JP2007078230A

JP2007078230A - 恒温恒湿器及びその運転方法

Info

Publication number: JP2007078230A
Application number: JP2005265145A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Hoshi; 良幸星; Noriyoshi Ogoshi; 規善大越
Original assignee: Tokyo Rikakikai Co Ltd
Current assignee: Tokyo Rikakikai Co Ltd
Priority date: 2005-09-13
Filing date: 2005-09-13
Publication date: 2007-03-29
Anticipated expiration: 2025-09-13
Also published as: JP4641473B2

Abstract

【課題】効率よく、確実に温度調節、湿度調節を行うことができ、加湿用水の消費量の低減も図れ、消費電力が１５Ａ未満で高温から低温までの広い範囲の温度調節、湿度調節が可能で、しかも、蒸発器への着霜による冷却不良の発生も抑えることができる恒温恒湿器及びその運転方法を提供する。
【解決手段】冷却手段、加温手段及び加湿手段を備えた温調通路１２の下方から上方に向けて恒温恒湿庫内のガス（空気）を循環ファン２１で流通循環させて庫内の温度及び湿度を制御する恒温恒湿器において、加湿パン内の水を加湿用ヒータで加熱して蒸発させる加湿手段（加湿器１４，１６）を、冷凍サイクル３１から供給される低温液冷媒を蒸発させる蒸発器１５の上部及び下部にそれぞれ設け、冷凍サイクル３１には、冷却能力を調節するための２個のキャピラリー３４，３５を設けるとともに、蒸発器１５にホットガスを供給するホットガス経路３６を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、恒温恒湿器及びその運転方法に関し、詳しくは、各種環境試験、耐久試験を行うために試験体を収容した庫内を所定の温度、所定の湿度に制御調節するための恒温恒湿器及びその運転方法に関する。

恒温恒湿器は、恒温恒湿庫内のガス（空気）を、冷却用の蒸発器、加温用のヒータ及び加湿パン内の水を加湿用ヒータで加熱して蒸発させる加湿器を備えた温調通路に流通させて庫内に循環させるとともに、蒸発器に低温液冷媒を供給する冷凍サイクルの動作や加温用ヒータ及び加湿用ヒータへの通電を、所定位置で検出した温度及び湿度に基づいてＰＩＤ制御等を行うことにより、庫内の温度及び湿度を設定された温度及び湿度に保つようにしている（例えば、特許文献１参照。）。

前記温調通路における機器配置は、温度制御性が良好な加温用ヒータを蒸発器の下流側に配置するのは共通しているが、前述のような加湿器は、蒸発器の上流側に配置する場合と、下流側に配置する場合とがあり、それぞれ一長一短を有している。また、微小水滴を飛散させる補助加湿器を加温用ヒータの下流側に設置した環境試験装置も知られているが、この補助加湿器は冷却作用を有しているため、冷凍能力の制御に悪影響を与えたり、制御が複雑になるという欠点があった（例えば、特許文献２参照。）。
特開平１１−８３２６９号公報特開２０００−１１１１２７号公報

加湿パン内の水を加湿用ヒータで加熱して蒸発させる加湿器を蒸発器の下流側、すなわち、蒸発器の上部に配置した場合は、蒸発器で除湿された空気に加湿するため、湿度調節精度が良好であり、設定温度が低い場合でも蒸発器への着霜が少ないという利点を有している。しかしながら、蒸発器の除霜時に発生する水分を再利用する手段がない場合には、加湿のための水の消費量が多くなってしまい、さらに、加湿用水として水道水やイオン交換水を使用した場合、加湿パンに缶石等が蓄積してトラブル発生の原因となることがあった。

一方、加湿器を蒸発器の上流側である下部に配置した場合は、加湿器で加湿された空気が蒸発器を通るときにある程度除湿されてしまうため、蒸発器上部に配置した場合に比べて湿度調節精度も加湿効率が悪く、湿度調節精度が低下することがあった。また、設定温度が低い場合には、蒸発器への着霜量が多くなり、冷却効率も低下することがある。しかし、蒸発器で除湿された水分が蒸発器下方の加湿パンに落下して加湿用に再利用されるため、加湿用水の消費量が少ないという利点はある。

また、一つの冷凍サイクル、加湿器（加湿用ヒータ）、加温用ヒータで高温から低温までの幅広い温度調節、湿度調節を行うためには、各容量、能力を大きくしておかなければならず、電源容量の増加によって一般的なコンセント容量である１５Ａを超える製品仕様となってしまう。

さらに、電源電圧が定格１００Ｖに対して低下した場合、例えば９０Ｖに低下した場合には、各ヒーター容量が０．８１倍に低下するのに対し、冷凍サイクルの冷却能力はさほど低下しないため、温度、湿度の調節が困難になることがある。一方、１１０Ｖに上昇した場合には、各ヒーター容量が１．２１倍に増加するため、消費電力が１５Ａ未満のものであっても、一般的なコンセント容量である１５Ａを超えるおそれがある。また、冷凍サイクルの冷却能力については、周囲環境温度、例えば室温によって冷却能力が異なってくるため、温度、湿度制御を行うためのヒーター容量の選定よりも難しくなってしまう。

これらの電源電圧の増減や冷却能力の増減と、一般的なコンセント容量である１５Ａとを考慮すると、一つの冷凍サイクル、加湿器、加温用ヒータをＰＩＤ制御し、冷凍サイクルをＯＮ・ＯＦＦするものでは、高温から低温までの幅広い温度制御、湿度制御を行うことが困難であり、冷却能力を抑えて温度、湿度の制御範囲を狭めるようになってしまう。

また、冷凍サイクルを運転している比較的低い設定温度から、それよりも高い設定温度に変更された場合、冷凍サイクルをＯＦＦにしたり、あるいは、冷凍サイクルをＯＮのままで加温用ヒータで加温し、新たな設定温度に近付いた時点で通常の冷凍サイクルと加温用ヒータとによる温度調節が行われる。このとき、低い設定温度での運転時に蒸発器に付着した霜は、新たな設定温度にもよるが、冷凍サイクルが作動したままでは蒸発器に付着したまま残ってしまい、冷却不良の原因となる。一方、冷凍サイクルをＯＦＦにして加温した場合は、蒸発器の霜は取れやすいが、昇温速度が速く加温時間が短くなるため、冷凍サイクルの停止時間も短く、霜が付着した状態で通常の冷凍サイクルと加温用ヒータとによる温度調節が始まってしまうことがあり、この場合も冷却不良の原因となってしまう。

そこで本発明は、効率よく、確実に温度調節、湿度調節を行うことができ、加湿用水の消費量の低減も図れ、消費電力が１５Ａ未満で高温から低温までの広い範囲の温度調節、湿度調節が可能で、しかも、蒸発器への着霜による冷却不良の発生も確実に抑えることができる恒温恒湿器及びその運転方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の恒温恒湿器は、冷却手段、加温手段及び加湿手段を備えた温調通路の下方から上方に向けて恒温恒湿庫内のガスをガス循環手段で流通循環させて前記恒温恒湿庫内の温度及び湿度を制御する恒温恒湿器において、加湿パン内の水を加湿用ヒータで加熱して蒸発させる前記加湿手段を、冷凍サイクルから供給される低温液冷媒を蒸発させる蒸発器からなる前記冷却手段の上部及び下部にそれぞれ設け、前記冷凍サイクルに、前記蒸発器の冷却能力を調節する手段と、前記蒸発器の除霜を行うためのホットガスを蒸発器に供給する経路とを設けたことを特徴としている。

また、本発明の恒温恒湿器の運転方法における第１の構成は、前記冷却手段の上部及び下部にそれぞれ設けた加湿器の加湿能力を、冷却手段の冷却能力及び恒温恒湿庫内の設定温度及び設定湿度に応じて調節することを特徴としている。

さらに、本発明方法における第２の構成は、該恒温恒湿器の電流値を電流監視手段にて監視し、電流値があらかじめ設定された電流値を超えたときに、前記冷却手段の上部及び下部にそれぞれ設けた加湿器に設けた前記加湿用ヒータの作動を制御して電流値が前記あらかじめ設定された電流値を超えないように調節することを特徴としている。

本発明方法における第３の構成は、恒温恒湿庫内の測定温度と、あらかじめ設定された設定温度との温度差及び設定湿度との湿度差とに基づいて前記蒸発器の冷却能力を調節することを特徴としている。

本発明方法における第４の構成は、一定時間間隔で前記蒸発器の除霜運転を行うにあたり、冷却手段を継続運転した状態で加温手段を停止させることにより庫内温度を下げる冷却運転を行い、該冷却運転によって庫内温度があらかじめ設定された温度に達したときに前記蒸発器にホットガスを供給して蒸発器の除霜を行い、該ホットガスの供給によって庫内温度があらかじめ設定された温度に上昇したときに冷却手段の運転を停止し、該冷却手段及び前記加温手段の停止によって庫内温度があらかじめ設定された温度に上昇したときに、冷却手段及び加温手段をあらかじめ設定された庫内温度制御状態を再開することを特徴としている。

本発明方法における第５の構成は、一定時間間隔で前記蒸発器の除霜運転を行うにあたり、冷却手段を継続運転した状態で加温手段を停止させることにより庫内温度を下げる冷却運転を行い、該冷却運転によって庫内温度があらかじめ設定された温度に達したときに前記蒸発器にホットガスを供給して蒸発器の除霜を行い、該ホットガスの供給によって庫内温度が上昇せずにあらかじめ設定された温度に下降したときに冷却手段の運転を停止し、該冷却手段及び前記加温手段の停止によって庫内温度があらかじめ設定された温度に上昇したときに、冷却手段及び加温手段をあらかじめ設定された庫内温度制御状態を再開することを特徴としている。

本発明方法における第６の構成は、一定時間間隔で前記蒸発器の除霜運転を行うにあたり、冷却手段を継続運転した状態で加温手段を停止させることにより庫内温度を下げる冷却運転を行い、該冷却運転によって庫内温度があらかじめ設定された温度に達したときに前記蒸発器にホットガスを供給して蒸発器の除霜を行い、該ホットガスの供給による庫内温度の上昇が、あらかじめ設定された時間内にあらかじめ設定された温度に上昇しなかったときに前記加温手段を作動させ、該加温手段の作動によって庫内温度があらかじめ設定された温度に上昇したときに冷却手段の運転を停止し、該冷却手段及び前記加温手段の停止によって庫内温度があらかじめ設定された温度に上昇したときに、冷却手段及び加温手段をあらかじめ設定された庫内温度制御状態を再開することを特徴としている。

本発明方法における第７の構成は、一定時間間隔で前記蒸発器の除霜運転を行うにあたり、冷却手段を継続運転した状態で加温手段を停止させることにより庫内温度を下げる冷却運転を行い、該冷却運転によって庫内温度があらかじめ設定された温度に達したときに前記蒸発器にホットガスを供給して蒸発器の除霜を行い、該ホットガスの供給によって庫内温度があらかじめ設定された温度に上昇したときに冷却手段の運転を停止し、該冷却手段及び前記加温手段の停止による庫内温度の上昇があらかじめ設定された時間内にあらかじめ設定された温度に上昇しなかったときに前記加温手段を作動させ、該加温手段の作動によって庫内温度があらかじめ設定された温度に上昇したときに、冷却手段及び加温手段をあらかじめ設定された庫内温度制御状態を再開することを特徴としている。

本発明の恒温恒湿器及びその運転方法によれば、上下の加湿用ヒータの容量を適切に選択し、温度条件、湿度条件に応じて両ヒータを作動させることにより、湿度調節精度を向上させながら加湿用水の消費量の低減を図れ、消費電流の増加も抑えることができる。また、温度条件、湿度条件に応じて蒸発器の冷却能力を調節することにより、温度調節精度、湿度調節精度の向上が図れる。さらに、冷凍サイクルのホットガスを蒸発器に供給することにより、除霜時間の短縮、加温時間の短縮を図ることができ、冷却不良の発生防止も図れる。

図１は本発明の一形態例を示す恒温恒湿器の説明図である。この恒温恒湿器は、恒温恒湿庫１１に隣接配置した温調通路１２に、下方から順に、空気流入口１３，下部加湿器１４，蒸発器（冷却器）１５，上部加湿器１６，加温用ヒータ１７，湿球温度計測用の湿球温度センサ１８，乾球温度計測用の乾球温度センサ１９，空気流出口２０，循環ファン２１及び過昇温防止器２２を設け、恒温恒湿庫１１内の空気（庫内空気）を下部の空気流入口１３から上部の空気流出口２０に向けて流通させ、庫内に循環させることによって恒温恒湿庫１１内の温度及び湿度を制御するようにしている。

加湿手段である下部加湿器１４及び上部加湿器１６は、共に加湿パン１４ａ、１６ａ内の水を加湿用ヒータ１４ｂ，１６ｂで加熱蒸発させることによって流通空気の加湿を行うものであって、両加湿器１４，１６には、給水管１４ｃ，１６ｃ、空焚き防止器１４ｄ，１６ｄ、オーバーフロー口１４ｅ，１６ｅがそれぞれ設けられている。両加湿器１４，１６の各加湿用ヒータ１４ｂ，１６ｂと、加温手段である前記加温用ヒータ１７とは、図示しない電源部及び制御部に接続されている。

冷却手段である蒸発器１５は、冷凍サイクル（冷凍機）３１を構成する一つの機器であって、この冷凍サイクル３１は、蒸発器１５で蒸発した冷媒ガスを吸引して圧縮する圧縮機３２と、圧縮されて昇温した冷媒ガスを冷却して凝縮する凝縮器３３と、凝縮した冷媒液を減圧して蒸発器１５に供給する二つのキャピラリー３４，３５と、圧縮により昇温した前記冷媒ガスを除霜を行うためのホットガスとして蒸発器１５に供給するホットガス経路３６とを有している。

二つのキャピラリー３４，３５は、蒸発器１５の冷却能力を調節する手段として設けられたものであって、冷却能力を小さい状態とする第１キャピラリー３４と、これよりも冷却能力が大きな状態とする第２キャピラリー３５とで形成され、第１キャピラリー３４側経路の電磁弁３４Ｖを開いて第２キャピラリー３５側経路の電磁弁３５Ｖを閉じることにより、最小冷却能力状態（ＭＩＮ）、第１キャピラリー３４側経路の電磁弁３４Ｖを閉じて第２キャピラリー３５側経路の電磁弁３５Ｖを開くことにより、中間冷却能力状態（ＭＩＤ）、両電磁弁３４Ｖ，３５Ｖを共に開くことによって最大冷却能力状態（ＭＡＸ）が得られるようにしている。両電磁弁３４Ｖ，３５Ｖと、前記ホットガス供給用の経路３６に設けられた電磁弁３６Ｖとは、運転条件に応じて開閉制御される。

湿球温度センサ１８は、ウイックパン１８ａ内の水に浸したウイック１８ｂを介して温度を測定するものであり、ウイックパン１８ａには給水管１８ｃが設けられている。この湿球温度センサ１８及び前記乾球温度センサ１９は制御部にそれぞれ接続されており、これらの計測値に基づいて各加湿用ヒータ１４ｂ，１６ｂ、加温用ヒータ１７及び冷凍サイクル３１がそれぞれ制御される。

加湿パン１４ａ、１６ａ及びウイックパン１８ａには、給水タンク２３内の水がポンプ２４により供給され、パン内の水位は、加湿パン１４ａ、１６ａ及びウイックパン１８ａにそれぞれ付随するフロートスイッチ１４Ｆ，１６Ｆ，１８Ｆ及び電磁弁１４Ｖ，１６Ｖ，１８Ｖによって一定に保たれている。また、給水タンク２３内の水位は、フロートスイッチ２３Ｆ及び電磁弁２３Ｖによって所定範囲内に保たれている。

このように形成した恒温恒湿器において、両加湿器１４，１６における各加湿用ヒータ１４ｂ，１６ｂのヒータ容量を、上部側を小さく、下部側を大きく設定し、例えば、上部側加湿用ヒータ１６ｂのヒータ容量を２００Ｗ、下部側加湿用ヒータ１４ｂのヒータ容量を４００Ｗにそれぞれ設定し、加温用ヒータ１７のヒータ容量を６５０Ｗ、冷凍サイクル３１として公称出力２００Ｗのものを選択することにより、一般的なコンセント容量である１５Ａを超えない範囲で高温から低温までの広い範囲の温度調節、湿度調節が可能となる。

図２は、前記恒温恒湿器における制御範囲の一例を示す図であって、温度０〜９０℃、相対湿度０〜１００％の範囲を６区分に分割して各区分毎に適した制御動作を行うように設定している。なお、説明中のＰＩＤ制御区分におけるＰ，Ｉ，Ｄの各数値は、制御用の定数である。また、温度設定は、０．１℃刻み、設定湿度は０．１％ＲＨ刻みとしている。

まず、制御区分Ａは、５０℃・１００％−５０℃・８０％−５５℃・７５％−８５℃・６０％−９０℃・６０％−９０℃・１００％の点を結ぶ直線の範囲内であって、この制御区分Ａは、高温、高湿の条件となっていることから、冷凍サイクル３１はＯＦＦ、加湿用ヒータ１４ｂ，１６ｂのＰＩＤ制御区分は、Ｐ：４０，Ｉ：２００，Ｄ：２０に設定し、上部加湿用ヒータ１６ｂは０％（作動無し）、下部加湿用ヒータ１４ｂは１００％に設定する。この制御区分Ａでは、蒸発器１５が冷却作動していないため、下部加湿器１４のみで十分な加湿を行うことができ、庫内の温度調節は加温用ヒータをＯＮ・ＯＦＦ制御するだけで十分である。

制御区分Ｂは、４０．１℃・１００％−４０．１℃・９５％−４９．９℃・８０％−４９．９℃・１００％の点を結ぶ直線の範囲内であって、この制御区分Ｂは、中高温で高湿度の条件となっていることから、冷凍サイクル３１はＭＩＮ（電磁弁３４Ｖを開いて電磁弁３５Ｖを閉じた最小冷却能力状態）、加湿用ヒータ１４ｂ，１６ｂのＰＩＤ制御区分はＰ：１５，Ｉ：４００，Ｄ：８０に設定し、上部加湿用ヒータ１６ｂは５０％、下部加湿用ヒータ１４ｂは１００％に設定する。この制御区分Ｂでは、蒸発器１５を最小能力で運転しながら加温用ヒータ１７をＯＮ・ＯＦＦ制御することで庫内温度を制御し、また、下部加湿器１４を主として使用し、蒸発器１５での除湿分を上部加湿器１６で補うことにより庫内湿度を制御している。また、蒸発器１５で凝縮した水は、下部加湿器１４に滴下して再利用される。

制御区分Ｃは、２０．１℃・１００％−３０．１℃・９５％−５０．１℃・７５％−５５．１℃・７２．５％−５９．９℃・７２．５％−５４．９℃・７５％−４９．８℃・８０％−４０℃・９５％−４０℃・１００％の点を結ぶ直線の範囲内であって、この制御区分Ｃは、常温乃至中高温で高湿度の条件となっている。この場合は、冷凍サイクル３１はＭＩＤ（電磁弁３４Ｖを閉じて電磁弁３５Ｖを開いた中間冷却能力状態）、加湿用ヒータ１４ｂ，１６ｂのＰＩＤ制御区分はＰ：１５，Ｉ：４００，Ｄ：８０に設定し、上部加湿用ヒータ１６ｂ及び下部加湿用ヒータ１４ｂは共に１００％に設定する。この制御区分Ｃでは、蒸発器１５を中間能力で運転しながら加温用ヒータ１７をＯＮ・ＯＦＦ制御することで庫内温度を制御し、蒸発器１５で除湿されることを考慮して上下両加湿器１４，１６を１００％で運転することにより、庫内を高湿度に保つようにしている。蒸発器１５で凝縮した水は、制御区分Ｂのときと同様に、下部加湿器１４に滴下して再利用される。

制御区分Ｄは、０℃・１００％−０℃・０％−９．９℃・０％−９．９℃・１００％の点を結ぶ直線の範囲内であって、この制御区分Ｄは、湿度に関係なく低温の条件となっている。この場合は、冷凍サイクル３１はＭＩＤ、加湿用ヒータ１４ｂ，１６ｂのＰＩＤ制御区分はＰ：１５，Ｉ：４００，Ｄ：８０に設定し、上部加湿用ヒータ１６ｂは１００％、下部加湿用ヒータ１４ｂは５０％に設定する。この制御区分Ｄでは、蒸発器１５を中間能力で運転しながら加温用ヒータ１７をＯＮ・ＯＦＦ制御することで庫内温度を制御するのは、前記制御区分Ｃと同じであるが、蒸発器１５が制御区分Ｃよりも低温状態となって着霜量が多くなりやすいので、着霜の直接的な原因ともなる下部加湿器１４での加湿を抑えて上部加湿器１６で庫内の湿度を保つようにしている。蒸発器１５の除霜運転で生じた水は、前記同様に、下部加湿器１４に滴下して再利用される。

制御区分Ｅは、１０℃・３４．４％−１０℃・０％−９０℃・０％−９０℃・３９．９％−７０℃・３９．９％−６０℃・３４．４％の点を結ぶ直線の範囲内であって、この制御区分Ｅは、温度が１０〜９０℃の広い範囲で湿度が低い条件となっている。この場合は、冷凍サイクル３１はＭＩＤ、加湿用ヒータ１４ｂ，１６ｂのＰＩＤ制御区分はＰ：４０，Ｉ：２００，Ｄ：２０に設定し、上部加湿用ヒータ１６ｂは５０％、下部加湿用ヒータ１４ｂは１００％に設定する。この制御区分Ｅでは、蒸発器１５を中間能力で運転して除湿を図りながら加温用ヒータ１７をＯＮ・ＯＦＦ制御することで庫内温度を制御し、湿度制御については、下部加湿器１４を主として使用し、蒸発器１５での除湿分を上部加湿器１６で補うようにしている。

制御区分Ｆは、前記制御区分Ａ〜Ｅを除く領域であって、温度が１０〜９０℃の広い範囲で湿度が比較的高い条件となっている。この場合は、冷凍サイクル３１はＭＩＤ、加湿用ヒータ１４ｂ，１６ｂのＰＩＤ制御区分はＰ：１５，Ｉ：４００，Ｄ：８０、上部加湿用ヒータ１６ｂは５０％、下部加湿用ヒータ１４ｂは１００％に設定する。この制御区分Ｆでは、蒸発器１５を中間能力で運転しながら加温用ヒータ１７をＯＮ・ＯＦＦ制御することで庫内温度を制御するとともに、下部加湿器１４を主に使用して蒸発器１５での除湿分を上部加湿器１６で補うことにより庫内湿度を制御している。また、蒸発器１５で凝縮した水は、前記同様に下部加湿器１４に滴下して再利用される。

このように、庫内の設定温度、設定湿度に応じていくつかの制御区分を設定し、設定条件に適した状態で冷凍サイクル３１の蒸発器１５の冷却能力及び上下の加湿器１４，１６の加湿能力を調節することにより、庫内雰囲気を設定された条件に確実に保持することができる。特に、設定温度及び設定湿度に応じて上下両加湿器１４，１６の加湿用ヒータ１４ｂ，１６ｂの加湿能力を変化させることにより、加湿用水の消費量を低減しながら湿度調節精度を高めることができ、また、庫内温度が低い場合でも蒸発器１５への着霜を少なくできるので、蒸発器１５の冷却能力を十分に発揮させることができる。

基本的には、前記制御区分に応じた運転を行うが、庫内の条件、例えば、試験体の発熱や吸熱、あるいは、水分の蒸発や吸着が激しいとき、さらに、冷凍サイクル３１に与える周囲環境温度の影響等が大きい場合には、測定温度や測定湿度に応じて運転条件の変更を行う。例えば、試験体の吸熱作用等により、乾球温度センサ１９での測定温度が設定温度に比べてあらかじめ設定された温度差範囲の下限を下回る状態となったとき、例えば、測定温度が設定温度よりも４℃以上低くなったときには、冷凍サイクル３１をＭＩＤ運転からＭＩＮ運転に切り換える。すなわち、電磁弁３４Ｖを閉じて電磁弁３５Ｖを開いた中間冷却能力状態から電磁弁３４Ｖを開いて電磁弁３５Ｖを閉じた最小冷却能力状態に切り換える。これにより、蒸発器１５の冷却能力を下げることができるので、庫内温度を設定温度に調節することができる。同様に、湿度が上がらない場合も、蒸発器１５の冷却能力、即ち除湿能力を下げることにより、庫内の湿度を上昇させることができる。また、必要に応じて冷凍サイクル３１を停止することもできる。

逆に、制御区分Ｂにおいて、試験体の発熱や試験体からの水分の蒸発等によって庫内温度が下がりにくくなったり、庫内湿度が下がりにくくなった場合には、冷凍サイクル３１をＭＩＮ運転からＭＩＤ運転に切り換えることにより、庫内温度や庫内湿度を容易に下げることができる。同様に、制御区分Ａでは、停止している冷凍サイクル３１をＭＩＮ運転状態とすることにより、庫内温度や庫内湿度を下げることができる。さらに、各制御区分において、必要に応じて冷凍サイクル３１をＭＡＸで運転することもできる。

また、設定温度を、現設定温度より高い設定温度に変更する場合、新たに設定された温度が現在の庫内温度（測定温度）に対して所定温度差の範囲内、例えば、新たな設定温度が測定温度＋３℃未満の場合は、原則として冷凍サイクル３１の運転を継続しながら加温用ヒータ１７によって庫内温度を新たな設定温度に上昇させる。一方、測定温度よりも新たな設定温度が３℃以上高い場合には、冷凍サイクル３１を一時停止させて昇温させる。

このように、庫内の測定温度や測定湿度とあらかじめ設定された設定温度や設定湿度との温度差及び湿度差に基づいて前記蒸発器１５の冷却能力を調節することにより、設定温度が測定温度より高い場合でも、湿度調節を行いながら新たな設定温度まで庫内温度を迅速に上昇させることができる。また、新たな設定温度が測定温度＋３℃未満の場合であっても、所定時間、例えば２０分経過しても新たな設定温度まで上昇しなかった場合、あるいは、昇温速度が遅くて所定時間、例えば２０分経過しても０．５℃しか昇温しなかった場合には、冷凍サイクル３１を停止させて庫内温度を上昇させるように切り換えることにより、庫内温度を新たな設定温度にすることができる。

逆に、設定温度を、現設定温度より低い設定温度に変更する場合、通常は加温用ヒータ１７をＯＦＦにするだけでよいが、降温速度が遅くて所定時間、例えば２０分経過しても０．５℃しか降温しなかった場合には、冷凍サイクル３１をＭＡＸ（両電磁弁３４Ｖ，３５Ｖを共に開いた最大冷却能力状態）に切り換えることにより、庫内温度を新たな設定温度まで迅速に降温させることができる。なお、制御区分Ａの冷凍サイクル停止状態では、冷凍サイクル３１をＭＩＮあるいはＭＩＤとしてもよく、制御区分Ｂでは冷凍サイクル３１をＭＩＮからＭＩＤとしてもよい。

また、設定温度を高く変更した場合には、温度移行時に同時に、蒸発器１５の除霜運転を行うことができる。すなわち、設定温度が高い温度に切り換えられたときに、両電磁弁３４Ｖ，３５Ｖを共に閉じてキャピラリー３４，３５への流路を遮断するとともに、ホットガス供給用の経路３６に設けた電磁弁３６Ｖを開き、圧縮機３２で圧縮されて昇温したホットガスを蒸発器１５に供給することにより、新たな設定温度への昇温過程中に蒸発器１５の除霜を行うことができる。また、ホットガスの供給によって昇温時間の短縮を図れるときもある。

さらに、設定温度を低くした場合で、蒸発器１５を所定時間以上、例えば３０分以上冷却運転していて蒸発器１５への着霜が懸念されるようなときには、庫内を降温させる前にホットガスによる除霜運転を所定時間、例えば９０秒行ってから冷却を行うようにする。このようにして除霜運転を行ってから冷却運転に切り換えることにより、蒸発器１５の冷却能力を十分に活用して庫内温度を迅速に下げることができる。

ここで、前述のように、上部側加湿用ヒータ１６ｂが２００Ｗ、下部側加湿用ヒータ１４ｂが４００Ｗ、加温用ヒータ１７が６５０Ｗ、冷凍サイクル３１が公称出力２００Ｗ（消費電流量約４Ａ）の場合、特に、前記制御区分Ｃでは、当初から上下加湿用ヒータ１４ｂ，１６ｂの制御量が共に１００％に設定されているので、全てが１００％で作動すると電流量が１６．５Ａとなり、一般的なコンセント容量である１５Ａを超えてしまう。また、この状態で電源電圧が上昇した場合などでは、更に電流量が大きくなってしまう。

そこで、恒温恒湿器全体の電流値を電流監視手段であるカレントトランスにて監視し、電流値があらかじめ設定された電流値を超えたときに、前記両加湿用ヒータ１４ｂ，１６ｂの作動を制御して電流値があらかじめ設定された電流値を超えないように調節する。例えば、電流値が１４．５Ａ以上の状態が０．５分以上継続した場合、あるいは、電流値が１５Ａを超えるおそれがある場合には、加湿用ヒータ１４ｂ，１６ｂの制御量を下げたり、冷凍サイクル３１を停止させたりすることにより、電流値の上昇を抑えるようにする。

具体的には、上下の加湿用ヒータ１４ｂ，１６ｂが同時にＯＮにならないように、すなわち交互にＯＮとすることによって電流を抑えるように制御したり、庫内湿度の低下が許容範囲内に収まる範囲で、上下加湿用ヒータ１４ｂ，１６ｂの制御量を所定量、例えば、１２．５％刻みで下げるようにしたり、前記制御区分Ｂのように、庫内温度が比較的高くて除湿能力もそれほど必要としない条件の場合には、各ヒータの作動時に冷凍サイクル３１を停止させることによって電流値を低くしたりする。また、設定温度及び設定湿度を高く変更する場合で、冷凍サイクル３１の運転を継続しながら各ヒータがＯＮとなるような状態のときには、上部側加湿用ヒータ１６ｂの制御量を下げるようにしてもよい。

設定温度や設定湿度の変更に際して、温度勾配や湿度勾配が規定されている場合には、その時点での測定温度や測定湿度に応じて冷凍サイクル３１の運転条件を選択する。例えば、制御区分Ａで運転していた場合は、冷凍サイクル３１を停止状態からＭＩＮで運転するように切り換えるが、その他の制御区分では、冷凍サイクル３１がＭＩＮあるいはＭＩＤのままで所定の冷却勾配、除湿勾配を得られることもあり、冷凍サイクル３１をＭＩＮからＭＩＤへ、あるいは、ＭＩＤからＭＡＸへ切り換えなければならないこともある。逆に加湿勾配があるときには、冷凍サイクル３１の運転状態を一段階下げて蒸発器１５の除湿能力を弱めた状態（停止を含む）とするが、他の制御区分から制御区分Ａ内の条件への設定変更の場合は、基本的に冷凍サイクル３１は停止状態とする。

このようにして消費電力を一般的なコンセント容量である１５Ａ以下に抑えることにより、恒温恒湿器を設置する際に２００Ｖの専用電源等を別途用意する必要がなくなり、恒温恒湿器の設置場所の制限等が解消され、高性能な恒温恒湿器における汎用性を大幅に向上させることができる。

図３乃至図５は、恒温恒湿器の連続運転時に、一定時間間隔でホットガスによる蒸発器１５の除霜運転を行う設定としたときの冷凍サイクル３１、ホットガス用電磁弁３６Ｖ及び加温用ヒータ１７の作動状態（ＯＮ・ＯＦＦ状態）と庫内温度（測定温度）との関係の一例を示す図である。図中、Ｔは設定温度、ｔａは温度精度、Ｔａは冷却時下降温度設定値、Ｔｂは加温時上昇温度設定値、Ｔｃは除霜時上昇温度設定値、Ｔｄは過冷却温度設定値、ｔ１はサイクル時間、ｔ２は除霜時温度上昇時間設定値、ｔ３は加温時温度上昇時間設定値をそれぞれ表している。

まず、図３において、ホットガスによる蒸発器１５の除霜運転は、タイマーからの指令によって時間ｔ１を１サイクルとして行われる。連続運転中にタイマーから除霜運転開始が指令されると、加温用ヒータ１７がＯＦＦとなり、継続運転される冷凍サイクル３１によって除霜運転に備えた冷却運転が始まる。この冷却運転により、庫内温度が（Ｔ−Ｔａ）に達すると、キャピラリー側の電磁弁が閉じるとともにホットガス用電磁弁３６Ｖが開き、蒸発器１５にホットガスが供給される。

ホットガスによる蒸発器１５の除霜運転は、庫内温度が（Ｔ−Ｔｃ）に達するまで行われ、庫内温度が（Ｔ−Ｔｃ）となったときに冷凍サイクル３１がＯＦＦとなり、ホットガス用電磁弁３６Ｖも閉じられる。このあと、冷凍サイクル３１のＯＦＦ及びホットガスの余熱、周囲環境温度や試験体からの熱負荷等による自然的な温度上昇を利用して蒸発器１５の除霜を行う。このとき、蒸発器１５で霜が溶けて生じた水は下部加湿器１４に滴下する。この自然的な温度上昇は、庫内温度が（Ｔ＋Ｔｂ）に達するまで行われる。

庫内温度が（Ｔ＋Ｔｂ）に上昇すると、冷凍サイクル３１がＯＮになるとともに加温用ヒータ１７もＯＮ・ＯＦＦ制御状態となり、冷凍サイクル３１及び加温用ヒータ１７による通常の温度制御が再開され、庫内温度を設定温度の（Ｔ）に保つようにする。この通常の温度制御は、除霜運転開始からの経過時間が（ｔ１）になるまで行われ、除霜運転開始指令と同時にリセットされたタイマーの計測時間が（ｔ１）に達すると、次の１サイクルが開始される。

このように、一定時間（ｔ１）毎にホットガスによる蒸発器１５の除霜運転を行うことにより、冷却不良の発生を回避して確実な温度調整を行うことができる。また、湿度制御を行っている場合、特に、低湿度での湿度制御を行っている場合は、冷凍サイクル３１のＯＦＦによって庫内湿度が上昇することがあるので、冷凍サイクル３１のＯＦＦの時間をできるだけ短くする必要がある。このような場合は、加温時上昇温度設定値（Ｔｂ）を小さな値として、冷凍サイクル３１のＯＦＦ時間を短くするように設定し、この場合でも蒸発器１５の除霜を確実に行えるように、他の各設定値も必要に応じて調節する。

このような運転を行うときに、周囲環境温度が低いときや設定温度が高い場合等には、ホットガスを蒸発器１５に供給したときに、逆に庫内温度が低下する可能性がある。図４は、このような状態を示すもので、庫内温度が（Ｔ−Ｔａ）に達して蒸発器１５にホットガスが供給されたときに、庫内温度が（Ｔ−Ｔａ）から更に低下している。このような状態になったときには、庫内温度が（Ｔ−Ｔｄ）に低下したときに、冷凍サイクル３１をＯＦＦとしてホットガス用電磁弁３６ＶもＯＦＦとする。これにより、庫内が過冷却状態となることを防止できる。

全てをＯＦＦとした状態で庫内温度が自然的に上昇し、設定温度の（Ｔ）を超えて庫内温度が（Ｔ＋Ｔｂ）に上昇すると、前記同様に、冷凍サイクル３１がＯＮになるとともに加温用ヒータ１７もＯＮ・ＯＦＦ制御状態となり、通常の温度制御によって庫内温度が設定温度の（Ｔ）に保持される。

さらに、図５に示すように、ホットガスを蒸発器１５に供給したときに、庫内温度が下がらないまでも、庫内温度が（Ｔ−Ｔｃ）にまで昇温するのに長時間を要するときがある。この場合は、ホットガスによる蒸発器１５の除霜運転の時間が除霜時温度上昇時間設定値の（ｔ２）を超えたときに、加温用ヒータ１７をＯＮとして加温を行い、庫内温度を上昇させる。そして、庫内温度が（Ｔ−Ｔｃ）に達したときに、前記同様に冷凍サイクル３１をＯＦＦとしてホットガス用電磁弁３６ＶもＯＦＦとし、加温用ヒータ１７もＯＦＦとする。

また、全てがＯＦＦの状態での自然的な温度上昇も十分ではなく、全てをＯＦＦとした時点から加温時温度上昇時間設定値の（ｔ３）を超えると、加温用ヒータ１７をＯＮとして庫内温度を（Ｔ＋Ｔｂ）にまで上昇させ、温度が（Ｔ＋Ｔｂ）になったときに、前記同様に、冷凍サイクル３１をＯＮとし、加温用ヒータ１７もＯＮ・ＯＦＦ制御状態とする。

このように、除霜運転時の庫内温度の変動状況に応じて加温用ヒータ１７を使用することにより、蒸発器１５の除霜を確実に行うことができる。

なお、運転制御における各設定値は、恒温恒湿器の構造や設定温度、設定湿度、冷凍サイクルや各ヒータの能力等に応じて適宜設定されるものであり、例えば、複数の蒸発器を切換使用可能な冷凍サイクルを使用することも可能であり、各ヒーターや冷凍サイクルの圧縮機の制御にインバータを使用することも可能である。また、冷却能力を調整する手段には、複数のキャピラリーだけでなく、調整弁を用いることも可能である。

本発明の一形態例を示す恒温恒湿器の説明図である。恒温恒湿器における制御範囲の一例を示す図である。恒温恒湿器の連続運転時における冷凍サイクル、ホットガス用電磁弁及び加温用ヒータの作動状態と測定温度との関係の一例を示す図である。恒温恒湿器の連続運転時における冷凍サイクル、ホットガス用電磁弁及び加温用ヒータの作動状態と測定温度との関係の他の例を示す図である。恒温恒湿器の連続運転時における冷凍サイクル、ホットガス用電磁弁及び加温用ヒータの作動状態と測定温度との関係の更に他の例を示す図である。

符号の説明

１１…恒温恒湿庫、１２…温調通路、１３…空気流入口、１４…下部加湿器、１４ａ…加湿パン、１４ｂ…加湿用ヒータ、１５…蒸発器、１６…上部加湿器、１６ａ…加湿パン、１６ｂ…加湿用ヒータ、１７…加温用ヒータ、１８…湿球温度センサ、１９…乾球温度センサ、２０…空気流出口、２１…循環ファン、２２…過昇温防止器、２３…給水タンク、２４…ポンプ、３１…冷凍サイクル、３２…圧縮機、３３…凝縮器、３４…第１キャピラリー、３５…第２キャピラリー、３６…ホットガス経路

Claims

冷却手段、加温手段及び加湿手段を備えた温調通路の下方から上方に向けて恒温恒湿庫内のガスをガス循環手段で流通循環させて前記恒温恒湿庫内の温度及び湿度を制御する恒温恒湿器において、加湿パン内の水を加湿用ヒータで加熱して蒸発させる前記加湿手段を、冷凍サイクルから供給される低温液冷媒を蒸発させる蒸発器からなる前記冷却手段の上部及び下部にそれぞれ設け、前記冷凍サイクルに、前記蒸発器の冷却能力を調節する手段と、前記蒸発器の除霜を行うためのホットガスを蒸発器に供給する経路とを設けたことを特徴とする恒温恒湿器。
請求項１記載の恒温恒湿器の運転方法であって、前記冷却手段の上部及び下部にそれぞれ設けた加湿器の加湿能力を、冷却手段の冷却能力及び恒温恒湿庫内の設定温度及び設定湿度に応じて調節することを特徴とする恒温恒湿器の運転方法。
前記請求項１記載の恒温恒湿器の運転方法であって、該恒温恒湿器の電流値を電流監視手段にて監視し、電流値があらかじめ設定された電流値を超えたときに、前記冷却手段の上部及び下部にそれぞれ設けた加湿器に設けた前記加湿用ヒータの作動を制御して電流値が前記あらかじめ設定された電流値を超えないように調節することを特徴とする恒温恒湿器の運転方法。
前記請求項１記載の恒温恒湿器の運転方法であって、恒温恒湿庫内の測定温度及び測定湿度と、あらかじめ設定された設定温度との温度差及び設定湿度との湿度差とに基づいて前記蒸発器の冷却能力を調節することを特徴とする恒温恒湿器の運転方法。
前記請求項１記載の恒温恒湿器の運転方法であって、一定時間間隔で前記蒸発器の除霜運転を行うにあたり、冷却手段を継続運転した状態で加温手段を停止させることにより庫内温度を下げる冷却運転を行い、該冷却運転によって庫内温度があらかじめ設定された温度に達したときに前記蒸発器にホットガスを供給して蒸発器の除霜を行い、該ホットガスの供給によって庫内温度があらかじめ設定された温度に上昇したときに冷却手段の運転を停止し、該冷却手段及び前記加温手段の停止によって庫内温度があらかじめ設定された温度に上昇したときに、冷却手段及び加温手段をあらかじめ設定された庫内温度制御状態を再開することを特徴とする恒温恒湿器の運転方法。
前記請求項１記載の恒温恒湿器の運転方法であって、一定時間間隔で前記蒸発器の除霜運転を行うにあたり、冷却手段を継続運転した状態で加温手段を停止させることにより庫内温度を下げる冷却運転を行い、該冷却運転によって庫内温度があらかじめ設定された温度に達したときに前記蒸発器にホットガスを供給して蒸発器の除霜を行い、該ホットガスの供給によって庫内温度が上昇せずにあらかじめ設定された温度に下降したときに冷却手段の運転を停止し、該冷却手段及び前記加温手段の停止によって庫内温度があらかじめ設定された温度に上昇したときに、冷却手段及び加温手段をあらかじめ設定された庫内温度制御状態を再開することを特徴とする恒温恒湿器の運転方法。
前記請求項１記載の恒温恒湿器の運転方法であって、一定時間間隔で前記蒸発器の除霜運転を行うにあたり、冷却手段を継続運転した状態で加温手段を停止させることにより庫内温度を下げる冷却運転を行い、該冷却運転によって庫内温度があらかじめ設定された温度に達したときに前記蒸発器にホットガスを供給して蒸発器の除霜を行い、該ホットガスの供給による庫内温度の上昇が、あらかじめ設定された時間内にあらかじめ設定された温度に上昇しなかったときに前記加温手段を作動させ、該加温手段の作動によって庫内温度があらかじめ設定された温度に上昇したときに冷却手段の運転を停止し、該冷却手段及び前記加温手段の停止によって庫内温度があらかじめ設定された温度に上昇したときに、冷却手段及び加温手段をあらかじめ設定された庫内温度制御状態を再開することを特徴とする恒温恒湿器の運転方法。
前記請求項１記載の恒温恒湿器の運転方法であって、一定時間間隔で前記蒸発器の除霜運転を行うにあたり、冷却手段を継続運転した状態で加温手段を停止させることにより庫内温度を下げる冷却運転を行い、該冷却運転によって庫内温度があらかじめ設定された温度に達したときに前記蒸発器にホットガスを供給して蒸発器の除霜を行い、該ホットガスの供給によって庫内温度があらかじめ設定された温度に上昇したときに冷却手段の運転を停止し、該冷却手段及び前記加温手段の停止による庫内温度の上昇があらかじめ設定された時間内にあらかじめ設定された温度に上昇しなかったときに前記加温手段を作動させ、該加温手段の作動によって庫内温度があらかじめ設定された温度に上昇したときに、冷却手段及び加温手段をあらかじめ設定された庫内温度制御状態を再開することを特徴とする恒温恒湿器の運転方法。