(57)【要約】【課題】温度変化を抑えた精密な温度管理が可能な温冷庫の温度制御装置を提供する。【解決手段】物品を貯蔵するための庫室が内部に形成された筐体Ｓと、庫室の内部を冷却する第１の冷凍回路３１と、庫室の内部を加温する電気ヒータ２０と、を有する温冷庫１の温度制御装置であって、庫室の内部温度を検出する庫内温度センサ５１と、庫室の内部の目標到達温度と目標到達温度に達するまでの目標時間を設定する操作装置３０と、庫室の内部温度と目標到達温度と目標時間に基づいて、庫室の内部温度の設定温度勾配を演算し、庫室の内部温度を一定の設定温度勾配で温度変化させて、目標時間の到達時に目標到達温度に達するように第１の冷凍回路３１及び電気ヒータ２０を制御する庫内精密温度制御を実行するコントロールユニット５０と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物品を貯蔵するための庫室が内部に形成された筐体と、前記庫室の内部を冷却する冷却装置と、前記庫室の内部を加温する加温装置と、を有する温冷庫の温度制御装置であって、
前記庫室の内部温度を検出する庫内温度検出器と、
前記庫室の内部の目標温度を設定する目標温度設定部と、
前記目標温度に達するまでの目標時間を設定する目標時間設定部と、
前記庫室の内部温度と前記目標温度と前記目標時間とに基づいて、前記庫室の内部温度の設定温度勾配を演算し、前記庫室の内部温度を一定の前記設定温度勾配で温度変化させて、前記目標時間の到達時に前記目標温度に達するように前記冷却装置及び前記加温装置を制御する庫内精密温度制御を実行する制御部と、
を備えたことを特徴とする温冷庫の温度制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記庫室の外部から内部への単位時間当たりの侵入熱量を演算する侵入熱量演算部と、
前記庫内精密温度制御を実行する間の、前記庫室の外部から内部への単位時間当たりの最大侵入熱量を演算する最大侵入熱量演算部と、を有し、
前記庫内精密温度制御において、前記最大侵入熱量と前記侵入熱量との差を、前記加温装置による加温により補うことを特徴とする請求項１に記載の温冷庫の温度制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記庫内精密温度制御において、前記庫室の内部を単位時間当たり所定の冷却熱量で一定に冷却するよう前記冷却装置を制御するとともに、前記侵入熱量と前記冷却熱量と前記加温装置による単位時間当たりの加温熱量との和が、前記設定温度勾配で前記庫室の内部を温度変化させるのに必要な熱量となるように、前記加温装置を制御することを特徴とする請求項２に記載の温冷庫の温度制御装置。
【請求項４】
前記庫室の外部温度を検出する外気温度検出器を備え、
前記侵入熱量演算部は、前記庫室の内部温度と外部温度との差に前記筐体の表面積と所定の係数を積算して前記侵入熱量を演算することを特徴とする請求項２または３に記載の温冷庫の温度制御装置。
【請求項５】
前記冷却装置は、冷凍サイクルにおける蒸発器へ流入する冷媒の蒸発温度を制御する蒸発温度制御、または前記蒸発器から流出する冷媒の過熱度を制御する過熱度制御が行われるとともに、
前記制御部は、前記庫室の内部温度の実際の温度勾配と、前記設定温度勾配との差に基づいて、前記目標温度を補正する追値制御を実行することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の温冷庫の温度制御装置。
【請求項６】
前記加温装置は、前記庫室の内部に配置された電気ヒータ、及び前記庫室の周囲を覆うように前記筐体に配置された配管に熱媒体を循環させて前記庫室を加温するブライン設備の、少なくともいずれか一方であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の温冷庫の温度制御装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記庫室の内部温度を前記目標温度まで低下させる際に、前記設定温度勾配よりも大きい温度勾配で前記内部温度を中間目標温度まで低下させる急速冷却モードと、前記内部温度を前記中間目標温度に所定時間維持する平衡冷却モードと、前記内部温度を前記中間目標温度から前記目標温度まで低下させる緩速冷却モードと、を順番に実行し、
少なくとも前記緩速冷却モードにおいて、前記庫内精密温度制御を実行することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の温冷庫の温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物品を貯蔵する温冷庫の温度制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
庫内を任意の温度に保持する温冷庫は、電気ヒータ等の加熱装置と冷却装置の蒸発器とが庫内に配置されており、庫内を加熱及び冷却可能となっている。このような温冷庫においては、庫内の温度を検出して、設定した温度になるように加熱装置及び冷却装置の運転を制御して、庫内を設定温度にまで変化させる勾配運転や、庫内を設定温度に維持させる平衡運転を行う。
【０００３】
例えば特許文献１では、冷却装置の膨張機構に開度可変膨張機構を備え、冷却装置を連続的に運転しつつ、膨張機構の開度及び加熱装置の出力を制御して、勾配運転及び平衡運転を行う。
【０００４】
また、特許文献２では、冷却装置をＯＮ-ＯＦＦ制御して、勾配運転時の設定された温度勾配からの逸脱を抑えるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２−２２９５５６号公報
【特許文献２】特開平３-２１８８０３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、例えば恒温槽や研究用として使用する温冷庫のように、わずかな温度範囲に平衡運転させるとともに、勾配運転においても設定された温度勾配からの逸脱を更に抑える精密な温度管理が要求されている。
【０００７】
このように精密な温度管理を必要とする温冷庫に対しては、上記特許文献１及び特許文献２の温度制御方式では、平衡運転において狭い範囲で温度を正確に維持することや、勾配運転において設定された温度勾配からの逸脱を抑えかつ滑らかに温度変化させることは困難である。
【０００８】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであって、設定された温度勾配からの逸脱を抑えた精密な温度管理が可能な温冷庫の温度制御装置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】
上記課題を解決するために、本発明の温冷庫の温度制御装置は、物品を貯蔵するための庫室が内部に形成された筐体と、前記庫室の内部を冷却する冷却装置と、前記庫室の内部を加温する加温装置と、を有する温冷庫の温度制御装置であって、前記庫室の内部温度を検出する庫内温度検出器と、前記庫室の内部の目標温度を設定する目標温度設定部と、
前記目標温度に達するまでの目標時間を設定する目標時間設定部と、前記庫室の内部温度と前記目標温度と前記目標時間とに基づいて、前記庫室の内部温度の設定温度勾配を演算し、前記庫室の内部温度を一定の前記設定温度勾配で温度変化させて、前記目標時間の到達時に前記目標温度に達するように前記冷却装置及び前記加温装置を制御する庫内精密温度制御を実行する制御部と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
好ましくは、前記制御部は、前記庫室の外部から内部への単位時間当たりの侵入熱量を演算する侵入熱量演算部と、前記庫内精密温度制御を実行する間の、前記庫室の外部から内部への単位時間当たりの最大侵入熱量を演算する最大侵入熱量演算部と、を有し、前記庫内精密温度制御において、前記最大侵入熱量と前記侵入熱量との差を、前記加温装置による加温により補う。
【００１１】
好ましくは、前記制御部は、前記庫内精密温度制御において、前記庫室の内部を単位時間当たり所定の冷却熱量で一定に冷却するよう前記冷却装置を制御するとともに、前記侵入熱量と前記冷却熱量と前記加温装置により加温する単位時間当たりの加温熱量との和が、前記設定温度変化量で前記庫室の内部を温度変化させるのに必要な熱量となるように、前記加温装置を制御する。
【００１２】
好ましくは、前記庫室の外部温度を検出する外気温度検出器を備え、前記侵入熱量演算部は、前記庫室の内部温度と外部温度との差に前記筐体の表面積と所定の係数を積算して前記侵入熱量を演算する。
【００１３】
好ましくは、前記冷却装置は、冷凍サイクルにおける蒸発器へ流入する冷媒の蒸発温度を制御する蒸発温度制御、または前記蒸発器から流出する冷媒の過熱度を制御する過熱度制御が行われるとともに、前記制御部は、前記庫室の内部温度の実際の温度勾配と、前記設定温度勾配との差に基づいて、前記目標温度を補正する追値制御を実行する。
【００１４】
好ましくは、前記加温装置は、前記庫室の内部に配置された電気ヒータ、及び前記筐体に前記庫室の周囲を覆うように配置された配管に熱媒体を循環させて前記庫室を加温するブライン設備の、少なくともいずれか一方である。
【００１５】
好ましくは、前記制御部は、前記庫室の内部温度を前記目標温度まで低下させる際に、前記設定温度勾配よりも大きい温度勾配で前記内部温度を中間目標温度まで低下させる急速冷却モードと、前記内部温度を前記中間目標温度に所定時間維持する平衡冷却モードと、前記内部温度を前記中間目標温度から前記目標温度まで低下させる緩速冷却モードと、を順番に実行し、少なくとも前記緩速冷却モードにおいて、前記庫内精密温度制御を実行する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、冷却装置及び加温装置を制御して、庫室の内部温度を目標温度まで目標時間かけて一定の温度勾配で変化させるので、庫室の内部に貯蔵する物品の温度が設定された温度勾配から逸脱することを抑え、物品の状態維持を図ることができる。
【００１７】
また、冷却装置及び加温装置の両方を作動させることで、庫室の内部を少ない温度変化量で一定に温度変化させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態の温度制御装置を採用する温冷庫の概略斜視図である。
【図２】本実施形態の温冷庫における冷凍回路及び制御系の構成図である。
【図３】温冷庫の温度制御要領の一部を示すフローチャートである。
【図４】温冷庫の温度制御要領の残部を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
本実施形態の温度制御装置を採用する温冷庫１は、例えば精密な温度管理が必要な恒温槽や医薬品の保管庫として使用される。
【００２１】
図１は、本発明の温冷庫の概略斜視図である。
【００２２】
温冷庫１は、下部に配置された貯蔵部Ｓと、上部に配置された機械部Ｍとから構成されている。
【００２３】
貯蔵部Ｓは、前面開口を有する直方体状の筐体である外箱１０（筐体）と、外箱１０の前面開口を閉鎖するための外扉１１とを備えており、外箱１０及び外扉１１は、いずれも、内部に断熱材が充填された構造を有している。
【００２４】
外扉１１は、外箱１０の向かって左側または右側の側壁の前面に取り付けられたヒンジ（図示省略）を中心として回動することにより、外箱１０の前面開口を開閉する。
【００２５】
外箱１０の内部には、物品を貯蔵する内箱１２（庫室）が備えられている。内箱１２と外箱１０との間には、庫内（貯蔵部Ｓ内）の空気を循環させるダクト１３が備えられている。ダクト１３は内箱の後方及び上方に設けられ、内箱１２の上方のダクト１３には庫内を加温する加温装置としての電気ヒータ２０、庫内を冷却する冷却装置として後述する第１の冷凍回路３１及び第２の冷凍回路３２の庫内蒸発器２１(蒸発器)、ファン２２が備えられている。ダクト１３は、内箱１２の後部下端部の開口部２３と上部の前端部の開口部２４とを連通している。内箱１２の上方のダクト１３には、後方から前方に向かって庫内蒸発器２１、ファン２２、電気ヒータ２０の順番に配置されている。ファン２２の作動により、ダクト１３内の空気が庫内蒸発器２１及び電気ヒータ２０を通過して、外扉１１の内壁面に反射し開口部２４から内箱１２内に流入する。そして、内箱１２内の空気は、開口部２３からダクト１３内に吸い込まれ庫内蒸発器２１に戻り、貯蔵部Ｓ内を循環する。
【００２６】
また、機械部Ｍの前面には、庫内の目標到達温度(目標温度)、目標到達温度に達するまでに要する時間である所要（到達）時間(目標時間)等を設定するための操作装置３０（目標温度設定部、目標時間設定部）が備えられている。なお、操作装置３０は、目標到達温度と所要（到達）時間を複数組設定可能であり、この複数組の目標到達温度と所要（到達）時間に基づいて、順番に続けて庫内の温度制御が可能である。
【００２７】
図２は、温冷庫１における冷凍回路及び制御系の構成図である。
【００２８】
本実施形態の温冷庫１は、庫内を冷却する冷却装置として、第１の冷凍回路３１及び第２の冷凍回路３２を備えている。
【００２９】
第１の冷凍回路３１は冷媒の循環路３３を有する冷凍サイクルであり、第２の冷凍回路３２は冷媒の循環路３４を有する冷凍サイクルである。循環路３３及び循環路３４は、互いに独立して構成されている。冷媒は、例えば、第１の冷凍回路３１及び第２の冷凍回路３２のいずれもＨＦＣ-１３４ａを使用している。
【００３０】
第１の冷凍回路３１の循環路３３には、冷媒の流通方向で順番に、圧縮機３５、凝縮器３６、電子膨張弁３７、庫内蒸発器２１、庫外蒸発器３８を備えている。
【００３１】
一方、第２の冷凍回路３２の循環路３４には、冷媒の流通方向で順番に、圧縮機４０、凝縮器４１、電子膨張弁４２、庫内蒸発器２１を備えている。
【００３２】
各冷凍回路３１、３２における圧縮機３５、４０、凝縮器３６、４１、電子膨張弁３７、４２、庫内蒸発器２１の夫々については公知の構成であるので、詳細な構造、機能についての記述は省略する。
【００３３】
また、第１の冷凍回路３１には、ホットガス除霜回路４５が備えられている。ホットガス除霜回路４５は、圧縮機３５と凝縮器３６との間の循環路３３に配置された流路切換用の電磁弁４６と、当該電磁弁４６から分岐して電子膨張弁３７と庫内蒸発器２１との間の循環路３３とを連通する連通路４７と、により構成されている。
【００３４】
通常時は圧縮機３５から吐出した冷媒が全て凝縮器３６に流入するように電磁弁４６が切り替えられている。ホットガス除霜回路４５は、例えばユーザが操作装置３０の操作により電磁弁４６を操作して、圧縮機３５によって圧縮され高温となった冷媒を連通路４７を介して庫内蒸発器２１に導くことで、庫内蒸発器２１を加熱して、庫内の霜を除去する。
【００３５】
圧縮機３５、４０、凝縮器３６、４１、電子膨張弁３７、４２及び庫外蒸発器３８は、機械部Ｍに配置されている。庫内蒸発器２１は、上述のように外箱１０の内部、即ち貯蔵部Ｓに配置されている。
【００３６】
なお、庫内蒸発器２１は、内部で冷媒の循環路３３、３４は互いに独立して配置されているが、フィン等のその他の部品を全てあるいは部分的に共通化して、第１の冷凍回路３１と第２の冷凍回路３２で一体的に構成している。
【００３７】
庫外蒸発器３８は、庫内蒸発器２１より小さい容量のものが使用されている。庫外蒸発器３８は、庫内蒸発器２１を通過した冷媒を外気と熱交換し、庫内蒸発器２１において蒸発しきれなかった冷媒を蒸発させる。これにより、圧縮機３５に戻る冷媒の温度を安定的に高くし、圧縮機３５の吸入温度を安定化させることができる。
【００３８】
即ち、第１の冷凍回路３１は、庫外蒸発器３８を有しない第２の冷凍回路３２と比較して、小さい冷却能力であっても安定して作動させることができる。
【００３９】
温冷庫１の内箱１２の内部には、庫内温度（庫室の内部温度）を検出する庫内温度センサ５１（庫内温度検出器）を備えるとともに、機械部Ｍには外気温度（庫室の外部温度）を検出する外気温度センサ５２（外気温度検出器）を備えている。
【００４０】
また、第１の冷凍回路３１及び第２の冷凍回路３２の夫々には、庫内蒸発器２１の入口に冷媒の蒸発温度としての冷媒温度を検出する蒸発温度センサ５３ａ、５３ｂを備えるとともに、庫内蒸発器２１の出口に冷媒の過熱度としての冷媒温度を検出する過熱度センサ５４ａ、５４ｂを備えている。
【００４１】
機械部Ｍには、温冷庫１の作動制御をするコントロールユニット５０(制御部、侵入熱量演算部、最大進入熱量演算部）が備えられている。コントロールユニット５０は、温冷庫１の総合的な制御を行うための制御装置であり、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、時計及びタイマ等を含んで構成されている。コントロールユニット５０は、庫内温度センサ５１、外気温度センサ５２、蒸発温度センサ５３ａ、５３ｂ、過熱度センサ５４ａ、５４ｂから検出した各種温度を入力するとともに、操作装置３０から操作情報を入力して、各電子膨張弁３７、４２及び電気ヒータ２０を作動制御する。
【００４２】
コントロールユニット５０は、第１の冷凍回路３１及び第２の冷凍回路３２による庫内の冷却と電気ヒータ２０による庫内の加熱を行い、更に第１の冷凍回路３１、第２の冷凍回路３２及び電気ヒータ２０の少なくとも１つを追値制御して、精密な温度制御（庫内精密温度制御）を行う。
【００４３】
庫内の冷却については、蒸発温度制御及び過熱度制御のいずれかまたは両方を採用する。
【００４４】
蒸発温度制御は、蒸発温度センサ５３ａ、５３ｂにより検出した冷媒の蒸発温度が目標蒸発温度に近づくように、電子膨張弁３７、４２を制御する。また、過熱度制御は、過熱度センサ５４ａ、５４ｂにより検出した冷媒の過熱度が目標過熱度に近づくように、電子膨張弁３７、４２を制御する。なお、蒸発温度制御及び過熱度制御については、公知の技術であるので詳細な説明は省略する。
【００４５】
コントロールユニット５０は、庫内を冷却制御する際に、勾配運転の一種である急速冷却モード、平衡運転の一種である平衡冷却モード、勾配運転の一種である緩速冷却モードの３つの冷却モードが可能である。
【００４６】
急速冷却モードは、第１の冷凍回路３１及び第２の冷凍回路３２の両方を作動させて、中間目標到達温度（中間目標温度）（例えば４℃）に到達させる。なお、中間目標到達温度は目標到達温度より例えば数℃高い温度である。また、急速冷却モードにおいては、過熱度制御を採用することが望ましい。
【００４７】
平衡冷却モードは、第２の冷凍回路３２の作動を停止して、第１の冷凍回路３１のみ作動させる。ここで、蒸発温度を中間目標到達温度に平衡（維持）させるように所定時間稼働させる。なお、平衡冷却モードにおいては、蒸発温度制御を採用することが望ましい。
【００４８】
緩速冷却モードは、平衡冷却モードの後に、中間目標到達温度から目標到達温度（例えば―５℃）まで、緩やかに温度降下させる。なお、中間目標到達温度は目標到達温度より例えば数℃高い温度である。
【００４９】
なお、扉開閉や新たな冷却物の庫内への設置等により、庫内温度が大きく上昇した場合には、急速冷却モード→平衡冷却モード→緩速冷却モードの順番に実行され、目標到達温度に到達後は平衡冷却モードが実行される。
【００５０】
庫内温度が目標到達温度よりわずかに上昇しているような場合（例えば１℃未満）の場合には、緩速冷却モードを実行する。
【００５１】
図３は、コントロールユニット５０において実行される温冷庫１の温度制御要領の一部を示すフローチャートである。図４は、コントロールユニット５０において実行される温冷庫１の温度制御要領の残部を示すフローチャートである。
【００５２】
図３及び図４に示す本実施形態の温度制御(庫内精密温度制御)は、上記の各冷却モードにおいて実行される。
【００５３】
始めに、ステップＳ１０では、操作装置３０において目標到達温度と所要時間を入力し設定する。そして、ステップＳ２０に進む。
【００５４】
ステップＳ２０では、ステップＳ１０で入力した目標到達温度及び所要時間と、庫内温度センサ５１から検出した現在の庫内温度とに基づいて、温度勾配（設定温度勾配）を算出する。温度勾配は、庫内温度から目標到達温度まで一定に変化させる際の単位時間あたりの設定温度変化量であり、庫内温度と目標到達温度との温度差を所要時間で除算して求められる。そしてステップＳ３０に進む。
【００５５】
ステップＳ３０では、推定最大侵入熱量Ｐmaxを算出する。推定最大侵入熱量Ｐmaxは、現在から庫内温度が目標到達温度に到達するまでの間に、即ち庫内精密温度制御を実行する間において、単位時間当たりに外部から庫内に侵入する熱量の最大値である。推定最大侵入熱量Ｐmaxは、外気温度と庫内温度との差が最も大きくなる時点での想定外気温度と想定庫内温度との差（例えば本制御の開始時での外気温度と庫内温度との差）ΔＴmaxから次式（１）を用いて演算される。
Ｐmax＝Ｋ×Ａ×ΔＴmax・・・（1）
【００５６】
なお、Ｋは温冷庫１の断熱度合いによって定まる固有の定数であり、Ａは温冷庫１の表面積である。したがって、Ｋ×Ａは、温冷庫１の固有の係数（所定の係数)であり、実験等によりあらかじめ測定した値を使用する。そして、ステップＳ４０に進む。なお、コントロールユニット５０における本ステップの制御は、本発明の最大侵入熱量演算部に該当する。
【００５７】
ステップＳ４０では、外気温度センサ５２により現在の外気温度を検出して入力する。そして、ステップＳ５０に進む。
【００５８】
ステップＳ５０では、庫内温度センサ５１により現在の庫内温度を検出して入力する。そして、ステップＳ６０に進む。
【００５９】
ステップＳ６０では、庫内の目標温度を設定し、設定の計時を開始する。目標温度は、後述する追値制御するために設定される追値制御用所定時間（例えば２分）後の目標温度であり、現在の庫内温度からステップＳ２０で演算した温度勾配で追値制御用所定時間経過後の庫内温度を演算する。そして、ステップＳ７０に進む。
【００６０】
ステップＳ７０では、ステップＳ４０で入力した現在の外気温度とステップＳ５０で入力した現在の庫内温度から、現在の推定侵入熱量Ｐ2を演算する。現在の推定侵入熱量Ｐ2は、現在の外気温度と現在の庫内温度との温度差であるΔＴから次式（2）を用いて演算される。
Ｐ2＝Ｋ×Ａ×ΔＴ・・・（2）
そしてステップＳ８０に進む。なお、コントロールユニット５０における本ステップの制御は、本発明の侵入熱量演算部に該当する。
【００６１】
ステップＳ８０では、不足熱量Ｐ1を算出する。不足熱量Ｐ1は、ステップＳ３０で演算した推定最大侵入熱量Ｐmaxから、ステップＳ７０で演算した現在の推定侵入熱量Ｐ2を減算して求める。即ち、Ｐmax＝Ｐ1+Ｐ2の関係となるように、不足熱量Ｐ1を演算する。更に、この演算した不足熱量Ｐ1に、ステップＳ２０で演算した温度勾配分の熱量を加算して、不足熱量Ｐ3を演算しておく。そして、ステップＳ９０に進む。
【００６２】
ステップＳ９０では、ステップＳ８０で演算した温度勾配分を加算した不足熱量Ｐ3を出力するように電気ヒータ２０のDuty比を演算する。詳しくは、電気ヒータ２０の最大加熱能力に対して、不足熱量Ｐ3を出力するように、電気ヒータ２０の通電電流のDuty比を演算する。そして、ステップＳ１００に進む。
【００６３】
ステップＳ１００では、ステップＳ９０で演算したDuty比を、後述するステップＳ１５０で演算した追値制御用の補正値を加算して補正する。そして、図４のステップＳ１１０に進む。
【００６４】
ステップＳ１１０では、ステップＳ１００で補正したDuty比により電気ヒータ２０を通電する。そして、ステップＳ１２０に進む。
【００６５】
ステップＳ１２０では、庫内温度センサ５１より庫内温度を検出して、現在の庫内温度がステップＳ６０で設定された目標温度に到達したか否かを判別する。目標温度に到達した場合には、ステップＳ１３０に進む。目標温度に到達していない場合には、ステップＳ４０に戻る。
【００６６】
ステップＳ１３０では、庫内温度センサ５１より庫内温度を検出して、現在の庫内温度が操作部３０において設定された目標到達温度に到達したか否かを判別する。目標到達温度に到達した場合には、本ルーチンを終了する。目標到達温度に到達していない場合には、ステップＳ１４０に進む。
【００６７】
ステップＳ１４０では、ステップＳ６０で計時開始してから追値制御用所定時間経過したか否かを判別する。なお、この追値制御用所定時間は、追値制御用に適宜設定される値である。追値制御は、庫内温度を目標温度に一致させるためのフィードバック制御（ＰＩＤ制御）であり、以下のステップＳ１５０における温度勾配の算出と、ステップＳ１００のDuty比の補正によって実行される。この追値制御については、例えば４秒間において１０回庫内温度を検出してその平均値と、前回の４秒間における平均値との差に基づいて行われる。追値制御用所定時間経過した場合には、ステップＳ１５０に進む。追値制御用所定時間経過していない場合には、ステップＳ４０に戻る。
【００６８】
ステップＳ１５０では、追値制御用の補正温度（勾配分）を算出する。本ステップでは、ステップＳ６０で設定した所定時間を経過しても、庫内が目標到達温度に到達していないので、電気ヒータ２０のＤｕｔｙ比を適宜増加させる値に設定する。そして、ステップＳ４０に戻る。
【００６９】
以上のように、第１の実施形態の温冷庫１では、第１の冷凍回路３１が庫内蒸発器２１と庫外蒸発器３８を備えているため、冷凍能力が低い値であっても安定して作動させることができる。これにより、第１の冷凍回路３１により冷却した際の温度変動を抑制することができる。
【００７０】
また、第１の冷凍回路３１においては、庫内蒸発器２１において冷媒の蒸発が十分でなくても、庫外蒸発器３８において冷媒を蒸発させることができる。したがって、第１の冷凍回路３１による庫内への冷凍能力を僅少にすることができる。これにより、第１の冷凍回路３１によって冷却することで、例えば目標到達温度に到達後において庫内をわずかに冷却して、温度を狭い範囲で安定させる平衡冷却モードや、設定された温度勾配からの逸脱を抑えかつ滑らかに温度変化させる急速冷却モードや緩速冷却モードに適したものとなる。
【００７１】
また、第２の冷凍回路３２は、庫外蒸発器３８を有していないので、大きな冷却能力を必要とする場合、効率よく冷却することができる。したがって、庫内温度と設定温度との差が大きい場合には、第１の冷凍回路３１よりも庫内を急速に冷却することができる。更に庫内温度と設定温度との差が大きい場合には、第１の冷凍回路３１及び第２の冷凍回路３２の両方によって、冷却能力を更に大きく確保することができる。
【００７２】
また、電気ヒータ２０を備えているので、庫内を循環する空気を応答性よく所望の熱量で加熱することができる。これにより、庫内を外気温よりも加熱することができるとともに、冷却する際にも第１の冷凍回路３１と同時に作動させることで、精密に庫内を温度管理することができる。
【００７３】
特に、本実施形態の温冷庫では、上記図３及び図４に示すように、操作装置３０において、庫内の目標温度である目標到達温度と、目標到達温度に達するまでに要する所要時間を設定可能であり、これらの設定より単位時間当たりの温度変化量である温度勾配が演算される。
【００７４】
そして、現在の庫内温度から所要時間経過するまでの間において、庫内に侵入する推定最大侵入熱量Ｐmaxを演算し、この推定最大侵入熱量Ｐmax以上の冷却能力を発揮するように、第１の冷凍回路３１を制御する。庫内温度と外気温度との差が最も大きいときに推定最大侵入熱量Ｐmaxが大きくなるので、例えば温度制御開始時での侵入熱量を演算して、推定最大侵入熱量Ｐmaxとする。
【００７５】
庫内の加熱あるいは冷却により、庫内温度が変化し、庫内への侵入熱量は変化するが、第１の冷凍回路３１の冷却能力を一定に制御するとともに、逐次検出する現在の庫内温度と外気温度に基づいて演算する現在の庫内への侵入熱量と第１の冷凍回路３１の冷却熱量と電気ヒータ２０の熱量とを相殺し、かつ庫内温度が温度勾配分、変化するように電気ヒータ２０の熱量を制御する。このように制御することで、冷却あるいは加温による庫内の温度変化に拘わらず、設定した一定の温度勾配で庫内温度を変化させることができる。したがって、庫内の保管物の温度が設定された温度勾配から逸脱することを抑制し、庫内の保管物への温度変化による影響を抑制することができる。
【００７６】
また、比較的温度変化の応答性の低い第１の冷凍回路３１の出力を一定にして、温度変化の応答性のよい電気ヒータ２０の出力を制御するので、庫内を冷却する場合でも応答性よく精密に温度制御することが可能となる。
【００７７】
また、本実施形態では、急速冷却モード、平衡冷却モード、緩速冷却モードの３つのモードが可能である。例えば現状の庫内温度が２０℃であり、目標到達温度が−５℃である場合に、目標到達温度の手前に設定した４℃を中間目標到達温度として、始めに急速冷却モードで冷却する。そして、中間目標到達温度から目標到達温度まで、緩速冷却モードで運転させる。なお、４℃までは急速冷却モードで早く冷却しても、保管物への影響は比較的軽微であり、４℃から-５℃まで冷却する場合には０℃を超えて過冷却状態にするため、緩速冷却モードによる緩やかな温度変化が要求される。
【００７８】
第１の冷凍回路３１及び第２の冷凍回路３２で冷却する急速冷却モードと第１の冷凍回路３１のみで冷却する緩速冷却モードとの切替え時には、蒸発器温度が中間目標到達温度とは異なる温度になっている場合がある。そこで、急速冷却モードと緩速冷却モードとの間に平衡冷却モードを設けることで、蒸発器温度を中間目標到達温度に一旦収束させ、緩速冷却モードへ移行する際の温度変化を抑制することができる。
【００７９】
また、現在の庫内温度を計測する際には、例えば４秒間に１０回計測し、その平均値と前回の平均値との差を用いて温度制御を行うので、ノイズ等による温度計測誤差を抑制して、精密な温度制御が可能となる。
【００８０】
なお、上記実施形態では、平衡冷却モードや緩速冷却モード（特に長時間で小温度差の場合）においては、必要とされる第１の冷凍回路３１による冷却能力は侵入熱等を相殺する程度でほぼ一定になるが、この場合例えば圧縮機３５の回転速度を低下させて、第１の冷凍回路３１の冷却能力を更に低下させてもよい。これにより、消費電力の低減を図りながら庫内温度を維持したり、庫内を冷却する際の温度勾配を確保したりすることができる。
【００８１】
なお、上記実施形態において、庫内温度を一定に保持する平衡冷却モードについては、温度勾配を０として制御すればよい。
【００８２】
また、上記実施形態では、電気ヒータ２０により庫内を加温するが、電気ヒータ２０の代わりに、内箱１２と外箱１０との間を内箱１２を覆うように設けた配管にブライン等の熱媒体を循環させるブライン設備を備えて、庫内を加温するようにしてもよい。あるいは、電気ヒータ２０とブライン設備の両方により庫内を加温するようにしてもよい。このようにブライン設備による加温装置を備えた場合には、ブライン設備による庫内への侵入熱量を加えて、庫内への侵入熱量が一定になるように制御する。これにより、庫内への侵入熱量をより精密に一定に制御することが可能となる。
【００８３】
なお、上記実施形態の操作装置３において所要時間（目標時間）を設定する代わりに、目標時刻を設定するようにしてもよい。この場合、コントロールユニット５０は現在時刻と目標時刻との差を演算して、所要時間（目標時間）を算出すればよい。
【００８４】
また、本発明の温冷庫は、上記実施形態のように恒温槽や医薬品の保管庫だけでなく、環境試験装置や食肉等の熟成など精密な温度管理を必要とする温冷庫に広く適用することができる。
【符号の説明】
【００８５】
１                温冷庫
１０              外箱（筐体）
２０              電気ヒータ（加温装置）
２１              庫内蒸発器（蒸発器)
３０              操作装置(目標温度設定部、目標時間設定部)
３１              第１の冷凍回路（冷却装置）
５０              コントロールユニット（制御部、侵入熱量演算部、最大進入熱量演算部）
５１              庫内温度センサ（庫内温度検出器）
５２              外気温度センサ（外気温度検出器）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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