JP5779108B2 - 電気機器 - Google Patents

Description

本発明は、電気機器に関するもので、特に温度調節可能な電気機器の待機時間中における省電力に関する技術分野のものである。

地球温暖化を避け、持続可能な発展をするために石油消費を少なくすることが世界的に叫ばれている。特に、日本では、東日本大震災をきっかけに電力使用を少なくすることが極めて重要になっている。これ故、電気機器の性能についても、省電力性能を注目する気運が非常に高まっている。

ここで、電気機器の中には、機器内温度を所定温度に保って分析をしたり、処理をしたりする機器、例えば、温度調節付きの遠心分離機がある。遠心分離される試料の中には、狭い温度範囲に管理しなければ不具合が生じるものがある。そのような試料の遠心分離を日に何回か行う研究所等の現場では、試料の到着次第、直ぐに作業に着手し、試料の温度の変化を極力少なくするために、１日中ずっと電源を入れておき、遠心分離機の待機時間中にも機器内部を所定の温度に保持することが行われている。すなわち、遠心分離作業が終わっても次に遠心分離作業をするまで電源を入れたままにすることが多い。従来技術による遠心分離機では、この待機時間中にも、冷却装置（冷凍機）がチャンバ内を設定温度に保つように「ON」，「OFF」を繰り返すことにより、電力を消費している。同様に、加熱装置を有する恒温槽などでも、待機時間中にも所定温度に保つことがある。

電力消費を節減するために、一定時間遠心分離機の操作をしなかった場合に、機器内の冷却を行っている冷凍機の電源を自動的に停止させ、再度遠心分離機の操作をするまで冷凍機を停止させるものが従来技術としてある。しかし、一度冷凍機を停止すると、ユーザーが再操作するまで冷凍機が動かないため、時間が経つにつれて機器内の温度が室温まで上昇していく。この場合、遠心分離機の操作を行いたいときに機器内を再冷却する必要があり、すぐに遠心分離を開始することができなかった。すなわち、作業の迅速性が悪かった。

特許文献１には、ロータが停止している場合やドアが開放されていてもロータ室内をある程度冷却しておき、遠心分離作業を行いたい時にすばやく使用できるようにした遠心分離機が開示されている。この遠心分離機では、ドアが開いている場合やドアが閉じていても駆動モータにロータが装着されていない場合は、ロータ室に霜が付着しない程度の一定温度でロータ室内を冷却している。すなわち、ロータ室の温度を遠心分離の際の設定温度とは別の前もって定められた一定温度で制御するものである。

また、特許文献２には、ロータが停止している時に、ロータの過冷却による冷凍機による電力の浪費を止め、省エネを図った遠心分離機が開示されている。その遠心分離機の温度制御においては、ロータが停止している時に回転室の温度が設定温度より高い場合は、３０秒以下の一定の短時間だけ冷凍機を「ON」して軽く回転室を冷やすことを一定間隔で繰り返し、軽い冷力で回転室を冷やして温度制御するものである。なお、一定間隔でこの状態を繰り返している状態で、温度低下速度がある閾値より緩い場合は短時間の冷凍機の「ON」時間を長くし、急な場合は短くするという配慮が成されている。

特開２００１−１０４８３０号公報 特開２００６−１５１８２号公報

遠心分離機は、通常、温度設定機能を備えている。特許文献１に開示された遠心分離機は、待機中では設定温度を高い温度、すなわち回転室内に霜が付着しない程度の温度に変えて温度制御をしている。待機中の設定温度が、その電気機器の使用時の設定温度と異なる場合、その電気機器を使用するためには、あらためて機器内温度を変えねばならない。

特許文献２に開示された遠心分離機の待機中の温度制御は、設定温度を目標値とした負帰還式温度制御ではなく、冷却頻度で調節するレギュレータ制御である。従って、遠心分離機に試料を装着して遠心分離作業するための設定温度と、待機中の機器内温度の間には差が生じる。これ故、特許文献１に開示された遠心分離機と同様な問題点、つまり、使用にあたっては、あらためて機器内温度を変えねばならないと言う問題点がある。

本発明は、温度制御を行いながら、分析や処理を行う各種電気機器の待機時間中における電力消費をできるだけ少なくすることと、作業の迅速性とを両立させることを課題とする。特に、冷却装置や加熱装置を「ON」，「OFF」制御する温度制御手段を有する電気機器の待機時間中における電力消費を少なくすることと、作業の迅速性を両立させることを課題とする。

上記した課題は、請求項１に記載された電気機器により解決された。
すなわち、温度制御の上限値と下限値の差である温度幅を、待機時間では広くすることにより解決された。

具体的には、機器内温度を設定する温度設定手段と、上限温度差を設定する上限温度差設定手段と、下限温度差を設定する下限温度差設定手段と、冷却装置あるいは加熱装置からなる温度調節手段と、上記冷却装置を機器内温度が上記設定温度より上記上限温度差だけ高い上限温度より高くなると作動開始させ、上記設定温度より上記下限温度差だけ低い下限温度より低くなると作動停止させ、あるいは、上記加熱装置を機器内温度が上記設定温度より上記下限温度差だけ低い下限温度より低くなると作動開始させ、機器内温度が上記設定温度より上記上限温度差だけ高い上限温度より高くなると作動停止させる温度制御手段とを有する電気機器において、上記温度制御手段が上記上限温度差および上記下限温度差またはその一方を変えて上記温度調節手段の動作モードを変更することができ、上記温度制御手段で通常モードが選択された時、上記上限温度差が第１の上限温度差値に設定され、上記下限温度差が第１の下限温度差値に設定され、上記温度制御手段で省電力モードが選択された時、上記上限温度差が第２の上限温度差値に設定され、上記下限温度差が第２の下限温度差値に設定され、この際、上記第１の上限温度差値と第１の下限温度差値の和より、上記第２の上限温度差値と第２の下限温度差値の和の方が大きいことを特徴とする電気機器によって解決された。そして、さらに本発明の好ましい実施の形態は、請求項２から８に記載された電気機器である。

本発明に係る電気機器は、温度制御幅を広くすることにより、温度調節手段（冷却装置あるいは加熱装置）の「OFF」時間を長くし、電気機器の待機時間中における電力消費を少なくすることと、ユーザーの望む設定温度に近い温度で待機時間中も温度を保持し、作業の迅速性を図ることを両立させることを可能にする。

温度調節手段を備える電気機器は、一般に、外部との熱伝導を防止するために断熱材で外部から断熱されている。これ故、冷却型の電気機器において、冷却するために冷却装置を「ON」にして作動させると、速やかに電気機器内部の温度が下降する。逆に加熱型の電気機器において昇温するために加熱装置を「ON」にして作動させると、速やかに電気機器内部の温度が上昇する。他方、断熱材の効果により、冷却型の場合、電気機器の冷却装置を「OFF」にすると、ゆっくりと指数関数的に温度が上昇する。加熱型の場合も、電気機器の加熱装置を「OFF」にすると、やはり断熱材の効果により、ゆっくりと指数関数的に温度が下降する。

冷却型の温度制御手段の場合、冷却装置が作動している期間に電力を消費し、上昇する期間は冷却装置が停止しているので電力消費はない。そして、電力を消費する期間の全時間に対する比率が小さい程、省電力である。例えば、上限温度差値と下限温度差値をそれぞれ例えば２倍にすると、機器内温度が上限温度から下限温度になるまでの時間はほぼ２倍になる。これに対して、冷却装置を停止したとき機器内温度が下限温度から上限温度になるまでの時間はゆっくりと指数関数的に温度上昇するので２倍以上になる。すなわち電力を消費する期間（冷却装置の作動時間）の増加率より、電力を消費しない期間（冷却装置の待機期間）の増加率の方が大きい。これ故、第１の上限温度差値と第１の下限温度差値の和より第２の上限温度差値と第２の下限温度差値の和の方が大きい請求項１に記載されている発明に省電力の効果が現れる。この理由ついてのさらに詳しい説明は後述する。加熱型の温度制御手段の場合も同じ議論が成り立つ。

請求項２の発明は、上記の効果に加え、省電力モードにおける制御幅（第２の上限温度差値と第２の下限温度差値の和）を任意に設定できるため、ユーザーが希望する省電力モードで待機期間中における温度調節手段の稼働を実現できる。

請求項３の発明は、上記の効果に加え、省電力モードで動作させたいときだけ省電力モードを選択することを可能とし、機器本来の機能を作動させない期間が所定期間続いた場合だけ、その省電力モードが実現されることを可能とする。

請求項４の発明は、上記の効果に加え、省電力モードへの移行時間を任意に設定できるため、ユーザーの作業ペースにあった省電力モードへの切り替えを可能とする機器を実現できる。

請求項５の発明は、省電力モードであるとき何等かの操作を行うと通常モードに移行するので、さらに作業性を良好な機器とすることができる。

請求項６の発明は、前回電源切断時に省電力モードに設定されているとき、電源投入時に自動的に省電力モードに設定される。これ故、毎回、省電力モードに設定する必要がなくなり、確実に電力消費を少なくできる。

請求項７の発明は、第１の上限温度差値から第１の下限温度差値を減じた差より、第２の上限温度差値から第２の下限温度差値を減じた差の方を大きくして、通常モードより省電力モードの設定温度を実質的に高くする。温度幅を広げることの効果と、実質的な設定温度上昇効果との相乗効果が得られ、省電力の効果がさらに大きい機器とすることができる。

請求項８の発明は、省電力かつ作業迅速性が良い遠心分離機を実現できる。

本発明の電気機器の好ましい実施の形態としての、冷却装置（冷凍機）からなる温度調節手段を有する遠心分離機の概念的ダイヤグラムである。 図１の遠心分離機の操作パネルの概念図である。 図１と図２の遠心分離機の動作のフローの概念的ダイヤグラムである。 設定温度と通常モードと省電力モードの関係を示す図である。 本発明の通常モードの場合（Normal）と、省電力モードの場合（ECO）における電気機器内部の温度変化と、冷却装置への電力供給の時間変化を概念的に示す図である。

以下、上記した本発明に係る電気機器の好適な実施の形態を、冷却装置（冷凍機）からなる温度調節手段を有する遠心分離機を例に挙げて詳細に説明するが、本発明は、何らこの実施の形態に限定されるものではなく、例えば加熱型の温度調節手段を有する電気機器（例えば恒温槽など）にも本発明は適用できるものである。

図１は本発明の電気機器の好ましい実施の形態としての、冷却装置（冷凍機）からなる温度調節手段を有する遠心分離機の概念的ダイヤグラムである。図２は図１の遠心分離機の操作パネルの概念図である。図３は図１と図２の遠心分離機の動作のフローの概念的ダイヤグラムである。

図１の本体部１と表示されているブロックは、この実施の形態においては遠心分離機であり、遠心分離機の本来の機能のために必要なモータやロータ等である。以下の記述において、本体部１とは、遠心分離機を意味するが、本発明の技術的範囲を解釈する上で、本体部１は遠心分離機に限られない。なお、本発明は温度制御に焦点を当てたものであり、また遠心分離機自体の構造および動作は公知のものであるので、遠心分離機自体の詳しい説明は省略する。

（Ａ）基本的構成と基本的動作：
本体部１は、断熱性の容器２ａと蓋２ｂで囲まれた遠心室３を有し、該遠心室３内にロータが設置され、その下方にロータを回転させるモータが配設されている。本体部１の下方には温度調節手段４が収納されている。上記本体部１（遠心分離機）と、温度調節手段４は制御部５によって制御される。図１の制御部５は、図２に示すパネル６内の入力装置からの操作信号に基づき、図３のフロー図に従って、上記本体部１と温度調節手段４を制御する。すなわち制御部５は、温度制御手段としての機能を包含している。

本体部１のロータの回転速度は、図２に示すパネル６の中のSPEEDボタン８と、ジョグダイアル９を操作することにより設定できる。すなわち、SPEEDボタン８を押した後、ジョグダイアル９を左右に回転し、その時に速度表示部１０に表示される数値を増加あるいは減少させて所望の回転速度値に設定することができる。なお、回転速度を回転速度（rpm）表示ではなく、加速度（G）で表示するように切り替えることも可能となっている。

本体部１のロータの作動時間は、パネル６の中のTIMEボタン１１と、ジョグダイアル９を操作することにより設定できる。すなわち、TIMEボタン１１を押した後、ジョグダイアル９を左右に回転し、その時に作動時間表示部１２に表示される数値を増加あるいは減少させて所望の作動時間値に設定することができる。

遠心室３内の温度は、パネル６の中のTEMPボタン１３と、ジョグダイアル９を操作することにより設定できる。すなわち、TEMPボタン１３を押した後、ジョグダイアル９を左右に回転し、その時に設定温度表示部１４に表示される数値を増加あるいは減少させて所望の温度値に設定することができる。速度表示部１０、作動時間表示部１２、設定温度表示部１４は、７セグメントLED表示素子で実現できる。

MEMORY１ボタン１８、MEMORY２ボタン１９は、運転パラメータの保存および呼出し用である。回転速度、作動時間、温度等のパラメータを毎回設定するのは面倒であるので、これらのパラメータの値を制御部５内のメモリー３０に保存しておき、その対応するメモリーの内容を呼び出す。例えばMEMORY１ボタン１８が押されると、MEMORY１表示灯１８ａが点灯し、回転速度、作動時間、温度等のパラメータはMEMORY１に対応して保存されたパラメータ値に設定され、それが各表示部１０、１２，１４に表示される。それらのメモリーの内容は、MEMORYボタン１８，１９を用いて保存される。その内容は電源を切っても保存される。なお、保存と呼び出しの切り換えは、例えば、単純クリック、長押し等により区別することにより行うことができる。しかし、この機能は本発明の対象ではないので、これ以上の説明は省略する。

蓋２ｂの開閉は手動とし、その開閉状態を検出するセンサ２ｃを設け、該センサ２ｃからの信号を制御部５に伝え、蓋２ｂの開閉状態に応じてパネル６に設けたDOOR表示灯１５ａが点灯する。あるいは、パネル６にDOORボタン１５を設け、該DOORボタン１５を押すことにより蓋２ｂが自動で開閉するように構成することもできる。その場合も開閉に応じて、DOOR表示灯１５ａが点灯する。

パネル６内のSTARTボタン１６を押すと、START表示灯１６ａが点灯し、本体部１のロータが設定された回転速度と設定された作動時間に基づいて作動し、設定時間を経過すると自動的に停止する。なお、パネル６のSTOPボタン１７を押して強制的に運転を停止させることもできる。運転を停止させると、STOP表示灯１７ａが点灯する。

このような動作を行なわせるために、図１に示すように、制御部５は、パネル６内の各種のボタン８，９，１１，１３，１５，１６等と結ばれ、また、本体部１、温度調節手段４等とも結ばれている。

（Ｂ）温度制御：
上記した設定温度とは、ユーザーが遠心分離操作中における遠心室３内の温度をその温度に維持しようと希望する温度であり、上記したようにパネル６のTEMPボタン１３とジョグダイアル９で設定される。この温度を、以下「設定温度Ｔｓ」と記載する。一方、上限温度Ｔｕとは、遠心室３内の温度がその温度Ｔｕ以上になると温度調節手段４である冷却装置の作動を開始させる温度である。下限温度Ｔｄとは、遠心室３内の温度がその温度Ｔｄ以下になると冷却装置の作動を停止させる温度である。冷却装置が作動開始・停止のフラッタリング発振をしないように、冷却装置はヒステリシス特性を持ち、上限温度Ｔｕで一旦作動を開始すると、下限温度Ｔｄになるまで停止せず、一旦停止すると上限温度Ｔｕ以上になるまで作動を開始しないように構成されている。この構成自体は従来技術に属するので、これ以上の説明は省略する。

ユーザーがパネル６で設定温度Ｔｓを設定すると、その設定温度Ｔｓに上限温度差ΔＴｕ（≧０）を加えて上限温度Ｔｕが設定され、下限温度差ΔＴｄ（≧０）を減じて下限温度Ｔｄが設定される。式で表わすと、Ｔｕ＝Ｔｓ＋ΔＴｕ、Ｔｄ＝Ｔｓ−ΔＴｄである。

図１に示すように、制御部５は上限温度差ΔＴｕと下限温度差ΔＴｄを設定するための上限温度差設定手段２１、下限温度差設定手段２２を備える。本発明においては、上限温度差設定手段２１と下限温度差設定手段２２は、それぞれ２つの値ΔＴｕ１とΔＴｕ２、およびΔＴｄ１とΔＴｄ２を設定することができる。

本発明は待機時に電力消費を少なくすることを課題としている。その課題を解決するために、本発明では通常モードと省電力モードという概念を導入する。図４は、設定温度と通常モードと省電力モードの関係を示している。通常モードでは、上限温度差ΔＴｕの値として第１の上限温度差値ΔＴｕ１を、下限温度差ΔＴｄの値として第１の下限温度差値ΔＴｄ１を設定する。そして省電力モードでは、上限温度差ΔＴｕの値として第２の上限温度差値ΔＴｕ２を、下限温度差ΔＴｄの値として第２の下限温度差値ΔＴｄ２を設定する。その際、上記第１の上限温度差値ΔＴｕ１と第１の下限温度差値ΔＴｄ１の和より、上記第２の上限温度差値ΔＴｄ２と第２の下限温度差値ΔＴｄ２の和の方が大きくなるように設定する。すなわち、通常モードより省電力モードの時に許容温度幅が大きくなるように設定する。

温度差設定手段２１，２２で設定される温度差の値の設定は、パネル６に設けたFUNCボタン２０でいくつかの候補値からユーザーに選択させることも可能であるが、この実施の形態の遠心分離機では既定値として設定し、工場出荷する形式となっている。温度差設定手段２１，２２で設定される温度差の値、特に第２の上限温度差値ΔＴｕ２と、第２の下限温度差値ΔＴｄ２とをユーザーが任意に設定できるものとした場合には、ユーザーが希望する省電力モードで待機期間中における温度調節手段の稼働を実現できる機器を提供できる。すなわち、ユーザーによっては、より消費電力を削減するためにもっと温度差の幅を広くしたいと考えるユーザーもいれば、平均値がやや高くなってもより消費電力を削減したいユーザーもいることが考えられ、ユーザーの使い方や考え方によって消費電力と遠心室内温度のバランスを決められるように、省電力モード時の制御幅（第２の上限温度差値ΔＴｕ２と第２の下限温度差値ΔＴｄ２との和）を変更できるようにすることは好ましい。

通常モードと省電力モードを随時に切り替えるために、この実施の形態ではECOボタン２３と表示された切り換えボタンが、図２に示すようにパネル６に設けられている。ECOボタン２３を押すと省電力モード選択状態になる。この実施の形態では、ECOボタン２３を押し省電力モードを選択すると、省電力モード選択表示灯２３ａが点灯し、通常モードが選択されている時はそれが点灯しない。省電力モードが選択されているかどうかは、メモリー３０に格納され、その内容は電源を切っても消えないよう構成されている。

（Ｃ）通常モードと省電力モードの選択：
図３のフロー図に示すように、図１の電源スイッチ７を投入すると（ステップS1）、機器に電力が供給されるとともに、図１のメモリー３０をチェックして、前回終了時にECOボタン２３が押されて省電力モードであったかどうかを調べる（ステップS2）。省電力モードが選択されていたと判定されると、省電力モード選択状態になる（ステップS5）。前回終了時に省電力モードでなければ、通常モード状態で冷却装置が制御される（ステップS6）とともに、ECOボタン操作の監視状態となる（ステップS3）。

また、パネル６を用いてパラメータが設定され、STARTボタン１６が押されると（ステップS8）、本体部１が動作し（ステップS9）、設定時間後に停止する（ステップS4）。STOPボタン１７を押しても（ステップS10）も停止する。本体部１の動作が停止する（ステップS4）と、ECOボタン操作の監視状態となる（ステップS3）。

ステップS3でECOボタンの操作が検知されない間は、通常モード状態で冷却装置が制御される（ステップS6）。通常モード状態では、上限温度差ΔＴｕの値として第１の上限温度差値ΔＴｕ１を、下限温度差ΔＴｄの値として第１の下限温度差値ΔＴｄ１を設定し、それに応じて上限温度Ｔｕ１と下限温度Ｔｄ１が設定され、その間での温度制御が成される。

ステップS2またはステップS3で、ECOボタン２３が押されて省電力モードが選択されていると判定されると、省電力モード選択状態になる（ステップS5）。なお、この省電力モード選択状態においては、温度制御は通常モード状態で行われる。省電力モード選択状態（ステップS5）において、所定の時間（例えば５分）が経過するまでにパネル６の中のボタン等を操作したり蓋２ｂの開閉をしたかが監視される（ステップS12）。パネル６の中のボタン等の操作あるいは蓋２ｂの開閉があった場合は、省電力モード選択状態（ステップS5）に戻る。パネル６の中のボタン等の操作および蓋２ｂの開閉がその所定時間内になかったとき、初めて省電力モード状態に移行する（ステップS13）。

上記省電力モードへの移行時間（パネル６の中のボタン等を操作したり蓋２ｂの開閉をしたかが監視される時間）は、ユーザーが任意に設定できるものとすることが好ましい。これは、ユーザーによって遠心機を使用するタイミング、使い方はまちまちであり、1日のうち時間が空くこと（待機期間）があるとは言っても、1回使って次の使用に時間が空くユーザーもいれば、短時間である程度まとまった回数を使用して、その後時間が空くユーザーもいる。また、ユーザーの感覚によってすぐに省電力モードになって欲しいユーザーもいれば、ある程度の回数をまとまって使用するために、あまり短い時間で省電力モードに入られると困るユーザーもいる。これを解消するために、省電力モードへの移行時間は、ユーザーが任意に設定できるものとすることが好ましい。その構成としては、パネル６に設けたFUNCボタン２０でいくつかの候補値からユーザーに選択させる構成としてもよい。なお、省電力モード状態になっても、その後、パネル６の中のボタン等を操作したり蓋２ｂの開閉があった場合は（ステップS15）、省電力モード選択状態（ステップS5）に戻る。また、省電力モード選択状態（ステップS5）において、再びECOボタン２３が押されて省電力モード選択状態が解除された場合は（ステップS11）、通常モード状態（ステップS6）に移行する。

省電力モード状態になると（ステップS13）、省電力モード選択表示灯（ECO灯）２３ａとストップ表示灯１７ａを除く表示灯は消え、速度表示部１０に「Ｅｃｏ」と表示されるとともに、既に述べたように、上限温度差ΔＴｕの値として第２の上限温度差値ΔＴｕ２を、下限温度差ΔＴｄの値として第２の下限温度差値ΔＴｄ２を設定し、それに応じて上限温度Ｔｕ２と下限温度Ｔｄ２が設定され、そしてこの省電力モード状態での温度制御が成される（ステップS13）。なお、この設定される第２の上限温度差値ΔＴｄ２と第２の下限温度差値ΔＴｄ２の和は、上記通常モード状態において設定される第１の上限温度差値ΔＴｕ１と第１の下限温度差値ΔＴｄ１の和より大きい、すなわち、許容温度幅が大きい。

省電力モード状態（ステップS13）中であっても、パネル６の中のボタン等の操作、あるいは蓋２ｂの開閉があると（ステップS15）、直ちに省電力モード選択状態（ステップS5）に戻り、それ以降上記した判定・設定が繰り返される。

なお、メモリー３０に、周期的に省電力モード選択状態（ステップS5）であるか通常モード状態（ステップS6）であるかが保存され、その内容は電源が切られても保存され、次回に電源を入れたときに読み出される（ステップS2）。

（Ｄ）通常モードと省電力モード：
熱拡散方程式は、よく知られているように時間（ｔ）に関しては一階の偏微分である。従って初期温度（Ｔ_0）から平衡温度（Ｔ_1）までの温度（Ｔ）の変化は時間（ｔ）に関する指数関数式で表わされる。時定数がｋである時、時刻ｔにおける温度Ｔ（ｔ）は相転移がないとき次の式で表される。

Ｔ（ｔ）＝Ｔ₀＋（Ｔ₁−Ｔ₀）exp（-ｔ／ｋ）

時定数ｋが大きいときはゆっくり立ち上がり、小さくなると急速に立ち上がる。冷却装置が作動しているとき、すなわち熱の吸い込みがあるときも、冷却装置が停止している時とは時定数ｋの値が異なるだけで、同様な式で表現でき、時定数ｋが大きいときはゆっくり立ち下がり、小さくなると急速に立ち下がる。

この明細書の最初の部分に記載したように、温度調節手段（冷却装置あるいは加熱装置）を備える電気機器は、一般に、外部との熱伝導を防止するために断熱材で外部と断熱されている。これ故、断熱材の効果により、電気機器の冷却装置を「OFF」にすると、ゆっくりと上に凸の指数関数的に温度が上昇する。すなわち比較的大きい時定数ｋの指数関数で温度が上昇する。他方、冷却装置を作動させて機器内部を冷却する場合には、大きい冷却効率と断熱壁に因り小さい時定数ｋの指数関数に従って温度が急速に低下する、実際上ほとんど直線的に低下する。逆に加熱型温度調節の場合には、加熱装置を停止すると下に凸の指数関数に従ってゆっくりと温度が下がり、作動させると急速に温度が上昇する。

図５は本発明の通常モードの場合（Normal）と、省電力モードの場合（ECO）における電気機器内部の温度変化Ｔ（Normal）とＴ（ECO）と、冷却装置への電力供給Ｐ（Normal）とＰ（ECO）の時間変化を概念的に示す。この例では、機器内温度の設定値はＴｓであり、通常モードの場合、上限温度はＴｕ１、下限温度はＴｄ１、上限温度差値はΔＴｕ１、下限温度差値はΔＴｄ１である。省電力モードの場合、上限温度はＴｕ２、下限温度はＴｄ２、上限温度差値はΔＴｕ２、下限温度差値はΔＴｄ２である。図５は、通常モードの場合の電力供給グラフＰ（Normal）で冷却装置へ電力が供給されている時間帯には機器内温度Ｔ（Normal）が低下し、省電力モードの場合の電力供給グラフＰ（ECO）で冷却装置へ電力が供給されている時間帯に機器内温度Ｔ（ECO）が低下することを示している。

図５の場合、通常モードの場合の上限温度Ｔｕ１と下限温度Ｔｄ１の平均と、省電力モードの場合の上限温度Ｔｕ２と下限温度Ｔｄ２の平均はともに温度設定値Ｔｓにほぼ等しい。通常モードのとき、機器内温度がＴｕ１以上になった時（ｔ₁）に冷却装置が起動し、Ｔｄ１以下になる時（ｔ₂）に停止し、再び機器内温度がＴｕ１以上になった時（ｔ₃）に冷却装置が起動し、Ｔｄ１以下になる時（ｔ₄）に停止する。これを繰り返す。同様に、省電力モードのとき、機器内温度がＴｕ２以上になった時（ｔ₁'）に冷却装置が起動し、Ｔｄ２以下になる時（ｔ₂'）に停止し、再び機器内温度がＴｕ２以上になった時（ｔ₃'）に冷却装置が起動し、Ｔｄ２以下になる時（ｔ₄'）に停止する。これを繰り返す。

すなわち、通常モードの時は時間区間（ｔ₁からｔ₂）、（ｔ₃からｔ₄）・・・において電力が供給される（参照Ｐ（Normal））。他方、省電力モードの時は時間区間（ｔ₁'からｔ₂'）、（ｔ₃'からｔ₄'）・・・において電力が供給される（参照Ｐ（ECO））。電力が供給されている時間の全時間に対する比率は省電力の指標Ｒとなる。通常モードのときのこの指標Ｒの値Ｒ（Normal）は、Ｒ（Normal）＝（ｔ₁−ｔ₂）／（ｔ₁−ｔ₃）である。省電力モードのときのこの指標Ｒの値Ｒ（ECO）は、Ｒ（ECO）＝（ｔ₁'−ｔ₂'）／（ｔ₁'−ｔ₃'）である。図５から明らかに、Ｒ（ECO）＜Ｒ（Normal）であることが分かる。

上記のことは、次のように説明される。
冷却装置が作動しているときは、急速に温度が下がる指数関数の領域であるので、上限温度差ΔＴｕと下限温度差ΔＴｄが大きくなれば、冷却装置が作動している時間は、上限温度差ΔＴｕと下限温度差ΔＴｄの和にほぼ比例して長くなる。他方、冷却装置が停止しているときは、温度がゆっくりと上昇する指数関数の領域である。温度上昇時の指数関数は上に凸（上側に向かって丸い）であるので、上限温度差ΔＴｕと下限温度差ΔＴｄが大きくなれば、冷却装置が停止している時間は、上限温度差ΔＴｕと下限温度差ΔＴｄの和に対応して指数関数に従って長くなる。本発明では、通常モードの時（Normal）の上限温度差値ΔＴｕ１と下限温度差値ΔＴｄ１の和より、省電力モード（ECO）の時の上限温度差値ΔＴｕ２と下限温度差値ΔＴｄ２の和の方が大きいので、Ｒ（ECO） ＜Ｒ（Normal）となる。これが本発明の理論的根拠の一つである。

本発明においても、その電子機器の本来の目的機能を果たす本体部１が作動するときは、通常モードで精密な温度調節を行う。他方、その電子機器が待機している時間帯においては、そのまま通常モードを維持することと、電力消費を少なくする省電力モードに自動的に切り替えることとを選択できる。通常モードと省電力モードの切り換えについては既に説明した。

本発明は、通常モードの時（Normal）の上限温度差値ΔＴｕ１と下限温度差値ΔＴｄ１の和より、省電力モード（ECO）の時の上限温度差値ΔＴｕ２と下限温度差値ΔＴｄ２の和の方を大きくすることだけでも省電力効果を得られるものであるが、冷却型の温度調節手段においては、省電力モードでは実質的に設定温度を上昇させることが実際的である。すなわち、上記温度調節手段が冷却装置のとき、第１の上限温度差値から第１の下限温度差値を減じた差より、第２の上限温度差値から第２の下限温度差値を減じた差の方が大きくなるようにすることにより、設定温度を実質的に上昇させて、より効率的に省電力の効果を得ることもできる。

以上、本発明に係る電気機器を、遠心分離機を例に挙げて詳しく説明してきたが、本発明の適用対象はこれに限られず、冷却装置を断続することにより温度制御を行う他の電気機器、および加熱装置を断続することにより温度制御を行う他の電気機器にも適用することができるものである。

試験例

表１〜表３は、本発明の効果を試験した結果である。
サンプル番号１〜３は、それぞれ本件出願人の製品である高速冷却遠心分離機の本発明への改良品であって、サンプル番号１は型式ＭＸ−１０５（遠心室容量：直径230mm，高さ113mm）、サンプル番号２は型式ＭＸ−２０５（遠心室容量：直径230mm，高さ132mm）、そしてサンプル番号３は型式ＭＸ−３０５（遠心室容量：直径230mm，高さ174mm）のそれぞれの本発明への改良品である。

表１は設定温度が４℃で、通常モードでは設定温度の＋２℃／−２℃の制御幅、省電力モードでは設定温度の＋７℃／−２℃の制御幅で遠心分離機を制御した場合の試験例である。
すなわち、通常モードでは、上限温度差値ΔＴｕ１＝２℃、下限温度差値ΔＴｄ１＝２℃で、上限温度Ｔｕ１＝４＋２＝６℃、下限温度Ｔｄ１＝４−２＝２℃である。省電力モードでは、上限温度差値ΔＴｕ２＝７℃、下限温度差値ΔＴｄ２＝２℃で、上限温度Ｔｕ２＝４＋７＝１１℃、下限温度Ｔｄ２＝４−２＝２℃である。
なお、省電力モードから復帰後、設定温度である４℃まで冷却するには、平均でおよそ１０Wh必要であった。

表２は設定温度が１０℃で、通常モードでは設定温度の＋２℃／−２℃の制御幅、省電力モードでは設定温度の＋７℃／−２℃の制御幅で遠心分離機を制御した場合の試験例である。
すなわち、通常モードでは、上限温度差値ΔＴｕ１＝２℃、下限温度差値ΔＴｄ１＝２℃で、上限温度Ｔｕ１＝１０＋２＝１２℃、下限温度Ｔｄ１＝１０−２＝８℃である。省電力モードでは、上限温度差値ΔＴｕ２＝７℃、下限温度差値ΔＴｄ２＝２℃で、上限温度Ｔｕ２＝１０＋７＝１７℃、下限温度Ｔｄ２＝１０−２＝８℃である。
なお、省電力モードから復帰後、設定温度である１０℃まで冷却するには、平均でおよそ５Wh必要であった。

表３は設定温度が４℃で、通常モードでは設定温度の＋２℃／−２℃の制御幅、省電力モードでは設定温度の＋５℃／−４℃の制御幅で遠心分離機を制御した場合の試験例である。
すなわち、通常モードでは、上限温度差値ΔＴｕ１＝２℃、下限温度差値ΔＴｄ１＝２℃で、上限温度Ｔｕ１＝４＋２＝６℃、下限温度Ｔｄ１＝４−２＝２℃である。省電力モードでは、上限温度差値ΔＴｕ２＝５℃、下限温度差値ΔＴｄ２＝４℃で、上限温度Ｔｕ２＝４＋５＝９℃、下限温度Ｔｄ２＝４−４＝０℃である。
なお、この表３に示した試験例では、省電力モードにおいても遠心室内の温度は平均値で略設定温度である４℃であったため、省電力モードから復帰後、設定温度である４℃まで冷却する必要はなかった。

表１及び表２に示した試験例は、省電力モードでは上限温度差値ΔＴｕ２＞下限温度差値ΔＴｄ２であるので、実質的に設定温度（機内の平均温度）が上昇し、純粋に上限温度差ΔＴｕと下限温度差ΔＴｄの幅の大きさだけを広げた効果ではないが、省電力効果が顕著であることを示している。
また、表３に示した試験例は、上限温度差ΔＴｕと下限温度差ΔＴｄの幅の大きさを広げただけでも、省電力効果があることを示している。

１ 本体部
２ａ 容器
２ｂ 蓋
２ｃ ドアセンサー
３ 遠心室
４ 温度調節手段
５ 制御部
６ パネル
７ 電源スイッチ
８ SPEEDボタン
９ ジョグダイアル
１０ 速度表示部
１１ TIMEボタン
１２ 作動時間表示部
１３ TEMPボタン
１４ 設定温度表示部
１５ DOORボタン
１５ａ DOOR表示灯
１６ STARTボタン
１６ａ START表示灯
１７ STOPボタン
１７ａ STOP表示灯
１８ MEMORY１ボタン
１８ａ MEMORY１表示灯
１９ MEMORY２ボタン
１９ａ MEMORY２表示灯
２０ FUNCボタン
２１ 上限温度差設定手段
２２ 下限温度差設定手段
２３ ECOボタン
２３ａ 省電力モード選択表示灯

Claims (8)

1. 機器内温度を設定する温度設定手段と、上限温度差を設定する上限温度差設定手段と、下限温度差を設定する下限温度差設定手段と、冷却装置あるいは加熱装置からなる温度調節手段と、上記冷却装置を機器内温度が上記設定温度より上記上限温度差だけ高い上限温度より高くなると作動開始させ、上記設定温度より上記下限温度差だけ低い下限温度より低くなると作動停止させ、あるいは、上記加熱装置を機器内温度が上記設定温度より上記下限温度差だけ低い下限温度より低くなると作動開始させ、機器内温度が上記設定温度より上記上限温度差だけ高い上限温度より高くなると作動停止させる温度制御手段とを有する電気機器において、上記温度制御手段が上記上限温度差および上記下限温度差またはその一方を変えて上記温度調節手段の動作モードを変更することができ、上記温度制御手段で通常モードが選択された時、上記上限温度差が第１の上限温度差値に設定され、上記下限温度差が第１の下限温度差値に設定され、上記温度制御手段で省電力モードが選択された時、上記上限温度差が第２の上限温度差値に設定され、上記下限温度差が第２の下限温度差値に設定され、この際、上記第１の上限温度差値と第１の下限温度差値の和より、上記第２の上限温度差値と第２の下限温度差値の和の方が大きいことを特徴とする、電気機器。
2. 上記第２の上限温度差値と第２の下限温度差値が、任意に設定できることを特徴とする、請求項１記載の電気機器。
3. 省電力モードを選択するモード選択ボタンを備え、省電力モードが選択された場合であって、その後、その電気機器を作動させるための操作が所定の時間行われないとき、省電力モードに移行することを特徴とする、請求項１記載の電気機器。
4. 上記省電力モードへの移行時間が、任意に設定できることを特徴とする、請求項３記載の電気機器。
5. 省電力モードのときにその電気機器を作動させるための操作が行われると、通常モードに移行することを特徴とする、請求項１記載の電気機器。
6. 電気機器の電源を切断する時に省電力モードが選択されているかどうかを記憶する記憶手段を備え、前回電源切断時に省電力モードが選択されているとき電源を投入すると自動的に省電力モードが選択されることを特徴とする、請求項１記載の電気機器。
7. 上記温度調節手段が冷却装置からなり、上記第１の上限温度差値から第１の下限温度差値を減じた差より、上記第２の上限温度差値から第２の下限温度差値を減じた差の方が大きいことを特徴とする、請求項１記載の電気機器。
8. 上記電気機器が温度調節可能な遠心分離機であることを特徴とする、請求項１記載の電気 機器。

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