JP2603408B2 - 恒温恒湿器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は各種半導体素子、電子回
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。

【０００２】

【従来の技術】恒温恒湿器において目的とする温湿度の
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こと
が知られている。かかる所定露点温度の飽和気体を得る
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。

【０００３】だが、この方式では、飽和空気中に水滴
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。

【０００４】そこで、このような問題を解決するため、
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を採用する恒温恒
湿器は、一般に、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、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、前記熱交換器通過後
の飽和空気を加熱するための加熱手段とを有する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この種の恒温
恒湿器には次の問題がある。 試験室内空気温度が外気より高温の場合、試験室内
の熱が試験室断熱壁から外部へ逃げ、温度精度が悪化す
る。 試験室内の熱が試験室断熱壁から外部へ逃げるた
め、試験室内壁面温度が低下し、試験室内空気の露点温
度より低くなることがあり、そうすると結露が生じ、そ
の結露により水蒸気が失われるので湿度精度が悪化す
る。 さらに、該結露水が水を嫌う試験室内物品等に悪影
響を及ぼす。例えば、恒温恒湿器を半導体素子、電子回
路等のバーンイン処理に利用するために、かかる素子、
回路を搭載したバーンインボードを電気的に接続するコ
ネクタ、該コネクタに電気的に接続された中継ボード等
が試験室内壁等に配置してある場合、結露水がそれらバ
ーンインボード或いはその上の物品、コネクタ、中継ボ
ード等に流れ、バーンインボード上の物品を損傷した
り、各部での電気的絶縁不良や短絡等を引き起こす。

【０００６】そこで本発明は、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、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、前記熱
交換器通過後の飽和空気を加熱するための加熱手段とを
設けてある恒温恒湿器であって、従来の同種の恒温恒湿
器と比べると、試験室内空気の温湿度精度を高めること
ができるとともに試験室内壁面への結露の恐れのないも
のを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的に従
い、かかる恒温恒湿器において、前記試験室内壁面の少
なくとも一部を加熱するための内壁加熱手段と、前記内
壁加熱手段にて加熱される試験室内壁面部分の温度を前
記試験室内に循環する空気の露点温度以上、且つ、該循
環空気温度以下に維持するように前記内壁加熱手段動作
を制御する手段を備え、前記内壁加熱手段動作の制御手
段が前記加湿手段の運転又は停止と同期して該内壁加熱
手段を運転又は停止させるものであることを特徴とする
恒温恒湿器を提供するものである。

【０００８】前記内壁加熱手段による試験室内壁面の加
熱温度は、例えば、露点温度より約５℃程度高いものが
考えられる。高湿制御の場合、試験室内空気温度と露点
温度との差は小さいので、高湿制御の場合を考えると、
約５℃程度高温を維持するように加熱手段容量を選定し
ておくことが考えられる。前記試験室内壁面への結露
は、試験室に循環する空気の露点温度と密接に関係し、
該露点温度は加湿手段による加湿と比例的関係にあるの
で、前記内壁加熱手段動作の制御手段は、前記加湿手段
の運転又は停止と同期して内壁加熱手段を運転又は停止
するものとしてある。

【０００９】また、前記内壁加熱手段の具体例として、
前記試験室内壁の少なくとも一部に沿って形成した空気
ジャケットと、前記空気ジャケット内の空気を加熱する
ヒータとを備えたものが考えられる。この場合、空気ジ
ャケット内の空気を循環及び（又は）攪拌するファンを
設けてもよい。

【００１０】

【作用】本発明恒温恒湿器によると、空調室と試験室に
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、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。

【００１１】試験室においては、前記内壁加熱手段が前
記制御手段により前記加湿手段の運転又は停止と同期し
て運転又は停止され、該試験室の内壁面が該内壁加熱手
段により試験室内に循環する空気の露点温度以上、且
つ、該循環空気温度以下に加熱されるので、試験室内壁
面への結露は防止されるとともに試験室内温湿度の精度
が向上する。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の１実施例を図１を参照して説
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。

【００１３】空調室１と試験室２との間は仕切壁５で仕
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。

【００１４】熱交換器７は多数の熱交換用フィン７１に
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。

【００１５】かかるヒートパイプからなる熱交換器７の
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。

【００１６】熱交換器７の下方には加湿器８があり、こ
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。

【００１７】通気路１３、１４の上端部は共通の空間１
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。

【００１８】試験室２の上端部の空気流入部分及び下端
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。

【００１９】前記温度センサＳ１による検出温度は露点
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。

【００２０】試験室２の空気ジャケット２４におけるヒ
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。

【００２１】また、温度検出センサＳ２による検出温度
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。

【００２２】なお、ファンモータＭ１、Ｍ３は常時運転
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。

【００２３】試験室２から空調室１内へ流入した空気は
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。

【００２４】一方、通気路１４を通る空気は、その前段
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。

【００２５】センサＳ１の検出温度は露点温度調節器９
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。

【００２６】また、検出温度が設定温度より低くなる
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、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。

【００２７】かくして、熱交換器７を通過した飽和空気
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。

【００２８】かくして、通気路１３から流出してきた加
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。

【００２９】試験室２では、空気ジャケット２４のヒー
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。

【００３０】試験室２に吹き出された空気は再び空調室
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。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、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、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、前記熱交換器通過後の飽和空気を加熱
するための加熱手段とを設けてある恒温恒湿器であっ
て、従来の同種の恒温恒湿器と比べると、試験室内空気
の温湿度精度を高めることができるとともに試験室内壁
面への結露の恐れのないものを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例の概略断面図である。

【符号の説明】

１ 空調室 １１ 空調室外側壁 １２ 空調室内仕切壁 １３、１４ 通気路 １５ 通気路下方の共通空間 １６ 通気路上方の共通空間 ２ 試験室 ２１ 試験室開口部 ２２ 整流等の目的の板体 ２３ 試験室内壁 ２４ 空気ジャケット ２５ ジャケット内ヒータ ３ 断熱壁 ４ 空気ダクト ５ 仕切壁 ６ 空気加熱ヒータ ７ 熱交換器 ７１ フィン ７２ ヒートパイプ ８ 加湿器 ８１ 加湿器ヒータ ９１ 露点温度調節器 ９２ 空気温度調節器 Ｆ１ 空気循環用ファン Ｆ２ 送風機 Ｆ３ ファン Ｓ１、Ｓ２ 温度検出センサ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【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、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、前記熱交換器通過後の
   飽和空気を加熱するための加熱手段とを設けてある恒温
   恒湿器において、前記試験室内壁面の少なくとも一部を
   加熱するための内壁加熱手段と、前記内壁加熱手段にて
   加熱される試験室内壁面部分の温度を前記試験室内に循
   環する空気の露点温度以上、且つ、該循環空気温度以下
   に維持するように前記内壁加熱手段動作を制御する手段
   を備え、前記内壁加熱手段動作の制御手段が前記加湿手
   段の運転又は停止と同期して該内壁加熱手段を運転又は
   停止させるものであることを特徴とする恒温恒湿器。
2. 【請求項２】 前記内壁加熱手段が、前記試験室内壁の
   少なくとも一部に沿って形成した空気ジャケットと、前
   記空気ジャケット内の空気を加熱するヒータを備えてい
   る請求項１記載の恒温恒湿器。