特許 6735703 環境試験装置及び環境試験方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6735703

(24)【登録日】2020年7月16日

(45)【発行日】2020年8月5日

(54)【発明の名称】環境試験装置及び環境試験方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 17/00 20060101AFI20200728BHJP

【ＦＩ】

   G01N17/00

【請求項の数】15

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2017-81405(P2017-81405)

(22)【出願日】2017年4月17日

(65)【公開番号】特開2018-179829(P2018-179829A)

(43)【公開日】2018年11月15日

【審査請求日】2019年2月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】000108797

【氏名又は名称】エスペック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100100480

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 隆

(72)【発明者】

【氏名】桑田 研治

(72)【発明者】

【氏名】榎本 真一

【審査官】 櫃本 研太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−０９０４８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−１３５６４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−０８２３６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５５−０７２７３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１６１６１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１４１１１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−０４９０７２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ １７／００

Ｂ６４Ｆ ５／６０

Ｆ２４Ｆ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

試験室内を氷点下の低温環境下で加湿して、前記試験室内に設置される被試験物に着氷させる環境試験方法において、
前記試験室内を氷点下の低温環境に調整する冷却工程と、
前記試験室の内壁の少なくとも一部を氷点を超える温度に加熱する着氷準備工程と、
前記試験室内を加湿する着氷工程と、
を順次開始することを特徴とする環境試験方法。

【請求項2】

試験室及び内壁を含む構造物と、冷却機能を発揮する冷却器を備えた環境試験装置を使用し、前記試験室内を氷点下の低温環境下で加湿して、前記試験室内に設置される被試験物に着氷させる環境試験方法において、
前記試験室内を氷点下の低温環境に調整する冷却工程と、
前記内壁並びに前記冷却器の少なくともいずれかであって、少なくともその一部を氷点を超える温度に加熱する着氷準備工程と、
前記試験室内を加湿する着氷工程と、
を順次開始することを特徴とする環境試験方法。

【請求項3】

前記試験室内を減圧する減圧工程が実行され、
前記減圧工程の後、前記着氷準備工程を実行することを特徴とする請求項１又は２に記載の環境試験方法。

【請求項4】

前記試験室と連通する空調空間があり、
前記着氷準備工程では、前記空調空間の内壁の一部または全部を加熱することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の環境試験方法。

【請求項5】

前記着氷準備工程において、前記試験室内を減圧した状態で加湿することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の環境試験方法。

【請求項6】

冷却装置を使用して氷点下の低温環境に調整した試験室内を加湿して、前記試験室内に設置される被試験物に着氷させる環境試験方法において、
前記試験室内を加湿する際及び／又は加湿に先立って前記試験室の内壁の少なくとも一部をヒータで加熱すると共に、減圧手段で前記試験室内を減圧した状態で、前記被試験物に着氷させることを特徴とする環境試験方法。

【請求項7】

被試験物を設置する試験室を含む断熱槽と、前記試験室内の温度を氷点下の温度に降下させることができる冷却装置と、前記試験室内を加湿する加湿装置を有し、前記試験室内を氷点下の低温環境下で加湿して前記試験室内に設置される被試験物に着氷させることができる環境試験装置において、
前記断熱槽は、内側筐体と、当該内側筐体の周囲を覆う外側筐体を有し、当該内側筐体と当該外側筐体の間の空間に断熱材が介在されたものであり、
前記内側筐体の少なくとも一部を加熱する内壁加熱手段を有し、
前記内側筐体の肉厚が、前記外側筐体の肉厚より薄いことを特徴とする環境試験装置。

【請求項8】

被試験物を設置する試験室を含む断熱槽と、前記試験室内の温度を氷点下の温度に降下させることができる冷却装置と、前記試験室内を加湿する加湿装置を有し、前記試験室内を氷点下の低温環境下で加湿して前記試験室内に設置される被試験物に着氷させることができる環境試験装置において、
前記断熱槽は、内側筐体と、当該内側筐体の周囲を覆う外側筐体を有し、当該内側筐体と当該外側筐体の間の空間に断熱材が介在されたものであり、
前記内側筐体がステンレススチールの板で作成され、前記外側筐体が鋼板で作成されており、
前記内側筐体の少なくとも一部を加熱する内壁加熱手段を有することを特徴とする環境試験装置。

【請求項9】

前記内壁加熱手段はヒータであり、前記内側筐体の外面側に設置されていることを特徴とする請求項７又は８に記載の環境試験装置。

【請求項10】

前記試験室内を減圧する減圧手段を有し、前記空間は、前記試験室と連通することを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の環境試験装置。

【請求項11】

前記外側筐体の肉厚は、前記内側筐体の肉厚に比べて５倍以上であることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれかに記載の環境試験装置。

【請求項12】

前記試験室と連通する空調空間があり、当該空調空間内に冷却器が内蔵されており、
前記冷却器の一部または全部を昇温することが可能であることを特徴とする請求項７乃至１１のいずれかに記載の環境試験装置。

【請求項13】

被試験物を設置する試験室を含む断熱槽と、前記試験室内の温度を氷点下の温度に降下させることができる冷却装置と、前記試験室内を加湿する加湿装置を有し、前記試験室内を氷点下の低温環境下で加湿して、前記試験室内に設置される被試験物に着氷させることができる環境試験装置において、
前記断熱槽内が仕切り壁により前記試験室と空調空間に仕切られており、前記仕切り壁に内壁加熱手段が設けられていることを特徴とする環境試験装置。

【請求項14】

被試験物を設置する試験室を含む断熱槽と、前記試験室内の温度を氷点下の温度に降下させることができる冷却装置と、前記試験室内を加湿する加湿装置と、制御装置を有し、前記試験室内を氷点下の低温環境下で加湿して、前記試験室内に設置される被試験物に着氷させることができる環境試験装置において、
前記制御装置は、
前記試験室内を氷点下の低温環境に調整する冷却工程と、
前記試験室の内壁又は冷却装置の少なくとも一方の、少なくともその一部を氷点を超える温度に加熱する着氷準備工程と、
前記試験室内を加湿する着氷工程と、
を順次開始することを特徴とする環境試験装置。

【請求項15】

被試験物を設置する試験室を含む断熱槽と、前記試験室内の温度を降下させることができる冷却装置と、前記試験室内を加湿する加湿装置を有し、前記試験室内を氷点下の低温環境下で加湿して、前記試験室内に設置される被試験物に着氷させることができる環境試験装置において、
前記試験室の内壁の少なくとも一部を加熱するヒータと、
前記試験室内を減圧する減圧手段と、
を有し、
前記試験室内を加湿する際及び／又は加湿に先立って前記試験室の内壁の少なくとも一部を前記ヒータで加熱すると共に、前記減圧手段で前記試験室内を減圧した状態で、前記被試験物に着氷させることを特徴とする環境試験装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、試験室内を目標とする温度や湿度に調整する環境試験装置に関するものであり、特に被試験物に着氷させて性能等を試験する着氷試験を行うことができる環境試験装置に関するものである。
また本発明は、着氷試験の方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

製品や機器の性能や耐久性等を試験する方法の一つに環境試験がある。環境試験は、被試験物を特定の環境下においてその性能や耐久性等を調べる試験である。
環境試験装置は、環境試験を行うために開発された装置であり、被試験物が載置される試験室を有し、この試験室内の温度や湿度を所望の試験環境に調整する機能を備えている。特許文献１、２には、代表的な環境試験装置が開示されている。

【0003】

環境試験の一つに、着氷試験がある。着氷試験は、被試験物の表面に霜や氷を発生させるものである。
特許文献３には、被試験物に低温の空気を吹き付けて温度を低下させ、その後に高湿の空気を試験室に導入し、被試験物の表面に結露や結霜を生じさせる環境試験方法及び装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１６−１０２６８１号公報

【特許文献2】特開２０１６−１７６７９３号公報

【特許文献3】特開２０１６−９０４８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

航空機を被試験物とする環境試験の一つとして、雲の中を航空機が通過する状況を想定した着氷試験がある。
着氷試験は、例えば次の工程を順次実施する。
（１）試験室を低温環境とし、その中に被試験物をさらす。
（２）試験室内を減圧する。
（３）試験室内を加湿し、被試験物の表面で水蒸気を結露・結氷させる。

本発明者らは、試験室内の温度や湿度を所望の試験環境に調整する機能を備え、且つ試験室内を減圧することが可能な環境試験装置を使用すれば、着氷試験を実施することができると考えた。即ち本発明者らは、通常の空調機能を備えた環境試験装置であって、減圧可能な環境試験装置を使用すれば、着氷試験を実施することができると考えた。

【0006】

しかしながら、本発明者らが通常の環境試験装置を使用して上記した着氷試験を行ったところ、想定しない不具合が生じる場合があった。
即ち従来構造の環境試験装置で上記した着氷試験を実施すると、試験室の内壁におびただしく着氷し、肝心の被試験物への着氷が思いの他、少ない場合があった。
この問題を検討したところ、試験室の容積と、被試験物の熱容量との関係がアンバランスであることが原因の一つであると想定された。
即ち試験室の容積が、被試験物の熱容量に見合う大きさであるならば、加湿空気は、被試験物への着氷に大きく寄与し、被試験物に所望の着氷を生じさせることができると想定される。

【0007】

一方、試験室の容積が、被試験物の熱容量に対して過度に大きいと、加湿空気は、試験室内壁への着氷に消費され、相対的に被試験物への着氷が少なくなってしまうと予想される。
尚、被試験物の大きさに合わせて複数サイズの環境試験装置を準備すれば、各被試験物に理想的な着氷を生じさせることができると考えられるが、サイズの異なる環境試験装置を複数台準備することは、経済的制約や設置場所の制約から、困難である場合が多い。

【0008】

本発明は、従来技術の上記した問題点に注目し、無駄な着氷を抑制することができる環境試験方法及び環境試験装置を提供することを課題とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記した課題を解決するための発明は、氷点下の低温環境に調整した試験室内に被試験物を設置し、試験室内を加湿して被試験物に着氷させる環境試験方法において、試験室内を加湿する際及び／又は加湿に先立って試験室の内壁の少なくとも一部を加熱する環境試験方法である。
請求項１に記載の発明は、試験室内を氷点下の低温環境下で加湿して、前記試験室内に設置される被試験物に着氷させる環境試験方法において、前記試験室内を氷点下の低温環境に調整する冷却工程と、前記試験室の内壁の少なくとも一部を氷点を超える温度に加熱する着氷準備工程と、前記試験室内を加湿する着氷工程と、を順次開始することを特徴とする環境試験方法である。

【0010】

本発明の環境試験方法では、試験室内を加湿する際や加湿前に試験室の内壁を昇温させることができる。そのため試験室の内壁に対する着氷が抑制され、加湿空気のより多くが被試験物への着氷に寄与する。

【0011】

同様の課題を解決する発明は、試験室を含む構造物と、空調機能を発揮する空調機器を備えた環境試験装置を使用し、氷点下の低温環境に調整した試験室内に被試験物を設置し、試験室内を加湿して被試験物に着氷させる環境試験方法において、試験室内を加湿する際及び／又は加湿に先立って、加湿された空気が接する構造物並びに空調機器の少なくともいずれかであって、少なくともその一部を加熱する環境試験方法である。
請求項２に記載の発明は、試験室及び内壁を含む構造物と、冷却機能を発揮する冷却器を備えた環境試験装置を使用し、前記試験室内を氷点下の低温環境下で加湿して、前記試験室内に設置される被試験物に着氷させる環境試験方法において、前記試験室内を氷点下の低温環境に調整する冷却工程と、前記内壁並びに前記冷却器の少なくともいずれかであって、少なくともその一部を氷点を超える温度に加熱する着氷準備工程と、前記試験室内を加湿する着氷工程と、を順次開始することを特徴とする環境試験方法である。

【0012】

本発明の環境試験方法においても、試験室内を加湿する際や加湿前に、各部を加熱して昇温させることができる。そのため試験室への無駄な着氷が抑制され、加湿空気のより多くが被試験物への着氷に寄与する。

【0013】

請求項３に記載の発明は、前記試験室内を減圧する減圧工程が実行され、前記減圧工程の後、前記着氷準備工程を実行することを特徴とする請求項１又は２に記載の環境試験方法である。
試験室と連通する空調空間があり、試験室内を加湿する際及び／又は加湿に先立って、空調空間の一部または全部を加熱することが望ましい。

【0014】

本発明によると、空調空間内に着氷することを防止することができる。

【0015】

試験室内の環境を調節する空調装置があり、試験室内を加湿する際及び／又は加湿に先立って、空調装置の一部または全部を加熱又は保温することが望ましい。
請求項４に記載の発明は、前記試験室と連通する空調空間があり、前記着氷準備工程では、前記空調空間の内壁の一部または全部を加熱することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の環境試験方法である。

【0016】

本発明によると、空調装置に着氷することを防止することができる。

【0017】

試験室内を減圧した状態で加湿することが望ましい。
請求項５に記載の発明は、前記着氷準備工程において、前記試験室内を減圧した状態で加湿することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の環境試験方法である。
請求項６に記載の発明は、冷却装置を使用して氷点下の低温環境に調整した試験室内を加湿して、前記試験室内に設置される被試験物に着氷させる環境試験方法において、前記試験室内を加湿する際及び／又は加湿に先立って前記試験室の内壁の少なくとも一部をヒータで加熱すると共に、減圧手段で前記試験室内を減圧した状態で、前記被試験物に着氷させることを特徴とする環境試験方法である。

【0018】

上記した課題を解決するためのもう一つの発明は、被試験物を設置する試験室を含む断熱槽と、試験室内の温度を氷点下の温度に降下させることができる冷却装置と、試験室内を加湿する加湿装置を有し、氷点下の低温環境に調整した試験室内に被試験物を設置し、その後に試験室内を加湿して被試験物に着氷させることができる環境試験装置において、前記断熱槽の内壁の少なくとも一部を加熱する内壁加熱手段を有する環境試験装置である。
請求項７に記載の発明は、被試験物を設置する試験室を含む断熱槽と、前記試験室内の温度を氷点下の温度に降下させることができる冷却装置と、前記試験室内を加湿する加湿装置を有し、前記試験室内を氷点下の低温環境下で加湿して前記試験室内に設置される被試験物に着氷させることができる環境試験装置において、前記断熱槽は、内側筐体と、当該内側筐体の周囲を覆う外側筐体を有し、当該内側筐体と当該外側筐体の間の空間に断熱材が介在されたものであり、前記内側筐体の少なくとも一部を加熱する内壁加熱手段を有し、前記内側筐体の肉厚が、前記外側筐体の肉厚より薄いことを特徴とする環境試験装置である。
請求項８に記載の発明は、被試験物を設置する試験室を含む断熱槽と、前記試験室内の温度を氷点下の温度に降下させることができる冷却装置と、前記試験室内を加湿する加湿装置を有し、前記試験室内を氷点下の低温環境下で加湿して前記試験室内に設置される被試験物に着氷させることができる環境試験装置において、前記断熱槽は、内側筐体と、当該内側筐体の周囲を覆う外側筐体を有し、当該内側筐体と当該外側筐体の間の空間に断熱材が介在されたものであり、前記内側筐体がステンレススチールの板で作成され、前記外側筐体が鋼板で作成されており、前記内側筐体の少なくとも一部を加熱する内壁加熱手段を有することを特徴とする環境試験装置である。
請求項９に記載の発明は、前記内壁加熱手段はヒータであり、前記内側筐体の外面側に設置されていることを特徴とする請求項７又は８に記載の環境試験装置である。
請求項１０に記載の発明は、前記試験室内を減圧する減圧手段を有し、前記空間は、前記試験室と連通することを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の環境試験装置である。
請求項１１に記載の発明は、前記外側筐体の肉厚は、前記内側筐体の肉厚に比べて５倍以上であることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれかに記載の環境試験装置である。
請求項１２に記載の発明は、前記試験室と連通する空調空間があり、当該空調空間内に冷却器が内蔵されており、前記冷却器の一部または全部を昇温することが可能であることを特徴とする請求項７乃至１１のいずれかに記載の環境試験装置である。
請求項１３に記載の発明は、被試験物を設置する試験室を含む断熱槽と、前記試験室内の温度を氷点下の温度に降下させることができる冷却装置と、前記試験室内を加湿する加湿装置を有し、前記試験室内を氷点下の低温環境下で加湿して、前記試験室内に設置される被試験物に着氷させることができる環境試験装置において、前記断熱槽内が仕切り壁により前記試験室と空調空間に仕切られており、前記仕切り壁に内壁加熱手段が設けられていることを特徴とする環境試験装置である。
請求項１４に記載の発明は、被試験物を設置する試験室を含む断熱槽と、前記試験室内の温度を氷点下の温度に降下させることができる冷却装置と、前記試験室内を加湿する加湿装置と、制御装置を有し、前記試験室内を氷点下の低温環境下で加湿して、前記試験室内に設置される被試験物に着氷させることができる環境試験装置において、前記制御装置は、前記試験室内を氷点下の低温環境に調整する冷却工程と、前記試験室の内壁又は冷却装置の少なくとも一方の、少なくともその一部を氷点を超える温度に加熱する着氷準備工程と、前記試験室内を加湿する着氷工程と、を順次開始することを特徴とする環境試験装置である。
請求項１５に記載の発明は、被試験物を設置する試験室を含む断熱槽と、前記試験室内の温度を降下させることができる冷却装置と、前記試験室内を加湿する加湿装置を有し、前記試験室内を氷点下の低温環境下で加湿して、前記試験室内に設置される被試験物に着氷させることができる環境試験装置において、前記試験室の内壁の少なくとも一部を加熱するヒータと、前記試験室内を減圧する減圧手段、を有し、前記試験室内を加湿する際及び／又は加湿に先立って前記試験室の内壁の少なくとも一部を前記ヒータで加熱すると共に、前記減圧手段で前記試験室内を減圧した状態で、前記被試験物に着氷させることを特徴とする環境試験装置である。

【0019】

本発明の環境試験装置では、内壁加熱手段で断熱槽の内壁を加熱することが可能であるから、内壁に対する着氷が抑制される。

【0020】

前記した環境試験装置において、内壁加熱手段はヒータであり、断熱槽の内壁の一部または全部を構成する内側筐体と、内側筐体の周囲を覆う外側筐体を有し、内側筐体と外側筐体の間の空間に断熱材が介在され、内側筐体の外面側に前記ヒータが設置されていることが望ましい。

【0021】

試験室内を減圧する減圧手段を有し、断熱槽の内壁の一部または全部を構成する内側筐体と、内側筐体の周囲を覆う外側筐体を有し、内側筐体と外側筐体の間の空間は、試験室と連通し、外側筐体の肉厚は、内側筐体の肉圧に比べて５倍以上であることが望ましい。

【0022】

本発明の環境試験装置では、内側筐体と外側筐体の間の空間が試験室と通連する。そのため試験室内を減圧しても、内側筐体の内外の圧力差が小さい。従って内側筐体に掛かる力は小さく、内側筐体の剛性は比較的低いもので足る。
これに対して外側筐体の内外は、試験室内を減圧した際に圧力差が大きくなり、大気圧に起因する力が外側筐体に掛かることとなる。
本発明の環境試験装置では、外側筐体が大気圧に起因する力に耐え得る様に、肉厚を厚くしている。
その一方で、本発明の環境試験装置では、内側筐体の肉厚が薄い。そのため本発明で採用する内側筐体は、比較的熱容量が小さく、容易に温度が上昇するので、表面に着氷しにくい。

【0023】

断熱槽の内壁の一部または全部を構成する内側筐体と、内側筐体の周囲を覆う外側筐体を有し、内側筐体の中に試験室と連通する空調空間があり、当該空調空間内に空調機器が内蔵されており、空調空間及び／又は空調機器の一部または全部を加熱又は保温することが可能であることが望ましい。

【0024】

本発明によると、空調空間や空調機器に着氷することを防止することができる。

【発明の効果】

【0025】

本発明の環境試験方法及び環境試験装置は、着氷試験を実施する際の無駄な着氷を抑制することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本発明の実施形態の環境試験装置の構造を概念的に示す断面図である。

【図2】図１の環境試験装置の断熱槽の構造の概略を示す断面斜視図である。

【図3】図１の環境試験装置の断熱槽の断熱壁の拡大断面図である。

【図4】図１の環境試験装置の断面図であって、冷却工程を示す。

【図5】図１の環境試験装置の断面図であって、減圧工程を示す。

【図6】図１の環境試験装置の断面図であって、着氷準備工程（加熱工程）を示す。

【図7】図１の環境試験装置の断面図であって、着氷工程を示す。

【図8】図１の環境試験装置の断面図であって、融解工程を示す。

【図9】図１の環境試験装置の動作を示すフローチャートである。

【図10】本発明の他の実施形態の環境試験装置の構造を概念的に示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下さらに本発明の実施形態について説明する。
最初に本実施形態の環境試験装置１の基本構造について説明する。本実施形態の環境試験装置１は、構造物たる断熱槽３と、空調機能を発揮する空調機器１０を有している。
即ち本実施形態の環境試験装置１は、図１に示すように断熱壁２によって覆われた断熱槽３を有している。断熱槽３には被試験物を出し入れするための扉があるが、扉については公知であるから説明及び図示を省略している。
断熱槽３の内部には、仕切り壁７があり、仕切り壁７によって断熱槽３内が試験室５と空調空間１５に区切られている。
試験室５は、被試験物を設置する空間である。試験室５は断熱槽３の内壁と仕切り壁７によって６面が囲まれた空間である。

【0028】

環境試験装置１の空調空間１５には、空調機器１０と送風機１１が内蔵されている。空調機器１０は、冷却器６、加熱装置１７及び加湿装置８によって構成されている。
冷却器６は、冷却装置２０の蒸発器であり、内部に相変化する冷媒が流通するものである。
冷却装置２０は、圧縮機２１、凝縮器２２、膨張手段２３及び冷却器（蒸発器）６が環状に接続されたものであり、冷媒を圧縮し、凝縮し、膨張させて蒸発させ、冷却器（蒸発器）６の表面温度を低下させることができるものである。以下、この運転を通常冷却運転と称する。
また冷却装置２０は、図示しないホットガス導入回路を備えており、圧縮機２１で圧縮した高温状態の冷媒ガスを冷却器６に導入して冷却器６の表面に付着した霜を除去する除霜運転を行うことができる。

【0029】

さらに冷却装置２０は、霜無し運転を実施する機能を備えている。
即ち本実施形態で採用する冷却装置２０は、冷却器（蒸発器）６の下流側が分岐され、絞り側流路３０と、開放流路３１に分かれている。
絞り側流路３０には下流側絞り手段３２が設けられている。
開放流路３１は、下流側絞り手段３２をバイパスする流路であり、開閉弁３３が設けられている。

【0030】

霜無し運転では、開閉弁３３が閉じられて、冷媒が冷却器（蒸発器）６から絞り側流路３０を通過して圧縮機２１に戻る。その結果、下流側絞り手段３２によって冷却器（蒸発器）６内における冷媒の蒸発圧力が一定に制御される。
ここで冷媒の温度は、冷媒の蒸発圧力によって一義的に決まる。そのため冷却器（蒸発器）６内の冷媒が、気液混合状態（湿り蒸気）にある場合、冷媒の温度は、冷媒の蒸発圧力によって一義的に決まることとなる。従って冷却器（蒸発器）６の表面温度は一定となる。
本実施形態では、霜無し運転においては、冷却器（蒸発器）６の表面温度が氷点温度をわずかに超える様に下流側絞り手段３２の開度が調整されている。即ち冷却器（蒸発器）６の表面が結氷しない程度であって、比較的低い温度（摂氏０．２度から３度程度）となる様に下流側絞り手段３２の開度が調整されている。

【0031】

なお通常冷却運転を行う場合には、開閉弁３３が開放され、通常の冷却装置と同様に冷却器（蒸発器）６の表面温度が氷点温度を大きく下回る温度に低下する。

【0032】

加熱装置１７は、公知の電気ヒータである。
加湿装置８は、一種のボイラーであり、蒸気を放出するものである。空調空間１５には蒸気を放出する蒸気吹き出し口３５の部位だけがあり、加湿装置８の本体部分３６は、断熱槽３の外にある。
また本実施形態では、試験室５を減圧する必要から、本体部分３６と蒸気吹き出し口３５の間に蒸気供給弁３７が設けられている。蒸気供給弁３７は、公知の電磁弁等の開閉弁である。

【0033】

空調空間１５は、試験室５と環状に連通する空調通風路を構成するものであり、空調機器１０と送風機１１が内蔵されている。

【0034】

空調空間１５は、断熱槽３の一部に形成され、空気吹き出し部１６と空気導入部１８の２箇所で試験室５と連通している。
そのため送風機１１を起動すると、試験室５内の空気が空気導入部１８から空調空間１５内に導入される。そして空調空間１５が通風状態となり、空調機器１０に空気が接触して熱交換や湿度調整がなされ、空気吹き出し部１６から試験室５内に調整後の空気が吹き出される。
また空調空間１５の空気吹き出し部１６の近傍に、温度センサー１２と湿度センサー１３が設けられている。
環境試験装置１を使用する際には、送風機１１を運転して空調空間１５内を通風状態とし、温度センサー１２及び湿度センサー１３の検出値が、設定環境の温度及び湿度に近づく様に空調機器１０を制御する。
その結果、試験室５内に所望の環境が創出される。

【0035】

次に、本実施形態の環境試験装置１の構造物たる断熱槽３の構造について説明する。
断熱槽３は、図２、図３の様に内側筐体４０と、外側筐体４１が入れ子状に配された二重構造となっている。そして両者の間の断熱材充填空間４５に発泡材やグラスウール等の断熱材４２が充填されている。
なお図２は内側筐体４０及び外側筐体４１の断面斜視図であり、内側筐体４０及び外側筐体４１の正面壁に相当する部分は図示が省略されている。
内側筐体４０は、断熱槽３の内壁５０を構成するものであり、０．８ｍｍから２．０ｍｍ程度の薄い金属板で作られている。具体的には内側筐体４０は、ステンレススチールの板で作られている。

【0036】

これに対して外側筐体４１は、相当に厚い構造用鋼板によって作られている。外側筐体４１の厚さは内側筐体４０の厚さの５倍以上であり、より望ましくは８倍以上である。
外側筐体４１の内容積は、内側筐体４０の外容積よりも大きく、外側筐体４１は内側筐体４０の全周を覆い、両者の間に前記した断熱材充填空間４５がある。本実施形態では、内側筐体４０の一部に図示しない連通孔があり、内側筐体４０内と断熱材充填空間４５は連通していて通気性がある。

【0037】

本実施形態では、各図に示す様に、内側筐体４０の外側表面に、内壁加熱手段６０が設けられている。内壁加熱手段６０は、細い線状の電気ヒータであり、内側筐体４０の外側表面に、広く分布する様に配置されている。内壁加熱手段６０は、図示しないネジ等によって内側筐体４０の外側表面に、押し当てられている。
本実施形態では、内側筐体４０は、正面壁６１、奥面壁６２、天面壁６３、底面壁６５、左右側壁６７、６８の６面を有しているが、全ての壁の外側表面に、内壁加熱手段６０が取り付けられている。

【0038】

なお、断熱槽３のいずれかの面には前記した様に図示しない扉がある。本実施形態では、扉の部分についても、他の部分と同様に二重構造となっており、内側筐体４０に相当する部材の外側表面に、内壁加熱手段６０が設けられている。

【0039】

また内側筐体４０の内壁には、内側筐体４０の内壁の温度を検知する内壁温度センサー７０が設けられている。
さらに、前記した仕切り壁７の空調空間１５側にも、内壁加熱手段６０が取り付けられている。

【0040】

本実施形態では、前記した様に断熱槽３の内部に、仕切り壁７があり、仕切り壁７によって断熱槽３内が試験室５と空調空間１５に区切られている。
言い換えると、試験室５は、断熱槽３の正面壁６１、天面壁６３、底面壁６５、左右側壁６７、６８及び仕切り壁７で囲まれた空間である。なお、一般に断熱槽３の正面壁６１に扉（図示せず）があるので、正確には試験室５は、扉を含む正面壁６１、天面壁６３、底面壁６５、左右側壁６７、６８及び仕切り壁７で囲まれた空間である。
そして本実施形態では、前記した様に、断熱槽３の正面壁（扉がある場合には扉を含む）６１、天面壁６３、底面壁６５、左右側壁６７、６８及び仕切り壁７に内壁加熱手段６０が取り付けられているから、試験室５を構成する各内壁の全てを内壁加熱手段６０で昇温することができる。

【0041】

同様に、空調空間１５は、仕切り壁７と奥面壁６２（正確には他の壁の一部を含む）によって囲まれた空間である。
そして本実施形態では、前記した様に、仕切り壁７と奥面壁６２に内壁加熱手段６０が取り付けられているから、空調空間１５を構成する各内壁の全てを内壁加熱手段６０で昇温することができる。

【0042】

また本実施形態の環境試験装置１では、試験室５に開閉弁８６を介して真空ポンプ７１が配管接続されている。開閉弁８６は、公知の電磁弁等である。
さらに試験室５には、大気開放弁７２が配管接続されている。試験室５内には圧力センサー７３が設けられている。
試験室５内には、水受け傾斜７５があり、水受け傾斜７５の最下部は、排水弁７６を経由して外部と連通している。

【0043】

次に本実施形態の環境試験装置１の機能を着氷試験の手順に沿って説明する。
着氷試験は、次の工程を複数回繰り返すことによって実施される。
本実施形態では、次の工程を順次実施する。本実施形態の環境試験装置１では、図示しない制御装置に、次の工程を順次実行するプログラムが格納されており、当該工程が、所定の回数、自動的に繰り返される。
（１）冷却工程
試験室を低温環境とし、その中に被試験物をさらす。
（２）減圧工程
試験室内を減圧する。
（３）着氷準備工程（加熱工程）
試験室５の内壁を含む水蒸気通過流路を昇温する。
（４）着氷工程（加湿工程）
試験室内を加湿し、被試験物の表面で水蒸気を結露・結氷させる。
（５）融解工程
試験室内を加熱し、被試験物に付着した氷を融解させる。

【0044】

着氷試験は、図４の様に被試験物８０を試験室５内に設置して行う。ここで被試験物８０には、温度センサー（対象物温度センサーと称する）８１が取り付けられている。
以下、図９のフロチャート及び図４乃至図８を参照しつつ説明する。
着氷試験では、最初の工程として冷却工程が開始される（ステップ１）。
冷却工程は、冷却装置２０を通常冷却運転すると共に送風機１１を起動し、試験室５内の空気を空気導入部１８から空調空間１５内に導入して冷却し、試験室５内に戻すことによって試験室５内の温度を低下させる（図４）。
即ち冷却器（蒸発器）６の表面温度を氷点下に低下させ、ステップ２で試験室５内の温度が設定温度（例えば氷点下２０度（摂氏））まで低下するのを待つ。

【0045】

本実施形態では、対象物温度センサー８１によって被試験物８０の温度についても監視されており、ステップ３で被試験物８０の温度が例えば氷点下２０度（摂氏）に低下するのを待つ。
ステップ３で被試験物８０の温度が設定温度に低下したことが確認されると、続くステップ４、５で被試験物８０の温度が安定するのを待つ。
即ち被試験物８０の温度が設定温度に低下したことが確認されると、ステップ４で計時を開始し、ステップ５で所定の時間が経過すると、被試験物８０の温度が安定したと見なしてステップ６に移行し、冷却工程を終了する。

【0046】

続いてステップ７の減圧工程を行う。なお減圧工程の際に冷却工程を続けていてもよい。
減圧工程では、図５の様に、開閉弁８６を開くと共に真空ポンプ７１を起動して、試験室５内を減圧する。減圧工程においては、断熱槽３内を密閉する必要から、大気開放弁７２と排水弁７６及び蒸気供給弁３７は閉じられている。
送風機１１は、微速で駆動されている。

【0047】

そして圧力センサー７３によって、試験室５内の圧力が所定の上空高度に相当する圧力になるまで、減圧を続ける。
なお、本実施形態では、内側筐体４０は肉厚が薄く、剛性が低いが、内側筐体４０内と断熱材充填空間４５は連通していて通気性があり、内側筐体４０の内外の気圧はほぼ同じとなり、内側筐体４０に直接大気圧が掛からないから、内側筐体４０の変形が抑制される。
本実施形態では、大気圧は、主に外側筐体４１に掛かる。外側筐体４１は、剛性が高く、大気圧が掛かっても変形しにくい。

【0048】

ステップ８で、試験室５内の圧力が所定の圧力まで低下したことが確認されると、ステップ９に移行し、着氷準備工程（加熱工程）を開始する。着氷準備工程では、図６の様に、内壁加熱手段６０を駆動して各部を昇温すると共に、冷却装置２０の霜無し運転を実施する。

【0049】

その結果、加湿工程で水蒸気が触れる部位が氷点温度を超える温度に昇温される。
具体的には、試験室５の内壁５０と、空調空間１５の内壁が氷点温度を超える温度に昇温される。なお試験室５の内壁５０の温度が過度に高くなることは望ましくなく、氷点温度を僅かに超える温度を目標温度として昇温する。機能的には、試験室５の内壁５０等で、結氷が発生しにくい温度であり、具体的には、摂氏０．２度から２度程度である。
着氷準備工程（加熱工程）によって、試験室５を含む構造物であって、水蒸気が通過する部分が加熱されて昇温する。また空調機器１０の内、冷却器６の表面温度が、氷点温度を超える温度に昇温されて保温される。

【0050】

本実施形態では、試験室５を構成する構造物として、断熱槽３の正面壁６１、天面壁６３、底面壁６５、左右側壁６７、６８及び仕切り壁７が挙げられる。本実施形態では、前記した様に、断熱槽３の正面壁６１、天面壁６３、底面壁６５、左右側壁６７、６８及び仕切り壁７に内壁加熱手段６０が取り付けられており、試験室５を構成する構造物が加熱されて昇温する。
また本実施形態では、空調空間１５を構成する構造物として、仕切り壁７と奥面壁６２（正確には他の壁の一部を含む）が挙げられる。本実施形態では、前記した様に、仕切り壁７と奥面壁６２に内壁加熱手段６０が取り付けられており、空調空間１５を構成する構造物が加熱されて昇温する。

【0051】

断熱槽３の内壁の温度は、内壁温度センサー７０で監視され、内壁温度センサー７０で検知される温度が、摂氏０度を僅かに超えるまで内壁加熱手段６０に通電する。
また冷却装置２０が霜無し運転されることにより、冷却器６の表面温度が０度を超える温度に維持される。

【0052】

各部の昇温が完了したことがステップ１０で確認されると、ステップ１１に移行し、加湿工程が開始される。加湿工程においては、図７の様に、加湿装置８の本体部分３６を駆動すると共に蒸気供給弁３７を開き、蒸気吹き出し口３５から断熱槽３内に水蒸気（実際には加湿空気）を供給する。なお、実際には、時間を短縮するために、より早い時期に加湿装置８の本体部分３６の駆動が開始されて予熱されており、各部の昇温が完了したことがステップ１０で確認されると、蒸気供給弁３７を開き、蒸気吹き出し口３５から断熱槽３内に蒸気を供給する。
加湿工程においては、送風機１１は微速で回転され、水蒸気は空調空間１５を出て試験室５に導入される。
試験室５内の相対湿度が９５パーセント程度の高湿度環境となる様に加湿装置８が運転される。そして水蒸気が低温の被試験物８０と接触し、被試験物８０で着氷する。

【0053】

一方、水蒸気は、試験室５の内壁５０や、空調空間１５の内壁とも接触するが、これらの部分は、予め内壁加熱手段６０によって氷点を超える温度に昇温されているから、氷は発生しない。
そのため、加湿装置８から供給された蒸気は、その多くが被試験物８０で着氷に寄与する。

【0054】

試験室５の内壁５０の温度は、被試験物８０に比べて高いが、試験室５は減圧されており、熱を被試験物８０に伝える媒体たる空気が希薄であるから、試験室５の内壁５０の熱は、被試験物８０に伝わり難い。そのため被試験物８０は低温を維持し、多くの着氷が発生する。

【0055】

着氷工程（加湿工程）では、被試験物８０の表面で、水蒸気が相変化し、氷となるから、水蒸気の潜熱によって被試験物８０の温度が次第に上昇する。被試験物８０の表面温度は、対象物温度センサー８１で監視されており、当該温度が氷点温度を超えた所定の終了温度に至ると、ステップ１２からステップ１３に移行し、加湿工程を終了する。即ち図８の様に、加湿装置８の本体部分３６の駆動を停止すると共に蒸気供給弁３７を閉じ、蒸気吹き出し口３５から断熱槽３内への蒸気の供給を停止する。

【0056】

続くステップ１４で大気開放弁７２を開いて試験室５内を大気圧に戻す。さらにステップ１５に移行して、加熱装置１７を駆動して試験室５内を昇温し、被試験物８０に付着した氷を解かす。
氷が解けることによって発生する水は、水受け傾斜７５を流れ、排水弁７６が開かれて外部に排出される。

【0057】

排水が完了すると、図示しない制御装置のカウンターの数値ｎに１が追加される。カウンターの数値ｎが所定の繰り返し回数Ｎに達していなければ、ステップ１８がＮＯとなり、ステップ１に戻って再度同じ工程が繰り返される。
所定の繰り返し数だけ試験が行われると、着氷試験が終了する。

【0058】

以上説明した実施形態では、加湿工程において、試験室５内に全体的に水蒸気を供給したが、図１０に示す環境試験装置８５の様に、被試験物８０の周囲に、配管網８３を設け、配管網８３から被試験物８０に対して水蒸気を吹き付けたり、被試験物８０の周囲だけを水蒸気雰囲気としてもよい。

【0059】

以上説明した実施形態では、加湿工程に先立って試験室５の内壁５０等を加熱したが、加湿工程と並行して内壁５０等の加熱を行ってもよい。

【0060】

以上説明した環境試験装置１では、断熱槽３が二重構造となっており、内側を構成する壁の肉圧が薄い。
この構成によると、内壁５０の熱容量を小さくすることができ、内壁５０を短時間で昇温することができる。しかしながら本発明は、この構成に限定されるものではなく、内壁５０の厚さが厚いものであってもよい。

【0061】

以上説明した環境試験装置１では、加湿工程に先立って冷却装置２０の霜無し運転を実施した。加湿工程の際に冷却装置２０の霜無し運転を行うか否かは任意であり、加湿工程の際にも霜無し運転を続行して冷却器（蒸発器）６の表面温度を氷点温度を超える温度に保温してもよい。また加湿工程に際しては、冷却装置２０の運転を停止してもよい。
また着氷準備工程（加熱工程）において、冷却装置２０を霜無し運転することに代えて除霜運転によって冷却器（蒸発器）６の表面温度を上昇させてもよい。
冷却器６に小型のヒータを取り付けて冷却器（蒸発器）６の表面温度を上昇させてもよい。

【0062】

以上説明した環境試験装置１では、内壁加熱手段６０は、線状の電気ヒータであるが、他の形態の電気ヒータであってもよい。例えばブロック状や面状の電気ヒータであってもよい。また内壁加熱手段は、電気ヒータに限定されるものではなく、ヒートポンプを応用したものや、熱風を利用したものであってもよい。

【0063】

以上説明した環境試験装置１は、主に航空機の部品を試験対象とするものであり、減圧下で加湿する機能を有している。しかしながら、本発明は、航空機以外の部品を被試験物とする場合にも応用することができる。
例えば自動車等の車両や、携帯端末等の電子機器の着氷試験にも応用することができる。車両や、電子機器の着氷試験に本発明を応用する場合には、減圧工程を経ることなく、加湿を行う場合もある。

【0064】

以上説明した環境試験装置１では、内壁加熱手段６０を断熱槽３及び仕切り壁７の全面に設けたが、一部だけに設けてもよい。
以上説明した環境試験装置では、内壁加熱手段６０を内側筐体４０の外側表面に設けたが、内側筺体４０の内表面に取り付けられてもよいし、内側筺体４０や仕切り壁７内に埋め込まれていてもよい。

【符号の説明】

【0065】

１、８５ 環境試験装置
３ 断熱槽
５ 試験室
６ 冷却器
７ 仕切り壁
８ 加湿装置
１１ 送風機
１５ 空調空間
２０ 冷却装置
４０ 内側筐体
４１ 外側筐体
５０ 内壁
６０ 内壁加熱手段
７１ 真空ポンプ
８０ 被試験物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】