JPH10149225A - 発熱試料を処理する恒温装置の温度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 制御性の向上と省エネを図る。 【解決手段】 設定温度Ｔ₁ になるようにヒータ１４、
１４´を制御する加熱調節器２２、温度安定時等にヒー
タ１４´をオフにするオンオフ制御器２８、Ｔ₁ より高
い設定温度Ｔ₂ になるように排気ファン１５のモータ１
５ａの回転速度を制御するための冷却制御器２４、その
出力に対応して出力が小さくなるように変換する出力変
換器２６等を有する。 【効果】 発熱試料が発熱して器内温度がＴ₂ 以上にな
るときに、冷却制御器２４で検出温度とＴ₂ との差に対
応した出力Ｃを発信し、これをＣ´＝ＫＣ（ＫはＣに対
応した値で１以下）に変換することにより、排気ファン
１５による過冷却を防止し、器内温度の落ち込みによる
ヒータのオン／オフを回避する。その結果、制御乱れが
なくなって制御性が向上すると共に、省エネを図ること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加熱手段と冷却手
段とを備えた恒温装置の恒温室内の温度をほぼ一定の温
度に制御できるようにした恒温装置の温度制御装置に関
し、特に発熱試料を処理する装置の温度制御技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】発熱試料を処理できる従来の恒温器とし
ては、例えば、加熱手段としてのヒータと冷却手段とし
ての換気装置とを備え、第１の設定温度でヒータを制御
すると共に、これより少し高い第２の設定温度を設け
て、検出温度と第２設定温度との温度差に対応して換気
装置のファン出力を制御し、通常の恒温器よりも省エネ
を図るようにした温度制御装置が提案されている（特開
昭６３−７９１１４号公報参照）。

【０００３】しかしながら、この種の恒温槽では、試料
交換時や設定温度を下げるときに早く目的とする温度に
到達させるために、換気装置がある程度大きな冷却能力
を持つように計画されているのが一般的である。又、仮
に槽内急冷用に別の急冷ダンパーや急冷ファンを設ける
としても、換気装置は槽内に入れられる試料の最大負荷
に対応できるだけの冷却能力を持つ必要がある。そのた
め、槽内に入れられる試料が通常時よりも極めて少ない
場合等には、換気装置が必要な冷却能力に対して極めて
過大な能力を持つことになる。従って、上記温度制御装
置のように、単に検出温度と第２設定温度との差に対応
した制御出力によってファン出力を制御すると、大きな
冷却能力を持つ換気装置の冷却効果によって器内の熱変
動が大きくなり過ぎ、器内が第１設定温度以下になって
ヒータをオンにすることが多かった。その結果、十分な
省エネが図れないと共に、ヒータのオンオフが繰り返さ
れ制御乱れを発生させるという問題があった。一方、こ
の問題を解決するために、第１設定温度と第２設定温度
との温度差を大きくすると、試験温度の幅が広がり、精
度のよい温度試験を行うことができないという不具合が
生ずる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は従来技術に於
ける上記問題を解決し、試験温度の精度を低下させるこ
となく、確実に省エネを図ると共に安定した制御のでき
る恒温装置の温度制御装置を提供することを課題とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、請求項１の発明は、加熱手段と冷却手段と
を備えた恒温装置の恒温室内の温度をほぼ一定の温度に
制御できるようにした恒温装置の温度制御装置におい
て、前記恒温室内の温度を検出する温度検出手段と、該
温度検出手段の検出温度が前記ほぼ一定の温度のうちの
第１設定温度になるように前記加熱手段を制御する加熱
制御部と、前記検出温度が前記第１設定温度より高い第
２設定温度になると前記冷却手段の能力を制御する冷却
制御部であって、前記検出温度と前記第２設定温度との
差に対応して制御出力を発生させる出力部分と前記制御
出力に対応して該制御出力以下の出力値になるように前
記制御出力を変換する出力変換部分とを備えた第２制御
部と、を有することを特徴とする。

【０００６】請求項２の発明は、上記に加えて、前記冷
却制御部は前記恒温装置の運転条件によって前記制御出
力の最大値を固定する出力固定部分を有することを特徴
とする。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１は本発明を適用できる恒温装
置及びその温度制御装置の構成例を示す。恒温装置であ
る恒温器１は、断熱壁１１で囲われた恒温室である器内
１２とこれから仕切られた空調ダクト部１３とを備え、
空調ダクト部に設置された加熱手段としての電気ヒータ
１４、１４´、器内の排気口１２ａ部分に設けられた冷
却手段としての排気ファン１５、器内と空調ダクト部と
の間で熱風を循環させる循環ファン１６、半導体デバイ
スや電気／電子機器又は部品等の発熱試料Ｗを載置する
ための棚１７、吸気口１８等を備えている。発熱試料Ｗ
は、恒温器１の外部に設置され給電や動作制御等を行う
駆動装置１００によって駆動される。

【０００８】恒温器の温度制御装置は、恒温器１の器内
１２の温度をほぼ一定の温度Ｔ₁ 〜Ｔ₂ に制御できる装
置であり、器内温度を検出する温度検出手段としての温
度センサ２１、２１´、温度センサ２１が検出した検出
温度Ｔが第１設定温度である温度Ｔ₁ になるようにヒー
タ１４、１４´を制御する加熱制御部としての加熱調節
器２２及びヒータ駆動器２３、２３´、温度センサ２１
´が検出した温度がＴ₁ より高い第２設定温度であるＴ
₂ になると排気ファン１５の能力を制御する冷却制御部
の出力部分としての冷却調節器２４及びモータ駆動器２
５、出力変換部分及び出力固定部分としての出力変換器
２６等によって構成されている。

【０００９】温度センサ２１、２１´は、本例では器内
１２において循環ファンの空気吹出口の近くに設けられ
ている。但し、器内１２の温度を直接検出する代わり
に、その温度に対応した温度として例えば空調ダクト１
３内の温度を検出するようにしてもよい。又、温度セン
サ２１、２１´を１つにして、その検出信号を加熱調節
器２２及び冷却調節器２４に供給することも可能であ
る。

【００１０】電気ヒータ１４、１４´は、本例では同じ
容量のものである。但し、対象とする試料や恒温器の特
性等によっては、それぞれの容量比率を変えてもよい。
又、これらを一緒にして１台の電気ヒータにしてもよ
い。加熱調節器２２は、比例制御のような簡単な制御を
行うものであってもよいし、ＰＩＤ制御又はファジー制
御等を行うものでもよい。ヒータ駆動器２３、２３´と
しては、加熱調節器２２の出力信号に対応して電気ヒー
タ１４、１４´に流す電流値等を制御するものや、出力
を一定にして短時間の制御周期におけるオン／オフ時間
を制御できる固定継電器（ＳＳＲ）等が用いられる。

【００１１】電気ヒータ１４、１４´やヒータ駆動器２
３、２３´を１台にしても、加熱調節器２２によって器
内１２の温度を一定温度Ｔ₁ に制御することができる。
しかし、本例では更に、電気ヒータ１４´に対して選択
遮断手段として接点２７を設けると共に、これを動作さ
せる選択制御手段としてマイコン等で構成されるオンオ
フ制御器２８を設けている。なお、図１では接点２７及
びオンオフ制御器２８を独立のものとして示している
が、これらの機能であるヒータ駆動器２３´によるヒー
タ１４´の所定時のオン／オフ動作を、加熱調節器２２
の演算機能によって行わせることもできる。

【００１２】図２はオンオフ制御器２８で行われる制御
フローを示す。この制御では、加熱調節器２２の加熱出
力Ｈが５０％以下かどうかを判断し（Ｓー１）、以下の
ときにはタイマー１（図示せず）をスタートさせ（Ｓー
２）、タイムアップを判断したのち接点２７をオフにす
る（Ｓー３、４）。Ｈが５０％を超えたときには、これ
が１００％であるかどうかを判断し（Ｓー５）、１００
％であればタイマー２（図示せず）をスタートさせ（Ｓ
ー６）、タイムアップを判断したのち接点２７をオンに
する（Ｓー７、８）。タイマー１、２は例えば１０分及
び５秒程度に設定される。

【００１３】この制御によれば、運転モードが温度降下
時や温度安定時等にはヒータ能力を大きくする必要がな
いので１台の電気ヒータ１４のみを使用し、制御変動に
おける瞬時の加熱量を低減させ、制御の安定性と省エネ
効果を向上を図ることができる。一方、温度上昇時や大
きな加熱熱量の必要なときには電気ヒータ１４、１４´
の両方を使用し、設定温度への到達時間を早くすること
ができる。

【００１４】冷却調節器２４は、温度センサ２１´の検
出温度Ｔと第２設定温度Ｔ₂ との差に対応して制御出力
である冷却出力Ｃを発生させる。この冷却出力Ｃは、例
えば前記温度差に比例した出力である。モータ駆動器２
５は、前記のようなＳＳＲによって排気ファン１５のモ
ータ１５ａ（インダクションモータ）のオン／オフ時間
を制御する。但し、サイリスタインバータを用いて直接
モータ１５ａの回転速度を制御する等、他の駆動装置を
用いてもよい。これにより、器内１２から排出される排
気量が制御され、それに対応して吸気口１８から外気が
吸入され、換気によって器内が冷却され、器内温度がＴ
₂ になるように制御される。

【００１５】なお、前記の如く温度センサ２１´を独立
に設けることなく温度センサ２１を用いてもよい。又、
冷却調節器２４も、独立したものでなく加熱調節器２２
と一体的に構成されていてもよい。更に、冷却量の制御
として、排気ファンのモータ速度を制御する代わりに、
排気ダンパー又は吸気ダンパーを設けてその開度を調整
する等の方法を用いてもよい。又、本例では冷却手段を
排気ファン１５と吸気口１８の組合せで構成している
が、これに代えて、吸気ファンと排気口の組合せにする
ことも当然可能である。

【００１６】出力変換器２６は、冷却調節器２４の冷却
出力Ｃに対応してこの値以下の出力値Ｃ´になるように
冷却出力Ｃを変換する出力変換部分としての演算部分２
６ａを備え、更に本例では、恒温器の運転条件によって
冷却出力の最大値を固定する出力固定部分２６ｂを備え
ている。

【００１７】図３は、上記の出力変換器２６の制御フロ
ーの一例を示す。この制御では、冷却調節器２４の冷却
出力Ｃが１００％かどうかを判断し（Ｓー１）、１００
％のときにはタイマー３（図示せず）をスタートさせ
（Ｓー２）、例えば６秒程度の時間が経過したかどうか
を判断したのち（Ｓー３）、冷却出力Ｃを１００％に固
定する（Ｓー４）。Ｃが１００％でないときには、演算
部分２６ａにより、Ｃ´＝ＫＣの式から冷却出力Ｃ´を
演算させ、Ｃ´を最終制御出力にする。

【００１８】演算部分２６の式「Ｃ´＝ＫＣ」におい
て、Ｋは例えば次の表１のように定められる。

【表１】

【００１９】このようにＫを定め、上式でＣ´を計算し
てこれをモータ駆動器２５の制御出力にすれば、換気量
を少な目にして器内の急激な温度変化を防止することが
できる。その結果、平均的には発熱試料Ｗの発熱量が十
分大きくて恒温器の放熱熱量を超えるような場合に、制
御変動に伴う電気ヒータのオン／オフ動作を完全に防止
し、省エネと共に制御の安定化を図ることができる。
又、過冷却が防止され、器内温度が設定温度以下に大き
く落ち込むことがなくなるので、Ｔ₂ とＴ₁ とを近づけ
ることができ、制御温度の幅を狭くして温度制御の精度
を向上させることができる。一方、出力固定部分２６ｂ
を設ければ、試料の試験が終了したとき等に温度降下さ
せる運転モードでは、Ｃ´の演算式とは関係なく、冷却
出力最大、従って冷却能力を最大にして、器内温度を早
く降下させることができる。

【００２０】なお、上記の如く表１のＫの値は一例であ
り、実際の恒温器では、その装置の特性に合わせて試運
転等によって適当な数値に決定される。又、器内温度が
高い場合には、モータの制御出力、従って換気量が同じ
であっても冷却効果が大きくなるので、Ｋを設定温度に
対応して変化する変数とし、これも含めて計算させるよ
うにしてもよい。更に、Ｃ´＝ＣＫ＋αＴのように、Ｃ
´の計算式に温度補正項を追加してもよい。この場合、
ＴはＴ₁ 又はＴ₂ であってもよい。

【００２１】以上のような恒温器及びその温度制御装置
は次のように使用される。棚１７に発熱試料Ｗを載せ、
図示しない操作制御盤により、器内の温度を目的とする
試験温度として例えばＴ₁ ＝１２５°Ｃ、Ｔ₂ ＝１２
５．５°Ｃに設定し、スタートボタンを押して恒温器を
作動される。これにより循環ファン１６が運転される。
又、スタート時には器内温度が低いため加熱出力Ｈが１
００％になり、図２の制御によって電気ヒータ１４、１
４´がオンになり、その発熱量が最大の状態で器内温度
が上昇する。冷却出力Ｃは当然０％になっていて、排気
ファン１５は停止している。

【００２２】器内が設定温度に近づくと、駆動装置１０
０によって発熱試料Ｗを駆動し、高温環境下における作
動試験を行う。器内が設定温度に到達するか又はその間
近になると、器内温度が安定域に到達して加熱出力Ｈが
５０％以下になって持続し、図２の制御によってヒータ
１４´がオフになる。これにより、制御が安定すると共
に省エネが図られる。

【００２３】この状態で発熱試料からの発熱が加わる
と、加熱出力Ｈが更に小さくなり、ついには０になる。
そして、設定温度条件において、発熱試料からの発熱量
が恒温器から外部への放熱量を超える場合、即ち発熱試
料に供給する電力が恒温器保持電力（器内を設定温度に
保持するために必要な電力）を超える場合には、Ｈが０
になっても器内温度が上昇する。器内温度が１２５．５
°Ｃを超えると、第２設定温度との温度差に対応して冷
却調節器２５が冷却出力Ｃを発信する。この出力によ
り、出力変換器２６は、その演算部分２６ａでＣ´＝Ｋ
Ｃの計算を行ない、変換された制御出力Ｃ´をモータ駆
動器２５に与え、排気ファン１５及びそのモータ１５ａ
をこれに対応した回転速度Ｎで回転させる。

【００２４】上記において、冷却出力Ｃが例えば３０％
になったとすると、表１の例ではＣ´が９％になる。排
気ファン１５は、器内を短時間でクールダウンする目的
等のため、定格出力では大きな換気冷却能力を持つよう
に定められているが、本発明のように制御出力Ｃ´をＣ
に対応して小さくすることにより、器内が過冷却される
ことがない。従って、多少の制御変動があっても、器内
温度が１２５°Ｃ以下にはならず、従ってヒータ１４を
オン／オフさせることはない。その結果、制御乱れが防
止され、又、ヒータオンによるエネルギーロスの発生が
防止される。更に、Ｔ₂ とＴ₁ との差を小さくして両者
を近づけることにより、温度制御の精度も向上する。

【００２５】発熱試料Ｗの試験が終了すると、その駆動
を停止すると共に、試料交換等のために器内温度を下げ
る。このときには、設定温度Ｔ₁ 及びＴ₂ を例えば４０
°Ｃ程度にする。これにより、冷却出力Ｃ及び加熱出力
Ｈはそれぞれ当然に１００％及び０％になる。そして、
出力変換器２６の出力固定部分２６ｂにより図３の制御
が行われ、冷却出力が１００％で固定され、排気ファン
１５は定格回転速度Ｎｍａｘで運転される。その結果、
最短時間で器内の温度を目的とする温度まで降下させる
ことができる。

【００２６】

【発明の効果】以上の如く本発明によれば、請求項１の
発明においては、加熱手段を制御する第１設定温度より
高い第２設定温度を設け、冷却手段の能力を制御する冷
却制御部の出力部分でこの温度と検出温度との差に対応
した制御出力を発生させると共に、出力変換部分によ
り、この制御出力に対応してこれ以下の出力になるよう
に制御出力を変換するので、冷却手段の能力を小さ目に
制御することができる。その結果、過大な冷却効果の発
生による加熱手段のオン／オフ動作を防止し、制御の乱
れの防止と省エネを図ることができる。又、冷却効果を
小さ目にすることにより、第２設定温度の落ち込みが起
こらないので、第１設定温度及び第２設定温度を近づけ
て、温度制御の精度を向上させることができる。

【００２７】請求項２の発明においては、恒温装置の運
転条件によって前記制御出力の最大値を固定する出力固
定部分を冷却制御部に設けるので、恒温装置の恒温室内
の温度を下げる場合等に、出力変換部分の変換値の如何
にかかわらず制御出力を最大値に固定し、恒温室を最短
時間で目標温度まで降下させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した恒温器及びその制御装置の全
体構成を示す説明図である。

【図２】上記装置のオンオフ制御器の制御例を示すフロ
ーチャートである。

【図３】上記装置の出力変換器の制御例を示すフローチ
ャートである。

【符号の説明】

１ 恒温器（恒温装置） １２ 器内（恒温室） １４、１４´ 電気ヒータ（加熱手段） １５ 排気ファン（冷却手段） ２１、２１´ 温度センサ（温度検出手段） ２２ 加熱調節器（加熱制御部） ２３、２３´ ヒータ駆動器（加熱制御部） ２４ 冷却調節器（冷却制御部、出力部分） ２５ モータ駆動器（冷却制御部、出力部
分） ２６ 出力変換器（出力変換部分） ２６ａ 演算部分（出力変換部分） ２６ｂ 出力固定部分 Ｃ、Ｃ´ 冷却出力（制御出力） Ｔ₁ 第１設定温度 Ｔ₂ 第２設定温度

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱手段と冷却手段とを備えた恒温装置
   の恒温室内の温度をほぼ一定の温度に制御できるように
   した恒温装置の温度制御装置において、 前記恒温室内の温度を検出する温度検出手段と、 該温度検出手段の検出温度が前記ほぼ一定の温度のうち
   の第１設定温度になるように前記加熱手段を制御する加
   熱制御部と、 前記検出温度が前記第１設定温度より高い第２設定温度
   になると前記冷却手段の能力を制御する冷却制御部であ
   って、前記検出温度と前記第２設定温度との差に対応し
   て制御出力を発生させる出力部分と前記制御出力に対応
   して該制御出力以下の出力値になるように前記制御出力
   を変換する出力変換部分とを備えた第２制御部と、 を有することを特徴とする恒温装置の温度制御装置。
2. 【請求項２】 前記冷却制御部は前記恒温装置の運転条
   件によって前記制御出力の最大値を固定する出力固定部
   分を有することを特徴とする請求項１に記載の恒温装置
   の温度制御装置。