JPH033016A - 温度制御装置 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は恒温槽等に適用され、ヒータと冷凍装置を用い
て設定温度に制御対象の温度を精密に制御する温度制御
装置に関する。

（ロ）従来の技術 従来、例えば植物用酸るいは汎用のインキュベータでは
ヒータと冷凍装置の組み合わせにより庫内温度を一１０
℃〜５０℃の広範囲に設定し、制御できる様にしている
。この制御の方式としてはヒータと冷凍装置の圧縮機を
逆サイクルで発熱量るいは運転する方式と、圧縮機は連
続運転し、ヒータの発熱量を調節する方式とがある。

（ハ）発明が解決しようとする課題 然し乍ら、前者の方式では庫内温度の変動が大きく、圧
縮機を頻繁に運転及び停止する必要があり、圧縮機の耐
久性や起動性に問題があり、更に湿度が大きく変動する
問題があった。

又、後者の方式では圧縮機の冷凍能力骨だけのヒータ能
力が余分に必要になり、消費電力が無駄となる。特に連
続運転によって蒸発器の温度が低くなるため、除湿量が
多くなって庫内の乾燥や蒸発器・＼の霜付きが問題とな
っていた。

本発明はかかる問題を解決することを目的とする、。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明は制御対象を加熱するヒータと、制御対象を冷却
する為の蒸発器及び圧縮機等から成る冷凍装置と、圧縮
機の吸入側に接続された電動制御弁と、制御対象の温度
と設定温度に基づいてヒータ、圧縮機及び電動制御弁を
制御する制御装置とから温度制御装置を構成したもので
ある。

又、制御装置はヒータ出力に関するデータに、制御対象
の温度変化に基づくデータを加算した結果によって電動
制御弁の開度を決定する様にしたものである。

更に制御装置は制御対象の温度と設定温度との偏差、ヒ
ータ出力値及び電動制御弁の開度に基づき圧縮機を停止
し、前記偏差及びヒータ出力値に基づき圧縮機を起動す
る様にしたものである。

（ホ）作用 本発明によれば圧縮機の運転停止によらずども電動制御
弁によって冷凍装置の冷凍能力を調節することが可能と
なる。

又、電動制御弁によってヒータ出力が小さくなる様に制
御できる。

更に、無駄な冷凍能力を削減し、且つ、頻繁な圧縮機の
運転停止を防止できる。

（へ）実施例 次に図面に於て実施例を説明する。第１図は本発明を適
用する冷媒回路図であり、例えば植物用又は汎用の培養
庫等の恒温庫に用いれるものである。】は電動圧縮機で
あり、圧縮機１から吐出された冷媒は凝縮器２に流入し
て放熱し、次にキャピラリチューブ３にて減圧されて蒸
発器４に流入する。蒸発器４内で冷媒が蒸発して周囲か
ら潜熱を付うことにより、蒸発器４は冷凍能力を発揮す
る。蒸発器４を出た冷媒はサクションバイブロを通過し
て圧縮機１に帰還するが、このサクションバイブロには
電動制御弁５が介設されている。

弁５は例えばステップモータによって駆動せられてその
開度を高精度で調整できるもので、それによってそこを
通過する冷媒の流量を高精度で増減するものである。第
２図に圧縮機１が運転状態で、弁５の開度と蒸発器４に
よる冷凍能力比の関係を示す１．弁５が全開の時の冷凍
能力を１とすると、開度の減少に伴い、この曲線に沿っ
て冷凍能力が現象する。又、冷凍能力の減少によって圧
縮機１の負荷が軽くなるので結果的に消費電力も減少す
る。この弁５には多少漏れがあるので全開状態でも冷凍
能力は残存している。

第３図は本発明の温度制御装置の電気回路のブロック図
を示す。７は汎用マイクロコンピュータであり、そこに
は図示しない恒温庫内の温度ＰＶを検出するセンサー８
と、恒温庫内の設定温度ＳＶを出力する設定装置９の出
力を入力とし、圧縮機ｌ、弁５及び恒温庫内を加熱する
ヒータｌＯに出力を発生してこれらを制御する。

第４図に制御系と制御対象のブロック線図を示す。まず
ヒータ１０の制御を説明する。前述のＳＶ　−Ｐ　Ｖ″
ｃ′ｇ、出される偏４ｅの値はヒータ制御手段１２に入
力され、そこで下記式■に示すＰＩＤ１寅′ｇ、処理に
よりヒータ出カド１（％）を算出する。

ここで、Ｋｐ、ＴＤ及びＴＩはそれぞれ比例定数微分定
数及び積分定数であり、サンプリング周期は例えば３秒
である。式■の比例項は偏差ｅの増減に比例してそれを
なくする様に作用し、積分項は定常偏差を無くす様に作
用し、微分項は偏差ｅの急激な変化を抑制する様に作用
するもので、この制御によってマイクロコンピュータ７
は庫内温度Ｐ■を設定温度Ｓｖに近付ける様にヒータ１
０の発熱量を増減し、精密に調節する。

次に、弁５の動作を説明する。１３は前述の弁制御手段
であり、同様に偏１ｅの値を入力し、更に、ヒータ手段
１２からのヒータ出力Ｈを入力する。弁制御手段１３は
下記式のにより偏差ｅのサンプリング周期毎の変化量Ｅ
Ｄを、又、式■により変化の速度ＤＥＤを算出する。

Ｅ　Ｄ　＝ｅ　ｌｌｅ　ｎ　−１”’■Ｄ　Ｅ　Ｄ　＝
（ｅ　、　−ｅ　、−＋）−（ｅ　ｓ−１−ｅ　、ｚ）
　　−■弁制御手段１３はこれらの値をヒータ出力Ｈに
加算して、下記式■により弁５の制御出力Ｙを算出する
。

Ｙ＝Ｈ＋Ｘ、ＥＤ＋Ｘ２ＤＥＤ　　　　　　　　・・・
■Ｘ、　　Ｘ、はヒータ１０の出力（％）に適合させる
ための係数であり、ｘ、〉０、Ｘ、＞Ｏとする。

第５図にヒータ出力Ｈと弁５の動作の関係をグラフで示
し、第６図にマイクロコンピュータ７の弁５の制御の為
のソフトウェアを示すフローチャトを示す。

ステップ１４で前記出力Ｙを算出してステップ１５でＥ
Ｄが例えば０以上か否か判断し、０以下の時はステップ
１６に進んでＹがＸ１％以下か判断し、以下であればス
テップ１７に進んで弁５を一段階開く。一方ステップ１
５でＦＤが０より大きい時はステップ１８に進みＹがＸ
４％以上か否か判断し、以上であれば弁５を一段階閉じ
る。ここでＸ、＞Ｘｌとする。

これらの動作を第５図で説明する。横軸はヒータ出力（
％）を示し、縦軸は前述のＥＤを示す。

実線で示すｌ７．の−Ｌ方が弁開動作領域、Ｌ２の下ｈ
゛が力λ閉動作領域、Ｌｌとり７間が不感帯をそれぞれ
示す。ここで、Ｌ、、Ｌ、は変化の速度ＤＥＤが０のと
きの動作を示し、また、ＥＤが０以下のときは温度Ｐ■
は上昇している場合であり、ＥＤが０より大きいときは
温度Ｐｖが降下している場合であるので、区分けして判
断する（ステップ１５の処理）。

庫内温度ＰＶが降下しているときにヒータ出力１１が大
きいときは弁５を閉じて冷凍能力を減少させて温度ＰＶ
の降下を抑制し、ヒータ出力Ｈを削減する様動作する。

このとき前記式■右辺がＨ項のみであるとＹは１１がＸ
４以上のときにのみ弁５を閉じる（ステップ１９の処理
）ことになるが、Ｘ、ＥＤの項が存在するため、温度降
下量が大きい場合はトＩがある程度小さい状態から弁５
を閉じろ様になる。これがＬ２の傾斜部分で示される。

更に、式のにはＸ。

ＤＥＤの項が存在するため、この項の値が十に大きいと
きには破線で示すＬ　、に移行する。即ち降下速度が大
きいときにはＨがより小さい段階から弁５を閉じ、冷凍
能力を減少せしめる様になる。

逆に、降下速度が小さいときは破線で示すＬ４に移行し
、ＩＩがより大きい状態となってから弁５を閉じる様に
なる。これによって温度ＰＶの変動を小さくし、安定的
に設定値ＳＶに制御できるようになる。

庫内温度Ｐ■が−Ｆ昇しているときにヒータ出力Ｈが小
さいときは弁５を開いて冷凍能力を増加させて温度Ｐ■
の上昇を抑制する。

このとき同様に式■右辺がＨ項のみであるとＹはＨがＸ
、以下のときにのみ弁５を開く（ステップ１７の処理）
ことになるが、Ｘ、ＥＤの項が存在するため、温度上昇
量が大きい場合はＨがある程度大きい状態から弁５を開
く様になる。これが１４、の傾斜部分で示される。更に
、式■にはＸ、ＤＥＤの項が存在するため、この項の値
が−に大きいときには破線で示すし、に移行する。即ち
、上ｒｌ−速度が大きいときにはＨがより大きい段階か
ら弁５を開き、冷凍能力を増大せしめる様になる。

逆に、降下速度が小さいときは破線で示すし、に移行し
、１１がより小さい状態となってから弁５を開く様にな
る。これれらの制御によって温度Ｐｖの変動を小さくし
、精密に設定値Ｓ■に制御できるようになる。

次に圧縮機ｌの動作を説明する。第４図で２１は圧縮機
制御手段であり、前述の偏差ｅとヒータ出力Ｈ及び弁５
の開度に関する出力を入力し、圧縮機１の起動停止を判
断する。

第７１’ｌにマイクロコンピュータ７の圧縮機ｌの制御
の為のソフトウェアを示すフローチャートを示す、ステ
ップ２２でｐｖが５ｖ−ｘ、（”ｃ）以下か、即ち、偏
差ｅがＸ６以上か否か判断し、Ｐｖが５Ｖ−Ｘ、以下で
あればステップ２３に進む。

Ｘ、は例えば０．３℃等の値である。ステ・Ｖブ２３で
はヒータ出力Ｈが例えば５０％等の値ｘ６以上か否か判
断し、以上であればステップ２４で弁５が現在全閉か否
か判断し、全開であればステップ２５で圧縮機ｌを停止
する。ステップ２２．２３．２４で全て否であればステ
ップ２６でＰＶがｓ　ｖ　＋　ｘ　、（ｔ：　）より大
きいか、即ち、偏差ｅが−Ｘ、より小さいか否か判断し
、ＰｖがＳＶ＋Ｘ。

より大きければステップ２６に進み、ヒータ出力Ｈが例
えば２５％等の値Ｘ７以下か否か判断し、以下であれば
ステップ２８で圧縮機１を起動する。

即ち、圧縮機１は庫内温度ＰＶが設定温度Ｓ■よりＸ１
℃以上低くなるとヒータ出力ＨがＸ６％以上で、且つ、
弁５が全開のときに停止する。これは弁５が全閉時には
それ以上の冷凍能力の低下は弁５によっては行えず、又
、ヒータ出力Ｈが低い状態では温度ＰＶが低下しても出
力Ｈの増加によ、って対処できるが、ある程度高い状態
では加熱効果が相対的に低くなること、及びヒータｌＯ
の消費電力の削減の為である。

又、圧縮機１は庫内温度Ｐ　Ｖが設定温度ＳＶよりＸ３
℃以上高くなり、且つ、ヒータ出力ＨがＸ７　％以下の
ときに起動することになる。これはヒータ出カド（が低
いときで、温度ＰＶが上昇しているときはそれ以上の温
度低下が期待できず、圧縮機１によって冷凍能力を発揮
させる必要があるかるである。

こね−によって温度Ｐｖは設定温度ＳＶ付近から逸脱せ
ず、且つ、ヒータの消費電力を削減できるようになる。

尚、実施例では本発明をインキコ、ベータの温度制御に
適用したが、それに限られずショウケース等の他の恒温
装置にも適用可能である。又、電動制御イ１−の開度は
所定のサンプリング周明毎に一段階ずつ変更したが、そ
れに限らず、目標とする開度に直接変更する方式でも良
い。

（ト）発明の効果 Ｊｒ１求項ｌの発明によれば、ヒータの加熱と冷凍装置
の冷却によって制御対象の温度を広範囲の設定温度に制
御可能となる。又、電動制御弁の調節によって温度変動
及び除湿量の少ない晴密な温度制御が可能となる。

又、請求項２の発明によれば、ヒータ出力を小さくする
ように電動制御弁を制御してヒータ出力と圧縮機の負荷
軽減による消費電力の削減が可能となる。

更に請求項３の発明によれば圧縮機の適正な起動、停止
によって制御対象の温度制御性能を向上し、且つ、無駄
な冷凍能力ヒータ出力を削減し、省エネルギー寄与でき
る。

【図面の簡単な説明】

各図は本発明の実施例を示し、第１図は冷媒回路図、第
２図は電動制御弁と冷凍能力比の関係を示す図、第３図
は電気回路のプロ・ンク図、第４図は制御系と制御対象
のプロ・７り線図、第５図はヒータ出力と電動制御弁の
動作の関係を示す図、第６図はマイクロコンピュータの
電動制御弁の制御の為のソフトウェアを示すフローチャ
ート、第７図はマイクロコンピュータの圧縮機の制御の
為のソフトウェアを示すフローチャートである。 １・−圧縮機、４・・・蒸発器、５・・・電動制御弁、
７・・・マイクロコンピュータ、８・・・センサー、ｌ
Ｏ・・・ヒータ。。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）制御対象を加熱するヒータと、前記制御対象を冷却
   する為の蒸発器及び圧縮機等から成る冷凍装置と、前記
   圧縮機の吸入側に接続された電動制御弁と、前記制御対
   象の温度と設定温度に基づいて前記ヒータ、圧縮機及び
   電動制御弁を制御し、前記ヒータによる加熱と蒸発器に
   よる冷却により前記制御対象の温度を制御する制御装置
   とから構成したことを特徴とする温度制御装置。 ２）制御装置はヒータ出力に関するデータに、制御対象
   の温度変化に基づくデータを加算した結果によって電動
   制御弁の開度を決定することを特徴とする請求項１記載
   の温度制御装置。 ３）制御装置は制御対象の温度と設定温度との偏差、ヒ
   ータ出力値及び電動制御弁の開度に基づき圧縮機を停止
   し、前記偏差及びヒータ出力値に基づき圧縮機を起動す
   ることを特徴とする請求項１記載の温度制御装置。