JPH03218803A - 恒温槽の温度制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、断熱材で囲まれた恒温槽の空間内に、この空
間を加熱する加熱器と、この空間を冷却する冷凍サイク
ルの蒸発器とが配置されている恒温槽の温度制御方式に
関するものである。

［従来の技術コ 断熱材で囲まれた恒温槽は、一般にその内部に加熱器及
び冷凍サイクルの蒸発器及び槽内空間を撹拌する送風機
等が１２”ｌされており、槽内に供試体を収納して、温
度センサによって槽内温度を所定値に維持するように加
熱器及び冷凍サイクルが制御されるようになっている。

その制御法としては、加熱器はＰＩＤ動作すなわち比例
積分微分動作制御がなされているが、冷凍サイクルは単
なるオン・オフ制御されるようになっている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記従来技術は、槽内に置かれた供試体が発熱
負荷である様な場合に下記の間屈がある。

すなわち槽内温度を所定の温度勾｝２（時間に対する温
度変化の勾配、以下、単に温度勾配という）で上昇させ
ようとするとき、所定温度勾配すなわち設定温度勾配以
上に槽内が上昇するときは冷凍機をオンして槽内温度上
昇率を下げるようにするが、冷凍機がオンすると、急に
冷却能力が増加するため、加熱器によるＰＩＤ制御の加
熱能力が直ぐには上記冷却能力の増加をカバーできず、
一時的に槽内温度が設定温度勾配を趙えて下降し、冷凍
機はオフする。そうすると、冷却能力がなくなるので、
今度は設定温度勾配を維持しようとして加熱器のＰＩＤ
制御による加熱能力が増加し、設定温度勾配を鉱えて槽
内温度はオーバーシューｊ〜する。そのとき当然設定温
度勾配を越でいるので、冷凍機はオンしなければならな
いが、一般に冷凍機はオン・オフ頻度を少なくするため
に、一度オフしたら３分位はオンしないようになってい
るので、その時間が経過するまでオンせず，該時間経過
後オンする。このようにして上記の経過を繰り返すこと
になる。このように、設定温度勾配を趙えた時に、冷凍
機を単にオンするだけでは、槽内温度がハンチングして
しまい一定の温度勾配を保持できない。この状態が第３
図において破線で示さ才している。また、このことは温
度勾配のない一定の設定温度を設定した場合についても
いえるし、温度を所定の勾配で降下させる場合も同様で
ある。

以上のように、従来の制御法によると、冷凍機の制御が
オン・オフ制御であるため、設定温度に対してハンチン
グが生し、恒温槽の制御としては適さない。また、冷凍
機の頻緊なオン・オフは、冷凍機の信頼性を損うという
問題があり、更には，ハンチングは冷しすぎ、暖めすぎ
になるので、消費エネルギが大きくなるという欠点もあ
る。

したがって、本発明は発熱負荷がある場合でも、槽丙温
度をハシチシヅすることなく設定温度勾配に沿って忠実
に上昇させ或は一定の設定温度に忠実に維持させること
のできる恒温槽の温度制御方式を提供することを目的と
しており、更には冷凍機の信頼性の高い且つ消費エネル
ギの小さい恒温槽の温度制御方式を提供することを目的
としている。

［課題を解決するための手段コ 本発明は、上記目的を達成するために、特許請求の範囲
の各請求項に記載の恒温槽の温度制御方式を提供する。

［作　　　用］ 定の勾配で上昇させる場合を考える。この場合の制御法
は次の通りである。すなわち、所定時間毎に例えば１分
毎に槽内温度を測定し、この温度が設定温度に対して許
容温度内例えば１゜Ｃ以内に入っていなけ九ば、その外
れに応じて、加熱器をＰＩＤ制御し、又は冷凍サイクル
の圧縮機を回転数制御する。令、例えば槽内の供試体の
熱負荷が大きくて、設定温度に対する許容温度１゜Ｃを
越えたとすると、槽内は冷却する必要があり、冷凍サイ
クルの圧縮機を最低速度例えば２０Ｉ｛ｚのインバータ
周波数で運転開始する。そうすると、冷却能力がわずか
に生じるので、槽内温度は下降ぎみになる。この下降傾
向が続行し、設定温度より下が九ば、今度はＰＩＤ信号
を受けて加熱器が働いて温度下降を防止する。

次に１分経過後に再び槽内温度を検出し設定温度に対し
て許容温度１゜Ｃ内にあるかどうかを同様に調入る。１
℃以内であれば以前の周波数２０｝１ｚで圧縮機の運転
を続行する。若し１℃を越えていたならば、冷凍能力が
不足していることになるので、周波数を例えば１〜５土
アップして圧縮機の回転数を上げる。さらに、１分経過
後、同様に判別し、１℃を越えているならば更に周波数
をアソプし，１℃の範囲内ならば周波数はそのままで運
転する。勿論１℃を下まわっているときは冷却能力が多
少上まわっていることになるので、周波数を小さくする
。以上の制御を所定時間毎例えば１分毎に実施する。

以上のように制御すると、槽内温度は設定温度に対して
許容温度範囲内にほぼ入りながら上昇するので，ハンチ
ングが生じることがない。ハンチングが生じないので、
過剰冷却も過剰加熱も起らす、したがって余分なエネル
ギを消費することもない。

以上は、槽内に発熱負荷がある場合の、設定温度上昇時
の制御法について述へたが、設定温度下降時にも、同様
な制御法によりハンチンブがなく、したがって余分なエ
ネルギを消費することなく槽内温度を制御することがで
きる。この温度下降時の制御では、前記温度上昇時の制
御では圧縮機の回転数が最少になる例えば２０１｛ｚの
初期周波数で運転を始めたのに対し、最大周波数例えば
８０１｛ｚからスタートし、所定時間毎に槽内温，度を
検出゛１′ｕ断し、例えば許容温度範囲１℃を低温側へ
越えているどきは、周波数を例えば１〜５１｛２減らし
、以下同様に所定時間ごとに周波数の１ｉｉｗＣらしで
温度上Ｚ時と同様に、制御できる。

加熱器をＰＩＤ制御し、冷凍サイクルの圧縮機を回転数
制御すると共に、これに対応して膨張弁の開度を比例的
に制御することにより、さらに効率的な運転ができる。

［実　施　例］ 以下本発明の１実施例を図面によって説明する。

第１図は、本実施例における恒温槽の断面図を示す図で
あるが、同図に示されているように断熱材の壁１７と扉
１８とで囲まれた空間１９内には、温度センサ１と，加
熱器７と、冷凍サイクルの蒸発器１６と、送風機２０と
が配置さ．ｊルでいる。送風機２０が馳動されると槽内
の空気は矢印Ａで示すように循環し，供試体２１に接触
して流れる。

そ粗と同時に槽内の空気が撹拌さ牲正確な槽内温度がセ
ンサ１により検知されるようになっている。

僧の下方には冷凍サイクルの構成要素である圧縮機１１
、凝縮器１４及びファン１５が配置されている。なお第
１図では後記の比例式膨張弁１３は示されていないし、
制御装置も槽本体の適所に設けられるか示さ九でいない
。

制御回路が第２図に示さ九ている。図中２は温度調節器
で、検知信号である温度センサ１からの槽内温度と、操
作パネル３で設定された制御器４から出力された設定温
度とを比較演算し、その差に基づき操作部であるソリッ
ドステートリレー５にＰＩＤ制御動作信号を畠力し、ソ
リッドステートリレ−５を介して交流電源６に接続され
ている加熱器７をＰＩＤ制御する。また、温度調節器２
は、温度センサ１で検知された槽内温度値を制御器４に
送り、制御器４は設定温度を中心とした許容温度範囲に
前記槽内温度値があるかどうかを判断し所定の周波数信
号をＰＷＭ制御器１２に印加する。したがって、インバ
ータ１０には所定周波数の所定巾のパルスが印加されて
、圧縮機１１は交流電′ＩＸ８よりコンバータ９及びイ
ンバータ１０を介して上記所定周波数に応じた回転数で
駆動されることになる。また，制御器４は、Ｐ　Ｗ？，
ｉ制御器１２に出力した上記所定周波数に比例した信号
？比例式のじ張弁Ｉ３に出力する。

次に、上記実施例のｆ↑一沼について工明する。ニこで
は，第３図の実線で示すように、槽内温度が初めＴエ℃
であり、これをｔ分後にＴ２℃まで温度上昇させる様に
設定温度を所定の設定温度勾配にて変化させる例につい
て説明する。すなわち設定温度が上り勾配である例につ
いて説明する。第５図に示されているように、ΔＬ時間
毎（Ｎえば０．１〜１分毎）に、設定温度とセンサ１で
検知した槽内温度とを比較して、許容温度幅たる±ΔＴ
゜Ｃ．ｆｆｌえば±０．１〜１℃という許容温度範囲内
に槽内温度が入っているかどうかを温度調節器２と制御
器４とて判断する。槽内に置かれている発熱負荷として
の供試体２１の容量が例えば大きくて、槽内温度が設定
温度からの許容温度偏差ΔＴ’Ｃを越えている場合は、
制御器４からＰＷＭ制御器１２には所定の若干変化分だ
け増加さｉｂた周波数信号が印加され、圧縮機１１の回
転速度を若干増す。同時に膨張弁１３の開度も、それに
見合って制御される。圧縮機１１が回転速度を増すと、
わずかではあるが冷却能力が増すので、槽内温度は下降
ぎみになり、設定ＩＬｒＬより下降すわば、温度調節器
２のＰＩＤ動作信号を受けて加熱器７は〕リッドステー
トリレ−５を介して通電され，温旧下降を防止するよう
にＰＩＤ制御される。

上記作用を、第５図により更に具体的に説明１ると、例
えば時刻ｔに槽内温度を検知し、そのｗ度がＣ点であっ
たとすると、このＣ点は設定温厚Ｓは勿論のこと許容温
度範囲も越えているので、圧縮機を即動して冷却する必
要がある。しかしこのときハンチングを防ぐため、設定
温度が上り名配であること、及び負荷が発熱負荷である
こと、従って、冷却能力が小さくても時間が経つと許容
温度範囲に入ることを考慮して、圧縮機の回転数は瓜低
（インバータ周波数２０１｛ｚ位゛）がらスター１−さ
せる。そしてΔｔ時間後に再び槽内温度を検知して、上
記と同様に設定温度との比較を行なうこの時、Ｄ点で示
されているように，槽内温度設定温度よりも下降してい
るとすると、圧縮機はこれ以上の低速では運転できない
ので、加熱Ｗ　７がオンしＰＩＤ制御される。また，Ｅ
点で示されるように、まだ許容温度以上のとぎは、冷却
能カを上げるために，圧縮機１１へ印加される周波数を
少しΔｆ＆だけアップする．許容温度範囲内のＦ点にあ
るときは、そのままの周波数で圧縮機を駆動する．さら
にΔｔ時間後に、上記と同様に稽内温度が許容温度範囲
内がどうが判別し、同様の制御を行なう。以下Δｔ時毎
に同様の制御を実施する。

以上のように、本実施例によると槽内の温度は設定温度
を中心とする許容範囲内にはゾ入りながら上昇するので
、ハンチングがなく、余分なエネルギの消費もない。

以上は、発熱負荷の場合において、設定温度を上り勾配
で上昇させるときの制御について述べたが、設定温度を
下り勾配で下降させるときにも同様にハンチングのない
制御ができる．例えば第６図に示すように、検知時刻ｔ
で槽内温度が許容温度を越えたＧ点にあったとすると、
このときは冷凍サイクルの圧縮機は最大周波数例えば８
０Ｈｚでスタートさせる。発熱負荷であり，且つ設定温
度が下り勾配であるため、冷却能力が小ざいと時間が経
っても鎖線で示すように許容温度範囲に入らないことが
あるからである．すなわち下降勾配の大小に合わせて圧
縮機のスタートの周波数が決められる．以下，温度上昇
勾配の場合と同様に制御されることは明らかである。

なお上記実施例は、槽内温度を上昇または下降させる場
合の例であったが、槽内温度を一定に保つ場合も、本実
施例によって同様にハンチングのない省エネルギーの運
転が可能である。

［発明の効果コ 以上のように、本発明によると、供試体の熱負荷に応じ
て冷凍サイクルの圧縮機がインバータにより回転数制御
されるので、冷却能カを連続的に変化させることができ
、設定温度勾配に対してハンチングのない精度の高い制
御ができる．また、本発明によると、槽内温度を検知し
て許容設定温度と比較し、以て熱負荷量を検知し、熱負
荷旦のみをキャンセルする冷却能カしが出方しないよう
に冷凍サイクルが運転されるので、加熱器への通電電力
が小さく、消費エネルギーが少ないという効果も得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る恒温槽の１例を示す断面
図、第２図はその制御システム系統図、第３図は温度勾
配設定例に対する従来の制御法を示す説明図、第４図は
本発明による制御方法の１例を説明するための説明図，
第５０７第６図は本発明の制御のそれぞれ異なる例を更
に具体的に示す説明図である。 １・・温度センサ　　　７・・加熱器 ２・温度調節器　　　４・・・制御器 １０・インバータ １１・・冷凍サイクルの圧縮機 １３・・・比例式膨張弁　１６　蒸発換器（他１名） 第 ■ 図 ｌ０ １４ １１ 第 ３ 図 第 ４ 図 Δｔ時間

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　断熱材で囲まれた空間内に、該空間を加熱する加熱
   器と、冷却する冷凍サイクルの蒸発器と、該空間内の温
   度を検知する温度センサとが配置されている恒温槽の温
   度制御方式において、所定時間毎に、前記温度センサで
   検知される温度の設定温度からの外れに応じて、前記加
   熱器をＰＩＤ制御すると共に前記冷凍サイクルの圧縮機
   の回転数をインバータにより所定の回転数変化分だけ変
   化させる制御をすることを特徴とする恒温槽の温度制御
   方式。 ２　前記冷凍サイクルの圧縮機のインバータによる前記
   回転数制御をすると同時に冷凍サイクルの比例式膨張弁
   の開度もそれに対応して制御することを特徴とする請求
   項１記載の恒温槽の温度制御方式。 ３　前記空間内に発熱負荷があるとき、前記設定温度を
   上昇させる場合には圧縮機の初期回転数を最低回転数に
   設定し、また前記設定温度を下降させる場合には圧縮機
   の初期回転数を最高回転数に設定することを特徴とする
   請求項１又は２記載の恒温槽の温度制御方式。