恒温恒湿器
【課題】外気温度よりも低い温度の空気が生成可能な恒温恒湿器を提供する。
【解決手段】ヒートパイプ２の一端部に設置された吸熱部３と、ヒートパイプ２の他端部に設置された、ペルチェ素子８を用いて構成された第２放熱部６と、第２放熱部６と吸熱部３との間の中間位置に設置された、フィン７ａを有する第１放熱部５とを備える冷却ユニット１を構成し、該冷却ユニット１を断熱壁２１及び仕切壁１７を貫通させて、吸熱部３が、空調室Ｓ１における加熱器１５と加湿器１６との間の適所に配置され、第１放熱部５が第１熱源調整室Ｓ２内に、第２放熱部６が第２熱源調整室Ｓ３内にそれぞれ配置されるように構成した。
【解決手段】ヒートパイプ２の一端部に設置された吸熱部３と、ヒートパイプ２の他端部に設置された、ペルチェ素子８を用いて構成された第２放熱部６と、第２放熱部６と吸熱部３との間の中間位置に設置された、フィン７ａを有する第１放熱部５とを備える冷却ユニット１を構成し、該冷却ユニット１を断熱壁２１及び仕切壁１７を貫通させて、吸熱部３が、空調室Ｓ１における加熱器１５と加湿器１６との間の適所に配置され、第１放熱部５が第１熱源調整室Ｓ２内に、第２放熱部６が第２熱源調整室Ｓ３内にそれぞれ配置されるように構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、目的とする温湿度の空気を生成する恒温恒湿器の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種半導体素子、電子回路等の信頼性評価、スクリーニング等のためにバーンイン処理を行ったり、各種物品や材料の耐熱性、耐湿性等を試験したりするために用いる恒温恒湿器が知られている。下記特許文献１には、この種の恒温恒湿器において、銅管内にアルコールを密封してなるヒートパイプを、熱媒蒸発側が空調室内に、熱媒凝縮側が空調室外に位置するように配置し、熱媒凝縮側の冷却をファンの動作により加減することにより、空調室内の温湿度を目標温湿度に設定する技術が開示されている。
【特許文献１】特許第２６０３４０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記特許文献１にあっては、熱媒凝縮側の冷却をファンの動作により加減する、すなわち、外気を用いて熱媒凝縮側を冷却する構成であるため、空調室内の温度を外気温度より下げることはできない。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、外気温度よりも低い温度の空気が生成可能な恒温恒湿器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】
【０００５】
請求項１に記載の発明は、試験室と、前記試験室内の空気の温湿度を目標の温湿度に調整するために設けられた空調室と、前記試験室と空調室との間で空気を循環させる送風部と、前記試験室から空調室に流入した空気を加湿するための加湿部と、前記空気を冷却するための冷却部とを備えた恒温恒湿器であって、前記冷却部は、前記空調室内に配置された吸熱部と、前記空調室外に配置された、第１の放熱部及び第２の放熱部を有する放熱部と、封入体内に封入された作動流体にヒートパイプ現象を生じさせて、前記吸熱部から前記放熱部に熱輸送を行うための熱輸送部とを備え、前記吸熱部及び前記第１、第２の放熱部は前記熱輸送部に熱的に接続され、前記第１の放熱部は、外気を冷却媒体として前記熱輸送部の熱を放出させるものであり、前記第２の放熱部は、前記熱輸送部の温度が外気温度よりも低温にまで下がるように前記熱輸送部の熱を放出させるものである。
【０００６】
この発明によれば、加湿部及び冷却部をともに作動させた場合、加湿部により前記空調室に流入した空気が加湿され、該空気が冷却部により冷却され、さらに、加熱が必要な場合には加熱され、この空気が前記試験室に供給される。
【０００７】
このような構成において、冷却部を、前記空調室内に配置された吸熱部と、前記空調室外に配置された、第１の放熱部及び第２の放熱部を有する放熱部と、封入体内に封入された作動流体にヒートパイプ現象を生じさせて、前記吸熱部から前記放熱部に熱輸送を行うための熱輸送部とを備えて構成し、前記吸熱部及び前記第１、第２の放熱部を前記熱輸送部に熱的に接続するとともに、前記第１の放熱部は、外気を冷却媒体として前記熱輸送部の熱を放出させるものとし、前記第２の放熱部は、前記熱輸送部の温度が外気温度よりも低温にまで下がるように前記熱輸送部の熱を放出させるものとしたので、従来のように第１の放熱部しか設けられていない場合に比して高い冷却性能を備えることができる。
【０００８】
すなわち、本発明によれば、試験室内の空気を第１の放熱部により外気を用いて冷却するため、試験室内の空気の温度を外気温度に向けて大きな放熱量で放熱させることができる上、第２の放熱部により、さらに外気温度よりも低い温度に冷却することができる。
【０００９】
また、前記第１の放熱部を前記第２の放熱部から離間して配置することで、一方の放熱部の冷熱を他方の放熱部が奪う虞が生じるのを回避することができ、高い冷却効率を得ることができる。なお、前記ヒートパイプ現象とは、吸熱部の位置にある作動流体が該吸熱部により吸収した熱により蒸発し、その作動流体の蒸気が放熱部に移動するとともに、放熱部による放熱作用により、該放熱部の位置に到達した前記蒸気が凝縮する現象をいう。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の恒温恒湿器において、前記第１の放熱部は、前記熱輸送部の熱輸送方向において前記第２の放熱部より前記吸熱部側に設置されているものである。
【００１１】
熱輸送部の各部位のうち、吸熱部に相当する部位を除くと、前記蒸気の移動先（到達部位）が最も高い温度となることから、本発明のように、熱輸送部の各部位のうち最も高い温度となる前述の部位に前記第２の放熱部を設置すると、第２の放熱部を熱輸送部の他の部位に設置する場合に比して高い冷却効率を得ることができ、より低い温度に到達させることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の恒温恒湿器において、前記試験室内の空気の温湿度を検出する温湿度検出部と、前記温湿度検出部の出力信号に基づいて、前記加湿部及び前記冷却部の動作を制御する制御部とを備えるものである。
【００１３】
この発明によれば、温湿度検出部により検出される温湿度に応じて、目標の温湿度を有する空気を生成することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の恒温恒湿器において、前記吸熱部の温度を検出する吸熱部温度検出部を備え、前記制御部は、前記吸熱部温度検出部により検出される温度が予め定められた温度に低下するまでの間のみ、前記第１の放熱部を動作させ、前記吸熱部温度検出部により検出される温度が予め定められた温度まで低下すると、前記第２の放熱部の作動を開始させるものである。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の恒温恒湿器において、前記吸熱部の温度を検出する吸熱部温度検出部と、前記第１の放熱部に外気を通気させるための外気循環部と、前記第１の放熱部における空気の通気を遮断するための通気遮断部とを備え、前記制御部は、前記吸熱部温度検出部により検出される温度が予め定められた温度に低下するまでの間のみ、前記第１の放熱部を動作させるとともに、前記通気遮断部による通気防止を解除させ、前記吸熱部温度検出部により検出される温度が予め定められた温度まで低下すると、前記第２の放熱部の作動を開始させるものである。
【００１６】
請求項４，５に記載の発明によれば、前記試験室内の空気を冷却させるべき期間、常に第２の放熱部を作動させる場合に比して、第２の放熱部の動作時間を可及的に抑制することができる。したがって、第２の放熱部が電力で駆動されるものである場合には、消費電力を可及的に抑制することができる。
【００１７】
また、第２の放熱部をペルチェ素子で構成した場合、第１の放熱部によって速やかに外気温度まで冷却された上で、ペルチェ素子によって外気温度よりも低い温度に冷却される。したがって、低い温度からペルチェ素子を作動させるため、前記試験室内の空気が高温の場合に、ペルチェ素子自体が低温化するのに多大なエネルギーを要するという状況が発生するのを回避し、第１の放熱部に比して放熱容量の小さいペルチェ素子でも速やかに試験室内の空気を冷却することができる。
【００１８】
なお、前記第１の放熱部における空気の通気を遮断とは、完全に通気を遮断する態様に限られず、若干の空気の流れや空気の漏れが残っている態様も含む。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載の恒温恒湿器において、外気温度を検出する外気温度検出部を備え、前記制御部は、前記吸熱部温度検出部により検出される温度が、前記外気温度検出部により検出される温度より予め定められた第１の温度だけ高い温度まで低下すると、前記第１の放熱部の放熱動作を停止させ、前記吸熱部温度検出部により検出される温度が、前記外気温度検出部により検出される温度より予め定められた、前記第１の温度より大きい第２の温度だけ高い温度まで低下すると、前記第２の放熱部による放熱動作を開始させるものである。
【００２０】
本発明によれば、前記第２の放熱部による放熱動作の開始タイミングを、前記吸熱部温度センサにより検出される温度が、前記外気温度センサにより検出される温度より予め定められた、前記第１の温度より大きい第２の温度だけ高い温度に達したタイミングとしたので、前記第１の放熱部による実質的な放熱動作を停止する前に、第２の放熱部を構成する部品自体の温度を或る温度まで低下させることが可能となる。よって、前述のような一時的な冷却スピードの低下を防止又は抑制することができる。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載の恒温恒湿器において、前記第２の放熱部は、ペルチェ素子を用いて構成されているものである。
【００２２】
この発明によれば、従来から利用されている部材を利用して、試験室内の空気を外気温度より低い温度まで低下することのできる恒温恒湿器を構成することができる。
【００２３】
請求項８に記載の発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載の恒温恒湿器において、前記第２の放熱部は、前記第１の放熱部より上方に配置されているものである。
【００２４】
この発明によれば、前記熱輸送部内で効率よく作動流体を循環させることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、外気温度よりも低い温度の空気が生成可能な恒温恒湿器を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る恒温恒湿器に備えられる冷却ユニットの一実施形態の機械的構成を示す側面図である。
【００２７】
図１に示すように、冷却ユニット１は、前記熱輸送部の一例としてのヒートパイプ２と、ヒートパイプ２の一端部に設置された吸熱部３と、ヒートパイプ２の他端側に設置された放熱部４とを備えている。なお、冷却ユニット１は、後述の断熱壁２１によって仕切られている。
【００２８】
ヒートパイプ２は、当該ヒートパイプ２の前記一端部において前記吸熱部３により吸収された熱を受け取り前記他端側に輸送するものであり、例えば銅やアルミニウム等の熱伝導性の高い材質で構成されたパイプ状のケース２ａと、真空状態の該ケース２ａの内部に封入された水やアルコール等の作動流体とを備えて構成されている。
【００２９】
吸熱部３は、冷却対象（後述する試験室内の空気）の熱を吸収し、該熱を前記作動流体に伝達するためのものであり、例えば、ケース２ａに嵌合する図略の基部と、該基部の外周面適所に複数立設されたフィン３ａとを有する。基部及びフィン３ａは、例えば銅やアルミニウム等の熱伝導性の高い材質で構成されている。フィン３ａは、試験室内の空気から熱を吸収し、吸収した熱を前記基部に伝達するものである。基部は、ヒートパイプ２に対して熱的に接触し、フィン３ａで吸収された熱を、前記ケース２ａを介して作動流体に伝達するものである。なお、吸熱部３の構造は前述のものに限られず、例えばフィン３ａを省略したものでもよい。ただし、フィン３ａは、当該フィン３ａが設けられていない場合に比して試験室内の空気と接触する接触面積を増大させ、吸熱部３の吸熱効率を高めるから、フィン３ａが省略されたものに比べてフィン３ａを有するものの方がより吸熱効率を向上することができる。
【００３０】
放熱部４は、ヒートパイプ２の前記一端部において熱を吸収した作動流体（蒸発した作動流体）が当該放熱部４の部位に移動したときに、該作動流体からその熱を放出させる（作動流体を凝縮させる）ためのものであり、第１放熱部５と第２放熱部６とを一定距離だけ離間して配置した構成を有する。第２放熱部６は、ヒートパイプ２の他端部に設置されており、第１放熱部５は、前記第２放熱部６と吸熱部３との間の中間位置に設置されている。
【００３１】
第１放熱部５は、ケース２ａに嵌合する図略の基部及び該基部の外周面に複数立設されたフィン７ａを備えたヒートシンク７を有する。ヒートシンク７は、例えば銅やアルミニウム等の熱伝導性の高い材質で構成されており、ヒートパイプ２に対して熱的に接触し、作動流体からケース２ａを介して伝達された熱をフィン７ａに伝達する。フィン７ａは、前記基部から熱を吸収し、吸収した熱を外部に放出するものである。なお、吸熱部３の構造は前述の構成に限られるものではなく、例えばフィン７ａを省略したものでもよい。ただし、フィン７ａは、当該フィン７ａが設けられていない場合に比してヒートシンク７が外気と接触する接触面積を増大させ、第１放熱部５の放熱効率を高めるものであるから、フィン７ａが省略されたものに比してフィン７ａを有するものの方がより放熱効率を向上することができる。また、第１放熱部５は必ずしもヒートシンク７を備える必要はなく、例えば、ヒートシンク７を介在させることなくフィン７ａを直接ヒートパイプ２に設置する態様も採用可能である。また、第１放熱部５を構成するものとして、前記ヒートシンク７の他、例えば、外気により温度設定された常温の水を封入したジャケットでもよい。
【００３２】
第２放熱部６は、例えばペルチェ素子８を用いて構成されている。ペルチェ素子８は、周知の構成であるので詳細な説明は行わないが、例えば、Ｐ型半導体とＮ型半導体とが交互に並列に並べられ、各半導体の一方の端部を基板（以下、第１の基板という）に接合するとともに、隣接する２つの半導体を１組として、各組ごとに、半導体の他方の端部をそれぞれ前記第１の基板と異なる基板（以下、第２の基板という）に接合した構成を有しており、各半導体及び基板により構成される直列回路に直流電流を供給することにより、前記第１、第２の基板のうち一方の基板が発熱側として、他方の基板が吸熱側としてそれぞれ作用するものである。ペルチェ素子８は、比較的高い熱伝導性を有する金属製の取付部材９を介してケース２ａに取り付けられている。なお、第２放熱部６を構成するものとして、前記ペルチェ素子８の他に、前記常温の水より低温の冷却水を冷却媒体とする周知の水冷式冷却器や、周知の蒸気圧縮式冷却器等も採用可能である。
【００３３】
ファン１０は、ペルチェ素子８の放熱側の基板に向けて送風動作を行うものであり、該基板による放熱効率を高めるためのものである。ファン１０は、前記外気循環部の一例である。なお、基板による放熱効率を高めるためのものとしては、前記ファン１０だけでなく、ヒートシンクや水冷ジャケットも採用可能である。
【００３４】
このような構成を有する冷却ユニット１においては、吸熱部３が設置されたヒートパイプ２の一端側（以下、吸熱側という）に位置する作動流体が、吸熱部３及びヒートパイプ２のケース２ａを介して試験室内の空気から熱（潜熱、気化熱）を吸収し、該作動流体が蒸発する。
【００３５】
ここで、冷却ユニット１を適切な設置態様で設置することで、吸熱側で吸熱した作動流体の蒸気は放熱側に略音速で移動する。放熱側に移動した作動流体の蒸気は、第１，第２放熱部５，６の作用により熱を放出することにより再び液化し、この液化した作動流体は再び吸熱側に還流する。冷却ユニット１は、このような作動流体の相変化や移動によって熱の移動を行う。
【００３６】
次に、このような冷却ユニット１を利用した恒温恒湿器１００について説明する。図２は、恒温恒湿器１００の構成を示す断面図である。
【００３７】
図２に示すように、恒温恒湿器１００は、例えば各種物品や材料の耐熱性や耐湿性等の試験を行うための試験室Ｒ１と、試験室Ｒ１内の空気（雰囲気）の温湿度を目標値に維持するためのスペースとしての空調室Ｓ１と、前記空調室Ｓ１と区画された第１熱源調整室Ｓ２及び第２熱源調整室Ｓ３とを有して構成されている。試験室Ｒ１及び空調室Ｓ１は、断熱壁２１で囲まれたスペースの適所に設置された仕切壁１３により、上下でそれぞれ連通部１１，１２を有する態様で仕切られてなる。
【００３８】
空調室Ｓ１の適所（例えば空調室Ｓ１の上部）には、送風動作を行うファン１４が設置されており、該ファン１４は、断熱壁２１で囲まれた試験室Ｒ１内及び空調室Ｓ１内の空気を所定の方向（図２では、矢印Ｘの方向）に循環させるためのものである。
【００３９】
空調室Ｓ１のうち前記ファン１４より上流側の適所には、空気を加熱するための加熱器１５が設置されており、さらにその上流側には、加湿器１６が設置されている。加湿器１６は、収容している水を電気ヒータ２５を用いて加熱することで蒸発させて、試験室Ｒ１から流入してくる空気に対して加湿するものである。これにより、飽和空気を生成することができ、恒温恒湿器１００は、この飽和空気を前記加熱器１５により加熱することで所望の湿度に調整する。
【００４０】
第１、第２熱源調整室Ｓ２、Ｓ３は、互いに平行に形成されているとともに、断熱壁２１の一外壁面２１ａに沿って空調室Ｓ１に隣接した態様で形成されており、前述した冷却ユニット１が、複数本、空調室Ｓ１及び第１、第２熱源調整室Ｓ２，Ｓ３に跨って配設されている。すなわち、図１では、ケース２ａが直線状に形成されたものを説明したが、ここでは、ケース２ａが第１放熱部５と第２放熱部６との間の適所で曲折成形されており、冷却ユニット１が第１、第２熱源調整室Ｓ２、Ｓ３の境界に設置された仕切壁１７と断熱壁２１とを貫通して設置されている。また、吸熱部３が、空調室Ｓ１の加熱器１５と加湿器１６との間の適所に配置されている一方、第１、第２放熱部５，６は一定の距離だけ離間して設けられており、第１放熱部５が第１熱源調整室Ｓ２に、第２放熱部６が第２熱源調整室Ｓ３にそれぞれ配置されている。第２放熱部６は、第１放熱部５より上方に配置されており、これにより、ケース２ａ内の作動流体が効率よく循環される。なお、図２では、ケース２ａが前記第１放熱部５と第２放熱部６との間の適所で曲折された形態を示しているが、これに限らず、ケース２ａが別の部位で曲折されたものでもよいし、曲折個所が複数存在してもよいし、或いは直線状に形成されたものでもよい。また、第１、第２熱源調整室Ｓ２、Ｓ３は、必ずしも互いに平行に形成されている必要は無い。
【００４１】
第１熱源調整室Ｓ２は、前記断熱壁２１の一外壁面２１ａと、該外壁面２１ａに対向する仕切壁１７と、該仕切壁１７の各端部と断熱壁２１の外壁面２１ａとの間に設置された、複数の孔（図示せず）を有するフィルタ１８，１９とを備えて構成されており、第１放熱部５は、この第１熱源調整室Ｓ２の略中央位置に配置されている。フィルタ１８の内側適所には、送風動作を行うファン２０が設置されており、このファン２０の作動により、第１熱源調整室Ｓ２の内部と外部との間で空気が循環する循環構造が構成されている。すなわち、ファン２０が作動すると、第１熱源調整室Ｓ２内の空気がフィルタ１８に形成された孔から外部に排出され、この排出により発生する負圧により、前記フィルタ１９を介して第１熱源調整室Ｓ２の外部から内部に外気が取り込まれることで、第１熱源調整室Ｓ２の内部と外部との間で空気が循環する。ファン２０は、前記外気循環部の一例である。
【００４２】
また、第１放熱部５の上下適所には、前述のようにしてフィルタ１９を介して外部から流入した空気が、第１放熱部５（ヒートシンク７）に当たるのを防止又は大幅に抑制するための通気遮断部の一例としての通気防止板２２，２３が、回動軸Ｏ１、Ｏ２に回動自在に軸支された状態で設置されている。通気防止板２２，２３は、フィルタ１９を介して外部から流入した空気が第１放熱部５に当たってもよい又は意図的に当てる場合には、実線で示す開放位置に駆動される一方、前記空気が第１放熱部５に当たるのを防止又は抑制する場合には、点線で示す閉鎖位置に駆動される。通気防止板２２，２３は、閉鎖位置に位置することで、第１放熱部５による放熱動作が実質的に実行されないようにすることを目的として設置されたものである。
【００４３】
通気防止板２２，２３が前記開放位置に位置するとき、フィルタ１９を介して外部から流入した空気は、第１放熱部５（ヒートシンク７）を通過するため、第１放熱部５による放熱効率を高める。なお、第１放熱部５の紙面と直交する方向における両側に通気スペースがある場合には、通気防止板２２，２３が前記閉鎖位置に位置するときに、フィルタ１９を介して外部から流入した空気はその通気スペースを通ってフィルタ１８から外部に排出される。前記通気スペースは必ずしも設ける必要はない。また、前記通気遮断部は、前記通気防止板２２，２３に限らず、前記通気防止板２２，２３が閉鎖位置に位置する時の状態で固定された固定板でもよく、この場合にも、第１放熱部５の紙面と直交する方向における両側に通気スペースを設け、フィルタ１９を介して外部から流入した空気はその通気スペースを通ってフィルタ１８から外部に排出されるようにしてもよい。要は、第１放熱部５を少なくとも図２の上下方向に空気が流れるのを規制又は大幅に抑制できるものであればよい。
【００４４】
第２熱源調整室Ｓ３は、前記仕切壁１７と、該仕切壁１７に対向する対向壁２４と、該対向壁２４の各端部と前記仕切壁１７との間に設置された、複数の孔（図示せず）を有するフィルタ２５，２６とを備えて構成されており、第２放熱部６は、吸熱部３より上方となる位置に設置されている。
【００４５】
第２放熱部６に備えられるファン１０の作動により、第２熱源調整室Ｓ３の内部と外部との間で空気が循環する循環構造が構成されている。すなわち、ファン１０が作動すると、第２熱源調整室Ｓ３内の空気が対向壁２４に形成された図略の孔から外部に排出され、この排出により発生する負圧により、第２熱源調整室Ｓ３の外部から前記フィルタ２５，２６を介して第２熱源調整室Ｓ３の内部に外気が取り込まれることで、第２熱源調整室Ｓ３の内部と外部との間で空気が循環する。循環する空気は、ペルチェ素子８の放熱側の基板を通過し、これによりペルチェ素子８による放熱効率を高める。
【００４６】
図３は、恒温恒湿器１００の電気的な構成を示すブロック図である。図３に示すように、恒温恒湿器１００は、図１に示す冷却ユニット１と、雰囲気温湿度センサ１０１と、外気温度センサ１０２と、吸熱部温度センサ１０３と、ペルチェ温度センサ１０４と、入力操作部１０５と、制御部１０６とを備える。
【００４７】
雰囲気温湿度センサ１０１は、試験室Ｒ１内の空気（雰囲気）の温度及び湿度を検出するものであり、例えば、空調室Ｓ１から試験室Ｒ１に空気が流出する側の連通部１１よりやや下流側の位置（図２の点Ａで示す位置）に設置される。なお、雰囲気温湿度センサ１０１の設置位置は、前述の位置に限らず、例えば試験室Ｒ１から空調室Ｓ１に空気が流出する側の連通部１２よりやや上流側の位置（図２の点Ｂで示す位置）等に設置してもよい。
【００４８】
外気温度センサ１０２は、第１放熱部５による放熱動作で利用する外気の温度を検出するものであり、例えば、フィルタ１９よりやや下流側の位置（図２の点Ｃで示す位置）に設置される。吸熱部温度センサ１０３は、吸熱部３近傍の位置において空調室Ｓ１内の空気の温度を検出するものである。ペルチェ温度センサ１０４は、ペルチェ素子８の温度を検出するものであり、例えば、ペルチェ素子８の表面温度を検出する熱電対や測温低抗体が採用される。なお、ペルチェ温度センサ１０４は、前述の熱電対や測温低抗体に限定されず、前記表面温度を非接触方式で検出するものでもよい。ペルチェ温度センサ１０４の検出温度は、ペルチェ素子８の劣化や故障を防止するため、該ペルチェ素子８の温度が予め定められた温度を超えた場合に該ペルチェ素子８の駆動を停止するために設けられたセンサである。
【００４９】
入力操作部１０５は、恒温恒湿器１００の動作を開始又は終了させるための開始／終了ボタンや、試験室Ｒ１内の空気の目標温湿度を設定するための設定ボタン等、機械的なボタンやスイッチ、或いはタッチパネルディスプレイで構成される仮想的なボタン等を含むものである。
【００５０】
制御部１０６は、例えば制御プログラムを記憶するＲＯＭや一時的にデータを記憶するＲＡＭ等が内蔵されたマイクロコンピュータからなり、前記制御プログラムにより、機能的に、第１ファン駆動制御部１０６１と、第２ファン駆動制御部１０６２と、ペルチェ駆動制御部１０６３と、加湿制御部１０６４と、加熱制御部１０６５と、通気制御部１０６６とを有する。
【００５１】
第１ファン駆動制御部１０６１は、空調室Ｓ１に設置されたファン１４の駆動を制御するものであり、本実施形態においては、試験室Ｒ１内の空気の温湿度を調整する必要がある期間は、常時ファン１４を作動させる。第２ファン駆動制御部１０６２は、前記各温度センサ１０１〜１０３による検出温湿度と設定温湿度とに基づいて、第１熱源調整室Ｓ２に設置されたファン２０の駆動を制御するものである。ペルチェ駆動制御部１０６３は、前記各温度センサ１０１〜１０４による検出温湿度と設定温湿度とに基づいて、第２放熱部６を構成するペルチェ素子８の駆動及びファン１０の駆動を制御するものである。加湿制御部１０６４は、前記各温度センサ１０１〜１０４による検出温湿度と設定温湿度とに基づいて、加湿器１６による加湿動作を制御するものである。加熱制御部１０６５は、前記各温度センサ１０１〜１０４による検出温湿度と設定温湿度とに基づいて、加熱器１５による加熱動作を制御するものである。通気制御部１０６６は、前記各温度センサ１０１〜１０４による検出温湿度と設定温湿度とに基づいて、通気防止板２２，２３の回動位置を制御するものである。
【００５２】
第１ファン駆動制御部１０６１は、空調室Ｓ１内のファン１４を作動させることで、試験室Ｒ１と空調室Ｓ１との間で空気を循環させる。雰囲気温湿度センサ１０１により検出される試験室Ｒ１の雰囲気温度が、設定された温度と湿度とにより決定する露点温度（以下、設定露点温度という）より高い場合には、加湿制御部１０６４は、加湿器１６による加湿動作を停止し、第２ファン駆動制御部１０６２及び通気制御部１０６６とペルチェ駆動制御部１０６３とのうち少なくとも一つによって、冷却ユニット１に冷却動作（放熱動作）を行わせる。なお、第２ファン駆動制御部１０６２、通気制御部１０６６及びペルチェ駆動制御部１０６３により行われる制御内容については、後述する。
【００５３】
これにより、冷却ユニット１による冷却前の空気に含まれていた水蒸気の量が、冷却後の空気の温度に対応する飽和水蒸気量より多い場合には、その多い分だけ結露して除湿動作が行われることとなり、その結果、冷却ユニット１の吸熱部３を通過前後の空気を比較すると、吸熱部３を通過後の空気は、吸熱部３を通過前の空気に比べて露点温度が低下することとなる。
【００５４】
その後、加熱制御部１０６５は、加熱器１５に加熱動作を行わせ、除湿後の空気の温度を上昇させた空気がファン１４の作動により試験室Ｒ１に供給される。このような空気の循環が行われるうちに、試験室Ｒ１内の空気の温湿度が目標温湿度に近づく。
【００５５】
図４は、恒温恒湿器１００における制御部１０６の処理を示すフローチャートである。
【００５６】
図４に示すように、恒温恒湿器１００の図略の電源がＯＮされ（ステップ♯１でＹＥＳ）、入力操作部１０５により目標温湿度が設定された後（ステップ♯２でＹＥＳ）、動作開始指示が入力操作部１０５により行われると（ステップ♯３でＹＥＳ）、制御部１０６は、前記冷却ユニット１、加熱器１５及び加湿器１６を用いて前記試験室Ｒ１の雰囲気について温湿度の制御を実行する（ステップ♯４）。
【００５７】
そして、制御部１０６は、動作停止指示がなされるまで（ステップ♯５でＮＯ）、ステップ♯４の処理を実行し、動作停止指示がなされると（ステップ♯５でＹＥＳ）、温湿度の制御を停止する（ステップ♯６）。さらに、制御部１０６は、電源がＯＦＦされたか否かを判断し（ステップ♯７）、電源がＯＦＦされていないと判断した場合には（ステップ♯７でＮＯ）、ステップ♯２に戻り、電源がＯＦＦされたものと判断した場合には（ステップ♯７でＹＥＳ）、一連の処理を終了する。
【００５８】
次に、図４に示すフローチャートのステップ♯４における温湿度の制御について詳細に説明する。図５は、この温湿度制御を示す動作マトリックスを表した図である。図５（ａ）は、温度を横軸、湿度を縦軸として、目標に設定され得る温湿度の範囲を示したグラフであり、点線で示す範囲が目標に設定され得る温湿度の範囲を示している。また、その範囲を、（１）高温高湿領域、（２）高温低湿領域、（３）中温高湿領域、（４）中温低湿領域及び（５）低温高湿領域の５つの領域に分割したとき、本実施形態では、制御部１０６（第２ファン駆動制御部１０６２、通気制御部１０６６及びペルチェ駆動制御部１０６３）は、各温湿度領域（１）〜（５）で、通気防止板２２，２３、ファン２０及び第２放熱部６の動作を図５（ｂ）に示すように動作させる。なお、図５（ｂ）において、「中温」とは外気温度よりもやや高い温度であり、「低温」とは外気温度よりも低い温度である。また、試験室Ｒ１内の空気の初期温度は外気温度と略同一温度であり、また、初期湿度は、図５（ｂ）における「高湿」と「低湿」との間の湿度であるものとする。
【００５９】
また、通気防止板２２，２３は、閉鎖位置に位置することで、第１放熱部５による放熱動作が実質的に行われないようにすることを目的として設置されたものであるから、制御部１０６は、第１放熱部５に放熱動作を行わせないときには、ファン２０の駆動を停止するとともに通気防止板２２，２３を閉鎖位置に位置させる。また、第１放熱部５に放熱動作を行わせるときには、制御部１０６は、ファン２０を駆動するとともに通気防止板２２，２３を開放位置に位置させる。
【００６０】
制御部１０６は、（１）高温高湿領域では、通気防止板２２，２３を閉鎖位置に位置させるとともに、ファン２０及び第２放熱部６の作動を停止させる。これは、目標温湿度が高いため、第１、第２放熱部５，６に冷却動作を行わせる必要がないためである。なお、（１）高温高湿領域では、ペルチェ素子８に供給する電流の向きを逆向きにして、発熱側及び吸熱側として機能する基板が切り替わることにより、第２放熱部６に加熱動作を行わせるようにしてもよい。
【００６１】
また、制御部１０６は、（２）高温低湿領域では、高温高湿領域（１）と同様、通気防止板２２，２３を閉鎖位置に位置させるとともに、ファン２０及び第２放熱部６の作動を停止させる。なお、第２放熱部６に加熱動作を行わせるようにしてもよい。
【００６２】
制御部１０６は、（３）中温高湿領域では、加湿器１６で露点温度の飽和空気を生成し、この飽和空気を冷却するため通気防止板２２，２３を開放位置に位置させるとともにファン２０を作動させる一方、第２放熱部６の作動を停止させる。また、制御部１０６は、（４）中温低湿領域では、通気防止板２２，２３を開放位置に位置させるとともにファン２０を作動させる一方、第２放熱部６の作動を停止させて、第１放熱部５のみに放熱動作を行わせるか、或いは、通気防止板２２，２３を閉鎖位置に位置させるとともにファン２０の作動を停止させる一方、第２放熱部６を作動させて、第１放熱部５のみに放熱動作を行わせる。何れの制御を行うかは、目標温湿度の大小や目標温度と目標湿度との関係に応じて決定される。
【００６３】
また、制御部１０６は、（５）低温高湿領域では、通気防止板２２，２３を閉鎖位置に位置させるとともにファン２０の作動を停止させる一方、試験室Ｒ１内の空気の温度を外気温度より低い温度まで下げるため第２放熱部６を作動させる。これは、第２放熱部６による放熱動作と並行して第１放熱部５に実質的な放熱動作を行わせると、第１放熱部５において吸熱（蒸発）作用が発生することとなり、第２放熱部６の冷却性能を十分に活かすことができなくなるため、通気防止板２２，２３を閉鎖位置に位置させるとともにファン２０の作動を停止させている。
【００６４】
以上の制御は、試験室Ｒ１内の空気の初期温度が外気温度と略同一温度であることを前提としたものであるが、試験室Ｒ１内の空気の初期温度が外気温度と異なる温度である場合において、試験室Ｒ１内の空気を冷却する必要があるときには、制御部１０６は、次のような温湿度制御を行うとよい。
【００６５】
すなわち、制御部１０６は、目標温度が外気温度以上の場合と外気温度より低い場合とで異なる制御を行う。具体的には、制御部１０６は、試験室Ｒ１内の空気を外気温度以上の目標温度まで冷却させる場合には、通気防止板２２，２３を開放位置に位置させるとともに、ファン２０を作動させる一方、第２放熱部６の作動を停止させる。これは、第１放熱部５による放熱動作だけで、試験室Ｒ１内の空気を速やかに目標温度まで冷却することができるからである。
【００６６】
また、制御部１０６は、試験室Ｒ１内の空気を、外気温度を下回る目標温度まで冷却させる場合には、次のように制御する。すなわち、第２ファン駆動制御部１０６２は、図６に示すように、入力操作部１０５により冷却開始の指示がなされてから外気温度センサ１０２により検出された温度（以下、検出外気温度という）より所定温度αだけ高い温度（以下、第１判定温度という）に達するまでの間、ファン２０を作動させるとともに通気防止板２２，２３を開放位置に位置させる。
【００６７】
また、ファン２０の駆動停止タイミング及び通気防止板２２，２３の閉鎖位置への設定解除と、ペルチェ素子８との両方を並行して作動させると、吸熱部３と第２放熱部６との温度差が小さくなり、熱輸送量が減少して温度降下に時間がかかる。そこで、本実施形態では、温度降下のスピードが低下する前のタイミング、すなわち、検出吸熱部温度が前記検出外気温度より所定温度αだけ高い温度に達したタイミングでファン２０の駆動を停止し、且つ通気防止板２２，２３の開放位置への設定を解除するようにしている。
【００６８】
また、ペルチェ駆動制御部１０６３は、図６に示すように、ファン２０の動作により低下していく、前記吸熱部温度センサ１０３により検出される温度（以下、検出吸熱部温度という）が前記検出外気温度より所定温度β（β＞α）だけ高い温度（以下、第２判定温度という）に達するまでペルチェ素子８の駆動を待機し、前記検出吸熱部温度が前記第２判定温度に達すると、ペルチェ素子８の駆動を行う。
【００６９】
ペルチェ素子８の駆動開始タイミングを、検出吸熱部温度が前記検出外気温度より所定温度βだけ高い温度に達したタイミングに設定しているのは、次の理由に因る。すなわち、検出吸熱部温度が前記検出外気温度に達したタイミングに設定すると、ペルチェ素子８の吸熱量が小さく、該ペルチェ素子８をはじめとする第２放熱部６の構成部品自体の温度が、前記検出外気温度まで低下するのに所要の時間がかかる場合があり、この場合、前記所要の時間によって冷却スピードが一時的に低下することとなる。
【００７０】
そこで、ペルチェ素子８の駆動開始タイミングを、検出吸熱部温度が前記検出外気温度より所定温度βだけ高い温度に達したタイミングに設定することで、第１放熱部５によって検出吸熱部温度を前記検出外気温度まで低下させるまでの間に、第２放熱部６の構成部品自体の温度を前記検出外気温度まで低下させることができるから、冷却スピードの一時的な低下を防止又は抑制することができる。
【００７１】
以上のように、本実施形態では、従来のような外気を用いて熱媒凝縮側を冷却する構成（第１放熱部５）だけでなく、前述の第２放熱部６を設けたので、試験室Ｒ１内の空気の温度を外気温度まで速やかに冷却することができる上、第２放熱部６によって外気温度よりも低い温度に冷却することができる。
【００７２】
また、冷却ユニット１の吸熱部３を露点温度付近に制御することができるため、従来のような圧縮式冷却器等のように試験室Ｒ１から流入してきた空気を過度に冷却する（露点温度より大幅に低い温度まで冷却する）ことがない。これにより、冷却ユニット１（吸熱部３）の表面に結露する水の量が少なく、吸熱部３を始めとする冷却ユニット１の構成部品の腐食を抑制することができるとともに、従来に比して生成すべき水蒸気の量を抑制できるから、加湿器１６に備える水（加湿用の水）の量を従来に比して低減することができる。
【００７３】
また、ケース２ａの各部位のうち最も高い温度となる、前記吸熱部３と反対側の端部に第２放熱部６を設置したので、第２放熱部６を熱輸送部の他の部位に設置する場合に比して高い冷却効率を得ることができ、より低い温度に到達させることができる。
【００７４】
また、第２放熱部６をペルチェ素子で構成した場合、第１放熱部５によって速やかに外気温度まで冷却された上で、ペルチェ素子８によって外気温度よりも低い温度に冷却されることとなり、低い温度からペルチェ素子８を作動させるため、前記試験室Ｒ１内の空気が高温の場合に、ペルチェ素子８自体が低温化するのに多大なエネルギーを要するという状況が発生するのを回避し、第１放熱部５に比して放熱容量の小さいペルチェ素子８でも速やかに試験室Ｒ１内の空気を冷却することができる。
【００７５】
また、試験室Ｒ１内の空気を、外気温度を下回る目標温度まで冷却させる場合に、ファン２０の駆動及び通気防止板２２，２３の開放位置への設定を途中で停止・解除するようにしたので、ファン２０の駆動及び通気防止板２２，２３の開放位置への設定を途中で停止・解除しない場合に比して、第２放熱部６の冷却性能を十分に活かすことできる。
【００７６】
なお、本件は、前記実施形態の内容に加えて、またはそれに代えて次の実施形態も採用可能である。
【００７７】
（１）ペルチェ素子８への電流供給を停止してもしばらくの間は、第２放熱部６の各構成部品が低温の状態が続くことで、第２放熱部６により作動流体の冷却（吸熱）が行われ、これにより、試験室Ｒ１内の空気の温度が目標温度よりさらに低温側に移行することが考えられる。これに鑑みて、試験室Ｒ１内の空気が目標温度に達すると、ペルチェ素子８に供給する直流電流の向きを逆向きにして、吸熱側及び放熱側として機能する基板を切り替えることで、試験室Ｒ１内の空気の温度が目標温度よりさらに低温側に移行するのを防止又は抑制し、試験室Ｒ１内の空気の温度が目標温度に維持されるようにするとよい。また、冷却ユニット１の運転を停止する際にも、前述と同様にペルチェ素子８に逆向きの直流電流を供給して作動流体を外気温度に速やかに戻すようにしても良い。なお、ペルチェ素子８に供給する直流電流の向きの切替えは、自動的に（制御で）行うようにしてもよいし、或いは、操作ボタンを設けて手動で行われるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明に係る恒温恒湿器に備えられる冷却ユニットの一実施形態の機械的構成を示す図である。
【図２】恒温恒湿器の構成を示す断面図である。
【図３】恒温恒湿器の電気的な構成を示すブロック図である。
【図４】冷却装置における制御部の処理を示すフローチャートである。
【図５】ファン及びペルチェ素子の動作を示す動作マトリックスを示す図である。
【図６】目標温度が外気温度より低い場合における第１、第２放熱部の作動態様を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７９】
１ 冷却ユニット
２ ヒートパイプ
２ａ ケース
３ 吸熱部
３ａ，７ａ フィン
５，６ 第１、第２放熱部
７ ヒートシンク
８ ペルチェ素子
１０，２０ ファン
１１，１２ 連通部
１３ 仕切壁
１４ ファン
１５ 加熱器
１６ 加湿器
１７ 仕切壁
１８，１９，２５，２６ フィルタ
２１ 断熱壁
２１ａ 外壁面
２２，２３ 通気防止板
２４ 対向壁
１００ 恒温恒湿器
１０１ 雰囲気温湿度センサ
１０２ 外気温度センサ
１０３ 吸熱部温度センサ
１０４ ペルチェ温度センサ
１０５ 入力操作部
１０６ 制御部
１０６１，１０６２ 第１、第２ファン駆動制御部
１０６３ ペルチェ駆動制御部
１０６４ 加湿制御部
１０６５ 加熱制御部
１０６６ 通気制御部
Ｒ１ 試験室
Ｓ１ 空調室
Ｓ２，Ｓ３ 熱源調整室
【技術分野】
【０００１】
本発明は、目的とする温湿度の空気を生成する恒温恒湿器の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種半導体素子、電子回路等の信頼性評価、スクリーニング等のためにバーンイン処理を行ったり、各種物品や材料の耐熱性、耐湿性等を試験したりするために用いる恒温恒湿器が知られている。下記特許文献１には、この種の恒温恒湿器において、銅管内にアルコールを密封してなるヒートパイプを、熱媒蒸発側が空調室内に、熱媒凝縮側が空調室外に位置するように配置し、熱媒凝縮側の冷却をファンの動作により加減することにより、空調室内の温湿度を目標温湿度に設定する技術が開示されている。
【特許文献１】特許第２６０３４０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記特許文献１にあっては、熱媒凝縮側の冷却をファンの動作により加減する、すなわち、外気を用いて熱媒凝縮側を冷却する構成であるため、空調室内の温度を外気温度より下げることはできない。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、外気温度よりも低い温度の空気が生成可能な恒温恒湿器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】
【０００５】
請求項１に記載の発明は、試験室と、前記試験室内の空気の温湿度を目標の温湿度に調整するために設けられた空調室と、前記試験室と空調室との間で空気を循環させる送風部と、前記試験室から空調室に流入した空気を加湿するための加湿部と、前記空気を冷却するための冷却部とを備えた恒温恒湿器であって、前記冷却部は、前記空調室内に配置された吸熱部と、前記空調室外に配置された、第１の放熱部及び第２の放熱部を有する放熱部と、封入体内に封入された作動流体にヒートパイプ現象を生じさせて、前記吸熱部から前記放熱部に熱輸送を行うための熱輸送部とを備え、前記吸熱部及び前記第１、第２の放熱部は前記熱輸送部に熱的に接続され、前記第１の放熱部は、外気を冷却媒体として前記熱輸送部の熱を放出させるものであり、前記第２の放熱部は、前記熱輸送部の温度が外気温度よりも低温にまで下がるように前記熱輸送部の熱を放出させるものである。
【０００６】
この発明によれば、加湿部及び冷却部をともに作動させた場合、加湿部により前記空調室に流入した空気が加湿され、該空気が冷却部により冷却され、さらに、加熱が必要な場合には加熱され、この空気が前記試験室に供給される。
【０００７】
このような構成において、冷却部を、前記空調室内に配置された吸熱部と、前記空調室外に配置された、第１の放熱部及び第２の放熱部を有する放熱部と、封入体内に封入された作動流体にヒートパイプ現象を生じさせて、前記吸熱部から前記放熱部に熱輸送を行うための熱輸送部とを備えて構成し、前記吸熱部及び前記第１、第２の放熱部を前記熱輸送部に熱的に接続するとともに、前記第１の放熱部は、外気を冷却媒体として前記熱輸送部の熱を放出させるものとし、前記第２の放熱部は、前記熱輸送部の温度が外気温度よりも低温にまで下がるように前記熱輸送部の熱を放出させるものとしたので、従来のように第１の放熱部しか設けられていない場合に比して高い冷却性能を備えることができる。
【０００８】
すなわち、本発明によれば、試験室内の空気を第１の放熱部により外気を用いて冷却するため、試験室内の空気の温度を外気温度に向けて大きな放熱量で放熱させることができる上、第２の放熱部により、さらに外気温度よりも低い温度に冷却することができる。
【０００９】
また、前記第１の放熱部を前記第２の放熱部から離間して配置することで、一方の放熱部の冷熱を他方の放熱部が奪う虞が生じるのを回避することができ、高い冷却効率を得ることができる。なお、前記ヒートパイプ現象とは、吸熱部の位置にある作動流体が該吸熱部により吸収した熱により蒸発し、その作動流体の蒸気が放熱部に移動するとともに、放熱部による放熱作用により、該放熱部の位置に到達した前記蒸気が凝縮する現象をいう。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の恒温恒湿器において、前記第１の放熱部は、前記熱輸送部の熱輸送方向において前記第２の放熱部より前記吸熱部側に設置されているものである。
【００１１】
熱輸送部の各部位のうち、吸熱部に相当する部位を除くと、前記蒸気の移動先（到達部位）が最も高い温度となることから、本発明のように、熱輸送部の各部位のうち最も高い温度となる前述の部位に前記第２の放熱部を設置すると、第２の放熱部を熱輸送部の他の部位に設置する場合に比して高い冷却効率を得ることができ、より低い温度に到達させることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の恒温恒湿器において、前記試験室内の空気の温湿度を検出する温湿度検出部と、前記温湿度検出部の出力信号に基づいて、前記加湿部及び前記冷却部の動作を制御する制御部とを備えるものである。
【００１３】
この発明によれば、温湿度検出部により検出される温湿度に応じて、目標の温湿度を有する空気を生成することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の恒温恒湿器において、前記吸熱部の温度を検出する吸熱部温度検出部を備え、前記制御部は、前記吸熱部温度検出部により検出される温度が予め定められた温度に低下するまでの間のみ、前記第１の放熱部を動作させ、前記吸熱部温度検出部により検出される温度が予め定められた温度まで低下すると、前記第２の放熱部の作動を開始させるものである。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の恒温恒湿器において、前記吸熱部の温度を検出する吸熱部温度検出部と、前記第１の放熱部に外気を通気させるための外気循環部と、前記第１の放熱部における空気の通気を遮断するための通気遮断部とを備え、前記制御部は、前記吸熱部温度検出部により検出される温度が予め定められた温度に低下するまでの間のみ、前記第１の放熱部を動作させるとともに、前記通気遮断部による通気防止を解除させ、前記吸熱部温度検出部により検出される温度が予め定められた温度まで低下すると、前記第２の放熱部の作動を開始させるものである。
【００１６】
請求項４，５に記載の発明によれば、前記試験室内の空気を冷却させるべき期間、常に第２の放熱部を作動させる場合に比して、第２の放熱部の動作時間を可及的に抑制することができる。したがって、第２の放熱部が電力で駆動されるものである場合には、消費電力を可及的に抑制することができる。
【００１７】
また、第２の放熱部をペルチェ素子で構成した場合、第１の放熱部によって速やかに外気温度まで冷却された上で、ペルチェ素子によって外気温度よりも低い温度に冷却される。したがって、低い温度からペルチェ素子を作動させるため、前記試験室内の空気が高温の場合に、ペルチェ素子自体が低温化するのに多大なエネルギーを要するという状況が発生するのを回避し、第１の放熱部に比して放熱容量の小さいペルチェ素子でも速やかに試験室内の空気を冷却することができる。
【００１８】
なお、前記第１の放熱部における空気の通気を遮断とは、完全に通気を遮断する態様に限られず、若干の空気の流れや空気の漏れが残っている態様も含む。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載の恒温恒湿器において、外気温度を検出する外気温度検出部を備え、前記制御部は、前記吸熱部温度検出部により検出される温度が、前記外気温度検出部により検出される温度より予め定められた第１の温度だけ高い温度まで低下すると、前記第１の放熱部の放熱動作を停止させ、前記吸熱部温度検出部により検出される温度が、前記外気温度検出部により検出される温度より予め定められた、前記第１の温度より大きい第２の温度だけ高い温度まで低下すると、前記第２の放熱部による放熱動作を開始させるものである。
【００２０】
本発明によれば、前記第２の放熱部による放熱動作の開始タイミングを、前記吸熱部温度センサにより検出される温度が、前記外気温度センサにより検出される温度より予め定められた、前記第１の温度より大きい第２の温度だけ高い温度に達したタイミングとしたので、前記第１の放熱部による実質的な放熱動作を停止する前に、第２の放熱部を構成する部品自体の温度を或る温度まで低下させることが可能となる。よって、前述のような一時的な冷却スピードの低下を防止又は抑制することができる。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載の恒温恒湿器において、前記第２の放熱部は、ペルチェ素子を用いて構成されているものである。
【００２２】
この発明によれば、従来から利用されている部材を利用して、試験室内の空気を外気温度より低い温度まで低下することのできる恒温恒湿器を構成することができる。
【００２３】
請求項８に記載の発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載の恒温恒湿器において、前記第２の放熱部は、前記第１の放熱部より上方に配置されているものである。
【００２４】
この発明によれば、前記熱輸送部内で効率よく作動流体を循環させることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、外気温度よりも低い温度の空気が生成可能な恒温恒湿器を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る恒温恒湿器に備えられる冷却ユニットの一実施形態の機械的構成を示す側面図である。
【００２７】
図１に示すように、冷却ユニット１は、前記熱輸送部の一例としてのヒートパイプ２と、ヒートパイプ２の一端部に設置された吸熱部３と、ヒートパイプ２の他端側に設置された放熱部４とを備えている。なお、冷却ユニット１は、後述の断熱壁２１によって仕切られている。
【００２８】
ヒートパイプ２は、当該ヒートパイプ２の前記一端部において前記吸熱部３により吸収された熱を受け取り前記他端側に輸送するものであり、例えば銅やアルミニウム等の熱伝導性の高い材質で構成されたパイプ状のケース２ａと、真空状態の該ケース２ａの内部に封入された水やアルコール等の作動流体とを備えて構成されている。
【００２９】
吸熱部３は、冷却対象（後述する試験室内の空気）の熱を吸収し、該熱を前記作動流体に伝達するためのものであり、例えば、ケース２ａに嵌合する図略の基部と、該基部の外周面適所に複数立設されたフィン３ａとを有する。基部及びフィン３ａは、例えば銅やアルミニウム等の熱伝導性の高い材質で構成されている。フィン３ａは、試験室内の空気から熱を吸収し、吸収した熱を前記基部に伝達するものである。基部は、ヒートパイプ２に対して熱的に接触し、フィン３ａで吸収された熱を、前記ケース２ａを介して作動流体に伝達するものである。なお、吸熱部３の構造は前述のものに限られず、例えばフィン３ａを省略したものでもよい。ただし、フィン３ａは、当該フィン３ａが設けられていない場合に比して試験室内の空気と接触する接触面積を増大させ、吸熱部３の吸熱効率を高めるから、フィン３ａが省略されたものに比べてフィン３ａを有するものの方がより吸熱効率を向上することができる。
【００３０】
放熱部４は、ヒートパイプ２の前記一端部において熱を吸収した作動流体（蒸発した作動流体）が当該放熱部４の部位に移動したときに、該作動流体からその熱を放出させる（作動流体を凝縮させる）ためのものであり、第１放熱部５と第２放熱部６とを一定距離だけ離間して配置した構成を有する。第２放熱部６は、ヒートパイプ２の他端部に設置されており、第１放熱部５は、前記第２放熱部６と吸熱部３との間の中間位置に設置されている。
【００３１】
第１放熱部５は、ケース２ａに嵌合する図略の基部及び該基部の外周面に複数立設されたフィン７ａを備えたヒートシンク７を有する。ヒートシンク７は、例えば銅やアルミニウム等の熱伝導性の高い材質で構成されており、ヒートパイプ２に対して熱的に接触し、作動流体からケース２ａを介して伝達された熱をフィン７ａに伝達する。フィン７ａは、前記基部から熱を吸収し、吸収した熱を外部に放出するものである。なお、吸熱部３の構造は前述の構成に限られるものではなく、例えばフィン７ａを省略したものでもよい。ただし、フィン７ａは、当該フィン７ａが設けられていない場合に比してヒートシンク７が外気と接触する接触面積を増大させ、第１放熱部５の放熱効率を高めるものであるから、フィン７ａが省略されたものに比してフィン７ａを有するものの方がより放熱効率を向上することができる。また、第１放熱部５は必ずしもヒートシンク７を備える必要はなく、例えば、ヒートシンク７を介在させることなくフィン７ａを直接ヒートパイプ２に設置する態様も採用可能である。また、第１放熱部５を構成するものとして、前記ヒートシンク７の他、例えば、外気により温度設定された常温の水を封入したジャケットでもよい。
【００３２】
第２放熱部６は、例えばペルチェ素子８を用いて構成されている。ペルチェ素子８は、周知の構成であるので詳細な説明は行わないが、例えば、Ｐ型半導体とＮ型半導体とが交互に並列に並べられ、各半導体の一方の端部を基板（以下、第１の基板という）に接合するとともに、隣接する２つの半導体を１組として、各組ごとに、半導体の他方の端部をそれぞれ前記第１の基板と異なる基板（以下、第２の基板という）に接合した構成を有しており、各半導体及び基板により構成される直列回路に直流電流を供給することにより、前記第１、第２の基板のうち一方の基板が発熱側として、他方の基板が吸熱側としてそれぞれ作用するものである。ペルチェ素子８は、比較的高い熱伝導性を有する金属製の取付部材９を介してケース２ａに取り付けられている。なお、第２放熱部６を構成するものとして、前記ペルチェ素子８の他に、前記常温の水より低温の冷却水を冷却媒体とする周知の水冷式冷却器や、周知の蒸気圧縮式冷却器等も採用可能である。
【００３３】
ファン１０は、ペルチェ素子８の放熱側の基板に向けて送風動作を行うものであり、該基板による放熱効率を高めるためのものである。ファン１０は、前記外気循環部の一例である。なお、基板による放熱効率を高めるためのものとしては、前記ファン１０だけでなく、ヒートシンクや水冷ジャケットも採用可能である。
【００３４】
このような構成を有する冷却ユニット１においては、吸熱部３が設置されたヒートパイプ２の一端側（以下、吸熱側という）に位置する作動流体が、吸熱部３及びヒートパイプ２のケース２ａを介して試験室内の空気から熱（潜熱、気化熱）を吸収し、該作動流体が蒸発する。
【００３５】
ここで、冷却ユニット１を適切な設置態様で設置することで、吸熱側で吸熱した作動流体の蒸気は放熱側に略音速で移動する。放熱側に移動した作動流体の蒸気は、第１，第２放熱部５，６の作用により熱を放出することにより再び液化し、この液化した作動流体は再び吸熱側に還流する。冷却ユニット１は、このような作動流体の相変化や移動によって熱の移動を行う。
【００３６】
次に、このような冷却ユニット１を利用した恒温恒湿器１００について説明する。図２は、恒温恒湿器１００の構成を示す断面図である。
【００３７】
図２に示すように、恒温恒湿器１００は、例えば各種物品や材料の耐熱性や耐湿性等の試験を行うための試験室Ｒ１と、試験室Ｒ１内の空気（雰囲気）の温湿度を目標値に維持するためのスペースとしての空調室Ｓ１と、前記空調室Ｓ１と区画された第１熱源調整室Ｓ２及び第２熱源調整室Ｓ３とを有して構成されている。試験室Ｒ１及び空調室Ｓ１は、断熱壁２１で囲まれたスペースの適所に設置された仕切壁１３により、上下でそれぞれ連通部１１，１２を有する態様で仕切られてなる。
【００３８】
空調室Ｓ１の適所（例えば空調室Ｓ１の上部）には、送風動作を行うファン１４が設置されており、該ファン１４は、断熱壁２１で囲まれた試験室Ｒ１内及び空調室Ｓ１内の空気を所定の方向（図２では、矢印Ｘの方向）に循環させるためのものである。
【００３９】
空調室Ｓ１のうち前記ファン１４より上流側の適所には、空気を加熱するための加熱器１５が設置されており、さらにその上流側には、加湿器１６が設置されている。加湿器１６は、収容している水を電気ヒータ２５を用いて加熱することで蒸発させて、試験室Ｒ１から流入してくる空気に対して加湿するものである。これにより、飽和空気を生成することができ、恒温恒湿器１００は、この飽和空気を前記加熱器１５により加熱することで所望の湿度に調整する。
【００４０】
第１、第２熱源調整室Ｓ２、Ｓ３は、互いに平行に形成されているとともに、断熱壁２１の一外壁面２１ａに沿って空調室Ｓ１に隣接した態様で形成されており、前述した冷却ユニット１が、複数本、空調室Ｓ１及び第１、第２熱源調整室Ｓ２，Ｓ３に跨って配設されている。すなわち、図１では、ケース２ａが直線状に形成されたものを説明したが、ここでは、ケース２ａが第１放熱部５と第２放熱部６との間の適所で曲折成形されており、冷却ユニット１が第１、第２熱源調整室Ｓ２、Ｓ３の境界に設置された仕切壁１７と断熱壁２１とを貫通して設置されている。また、吸熱部３が、空調室Ｓ１の加熱器１５と加湿器１６との間の適所に配置されている一方、第１、第２放熱部５，６は一定の距離だけ離間して設けられており、第１放熱部５が第１熱源調整室Ｓ２に、第２放熱部６が第２熱源調整室Ｓ３にそれぞれ配置されている。第２放熱部６は、第１放熱部５より上方に配置されており、これにより、ケース２ａ内の作動流体が効率よく循環される。なお、図２では、ケース２ａが前記第１放熱部５と第２放熱部６との間の適所で曲折された形態を示しているが、これに限らず、ケース２ａが別の部位で曲折されたものでもよいし、曲折個所が複数存在してもよいし、或いは直線状に形成されたものでもよい。また、第１、第２熱源調整室Ｓ２、Ｓ３は、必ずしも互いに平行に形成されている必要は無い。
【００４１】
第１熱源調整室Ｓ２は、前記断熱壁２１の一外壁面２１ａと、該外壁面２１ａに対向する仕切壁１７と、該仕切壁１７の各端部と断熱壁２１の外壁面２１ａとの間に設置された、複数の孔（図示せず）を有するフィルタ１８，１９とを備えて構成されており、第１放熱部５は、この第１熱源調整室Ｓ２の略中央位置に配置されている。フィルタ１８の内側適所には、送風動作を行うファン２０が設置されており、このファン２０の作動により、第１熱源調整室Ｓ２の内部と外部との間で空気が循環する循環構造が構成されている。すなわち、ファン２０が作動すると、第１熱源調整室Ｓ２内の空気がフィルタ１８に形成された孔から外部に排出され、この排出により発生する負圧により、前記フィルタ１９を介して第１熱源調整室Ｓ２の外部から内部に外気が取り込まれることで、第１熱源調整室Ｓ２の内部と外部との間で空気が循環する。ファン２０は、前記外気循環部の一例である。
【００４２】
また、第１放熱部５の上下適所には、前述のようにしてフィルタ１９を介して外部から流入した空気が、第１放熱部５（ヒートシンク７）に当たるのを防止又は大幅に抑制するための通気遮断部の一例としての通気防止板２２，２３が、回動軸Ｏ１、Ｏ２に回動自在に軸支された状態で設置されている。通気防止板２２，２３は、フィルタ１９を介して外部から流入した空気が第１放熱部５に当たってもよい又は意図的に当てる場合には、実線で示す開放位置に駆動される一方、前記空気が第１放熱部５に当たるのを防止又は抑制する場合には、点線で示す閉鎖位置に駆動される。通気防止板２２，２３は、閉鎖位置に位置することで、第１放熱部５による放熱動作が実質的に実行されないようにすることを目的として設置されたものである。
【００４３】
通気防止板２２，２３が前記開放位置に位置するとき、フィルタ１９を介して外部から流入した空気は、第１放熱部５（ヒートシンク７）を通過するため、第１放熱部５による放熱効率を高める。なお、第１放熱部５の紙面と直交する方向における両側に通気スペースがある場合には、通気防止板２２，２３が前記閉鎖位置に位置するときに、フィルタ１９を介して外部から流入した空気はその通気スペースを通ってフィルタ１８から外部に排出される。前記通気スペースは必ずしも設ける必要はない。また、前記通気遮断部は、前記通気防止板２２，２３に限らず、前記通気防止板２２，２３が閉鎖位置に位置する時の状態で固定された固定板でもよく、この場合にも、第１放熱部５の紙面と直交する方向における両側に通気スペースを設け、フィルタ１９を介して外部から流入した空気はその通気スペースを通ってフィルタ１８から外部に排出されるようにしてもよい。要は、第１放熱部５を少なくとも図２の上下方向に空気が流れるのを規制又は大幅に抑制できるものであればよい。
【００４４】
第２熱源調整室Ｓ３は、前記仕切壁１７と、該仕切壁１７に対向する対向壁２４と、該対向壁２４の各端部と前記仕切壁１７との間に設置された、複数の孔（図示せず）を有するフィルタ２５，２６とを備えて構成されており、第２放熱部６は、吸熱部３より上方となる位置に設置されている。
【００４５】
第２放熱部６に備えられるファン１０の作動により、第２熱源調整室Ｓ３の内部と外部との間で空気が循環する循環構造が構成されている。すなわち、ファン１０が作動すると、第２熱源調整室Ｓ３内の空気が対向壁２４に形成された図略の孔から外部に排出され、この排出により発生する負圧により、第２熱源調整室Ｓ３の外部から前記フィルタ２５，２６を介して第２熱源調整室Ｓ３の内部に外気が取り込まれることで、第２熱源調整室Ｓ３の内部と外部との間で空気が循環する。循環する空気は、ペルチェ素子８の放熱側の基板を通過し、これによりペルチェ素子８による放熱効率を高める。
【００４６】
図３は、恒温恒湿器１００の電気的な構成を示すブロック図である。図３に示すように、恒温恒湿器１００は、図１に示す冷却ユニット１と、雰囲気温湿度センサ１０１と、外気温度センサ１０２と、吸熱部温度センサ１０３と、ペルチェ温度センサ１０４と、入力操作部１０５と、制御部１０６とを備える。
【００４７】
雰囲気温湿度センサ１０１は、試験室Ｒ１内の空気（雰囲気）の温度及び湿度を検出するものであり、例えば、空調室Ｓ１から試験室Ｒ１に空気が流出する側の連通部１１よりやや下流側の位置（図２の点Ａで示す位置）に設置される。なお、雰囲気温湿度センサ１０１の設置位置は、前述の位置に限らず、例えば試験室Ｒ１から空調室Ｓ１に空気が流出する側の連通部１２よりやや上流側の位置（図２の点Ｂで示す位置）等に設置してもよい。
【００４８】
外気温度センサ１０２は、第１放熱部５による放熱動作で利用する外気の温度を検出するものであり、例えば、フィルタ１９よりやや下流側の位置（図２の点Ｃで示す位置）に設置される。吸熱部温度センサ１０３は、吸熱部３近傍の位置において空調室Ｓ１内の空気の温度を検出するものである。ペルチェ温度センサ１０４は、ペルチェ素子８の温度を検出するものであり、例えば、ペルチェ素子８の表面温度を検出する熱電対や測温低抗体が採用される。なお、ペルチェ温度センサ１０４は、前述の熱電対や測温低抗体に限定されず、前記表面温度を非接触方式で検出するものでもよい。ペルチェ温度センサ１０４の検出温度は、ペルチェ素子８の劣化や故障を防止するため、該ペルチェ素子８の温度が予め定められた温度を超えた場合に該ペルチェ素子８の駆動を停止するために設けられたセンサである。
【００４９】
入力操作部１０５は、恒温恒湿器１００の動作を開始又は終了させるための開始／終了ボタンや、試験室Ｒ１内の空気の目標温湿度を設定するための設定ボタン等、機械的なボタンやスイッチ、或いはタッチパネルディスプレイで構成される仮想的なボタン等を含むものである。
【００５０】
制御部１０６は、例えば制御プログラムを記憶するＲＯＭや一時的にデータを記憶するＲＡＭ等が内蔵されたマイクロコンピュータからなり、前記制御プログラムにより、機能的に、第１ファン駆動制御部１０６１と、第２ファン駆動制御部１０６２と、ペルチェ駆動制御部１０６３と、加湿制御部１０６４と、加熱制御部１０６５と、通気制御部１０６６とを有する。
【００５１】
第１ファン駆動制御部１０６１は、空調室Ｓ１に設置されたファン１４の駆動を制御するものであり、本実施形態においては、試験室Ｒ１内の空気の温湿度を調整する必要がある期間は、常時ファン１４を作動させる。第２ファン駆動制御部１０６２は、前記各温度センサ１０１〜１０３による検出温湿度と設定温湿度とに基づいて、第１熱源調整室Ｓ２に設置されたファン２０の駆動を制御するものである。ペルチェ駆動制御部１０６３は、前記各温度センサ１０１〜１０４による検出温湿度と設定温湿度とに基づいて、第２放熱部６を構成するペルチェ素子８の駆動及びファン１０の駆動を制御するものである。加湿制御部１０６４は、前記各温度センサ１０１〜１０４による検出温湿度と設定温湿度とに基づいて、加湿器１６による加湿動作を制御するものである。加熱制御部１０６５は、前記各温度センサ１０１〜１０４による検出温湿度と設定温湿度とに基づいて、加熱器１５による加熱動作を制御するものである。通気制御部１０６６は、前記各温度センサ１０１〜１０４による検出温湿度と設定温湿度とに基づいて、通気防止板２２，２３の回動位置を制御するものである。
【００５２】
第１ファン駆動制御部１０６１は、空調室Ｓ１内のファン１４を作動させることで、試験室Ｒ１と空調室Ｓ１との間で空気を循環させる。雰囲気温湿度センサ１０１により検出される試験室Ｒ１の雰囲気温度が、設定された温度と湿度とにより決定する露点温度（以下、設定露点温度という）より高い場合には、加湿制御部１０６４は、加湿器１６による加湿動作を停止し、第２ファン駆動制御部１０６２及び通気制御部１０６６とペルチェ駆動制御部１０６３とのうち少なくとも一つによって、冷却ユニット１に冷却動作（放熱動作）を行わせる。なお、第２ファン駆動制御部１０６２、通気制御部１０６６及びペルチェ駆動制御部１０６３により行われる制御内容については、後述する。
【００５３】
これにより、冷却ユニット１による冷却前の空気に含まれていた水蒸気の量が、冷却後の空気の温度に対応する飽和水蒸気量より多い場合には、その多い分だけ結露して除湿動作が行われることとなり、その結果、冷却ユニット１の吸熱部３を通過前後の空気を比較すると、吸熱部３を通過後の空気は、吸熱部３を通過前の空気に比べて露点温度が低下することとなる。
【００５４】
その後、加熱制御部１０６５は、加熱器１５に加熱動作を行わせ、除湿後の空気の温度を上昇させた空気がファン１４の作動により試験室Ｒ１に供給される。このような空気の循環が行われるうちに、試験室Ｒ１内の空気の温湿度が目標温湿度に近づく。
【００５５】
図４は、恒温恒湿器１００における制御部１０６の処理を示すフローチャートである。
【００５６】
図４に示すように、恒温恒湿器１００の図略の電源がＯＮされ（ステップ♯１でＹＥＳ）、入力操作部１０５により目標温湿度が設定された後（ステップ♯２でＹＥＳ）、動作開始指示が入力操作部１０５により行われると（ステップ♯３でＹＥＳ）、制御部１０６は、前記冷却ユニット１、加熱器１５及び加湿器１６を用いて前記試験室Ｒ１の雰囲気について温湿度の制御を実行する（ステップ♯４）。
【００５７】
そして、制御部１０６は、動作停止指示がなされるまで（ステップ♯５でＮＯ）、ステップ♯４の処理を実行し、動作停止指示がなされると（ステップ♯５でＹＥＳ）、温湿度の制御を停止する（ステップ♯６）。さらに、制御部１０６は、電源がＯＦＦされたか否かを判断し（ステップ♯７）、電源がＯＦＦされていないと判断した場合には（ステップ♯７でＮＯ）、ステップ♯２に戻り、電源がＯＦＦされたものと判断した場合には（ステップ♯７でＹＥＳ）、一連の処理を終了する。
【００５８】
次に、図４に示すフローチャートのステップ♯４における温湿度の制御について詳細に説明する。図５は、この温湿度制御を示す動作マトリックスを表した図である。図５（ａ）は、温度を横軸、湿度を縦軸として、目標に設定され得る温湿度の範囲を示したグラフであり、点線で示す範囲が目標に設定され得る温湿度の範囲を示している。また、その範囲を、（１）高温高湿領域、（２）高温低湿領域、（３）中温高湿領域、（４）中温低湿領域及び（５）低温高湿領域の５つの領域に分割したとき、本実施形態では、制御部１０６（第２ファン駆動制御部１０６２、通気制御部１０６６及びペルチェ駆動制御部１０６３）は、各温湿度領域（１）〜（５）で、通気防止板２２，２３、ファン２０及び第２放熱部６の動作を図５（ｂ）に示すように動作させる。なお、図５（ｂ）において、「中温」とは外気温度よりもやや高い温度であり、「低温」とは外気温度よりも低い温度である。また、試験室Ｒ１内の空気の初期温度は外気温度と略同一温度であり、また、初期湿度は、図５（ｂ）における「高湿」と「低湿」との間の湿度であるものとする。
【００５９】
また、通気防止板２２，２３は、閉鎖位置に位置することで、第１放熱部５による放熱動作が実質的に行われないようにすることを目的として設置されたものであるから、制御部１０６は、第１放熱部５に放熱動作を行わせないときには、ファン２０の駆動を停止するとともに通気防止板２２，２３を閉鎖位置に位置させる。また、第１放熱部５に放熱動作を行わせるときには、制御部１０６は、ファン２０を駆動するとともに通気防止板２２，２３を開放位置に位置させる。
【００６０】
制御部１０６は、（１）高温高湿領域では、通気防止板２２，２３を閉鎖位置に位置させるとともに、ファン２０及び第２放熱部６の作動を停止させる。これは、目標温湿度が高いため、第１、第２放熱部５，６に冷却動作を行わせる必要がないためである。なお、（１）高温高湿領域では、ペルチェ素子８に供給する電流の向きを逆向きにして、発熱側及び吸熱側として機能する基板が切り替わることにより、第２放熱部６に加熱動作を行わせるようにしてもよい。
【００６１】
また、制御部１０６は、（２）高温低湿領域では、高温高湿領域（１）と同様、通気防止板２２，２３を閉鎖位置に位置させるとともに、ファン２０及び第２放熱部６の作動を停止させる。なお、第２放熱部６に加熱動作を行わせるようにしてもよい。
【００６２】
制御部１０６は、（３）中温高湿領域では、加湿器１６で露点温度の飽和空気を生成し、この飽和空気を冷却するため通気防止板２２，２３を開放位置に位置させるとともにファン２０を作動させる一方、第２放熱部６の作動を停止させる。また、制御部１０６は、（４）中温低湿領域では、通気防止板２２，２３を開放位置に位置させるとともにファン２０を作動させる一方、第２放熱部６の作動を停止させて、第１放熱部５のみに放熱動作を行わせるか、或いは、通気防止板２２，２３を閉鎖位置に位置させるとともにファン２０の作動を停止させる一方、第２放熱部６を作動させて、第１放熱部５のみに放熱動作を行わせる。何れの制御を行うかは、目標温湿度の大小や目標温度と目標湿度との関係に応じて決定される。
【００６３】
また、制御部１０６は、（５）低温高湿領域では、通気防止板２２，２３を閉鎖位置に位置させるとともにファン２０の作動を停止させる一方、試験室Ｒ１内の空気の温度を外気温度より低い温度まで下げるため第２放熱部６を作動させる。これは、第２放熱部６による放熱動作と並行して第１放熱部５に実質的な放熱動作を行わせると、第１放熱部５において吸熱（蒸発）作用が発生することとなり、第２放熱部６の冷却性能を十分に活かすことができなくなるため、通気防止板２２，２３を閉鎖位置に位置させるとともにファン２０の作動を停止させている。
【００６４】
以上の制御は、試験室Ｒ１内の空気の初期温度が外気温度と略同一温度であることを前提としたものであるが、試験室Ｒ１内の空気の初期温度が外気温度と異なる温度である場合において、試験室Ｒ１内の空気を冷却する必要があるときには、制御部１０６は、次のような温湿度制御を行うとよい。
【００６５】
すなわち、制御部１０６は、目標温度が外気温度以上の場合と外気温度より低い場合とで異なる制御を行う。具体的には、制御部１０６は、試験室Ｒ１内の空気を外気温度以上の目標温度まで冷却させる場合には、通気防止板２２，２３を開放位置に位置させるとともに、ファン２０を作動させる一方、第２放熱部６の作動を停止させる。これは、第１放熱部５による放熱動作だけで、試験室Ｒ１内の空気を速やかに目標温度まで冷却することができるからである。
【００６６】
また、制御部１０６は、試験室Ｒ１内の空気を、外気温度を下回る目標温度まで冷却させる場合には、次のように制御する。すなわち、第２ファン駆動制御部１０６２は、図６に示すように、入力操作部１０５により冷却開始の指示がなされてから外気温度センサ１０２により検出された温度（以下、検出外気温度という）より所定温度αだけ高い温度（以下、第１判定温度という）に達するまでの間、ファン２０を作動させるとともに通気防止板２２，２３を開放位置に位置させる。
【００６７】
また、ファン２０の駆動停止タイミング及び通気防止板２２，２３の閉鎖位置への設定解除と、ペルチェ素子８との両方を並行して作動させると、吸熱部３と第２放熱部６との温度差が小さくなり、熱輸送量が減少して温度降下に時間がかかる。そこで、本実施形態では、温度降下のスピードが低下する前のタイミング、すなわち、検出吸熱部温度が前記検出外気温度より所定温度αだけ高い温度に達したタイミングでファン２０の駆動を停止し、且つ通気防止板２２，２３の開放位置への設定を解除するようにしている。
【００６８】
また、ペルチェ駆動制御部１０６３は、図６に示すように、ファン２０の動作により低下していく、前記吸熱部温度センサ１０３により検出される温度（以下、検出吸熱部温度という）が前記検出外気温度より所定温度β（β＞α）だけ高い温度（以下、第２判定温度という）に達するまでペルチェ素子８の駆動を待機し、前記検出吸熱部温度が前記第２判定温度に達すると、ペルチェ素子８の駆動を行う。
【００６９】
ペルチェ素子８の駆動開始タイミングを、検出吸熱部温度が前記検出外気温度より所定温度βだけ高い温度に達したタイミングに設定しているのは、次の理由に因る。すなわち、検出吸熱部温度が前記検出外気温度に達したタイミングに設定すると、ペルチェ素子８の吸熱量が小さく、該ペルチェ素子８をはじめとする第２放熱部６の構成部品自体の温度が、前記検出外気温度まで低下するのに所要の時間がかかる場合があり、この場合、前記所要の時間によって冷却スピードが一時的に低下することとなる。
【００７０】
そこで、ペルチェ素子８の駆動開始タイミングを、検出吸熱部温度が前記検出外気温度より所定温度βだけ高い温度に達したタイミングに設定することで、第１放熱部５によって検出吸熱部温度を前記検出外気温度まで低下させるまでの間に、第２放熱部６の構成部品自体の温度を前記検出外気温度まで低下させることができるから、冷却スピードの一時的な低下を防止又は抑制することができる。
【００７１】
以上のように、本実施形態では、従来のような外気を用いて熱媒凝縮側を冷却する構成（第１放熱部５）だけでなく、前述の第２放熱部６を設けたので、試験室Ｒ１内の空気の温度を外気温度まで速やかに冷却することができる上、第２放熱部６によって外気温度よりも低い温度に冷却することができる。
【００７２】
また、冷却ユニット１の吸熱部３を露点温度付近に制御することができるため、従来のような圧縮式冷却器等のように試験室Ｒ１から流入してきた空気を過度に冷却する（露点温度より大幅に低い温度まで冷却する）ことがない。これにより、冷却ユニット１（吸熱部３）の表面に結露する水の量が少なく、吸熱部３を始めとする冷却ユニット１の構成部品の腐食を抑制することができるとともに、従来に比して生成すべき水蒸気の量を抑制できるから、加湿器１６に備える水（加湿用の水）の量を従来に比して低減することができる。
【００７３】
また、ケース２ａの各部位のうち最も高い温度となる、前記吸熱部３と反対側の端部に第２放熱部６を設置したので、第２放熱部６を熱輸送部の他の部位に設置する場合に比して高い冷却効率を得ることができ、より低い温度に到達させることができる。
【００７４】
また、第２放熱部６をペルチェ素子で構成した場合、第１放熱部５によって速やかに外気温度まで冷却された上で、ペルチェ素子８によって外気温度よりも低い温度に冷却されることとなり、低い温度からペルチェ素子８を作動させるため、前記試験室Ｒ１内の空気が高温の場合に、ペルチェ素子８自体が低温化するのに多大なエネルギーを要するという状況が発生するのを回避し、第１放熱部５に比して放熱容量の小さいペルチェ素子８でも速やかに試験室Ｒ１内の空気を冷却することができる。
【００７５】
また、試験室Ｒ１内の空気を、外気温度を下回る目標温度まで冷却させる場合に、ファン２０の駆動及び通気防止板２２，２３の開放位置への設定を途中で停止・解除するようにしたので、ファン２０の駆動及び通気防止板２２，２３の開放位置への設定を途中で停止・解除しない場合に比して、第２放熱部６の冷却性能を十分に活かすことできる。
【００７６】
なお、本件は、前記実施形態の内容に加えて、またはそれに代えて次の実施形態も採用可能である。
【００７７】
（１）ペルチェ素子８への電流供給を停止してもしばらくの間は、第２放熱部６の各構成部品が低温の状態が続くことで、第２放熱部６により作動流体の冷却（吸熱）が行われ、これにより、試験室Ｒ１内の空気の温度が目標温度よりさらに低温側に移行することが考えられる。これに鑑みて、試験室Ｒ１内の空気が目標温度に達すると、ペルチェ素子８に供給する直流電流の向きを逆向きにして、吸熱側及び放熱側として機能する基板を切り替えることで、試験室Ｒ１内の空気の温度が目標温度よりさらに低温側に移行するのを防止又は抑制し、試験室Ｒ１内の空気の温度が目標温度に維持されるようにするとよい。また、冷却ユニット１の運転を停止する際にも、前述と同様にペルチェ素子８に逆向きの直流電流を供給して作動流体を外気温度に速やかに戻すようにしても良い。なお、ペルチェ素子８に供給する直流電流の向きの切替えは、自動的に（制御で）行うようにしてもよいし、或いは、操作ボタンを設けて手動で行われるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明に係る恒温恒湿器に備えられる冷却ユニットの一実施形態の機械的構成を示す図である。
【図２】恒温恒湿器の構成を示す断面図である。
【図３】恒温恒湿器の電気的な構成を示すブロック図である。
【図４】冷却装置における制御部の処理を示すフローチャートである。
【図５】ファン及びペルチェ素子の動作を示す動作マトリックスを示す図である。
【図６】目標温度が外気温度より低い場合における第１、第２放熱部の作動態様を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７９】
１ 冷却ユニット
２ ヒートパイプ
２ａ ケース
３ 吸熱部
３ａ，７ａ フィン
５，６ 第１、第２放熱部
７ ヒートシンク
８ ペルチェ素子
１０，２０ ファン
１１，１２ 連通部
１３ 仕切壁
１４ ファン
１５ 加熱器
１６ 加湿器
１７ 仕切壁
１８，１９，２５，２６ フィルタ
２１ 断熱壁
２１ａ 外壁面
２２，２３ 通気防止板
２４ 対向壁
１００ 恒温恒湿器
１０１ 雰囲気温湿度センサ
１０２ 外気温度センサ
１０３ 吸熱部温度センサ
１０４ ペルチェ温度センサ
１０５ 入力操作部
１０６ 制御部
１０６１，１０６２ 第１、第２ファン駆動制御部
１０６３ ペルチェ駆動制御部
１０６４ 加湿制御部
１０６５ 加熱制御部
１０６６ 通気制御部
Ｒ１ 試験室
Ｓ１ 空調室
Ｓ２，Ｓ３ 熱源調整室
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験室と、前記試験室内の空気の温湿度を目標の温湿度に調整するために設けられた空調室と、前記試験室と空調室との間で空気を循環させる送風部と、前記試験室から空調室に流入した空気を加湿するための加湿部と、前記空気を冷却するための冷却部とを備えた恒温恒湿器であって、
前記冷却部は、
前記空調室内に配置された吸熱部と、
前記空調室外に配置された、第１の放熱部及び第２の放熱部を有する放熱部と、
封入体内に封入された作動流体にヒートパイプ現象を生じさせて、前記吸熱部から前記放熱部に熱輸送を行うための熱輸送部とを備え、
前記吸熱部及び前記第１、第２の放熱部は前記熱輸送部に熱的に接続され、
前記第１の放熱部は、外気を冷却媒体として前記熱輸送部の熱を放出させるものであり、
前記第２の放熱部は、前記熱輸送部の温度が外気温度よりも低温にまで下がるように前記熱輸送部の熱を放出させるものである恒温恒湿器。
【請求項２】
前記第１の放熱部は、前記熱輸送部の熱輸送方向において前記第２の放熱部より前記吸熱部側に設置されている請求項１に記載の恒温恒湿器。
【請求項３】
前記試験室内の空気の温湿度を検出する温湿度検出部と、
前記温湿度検出部の出力信号に基づいて、前記加湿部及び前記冷却部の動作を制御する制御部と
を備える請求項１または２に記載の恒温恒湿器。
【請求項４】
前記吸熱部の温度を検出する吸熱部温度検出部を備え、
前記制御部は、前記吸熱部温度検出部により検出される温度が予め定められた温度に低下するまでの間のみ、前記第１の放熱部を動作させ、前記吸熱部温度検出部により検出される温度が予め定められた温度まで低下すると、前記第２の放熱部の作動を開始させる請求項３に記載の恒温恒湿器。
【請求項５】
前記吸熱部の温度を検出する吸熱部温度検出部と、
前記第１の放熱部に外気を通気させるための外気循環部と、
前記第１の放熱部における空気の通気を遮断するための通気遮断部とを備え、
前記制御部は、前記吸熱部温度検出部により検出される温度が予め定められた温度に低下するまでの間のみ、前記第１の放熱部を動作させるとともに、前記通気遮断部による通気防止を解除させ、前記吸熱部温度検出部により検出される温度が予め定められた温度まで低下すると、前記第２の放熱部の作動を開始させる請求項３に記載の恒温恒湿器。
【請求項６】
外気温度を検出する外気温度検出部を備え、
前記制御部は、
前記吸熱部温度検出部により検出される温度が、前記外気温度検出部により検出される温度より予め定められた第１の温度だけ高い温度まで低下すると、前記第１の放熱部の放熱動作を停止させ、
前記吸熱部温度検出部により検出される温度が、前記外気温度検出部により検出される温度より予め定められた、前記第１の温度より大きい第２の温度だけ高い温度まで低下すると、前記第２の放熱部による放熱動作を開始させる請求項４又は５に記載の恒温恒湿器。
【請求項７】
前記第２の放熱部は、ペルチェ素子を用いて構成されている請求項１ないし６のいずれかに記載の恒温恒湿器。
【請求項８】
前記第２の放熱部は、前記第１の放熱部より上方に配置されている請求項１ないし７のいずれかに記載の恒温恒湿器。
【請求項１】
試験室と、前記試験室内の空気の温湿度を目標の温湿度に調整するために設けられた空調室と、前記試験室と空調室との間で空気を循環させる送風部と、前記試験室から空調室に流入した空気を加湿するための加湿部と、前記空気を冷却するための冷却部とを備えた恒温恒湿器であって、
前記冷却部は、
前記空調室内に配置された吸熱部と、
前記空調室外に配置された、第１の放熱部及び第２の放熱部を有する放熱部と、
封入体内に封入された作動流体にヒートパイプ現象を生じさせて、前記吸熱部から前記放熱部に熱輸送を行うための熱輸送部とを備え、
前記吸熱部及び前記第１、第２の放熱部は前記熱輸送部に熱的に接続され、
前記第１の放熱部は、外気を冷却媒体として前記熱輸送部の熱を放出させるものであり、
前記第２の放熱部は、前記熱輸送部の温度が外気温度よりも低温にまで下がるように前記熱輸送部の熱を放出させるものである恒温恒湿器。
【請求項２】
前記第１の放熱部は、前記熱輸送部の熱輸送方向において前記第２の放熱部より前記吸熱部側に設置されている請求項１に記載の恒温恒湿器。
【請求項３】
前記試験室内の空気の温湿度を検出する温湿度検出部と、
前記温湿度検出部の出力信号に基づいて、前記加湿部及び前記冷却部の動作を制御する制御部と
を備える請求項１または２に記載の恒温恒湿器。
【請求項４】
前記吸熱部の温度を検出する吸熱部温度検出部を備え、
前記制御部は、前記吸熱部温度検出部により検出される温度が予め定められた温度に低下するまでの間のみ、前記第１の放熱部を動作させ、前記吸熱部温度検出部により検出される温度が予め定められた温度まで低下すると、前記第２の放熱部の作動を開始させる請求項３に記載の恒温恒湿器。
【請求項５】
前記吸熱部の温度を検出する吸熱部温度検出部と、
前記第１の放熱部に外気を通気させるための外気循環部と、
前記第１の放熱部における空気の通気を遮断するための通気遮断部とを備え、
前記制御部は、前記吸熱部温度検出部により検出される温度が予め定められた温度に低下するまでの間のみ、前記第１の放熱部を動作させるとともに、前記通気遮断部による通気防止を解除させ、前記吸熱部温度検出部により検出される温度が予め定められた温度まで低下すると、前記第２の放熱部の作動を開始させる請求項３に記載の恒温恒湿器。
【請求項６】
外気温度を検出する外気温度検出部を備え、
前記制御部は、
前記吸熱部温度検出部により検出される温度が、前記外気温度検出部により検出される温度より予め定められた第１の温度だけ高い温度まで低下すると、前記第１の放熱部の放熱動作を停止させ、
前記吸熱部温度検出部により検出される温度が、前記外気温度検出部により検出される温度より予め定められた、前記第１の温度より大きい第２の温度だけ高い温度まで低下すると、前記第２の放熱部による放熱動作を開始させる請求項４又は５に記載の恒温恒湿器。
【請求項７】
前記第２の放熱部は、ペルチェ素子を用いて構成されている請求項１ないし６のいずれかに記載の恒温恒湿器。
【請求項８】
前記第２の放熱部は、前記第１の放熱部より上方に配置されている請求項１ないし７のいずれかに記載の恒温恒湿器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−２０３２１０（Ｐ２００８−２０３２１０Ａ）
【公開日】平成２０年９月４日（２００８．９．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−４２６３１（Ｐ２００７−４２６３１）
【出願日】平成１９年２月２２日（２００７．２．２２）
【出願人】（０００１０８７９７）エスペック株式会社 (282)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月４日（２００８．９．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月２２日（２００７．２．２２）
【出願人】（０００１０８７９７）エスペック株式会社 (282)
【Ｆターム（参考）】
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