記空調室
には、加熱手段と飽和空気発生用熱交換器と、循環空気
の流れ方向において前記熱交換器より上流側の加湿手段
とを設けてある恒温恒湿器であって、従来の同原理の恒
温恒湿器と比べると小型化が可能で安価に提供でき、電
力消費も少なく済むものを提供することを課題とする。
の温度が各部で均一であり、該熱交換器を通過した空気
温度を或る一点で検出したときでも、該検出空気温度を
もって熱交換器を通過した空気全体の温度平均値とみる
ことができ、従って、構造を簡素化し、管理を容易化す
るため、従来の湿球温度計の採用に代え、熱交換器通過
後の空気温度を直接的に検出して該検出空気温度と設定
露点温度とに基づいて、目的とする温湿度の空気を得る
ための飽和空気露点温度制御が可能となる恒温恒湿器を
提供することも課題とする。
にあたり、ヒートパイプに着目した。ヒートパイプは、
フロン、アルコール、水等の熱媒が使用温度域に合わせ
て選択され、銅管等の管体内に密閉封入されたもので、
中央部付近を境にして一方を熱媒蒸発側(吸熱側)、他
方を熱媒凝縮側(放熱側)として用いるものである。
構造が極めて簡単で、小型であり、安価に入手できる利
点があり、また、それ自体の作動に電力を要しない利点
がある。加えて、内部熱媒の吸熱側での蒸発、放熱側で
の凝縮という循環的状態変化の間、蒸発や凝縮のための
潜熱の授受は行われるが、それ自体の温度は変わらない
という物理的特性上、ヒートパイプ全域にわたり表面温
度差が殆ど無いと言ってよく、従って熱交換器としてヒ
ートパイプからなるものを採用すれば、該熱交換器を通
過する空気の温度は各部で実質上均一となり、該熱交換
器を通過した空気温度を或る1点で検出しただけで、該
検出温度を飽和空気露点温度制御に供し得る。
もとまり、熱の移動がなくなるので、ヒートパイプによ
る冷却能力は、ヒートパイプの熱媒凝縮側の冷却の加減
によって容易に制御できる。本発明者はかかるヒートパ
イプに着目して本発明を完成した。すなわち、本発明は
前記課題を解決するため、空調室、試験室及び該両室に
空気を循環させる空気循環手段を備え、前記空調室に
は、加熱手段と、飽和空気発生用熱交換器と、循環空気
の流れ方向において前記熱交換器より上流側の加湿手段
とを設けてある恒温恒湿器において、前記熱交換器が、
熱媒蒸発側を前記空調室内に、熱媒凝縮側を前記空調室
外に配置したヒートパイプからなり、該熱媒凝縮側の冷
却を加減して前記熱交換器の冷却能力を制御する手段が
備わっていることを特徴とする恒温恒湿器を提供するも
のである。
例えば、該熱交換器のヒートパイプの熱媒凝縮側に必要
に応じ送風して熱交換を行わせる送風機、或いはさら
に、送風を該熱媒凝縮側に導き、通過させる送風ダクト
を含むもので、ヒートパイプの熱媒凝縮側の冷却を該送
風機の運転・停止等の制御により加減できるものを挙げ
ることができる。
制御する具体例として、前記加湿手段を電気ヒータ等に
よる水加熱式のものとし、前記熱交換器通過後の飽和空
気温度を制御するための露点温度調節手段及び前記熱交
換器通過後の空気温度を検出する手段を設け、該調節手
段により、前記温度検出手段にて検出される空気温度と
設定露点温度とに基づいて、該検出空気温度が該設定露
点温度に向かうように、前記熱交換器の冷却能力制御手
段及び前記加湿手段のうち一方を動作させるとともに他
方を停止させることが考えられる。
を得るための加熱手段は、熱交換器の下流側に配置して
もよいが、露点温度制御のために熱交換器を通過した空
気の温度を検出する手段を設ける場合には、該温度検出
手段が該加熱手段からの輻射熱の影響を受けることを防
止するために、前記空調室内に、前記試験室から流入す
る空気を二つの流れに分けたのち一つの共通空間に導く
仕切壁を配置し、前記加熱手段を該仕切壁と前記試験室
との間の通気路に配置するとともに、前記熱交換器を前
記仕切壁を間にして前記通気路とは反対側の通気路に配
置することが考えられる。
空気循環手段により空気が循環され、空調室に流入した
空気は、加湿手段により必要に応じ加湿されたのち、ヒ
ートパイプからなる熱交換器を通過することで除湿され
るとともに飽和空気となり、該飽和空気が加熱手段にて
再加熱されることで目的とする温湿度、例えば85℃、
85%RH、40℃、90%RH、60℃、90%RH
等の空気が得られ、試験室に供給される。
らなる熱交換器が採用されているので、該熱交換器を通
過する空気の温度が各部実質上均一となり、さらに、該
熱交換器の冷却能力を制御する手段が設けられているの
で、この制御手段にて熱交換器の冷却能力を加減して、
熱交換器における熱交換量を必要最小限のもの、或いは
それに近いものとし、該熱交換器表面温度と、該熱交換
器を通過した空気の温度との差を小さくし、それによっ
て一層、熱交換器通過後の空気温度を各部で均一にで
き、従って、該熱交換器通過後の空気温度を1点で検出
してその検出温度を飽和空気露点温度制御に供して、目
的とする温湿度を精度よく得ることができる。
器通過後の飽和空気温度を制御するための露点温度調節
手段及び前記熱交換器通過後の空気温度を検出する手段
が備わっているときは、該調節手段が、前記温度検出手
段にて検出される空気温度と設定露点温度とに基づい
て、該検出空気温度が該設定露点温度に向かうように、
前記熱交換器冷却能力制御手段及び前記加湿手段のうち
一方を運転するとともに他方を停止させ、それによって
熱交換器通過空気温度を設定露点温度に制御し、目的と
する温湿度空気を得ることができるようにする。
入する空気を二つの流れに分けたのち一つの共通空間に
導く仕切壁を配置し、前記加熱手段を該仕切壁と前記試
験室との間の通気路に配置するとともに、前記熱交換器
を前記仕切壁を間にして前記通気路とは反対側の通気路
に配置するときは、試験室から空調室に流入する空気が
該仕切壁により二つの流れに分けられ、そのうち一方は
加熱手段を通過することで加熱され、他方は加湿手段及
び熱交換器を通過することで、所定露点温度の飽和空気
となり、該両者が再び一つの共通空間で混じり合い、目
的とする温湿度の空気となり、試験室に供給される。露
点温度制御のために熱交換器を通過した空気の温度を検
出する手段は、加熱手段からの輻射熱の影響のない、熱
交換器配置の通気路に設置できる。
明する。この恒温恒湿器は、空調室1及び試験室2を備
えており、これら両室の略全体が断熱壁3で囲まれてい
る。試験室2の前面側には開口部21があり、この開口
部21は図示しない断熱扉で開閉される。また、空調室
1の外側壁11に沿って空気ダクト4が形成されてい
る。
切られており、空調室1内の一部には仕切壁12が配置
してある。空調室1内の仕切壁12と仕切壁5との間の
通気路13には空気加熱用の電気ヒータ6が配置してあ
り、仕切壁12と空調室外側壁11との間の通気路14
には熱交換器7を配置してある。
複数本のヒートパイプ72を貫通固定したものであり、
該ヒートパイプは例えば縦に3段、横に8本というよう
に配置される。各ヒートパイプは、銅管内に熱媒(例え
ばアルコール)を密封したもので、その熱媒蒸発側部分
が通気路14内に配置され、熱媒凝縮側部分が前記ダク
ト4内に配置されている。熱媒凝縮側部分は熱媒蒸発側
部分より高位置に置かれている。
採用により、この恒温恒湿器は構造が簡素化、小型化さ
れ、安価に提供できると共に、運転のための電力も節約
される。空調室1内の通気路13、14の下端部は共通
の空間15に臨んでおり、該空間15は試験室2からの
空気流入口を介して試験室2に連通している。
こには水Wが収容され、この水が電気ヒータ81により
加熱されることで蒸発し、流入してくる空気に加湿でき
る。熱交換器7の上方には通気路14内において温度検
出センサS1が配置してあり、このセンサで熱交換器7
を通過直後の空気の温度を検出できる。該センサは仕切
壁12により加熱ヒータ6からの輻射熱の影響を受けな
い。
6に臨んでおり、ここには空気循環用のファンF1が設
けてある。ファンF1はモータM1にて駆動される。フ
ァンF1からの空気吐出部にはレジスタ(整流器)Rが
配置してあり、該レジスタRの空気吹き出し口に臨む位
置に温度検出センサS2を配置してある。前記空調室に
沿うダクト4の下端部には熱交換器ヒートパイプの熱媒
凝縮側部分に通気してこれを冷却するための送風機F2
が設けてある。送風機F2はモータM2にて駆動され
る。
部の空気流出部分は、空気流れを整え、且つ、操作者の
手腕の差し入れを防止したり、物品の落下を防止する等
の目的の孔あり板体或いは鋼板、格子板等からなる板体
22を設けてある。試験室2の内壁23の略全面に沿っ
てその外側に空気ジャケット24を形成してあり、該ジ
ャケットの一部にはジャケット内空気加熱用の電気ヒー
タ25及びジャケット内空気攪拌・循環用のファンF3
が設けてある。ファンF3はモータM3にて駆動され
る。
温度調節器91に入力されるようになっている。また、
調節器91では、目的とする温湿度空気を得るに要する
露点温度の飽和空気を発生させることができるように、
そのための露点温度を設定できる。調節器91は、さら
に、センサS1による検出温度と設定露点温度とを比較
し、検出温度が設定露点温度より低くなると、送風機F
2のモータM2を停止させたまま、加湿器ヒータ81に
通電させ、検出温度が設定露点温度より高くなると、加
湿器ヒータ81への通電は停止したまま、送風機F2を
回転させるように指示する構成となっている。
ータ25は加湿器ヒータ81のオン、オフに同期してオ
ン、オフされるようになっている。これは、試験室内壁
23への結露防止と試験室内の保温のためである。内壁
23への結露は試験室内を循環する空気の露点温度と密
接に関係し、該露点温度は加湿器ヒータ81への通電比
と比例的関係にある。従って、このように同期してオ
ン、オフさせる。また、試験室内壁23への結露防止と
試験室内の保温という目的を達成できるように、そして
加湿器8で必要な加湿を行えるようにヒータ81、25
を選定してある。
は空気温度調節器92に入力されるようになっている。
また、温度調節器92では、目的とする空気温度を設定
することができる。調節器92は、さらに、センサS2
による検出温度と設定温度とを比較し、その差に基づい
て、目的とする空気温度を得るように、ヒータ6をオ
ン、オフさせる構成となっている。
される。図中、PWは電源、Iはインバータ、T1、T
2、T3はサイリスタである。なお、サイリスタのほ
か、ソリッドステートリレー等も利用できる。以上説明
した恒温恒湿器によると、ファンF1の運転により空気
が空調室1と試験室2に循環せしめられる。
通気路13と14を通る二つの流れに分けられ、通気路
13を通る空気はヒータ6にて加熱される。ヒータ6は
温度調節器92からの指示に基づいてオン、オフされ
る。さらに詳言すると、センサS2からの入力が調節器
92において設定空気温度と比較され、センサS2によ
る検出温度の設定温度からの偏差に比例して通電制御さ
れる。
階で加湿器8上を通り、適当に加湿され、そのあと熱交
換器7を通過し、このとき冷却除湿されるとともに飽和
空気となる。熱交換器7はヒートパイプ72からなって
いるため、該熱交換器7を通過した空気の温度は各部で
実質上均一である。従って、1ケ所のセンサS1にて検
出される空気温度は熱交換器7を通過した空気全体の平
均的温度を示す。
1に入力され、ここで検出温度と設定露点温度が比較さ
れ、該検出温度が設定露点温度より高くなっていると、
加湿器ヒータ81への通電は停止したまま、送風機F2
が運転され、かくして熱交換器ヒートパイプ72の熱媒
凝縮側部分が通気により冷却され、それによって熱交換
器7の冷却能力が高められ、その結果、熱交換器7を通
過した飽和空気の露点温度が低下する。
と、送風機F2は停止のままで、加湿器ヒータ81に通
電され、かくして熱交換器7を通過した飽和空気の露点
温度が上昇する。なお、以上のヒータ81、送風機F2
の各通電制御は、検出温度の設定温度からの偏差に比例
して行われる。
温度が、目的とする温湿度の空気を得るための設定露点
温度に制御される。なお、前述のように熱交換器7の冷
却能力が制御される結果、熱交換器7における熱交換量
が必要最小又はそれに近いものとなり、従って熱交換器
表面温度と熱交換器7を通過した空気温度との差が小さ
くなり、それだけ通過空気温度が各部で均一化され、一
層正確な露点温度制御に役立っている。
熱空気と通気路14から流出してきた飽和空気とが混じ
り合い、ファンF1で攪拌されつつ、目的とする温度、
相対湿度の空気となって試験室2へ供給され、該試験室
2に配置された図示しない物品がバーンイン処理等され
る。また、空調室1には通気路13が設けてあることに
より、試験室内の熱をここへ流入させて飽和空気の再加
熱に利用でき、それだけヒータ6に要する電力を節約で
きるし、試験室2内物品の許容発熱量を大きくとること
もできる。
タ25が、加湿器ヒータ81のオン、オフと同期してオ
ン、オフされ、それによって、露点温度を変更した場合
でも、ジャケット内空気温度、従って、試験室内壁23
が試験室内空気の露点温度より若干高温(本例では5℃
〜15℃程度高温)に維持され、それによって試験室2
からの熱の外部流出が抑制されるとともに、試験室内壁
23の内面への結露が防止され、かくして、試験室内空
気の温湿度精度が向上する。また、結露発生が防止され
るので、結露が発生すると生じる問題も解消される。
1へ循環するが、試験室2は前述のとおり保温ジャケッ
ト24で囲ってあり、内壁23は露点温度以上に保温さ
れているので、結露による水蒸気の損失がなく、露点状
態の空気と同じ絶対湿度を有し、ヒータ6にて得られた
空気を熱交換器7側で得た飽和空気と合流しても混合後
の絶対湿度の変化はない。
調室、試験室及び該両室に空気を循環させる空気循環手
段を備え、前記空調室には、加熱手段と、飽和空気発生
用熱交換器と、循環空気の流れ方向において前記熱交換
器より上流側の加湿手段とを設けてある恒温恒湿器であ
って、従来の同原理の恒温恒湿器と比べると小型化が可
能で安価に提供でき、電力消費も少なく済むものを提供
することができる。
た空気の温度が各部で均一であり、該熱交換器を通過し
た空気温度を或る一点で検出したときでも、該検出空気
温度をもって熱交換器を通過した空気全体の温度平均値
とみることができ、従って、構造を簡素化し、管理を容
易化するため、従来の湿球温度計の採用に代え、熱交換
器通過後の空気温度を直接的に検出して該検出空気温度
と設定露点温度とに基づいて、目的とする温湿度の空気
を得るための飽和空気露点温度制御が可能となる恒温恒
湿器を提供することができる。
により熱交換器の冷却能力を加減して、熱交換器におけ
る熱交換量を必要最小限のもの、或いはそれに近いもの
とし、該熱交換器表面温度と、該熱交換器を通過した空
気の温度との差を小さくし、それによって一層、熱交換
器通過後の空気温度を各部で均一にできるので、該熱交
換器通過後の空気の検出温度と設定露点温度とに基づく
飽和空気露点温度制御がそれだけ一層正確となる。
換器通過空気温度が設定露点温度に制御され、目的とす
る温湿度空気を得ることができる。
Claims (2)
- 【請求項1】 空調室、試験室及び該両室に空気を循環
させる空気循環手段を備え、前記空調室には、加熱手段
と、飽和空気発生用熱交換器と、循環空気の流れ方向に
おいて前記熱交換器より上流側の加湿手段とを設けてあ
る恒温恒湿器において、前記熱交換器が、熱媒蒸発側を
前記空調室内に、熱媒凝縮側を前記空調室外に配置した
ヒートパイプからなり、該熱媒凝縮側の冷却を加減して
前記熱交換器の冷却能力を制御する手段が備わっている
ことを特徴とする恒温恒湿器。 - 【請求項2】 前記加湿手段が水加熱式のものであり、
前記熱交換器通過後の飽和空気温度を制御するための露
点温度調節手段及び前記熱交換器通過後の空気温度を検
出する手段が備わっており、該露点温度調節手段は、該
温度検出手段にて検出される空気温度と設定露点温度と
に基づいて、該検出空気温度が該設定露点温度に向かう
ように、前記熱交換器冷却能力制御手段及び前記加湿手
段のうち一方を動作させるとともに他方を停止させるよ
うに構成されている請求項1記載の恒温恒湿器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4236922A JP2603407B2 (ja) | 1992-09-04 | 1992-09-04 | 恒温恒湿器 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH0682361A JPH0682361A (ja) | 1994-03-22 |
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Cited By (2)
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-
1992
- 1992-09-04 JP JP4236922A patent/JP2603407B2/ja not_active Expired - Lifetime
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