JP3790185B2

JP3790185B2 - 温度制御方法及びその装置

Info

Publication number: JP3790185B2
Application number: JP2002121010A
Authority: JP
Inventors: 憲司泉
Original assignee: Nihon Spindle Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nihon Spindle Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-04-23
Filing date: 2002-04-23
Publication date: 2006-06-28
Anticipated expiration: 2022-04-23
Also published as: JP2003316448A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、室内の温度制御方法及びその装置の改良に関するもので、特にクリーンルーム等の精密な温度制御を必要とする室内の温度制御方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
クリーンルーム内の温度を一定に、かつ精密に保つために、従来、冷房専用機と再熱用電気ヒータを用いて、一度冷凍機で空気を冷やした後に電気ヒータの出力を比例制御して温度コントロールする方法が実施されていた。
【０００３】
これに対して、本発明者等が提案した特願平２００１−１６９１４７号に開示される技術により、制御精度は同等であるものの省エネルギーが可能となった。
【０００４】
その制御方法の概略を図５乃至図８に示す。温度制御装置５０は、温度制御機構２と、温度調整機構３とを備える。温度制御機構２は冷凍機５に接続される冷却コイル６と冷媒レヒートコイル７、及び加熱器５１とを備える。９は空気吸込み口、１０は温度検出器、Ｆは送風ファンを示す。
温度調整機構３は、上記温度検出器１０よりの信号を受け入れる指示調節計１１と、検索を行うシーケンサ１２とを備える。
【０００５】
次にその制御要領を図７に基づいて説明する。図は温度制御として複数の温度制御範囲（以下単にレベルという）を組み合わせたステップサーモ方式を利用とたもので、横方向に温度を示す。
まずレベル１は基準値Ａを設定し、ディファレンシャル（動作すきま）を定め上限値Ｂとする。このレベル１は冷凍機５の運転・停止の指令を出す温度を示すもので、高い空気温度からＡ点に到達したとき停止（ＯＦＦ）し、低い空気温度からＢ点に到達したとき起動（ＯＮ）する。
【０００６】
次に、レベル２はＣ点を基準とし、ディファレンシャルを定め上限値Ｄとする。このレベル２は加熱器５１の運転・停止の指令を出す温度を示すもので、高い空気温度からＣ点に到達したとき起動（ＯＮ）し、低い空気温度からＤ点に到達したとき停止（ＯＦＦ）する。
【０００７】
同様に、レベル３はＥ点を基準とし、ディファレンシャルを定め上限値Ｆとする。このレベル３は冷媒レヒートの運転・停止の指令を出す温度を示すもので、高い空気温度からＥ点に到達したとき起動（ＯＮ）し、低い空気温度からＦ点に到達したとき停止（ＯＦＦ）する。
【０００８】
同様に、レベル４はＧ点を基準とし、ディファレンシャルを定め上限値Ｈとする。このレベル４は冷凍機のアンロード（冷媒の容量制御）の運転・停止の指令を出す温度を示すもので、高い空気温度からＧ点に到達したとき起動（ＯＮ）し、低い空気温度からＨ点に到達したとき停止（ＯＦＦ：フルロード運転）する。
【０００９】
次に、この温度調整機構の動作について説明する。まず初期状態ではレベル１の設定値になっているものとする。この状態で温度がＢ点より低い場合には、加熱器５１のみＯＮにして、温度が上昇する。そしてＢ点まで温度が上昇すると、冷凍機５はＯＮになりアンロード状態にて冷媒レヒートがＯＮの状態になる。それでも温度が上昇する場合は、Ｄ点まで温度が上昇し、加熱器５１がＯＦＦして冷媒レヒート７のみの運転状態になる。
【００１０】
そこで、温度が下がってＣ点まで温度が下降してきた場合、再び加熱器８がＯＮとなり、温度は上昇する。これによりレベル２で温度は循環することになる。
【００１１】
これらの信号は温度検出器１０により温度を検出し、温度調整機構３内の指示調節計１１に信号が送られる。指示調節器１１は、該信号から各レベルの運転・停止を判断し、各装置に動作信号を送ると共に、シーケンサ１２にも同じ信号を送り、該シーケンサ１２は指示調節計１１から送られてくる信号の内容から、同じ信号が繰り返し送られてきた場合は、いずれかのレベルにて運転が安定していると判断し、指示調節計１１に該レベルの中心の値が目標とする設定温度となるように各基準設定温度の値を送る。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記方法によるときは、温度制御を±１℃に制御することが可能であるものの、図８に示す様に、±１℃の範囲で温度に振れが生じ、精密な温度制御を行いたい場合においては温度の振れが問題になる場合があった。
【００１３】
また、上記方法によるときは、冷凍機と比較的大型の加熱器が必要となり消費電力量は大きくなる等の問題があった。
【００１４】
本発明は、上記問題点に鑑み、上記従来の方式を改良し、各ステップにおける温度制御をＰＩＤ制御方式を用い、温度振れの少ない制御方法でかつ、大幅な省電力を可能とするクリーンルーム等の温度制御方法及びその装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本第１発明の温度制御方法は、基準温度とその上限値、下限値を複数設定したステップサーモ式温度制御方法において、各ステップでの温度制御にＰＩＤ制御方式を採用し、各ステップの許容範囲を越えたときは温度検出器から印加される信号によりステップの移行を図るとともに、基準温度を変更し、これを基準として温度制御を行うことを特徴とする。
ここで、「ＰＩＤ制御方式」とは、設定された目標値に対して、比例、積分、微分による制御を行う制御方式であって、比例制御による残留偏差を積分制御によって解消するとともに、負荷の変動による目標値からのズレに対し、微分制御によって修正し制御応答の迅速性を確保する方式をいう。
【００１６】
この温度制御方法は、各ステップでの温度制御にＰＩＤ制御方式を採用し、各ステップの許容範囲を越えたときにステップの移行と設定温度を変化させるから温度振れの少ない温度制御方法を提供することができる。
【００１７】
また、本第２の発明は、上記温度制御方法を実施する装置に係り、温度制御機構と、温度調整機構とよりなり、制御機構は冷却コイル、冷媒レヒートコイル及び加熱器を備え、温度調整機構は室内よりの受け入れ空気の温度検出器及び該温度検出器よりの信号を検出する指示調節計を備えた制御部からなり、基準温度を設定し、その上限値、下限値を複数設定したステップサーモ方式における各ステップでの温度制御はＰＩＤ制御方式により制御される加熱器を用い、各ステップの許容範囲を越えたときはそれを温度検出器により検出し、上記冷却コイルと冷媒レヒートコイルを選択作動せしめ、ステップの移行を図るとともに、基準温度を変更し、これを基準として温度制御を行うことを特徴とする。
【００１８】
この温度制御装置は、ステップサーモ方式において、冷却、加熱手段として冷媒レヒートコイル並びに加熱器を備え、各ステップでの温度制御にＰＩＤ制御方式を採用した各ステップ間の負荷をまかなえる程度の容量を有する加熱器を用いるから、温度振れの少ない制御を行うとともに、省エネ運転を可能とする温度制御装置を提供することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の温度制御装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
従来例と同様の構成については同様の符号を付し説明を省略する。
【００２０】
図１乃至図３は、本発明の一実施例を示すもので、温度制御装置１は、温度制御機構２と、温度調整機構３とを備える。温度制御機構２は冷凍機５に接続される冷却コイル６及び冷媒レヒートコイル７と、加熱器８とを備える。９は空気吸込み口、１０は温度検出器、Ｆは送風ファンを示す。
冷凍機５、加熱器８の容量は、温度制御を行う部屋の広さ、目標温度によって定められるものである。
【００２１】
次に、その制御要領を図３に基づいて説明する。
図は温度制御として複数の温度制御範囲（以下単にレベルという）を組み合わせたステップサーモ方式を利用とたもので、横方向に温度、縦軸に室内の負荷を示す。まずレベル１は基準値Ａを設定し、ディファレンシャルａ（動作すきま）を定め上限値Ｃとする。このレベル１は従来例と同様、冷凍機５の運転・停止の指令を出す温度を示すもので、高い空気温度からＡ点に到達したとき停止（ＯＦＦ）し、低い空気温度からＢ点に到達したとき起動（ＯＮ）する。
【００２２】
次に、レベル２はＤ点を基準とし、レベル１と同じディファレンシャルａより上限値Ｆを決定する。このレベル２は冷媒レヒートの運転・停止の指令を出す温度を示すもので、高い空気温度からＤ点に到達したとき起動（ＯＮ）し、低い空気温度からＦ点に到達したとき停止（ＯＦＦ）する。
【００２３】
同様にしてレベル３はＧ点を基準とし、レベル１と同じディファレンシャルａより上限値Ｉを決定する。このレベル３は冷凍機のアンロード（冷媒の容量制御）の運転・停止の指令を出す温度を示すもので、高い空気温度からＧ点に到達したとき起動（ＯＮ）し、低い空気温度からＩ点に到達したとき停止（ＯＦＦ：フルロード運転）する。
【００２４】
次に、この温度調整機構の動作について説明する。
室内の目標温度が２３℃、ディファレンシャルａを０．４℃、ステップｂを０．３℃とする。
【００２５】
まず、温度制御装置１の起動時は、冷凍機５及び加熱器８は停止状態であり、冷凍機５の排熱を利用する冷媒レヒートも当然に作動していないが、温度検出器１０より印可される信号によって温度調整機構３は即座に室内温度を判断し、冷凍機５及び加熱器８のＯＮ・ＯＦＦ信号を各機器に印可する。
【００２６】
運転時室温が目標温度を下回っていた場合には冷凍機５はＯＦＦ状態のまま加熱器８がＯＮとなる。この加熱器８はＰＩＤ制御される。
【００２７】
このときの温度制御は、ステップ１の状態でＢ点が２３℃、Ａ点は２２．９５℃、Ｃ点は２３．３５℃に設定される。室内の負荷に変動がない場合このままＰＩＤ制御による加熱器８のみによって室温は制御される。
なお、Ｂ点はステップ１での室内温度の目標値となる点で、Ｃ点から、ディファレンシャルａ（０．４℃）とステップｂ（０．３℃）を加算した値の半分（（ａ＋ｂ）÷２）だけ低温側へ移行した値となるように設定する。
【００２８】
次に室内の負荷が変動し（室内への入室者があった場合等）、室温が上昇傾向に転じ、加熱器８の出力を最低限まで低下させてもなお温度が上昇しＣ点に達したときに冷凍機５がＯＮとなり、アンロード状態にて冷媒レヒートがＯＮの状態になる。
このステップ２の状態では、冷凍機はアンロード状態（フルロード状態に比して７０％程度の冷却性能）で冷却コイル６を介して空気を冷却し、冷凍機５の排熱を利用した冷媒レヒートが作動し冷媒レヒートコイル７によって空気を加熱するとともに、ＰＩＤ制御される加熱器８によって室内温度が制御される。
【００２９】
ステップ２へ移行してもＥ点（冷凍機ＯＦＦ：Ａ点と冷媒レヒートＯＦＦ：Ｆ点の中間点）が即座に目標温度の２３℃に切り替わるのではなく温度検出器１０からの室温の印可信号の傾向が下降傾向にあり、Ｅ点付近で安定したときにＥ点が２３℃、Ａ点が２２．６５℃、Ｆ点は２３．３５℃の設定に切り替わる。
反対にステップ２への移行後、温度検出器１０からの室温の印可信号の傾向が上昇傾向の場合には、温度設定はＥ点が２３．３℃、Ａ点は２２．９５℃、Ｆ点は２３．６５℃の設定のままで室温がＦ点まで上昇したとき、冷媒レヒートの運転を停止せしめる。
【００３０】
ステップ２への移行後も室の上昇傾向が止まることなく、室温がＦ点に到達したとき、冷媒レヒートの運転を停止しステップ３に移行する。
【００３１】
ステップ３における温度設定の変更はステップ２の場合と同様であり冷媒レヒートの運転を停止してもなお室温の上昇が止まらずＩ点（この際Ｉ点の設定は２３．９５℃）に達したときは、冷凍機のアンロードをＯＦＦにし冷凍機５をフルロードで運転するステップ４へ移行する。
【００３２】
次に、運転時室温が目標温度を上回っていた場合には冷凍機５はＯＮ状態のまま加熱器８がＯＮとなり、このときの温度制御は、ステップ４の状態でＪ点が２３．０℃、Ｇ点が２２．６５℃、Ｉ点が２３．０５℃となる。
なお、Ｊ点はステップ４での室内温度の目標値となる点で、Ｇ点から、ディファレンシャルａ（０．４℃）とステップｂ（０．３℃）を加算した値の半分（（ａ＋ｂ）÷２）だけ高温側へ移行した値となるように設定する。
温度が上位ステップから下位ステップに移行するときの設定温度の変更は上述した場合と反対で、更に温度が下降傾向にあるときは設定温度は変更されず、上昇かつ安定傾向にあるときに設定温度が変動する。
なお、いずれのステップにおいてもＰＩＤ制御される加熱器８は停止することなく温度制御を行うものである。
【００３３】
なお、Ｈ点は、Ｂ点、Ｅ点、Ｊ点と同様、ステップ３で室温が安定したときの目標値となる点で、Ｉ点から、ディファレンシャルａ（０．４℃）とステップｂ（０．３℃）を加算した値の半分（（ａ＋ｂ）÷２）だけ低温側又はＤ点から同じ値だけ高温側へ移行した点である。
【００３４】
図４は、本発明の温度制御方法によるときの室内温度の変動を示すもので、その振れが従来の温度制御方法による温度の振れと比して極めて小さいことが分かる。
【００３５】
以上、本発明の温度制御方法及びその装置について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
【００３６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、各ステップでの温度制御にＰＩＤ制御方式を採用したので、温度振れの少ない温度制御を行うことができるとともに、各ステップの許容範囲を越えたときにステップを移行し、更に移行後の温度変化の傾向によって設定温度を変化させるか否か判断するから無駄のない温度制御を実現することができる。
【００３７】
また、請求項２記載の発明によれば、温度制御機構は冷凍機に接続される冷却コイルと冷媒レヒートコイル及び加熱器とを備え、各ステップでの温度制御にＰＩＤ制御方式を採用した加熱器を用いたから加熱器は各ステップ間の負荷に対応できる程度の小型な加熱器にすることができ、従来型（冷房専用機と再熱用加熱器）に比べて消費電力量は熱負荷の大きな夏季において約６６．５％、熱負荷の小さな冬季においては約３８．１％の年間にして約５４．６％の省エネルギーが可能である等の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の温度制御装置の一実施例を示し、縦断説明図である。
【図２】温度調整機構の説明図である。
【図３】ステップサーモ方式の説明図である。
【図４】本発明の温度制御方法によるときの室温の変動を示すグラフである。
【図５】従来の温度制御装置の一実施例を示す縦断説明図である。
【図６】従来の温度制御装置の他の実施例を示す説明図である。
【図７】従来の方式によるステップサーモ方式の説明図である。
【図８】従来の温度制御方法によるときの室温の変動を示すグラフである。
【符号の説明】
１温度制御装置
２温度制御機構
３温度調整機構
５冷凍機
６冷却コイル
７冷媒レヒートコイル
８加熱器
１０温度検出器
１１指示調節計
１２シーケンサ

Claims

基準温度とその上限値、下限値を複数設定したステップサーモ式温度制御方法において、各ステップでの温度制御にＰＩＤ制御方式を採用し、各ステップの許容範囲を越えたときは温度検出器から印加される信号によりステップの移行を図るとともに、基準温度を変更し、これを基準として温度制御を行うことを特徴とする温度制御方法。
温度制御機構と、温度調整機構とよりなり、制御機構は冷却コイル、冷媒レヒートコイル及び加熱器を備え、温度調整機構は室内よりの受け入れ空気の温度検出器及び該温度検出器よりの信号を検出する指示調節計を備えた制御部からなり、基準温度を設定し、その上限値、下限値を複数設定したステップサーモ方式における各ステップでの温度制御はＰＩＤ制御方式により制御される加熱器を用い、各ステップの許容範囲を越えたときはそれを温度検出器により検出し、上記冷却コイルと冷媒レヒートコイルを選択作動せしめ、ステップの移行を図るとともに、基準温度を変更し、これを基準として温度制御を行うことを特徴とする温度制御装置。