JP2000214933A - 温度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度到達時間を短縮して運転能率が向上し、
運転時の省エネを図る。 【解決手段】 恒温槽１は、ヒータ１４、冷却用の風路
切換式ダンパー１５、循環ファン１７、温度制御装置２
を構成する温度センサ２１、加熱調節器２２、ヒータ駆
動器２３及び冷却制御部分２ａ、等を有する。冷却制御
部分２ａは、出力部としての前記ヒータ駆動器２３、冷
却制御部２４、その制御信号を受けてダンパーを駆動す
る駆動部２５、等で構成されている。冷却制御部２４
は、加熱器出力が例えば、それぞれ３〜６％、これより
大及び小のときに、ダンパーを閉、停止及び開方向に駆
動するように制御する。駆動時の出力を加熱出力に対応
される。 【効果】 試料の発熱負荷を処理し、槽内急冷を可能に
し、運転能率を向上させ、温度制御性を維持しつつ加熱
出力を最小にして省エネを図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、恒温装置の温度制
御装置に関する。このうち、加熱手段と冷却用のダンパ
ーとを備えたものでは、特に発熱試料の処理技術に関す
る。又、循環空気を加熱する加熱器と冷凍機で冷却され
た熱媒体液が流されることによって前記循環空気を常温
より低い温度に冷却可能な冷却器とを備えた恒温装置の
前記循環空気の温度を目的とする温度に制御する温度制
御装置では、特に、半導体や電子機器等の温度特性を常
温又は常温以下を含む複数の温度で計測するテストバー
ンイン装置や温度サイクル試験を行う環境試験装置等に
好都合に利用される。

【０００２】

【従来の技術】発熱試料を処理できる従来の恒温装置と
しては、例えば、ヒータ及び冷却用ファンであって恒温
室内の急速冷却用にも使用可能なようにある程度容量の
大きいファンを設けると共に、恒温室の温度として第１
設定温度及びこれより高い第２設定温度を設け、恒温室
内が第１設定温度になるようにヒータを制御すると共
に、発熱試料の発熱によってヒータ出力が０になっても
まだ温度が上がるようなときに、第２設定温度で冷却用
の排気ファンを運転し、試料の発熱負荷の処理と設定温
度変更時の温度到達時間の短縮とを両立させようとした
装置が提案されている（特開平１０−１４９２２５号公
報参照）。

【０００３】しかしながら、この装置では、冷却用ファ
ンを大きくすると、温度到達時間は早くなるが、冷却量
の微調整ができにくいためヒータの温度制御性を悪く
し、反対に冷却用ファンを小さくすると、冷却能力が不
足して温度到達時間が長くなり、省エネ運転も図れない
という問題があった。

【０００４】一方、同様な目的の従来の恒温装置とし
て、フラップ（ダンパーに相当）を設け、制御手段によ
り、恒温槽内の温度検知手段が設定温度以上の温度を検
知するとフラップを回転させて開口部を開状態にし設定
温度以下を検知するとフラップを回転させて開口部を閉
状態にする装置が提案されている（実用新案登録第２５
１１２０５号公報参照）。しかしながら、このような装
置では、設定温度を境にしてフラップが開閉して安定せ
ず、これがヒータの温度制御に影響を及ぼし、制御が極
めて不安定で省エネ効果も得られないという問題があ
る。

【０００５】又、常温もしくは常温より低い温度条件を
持つ恒温装置では、そのような温度条件を得るために通
常冷凍機が使用される。ところが、冷凍機では、冷却能
力を広範囲で精度良く制御することが難しいため、これ
を制御することなく一定の過大な能力で運転し、加熱器
を設けてその発熱量を精密に制御し、精度の良い温度条
件を得るようにしている。なお、複数台の冷凍機を持つ
装置では冷凍機の台数を制御したり、電子膨張弁で冷凍
能力を制御する装置もあるが、このような装置でも、結
局加熱器の加熱熱量を制御することによって目的とする
温度条件を得るようにしている。

【０００６】しかしながら、このような装置では、過大
な冷却能力を加熱器の余分な熱量で吸収する必要がある
ため、エネルギー損失が大きい。又、恒温装置毎に冷凍
機を設けるため、恒温装置を複数台備えた設備において
全体の設備費用が高価になる。更に、それぞれの恒温装
置毎に、恒温装置の使用時間のうちの一部分に過ぎない
急速冷却時のために通常の低温維持に必要な冷却能力よ
り相当過大な能力を持つ冷凍機を設ける必要があるた
め、この点でも設備の合理化が図れず設備が大型化する
と共に設備コストも過大になるという問題があった。

【０００７】一方、複数の恒温装置を持つ設備におい
て、冷凍機を共用し、個々の恒温装置には冷凍機で冷却
された冷水を流す冷却用熱交換器のみを設けた装置は知
られている（実開平７−３５９９２号参照）。しかしな
がら、この装置は、単に、冷凍機の共用と試験後の被試
験物の冷却と取り出しに便利な冷水冷却システムを採用
したものに過ぎない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】そこで請求項１及び請
求項２の発明は、従来技術に於ける上記問題を解決し、
制御の安定性が良く、目的とする温度への到達時間が短
縮されて運転能率が向上し、運転時の省エネが図られる
恒温装置の温度制御装置を提供することを課題とする。

【０００９】一方、上記の冷水冷却システムにおいて
も、精度良く温度調節するためには、前記の如く、熱交
換器に過大な冷却水を流し、前記のように加熱器の加熱
量制御を行うことが簡便な方法であり、通常この方法を
採用することが考えられる。しかしその場合には、前述
のように多大なエネルギーロスが発生する。これを防止
するには通水量を制御性を良くする必要があり、そのた
めには、温度調節器を設定温度と実測温度との偏差に比
例して電圧や電流から成るアナログ量を連続的に出力さ
せる形式のものにすると共に、通水側に比例制御弁やポ
ジショナを使用しなければならず、装置が複雑且つ高価
になると共に、加熱量制御による温度制御の精度や良好
な制御性までは得られない。

【００１０】そこで請求項３及び４の発明は、請求項１
及び２の発明と同様に、恒温装置において、簡単な構成
で低コストの下に、運転時の省エネが図られると共に、
制御の安定性が良く、良好な温度追従性の下に精度良く
温度制御できる温度制御装置を提供することを課題とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、請求項１の発明は、恒温装置内を循環する
循環空気を加熱する加熱手段と冷却手段とを備え前記循
環空気の温度を目的とする温度に制御する前記恒温装置
の温度制御装置において、前記循環空気の温度を検出す
る温度検出器と、該温度検出器が検出した温度と前記目
的とする温度との差に対応した加熱信号を前記加熱手段
の加熱量に対応した対応量として出力する出力部と、前
記対応量が１００％と０％との間で０％の側に十分近い
低出力における一定の範囲である低出力範囲にあるとき
には前記冷却手段の冷却量を固定し前記対応量が前記低
出力範囲より大きいときには該大きい程度に対応した速
度で前記冷却手段を前記冷却量の小さくなる方向に駆動
し前記対応量が前記低出力範囲より小さいときには該小
さい程度に対応した速度で前記冷却手段を前記冷却量の
大きくなる方向に駆動するように制御信号を発生させる
冷却制御部と、前記信号を受けて前記冷却手段を駆動す
る駆動部と、を有することを特徴とする。

【００１２】請求項２の発明は、上記に加えて、前記冷
却手段は冷却用のダンパーであり、前記冷却量の固定は
前記ダンパーの開度の固定であり、前記冷却量の小さく
なる方向は前記ダンパー開度の小さくなる方向であり、
前記冷却量の大きくなる方向は前記ダンパー開度の大き
くなる方向であることを特徴とする請求項１に記載の温
度制御装置。

【００１３】請求項３の発明は、請求項１又は２の発明
と同様の課題を解決するために、請求項１の発明の特徴
に加えて、前記冷却手段は冷凍機で冷却された熱媒体液
が流されることによって前記循環空気を常温より低い温
度に冷却可能な冷却器であり、前記冷却制御部は、前記
加熱信号を受け入れて該加熱信号が前記０％である最小
に近い一定範囲である小量範囲より小さいときには該小
さい程度に対応した量の開信号を発生させ前記加熱信号
が前記小量範囲より大きいときには該大きい程度に対応
した量の閉信号を発生させ、前記駆動部は、前記熱媒体
液が流される系統に設けられ前記開信号と前記閉信号と
が供給されこれらの信号に対応して開度調整される調整
弁を備えていて該調整弁を開閉駆動する、ことを特徴と
する。

【００１４】請求項４の発明は、上記に加えて、前記出
力部の加熱信号供給系を断続可能にする断続手段と、前
記小さい程度に対応した量が最大になって一定時間持続
するときに前記断続手段を切断する加熱器強制オフ手段
と、前記断続手段が切断されていて前記大きい程度に対
応した量が最大になって一定時間持続するときに前記断
続手段の切断を解除する加熱器強制オフリセット手段
と、を有することを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は本発明を適用できる恒温装
置及びその温度制御装置の構成例を示す。恒温装置であ
る恒温槽１は、断熱壁１１で囲われた恒温室である槽内
１２とこれから仕切られた空調ダクト部１３とを備え、
空調ダクト部に設置され恒温装置内を循環する循環空気
を加熱する加熱手段としての２台のヒータ１４、冷却手
段である冷却用のダンパーとしての風路切換式ダンパー
１５（以下単に「ダンパー１５」ということがある）、
その駆動モータ１６、槽内と空調ダクト部との間で熱風
を循環させる循環ファン１７、これを回転駆動するモー
タ１８、半導体デバイスや電気／電子機器又は部品等の
発熱する対象物である発熱試料Ｗを載置するための棚１
９、等を備えている。発熱試料Ｗは、恒温槽１の外部に
設置され給電や動作制御等を行う図示しない駆動装置に
よって駆動される。

【００１６】風路切換式ダンパー１５は、図の実線位置
では装置内部を閉鎖して実線の矢印の方向に内部の空気
を循環させ、図の二点鎖線の位置では二点鎖線の矢印で
示す如く内部空気を排出し外気を導入するように切換可
能になっている。但し、このような内部空気の循環と換
気とを別個のダンパーで行うようにしてもよい。

【００１７】温度制御装置２は、温度検出器としての温
度センサ２１で検出した検出温度を加熱調節器２２に入
れ、ここでヒータ１４を駆動する信号を発信し、ヒータ
駆動器２３を介してヒータ１４を駆動し、槽内１２が目
的とする温度になるようにヒータ１４の加熱量を制御す
る装置であるが、これらに加えて、冷却制御部分２ａを
有する。

【００１８】冷却制御部分２ａは、出力部としての前記
ヒータ駆動器２３、冷却制御部２４、その制御信号を受
けてダンパーを駆動する駆動部２５、等で構成されてい
る。ヒータ駆動器２３は、温度センサ２１が検出した温
度と目的とする温度との差に対応した加熱信号としてヒ
ータ１４に与える加熱器出力Ｐｄを出力するが、本例で
は、この加熱出力Ｐｄをヒータ１４の加熱量に対応した
対応量としている。なおこのような対応量としては、図
において点線で示す如く、加熱調整器２２の発信する直
接の加熱出力Ｐｄ₁ を用いたり、加熱器１４の実際の出
力をモニターした信号Ｐｄ₂ を用いるようにしてもよ
い。

【００１９】冷却制御部２４は、加熱器出力Ｐｄが１０
０％と０％との間で０％の側に十分近い低出力における
一定の範囲である低出力範囲Ｐ₁ 〜Ｐ₂ にあるときを基
準としてダンパーの開度制御を行う。即ち、Ｐ₁ 〜Ｐ₂
の範囲内ではダンパーの開度を固定し、Ｐｄがこの範囲
より大きいとき即ちＰｄ＞Ｐ₂ のときには、その大きい
程度に対応した速度でダンパー１５を閉める方向に駆動
し、Ｐｄが低出力範囲より小さいとき即ちＰｄ＜Ｐ₁ の
ときにはその小さい程度に対応した速度でダンパー１５
を開く方向に駆動するように制御信号を発生させる。

【００２０】図２は冷却制御部分２ａの更に具体的構成
例を示す。上記のような冷却制御部分２ａは種々の制御
機構によって構成することができるが、本例では、冷却
制御部２４を図４及び図５に示すような動作を行うタイ
マーＴ₁ 〜Ｔ₆ を備えたＰＬＣ（ Programmable Logic
Controller )２４で構成すると共に、駆動部２５をダン
パー開及び閉用のそれぞれＳＳＲ（ソリッドステートリ
レー）２５₁ 及びＳＳＲ２５₂ で構成している。又、ヒ
ータ駆動器２３も同様にＳＳＲ２３とし、その出力であ
る加熱出力Ｐｄによってヒータ１４を駆動すると共にＰ
ＬＣ２４を作動させるようにしている。このときのヒー
タ制御としては、例えば制御周期を１０秒とし、Ｐｄ＝
５０％のときにはＳＳＲ２３によって制御周期毎にヒー
タ１４を５秒間ＯＮにする。Ｐｄ＝１００％では当然ヒ
ータを連続ＯＮにする。なお、冷却制御部としては、前
記の如く加熱器出力Ｐｄが低出力範囲Ｐ₁ 〜Ｐ₂ にある
ときを基準としてダンパーの開度制御を行えるものであ
ればよく、独立したＰＬＣ２４を設けることなく温度調
整器２２にこのような冷却制御機能を持たせたり、タイ
マーを用いる時間制御に代えて加熱出力の変化率や低出
力範囲からの偏差などを組み合わせたファジー制御機能
を持つものとして構成することも可能である。

【００２１】このように構成されたＰＬＣ２４によるダ
ンパー制御動作は例えば次のようになる。 タイマー時間 加熱出力Ｐｄ ダンパー動作時間 Ｔ₁ ：６秒 ６秒毎に ＞６％ の時 ６秒間に２秒間 閉 動作 Ｔ₂ ：12秒 この間100 ％ (連続ＯＮ) の時 12秒間に２秒間 閉 動作 Ｔ₃ ：60秒 この間100 ％ (連続ＯＮ) の時 連続 閉 動作 Ｔ₄ ：６秒 ６秒毎に ＜３％ の時 ６秒間に２秒間 開 動作 Ｔ₅ ：12秒 この間 0 ％ (連続OFF)の時 12秒間に２秒間 開 動作 Ｔ₆ ：60秒 この間 ０％ (連続OFF)の時 連続 開 動作 この制御例では、ダンパー開度を固定、即ちダンパーの
動作を停止させる低出力範囲を３％〜６％とし、加熱量
に対応した量である加熱出力Ｐｄが前記範囲を超えると
き、即ちＰｄ＞６％のときには、その程度として６％を
超えるが１００％でないときに、このような条件に対応
してタイマーＴ₁ によってダンパー閉動作を６秒間に２
秒間の比率にし、従ってダンパー閉速度を連続閉動作を
行うときの最大閉速度の１／３にし、６％を超えて１０
０％になると共にこの出力が６０秒以上連続したとき
に、このような条件に対応してタイマーＴ₃ によってダ
ンパーを連続閉にし、閉速度を最大にしている。なお、
ダンパーが全開から全閉又は全閉から全開になる時間
は、槽内の急冷作用と共に開閉の微調整も可能なよう
に、連続開閉動作において２〜３分というある程度長い
時間にしている。但し、実際にはそれぞれの装置特性に
合わせて決定される。

【００２２】このような制御により、設定温度を常温又
は８５℃の低温側処理温度からこれより高い例えば１２
５℃の高温側処理温度に上げたようなときに、ヒータ出
力の上昇動作を逆行させるような急激なダンパー閉動作
を防止して制御性を良好に維持すると共に、ヒータ出力
が１００％になって連続すると、ダンパーの閉速度を最
大にして閉動作を促進させ、温度到達時間を短縮するこ
とができる。又、加熱出力を早く低出力範囲に到達させ
て省エネを図ることができる。

【００２３】又、高温側もしくは低温側処理温度に到達
後の温度キープ時において外部からの侵入熱や試料の発
熱負荷が減少したときには、加熱出力が上がって６％を
超えるが、このようなときには加熱出力がそれ程大きく
ならないので、上記のようにダンパー速度を最大の１／
３の遅い速度で閉方向に微調整し、加熱出力への急激な
影響を回避しつつ再び加熱出力を３〜６％の低出力範囲
に安定させてダンパー動作を停止させることができる。
従って、温度キープ時においても良好な制御性の下に省
エネを図ることができる。

【００２４】なお、本例では６秒及び６０秒タイマーに
加えて更に１２秒タイマーＴ₂ を設けているが、これ
は、加熱出力が変化したときの槽内温度の実測値と設定
値との間の偏差をダンパーの制御要素にする代わりに設
けられたものである。即ち、加熱出力１００％のときに
は、１２秒タイマーによって１２秒間隔でのダンパー開
閉動作を追加し、前記偏差が大きくこの追加動作があっ
ても加熱出力１００％が維持されるときには、この追加
動作分だけダンパーの閉速度をより速くし、温度到達時
間を短縮しようとするものである。このようなタイマー
Ｔ₂ によれば、簡単に制御状態を良くすることができ
る。但し、タイマーＴ₂ に代えて前記偏差を制御要素に
入れるようにしてもよい。

【００２５】一方、加熱出力Ｐｄが低出力範囲より低い
とき、即ちＰｄ＜３％のときには、その程度として３％
より低いが０％でないときに、このような条件に対応し
てタイマーＴ₄ によってダンパー開速度を６秒間に２
秒、即ち最大開速度の１／３にし、３％より低く完全に
０％になったときには、タイマーＴ₆ によって連続開に
して開速度を最大にしている。又、上記タイマーＴ₂ に
対応するタイマーＴ₅ を設けている。

【００２６】このような制御により、設定温度を１２５
℃の高温側処理温度から常温又は８５℃の低温側処理温
度に下げたようなときに、ヒータ出力の下降動作を逆行
させるような急激なダンパー開動作を防止して制御性を
良好に維持すると共に、ヒータ出力が０％になるとダン
パー開動作を促進させ、低温側への温度到達時間を短縮
し、ダンパー開でヒータＯＮのような運転状態の回避に
よってエネルギーロスを低減すると共に、運転能率を上
げることができる。

【００２７】又、低温側もしくは高温側処理温度に到達
後の温度キープ時において外部からの侵入熱や試料の発
熱負荷が増加したときには加熱出力が３％より小さくな
るが、このようなときには加熱出力が完全には０になら
ないことが多いので、上記のようにダンパー速度を最大
時の１／３の遅い速度で開方向に微調整し、加熱出力へ
の急激な影響を回避しつつ、再び加熱出力を３〜６％の
低出力範囲に安定させてダンパー動作を停止させること
ができる。なお、１２秒タイマーＴ₅ の作用効果は、前
記の１２秒タイマーＴ₂ と同様である。

【００２８】本例の恒温装置及びその温度制御装置は次
のように運転される。図３は恒温装置のプログラム運転
の運転内容の一例を示し、図４は、このような運転を含
みダンパーの動作状態等の一例として、温度上昇時及び
温度到達後の加熱出力に対するタイマー動作及びダンパ
ーの開閉動作を示す。

【００２９】前記温度制御装置２及び冷却制御部分２ａ
は、通常図示しない操作制御盤に組み込まれいている。
そして操作制御盤では、通常、槽内１２を任意の設定温
度にする運転と共に図３のようなプログラム運転ができ
るようになっている。プログラム運転では、図３に示す
如く、室温ＲＴ、低処理温度８５℃及び高処理温度１２
５℃の間でそれぞれ図示のような時間間隔で恒温槽１が
自動運転される。

【００３０】恒温槽１では、棚１９に発熱試料Ｗを載
せ、図示しない操作制御盤のスタートボタンを押して装
置を起動すると、循環ファン１７及びヒータ１４が運転
される。槽内１２は、例えば室温ＲＴまで温度降下させ
たときの状態として、ダンパー１５が図１の二点鎖線で
示す全開位置になっていたものとする。プログラム運転
で槽内温度が高処理温度に設定されると、スタート時に
は槽内室温と設定温度との差が大きいので、ヒータ１４
の加熱出力Ｐｄは短時間で１００％になる。なお、実際
には加熱出力は０％からスタートするが、図４（ａ）で
はタイマー動作を分かり易くするために、加熱出力が６
％になったときから時間スケールをスタートさせると共
に、４秒後に加熱出力が１００％になったものと仮定し
ている。

【００３１】図４（ａ）において、時間０及び６秒で加
熱出力が６％以上になると共に、それ以後の６秒経過毎
に加熱出力が６％以上（この例では１００％）になるこ
とにより、ＰＬＣ２４によって６秒タイマーＴ₁ がスタ
ート／リセットを繰り返しつつ、６秒毎に２秒間ダンパ
ー１５を閉方向に動作させる。前述の如くダンパー１５
の全開−全閉時間は通常１２０秒程度より長くなってい
るので、この各閉動作によるダンパー閉角度は小さく、
通過風量は微調整される。従って、このようなダンパー
の閉動作が温度上昇時の加熱出力の急激な増加傾向に大
きな影響を与えることはない。

【００３２】１２秒タイマーＴ₂ は加熱出力が１００％
になるとスタートし、１２秒間隔であるがＴ₁ と同様に
ダンパー１５を２秒間閉動作させる。なお、図では分か
り易くするために、タイマーＴ₁ による閉動作に追加し
て閉動作するように時間スケールを設定し、Ｔ₂ による
閉動作を斜線部で示している。このようにＴ₁ に加えて
１２秒タイマーＴ₂ を設けると、槽内の設定温度と測定
温度との温度偏差がこのタイマー動作に反映されると共
に、偏差が大きいときにダンパーの閉動作を促進させる
ことができる。

【００３３】６０秒タイマーＴ₃ も加熱出力が１００％
になることによってＴ₂ と同時にスタートし、温度偏差
が大きく６０秒後にも加熱出力１００％が維持されてい
るときには、ダンパー１５を連続閉動作させ、その閉速
度を最大にする。これにより、温度上昇モードであるこ
とを確実に判断して安定した制御の下に設定温度への到
達時間を更に早めることができる。なお、ダンパー１５
は、閉動作を完了して全閉になると停止される。但し、
トルクリミッタ等のダンパーモータ保護機構を設け、閉
動作を持続させておくことも可能である。全開の場合も
同様である。

【００３４】槽内温度が高設定温度に到達する時には、
温度偏差が減少して加熱出力が低下する。又、この前後
の適当な時点から発熱試料Ｗが駆動され、試料は作動状
態において高温処理されるが、その発熱によっても槽内
温度が上がり、加熱出力が低下する。

【００３５】図４（ｂ）に示す如く、温度到達時の前後
から加熱出力が低下して１００％以下になると、タイマ
ーＴ₁ だけが作動し、０秒及び６秒で加熱出力６％以上
が検出されると、既に全閉になって停止しているダンパ
ーを一応閉動作させるが、次の１２秒間で加熱出力が３
％以下になるとすれば、タイマーＴ₁ は作動せず、今度
はダンパーを開方向に動作させるタイマーＴ₄ が作動
し、１８秒及び２４秒で加熱出力３％以下が再度検出さ
れると、それからそれぞれ２秒間ダンパーを開動作さ
せ、その結果によって３６秒で再び加熱出力が僅かに６
％を超えると、４２秒でタイマーＴ₁ によってダンパー
を再び閉動作させ、このような過程を経て加熱出力が３
〜６％以内で推移するようになると、何れのタイマーも
作動せず、従ってダンパーも安定位置で停止した状態に
なる。

【００３６】このような制御によれば、ダンパーの開閉
を微調整して槽内の冷却量を少しづつ増減できるので、
加熱出力に大きな影響を与えることなく、これを３〜６
％の低出力範囲で早く安定させることができる。そし
て、電力消費の少ない状態が保持される。又、発熱試料
Ｗの発熱量の増減があったときにも、このようなダンパ
ー開度の微調整によって対応することができる。

【００３７】図５は図４に対応する図で、プログラム運
転で高処理温度の安定状態から低処理温度に設定変更さ
れたときの温度降下時及び低処理温度到達後の加熱出力
に対するタイマー動作及びダンパーの開閉動作を示す。
槽内が低処理温度に設定されると、ヒータ１４の加熱出
力Ｐｄは短時間で０％になる。なお、図５でも、図４と
同様に加熱出力が３％になったときから時間スケールを
スタートさせると共に、４秒後に加熱出力が０％になっ
たものと仮定している。

【００３８】図５（ａ）において、時間０及び６秒で加
熱出力が３％以下になると共にそれ以後６秒経過毎に加
熱出力が３％以下（この例では０％）になることによ
り、ＰＬＣ２４によって６秒タイマーＴ₄ がスタート／
リセットを繰り返しつつ、６秒毎に２秒間ダンパー１５
を開方向に動作させる。この各開動作によるダンパー開
角度も小さく、通過風量が微調整される。従って、温度
下降時等にダンパーの開動作が加熱出力へ与える影響は
少ない。

【００３９】１２秒タイマーＴ₅ は加熱出力が０％にな
るとスタートし、１２秒間隔でダンパー１５を２秒間開
動作させる。なお、図ではＴ₅ による開動作を斜線部で
示している。Ｔ₅ もＴ₂ と同様の作用をなし、今度はダ
ンパーの開動作を促進させる。６０秒タイマーＴ₆ も加
熱出力が０％になることによってＴ₅ と同時にスタート
し、温度偏差が大きく６０秒後にも加熱出力０％が維持
されているときには、ダンパー１５を連続開動作させ、
その開速度を最大にする。これにより、温度降下モード
であることを確実に判断して安定した制御の下に低処理
温度への到達時間を早めることができる。

【００４０】槽内温度が低設定温度に到達すると、ダン
パーによる冷却効果によって槽内温度が下がり、加熱出
力は０％から上昇する。図４（ｂ）に示す如く、これに
よってタイマーＴ₄ だけが作動し、１２秒間で加熱出力
が６％以上になるとすれば、今度はタイマーＴ₁ が作動
し、１８秒及び２４秒で加熱出力６％以上が再度検出さ
れると、それからそれぞれ２秒間ダンパーを閉動作さ
せ、この結果によって３６秒で再び加熱出力が僅かに３
％より下ると、４２秒でタイマーＴ₄ によってダンパー
を再び開動作させ、このような過程を経て加熱出力が３
〜６％以内で推移するようになると、何れのタイマーも
作動せず、従ってダンパーも安定位置で停止した状態に
なる。

【００４１】低処理温度から室温まで温度降下させると
きも上記と同様のタイマー及びダンパー動作になるが、
このときには、恒温槽の持つ熱容量によって室温到達ま
でにかなりの時間を要するが、冷却効果の大きいダンパ
ーの採用とその全開動作の促進とにより、室温への到達
時間が短縮される。

【００４２】図６は、本発明を適用した恒温槽及び従来
の恒温槽で図３に示すプログラム運転の実験を行った結
果を示す。なお、この実験では、本発明を適用した恒温
槽の場合のダンパー開度をモニターしていなかったため
図示していないが、ダンパーは以上の説明のように動作
する。又、本実験では、従来の恒温槽としても図１に示
す恒温槽１を利用し、従来用にするために空調ダクト部
１３における循環ファン１７の吸入側部分に外気を吸入
できる冷却用ファンを追加装備すると共に、ダンパー１
５に排気用の隙間部分を設けている。

【００４３】この実験結果によれば、本発明を適用した
恒温槽では、同図（ａ）に示すように、プログラム運転
の設定温度に近い精度の良い槽内実測温度が得られると
共に、ヒーター出力及びこれに対応した平均的電力消費
を低い値に維持し、省エネ運転を行うことができた。こ
れに対して従来の恒温槽では、同図（ｂ）に示す如く、
温度キープ時のヒーター出力及びこれに対応する平均的
電力消費が多いと共に、温度降下時の設定温度への到達
時間が長くかかり、この時間での電力消費も発生し省エ
ネ運転ができないと共に、試験時間が長くなって試験能
率も上がらないという結果になった。なお、この実験で
は、常温復帰時には従来の恒温槽でもダンパー１５を用
いたので、この時間は本発明の装置と同様に短縮されて
いる。

【００４４】このような運転により、計算結果を省略す
るが本発明の恒温槽によれば従来の恒温槽に較べて、約
３０％の省エネ効果と共に、約１時間（２０％以上）の
試験時間の短縮を図ることができた。なお、従来の装置
で常温復帰にダンパー１５を用いない場合には、図示し
ていないが本発明の装置に比べてプログラム運転全体の
時間が約２時間長くなった。

【００４５】図７は本発明を適用した温度制御装置を装
着した恒温槽の全体構成の他の例を示す。温度制御装置
は、図において流れ方向が矢印で示されている循環空気
を加熱する加熱器１０と図示しない冷凍機で冷却された
熱媒体液として冷水（温度条件によってはブライン）が
流されることによって循環空気を常温より低い温度とし
て例えば５℃程度まで冷却可能な冷却手段としての冷却
器３とを備えた恒温装置である恒温槽１の循環空気の温
度を目的とする温度である設定温度に制御する装置であ
り、温度検出器としての温度センサ２１、加熱制御系
４、制御手段としての冷却制御器５、調整弁６、等を有
する。

【００４６】恒温槽１には、空気循環用の循環ファン１
７が設けられていて、循環空気の流れ方向の順に、空調
ダクト部１３のうちの入口側ダクト１３ａ、入口側多孔
板７ａ、槽内１２、出口側多孔板７ｂ、出口側ダクト１
３ｂ、上部ダクト１３ｃ等が配設されている。これらは
断熱壁１１内に収容されている。加熱器１０には、交流
電源からＳＳＲ（固体継電器）８を介して電流が流され
る。冷却器３には、供給系３１から供給管３２を経由し
て冷水が流される。この冷水は、戻り管３３を経由して
戻り系３４に戻される。供給管３２には前記調整弁６が
設けられていて、これによって冷水の流量が調整され
る。

【００４７】温度センサ２１は、循環空気の温度とし
て、本例では入口ダクト１３ａ部分の槽内１２に供給さ
れる空気温度を検出している。加熱制御系４は、加熱制
御部である温度調節器４１、加熱信号供給系４２、前記
ＳＳＲ８等で構成されている。温度調節器４１は、電熱
制御に最適で安価な時間比例出力型の通常用いられる形
式のものであり、温度センサ２１が検出した温度である
実測温度ｔａと設定温度ｔｓとの差に対応した加熱信号
Ｐ₁ を発生させる。この信号Ｐ₁ は、加熱信号供給系４
２及びＳＳＲ８を介して加熱器１０に供給され、加熱器
１０の加熱出力が制御される。

【００４８】冷却制御器５は、加熱信号Ｐ₁ を受け入れ
てこれが最小に近い一定範囲である小量範囲として、例
えば最小〜最大をそれぞれ０％〜１００％としたときの
１０％〜２０％の範囲より小さいときには、小さい程
度、即ち、加熱信号Ｐ₁ を％で表したときにδＰｓ＝
（１０−Ｐ₁ ）％に対応した量の開信号Ｐｏを発生させ
る。同様に、Ｐ₁ が１０％〜２０％の少量範囲より大き
いときには、大きい程度、即ち、δＰＬ＝（Ｐ₁ −２
０）％に対応した量の閉信号Ｐｃを発生させる。Ｐｏ又
はＰｃの何れの信号も発生しないときには、調整弁６は
操作されず、現状の開度が維持される。冷却制御器５に
も交流電源装置から電源が供給される。

【００４９】なお、本例では少量範囲を１０％〜２０％
にしているが、この上下限の数値は、加熱器１０及び冷
却器３の容量、循環空気量や恒温槽の温度変化特性、取
り扱う試料やその発熱特性、等の諸条件を考慮して、実
際の装置に適当なように定められる。

【００５０】図８は図７に示す本発明に適用可能な調整
弁の構造例を示す。調整弁６は、冷却制御器５から供給
される開／閉信号Ｐｏ／Ｐｃに対応して開閉操作され開
度調整されるボール型の電動弁になっていて、両側に冷
水入口６１ａ及び出口６１ｂを備えた弁体部６１、全開
から全閉まで９０°の回転角を持ち任意の角度で位置保
持可能なように弁を開閉駆動するアクチュエータとして
のシンクロナスモータ６２、このモータと弁とを結合す
る継手部６３、これに取り付けられたセンサ板６４、こ
れを全開／全閉時に検知する光電スイッチから成る全開
／全閉センサ６５／６６、等で構成されている。

【００５１】モータ６２は、電源周波数に同期して回転
し、開閉信号が与えられている時間だけ開閉動作をす
る。従って精度の良い回転角が得られる。又、市販され
ている通常の弁は、全開〜全閉の時間が遅いものでも５
秒程度の短時間のものであるが、本例の調整弁は、低回
転モータとボール弁とを特別に組み合わせて製作された
ものであり、全開から全閉まで３０〜４０秒程度の時間
になるように緩慢な動作で弁を開閉する。

【００５２】なお、調整弁としては、ニードル弁やゲー
ト弁等の他の形式の弁を使用できることは言うまでもな
い。又、アクチュエータとしては、シンクロナスモータ
に代えてステッピングモータを用い、Ｐｏ、Ｐｃ信号と
してパルス数を用いるようにしてもよい。

【００５３】図９は冷却制御器５の構成例を示す。この
例では、冷却制御器５としてシーケンスコントローラが
用いられる。温度調節器４１が発生させる加熱信号Ｐ₁
は、前記の如く加熱器１０を作動させないときの０％か
ら定格出力で作動させるときの１００％までの信号を発
生させるが、本例では、この０〜１００％を、例えば３
秒程度の制御周期Ｔ₁ における加熱器のオン／オフ時間
Ｔon／Ｔoff に変換している。

【００５４】例えばＰ₁ が１０％出力であれば、加熱器
をＴ₁ ＝３秒毎に０．３秒オンにする。即ち、Ｔon＝
０．３秒でＴoff ＝２．７秒にする。なお、シーケンス
コントローラは、他の部分も含めて恒温槽全体の制御に
使用されるので、本例の如くこれを冷却制御器に使用す
れば、装置全体を簡単な構成で低コストのものにするこ
とができる。但し、冷却制御用として独立のコントロー
ラを設けるようにしてもよい。

【００５５】調整弁６の開閉信号Ｐｏ、Ｐｃも、同様に
一定周期Ｔ₂ での開閉時間として与えられる。この場
合、Ｔoff が大きくなれば冷却要求度が大きくなりＴon
が大きくなれば冷却要求度が小さくなって加熱要求度が
大きくなったことを意味するので、Ｔoff 及びＴonを直
接Ｐｏ、Ｐｃの計算に用いることもできるが、本例で
は、調整弁の操作量が平均化された適正な値になるよう
に、Ｔ₂ を例えばＴ₁ の１０倍程度の積算周期にしてい
る。従って、Ｐｏ、Ｐｃは、Ｔ₂ 時間中のＴｏ＝ΣＴof
f 時間及びＴｃ＝ΣＴon時間に基づいて算出される。

【００５６】このような信号を授受する冷却制御器５
は、上記Ｔoff ／Ｔon時にそれぞれ作動するオフタイマ
５１及びオンタイマ５２、これらのタイマの作動開始時
にそれぞれの積算周期Ｔ₂ を設定する積算周期設定部５
１ａ、５２ａ、タイマのオフ時間及びオン時間をそれぞ
れＴｏ、Ｔｃに積算して所定の閾値Ａ、Ｂと比較するオ
フ時間／オン時間積算比較部５３、５４、上記比較結果
から出力すべきＰｏ、Ｐｃを演算する開／閉操作量演算
部５５、５６、これらの演算結果を出力して調整弁６に
送る開／閉操作量出力部５７、５８、より円滑な動作を
行わせるように調整弁６の全開／全閉センサ６５／６６
（図８）の信号を受けて開閉操作量出力を停止させる開
／閉出力停止部５７ａ／５８ａ、等で構成されている。

【００５７】閾値Ａ、Ｂは、前に例示したように加熱信
号Ｐ₁ の小量範囲が１０％〜２０％のときには、その下
限値及び上限値である１０％及び２０％に相当する。こ
の場合本例では、図９のようにオンタイマと共にオフタ
イマを用いているので、オン時間が１０％以下であれば
オフ時間が９０％以上になるため、閾値Ａの上記下限値
１０％はオフ時間として上限値の９０％になる。従っ
て、閾値Ａ、Ｂを積算周期Ｔ₂ に対するそれぞれのオフ
／オン時間で示すと、Ａ＝（１−０．１）Ｔ₂ ＝０．９
Ｔ₂ 、Ｂ＝０．２Ｔ₂ となる。なお、オンタイマ５２だ
けを用いて信号を切り換えるようにしたり、オフタイマ
５１にもオンタイマを用いて閾値Ａとして下限値１０％
をそのまま用いるようにしてもよい。

【００５８】演算部５５、５６におけるＰｏ、Ｐｃの演
算は、少量範囲からの差に対応した量として、 Ｐｏ＝（Ｔｏ−Ａ）×特性係数α Ｐｃ＝（Ｔｃ−Ｂ）×特性係数β という式で行われる。Ｔｏ、Ｔｃは前記の如くそれぞれ
周期Ｔ₂ 中のオフ、オン時間の積算量ΣＴoff 及びΣＴ
onである。従って、Ｐｏ、Ｐｃは、調整弁６がある開度
になっているときに、これを開く方向又は閉じる方向に
操作する操作量、即ち積算周期Ｔ₂ 時間中の開閉操作時
間（秒）として計算される。特性係数α、βは、調整弁
の開閉時間や流量特性に合わせて、又制御性や省エネ効
果等の点から、実際の装置に好都合なように決定され
る。例えば、α＝３でβ＝１にされる。なお、Ｐｏ及び
Ｐｃが共に発信されていないときには、前述の如く調整
弁６は作動せずその時の開度状態で保持される。

【００５９】図１０は冷却制御器５による制御フローの
一例を示す。この制御では、温度調節器４１から制御周
期Ｔ₁ ＝３秒における加熱器１０のオン／オフ時間とし
て加熱出力信号Ｐ₁ が発信され（Ｓ−１）、積算周期設
定部５１ａ、５２ａによってタイマ５１、５２の作動開
始時に例えば４０秒の積算周期Ｔ₂ が設定され（Ｓ−
２）、この時間毎にＰ₁ のオン／オフ時間に対応してオ
ン／オフタイマ５２、５１が作動し（Ｓ−３）、オン時
間／オフ時間積算比較部５４、５３で積算周期Ｔ₂ 内の
オン時間／オフ時間をＴｃ／Ｔｏとして積算すると共に
それぞれ閾値Ｂ、Ａと比較してこれを超えたかどうか判
断し（Ｓ−４）、積算値Ｔｃ又はＴｏが閾値Ｂ又はＡを
超えていたときには、積算値Ｔｃ又はＴｏと閾値Ｂ又は
Ａとの差に対応した調整弁閉操作量Ｐｃ又は開操作量Ｐ
ｏを演算し（Ｓ−５）、その演算結果によって前記操作
量である閉操作出力Ｐｃ又は開操作出力Ｐｏを調整弁６
に発信し（Ｓ−６）、調整弁６を開／閉操作量に対応し
て開／閉させる（Ｓ−７）。

【００６０】又、調整弁６の開度を全開／全閉センサ６
５、６６で検出し（Ｓ−８）、調整弁６が既に全閉又は
全開になっているときには、開閉出力停止部５７ａ、５
８ａがその信号を受け、開閉操作量出力部に開閉操作停
止信号を発信し（Ｓ−９）、調整弁の全開／全閉状態を
保持させる。なお、オン／オフ時間と閾値との判断（Ｓ
−４）においてオン／オフ時間が閾値以下になっている
ときには、オン／オフタイマがリセットされ同じ判断が
繰り返される。

【００６１】以上のような温度制御装置によれば、加熱
器１０の出力が１０〜２０％の範囲に入るように、冷却
制御器５によって調整弁を通過する冷却水量を制御して
冷却器２の冷却能力を制御するので、過大な冷却とそれ
を補うための過大な加熱という従来の装置のような運転
状態が改善され、加熱器の出力を最小に近い状態に維持
して運転の省エネ化を図ることができる。

【００６２】そして本例では、通常の温度制御と同様に
時間比例出力型の温度調節器とＳＳＲとを用いて加熱器
をオン−オフ制御し、これに恒温槽の全体的制御を行う
シーケンスコントローラを組み合わせて電動調整弁を制
御するようにしているので、偏差に比例して電圧や電流
が変化するアナログ量から成る連続制御出力を用いた温
度調節器及び比例制御弁やボジショナ等を用いた調整弁
という高価な装置の組合せを採用する必要がないので、
上記のような省エネ効果を低コストで達成することがで
きる。

【００６３】図１１は恒温槽と冷凍機とを分離配置にし
た設備の概略構成例を示す。この設備は、４基の恒温槽
１に対して１台の冷凍機１００を設けるように構成され
ている。冷凍機１００では、蒸発器１０１に冷媒を供給
し、蒸発器内を通過する冷水を例えば１０℃から５℃に
冷却する。冷水は、冷水循環ポンプ２００により、図７
に示す恒温槽への冷水の供給系３１及び戻り系３４を介
して冷凍機の蒸発器との間で循環される。

【００６４】このように複数の恒温槽の冷却器と冷凍機
とを分離して設けるようにすれば、恒温装置毎に冷凍機
を設ける場合よりも、冷凍機の台数を減少させ、設備の
合理化と設備全体のコスト低減を図ることができる。こ
の場合、それぞれの恒温槽１の冷却器２は、恒温槽の急
速冷却時等の最大冷却負荷を処理できる能力を有する
が、それぞれの恒温槽は通常タイミングをずらして運転
され最大冷却負荷になる時期がずれるため、冷凍機１０
０の能力としては、例えば１基の恒温槽の最大冷却負荷
と他の３基の恒温槽の低温運転維持のための通常負荷と
の合計能力とすることができる。その結果、設備全体と
しての冷凍能力が低減し、この点からも設備の合理化と
コスト低減が図られる。

【００６５】図１２乃至図１４は、温度制御装置の他の
例として、加熱器強制オフ機構を追加したものを示す。
加熱器強制オフ機構は、信号断続用リレー９、加熱器強
制オフ手段である加熱器強制オフ部５９、加熱器強制オ
フリセット手段であるリセット部６０等によって構成さ
れる。信号断続用リレー９は、加熱信号供給系４を断続
可能にする。加熱器強制オフ部５９は、冷却制御器５に
設けられ、加熱出力信号Ｐ₁ が０％になって前記１０％
との差が最大になったとき、即ちＴｏと閾値Ａとの差が
最大になって開信号Ｐｏが最大になり、その状態が一定
時間持続したときに、信号断続用リレー９を切断し、加
熱器の出力を強制的に０にする。

【００６６】本例では、一定時間を積算周期Ｔ₂ とし、
この周期の間中オフタイマ５１が作動して加熱器オフ時
間が積算周期と同じになり、即ちオフ時間積算比較部５
３の比較結果でＴｏ＝Ｔ₂ になったときに（図１４の
（Ｓ−１０））、リレー９を強制遮断する（Ｓ−１
１）。これにより、Ｐ₁ はＳＳＲ８に伝達されず、加熱
器のオン時間Ｔonが０になって加熱器の出力が０にな
る。

【００６７】リセット部６０は、リレー９が切断されて
いて、加熱出力信号Ｐ₁ が１００％になって前記２０％
との差が最大になったとき、即ちＴｃと閾値Ｂとの差が
最大になって閉信号Ｐｃが最大になり、その状態が一定
時間持続したときに、加熱器強制オフ部５９をリセット
して信号断続用リレー９の切断状態を解除する。一定時
間は上記と同様に積算周期Ｔ₂ であり、この周期中の加
熱器オン時間が積算周期と同じ、即ちオン時間積算比較
部５４の比較結果でＴｃ＝Ｔ₂ になっているときに（図
１４の（Ｓ−１２））、上記リセット動作をする。その
結果、このときには加熱器強制オフ条件になっていない
ため、リレー１７の強制遮断が解除される（Ｓ−１
３）。

【００６８】以上の加熱器強制オフ及びリセット制御に
よれば、次のような作用効果が得られる。例えば恒温槽
の設定温度ｔｓを実測温度ｔａよりある程度以上低い温
度に変更すると、両者が接近するまでＴｏが１００％に
なり、積算周期Ｔ₂ 時間毎に最大の操作量で調整弁６が
開方向に操作され、冷却器２の冷却能力が大きくなって
恒温槽内循環空気が冷却される。Ｔｏ＝Ｔ₂ の状態が持
続してこの冷却が進行するが、ｔａがｔｓに接近する
と、温度調節器４の発生させる信号としては、次第に加
熱器のオフ時間Ｔoff が短くなってオン時間Ｔonが長く
なり、大きくなっていた冷却能力も減少して行く。

【００６９】このような状態変化において、加熱器強制
オフ制御により、一度Ｔｏ＝Ｔ₂ になったことにより加
熱器が強制的にオフになり、加熱器のオン時間を長くす
る信号が出ても、加熱器はオフ状態を維持する。この場
合、設定温度ｔｓが低いときには、加熱器がオフであっ
ても、外部からの恒温槽への侵入熱、送風機動力による
発熱、恒温槽及び試料の高温時に保有する熱容量、試料
が発熱する場合にはその発熱、等の諸熱量が加熱器の機
能を代替することになる。そして、この諸熱量がｔａに
影響し、仮の加熱出力信号Ｐ₁ が出され、Ｐ₁ が両閾値
ＡＢ間になるように冷却能力が制御される。その結果、
ｔａがｔｓに至るまでの間中、加熱器をオフにする温度
制御が可能になり、最大の省エネ効果を得ることができ
る。

【００７０】ｔａがｔｓに到達し、冷却能力を０にして
も上記諸熱量だけでは恒温槽の温度が低下するようにな
ると、Ｔｃ＝Ｔ₂ になる。このときには、ｔａはｔｓよ
り低くなってアンダーシュートするが、Ｔｃ＝Ｔ₂ にな
ると直ちに加熱器強制オフがリセットされ、加熱器のオ
フ状態が解除され、加熱器がオンになって加熱動作をす
ると共に、Ｔｃ＝Ｔ₂ によって冷却能力も減少するの
で、短時間のうちに加熱器及び冷却器が通常の制御状態
に到達する。従って、上記アンダーシュートは僅かであ
り、実際の運転上全く問題にならない。一方、加熱器を
強制オフにすることにより、ｔａをｔｓに早く到達さ
せ、通常の温度維持状態に早く到達させて制御を安定さ
せる効果が生ずる。

【００７１】ｔｓをｔａより高い温度に変更したときに
は、Ｔｃの高い状態が継続し、Ｔｃ＝Ｔ₂ になると、加
熱器強制オフがセットされていればリセットされる。

【００７２】

【発明の効果】以上の如く本発明によれば、請求項１の
発明においては、出力部と冷却制御部と駆動部とを設
け、加熱手段の加熱量に対応した対応量として例えば温
度調節器で発生させる加熱器に対する加熱出力が１００
％と０％との間で０％の側に十分近い低出力における一
定の範囲である低出力範囲にあるときには、冷却制御部
は出力部から加熱出力を受けて制御信号を発生させて冷
却手段を駆動する駆動部が冷却量を固定するように制御
するので、恒温装置の温度上昇時や温度下降時でなく、
恒温装置からの放熱量の変動や恒温装置に入れられる試
料の発熱量の変動はあるが温度変化が少なくなった温度
安定時に、加熱手段の加熱量を少なくして省エネを図る
と共に、冷却手段による熱放出量をほぼ一定にして加熱
手段の運転条件を安定させることができる。即ち、目的
とする温度に到達後には、加熱出力を安定させ恒温装置
を省エネ運転することができる。

【００７３】加熱出力が低出力範囲より大きいときに
は、その程度に対応した速度で冷却手段を冷却量の大き
くなる方向に駆動するので、例えば、加熱出力が低出力
範囲より大きいが余り差がないようなときには、冷却手
段を相対的に遅い速度で冷却量の小さくなる方向に駆動
することにより、微調整しつつ冷却手段の冷却量が小さ
くなった状態にすることができる。その結果、加熱出力
に与える影響を少なくし、加熱制御と冷却手段の制御と
の相互干渉を回避して制御の安定化を図ることができ
る。一方、温度の低い条件から高温条件に設定変更した
温度上昇時等で加熱出力が十分大きくなるときには、冷
却手段を相対的に速い速度で冷却量の減少方向に駆動す
ることにより、高温条件への到達時間を早めると共に、
冷却手段による無駄な熱放出を早く停止し、加熱手段の
加熱量の有効性を高めて省エネを図ることができる。

【００７４】加熱出力が低出力範囲より小さいときに
は、その程度に対応した速度で冷却手段を冷却量の大き
くなる方向に駆動するので、例えば、低出力範囲より小
さいがその差が微差であるときには、冷却手段を相対的
に低速で冷却量を大きくする方向に駆動することによ
り、冷却手段を冷却量が微調整されるように駆動するこ
とができるので、熱放出量が減少したり発熱試料の発熱
量が小さくなったようなときに、加熱手段の加熱量の変
動を抑制して冷却手段によって恒温装置内の熱バランス
を図り、加熱制御と冷却手段による制御との相互干渉を
回避して制御の安定化を図ることができる。一方、高温
条件から常温等の温度の低い条件に設定変更された温度
下降時等で加熱出力が十分小さくなると、冷却手段を相
対的に高速で冷却量が大きくなる方向に駆動することに
より、冷却手段による熱放出を促進し、加熱出力０を含
む十分小さい状態を維持して省エネを図りつつ、温度の
低い条件への到達時間を早めることができる。

【００７５】即ち、請求項１の発明によれば、温度上昇
時、温度降下時、温度キープ時、試料発熱時等の恒温装
置の種々の運転条件において、省エネを図ると共に、良
好な制御性を維持して能率良く試料の試験等を行うこと
ができる。又、請求項１の発明は、通常設けられる加熱
手段及び装置内循環用送風機と共に冷却手段を設けた装
置において、例えばタイマーを備えたＰＬＣ等の冷却制
御部とＳＳＲ等の冷却手段の駆動器とを追加するだけで
構成されるので、装置の簡素化とコスト低減を図ること
ができる。

【００７６】請求項２の発明においては、出力部と冷却
制御部と駆動部とを設け、加熱手段の加熱量に対応した
対応量として例えば温度調節器で発生させる加熱器に対
する加熱出力が１００％と０％との間で０％の側に十分
近い低出力における一定の範囲である低出力範囲にある
ときには、冷却制御部は出力部から加熱出力を受けて制
御信号を発生させてダンパーを駆動する駆動部がダンパ
ーの開度を固定するように制御するので、恒温装置の温
度上昇時や温度下降時でなく、恒温装置からの放熱量の
変動や恒温装置に入れられる試料の発熱量の変動はある
が温度変化が少なくなった温度安定時に、加熱手段の加
熱量を少なくして省エネを図ると共に、ダンパーによる
熱放出量をほぼ一定にして加熱手段の運転条件を安定さ
せることができる。即ち、目的とする温度に到達後に
は、加熱出力を安定させ恒温装置を省エネ運転すること
ができる。

【００７７】加熱出力が低出力範囲より大きいときに
は、その程度に対応した速度でダンパーを閉める方向に
駆動するので、例えば、加熱出力が低出力範囲より大き
いが余り差がないようなときには、ダンパーを相対的に
遅い速度で閉方向に駆動することにより、微調整しつつ
ダンパー開度を小さくすることができる。その結果、加
熱出力に与える影響を少なくし、加熱制御とダンパー制
御との相互干渉を回避して制御の安定化を図ることがで
きる。一方、温度の低い条件から高温条件に設定変更し
た温度上昇時等で加熱出力が十分大きくなるときには、
ダンパーを相対的に速い速度で閉方向に駆動することに
より、高温条件への到達時間を早めると共に、ダンパー
による無駄な熱放出を早く停止し、加熱手段の加熱量の
有効性を高めて省エネを図ることができる。

【００７８】加熱出力が低出力範囲より小さいときに
は、その程度に対応した速度でダンパーを開く方向に駆
動するので、例えば、低出力範囲より小さいがその差が
微差であるときには、ダンパーを相対的に低速で開方向
に駆動することにより、ダンパー開度を微調整するよう
に開くことができるので、熱放出量が減少したり発熱試
料の発熱量が小さくなったようなときに、加熱手段の加
熱量の変動を抑制してダンパーによって恒温装置内の熱
バランスを図り、加熱制御とダンパー制御との相互干渉
を回避して制御の安定化を図ることができる。一方、高
温条件から常温等の温度の低い条件に設定変更された温
度下降時等で加熱出力が十分小さくなると、ダンパーを
相対的に高速で開方向に駆動することにより、ダンパー
による熱放出を促進し、加熱出力０を含む十分小さい状
態を維持して省エネを図りつつ、温度の低い条件への到
達時間を早めることができる。

【００７９】即ち、請求項２の発明によれば、温度上昇
時、温度降下時、温度キープ時、試料発熱時等の恒温装
置の種々の運転条件において、省エネを図ると共に、良
好な制御性を維持して能率良く試料の試験等を行うこと
ができる。又、請求項２の発明は、通常設けられる加熱
手段及び装置内循環用送風機と共にダンパーを設けた装
置において、例えばタイマーを備えたＰＬＣ等の冷却制
御部とＳＳＲ等のダンパー駆動器とを追加するだけで構
成されるので、装置の簡素化とコスト低減を図ることが
できる。

【００８０】請求項３の発明においては、恒温装置に、
循環空気を加熱する加熱器と共に、冷凍機で冷却された
熱媒体液が流されることによって循環空気を常温より低
い温度に冷却可能な冷却器を設けているので、冷凍機と
冷却器とを分離して設けることができる。そして、半導
体製造工場等において恒温装置が複数台設けられる場合
に、冷却器をそれぞれの恒温装置毎に設けると共に、一
定の複数台の恒温装置に対して１台の冷凍機を設けるこ
とにより、恒温装置毎に冷凍機を設ける場合よりも、冷
凍機の台数を減少させ、設備の合理化と設備全体のコス
ト低減を図ることができる。

【００８１】又、恒温装置毎に設けられる冷却器は恒温
装置の急速冷却時等の最大冷却負荷を処理できる能力に
される必要があるが、複数台の恒温装置は通常タイミン
グをずらして運転され前記最大冷却負荷の発生時期がず
れるため、冷凍機の能力としては、例えば１台の恒温装
置の最大冷却負荷と他の４〜５台の恒温装置の低温運転
維持のための通常負荷との合計能力とし、設備全体の冷
凍機の容量を低減し、この点でも設備の合理化とコスト
低減を図ることができる。

【００８２】加熱制御部は、循環空気の温度を検出する
温度検出器で検出した実測温度と通常循環空気の設定温
度である目的とする温度との差に対応した加熱信号を発
生させ、これによって加熱器を制御するので、設定温度
と実測温度との差が小さいときには加熱量を小さくし、
差が大きいときには加熱量を大きくし、実測温度を設定
温度に速く近づけることができる。

【００８３】一方、制御手段と共に冷却器を冷却する熱
媒体液が流される系統に調整弁が設けられ、制御手段が
発生させる開閉信号が調整弁に送られてその開度が調整
され、熱媒体液の流量、従って冷却器の冷却能力が調整
される。

【００８４】そして、制御手段の発生させる開閉信号の
うちの開信号を、前記加熱信号が最小量に近い一定範囲
である小量範囲より小さいときにその小さい程度に対応
した量にするので、例えば被試験物の発熱量が大きくな
ったり設定温度を下げたような場合に実測温度が設定温
度より高くなったときに、例えば加熱信号が小量範囲の
下限を１０％としてそれより小さく８％になったとすれ
ば、開信号は２％に対応した量になる。そして、調整弁
を少し開いて冷却器の冷却能力を少し大きくすることに
より、１０％以上で最小量に近い一定範囲として例えば
２０％以下までの小量範囲に入るように加熱信号が制御
される。

【００８５】その結果、実測温度を設定温度に接近させ
る方向に制御できる共に、加熱信号を再び小量範囲内に
維持して制御状態を安定させ、更に、小量範囲に維持す
ることによって省エネ運転状態を持続させることができ
る。そして、従来の装置では、冷却能力を過大な定量状
態に維持してそれに対応させて加熱量を過大にしてエネ
ルギーロスの多い運転をしていたが、本発明により、そ
のような運転をすることなく省エネ運転を行うことがで
きる。

【００８６】設定温度を大きく下げたようなときには、
加熱信号が０％になって加熱器の加熱量が０になると共
に、調整弁の開信号は１０％に対応した最大値になり、
調整弁が大きく開いて冷却能力を最大化するので、本発
明の制御手段では急速冷却にも対応できる。このときに
は、加熱信号が低下して１０％以上にならず開信号が連
続発信されるが、実測温度が設定温度に接近すると、加
熱信号も次第に大きくなり、再び一定範囲での制御状態
に復帰し、実測温度も設定温度に到達し、その温度に制
御される。

【００８７】制御手段の発生させる開閉信号のうちの閉
信号は、加熱信号が小量範囲より大きいときにその大き
い程度に対応した量にされるので、例えば被試験物の発
熱量が小さくなったり設定温度を上げたような場合に実
測温度が設定温度より低くなったとき等に、例えば加熱
信号が前記２０％より大きく３０％になったときには、
１０％に対応した閉信号になる。そして、調整弁が少し
閉じて冷却器の冷却能力を少し小さくし、加熱信号は、
再び２０％以下であるが前記１０％以上の小量範囲に入
るように制御される。

【００８８】その結果、前記開信号の場合と同様に、実
測温度を設定温度に接近させる方向に制御できる共に、
加熱量信号を再び小量範囲に維持して制御状態を安定さ
せ、更に、小量範囲に維持することによって省エネ運転
状態を持続させることができる。そして、従来の装置の
ように、冷却能力の過大な状態を放置すると共にそのた
めに加熱量を大きくするようなエネルギーロスの多い運
転を、本発明によって防止することができる。

【００８９】設定温度を大きく上げたようなときには、
加熱信号が例えば８０％になり、開信号は６０％に対応
した値になり、これに対応して調整弁を大きく閉じて冷
却能力を小さくすることにより、急速昇温にも対応でき
るようになる。この場合、加熱信号が２０％以下になら
ず閉信号が連続発信され、調整弁が全閉になると、冷却
能力０の状態で加熱信号が制御され、例えば１００％の
加熱信号で循環空気の温度が速く上昇し、温度到達後再
び制御状態になる。

【００９０】以上のような温度制御装置によれば、加熱
制御部で加熱器を直接制御する一方、加熱制御部の制御
出力である加熱信号から間接的に冷却能力を適度に調整
し、加熱器の加熱量の過大化を規制することにより、多
くの作用効果を得ることができる。

【００９１】即ち、加熱制御部で加熱信号の小量範囲を
基準として加熱器を制御するため、上記の如く省エネ運
転できると共に、小量範囲との差に対応した冷却制御を
するため、調整弁が微小開度から大開度まで制御要請に
応じて開閉され、それに対応して冷却能力が変動するの
で、温度追従性が良くなって温度制御の精度を良くする
ことができる。又、制御部分が通常の恒温装置に設けら
れる温度検出器及び温度調節器等から成る温度制御部に
加えて、モータ弁等を使用できる調整弁及びシーケンス
コントローラ等として容易に構成できる制御手段を設け
れば足りるので、装置の構成を簡単にしてコスト低減を
図ることができる。

【００９２】請求項４の発明においては、上記に加えて
断続手段と加熱器強制オフ手段とリセット手段とを設け
るので、加熱信号の最小状態が一定時間持続すると、加
熱器を強制的にオフにし、恒温装置の保有熱量や恒温装
置への侵入熱等を熱源として、冷却制御によって恒温装
置の温度制御を行うと共に、加熱信号の最大状態が一定
時間持続すると、加熱器の強制オフ状態をリセットして
解除することにより、一層の省エネ効果と共に、設定温
度への早期到達及び制御の早期安定化を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した恒温装置及びその温度制御装
置部分の全体構成を示す説明図である。

【図２】上記装置の冷却装置部分の構成例を示すブロッ
ク図である。

【図３】上記装置のプログラム運転の一例を示す曲線図
である。

【図４】上記装置の冷却制御部分の運転状態の一例を示
し、（ａ）は温度上昇時で（ｂ）は温度上昇後到達時で
ある。

【図５】上記装置の冷却制御部分の運転状態の一例を示
し、（ａ）は温度下降時で（ｂ）は温度下降後到達時で
ある。

【図６】恒温槽のプログラム運転結果の一例を示し、
（ａ）は本発明を適用した装置で（ｂ）は従来の装置の
ものである。

【図７】本発明の温度制御装置を装備した恒温槽の全体
構成を他の例を示す説明図である。

【図８】上記温度制御装置に使用される調整弁の構造例
を示し、（ａ）は正面図で（ｂ）は平面図である。

【図９】上記温度制御装置の構成の一例を示すブロック
図である。

【図１０】上記温度制御装置の制御フローの一例を示す
フローチャートである。

【図１１】恒温槽と冷凍機とを分離配置にした設備の冷
却系統を示す説明図である。

【図１２】本発明の温度制御装置を装備した恒温槽の全
体構成を更に他の例を示す説明図である。

【図１３】上記温度制御装置の構成の他の例を示すブロ
ック図である。

【図１４】上記温度制御装置の制御フローの他の例を示
すフローチャートである。

【符号の説明】

１ 恒温槽（恒温装置） ３ 冷却器（冷却手段） ４ 加熱制御系 ５ 冷却制御器（制御手段） ６ 調整弁（駆動部） ８ ＳＳＲ（加熱制御系） ９ 信号断続用リレー（断続手段） １０ 加熱器（加熱手段） １４ ヒータ（加熱手段） １５ ダンパー、風路切換式ダンパー（冷
却手段）（冷却用のダンパー） ２１ 温度センサ（温度検出器） ２３ ヒータ駆動器（出力部） ２４ ＰＬＣ、冷却制御部（冷却制御部） 25、25₁ 、25₂ 駆動部、ＳＳＲ（駆動部） ３２ 供給管（熱媒体液が流される系統） ４１ 温度調節器（加熱制御部、加熱制御
系） ４２ 加熱信号供給系（加熱制御系） ５９ 加熱器強制オフ部（加熱器強制オフ
手段） ６０ リセット部（加熱器強制オフリセッ
ト手段） １００ 冷凍機 Ｐｄ 加熱出力（対応量） Ｐ₁ 加熱信号、加熱出力信号（対応量） Ｐｃ 閉信号 Ｐｏ 開信号 ｔａ 実測温度（検出した温度） ｔｓ 設定温度（目的とする温度）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 恒温装置内を循環する循環空気を加熱す
   る加熱手段と冷却手段とを備え前記循環空気の温度を目
   的とする温度に制御する前記恒温装置の温度制御装置に
   おいて、 前記循環空気の温度を検出する温度検出器と、該温度検
   出器が検出した温度と前記目的とする温度との差に対応
   した加熱信号を前記加熱手段の加熱量に対応した対応量
   として出力する出力部と、前記対応量が１００％と０％
   との間で０％の側に十分近い低出力における一定の範囲
   である低出力範囲にあるときには前記冷却手段の冷却量
   を固定し前記対応量が前記低出力範囲より大きいときに
   は該大きい程度に対応した速度で前記冷却手段を前記冷
   却量の小さくなる方向に駆動し前記対応量が前記低出力
   範囲より小さいときには該小さい程度に対応した速度で
   前記冷却手段を前記冷却量の大きくなる方向に駆動する
   ように制御信号を発生させる冷却制御部と、前記信号を
   受けて前記冷却手段を駆動する駆動部と、を有すること
   を特徴とする温度制御装置。
2. 【請求項２】 前記冷却手段は冷却用のダンパーであ
   り、前記冷却量の固定は前記ダンパーの開度の固定であ
   り、前記冷却量の小さくなる方向は前記ダンパー開度の
   小さくなる方向であり、前記冷却量の大きくなる方向は
   前記ダンパー開度の大きくなる方向であることを特徴と
   する請求項１に記載の温度制御装置。
3. 【請求項３】 前記冷却手段は冷凍機で冷却された熱媒
   体液が流されることによって前記循環空気を常温より低
   い温度に冷却可能な冷却器であり、 前記冷却制御部は、前記加熱信号を受け入れて該加熱信
   号が前記０％である最小に近い一定範囲である小量範囲
   より小さいときには該小さい程度に対応した量の開信号
   を発生させ前記加熱信号が前記小量範囲より大きいとき
   には該大きい程度に対応した量の閉信号を発生させ、 前記駆動部は、前記熱媒体液が流される系統に設けられ
   前記開信号と前記閉信号とが供給されこれらの信号に対
   応して開度調整される調整弁を備えていて該調整弁を開
   閉駆動する、 ことを特徴とする請求項１に記載の温度制御装置。
4. 【請求項４】 前記出力部の加熱信号供給系を断続可能
   にする断続手段と、前記小さい程度に対応した量が最大
   になって一定時間持続するときに前記断続手段を切断す
   る加熱器強制オフ手段と、前記断続手段が切断されてい
   て前記大きい程度に対応した量が最大になって一定時間
   持続するときに前記断続手段の切断を解除する加熱器強
   制オフリセット手段と、を有することを特徴とする請求
   項３に記載の温度制御装置。