環境試験装置
【課題】試料側に供給される熱媒体の温度を俊敏かつ精度良く調整可能な環境試験装置の提供を目的とした。
【解決手段】環境試験装置１は、熱媒体を貯留可能なタンク１０，２０と、試料Ｗに取り付けられるワーク熱交換部１００とを有し、タンク１０，２０とワーク熱交換部１００との間で熱媒体循環流路５０を介して熱媒体を循環させることができる。タンク１０には高温に加熱された熱媒体が貯留される一方、タンク２０には低温の熱媒体が貯留される。環境試験装置１は、タンク１０，２０から取り出された高温の熱媒体と低温の熱媒体を所定比で混合してワーク熱交換部１００側に供給する。
【解決手段】環境試験装置１は、熱媒体を貯留可能なタンク１０，２０と、試料Ｗに取り付けられるワーク熱交換部１００とを有し、タンク１０，２０とワーク熱交換部１００との間で熱媒体循環流路５０を介して熱媒体を循環させることができる。タンク１０には高温に加熱された熱媒体が貯留される一方、タンク２０には低温の熱媒体が貯留される。環境試験装置１は、タンク１０，２０から取り出された高温の熱媒体と低温の熱媒体を所定比で混合してワーク熱交換部１００側に供給する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、環境試験装置に関するものであり、特に試料側に所定温度に調整された熱媒体を供給可能なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、下記特許文献１の図１１に開示されているように、タンク内にある熱媒体（ブライン）を冷却可能な冷却装置や、熱媒体を加熱可能な加熱手段を備え、この冷却装置や加熱手段で温度調整された熱媒体を試験対象となる試料側に供給して冷却する環境試験装置がある。
【特許文献１】特開２００３−２６９８０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来技術の環境試験装置では、タンク内に蓄えている熱媒体が、試料側に供給するのに適した温度に調整され供給される。そのため、試料側に供給する熱媒体の温度が変化すると、タンク内にある熱媒体全体の温度をその温度に変化させねばならず、試料側に供給される熱媒体の温度を俊敏に変化させることは困難であった。従って、従来技術の環境試験装置では、例えば燃料電池のように、発電に伴って数秒の間に数十℃もの温度変化をするような試料を一定温度に維持する等して試験することが困難であったり、試験の精度が低くなってしまうという問題があった。
【０００４】
そこで、本発明は、試料側に供給される熱媒体の温度を俊敏かつ精度良く調整可能な環境試験装置の提供を目的とした。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記した課題を解決すべく提供される請求項１に記載の発明は、所定温度に調整された熱媒体を試料側に供給して試料の温度が所定の条件を満足するように調整可能な環境試験装置であって、熱媒体を貯留可能な高温タンクおよび低温タンクと、前記高温タンクに貯留される熱媒体を加熱可能な加熱手段と、前記低温タンクに貯留される熱媒体を冷却可能な冷却手段と、試料側と高温タンク及び／又は低温タンクとの間で熱媒体を循環させることが可能な熱媒体循環流路とを備えており、当該熱媒体循環流路が、前記高温タンクおよび低温タンクに貯留されている熱媒体を試料側に供給可能な熱媒往路と、熱媒体を試料側から高温タンクおよび低温タンクに戻すことが可能な熱媒復路とを有し、高温タンクから取り出された高温の熱媒体と、低温タンクから取り出された低温の熱媒体とを所定比で混合し、前記熱媒往路を介して試料側に供給可能であることを特徴とする環境試験装置である。
【０００６】
本発明の環境試験装置は、高温タンクと低温タンクとを備えており、高温タンクで温度調整された熱媒体と、低温タンクで温度調整された熱媒体とを所定比で混合することにより試料側に供給される熱媒体の温度を調整することができる。そのため、本発明の環境試験装置によれば、熱媒体の温度を試験条件に合致するように俊敏かつ精度良く変化させることができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、高温タンクから取り出された高温の熱媒体と、低温タンクから取り出された低温の熱媒体とを、試料に対して供給すべき熱媒体の温度の設定値に基づいて導出された混合比で混合して供給可能であることを特徴とする請求項１に記載の環境試験装置である。
【０００８】
かかる構成によれば、試料に対して供給される熱媒体の温度を設定値に精度良く調整可能な環境試験装置を提供できる。
【０００９】
ここで、上記したような環境試験装置を用いて試験を行う場合、試料側に供給される熱媒体の温度と、試料側において熱交換を行った後、熱媒復路を介して高温タンク側や低温タンク側に戻る熱媒体の温度との差が所定の条件を満足するように調整して試験を行いたいという要望がある。かかる要望に応じて本発明者らが検討した結果、前記温度差を調整するためには、当該温度差の設定値に基づいて熱媒体循環流路を流れる熱媒体の循環量を調整することが望ましいことが判明した。
【００１０】
そこで、かかる知見に基づいて提供される請求項３に記載の発明は、試料側に供給される熱媒体の温度と、試料側から出る熱媒体の温度との温度差を設定可能であり、当該温度差の設定値に基づいて熱媒体循環流路における熱媒体の循環量が調整されることを特徴とする請求項１又は２に記載の環境試験装置である。
【００１１】
かかる構成によれば、試料側に供給される熱媒体の温度と、試料側から出る熱媒体の温度との温度差が設定値になるように精度良く調整して試料について試験可能な環境試験装置を提供することができる。
【００１２】
ここで、上記したような環境試験装置を用いて試験を行う場合、試料側に向けて供給される熱媒体の温度（往き温度）を所定の温度としつつ、試料側から高温タンク側や低温タンク側に戻る熱媒体の温度（戻り温度）が所定の条件を満足するように調整して試験を行いたいという要望がある。かかる要望に基づき、本発明者らが検討した結果、このような場合は、当該温度差の設定値に基づいて熱媒体循環流路を流れる熱媒体の循環量を調整することにより前記往き温度を所定の温度としつつ、戻り温度を精度よく調整できることが見いだされた。
【００１３】
そこで、かかる知見に基づいて提供される請求項４に記載の発明は、熱媒復路を介して試料側から高温タンクおよび低温タンクに戻る熱媒体の温度に基づいて、熱媒体循環流路における熱媒体の循環量が調整されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の環境試験装置である。
【００１４】
かかる構成によれば、試料との熱交換を終えた熱媒体が所定の温度条件を満足するように試験条件を調整可能な環境試験装置を提供することができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、熱媒体循環流路の中途に、試料との間で循環する熱媒体を圧送可能な圧送手段が接続されており、当該圧送手段が、圧送能力の異なる圧送装置を複数有し、当該圧送装置が、熱媒体循環流路に対して並列に接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の環境試験装置である。
【００１６】
本発明の環境試験装置では、熱媒体を圧送するための圧送手段として圧送能力の異なる圧送装置を複数、熱媒体循環流路に対して並列に接続したものが採用されている。そのため、本発明の環境試験装置では、圧送手段の圧送能力の分解能が高く、熱媒体の圧送量を精度良く調整することができる。また、本発明の環境試験装置では、圧送手段の圧送能力をなめらかに変動させることができる。
【００１７】
また、上記したように、熱媒体循環流路における熱媒体の循環量を調整することにより、試料側から高温タンクや低温タンク側に戻る熱媒体の温度（戻り温度）や、試料側に供給される熱媒体の温度（往き温度）と前記戻り温度との温度差が所定の条件を満足するように調整することができる。そのため、本発明の環境試験装置によれば、戻り温度や、往き温度と戻り温度との温度差を調整せねばならない試験についても精度良く実施することができる。
【００１８】
ここで、上記した本発明の環境試験装置では、高温の熱媒体と低温の熱媒体とを混合して試料側に供給される熱媒体の温度を調整するため、温度条件によって熱媒体の粘度が異なり、流量比（混合比）を精度良く調整するのが困難となる可能性がある。
【００１９】
そこで、かかる知見に基づいて提供される請求項６に記載の発明は、熱媒往路が、高温タンクから熱媒体を取り出し可能な高温熱媒取出管と、低温タンクから熱媒体を取り出し可能な低温熱媒取出管とを有し、当該低温熱媒取出管の開口径が、高温熱媒取出管の開口径よりも大きいことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の環境試験装置である。
【００２０】
かかる構成によれば、温度差により高温タンク側の熱媒体と低温タンク側の熱媒体とで粘度が異なる場合であっても、両者の熱媒体の流量比（混合比）を精度良く調整することができる。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、熱媒往路の中途に、高温タンクから取り出された高温の熱媒体と、低温タンクから取り出された低温の熱媒体とが合流する合流点があり、当該合流点よりも熱媒体の流れ方向下流側に、熱媒体を温度調整可能な温度調整手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の環境試験装置である。
【００２２】
かかる構成によれば、高温タンクや低温タンクから試料側に向けて導出された熱媒体が、試料側に到達するまでの間に放熱等によって温度変化しても、これを補正することができる。従って、本発明の環境試験装置によれば、試料側に供給される熱媒体の温度を精度良く調整することができる。
【００２３】
ここで、上記した本発明の環境試験装置は、高温タンク、低温タンク、並びに、熱媒体循環流路を含んだ熱媒体の循環系統を有しているが、この循環系統内に気体が混在する可能性がある。本発明者らが検討した結果、前記循環系統内に気体が混在していると、この影響により試験精度が低下する等の不具合が発生する可能性があることが判明した。
【００２４】
そこで、かかる知見に基づいて提供される請求項８に記載の発明は、高温タンク、低温タンク、並びに、熱媒体循環流路を含んだ熱媒体の循環系統を有し、前記高温タンク、低温タンク、並びに、熱媒体循環流路の少なくともいずれかに、前記循環系統を外気に対して開放し、前記循環系統内に存在する気体を外気に向けて放出可能な排気手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の環境試験装置である。
【００２５】
かかる構成によれば、排気手段により循環系統内に存在する気体を外気に向けて放出させることができる。従って、本発明の環境試験装置によれば、循環系統内に気体が混在することによる試験精度の低下等の不具合の発生を最小限に抑制することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、試料側に供給される熱媒体の温度を俊敏かつ精度良く調整可能な環境試験装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
続いて、本発明の一実施形態にかかる環境試験装置１について、図面を参照しながら詳細に説明する。環境試験装置１は、恒温室Ｒ内に設置された燃料電池等の試験対象物（試料Ｗ）を温度調整すべく試料Ｗに設けられたワーク熱交換部１００に対し、所定温度に調整された熱媒体（ブライン）を供給することができるものである。
【００２８】
図１に示すように、環境試験装置１は、タンク１０，２０や、冷凍機３０、熱媒体循環流路５０等を備えた構成とされている。タンク１０は、高温に加熱された熱媒体を貯留するためのもの（高温タンク）である。また、タンク２０は、低温に冷却された熱媒体を貯留するためのもの（低温タンク）である。本実施形態では、タンク１０に９０℃に加熱された熱媒体を貯留し、タンク２０に−４０℃に冷却された熱媒体を貯留可能な構成とされている。
【００２９】
タンク１０，２０は、互いに同程度の容量を有している。また、タンク１０，２０の容量の和は、環境試験装置１の運転に伴って後に詳述する熱媒循環流路５０を介して試料Ｗ側との間で単位時間当たりに循環可能な熱媒体の総量の最大値と同程度である。本実施形態では、タンク１０，２０の容量がそれぞれ１０〜２０［リットル］であるのに対し、環境試験装置１の運転時に熱媒循環流路５０を介して循環可能な熱媒体の総量は１０［リットル／分］以下とされている。そのため、環境試験装置１は、運転を開始すると、タンク１０，２０内にある熱媒体のほぼ全量が単位時間毎に入れ替わることとなる。
【００３０】
タンク１０，２０は、それぞれ排気手段１１，２１を有する。排気手段１１，２１は、それぞれタンク１０，２０の内部と連通した配管を有し、この中途に弁１１ａ，２１ａが取り付けられた構成とされている。弁１１ａ，２１ａは、常時は閉止されており、これを開くことによりタンク１０，２０の内部に存在する気体を頂部側から排出できる。タンク１０，２０には、ヒーター１２，２２（加熱手段）が設けられており、これを作動させることにより内部に貯留される熱媒体を加熱できる。
【００３１】
タンク１０，２０には、それぞれ冷却回路１３，２３（冷却手段）が接続されている。冷却回路１３は、タンク１０内に貯留されている熱媒体と、外部から供給された冷却水との熱交換により、熱媒体を冷却するものである。具体的には、冷却回路１３は、タンク１０側に貯留されている熱媒体を冷却するためのものである。
【００３２】
冷却回路１３は、熱交換器１５を有し、これの１次側に冷却一次側往路１６ａおよび冷却一次側復路１６ｂが接続され、２次側に冷却二次側往路１７ａおよび冷却二次側復路１７ｂが接続されたものである。冷却一次側往路１６ａは図示しない給水源に接続されており、当該給水源から供給された冷却水を熱交換器１５に供給する流路である。また、冷却一次側復路１６ｂは、冷却一次側往路１６ａを介して熱交換器１５に供給された冷却水を外部に放出するための流路である。冷却一次側復路１６ｂの中途には、弁１６ｃが設けられており、これにより熱交換器１５の１次側に流入する冷却水の流量を調整できる。
【００３３】
また、冷却二次側往路１７ａおよび冷却二次側復路１７ｂは、それぞれ熱交換器１５の２次側とタンク１０とを繋ぐように接続されている。冷却二次側往路１７ａの中途にはポンプ１７ｃが設けられている。冷却回路１３は、ポンプ１７ｃを作動させ、熱交換器１５の２次側にタンク１０内の熱媒体を供給することにより、当該熱媒体を給水源から１次側に供給される冷却水との熱交換により冷却することができる。
【００３４】
一方、冷却回路２３は、タンク２０側に貯留されている熱媒体を冷却するためのものである。冷却回路２３は、冷凍機３０と熱交換器２５とを有し、熱交換器２５の１次側と冷凍機３０との間を冷却一次側往路２６ａおよび冷却一次側復路２６ｂで繋ぐと共に、熱交換器２５の２次側とタンク２０との間を冷却二次側往路２７ａおよび冷却二次側復路２７ｂで繋いだ構成とされている。
【００３５】
冷凍機３０は、従来公知のものと同様のものであり、冷却一次側往路２６ａおよび冷却一次側復路２６ｂを介して熱交換器２５との間で循環する冷媒を冷却可能な構成とされている。冷却一次側往路２６ａの中途には弁２６ｃが設けられている。
【００３６】
冷却二次側往路２７ａは、タンク２０側から熱交換器２５の二次側に向けて熱媒体を供給するための流路であり、冷却二次側復路２７ｂは、熱交換器２５の二次側からタンク２０に向けて熱交換器２５で冷却された熱媒体を戻す流路である。冷却二次側往路２７ａの中途にはポンプ２７ｃが設けられている。冷却回路２３は、ポンプ２７ｃを作動させてタンク２０内の熱媒体を熱交換器２５の二次側に供給すると共に、冷凍機３０で冷却された冷媒を熱交換器２５の一次側に供給することにより、タンク２０側の熱媒体を所定温度に冷却することができる。
【００３７】
タンク１０およびタンク２０には、熱媒体循環流路５０が接続されている。熱媒体循環流路５０は、タンク１０およびタンク２０と、ワーク熱交換部１００との間で熱媒体を循環させるための流路である。熱媒体循環流路５０は、タンク１０，２０からワーク熱交換部１００（試料Ｗ）側に向けて熱媒体を供給する熱媒往路５１と、ワーク熱交換部１００（試料Ｗ）側からタンク１０，２０側に熱媒体を戻す熱媒復路５２と、バイパス流路５３とに大別される。
【００３８】
熱媒往路５１は、図１に示すように中途に合流点Ｍを有し、これを境として熱媒体の流れ方向上流側、すなわちタンク１０，２０側に高温側往路６０および低温側往路６１を有する。また、熱媒往路５１は、合流点Ｍを境として熱媒体の流れ方向下流側、すなわちワーク熱交換部１００側に集合往路６５を有する。
【００３９】
高温側往路６０は、タンク１０の底部側の位置に接続された管路であり、中途に流量調整弁６２を有する。また、低温側往路６１は、タンク２０の底部側の位置に接続された管路であり、中途に流量調整弁６３を有する。低温側往路６１の開口径は、タンク１０に接続された高温側往路６０の開口径よりも大きい。高温側往路６０および低温側往路６１は、それぞれ合流点Ｍにおいて合流している。
【００４０】
集合往路６５は、高温側往路６０および低温側往路６１を介してタンク１０，２０から流出した熱媒体が集合して流れる流路であり、上記した合流点Ｍからワーク熱交換部１００（試料Ｗ）側に向けて伸びている。集合往路６５の中途には、圧送手段６６や、温度調整手段６７、弁６８、流量計６９等が設けられている。
【００４１】
圧送手段６６は、複数台（本実施形態では３台）のポンプ６６ａ，６６ｂ，６６ｃ（圧送装置）の組み合わせによって構成されている。ポンプ６６ａ〜６６ｃは、回転ポンプによって構成されており、それぞれの圧送能力が異なる。具体的には、ポンプ６６ａ〜６６ｃは、それぞれギアポンプによって構成されている。本実施形態では、ポンプ６６ａとして８［リットル／分］の圧送能力を有するもの、ポンプ６６ｂとして２［リットル／分］の圧送能力を有するもの、ポンプ６６ｃとして１［リットル／分］の圧送能力を有するものが採用されている。図１に示すように、ポンプ６６ａ〜６６ｃは、それぞれ集合往路６５に対して並列に接続されている。
【００４２】
圧送手段６６に対して熱媒体の流れ方向下流側、すなわちワーク熱交換部１００側には、温度調整手段６７が設けられている。本実施形態では、温度調整手段６７としてヒーターが採用されており、これにより合流点Ｍの下流側を流れる間における熱媒体の温度低下を補うことができる構成とされている。圧送手段６６の下流側には弁６８が設けられている。また、弁６８に対して熱媒体の流れ方向下流側には、流量計６９が設けられている。流量計６９は、いわゆる質量流量計であり、本実施形態ではコリオリ式のものが採用されている。
【００４３】
集合往路６５は、恒温室Ｒ内に設置された試料Ｗを温度調整するためのワーク熱交換部１００の入口１００ａに接続されている。合流流路６５の中途であって、恒温室Ｒ内にあり入口１００ａの直前に相当する部分には、ワーク熱交換部１００に流入する熱媒体の温度を検知可能な往き温度検知手段７０が設けられている。
【００４４】
一方、熱媒復路５２は、試料Ｗ側にあるワーク熱交換部１００において熱交換した熱媒体をタンク１０，２０側に向けて戻す流路である。熱媒復路５２は、ワーク熱交換部１００の出口１００ｂに接続された集合復路８０と、高温側復路８１と、低温側復路８２とに大別される。
【００４５】
集合復路８０の中途であって、恒温室Ｒ内において出口１００ｂに隣接する位置には、戻り温度検知手段８３が設けられている。集合復路８０は、分岐点Ｄにおいてタンク１０に繋がる高温側復路８１と、タンク２０に繋がる低温側復路８２とに分岐された構成とされている。高温側復路８１および低温側復路８２は、それぞれタンク１０，２０に対して上記した高温側往路６０や低温側往路６１よりも上方側の位置に接続されている。
【００４６】
上記した熱媒往路５１の集合往路６５と、熱媒復路５２の集合復路８０との間を繋ぐように、バイパス流路５３が接続されている。バイパス流路５３の中途には、弁９０が設けられている。バイパス流路５３は、集合往路６５を介して試料Ｗ側に向けて流れる熱媒体の流量を制御する等のために補助的に使用される。すなわち、例えば何らかの理由により圧送手段６６の圧送能力が不安定となった場合などにバイパス流路５３に設けられた弁９０が開閉される。これにより、集合往路６５を流れる熱媒体の一部が試料Ｗ側に設けられたワーク熱交換部１００をショートカットして集合往路６５側から集合復路８０側に流れることとなり、ワーク熱交換部１００に流れ込む熱媒体の流量が調整される。
【００４７】
続いて、本実施形態の環境試験装置１の動作について説明する。環境試験装置１が作動を開始すると、ヒータ１２，２２や冷却回路１３，２３が作動し、タンク１０内の熱媒体が高温に調整されると共に、タンク２０内の熱媒体が低温に調整される。本実施形態では、タンク１０内の熱媒体が９０℃に加熱されると共に、タンク２０内の熱媒体が−４０℃まで冷却される。
【００４８】
さらに具体的には、タンク１０に存在する熱媒体は、ヒータ１２によって所定温度まで加熱される。また、タンク１０内に存在する熱媒体が所定温度よりも高温である場合は、上記した冷却回路１３に設けられたポンプ１７ｃが作動し、冷却二次側往路１７ａおよび冷却二次側復路１７ｂを介して熱交換器１５の二次側との間で循環する。これにより、タンク１０内の熱媒体が熱交換器１５において外部の給水源から熱交換器１５の一次側に供給された水との熱交換により冷却され、熱媒体の温度が微調整される。
【００４９】
一方、タンク２０に存在する熱媒体は、上記した冷却回路２３に設けられたポンプ２７ｃによって二次側往路２７ａを介して熱交換器２５の二次側に吸い出される。そして、この熱媒体は、熱交換器２５において、冷凍機３０と熱交換器２５の一次側との間を循環している冷媒との熱交換によって所定温度まで冷却された後、タンク２０側に戻る。また、タンク２０内の熱媒体が所定温度よりも低温になっている場合は、ヒータ２２が作動し、熱媒体の温度が微調整される。
【００５０】
環境試験装置１によって燃料電池や内燃機関等のような試験対象物（試料Ｗ）について試験を行う場合は、熱媒体が、温度調整および流量調整された状態でワーク熱交換部１００に供給される。さらに詳細に説明すると、環境試験装置１により試験を行う場合は、圧送手段６６を構成する各ポンプ６６ａ〜６６ｃが作動状態とされると共に、高温側往路６０および低温側往路６１に設けられた流量調整弁６２，６３が開かれる。
【００５１】
ここで、ポンプ６６ａ〜６６ｃの圧送能力は、試料Ｗに取り付けられたワーク熱交換部１００に供給すべき熱媒体の量に応じて適宜振り分けられ、調整される。さらに詳細には、上記したように、本実施形態で採用されているポンプ６６ａは、８［リットル／分］の圧送能力を有するものであり、ポンプ６６ｂは２［リットル／分］の圧送能力を有するもの、ポンプ６６ｃは１［リットル／分］の圧送能力を有するものである。本実施形態では、熱媒体を圧送する際に、並列に配された圧送能力の異なる３台のポンプを適宜稼働させる。そのため、圧送手段６６は、圧送能力の低いポンプ６６ｃの出力を適宜調整することにより、熱媒体の圧送量を高分解能で調整することができる。また、圧送手段６６は、熱媒体の流量を変化させる場合についても、なめらかに流量変化させることができる。
【００５２】
また、流量調整弁６２，６３の開度は、ワーク熱交換部１００に供給すべき熱媒体の温度（以下、必要に応じて往き温度Ｔｇと称す）に応じて調整される。すなわち、環境試験装置１は、流量調整弁６２，６３の開度比を調整することによりタンク１０，２０から送出される高温の熱媒体と低温の熱媒体の混合比を調整し、ワーク熱交換部１００に供給される熱媒体の温度を調整することができる。具体的には、タンク１０内の熱媒体を９０℃となるように温度調整し、タンク２０内の熱媒体を−４０℃となるように温度調整している状況下において、集合往路６５を介してワーク熱交換部１００側に供給される熱媒体の総流量を１０［リットル／分］とする場合、流量調整弁６２，６３の開度を高温側往路６０を５［リットル／分］の流量で熱媒体が流れ、低温側往路６１を５［リットル／分］の流量で熱媒体が流れるように調整することにより、往き温度Ｔｇを６５℃に調整することができる。
【００５３】
本実施形態の環境試験装置１は、複数の運転モードを有し、燃料電池や内燃機関等のような試験対象物（試料Ｗ）の試験方法に応じて任意に選択された運転モードで運転可能である。さらに具体的には、環境試験装置１は、その運転モードとして流量・往き温度一定モードや、温度差一定モード等の複数の運転モードを有する。
【００５４】
流量・往き温度一定モードは、ワーク熱交換部１００に対して供給される熱媒体の温度（往き温度）を一定に維持しつつ、熱媒体を一定の流量で熱媒体を供給する運転モードである。流量・往き温度一定モードで環境試験装置１が作動する場合、圧送手段６６の圧送能力は、流量計６９によって検知される熱媒体の流量に基づいてフィードバック制御され、一定に維持される。
【００５５】
また、流量・往き温度一定モードで環境試験装置１を運転する場合は、ワーク熱交換部１００に入口１００ａから流入する熱媒体の温度（以下、必要に応じて往き温度Ｔｇと称す）が一定となるように温度調整される。さらに具体的には、試験条件として設定された往き温度Ｔｇの設定値（以下、必要に応じて往き設定温度Ｔｓｇと称す）に基づき、流量調整弁６２，６３の開度比が調整される。これにより、流量調整弁６２，６３の開度比に応じてタンク１０，２０から導出された高温の熱媒体と低温の熱媒体とが合流点Ｍにおいて合流して混合し、所定温度に調整された状態になる。その後、合流点Ｍを通過した熱媒体は、集合往路６５を通って試料Ｗ側に向けて流れる。ここで、集合往路６５を流れる熱媒体が、集合往路６５を流れるうちに放熱して温度低下する場合がある。この場合は、集合往路６５の中途に設けられた温度調整手段６７が作動し、熱媒体の温度が微調整される。
【００５６】
上記したようにして集合往路６５を流れる熱媒体は、試料Ｗに対して熱交換可能なように取り付けられたワーク熱交換部１００に入口１００ａ側から流入する。ワーク熱交換部１００に導入された熱媒体は、試料Ｗとの熱交換を経た後、出口１００ｂから集合復路８０に流出する。
【００５７】
集合復路８０を流れる熱媒体は、この中途に設けられた分岐点Ｄにおいて高温側復路８１と低温側復路８２とに分流し、それぞれタンク１０，２０の上方側に戻る。タンク１０，２０に戻った熱媒体は、上記したのと同様にして加熱あるいは冷却され、所定の温度に調整される。環境試験装置１が流量・往き温度一定モードで運転を行う間、タンク１０，２０に貯留されている熱媒体は、このようにして循環し続ける。
【００５８】
温度差一定モードは、環境試験装置１の運転に伴って試料Ｗ側に取り付けられたワーク熱交換部１００の出口１００ｂからタンク１０，２０側に戻る熱媒体の温度（以下、必要に応じて戻り温度Ｔｂと称す）と往き温度Ｔｇとの差（以下、必要に応じて温度差ΔＴと称す）、すなわちΔＴ＝｜Ｔｂ−Ｔｇ｜が一定となるように運転する運転モードである。温度差一定モードで動作する場合についても、上記したように流量調整弁６２，６３の開度比を調整してタンク１０，２０から熱媒体が導出され、混合される高温の熱媒体と低温の熱媒体との混合比が調整され、これにより熱媒体の往き温度Ｔｇが往き設定温度Ｔｓｇに調整される。
【００５９】
一方、温度差一定モードで運転を行う場合は、試験条件として温度差ΔＴが設定されてており、これに基づき熱媒体の戻り温度Ｔｂの設定値（以下、必要に応じて戻り設定温度Ｔｓｂと称す）が導出される。そこで、温度差一定モードで運転を行う場合は、熱媒体循環流路５０を構成する集合復路８０に設けられた戻り温度検知手段８３の検知温度に基づき、この検知温度が上記した戻り設定温度Ｔｓｂになるように圧送手段６６を構成するポンプ６６ａ〜６６ｃの出力がフィードバック制御される。温度差一定モードで運転する間、環境試験装置１は上記したようにして動作し続け、熱媒体の温度差ΔＴが一定となるように循環し続ける。
【００６０】
上記したように、本実施形態の環境試験装置１は、高温の熱媒体を貯留するためのタンク１０や低温の熱媒体を貯留するためのタンク２０に加えて、熱媒体循環流路５０を有する。そして、タンク１０から取り出された高温の熱媒体と、タンク２０から取り出された低温の熱媒体とを所定比で混合し、熱媒体循環流路５０を介してワーク熱交換部１００とタンク１０やタンク２０との間で熱媒体を循環させることが可能な構成とされている。そのため、本実施形態の環境試験装置１によれば、試料Ｗ側に向けて供給される熱媒体の温度を試験条件に合致するように俊敏かつ精度良く変化させることができる。
【００６１】
本実施形態の環境試験装置１では、試料Ｗに対して供給すべき熱媒体の温度の設定値たる往き設定温度Ｔｓｇに基づいてタンク１０にある高温の熱媒体とタンク２０にある低温の熱媒体との混合比が設定され、この混合比に基づいて流量調整弁６２，６３の開度比が調整される。そして、高温の熱媒体と低温の熱媒体とが、前記した混合比で混合され、試料Ｗ側に向けて送り込まれる。そのため、環境試験装置１によれば、試料Ｗに対して供給される熱媒体の温度（往き温度Ｔｇ）を設定値に精度良く調整できる。
【００６２】
また、本実施形態の環境試験装置１は、動作モードとして温度差一定モードを選択した際に、試料Ｗ側に設けられたワーク熱交換部１００に対する往き温度Ｔｇと戻り温度Ｔｂとの温度差ΔＴの設定値に基づいて圧送手段６６の出力がフィードバック制御され、熱媒体循環流路５０における熱媒体の循環量が調整される。また、環境試験装置１は、動作モードとして戻り温度一定モードが選択された場合に、戻り温度検知手段８３の検知温度に基づいて圧送手段６６の出力がフィードバック制御され、熱媒体循環流路５０における熱媒体の循環量が調整される。そのため、本実施形態の環境試験装置１では、動作モードとして温度差一定モードや戻り温度一定モードを選択した場合に、試料Ｗ側への往き温度Ｔｇを変化させることなく、温度差ΔＴや戻り温度Ｔｂを精度良く調整することができる。
【００６３】
ここで、本実施形態で採用されている圧送手段６６は、圧送能力の異なる複数のギアポンプ（ポンプ６６ａ〜６６ｃ）を並列に配した構成とされている。そのため、圧送手段６６は、その圧送能力の分解能が高く、なめらかに流量変化させることも可能である。従って、本実施形態の環境試験装置１によれば、上記した熱媒体の温度差ΔＴや、戻り温度Ｔｂを試験条件に応じて俊敏かつ精度よく変動させることが可能である。
【００６４】
本実施形態では、ポンプ６６ａ〜６６ｃとして、いわゆるギアポンプを採用した例を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばスクリューポンプやチュービングポンプ等のポンプもポンプ６６ａ〜６６ｃとして好適に採用することができる。これらのポンプをポンプ６６ａ〜６６ｃとして採用した場合についても、ギアポンプを採用した場合と同様に容易かつ正確に熱媒体の流量を調整することができる。
【００６５】
また、ポンプ６６ａ〜６６ｃとしてギアポンプやスクリューポンプ、チュービングポンプのようなポンプを採用した場合は、遠心力式のポンプを採用した場合のように出力変動に伴う吐出圧の変動がほとんど起こらない。従って、ギアポンプ等をポンプ６６ａ〜６６ｃとして採用すれば、出力変動、すなわち熱媒体の流量変動に伴う圧力変動がほとんど起こらず、環境試験の試験精度をより一層向上させることができる。
【００６６】
上記したように、本実施形態の環境試験装置１は、流量・往き温度一定モードや、温度差一定モード等、複数の動作モードで運転して試料Ｗの試験を実施可能なものであったが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、環境試験装置１は、これらの運転モードのうちの一又は複数について実施できないものであったり、他の動作モードでも動作可能なものであってもよい。
【００６７】
また、上記したように、環境試験装置１は、熱媒往路５１が、タンク１０から熱媒体を取り出し可能な高温側往路６０と、タンク２０から熱媒体を取り出し可能な低温側往路６１とを有し、低温側往路６１の開口径が、高温側往路６０の開口径よりも大きい。そのため、本実施形態の環境試験装置１は、上記したように高温の熱媒体と低温の熱媒体とでその温度差が非常に大きく、粘度が異なる条件下で作動しても、高温の熱媒体と低温の熱媒体との流量比（混合比）を精度良く調整することができる。
【００６８】
なお、上記実施形態では、温度差に起因する熱媒体の粘度の違いを考慮して高温側往路６０および低温側往路６１の開口径の大きさが異なるとする例を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、両者の開口径が略同一であってもよい。
【００６９】
上記した環境試験装置１は、熱媒往路５１の中途にタンク１０から取り出された高温の熱媒体と、タンク２０から取り出された低温の熱媒体とが合流する合流点Ｍがあり、これよりも熱媒体の流れ方向下流側、すなわち試料Ｗ側に、熱媒体の温度調整をすることができる温度調整手段６７が設けられている。そのため、例えば集合往路６５の配管長が長い等の事情により、合流点Ｍにおいて混合され温度調整された熱媒体が、集合往路６５を通って試料Ｗ側に到達するまでの間に放熱等によって温度変化しても、これを微調整することができる。従って、本実施形態の環境試験装置１によれば、試料Ｗ側に供給される熱媒体の温度をより一層精度良く調整することができる。
【００７０】
なお、上記実施形態では、集合往路６５の中途にヒーターを備えた温度調整手段６７を設けた構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、温度調整手段６７を有しない構成としてもよい。また、温度調整手段６７を熱媒体の加熱だけでなく、冷却も可能な構成としてもよい。
【００７１】
本実施形態の環境試験装置１は、タンク１０や、タンク２０、熱媒体循環流路５０を含んだ熱媒体の循環系統を有する。また、タンク１０やタンク２０に設けられた排気手段１１，２１の弁１１ａ，２１ａを開くことにより、前記循環系統を外気に対して開放し、この循環系統内に存在する気体を外気に向けて放出可能な状態とすることができる。従って、環境試験装置１は、前記循環系統内に気体が混在していることにより流量計６９が誤検知したり、これに伴って熱媒体の流量が不必要に変動するといったような不具合の発生を抑制することができる。
【００７２】
なお、上記した排気手段１１，２１は、上記循環系統内に混在している気体を排出するための構成の一例を示したものに過ぎず、排気手段１１，２１のいずれか一方又は双方に代わって他の気体を排出可能な構成を採用してもよい。また、環境試験装置１は、排気手段１１，２１のいずれか一方又は双方を備えていないものであってもよい。
【００７３】
上記実施形態では、熱媒体循環流路５０の一部として、集合往路６５と集合復路８０とをバイパスするバイパス流路５３を設けた例を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、バイパス流路５３を持たない構成としてもよい。
【００７４】
上記実施形態で示した環境試験装置１は、試料Ｗに取り付けられるワーク熱交換部１００を含んだものであったが、本発明はこれに限定されるものではない。さらに具体的には、環境試験装置１は、ワーク熱交換部１００を備えていない構成とし、熱媒循環流路５０を構成する熱媒往路５１や熱媒復路５２を試料Ｗに対して直接的に取り付ける構成としたり、試料Ｗに別途取り付けられた熱交換器やラジエター等の温調装置に対して熱媒往路５１や熱媒復路５２を接続する構成としてもよい。
【００７５】
上記した環境試験装置１は、高温側復路８１や低温側復路８２をタンク１０，２０の頂部側に接続したものであるため、仮に試料Ｗ側から戻る熱媒体に気体が含まれていたとしても、この気体がタンク１０，２０から試料側Ｗに向けて流れる熱媒体中に混入する可能性が低い。
【００７６】
さらに詳細に説明すると、一般的に気体は、熱媒体として使用されるエチレングリコール水溶液等に比べて軽い。そのため、仮に気体がタンク１０，２０内に入ったとした場合、この気体はタンク１０，２０を上昇しようとする。しかし、エチレングリコール水溶液等の熱媒体は粘度が高いため、ひとたび気体が熱媒体中に混入すると、熱媒体から抜け出しにくい傾向にある。そのため、仮に高温側復路８１や低温側復路８２がタンク１０，２０の底部側に接続されていたとした場合は、高温側復路８１や低温側復路８２を介してタンク１０，２０に戻る熱媒体中に気体が含まれていると、この気体が熱媒体中から抜けることなく試料Ｗ側とタンク１０，２０間を循環してしまう可能性が高い。
【００７７】
しかし、上記した環境試験装置１では、高温側復路８１や低温側復路８２がタンク１０，２０の頂部側に接続されている。また、環境試験装置１では、タンク１０，２０内の熱媒体を冷却するために熱交換器１５，２５に接続された冷却二次側復路１７ｂ，２７ｂが冷却二次側往路１７ａ，２７ａに対して上方に接続されている。すなわち、タンク１０，２０において熱媒体は、上方から下方に向けて流れるように形成されている。そのため、高温側復路８１や低温側復路８２を介してタンク１０，２０に戻る熱媒体中に気体が混在していたとしても、この熱媒体が次に試料Ｗ側に供給されるまでの間に気体がタンク１０，２０の頂部側に抜ける可能性が高い。
【００７８】
すなわち、環境試験装置１では、タンク１０，２０において上方側から下方側に向けて流れる熱媒体の流速（タンク内流速Ｖと称す）が、熱媒体中を気泡が上昇する速度（気泡上昇速度ｖと称す）よりも低くなる、すなわちＶ＜ｖとなるようにすることにより、気泡が熱媒体中に混じったまま熱媒循環流路５０を循環するのを防止することができる。従って、環境試験装置１は、熱媒体中に気体が混入することにより懸念される不具合が発生する可能性が低い。
【００７９】
また、環境試験装置１は、タンク１０，２０内に貯留されている熱媒体の液面が高温側復路８１や低温側復路８２、冷却二次側復路１７ｂ，２７ｂがタンク１０，２０に対して接続されている位置よりも低くなることを条件として、熱媒体を補充するよう警報等を出す構成としてもよい。かかる構成とすれば、試料Ｗの交換に際して熱媒循環流路５０を着脱する際に熱媒体が漏洩する等して、タンク１０，２０内に気体が大量に存在する状態になったり、気体が熱媒体中に混入するのを防止できる。
【００８０】
なお、上記実施形態では、熱媒体中に気体が混入する可能性を低減すべく、高温側復路８１や低温側復路８２をタンク１０，２０の頂部側、すなわち高温側往路６０および低温側往路６１の接続部分よりも上方に接続した例を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば高温側復路８１や低温側復路８２の接続位置を、高温側往路６０や低温側往路６１の接続位置よりも下方に配した構成としてもよい。また、別途熱媒体中への気体の混入を防止したり、混入した気体を除去可能な構成を追加してもよい。
【００８１】
本実施形態で示した環境試験装置１は、上記したように試料Ｗ側に供給される熱媒体の温度（往き温度Ｔｇ）や試料Ｗ側から出る熱媒体の温度（戻り温度Ｔｂ）を迅速かつ精度良く調整できるものであるため、燃料電池等のように試験時に温度条件が急激に変動するものを試料Ｗとして好適に採用することができる。また、環境試験装置１は、燃料電池のようなものの性能試験だけではなく、半導体素子製造の材料であるウェハーや内燃機関等の性能試験に用いたり、急激な温度変化を伴う環境下に試料をさらして実施する、いわゆる冷熱衝撃試験に用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の一実施形態である環境試験装置が備える回路系統図である。
【符号の説明】
【００８３】
１ 環境試験装置
１０ タンク（高温タンク）
１１，２１ 排気手段
１２ ヒーター（加熱手段）
２０ タンク（低温タンク）
２３ 冷却回路（冷却手段）
５０ 熱媒体循環流路
５１ 熱媒往路
５２ 熱媒復路
６２，６３ 流量調整弁
６５ 集合往路
６６ 圧送手段
６６ａ〜６６ｃ ポンプ（圧送装置）
６９ 流量計
７０ 往き温度検知手段
８０ 集合復路
８１ 高温側復路
８２ 低温側復路
８３ 戻り温度検知手段
１００ 温調装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、環境試験装置に関するものであり、特に試料側に所定温度に調整された熱媒体を供給可能なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、下記特許文献１の図１１に開示されているように、タンク内にある熱媒体（ブライン）を冷却可能な冷却装置や、熱媒体を加熱可能な加熱手段を備え、この冷却装置や加熱手段で温度調整された熱媒体を試験対象となる試料側に供給して冷却する環境試験装置がある。
【特許文献１】特開２００３−２６９８０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来技術の環境試験装置では、タンク内に蓄えている熱媒体が、試料側に供給するのに適した温度に調整され供給される。そのため、試料側に供給する熱媒体の温度が変化すると、タンク内にある熱媒体全体の温度をその温度に変化させねばならず、試料側に供給される熱媒体の温度を俊敏に変化させることは困難であった。従って、従来技術の環境試験装置では、例えば燃料電池のように、発電に伴って数秒の間に数十℃もの温度変化をするような試料を一定温度に維持する等して試験することが困難であったり、試験の精度が低くなってしまうという問題があった。
【０００４】
そこで、本発明は、試料側に供給される熱媒体の温度を俊敏かつ精度良く調整可能な環境試験装置の提供を目的とした。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記した課題を解決すべく提供される請求項１に記載の発明は、所定温度に調整された熱媒体を試料側に供給して試料の温度が所定の条件を満足するように調整可能な環境試験装置であって、熱媒体を貯留可能な高温タンクおよび低温タンクと、前記高温タンクに貯留される熱媒体を加熱可能な加熱手段と、前記低温タンクに貯留される熱媒体を冷却可能な冷却手段と、試料側と高温タンク及び／又は低温タンクとの間で熱媒体を循環させることが可能な熱媒体循環流路とを備えており、当該熱媒体循環流路が、前記高温タンクおよび低温タンクに貯留されている熱媒体を試料側に供給可能な熱媒往路と、熱媒体を試料側から高温タンクおよび低温タンクに戻すことが可能な熱媒復路とを有し、高温タンクから取り出された高温の熱媒体と、低温タンクから取り出された低温の熱媒体とを所定比で混合し、前記熱媒往路を介して試料側に供給可能であることを特徴とする環境試験装置である。
【０００６】
本発明の環境試験装置は、高温タンクと低温タンクとを備えており、高温タンクで温度調整された熱媒体と、低温タンクで温度調整された熱媒体とを所定比で混合することにより試料側に供給される熱媒体の温度を調整することができる。そのため、本発明の環境試験装置によれば、熱媒体の温度を試験条件に合致するように俊敏かつ精度良く変化させることができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、高温タンクから取り出された高温の熱媒体と、低温タンクから取り出された低温の熱媒体とを、試料に対して供給すべき熱媒体の温度の設定値に基づいて導出された混合比で混合して供給可能であることを特徴とする請求項１に記載の環境試験装置である。
【０００８】
かかる構成によれば、試料に対して供給される熱媒体の温度を設定値に精度良く調整可能な環境試験装置を提供できる。
【０００９】
ここで、上記したような環境試験装置を用いて試験を行う場合、試料側に供給される熱媒体の温度と、試料側において熱交換を行った後、熱媒復路を介して高温タンク側や低温タンク側に戻る熱媒体の温度との差が所定の条件を満足するように調整して試験を行いたいという要望がある。かかる要望に応じて本発明者らが検討した結果、前記温度差を調整するためには、当該温度差の設定値に基づいて熱媒体循環流路を流れる熱媒体の循環量を調整することが望ましいことが判明した。
【００１０】
そこで、かかる知見に基づいて提供される請求項３に記載の発明は、試料側に供給される熱媒体の温度と、試料側から出る熱媒体の温度との温度差を設定可能であり、当該温度差の設定値に基づいて熱媒体循環流路における熱媒体の循環量が調整されることを特徴とする請求項１又は２に記載の環境試験装置である。
【００１１】
かかる構成によれば、試料側に供給される熱媒体の温度と、試料側から出る熱媒体の温度との温度差が設定値になるように精度良く調整して試料について試験可能な環境試験装置を提供することができる。
【００１２】
ここで、上記したような環境試験装置を用いて試験を行う場合、試料側に向けて供給される熱媒体の温度（往き温度）を所定の温度としつつ、試料側から高温タンク側や低温タンク側に戻る熱媒体の温度（戻り温度）が所定の条件を満足するように調整して試験を行いたいという要望がある。かかる要望に基づき、本発明者らが検討した結果、このような場合は、当該温度差の設定値に基づいて熱媒体循環流路を流れる熱媒体の循環量を調整することにより前記往き温度を所定の温度としつつ、戻り温度を精度よく調整できることが見いだされた。
【００１３】
そこで、かかる知見に基づいて提供される請求項４に記載の発明は、熱媒復路を介して試料側から高温タンクおよび低温タンクに戻る熱媒体の温度に基づいて、熱媒体循環流路における熱媒体の循環量が調整されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の環境試験装置である。
【００１４】
かかる構成によれば、試料との熱交換を終えた熱媒体が所定の温度条件を満足するように試験条件を調整可能な環境試験装置を提供することができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、熱媒体循環流路の中途に、試料との間で循環する熱媒体を圧送可能な圧送手段が接続されており、当該圧送手段が、圧送能力の異なる圧送装置を複数有し、当該圧送装置が、熱媒体循環流路に対して並列に接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の環境試験装置である。
【００１６】
本発明の環境試験装置では、熱媒体を圧送するための圧送手段として圧送能力の異なる圧送装置を複数、熱媒体循環流路に対して並列に接続したものが採用されている。そのため、本発明の環境試験装置では、圧送手段の圧送能力の分解能が高く、熱媒体の圧送量を精度良く調整することができる。また、本発明の環境試験装置では、圧送手段の圧送能力をなめらかに変動させることができる。
【００１７】
また、上記したように、熱媒体循環流路における熱媒体の循環量を調整することにより、試料側から高温タンクや低温タンク側に戻る熱媒体の温度（戻り温度）や、試料側に供給される熱媒体の温度（往き温度）と前記戻り温度との温度差が所定の条件を満足するように調整することができる。そのため、本発明の環境試験装置によれば、戻り温度や、往き温度と戻り温度との温度差を調整せねばならない試験についても精度良く実施することができる。
【００１８】
ここで、上記した本発明の環境試験装置では、高温の熱媒体と低温の熱媒体とを混合して試料側に供給される熱媒体の温度を調整するため、温度条件によって熱媒体の粘度が異なり、流量比（混合比）を精度良く調整するのが困難となる可能性がある。
【００１９】
そこで、かかる知見に基づいて提供される請求項６に記載の発明は、熱媒往路が、高温タンクから熱媒体を取り出し可能な高温熱媒取出管と、低温タンクから熱媒体を取り出し可能な低温熱媒取出管とを有し、当該低温熱媒取出管の開口径が、高温熱媒取出管の開口径よりも大きいことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の環境試験装置である。
【００２０】
かかる構成によれば、温度差により高温タンク側の熱媒体と低温タンク側の熱媒体とで粘度が異なる場合であっても、両者の熱媒体の流量比（混合比）を精度良く調整することができる。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、熱媒往路の中途に、高温タンクから取り出された高温の熱媒体と、低温タンクから取り出された低温の熱媒体とが合流する合流点があり、当該合流点よりも熱媒体の流れ方向下流側に、熱媒体を温度調整可能な温度調整手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の環境試験装置である。
【００２２】
かかる構成によれば、高温タンクや低温タンクから試料側に向けて導出された熱媒体が、試料側に到達するまでの間に放熱等によって温度変化しても、これを補正することができる。従って、本発明の環境試験装置によれば、試料側に供給される熱媒体の温度を精度良く調整することができる。
【００２３】
ここで、上記した本発明の環境試験装置は、高温タンク、低温タンク、並びに、熱媒体循環流路を含んだ熱媒体の循環系統を有しているが、この循環系統内に気体が混在する可能性がある。本発明者らが検討した結果、前記循環系統内に気体が混在していると、この影響により試験精度が低下する等の不具合が発生する可能性があることが判明した。
【００２４】
そこで、かかる知見に基づいて提供される請求項８に記載の発明は、高温タンク、低温タンク、並びに、熱媒体循環流路を含んだ熱媒体の循環系統を有し、前記高温タンク、低温タンク、並びに、熱媒体循環流路の少なくともいずれかに、前記循環系統を外気に対して開放し、前記循環系統内に存在する気体を外気に向けて放出可能な排気手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の環境試験装置である。
【００２５】
かかる構成によれば、排気手段により循環系統内に存在する気体を外気に向けて放出させることができる。従って、本発明の環境試験装置によれば、循環系統内に気体が混在することによる試験精度の低下等の不具合の発生を最小限に抑制することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、試料側に供給される熱媒体の温度を俊敏かつ精度良く調整可能な環境試験装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
続いて、本発明の一実施形態にかかる環境試験装置１について、図面を参照しながら詳細に説明する。環境試験装置１は、恒温室Ｒ内に設置された燃料電池等の試験対象物（試料Ｗ）を温度調整すべく試料Ｗに設けられたワーク熱交換部１００に対し、所定温度に調整された熱媒体（ブライン）を供給することができるものである。
【００２８】
図１に示すように、環境試験装置１は、タンク１０，２０や、冷凍機３０、熱媒体循環流路５０等を備えた構成とされている。タンク１０は、高温に加熱された熱媒体を貯留するためのもの（高温タンク）である。また、タンク２０は、低温に冷却された熱媒体を貯留するためのもの（低温タンク）である。本実施形態では、タンク１０に９０℃に加熱された熱媒体を貯留し、タンク２０に−４０℃に冷却された熱媒体を貯留可能な構成とされている。
【００２９】
タンク１０，２０は、互いに同程度の容量を有している。また、タンク１０，２０の容量の和は、環境試験装置１の運転に伴って後に詳述する熱媒循環流路５０を介して試料Ｗ側との間で単位時間当たりに循環可能な熱媒体の総量の最大値と同程度である。本実施形態では、タンク１０，２０の容量がそれぞれ１０〜２０［リットル］であるのに対し、環境試験装置１の運転時に熱媒循環流路５０を介して循環可能な熱媒体の総量は１０［リットル／分］以下とされている。そのため、環境試験装置１は、運転を開始すると、タンク１０，２０内にある熱媒体のほぼ全量が単位時間毎に入れ替わることとなる。
【００３０】
タンク１０，２０は、それぞれ排気手段１１，２１を有する。排気手段１１，２１は、それぞれタンク１０，２０の内部と連通した配管を有し、この中途に弁１１ａ，２１ａが取り付けられた構成とされている。弁１１ａ，２１ａは、常時は閉止されており、これを開くことによりタンク１０，２０の内部に存在する気体を頂部側から排出できる。タンク１０，２０には、ヒーター１２，２２（加熱手段）が設けられており、これを作動させることにより内部に貯留される熱媒体を加熱できる。
【００３１】
タンク１０，２０には、それぞれ冷却回路１３，２３（冷却手段）が接続されている。冷却回路１３は、タンク１０内に貯留されている熱媒体と、外部から供給された冷却水との熱交換により、熱媒体を冷却するものである。具体的には、冷却回路１３は、タンク１０側に貯留されている熱媒体を冷却するためのものである。
【００３２】
冷却回路１３は、熱交換器１５を有し、これの１次側に冷却一次側往路１６ａおよび冷却一次側復路１６ｂが接続され、２次側に冷却二次側往路１７ａおよび冷却二次側復路１７ｂが接続されたものである。冷却一次側往路１６ａは図示しない給水源に接続されており、当該給水源から供給された冷却水を熱交換器１５に供給する流路である。また、冷却一次側復路１６ｂは、冷却一次側往路１６ａを介して熱交換器１５に供給された冷却水を外部に放出するための流路である。冷却一次側復路１６ｂの中途には、弁１６ｃが設けられており、これにより熱交換器１５の１次側に流入する冷却水の流量を調整できる。
【００３３】
また、冷却二次側往路１７ａおよび冷却二次側復路１７ｂは、それぞれ熱交換器１５の２次側とタンク１０とを繋ぐように接続されている。冷却二次側往路１７ａの中途にはポンプ１７ｃが設けられている。冷却回路１３は、ポンプ１７ｃを作動させ、熱交換器１５の２次側にタンク１０内の熱媒体を供給することにより、当該熱媒体を給水源から１次側に供給される冷却水との熱交換により冷却することができる。
【００３４】
一方、冷却回路２３は、タンク２０側に貯留されている熱媒体を冷却するためのものである。冷却回路２３は、冷凍機３０と熱交換器２５とを有し、熱交換器２５の１次側と冷凍機３０との間を冷却一次側往路２６ａおよび冷却一次側復路２６ｂで繋ぐと共に、熱交換器２５の２次側とタンク２０との間を冷却二次側往路２７ａおよび冷却二次側復路２７ｂで繋いだ構成とされている。
【００３５】
冷凍機３０は、従来公知のものと同様のものであり、冷却一次側往路２６ａおよび冷却一次側復路２６ｂを介して熱交換器２５との間で循環する冷媒を冷却可能な構成とされている。冷却一次側往路２６ａの中途には弁２６ｃが設けられている。
【００３６】
冷却二次側往路２７ａは、タンク２０側から熱交換器２５の二次側に向けて熱媒体を供給するための流路であり、冷却二次側復路２７ｂは、熱交換器２５の二次側からタンク２０に向けて熱交換器２５で冷却された熱媒体を戻す流路である。冷却二次側往路２７ａの中途にはポンプ２７ｃが設けられている。冷却回路２３は、ポンプ２７ｃを作動させてタンク２０内の熱媒体を熱交換器２５の二次側に供給すると共に、冷凍機３０で冷却された冷媒を熱交換器２５の一次側に供給することにより、タンク２０側の熱媒体を所定温度に冷却することができる。
【００３７】
タンク１０およびタンク２０には、熱媒体循環流路５０が接続されている。熱媒体循環流路５０は、タンク１０およびタンク２０と、ワーク熱交換部１００との間で熱媒体を循環させるための流路である。熱媒体循環流路５０は、タンク１０，２０からワーク熱交換部１００（試料Ｗ）側に向けて熱媒体を供給する熱媒往路５１と、ワーク熱交換部１００（試料Ｗ）側からタンク１０，２０側に熱媒体を戻す熱媒復路５２と、バイパス流路５３とに大別される。
【００３８】
熱媒往路５１は、図１に示すように中途に合流点Ｍを有し、これを境として熱媒体の流れ方向上流側、すなわちタンク１０，２０側に高温側往路６０および低温側往路６１を有する。また、熱媒往路５１は、合流点Ｍを境として熱媒体の流れ方向下流側、すなわちワーク熱交換部１００側に集合往路６５を有する。
【００３９】
高温側往路６０は、タンク１０の底部側の位置に接続された管路であり、中途に流量調整弁６２を有する。また、低温側往路６１は、タンク２０の底部側の位置に接続された管路であり、中途に流量調整弁６３を有する。低温側往路６１の開口径は、タンク１０に接続された高温側往路６０の開口径よりも大きい。高温側往路６０および低温側往路６１は、それぞれ合流点Ｍにおいて合流している。
【００４０】
集合往路６５は、高温側往路６０および低温側往路６１を介してタンク１０，２０から流出した熱媒体が集合して流れる流路であり、上記した合流点Ｍからワーク熱交換部１００（試料Ｗ）側に向けて伸びている。集合往路６５の中途には、圧送手段６６や、温度調整手段６７、弁６８、流量計６９等が設けられている。
【００４１】
圧送手段６６は、複数台（本実施形態では３台）のポンプ６６ａ，６６ｂ，６６ｃ（圧送装置）の組み合わせによって構成されている。ポンプ６６ａ〜６６ｃは、回転ポンプによって構成されており、それぞれの圧送能力が異なる。具体的には、ポンプ６６ａ〜６６ｃは、それぞれギアポンプによって構成されている。本実施形態では、ポンプ６６ａとして８［リットル／分］の圧送能力を有するもの、ポンプ６６ｂとして２［リットル／分］の圧送能力を有するもの、ポンプ６６ｃとして１［リットル／分］の圧送能力を有するものが採用されている。図１に示すように、ポンプ６６ａ〜６６ｃは、それぞれ集合往路６５に対して並列に接続されている。
【００４２】
圧送手段６６に対して熱媒体の流れ方向下流側、すなわちワーク熱交換部１００側には、温度調整手段６７が設けられている。本実施形態では、温度調整手段６７としてヒーターが採用されており、これにより合流点Ｍの下流側を流れる間における熱媒体の温度低下を補うことができる構成とされている。圧送手段６６の下流側には弁６８が設けられている。また、弁６８に対して熱媒体の流れ方向下流側には、流量計６９が設けられている。流量計６９は、いわゆる質量流量計であり、本実施形態ではコリオリ式のものが採用されている。
【００４３】
集合往路６５は、恒温室Ｒ内に設置された試料Ｗを温度調整するためのワーク熱交換部１００の入口１００ａに接続されている。合流流路６５の中途であって、恒温室Ｒ内にあり入口１００ａの直前に相当する部分には、ワーク熱交換部１００に流入する熱媒体の温度を検知可能な往き温度検知手段７０が設けられている。
【００４４】
一方、熱媒復路５２は、試料Ｗ側にあるワーク熱交換部１００において熱交換した熱媒体をタンク１０，２０側に向けて戻す流路である。熱媒復路５２は、ワーク熱交換部１００の出口１００ｂに接続された集合復路８０と、高温側復路８１と、低温側復路８２とに大別される。
【００４５】
集合復路８０の中途であって、恒温室Ｒ内において出口１００ｂに隣接する位置には、戻り温度検知手段８３が設けられている。集合復路８０は、分岐点Ｄにおいてタンク１０に繋がる高温側復路８１と、タンク２０に繋がる低温側復路８２とに分岐された構成とされている。高温側復路８１および低温側復路８２は、それぞれタンク１０，２０に対して上記した高温側往路６０や低温側往路６１よりも上方側の位置に接続されている。
【００４６】
上記した熱媒往路５１の集合往路６５と、熱媒復路５２の集合復路８０との間を繋ぐように、バイパス流路５３が接続されている。バイパス流路５３の中途には、弁９０が設けられている。バイパス流路５３は、集合往路６５を介して試料Ｗ側に向けて流れる熱媒体の流量を制御する等のために補助的に使用される。すなわち、例えば何らかの理由により圧送手段６６の圧送能力が不安定となった場合などにバイパス流路５３に設けられた弁９０が開閉される。これにより、集合往路６５を流れる熱媒体の一部が試料Ｗ側に設けられたワーク熱交換部１００をショートカットして集合往路６５側から集合復路８０側に流れることとなり、ワーク熱交換部１００に流れ込む熱媒体の流量が調整される。
【００４７】
続いて、本実施形態の環境試験装置１の動作について説明する。環境試験装置１が作動を開始すると、ヒータ１２，２２や冷却回路１３，２３が作動し、タンク１０内の熱媒体が高温に調整されると共に、タンク２０内の熱媒体が低温に調整される。本実施形態では、タンク１０内の熱媒体が９０℃に加熱されると共に、タンク２０内の熱媒体が−４０℃まで冷却される。
【００４８】
さらに具体的には、タンク１０に存在する熱媒体は、ヒータ１２によって所定温度まで加熱される。また、タンク１０内に存在する熱媒体が所定温度よりも高温である場合は、上記した冷却回路１３に設けられたポンプ１７ｃが作動し、冷却二次側往路１７ａおよび冷却二次側復路１７ｂを介して熱交換器１５の二次側との間で循環する。これにより、タンク１０内の熱媒体が熱交換器１５において外部の給水源から熱交換器１５の一次側に供給された水との熱交換により冷却され、熱媒体の温度が微調整される。
【００４９】
一方、タンク２０に存在する熱媒体は、上記した冷却回路２３に設けられたポンプ２７ｃによって二次側往路２７ａを介して熱交換器２５の二次側に吸い出される。そして、この熱媒体は、熱交換器２５において、冷凍機３０と熱交換器２５の一次側との間を循環している冷媒との熱交換によって所定温度まで冷却された後、タンク２０側に戻る。また、タンク２０内の熱媒体が所定温度よりも低温になっている場合は、ヒータ２２が作動し、熱媒体の温度が微調整される。
【００５０】
環境試験装置１によって燃料電池や内燃機関等のような試験対象物（試料Ｗ）について試験を行う場合は、熱媒体が、温度調整および流量調整された状態でワーク熱交換部１００に供給される。さらに詳細に説明すると、環境試験装置１により試験を行う場合は、圧送手段６６を構成する各ポンプ６６ａ〜６６ｃが作動状態とされると共に、高温側往路６０および低温側往路６１に設けられた流量調整弁６２，６３が開かれる。
【００５１】
ここで、ポンプ６６ａ〜６６ｃの圧送能力は、試料Ｗに取り付けられたワーク熱交換部１００に供給すべき熱媒体の量に応じて適宜振り分けられ、調整される。さらに詳細には、上記したように、本実施形態で採用されているポンプ６６ａは、８［リットル／分］の圧送能力を有するものであり、ポンプ６６ｂは２［リットル／分］の圧送能力を有するもの、ポンプ６６ｃは１［リットル／分］の圧送能力を有するものである。本実施形態では、熱媒体を圧送する際に、並列に配された圧送能力の異なる３台のポンプを適宜稼働させる。そのため、圧送手段６６は、圧送能力の低いポンプ６６ｃの出力を適宜調整することにより、熱媒体の圧送量を高分解能で調整することができる。また、圧送手段６６は、熱媒体の流量を変化させる場合についても、なめらかに流量変化させることができる。
【００５２】
また、流量調整弁６２，６３の開度は、ワーク熱交換部１００に供給すべき熱媒体の温度（以下、必要に応じて往き温度Ｔｇと称す）に応じて調整される。すなわち、環境試験装置１は、流量調整弁６２，６３の開度比を調整することによりタンク１０，２０から送出される高温の熱媒体と低温の熱媒体の混合比を調整し、ワーク熱交換部１００に供給される熱媒体の温度を調整することができる。具体的には、タンク１０内の熱媒体を９０℃となるように温度調整し、タンク２０内の熱媒体を−４０℃となるように温度調整している状況下において、集合往路６５を介してワーク熱交換部１００側に供給される熱媒体の総流量を１０［リットル／分］とする場合、流量調整弁６２，６３の開度を高温側往路６０を５［リットル／分］の流量で熱媒体が流れ、低温側往路６１を５［リットル／分］の流量で熱媒体が流れるように調整することにより、往き温度Ｔｇを６５℃に調整することができる。
【００５３】
本実施形態の環境試験装置１は、複数の運転モードを有し、燃料電池や内燃機関等のような試験対象物（試料Ｗ）の試験方法に応じて任意に選択された運転モードで運転可能である。さらに具体的には、環境試験装置１は、その運転モードとして流量・往き温度一定モードや、温度差一定モード等の複数の運転モードを有する。
【００５４】
流量・往き温度一定モードは、ワーク熱交換部１００に対して供給される熱媒体の温度（往き温度）を一定に維持しつつ、熱媒体を一定の流量で熱媒体を供給する運転モードである。流量・往き温度一定モードで環境試験装置１が作動する場合、圧送手段６６の圧送能力は、流量計６９によって検知される熱媒体の流量に基づいてフィードバック制御され、一定に維持される。
【００５５】
また、流量・往き温度一定モードで環境試験装置１を運転する場合は、ワーク熱交換部１００に入口１００ａから流入する熱媒体の温度（以下、必要に応じて往き温度Ｔｇと称す）が一定となるように温度調整される。さらに具体的には、試験条件として設定された往き温度Ｔｇの設定値（以下、必要に応じて往き設定温度Ｔｓｇと称す）に基づき、流量調整弁６２，６３の開度比が調整される。これにより、流量調整弁６２，６３の開度比に応じてタンク１０，２０から導出された高温の熱媒体と低温の熱媒体とが合流点Ｍにおいて合流して混合し、所定温度に調整された状態になる。その後、合流点Ｍを通過した熱媒体は、集合往路６５を通って試料Ｗ側に向けて流れる。ここで、集合往路６５を流れる熱媒体が、集合往路６５を流れるうちに放熱して温度低下する場合がある。この場合は、集合往路６５の中途に設けられた温度調整手段６７が作動し、熱媒体の温度が微調整される。
【００５６】
上記したようにして集合往路６５を流れる熱媒体は、試料Ｗに対して熱交換可能なように取り付けられたワーク熱交換部１００に入口１００ａ側から流入する。ワーク熱交換部１００に導入された熱媒体は、試料Ｗとの熱交換を経た後、出口１００ｂから集合復路８０に流出する。
【００５７】
集合復路８０を流れる熱媒体は、この中途に設けられた分岐点Ｄにおいて高温側復路８１と低温側復路８２とに分流し、それぞれタンク１０，２０の上方側に戻る。タンク１０，２０に戻った熱媒体は、上記したのと同様にして加熱あるいは冷却され、所定の温度に調整される。環境試験装置１が流量・往き温度一定モードで運転を行う間、タンク１０，２０に貯留されている熱媒体は、このようにして循環し続ける。
【００５８】
温度差一定モードは、環境試験装置１の運転に伴って試料Ｗ側に取り付けられたワーク熱交換部１００の出口１００ｂからタンク１０，２０側に戻る熱媒体の温度（以下、必要に応じて戻り温度Ｔｂと称す）と往き温度Ｔｇとの差（以下、必要に応じて温度差ΔＴと称す）、すなわちΔＴ＝｜Ｔｂ−Ｔｇ｜が一定となるように運転する運転モードである。温度差一定モードで動作する場合についても、上記したように流量調整弁６２，６３の開度比を調整してタンク１０，２０から熱媒体が導出され、混合される高温の熱媒体と低温の熱媒体との混合比が調整され、これにより熱媒体の往き温度Ｔｇが往き設定温度Ｔｓｇに調整される。
【００５９】
一方、温度差一定モードで運転を行う場合は、試験条件として温度差ΔＴが設定されてており、これに基づき熱媒体の戻り温度Ｔｂの設定値（以下、必要に応じて戻り設定温度Ｔｓｂと称す）が導出される。そこで、温度差一定モードで運転を行う場合は、熱媒体循環流路５０を構成する集合復路８０に設けられた戻り温度検知手段８３の検知温度に基づき、この検知温度が上記した戻り設定温度Ｔｓｂになるように圧送手段６６を構成するポンプ６６ａ〜６６ｃの出力がフィードバック制御される。温度差一定モードで運転する間、環境試験装置１は上記したようにして動作し続け、熱媒体の温度差ΔＴが一定となるように循環し続ける。
【００６０】
上記したように、本実施形態の環境試験装置１は、高温の熱媒体を貯留するためのタンク１０や低温の熱媒体を貯留するためのタンク２０に加えて、熱媒体循環流路５０を有する。そして、タンク１０から取り出された高温の熱媒体と、タンク２０から取り出された低温の熱媒体とを所定比で混合し、熱媒体循環流路５０を介してワーク熱交換部１００とタンク１０やタンク２０との間で熱媒体を循環させることが可能な構成とされている。そのため、本実施形態の環境試験装置１によれば、試料Ｗ側に向けて供給される熱媒体の温度を試験条件に合致するように俊敏かつ精度良く変化させることができる。
【００６１】
本実施形態の環境試験装置１では、試料Ｗに対して供給すべき熱媒体の温度の設定値たる往き設定温度Ｔｓｇに基づいてタンク１０にある高温の熱媒体とタンク２０にある低温の熱媒体との混合比が設定され、この混合比に基づいて流量調整弁６２，６３の開度比が調整される。そして、高温の熱媒体と低温の熱媒体とが、前記した混合比で混合され、試料Ｗ側に向けて送り込まれる。そのため、環境試験装置１によれば、試料Ｗに対して供給される熱媒体の温度（往き温度Ｔｇ）を設定値に精度良く調整できる。
【００６２】
また、本実施形態の環境試験装置１は、動作モードとして温度差一定モードを選択した際に、試料Ｗ側に設けられたワーク熱交換部１００に対する往き温度Ｔｇと戻り温度Ｔｂとの温度差ΔＴの設定値に基づいて圧送手段６６の出力がフィードバック制御され、熱媒体循環流路５０における熱媒体の循環量が調整される。また、環境試験装置１は、動作モードとして戻り温度一定モードが選択された場合に、戻り温度検知手段８３の検知温度に基づいて圧送手段６６の出力がフィードバック制御され、熱媒体循環流路５０における熱媒体の循環量が調整される。そのため、本実施形態の環境試験装置１では、動作モードとして温度差一定モードや戻り温度一定モードを選択した場合に、試料Ｗ側への往き温度Ｔｇを変化させることなく、温度差ΔＴや戻り温度Ｔｂを精度良く調整することができる。
【００６３】
ここで、本実施形態で採用されている圧送手段６６は、圧送能力の異なる複数のギアポンプ（ポンプ６６ａ〜６６ｃ）を並列に配した構成とされている。そのため、圧送手段６６は、その圧送能力の分解能が高く、なめらかに流量変化させることも可能である。従って、本実施形態の環境試験装置１によれば、上記した熱媒体の温度差ΔＴや、戻り温度Ｔｂを試験条件に応じて俊敏かつ精度よく変動させることが可能である。
【００６４】
本実施形態では、ポンプ６６ａ〜６６ｃとして、いわゆるギアポンプを採用した例を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばスクリューポンプやチュービングポンプ等のポンプもポンプ６６ａ〜６６ｃとして好適に採用することができる。これらのポンプをポンプ６６ａ〜６６ｃとして採用した場合についても、ギアポンプを採用した場合と同様に容易かつ正確に熱媒体の流量を調整することができる。
【００６５】
また、ポンプ６６ａ〜６６ｃとしてギアポンプやスクリューポンプ、チュービングポンプのようなポンプを採用した場合は、遠心力式のポンプを採用した場合のように出力変動に伴う吐出圧の変動がほとんど起こらない。従って、ギアポンプ等をポンプ６６ａ〜６６ｃとして採用すれば、出力変動、すなわち熱媒体の流量変動に伴う圧力変動がほとんど起こらず、環境試験の試験精度をより一層向上させることができる。
【００６６】
上記したように、本実施形態の環境試験装置１は、流量・往き温度一定モードや、温度差一定モード等、複数の動作モードで運転して試料Ｗの試験を実施可能なものであったが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、環境試験装置１は、これらの運転モードのうちの一又は複数について実施できないものであったり、他の動作モードでも動作可能なものであってもよい。
【００６７】
また、上記したように、環境試験装置１は、熱媒往路５１が、タンク１０から熱媒体を取り出し可能な高温側往路６０と、タンク２０から熱媒体を取り出し可能な低温側往路６１とを有し、低温側往路６１の開口径が、高温側往路６０の開口径よりも大きい。そのため、本実施形態の環境試験装置１は、上記したように高温の熱媒体と低温の熱媒体とでその温度差が非常に大きく、粘度が異なる条件下で作動しても、高温の熱媒体と低温の熱媒体との流量比（混合比）を精度良く調整することができる。
【００６８】
なお、上記実施形態では、温度差に起因する熱媒体の粘度の違いを考慮して高温側往路６０および低温側往路６１の開口径の大きさが異なるとする例を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、両者の開口径が略同一であってもよい。
【００６９】
上記した環境試験装置１は、熱媒往路５１の中途にタンク１０から取り出された高温の熱媒体と、タンク２０から取り出された低温の熱媒体とが合流する合流点Ｍがあり、これよりも熱媒体の流れ方向下流側、すなわち試料Ｗ側に、熱媒体の温度調整をすることができる温度調整手段６７が設けられている。そのため、例えば集合往路６５の配管長が長い等の事情により、合流点Ｍにおいて混合され温度調整された熱媒体が、集合往路６５を通って試料Ｗ側に到達するまでの間に放熱等によって温度変化しても、これを微調整することができる。従って、本実施形態の環境試験装置１によれば、試料Ｗ側に供給される熱媒体の温度をより一層精度良く調整することができる。
【００７０】
なお、上記実施形態では、集合往路６５の中途にヒーターを備えた温度調整手段６７を設けた構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、温度調整手段６７を有しない構成としてもよい。また、温度調整手段６７を熱媒体の加熱だけでなく、冷却も可能な構成としてもよい。
【００７１】
本実施形態の環境試験装置１は、タンク１０や、タンク２０、熱媒体循環流路５０を含んだ熱媒体の循環系統を有する。また、タンク１０やタンク２０に設けられた排気手段１１，２１の弁１１ａ，２１ａを開くことにより、前記循環系統を外気に対して開放し、この循環系統内に存在する気体を外気に向けて放出可能な状態とすることができる。従って、環境試験装置１は、前記循環系統内に気体が混在していることにより流量計６９が誤検知したり、これに伴って熱媒体の流量が不必要に変動するといったような不具合の発生を抑制することができる。
【００７２】
なお、上記した排気手段１１，２１は、上記循環系統内に混在している気体を排出するための構成の一例を示したものに過ぎず、排気手段１１，２１のいずれか一方又は双方に代わって他の気体を排出可能な構成を採用してもよい。また、環境試験装置１は、排気手段１１，２１のいずれか一方又は双方を備えていないものであってもよい。
【００７３】
上記実施形態では、熱媒体循環流路５０の一部として、集合往路６５と集合復路８０とをバイパスするバイパス流路５３を設けた例を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、バイパス流路５３を持たない構成としてもよい。
【００７４】
上記実施形態で示した環境試験装置１は、試料Ｗに取り付けられるワーク熱交換部１００を含んだものであったが、本発明はこれに限定されるものではない。さらに具体的には、環境試験装置１は、ワーク熱交換部１００を備えていない構成とし、熱媒循環流路５０を構成する熱媒往路５１や熱媒復路５２を試料Ｗに対して直接的に取り付ける構成としたり、試料Ｗに別途取り付けられた熱交換器やラジエター等の温調装置に対して熱媒往路５１や熱媒復路５２を接続する構成としてもよい。
【００７５】
上記した環境試験装置１は、高温側復路８１や低温側復路８２をタンク１０，２０の頂部側に接続したものであるため、仮に試料Ｗ側から戻る熱媒体に気体が含まれていたとしても、この気体がタンク１０，２０から試料側Ｗに向けて流れる熱媒体中に混入する可能性が低い。
【００７６】
さらに詳細に説明すると、一般的に気体は、熱媒体として使用されるエチレングリコール水溶液等に比べて軽い。そのため、仮に気体がタンク１０，２０内に入ったとした場合、この気体はタンク１０，２０を上昇しようとする。しかし、エチレングリコール水溶液等の熱媒体は粘度が高いため、ひとたび気体が熱媒体中に混入すると、熱媒体から抜け出しにくい傾向にある。そのため、仮に高温側復路８１や低温側復路８２がタンク１０，２０の底部側に接続されていたとした場合は、高温側復路８１や低温側復路８２を介してタンク１０，２０に戻る熱媒体中に気体が含まれていると、この気体が熱媒体中から抜けることなく試料Ｗ側とタンク１０，２０間を循環してしまう可能性が高い。
【００７７】
しかし、上記した環境試験装置１では、高温側復路８１や低温側復路８２がタンク１０，２０の頂部側に接続されている。また、環境試験装置１では、タンク１０，２０内の熱媒体を冷却するために熱交換器１５，２５に接続された冷却二次側復路１７ｂ，２７ｂが冷却二次側往路１７ａ，２７ａに対して上方に接続されている。すなわち、タンク１０，２０において熱媒体は、上方から下方に向けて流れるように形成されている。そのため、高温側復路８１や低温側復路８２を介してタンク１０，２０に戻る熱媒体中に気体が混在していたとしても、この熱媒体が次に試料Ｗ側に供給されるまでの間に気体がタンク１０，２０の頂部側に抜ける可能性が高い。
【００７８】
すなわち、環境試験装置１では、タンク１０，２０において上方側から下方側に向けて流れる熱媒体の流速（タンク内流速Ｖと称す）が、熱媒体中を気泡が上昇する速度（気泡上昇速度ｖと称す）よりも低くなる、すなわちＶ＜ｖとなるようにすることにより、気泡が熱媒体中に混じったまま熱媒循環流路５０を循環するのを防止することができる。従って、環境試験装置１は、熱媒体中に気体が混入することにより懸念される不具合が発生する可能性が低い。
【００７９】
また、環境試験装置１は、タンク１０，２０内に貯留されている熱媒体の液面が高温側復路８１や低温側復路８２、冷却二次側復路１７ｂ，２７ｂがタンク１０，２０に対して接続されている位置よりも低くなることを条件として、熱媒体を補充するよう警報等を出す構成としてもよい。かかる構成とすれば、試料Ｗの交換に際して熱媒循環流路５０を着脱する際に熱媒体が漏洩する等して、タンク１０，２０内に気体が大量に存在する状態になったり、気体が熱媒体中に混入するのを防止できる。
【００８０】
なお、上記実施形態では、熱媒体中に気体が混入する可能性を低減すべく、高温側復路８１や低温側復路８２をタンク１０，２０の頂部側、すなわち高温側往路６０および低温側往路６１の接続部分よりも上方に接続した例を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば高温側復路８１や低温側復路８２の接続位置を、高温側往路６０や低温側往路６１の接続位置よりも下方に配した構成としてもよい。また、別途熱媒体中への気体の混入を防止したり、混入した気体を除去可能な構成を追加してもよい。
【００８１】
本実施形態で示した環境試験装置１は、上記したように試料Ｗ側に供給される熱媒体の温度（往き温度Ｔｇ）や試料Ｗ側から出る熱媒体の温度（戻り温度Ｔｂ）を迅速かつ精度良く調整できるものであるため、燃料電池等のように試験時に温度条件が急激に変動するものを試料Ｗとして好適に採用することができる。また、環境試験装置１は、燃料電池のようなものの性能試験だけではなく、半導体素子製造の材料であるウェハーや内燃機関等の性能試験に用いたり、急激な温度変化を伴う環境下に試料をさらして実施する、いわゆる冷熱衝撃試験に用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の一実施形態である環境試験装置が備える回路系統図である。
【符号の説明】
【００８３】
１ 環境試験装置
１０ タンク（高温タンク）
１１，２１ 排気手段
１２ ヒーター（加熱手段）
２０ タンク（低温タンク）
２３ 冷却回路（冷却手段）
５０ 熱媒体循環流路
５１ 熱媒往路
５２ 熱媒復路
６２，６３ 流量調整弁
６５ 集合往路
６６ 圧送手段
６６ａ〜６６ｃ ポンプ（圧送装置）
６９ 流量計
７０ 往き温度検知手段
８０ 集合復路
８１ 高温側復路
８２ 低温側復路
８３ 戻り温度検知手段
１００ 温調装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定温度に調整された熱媒体を試料側に供給して試料の温度が所定の条件を満足するように調整可能な環境試験装置であって、
熱媒体を貯留可能な高温タンクおよび低温タンクと、
前記高温タンクに貯留される熱媒体を加熱可能な加熱手段と、
前記低温タンクに貯留される熱媒体を冷却可能な冷却手段と、
試料側と高温タンク及び／又は低温タンクとの間で熱媒体を循環させることが可能な熱媒体循環流路とを備えており、
当該熱媒体循環流路が、前記高温タンクおよび低温タンクに貯留されている熱媒体を試料側に供給可能な熱媒往路と、熱媒体を試料側から高温タンクおよび低温タンクに戻すことが可能な熱媒復路とを有し、
高温タンクから取り出された高温の熱媒体と、低温タンクから取り出された低温の熱媒体とを所定比で混合し、前記熱媒往路を介して試料側に供給可能であることを特徴とする環境試験装置。
【請求項２】
高温タンクから取り出された高温の熱媒体と、低温タンクから取り出された低温の熱媒体とを、試料に対して供給すべき熱媒体の温度の設定値に基づいて導出された混合比で混合して供給可能であることを特徴とする請求項１に記載の環境試験装置。
【請求項３】
試料側に供給される熱媒体の温度と、試料側から出る熱媒体の温度との温度差を設定可能であり、
当該温度差の設定値に基づいて熱媒体循環流路における熱媒体の循環量が調整されることを特徴とする請求項１又は２に記載の環境試験装置。
【請求項４】
熱媒復路を介して試料側から高温タンクおよび低温タンクに戻る熱媒体の温度に基づいて、熱媒体循環流路における熱媒体の循環量が調整されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の環境試験装置。
【請求項５】
熱媒体循環流路の中途に、試料との間で循環する熱媒体を圧送可能な圧送手段が接続されており、
当該圧送手段が、圧送能力の異なる圧送装置を複数有し、
当該圧送装置が、熱媒体循環流路に対して並列に接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の環境試験装置。
【請求項６】
熱媒往路が、高温タンクから熱媒体を取り出し可能な高温熱媒取出管と、低温タンクから熱媒体を取り出し可能な低温熱媒取出管とを有し、
当該低温熱媒取出管の開口径が、高温熱媒取出管の開口径よりも大きいことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の環境試験装置。
【請求項７】
熱媒往路の中途に、高温タンクから取り出された高温の熱媒体と、低温タンクから取り出された低温の熱媒体とが合流する合流点があり、
当該合流点よりも熱媒体の流れ方向下流側に、熱媒体を温度調整可能な温度調整手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の環境試験装置。
【請求項８】
高温タンク、低温タンク、並びに、熱媒体循環流路を含んだ熱媒体の循環系統を有し、
前記高温タンク、低温タンク、並びに、熱媒体循環流路の少なくともいずれかに、前記循環系統を外気に対して開放し、前記循環系統内に存在する気体を外気に向けて放出可能な排気手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の環境試験装置。
【請求項１】
所定温度に調整された熱媒体を試料側に供給して試料の温度が所定の条件を満足するように調整可能な環境試験装置であって、
熱媒体を貯留可能な高温タンクおよび低温タンクと、
前記高温タンクに貯留される熱媒体を加熱可能な加熱手段と、
前記低温タンクに貯留される熱媒体を冷却可能な冷却手段と、
試料側と高温タンク及び／又は低温タンクとの間で熱媒体を循環させることが可能な熱媒体循環流路とを備えており、
当該熱媒体循環流路が、前記高温タンクおよび低温タンクに貯留されている熱媒体を試料側に供給可能な熱媒往路と、熱媒体を試料側から高温タンクおよび低温タンクに戻すことが可能な熱媒復路とを有し、
高温タンクから取り出された高温の熱媒体と、低温タンクから取り出された低温の熱媒体とを所定比で混合し、前記熱媒往路を介して試料側に供給可能であることを特徴とする環境試験装置。
【請求項２】
高温タンクから取り出された高温の熱媒体と、低温タンクから取り出された低温の熱媒体とを、試料に対して供給すべき熱媒体の温度の設定値に基づいて導出された混合比で混合して供給可能であることを特徴とする請求項１に記載の環境試験装置。
【請求項３】
試料側に供給される熱媒体の温度と、試料側から出る熱媒体の温度との温度差を設定可能であり、
当該温度差の設定値に基づいて熱媒体循環流路における熱媒体の循環量が調整されることを特徴とする請求項１又は２に記載の環境試験装置。
【請求項４】
熱媒復路を介して試料側から高温タンクおよび低温タンクに戻る熱媒体の温度に基づいて、熱媒体循環流路における熱媒体の循環量が調整されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の環境試験装置。
【請求項５】
熱媒体循環流路の中途に、試料との間で循環する熱媒体を圧送可能な圧送手段が接続されており、
当該圧送手段が、圧送能力の異なる圧送装置を複数有し、
当該圧送装置が、熱媒体循環流路に対して並列に接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の環境試験装置。
【請求項６】
熱媒往路が、高温タンクから熱媒体を取り出し可能な高温熱媒取出管と、低温タンクから熱媒体を取り出し可能な低温熱媒取出管とを有し、
当該低温熱媒取出管の開口径が、高温熱媒取出管の開口径よりも大きいことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の環境試験装置。
【請求項７】
熱媒往路の中途に、高温タンクから取り出された高温の熱媒体と、低温タンクから取り出された低温の熱媒体とが合流する合流点があり、
当該合流点よりも熱媒体の流れ方向下流側に、熱媒体を温度調整可能な温度調整手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の環境試験装置。
【請求項８】
高温タンク、低温タンク、並びに、熱媒体循環流路を含んだ熱媒体の循環系統を有し、
前記高温タンク、低温タンク、並びに、熱媒体循環流路の少なくともいずれかに、前記循環系統を外気に対して開放し、前記循環系統内に存在する気体を外気に向けて放出可能な排気手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の環境試験装置。
【図１】
【公開番号】特開２００８−１３４１６８（Ｐ２００８−１３４１６８Ａ）
【公開日】平成２０年６月１２日（２００８．６．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３２１２０２（Ｐ２００６−３２１２０２）
【出願日】平成１８年１１月２９日（２００６．１１．２９）
【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６月１２日（２００８．６．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月２９日（２００６．１１．２９）
【出願人】（０００１０８７９７）エスペック株式会社 (282)
【Ｆターム（参考）】
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