環境試験装置

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梗

概

自動車エンジンなどの低温度における性能ほ従来定められた狭い範囲の温度および湿度の環境試験装置によ って試験していたが,最近ほ信矧生の要求に応じ広い範囲の温度と湿度についても試験することが必要になっ た｡ 本装掛まこの要求に応じて日産自動車株式会社にエンジン試験JHとして設備されたものでわが国最初の完備 した装荷である｡ 本稿はこの装閃の概要および特長,うび転結果などについて述べたものである∩ 1.緒 言 わが国自動車工業の発達ほ目ざましいものがあるが,輸出の振興 と自由化に備なえ研究実験設備の改良と高級化を要求されるように なり,特にエンジンなどの機器ほいろいろな環境下において十分な 試験をすることが必要になってきた｡ 従来の試験装置としては航空機枚器実験用のAltitudeChamber, 金属材料実験用の低温試験装置あるいはカークーラ実験用の恒温恒 湿装置などが作られてきたがいずれも低温あるいは高温の狭い範田 のものであった｡ 外国ではすでに自動車エンジンはもとよりロケットエンジン実験 用の温度および湿度を広い範閉にわたり調節することができる環境 試験装置が製作されている｡例としてEthylCorp.には1300F∼ -400F(55℃∼-40℃)のものが,Califorinia Corp.にほ1200F∼ -400Fのものが紹介されている｡ 本装置は自動車エンジンを主対象とした環境試験装閃であり約 70m3の宅内を温度30℃∼-30℃,湿度30∼80%の範囲で任意に調 節し7■記の試験を行なうものである∩ (イ)起 動 試 験 (ロ)暖 模 試 験 (ハ)摩 擦 試 験 (ニ)自動申用潤滑油,燃料試験 (ホ)日動車用部品試験

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盗※ i⊥=三･諾 葦 第1図 試 験 槽 内 部 日立製作所川崎工場 以下に本装羅の概要を紹介する｡

2.試験槽の仕様および構造

2.1試 験 槽 試験槽ほエンジンを任意の温湿度下におくものであり,この装置 の重要な部分である｡したがって外気の状態に影響されないよう, また目的の温湿度が正確に得られるようになっている｡

試験槽内ほ主宝,副室の2室に区分されておりその仕様ならびに

構造は第】図,弟2図,第3図,弟1表に示すとおりである｡ 主宅は色々な温度条件の下でおもにエンジンの各種試験,低温に おける部l冒一式験などに使用され,別室はこれら機材運搬,出入時の 予備冷却,予備加熱ならびに防露に用いられる｡ 試験槽の構造はエンジンを運転するため防振,耐火,防音さらに ほ宅内湿度の調整をよくするための防湿などを十分考慮している｡ すなわち壁天井は125mmコンクリート,壁内面ほ防熱材として しf 中 ソヤ レヰ /一＼ サプライタクト L!++ _{』+_ ヒ′+.≡} ユレ一夕 ヾラ_ フト用 一院熟_ドア riu◆, =ん ヒー一書｢至=二皇∃±-ヒ.呈 防熟ドア

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第1表 試 験 槽 仕 様 表 主 室 l 由江 窒 室内有 効 寸 法 室 内 温 蛙 精 度 室 内 湿 肱 精 度 収 容 人 員 新鮮空気導入退 被 試 験 体 4mx5mX2.5mH -30℃∼＋30℃ 土2℃ 30∼80%(15℃以上) ±10プJ 5人(副茎とも) 700m8/br 2,000ccェソジソ 4mX2mX2.5mH 脱 力三せ _ず 規 定 せ _ず 炭化コルクを200mm厚さにほりその表面に耐火材としてスターレ ックス(石綿に特殊無機質結合剤配合)を60Inm厚さに吹きつけ, 最後に防火性を増すためェバータイト(石油系の特殊溶 剤に5∼7%溶解させたもの)を吹きつけている｡ 床下ほエソジン(約1トン)が乗るため定盤を置き定 盤の下ほ耐振,耐荷重性を持たせるためにコンクリート ブロックを置き,その下を炭火コルクで防熱している｡ なおェソジンから出る排気ガス用ダクト(SUS-27拳法) は定盤にあけられた穴を通り屋外の排気ダクトに接続し てあり,排気ガスの熱を遮断する必要からこの外部を耐 火性のトンボシリカライトボードならびに石鮒(定盤穴 部)で防熱している｡ このほかに試験槽にほ空気の供給ダクト,リターンダ クトなどが付属してる｡ 2.2 _{付 属} 品 (1)点 検 窓

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点検窓は450×340mmのものが操作繋側各2個, ダイナモ窒側1個と計5個設けられ与引勺全般が見られ るように内側に向って60度の傾斜となっている｡ また試験槽ほ低温となるので断熱,窓のくもりにほ 二重ガラスにするなど十分な考慮をしている｡ (2)開 孔 エンジン試験の際ほ宝l勺外の連絡管,計装用配線な どは180ヴi2個,30￠6偶の穴を使用する｡この穴に は熱遮断,高湿度,低温度などに適した硬質塩化ビニ ールパイプを使用し,使用しないときはふさぐように なっている｡ (3)タ ー ミ _ナ ル 室内外の電気的接続はすべて室内外のターミナルボ ックスを使用するようになっている｡ ターミナル数ほ3P,20A∼5組,3P,15A∼10組 で,主として試験用電源や屋外に主導入する計測用導線 の接続に利用される｡ (4)連 絡 装 置 試験中槽内の出入は温湿度の状態を変化させるので 内外連綿用としてほ伝声管やプザ,シグナルランプな どが設けられている｡ (5)エンジン排気ガス排気設術 エンジンの排ガスを室内に放出することは危険なた め,排気ダクトを設けている｡その接続l-1は三仁宅のエ ンジン定盤に4凧 副宝に自動車を入れて試験を行な

うことを考慮して1個,計5個設けてある｡

試験の際ほ最も近い接統部に接続し,槽外にあるブ ロワで槽外に排気される｡ 排気ガスは400∼500℃になるため前述のように十

分な防熱をほどこし槽内に影幣を与えないように考応

している∩ (6)消 火 設 備 実験中エンジンの市政などにより火災が発生した場合を考慮し て炭酸ガス消火設肺が設けられている｡ すなわち室内が約60℃になったとき主窒2個,副窒1佃の吹出 口から炭酸ガスを噴出するとともに空気調和系統の供給,リター ンダクトのファイヤダンパを閉ざして空気の流れを遮断し,同時 に新鮮空気取り入れ用ルーツブロワ,循環用送風機が停止するよ うになっている｡ なおこの消火装躍には手動操作用押しボタンが槽内外に2個所 ずつついており,発見が早いときにはこれを押して炭酸ガスを噴 出させることもできる｡ アトマイザ

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受液槽/キ 第4図 環境試験装琵フローシート ガソリンクーラ 蛍液槽

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■･.･酢ソト￣圧東成国 l 炭酸ガスボンベユニット 第5図 環境試験装置配置図 アフタlク【ラ 外気用脱湿 制御鵜 ベビコン 油分離畏

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学液槽 計装用空気睨湿装置 ･甲問浩川-別口呑

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500 _{昭和38年3月} 第2表 環境試験装置用主要機器仕様表 立

＼＼＼＼＼_1形

式 冷凍サイクル 減 湿 系一増 湿 系 調 和 系 その他 {向低溌受勲ガ 旺圧 圧旺栢 描縮 液 交 換 リ ソ _ク ー 機 機 器 槽 器 ラ FV4RICW F6R-BW CFF-55 RF-500

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立形シェルアン イル 仕 様 115￠×90J ×4cylx55kW 1751ム×125Jx6cylx45kW 490￠×3,000J 500￠×2,400J 300￠×1,500J 300乍∼×1,00UJ 評 論 _第45巻 第3号 一 ル 脱 ツ プ 湿 再生用ルーツプ 器ス プ レ _{イ ホ■ ソプ} ル 【 ソ ブ ロ ワ レシーバータ ンク レ _{ギ ュ} レ ー タ ス フ レ ー ノ ズ ル RSA-RIiC AD-700 RSA-RHC GMC-CIi RSA-RHC 堅 塑 円 筒 形 横 型 円 筒 形 5.5kW 処坪風茄 700m8/hr 露

ノブ文一30℃(空気肘て八､)

脱ぎ昆時間 24br 5.5kW 2.2kW 3.7kW 350￠×700mmH 2001う×1,450g 循 環 送 風 機 空 気 調 和 器 冷却水 ボ ソ プ ベ ビ コ ソ 脱 湿 器 POLT-RH 横 型 伯 形 0V-CH AD-20 第7図 冷 6ガ×11kW 空気加≠燕器(プレートフィン形〕 空気冷却器(プレートフィン形〕 空気ろ過器 エリ ミネーク スプレ【ノ ズル 3.7kW l.5kW 凍 機

3.調和サイクル

室温-30℃∼＋30℃,湿度30∼80タgという広範用の調和を行な うため冷却,加熱,増湿,減湿の四つの操作サイクルを組み合わせ るがLoad変動がEngineのテスト状態により人きく変動するため 安定した組み合わせを行なう必要があり各サイクルにいろいろな考 慮が払われた｡つぎにそのサイクル,サイクル中の機器仕様ならび にその配置を第4図,弟5図,第d図,弟2表,弟7図に示す｡ 3.1冷却サイクル 冷却サイクルとしてほ室温-30℃という低温になるためR-22を 冷媒とする2段圧縮サイクルを採用し,室内fl荷と冷凍容量の閑抹 から試験槽内温度5℃を境として,5℃以上は1段圧縮サイクル, 5℃以下ほ2段圧縮サイクルで運転するようにしてある｡ 調和器内の冷却コイルほ直膨式とし,コイル内で蒸発した冷媒ガ スは熱交換器をへて1段または2段圧縮綴に吸入圧縮されるように したので,負荷変動の激しいこの種の装『仁でも安定した運転ができ る｡

膨張弁は非常に広範閉な温度条什で使用されるとともに,路粘度

条件による処理冷媒量が異なる関係上1種煩にて処理することほ性 能上困難がある｡したがって蒸発温度-10℃程度を掛こして高温 川,低温糊の2群に分け,試験槽内温度により自動的に切り換えら れるようになっている｡ そのほかエンジン試験に使用するガソリンは試験イ執勺温度まで冷 却するため,立形シェルアンドコイル式のガソリン冷却器を設け, フロート式膨張弁の回路に電磁弁を設けて室内温度調節計により ON-OFFして温度制御を行なっている｡ なおこの系統ほ上記のように操作,系統が複雑であるため,膨張 弁の高低温群への切り換え,1段サイクルから2段サイクルへの切 Fフ換えなどを自動化して人手の軽減と操作の確実を因っている｡ 3.2 _{加熱サイクル} 試験槽内の負荷変動が大きいためう唱転当初の軽負荷の場合あるい は脱i浸装置を運転しない場合の脱湿を考慮し蒸気による再加熱サイ クルを考恵Lている｡ なお温度のコソトロールほ執勺温度調節計により日動的に空気圧 で蒸気量を比例制御する方式である｡ 3.3 加i塁サイクル 試験槽1勺の氾湿度条件は高温多湿が要求されているため,普通行 なわれている空気調和器内での水あるいは蒸気の噴宗ほサプライダ クト内で水滴を生ずる危険性があるうえ,室内負荷で供給空気が加 熱さjtるための湿度減少から80%以上の高湿度を維持することは 困難である｡したがって本装置でほ槽内両側に多数のスプレーノズ ルを配置してルーツブロワによる空気圧にて直接室内に水を噴霧す る方式を採用した｡ なお槽内が0℃以下で試験する場合はスプレーノズル配管内の水 が凍航するため,ルーツブロワによる空気圧を利用してドレンする ようにした｡ このほか調和器l勺にもスプレーノズルを設け,スプレーポンプに よる加湿をしているが,これは室内スプレーノズルとの併用による 精度の向上ならびに冷却コイルのデフローストに使用されている｡ 3.4 _{減i塁サイクル} 減純サイクルは高温多湿時用と低温低湿時用の2種類が採用され ている｡ 高温多湿の場合は一般的に採用されいる方式で冷凍サイクルによ り循環空気を冷却減i侵して湿度をコントロールし,蒸気ヒータで再 加熱のうえ温度をコントロールするものである｡この方式でほあま り温度を下げると冷却コイルに痛ができるため減湿能力が蒋ちるう えコイルのフローストがおこる｡したがって低温低湿のものはこの 場合に使用するもので,新鮮空気を所定の湿度にコソトロールして 冷却サイクルにより新鮮空気と循環空気の混合空気の温度をコント ロールするものである｡ 新鮮空気の湿度コントロールにほ吸着式脱湿装置を利用してい る〔こjtほエソジソ運転に必要な約700m3/bの空気を最低-30℃ の露点まで睨湿する能力を持っているもので,シリカゲルによる吸 着力を応用したものである｡ゲル筒は2筒に分かれ1筒が脱湿して いる閃に1筒を電気ヒータで100℃以上に加熱のうえゲル中の水分 を除去しつぎの脱湿に抑えるような連続脱湿となっている｡ この装乙尺で相当低露点が得られるので,今後低温低湿度の場合は 冷妹式に代わってこれの応用が増人するものと考えられる｡

4.制

御

装

置

4.】計器盤ならびに制御盤 本装冊ま狭い機械榊こ各機器を立体的にまとめたため機器の操 作,慌打いこは特に江意した〔 すな′わら装柁の逆転,制御ほ主として2階に設置さjtた制御盤と

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装

置

第8図 制 御 第9図 計 器 盤 1階試験槽横に設置された計器盤にて行なわれる｡ 制御盤にほ各機器の起動停止押しボタン,運転表示ランプ,電流 計,電圧計,故障表示などがまとめられている｡ 計器盤ほ監視に必要な温度,露点記録調節計,相対湿度記録計, 冷凍機関係圧力指示計,手動自動切換スイッチ,電磁弁作動ラン プ,連絡用ランプ,ブザ,槽内照明スイッチなどを盤面に取り付 け,全体の運転状況がよくわかり適切な運転指示ができるようにな っている｡ 4.2 _{調節系および調節計器} 弟10図ほ調節系のフローシートを示す｡ 温度記録調節計,露点記録調節計いずれにも日立PVQ-C形空気 作動式の電子管式自動平衡形を使用している｡この計器は電源電圧 周波数の変動による影響,周囲の温度による誤差がほとんどなく使 用真空管の特性変動による誤差を生ずることなく,機械的にも堅ろ うで工業計器としての条件を満足するものである｡

これらの検出端ほいずれも試験槽内の卿こ取り付けられ,それぞ

れの温湿度から指示に応じた偏差を空気圧に比例変換し0.2∼ 1.Okg/cm2gの出力ででる｡ 温度調節系統は検出温度に応じ 4段階にステップコントローラ を介して膨張弁手前の電磁弁を開閉して冷媒流量を調節する｡なお 空気調和蓋

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ステップコントローラ 外気用吸湿装置 第10図 調節系フ ロ ーシート ∬ 〃 〃 β 〃 〃 ガ 〔ヒ 抑州名州洪蛸

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+♂ 一 +｢J 一 一 +ィ ■ 州 ▲J間 .†｢.1⊥ +2 計 一 +ノ 山家 コし 一一三H 験 試 度 温 図 1 1 竹卵 ンよリ 前述の膨淑弁の高ぎ止用と低私用の切り換えは別に調節計内の調節接 点により行なわれる｡ 一方加熱を必要とするときは,出力空気圧を切り換えることによ り出力空気圧に応じて蒸気用ダイヤプラム弁を比例的に開閉し蒸気 量を調節している｡ 露点温度調節系統ほ,増湿の場合ステップコントローラを介して 増湿用スプレー電磁弁を開閉してスプレー量を調節し,減湿の場合 は新鮮空気前処理用脱湿装置のバイパス用ダイヤフラム弁を比例的 に開閉し,脱湿空気とされない空気を適当に混合するように作動す る｡ このほか冷凍機による減湿の場合も切り換えによって行なうこと ができ,温度コントロールの場合と同様に膨張弁手前の電磁弁をス テップ式に開閉調節する｡ なお温湿度系はいずれも手動操作が可能で,電磁弁を手動操作し たときほ表示ランプによってその操作がわかるようにしてある｡ 5.運

転

結

果 本装置は完成後まだ日が浅いため十分な試験を行なっていないが 運転状況ならびに二,三の問題点について以下述べる｡

5.1試験槽の冷却

各温度における宇内状態の温度記録を弟11図に示す｡ いずjtも多少のハンチングがみられるのは調節計の調整が不十分 のためであるが精度は規定値内にはいっている｡しかし調整を完全 に行なえばハンチングは小さくなるはずである｡ 運転記録は弟3表に示すとおりで室温15℃から-30℃までの冷

-73-502 _{昭和38年3月 日 立}

_評

第3蓑 冷 却 時 試 験 記 録

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高圧側圧縮機起動 低圧側圧純機起動 時 刻 90-50′ -54′ 100100′ 100-00′ 15 温 度 ℃

5･Ol/芦/l/

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73 79 圧力kg/cm2(G)

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100 100 100】100 100】100 77 0.1 2.7 2.619.8 46 37 ー1 -3 83 87 -50 mmHg 150 1.7 1.4

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外気温度20.0℃ 荷 負 却 冷 槽 験 試 表 4 第 室 内 温 項 目 度 -30℃ l 備 考 発 生 熱 量 侵入熱量および外気 構 造 物熱容量 10,724kcal/br ll,330kcal/br 28,100kcal/br 冷却時間4.75Ilrとしてそのガ 計 】 50,154kcal/br 室温時冷凍容量】 50,000kcal/br (1)15℃により室温までの冷却負荷を示す｡ (2)上記負荷内にほ試放校の負荷ほ含まない｡ 却時間は3時間である｡しかし実際の安定状態ほ弟11図にみるよ うに4.75時間くらいとなっている｡ この記録から冷凍機の冷却容量と槽の冷却時間との関係を見いだ すと,第4表のごとく構造物の熱容量(熱量が定常になった場合)の 約50%を単位時間当たり加算したものが冷凍機容量に一致してい ることが確認された｡このことから槽の冷却時間を道に算定できる うえ,冷凍機容量の適正な決定ができる｡ 5.2 _{試験槽のi塁度} 湿度の記録ほ第】2図に示すとおりで精度は約±5%にはいって いる｡ 槽内の湿度を指示する計器ほ塩化リチウム式の露点記録計と軌 湿球温度から自動的に相対湿度を指示する目立VKB31形相対湿度 指示計を取り付けたが,露点と乾球温度からの相対湿度と相対湿度 計との間に10%程度の誤差がある｡さらにポータブル式の湿度計 から求めた湿度との間にも誤差があった｡これを調査したところ塩 化リチウム式のものは検出端の風による影響で誤差が生ずることが わかり,これに金網をつけ風による影響をなくすことで解決した｡ 今後もこのようなタイプのものを使用するときには検出端の取り 付け位置,室内循環空気流の影響を受けぬよう考慮せねばならな

論

第45巻 第3号 ガ 仰 〃 へ試叫蛸) へP咄朋) 〃 /♂ β /♂ % ふ馬 湿

仙

空内岩度 ℃ 室内露臭 ℃ ♂ / 2 晴 間(Å) + __._ + J イ 第12図 湿 度 試 験 記 録 い｡ 5.3 _{調和器内冷却コイルの霜付き} 低温試験中調和器内の冷却コイルに霜付きがでないよう脱湿装置 を併用したので運転中ほほとんどコイルに霜付きがみとめられなか った｡ 脱湿装置も露点測定の結果では-30℃程度の露点を維持してお りこの系統では問題なかった｡したがって調和器内のデフロースト 装挺はほとんど使用されなかった｡ このことから低温度における湿度のコントロールならびに冷却時 における冷却コイルの霜付き防止は脱湿装置が相当の効果を有する ことが確認された｡今後は低温低湿度のものに対しては脱湿装置が 広く用いられるものと思う｡

d.結

日 本文ではこのたび完成した自動車エンジン実験用環境試験装筐の 概要を述べた｡ なお本装置の計画にあたっては数年前防衛庁に納めた航空機用環 境試験装罠によって得た経験を参考にした｡本装置は所期の成績を 納めこれによりいろいろな参考資料を得ることができた｡ 今後はこれらのデータと経験を基にしていろいろな用途の環境試 験についても要求に適応する装置を設計製作したいと考える｡ 終わりに本装置の製作に当たり,種々ご指導いただいた日産自動 車株式会社の関係各位のご協力に謝意を表わす次第である｡ 参 芳 文 献 (1)関川,越智,近藤:冷凍,34,381(昭34-7)