JP2014115205A - 環境試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的簡単な構成で、温湿度制御の安定性を確保するとともに省エネ性を向上させる。
【解決手段】空気通路３０は、仕切板３５によって空調通路３１とバイパス通路３２とに区画されている。空調通路３１及びバイパス通路３２の下流側には、ミキシング通路３３が設けられている。空調通路３１には、加湿装置２１、冷凍装置２２、及び加熱装置２３が配設されている。空調通路３１を通過して温度及び湿度が調整された調和空気と、バイパス通路３２を通過した空気とは、ミキシング通路３３で合流して混合されて吹出口１３ａから試験室Ｓ内に吹き出される。
【選択図】図３

Description

本発明は、環境試験装置に関するものである。

従来より、医薬品等の安定性試験を行うに際し、所定の温度及び所定の湿度の条件下における製品の性能を試験するために、例えば、恒温恒湿槽（チャンバ）を備えた環境試験装置が用いられている。環境試験装置では、断熱壁で囲まれた恒温恒湿槽の試験室内に温度センサ及び湿度センサを設け、これらの計測値に基づいて冷凍機、加湿器及び加温機を含む空調装置を制御している。空調装置は、試験室の奥側に仕切られた空気通路内に配設されている。試験室と空気通路とは、吸込口及び吹出口によって連通している。これにより、試験室内と空調装置との間で空気を循環させて、試験室内の温湿度が目標温湿度で一定となるようにしている（例えば、特許文献１を参照）。

具体的に、試験室から空気通路に吸い込まれた空気は、加湿器のヒータで蒸発させた水蒸気によって加湿される。加湿された湿り空気は、冷凍機の熱交換器を通過する際に冷却及び除湿され、設定温度及び設定湿度における必要な水分量が調整される。そして、加温機によって加熱されることで、調和空気が目標温湿度となるようにしている。

このように、加湿器で加湿された湿り空気を冷凍機の熱交換器に通過させることで、加湿器による温湿度の変動を熱交換器によって抑制することができ、より安定性の高い制御を行うことができる。

特開平７−１４００６１号公報

しかしながら、従来の環境試験装置では、冷凍機の熱交換器と空気との間で熱交換される熱量が比較的大きいので、加温機によって再度加熱するための逆負荷としての加熱量も大きくなり、省エネ性が低下してしまうという問題があった。

さらに、医薬品等の安定性試験を行うに際しては、試験室内の温湿度分布に偏りが生じないことが重視されるので、試験室内の空気の循環回数が一般空調に比べて非常に多くなる。そのため、冷凍機の熱交換器を通過する風量も増加することとなり、熱交換器の表面温度が上昇することで除湿能力が低下したり、熱交換器の表面に付着した水滴が飛散してしまうという問題があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、比較的簡単な構成で、温湿度制御の安定性を確保するとともに省エネ性を向上させることにある。

本発明は、内部に試験室を有する恒温恒湿槽と、吸込口及び吹出口を介して該試験室に連通する空気通路と、該空気通路を流通する空気の温度及び湿度を調整して調和空気を生成する空調装置とを備えた環境試験装置を対象とし、次のような解決手段を講じた。

すなわち、第１の発明は、前記空気通路は、前記吸込口に連通する空調通路と、該空調通路の下流側に設けられて前記吹出口に連通するミキシング通路とを有し、
前記空調装置は、前記空調通路の上流側から順に配設された加湿装置、冷凍装置、及び加熱装置と、前記ミキシング通路に配設された送風ファンとを有し、
上流側が前記試験室に連通する一方、下流側が前記ミキシング通路に連通するバイパス通路が設けられていることを特徴とするものである。

第１の発明では、空気通路は、空調通路とミキシング通路とを有する。空調通路には、上流側から順に、空調装置の加湿装置、冷凍装置、及び加熱装置が配設される。ミキシング通路には、送風ファンが配設される。ミキシング通路には、バイパス通路が連通している。ミキシング通路では、バイパス通路から送り込まれた試験室内の空気と、空調通路で生成された調和空気とが混合され、混合された調和空気が吹出口から試験室内に吹き出される。

このような構成とすれば、比較的簡単な構成で、温湿度制御の安定性を確保するとともに省エネ性を向上させることができる。具体的に、従来の環境試験装置では、医薬品等の安定性試験を行うに際して、試験室内の温湿度分布に偏りが生じないように、送風ファンの風量を大きくして、試験室内の空気の循環回数が多くなるようにしている。しかしながら、冷凍装置を通過する風量が増加することとなるため、冷凍装置の熱交換器の表面温度が上昇することで除湿能力が低下したり、熱交換器の表面に付着した水滴が飛散してしまうという問題があった。

これに対し、本発明では、加湿装置や冷凍装置が配設された空調通路とは別にバイパス通路を設けるようにしたから、冷凍装置の熱交換器を通過する風量を低減しつつ、バイパス通路を通過する空気と調和空気とを混合させることで、全体として必要な風量を確保することができる。また、冷凍装置の熱交換器を通過する風量を低減させたことで、冷凍装置の除湿能力の低下や水滴の飛散も抑えることができるので、温湿度制御の安定性を確保することができる。

さらに、冷凍装置によって冷却される風量が低減されるため、冷凍装置によって冷却された空気を目標温度まで再加熱するための加熱装置の加熱量を少なくすることができ、省エネ性を向上させることができる。

第２の発明は、第１の発明において、
前記バイパス通路には、該バイパス通路を閉鎖する閉位置と、該バイパス通路を開放する開位置との間で回動自在なダンパが設けられていることを特徴とするものである。

第２の発明では、バイパス通路に設けられたダンパは、バイパス通路を閉鎖する閉位置と、バイパス通路を開放する開位置との間で回動自在に構成される。

このような構成とすれば、例えば、装置の起動時にダンパによってバイパス通路を閉鎖することで、空調通路を通過する空気のみで調和空気を生成することができるので、試験室内の温湿度を目標温湿度まで迅速に到達させることができる。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記空気通路は、前記吸込口及び前記吹出口が開口した区画壁によって前記試験室内を区画することで形成され、
前記バイパス通路は、前記空気通路を仕切板によって区画することで形成されていることを特徴とするものである。

第３の発明では、区画壁によって試験室内が区画されることで空気通路が形成される。空気通路は、仕切板によってバイパス通路と空調通路とに区画される。

このような構成とすれば、空気通路を仕切板で区画するだけという比較的簡単な構成で、バイパス通路を形成することができる。

本発明によれば、加湿装置や冷凍装置が配設された空調通路とは別にバイパス通路を設けるようにしたから、冷凍装置の熱交換器を通過する風量を低減しつつ、バイパス通路を通過する空気と調和空気とを混合させることで、全体として必要な風量を確保することができる。また、冷凍装置の熱交換器を通過する風量を低減させたことで、冷凍装置の除湿能力の低下や水滴の飛散も抑えることができるので、温湿度制御の安定性を確保することができる。

さらに、冷凍装置によって冷却される風量が低減されるため、冷凍装置によって冷却された空気を目標温度まで再加熱するための加熱装置の加熱量を少なくすることができ、省エネ性を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る環境試験装置における恒温恒湿槽の構成を示す斜視図である。 環境試験装置における恒温恒湿槽の試験室内の構成を示す斜視図である。 環境試験装置の概略構成を示す側面断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１は、本実施形態に係る環境試験装置における恒温恒湿槽の構成を示す斜視図である。図１に示すように、恒温恒湿槽１１（チャンバ）は、例えば、医薬品等の安定性試験に使用され、そのために試験室Ｓ内の温度及び湿度を予め設定した範囲内に安定的に維持する。

恒温恒湿槽１１は、外形が略直方体形状をなし、前面の上端から中央部にかけて、扉１２が開閉可能に取り付けられている。扉１２の前面には、制御目標となる温度及び湿度の設定等を行うための操作盤５１と、設定値等を表示するディスプレイ５２とが上下方向に並んで配設されている。

図２に示すように、恒温恒湿槽１１の扉１２を開けることによって、恒温恒湿槽１１の内部に形成されている略直方体形状の試験室Ｓが開口し、それによって試験室Ｓ内に試料５５を入れたり、試験室Ｓ内に入れた試料５５を取り出すことができる。

図３は、環境試験装置の概略構成を示す側面断面図である。図３に示すように、試験室Ｓ内の奥側には、恒温恒湿槽１１内を試験室Ｓと空気通路３０とに区画する区画壁１３が立設している。区画壁１３の上部及び下部には、格子状の吹出口１３ａ及び吸込口１３ｂがそれぞれ開口している。

空気通路３０は、仕切板３５によって装置前後方向に区画されている。具体的に、仕切板３５よりも装置奥側の通路は、後述する空調装置２０が配設される空調通路３１を構成している。仕切板３５よりも装置手前側の通路は、バイパス通路３２を構成している。バイパス通路３２には、バイパス通路３２を閉鎖する閉位置と、バイパス通路３２を開放する開位置との間で回動自在なダンパ３６が設けられている。

空調通路３１及びバイパス通路３２の上流側は、吸込口１３ｂに連通している。また、空調通路３１及びバイパス通路３２の下流側には、ミキシング通路３３が設けられている。ミキシング通路３３は、空調通路３１及びバイパス通路３２を通過した空気を合流させるための通路である。ミキシング通路３３の下流側は、吹出口１３ａに連通している。

吸込口１３ｂから吸い込まれた空気は、空調通路３１及びバイパス通路３２に分流して通過する。空調通路３１を通過した空気は、空調装置２０によって温度及び湿度が調整される。これにより、調和空気が生成されてミキシング通路３３に流入する。一方、バイパス通路３２を通過した空気は、そのままミキシング通路３３に流入する。これにより、空調通路３１で生成された調和空気と、バイパス通路３２を通過した空気とが、ミキシング通路３３内で混合されて吹出口１３ａから試験室Ｓ内に吹き出される。調和空気は、試験室Ｓ内を流通した後、吸込口１３ｂから空調装置２０側に循環される。

なお、本実施形態では、試験室Ｓ内の奥側の区画壁１３の上部に吹出口１３ａが、下部に吸込口１３ｂがそれぞれ開口した形態について説明しているが、あくまでも一例であり、吹出口１３ａ及び吸込口１３ｂの開口位置は適宜設定することができる。

試験室Ｓ内には、２枚の棚板１４が上下に並んで配設されており、各棚板１４の上に試料５５が載置される。なお、棚板１４の枚数及びその配置は、この形態に限定するものではなく、適宜設定することができる。

吹出口１３ａには、恒温恒湿槽１１に温湿度センサ１６が配設され、温湿度センサ１６の計測値によって、吹出口１３ａから吹き出される空気の温度、相対湿度及び絶対湿度が測定される。なお、温湿度センサ１６の配設位置は、吹出口１３ａの近傍に限られず、吸込口の近傍に配設してもよい。温湿度センサ１６からの計測信号は、恒温恒湿槽１１の下部に配設されている本体コントローラ１８に送信される。本体コントローラ１８は、試験室Ｓ内の温度及び湿度が予め設定した状態となるように、温湿度センサ１６の計測値に応じて空調装置２０を制御する。

空調装置２０は、本体コントローラ１８から出力された制御信号に応じて、吹出口１３ａを経て試験室Ｓ内に供給する調和空気の温度、湿度、流量等が適切に調整される。空調装置２０は、加湿装置２１、冷凍装置２２、加熱装置２３、及び送風ファン２４を備えている。加湿装置２１、冷凍装置２２、及び加熱装置２３は、空調通路３１の上流側から順に配設されている。送風ファン２４は、ミキシング通路３３に配設されている。

加湿装置２１は、ヒータ２１ａと、加湿用の水を貯留する受け皿２１ｂとを備えている。ヒータ２１ａは、供給された電力量に応じた加熱量で加湿用の水を加熱する。受け皿２１ｂには、試験室Ｓの外部に設けられた図示しない給水タンクから水が供給される。そして、加湿装置２１は、本体コントローラ１８から出力された制御信号に基づいて、受け皿２１ｂに貯留された水をヒータ２１ａで蒸発させ、空気を設定湿度に加湿する動作を行う。これにより、加湿装置２１は、供給された電力量に応じた加湿量で試験室Ｓ内を加湿する。

冷凍装置２２は、冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えている。冷媒回路には、インバータ制御可能な圧縮機（図示省略）や熱交換器２２ａが接続されている。冷凍装置２２は、本体コントローラ１８から出力された制御信号に基づいて、循環される空気を設定温度及び設定湿度に基づいて算出された露点温度に低下させる動作を行う。これにより、設定温度及び設定湿度における必要な水分量を確保するようにしている。

加熱装置２３は、本体コントローラ１８から出力された制御信号に基づいて、冷凍装置２２で冷却された空気を設定温度に上昇させる動作を行う。これにより、加熱装置２３は、供給された電力量に応じた加熱量で試験室Ｓ内を加熱する。

送風ファン２４は、加湿装置２１、冷凍装置２２、加熱装置２３で調和された調和空気と、バイパス通路３２を通過した空気とを混合した後で試験室Ｓ内に循環させるように動作する。このように、送風ファン２４により試験室Ｓ内の空気を循環させ、必要に応じて加湿装置２１、冷凍装置２２、加熱装置２３をそれぞれ動作させ、温湿度センサ１６により試験室Ｓ内の温湿度を検出してフィードバック制御することで、試験室Ｓ内の温度及び湿度を予め設定した範囲内に安定的に維持する。

このように、加湿装置２１や冷凍装置２２が配設された空調通路３１とは別にバイパス通路３２を設けた構成とすれば、全体として制御温湿度の変動を低減することができる。具体的に、バイパス通路３２が設けられていない従来の環境試験装置では、加湿装置２１の出力が急激に増大した場合には、この急激な変動に伴って、空調装置２０で調和された調和空気の制御温湿度の変動が大きくなってしまう。

これに対し、本実施形態に係る環境試験装置１０では、加湿装置２１の出力が急激に増大した場合でも、空調通路３１を通過する空気の温湿度のみが変動し、バイパス通路３２を通過する空気の温湿度は変動しない。つまり、空調通路３１を通過した調和空気とバイパス通路３２を通過した空気とがミキシング通路３３で混合されると、全体として調和空気の制御温湿度の変動が低減されることとなる。

−運転方法−
次に、環境試験装置１０の運転方法について説明する。環境試験の対象となる試料５５は、恒温恒湿槽１１の扉１２を開けることによって、試験室Ｓ内に配設されている棚板１４の上に載置される。

試験室Ｓ内の温度及び湿度の制御目標値である設定温湿度値は、扉１２の前面に配設された操作盤５１から入力される。このとき、オペレータは、ディスプレイ５２に表示される制御目標値を見て、操作の正誤を確認することができる。

環境試験装置１０の起動時には、ダンパ３６を閉位置に回動させてバイパス通路３２を閉鎖する。このようにすれば、吸込口１３ｂから吸い込まれた空気が空調通路３１のみを通過することとなり、空調通路３１を通過する空気のみで調和空気を生成することができる。その結果、試験室Ｓ内の温湿度を目標温湿度まで迅速に到達させることができる。環境試験装置１０の起動から所定時間が経過した後は、ダンパ３６を開位置に回動させてバイパス通路３２を開放する。

環境試験装置１０の運転中は、吸込口１３ｂから空気が吸い込まれ、空調通路３１及びバイパス通路３２に分流して通過する。ここで、空調通路３１を通過した空気は、空調装置２０によって温度及び湿度が調整される。温度及び湿度が調整された調和空気は、ミキシング通路３３に流入する。一方、バイパス通路３２を通過した空気は、そのままミキシング通路３３に流入する。

ミキシング通路３３では、空調通路３１で生成された調和空気と、バイパス通路３２を通過した空気とが混合される。そして、混合された後の調和空気は、送風ファン２４によって吹出口１３ａより試験室Ｓ内に吹き出される。

このように、試験室Ｓ内と空調装置２０との間で空気を循環させながら、空調装置２０において温度及び湿度が調整された調和空気を試験室Ｓ内に供給することにより、試験室Ｓ内の温度及び湿度が、入力された制御目標値の設定温度及び設定湿度となるように運転される。

以上のように、本実施形態に係る環境試験装置１０によれば、加湿装置２１や冷凍装置２２が配設された空調通路３１とは別にバイパス通路３２を設けるようにしたから、冷凍装置２２の熱交換器を通過する風量を低減しつつ、バイパス通路３２を通過する空気と調和空気とを混合させることで、全体として必要な風量を確保することができる。また、冷凍装置２２の熱交換器を通過する風量を低減させたことで、上述した除湿能力の低下や水滴の飛散も抑えることができるので、温湿度制御の安定性を確保することができる。

さらに、冷凍装置２２によって冷却される風量が低減されるため、冷凍装置２２によって冷却された空気を目標温度まで再加熱するための加熱装置２３の加熱量を少なくすることができ、省エネ性を向上させることができる。

《その他の実施形態》
前記実施形態については、以下のような構成としてもよい。

本実施形態では、内部に試験室Ｓを有する恒温恒湿槽１１を備えた構成について説明したが、試験室Ｓの大きさは特に限定するものではない。つまり、作業者が出入りできる大きさの部屋としての試験室Ｓを有する恒温恒湿室を備えた構成も含まれる。

以上説明したように、本発明は、比較的簡単な構成で、温湿度制御の安定性を確保するとともに省エネ性を向上できるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。

１０ 環境試験装置
１１ 恒温恒湿槽
１３ 区画壁
１３ａ 吹出口
１３ｂ 吸込口
２０ 空調装置
２１ 加湿装置
２２ 冷凍装置
２３ 加熱装置
２４ 送風ファン
３０ 空気通路
３１ 空調通路
３２ バイパス通路
３３ ミキシング通路
３５ 仕切板
３６ ダンパ
Ｓ 試験室

Claims (3)

1. 内部に試験室を有する恒温恒湿槽と、吸込口及び吹出口を介して該試験室に連通する空気通路と、該空気通路を流通する空気の温度及び湿度を調整して調和空気を生成する空調装置とを備えた環境試験装置であって、
   前記空気通路は、前記吸込口に連通する空調通路と、該空調通路の下流側に設けられて前記吹出口に連通するミキシング通路とを有し、
   前記空調装置は、前記空調通路の上流側から順に配設された加湿装置、冷凍装置、及び加熱装置と、前記ミキシング通路に配設された送風ファンとを有し、
   上流側が前記試験室に連通する一方、下流側が前記ミキシング通路に連通するバイパス通路が設けられていることを特徴とする環境試験装置。
2. 請求項１において、
   前記バイパス通路には、該バイパス通路を閉鎖する閉位置と、該バイパス通路を開放する開位置との間で回動自在なダンパが設けられていることを特徴とする環境試験装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記空気通路は、前記吸込口及び前記吹出口が開口した区画壁によって前記試験室内を区画することで形成され、
   前記バイパス通路は、前記空気通路を仕切板によって区画することで形成されていることを特徴とする環境試験装置。

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