JP4731850B2 - 温度調節器 - Google Patents

Description

本発明は、ケース内に温度センサが設けられた温度調節器に関する。

従来より、本体ケース内に温度センサが設けられた一体型の温度計測器や計測した温度に基づいて温度制御を行う温度調節器においては、発熱量が少ない電源を設計して温度センサが受ける電子機器の発熱の影響を少なくしたり、外気などの温度との誤差が少なくなるように断熱手段を設けるなどの対策がとられていた。
しかしながら、温度調節器はアクチュエータの駆動出力などを持っているため、駆動出力がオン／オフされた場合、電子機器の部品が温度上昇し、温度計測値に誤差が生じて温度制御に外乱が生じていた。

そこで、温度測定装置内の発熱体の発熱に基づく温度検出出力の予測誤差を発生する誤差発生手段を設け、遅延手段により遅延させた予測誤差に基づいて温度センサからの温度検出出力を補償することにより、温度測定装置内の発熱体の発熱による誤差を補償して被測定物の温度を正確に測定することが提案されている（特許文献１）。
特開平９−１０５６７８号公報

上記提案されている方法によれば、温度測定装置内の発熱体の発熱による誤差を補償して被測定物の温度を正確に測定することができる。しかしながら、負荷の駆動／停止を制御する駆動部をケース内に有する温度調節器において、トライアックなどを使用して負荷の大きさが固定されないもの（汎用のファンなど）を駆動する場合は、ケース内の温度変化がファンの種類によって一定でないため、本体ケース内の電子部品などの発熱体の発熱による誤差を正確に補正することができなかった。
そこで本発明は、負荷の大きさが異なる場合であっても、ケース内の発熱体の発熱による温度計測誤差を補正することができる温度調節器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に、本発明の温度調節器は、ケース内に電子部品を備えた温度調節器であって、前記電子部品は、温度センサと、該温度センサによる計測データに基づいて負荷の駆動制御信号を出力する制御部と、該制御部からの駆動制御信号により負荷を制御する駆動部と、電源部とを含み、前記制御部は、異なる大きさの複数の負荷に対して取得された、負荷の運転を開始してから前記ケース内温度が上昇して安定するまでの前記温度センサによる計測データである温度上昇曲線のデータと負荷の運転を停止してから前記ケース内温度が下降して安定するまでの前記温度センサによる計測データである温度下降曲線のデータの組を記憶する記憶部と、前記負荷の運転開始後の立上がり部における前記温度センサによる計測データを取得して、前記記憶部に記憶されている複数の前記温度上昇曲線のデータと前記温度下降曲線のデータの組の中から該取得した計測データに最も近い立上がり特性を有する温度上昇曲線のデータと温度下降曲線のデータの組を選択し、該選択したデータを用いて前記温度センサの計測値と実際の室温との誤差を補正する補正手段とを有するものである。
また、前記温度上昇曲線のデータ及び前記温度下降曲線のデータは、折れ線近似式の形で前記記憶部に記憶されているものである。

本発明の温度調節器によれば、取り付けられている負荷の容量（負荷の大きさ）の違いによるケース内の発熱の違いによって起こる計測温度の誤差を補正することができ、センサ内蔵の一体型の温度調節器においてほぼ正確な室温計測をすることができる。
また、ケース内に温度センサを格納したことで取扱いが容易となる効果がある。

図１は本発明の温度調節器の一実施の形態の構成を示すブロック図である。
この図において、１は温度調節器全体、２はサーミスタなどの温度センサ、３はマイクロコンピュータなどからなる制御部、４は該制御部３から供給される駆動信号により駆動出力Ｂに接続される負荷の駆動（オン／オフ）を行うトライアックなどの駆動部、５は商用電源Ａに接続され、前記制御部３などに直流電源を供給する電源部、６は前記制御部３に接続されモード選択などを行うためのスイッチ、７は前記制御部３に接続され動作モードなどを表示するＬＥＤなどの表示部である。また、図示するように、前記制御部３には、前記温度センサ２からの計測信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器３１、各種時間を計測するタイマー３２、及び、後述する温度計測誤差値、温度上昇曲線や温度下降曲線のデータなどを記憶する記憶部３３が内蔵されている。
ここで、前記温度センサ２、制御部３（Ａ／Ｄ変換器３１、タイマー３２及び記憶部３３を含む）、駆動部４、電源部５、スイッチ６及び表示部７は、ケース内に収納された基板に搭載されている。

このように構成された温度調節器１において、商用電源Ａ（ＡＣ１００Ｖ）に接続されることによって、前記電源部５に電源が投入されると、前記制御部３の動作が開始され、温度調節器１のケース内に取り付けられている前記温度センサ（サーミスタ）２の計測信号が入力される。制御部３は、該温度センサ２からの計測信号をＡ／Ｄ変換器３１でデジタルデータに変換し、設定値と比較して、例えばファンなどの負荷を駆動する駆動部４の動作を制御する。
これにより、例えば、前記計測した室温が設定値を超えるとファン等を起動して外気を取り込み、外気冷房を行うことができる。外気温を取り込むことによって、逆に温度が上がる場合は、間欠的にファンを起動して外気を取り入れることによって室内に新鮮な空気を取り入れることができる。

図２は前記温度センサ２による計測温度と実際の室温の時間変化の例を示す図である。なお、この例では、室温の変化は少なく、温度Ｔ0でほぼ一定であるとしている。
時刻ｔ0に前記温度調節器１の電源を投入されたとする。そして、そのまま負荷を停止させた状態で一定時間放置しておくと、前記制御部３や電源部５などによる発熱によりケース内の温度が上昇するが、所定時間後にはケース内の温度は安定する。このとき、実際の室温と温度センサ２による計測温度（ケース内の温度：Ｔ1）には温度差（温度計測誤差値）Ｔdが生じる。この電源投入による温度計測誤差値Ｔdは、この温度調節器特有の一定の値であり、例えば、６．５°Ｃである。例えば、室温が２０°Ｃのとき、温度センサ２の計測温度は２６．５°Ｃとなる。このようにケース内の温度が安定した状態で、室温が１°Ｃ上昇すると温度センサ２の計測温度も１°Ｃ上昇する。
前記記憶部３３にこの温度計測誤差値Ｔdを記憶しておき、前記温度センサ２による計測値から温度計測誤差値Ｔdを減算することにより、電源投入後負荷運転開始前の状態における計測温度と室温との誤差を補正することができる。

このような状態で、前記駆動部４がオンとされ、ファンなどの負荷の運転が開始されると（時刻ｔ1）、トライアックなどの駆動部４に負荷電流が流れることにより、駆動部４に発熱が生じる。この発熱量は、負荷電流に対応した量となり、図示するように、（ａ）負荷容量が大（負荷電流が大）、（ｂ）負荷容量が中（負荷電流が中）、（ｃ）負荷容量が小（負荷電流が小）の各場合に応じて、ケース内温度の上昇の態様が異なる。
また、負荷の運転が停止されたときには、逆にケース内温度が低下する。

そこで、このような負荷の運転が開始されたとき及び負荷の運転が停止されたときの前記温度センサ２による計測温度を負荷の大きさ（負荷容量）に応じて補正するために、本発明の温度調節器においては、前記記憶部３３に、負荷の大きさに対応したケース内温度の温度上昇曲線データ（負荷の運転が開始されたとき）及び温度下降曲線データ（負荷の運転が停止されたとき）を記憶し、これを用いて温度センサ２による測定温度の実際の室温との誤差を補正するようにしている。
このとき、接続される負荷の環境温度が一定（例えば、室内外温度差一定）であり、その負荷を実際に接続して計測を行い、その負荷の温度上昇曲線データ及び温度下降曲線データを取得することができる場合には、そのようにして得たデータを用いて測定温度の誤差を補正することができる（第１の動作モード，動作モード１）。
また、接続される負荷の環境温度が一定でなく、その負荷を実際に接続して前記温度上昇曲線データ及び前記温度下降曲線データを取得することができないときには、前記記憶部３３にあらかじめ複数の負荷容量に対応する温度上昇曲線データと温度下降曲線データの組を記憶しておき、実際に負荷を駆動したときの温度変化から、実際の負荷に最も近い温度上昇曲線データ及び温度下降曲線データの組を選択して、該選択された温度上昇曲線データ及び温度下降曲線データを用いて測定誤差を補正するようにしている（第２の動作モード，動作モード２）。
なお、前記動作モード１と動作モード２の選択は、前記スイッチ６により行うことができるようになされており、前記表示部７にて動作モードを表示し、確認することができる。

（動作モード１）
まず、負荷を実際に接続して前記温度上昇曲線及び温度下降曲線を計測し、該計測した温度上昇曲線データ及び温度下降曲線データを使用して前記温度センサ２による計測値の誤差を補正する動作モード１について説明する。
このモードは、例えば、新築の建物にファンを駆動する温度調節器を設置するときなどに適用することができる。
通常、新築の建物の場合には、建物は未使用のため、室温と外気温度にほとんど差がなく、ファンを運転しても室温は変化しない。そこで、この場合には、負荷運転開始時のケース内温度の温度上昇曲線及び負荷運転停止時のケース内温度の温度下降曲線のデータを現地で取得することができ、正確なデータを把握することができる。

すなわち、温度調節器１の電源を投入後、所定時間（例えば、３０分間）経過してケース内の温度が一定の温度（室温＋前記温度計測誤差値Ｔd）になったことを確認した後、前記駆動部４を制御して負荷（ファン）の駆動出力Ｂをオンとして、ケース内の温度上昇状態を温度上昇が安定するまで（負荷の運転開始後所定時間、例えば、３０分間）、所定の時間間隔でデータ取りする（前記温度センサ２による測定データを記憶する）。この計測間隔は、例えば、最初の５分間は１分間ごとに、その後は５分間隔というように、立上がり時には、より短い時間間隔で計測する。そして、このようにして計測した温度データを制御部３の記憶部３３に格納する。
次に、負荷の運転による温度上昇が安定した後、負荷を停止したときの温度下降状態を、所定時間（例えば、３０分間）、所定の時間間隔（例えば、前述と同様の時間間隔）で、前記温度センサ２による計測データを取得して、前記記憶部３３に格納する。
通常運転時には、このようにして取得した負荷運転開始後の温度上昇曲線データ及び負荷停止後の温度下降曲線データを用いて、前記温度センサ２による計測データと実際の室温との誤差を補正する。

前述のようにして取得した負荷運転開始後の温度上昇曲線データ及び負荷運転停止後の温度下降曲線データは、そのまま前記記憶部３３に格納してもよいが、取得した温度上昇曲線データ及び温度下降曲線データを折れ線近似により表現して記憶するようにしてもよい。
図３は、折れ線近似の例を示す図である。この図に示す例では、負荷の運転を開始してから温度上昇が安定するまでの時間ｔa（例えば、３０分間）の間に計測された温度上昇曲線をＡ，Ｂ，Ｃ及びＤの４本の直線で近似する例を示している。前記記憶部３３には、この４本の直線の傾きと切片およびそれらに対応する領域を記憶すればよい。これにより、前記計測データを全て記憶する場合に比べ、記憶容量を少なくすることができる。
温度下降曲線のデータについても、同様に、折れ線近似式により記憶することができる。

通常運転状態においては、上述のようにして記憶部３３に格納した温度上昇曲線データ及び温度下降曲線データを利用して、前記温度センサ２による計測値を補正する。
すなわち、電源投入後、前記温度計測誤差値を用いて室温補正を行い、負荷の運転を開始したときには、前述のようにして前記記憶部３３に格納した温度上昇曲線データに基づいて温度センサ２により計測された室温の誤差を補正し、負荷の運転が停止されたときは、前記温度下降曲線データに基づいて計測した室温の誤差を補正する。これにより、正確な室温計測をすることができる。
このように、この動作モード１においては、実際に接続される負荷を用いて測定した温度上昇曲線及び温度下降曲線に基づいて測定温度の誤差を補正することができる。したがって、負荷の大小による測定誤差の変動を防止することができる。

（動作モード２）
次に、接続される負荷の環境温度が一定でなく、記憶部３３に記憶されている複数組の温度上昇曲線データ及び温度下降曲線データの中から実際に接続されている負荷に最も近い温度上昇曲線データ及び温度下降曲線データを選択して、実際の室温との誤差を補正するようにした動作モード２について説明する。
このモードは、例えば、建物が運用状態にあり、負荷（ファン）を運転することで室温が変化する場合に適用される。
建物が運用状態にある場合は、負荷の運転開始後は室温が制御されるため最初の立上がり時間（例えば、負荷の運転開始後３〜５分）を除いて室温は変化し始める。したがって、それ以降時間が経過すると、室温の変化が温度センサ２の出力にも現れるため、前記動作モード１の場合のように、現場でその負荷に対応する温度上昇曲線データ及び温度下降曲線データの取得を行うことができない。
そのため、あらかじめ複数の負荷の大きさに対応する負荷運転開始時の温度上昇曲線データ及び負荷運転停止時の温度下降曲線データの組（以下、「補正曲線データ」とよぶ。）を記憶部３３に記憶しておき、その中から現場に設置されている負荷に最も合致するものを選択し、該選択した補正データ曲線を用いて温度補正を行うようにする。
このとき、現場での補正曲線データの選択は、負荷運転開始後の短時間（例えば、５分以内）にて決定すべきである。この立上がり部のデータが重要であるので、負荷運転開始後の所定の期間（例えば、５分間）に、短い時間間隔（例えば１分間隔）にて細かく立上がりデータの取得を行い、この立上がりデータに最も近い立上がり特性を有する補正データ曲線を選択する。
なお、あらかじめ記憶部３３に記憶されている複数の負荷の大きさに対応する補正曲線データは、前述した動作モード１の場合と同様に負荷運転による室温変化の温度センサ２の計測値への影響がでない状態で取り込まれたものである。

図４を参照して、前記記憶部３３に記憶されている複数の補正曲線データから実際の負荷に最も近い特性を有するものを選択する処理（負荷容量を判断する処理）について説明する。
前記記憶部３３には、図示するような複数の補正曲線データ（温度上昇曲線データ）１〜ｎが記憶されている。
前述と同様に、温度調節器１の電源を投入後所定時間経過してケース内の温度が一定の温度になったことを確認した後、前記駆動部４を制御して負荷（ファン）の駆動出力Ｂをオンとし、負荷の運転を開始する（時刻ｔ1）。そして、該負荷運転開始後の時間ｔb（例えば５分間）の間のケース内温度のデータを例えば１分間隔で取得する。そして、このように取得したケース内温度の立上がりデータが、記憶部３３に記憶されている補正曲線データ１，・・・，ｎのうちのどれに最も近いかを判断し、該最も近い立上がり特性を有する補正曲線データを実際の室温との誤差の補正に用いるデータとして選択する。
このように判断処理が終了すると通常状態となり、温度センサ２の計測値に応じてファンなどの負荷を自動制御する。
なお、負荷運転停止時の温度補正は、上記負荷容量を判断する処理において選択された補正曲線データ（温度上昇曲線データ）と組になって記憶されている温度下降曲線データを使用する。
また、前記負荷容量を判断する処理の結果を前記記憶部３３に記憶しておき、次回以降の電源投入時には、該記憶している選択結果を用いて温度補正を行うようにしてもよい。

上述のように、動作モード１あるいは動作モード２において、接続される負荷に対応した温度上昇曲線データ及び温度下降曲線データを取得又は選択した後は、通常運転が行われる。
運転方法は、動作モード１、動作モード２ともに、負荷の運転・停止は所定のプログラムに従って行われ、電源投入により前記温度計測誤差値Ｔdに基づく室温補正を行い、その結果により負荷の制御を行うが、負荷運転の場合は前記記憶部３３に記憶された温度上昇曲線データにより、負荷停止の場合は温度下降曲線データにより室温の補正を行いながら室温調節を行う。

図５は、実際の自動制御中の計測温度変化の例を示す図である。
この図に示すように、時刻ｔ0に温度調節器１の電源を投入し、前記温度センサ２の計測データから前記温度計測誤差値Ｔdを減算することにより誤差の補正を行った室温計測値を得、該室温計測値が設定値よりも高いことを検出して負荷（ファン）の運転を開始すると（時刻ｔ1）、前記記憶部３３に記憶されている温度上昇曲線データを用いて温度センサ２の計測データの誤差を補正し、時刻ｔ2にファンの運転を停止すると前記記憶部３３に記憶されている温度下降曲線データを用いて計測データの誤差を補正する。以下同様に、負荷の運転の開始又は停止のときに計測データの誤差の補正が行われる。
このように、負荷（ファン）の運転の開始／停止に応じて、ケース内温度は上昇／下降を繰り返すが、前述のようにして取得又は選択された負荷の大きさに対応した温度上昇曲線データ／温度下降曲線データを用いて誤差を補正することにより、正確な室温計測値を得ることができる。

なお、上述した実施の形態の温度調節器は、動作モード１と動作モード２の２つの動作モードを有し、前記スイッチ６により動作モードを選択することができるものとして説明したが、いずれか一方の動作モードのみを有するものであってもよい。
また、上記においては、前述した電源投入時の温度補正分（温度計測誤差値）は、あらかじめ記憶部３３に記憶させておくものとして説明したが、現場にて計測し、記憶部３３に取り込むようにしてもよい。
さらに、上記においては、駆動部４により駆動される負荷が外気を取り込むファンである場合について説明したが、これに限られることはなく、その他の負荷の場合についても同様に適用することができる。

本発明の温度調節器の一実施の形態の構成を示すブロック図である。 温度センサによる計測温度と実際の室温の時間変化の例を示す図である。 折れ線近似の例を示す図である。 温度センサの計測温度から負荷の大きさを判断する処理について説明するための図である。 自動制御中の計測温度変化の例を示す図である。

符号の説明

１：温度調節器、２：温度センサ、３：制御部、４：駆動部、５：電源部、６：スイッチ、７：表示部、３１：Ａ／Ｄ変換器、３２：タイマー、３３：記憶部、Ａ：商用電源、Ｂ：駆動出力

Claims (2)

1. ケース内に電子部品を備えた温度調節器であって、
   前記電子部品は、温度センサと、該温度センサによる計測データに基づいて負荷の駆動制御信号を出力する制御部と、該制御部からの駆動制御信号により負荷を制御する駆動部と、電源部とを含み、
   前記制御部は、
   異なる大きさの複数の負荷に対して取得された、負荷の運転を開始してから前記ケース内温度が上昇して安定するまでの前記温度センサによる計測データである温度上昇曲線のデータと負荷の運転を停止してから前記ケース内温度が下降して安定するまでの前記温度センサによる計測データである温度下降曲線のデータの組を記憶する記憶部と、
   前記負荷の運転開始後の立上がり部における前記温度センサによる計測データを取得して、前記記憶部に記憶されている複数の前記温度上昇曲線のデータと前記温度下降曲線のデータの組の中から該取得した計測データに最も近い立上がり特性を有する温度上昇曲線のデータと温度下降曲線のデータの組を選択し、該選択したデータを用いて前記温度センサの計測値と実際の室温との誤差を補正する補正手段と
   を有することを特徴とする温度調節器。
2. 前記温度上昇曲線のデータ及び前記温度下降曲線のデータは、折れ線近似式の形で前記記憶部に記憶されていることを特徴とする請求項１に記載の温度調節器。

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