JPH09152172A - 加熱・加湿出力変換式環境試験装置 - Google Patents
加熱・加湿出力変換式環境試験装置Info
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- JPH09152172A JPH09152172A JP8199633A JP19963396A JPH09152172A JP H09152172 A JPH09152172 A JP H09152172A JP 8199633 A JP8199633 A JP 8199633A JP 19963396 A JP19963396 A JP 19963396A JP H09152172 A JPH09152172 A JP H09152172A
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Abstract
低減する。 【構成】 環境試験装置は、送風機4、冷凍機5、加熱
器6、加湿器7、温調器10等に加えて、加熱出力と加
湿出力との合計が100%を超えるとそれらの比率で1
00%になるように変換した制御出力を発生させる出力
変換部11a及び変換された出力を加熱器及び加湿器に
制御周期内で時間をずらして与える運転時間設定部11
bを備えた加熱器・加湿器制御装置11を有する。 【効果】 加熱器と加湿器とがそれぞれ定格出力で同時
オンする状態を回避でき、最大電力及び最大電流値を加
熱器又は加湿器の何れか大きい方の定格出力に対応した
値にすることができる。従って、環境試験装置やこれが
設置される電気設備の容量を大幅に低減させることがで
きる。
Description
を持つ加熱器及び加湿器を備え試験室内が目的とする温
度及び湿度にるように前記加熱器及び加湿器を制御する
環境試験装置に関する。
湿度の設定値と実測値との偏差やその他の諸条件を適宜
取り込んで加熱出力及び加湿出力を決定し、これらの出
力値に対応して加熱器及び加湿器を駆動制御している。
この制御は、制御の安定性や制御系の簡素化等のため
に、加熱器及び加湿器の出力自体を制御することなく、
図9に示す如く、加熱器及び加湿器自体は定格出力でオ
ン/オフ運転し、決定された加熱出力及び加湿出力に対
して、制御周期中における加熱器及び加湿器の運転時間
(オン/オフ時間)を、それぞれの出力に直接対応した
時間にする方法で行われている。図では、制御周期をT
とし、加熱出力又は加湿出力がそれぞれ100%、0
%、50%である場合の加熱器又は加湿器のオン/オフ
状態を示す。
器の定格出力を有効にするために、同図に示す如く出力
100%では制御周期の全期間を運転時間にする必要が
ある。そのため、加熱器及び加湿器が同時に定格出力で
運転される状態が必ず発生する。又従来の装置では、加
熱器及び加湿器がそれぞれ独立して制御されていて、そ
れぞれの制御周期において、それらは同時にオンになっ
ていた。その結果、従来の環境試験装置では、加熱・加
湿出力の合計値がそれ程大きくならない運転状態が多い
にもかかわらず、最大電力(KW)及び最大電流値は加
熱器及び加湿器の定格出力に対応した値の合計になり、
大きな値になっていた。
電力消費量(KWh)は加熱・加湿出力との合計に比例
した値になるので問題はないが、最大電力及び最大電流
値によって決定される環境試験装置の電気設備の容量が
大きくなると共に、装置を設置する工場の給電設備等も
過大な容量になるという問題があった。
ける上記問題を解決し、加熱器及び加湿器の定格出力を
有効に利用しつつ、関連する電気設備の容量を低減でき
る環境試験装置を提供することを課題とする。
するために、請求項1の発明は、それぞれ定格出力を持
つ加熱器及び加湿器を備え試験室内が目的とする温度及
び湿度になるように前記加熱器及び加湿器を制御する環
境試験装置において、運転条件に対応して前記加熱器及
び前記加湿器の前記それぞれの定格出力に対する出力率
である加熱出力及び加湿出力を発生させる加熱・加湿出
力発生手段と、前記加熱出力及び前記加湿出力を受信し
てそれらの合計出力が100%又はこれに近い所定値以
下のときにはそれぞれの出力を発信し前記所定値より大
きいときには合計出力が前記所定値になるように変換さ
れた加熱器制御出力及び加湿器制御出力を発信する出力
変換手段と、該出力変換手段から発信された出力を受信
して前記加熱器及び前記加湿器を前記それぞれの定格出
力で運転すべき運転時間を計算すると共に該運転時間を
互いに分離された時間として発信する運転時間設定手段
と、を有することを特徴とし、請求項2の発明は、上記
に加えて、前記合計出力が前記所定値より大きいときに
は、前記加熱器制御出力及び前記加湿器制御出力を前記
加熱出力及び前記加湿出力の比率に比例配分することを
特徴とし、請求項3の発明は、請求項1の発明の特徴に
加えて、前記合計出力が前記所定値より大きいときに
は、前記加熱出力を前記加熱器制御出力とし(前記所定
値−前記加熱器制御出力)を前記加湿器制御出力とする
ことを特徴とする。請求項4の発明は、請求項1の発明
の特徴に加えて、前記合計出力が前記所定値より大きい
ときには、前記加湿出力を前記加湿器制御出力とし(前
記所定値−前記加湿器制御出力)を前記加熱器制御出力
とすることを特徴とする。
る環境試験装置及びその制御装置の一部分の構成を示
す。環境試験装置は、断熱壁1内に設けられた試験室2
及び空調室3、空気を循環させる送風機4、蒸発器5a
及びこれに冷媒を送る冷凍機5、加熱器6、蒸気発散部
7aを備えこれに蒸発させた蒸気を送る加湿器7、温度
センサ8、湿度センサ9、加熱・加湿出力発生手段とし
ての温調器10、出力変換手段としての出力変換部11
a及び運転時間設定手段としての運転時間設定部11b
を備えた加熱器・加湿器制御装置11、その制御信号に
よって回路をオン/オフさせる固体継電器12、13、
電源14、保安装置15、電磁接触器16、17等を備
えている。
環空気の冷却及び除湿が行われると共に、加熱器6及び
加湿器7の加熱量及び加湿量が制御され、試験室2内の
温湿度が調整される。温調器10、加熱器・加湿器制御
装置11等は環境試験装置の制御装置の一部分を構成す
る。
備えていると共に、温度センサ8及び湿度センサ9が検
出した温湿度信号を受信し、温湿度の設定値と温湿度セ
ンサの検出値との偏差や検出値の変化率等の運転条件に
対応して、通常用いられる種々の方法で加熱器6及び加
湿器7を駆動すべき一次的な出力を発信する。この出力
は、加熱器6及び加湿器7のそれぞれの定格出力に対す
る出力率である加熱出力D(%)及び加湿出力W(%)
として発信される。
出力Wを受信し、それらの合計出力が所定値として10
0%以下のときには、それぞれの出力をそのまま加熱器
制御出力D´及び加湿器制御出力W´として発信し、合
計出力が100%より大きいときには、それが100%
になるように変換された加熱器制御出力D´及び加湿器
制御出力W´を発信する。
ば、100%を、入力した加熱出力D及び加湿出力Wの
比率で比例配分する比例変換方法、加熱出力を優先させ
てそのままD´とし加湿出力を100%とD´との差に
する優先変換方法、温湿度上昇中には後者の方法を用い
設定値に到達後には前者の方法を用いる併用方法、温湿
度上昇中には先ず加熱器制御出力を100%にして温度
が設定値に近付いた後に前者の方法に切り換える方法、
この反対に温度又は温湿度上昇中には加湿器制御出力を
優先させてそのままW´とし加熱出力を100%とW´
との差にする加湿優先変換方法、温湿度上昇中にはまず
加湿器制御出力を100%にして湿度が設定値に近づい
た後に前記比例変換方法を用いる方法等、種々の方法を
採用することができる。
すと、 比例変換方法: D+W≦100 のとき---D'=D, W'=W D+W>100 のとき---D'=[D/(D+W)] ×100, W'=[W/(D+
W)]×100 --式(1) 優先変換方法(加熱出力優先): D+W≦100 のとき---D'=D, W'=W D+W>100 のとき---D'=D, W'=100-D' -----式(2) 他の優先変換方法(加湿出力優先): D+W≦100 のとき---D'=D, W'=W D+W>100 のとき---W'=W, D'=100-W' -----式(3) となる。
す。図2は比例変換方法の場合である。出力変換部11
aは、温調器10からの加熱出力D及び加湿出力Wを受
信し(Sー1)、これらの合計が100%以下かどうか
を判断し(Sー2)、100%以下のときにはそれぞれ
の出力を変換された制御出力D´及びW´として発信し
(Sー3)、100%を超えるときには、上記式(1)
で計算した値をD´及びW´として発信する(Sー
4)。図3は優先変換方法の場合で、DとWの合計が1
00%以下の場合は図2のフローと同じで、100%を
超えるときには、上記式(2)で計算した値をD´及び
W´として発信する(Sー4)。
Wの合計が100%以下の場合には図2のフローと同じ
であるが、100%を超えるときには、上記式(3)で
計算した値をW´及びD´として発信する(Sー4)。
即ち、加湿出力W´を優先させる。
ように設定変更したときの相対湿度の落ち込み状態を示
す。温度設定値を上げると、通常の制御では加熱出力が
大きくなって試験室内及び循環している空気の温度が上
昇するが、この温度上昇は当然に相対湿度の低下を招
く。その結果、必要加湿量が増加して加湿出力も大きく
なるが、温度上昇の速度が早く、加湿器の能力の限界に
よって加湿しても相対湿度が追従せず、相対湿度の現在
値RHpvが低下する傾向になる。図3の加熱出力優先
変換方法によれば、温湿度の設定値への到達時間が短く
なる利点はあるが、その反対に、上記のような設定値へ
の到達過程における相対湿度の落ち込みや、これに伴う
制御乱れが発生し易くなる。試料や試験の種類等によっ
ては、相対湿度の低下や制御乱れが問題になる場合もあ
る。
法によれば、加湿出力W´が100%又はこれに近くな
り、加熱出力D´=100−W´は0又はこれに近い値
になるので、殆ど加湿器の顕熱分のみで温度上昇してい
く。そのため、温度上昇はある程度緩慢になるが、相対
湿度の落ち込みを防止することができる。そして、相対
湿度が設定値に近くなるか又は到達すると、加湿出力W
´が小さくなって加熱出力D´が次第に大きくなり、速
やかに設定温度に到達する。従って、全体的に設定温度
への到達時間は多少長くなるが、相対湿度を維持しつつ
温度も上昇するため、実環境に近い条件で試験を行え
る。又制御乱れも防止できる。
記現象の発生例を示す。実際の装置では、試験室の壁面
や床面等に水滴が付着していることがあり、このような
場合には、従来の制御方法や本発明の図2、図3の制御
方法によれば、急激な温度上昇が問題になることがあ
る。この例は、15°C−90%RHの安定した運転状
態から50°C−35%RHに設定値を変更したときの
過渡現象を示す。
激に起こり、設定値35%よりも更に落ち込むような傾
向を示している。加湿器が対応できない場合には、この
現象が問題になることもある。一方、この装置では、試
験室内に水分負荷が存在していたため、急激な相対湿度
の低下によりその水分が蒸発し、B部分に示すように、
相対湿度が設定値に到達する前に既にRHのオーバーシ
ュート効果が発生している。図ではオーバーシュートの
効果が比較的短時間で終了しているが、これが長く続く
場合も多い。図4に示す加湿出力優先制御を用いると、
このような装置における不具合を防止でき、温湿度を早
く設定値に到達できる効果もある。
ある上記のような問題の対策としては、温度上昇により
必要となる加湿量が加湿器の能力以内におさまるよう
に、温度上昇の時間を長くする方法もあるが、そのため
には、温調器に温湿度の勾配設定機能を持たせる必要が
あり、装置や制御が複雑化する。しかも、実際の装置で
上記効果の得られる適当な温度上昇時間の設定値を定め
るのが容易でないという新たな問題も生ずる。図4の制
御によれば、温度の急上昇に伴う問題を簡易に防止する
ことができる。
aから発信された変換された制御出力を受信し、加熱器
6及び加湿器7をそれぞれの定格出力で運転すべき運転
時間を計算すると共に、それらの運転時間を分離された
時間として発信し、加熱器6及び加湿器7に与える。こ
の制御方法は、加熱器6と加湿器7とを独立して制御す
る従来の方法とは異なったものである。
設定をする場合の例を示す。なお、図では、それぞれの
制御周期において、加熱器を運転した後に加湿器を運転
する例を示しているが、この反対であってもよいことは
勿論である。
%、W=W´=30%、制御周期=10秒の場合であ
る。それぞれの出力に対応した運転時間は、D´T=1
0×0.5=5秒、W´T=10×0.3=3秒にな
り、加熱器及び加湿器を定格出力の下にタイミングをず
らせてオン/オフさせる状態は図示のようになる。
D´=60%、W´=40%、D´T=6秒、W´T=
4秒の場合を示す。この場合には、制御周期10秒が全
て加熱器及び加湿器のオン時間に用いられる。一方、こ
のような場合には、従来の加熱器及び加湿器の制御方法
では、図8(a)のようになり、4.8秒の同時オン時
間が発生する。又、同図(b)のように、加熱器と加湿
器とのオン時期をずらせても、加湿器のオン時間を制御
周期以内におさめるためには、2秒の同時オン時間の発
生が避けられない。本発明によればこのようにD+Wが
100%を超えても、図7(b)に示すように、加熱器
と加湿器との同時オンの状態を回避できる。
場合に、D´=72%、W´=28%、D´T=7.2
秒、W´T=2.8秒にした例を示す。このようにする
と、温度が先に設定値に到達するので、その過程で加熱
出力が次第に低下し、加湿出力が次第に上昇する。そし
て、同図(d)のように、例えばD=10%、W=90
%の状態を経由するとすれば、このときには、D´=1
0%、W´=90%、D´T=1秒、W´T=9秒にな
る。この方法でも、同様に加熱器と加湿器との同時オン
を回避できる。そして、温湿度上昇時には、D´を優先
させることにより、より早く温湿度を設定値に到達させ
ることができる。
しては、例えば加熱器への加熱出力と加湿器への加湿出
力とが同時に行われないようにインターロックする等、
公知の種々の方法を用いることができる。又、実際の制
御においては、それぞれの制御周期における出力時間の
端で微小な位相ずれが発生するが、制御周期は通常数秒
間になっているため、この程度の位相ずれはほとんど問
題にならない。但し、このような位相ずれを考慮して、
1波長分、例えば20msec程度(50Hzの場合)の時
間差を設けて加熱出力及び加湿出力を出すようにしても
よい。なお以上では、比例変換方法、加熱出力優先変換
方法、加湿出力優先変換方法等を別個に説明したが、1
つの環境試験装置がこれらの方法を実現できる制御ロジ
ックの全て又は複数を備えていて、試料や試験の種類等
によってこれらのうちの最適なものに切り換えられるよ
うな装置であってもよい。
発明においては、出力変換手段を設け、これにより、加
熱・加湿出力発生手段で発生させた加熱出力及び加湿出
力を入力し、それらの合計出力が100%又はこれに近
い所定値以下のときにはそれぞれの出力を発信し、所定
値より大きいときには合計出力が所定値になるように変
換された加熱器制御出力及び加湿器制御出力を発信させ
るので、合計出力を常に所定値以下に押さえることがで
きる。この所定値は、100%であることが望ましい
が、各種環境試験装置の制御特性や冷凍能力の制御方式
等によっては、例えば90%程度であってもよい。
合計が100%を超えないようにすれば、制御周期中の
加熱器及び加湿器の定格運転時間を分離させることが可
能になる。即ち、例えば制御周期をT時間とし、変換さ
れた加熱器制御出力が70%で加湿器制御出力が30%
になったとすれば、制御周期内における加熱器の運転時
間を(7/10)Tとし、加湿器の運転時間を(3/1
0)Tとし、これらの時間を分離させることが可能にな
る。
より、出力変換手段から発信された出力を入力して加熱
器と加湿器とをそれぞれの定格出力で運転する運転時間
を計算すると共に、該運転時間を分離した時間として発
信するので、加熱器及び加湿器は制御周期内で別々の時
間に運転される。
加熱器と加湿器との分離運転とを組み合わせることによ
り、如何なる場合にも、最大電力及び最大電流値を、加
熱器又は加湿器の何れか大きい方の定格出力に対応した
値にすることができる。加熱器の定格出力と加湿器の定
格出力とが同じである場合には、最大電力及び最大電流
値を従来の1/2にすることができる。その結果、最大
電力や最大電流値で決定されるブレーカー容量や配線サ
イズ等の環境試験装置の電気設備が大幅に小型化され、
材料費や工事費用の低減、工期の短縮を図ることがで
き、更に、環境試験装置が設置される工場等の一次側電
気設備容量を軽減させることができる。又、加熱器と加
湿器とをシリーズに運転することになるので、これらの
容量が同じである場合には、従来それぞれに対して設け
られていた過電流保護回路等の保安装置を1つで共用す
ることが可能になり、一層電気設備のコスト低減と簡素
化が図られる。
条件と加熱出力及び加湿出力との関係を見れば、通常、
最も多い運転状態である温湿度安定時には、加熱出力と
加湿出力の合計は100%より低い値になっている。環
境試験装置では、冷凍回路の冷凍能力が段階的に制御さ
れているものも多く、このような環境試験装置では、通
常運転における加熱・加湿出力は特に小さい値になる。
従って、温度又は湿度の上昇時を含めた通常の運転状態
では、本発明のような制御を行っても、加熱器及び加湿
器の定格出力が十分活用され、温湿度の制御性は従来ど
おり良好に維持される。
び湿度を共に現在の運転状態よりも高い値に設定する温
湿度上昇運転条件がある。このときには、その設定値如
何によっては、加熱出力及び加湿出力が共に100%又
はこれに近い値になる場合も発生する。このような条件
において両出力の合計を100%以下に制限すれば、設
定温湿度に到達するまでの時間は長くなる。しかし、環
境試験装置の温湿度特性として、温湿度を共に上昇させ
る設定をすると、通常、まず温度が先に上昇して設定値
に到達し、その後緩慢に湿度が上昇して設定値に到達す
る過程をたどる。このため、本発明を適用しても、主と
して設定温度への到達時間が伸びることになり、温湿度
の設定値への到達時間全体しては、それ程大幅に長くな
ることはない。なお、環境試験装置では、加湿制御時期
を意図的に遅らせることにより、試験室内における試料
等への結露防止を図る場合もある。従って、特に温湿度
上昇運転を頻繁に行うような環境試験装置でなければ、
このような条件における設定値到達時間のある程度の遅
延は、実用上殆ど問題にならない。
明の効果に加えて、出力変換手段は、合計出力が所定値
より大きいときには、変換される加熱器制御出力と加湿
器制御出力とを入力時の加熱出力及び加湿出力の比率に
比例配分するので、出力自体は変わってもその比率は変
化せず、最適な制御状態を維持することができる。
明の効果に加えて、出力変換手段は、合計出力が所定値
より大きいときには、入力した加熱出力をそのまま変換
された加熱器制御出力にすると共に、(所定値−加熱器
制御出力)を変換された加湿器制御出力にするので、温
湿度の大幅な上昇時のように両出力が100%近くにな
る場合に、早く設定値に到達する温度を優先させて効果
的に上昇させ、その後に湿度を上昇させることにより、
温湿度の設定値への到達時間を短くすることができる。
この場合、温度が設定値に近付くと、加熱出力が次第に
低下し、加湿出力が次第に大きくなるので、加熱を主と
した制御から加湿を主とした制御への切り換えが円滑に
行われる。又、このように温度を優先させて上昇させる
と、前述の如く試料への結露を防止できる利点も生ず
る。
先させた制御ができるので、請求項1の発明の効果に加
えて、温度もしくは温湿度上昇時における相対湿度の落
ち込みを確実に防止し、実環境に近い試験ができると共
に、制御乱れの発生を防止することができる。
明図である。
ローチャートである。
フローチャートである。
示すフローチャートである。
上げたとき及び温度設定値を上げたときの通常の制御に
おける温度及び湿度の変化状態を示す説明図である。
場合の温度及び相対湿度の変化状態の実測曲線図であ
る。
設定例を示す説明図である。
来の方法を用いた場合を示し、(b)は従来の方法を一
部変更した場合を示す。
Claims (4)
- 【請求項1】 それぞれ定格出力を持つ加熱器及び加湿
器を備え試験室内が目的とする温度及び湿度になるよう
に前記加熱器及び加湿器を制御する環境試験装置におい
て、 運転条件に対応して前記加熱器及び前記加湿器の前記そ
れぞれの定格出力に対する出力率である加熱出力及び加
湿出力を発生させる加熱・加湿出力発生手段と、前記加
熱出力及び前記加湿出力を受信してそれらの合計出力が
100%又はこれに近い所定値以下のときにはそれぞれ
の出力を発信し前記所定値より大きいときには合計出力
が前記所定値になるように変換された加熱器制御出力及
び加湿器制御出力を発信する出力変換手段と、該出力変
換手段から発信された出力を受信して前記加熱器及び前
記加湿器を前記それぞれの定格出力で運転すべき運転時
間を計算すると共に該運転時間を互いに分離された時間
として発信する運転時間設定手段と、を有することを特
徴とする環境試験装置。 - 【請求項2】 前記合計出力が前記所定値より大きいと
きには、前記加熱器制御出力及び前記加湿器制御出力を
前記加熱出力及び前記加湿出力の比率に比例配分するこ
とを特徴とする請求項1に記載の環境試験装置。 - 【請求項3】 前記合計出力が前記所定値より大きいと
きには、前記加熱出力を前記加熱器制御出力とし(前記
所定値−前記加熱器制御出力)を前記加湿器制御出力と
することを特徴とする請求項1に記載の環境試験装置。 - 【請求項4】 前記合計出力が前記所定値より大きいと
きには、前記加湿出力を前記加湿器制御出力とし(前記
所定値−前記加湿器制御出力)を前記加熱器制御出力と
することを特徴とする請求項1に記載の環境試験装置。
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