JP6492435B2 - 温度調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、恒温室の室温を調整する温度調整装置に関する。

例えば電子顕微鏡室などの恒温室の室温を一定に調整する空調システムがある。その他、恒温室の室温を調整するときに、一般的な空調機により室温を調整することが考えられる。この場合、空調機の冷暖が切りかわるときに熱交換器を流れる冷媒の温度が変化するので、恒温室の室温を一定に調整することができない。したがって、それを防ぐために、恒温室を冷却する必要があるときにヒートポンプによる空調を行い、恒温室を加熱する必要があるときにヒータによる空調を行われる場合がある。

特開平１１−１９３９３９

このとき、ヒータの加熱制御にサイリスタを使用することによって恒温室の室温を一定に調整することが可能であるが、サイリスタが高価であるため、イニシャルコストが高くなる問題がある。

そこで、本発明の目的は、恒温室の室温を一定に保つことができる安価な温度調整装置を提供することである。

第１の発明にかかる温度調整装置は、恒温室の室温を調整する温度調整装置であって、容量可変型圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器とを含む冷却回路と、前記蒸発器と加熱手段とを含むとともに、前記恒温室の室温を調整する媒体が流れる温度調整回路とを備え、前記冷却回路の冷却能力は連続的に変化するように制御され、前記加熱手段の加熱能力は２段階に制御され、前記温度調整回路を流れる前記媒体により室温調整され、前記冷却回路の最大冷却能力は、前記加熱手段の最大加熱能力より大きく、加熱能力が冷却能力よりも大きい状態から、冷却能力が加熱能力よりも大きくなる状態となる移行時において、前記加熱手段の加熱能力を用いつつ、前記冷却回路の冷却能力により室温調整することを特徴とする。

この温度調整装置では、恒温室の室温を一定に保つことができるとともに、温度調整装置のイニシャルコストを低減できる。この温度調整装置では、冷却回路および加熱手段を使用して、恒温室を冷却できる。この温度調整装置では、加熱能力と冷却能力とを切りかえるときに、恒温室の室温がハンチングするのを防止できる。

第２の発明にかかる温度調整装置は、第１の発明にかかる温度調整装置において、前記加熱手段の加熱能力を用いる場合に、前記冷却回路の冷却能力により室温調整することを特徴とする。

この温度調整装置では、加熱能力を２段階に制御可能な加熱手段を使用して、加熱能力を連続的に調整できる。

以上の説明に述べたように、本発明によれば、以下の効果が得られる。

第１の発明では、恒温室の室温を一定に保つことができるとともに、温度調整装置のイニシャルコストを低減できる。冷却回路および加熱手段を使用して、恒温室を冷却できる。加熱能力と冷却能力とを切りかえるときに、恒温室の室温がハンチングするのを防止できる。

第２の発明では、加熱能力を２段階に制御可能な加熱手段を使用して、加熱能力を連続的に調整できる。

本発明の実施形態にかかる温度調整装置の構成図である。 図１の温度調整装置における温度制御方法を説明する図である。

以下、図面を参照しつつ本発明にかかる浸漬型液冷却装置の実施の形態について説明する。

本実施形態の温度調整装置１は、図１に示すように、冷却回路１ａと、温度調整回路１ｂとを有している。冷却回路１ａは、圧縮機２、凝縮器３、膨張弁４および蒸発器５が接続されたものであって、冷媒が流れるものである。温度調整装置１は、凝縮器３に対して空気流を供給する送風ファン６を有している。冷媒回路１ａにおいて、圧縮機２の吐出口に凝縮器３が接続され、その凝縮器３に膨張弁４が接続される。そして、膨張弁４に蒸発器５の一端が接続され、その蒸発器５の他端に圧縮機２の吸入口が接続される。この冷媒回路１ａでは、圧縮機２から吐出された冷媒が凝縮器３、膨張弁４、蒸発器５へと順に流れ、圧縮機２に戻るサイクルが形成される。

温度調整回路１ｂは、恒温室９の周囲に配置された温度調整部７、ヒータ８、蒸発器５が接続されたものであって、媒体として水が流れるものである。温度調整回路１ｂにおいて、蒸発器５は、温度調整部７の一端に接続され、温度調整部７の他端にヒータ８が接続されるとともに、ヒータ８と蒸発器５とが接続される。この水回路１ｂでは、ヒータ８から流出された水が蒸発器５、温度調整部７へと順に流れ、温度調整部７からヒータ８に戻るサイクルが形成される。

温度調整装置１において、恒温室９において冷却負荷がある場合、蒸発器５において、冷却回路１ａを流れる冷媒によって温度調整回路１ｂを流れる媒体が冷却される。その冷却された媒体は、恒温室９の周囲に配置された温度調整部７に供給され、温度調整回路１ｂの温度調整部７を流れる媒体によって、恒温室９が冷却される。このとき、本実施形態では、ヒータ８は、２段階の加熱能力に制御可能であって、０ｋＷの加熱能力または３ｋＷの加熱能力（−３ｋＷの冷却能力）のいずれかに制御可能である。温度調整装置１において、恒温室９において冷却負荷がある場合、後述するように、ヒータ８によって、温度調整回路１ｂを流れる媒体が加熱される場合と加熱されない場合がある。

これに対し、温度調整装置１において、恒温室９において加熱負荷がある場合、蒸発器５において、冷却回路１ａを流れる冷媒によって温度調整回路１ｂを流れる媒体が冷却されるとともに、ヒータ８によって、温度調整回路１ｂを流れる媒体が加熱される。その加熱された媒体は、恒温室９の周囲に配置された温度調整部７に供給され、温度調整回路１ｂの温度調整部７を流れる媒体によって、恒温室９が加熱される。

図２（ａ）は、冷却回路１ａの冷却能力の変化を示し、図２（ｂ）は、ヒータ８の冷却能力（加熱能力）の変化を示し、図２（ｃ）は、温度調整装置１の冷却能力の変化を示している。図２では、加熱能力の変化を、負の値とすることによって、冷却能力の変化として示している。したがって、図２（ｃ）における温度調整装置１の冷却能力は、図２（ａ）における冷却回路１ａの冷却能力と、図２（ｂ）におけるヒータ８の冷却能力とを足し合わせたものである。図２（ｃ）に示すように、温度調整装置１は、４．３ｋＷの冷却能力から、−３ｋＷの冷却能力（３ｋＷの加熱能力）までの範囲で、冷却能力を能力指令値と比例するように変更することによって、恒温室９の室温を調整可能である。図２において、横軸は、温度調整装置１の能力指令値であって、立軸は、温度調整装置１の冷却能力である。温度調整装置１の能力指令値１００％は、冷却能力が４．３ｋＷである状態を示し、能力指令値０％は、冷却能力が０ｋＷである状態を示し、能力指令値−７０％は、冷却能力が−３ｋＷである状態（加熱能力が３ｋＷである状態）を示す。

温度調整装置１における冷却能力を変化させる制御（１）、（２）について、説明する。
（１）温度調整装置１における冷却能力を減少させる制御
（２）温度調整装置１における冷却能力を増加させる制御

（１）温度調整装置１における冷却能力を減少させる制御について、説明する。

能力指令値が１００％であり冷却能力が４．３ｋＷである状態（図２のａ１、ｂ１、ｃ１）から、能力指令値が０％であり冷却能力が０ｋＷである状態（図２のａ２、ｂ２、ｃ２）に変化する場合について説明する。このとき、温度調整装置１では、冷却回路１ａの冷却能力だけが使用され、ヒータ８による加熱は行われない。したがって、ヒータ８の加熱が行われない状態において、冷却負荷に基づいて、冷却回路１ａの圧縮機２の周波数などが制御される。このときの温度調整装置１における冷却能力は、冷却回路１ａの冷却能力であって、恒温室９を冷却することになる。

能力指令値が０％であり冷却能力が０ｋＷである状態（図２のａ２、ｂ２、ｃ２）から、能力指令値が−７０％であり冷却能力が−３ｋＷである状態（図２のａ３、ｂ３、ｃ３）に変化する場合について説明する。能力指令値が０％の状態（図２のａ２、ｂ２、ｃ２）では、冷却回路１ａの冷却能力が０ｋＷであり、ヒータ８の冷却能力が０ｋＷであるが、能力指令値が０％より小さくなったとき、ヒータ８による加熱が開始されるとともに、冷却回路１ａによる冷却が開始される。したがって、能力指令値が０％から−７０％の範囲では、ヒータ８による加熱が行われる状態において、冷却負荷に基づいて、冷却回路１ａの圧縮機２の周波数などが制御される。このときの温度調整装置１における冷却能力は、ヒータ８の加熱能力と冷却回路１ａの冷却能力との差であるが、ヒータ８の加熱能力が冷却回路１ａの冷却能力より大きいので、温度調整装置１全体としては、恒温室９を加熱することになる。

（２）温度調整装置１における冷却能力を増加させる制御について、説明する。

能力指令値が−７０％であり冷却能力が−３ｋＷである状態（図２のａ３、ｂ３、ｃ３）から、能力指令値が０％であり冷却能力が０ｋＷである状態（図２のａ４、ｂ４、ｃ４）に変化する場合について説明する。温度調整装置１における冷却能力を減少させる制御と同様に、ヒータ８による加熱が行われる状態において、冷却負荷に基づいて、冷却回路１ａの圧縮機２の周波数などが制御される。このときの温度調整装置１における冷却能力は、ヒータ８の加熱能力と冷却回路１ａの冷却能力との差であるが、ヒータ８の加熱能力が冷却回路１ａの冷却能力より大きいので、温度調整装置１全体としては、恒温室９を加熱することになる。

能力指令値が０％であり冷却能力が０ｋＷである状態（図２のａ４、ｂ４、ｃ４）から、能力指令値が１００％であり冷却能力が４．３ｋＷである状態（図２のａ１、ｂ１、ｃ１）に変化する場合について説明する。能力指令値が０％の状態（図２のａ４、ｂ４、ｃ４）では、冷却回路１ａの冷却能力が３ｋＷであり、ヒータ８の冷却能力が−３ｋＷであるが、能力指令値が０％より大きくなったとき、ヒータ８による加熱が継続されるとともに、冷却回路１ａによる冷却が継続される。その後、能力指令値が３０％であり冷却能力が１．３ｋＷである状態（図２のａ５、ｂ５、ｃ５）まで、ヒータ８による加熱が継続される。したがって、能力指令値が０％から３０％の範囲では、ヒータ８による加熱が行われる状態において、冷却負荷に基づいて、冷却回路１ａの圧縮機２の周波数などが制御される。このときの温度調整装置１における冷却能力は、ヒータ８の加熱能力と冷却回路１ａの冷却能力との差であるが、冷却回路１ａの冷却能力がヒータ８の加熱能力より大きいので、温度調整装置１全体としては、恒温室９を冷却することになる。

能力指令値が３０％である状態（図２のａ５、ｂ５、ｃ５）では、冷却回路１ａの冷却能力が４．３ｋＷであり、ヒータ８の冷却能力が−３ｋＷであるが、能力指令値が３０％より大きくなったとき、ヒータ８による加熱が停止されるとともに、冷却回路１ａによる冷却が継続される。したがって、能力指令値が３０％から１００％の範囲では、ヒータ８による加熱が行われない状態において、冷却負荷に基づいて、冷却回路１ａの圧縮機２の周波数などが制御される。このときの温度調整装置１における冷却能力は、冷却回路１ａの冷却能力であって、恒温室９を冷却することになる。

＜本実施形態の温度調整装置の特徴＞
本実施形態の温度調整装置１には、以下の特徴がある。

本実施形態の温度調整装置１では、冷却回路１ａの蒸発器５とヒータ８とを含むとともに、恒温室９の室温を調整する媒体が流れる温度調整回路１ｂとを備え、冷却回路１ａの冷却能力は連続的に変化するように制御可能であって、ヒータ８の加熱能力は２段階に制御可能であって、温度調整回路１ｂを流れる媒体により恒温室９の室温が調整されるので、恒温室９の室温を一定に保つことができるとともに、サイリスタを用いてヒータの加熱能力を調整可能としている温度調整装置と比較して、温度調整装置１のイニシャルコストを低減できる。

本実施形態の温度調整装置１では、ヒータ８の加熱能力を用いる場合に、冷却回路１ａの冷却能力により恒温室９の室温が調整されるので、加熱能力を２段階に制御可能なヒータ８を使用して、温度調整装置１の加熱能力を連続的に調整できる。

本実施形態の温度調整装置１では、冷却回路１ａの最大冷却能力がヒータ８の最大加熱能力より大きいので、冷却回路１ａおよびヒータ８を使用して、恒温室９を冷却できる。

本実施形態の温度調整装置１では、冷却能力を増加させる制御において、能力指令値が０％の状態（図２のａ４、ｂ４、ｃ４）から、能力指令値が０％より大きくなったとき、ヒータ８による加熱が継続されるとともに、冷却回路１ａによる冷却が継続されるので、加熱能力と冷却能力とを切りかえるときに、恒温室９の室温がハンチングするのを防止できる。

以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。

上述の実施形態では、冷却回路の最大冷却能力がヒータの最大加熱能力より大きい場合について説明したが、冷却回路の最大冷却能力がヒータの最大加熱能力と同一であってよいし、冷却回路の最大冷却能力がヒータの最大加熱能力より小さくてよい。

上述の実施形態では、冷却能力を増加させる制御において、能力指令値が０％の状態（図２のａ４、ｂ４、ｃ４）から、能力指令値が０％より大きくなったとき、ヒータ８による加熱が継続されるとともに、冷却回路１ａによる冷却が継続される場合について説明したが、冷却能力を増加させる制御において、能力指令値が０％の状態（図２のａ４、ｂ４、ｃ４）から、能力指令値が０％より大きくなったとき、ヒータ８による加熱が継続されなくてよい。

上述の実施形態では、温度調整回路１ｂを流れる媒体が水である場合について説明したが、温度調整回路１ｂを流れる媒体は、その他の媒体であってよい。また、ヒータの位置は蒸発器５の下流側でもよい。本実施形態では、加熱手段としてヒータを採用したが、出力が２段階となる加熱手段であればこれに限定されない。

本発明を利用すれば、恒温室の室温を一定に保つことができる安価な温度調整装置を提供できる。

１ 温度調整装置
１ａ 冷却回路
１ｂ 温度調整回路
２ 圧縮機
３ 凝縮器
４ 膨張弁
５ 蒸発器

Claims (2)

1. 恒温室の室温を調整する温度調整装置であって、
   容量可変型圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器とを含む冷却回路と、
   前記蒸発器と加熱手段とを含むとともに、前記恒温室の室温を調整する媒体が流れる温度調整回路とを備え、
   前記冷却回路の冷却能力は連続的に変化するように制御され、
   前記加熱手段の加熱能力は２段階に制御され、
   前記温度調整回路を流れる前記媒体により室温調整され、
   前記冷却回路の最大冷却能力は、前記加熱手段の最大加熱能力より大きく、
   加熱能力が冷却能力よりも大きい状態から、冷却能力が加熱能力よりも大きくなる状態となる移行時において、前記加熱手段の加熱能力を用いつつ、前記冷却回路の冷却能力により室温調整することを特徴とする温度調整装置。
2. 前記加熱手段の加熱能力を用いる場合に、前記冷却回路の冷却能力により室温調整することを特徴とする請求項１に記載の温度調整装置。