特許 7623236 温調空気供給装置

(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】

(24)【登録日】2025-01-20

(45)【発行日】2025-01-28

(54)【発明の名称】温調空気供給装置

(51)【国際特許分類】

   F24F 5/00 20060101AFI20250121BHJP

   G01N 17/00 20060101ALI20250121BHJP

   F24F 13/02 20060101ALI20250121BHJP

【ＦＩ】

F24F5/00 Z

G01N17/00

F24F13/02 H

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021105760

(22)【出願日】2021-06-25

(65)【公開番号】P2023004210

(43)【公開日】2023-01-17

【審査請求日】2024-01-29

(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】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100137143

【弁理士】

【氏名又は名称】玉串 幸久

(72)【発明者】

【氏名】田中 秀樹

(72)【発明者】

【氏名】石本 紘史

【審査官】河野 俊二

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－１６４９７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１２９０８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０４１７２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０７１１９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－０２１１４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５１３４６８４（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２４Ｆ ５／００

Ｇ０１Ｎ １７／００

Ｆ２４Ｆ １３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

加圧された空気が導入される配管と、
前記配管の先端に設けられるヒータと、を備え、
前記ヒータは、絶縁体からなる心棒と、空気を加熱可能に構成された加熱エレメントと、前記加熱エレメントを収容する外装体と、を有し、
前記加熱エレメントは、前記外装体内において前記心棒を取り囲むように配置され、
前記外装体の内面と前記心棒との間の空間のうちの前記加熱エレメントによって占められていない部分の断面積は、前記配管内の断面積の半分以下であり、
前記加熱エレメントは、前記ヒータから吹き出される前に前記外装体内を流れる空気の抵抗体として機能する、温調空気供給装置。

【請求項2】

前記加熱エレメントは、前記加熱エレメントと前記外装体の内面との間での空気の流れを許容しつつ空気の抵抗体として機能する、請求項１に記載の温調空気供給装置。

【請求項3】

前記加熱エレメントは、前記加熱エレメントと前記心棒との間での空気の流れが許容されるように前記心棒を取り囲みつつ空気の抵抗体として機能する、請求項１又は２に記載の温調空気供給装置。

【請求項4】

前記外装体は、前記配管が接続される一端部と、空気を吹き出すように開口した他端部と、前記一端部及び前記他端部間に位置して前記加熱エレメントを収容する中間部とを有し、前記中間部の内部空間が、前記一端部及び前記他端部の内側空間よりも大径である、請求項１から３の何れか１項に記載の温調空気供給装置。

【請求項5】

前記ヒータには、前記加熱エレメントよりも下流側の部分に、空気を撹拌可能なミキサーが設けられている、請求項１から４の何れか１項に記載の温調空気供給装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、温調空気供給装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、下記特許文献１に開示されているように、空気の温度を調整する空調部と、空調部で温度調整がされた空気を流通させる配管と、配管に接続されるとともに所定の検査領域を形成するフードと、を備えた温調空気供給装置が知られている。特許文献１に開示された温調空気供給装置では、空調部によって温度が調整された空気が配管を通して検査領域に吹き出されるため、検査領域の温度又は検査領域に配置された供試体の温度が所定の温度に調整される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特表２００９－５３０５８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示された温調空気供給装置は、フードによって形成された検査領域に空気を吹き出す構造であるため、フード内に吹き出すときの吹き出し音はあまり気にならない。ただし、吹き出し風量を上げる必要がある場合には、吹き出し音が気になるかもしれない。また、フードを設けずに所定の検査領域に温調空気を吹き出す構成を採用した場合には、吹き出し音がより気になるかもしれない。

【0005】

そこで、本発明は、前記従来技術を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、温度調整された空気を供試体に向けて吹き出す際の空気の吹き出し音を気になり難くすることにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記の目的を達成するため、本発明に係る温調空気供給装置は、加圧された空気が導入される配管と、前記配管の先端に設けられるヒータと、を備える。前記ヒータは、絶縁体からなる心棒と、空気を加熱可能に構成された加熱エレメントと、前記加熱エレメントを収容する外装体と、を有する。前記加熱エレメントは、前記外装体内において前記心棒を取り囲むように配置される。前記外装体の内面と前記心棒との間の空間のうちの前記加熱エレメントによって占められていない部分の断面積は、前記配管内の断面積の半分以下である。前記加熱エレメントは、前記ヒータから吹き出される前に前記外装体内を流れる空気の抵抗体として機能する。

【0007】

本発明に係る温調空気供給装置では、配管を流れた空気がヒータに流入し、このヒータを通過した所望の温度の空気が供試体に向けて吹き出される。ヒータにおいて外装体内に収容された加熱エレメントは、外装体内を流れる空気の抵抗体となる。したがって、外装体内を流れるうちに空気の圧力が低下するため、加圧された空気が配管に導入される場合であっても、ヒータから吹き出されるときには、温調された低圧の空気となる。したがって、供試体に向けて吹き出す際の空気の吹き出し音を気になり難くすることができる。
また、配管からヒータの外装体内における加熱エレメントが収容された部分に流入する際に、流路断面積が半分以下に低減されるため、ヒータが空気の流動抵抗となって空気が減圧される。したがって、ヒータから供試体に向けて吹き出されるときの空気の吹き出し音を気になり難くすることができる。

【0008】

前記加熱エレメントは、前記加熱エレメントと前記外装体の内面との間での空気の流れを許容しつつ空気の抵抗体として機能してもよい。

【0009】

この態様では、外装体内において、加熱エレメントと外装体の内面との間を空気が流れる際に空気の圧力が低下する。したがって、空気がヒータから吹き出されるときには、空気は温調された低圧の空気となるため、供試体に向けて吹き出す際の空気の吹き出し音を気になり難くすることができる。

【0010】

前記加熱エレメントは、前記加熱エレメントと前記心棒との間での空気の流れが許容されるように前記心棒を取り囲みつつ空気の抵抗体として機能してもよい。

【0011】

この態様では、外装体内において、加熱エレメントと心棒の外面との間を空気が流れる際に空気の圧力が低下する。したがって、空気がヒータから吹き出されるときには、空気は温調された低圧の空気となるため、供試体に向けて吹き出す際の空気の吹き出し音を気になり難くすることができる。

【0012】

前記外装体は、前記配管が接続される一端部と、空気を吹き出すように開口した他端部と、前記一端部及び前記他端部間に位置して前記加熱エレメントを収容する中間部とを有し、前記中間部の内部空間が、前記一端部及び前記他端部の内側空間よりも大径であってもよい。

【0014】

前記ヒータには、前記加熱エレメントよりも下流側の部分に、空気を撹拌可能なミキサーが設けられていてもよい。この態様では、ヒータから吹き出される空気に温度偏りが生ずることを抑制できる。

【発明の効果】

【0015】

以上説明したように、本発明によれば、温度調整された空気を供試体に向けて吹き出す際の空気の吹き出し音を気になり難くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】実施形態に係る温調空気供給装置を概略的に示す図である。

【図2】前記温調空気供給装置に設けられたヒータの断面図である。

【図3】その他の実施形態に係る温調空気供給装置に設けられたヒータの断面図である。

【図4】その他の実施形態に係る温調空気供給装置に設けられたヒータの一部を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

【0018】

本実施形態に係る温調空気供給装置は、供試体の温度又は供試体の周囲の温度を所定の温度に調整するために用いられ、供試体に向けて温度が調整された空気を吹き出すように構成されている。供試体は、例えば、万能試験機（引張試験機）、衝撃試験機、摩擦摩耗試験機等にセットされて材料試験の試験対象となるものであってもよい。その他、供試体は、電子モジュール等であって出力電流値、出力電圧値等の計測対象となるものであってもよい。

【0019】

図１に示すように、温調空気供給装置１０は、供試体に供給される空気を冷却可能な冷却部２５を有する装置本体１４を備えている。装置本体１４は、冷却部２５に加え、冷却部２５に空気を導く導入管１６と、冷却部２５を通過した空気が流れる導出管１８と、冷却部２５及び後述のヒータ３１等を制御する制御盤２０と、を備えている。

【0020】

導入管１６には、外部の供給源（図示省略）が接続され、供給源から導入管１６に空気が供給されるように構成されている。この供給源から供給される空気は、供試体に向けて吹き出すことができるように加圧された空気である。

【0021】

冷却部２５として、例えば、蒸気圧縮式冷凍サイクルが構成された冷凍機の蒸発器が用いられる。導入管１６に導入された空気は、冷却部２５において、所定の温度に冷却される。

【0022】

導出管１８には、流量調整弁２８が設けられている。冷却部２５を通過した空気は、流量調整弁２８によって流量が調整された上で、導出管１８を通して装置本体１４から導出される。なお、流量調整弁２８は冷却部２５の上流側に設けられてもよい。また、流量調整弁２８を省略してもよい。

【0023】

制御盤２０は、後述の温度検出器３２によって検出された温度が所定の温度になるように、冷却部２５及びヒータ３１を制御する。また、制御盤２０は、所定の空気流量になるように流量調整弁２８を制御する。なお、流量調整弁２８は、制御盤２０によって制御されるのではなく、手動式の弁によって構成されてもよい。

【0024】

導出管１８には、導出管１８から導出された空気を流す配管３０が接続されている。配管３０は、柔軟な素材で構成されていて、柔軟に曲げることができる。配管３０は、断熱されているため、配管３０内の空気の温度が変化しにくい。

【0025】

配管３０には、ヒータ３１が設けられている。ヒータ３１は、配管３０の先端に設けられ、配管３０を流れた空気を加熱可能に構成されている。ヒータ３１を通過した空気は、ヒータ３１から吹き出される。

【0026】

ヒータ３１の下流側端部には、温度検出器３２が設けられている。温度検出器３２は、ヒータ３１の後述する加熱エレメント３４（図２参照）の周囲を流れた空気の温度を検出し、検出温度を示す信号を出力する。この信号は、装置本体１４の制御盤２０に送られる。

【0027】

図２に示すように、ヒータ３１は、加熱エレメント３４と、加熱エレメント３４を収容する構成の外装体３６と、を有する。

【0028】

外装体３６は、金属製の管状の管本体３６ａと、管本体３６ａの内周面に固定された電気絶縁性の内管３６ｂと、を含む。内管３６ｂは、少なくとも加熱エレメント３４が配置される領域において管本体３６ａに取り付けられている。なお、加熱エレメント３４が電気絶縁性の被覆で覆われていて、管本体３６ａ及び加熱エレメント３４間の電気的絶縁が確保されている場合には、内管３６ｂを省略し、外装体３６を金属製の部材で構成することもできる。また、管本体３６ａが絶縁材料で構成される場合は、内管３６ｂを省略してもよい。

【0029】

管本体３６ａ（外装体３６）は、一方向に延びる形状に形成されている。管本体３６ａ（外装体３６）内には空間（内部空間）Ｓ１があり、空間（内部空間）Ｓ１は、長手方向の一端部３６ｃにおいて開口するとともに他端部３６ｄにおいて開口する。

【0030】

管本体３６ａ（外装体３６）の一端部３６ｃには、第１継手３８が設けられており、この第１継手３８を介して配管３０が接続される。配管３０に外装体３６が接続されると、配管３０内の空間は外装体３６の内部空間Ｓ１に連通する。

【0031】

管本体３６ａ（外装体３６）の他端部３６ｄは、内部空間Ｓ１が開口して空気の吹き出し部を構成する。

【0032】

また、管本体３６ａ（外装体３６）の他端部３６ｄには、図外の吹き出し配管を接続可能なように第２継手４０が設けられている。すなわち、外装体３６の他端部３６ｄの開口を供試体に向けて、この開口から吹き出される空気が供試体に直接吹き付けられるようにしてもよいが、第２継手４０に図外の吹き出し配管を接続して、吹き出し配管を通して吹き出された空気が供試体に吹き付けられるようにしてもよい。

【0033】

第２継手４０には、温度検出器３２が取り付けられている。温度検出器３２は、加熱エレメント３４を通過してヒータ３１から吹き出される空気の温度を検出する。なお、温度検出器３２は、第２継手４０に取り付けられるのではなく、管本体３６ａ（外装体３６）の他端部３６ｄに取り付けられていてもよい。この場合でも、温度検出器３２は、加熱エレメント３４を通過した空気の温度を検出する。

【0034】

外装体３６は、化粧板４２によって覆われており、外装体３６と化粧板４２との間の空間には断熱材４４が設けられている。なお、断熱材４４及び化粧板４２は省略可能である。

【0035】

外装体３６の一端部３６ｃと他端部３６ｄとの間の中間部３６ｅは、一端部３６ｃ及び他端部３６ｄよりも大径に構成されている。つまり、外装体３６の中間部３６ｅの内径は一端部３６ｃ及び他端部３６ｄの内径よりも大きい。この中間部３６ｅは、加熱エレメント３４を収容する収容部として機能する。内管３６ｂは管本体３６ａの中間部３６ｅにおける内周面に設けられている。なお、中間部３６ｅの内径は一端部３６ｃ及び他端部３６ｄの内径と同じであってもよい。

【0036】

加熱エレメント３４は、電気を導通させることによって発熱する線材からなり、絶縁体からなる心棒４６の周囲を取り囲むように配置されている。すなわち、加熱エレメント３４は、外装体３６の中間部３６ｅと心棒４６とによって区画される空間（収容空間Ｓ２）に配置されている。なお、収容空間Ｓ２は、内部空間Ｓ１の一部である。

【0037】

加熱エレメント３４は、心棒４６の周囲に巻回されつつ、心棒４６の延びる方向の所定範囲に亘って配置されている。温度検出器３２は加熱エレメント３４から下流側に少し離れた位置に配置されている。なお、心棒４６がなくても加熱エレメント３４の保形性が確保されるのであれば、心棒４６を省略することも可能である。

【0038】

加熱エレメント３４の一端に繋がる一方のリード線４７は、心棒４６の中央に形成された貫通孔４６ａ内に挿通されており、心棒４６の基端から引き出された上で外装体３６の外側に引き出されている。加熱エレメント３４の他端に繋がるもう一方のリード線４８は貫通孔４６ａに挿通されることなく、外装体３６の外側に引き出されている。

【0039】

外装体３６の中間部３６ｅと心棒４６とによって区画される収容空間Ｓ２における、空気の流れる方向（内部空間Ｓ１の延びる方向）に垂直な方向の断面積は、配管３０内の空間における空気の流れる方向に垂直な方向の断面積とほぼ同じか、それよりも小さい。そして、収容空間Ｓ２に加熱エレメント３４が配置されており、加熱エレメント３４は、収容空間Ｓ２における空気の流れる方向に垂直な方向の断面積の半分以上（又は７０％以上）を占めている。このため、収容空間Ｓ２において加熱エレメント３４によって占められていない部分における、空気の流れる方向に垂直な方向の断面積は、配管３０内の空間における空気の流れる方向に垂直な方向の断面積よりもかなり小さくなっている。したがって、加熱エレメント３４は、収容空間Ｓ２内を流れる空気の抵抗体として機能する。

【0040】

加熱エレメント３４は、外装体３６の内面に接触していてもよく、あるいは外装体３６の内面から離間していてもよい。ただし、加熱エレメント３４と外装体３６の内面との間の隙間幅はごく僅かであることが望ましい。この場合、加熱エレメント３４と外装体３６の内面との間を空気が流れることがある。このため、加熱エレメント３４は収容空間Ｓ２を流れる空気の抵抗体として機能する。なお、加熱エレメント３４が外装体３６の内面に接触しないように配置される場合であっても、加熱エレメント３４が発熱して膨張すると、加熱エレメント３４が外装体３６に接触する場合があり得る。

【0041】

また、加熱エレメント３４は心棒４６に密着しておらず僅かな隙間を有し、心棒４６の長手方向における加熱エレメント３４の変位が許容されている。このため、空気が収容空間Ｓ２を流れるときには、空気が加熱エレメント３４と心棒４６との間を流れることがある。したがって、加熱エレメント３４は、加熱エレメント３４と心棒４６との間での空気の流れが許容されるように心棒４６を取り囲みつつ空気の抵抗体として機能する。なお、加熱エレメント３４と心棒４６との間に隙間が形成されている必要はなく、空気が流れる際の圧力で加熱エレメント３４が変位することによって、加熱エレメント３４と心棒４６との間に僅かな隙間ができて、その隙間を空気が流れる構成であってもよい。

【0042】

また、加熱エレメント３４は、互いに隣接する線材間に僅かな隙間を有する。このため、空気は巻回された加熱エレメント３４において互いに隣接する線材間をも通過し、このことによっても空気は減圧される。なお、加熱エレメント３４において、互いに隣接する線材間に隙間が形成されていない構成であっても、空気が流れる際の圧力によって線材間に僅かな隙間ができて、この隙間を空気が流れる構成であってもよい。

【0043】

本実施形態に係る温調空気供給装置１０では、冷却部２５及びヒータ３１が、温度検出器３２の検出温度に基づいて制御盤２０によって能力制御されており、装置本体１４の導入管１６に導入された空気（圧縮空気）は、冷却部２５において冷却される。なお、必ずしも冷却部２５による冷却が行われるとは限らない。

【0044】

冷却部２５を通過した空気は、流量調整弁２８によって流量が調整され、導出管１８を通して配管３０に流入する。配管３０を流れた空気は、ヒータ３１に流入し、外装体３６の内部空間Ｓ１を流れる。そして、空気は加熱エレメント３４を収容する収容空間Ｓ２に流入して、加熱エレメント３４によって加熱される。なお、設定された目標の温度によっては、空気が加熱エレメント３４によって加熱されない場合もある。

【0045】

空気は外装体３６の内面と心棒４６とによって区画される収容空間Ｓ２を流れる際、加熱エレメント３４が空気の流れの抵抗体となるため、外装体３６内を流れることによって、空気の圧力は低減される。収容空間Ｓ２を通過した所定の温度の空気はヒータ３１から供試体に向けて吹き出されるが、このとき空気の圧力が低減されているため、吹き出し音が低減されている。

【0046】

以上説明したように、本実施形態に係る温調空気供給装置１０では、配管３０を流れた空気がヒータ３１に流入し、このヒータ３１を通過した所望の温度の空気が供試体に向けて吹き出される。ヒータ３１において外装体３６内に収容された加熱エレメント３４は、外装体３６内を流れる空気の抵抗体となる。したがって、外装体３６内を流れるうちに空気の圧力が低下するため、加圧された空気が配管３０に導入される場合であっても、ヒータ３１から吹き出されるときには、温調された低圧の空気となる。したがって、供試体に向けて吹き出す際の空気の吹き出し音を気になり難くすることができる。

【0047】

また、外装体３６内において、加熱エレメント３４と外装体３６の内面との間を空気が流れる際に空気の圧力が低下し、また加熱エレメント３４と心棒４６の外面との間を空気が流れる際に空気の圧力が低下する。したがって、空気がヒータ３１から吹き出されるときには、空気は温調された低圧の空気となるため、供試体に向けて吹き出す際の空気の吹き出し音を気になり難くすることができる。

【0048】

また、空気が配管３０からヒータ３１の外装体３６の収容空間Ｓ２内に流入する際に、流路断面積が半分以下に低減される。このため、ヒータ３１が空気の流動抵抗となって空気が減圧される。したがって、ヒータ３１から供試体に向けて吹き出されるときの空気の吹き出し音を気になり難くすることができる。

【0049】

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明は、前記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。例えば、前記実施形態では、加熱エレメント３４の収容空間Ｓ２において、外装体３６の内面と加熱エレメント３４との間を空気が流れ得る構成としているが、これに限られるものではない。空気が加熱エレメント３４と心棒４６との間のみを流れる構成であってもよい。

【0050】

また、加熱エレメント３４の収容空間Ｓ２において、加熱エレメント３４と心棒４６との間を空気が流れ得る構成としているが、これに限られるものではない。空気が外装体３６の内面と加熱エレメント３４との間のみを流れる構成であってもよい。また、加熱エレメント３４の収容空間Ｓ２において、外装体３６の内面と加熱エレメント３４との間及び加熱エレメント３４と心棒４６との間を空気が流れ得る構成としているが、これに限られるものではない。加熱エレメント３４において、空気が互いに隣接する線材間のみを流れる構成であってもよい。

【0051】

また、収容空間Ｓ２のうちの加熱エレメント３４によって占められていない部分の断面積が、配管３０内の断面積の半分以下である構成としているが、導入される空気の圧力が余り高くない場合には、これに限られるものではない。

【0052】

図３に示すように、ヒータ３１には、空気を撹拌可能なミキサー５０が設けられていてもよい。ミキサー５０は、加熱エレメント３４を通過した空気において、周方向の温度偏りを緩和するものであり、外装体３６の内部空間Ｓ１において加熱エレメント３４よりも下流側の部分（他端部３６ｄ）に配置されている。ミキサー５０が設けられることにより、ヒータ３１から吹き出される空気に温度偏りが生ずることを抑制できる。また、ミキサー５０が設けられることによって、吹き出し音の低減効果をより高められる可能性もある。

【0053】

図３においては、ミキサー５０が温度検出器３２よりも上流側（加熱エレメント３４と温度検出器３２との間）に配置されているが、この構成に代え、ミキサー５０は、温度検出器３２よりも下流側に配置されていてもよい。この場合、ミキサー５０を交換しやすくなる。

【0054】

図４に示すように、第２継手４０に、ミキサー５０を内蔵する吹き出し配管５２が接続されてもよい。ヒータ３１を通過した空気はこの吹き出し配管５２を通して吹き出される。この場合、温度検出器３２の上流側及び下流側の双方にミキサー５０が配置される構成となる。なお、管本体３６ａ（外装体３６）の他端部３６ｄに設けられたミキサー５０を省略してもよい。

【符号の説明】

【0055】

１０ ：温調空気供給装置
３０ ：配管
３１ ：ヒータ
３４ ：加熱エレメント
３６ ：外装体
４６ ：心棒
５０ ：ミキサー
Ｓ２ ：収容空間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】