WO2002012798A1

WO2002012798A1 - Procede de regulation de la temperature et de l'humidite ou de la temperature et dispositif de regulation de la temperature et de l'humidite ou de la temperature

Info

Publication number: WO2002012798A1
Application number: PCT/JP2001/006732
Authority: WO
Inventors: Masato Tanaka
Original assignee: Yamatake Corporation
Priority date: 2000-08-04
Filing date: 2001-08-06
Publication date: 2002-02-14
Also published as: CN1181299C; KR20030022880A; CN1449480A; JP2002048378A; KR100508852B1; JP3805957B2

Description

明細書温湿度または温度制御方法及び温湿度または温度制御装置

発明の背景

本発明は、加熱ァクチユエータ、冷却ァクチユエータ及び加湿ァクチユエータを用いる温湿度制御系、または加熱ァクチユエータを主ァクチユエータ、冷却ァクチユエータを補助ァクチユエータとして用いる温度制御系において、省エネルギーを実現することができる温湿度または温度制御方法及び温湿度または温度制御装置に関するものである。

ビル等の空調制御システムでは、冷房のための冷却器、暖房のためのヒータが備わっているが、快適性を増すために湿度も制御することが多く、加湿器を合わせて持つことにより、温度と湿度の両方を同時に制御する温湿度制御が行われて. いる。なお、冷却器がその機能から除湿効果を持っため、除湿器を別途持つ必要はない。同様に、恒温恒湿槽においても、冷却器とヒータと加湿器とを用いた温湿度制御が行われている。

また、冷却器とヒータを用いる温度制御系において、冷却器の出力の分解能があまり高くなく、恒温槽のように精密な温度制御が要求される場合は、冷却器によっていつたん過冷却した上でヒータによる加熱で最適温度にするような予冷却 •再加熱式の制御が行われている。

上記の温湿度制御系では、降温のために冷却器を働かせることによる湿度の低下を加湿器で補つたり、除湿のために冷却器を働かせることによる温度低下をヒータで補ったりする出力相殺が行われる。しかしながら、このような出力相殺が不適切に行われると、エネルギー消費の無駄が発生するという問題点があった。特に、温湿度制御系では、前記出力相殺のために、冷却器、ヒータ及び加湿器の

3つのァクチユエータを同時に動作させる場合があり、この場合にエネルギー消費が大きくなるという問題点があった。

また、予冷却 ·再加熱式の温度制御系では、冷却器によっていつたん予冷却した上でヒータによって加熱する出力相殺が行われるため、この出力相殺が不適切に行われると、エネルギー消費が大きくなるという問題点があった。発明の概要

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、温湿度制御系または温度制御系において、出力相殺を最小限にして、省エネルギーを実現することができる温湿度または温度制御方法及び温湿度または温度制御装置を提供することを目白勺とする。

本発明の温湿度制御方法は、温度制御を行うコントローラの加熱ァクチユエ一タ及ぴ冷却ァクチユエータへの操作量出力のうち前記冷却ァクチユエータへの操作量出力と、湿度制御を行うコントローラの加湿ァクチユエ一タ及ぴ前記冷却ァクチユエ一タへの操作量出力のうち前記冷却ァクチユエータへの操作量出力とを比較して、大きい方の操作量出力を前記冷却ァクチユエータに対して与えるようにしたものである。このような構成により、温湿度制御系において、 3つのァクチュエータのうち最大でも 2つだけが動作するように保証することができる。

また、本発明の温度制御方法は、加熱制御を行うコントローラの操作量出力を冷却制御を行うコントローラへの制御量入力として与え、この冷却制御を行うコントローラに対して前記操作量出力の理想値を設定値として与えるようにしたも ■ のである。

また、本発明の温湿度制御装置は、温度制御の加熱機能を実現する加熱ァクチユエータ（A c t l ) と、温度制御の冷却機能及び湿度制御の除湿機能を実現する冷却ァクチユエータ（A c t 2 ) と、湿度制御の加湿機能を実現する加湿ァクチユエータ（A c t 3 ) と、温度制御を行う温度制御コントローラ（P I D— Te rap) と、湿度制御を行う湿度制御コントローラ（P I D— Hum ) と、前記温度制御コントローラの操作量出力（MVT ) が加熱モードに対応した値の場合には前記加熱ァクチユエータへ出力し、前記温度制御コントローラの操作量出力が冷却モードに対応した値の場合には前記冷却ァクチユエータへ出力する温度制御出力分岐部（D— MV— Temp) と、前記湿度制御コントローラの操作量出力（MVH ) が加湿モードに対応した値の場合には前記加湿ァクチユエータへ出力し、前記湿度制御コントローラの操作量出力が除湿モードに対応した値の場合には前記冷却ァクチユエータへ出力する湿度制御出力分岐部（D— MV— Hum ) と、前記温度制御出力分岐部及び湿度制御出力分岐部と前記冷却ァクチユエータとの間に設けられ、前記温度制御出力分岐部と前記湿度制御出力分岐部の各操作量出力を比較して、大きい方の操作量出力を前記冷却ァクチユエータに与える冷却出力最大値演算部（C— MAX ) とを有するものである。

また、本発明の温湿度制御装置は、温度制御の加熱機能を実現する加熱ァクチユエータ（A c t l ) と、温度制御の冷却機能及び湿度制御の除湿機能を実現する冷却ァクチユエータ（A c t 2 ) と、湿度制御の加湿機能を実現する加湿ァクチユエータ（A c t 3 ) と、加熱制御を行い、前記加熱ァクチユエータに対して操作量出力（MV1 ) を与える温度制御加熱コントローラ（P I D— Tempi ) と、冷却制御を行い、前記冷却ァクチユエータに対して操作量出力（MV2 ) を与える温度制御冷却コントローラ（P I D— Terap2 ) と、加湿制御を行い、前記加湿ァクチユエータに対して操作量出力（MV3 ) を与える湿度制御加湿コントローラ（P I D— Hum3) と、除湿制御を行い、前記冷却ァクチユエータに対して操作量出力（MV4 ) を与える湿度制御除湿コントローラ（P I D— Hum4) と、加熱モードのとき前記温度制御加熱コントローラを動作させ、冷却モードのとき前記温度制御冷却コントローラを動作させる温度制御コントローラ切換処理部（ C H —Temp) と、加湿モードのとき前記湿度制御加湿コントローラを動作させ、除湿モードのとき前記湿度制御除湿コントローラを動作させる湿度制御コントローラ切換処理部（ C H一 Hum ) と、前記温度制御冷却コントローラ及び湿度制御除湿コントローラと前記冷却ァクチユエータとの間に設けられ、前記温度制御冷却コントローラと前記湿度制御除湿コントローラの各操作量出力（MV2 , MV4 ) を比較して、大きい方の操作量出力を前記冷却ァクチユエータに与える冷却出力最大値演算部（C— MAX ) とを有するものである。

また、本発明の温度制御装置は、温度制御の加熱機能を実現する加熱ァクチュエータ（A c t l ) と、温度制御の冷却機能を実現する冷却ァクチユエータ（A c t 2 ) と、加熱制御を行い、前記加熱ァクチユエータに対して操作量出力（M VH0) を与える温度制御加熱コントローラ（P I D— H ) と、この温度制御加熱コントローラの前記操作量出力を制御量入力とし、前記操作量出力の理想値を設定値として演算を行い、演算結果の操作量出力（MVC0) を前記冷却ァクチユエータへ出力する温度制御冷却コントローラ（P I D— C ) とを有するものである。また、本発明の温湿度制御装置は、温度制御の加熱機能を実現する加熱ァクチユエ一タ (A c t l ) と、温度制御の冷却機能及び湿度制御の除湿機能を実現する冷却ァクチユエータ（A c t 2 ) と、湿度制御の加湿機能を実現する加湿ァクチユエータ（A c t 3 ) と、温度制御を行う温度制御コントローラ（P I D— Te mp) と、湿度制御を行う湿度制御コントローラ（P I D— Hum ) と、前記温度制御コントローラの操作量出力（MVT ) が加熱モードに対応した値の場合には前記加熱ァクチユエータへ出力し、前記温度制御コントローラの操作量出力が冷却モードに対応した値の場合には前記冷却ァクチユエータへ出力する温度制御出力分岐部（D_MV— Temp) と、前記湿度制御コントローラの操作量出力（MVH

) が加湿モードに対応した値の場合には前記加湿ァクチユエータへ出力し、前記湿度制御コントローラの操作量出力が除湿モードに対応した値の場合には前記冷却ァクチユエータへ出力する湿度制御出力分岐部（D一 MV— Hum ) と、前記温度制御出力分岐部の前記操作量出力を制御量入力とし、この操作量出力の理想値を設定値として演算を行い、演算結果の操作量出力（MVC0) を前記冷却ァクチユエータへ出力する温度制御冷却コントローラ（P I D_C ) と、前記温度制御出力分岐部、湿度制御出力分岐部及び温度制御冷却コントローラと前記冷却ァクチユエータとの間に設けられ、前記温度制御出力分岐部と前記湿度制御出力分岐部と前記温度制御冷却コントローラの各操作量出力を比較して、最も大きい操作量出力を前記冷却ァクチユエータに与える冷却出力最大値演算部（C— MAX2) とを有するものである。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の第 1実施例となる温湿度制御装置の構成を示すプロック図である。

図 2は、図 1の温湿度制御装置の動作を説明するためのフローチャート図である。

図 3は、温度制御コントローラから出力される操作量出力と温度制御出力分岐部から出力される操作量指示値との関係を示す図である。図 4は、湿度制御コントローラから出力される操作量出力と湿度制御出力分岐部から出力される操作量指示値との関係を示す図である。

図 5は、本発明の第 2実施例となる温湿度制御装置の構成を示すプロック図でめる。

図 6は、本発明の第 3実施例となる温度制御装置の構成を示すプロック図である。

図 7は、図 6の温度制御装置の動作を説明するためのフローチャート図である。図 8は、本発明の第 3実施例の温度制御装置を恒温槽の温度制御に使用した例を示す図である。

図 9は、本発明の第 4実施例となる温湿度制御装置の構成を示すプロック図である。

図 1 0は、図 9の温湿度制御装置の動作を説明するためのフローチャート図であ。実施例の詳細な説明

[第 1実施例]

次に、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明する。図 1は本発明の第 1実施例となる温湿度制御装置の構成を示すプロック図である。図 1の温湿度制御装置は、温度制御を行う温度制御コントローラ P I D_Te_mpと、湿度制御を行う湿度制御コントローラ P I D— Hum と、温度制御コントローラ P I D_Te mpの操作量出力 MVT を分岐出力する温度制御出力分岐部 D一 MV— Tempと、湿度制御コントローラ P I D— Hum の操作量出力 MVH を分岐出力する湿度制御出力分岐部 D一 MV— Hum と、温度制御出力分岐部 D一 MV— Tempと湿度制御出力分岐部 D一 MV一 Hum の各操作量出力を比較して、最も大きい操作量出力を冷却ァクチユエータ A c t 2 に与える冷却出力最大値演算部 C— MAX と、温度制御の加熱機能を実現するヒータ等の加熱ァクチユエータ A c t l と、温度制御の冷却機能を実現する冷却器等の冷却ァクチユエータ A c t 2 と、湿度制御の加湿機能を実現する加湿器等の加湿ァクチユエータ A c t 3 とから構成されている。なお、湿度制御の除湿機能は、冷却ァクチユエータ A c t 2 によって実現される。本実施例は、恒温恒湿槽、クリーンルーム、温室などの槽内 ·室内空気の温湿度制御系において、加熱冷却機能の出力相殺、加湿除湿機能の出力相殺を抑えて省エネルギーを実現しようとする場合に、この温湿度制御系を対象として適用することができる。

以下、本実施例の温湿度制御装置の動作について説明する。図 2は図 1の温湿度制御装置の動作を示すフローチヤ一ト図である。

最初に、温度制御コントローラ P I D_Tempは、 P I D演算を実行して操作量出力 MVT を算出する（図 2ステップ 101) 。ただし、温度制御コントローラ P I D— Tempは、一般のヒートクール制御ロジックで構成されている。ヒートクール制御は、加熱能力と冷却能力を使レ、分ける制御技術である。

ヒートクール制御の手法を単純に説明するならば、温度制御コントローラ p I

D— Tempから出力される操作量出力 MVT が 50 %より大きい場合は加熱ァクチユエータ Ac t 1 を操作量出力 MVT に対応して動作させ、操作量出力 MVT が 50%以下の場合は冷却ァクチユエータ Ac t2 を操作量出力 MVT に対応して動作させる制御手法である。

また、ヒートクール制御では、例えば加熱モードで制御中に温度制御コント口ーラ P I D— Tempから出力される操作量出力 MVT が 50%以下になると、即座に冷却モードへの切り換えが行われ、冷却モードで制御中に操作量出力 MVT が 50%より大きくなると、即座に加熱モードへの切り換えが行われる。

したがって、温度制御コントローラ P I D— Tempは、操作量出力が 0〜100 %に正規化されているとき、 1制御周期前の操作量出力 MVT-1 が 50%より大きい場合は加熱モードであるとして、加熱用の P I Dパラメータを用いて現制御周期の操作量出力 MVT を次式のように算出する。

MVT =Kgl { 1 + 1/ (T i l s) +Tdl s } (S PT — PVT )

• · · (1) 式（1) において、 Kgl、 T i l、 T dl はそれぞれ温度制御コントローラ P I D_Tempの加熱側比例ゲイン、加熱側積分時間、加熱側微分時間、 S PT は温度制御コントローラ P I D— Tempの制御対象（不図示）について設定される温度設定値、 PVT はこの制御対象の制御量（温度計測値）である。加熱側比例ゲイン K g l 、加熱側積分時間 T i 1 、加熱側微分時間 T dl 及び温度設定値 S P T はオペレータによってあらかじめ設定され、制御量 PVT は図示しない温度センサによって計測される。

また、温度制御コントローラ P I D— Tempは、 1制御周期前の操作量出力 MV T-1 が 5 0 %以下の場合は冷却モードであるとして、冷却用の P I Dパラメータを用いて現制御周期の操作量出力 MVT を次式のように算出する。

MVT =K g2 { 1 + 1/ (T i 2 s ) +T d2 s } (S PT — PVT )

• · · (2) 式（2) において、 K g2 、 T i 2 、 T d2 はそれぞれ温度制御コントローラ P I D— Tempの冷却側比例ゲイン、冷却側積分時間、冷却側微分時間である。冷却側比例ゲイン K g 2 、冷却側積分時間 T i 2 、冷却側微分時間 T d 2 はォペレータによってあらかじめ設定される。こうして、ステップ 1 0 1の処理が終了する。

温度制御出力分岐部 D—MV— Tempは、温度制御コントローラ P I D—Tempから出力された操作量出力 MVT を温度制御に関するァクチユエータ A c t l ， A c t 2 に対して分岐出力する（ステップ 1 0 2) 。

ステップ 1 0 2において、温度制御出力分岐部 D_MV一 Tempは、操作量出力 MVT が 5 0 %より大きい場合は加熱モードであるとして、次式のような操作量指示値 MV1 を加熱ァクチユエータ A c t l へ出力する。

MV1 = 2 (MVT - 5 0) · · · (3) また、温度制御出力分岐部 D—MV— Tempは、操作量出力 MVTが 5 0 %以下の場合は冷却モードであるとして、次式のような操作量指示値 MV2 を冷却出力最大値演算部 C— MAX へ出力する。

MV2 = 2 (5 0 -MVT ) · · · (4) 以上でステップ 1 0 2の処理が終了する。

図 3は操作量出力 MVT と操作量指示値 MV1 , MV2 との関係を示す図である。図 3から分かるように、温度制御出力分岐部 D—MV— Tempは、操作量出力 MVT を 0〜 1 0 0%の操作量指示値 MV1 または MV2 に変換して出力する。次に、湿度制御コントローラ P I D Hum は、 P I D演算を実行して操作量出力 MVH を算出する（ステップ 103) 。ただし、湿度制御コントローラ P I D —Hum は、一般のヒートクール制御ロジックで構成されてレ、る。ヒートクール制御では、操作量出力 MVH が 50%より大きい場合は加湿ァクチユエータ Ac t 3 を操作量出力 MVH に対応して動作させ、操作量出力 MVHが 50%以下の場合は冷却ァクチユエータ Ac t2 を操作量出力 MVH に対応して動作させる。また、ヒートクール制御では、加湿モードで制御中に操作量出力 MVH が 50 %以下になると、即座に除湿モードへの切り換えが行われ、除湿モードで制御中に操作量出力 MVHが 50%より大きくなると、即座に加湿モードへの切り換えが行われる。

したがって、湿度制御コントローラ P I D— Hum は、操作量出力が 0〜100 %に正規化されているとき、 1制御周期前の操作量出力 MVH-1 が 50%より大きい場合は加湿モードであるとして、加湿用の P I Dパラメータを用いて現制御周期の操作量出力 MVH を次式のように算出する。

MVH =Kg3 { 1 + 1/ (T i 3 s ) +T d3 s } (SPH —PVH )

• · · (5) 式（5) において、 Kg3 、 T i 3 、 T d3 はそれぞれ湿度制御コントローラ P I D一 Hum の加湿側比例ゲイン、加湿側積分時間、加湿側微分時間、 SPH はコントローラ P I D_Hum の制御対象（不図示）について設定される湿度設定値、 PVH はこの制御対象の制御量（湿度計測値）である。加湿側比例ゲイン Kg 3 、加湿側積分時間 T i 3 、加湿側微分時間 Td 3及び湿度設定値 S PH はオペレータによって予め設定され、制御量 PVH は図示しない湿度センサによって計測される。

また、湿度制御コントローラ P I D__Hum は、 1制御周期前の操作量出力 MV H-1 が 50%以下の場合は除湿モードであるとして、除湿用の P I Dパラメータを用いて現制御周期の操作量出力 MVH を次式のように算出する。

MVH =Kg4 {1 + 1/ (T i 4 s) +T d4 s } (S PH -PVH )

• · · (6) 式（6) において、 Kg4 、 T i4 、 T d4 はそれぞれ湿度制御コントローラ P I D— Hum の除湿側比例ゲイン、除湿側積分時間、除湿側微分時間である。除湿側比例ゲイン K g 4 、除湿側積分時間 Τ Ϊ 4、除湿側微分時間 T d 4 はォペレータによってあらかじめ設定される。このようにして、ステップ 1 0 3の処理が終了する。

湿度制御出力分岐部 D—MV— Hum は、湿度制御コントローラ P I D— Humから出力された操作量出力 MVH を湿度制御に関するァクチユエータ A c t 2 , A c t 3 に対して分岐出力する（ステップ 1 0 4 ) 。

ステップ 1 0 4において、湿度制御出力分岐部 D—MV— Hum は、操作量出力 MVHが 5 0 %より大きい場合は加湿モードであるとして、次式のような操作量指示値 MV3 を加湿ァクチユエータ A c t 3 へ出力する。

MV3 = 2 (MVH - 5 0 ) · · · · ( 7 ) また、湿度制御出力分岐部 D—MV— Hum は、操作量出力 MVHが 5 0 %以下の場合は除湿モードであるとして、次式のような操作量指示値 MV4 を冷却出力最大値演算部 C— MAXへ出力する。

MV4 = 2 ( 5 0 -MVH ) · · · ( 8 ) 以上でステップ 1 0 4の処理が終了する。

図 4は操作量出力 MVH と操作量指示値 MV3 , MV との関係を示す図である。図 4から分かるように、湿度制御出力分岐部 D—MV— Hum は、操作量出力 MVH を 0〜1 0 0 %の操作量指示値 MV3 または MV4 に変換して出力する。次に、冷却出力最大値演算部 C一 MAX は、温度制御出力分岐部 D—MV一 Temp から出力された操作量指示値 MV2 と湿度制御出力分岐部 D—MV— Humから出力された操作量指示値 MV4 の最大値 MV2xを求めて、この最大値 MV2xを冷却ァクチユエータ A c t 2 へ出力する（ステップ 1 0 5 ) 。

すなわち、冷却出力最大値演算部 C_MAX は、操作量指示値 MV2 が操作量指示値 MV4 より大きい場合、操作量指示値 MV2 を最大値 MV2xとして冷却ァクチユエータ A c t 2 へ出力し、操作量指示値 MV2 が操作量指示値 MV4以下の場合、操作量指示値 MV4 を最大値 MV2xとして冷却ァクチユエータ A c t 2 へ出力する。

以上のステップ 1 0 1〜1 0 5を 1制御周期における処理とし、ステップ 1 0 1〜 1 0 5の処理を制御周期毎に繰り返す。以上のように、温度制御コントローラ P I D— Tempと温度制御出力分岐部 D— MV— Tempの連係動作では、一般的なヒートクール制御ロジックに基づき、加熱ァクチユエータ A c t 1 への操作量指示値 MV1 、冷却ァクチユエータ A c t 2 への操作量指示値 MV2 を算出して出力する。ヒートクール制御ロジックなので、操作量指示値 MV 1 と操作量指示値 M V2 が同時に 0 %より大きな値になることは原則的にない。

また、湿度制御コントローラ P I D— Hum と湿度制御出力分岐部 D— MV— Hu m の連係動作では、一般的なヒートクール制御ロジックに基づき、加湿ァクチュエータ A c t 3への操作量指示値 MV3 、冷却ァクチユエータ A c t 2 への操作量指示値 MV4 を算出して出力する。ヒートクール制御ロジックなので、操作量指示値 MV3 と操作量指示値 MV4 が同時に 0 %より大きな値になることは原則的にない。

加熱ァクチユエータ A c t 1 は温度制御専用のァクチユエータなので、温度制御側（温度制御コントローラ P I D— Tempと温度制御出力分岐部 D— MV一 Tem p) で求められた操作量指示値 MV1 は、加熱ァクチユエータ A c t l へ直接出力される。

加湿ァクチユエータ A c t 3 は湿度制御専用のァクチユエータなので、湿度制御側（湿度制御コントローラ P I D— Hum と湿度制御出力分岐部 D— MV__Hum ) で求められた操作量指示値 MV 3 は、加湿ァクチユエータ A c t 3 へ直接出力される。

冷却ァクチユエータ A c t 2 は温度制御と湿度制御に併用のァクチユエータなので、温度制御側で求められた操作量指示値 MV2 と湿度制御側で求められた操作量指示値 MV4 の最大値 MV2xが冷却出力最大値演算部 C— MAX で算出され、この最大値 MV2xが冷却ァクチユエータ A c t 2 へ出力される。

このとき、湿度制御側で求められた操作量指示値 MV4 よりも温度制御側で求められた操作量指示値 MV2 が小さい場合、温度制御側にとっては冷却ァクチュエータ A c t 2 への出力が過剰、すなわち冷却が過剰となるので、時間の経過に伴って温度計測値 P VT が設定値 S P T より低くなる。このため、冷却モードであった温度制御コントローラ P I D Tempが加熟モードに切り替わり、 5 0 %より大きい操作量出力 MVT が出力され、結果として 0 %より大きい操作量指示値 MV 1 が加熱ァクチユエータ A c t 1 に出力される。

逆に、温度制御側で求められた操作量指示値 MV2 よりも湿度制御側で求められた操作量指示値 MV4 が小さい場合、湿度制御側にとつては冷却ァクチュエータ A c t 2 への出力が過剰、すなわち除湿が過剰となるので、時間の経過に伴つて湿度計測値 P VHが設定値 S P H より低くなる。このため、除湿モードであつた湿度制御コントローラ P I D_Humが加湿モードに切り替わり、 5 0 %より大きい操作量出力 MVHが出力され、結果として 0 %より大きい操作量指示値 MV 3 が加湿ァクチユエータ A c t 3 に出力される。

以上の構成により、温湿度制御系において、 3つのァクチユエータのうち最大でも 2つだけが動作するように保証することができ、出力相殺の発生を温度制御に関する加熱冷却機能の出力相殺と湿度制御に関する加湿除湿機能の出力相殺のどちらか一方に確実に限定することができる。その結果、温湿度制御系全体にとつて最低出力に近い制御を実現することができ、省エネルギーを実現することができる。

[第 2実施例]

図 5は本発明の第 2実施例となる温湿度制御装置の構成を示すプロック図であり、図 1と同一の構成には同一の符号を付してある。図 5の温湿度制御装置は、加熱制御を行う温度制御加熱コントローラ P I D— Tempi と、冷却制御を行う温度制御冷却コントローラ P I D_Temp2 と、加湿制御を行う湿度制御加湿コントローラ P I D_Hum3と、除湿制御を行う湿度制御除湿コントローラ P I D_Hum4 と、コントローラ P I D— Tempi とコントローラ P I D__Temp2 とを切り替える温度制御コント口ーラ切換処理部 C H— Tempと、コントローラ P I D_Hum3とコントローラ P I D— Hum4とを切り替える湿度制御コントローラ切換処理部 C H— Hum と、冷却出力最大値演算部 C— MAX と、加熱ァクチユエータ A c t l と、冷却ァクチユエータ A c t 2 と、加湿ァクチユエータ A c t 3 とから構成されている。

本実施例は、空調制御システムを適用対象とするもので、コントローラ P I D —Tempi は例えば空調暖房コントローラであり、コントローラ P I D Temp2 は例えば空調冷房コントローラであり、コントローラ P I D _Hum3は例えば空調加湿コントローラであり、コントローラ p I D— Hum4は例えば空調除湿コントローラである。

温度制御コントローラ切換処理部 C H一 Tempは、暖房要求が発生している場合、温度制御加熱コントローラ P I D— Tempi を動作させる。温度制御加熱コント口ーラ P I D— Tempi は、第 1実施例で説明した式（1 ) と同様にして暖房用の 0 〜1 0 0 %の操作量出力 MV1 を算出する。

また、温度制御コントローラ切換処理部 C H— Tempは、冷房要求が発生している場合、温度制御冷却コントローラ P I D_Temp2 を動作させる。温度制御冷却コントローラ P I D—Temp2 は、式（2 ) と同様にして冷房用の 0〜 1 0 0 %の操作量出力 MV2 を算出する。

一方、 S度制御コントローラ切換処理部 C H__Hum は、加湿要求が発生している場合、湿度制御加湿コントローラ P I D _Hum3を動作させる。湿度制御加湿コントローラ P I D— Hum3は、式（5 ) と同様にして加湿用の 0〜 1 0 0 %の操作量出力 MV3 を算出する。

また、湿度制御コントローラ切換処理部 C H一 Hum は、除湿要求が発生している場合、湿度制御除湿コントローラ P I D— Hum4を動作させる。湿度制御除湿コントローラ P I D— Hum4は、式（ 6 ) と同様にして除湿用の 0〜 1 0 0 %の操作量出力 MV4 を算出する。

冷却出力最大値演算部 C一 MAX の動作は第 1実施例と全く同じである。こうして、空調制御システムにおいて第 1実施例と同様の効果を得ることができる。

[第 3実施例]

図 6は本発明の第 3実施例となる温度制御装置の構成を示すプロック図である。図 6の温度制御装置は、加熱制御を行う温度制御加熱コントローラ P I D— H と、この温度制御加熱コントローラ P I D— H を操作量出力を制御量入力とし、操作量出力の理想値を設定値として演算を行う温度制御加熱コントローラ P I D—H と、温度制御冷却コントローラ P I D—C と、ヒータ等の加熱ァクチユエータ A c t l と、冷却器等の冷却ァクチユエータ A c t 2 とから構成されている。

本実施例は、例えば冷却器とヒータを用いる予冷却 ·再加熱式の恒温槽の温度制御系において、加熱冷却機能の出力相殺を抑えて省エネルギーを実現しょうとする場合に、この温度制御系を対象として適用することができる。

以下、本実施例の温度制御装置の動作について説明する。図 7は図 6の温度制御装置の動作を示すフローチャート図である。

最初に、温度制御加熱コントローラ P I D— H は、 P I D演算を実行して操作量出力 MVH0を次式のように算出する（図 7ステップ 201) 。

MVH0=KgH {1 + 1/ (T iH s) +TdH s } (S PT — PVT )

• · · (9) 式（9) において、 KgH 、 T iH 、 TdH はそれぞれ温度制御加熱コント口ーラ P I D— H の比例ゲイン、積分時間、微分時間、 SPT はコントローラ P I D— H の制御対象 (不図示) について設定される温度設定値、 PVT はこの制御対象の制御量（温度計測値）である。比例ゲイン KgH、積分時間 T iH 、微分時間 T dH及び温度設定値 S PT は予め設定され、制御量 PVT は図示しない温度センサによつて計測される。

そして、温度制御加熱コントローラ P I D— H は、算出した操作量出力 MVH0 を加熱ァクチユエータ Ac t 1 と温度制御冷却コントローラ P I D—C へ出力する。

次に、温度制御冷却コントローラ P I D— C は、 P I D演算を実行して操作量出力 MVC0を次式のように算出する（ステップ 202) 。

MVC0=K gC { 1 + 1/ (T iC s) +T dC s } (S P1 — PV1 )

• · · (10) 式（10) において、 KgC 、 T iC；、 T dC はそれぞれ温度制御冷却コントローラ P I D— C の比例ゲイン、積分時間、微分時間、 S P1 はコントローラ P I D— C の設定値、 P VI はコントローラ P I D_C の制御量である。比例ゲイン KgC、積分時間 T iC及び微分時間 TdC は予め設定される。

設定値 S P1 として予め与えられる値は、省エネルギーと温度制御とを両立させることが可能な、操作量出力 MVH0の理想値（操作量出力 MVH0が 0〜1 00 %に正規化されている場合において例えば 10%) である。

また、温度制御冷却コントローラ P I D C は、温度制御加熱コントローラ P I D—Hから出力された操作量出力 MVHOを制御量 P VI として式（10) の計算を行う。

そして、温度制御冷却コントローラ P I D— C は、算出した操作量出力 MVCO を冷却ァクチユエータ Ac t2 へ出力する。

以上のステップ 201， 202を 1制御周期における処理とし、ステップ 20 1， 202の処理を制御周期毎に繰り返す。

温度制御系においては、温度制御のァクチユエータとして加熱ァクチユエータ Ac tl を利用するが、制御される温度範囲として低温側が自然冷却では不十分になる場合、供給される流体（例えば空気）を冷却ァクチユエータ Ac t2 により冷却する必要がある。冷却ァクチユエータ Ac t2 の出力が十分な分解能で精密な温度制御が可能なように構成されている場合は、一般的なヒートクール制御を適用するのが妥当である。し力、し、冷却ァクチユエータ Ac t2 の出力の分解能が不十分な場合は、冷却ァクチユエータ Ac t2 により十分に予冷却した後に、加熱ァクチユエータ Ac tl により再加熱するように構成する。この場合、再加熱のヒータ出力が温度制御の操作量になる。

図 8は本実施例の温度制御装置を恒温槽の温度制御に使用した例を示す図である。この恒温槽では、加熱ァクチユエータ Ac tl で加熱、冷却ァクチユエータ Ac t2 で冷却した空気を循環させるようになつている。

温度制御加熱コントローラ P I D_H は、 P I Dロジックに基づき加熱用の操作量出力 MVHOを算出する。

ここで、加熱ァクチユエータ Ac tl の出力を下げることにより降温作用が得られる状態を実現するには、温度制御加熱コントローラ P I D_H の操作量出力 MVHOが少なくとも 10%程度で再加熱制御されている必要があり、予冷却を行なう冷却ァクチユエータ A c t2 は、加熱用の操作量出力 MVHOを制御変数として制御される。

すなわち、温度制御冷却コントローラ P I D— C は、設定値 SP1 として温度制御加熱コントローラ P I D— H の加熱用操作量出力 MVHOの理想値を採用し、制御量 PV1 として実際の加熱用操作量出力 MVHOを採用し、 P I Dロジックに基づき操作量出力 MVCOを算出する。加熱用の操作量出力 MVHOが理想値（設定値） S P 1 よりも高い場合は、冷却ァクチユエータ A c t 2 による予冷却が過剰であることを意味している。この場合、温度制御冷却コントローラ P I D_C は、操作量出力 MVC0を下げるように作用する。これにより、予冷却の効果が減少し、制御量 P VT の上昇に伴って再加熱に必要な加熱用操作量出力 MVHOも低下するので、操作量出力 MVHOが理想値 S P 1 に一致する方向に近付く。

逆に、加熱用の操作量出力 MVHOが理想値 S P 1 よりも低い場合は、冷却ァクチユエータ A c t 2 による予冷却が不足していることを意味している。この場合、温度制御冷却コントローラ P I D_C は、操作量出力 MVC0を上げるように作用する。これにより、予冷却の効果が増加し、制御量 P VT の低下に伴って再加熱に必要な加熱用操作量出力 MVHOも上昇するので、操作量出力 MVHOが理想値 S P 1 に一致する方向に近付く。

また、オペレータが温度設定値 S P T を例えば低い値から高い値に切り換えた場合には、昇温要求が発生したことになるため、温度制御加熱コントローラ P I D— H は操作量出力 MVHOを上昇させる。この場合、加熱用の操作量出力 MVHO が理想値 S P 1 よりも高くなるので、温度制御冷却コントローラ P I D_C は、予冷却過剰と見なして、操作量出力 MVC0を下げるように作用する。したがって、冷却ァクチユエータ A c t 2 が昇温を妨げることがないように動作する。

逆に、オペレータが温度設定値 S P T を高い値から低い値に切り換えた場合には、降温要求が発生したことになるため、温度制御加熱コントローラ P I D_H は操作量出力 MVHOを低下させる。この場合、加熱用の操作量出力 MVHOが理想値 S P 1 よりも低くなるので、温度制御冷却コントローラ P I D_C は、予冷却不足と見なして、操作量出力 MVCOを上げるように作用する。したがって、冷却ァクチユエータ A c t 2 が降温を促進するように動作する。

以上の構成により、加熱ァクチユエータ A c t 1 を主ァクチユエータ、冷却ァクチユエータ A c t 2 を捕助ァクチユエータとして用いる温度制御系において、加熱冷却機能の出力相殺（予冷却過剰または予冷却不足）を回避しつつ、予冷却 •再加熱を維持することができる。その結果、温度制御系全体にとつて最低出力に近い制御を実現することができ、省エネルギーを実現することができる。また、昇温要求や降温要求の発生時においても、冷却ァクチユエータ A c t 2 を適切に動作させることができるので、良好な制御性を得ることができる。

[第 4実施例]

図 9は本発明の第 4実施例となる温湿度制御装置の構成を示すプロック図である。図 9の温湿度制御装置は、温度制御コントローラ P I D_Tempと、湿度制御コントローラ P I D— Hum と、.温度制御冷却コントローラ P I D— C と、温度制御出力分岐部 D— MV— Tempと、湿度制御出力分岐部 D_MV_Hum と、温度制御出力分岐部 D_MV— Tempと湿度制御出力分岐部 D—MV— Hum と温度制御冷却コントローラ P I D— C の各操作量出力を比較して、最も大きい操作量出力を冷却ァクチユエータ A c t 2 に与える冷却出力最大値演算部 C— MAX2と、加熱ァクチユエータ A c t 1 と、冷却ァクチユエータ A c t 2 と、加湿ァクチユエータ A c t 3 とから構成されている。

本実施例は、前述の第 1実施例と第 3実施例を組み合わせたものであり、ァクチユエータとして加熱ァクチユエータ A c t 1 、冷却ァクチユエータ A c t 2 及ぴ加湿ァクチユエータ A c t 3 を用いる恒温恒湿槽等の温湿度制御系において、加熱冷却機能の出力相殺、加湿除湿機能の出力相殺を抑えて省エネルギーを実現しょうとする場合に、この温湿度制御系を対象として適用することができる。以下、本実施例の温湿度制御装置の動作について説明する。図 1 0は図 9の温湿度制御装置の動作を示すフローチャート図である。

最初に、温度制御コントローラ P I D— Tempは、 P I D演算を実行して操作量出力 MVT を算出する（図 1 0ステップ 3 0 1 ) 。この動作は第 1実施例で説明した温度制御コントローラ P I D_Tempの動作と全く同じである。

温度制御出力分岐部 D—MV— Tempは、温度制御コントローラ P I D— Tempから出力された操作量出力 MVT を温度制御に関するァクチユエータ A c t 1 , A c t 2 に対して分岐出力する（ステップ 3 0 2 ) 。この動作は第 1実施例で説明した温度制御出力分岐部 D—MV— Tempの動作と全く同じである。

次に、湿度制御コントローラ P I D_Hum は、 P I D演算を実行して操作量出力 MVH を算出する（ステップ 3 0 3 ) 。この動作は第 1実施例で説明した湿度制御コントローラ P I D _Hum の動作と全く同じである。湿度制御出力分岐部 D—MV— Hum は、湿度制御コントローラ; P I D— Humから出力された操作量出力 MVH を湿度制御に関するァクチユエータ Ac t2 , A c t3 に対して分岐出力する（ステップ 304) 。この動作は第 1実施例で説明した湿度制御出力分岐部 D—MV— Hum の動作と全く同じである。

続いて、温度制御冷却コントローラ P I D— C は、 P I D演算を実行して操作量出力 MVC0を算出する (ステップ 305) 。この動作は第 3実施例で説明した温度制御冷却コントローラ P I D_C の動作とほぼ同様であるが、式（10) の設定値 SP1 として予め与えられる値は、省エネルギーと温度制御とを両立させることが可能な、操作量指示値 MV1 の理想値である。また、温度制御冷却コントローラ P I D— C は、温度制御出力分岐部 D—MV— Tempから出力された操作量指示値 MV1 を制御量 PV1 として式（10) の計算を行う。

次に、冷却出力最大値演算部 C— MAX2は、温度制御出力分岐部 D一 MV— Temp から出力された操作量指示値 MV2 と湿度制御出力分岐部 D—MV— Humから出力された操作量指示値 M V4 と温度制御冷却コントローラ P I D— C から出力された操作量出力 MVC0の最大値 MV2xを求めて、この最大値 MV2xを冷却ァクチユエータ A c t2 へ出力する（ステップ 306) 。

すなわち、冷却出力最大値演算部 C— MAX2は、操作量指示値 MV2 が操作量指示値 MV4 より大きい場合、操作量指示値 MV2 を最大値 MV2xとし、操作量指示値 MV2 が操作量指示値 MV4 以下の場合、操作量指示値 MV4 を最大値 MV 2xとする。

さらに、冷却出力最大値演算部 C一 MAX2は、この最大値 MV2xより操作量出力 MVC0が大きい場合、この操作量出力 MVC0を最終的な最大値 MV2xとして冷却ァクチユエータ Ac t2 へ出力し、操作量出力 MVC0が最大値 MV2x以下の場合、この最大値 MV2xをそのまま冷却ァクチユエータ A c t2 へ出力する。

以上のステップ 301〜306を 1制御周期における処理とし、ステップ 30 1〜 306の処理を制御周期毎に繰り返す。

以上のように、本実施例では、温度制御冷却コントローラ P I D一 C は、設定値 S P1 として操作量指示値 M VI の理想値（例えば 10%) を揉用し、制御量 PV1 として実際の操作量指示値 MV1 を採用し、 P I Dロジックに基づき操作量出力 MVCOを算出する。

そして、冷却ァクチユエータ A c t 2 については、温度制御側で求められた冷却器操作量指示値 MV2 と湿度制御側で求められた冷却器操作量指示値 MV4 と温度制御冷却コントローラ P I D— C で求められた冷却器操作量指示値 MVC0の最大値 MV2xが冷却出力最大値演算部 C_MAX2で算出され、この最大値 MV2xが冷却ァクチユエータ A c t 2 へ出力される。

以上の構成により、ァクチユエータとして加熱ァクチユエータ A c t l 、冷却ァクチユエータ A c t 2 、加湿ァクチユエータ A c t 3 を用いる温湿度制御系であり、特に温度制御については加熱ァクチユエータ A c t l を主ァクチユエータ、冷却ァクチユエータ A c t 2 を補助ァクチユ^ータとして用いる制御系において、加熱冷却機能の出力相殺や加湿除湿機能の出力相殺を削減することができ、温湿度制御系全体にとつて最低出力に近い制御を実現することができ、省エネルギーを実現することができる。また、温度制御冷却コントローラと冷却出力最大値演算部とを組み合わせることにより、省エネルギー効果を一層高めることができる。また、第 3実施例と同様に、昇温要求や降温要求の発生時においても、冷却ァクチユエータ A c t 2 を適切に動作させることができるので、良好な制御性を得ることができる。

以上のように、本発明は、加熱ァクチユエータ、冷却ァクチユエ一タ及ぴ加湿ァクチユエータを用いる温湿度制御系、または加熱ァクチユエータを主ァクチュエータ、冷却ァクチユエータを補助ァクチユエータとして用いる温度制御系に適している。

Claims

請求の範囲

1 . 温度制御を行うコントローラの加熱ァクチユエ一タ及ぴ冷却ァクチユエータへの操作量出力のうち前記冷却ァクチユエータへの操作量出力と、湿度制御を行うコントローラの加湿ァクチユエ一タ及ぴ前記冷却ァクチユエータへの操作量出力のうち前記冷却ァクチユエータへの操作量出力とを比較して、大きい方の操作量出力を前記冷却ァクチユエータに対して与えるようにしたことを特徴する温湿度制御方法。

2 . 加熱制御を行うコントローラの操作量出力を冷却制御を行うコントローラへの制御量入力として与え、この冷却制御を行うコントローラに対して前記操作量出力の理想値を設定値として与えるようにしたことを特徴とする温度制御方法。

3 . 温度制御の加熱機能を実現する加熱ァクチユエータと、

温度制御の冷却機能および湿度制御の除湿機能を実現する冷却ァクチユエータと、

湿度制御の加湿機能を実現する加湿ァクチユエータと、

温度制御を行う温度制御コントローラと、

湿度制御を行う湿度制御コントローラと、

前記温度制御コントローラの操作量出力が加熱モードに対応した値の場合には前記加熱ァクチユエータへ出力し、前記温度制御コントローラの操作量出力が冷却モードに対応した値の場合には前記冷却ァクチユエータへ出力する温度制御出力分岐部と、

前記湿度制御コントローラの操作量出力が加湿モードに対応した値の場合には前記加湿ァクチユエータへ出力し、前記湿度制御コントローラの操作量出力が除湿モードに対応した値の場合には前記冷却ァクチユエータへ出力する湿度制御出力分岐部と、

前記温度制御出力分岐部及び湿度制御出力分岐部と前記冷却ァクチユエータとの間に設けられ、前記温度制御出力分岐部と前記湿度制御出力分岐部の各操作量出力を比較して、大きい方の操作量出力を前記冷却ァクチユエータに与える冷却出力最大値演算部とを有することを特徴とする温湿度制御装置。

4 . 温度制御の加熱機能を実現する加熱ァクチユエータと、

温度制御の冷却機能およぴ湿度制御の除湿機能を実現する冷却ァクチユエータと、

湿度制御の加湿機能を実現する加湿ァクチユエータと、

加熱制御を行い、前記加熱ァクチユエータに対して操作量出力を与える温度制御加熱コントローラと、

冷却制御を行い、前記冷却ァクチユエータに対して操作量出力を与える温度制御冷却コントローラと、

加湿制御を行い、前記加湿ァクチユエータに対して操作量出力を与える湿度制御加湿コントローラと、

除湿制御を行い、前記冷却ァクチユエータに対して操作量出力を与える湿度制御除湿コントローラと、

加熱モードのとき前記温度制御加熱コントローラを動作させ、冷却モードのとき前記温度制御冷却コントローラを動作させる温度制御コントローラ切換処理部と、

加湿モードのとき前記湿度制御加湿コントローラを動作させ、除湿モードのとき前記湿度制 I P除湿コントローラを動作させる湿度制御コントローラ切換処理部と、

前記温度制御冷却コントローラ及び湿度制御除湿コントローラと前記冷却ァクチュエータとの間に設けられ、前記温度制御冷却コントローラと前記湿度制御除湿コントローラの各操作量出力を比較して、大きい方の操作量出力を前記冷却ァクチユエータに与える冷却出力最大値演算部とを有することを特徴とする温湿度制御装置。

5 . 温度制御の加熱機能を実現する加熱ァクチユエータと、

温度制御の冷却機能を実現する冷却ァクチユエータと、

この温度制御加熱コントローラの前記操作量出力を制御量入力とし、前記操作量出力の理想値を設定値として演算を行い、演算結果の操作量出力を前記冷却ァクチユエータへ出力する温度制御冷却コントローラとを有することを特徴とする温度制御装置。

6 . 温度制御の加熱機能を実現する加熱ァクチユエータと、

湿度制御の加湿機能を実現する加湿ァクチユエータと、

温度制御を行う温度制御コントローラと、 ·

湿度制御を行う湿度制御コントローラと、

前記湿度制御コントローラの操作量出力が加湿モ一ドに対応した値の場合には前記加湿ァクチユエータへ出力し、前記湿度制御コントローラの操作量出力が除湿モードに対応した値の場合には前記冷却ァクチユエータへ出力する湿度制御出力分岐部と、

前記温度制御出力分岐部の前記操作量出力を制御量入力とし、この操作量出力の理想値を設定値として演算を行い、演算結果の操作量出力を前記冷却ァクチュエータへ出力する温度制御冷却コントローラと、

前記温度制御出力分岐部、湿度制御出力分岐部及び温度制御冷却コントローラと前記冷却ァクチユエータとの間に設けられ、前記温度制御出力分岐部と前記湿度制御出力分岐部と前記温度制御冷却コントローラの各操作量出力を比較して、最も大きい操作量出力を前記冷却ァクチユエータに与える冷却出力最大値演算部とを有することを特徴とする温湿度制御装置。