(57)【要約】【課題】  温度調整対象部２１を急冷することができ、さらに、循環ポンプ１７の熱負担を軽減することができる温度制御装置１０を提供することである。【解決手段】  冷却手段１を有する温度制御部３が、温度調整対象部２１と熱伝達を行う温度制御装置１０において、冷却手段１とは別に、蓄冷された液状熱媒体２０を温度制御部４０に供給することができる冷却回路９を設け、温度調整対象部２１を急冷する際に、温度制御部３に蓄冷された液状熱媒体２０を供給するようにした。蓄冷された液状熱媒体２０を貯留するタンク１８を備えた。【選択図】  図１
2006078005.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却手段を有する温度制御部が、温度調整対象部と熱伝達を行う温度制御装置において、
前記冷却手段とは別に、蓄冷された液状熱媒体を前記温度制御部に供給することができる冷却回路を設け、
前記温度調整対象部を急冷する際に、前記蓄冷された液状熱媒体を前記温度制御部に供給するようにしたことを特徴とする温度制御装置。
【請求項２】
前記蓄冷された液状熱媒体を貯留するタンクを備えた請求項１に記載の温度制御装置。
【請求項３】
加熱した熱媒体で前記温度調整対象部を加熱することができる加熱回路を設け、
前記温度調整対象部を加熱する際に、前記温度制御部に前記加熱した熱媒体を供給するようにした請求項１に記載の温度制御装置。
【請求項４】
気液変化する冷媒を使用する冷凍回路で前記冷却手段を構成し、前記冷凍回路内を流れる冷媒の一部で、前記液状熱媒体を蓄冷する請求項１に記載の温度制御装置。
【請求項５】
前記加熱回路の一部が、前記冷却回路の一部と共有されており、前記冷却回路の加熱回路と共有されている部分に、液状熱媒体及び加熱した熱媒体を圧送する循環ポンプを備えた請求項３に記載の温度制御装置。
【請求項６】
温度調整対象部を加熱する電気ヒータを備えた請求項１、２、４のうちのいずれかに記載の温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料の温度を変化させて試料の耐久性等を試験する環境試験装置として使用可能な温度制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５は、従来の環境試験装置１００の系統図である。図５に示すように環境試験装置１００は、冷凍回路９９とブライン回路９１とで構成されている。冷凍回路９９は、圧縮機８０、凝縮器８１、膨張弁８２及び蒸発器８５で構成されている。冷凍回路９９内には、冷媒８３（気液変化するもの）が流れている。また、蒸発器８５には、熱交換部８６が設置されている。熱交換部８６は、循環ポンプ８９、加熱器９５及び熱交換器９０と共にブライン回路９１を構成している。循環ポンプ８９により、ブライン回路９１内をブライン８８が循環している。ブライン回路９１内のブライン８８は、熱交換部８６で蒸発器８５内の冷媒８３と熱交換して冷却され、さらに熱交換器９０で温度調整対象部材９２（試料）を冷却する。
【０００３】
又、加熱器９５は、必要に応じてブライン８８を加熱することができ、加熱器９５で加熱されたブライン８８は、熱交換器９０で温度調整対象部材９２と熱交換し、温度調整対象部材９２の温度を上昇させることができるようになっている。このように構成された環境試験装置１００は、温度調整対象部材９２を例えば１５０度の高温領域からマイナス８０度の低温領域まで温度調整を行うことができるようになっている。
【０００４】
ところで、環境試験装置１００では、温度調整対象部材９２の温度管理は、ブライン８８が供給される熱交換器９０の温度を調整することにより行われる。従って、循環ポンプ８９は、定常的に作動させなければならない。この種の装置では、循環ポンプ８９は一般に低温仕様の循環ポンプ８９を使用することが多い。循環ポンプ８９が低温仕様であって、熱交換器９０に設置された温度調整対象部材９２の温度（ブラインの温度）を、高温で温度調整する場合には、図５に示す従来の構成では、循環ポンプ８９が高温のブライン８８を定常的に吸い込まなくてはならず、循環ポンプ８９の寿命や信頼性に悪影響を及ぼす恐れがあった。
【０００５】
また、熱交換器９０に設置した温度調整対象部材９２を急冷するためには、短時間に多量の冷媒８３を蒸発器８５に供給して、熱交換部８６において多量のブライン８８を冷却する必要がある。そのためには、冷凍回路９９（特に、圧縮機８０）を大型化しなければならず、装置の大型化及びコスト高を招いてしまう。
【特許文献１】特開平９−８９４４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明では、温度調整対象部を急冷することができ、さらに、循環ポンプの熱負担を軽減することができる温度制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、請求項１の発明では、冷却手段を有する温度制御部が、温度調整対象部と熱伝達を行う温度制御装置において、前記冷却手段とは別に、蓄冷された液状熱媒体を前記温度制御部に供給することができる冷却回路を設け、前記温度調整対象部を急冷する際に、前記蓄冷された液状熱媒体を前記温度制御部に供給するようにした。
冷却手段としては、圧縮機、凝縮器、膨張弁等を備えた冷凍回路や、ペルチェ素子を使用した冷却装置を採用することができる。
【０００８】
請求項２の発明では請求項１の発明において、前記蓄冷された液状熱媒体を貯留するタンクを備えた。
【０００９】
請求項３の発明では請求項１の発明において、加熱した熱媒体で前記温度調整対象部を加熱することができる加熱回路を設け、前記温度調整対象部を加熱する際に、前記温度制御部に前記加熱した熱媒体を供給するようにした。
【００１０】
請求項４の発明では請求項１の発明において、気液変化する冷媒を使用する冷凍回路で前記冷却手段を構成し、前記冷凍回路内を流れる冷媒の一部で、前記液状熱媒体を蓄冷するようにした。
【００１１】
請求項５の発明では請求項３の発明において、前記加熱回路の一部が、前記冷却回路の一部と共有されており、前記冷却回路の加熱回路と共有されている部分に、液状熱媒体及び加熱した熱媒体を圧送する循環ポンプを備えた。
【００１２】
請求項６の発明では請求項１、２、４のうちのいずれかの発明において、温度調整対象部を加熱する電気ヒータを備えた。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明では、冷却手段とは別に、蓄冷された液状熱媒体を温度制御部に供給することができる冷却回路を設けたので、温度制御部に蓄冷した液状熱媒体を供給することにより、温度調整対象部を急冷することができる。
【００１４】
また、温度調整対象部を急冷する際に、蓄冷された液状熱媒体を温度制御部に供給するようにしたので、温度調整対象部の急冷時のために、多量の冷媒を供給することができる大型の冷凍回路を採用する必要がなく、装置の小型化を図ることができる。
【００１５】
請求項２の発明では、蓄冷された液状熱媒体を貯留するタンクを備えたので、温度調整対象部の急冷時のために、予め蓄冷された液状熱媒体を貯留しておくことができる。
【００１６】
請求項３の発明では、加熱した熱媒体で温度調整対象部を加熱することができる加熱回路を設け、温度調整対象部を加熱する際に、温度制御部に加熱した熱媒体を供給するようにしたので、蓄冷された待機中の液状熱媒体に影響を及ぼすことなく、温度調整対象部を速やかに加熱することができる。
【００１７】
請求項４の発明を実施すると、冷却手段を、気液変化する冷媒を使用する冷凍回路で構成し、冷凍回路内を流れる冷媒の一部で液状熱媒体を蓄冷するようにしたので、前記冷却手段以外に液状熱媒体を蓄冷するための回路を、別途用意する必要がなく、装置の小型化を図ることができる。
【００１８】
請求項５の発明を実施すると、加熱回路の一部を冷却回路の一部と共有し、冷却回路の加熱回路と共有されている部分に、液状熱媒体及び加熱した熱媒体を圧送する循環ポンプを備えたので、装置の簡素化を図りながら温度調整対象部の温度を高温から低温まで設定することができる。
【００１９】
さらに、循環ポンプには加熱時にのみ加熱した熱媒体を通過させればよいので、循環ポンプ内には定常的な熱負荷が掛からず、循環ポンプの信頼性や耐久性を向上させることができ、寿命の延長を期待することができる。
【００２０】
請求項６の発明では、温度調整対象部を加熱する電気ヒータを備えたので、循環ポンプに高温の熱媒体を通過させずに済み、循環ポンプの寿命を延ばすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、本発明を実施した温度制御装置１０を備えた冷凍回路１（冷却手段）の系統図である。図１に示すように冷凍回路１は、蒸発器３、圧縮機４、凝縮器５及び電子膨張弁６を備えている。この冷凍回路１には、相変化（気液変化）する冷媒１５が流れており、冷媒１５は蒸発器３で気化し、気化熱として温度調整対象部材２１から熱を奪い冷却する。冷却手段としては、冷凍回路１の代わりに、ペルチェ素子を使用した冷却装置を採用することもできる。
【００２２】
また、図１に示すように蒸発器３には、電気ヒータ４５を備えた熱交換プレート４１が設置されている。これら蒸発器３、熱交換プレート４１で温度制御部４０を構成している。熱交換プレート４１は、低温仕様の循環ポンプ１７及び貯留タンク１８と配管２２で接続されており、これらでブライン回路９（冷却回路）が構成されている。循環ポンプ１７を作動させると、ブライン１９（蓄冷前）及びブライン２０（蓄冷後）がブライン回路９内を循環するようになっている。ブライン１９、２０としては、例えば、フッ素系不活性化学液（ガルデン）を採用することができる。ブラインとしてガルデンを採用すると、ブラインは、高温領域はプラス１００度〜プラス１５０度程度まで、低温領域はマイナス５０度〜マイナス８０度程度まで温度変化させることができる。
【００２３】
図１に示すように冷凍回路１には、バイパス通路７が設けてある。バイパス通路７は、凝縮器５の下流側から圧縮機４の上流側に冷媒１５の一部である冷媒１６を迂回させる。バイパス通路７の途中には、キャピラリチューブ３５と熱交換部８（蒸発器）が設けてある。熱交換部８の構造としては、貯留タンク１８内のブライン２０に冷媒１６を通すバイパス管７を直接接触させる直接接触型の構造や、ブライン回路９の貯留タンク１８の外周を包むようなジャケット型の構造を採用することができる。貯留タンク１８内のブライン２０は、キャピラリチューブ３５を出て熱交換部８で気化される冷媒１６により徐々に冷却（蓄冷）される。キャピラリチューブ３５は、膨張弁６よりも設定温度が低温仕様のものを採用する。
【００２４】
図２は、図１の冷凍回路１のシステム回路図である。図２に示すように蒸発器３には、熱電対１２（温度センサ）が設置されている。熱電対１２が検出した検出信号は、信号線１３を介してコントロールユニット１１に入力されるようになっている。
【００２５】
コントロールユニット１１は、ＣＰＵ１１ａとメモリ１１ｂとを備えている。メモリ１１ｂには、温度調整対象部材２１の設定温度が記憶されている。ＣＰＵ１１ａは、熱電対１２から入力される検出温度値と、メモリ１１ｂに記憶されている設定温度値とを比較し、設定温度値よりも熱電対１２が検出した検出温度値の方が高い場合には、コントロールユニット１１は、信号線１４を介して冷凍機２へ冷媒１５の供給量を増加させるように指令信号を送る。逆に、検出温度値の方が設定温度値よりも低い場合には、冷媒１５の供給量を減少させるように指令信号を送る。
【００２６】
温度調整対象部材２１を急冷する際には、コントロールユニット１１は、循環ポンプ１７（図１）を駆動し、蓄冷したブライン２０を熱交換プレート４１（図１）に供給する。熱交換プレート４１で熱交換されて昇温したブライン１９は、貯留タンク１８（図１）に回収される。
【００２７】
また、温度調整対象部材２１を加熱する際には、コントロールユニット１１は、図示しない信号線を介して電気ヒータ４５（図１）に信号を送信し、電気ヒータ４５（図１）のスイッチをＯＮにして、温度制御部４０の温度を上昇させる。温度調整対象部材２１が、所望する温度に達したら、電気ヒータ４５のスイッチをＯＦＦにする。
【００２８】
図３は、図１の冷凍回路１の変形例である冷凍回路１ａの系統図である。図１の例では、温度調整対象部材２１を加熱する際に、電気ヒータ４５を使用する例を示したが、図３の冷凍回路１ａは、電気ヒータ４５の代わりに温度調整対象部材２１を加熱することができる加熱回路３０を備えている。図３において、図１と同じ構成部材には、同じ符号を付してある。図３に示すように加熱回路３０は、温度制御部４０ａの一部を構成する熱交換プレート４２、循環ポンプ１７、加熱器２６、及びこれらを接続する配管類で構成されている。
【００２９】
図３に示すように、配管２２の循環ポンプ１７と貯留タンク１８の間には、三方弁２５が設けてある。三方弁２５には、途中に加熱器２６を備えた配管２７の一端が接続されている。配管２７の他端は、熱交換プレート４２と循環ポンプ１７の間の配管２２のＡ点に接続されている。加熱器２６で加熱された熱媒体２４（以下、加熱熱媒体２４と呼ぶ）は、加熱回路３０内を循環し、熱交換プレート４２で温度調整対象部材２１と熱交換し、温度調整対象部材２１を加熱することができる。
【００３０】
図３に示すように、ブライン回路９（配管２２）のＡ点から三方弁２５に至る部分が、加熱回路３０と共有されている。三方弁２５を切換えると、加熱熱媒体２４が貯留タンク１８内に流入したり、ブライン１９が加熱器２６へ流れることを回避することができる。また、熱交換プレート４１の下流側のブライン回路９（配管２２）上には逆止弁３１が設けてあり、同様に熱交換プレート４２の下流側の加熱回路３０（配管２７）上には逆止弁３２が設けてある。逆止弁３１、３２を設けることにより、ブライン１９が逆止弁３２より上流側の加熱回路３０（配管２７）内に流入したり、加熱熱媒体２４が逆止弁３１より上流側の配管２２内に流入することを防止することができる。仮に、ブライン１９（２０）と加熱熱媒体２４が、同種の液（例えば水、ガルデン等）であれば、混入による液自体の性能劣化を考慮する必要がなく、この場合は、逆止弁３１、３２は不要である。
【００３１】
温度調整対象部材２１を加熱する際には、コントロールユニット１１は、三方弁２５を加熱回路３０側に切換え、循環ポンプ１７を作動させて、加熱熱媒体２４を熱交換プレート４２（温度制御部４０）に供給する。熱交換プレート４２で熱交換されて温度が低下した加熱熱媒体２４は、加熱器２６で再加熱され、再度熱交換プレート４２に供給される。
【００３２】
加熱熱媒体２４の温度は、温度調整対象部材２１の調整温度を実現可能な温度となるように設定されており、例えばプラス５０度〜プラス１５０度程度である。また、貯留タンク１８内のブライン２０は、温度調整対象部材２１の急冷時に備えて徐々に、例えばマイナス８０度〜マイナス１０度程度まで蓄冷される。
【００３３】
温度調整対象部材２１を急冷する際には、コントロールユニット１１は、図示しない信号線を介して、図３に示す三方弁２５をブライン回路９側に切換え、且つ、循環ポンプ１７を作動させて、蓄冷されたブライン２０を熱交換プレート４１（温度制御部４０）に供給する。熱交換プレート４１で熱交換されて温度が上昇したブライン１９は、貯留タンク１８に回収される。
【００３４】
図３に示す温度制御装置１０では、循環ポンプ１７には、三方弁２５を切換えることにより、低温のブライン１９と高温の加熱熱媒体２４とが別々に通過する。しかし、ブライン１９や加熱熱媒体２４は、定常的に熱交換プレート４１、４２に供給するものではなく、循環ポンプ１７は、温度調整対象部材２１の温度が所定の温度に到達するまでの極めて短い時間だけブライン１９や加熱熱媒体２４を圧送する。従って、図５に示すような従来の形態で使用する循環ポンプ８９に掛かる熱負荷よりも、循環ポンプ１７に掛かる熱負荷は小さく、低温仕様の循環ポンプ１７の信頼性や耐久性は極めて高くなる。
【００３５】
上述の例では、冷凍回路１内を流れる冷媒１５の一部の冷媒１６でブライン１９を蓄冷する例を示したが、ブライン１９を蓄冷するための回路を別に形成してもよい。
【００３６】
また、図１及び図３に示す例では、温度調整対象部材２１を急冷する際に、蓄冷後のブライン２０を熱交換プレート４１に供給するようにしたので、温度調整対象部材２１の急冷時のために、冷媒１５を多量に供給することができる大型の圧縮機４（冷凍回路）を選定する必要がない。
【００３７】
図３では、加熱回路３０を備えた構成例を示したが、加熱回路３０を備えると、循環ポンプ１７を通過するブライン１９の温度範囲が広くなるため、一時的ではあるが、ポンプ１７に悪影響を及ぼしてしまう。従って、低温仕様の循環ポンプ１７を保護する観点からは、温度調整対象部材２１を加熱するには、加熱回路３０（図３）を使用するよりも、図１に示すように、電気ヒータ４５を使用する方が好ましい。
【００３８】
図４は、本発明の温度制御装置を備えた試験装置５０の斜視図である。試験装置５０は、本発明の温度制御装置の実施形態の一例である。試験装置５０では、本体５１の伝熱面５３（図１の温度制御部４０に相当）上に温度調整対象部材２１を設置し、ヒンジ式の蓋５２を閉じて試験を行う。オペレータは、図２に示すコントロールユニット１１から冷凍機２へ制御信号を送るためのスイッチ類５５を操作し、温度調整対象部材２１の試験環境を整える。試験結果は、パネル５４に表示されるようになっている。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明を実施した温度制御装置を備えた冷凍回路の系統図である。
【図２】図１の冷凍回路のシステム回路図である。
【図３】本発明を実施した図１とは別の温度制御装置を備えた冷凍回路の系統図である。
【図４】本発明の温度制御装置を備えた試験装置の一例を示す斜視図である。
【図５】従来の冷凍回路の系統図である。
【符号の説明】
【００４０】
１、１ａ  冷凍回路（冷却手段）
２    冷凍機
３    蒸発器
４    圧縮機
７    バイパス通路
８    熱交換部
９    ブライン回路（冷却回路）
１０  温度制御装置
１１  コントロールユニット
１５、１６  冷媒
１７  循環ポンプ（低温仕様）
１８  貯留タンク
１９  蓄冷前のブライン（液状熱媒体）
２０  蓄冷後のブライン（液状熱媒体）
２１  温度調整対象部材（温度調整対象部）
２４  加熱熱媒体
２５  三方弁
２６  加熱器
２７、２８  加熱熱媒体を導く配管
３０  加熱回路
３５  キャピラリチューブ
３１、３２  逆止弁
４０、４０ａ  温度制御部
４５  電気ヒータ
５０  試験装置
【図１】
2006078005.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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