(57)【要約】      （修正有）【課題】生産変動や外気変動などの生産環境の変動に追従するよう温度制御システムの時間応答性まで考慮し空調設備の機器条件を連携制御することで、簡便な温度制御システム構造で生産品質を十分確保すると同時に大幅に空調エネルギーを削減することができる温度制御システムを提供する。【解決手段】温度制御システムは、空調対象室の温度２００を計測する生産温度計測装置と、計測された生産温度に基づき空調冷却熱量を操作する冷却操作装置とを備え、冷却操作装置の冷却熱量を増加させる第１冷却操作と、冷却操作装置の冷却熱量を減少させる第２冷却操作とを実施し、記第１冷却操作を開始する生産温度の判定値２１０が、計測された生産温度の平均値２０５よりも低い。【選択図】図２
2019203645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空調対象室の温度を計測する温度計測装置と、
前記空調対象室と接続されて、前記計測された温度に基づき前記空調対象室に供給する空調冷却熱量を操作する冷却操作装置と、
前記冷却操作装置に接続されて、前記冷却操作装置の前記空調冷却熱量を増加させる第１冷却操作と、前記冷却操作装置の前記空調冷却熱量を減少させる第２冷却操作とをそれぞれ実施することにより温度調節を行う温度調節装置と、
前記温度調節装置に接続されて、前記第１冷却操作を開始する前記温度の第１冷却判定値を、前記計測された温度の平均値よりも低い温度でかつ前記温度が温度上昇傾向にあるときに設定した状態で前記温度調節装置を動作制御して、前記温度の平均値よりも低い温度から前記温度が温度上昇傾向にあるときに前記冷却操作装置の前記空調冷却熱量を増加させる一方、前記第２冷却操作を開始する前記温度の第２冷却判定値を、前記計測された温度の平均値よりも高い温度でかつ前記温度が温度下降傾向にあるときに設定した状態で前記温度調節装置を動作制御して、前記温度の平均値よりも高い温度から前記温度が温度下降傾向にあるときに前記冷却操作装置の前記空調冷却熱量を減少させるように制御する制御装置とを備える、
温度制御システム。
【請求項２】
前記空調対象室に接続されて、前記計測された温度に基づき前記空調対象室に供給する空調加熱熱量を前記温度調節装置で操作する加熱操作装置をさらに備える、
請求項１に記載の温度制御システム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記第１冷却操作を開始する前記温度の判定値が、前記第２冷却操作を開始する前記温度の判定値より低く設定した状態で前記温度調節装置を動作制御させる、
請求項１又は２に記載の温度制御システム。
【請求項４】
前記第１及び第２冷却操作の電力を計測する空調電力計測装置をさらに備え、
前記制御装置は、
前記計測された温度と前記計測された空調電力と前記操作された冷却操作条件とを記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された温度と空調電力と前記操作された冷却操作条件との関係に基づき、前記温度が目標温度範囲になるように新たな冷却操作条件を算出する算出部と、
前記算出部で算出された新たな冷却操作条件に基づき、空調冷却熱量を操作する制御部とを備える、
請求項１〜３のいずれか１つに記載の温度制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば精密機器の製造工程などのクリーンルーム又は恒温室など精密な温度管理を必要とする製造プロセスにおける温度制御システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、クリーンルーム又は恒温室など精密な温度管理を必要とする際に、温度制御システムが用いられている。このクリーンルーム又は恒温室の温度を高精度に維持する際、蒸発器の出口空気の温度を目標値よりも１〜２℃低い値になるようにインバーター圧縮機の回転数を制御し、前記蒸発器によって冷却された空気をヒーターで加熱して、吹出し空気の温度を目標値±０．１℃に制御する対策がとられている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００３】
上記のような従来の温度制御システムについて、図面を用いて以下に説明する。
【０００４】
図４は従来の温度制御システムを示すものである。図４に示す温度制御システム１１は、蒸発器１２と、インバーター圧縮機１３と、凝縮器１４と、電子膨張弁１５とを有する。このシステムでは、給気ファン１６により送られる吸込み空気１７を、蒸発器１２によって冷却する直膨式の冷却回路１８を有する。蒸発器１２の出口空気１９の温度を温度センサー２０で測定し、その測定結果に基づいてインバーター圧縮機１３の回転数を制御器２１で制御して、蒸発器出口空気１９の温度を、吹出し空気２２の目標値よりも１〜２［℃］低い値に制御する。その後は、電気ヒーター２３によって、温度センサー２４で測定される吹出し空気２２の温度を、目標値±０．１［℃］以下に制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３５３９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の従来の温度制御システムでは、次のような解決すべき課題を有する。
【０００７】
すなわち、蒸発器出口空気温度が目標値よりも１〜２℃低い値になるように冷却回路を制御し、吹出し空気の温度が目標値になるようにヒーターを制御する。このような方法では、蒸発器出口空気温度と、空調機からの吹出し空気温度とを、それぞれ独立の固定値に制御するように設計されている。このため、生産の変動に充分に追従できず、空調エネルギーを過剰に消費する。具体的には、蒸発器では冷却エネルギーを必要とする一方、ヒーターでは加熱エネルギーを必要とするといったように、１つの温度制御システム内で、一方の装置では温度を下げ、他方の装置では温度を上げるといった、エネルギーの相殺が生じており、エネルギーの無駄又はエネルギー効率が悪くなっていた。すなわち、生産変動又は外気変動などの生産環境の変動に追従することができなかった。
【０００８】
本発明は、かかる問題点に鑑み、生産変動又は外気変動などの生産環境の変動に追従するよう温度制御システムの時間応答性まで考慮して空調設備の機器条件を連携制御することで、簡便な温度制御システム構造で生産品質を十分確保すると同時に空調エネルギーを大幅に削減することができる温度制御システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の１つの態様にかかる温度制御システムは、空調対象室の温度を計測する温度計測装置と、
前記空調対象室と接続されて、前記計測された温度に基づき前記空調対象室に供給する空調冷却熱量を操作する冷却操作装置と、
前記冷却操作装置に接続されて、前記冷却操作装置の前記空調冷却熱量を増加させる第１冷却操作と、前記冷却操作装置の前記空調冷却熱量を減少させる第２冷却操作とをそれぞれ実施することにより温度調節を行う温度調節装置と、
前記温度調節装置に接続されて、前記第１冷却操作を開始する前記温度の第１冷却判定値を、前記計測された温度の平均値よりも低い温度でかつ前記温度が温度上昇傾向にあるときに設定した状態で前記温度調節装置を動作制御して、前記温度の平均値よりも低い温度から前記温度が温度上昇傾向にあるときに前記冷却操作装置の前記空調冷却熱量を増加させる一方、前記第２冷却操作を開始する前記温度の第２冷却判定値を、前記計測された温度の平均値よりも高い温度でかつ前記温度が温度下降傾向にあるときに設定した状態で前記温度調節装置を動作制御して、前記温度の平均値よりも高い温度から前記温度が温度下降傾向にあるときに前記冷却操作装置の前記空調冷却熱量を減少させるように制御する制御装置とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、本発明の前記態様にかかる温度制御システムによれば、生産変動又は外気変動などの生産環境の変動に対応して第１冷却操作又は第２冷却操作を開始する時点を変動させて冷却操作を実施することにより、生産変動又は外気変動などの生産環境の変動に追従することが可能となる。このため、前記温度制御システムは、生産変動又は外気変動などの生産環境の変動に追従するよう温度制御システムの時間応答性まで考慮して空調設備の機器条件を連携制御することができる。この結果、簡便な温度制御システム構造で生産品質を十分確保すると同時に、空調エネルギーを大幅に削減することができる。
【００１１】
よって、本発明の前記態様は、従来の問題点を解消した温度制御システムとして、実用的価値は極めて大なるものがある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１の温度制御システムの構成図
【図２】実施の形態１の温度制御システムの生産温度と冷却操作条件の関係を示す模式図
【図３】実施の形態１の温度制御システムの制御状態を示すフローチャート
【図４】従来の温度制御システムの構成図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を示す温度制御システムについて、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は本実施の形態１の温度制御システムの構成図である。ここでは、温度制御システム１００を精密機器製造の恒温室に適用した例で説明する。
【００１５】
温度制御システム１００は、少なくとも、温度計測装置１４０と、冷却操作装置１０５と、加熱操作装置１１０と、第１温度調節装置１４５と、制御装置１５５とを備えている。
【００１６】
温度計測装置１４０は、一例として第１温度センサー１４０であり、空調対象室１２５に配置されて、空調対象室１２５内の温度２００を計測する。空調対象室１２５とは、一例として、空調対象の空間であって製造又は生産工程が実施される部屋である。
【００１７】
冷却操作装置１０５は、一例として冷却部１０５であり、空調対象室１２５と給気ダクト１２０で接続されて、第１温度センサー１４０で計測された温度に基づき、空調対象室１２５に供給する空調冷却熱量を操作する。冷却部１０５の具体的な例としては、冷媒との熱交換を行う冷却装置が用いられる。
【００１８】
加熱操作装置１１０は、一例として加熱部１１０であり、空調対象室１２５と給気ダクト１２０で接続されて、第１温度センサー１４０で計測された温度に基づき、空調対象室１２５に供給する空調加熱熱量を操作する。加熱部１１０の具体的な例としては、電気ヒーター又は蒸気ヒーターが用いられるが、他にも生産温度を加熱する手段であればよく、例えば生産設備の発熱を利用する加熱装置であっても良い。
【００１９】
第１温度調節装置１４５は、一例として第１温度調節器１４５であり、冷却部１０５に接続されて、冷却部１０５の空調冷却熱量を増加させる第１冷却操作と、冷却部１０５の空調冷却熱量を減少させる第２冷却操作とを実施するように調節する。例えば、第１温度調節装置１４５は、第１冷却操作と第２冷却操作とを交互に繰り返すように調節することができるが、これに限られるものではない。
【００２０】
制御装置１５５は、少なくとも、第１温度調節器１４５に接続されて、第１温度調節器１４５０介して冷却部１０５を動作制御する。この実施形態では。制御装置１５５は、第１温度調節器１４５と第２温度調節器１５０とにそれぞれ接続されて、第１温度調節器１４５を介して冷却部１０５と第２温度調節器１５０を介して加熱部１１０とをそれぞれ独立して動作制御する。制御装置１５５により、第１温度センサー１４０で計測された生産温度が、目標値の温度範囲に入るよう第１温度調節器１４５及び／又は第２温度調節器１５０の値を制御する。
【００２１】
制御装置１５５は、少なくとも、記憶部１５５ａと、算出部１５５ｂと、制御部１５５ｃとを有する。制御装置１５５は、少なくとも、算出部１５５ｂで算出された冷却操作条件に基づき、第１温度調節器１４５を介して冷却部１０５の空調冷却熱量を制御する。
【００２２】
記憶部１５５ａは、制御に必要な情報を記憶するものであり、第１温度センサー１４０で計測された温度と、計測された空調電力と、冷却操作条件と、加熱操作条件とを記憶する。記憶部１５５ａは、例えば、生産温度２００と空調電力と操作された冷却操作条件と加熱操作条件との関係情報を記憶しておく。関係情報としては、少なくとも、生産温度２００と冷却操作条件との関係情報を含む。さらに、好ましくは、関係情報としては、空調電力と冷却操作条件との関係情報を含む。関係情報の例としては、加熱部電力と空調冷却部電力とが共に使われて生産温度が一定に保たれている場合には、エネルギーの相殺が生じているため、空調冷却部電力を下げるように、空調の冷却操作条件の空調温度（例えば冷却開始温度）を上げるか、若しくは、空調冷却のタイミングを遅らせる（例えば冷却開始時間を遅くする）といった情報である。
【００２３】
算出部１５５ｂは、記憶部１５５ａに記憶された温度と空調電力と冷却操作条件と加熱操作条件との関係情報と、第１温度センサー１４０で計測された生産温度と、電力計１６０，１６１でそれぞれ計測された電力とに基づき、冷却操作条件を算出する。すなわち、算出部１５５ｂは、少なくとも、記憶部１５５ａに記憶された温度と空調電力と操作された冷却操作条件との関係に基づき、生産温度２００又は平均生産温度２０５が目標温度範囲になるように新たな冷却操作条件を算出する。より具体的な例としては、複数周期で加熱冷却の温度制御を実施するとき、１周期前の生産温度２００又は平均生産温度２０５が目標温度範囲より高くなっていたならば、次回の冷却操作条件の冷却熱量が、前回の冷却操作条件の冷却熱量よりも、より大きくなるように算出部１５５ｂで新たな冷却操作条件を設定する。このように設定するための具体的な方法としては、少なくとも２つの方法（１），（２）が例示できる。まず、（１）の方法としては、第１冷却操作から第２冷却操作までの第１冷却操作の時間が長くなるように算出部１５５ｂで第１冷却操作の判定温度、すなわち後述する第１冷却判定値２１０をより低く設定する方法である。（２）の方法としては、算出部１５５ｂで第１冷却操作の、後述する冷却部設定温度を低くする方法である。
【００２４】
制御部１５５ｃは、算出部１５５ｂでの算出結果に基づき、第１温度調節器１４５及び／又は第２温度調節器１５０の値を制御する。
【００２５】
また、キーボード又はマウスなどの入力装置１５６は、制御装置１５５に接続されて、生産温度２００の目標値を含む目標温度範囲及び冷却部１０５と加熱部１１０とのそれぞれの電力の目標電力範囲などを入力装置１５６で制御装置１５５に入力して、記憶部１５５ａに記憶することができる。
【００２６】
温度制御システム１００では、空調対象室１２５と冷却部１０５とが給気ダクト１２０で接続され、空調対象室１２５と冷却部１０５との間に加熱部１１０が配置されている。よって、冷却部１０５で冷却された空気が加熱部１１０を介して空調対象室１２５に供給される。よって、冷却部１０５により所定の温度まで冷却された冷却部出口空気は、給気ダクト１２０を介して加熱部１１０に供給される。加熱部１１０に供給された空気は、加熱部１１０により所定の温度まで加熱されたのち、加熱部１１０から給気ダクト１２０を介して空調対象室１２５へ給気エアとして供給される。
【００２７】
温度制御システム１００では、加熱部１１０と空調対象室１２５との間に給気ファン１１５を配置して、給気ファン１１５により、給気ダクト１２０を介して空調対象室１２５へ給気エアとして供給されるようにしてもよい。
【００２８】
冷却部１０５及び加熱部１１０には、それぞれ、空調電力計測装置の一例としての電力計１６０，１６１が接続されて、冷却部１０５の電力及び加熱部１１０の電力を、それぞれ、電力計１６０，１６１で計測して、制御装置１５５に入力する。
【００２９】
また、冷却部１０５と加熱部１１０との間の給気ダクト１２０には、第２温度センサー１３０を配置すれば、冷却部１０５の冷却部出口空気の温度を計測することができる。
【００３０】
また、冷却部１０５と加熱部１１０との間の給気ダクト１２０に第２温度センサー１３０を配置すれば、冷却部１０５の冷却部出口空気の温度を計測することができる。計測した温度は、第１温度調節器１４５に入力されて、第１温度調節器１４５による冷却部１０５の冷却熱量の制御に使用することができる。
【００３１】
また、加熱部１１０と空調対象室１２５との間の給気ダクト１２０に第３温度センサー１３５を配置すれば、加熱部１１０の加熱部出口空気の温度を計測することができる。計測した温度は、第２温度調節器１５０に入力されて、第２温度調節器１５０による加熱部１１０の加熱熱量の制御に使用することができる。
【００３２】
図２は、実施の形態１の温度制御システムの生産温度と冷却操作条件との関係情報を示す模式図である。図２の関係情報は、記憶部１５５ａに記憶される、生産温度２００と空調電力と冷却操作条件と加熱操作条件との関係情報のうちの１つの例示である。
【００３３】
ここからは、図１に示す温度制御システムの制御システム例について、図２を用いて説明する。図２の上側のグラフ（ａ）は、横軸が時間、縦軸が生産温度である。図２の下側のグラフ（ｂ）は、横軸が時間、縦軸が冷却部設定温度である。従って、第１温度センサー１４０で計測された生産温度を基に、図２の（ａ）から図２の（ｂ）をたどると、冷却部設定温度を求めることができる。
【００３４】
ここで、第１温度センサー１４０で計測された空調対象室１２５の生産温度２００の平均値を平均生産温度２０５とする。これは、実際に計測した値を基に予め算出してもよいし、予測値でもよい。また、生産温度と冷却部設定温度とを関係付けるため、制御装置１５５の制御部１５５ｃでは、以下のように設定して記憶部１５５ａに記憶させている。
【００３５】
まず、冷却部１０５の冷却熱量を増加させる第１冷却操作を開始する生産温度２００の判定値を、第１冷却判定値２１０とする。この第１冷却判定値２１０は、平均生産温度２０５より低く設定されているが、図２の（ａ）の生産温度のグラフのうち、生産温度２００がその後に上昇する傾向のある位置とし、生産温度２００がその後で下降する傾向のある位置には設定しない。また、第１冷却操作を開始する際の冷却部１０５の冷却熱量の冷却部設定温度を、第１冷却指令値２１５とする。第１冷却指令値２１５は、平均生産温度２０５より低く設定されている。
【００３６】
従って、このように設定すれば、生産温度２００が平均生産温度２０５より低いが、生産温度２００がその後に上昇する傾向のあるとき、第１冷却操作を開始することができる。
【００３７】
また、冷却部１０５の冷却熱量を減少させる第２冷却操作を開始する生産温度２００の判定値を、第２冷却判定値２２０とする。この第２冷却判定値２２０は、平均生産温度２０５より高く設定されているが、図２の（ａ）の生産温度のグラフのうち、生産温度２００がその後に下降する傾向のある位置とし、生産温度２００がその後で上昇する傾向のある位置には設定しない。また、第２冷却操作を開始する際の冷却部１０５の冷却熱量の冷却部設定温度を、第２冷却指令値２２５とする。第２冷却指令値２２５は、平均生産温度２０５より高く設定されている。
【００３８】
従って、このように設定すれば、生産温度２００が平均生産温度２０５より高いが、生産温度２００がその後に下降する傾向のあるとき、第２冷却操作を開始することができる。
【００３９】
これらの設定情報は、すべて、記憶部１５５ａに記憶される。
【００４０】
このように設定したのち、第１温度センサー１４０で計測されて制御装置１５５に入力された生産温度２００が、記憶部１５５ａに記憶された情報を基に、図２（ａ）において生産温度の傾きが正であるとき、すなわち、生産温度がその後に温度上昇するときであって、かつ、第１冷却判定値２１０より高くなったか否かを、算出部１５５ｂで判定する。
【００４１】
算出部１５５ｂで、生産温度がその後に温度上昇するときであって、かつ、第１冷却判定値２１０より高くなったと判定すると、制御部１５５ｃは、記憶部１５５ａに記憶された情報を基に、冷却部１０５の第１温度調節器１４５の冷却部設定温度を、第２冷却指令値２２５から第１冷却指令値２１５に変更する。その後、冷却部１０５の冷却熱量の冷却部設定温度を第１冷却指令値２１５として、冷却部１０５の冷却熱量を増加させる第１冷却操作を開始する。
【００４２】
一方、第１温度センサー１４０で計測されて制御装置１５５に入力された生産温度２００が、記憶部１５５ａに記憶された情報を基に、図２（ａ）において生産温度２００の傾きが負であるとき、すなわち、生産温度がその後に温度下降するときであって、かつ、第２冷却判定値２２０より低くなったか否かを、算出部１５５ｂで判定する。
【００４３】
算出部１５５ｂで、生産温度がその後に温度下降するときであって、かつ、第２冷却判定値２２０より低くなったと判定すると、制御部１５５ｃは、記憶部１５５ａに記憶された情報を基に、冷却部１０５の第１温度調節器１４５の冷却部設定温度を、第１冷却指令値２１５から第２冷却指令値２２５に変更する。その後、冷却部１０５の冷却熱量の冷却部設定温度を第２冷却指令値２２５として、冷却部１０５の冷却熱量を減少させる第２冷却操作を開始する。
【００４４】
以上の様に、図２（ａ）のように生産温度が平均生産温度２０５に対して周期的に上下するとき、制御装置１５５の制御の下で第１温度調節器１４５を介して冷却部１０５の第１冷却操作と第２冷却操作とを例えば交互に繰り返すことにより、制御装置１５５は、生産温度２００を上下に周期的に揺らぐように第１温度調節器１４５を介して冷却部１０５を制御することができる。
【００４５】
ここで、制御装置１５５において、第１冷却判定値２１０と第１冷却指令値２１５とは、それぞれ、平均生産温度２０５より低く設定することが好ましい。すなわち、生産温度２００が上昇傾向にあっても、生産温度２００が平均生産温度２０５より低いときに、冷却部１０５の第１温度調節器１４５の冷却部設定温度を平均生産温度２０５から下げることが好ましい。これは、冷却部１０５の第１温度調節器１４５の冷却部設定温度を変更してから生産温度２００が変化するまでに数分の応答時間を必要とするため、生産温度２００が平均生産温度２０５以上の生産温度２００のときに、第１冷却操作を開始して冷却部１０５の第１温度調節器１４５の冷却部設定温度を下げると、生産温度２００が平均生産温度２０５以上の状態が維持される時間が長過ぎて生産温度２００が高くなり過ぎる結果、生産温度２００を高精度に維持することができないためである。
【００４６】
また、制御装置１５５において、第２冷却判定値２２０と第２冷却指令値２２５とは、第１冷却判定値２１０より高く、さらには平均生産温度２０５よりも高く、設定することが好ましい。すなわち、生産温度２００が下降傾向にあっても、生産温度２００が、第１冷却判定値２１０より高く、さらには平均生産温度２０５より高いときに、冷却部１０５の第１温度調節器１４５の冷却部設定温度を平均生産温度２０５から上げることが好ましい。これは、冷却部１０５の第１温度調節器１４５の冷却部設定温度を変更してから生産温度２００が変化するまでに数分の応答時間を必要とするため、第１冷却操作の開始である第１冷却判定値２１０以下の生産温度２００のときに、第２冷却操作を開始して冷却部１０５の第１温度調節器１４５の冷却部設定温度を上げると、すると、生産温度２００が第１冷却判定値２１０未満の状態が維持される時間が長過ぎて生産温度２００が低くなり過ぎ、余剰な冷却熱量を相殺させる加熱部１１０の電力消費が大きくなるからである。
【００４７】
具体的な例としては、平均生産温度２０５を２３．１℃とするとき、第１冷却判定値２１０を２３．０５℃とし、第１冷却指令値２１５を１９℃とし、第２冷却判定値２２０を２３．１５℃とし、第２冷却指令値２２５を２８℃とする。
【００４８】
また、加熱部１１０は、補助的に用いるもので説明を省いているが、この際、加熱部１１０の第２温度調節器１５０の設定値を例えば２３．０℃とし、電気ヒーターなどでＯＮ、ＯＦＦし、加熱部１１０の出口空気を調節する。
【００４９】
なお、第１冷却操作と第２冷却操作とは、制御装置１５５で第１温度調節器１４５の設
定温度を操作して冷却熱量を調節するものとしたが、冷却熱量を調節するものであれば公知の装置でもよく、冷風ファン又は冷水ポンプなどのインバーターの周波数又は冷媒弁などの開度を調整操作するものを組み合わせても良い。
【００５０】
なお、第２冷却操作は、第１冷却操作より、冷却熱量を減らす操作をすればよく、第２冷却操作時の冷却熱量がゼロになるよう操作することも含む。
【００５１】
なお、第２冷却操作を開始する第２冷却判定を、生産温度２００の傾きが負で第２冷却判定値２２０より低くなる時としたが、第１冷却操作の冷却電力や操作時間を計測し、所定の冷却熱量を超えた時としてもよい。
【００５２】
なお、１つの制御装置１５５に対して第１冷却操作と第２冷却操作とをそれぞれ１つとして説明したが、数を限定するものではなく、１つの制御装置１５５に対して、複数個の第１冷却操作と１個の複数個の第２冷却操作との組み合わせ、１個の第１冷却操作と複数個の第２冷却操作との組み合わせ、複数個の第１冷却操作と複数個の第２冷却操作との組み合わせなど、任意に組み合わせるようにしても良い。
【００５３】
なお、第１冷却操作と第２冷却操作の２つのステップを周期的に変更させるとしたが、生産温度２００を周期的に制御すればよく、第１冷却操作と第２冷却操作とを補間するステップを複数個設けても良い。
【００５４】
なお、前記説明は、温度制御システム１００を精密機器製造の恒温室に適用した例として説明しているが、空調対象室１２５の温度を目標温度±１℃の目標温度範囲で精密に調整するものであればよく、クリーンルームに適用しても良い。
【００５５】
図３は、実施の形態１の温度制御システムの制御状態を示すフローチャートである。ここからは、図１から図２に示す空調温度制御システムの制御システム例について、図３を用いて説明する。これらの動作は、制御装置１５５の制御の下に実施される。
【００５６】
まず、ステップＳ１で、生産状態を検出する。すなわち、空調対象室１２５での生産温度２００を第１温度センサー１４０で連続的に計測して、計測結果を制御装置１５５に入力する。
【００５７】
また、ステップＳ１とは別に、ステップＳ２で、空調電力を計測する。すなわち、冷却部１０５の電力及び加熱部１１０の電力を、それぞれ、電力計１６０，１６１で計測して、制御装置１５５に入力する。ステップＳ１とステップＳ２とは同時並行して行う。
【００５８】
ステップＳ１及びステップＳ２の後に、ステップＳ３で、生産温度２００と空調電力と冷却操作条件と加熱操作条件との関係情報を記憶部１５５ａに記憶する。なお、ステップＳ１及びステップＳ２と同時的にステップＳ３を実施してもよい。場合によっては、システムを構成するとき、すなわち、ステップＳ１及びステップＳ２とよりも前にステップＳ３を実施してもよい。その後、ステップＳ４に進む。
【００５９】
次いで、ステップＳ４で、記憶部１５５ａに記憶された前記関係情報のデータを基に、算出部１５５ｂで冷却操作条件を算出する。このとき、算出後の冷却操作条件も記憶部１５５ａに記憶させておき、次回の冷却操作条件の算出時に使用してもよい。ここで、冷却操作条件とは、例えば、設定温度（例えば、下記の第１冷却指令値又は第２冷却指令値）又は冷却操作時間（例えば、下記のＢ分）を変化させることを意味する。
【００６０】
冷却操作条件の具体的な例としては、算出部１５５ｂで以下の式を使用して、第１冷却判定値２１０と、第１冷却指令値２１５と、第２冷却判定値２２０と、第２冷却指令値２２５とを算出する。以下の式は、記憶部１５５ａに予め記憶されている。
【００６１】
第１冷却判定値２１０は、記憶部１５５ａに記憶された関係情報のデータから（式１）を使用して算出部１５５ｂで決定する。
【００６２】
第１冷却判定値＝生産温度２００の最小値＋Ａ      ・・（式１）
ここで、生産温度２００の最小値は、記憶部１５５ａに記憶された前記関係情報から算出する。例えば、図２（ａ）より生産温度２００の最小値を算出する。また、Ａの値は０≦Ａ＜０．５の範囲で、例えば、空調エネルギーを大幅に削減する観点から、試行錯誤の実験の結果として０．０５に設定することが好ましい。これは、Ａの値が０．５以上になると冷却操作の開始が遅れ、生産温度２００の最大値が大きくなるためである。
【００６３】
また、第１冷却指令値２１５は、（式２）の範囲で、第１冷却操作の電力量がＢ分間で（式３）の設定冷却電力量になる様に、（式２）と（式３）とを使用して、記憶部１５５ａに記憶された関係情報のデータ及び目標温度範囲又は目標電力範囲から算出部１５５ｂで決定する。
【００６４】
第１冷却指令値＝生産温度２００の目標値−Ｃ      ・・（式２）
設定冷却電力量＝（冷却熱量−加熱熱量÷Ｄ）÷冷却部のエネルギー消費効率（ＣＯＰ）      ・・（式３）
冷却熱量＝冷却部の電力量×冷却部のエネルギー消費効率（ＣＯＰ）      ・・（式４）
加熱熱量＝加熱部の電力量×加熱部のエネルギー消費効率（ＣＯＰ）      ・・（式５）
ここで、加熱熱量は、ヒーター以外にも、装置発熱、又は、空調対象室の壁面からの熱負荷などの部屋熱負荷などの影響を受ける。部屋熱負荷とは、空調対象室である部屋の壁などの躯体から生じる負荷であって、壁が冷めたり暖められたりすることによる空調負荷を意味する。
【００６５】
冷却熱量も、部屋熱負荷などの影響を受ける。
【００６６】
電力量は、固有値ではなく、温度制御システムの熱負荷（例えば生産負荷又は部屋熱負荷（外気負荷））により冷却部の電力量は時々刻々変化する。また、生産温度により、加熱部の電力量も時々刻々変化する。エネルギー消費効率は、温度制御システム又は装置に固有である。
【００６７】
ここで、Ｂの値は５≦Ｂ≦１５の範囲で、例えば、空調エネルギーを大幅に削減する観点から、試行錯誤の実験の結果として１０に設定することが好ましい。これは、Ｂの値が５より小さいと、冷却操作の周期が短くなって機器故障に繋がる。また、１５より大きいと、冷却操作の周期が長くなって生産温度２００の制御性が悪くなる。
【００６８】
また、Ｃの値は１≦Ｃ≦７の範囲で、例えば、空調エネルギーを大幅に削減する観点から、試行錯誤の実験の結果として４に設定することが好ましい。これは、Ｃの値が１より小さいと、第１冷却操作のタイミングが遅れて冷却不足になり、Ｃの値が７より大きいと、過冷却が起こるためである。
【００６９】
また、Ｄの値は１＜Ｄ≦５の範囲で、例えば、空調エネルギーを大幅に削減する観点から、試行錯誤の実験の結果として３に設定することが好ましい。これは、Ｄの値が１以下では冷却熱量が不足し、Ｄの値が５より大きいと加熱熱量が過多となるためである。
【００７０】
また、第２冷却判定値２２０は、第１冷却操作の開始からＢ分後の生産温度２００の値を、記憶部１５５ａに記憶された関係情報のデータから算出部１５５ｂで設定する。
【００７１】
また、第２冷却指令値２２５は、（式６）を使用して算出部１５５ｂで決定する。算出部１５５ｂでの冷却操作条件の算出は、例えば１サイクル時間毎、具体的には２０分毎などの所定時間間隔に行う。
【００７２】
第２冷却指令値＝生産温度２００の目標値＋Ｅ        ・・（式６）
ここで、Ｅの値は１≦Ｅの範囲で、例えば、空調エネルギーを大幅に削減する観点から、試行錯誤の実験の結果として５に設定することが好ましい。これは、Ｅの値が１より小さいとき、第２冷却操作のタイミングが遅れるためである。
【００７３】
その後、ステップＳ５に進む。
【００７４】
次いで、ステップＳ５で、制御部１５５ｃは、ステップＳ４で算出部１５５ｂで算出された第２冷却指令値２２５を使用して、第１温度調節器１４５を介して冷却部１０５を制御する。その後、ステップＳ６に進む。
【００７５】
次いで、ステップＳ６で、空調対象室１２５での、制御後の生産温度２００を第１温度センサー１４０で計測して、制御装置１５５に入力する。また、冷却部１０５の電力及び加熱部１１０の電力を、それぞれ、電力計１６０，１６１で計測して、制御装置１５５に入力する。その後、ステップＳ７に進む。
【００７６】
次いで、ステップＳ７で、生産温度２００の判定を制御装置１５５で行う。すなわち、平均生産温度２０５が目標温度範囲以内の場合は、冷却判定値と冷却指令値とをそのまま変更することなく維持して、ステップＳ８に進む。また、平均生産温度２０５が目標温度範囲を外れた場合は、ステップＳ４において算出部１５５ｂで再計算を行う。具体的には、生産温度２００又は平均生産温度２０５が目標温度範囲内か否かの判定は、所定時間毎、例えば１０秒毎に制御装置１５５で行い、僅か０．１℃でも目標温度範囲から生産温度２００又は平均生産温度２０５が外れると、生産温度２００又は平均生産温度２０５は目標温度範囲外になったと制御装置１５５で判定する。生産温度２００又は平均生産温度２０５が目標温度範囲を外れた場合は、ステップＳ４において算出部１５５ｂで、第１冷却操作のタイミングで再計算して再制御する。
【００７７】
次いで、ステップＳ８で、空調電力の判定を制御装置１５５で行う。すなわち、冷却部１０５の空調電力が目標電力範囲以内の場合は、冷却判定値と冷却指令値とをそのまま変更することなく維持し、制御装置１５５での制御を継続する。また、目標電力範囲を外れた場合は、ステップＳ４において算出部１５５ｂで再計算を行う。例えば、目標温度範囲外となったとき、具体的には温度の上限値が高くなり過ぎた場合には、式１のＡの値を０．０５から０．０４に設定し直したのち、冷却操作指令のタイミングを早くするなど、計算式の補正を行う。それでも、再度、目標温度範囲及び目標電力範囲外となったときは、さらに、式１のＡの値を設定し直しするとともに冷却操作指令のタイミングをさらに早くするなど、複数バターンの修正の仕方をテーブルとして予め記憶しておき、順番に適用するようにしてもよい。具体的には、空調電力が目標電力範囲内か否かの判定は、所定時間毎、例えば１０秒毎に制御装置１５５で行い、僅かでも目標電力範囲から空調電力が外れたら、空調電力は目標電力範囲外と制御装置１５５で判定する。空調電力が目標電力範囲を外れた場合は、ステップＳ４において算出部１５５ｂで、第１冷却操作のタイミングで再計算して再制御する。
【００７８】
ここで、本実施形態に対する比較例として、本実施形態とは異なり、もし、「第１冷却操作を開始する温度の第１冷却判定値」２１０を、単に、「計測された温度の平均値２０５よりも低い温度」に設定する。そうすると、計測された温度が、「計測された温度の平均値２０５よりも低い温度」になると、直ちに、冷却部１０５の空調冷却熱量を減少させて、温度を上げようとする。しかしながら、このとき、生産工程を考慮すると、計測時点からその後は、「計測する温度」が温度上昇傾向となる予定であれば、結果的に、温度を上げ過ぎることになる。すると、「計測された温度」が、「計測された温度の平均値」２０５を越えると、今度は、冷却部１０５の空調冷却熱量を増加させて、温度を下げようとする。これでは、冷却部１０５の空調冷却熱量を減少させると、すぐに、逆に増加させることになり、エネルギーの相殺が生じて、エネルギーの無駄又はエネルギー効率が悪いままである。また、一旦、空調冷却熱量を減少させようとしたため、計測された温度は、平均値２０５を越えても直ぐには下がらず、温度が上がり過ぎることになり、生産効率の低下又は品質の低下も招く可能性がある。また、「第２冷却操作を開始する温度の第２冷却判定値」２２０を、単に、計測された温度の平均値２０５よりも高い温度とした場合も、同様な問題がある。
【００７９】
これに対して、本実施形態では、生産変動又は外気変動などの生産環境の変動を考慮するため、「第１冷却操作を開始する温度の第１冷却判定値」２１０を、単に、「計測された温度の平均値２０５よりも低い温度」だけでなく、「温度が温度上昇傾向にある」ときに設定している。この結果、計測された温度が、「計測された温度の平均値２０５よりも低い温度」になっても、直ちに、冷却部１０５の空調冷却熱量を減少させるのではなく、温度が温度上昇傾向か又は温度下降傾向かをさらに判定することになる。そして、温度が温度上昇傾向のときには、冷却部１０５の空調冷却熱量を増加させて、温度を下げるように制御している。また、「第２冷却操作を開始する温度の第２冷却判定値」２２０を、「計測された温度の平均値２０５よりも高い温度」でかつ「温度が温度下降傾向にある」ときに設定している。この結果、計測された温度が、「計測された温度の平均値よりも高い温度」になっても、直ちに、冷却部１０５の空調冷却熱量を増加させるのではなく、温度が温度下降傾向か又は温度上昇傾向かをさらに判定することになる。そして、温度が温度下降傾向のときには、冷却部１０５の空調冷却熱量を減少させて、温度を上げるように制御している。
【００８０】
このように、本実施の形態１を用いれば、冷却部１０５の空調冷却熱量を増加させる第１冷却操作と、冷却部１０５の空調冷却熱量を減少させる第２冷却操作とをそれぞれ開始するとき、生産温度２００の温度変化の傾向を考慮しながら第１冷却操作又は第２冷却操作の開始を制御装置１５５で自動的に決定することができる。具体的には、第１冷却操作を開始する温度の第１冷却判定値２１０を、計測された生産温度２００の平均値２０５よりも低い温度でかつ生産温度２００が温度上昇傾向にあるときに設定した状態で第１温度調節器１４５を動作制御して、生産温度の平均値２０５よりも低い温度から生産温度２００が温度上昇傾向にあるときに冷却部１０５の空調冷却熱量を増加させる一方、第２冷却操作を開始する温度の第２冷却判定値２２０を、計測された生産温度２００の平均値２０５よりも高い温度でかつ生産温度２００が温度下降傾向にあるときに設定した状態で第１温度調節器１４５を動作制御して、生産温度２００の平均値２０５よりも高い温度から生産温度２００が温度下降傾向にあるときに冷却部１０５の空調冷却熱量を減少させるように制御装置１５５で制御することができる。
【００８１】
よって、生産変動又は外気変動などの生産環境の変動に対応して第１冷却判定値２１０又は第２冷却判定値２２０を設定することになり、生産変動又は外気変動などの生産環境の変動に追従することが可能となる。言い換えれば、生産変動又は外気変動などの生産環境の変動に追従するよう、温度制御システムの時間応答性までを考慮し、空調設備の機器条件を制御装置１５５で連携制御することで、簡便な温度制御システム構造で、生産品質を十分確保すると同時に空調エネルギーを大幅に削減することができる。
【００８２】
なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明の前記態様にかかる温度制御システムは、生産変動又は外気変動などの生産環境の変動に対応して第１冷却操作又は第２冷却操作を開始する時点を変動させて冷却操作を実施することにより、生産変動又は外気変動などの生産環境の変動に追従することが可能となる。このため、前記温度制御システムは、生産品質を十分確保すると同時に空調エネルギーを大幅に削減することができ、恒温室のみならず、クリーンルームなど精密な温度管理を必要とする各分野において利用できる。
【符号の説明】
【００８４】
１１  温度制御システム
１２  蒸発器
１３  インバーター圧縮機
１４  凝縮器
１５  電子膨張弁
１６  給気ファン
１７  吸込み空気
１８  冷却回路
１９  蒸発器出口空気
２０  温度センサー
２１  制御器
２２  吹出し空気
２３  電気ヒーター
２４  温度センサー
１００  温度制御システム
１０５  冷却部
１１０  加熱部
１１５  給気ファン
１２０  給気ダクト
１２５  空調対象室
１３０  第２温度センサー
１３５  第３温度センサー
１４０  第１温度センサー
１４５  第１温度調節器
１５０  第２温度調節器
１５５  制御装置
１５５ａ  記憶部
１５５ｂ  算出部
１５５ｃ  制御部
１５６  入力装置
１６０，１６１  電力計
２００  生産温度
２０５  平均生産温度
２１０  第１冷却判定値
２１５  第１冷却指令値
２２０  第２冷却判定値
２２５  第２冷却指令値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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