JP3399826B2 - 環境装置の送風装置 - Google Patents
環境装置の送風装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一定の区画を目的
とする温度に調整する環境装置の送風装置に関し、例え
ば電子部品やＬＣＤガラス基板等のバーンイン試験や熱
処理に使用される恒温槽等に好都合に利用される。 【０００２】 【従来の技術】電子部品等のワークの熱処理や環境試験
を行う恒温槽では、ワークを収容する収容室をほぼ一定
の温度に保つために、送風機によってほぼ一定流量の加
熱された空気を収容室に循環供給するようにしている。
しかし、収容室の設定温度が高くなると収容室や空気循
環系から外部への放熱が多くなり、例えば循環空気の上
流側と下流側との間で室内の温度分布が悪くなるという
傾向があった。一方、高温時の温度分布を良くするため
には、高温時における送風機の容量を十分な大きさにす
る必要があった。しかし、そのようにすると送風機が大
型化したり、常温での使用時に送風機に必要な動力が大
きくなり、これを駆動するモータの出力が大きくなると
いう問題があった。 【０００３】又、恒温槽が使用されるバーンイン装置で
は、高温試験時に電子部品等の試料を通電状態で試験す
るために試料が発熱するが、高温の循環空気によって試
料の発熱による温度差を均一化し、室内の温度分布を例
えば±３°Ｃ程度の許容範囲内に維持するために、送風
機を大きな容量にしていた。一方、送風機で空気を循環
させると、その駆動力が循環空気を介して熱エネルギー
に変換される。そのため、従来のように常時一定量の空
気を循環させると、低温時に送風機の駆動力が大きくな
り、冷却手段を備えていない恒温槽においては温度制御
可能な最低温度が高くなるという問題があった。又、冷
凍機等の冷却手段を備えた装置では、冷凍負荷が大きく
なり、冷凍装置が大型化したり運転時の所要電力が大き
くなるという問題があった。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】本発明は従来技術に於
ける上記問題を解決し、装置を大型化することなく良好
な温度環境が得られる環境装置の送風装置を提供するこ
とを課題とする。 【０００５】本発明は上記課題を解決するために、請求
項１の発明は、電子部品を含むワークを収容する一定の
区画に送風機で気体を送って循環させて前記一定の区画
を目的とする温度に調整する恒温槽からなる環境装置の
送風装置において、回転されることによって前記区画に
気体を送る前記送風機と、与えられた変速信号に対応し
た回転速度で前記送風機を回転可能な可変速駆動手段
と、前記区画の温度に対応する温度を検出する温度検出
手段と、該温度検出手段が検出した温度の絶対温度のほ
ぼ１／３乗乃至１乗に比例して前記回転速度を変えるよ
うに前記可変速駆動手段に前記変速信号を与える速度制
御手段と、を有することを特徴とする。 【０００６】 【０００７】 【発明の実施の形態】図１は、本発明を適用した環境装
置の送風装置としての恒温槽及びその送風装置の構成例
を示す。一定の区画としてのワーク収容室１０を目的と
する温度に調整する恒温槽の送風装置は、送風機１、可
変速駆動手段としての送風機１の駆動モータ２及びイン
バータ３、温度検出手段としての温度センサ４、速度制
御手段としての送風機制御ユニット５（以下「ＦＣＵ
５」という）等で構成されている。符号６はインバータ
３を介してモータ２に電力を供給する交流電源である。 【０００８】恒温槽は、断熱壁１１に囲われていて、電
子部品等のワークを収容する前記ワーク収容室１０、こ
れに隣接した空調室１２、その中に設けられワーク収容
室１０内に気体としての空気を送って循環させる前記送
風機１、以下矢印で示す循環経路の順に、吹出しダクト
１３、室内を無塵環境にするための高性能フィルタ１
４、ワーク収容室１０、空気を均一的に吸入するために
適度な空気抵抗を持つ多孔板１５、吸込みダクト１６、
前記空調室１２、冷凍機の蒸発器等から成る低温環境用
の冷却器１７、加熱器１８等で構成されている。 【０００９】なお、無塵環境や低温環境を必要としない
恒温槽では、高性能フィルタ１４及び冷却器１７は設け
られない。高性能フィルタ１４を設けないときには、空
気の吹き出し側にも多孔板を設けるようにしてもよい。
又、冷却のための外気導入機構を設けるようにしてもよ
い。 【００１０】送風機１はモータ２で回転駆動される。恒
温槽の送風機としては、通常、遠心式の多翼ファンが使
用されるが、軸流ファン等、送風機が装着される装置に
適合するように他の形式のものも使用可能である。モー
タ２は少なくとも複数の回転速度で送風機１を回転する
ことができる。モータの変速手段としては、周波数制
御、電圧制御、極数変換、二次抵抗制御等の種々の方法
を採用可能できるが、本例では、可変速駆動手段を構成
するインバータ３による周波数制御方式を用いている。 【００１１】温度センサ４は、ワーク収容室１０の温度
に対応する温度として本例では吹出しダクト１３内の温
度を検出している。なお、この温度検出部は、ワーク収
容室１０を含み空気循環系のどの位置の温度を検出して
もよい。これによってほぼ送風機１を通過する空気の温
度を検出することができる。この検出値はＦＣＵ５に送
られる。 【００１２】ＦＣＵ５は、図２にその一例を示す如く、
例えば恒温槽を常温ｔ0 で運転するときの周波数を基準
周波数ｆ0 として設定する基準周波数設定部５１、温度
センサ４の検出温度ｔを取り入れると共に前記常温ｔ0
を設定する室温補償部５２、検出温度ｔに対応してモー
タ２の回転速度を変えるときの演算式ｆ＝Ｆ（ｔ）の内
容を設定する演算モード設定部５３、各部５１〜５３の
信号を入力する入力部５４、これらの入力及び設定され
た演算式に基づいて演算する演算部５５、ここで演算さ
れた周波数ｆを出力する周波数出力部５６等を備えてい
る。演算部５５はマイクロコンピュータ等によって構成
される。 【００１３】インバータ３に周波数ｆ（Ｈｚ）が与えら
れると、モータ２には、周知の関係式 Ｎ＝１２０ｆ（１−Ｓ）／ｎ（毎分回転数ＲＰＭ） −−−（１） によって必然的に回転数Ｎが与えられる。ここで、ｎは
モータの極数でＳはすべり（通常２〜５％）である。 【００１４】演算式ｆ＝Ｆ（ｔ）の内容は、恒温槽の温
度特性、送風機の形式、送風機の容量やモータ出力の決
定方法等の諸条件に対応して最適なように定められる。
一例として、モータの出力が常温ｔ0 における送風機運
転時に必要な駆動力Ｌ0 に基づいて定められているとき
には、任意の温度ｔにおける駆動力Ｌがほぼ一定、即ち
Ｌ≒Ｌ0 になるような演算式が用いられ、それに基づい
てＮ、従ってｆが定められる。このような演算式は、送
風機が遠心式の場合には、次に述べるように、 ｆ＝Ｆ（ｔ）＝ｆ0 （Ｔ／Ｔ0 ）1/3 −−−（２） Ｎ＝Ｇ（ｔ）＝Ｎ0 （Ｔ／Ｔ0 ）1/3 −−−（３） として与えられる。ここで、Ｔ、Ｔ0 はそれぞれ温度
ｔ、ｔ0 の絶対温度、即ちＴ＝ｔ＋２７３、Ｔ0 ＝ｔ0
＋２７３である。 【００１５】図３は、遠心式送風機を空気温度が変化し
たときに一定の駆動力で運転する状態を近似的に表して
いる。図において、それぞれの符号の内容は次のとおり
である。Ｃ0 、Ｃ0 ´及びＣは、それぞれ、常温ｔ
0 （Ｔ0 ）及び基準周波数ｆ0 （図ではこれに対応する
回転数Ｎ0 で示している−以下同じ）のとき、例えば１
２５℃のバーンイン温度ｔ（Ｔ）で仮にｆ0 、Ｎ0 をそ
のまま維持して運転したとき、及び、ｔ（Ｔ）でｆ0 、
Ｎ0 を演算式によって演算したｆ、Ｎに変えたとき、の
それぞれのときにおける送風機１の風量Ｑと静圧Ｐとの
関係を％で表示した曲線である。Ｈ0 、Ｈ0´及びＨ
は、それぞれ上記Ｃ0 、Ｃ0 ´及びＣに対応する送風機
モータ２の出力曲線である。Ｒ0 及びＲは、それぞれｔ
0 及びｔのときの空気循環系の抵抗曲線である。そして
点Ａ0 、Ａ0 ´及びＡは、それぞれ上記Ｃ0 、Ｃ0 ´、
ＣとＲ0、Ｒとの交点である送風機の運転ポイントであ
る。それぞれの点の運転条件は、点Ａ0 ではＴ0 、
Ｎ0 、Ｑ0 、Ｐ0 、点Ａ0 ´ではＴ、Ｎ0 、Ｑ0 、Ｐ0
´、そして点ＡではＴ、Ｎ、Ｑ、Ｐである。 【００１６】遠心式送風機が異なった回転数及び温度条
件で運転されるときには、周知の近似的相似則として、 Ｑ／Ｑ0 ＝Ｎ／Ｎ0 −−−（４） Ｐ／Ｐ0 ＝（Ｎ／Ｎ0 ）2 −−−（５） Ｌ／Ｌ0 ＝（Ｎ／Ｎ0 ）3 −−−（６） Ｐ／Ｐ0 ＝Ｔ0 ／Ｔ −−−（７） Ｌ／Ｌ0 ＝Ｔ0 ／Ｔ −−−（８） の関係がある。なお、圧力及び出力は空気の密度に比例
して変化するので、式（７）、（８）の如く空気の絶対
温度に反比例することになる。又、空気循環系の抵抗Ｒ
と温度との関係は、上式（７）と同様に Ｒ／Ｒ0 ＝Ｔ0 ／Ｔ −−−（９） となる。 【００１７】このような関係から、温度がＴ0 からＴに
変化したときにＬ≒Ｌ0 になるようにするためには、ま
ず温度だけの変化により、式（８）のようにＬ´＝Ｌ0
Ｔ0／ＴとなってＬが変化するため、回転数をＮ0 から
Ｎに上げ、式（６）を用いて、Ｎ0 のときのＬ´をＬ0
とし且つＬをＬ0 としてＮを求めると、Ｎ＝Ｎ0 （Ｌ0
／Ｌ´）1/3 ＝Ｎ0 （Ｔ／Ｔ0 ）1/3 となる。即ち、前
記式（３）が得られ、又式（１）から設定すべき周波数
の式（２）も得られる。その結果、式（４）、（５）か
ら、Ｑ＝Ｑ0 （Ｔ／Ｔ0 ）1/3 、Ｐ＝Ｐ0 （Ｔ／Ｔ0 ）
2/3 になる。 【００１８】一方、空気循環系の抵抗Ｒも空気の密度に
比例するため、温度が変わると式（９）のようにＲ＝Ｒ
0 Ｔ0 ／Ｔとなって抵抗曲線自体が変わると共に、流速
が変わるとこの曲線上で流速即ち流量Ｑの二乗に比例し
て、即ちＲ＝Ｒ0 （（Ｔ／Ｔ0 ）1/3 ）2 ＝Ｒ0 （Ｔ／
Ｔ0 ）2/3 となって抵抗曲線Ｒ上で抵抗が変わる。図２
の点Ａ0 、Ａ0 ´、Ａ´、Ａの各点は、Ｔ／Ｔ0 ＝１＋
αとしてαが比較的小さいときに、近似的に（Ｔ／
Ｔ0 ）1/3 ＝１＋α／３、（Ｔ／Ｔ0 ）2/3 ＝１＋２α
／３と仮定すると共に、Ｑ及びＰを共に％で表示したと
きの各位置を示している。即ち、Ｔ0 、Ｎ0 のＡ0 点を
Ｐ、Ｑが共に１（１００％）の基準点として、これから
から温度だけがＴに上昇したとすると、式（７）によっ
て静圧がαだけ低下すると共に空気循環系の抵抗曲線が
Ｒ0 からＲに変わり、これらの交点がＡ0 ´点になる。
又、この状態から式（４）、（５）のように回転数をＮ
に上げると、風量がα／３増加した仮想点Ａ´の位置か
ら、静圧が２α／３増加してＡの位置になる。一方、Ａ
0 ´点から風量増加による抵抗増加の点もＡ点になる。
従って、温度がＴ0 からＴに変わったときには、送風機
の運転位置がＡ0 点から回転数を上げた最終のＡ点に移
動し、同じモータ出力を維持しつつ、風量をα／３だけ
増加させた運転をすることができる。 【００１９】ＦＣＵ５では、空気温度の変化に対して、
上記のように送風機の駆動力を一定にする運転の他に、
例えば送風機の重量流量を一定にする運転も可能であ
る。この場合には、重量流量が空気の比体積ｖに反比例
（密度に比例）するから、理想気体の状態式ｐｖ＝ＲＴ
から絶対温度に反比例することになる。そして、容積流
量Ｑと回転数Ｎとは式（４）のように比例関係にあるか
ら、この運転では、 ｆ＝Ｆ（ｔ）＝ｆ0 （Ｔ／Ｔ0 ） −−−（１０） Ｎ＝Ｇ（ｔ）＝Ｎ0 （Ｔ／Ｔ0 ） −−−（１１） の式を使用する。これにより、空気の温度が上昇して比
体積が大きくなり、比重量が小さくなって重量流量が減
少すると、周波数、従って回転数を上げて容積流量を多
くし、比体積の増加を補償して重量流量を一定にするこ
とができる。 【００２０】この運転では、前例の駆動力一定の運転よ
りも、低温時に対して相対的に高温時により多くの空気
を循環させることができる。この例では、回転数及び空
気温度の変化による送風機駆動力の変化が式（６）及び
（８）によって部分的に相殺される結果、低温時よりも
高温時に駆動力が大きくなるので、モータ出力は高温時
を基準として定められる。その結果として、低温時には
送風機駆動力を小さくすることができる。 【００２１】なお以上では、温度変化に対応させて送風
機の回転速度を変える方法として、駆動力を一定にする
方法及び重量流量を一定にする方法の例を挙げたが、実
際に計画する恒温槽や送風機の特性等に適合するよう
に、これらの中間的方法やその他の方法を単独又は組み
合わせて適宜採用することができる。駆動力を一定にす
る方法においても、例えばＮ＝Ｎ0 （Ｔ／Ｔ0 ）1/3 に
代えて、実際に適合するときにはＮ＝Ｎ0 （Ｔ／Ｔ0 ）
1/2.8 のような式を用いてもよい。 【００２２】又、送風機や恒温槽の特性等によって計算
値と実際の状態との間で発生する誤差が問題になるよう
な場合には、実測データに基づいた補正テーブルを設け
るようにしてもよい。更に、実測データを予めテーブル
化しておき、計算式に代えてこれを制御値として使用す
ることも可能である。 【００２３】次に、恒温槽の中にはワークを真空状態で
試験する装置もある。この場合には、恒温槽に真空装置
が設けられ、ワーク収容室１０の内圧が７６０Torrの大
気圧状態から真空状態まで下げられる。このように大き
く変化する圧力条件で運転される送風機では、図１に鎖
線で示す如く、圧力センサ７及びＦＣＵ５に圧力補償部
５７を設けると共に、演算モード設定部５３では圧力変
化に対応して送風機の回転速度を変える演算式を設定す
ることが望ましい。その場合に、真空が変わってもモー
タの駆動力を一定にするとすれば、送風機１が取り扱う
空気の絶対圧力ｈと駆動力Ｌとの関係がＬ／Ｌ0 ＝ｈ／
ｈ0 であることから、これと式（６）とにより、 ｆ＝Ｆ（ｈ）＝ｆ0 （ｈ0 ／ｈ）1/3 −−−（１２） Ｎ＝Ｇ（ｈ）＝Ｎ0 （ｈ0 ／ｈ）1/3 −−−（１３） の式によって回転数Ｎを設定することになる。このよう
な回転数の変更は、室内圧ｈ0 ＝７６０Torrを基準と
し、増速が効果的な範囲として３０Torr程度の真空条件
まで行われる。 【００２４】以上のような送風装置を備えた恒温槽は次
のように運転されその作用効果が発揮される。ＦＣＵ５
では、予め、常温ｔ0 時のｆ0 及び式（２）又は（１
０）及び真空恒温槽ではこれらに加えて式（１２）が設
定されている。送風装置では、温度センサ４によって吹
出しダクト１３の循環空気の温度が検出され、ＦＣＵ
５、インバータ３を介して送風機１のモータ２が回転制
御される状態になっている。そして、ワーク収容室１０
に常温ｔ0 でワークが搬入・設置され、モータ２が起動
され、送風機１が低速の基準回転数Ｎ0 で回転し、静圧
Ｐ0 で風量Ｑ0 をワーク収容室１０に循環供給する。こ
れと同時期に加熱器１８が運転され、循環空気を加熱・
昇温させる。循環空気の温度が上昇すると、モータ２は
設定された式に従って増速する。これにより、循環空気
量が多くなり、ワーク収容室１０を含み恒温槽内部が全
体的により早く所定の環境試験温度や熱処理温度に到達
する。従って、ワークの処理能率が良くなる。 【００２５】ワーク収容室１０内が例えばＩＣのバーン
イン試験温度である１２５℃になると、加熱器１８はそ
の温度を維持するように図示しない温調装置でその出力
を調整される。このときには、モータ２は最大回転数Ｎ
ｍで運転される。例えばｔ0、ｔｍをそれぞれ２０℃、
１２５℃とすれば、最大回転数は式（３）又は式（１
１）により、Ｎｍ＝Ｎ0 （３９８／２９３）1/3 ≒１．
３６1/3 Ｎ0 ≒１．１１Ｎ0 、又は、Ｎｍ＝Ｎ0 （３９
８／２９３）≒１．３６Ｎ0 となる。 【００２６】その結果、送風機を大型化することなく高
温時に従来よりも循環空気の流量を多くし、温度に対応
してほぼ一定である外部への放熱量の影響を軽減し、ワ
ーク収容室１０内の温度分布を良くすることができる。
又、ワークを通電試験し、それによってワークが発熱す
る場合には、ワークによる発熱のばらつき等によって生
ずる温度分布を是正し、温度分布差の少ない均一な温度
条件で精度のよい試験を行うことができる。 【００２７】又、上記においてＮｍ≒１．１１Ｎ0 にす
るときには、温度変化にかかわらずモータの駆動力が一
定になり、常温時や低温時においてもモータ出力が大き
くならず、モータや送風機の計画条件が合理化されると
共に、省エネ運転を行うことができる。一方、Ｎｍ＝
１．３６Ｎ0 にすれば、恒温槽が例えば−２０℃のよう
な低温条件を有するような場合に、低温時には常温時よ
りもモータ出力を約２５％（式（６）及び（８）からＬ
＝（２５３／２９３）2 Ｌ0 ）減らし、冷凍機の大きさ
や冷却負荷を低減させ、低温時の省エネを図ることがで
きる。 【００２８】恒温槽が真空運転される場合には、式（１
２）も併用されてモータ回転数が制御される。大気圧７
６０Torrのｈ0 から最大減速時の真空３０ Torr のｈｍ
になると、式（１３）により、送風機１はＮｍ＝Ｎ
0 （７６０／３０）1/3 ≒２．９３Ｎ0 の回転数で運転
される。その結果、モータ出力一定の下で約３倍の風量
が循環され、ワーク収容室１０内の攪拌効果が良好に維
持され、ワークの処理条件を良くすることができる。な
お、実際には温度条件の変化も加えられ、 Ｎ＝Ｎ0 （ｈ0 ／ｈ）1/3 ・（Ｔ／Ｔ0 ）1/3 −−−（１４） の式によって回転数が決定される。 【００２９】図４は送風装置のモータ回転制御部分の他
の構成例を示す。この装置では、図１に示すＦＣＵ５に
代えて、予め設定された温度で送風機１を段階的に運転
できるように周波数をプリセットする温度スイッチ８が
設けられている。この温度スイッチ８では、例えば常温
ｔ0 と高温ｔｍとの２種類の温度条件で回転制御し、ｔ
0 のときには低温用スイッチがオンになっていて、モー
タが起動されると、回転数Ｎ0 で運転されるように周波
数ｆ0 を設定し、ｔ0 からｔ1 に昇温中にはＮ0 を維持
し、温度センサ４がｔ1 を検出すると高温用スイッチが
オンになり、モータが高速Ｎｍで回転されるようにイン
バータ３に周波数ｆｍを送る。なお、ｔ1 は、実際に運
転すべき最大温度ｔｍへの到達時間を短縮するために、
ｔｍより５〜１０℃程度低めに設定されることが望まし
い。 【００３０】このような装置によれば、簡単な制御によ
り、高温時に風量を多くして室内の温度分布を良くする
ことができる。なお、恒温槽が低温、中温、高温等の複
数の運転条件を有する場合には、温度スイッチ８には、
そのような温度に適合する回転数になるように周波数を
設定できる部分が設けられる。 【００３１】 【発明の効果】以上の如く本発明によれば、請求項１の
発明においては、一定の区画を目的とする温度に調整す
る環境装置の送風装置において、所定の構成を備えた送
風機と可変速駆動手段と温度検出手段と速度制御手段と
を設けるので、例えば常温ｔ0と高温ｔとで運転される
恒温槽等の環境装置において、温度検出手段でこれらの
温度を検出し、速度制御手段により、検出温度の絶対温
度に対応して、即ち例えば絶対温度の１／３乗乃至１乗
に比例させて送風機の回転速度を変えるように前記可変
速駆動手段に変速信号を与え、可変速駆動手段でそのよ
うな回転速度で送風機を回転させ、環境装置の一定の区
画に送風機の回転速度に対応した量の気体を送ることが
できる。 【００３２】その結果、高温時には一定の区画へ供給す
る気体の流量を多くすることができる。そして、一定の
区画からの放熱量が大きくなる高温時に、熱供給量を多
くして区画内の温度分布を良くすることができる。又、
送風機やモータ等の可変速駆動手段の小型化、軽量化、
低コスト化を図ることができる。更に、低速時には回転
速度を下げられるので、装置の省エネルギー化を図るこ
とが可能である。又、速度制御手段は可変速駆動手段の
駆動力がほぼ一定になるように変速信号を与えることが
可能になり、それにより、その駆動力を常に有効に活用
することができる。又、従来の装置のように常温や低温
時に駆動手段の駆動力が大きくならないので、モータ等
の駆動手段を小型化することができる。 【００３３】又、速度制御手段は送風機の送風量が重量
単位でほぼ一定になるように変速信号を与えることが可
能になり、それにより、高温時に熱輸送量が多くなると
共に、低温時に駆動手段の駆動力が小さくなる。その結
果、低温運転条件では、送気系への駆動手段の駆動エネ
ルギーの持込み量が少なくなり、環境装置の達成可能な
低温運転条件を下げることができる。又、環境装置が低
温用の冷却装置を有する場合には、冷凍機等の冷却負荷
を低減し、それらの装置の小型化と運転時の省エネルギ
ー化を図ることができる。
とする温度に調整する環境装置の送風装置に関し、例え
ば電子部品やＬＣＤガラス基板等のバーンイン試験や熱
処理に使用される恒温槽等に好都合に利用される。 【０００２】 【従来の技術】電子部品等のワークの熱処理や環境試験
を行う恒温槽では、ワークを収容する収容室をほぼ一定
の温度に保つために、送風機によってほぼ一定流量の加
熱された空気を収容室に循環供給するようにしている。
しかし、収容室の設定温度が高くなると収容室や空気循
環系から外部への放熱が多くなり、例えば循環空気の上
流側と下流側との間で室内の温度分布が悪くなるという
傾向があった。一方、高温時の温度分布を良くするため
には、高温時における送風機の容量を十分な大きさにす
る必要があった。しかし、そのようにすると送風機が大
型化したり、常温での使用時に送風機に必要な動力が大
きくなり、これを駆動するモータの出力が大きくなると
いう問題があった。 【０００３】又、恒温槽が使用されるバーンイン装置で
は、高温試験時に電子部品等の試料を通電状態で試験す
るために試料が発熱するが、高温の循環空気によって試
料の発熱による温度差を均一化し、室内の温度分布を例
えば±３°Ｃ程度の許容範囲内に維持するために、送風
機を大きな容量にしていた。一方、送風機で空気を循環
させると、その駆動力が循環空気を介して熱エネルギー
に変換される。そのため、従来のように常時一定量の空
気を循環させると、低温時に送風機の駆動力が大きくな
り、冷却手段を備えていない恒温槽においては温度制御
可能な最低温度が高くなるという問題があった。又、冷
凍機等の冷却手段を備えた装置では、冷凍負荷が大きく
なり、冷凍装置が大型化したり運転時の所要電力が大き
くなるという問題があった。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】本発明は従来技術に於
ける上記問題を解決し、装置を大型化することなく良好
な温度環境が得られる環境装置の送風装置を提供するこ
とを課題とする。 【０００５】本発明は上記課題を解決するために、請求
項１の発明は、電子部品を含むワークを収容する一定の
区画に送風機で気体を送って循環させて前記一定の区画
を目的とする温度に調整する恒温槽からなる環境装置の
送風装置において、回転されることによって前記区画に
気体を送る前記送風機と、与えられた変速信号に対応し
た回転速度で前記送風機を回転可能な可変速駆動手段
と、前記区画の温度に対応する温度を検出する温度検出
手段と、該温度検出手段が検出した温度の絶対温度のほ
ぼ１／３乗乃至１乗に比例して前記回転速度を変えるよ
うに前記可変速駆動手段に前記変速信号を与える速度制
御手段と、を有することを特徴とする。 【０００６】 【０００７】 【発明の実施の形態】図１は、本発明を適用した環境装
置の送風装置としての恒温槽及びその送風装置の構成例
を示す。一定の区画としてのワーク収容室１０を目的と
する温度に調整する恒温槽の送風装置は、送風機１、可
変速駆動手段としての送風機１の駆動モータ２及びイン
バータ３、温度検出手段としての温度センサ４、速度制
御手段としての送風機制御ユニット５（以下「ＦＣＵ
５」という）等で構成されている。符号６はインバータ
３を介してモータ２に電力を供給する交流電源である。 【０００８】恒温槽は、断熱壁１１に囲われていて、電
子部品等のワークを収容する前記ワーク収容室１０、こ
れに隣接した空調室１２、その中に設けられワーク収容
室１０内に気体としての空気を送って循環させる前記送
風機１、以下矢印で示す循環経路の順に、吹出しダクト
１３、室内を無塵環境にするための高性能フィルタ１
４、ワーク収容室１０、空気を均一的に吸入するために
適度な空気抵抗を持つ多孔板１５、吸込みダクト１６、
前記空調室１２、冷凍機の蒸発器等から成る低温環境用
の冷却器１７、加熱器１８等で構成されている。 【０００９】なお、無塵環境や低温環境を必要としない
恒温槽では、高性能フィルタ１４及び冷却器１７は設け
られない。高性能フィルタ１４を設けないときには、空
気の吹き出し側にも多孔板を設けるようにしてもよい。
又、冷却のための外気導入機構を設けるようにしてもよ
い。 【００１０】送風機１はモータ２で回転駆動される。恒
温槽の送風機としては、通常、遠心式の多翼ファンが使
用されるが、軸流ファン等、送風機が装着される装置に
適合するように他の形式のものも使用可能である。モー
タ２は少なくとも複数の回転速度で送風機１を回転する
ことができる。モータの変速手段としては、周波数制
御、電圧制御、極数変換、二次抵抗制御等の種々の方法
を採用可能できるが、本例では、可変速駆動手段を構成
するインバータ３による周波数制御方式を用いている。 【００１１】温度センサ４は、ワーク収容室１０の温度
に対応する温度として本例では吹出しダクト１３内の温
度を検出している。なお、この温度検出部は、ワーク収
容室１０を含み空気循環系のどの位置の温度を検出して
もよい。これによってほぼ送風機１を通過する空気の温
度を検出することができる。この検出値はＦＣＵ５に送
られる。 【００１２】ＦＣＵ５は、図２にその一例を示す如く、
例えば恒温槽を常温ｔ0 で運転するときの周波数を基準
周波数ｆ0 として設定する基準周波数設定部５１、温度
センサ４の検出温度ｔを取り入れると共に前記常温ｔ0
を設定する室温補償部５２、検出温度ｔに対応してモー
タ２の回転速度を変えるときの演算式ｆ＝Ｆ（ｔ）の内
容を設定する演算モード設定部５３、各部５１〜５３の
信号を入力する入力部５４、これらの入力及び設定され
た演算式に基づいて演算する演算部５５、ここで演算さ
れた周波数ｆを出力する周波数出力部５６等を備えてい
る。演算部５５はマイクロコンピュータ等によって構成
される。 【００１３】インバータ３に周波数ｆ（Ｈｚ）が与えら
れると、モータ２には、周知の関係式 Ｎ＝１２０ｆ（１−Ｓ）／ｎ（毎分回転数ＲＰＭ） −−−（１） によって必然的に回転数Ｎが与えられる。ここで、ｎは
モータの極数でＳはすべり（通常２〜５％）である。 【００１４】演算式ｆ＝Ｆ（ｔ）の内容は、恒温槽の温
度特性、送風機の形式、送風機の容量やモータ出力の決
定方法等の諸条件に対応して最適なように定められる。
一例として、モータの出力が常温ｔ0 における送風機運
転時に必要な駆動力Ｌ0 に基づいて定められているとき
には、任意の温度ｔにおける駆動力Ｌがほぼ一定、即ち
Ｌ≒Ｌ0 になるような演算式が用いられ、それに基づい
てＮ、従ってｆが定められる。このような演算式は、送
風機が遠心式の場合には、次に述べるように、 ｆ＝Ｆ（ｔ）＝ｆ0 （Ｔ／Ｔ0 ）1/3 −−−（２） Ｎ＝Ｇ（ｔ）＝Ｎ0 （Ｔ／Ｔ0 ）1/3 −−−（３） として与えられる。ここで、Ｔ、Ｔ0 はそれぞれ温度
ｔ、ｔ0 の絶対温度、即ちＴ＝ｔ＋２７３、Ｔ0 ＝ｔ0
＋２７３である。 【００１５】図３は、遠心式送風機を空気温度が変化し
たときに一定の駆動力で運転する状態を近似的に表して
いる。図において、それぞれの符号の内容は次のとおり
である。Ｃ0 、Ｃ0 ´及びＣは、それぞれ、常温ｔ
0 （Ｔ0 ）及び基準周波数ｆ0 （図ではこれに対応する
回転数Ｎ0 で示している−以下同じ）のとき、例えば１
２５℃のバーンイン温度ｔ（Ｔ）で仮にｆ0 、Ｎ0 をそ
のまま維持して運転したとき、及び、ｔ（Ｔ）でｆ0 、
Ｎ0 を演算式によって演算したｆ、Ｎに変えたとき、の
それぞれのときにおける送風機１の風量Ｑと静圧Ｐとの
関係を％で表示した曲線である。Ｈ0 、Ｈ0´及びＨ
は、それぞれ上記Ｃ0 、Ｃ0 ´及びＣに対応する送風機
モータ２の出力曲線である。Ｒ0 及びＲは、それぞれｔ
0 及びｔのときの空気循環系の抵抗曲線である。そして
点Ａ0 、Ａ0 ´及びＡは、それぞれ上記Ｃ0 、Ｃ0 ´、
ＣとＲ0、Ｒとの交点である送風機の運転ポイントであ
る。それぞれの点の運転条件は、点Ａ0 ではＴ0 、
Ｎ0 、Ｑ0 、Ｐ0 、点Ａ0 ´ではＴ、Ｎ0 、Ｑ0 、Ｐ0
´、そして点ＡではＴ、Ｎ、Ｑ、Ｐである。 【００１６】遠心式送風機が異なった回転数及び温度条
件で運転されるときには、周知の近似的相似則として、 Ｑ／Ｑ0 ＝Ｎ／Ｎ0 −−−（４） Ｐ／Ｐ0 ＝（Ｎ／Ｎ0 ）2 −−−（５） Ｌ／Ｌ0 ＝（Ｎ／Ｎ0 ）3 −−−（６） Ｐ／Ｐ0 ＝Ｔ0 ／Ｔ −−−（７） Ｌ／Ｌ0 ＝Ｔ0 ／Ｔ −−−（８） の関係がある。なお、圧力及び出力は空気の密度に比例
して変化するので、式（７）、（８）の如く空気の絶対
温度に反比例することになる。又、空気循環系の抵抗Ｒ
と温度との関係は、上式（７）と同様に Ｒ／Ｒ0 ＝Ｔ0 ／Ｔ −−−（９） となる。 【００１７】このような関係から、温度がＴ0 からＴに
変化したときにＬ≒Ｌ0 になるようにするためには、ま
ず温度だけの変化により、式（８）のようにＬ´＝Ｌ0
Ｔ0／ＴとなってＬが変化するため、回転数をＮ0 から
Ｎに上げ、式（６）を用いて、Ｎ0 のときのＬ´をＬ0
とし且つＬをＬ0 としてＮを求めると、Ｎ＝Ｎ0 （Ｌ0
／Ｌ´）1/3 ＝Ｎ0 （Ｔ／Ｔ0 ）1/3 となる。即ち、前
記式（３）が得られ、又式（１）から設定すべき周波数
の式（２）も得られる。その結果、式（４）、（５）か
ら、Ｑ＝Ｑ0 （Ｔ／Ｔ0 ）1/3 、Ｐ＝Ｐ0 （Ｔ／Ｔ0 ）
2/3 になる。 【００１８】一方、空気循環系の抵抗Ｒも空気の密度に
比例するため、温度が変わると式（９）のようにＲ＝Ｒ
0 Ｔ0 ／Ｔとなって抵抗曲線自体が変わると共に、流速
が変わるとこの曲線上で流速即ち流量Ｑの二乗に比例し
て、即ちＲ＝Ｒ0 （（Ｔ／Ｔ0 ）1/3 ）2 ＝Ｒ0 （Ｔ／
Ｔ0 ）2/3 となって抵抗曲線Ｒ上で抵抗が変わる。図２
の点Ａ0 、Ａ0 ´、Ａ´、Ａの各点は、Ｔ／Ｔ0 ＝１＋
αとしてαが比較的小さいときに、近似的に（Ｔ／
Ｔ0 ）1/3 ＝１＋α／３、（Ｔ／Ｔ0 ）2/3 ＝１＋２α
／３と仮定すると共に、Ｑ及びＰを共に％で表示したと
きの各位置を示している。即ち、Ｔ0 、Ｎ0 のＡ0 点を
Ｐ、Ｑが共に１（１００％）の基準点として、これから
から温度だけがＴに上昇したとすると、式（７）によっ
て静圧がαだけ低下すると共に空気循環系の抵抗曲線が
Ｒ0 からＲに変わり、これらの交点がＡ0 ´点になる。
又、この状態から式（４）、（５）のように回転数をＮ
に上げると、風量がα／３増加した仮想点Ａ´の位置か
ら、静圧が２α／３増加してＡの位置になる。一方、Ａ
0 ´点から風量増加による抵抗増加の点もＡ点になる。
従って、温度がＴ0 からＴに変わったときには、送風機
の運転位置がＡ0 点から回転数を上げた最終のＡ点に移
動し、同じモータ出力を維持しつつ、風量をα／３だけ
増加させた運転をすることができる。 【００１９】ＦＣＵ５では、空気温度の変化に対して、
上記のように送風機の駆動力を一定にする運転の他に、
例えば送風機の重量流量を一定にする運転も可能であ
る。この場合には、重量流量が空気の比体積ｖに反比例
（密度に比例）するから、理想気体の状態式ｐｖ＝ＲＴ
から絶対温度に反比例することになる。そして、容積流
量Ｑと回転数Ｎとは式（４）のように比例関係にあるか
ら、この運転では、 ｆ＝Ｆ（ｔ）＝ｆ0 （Ｔ／Ｔ0 ） −−−（１０） Ｎ＝Ｇ（ｔ）＝Ｎ0 （Ｔ／Ｔ0 ） −−−（１１） の式を使用する。これにより、空気の温度が上昇して比
体積が大きくなり、比重量が小さくなって重量流量が減
少すると、周波数、従って回転数を上げて容積流量を多
くし、比体積の増加を補償して重量流量を一定にするこ
とができる。 【００２０】この運転では、前例の駆動力一定の運転よ
りも、低温時に対して相対的に高温時により多くの空気
を循環させることができる。この例では、回転数及び空
気温度の変化による送風機駆動力の変化が式（６）及び
（８）によって部分的に相殺される結果、低温時よりも
高温時に駆動力が大きくなるので、モータ出力は高温時
を基準として定められる。その結果として、低温時には
送風機駆動力を小さくすることができる。 【００２１】なお以上では、温度変化に対応させて送風
機の回転速度を変える方法として、駆動力を一定にする
方法及び重量流量を一定にする方法の例を挙げたが、実
際に計画する恒温槽や送風機の特性等に適合するよう
に、これらの中間的方法やその他の方法を単独又は組み
合わせて適宜採用することができる。駆動力を一定にす
る方法においても、例えばＮ＝Ｎ0 （Ｔ／Ｔ0 ）1/3 に
代えて、実際に適合するときにはＮ＝Ｎ0 （Ｔ／Ｔ0 ）
1/2.8 のような式を用いてもよい。 【００２２】又、送風機や恒温槽の特性等によって計算
値と実際の状態との間で発生する誤差が問題になるよう
な場合には、実測データに基づいた補正テーブルを設け
るようにしてもよい。更に、実測データを予めテーブル
化しておき、計算式に代えてこれを制御値として使用す
ることも可能である。 【００２３】次に、恒温槽の中にはワークを真空状態で
試験する装置もある。この場合には、恒温槽に真空装置
が設けられ、ワーク収容室１０の内圧が７６０Torrの大
気圧状態から真空状態まで下げられる。このように大き
く変化する圧力条件で運転される送風機では、図１に鎖
線で示す如く、圧力センサ７及びＦＣＵ５に圧力補償部
５７を設けると共に、演算モード設定部５３では圧力変
化に対応して送風機の回転速度を変える演算式を設定す
ることが望ましい。その場合に、真空が変わってもモー
タの駆動力を一定にするとすれば、送風機１が取り扱う
空気の絶対圧力ｈと駆動力Ｌとの関係がＬ／Ｌ0 ＝ｈ／
ｈ0 であることから、これと式（６）とにより、 ｆ＝Ｆ（ｈ）＝ｆ0 （ｈ0 ／ｈ）1/3 −−−（１２） Ｎ＝Ｇ（ｈ）＝Ｎ0 （ｈ0 ／ｈ）1/3 −−−（１３） の式によって回転数Ｎを設定することになる。このよう
な回転数の変更は、室内圧ｈ0 ＝７６０Torrを基準と
し、増速が効果的な範囲として３０Torr程度の真空条件
まで行われる。 【００２４】以上のような送風装置を備えた恒温槽は次
のように運転されその作用効果が発揮される。ＦＣＵ５
では、予め、常温ｔ0 時のｆ0 及び式（２）又は（１
０）及び真空恒温槽ではこれらに加えて式（１２）が設
定されている。送風装置では、温度センサ４によって吹
出しダクト１３の循環空気の温度が検出され、ＦＣＵ
５、インバータ３を介して送風機１のモータ２が回転制
御される状態になっている。そして、ワーク収容室１０
に常温ｔ0 でワークが搬入・設置され、モータ２が起動
され、送風機１が低速の基準回転数Ｎ0 で回転し、静圧
Ｐ0 で風量Ｑ0 をワーク収容室１０に循環供給する。こ
れと同時期に加熱器１８が運転され、循環空気を加熱・
昇温させる。循環空気の温度が上昇すると、モータ２は
設定された式に従って増速する。これにより、循環空気
量が多くなり、ワーク収容室１０を含み恒温槽内部が全
体的により早く所定の環境試験温度や熱処理温度に到達
する。従って、ワークの処理能率が良くなる。 【００２５】ワーク収容室１０内が例えばＩＣのバーン
イン試験温度である１２５℃になると、加熱器１８はそ
の温度を維持するように図示しない温調装置でその出力
を調整される。このときには、モータ２は最大回転数Ｎ
ｍで運転される。例えばｔ0、ｔｍをそれぞれ２０℃、
１２５℃とすれば、最大回転数は式（３）又は式（１
１）により、Ｎｍ＝Ｎ0 （３９８／２９３）1/3 ≒１．
３６1/3 Ｎ0 ≒１．１１Ｎ0 、又は、Ｎｍ＝Ｎ0 （３９
８／２９３）≒１．３６Ｎ0 となる。 【００２６】その結果、送風機を大型化することなく高
温時に従来よりも循環空気の流量を多くし、温度に対応
してほぼ一定である外部への放熱量の影響を軽減し、ワ
ーク収容室１０内の温度分布を良くすることができる。
又、ワークを通電試験し、それによってワークが発熱す
る場合には、ワークによる発熱のばらつき等によって生
ずる温度分布を是正し、温度分布差の少ない均一な温度
条件で精度のよい試験を行うことができる。 【００２７】又、上記においてＮｍ≒１．１１Ｎ0 にす
るときには、温度変化にかかわらずモータの駆動力が一
定になり、常温時や低温時においてもモータ出力が大き
くならず、モータや送風機の計画条件が合理化されると
共に、省エネ運転を行うことができる。一方、Ｎｍ＝
１．３６Ｎ0 にすれば、恒温槽が例えば−２０℃のよう
な低温条件を有するような場合に、低温時には常温時よ
りもモータ出力を約２５％（式（６）及び（８）からＬ
＝（２５３／２９３）2 Ｌ0 ）減らし、冷凍機の大きさ
や冷却負荷を低減させ、低温時の省エネを図ることがで
きる。 【００２８】恒温槽が真空運転される場合には、式（１
２）も併用されてモータ回転数が制御される。大気圧７
６０Torrのｈ0 から最大減速時の真空３０ Torr のｈｍ
になると、式（１３）により、送風機１はＮｍ＝Ｎ
0 （７６０／３０）1/3 ≒２．９３Ｎ0 の回転数で運転
される。その結果、モータ出力一定の下で約３倍の風量
が循環され、ワーク収容室１０内の攪拌効果が良好に維
持され、ワークの処理条件を良くすることができる。な
お、実際には温度条件の変化も加えられ、 Ｎ＝Ｎ0 （ｈ0 ／ｈ）1/3 ・（Ｔ／Ｔ0 ）1/3 −−−（１４） の式によって回転数が決定される。 【００２９】図４は送風装置のモータ回転制御部分の他
の構成例を示す。この装置では、図１に示すＦＣＵ５に
代えて、予め設定された温度で送風機１を段階的に運転
できるように周波数をプリセットする温度スイッチ８が
設けられている。この温度スイッチ８では、例えば常温
ｔ0 と高温ｔｍとの２種類の温度条件で回転制御し、ｔ
0 のときには低温用スイッチがオンになっていて、モー
タが起動されると、回転数Ｎ0 で運転されるように周波
数ｆ0 を設定し、ｔ0 からｔ1 に昇温中にはＮ0 を維持
し、温度センサ４がｔ1 を検出すると高温用スイッチが
オンになり、モータが高速Ｎｍで回転されるようにイン
バータ３に周波数ｆｍを送る。なお、ｔ1 は、実際に運
転すべき最大温度ｔｍへの到達時間を短縮するために、
ｔｍより５〜１０℃程度低めに設定されることが望まし
い。 【００３０】このような装置によれば、簡単な制御によ
り、高温時に風量を多くして室内の温度分布を良くする
ことができる。なお、恒温槽が低温、中温、高温等の複
数の運転条件を有する場合には、温度スイッチ８には、
そのような温度に適合する回転数になるように周波数を
設定できる部分が設けられる。 【００３１】 【発明の効果】以上の如く本発明によれば、請求項１の
発明においては、一定の区画を目的とする温度に調整す
る環境装置の送風装置において、所定の構成を備えた送
風機と可変速駆動手段と温度検出手段と速度制御手段と
を設けるので、例えば常温ｔ0と高温ｔとで運転される
恒温槽等の環境装置において、温度検出手段でこれらの
温度を検出し、速度制御手段により、検出温度の絶対温
度に対応して、即ち例えば絶対温度の１／３乗乃至１乗
に比例させて送風機の回転速度を変えるように前記可変
速駆動手段に変速信号を与え、可変速駆動手段でそのよ
うな回転速度で送風機を回転させ、環境装置の一定の区
画に送風機の回転速度に対応した量の気体を送ることが
できる。 【００３２】その結果、高温時には一定の区画へ供給す
る気体の流量を多くすることができる。そして、一定の
区画からの放熱量が大きくなる高温時に、熱供給量を多
くして区画内の温度分布を良くすることができる。又、
送風機やモータ等の可変速駆動手段の小型化、軽量化、
低コスト化を図ることができる。更に、低速時には回転
速度を下げられるので、装置の省エネルギー化を図るこ
とが可能である。又、速度制御手段は可変速駆動手段の
駆動力がほぼ一定になるように変速信号を与えることが
可能になり、それにより、その駆動力を常に有効に活用
することができる。又、従来の装置のように常温や低温
時に駆動手段の駆動力が大きくならないので、モータ等
の駆動手段を小型化することができる。 【００３３】又、速度制御手段は送風機の送風量が重量
単位でほぼ一定になるように変速信号を与えることが可
能になり、それにより、高温時に熱輸送量が多くなると
共に、低温時に駆動手段の駆動力が小さくなる。その結
果、低温運転条件では、送気系への駆動手段の駆動エネ
ルギーの持込み量が少なくなり、環境装置の達成可能な
低温運転条件を下げることができる。又、環境装置が低
温用の冷却装置を有する場合には、冷凍機等の冷却負荷
を低減し、それらの装置の小型化と運転時の省エネルギ
ー化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した送風装置を備えた恒温槽の全
体構成を示す説明図である。 【図２】上記送風装置の送風機制御ユニットの構成例を
示す説明図である。 【図３】送風機の回転制御時の運転状態を示す曲線図で
ある。 【図４】送風装置の回転制御部分の他の構成例を示す説
明図である。 【符号の説明】 １ 送風機 ２ モータ（可変速駆動手段） ３ インバータ（可変速駆動手段） ４ 温度センサ（温度検出手段） ５ 送風機制御ユニット（ＦＣＵ）（速度制御
手段） ８ 温度スイッチ（速度制御手段） １０ ワーク収容室（一定の区画）
体構成を示す説明図である。 【図２】上記送風装置の送風機制御ユニットの構成例を
示す説明図である。 【図３】送風機の回転制御時の運転状態を示す曲線図で
ある。 【図４】送風装置の回転制御部分の他の構成例を示す説
明図である。 【符号の説明】 １ 送風機 ２ モータ（可変速駆動手段） ３ インバータ（可変速駆動手段） ４ 温度センサ（温度検出手段） ５ 送風機制御ユニット（ＦＣＵ）（速度制御
手段） ８ 温度スイッチ（速度制御手段） １０ ワーク収容室（一定の区画）
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G05D 23/00 - 23/32
F24H 7/06
F24H 11/053
F27D 7/00
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 電子部品を含むワークを収容する一定の
区画に送風機で気体を送って循環させて前記一定の区画
を目的とする温度に調整する恒温槽からなる環境装置の
送風装置において、 回転されることによって前記区画に気体を送る前記送風
機と、与えられた変速信号に対応した回転速度で前記送
風機を回転可能な可変速駆動手段と、前記区画の温度に
対応する温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手
段が検出した温度の絶対温度のほぼ１／３乗乃至１乗に
比例して前記回転速度を変えるように前記可変速駆動手
段に前記変速信号を与える速度制御手段と、を有するこ
とを特徴とする環境装置の送風装置。
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