(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
供試体が設置される試験室内の空気を循環させるための送風ダクトと、前記試験室内の温度を検出する温度検出手段と、前記試験室内の湿度を検出する湿度検出手段と、前記試験室内の温度を調整するための熱交換手段と、を備えた環境試験装置の制御方法であって、
温度を調整する熱交換器及び湿度を調整する加湿源を有する温度湿度調整手段と、吸湿部材により湿度を調整する除湿手段とを有し、前記温度検出手段及び前記湿度検出手段の出力に基づいて、外気のみを取り込み、該外気の温度及び湿度を調整した湿り空気を生成する湿り空気供給手段を備え、
前記温度検出手段及び前記湿度検出手段の出力に基づいて試験室の露点を求める試験室露点演算工程と、
前記試験室の設定温度と設定湿度に基づく目標露点を求める目標露点演算工程と、
前記試験室露点と前記目標露点との露点偏差を求める露点偏差演算工程と、
前記露点偏差が小さくなるように前記湿り空気を供給する露点制御工程と、を備えることを特徴とする環境試験装置の制御方法。
前記湿り空気は、前記送風ダクトの、前記試験室の上流側かつ前記熱交換手段の下流側に供給にされることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の環境試験装置の制御方法。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1に示される技術を用いて試験室内を低温、高湿度に維持した状態で試験を行う場合にあっては、設定温度よりも低い温度に保たれたクーラーにより試験室内の温度を設定温度になるように調整するとともに、加湿器から高温の水蒸気を試験室内に霧状に噴霧して、試験室内を高湿度に維持することになる。しかしながら、加湿器から低温状態の試験室内に噴霧された霧状の水蒸気は、その一部は試験室内の空気に取り込まれて試験室内を高湿度に維持するために使われるが、そのほとんどは水蒸気から水、水から氷へと短時間に状態変化し、微細な氷の粒となって試験室内の空気の流れに乗って試験室内を循環し、低温状態のクーラーに徐々に付着して、長時間経過後にはクーラーに大量の氷が付着して、クーラーの機能低下を招き、自動車の長時間連続試験が困難となるという問題がある。
【0005】
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、環境試験室内を低温、高湿度に維持して長時間試験を行う場合であっても、試験中に熱交換手段に付着する氷の量を低減して、熱交換手段の機能低下を招くことなく、長時間連続試験を可能とする環境試験装置及び環境試験装置の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
前記課題を解決するために、本発明の環境試験装置は、
空気を循環させるための送風ダクトを有する試験室と、前記試験室内の温度を検出する温度検出手段と、前記試験室内の湿度を検出する湿度検出手段と、前記試験室内の温度を調整するための熱交換手段と、を備え、前記試験室に供試体を設置して試験を行うための環境試験装置であって、
前記温度検出手段及び前記湿度検出手段の出力に基づいて求められる前記試験室内の空気に含まれる水蒸気量と、前記試験室の設定温度及び設定湿度に基づいて決定される目標水蒸気量との差が小さくなるように、湿度を調整した湿り空気を供給する湿り空気供給手段を備えることを特徴としている。
この特徴によれば、湿り空気供給手段によって、100%湿度を超えないように湿度を調整した湿り空気が試験室内に供給されるため、試験室内で氷結が生じにくくなり、低温、高湿度に維持して長時間試験を行う場合であっても、熱交換手段に付着する氷の量を低減でき、延いては熱交換手段の機能を維持して長時間連続試験を行うことができる。
【0007】
本発明の環境試験装置は、
前記湿り空気供給手段は、外気を取り込み、該外気の温度及び湿度を調整して湿り空気を生成することを特徴としている。
この特徴によれば、湿り空気供給手段は、取り込んだ外気の温度及び湿度を調整して湿り空気を生成するので、外気中の水分を利用できることとなり、大量の湿り空気を容易に生成することができる。
【0008】
本発明の環境試験装置は、
前記湿り空気供給手段は、空気を取り入れるための空気取入部と前記試験室に湿り空気を供給する第1の湿り空気供給部との間に設けられ、前記空気取入部に接続され、温度を調整する熱交換器及び湿度を調整する加湿源を有する温度湿度調整手段と、前記第1の湿り空気供給部に接続され、吸湿部材により湿度を調整する除湿手段と、を備えることを特徴としている。
この特徴によれば、空気取入部と空気供給部との間に設けられる温度湿度調整手段と除湿手段とにより、空気の温度、湿度を広範囲に調整することができる。
【0009】
本発明の環境試験装置は、
前記温度湿度調整手段の加湿源へ水蒸気を供給する第1の水蒸気供給部と、前記送風ダクト内に設置された試験室加湿手段へ水蒸気を供給する第2の水蒸気供給部と、を備え、前記第1の水蒸気供給部または第2の水蒸気供給部による水蒸気供給を切替える水蒸気切替手段を備えることを特徴としている。
この特徴によれば、環境試験装置は、温度湿度調整手段によって試験室の湿度を調整したり、水蒸気切替手段を切り替えて試験室加湿手段によって試験室を加湿できるので、試験室を広範囲の湿度に調整することができる。
【0010】
本発明の環境試験装置は、
前記湿り空気供給手段は、前記温度湿度調整手段から前記第1の湿り空気供給部へ湿り空気を供給する第2の湿り空気供給部と、前記温度湿度調整手段から前記除湿手段へ湿り空気を供給する第3の湿り空気供給部と、を備え、前記第2の湿り空気供給部または第3の湿り空気供給部による湿り空気を切替える湿り空気切替手段を備えることを特徴としている。
この特徴によれば、湿り空気供給手段は、温度湿度調整手段によって湿り空気を生成したり、湿り空気切替手段を切り替えて温度湿度調整手段と除湿手段とによって湿り空気を生成できるので、広範囲に湿度を調整された空気を生成することができる。
【0011】
本発明の環境試験装置の制御方法は、
供試体が設置される試験室内の空気を循環させるための送風ダクトと、前記試験室内の温度を検出する温度検出手段と、前記試験室内の湿度を検出する湿度検出手段と、前記試験室内の温度を調整するための熱交換手段と、を備えた環境試験装置の制御方法であって、温度を調整する熱交換器及び湿度を調整する加湿源を有する温度湿度調整手段と、吸湿部材により湿度を調整する除湿手段とを有し、前記温度検出手段及び前記湿度検出手段の出力に基づいて、外気のみを取り込み、該外気の温度及び湿度を調整した湿り空気を生成する湿り空気供給手段を備え、前記温度検出手段及び前記湿度検出手段の出力に基づいて試験室の露点を求める試験室露点演算工程と、前記試験室の設定温度と設定湿度に基づく目標露点を求める目標露点演算工程と、前記試験室露点と前記目標露点との露点偏差を求める露点偏差演算工程と、前記露点偏差が小さくなるように前記湿り空気を供給する露点制御工程と、を備えることを特徴としている。
この特徴によれば、温度検出手段及び湿度検出手段の出力に基づいた試験室の露点と、試験室の設定温度及び設定湿度に基づく目標露点と、の露点偏差が小さくなる湿り空気によって、試験室の湿度を設定値に制御するので、低温、高湿度に維持して長時間試験を行う場合であっても、熱交換手段に付着する氷の量を低減でき、延いては熱交換手段の機能を維持して長時間連続試験を行うことができる。
【0012】
本発明の環境試験装置の制御方法は、
前記露点制御工程は、前記湿り空気供給手段から供給される湿り空気の露点を制御することを特徴としている。
この特徴によれば、湿り空気供給手段は、露点偏差が小さくなるように露点を制御した湿り空気を供給するので、試験室内の湿度を設定湿度に容易に調整することができる。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本発明に係る環境試験装置を実施するための形態を
図1及び
図2に基づいて以下に説明する。なお、以下の説明において、
図1の左右方向右側を装置の前方、左側を後方とし、また上下方向を装置の上下(または天井面と床面)として説明する。
【0015】
図1に示されるように、本発明に係る環境試験装置10は、空気を循環させるための送風ダクト12を有する試験室としての環境試験室11と、環境試験室11内の温度を検出する温度検出手段22と、環境試験室11内の湿度を検出する湿度検出手段23と、環境試験室11内の温度を調整するための熱交換手段21と、水蒸気供給手段30に接続され試験室を加湿する試験室加湿手段としての加湿ノズル31と、環境試験室11内を加湿する加湿手段30と、水蒸気供給手段30及び外気等の空気を取入れる空気取入部としての空気取入管40aに接続され環境試験室11に湿り空気を供給する湿り空気供給手段40と、を備えている。以下、環境試験装置10を構成する構成要素について説明する。
【0016】
環境試験室11は、空気を取り入れるために前面壁11aに形成された空気取入口15と、該空気取入口15から環境試験室11に送り込まれた空気を送風ダクト12に排出するための天井面11bの後部に形成された排気口16を備えている。
【0017】
送風ダクト12は、一端の開口部12a側が環境試験室11の空気取入口15に接続されているとともに、他端の開口部12b側が排気口16に接続されて、該環境試験室11の上方を取り囲むようにして配設され、環境試験室11内の空気を送風機20によって循環できるようになっている。
【0018】
また、環境試験室11には、該環境試験室11内に供試体としての自動車Vを出し入れするための出入口14と、該出入口14に設けられた開閉自在のドア17と、また排気口16の下部側には環境試験室11内の空気の流れを排気口16側に導く可動コーナーベーン18が配設されている。該可動コーナーベーン18は、前記環境試験室11内に前記自動車Vを出し入れする場合には移動でき、自動車Vの移動を妨げないようにして設けられている。
【0019】
また、送風ダクト12の途中にはコーナーベーン19a、19b、19cが設けられ、可動コーナーベーン18とともに循環する空気の偏流を防ぎ圧力損失を低減する役目を果たしている。
図1においては、各コーナに可動コーナーベーン18、コーナーベーン19a、19b、19cを設けているが、可動コーナーベーン、コーナーベーンの設置個数は、必要に応じて増減してもよい。
【0020】
環境試験室11の床部には、自動車Vを固定した状態でその駆動輪を回転可能に支持できるシャーシダイナモメータ25を備えており、環境試験室11内で自動車Vの走行試験を行うことができる。また、自動車Vの排気ガスを環境試験室11の外へ排出できるように排気管26を備えている。
【0021】
送風ダクト12には、環境試験室11内の空気の温度を設定温度に調整するために熱交換手段21が設けられている。熱交換手段21には、環境試験室11の設定温度に応じた温度に調整された熱交換用の流体が循環している。送風ダクト12を流れる空気は熱交換手段21を通過することによって環境試験室11内が設定温度になるように調整される。なお、環境試験室11内を循環する空気の流量は、図示しないダンパーまたは送風機20の回転速度を制御することによって調整することができる。
【0022】
また、送風ダクト12には、環境試験室11内を設定された湿度に保つために、試験室加湿手段としての加湿ノズル31及び湿り空気供給手段40が備えられている。加湿ノズル31は、環境試験室11内の高温、高湿度を再現する場合や、熱交換手段21の表面温度が0℃以上に調整され、熱交換手段21が氷結する可能性が少ない状態での湿度調整を行う場合に主に使用され、加湿ノズル31から高温の水蒸気を送風ダクト12内に噴霧して、環境試験室11内の湿度をほぼ飽和状態に調整する。一方、湿り空気供給手段40は、熱交換手段21の表面温度が0℃以下に設定される低温状態で、湿度を調整する場合に主に使用される。
【0023】
以下、環境試験室11内を加湿する加湿ノズル31、環境試験室11に湿り空気を供給する湿り空気供給手段40について説明する。
【0024】
図1に示されるように、加湿ノズル31は、高温の水蒸気発生手段(図示せず)に接続される水蒸気供給管30に接続されている。水蒸気供給管30は、温度湿度調整手段42の加湿源44へ水蒸気を供給する第1の水蒸気供給部としての水蒸気供給管30b、加湿ノズル31に水蒸気を供給する第2の水蒸気供給部としての水蒸気供給管30c、及び水蒸気供給管30bまたは水蒸気供給管30cによる水蒸気供給を切替える水蒸気切替手段としてのバルブ30g、30hを備える。
【0025】
ここで、環境試験室11内を低温度、高湿度、高風速の条件にて試験を行う場合には、加湿ノズル31が強力に冷却されることによる凍結を防止するために、常に一定量以上の高温水蒸気を流して保温する必要がある。しかし、加湿ノズル31を保温するための水蒸気量は、環境試験室11内を設定湿度に保つための水蒸気量よりもはるかに多いため、過剰に噴霧された水蒸気は微細な氷に状態変化し、この微細な氷が環境試験室11内の空気の流れに乗って循環し、氷が低温状態の熱交換手段21に徐々に付着する結果、長時間経過後には大量の氷が熱交換手段21に付着して、熱交換手段21の機能低下を招き、自動車Vの長時間連続試験ができなくなってしまう場合がある。
【0026】
この対策として、環境試験室11内の設定温度と熱交換手段21に供給する冷媒の温度との差を5℃以下に極力小さくすることによって、熱交換手段21への氷の付着量を低減しているが、条件によっては熱交換手段21への氷の付着量を十分に低減できない場合がある。
【0027】
そこで、本発明の環境試験装置は、熱交換手段21の表面温度が0℃以下に設定して、環境試験室を低温、高湿度の条件で試験をする場合には、加湿ノズル31を使用せずに、湿り空気供給手段40から湿り空気を環境試験室11内へ供給し、湿り空気に含まれる水蒸気によって、環境試験室11内の湿度を設定湿度に調整できるものである。また、湿り空気供給手段40は、湿度範囲を広範囲に調整できるように、温度湿度調整手段42と除湿手段46とを備えている。以下、湿り空気供給手段40を構成する温度湿度調整手段42と除湿手段46について説明する。
【0028】
温度湿度調整手段42は、外部より取り込んだ空気の温度及び湿度を所定の値に調整して湿り空気を生成、供給するために設けられている。温度湿度調整手段42は、外部に接続され外気等の空気を取入れる空気取入部としての空気取入管40a、該空気取入管40aに接続される取入口41aと、生成された湿り空気を送り出す送出口41bを有するケーシング41内に、取入口41a側から順に熱交換器43、水蒸気供給管30bに接続される加湿源44、送風機45を備えている。熱交換器43は、外部より冷媒が供給され、取入口41aより取り込まれた空気を所定の温度に調整する。所定の温度に調整された外気は、加湿源44より噴霧される高温の水蒸気によりほぼ飽和湿り空気となり、該湿り空気は送風機45によって送出口41bから送り出される。
【0029】
なお、温度湿度調整手段42は、熱交換器43に供給される冷媒の温度を変化させることによって、空気の温度を調整し、該温度調整された空気に水蒸気量をほぼ飽和する程度まで取り込ませることで、空気に含まれる水蒸気量を制御することができる。また、温度湿度調整手段42の熱交換器43に供給される冷媒の温度は0℃以上であり、熱交換器43が凍結することがないので、加湿源44から供給される水蒸気量を絞り調整して、不飽和湿り空気を生成することもできる。
【0030】
除湿手段46は、温度湿度調整手段42から供給される湿り空気を除湿して、中湿度から低湿度を有する湿り空気に調整する。除湿手段46は、湿り空気取入口47a、除湿空気送出口47b、再生空気吸入口47c、及び再生空気排出口47dを有するケーシング47と、プレクーラー48と、一定速度で回転する吸湿部材としての除湿ロータ49と、再生ヒーター50と、を備える。
【0031】
除湿手段46の除湿ロータ49は水分を吸収する吸湿剤を有しており、除湿ロータ49を通過する空気を除湿する除湿ゾーン46aと、水分を吸収した除湿ロータ49の再生を行う再生ゾーン46bとの間を一定速度で回転し、除湿サイクルと再生サイクルが連続して行われるようになっている。除湿ゾーン46aは、温度湿度調整手段42の送出口41bから送り出された湿り空気を湿り空気取入口47aから取入れ、該湿り空気をプレクーラー48にて所定の温度に調整した後、除湿ロータ49にて所定の湿度に除湿し、該除湿した湿り空気を除湿空気送出口47bより送り出す。再生ゾーン46bは、再生空気吸入口47cから取り込んだ空気を再生ヒーター50によって加熱し、該加熱空気は除湿ロータ49内に吸着された水分を蒸発させ、該水分を取り込んだ加熱空気は再生空気排出口47dより排出される。なお、除湿手段46により除湿される湿り空気の湿度は、再生ヒーター50の加熱温度を調整することによって制御することができる。
【0032】
ここで、加湿ノズル31、湿り空気供給手段40は、それぞれ独立して操作できるようになっている。加湿ノズル31を使用する場合には、水蒸気供給管30cのバルブ30hを開き、水蒸気供給管30bのバルブ30gを閉じて、加湿ノズル31から高温の水蒸気を送風ダクト12内へ噴霧して、環境試験室11内を加湿する。一方、湿り空気供給手段40を使用する場合には、水蒸気供給管30cのバルブ30hを閉じ、水蒸気供給管30bのバルブ30gを開いて、加湿源44から高温の水蒸気をケーシング41内へ噴霧して、広範囲に試験室内の湿度を調整することができる。
【0033】
さらに、湿り空気供給手段は、温度湿度調整手段42による単独運転と、温度湿度調整手段42及び除湿手段46による組合せ運転とによって、広範囲に温度、湿度を調整した湿り空気を供給することができる。
【0034】
ここで、環境試験室11内を低温、高湿度の条件で試験する場合には、湿り空気供給手段40の除湿手段46を使用せず温度湿度調整手段42のみを使用する。具体的には、水蒸気供給管30cに配設されるバルブ30hを閉じ、第3の湿り空気供給部としての空気供給管40cに配設される湿り空気切替手段としてのバルブ40gを閉じ、第2の湿り空気供給部としての空気供給管40eに配設される湿り空気切替手段としてのバルブ40hを開いて、温度湿度調整手段42によって生成された湿り空気を送出口41bから送気管40e、第1の湿り空気供給部としての空気供給管40jを経由して送風ダクト12に設けられた湿り空気供給口12cより送風ダクト12内に供給し、環境試験室11内を設定された湿度に調整する。
【0035】
一方、環境試験室11内を低温、中湿度以下の条件で試験する場合には、温度湿度調整手段42と除湿手段46とをいずれも使用する。具体的には、水蒸気供給管30cのバルブ30hを閉じ、空気供給管40cのバルブ40gを開き、空気供給管40eのバルブ40hを閉じて、空気取入管40aから供給される空気を温度湿度調整手段42にて所定の温度の略飽和湿り空気を生成し、該湿り空気を除湿手段46にて、さらに目標とする湿度に調整する。そして、目標の温度、湿度に調整された湿り空気を送気管40f、空気供給管40jを経由して湿り空気供給口12cより送風ダクト12内に供給し、環境試験室11内を設定された湿度に調整する。
【0036】
また、
図1に示されるように、環境試験室11の空気取入口15には、環境試験室11内の温度及び湿度を検出する温度検出手段22及び湿度検出手段23が配設されている。温度検出手段22及び湿度検出手段23にて検出された試験室内の温度Tc、湿度Hcは、温度湿度制御手段60に送られる。温度湿度制御手段60は、環境試験室11内の温度、湿度を検出し、該検出された温度、湿度が、条件に応じて設定された温度、湿度になるように、湿り空気供給手段40を制御している。なお、温度湿度制御手段60は、湿り空気供給手段40内に設けてもよいし、湿り空気供給手段40の外部に設けてもよい。
【0037】
図2に温度湿度制御手段60の制御ブロック線図を示す。温度湿度制御手段60は、温度検出手段22及び湿度検出手段23にて検出された試験室内の温度Tc、湿度Hcを取込み、環境試験室11内の単位質量あたり空気に含まれる水蒸気量を表す試験室露点Dpcを求める露点演算部63と、環境試験室11の設定温度Td、設定湿度Hdを外部から入力して設定する設定部61と、設定温度Td、設定湿度Hdより、目標露点Dpdを求める目標露点設定部62と、試験室露点Dpcと目標露点Dpdとの偏差ΔDpを求める偏差演算部64を備える。温度湿度制御手段60は、試験室露点Dpcと目標露点Dpdとの露点偏差ΔDpが小さくなるように、湿り空気供給手段40を制御して、湿り空気供給手段40から湿り空気を環境試験室11へ供給する。
【0038】
図2に示されるように、温度湿度制御手段60は、湿り空気供給手段40の露点制御、風量制御、再生温度制御によって、試験室露点Dpcと目標露点Dpdとの露点偏差ΔDpが小さくなるような湿り空気を生成することができる。
【0039】
具体的には、温度湿度制御手段60による湿り空気供給手段40の露点制御は、湿り空気供給手段40の熱交換器43に供給される冷媒の温度を制御して、目標湿度に相当する水蒸気量を含む露点温度になるように空気の温度を調整し、該露点温度に調整した空気に水蒸気量をほぼ飽和するまで取り込ませることで、湿り空気に含まれる水蒸気量を目標値に制御するものである。
【0040】
温度湿度制御手段60による湿り空気供給手段40の回転数制御は、湿り空気供給手段40にて生成される湿り空気の露点を変化させる代わりに、温度湿度調整手段42の送風機45の回転数を制御して、温度湿度調整手段42が生成する湿り空気の風量を変化させ、環境試験室11へ供給する蒸気量を制御してもよい。
【0041】
また、温度湿度制御手段60による湿り空気供給手段40の再生温度制御は、環境試験室11内を低温、低湿度の条件で試験する場合に行う制御で、温度湿度調整手段42にて生成された飽和湿り空気を除湿手段46へ供給し、除湿手段46の再生ヒーター50の加熱温度を調整することによって、ロータ49を通過する湿り空気の湿度を制御するものである。
【0042】
本発明の環境試験装置は、湿り空気供給手段は、温度検出手段22及び湿度検出手段23の出力に基づいて求められる単位質量あたりの空気に含まれる水蒸気量と、環境試験室11の設定温度及び設定湿度に基づき決定される目標水蒸気量との偏差が小さくなるような湿り空気に含まれる水蒸気によって環境試験室11内の湿度を調整するので、低温、高湿度に維持して長時間試験を行う場合であっても、熱交換手段21に付着する氷の量を低減でき、延いては熱交換手段21の機能を維持して長時間連続試験を行うことができる。
【0043】
以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
【0044】
例えば、上記実施例においては、温度湿度制御手段60は、湿り空気供給手段40の露点制御、風量制御、再生温度制御によって、試験室露点Dpcと目標露点Dpdとの露点偏差ΔDpが小さくなるような湿り空気を生成していた。しかしながらこれに限らず、露点制御、回転数制御、再生温度制御のうち少なくとも2つを組合わせて、試験室露点Dpcと目標露点Dpdとの露点偏差ΔDpが小さくなるような湿り空気を生成してもよい。
【0045】
また、上記実施例においては、湿り空気の露点を制御したが、これに限らず、温度検出手段22及び湿度検出手段23の出力に基づいて単位質量あたりの空気に含まれる水蒸気量の質量を示す絶対湿度と、環境試験室11の設定温度及び設定湿度に基づき決定される目標絶対湿度との偏差が小さくなるような湿り空気を生成するように湿り空気供給手段40を制御してもよい。
【0046】
さらに、
図1におけるバルブ30c、30g、40g、40hの切替えは、手動で行ってもよいし、温度湿度制御手段60が、環境試験室11の設定温度、設定湿度に応じて、温度湿度制御手段60からの指令によって切替えるようにしてもよい。
【0047】
上記実施例において、供試体として自動車を例に説明したが、供試体として自動車に限らず、エンジン等の機械装置、衣服、食品、医薬品、人工衛星、動植物等であってもよい。
【0048】
また、上記実施例において、外部より外気を取り込んで温度、湿度を調整した湿り空気を生成していたが、調整用に取り込む空気は外気に限らず、前段で調整、貯蔵された空気であってもよい。
【0049】
さらに、環境試験室11内で用いられる気体は、空気に限らず、窒素、酸素、ヘリウム等の他の気体であってもよい。