(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却装置を備え、所定の空間内の現状環境たる現状相対湿度と現状気温とが、目標環境たる目標相対湿度及び目標気温となる様に制御される環境制御装置において、
前記冷却装置は、圧縮機と、凝縮器と、膨張手段と、蒸発器と、開度を変更可能な下流側絞り手段が環状に接続され、冷却装置の内部に相変化する冷媒が充填されていて一連の冷凍サイクルを実現するものであり、
下流側絞り手段を制御することによって蒸発器の表面温度を変化させ、空間内の現状相対湿度を目標相対湿度に一致させる湿度調整手段を備え、
目標気温又は現状気温と、蒸発器の表面温度との間に一定以上の温度差が確保される様に前記下流側絞り手段を動作させ、
前記蒸発器内の冷媒圧力を監視し、蒸発器内の冷媒圧力が、目標気温に相当する冷媒蒸発圧力又は現状気温に相当する冷媒蒸発圧力に近づいた場合に、前記下流側絞り手段を開方向に動作させることを特徴とする環境制御装置。
【請求項２】
冷却装置を備え、所定の空間内の現状環境たる現状相対湿度と現状気温とが、目標環境たる目標相対湿度及び目標気温となる様に制御される環境制御装置において、
前記冷却装置は、圧縮機と、凝縮器と、膨張手段と、蒸発器と、開度を変更可能な下流側絞り手段が環状に接続され、冷却装置の内部に相変化する冷媒が充填されていて一連の冷凍サイクルを実現するものであり、
下流側絞り手段を制御することによって蒸発器の表面温度を変化させ、空間内の現状相対湿度を目標相対湿度に一致させる湿度調整手段を備え、
目標気温又は現状気温と、蒸発器の表面温度との間に一定以上の温度差が確保される様に前記下流側絞り手段を動作させ、
前記空間内の現状環境における現状相対湿度を監視し、湿度調整手段は、現状相対湿度が目標相対湿度よりも高い場合には蒸発器の表面温度を現状環境の露点温度以下となる様に制御して蒸発器の表面で前記空間に含まれる水蒸気を凝縮させ、現状相対湿度が目標相対湿度よりも低い場合には蒸発器の表面温度を目標環境の露点温度以上となる様に制御して空間の相対湿度を増加させることによって空間内の相対湿度を目標相対湿度に一致させるものであることを特徴とする環境制御装置。
【請求項３】
湿度調整手段は、蒸発器の表面温度が目標環境における露点温度近傍となる様に下流側絞り手段の開度を制御することによって空間内の相対湿度を目標相対湿度に一致させるものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の環境制御装置。
【請求項４】
冷却装置を備え、所定の空間内の現状環境たる現状相対湿度と現状気温とが、目標環境たる目標相対湿度及び目標気温となる様に制御される環境制御装置において、
前記冷却装置は、圧縮機と、凝縮器と、膨張手段と、蒸発器と、開度を変更可能な下流側絞り手段が環状に接続され、冷却装置の内部に相変化する冷媒が充填されていて一連の冷凍サイクルを実現するものであり、
下流側絞り手段を制御することによって蒸発器の表面温度を変化させ、空間内の現状相対湿度を目標相対湿度に一致させる湿度調整手段を備え、
目標気温又は現状気温と、蒸発器の表面温度との間に一定以上の温度差が確保される様に前記下流側絞り手段を動作させ、
蒸発器内の冷媒圧力が、目標気温に相当する冷媒蒸発圧力に近づいた場合に、蒸発器の表面温度が目標環境における露点温度以上の温度であって目標気温以下となる様に、下流側絞り手段を開き方向に動作させることを特徴とする環境制御装置。
【請求項５】
冷却装置を備え、所定の空間内の現状環境たる現状相対湿度と現状気温とが、目標環境たる目標相対湿度及び目標気温となる様に制御される環境制御装置において、
前記冷却装置は、圧縮機と、凝縮器と、膨張手段と、蒸発器と、開度を変更可能な下流側絞り手段が環状に接続され、冷却装置の内部に相変化する冷媒が充填されていて一連の冷凍サイクルを実現するものであり、
下流側絞り手段を制御することによって蒸発器の表面温度を変化させ、空間内の現状相対湿度を目標相対湿度に一致させる湿度調整手段を備え、
目標気温又は現状気温と、蒸発器の表面温度との間に一定以上の温度差が確保される様に前記下流側絞り手段を動作させ、
前記下流側絞り手段は、複数の弁が並列に接続されたものであり、その内の少なくとも一つの弁は前記所定の空間内の環境が安定している際に、前記空間内の現状環境が目標環境に一致する様に開閉制御される常時動作用弁であり、他の少なくとも一つの弁は前記所定の空間内の環境が安定している際に、常時閉または閉止に近い状態で使用される予備弁であり、蒸発器内の冷媒圧力が、目標気温に相当する冷媒蒸発圧力に近づいた場合に、前記予備弁が開方向に動作することを特徴とする環境制御装置。
【請求項６】
前記空間内の現状環境における現状相対湿度と、蒸発器内の冷媒圧力を監視し、前記常時動作用弁は現状相対湿度が目標相対湿度と一致する様に開閉制御され、前記予備弁は、冷媒圧力から予測される蒸発器の表面温度と目標気温との間が一定の温度差以下に近接した場合に開方向に動作することを特徴とする請求項５に記載の環境制御装置。
【請求項７】
冷却装置を備え、所定の空間内の現状環境たる現状相対湿度と現状気温とが、目標環境たる目標相対湿度及び目標気温となる様に制御される環境制御装置において、
前記冷却装置は、圧縮機と、凝縮器と、膨張手段と、蒸発器と、開度を変更可能な下流側絞り手段が環状に接続され、冷却装置の内部に相変化する冷媒が充填されていて一連の冷凍サイクルを実現するものであり、
下流側絞り手段を制御することによって蒸発器の表面温度を変化させ、空間内の現状相対湿度を目標相対湿度に一致させる湿度調整手段を備え、
目標気温又は現状気温と、蒸発器の表面温度との間に一定以上の温度差が確保される様に前記下流側絞り手段を動作させ、
前記空間内の現状環境における現状相対湿度と、蒸発器内の冷媒圧力を監視し、
前記下流側絞り手段は、複数の弁が並列に接続されたものであり、その内の少なくとも一つの弁は前記所定の空間内の環境が安定している際に、現状相対湿度が目標相対湿度と一致する様に開閉制御される常時動作用弁であり、他の少なくとも一つの弁は前記所定の空間内の環境が安定している際に、常時閉または閉止に近い状態で使用される予備弁であり、蒸発器における冷媒圧力が、一定以上となった場合に開方向に動作することを特徴とする環境制御装置。
【請求項８】
冷却装置を備え、所定の空間内の現状環境たる現状相対湿度と現状気温とが、目標環境たる目標相対湿度及び目標気温となる様に制御される環境制御装置において、
前記冷却装置は、圧縮機と、凝縮器と、膨張手段と、蒸発器と、開度を変更可能な下流側絞り手段が環状に接続され、冷却装置の内部に相変化する冷媒が充填されていて一連の冷凍サイクルを実現するものであり、
下流側絞り手段を制御することによって蒸発器の表面温度を変化させ、空間内の現状相対湿度を目標相対湿度に一致させる湿度調整手段を備え、
目標気温又は現状気温と、蒸発器の表面温度との間に一定以上の温度差が確保される様に前記下流側絞り手段を動作させ、
前記空間内の現状環境における現状相対湿度と、蒸発器内の冷媒圧力を監視し、
前記下流側絞り手段は、複数の弁が並列に接続されたものであり、その内の少なくとも一つの弁は前記所定の空間内の環境が安定している際に、現状相対湿度が目標相対湿度と一致する様に開閉制御される常時動作用弁であり、他の少なくとも一つの弁は前記所定の空間内の環境が安定している際に、常時閉または閉止に近い状態で使用される予備弁であり、前記予備弁は蒸発器における冷媒圧力が、一定圧力となる様に動作し、前記一定圧力は、目標気温又は現状気温と、蒸発器の表面温度との間に一定以上の温度差が確保される冷媒の圧力であることを特徴とする環境制御装置。
【請求項９】
冷却装置を備え、所定の空間内の現状環境たる現状相対湿度と現状気温とが、目標環境たる目標相対湿度及び目標気温となる様に制御される環境制御装置において、
前記冷却装置は、圧縮機と、凝縮器と、膨張手段と、蒸発器と、開度を変更可能な下流側絞り手段が環状に接続され、冷却装置の内部に相変化する冷媒が充填されていて一連の冷凍サイクルを実現するものであり、
下流側絞り手段を制御することによって蒸発器の表面温度を変化させ、空間内の現状相対湿度を目標相対湿度に一致させる湿度調整手段を備え、
目標気温又は現状気温と、蒸発器の表面温度との間に一定以上の温度差が確保される様に前記下流側絞り手段を動作させ、
前記膨張手段は開度を変更可能であり、空間内の現状気温及び絶対湿度を低下させて前記空間の環境を目標環境に変化させる際に、次の工程を自動的に順次実行することを特徴とする環境制御装置。
（１）圧縮機を駆動して冷却装置を運転し、主として前記空間の温度を低下させる温度降下工程。
（２）膨張手段の開度を絞った状態で冷却装置を運転し、蒸発器の表面で前記空間に含まれる水蒸気を凝縮させ、主として前記空間の相対湿度を低下させる湿度降下工程。
（３）下流側絞り手段の開度を調節した状態で冷却装置を運転し、蒸発器の表面の温度を上昇させて蒸発器の表面に付着した水分の一部又は全部を蒸発又は昇華させる湿度調節工程。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は環境試験装置等の環境制御装置に関するものであり、さらに詳細には、冷却装置を備え、所定の空間の気温と相対湿度とを目標の気温と相対湿度に制御する環境制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
環境試験装置と称される恒温恒湿装置は、装置内に設けられた所定の空間（以下、物品配置室という場合がある）に、所望の気温と相対湿度の環境を作ることが可能なものである。恒温恒湿装置は、一般に、加熱ヒータと、冷却装置と、加湿器を備えている。加熱ヒータは、電気ヒータで構成されるものであり、物品配置室を昇温することが可能である。冷却装置は、冷凍サイクルで構成されるものであり、気体状の冷媒を凝縮し、さらに蒸発器内で断熱膨張させることで、物品配置室の気温を低下させることが可能である。加湿器は、電気ヒータと蒸発皿の組み合わせで構成されるものであり、蒸発皿から水を蒸発させることで、物品配置室を加湿することが可能である。
【０００３】
例えば、物品配置室に高温高湿環境を作る場合、加熱ヒータと加湿器を稼働させることで、高温であり高湿度の雰囲気とすることができる。
一方、物品配置室に高温低湿環境を作る場合、加熱ヒータを稼働させて前記空間を高温にすると共に、冷却装置を起動させることで低湿度の雰囲気とすることができる。これは、冷却装置を除湿器として機能させるためであり、蒸発器の表面温度を露点以下として蒸発器に結露させることで、除湿を行う。しかし、冷却装置のみでは湿度の調整が難しく、実際の制御では、一旦所望の湿度を下回るまで除湿した後、加湿器を稼働させて微調整することで、所望の湿度に合わせている。
【０００４】
さらに、低温低湿環境を作る場合、冷却装置を起動して低温となるまで冷却し、同時に冷却装置を除湿器として機能させることで、物品配置室を除湿する。しかし、冷却装置のみでは温度と湿度を所望の環境に調整するのが難しく、実際の制御では、一旦所望の温度と湿度を下回るまで冷却及び除湿した後、加熱ヒータと加湿器を稼働させて微調整することで、所望の温度と湿度に合わせている。
【０００５】
低温高湿環境を作る場合も同様であり、一旦所望の温度と湿度を下回るまで冷却及び除湿した後、加熱ヒータと加湿器を稼働させて微調整することで、物品配置室の環境を所望の温度と湿度に合わせている。
【０００６】
このように、恒温恒湿装置では、低温低湿環境や低温高湿環境を作る場合において、過度に冷やしてから加熱することや、過度に除湿してから加湿すること等、無駄が多く、不経済である。
【０００７】
特許文献１には、ホットガスを利用して物品配置室を昇温する技術が開示されている。特許文献１に記載された恒温恒湿器は、通常の冷凍回路を備えると共に、ホットガス経路という回路も備えている。ホットガス経路は、冷凍回路の圧縮機の下流側の配管を分岐させたものであり、蒸発器を通って、再度圧縮機に戻る閉回路となっている。ホットガス経路には電磁弁が設けられており、圧縮機で圧縮された高温高圧の冷媒ガスを蒸発器に供給することが可能である。
【０００８】
通常、ホットガス経路は、蒸発器等に霜が付着した際に、除霜することを目的として利用されるものであるが、特許文献１では、ホットガス経路を除霜以外の用途にも利用することが記載されている。例えば、低温運転から新たな設定温度への昇温過程において、高温高圧のホットガスを蒸発器に供給することで、昇温時間の短縮を図ることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−７８２３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前記した様に、従来技術の恒温恒湿装置では、低温低湿環境や、低温高湿環境を作る場合において、過度に冷やしてから加熱することや、過度に除湿してから加湿すること等、無駄が多く、不経済である。
【００１１】
そこで本発明らは、原則として加湿器を使用しなくても所望の環境を表出することができる環境制御装置を提案した（特願２０１１−１２４４７３号）。
特願２０１１−１２４４７３号に開示した環境制御装置は、冷凍サイクルを実現する冷却装置を使用するものであり、蒸発器の下流側に絞り弁を設けている。そして絞り弁の開度を調節することによって、蒸発器内における冷媒の蒸発圧力を調整し、蒸発器の表面温度を制御して蒸発器の表面における凝縮量を調節し、所望の環境を得る。
即ち物品配置室の相対湿度が目標相対湿度よりも高い場合には、蒸発器の表面で物品配置室内の空気から水蒸気を凝縮させて除湿を行う。逆に物品配置室の相対湿度が目標相対湿度よりも低い場合には、物品配置室内の空気から水蒸気を凝縮させることなく物品配置室内の温度だけを低下させたり、蒸発器の表面の温度を目標温度の露点温度よりも高くして蒸発器の表面に付着した結露水を気化させ、加湿を行う。
【００１２】
そして物品配置室の環境が目標環境と一致して安定状態となった後は、蒸発器の表面の温度を目標環境の露点温度の近傍に調節し、物品配置室の相対湿度を目標相対湿度に維持する。
即ち物品配置室の現状環境の相対湿度たる現状相対湿度が、目標相対湿度よりも高い場合には、下流側の絞り弁の開度を増大させて蒸発器内の冷媒圧力を低下させ、蒸発器の表面の温度を目標環境の露点以下に低下する。その結果、物品配置室内の空気中に含まれる水蒸気が、蒸発器の表面で凝縮し、物品配置室内の現状相対湿度が低下して目標相対湿度となる。
【００１３】
逆に物品配置室の現状環境の現状相対湿度が、目標相対湿度よりも低い場合には、下流側の絞り弁を絞り、蒸発器内の冷媒圧力を上昇させ、蒸発器の表面の温度を目標環境の露点以上に上昇させる。その結果、蒸発器の表面に付着した結露水が気化し、物品配置室内の現状相対湿度が増加して目標相対湿度となる。
【００１４】
しかしながら、特願２０１１−１２４４７３号に開示した環境制御装置を試作し、性能を試験したところ、低温高湿環境を作る場合に予期しなかった不具合が生じることが判明した。
即ち特願２０１１−１２４４７３号に開示した環境制御装置は、主として蒸発器の下流側を絞り弁で絞って蒸発器の表面温度を変化させるが、絞り弁を動作させてから、実際に蒸発器の表面温度が変化し、さらに安定するまでには相当の遅れがある。即ち絞り弁を動作させてから、暫くの期間は、蒸発器の表面温度が乱れ、高低変化を繰り返す。
【００１５】
また前記した様に特願２０１１−１２４４７３号に開示した環境制御装置は、目標環境における露点温度の近傍に蒸発器の表面温度が制御されるが、環境試験装置を低温高湿環境で使用する場合、目標環境における露点温度は、制御目標温度に近いものとなる。例えば目標相対湿度が１００パーセントであるならば、目標環境における露点温度と目標温度は同一温度となる。目標相対湿度が１００パーセント未満であれば、目標環境における露点温度は、目標温度よりも低いものとなるが、目標相対湿度が８０パーセント近傍よりも高い場合には、目標環境における露点温度と目標温度との差は数度に過ぎない。
【００１６】
そして物品配置室内の環境が安定している場合は、物品配置室内の現状相対湿度と現状気温は、目標環境のそれに近いものとなっているから、物品配置室の現状気温は、目標環境の露点温度に近い状態となっている。
前記した様に、安定状態においては、蒸発器の表面温度が、目標環境の露点温度に近い状態で制御されており、且つ前記した様に目標環境の露点温度は物品配置室の現状気温に近いから、目標環境が低温高湿である場合の安定状態においては、蒸発器の表面温度は物品配置室の現状気温に近い温度である。
即ち安定状態においては、蒸発器の表面温度は、必然的に物品配置室の現状気温に近いものとなっている。
そのため絞り弁を動作させた後の、蒸発器の表面温度が乱れている期間中は、蒸発器の表面温度が、物品配置室内の現状気温よりも高くなってしまう場合がある。
その結果、蒸発器の表面における熱交換が停止し、蒸発器内に導入された冷媒が気化しない事態となる。そして蒸発器から液状の冷媒が排出され、液状の冷媒が、圧縮機側に戻ってしまう。即ち液バック現象が発生し、圧縮機を傷めてしまう。
【００１７】
この現象は、物品配置室の扉を開いた様な外乱が発生した場合や、目標環境の設定を変更した場合にも発生する。
そこで本発明は、従来技術の上記した問題点に注目し、加湿装置を使用しなくても湿度調節が可能であり、且つ液バック現象を未然に防止することができる環境制御装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記した課題を解決するために開発された本発明に関連する発明は、冷却装置を備え、所定の空間内の現状環境たる現状相対湿度と現状気温とが、目標環境たる目標相対湿度及び目標気温となる様に制御される環境制御装置において、前記冷却装置は、圧縮機と、凝縮器と、膨張手段と、蒸発器と、開度を変更可能な下流側絞り手段が環状に接続され、冷却装置の内部に相変化する冷媒が充填されていて一連の冷凍サイクルを実現するものであり、下流側絞り手段を制御することによって蒸発器の表面温度を変化させ、空間内の現状相対湿度を目標相対湿度に一致させる湿度調整手段を備え、目標気温又は現状気温と、蒸発器の表面温度との間に一定以上の温度差が確保される様に前記下流側絞り手段を動作させることを特徴とする環境制御装置である。
また、請求項１に記載の発明は、冷却装置を備え、所定の空間内の現状環境たる現状相対湿度と現状気温とが、目標環境たる目標相対湿度及び目標気温となる様に制御される環境制御装置において、前記冷却装置は、圧縮機と、凝縮器と、膨張手段と、蒸発器と、開度を変更可能な下流側絞り手段が環状に接続され、冷却装置の内部に相変化する冷媒が充填されていて一連の冷凍サイクルを実現するものであり、下流側絞り手段を制御することによって蒸発器の表面温度を変化させ、空間内の現状相対湿度を目標相対湿度に一致させる湿度調整手段を備え、目標気温又は現状気温と、蒸発器の表面温度との間に一定以上の温度差が確保される様に前記下流側絞り手段を動作させ、前記蒸発器内の冷媒圧力を監視し、蒸発器内の冷媒圧力が、目標気温に相当する冷媒蒸発圧力又は現状気温に相当する冷媒蒸発圧力に近づいた場合に、前記下流側絞り手段を開方向に動作させることを特徴とする環境制御装置である。
【００１９】
本発明では、「下流側絞り手段を制御することによって蒸発器の表面温度を変化させ、空間内の現状相対湿度を目標相対湿度に一致させる」ものであるが、もちろん膨張手段の開度調整を併用して、現状相対湿度を目標相対湿度に一致させてもよい。
本発明の環境制御装置では、下流側絞り手段を制御することによって蒸発器の表面温度を変化させ、空間内の相対湿度を目標相対湿度に一致させる湿度調整手段を備えている。即ち下流側絞り手段の開度を増大させることによって蒸発器内の冷媒圧力を低下させ、蒸発器の表面温度を低下させることができる。
逆に下流側絞り手段を絞り、蒸発器内の冷媒圧力を上昇させ、蒸発器の表面温度を上昇させることができる。
そして蒸発器の表面で空間内の空気中に含まれる水蒸気を凝縮し、空間の相対湿度を低下することができる。また空間内の空気に含まれる水蒸気の凝縮量を抑制することによって空間の相対湿度を維持させたり、増大させることができる。
また本発明の環境制御装置は、目標気温又は現状気温と、蒸発器の表面温度との間に一定以上の温度差が確保される様に前記下流側絞り手段を動作させる。そのため蒸発器の表面で少なくとも一定量の熱交換が確保され、冷媒が液体状のままで圧縮機側に戻ることが阻止される。
【００２０】
本発明の環境制御装置では、蒸発器における冷媒圧力を監視し、冷媒圧力から予測される蒸発器の表面温度に基づいて下流側絞り手段を制御している。
【００２１】
請求項２に記載の発明は、冷却装置を備え、所定の空間内の現状環境たる現状相対湿度と現状気温とが、目標環境たる目標相対湿度及び目標気温となる様に制御される環境制御装置において、前記冷却装置は、圧縮機と、凝縮器と、膨張手段と、蒸発器と、開度を変更可能な下流側絞り手段が環状に接続され、冷却装置の内部に相変化する冷媒が充填されていて一連の冷凍サイクルを実現するものであり、下流側絞り手段を制御することによって蒸発器の表面温度を変化させ、空間内の現状相対湿度を目標相対湿度に一致させる湿度調整手段を備え、目標気温又は現状気温と、蒸発器の表面温度との間に一定以上の温度差が確保される様に前記下流側絞り手段を動作させ、前記空間内の現状環境における現状相対湿度を監視し、湿度調整手段は、現状相対湿度が目標相対湿度よりも高い場合には蒸発器の表面温度を現状環境の露点温度以下となる様に制御して蒸発器の表面で前記空間に含まれる水蒸気を凝縮させ、現状相対湿度が目標相対湿度よりも低い場合には蒸発器の表面温度を目標環境の露点温度以上となる様に制御して空間の相対湿度を増加させることによって空間内の相対湿度を目標相対湿度に一致させるものであることを特徴とする環境制御装置である。
【００２２】
ここで「蒸発器の表面温度を現状環境の露点温度以下となる様に制御し」とは、露点を演算してこの露点以下となる様に膨張手段等を制御する場合だけでなく、蒸発器の表面温度が、経験則上、明らかに現状環境の露点温度以下となる様に膨張手段等を制御する場合を含む。要するに、結果的に「蒸発器の表面温度を現状環境の露点温度以下」となる様に制御する場合を含む。
同様に、「蒸発器の表面温度を目標環境の露点温度以上となる様に制御し」についても、結果的に「蒸発器の表面温度を目標環境の露点温度以上」となる様に制御する場合を含む。
本発明の環境制御装置では、現状相対湿度が目標相対湿度よりも高い場合には蒸発器の表面温度を現状環境の露点温度以下となる様に制御して蒸発器の表面で前記空間に含まれる水蒸気を凝縮させる。その結果、現状相対湿度が低下し、目標相対湿度に近づく。
一方、現状相対湿度が目標相対湿度よりも低い場合には蒸発器の表面温度を目標環境の露点温度以上に制御する。なお蒸発器の表面温度を目標環境の露点温度以上に制御した場合であっても、変更後の蒸発器の表面温度が現状環境の露点温度よりも低い場合には、蒸発器の表面で水蒸気が凝縮するので絶対湿度は低下する。しかしながら、蒸発器の表面温度を目標環境の露点温度以上に制御した場合には、目標環境における絶対湿度未満となることはないので、結果的に空間内の相対湿度は上昇することとなる。
もちろん、変更後の蒸発器の表面温度が現状環境の露点温度よりも高い場合には、空間内の水蒸気が凝縮することなく気温だけが低下するので、空間内の相対湿度は上昇することとなる。
【００２３】
請求項３に記載の発明は、湿度調整手段は、蒸発器の表面温度が目標環境における露点温度近傍となる様に下流側絞り手段の開度を制御することによって空間内の相対湿度を目標相対湿度に一致させるものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の環境制御装置である。
【００２４】
本発明の環境制御装置では、蒸発器の表面温度が目標環境における露点温度近傍となる様に下流側絞り手段の開度を制御することによって空間内の相対湿度を目標相対湿度に一致させる。
即ち蒸発器の表面温度を目標環境における露点温度に一致させると、現状相対湿度は時間の経過と共に、必然的に目標相対湿度に一致する。
例えば現状相対湿度が目標相対湿度よりも高い場合には、蒸発器の表面温度は現状の露点温度よりも低いから、蒸発器の表面で結露し、空間の相対湿度が低下する。
逆に現状相対湿度が目標相対湿度よりも低い場合には、蒸発器の表面における凝縮量が減少し、あるいは蒸発器の表面に付着した結露が気化することによって現状相対湿度を上昇させる。
【００２５】
蒸発器内の冷媒圧力が、目標気温に相当する冷媒蒸発圧力に近づいた場合に、蒸発器の表面温度が目標環境における露点温度以上の温度であって目標気温以下となる様に、下流側絞り手段を開き方向に動作させることが望ましい（請求項４）。
【００２６】
請求項５に記載の発明は、冷却装置を備え、所定の空間内の現状環境たる現状相対湿度と現状気温とが、目標環境たる目標相対湿度及び目標気温となる様に制御される環境制御装置において、前記冷却装置は、圧縮機と、凝縮器と、膨張手段と、蒸発器と、開度を変更可能な下流側絞り手段が環状に接続され、冷却装置の内部に相変化する冷媒が充填されていて一連の冷凍サイクルを実現するものであり、下流側絞り手段を制御することによって蒸発器の表面温度を変化させ、空間内の現状相対湿度を目標相対湿度に一致させる湿度調整手段を備え、目標気温又は現状気温と、蒸発器の表面温度との間に一定以上の温度差が確保される様に前記下流側絞り手段を動作させ、前記下流側絞り手段は、複数の弁が並列に接続されたものであり、その内の少なくとも一つの弁は前記所定の空間内の環境が安定している際に、前記空間内の現状環境が目標環境に一致する様に開閉制御される常時動作用弁であり、他の少なくとも一つの弁は前記所定の空間内の環境が安定している際に、常時閉または閉止に近い状態で使用される予備弁であり、蒸発器内の冷媒圧力が、目標気温に相当する冷媒蒸発圧力に近づいた場合に、前記予備弁が開方向に動作することを特徴とする環境制御装置である。
【００２７】
本発明の環境制御装置では、下流側絞り手段が複数の弁によって構成されている。そして複数の弁を機能別に分けている。即ち常時動作する常時動作用弁と、蒸発器の表面温度との間が所定範囲以内に近接した場合に動作する予備弁とを個別に設けている。そのため制御プログラムが単純なもので足り、ソフトウェアに起因する誤動作が少ない。
【００２８】
請求項６に記載の発明は、前記空間内の現状環境における現状相対湿度と、蒸発器内の冷媒圧力を監視し、前記常時動作用弁は現状相対湿度が目標相対湿度と一致する様に開閉制御され、前記予備弁は、冷媒圧力から予測される蒸発器の表面温度と目標気温との間が一定の温度差以下に近接した場合に開方向に動作することを特徴とする請求項５に記載の環境制御装置である。
【００２９】
本発明の環境制御装置では、蒸発器における冷媒の蒸発圧力を監視し、冷媒の蒸発圧力から予測される蒸発器の表面温度に基づいて予備弁を制御している。本発明の環境制御装置では、常時動作用弁を動作させるための基準信号を湿度から得、予備弁を動作させるための基準信号を圧力から得る。そのため一方の信号取得手段（例えばセンサー）が故障しても、環境制御装置が破壊される様な重大故障には至らない。
【００３０】
請求項７に記載の発明は、冷却装置を備え、所定の空間内の現状環境たる現状相対湿度と現状気温とが、目標環境たる目標相対湿度及び目標気温となる様に制御される環境制御装置において、前記冷却装置は、圧縮機と、凝縮器と、膨張手段と、蒸発器と、開度を変更可能な下流側絞り手段が環状に接続され、冷却装置の内部に相変化する冷媒が充填されていて一連の冷凍サイクルを実現するものであり、下流側絞り手段を制御することによって蒸発器の表面温度を変化させ、空間内の現状相対湿度を目標相対湿度に一致させる湿度調整手段を備え、目標気温又は現状気温と、蒸発器の表面温度との間に一定以上の温度差が確保される様に前記下流側絞り手段を動作させ、前記空間内の現状環境における現状相対湿度と、蒸発器内の冷媒圧力を監視し、前記下流側絞り手段は、複数の弁が並列に接続されたものであり、その内の少なくとも一つの弁は前記所定の空間内の環境が安定している際に、現状相対湿度が目標相対湿度と一致する様に開閉制御される常時動作用弁であり、他の少なくとも一つの弁は前記所定の空間内の環境が安定している際に、常時閉または閉止に近い状態で使用される予備弁であり、蒸発器における冷媒圧力が、一定以上となった場合に開方向に動作することを特徴とする環境制御装置である。
【００３１】
本発明の環境制御装置では、蒸発器における冷媒の圧力を監視し、冷媒の圧力が一定以上となった場合に予備弁を開き方向に動作させる。
本発明の環境制御装置についても、常時動作用弁を動作させるための基準信号を湿度から得、予備弁を動作させるための基準信号を圧力から得る。そのため一方の信号取得手段（例えばセンサー）が故障しても、環境制御装置が破壊される様な重大故障には至らない。
【００３２】
請求項８に記載の発明は、冷却装置を備え、所定の空間内の現状環境たる現状相対湿度と現状気温とが、目標環境たる目標相対湿度及び目標気温となる様に制御される環境制御装置において、前記冷却装置は、圧縮機と、凝縮器と、膨張手段と、蒸発器と、開度を変更可能な下流側絞り手段が環状に接続され、冷却装置の内部に相変化する冷媒が充填されていて一連の冷凍サイクルを実現するものであり、下流側絞り手段を制御することによって蒸発器の表面温度を変化させ、空間内の現状相対湿度を目標相対湿度に一致させる湿度調整手段を備え、目標気温又は現状気温と、蒸発器の表面温度との間に一定以上の温度差が確保される様に前記下流側絞り手段を動作させ、前記空間内の現状環境における現状相対湿度と、蒸発器内の冷媒圧力を監視し、前記下流側絞り手段は、複数の弁が並列に接続されたものであり、その内の少なくとも一つの弁は前記所定の空間内の環境が安定している際に、現状相対湿度が目標相対湿度と一致する様に開閉制御される常時動作用弁であり、他の少なくとも一つの弁は前記所定の空間内の環境が安定している際に、常時閉または閉止に近い状態で使用される予備弁であり、前記予備弁は蒸発器における冷媒圧力が、一定圧力となる様に動作し、前記一定圧力は、目標気温又は現状気温と、蒸発器の表面温度との間に一定以上の温度差が確保される冷媒の圧力であることを特徴とする環境制御装置である。
【００３３】
本発明の環境制御装置についても、蒸発器における冷媒圧力を監視する。本発明では、予備弁は、冷媒の蒸発圧力が一定となる様に制御される。ここで、前記した一定の圧力は、目標気温又は現状気温と、蒸発器の表面温度との間に一定以上の温度差が確保される様な冷媒の蒸発圧力である。例えば目標気温が、マイナス摂氏１０度であるならば、蒸発器の表面温度が、これよりも数度（２度程度）低い温度となる様に、蒸発器の冷媒圧力が予備弁で制御される。
前記した「一定以上の温度差」は、小さいものであるから、環境制御装置が安定して動作している場合は、蒸発器における冷媒圧力は、この温度差以上の差をもたせることが出来る程度に十分に低い圧力である。
そのため予備弁は、所定の空間内の環境が安定している際には、常時閉または閉止に近い状態となる。
しかしながら、なんらかの事情で、蒸発器内の冷媒圧力が上昇した場合には、予備弁が開き、蒸発器内の冷媒圧力を降下させて蒸発器の表面温度を低下させる。
【００３４】
請求項９に記載の発明は、冷却装置を備え、所定の空間内の現状環境たる現状相対湿度と現状気温とが、目標環境たる目標相対湿度及び目標気温となる様に制御される環境制御装置において、前記冷却装置は、圧縮機と、凝縮器と、膨張手段と、蒸発器と、開度を変更可能な下流側絞り手段が環状に接続され、冷却装置の内部に相変化する冷媒が充填されていて一連の冷凍サイクルを実現するものであり、下流側絞り手段を制御することによって蒸発器の表面温度を変化させ、空間内の現状相対湿度を目標相対湿度に一致させる湿度調整手段を備え、目標気温又は現状気温と、蒸発器の表面温度との間に一定以上の温度差が確保される様に前記下流側絞り手段を動作させ、前記膨張手段は開度を変更可能であり、空間内の現状気温及び絶対湿度を低下させて前記空間の環境を目標環境に変化させる際に、次の工程を自動的に順次実行することを特徴とする環境制御装置である。
（１）圧縮機を駆動して冷却装置を運転し、主として前記空間の温度を低下させる温度降下工程。
（２）膨張手段の開度を絞った状態で冷却装置を運転し、蒸発器の表面で前記空間に含まれる水蒸気を凝縮させ、主として前記空間の相対湿度を低下させる湿度降下工程。
（３）下流側絞り手段の開度を調節した状態で冷却装置を運転し、蒸発器の表面の温度を上昇させて蒸発器の表面に付着した水分の一部又は全部を蒸発又は昇華させる湿度調節工程。
【００３５】
本発明で採用する環境制御装置は、圧縮機と、凝縮器と、開度を変更可能な膨張手段と、蒸発器とから成る冷凍サイクルを備えた冷却装置である。そして、（１）〜（３）の各工程を実行して、前記空間を目標の温度と湿度に制御するものである。
【００３６】
第一工程は、温度降下工程であって、圧縮機を駆動して冷却装置を運転する。本工程は、いわゆる「冷房運転」の概念に近い運転である。第一工程たる温度降下工程は、比較的大きな冷却能力を発揮させて冷却装置を運転する。その結果、所定の空間内の温度を急激に低下させることができる。第一工程たる温度降下工程では、多くの場合、絶対湿度及び相対湿度も低下するが温度降下工程は、湿度の低下よりも温度の低下を主目的としている。
【００３７】
第二工程は、湿度降下工程であって、膨張手段の開度を絞った状態で冷却装置を運転する。本工程は、いわゆる「除湿運転」の概念に近い運転である。
湿度降下工程では、膨張手段の開度を絞ることで冷媒の蒸発圧が低下し、冷媒の温度が低下して蒸発器の表面温度が低下する。そのため蒸発器と接触する空気は、内包する水蒸気を凝縮させる。その結果、蒸発器と接触する空気は水蒸気を奪われて絶対湿度が低下し、相対湿度も低下する。
即ち膨張手段の開度を絞ったことで冷媒の温度が低下し、蒸発器の表面温度が露点以下まで低くなって、蒸発器の表面に結露し、所定の空間の相対湿度が低下する。
一方、第二工程たる湿度降下工程においても、所定の空間の温度が低下するが、温度低下勾配は、第一工程たる「温度降下工程」よりも小さい。
即ち「湿度降下工程」においては、膨張手段の開度が絞られている。そして膨張手段は、蒸発器の上流側にあるから、蒸発器に流れる冷媒の量は少なくなる。その結果、蒸発器の冷却能力自体が小さくなり、所定の空間の温度低下は少ない。
【００３８】
第三工程は、湿度調節工程であって、下流側絞り手段の開度を調節した状態で冷却装置を運転し、蒸発器の表面の温度を上昇させて蒸発器の表面に付着した水分の一部又は全部を蒸発又は昇華させるものである。詳述すると、下流側絞り手段は、蒸発器の下流側に位置するものであり、下流側絞り手段の開度を調節することで蒸発器の出口を絞ることが可能である。一方、冷却装置を運転することで蒸発器内には冷媒が注入され続ける。つまり、冷却装置を運転した状態で下流側絞り手段の開度を絞ると、蒸発器内における冷媒の蒸発圧力が上昇し、蒸発器の表面の温度が第二工程の段階に比べて上昇する。
また蒸発器の出口側が絞られて、蒸発器内における冷媒の滞留時間が延びることによっても、蒸発器の表面の温度が第二工程の段階に比べて上昇する。
【００３９】
また、第三工程たる湿度調節工程は、第二工程たる湿度降下工程の後に行われる工程であり、湿度調節工程を実施する際の蒸発器の表面には、水分が付着している。この蒸発器の表面に付着した水分の一部又は全部が、蒸発器の表面の温度が上昇することで蒸発又は昇華し、所定の空間内が加湿（相対湿度が上昇）される。換言すれば、蒸発器が「略加湿器」の役割を果たすものである。
すなわち、下流側絞り手段の開度の調節具合と、冷却装置の運転によって、所定の空間内の温度と相対湿度を高精度に制御することが可能である。
【００４０】
前記した温度降下工程では、蒸発器の表面温度を目標環境の露点近傍となる様に制御し、湿度降下工程では、蒸発器の表面温度を目標環境の露点以下となる様に制御し、湿度調節工程では、蒸発器の表面温度を目標環境の露点以上に制御することが推奨される。
【００４１】
本発明で採用する環境制御装置では、各工程において制御対象を、蒸発器の表面温度としている。詳述すると、温度降下工程では「目標環境の露点近傍」、湿度降下工程では「目標環境の露点以下」、湿度調節工程では「目標環境の露点以上」となる様に蒸発器の表面温度を制御する。つまり、「目標環境の露点」を中心として制御することにより、容易に目標環境へと至らせることができる。
また温度降下工程では、蒸発器の表面温度を目標環境の露点近傍となる様に制御しているので、所定空間内の絶対湿度を過度に低下させることがない。即ち所定の空間の温度と絶対湿度とを低下させて所望の温度及び相対湿度の環境に変化させる場合、目標の環境は初期の環境よりも温度が低いので、目標環境の露点は、当然に初期の環境における温度よりも低い。そのため、蒸発器の表面温度を目標環境の露点近傍となる様に制御することによって、所定の空間の温度（気温）を低下させることができる。
ただし、蒸発器の表面温度は、目標環境の露点近傍であるため、前記した所定の空間内の絶対湿度を過度に低下させることはない。即ち蒸発器の表面温度が、目標環境の露点であるならば、仮に所定の空間内の温度が、蒸発器の表面温度に一致しても、所定の空間内の絶対湿度は、目標環境の絶対湿度に一致する。そのため所定の空間内の温度が目標温度に低下すれば、相対湿度が低下し、所定の空間内の相対湿度は目標の相対湿度と一致する。
また湿度降下工程では蒸発器の表面温度を「目標環境の露点以下」に調整している。そのため所定の空間内の相対湿度が低下する。ただし前記した様に、湿度降下工程では冷却能力自体が小さいので、所定の空間内の温度（気温）はあまり下がらない。
また湿度調節工程では蒸発器の表面温度を「目標環境の露点以上」に上昇させる。その結果、蒸発器の表面の結露水（又は結氷）が蒸発（又は昇華）し、所定の空間内の絶対湿度及び相対湿度を僅かに上昇させる。
【００４２】
また湿度調節工程では、膨張手段の開度を温度降下工程の際に比べて絞った状態で冷却装置を運転することが推奨される。
【００４３】
本発明で採用する環境制御装置は、湿度調節工程では、膨張手段の開度を絞った状態で冷却装置を運転するものである。つまり、蒸発器の上流側（入口側）から流れ込む冷媒の量を少量とすることで、きめ細かな温度及び湿度の調節が可能となる。即ち本発明では、膨張手段の開度を温度降下工程の際に比べて絞った状態で冷却装置を運転するから、蒸発器の冷却能力が小さい。そのため所定の空間の温度（気温）の変化が少ない。
その結果、より高精度の湿度制御が可能となる。
【００４４】
所定の空間の温度を上昇可能な加熱手段を有し、加熱手段を使用する温度調整工程を実行することが推奨される。
【００４５】
本発明で採用する環境制御装置は、所定の空間の温度を上昇可能な加熱手段を有するものである。前記の通り、「冷房運転」と「除湿運転」を行うと、前記空間が所望する温度以下にまで冷却されてしまう場合がある。その際に、加熱手段を用いることで、迅速且つ正確に目標の温度近傍まで昇温することが可能であり、前記空間を容易に目標の温度と湿度に制御できる。
【発明の効果】
【００４６】
本発明の環境制御装置によれば、所定の空間における温度と相対湿度の高精度な制御が可能である。また、環境制御装置によれば、液状の冷媒が圧縮機側に戻ってしまうことはなく、圧縮機の耐久性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施形態に係る恒温恒湿装置を示す概念図である。
【図２】恒温恒湿装置に備えられた制御装置のブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係る恒温恒湿装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】恒温恒湿装置の立ち上げ時の動作状態を示すタイムチャートである。
【図５】恒温恒湿装置の安定時の動作状態を示すタイムチャートであり、制御の遅れを無視して表示したものである。
【図６】図５と同様の条件下における恒温恒湿装置の安定時の動作状態を示すタイムチャートであり、制御の遅れを加味して表示したものである。
【図７】本発明の他の実施形態における恒温恒湿装置の安定時の動作状態を示すタイムチャートであり、制御の遅れを無視して表示したものである。
【図８】本発明のさらに他の実施形態における恒温恒湿装置の安定時の動作状態を示すタイムチャートであり、制御の遅れを無視して表示したものである。
【図９】本発明の他の実施形態における恒温恒湿装置の立ち上げ時の動作状態を示すタイムチャートである。
【図１０】本発明のさらに他の実施形態における恒温恒湿装置の立ち上げ時の動作状態を示すタイムチャートである。
【図１１】本発明の他の実施形態に係る恒温恒湿装置を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
本発明の実施形態の環境制御装置の構成について、図面を参照しながら説明する。なお、説明は、実施形態の理解を容易にするためのものであり、これによって、本願発明が制限して理解されるべきではない。
【００４９】
図１に示す恒温恒湿装置１（環境制御装置）は、断熱材３で周囲を囲まれた筺体２を有している。筺体２は恒温恒湿槽５を成すものであり、内部は間仕切板４で物品配置室６と空調用通路７とに区切られている。なお、恒温恒湿槽５内の上部側と下部側には、物品配置室６と空調用通路７とが連通する開口９，１９が設けられている。
【００５０】
物品配置室６は、環境試験の際に、試料となる機器や部品等を配置する空間で、当該空間の温度（気温）を検知する室内温度検知手段２３と、当該室内の相対湿度を検知する室内湿度検知手段２４が設けられている。室内温度検知手段２３は、例えば、従来公知の熱電対やサーミスタ等の温度センサである。一方、室内湿度検知手段２４は、例えば、湿球温度計である。
【００５１】
空調用通路７には、下部側から順番に、蒸発器１５、加熱ヒータ２７、ファン２６が配されている。
加熱ヒータ２７は、従来公知の電気ヒータであり、空調用通路７を通過する空気を加熱するものである。
蒸発器１５（温度変化部材）は、後述する冷却装置１０の一部であり、内部に相変化する冷媒が流通するものであり、冷却能力と表面温度を変化させることができるものである。
ファン２６は、従来公知の送風機であり、空気を送り出すものである。
【００５２】
本実施形態の恒温恒湿装置１では、ファン２６によって恒温恒湿槽５内の空気を循環して、物品配置室６内に所望の環境が作られる。すなわち、恒温恒湿槽５内の空気は、ファン２６によって間仕切板４の下部側の開口１９から空調用通路７側に吸入され、空調用通路７を鉛直上方に向けて通過して、間仕切板４の上部側の開口９から物品配置室６側に吐出される。
【００５３】
より詳細に説明すると、ファン２６が起動されると、空調用通路７内の空気がファン２６に吸い込まれて、間仕切板４の上部側の開口９から送り出される。これにより、物品配置室６内の壁面に沿うように空気の流れが形成される。そして、間仕切板４の下部側の開口１９に到達した空気が、再び空調用通路７内に導入される。空調用通路７には、前記したように、空気の流れ方向に沿って順番に蒸発器１５、加熱ヒータ２７が配置されているため、空調用通路７に導入された空気は、蒸発器１５を通過してから、加熱ヒータ２７側に流れる。
なお、恒温恒湿装置１は、室内温度検知手段２３と室内湿度検知手段２４によって、物品配置室６内の現状の温度（現状気温）と現状の相対湿度（現状相対湿度）が監視され、後述する制御装置４８で制御される。
【００５４】
次に、本実施形態で採用する冷却装置１０について説明する。
【００５５】
冷却装置１０は、気・液間で相変化する冷媒が流れる冷媒循環回路１１を備えている。冷媒循環回路１１は、相変化する冷媒を圧縮して凝縮し、これを蒸発させて冷却する一連のサイクル（冷凍サイクル）を実行するもので、圧縮機１２、凝縮器１３、膨張弁１４、蒸発器１５、下流側絞り手段１６と、それらの機器を環状に接続する冷媒循環配管１８を備えた冷凍機である。
本実施形態では、下流側絞り手段１６は、二つの絞り弁３０，３１が並列に接続されたものである。後記する様に一方の絞り弁３０は、常時動作用絞り弁であり、他方の絞り弁３１は、予備用絞り弁（予備弁）である。
膨張弁１４並びに下流側絞り手段１６（常時動作用絞り弁３０、予備用絞り弁３１）は、それぞれ開度を調整可能なものである。さらに詳細には、常時動作用絞り弁３０、予備用絞り弁３１は、通常、膨張弁として使用されている弁を流用したものであり、構造的には電子式の膨張弁と同一である。
即ち常時動作用絞り弁３０，予備用絞り弁３１は信号電圧に応じて開度が変わるものである。膨張弁１４についても同様であり、信号電圧に応じて開度が変わるものが使用されている。
なお凝縮器１３と膨張弁１４の間には、電磁弁１７が設けられている。
【００５６】
また、蒸発器１５の上流側には、第一冷媒温度検知手段２０が設けられている。第一冷媒温度検知手段２０は、例えば、従来公知の熱電対や温度センサである。第一冷媒温度検知手段２０は、蒸発器１５に流れ込む冷媒の温度を検知できる。
一方、蒸発器１５の下流側には、第二冷媒温度検知手段２１と、冷媒圧力検知手段２２が設けられている。第二冷媒温度検知手段２１は、第一冷媒温度検知手段２０と同じく、従来公知の熱電対や温度センサである。第二冷媒温度検知手段２１は、蒸発器１５を通過した後の冷媒ガスの温度を検知できる。つまり、蒸発器１５の蒸発温度を検知できる。
冷媒圧力検知手段２２は、蒸発器１５内の冷媒の圧力を検知するものであり、冷媒の蒸発圧力を知るための手段である。
冷媒圧力検知手段２２は、例えば、従来公知の圧力センサである。
【００５７】
次に、本実施形態で採用する冷却装置１０の作動原理について説明する。
冷媒循環回路１１の圧縮機１２を起動すると、気相状態の冷媒が圧縮され、凝縮器１３で冷却されて、液化される。そして、その液状の冷媒は、膨張弁１４を経て蒸発器１５に入り、気化される。そして、蒸発器１５が冷媒により温度降下され、空調用通路７を通過する空気を冷却することができる。蒸発器１５に流れこむ冷媒の温度は、蒸発器１５の上流側に設けられた第一冷媒温度検知手段２０で検知される。
【００５８】
公知の通り、膨張弁１４の開度が大きい状態で、冷却装置１０を運転すると、大量の冷媒が冷媒循環回路１１を循環し、大きな冷凍能力を発揮する。本明細書では、この状態を「冷房運転」と称する場合がある。「冷房運転」においては、膨張弁１４の開度が大きく開かれているので、蒸発器１５に流れる冷媒の量は多くなり、蒸発器１５の冷却能力が大きくなっている。
【００５９】
また公知の通り、膨張弁１４の開度を絞った状態で、冷却装置１０を運転すると、冷媒の蒸発圧力が低下し、蒸発器１５の表面温度が低下する。その一方で、冷媒循環回路１１を循環する冷媒の量が減少し、冷凍能力は低下する。本明細書では、この状態を「除湿運転」と称する場合がある。即ち前記した「冷房運転」が実行されている状態で、膨張弁１４を絞ると、膨張弁１４を経て放出される冷媒は、極めて低温となる。その結果、蒸発器１５の表面温度が露点以下まで低くなって、蒸発器１５の表面で筺体２内の空気に含まれている水蒸気が凝縮し、結露する。この時、膨張弁１４の開度が絞られているので、蒸発器１５に流れる冷媒の量は少なくなっており、蒸発器１５の冷却能力が小さくなっている。
【００６０】
ここで、本実施形態の恒温恒湿装置１の特有の構成である下流側絞り手段１６の働きについて、説明する。下流側絞り手段１６は、前記の通り、蒸発器１５の下流側に位置するものである。下流側絞り手段１６の開度を調整することで、蒸発器１５の出口を絞ることが可能である。前記の「冷房運転」又は「除湿運転」において、蒸発器１５に冷媒が注入され続けた状態で下流側絞り手段１６の開度を絞ると、蒸発器１５内における冷媒の蒸発圧力が上昇し、蒸発器１５の表面の温度が上昇する。
【００６１】
逆に下流側絞り手段１６の開度を開くと、蒸発器１５内における冷媒の蒸発圧力が低下し、蒸発器１５の表面の温度が低下する。
従って下流側絞り手段１６の開度を調節すると、蒸発器１５内における冷媒の蒸発圧力が変化し、結果的に蒸発器１５の表面温度を変化させることができる。
【００６２】
本実施形態では、下流側絞り手段１６が二つの絞り弁（常時動作用絞り弁３０、予備用絞り弁３１）によって構成されており、且つ両者が並列接続されている。そのため常時動作用絞り弁３０と予備用絞り弁３１のいずれを開いても蒸発器１５内における冷媒の蒸発圧力が変化し、蒸発器１５の表面温度が変化する。
しかしなから本実施形態では、通常は常時動作用絞り弁３０の開度だけを調整して蒸発器１５の表面温度を調節する。ただし、圧縮機１２の吸い込み側が真空状態となることを防ぐために、常時動作用絞り弁３０は常に少なくとも少しだけは開いており、全閉状態で運転されることはない。
これに対して予備用絞り弁３１は、特殊な条件が揃った場合にだけ開かれるものであり、通常は全閉状態である。
【００６３】
また、「冷房運転」又は「除湿運転」を実行中の蒸発器１５の表面には、空気中の水蒸気が凝結又は凝固して、水分が付着している。この蒸発器１５の表面に付着した水分の一部又は全部が、蒸発器１５の表面の温度が上昇することで蒸発又は昇華する。その結果、空調用通路７を通過する空気が加湿される。換言すれば、蒸発器１５が「略加湿器」の役割を果たすものである。そのため、本実施形態の恒温恒湿装置１では、従来設けられていた加湿器を備えていない。
【００６４】
次に、本実施形態の恒温恒湿装置１に備えられた制御装置と、他の機器との関係について説明する。
【００６５】
本実施形態で採用する制御装置４８は、図２に示すように、マイクロコンピュータやマイクロコントローラ、ＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）等によって構成されるＣＰＵ（中央処理装置）である。制御装置４８は、入力されるプログラムに基づいて、他の機器を制御可能な装置である。制御装置４８には、入力機器として、室内温度検知手段２３、室内湿度検知手段２４、冷媒温度検知手段２０，２１、冷媒圧力検知手段２２が接続されている。そのため、入力機器の各々が検知する信号は、制御装置４８に入力される。
一方、制御装置４８には、出力機器として、圧縮機１２、膨張弁１４、常時動作用絞り弁３０、予備用絞り弁３１、電磁弁１７、ファン２６、加熱ヒータ２７が接続されている。そのため、制御装置４８は、前記機器を制御することで、物品配置室６内を目標の温度と湿度に制御可能である。
【００６６】
また本実施形態で採用する制御装置４８は、冷媒圧力検知手段２２からの検知信号によって、蒸発器１５の表面温度を演算する機能を備えている。即ち冷媒が蒸発する際の圧力と、蒸発器１５の表面温度との間には相関関係があるから、蒸発器１５内の圧力を検知することによって蒸発器１５の表面温度を演算で求めることができる。
あるいは蒸発器１５内における冷媒の蒸発圧力と、蒸発器１５の表面温度の関係を予め実験によって求め、この実験データに照らして蒸発器１５の表面温度を演算してもよい。
【００６７】
また、制御装置４８には、物品配置室６内（所定の空間内）の温度と相対湿度を、目標の温度と相対湿度（以下、目標環境と称する）に制御するため、以下のプログラムが格納されている。
格納されているプログラムは、大きく別けて立ち上げ時の制御に利用されるプログラム５０と、安定時の制御用プログラム５１である。
【００６８】
最初に立ち上げ時の制御に利用されるプログラム５０について説明する。立ち上げ時の制御に利用されるプログラム５０は、大きく４種類のプログラムによって構成されている。
【００６９】
一つ目は、蒸発器１５の表面温度を「目標環境の露点近傍」となる様に膨張弁１４を制御する温度降下プログラム５０ａである。温度降下プログラム５０ａは、前記した「冷房運転」を実行するものである。ここで、「露点近傍」とは、目標環境の露点温度のプラスマイナス５度、より望ましくは目標環境の露点温度のプラスマイナス３度の範囲の温度である。蒸発器１５の表面温度は、前記した様に冷媒温度検知手段２０，２１及び冷媒圧力検知手段２２からの検知信号に基づいて求められる。
【００７０】
二つ目は、蒸発器１５の表面温度を「目標環境の露点以下」となる様に膨張弁１４を制御する湿度降下プログラム５０ｂである。湿度降下プログラム５０ｂは、前記した「除湿運転」を実行するプログラムである。ここで、「露点以下」とは、目標環境の露点からマイナス２０度程度までの範囲の温度である。なお「目標環境の露点以下」の温度は、少なくとも前記した「目標環境の露点近傍」の温度よりも低い。
【００７１】
三つ目は、加熱ヒータ２７を動作させ、物品配置室６内を目標の温度に制御する温度調節プログラム５０ｃである。
【００７２】
四つ目は、蒸発器１５の表面温度を「目標環境の露点以上」となる様に、膨張弁１４と下流側絞り手段１６を制御する湿度調節プログラム５０ｄである。湿度調節プログラム５０ｄは、「温度と湿度の微調整」をするプログラムである。ここで、「露点以上」とは、目標の環境の露点に対して摂氏２度から５度程度高い温度である。「目標環境の露点以上」の温度は、目標環境の温度に対して過度に高い温度となることは好ましくない。
「目標環境の露点以上」は、次式で表される温度範囲であることが望ましい。
【００７３】
【数１】
0005710512.tif 000002
【００７４】
【数２】
0005710512.tif 000003
【００７５】
次に安定時の制御用プログラム５１について説明する。安定時の制御用プログラム５１には、さらに定常運転プログラム５１ａと、保護プログラム５１ｂがある。
定常運転プログラム５１ａは、物品配置室６内（所定の空間内）の環境が目標環境となった後、あるいは目標環境に近づいた後にそれを維持するプログラムである。即ち定常運転プログラム５１ａは、物品配置室６内の現状環境たる現状相対湿度と現状気温とが、目標環境たる目標相対湿度及び目標気温に維持される様に動作する。
具体的には、室内温度検知手段２３で物品配置室６内の気温（現状気温）を監視し、現状気温が目標気温に一致する様に冷却装置１０を運転する。具体的には、圧縮機１２を起動・停止したり、膨張弁１４の開度を調節することによって、蒸発器１５表面の熱交換量を制御し、現状気温を目標気温に一致させる。
【００７６】
また本実施形態の恒温恒湿装置１では、蒸発器１５の表面温度を変化させることによって現状相対湿度を目標相対湿度に一致させる。
具体的には室内湿度検知手段２４によって物品配置室６内の現状相対湿度を監視し、現状相対湿度が目標相対湿度よりも高い場合には蒸発器１５の表面温度を低下させて蒸発器１５の表面で、物品配置室６内の空気に含まれる水蒸気を凝縮し、物品配置室６内の相対湿度を下げる。
【００７７】
ここで本実施形態では、蒸発器１５の表面温度の制御は、下流側絞り手段１６の一方たる常時動作用絞り弁３０の開度を調節することによって行う。
即ち本実施形態で、他方の予備用絞り弁３１は、常時閉鎖されており、常時動作用絞り弁３０だけが動作する。
そして現状相対湿度が目標相対湿度よりも高い場合には、常時動作用絞り弁３０の開度を大きくして蒸発器１５における冷媒の蒸発圧力を低下させる。その結果、蒸発器１５の表面温度が低下し、蒸発器１５の表面で、物品配置室６内の空気に含まれる水蒸気の凝縮が進み、物品配置室６内の相対湿度が下がる。
【００７８】
ここで蒸発器１５の表面で物品配置室６内の空気に含まれる水蒸気を凝縮させるためには、蒸発器１５の表面温度を少なくとも現状環境の露点温度以下とする必要がある。
より好ましくは、蒸発器１５の表面温度は、目標環境の露点近傍であって且つ目標環境の露点温度よりも低い温度となる様に調整する。
蒸発器１５の表面温度は、蒸発器１５の入口側における冷媒の温度や出口側の冷媒の温度から求められる。
即ち第一冷媒温度検知手段２０及び第二冷媒温度検知手段２１の検知温度によって蒸発器１５の表面温度が直接的にまたは両者の平均を算出するという様な方策によって求められる。本実施形態では、第一冷媒温度検知手段２０や第二冷媒温度検知手段２１の様なセンサー信号に基づいて、蒸発器１５の表面温度が、現状環境の露点温度以下となる様に常時動作用絞り弁３０を開く。またより好ましくは、センサー信号に基づいて、蒸発器１５の表面温度が、目標環境の露点温度以下となる様に常時動作用絞り弁３０を開く。
【００７９】
逆に現状相対湿度が目標相対湿度よりも低い場合には、常時動作用絞り弁３０の開度を小さくして蒸発器１５における冷媒の蒸発圧力を上昇させる。その結果、蒸発器１５の表面温度が上昇し、蒸発器１５の表面で、物品配置室６内の空気に含まれる水蒸気の凝縮が減少し、物品配置室６内の相対湿度が上昇する。また前記した様に、蒸発器１５の表面に残留していた水滴を気化させることによっても物品配置室６内の相対湿度を上昇させることができる。
【００８０】
ここで蒸発器１５の表面で、水蒸気を凝縮させないためには、蒸発器１５の表面温度が少なくとも現状環境の露点温度を越える温度とする必要がある。
ただし実際上は、蒸発器１５の表面温度は、目標環境の露点温度以上とすれば、物品配置室６内の絶対湿度が目標環境の絶対湿度を越えることは無いので、蒸発器１５の表面温度は、目標環境の露点温度以上とすればよい。
この観点から、蒸発器１５の表面温度は、目標環境の露点温度近傍であり、目標環境の露点温度よりも高い温度を目標とすることが望ましい。
【００８１】
この場合においても、第一冷媒温度検知手段２０や第二冷媒温度検知手段２１の様なセンサー信号に基づいて、蒸発器１５の表面温度が、現状環境の露点温度以上となる様に常時動作用絞り弁３０の開度を絞る。
あるいはセンサー信号に基づいて、蒸発器１５の表面温度が、目標環境の露点温度以上となる様に常時動作用絞り弁３０の開度を絞る。
【００８２】
上記した様に、本実施形態では、現状相対湿度が目標相対湿度よりも高い場合には、常時動作用絞り弁３０の開度を大きくして蒸発器１５における冷媒の蒸発圧力を低下させ、蒸発器１５の表面温度が目標環境の露点近傍であって且つ目標環境の露点温度よりも低い温度となる様に調整する。
また本実施形態では、現状相対湿度が目標相対湿度よりも低い場合には、常時動作用絞り弁３０の開度を小さくして蒸発器１５における冷媒の蒸発圧力を上昇させ、蒸発器１５の表面温度が目標環境の露点温度近傍であり、且つ目標環境の露点温度よりも高い温度となる様に調整する。
そのため、本実施形態で採用する定常運転プログラム５１ａによると、蒸発器１５の表面温度が目標環境の露点温度近傍で上下することとなる。本実施形態で採用する定常運転プログラム５１ａは、蒸発器１５の表面温度が目標環境における露点温度近傍となる様に下流側絞り手段１６の開度を制御することによって空間内の相対湿度を目標相対湿度に一致させるものであるといえる。
【００８３】
例えば、目標環境が、目標相対湿度６０パーセントであって、目標気温が摂氏マイナス５度であるならば、蒸発器１５の表面温度が、目標環境における露点温度たる摂氏マイナス１１．５度の近傍となる様に制御する。
【００８４】
次に保護プログラム５１ｂについて説明する。
保護プログラム５１ｂは、圧縮機１２に液状の冷媒が戻ることを防ぐための動作を実行させるプログラムである。
保護プログラム５１ｂは、現状環境の気温（現状気温）と、蒸発器１５の表面温度とを監視し、両者の間が近づき過ぎた場合に予備用絞り弁３１を開くものである。即ち現状環境の気温（現状気温）と、蒸発器１５の表面温度との差が一定の温度差未満に小さくなり、蒸発器１５の熱交換量が過少となることが予想される場合に、予備用絞り弁３１を開く。その結果、蒸発器１５内における冷媒の蒸発圧力が低下し、蒸発器１５の表面温度が低下して現状気温との差が広がる。そのため蒸発器１５内の冷媒と外部との間の熱交換量が増大し、蒸発器１５内の冷媒の気化が促進される。
【００８５】
本実施形態では、現状環境の気温（現状気温）の監視は、室内温度検知手段２３の検知信号に基づく。一方、蒸発器１５の表面温度は冷媒圧力検知手段２２からの検知信号に基づいて演算によって求められる。
【００８６】
予備用絞り弁３１を開く基準となる温度差（一定の温度差）は、摂氏１度から摂氏４度程度である。より好ましくは、摂氏１．５度から摂氏３度程度である。
本実施形態では、現状環境の気温（現状気温）と、蒸発器１５の表面温度とを監視し、両者の間が摂氏２度以内となった場合に、予備用絞り弁３１を開く。
【００８７】
また予備用絞り弁３１の開度は、少なくとも蒸発器１５の表面温度が低下する程度の開度であることが必要である。しかしながら、過度に大きな開度とすることは好ましくない。適度の開度は、蒸発器１５の表面温度が、目標環境の露点温度近傍となる様な開度であり、さらに望ましくは、目標環境の露点温度よりも高い温度を目標として蒸発器１５の表面温度を低下させる構成である。
【００８８】
即ち、前記した様に、目標環境の露点温度に蒸発器１５の温度を維持すると、必然的に物品配置室６内の現状相対湿度が目標相対湿度となるが、蒸発器１５の温度を目標環境の露点温度未満とすると、過度に物品配置室６内の水蒸気を凝縮させてしまうこととなる。そのため蒸発器１５の表面温度が、目標環境の露点温度近傍となる様な開度とすることが望ましい。
【００８９】
しかしながら、前記した様に常時機能している定常運転プログラム５１ａは、物品配置室６内の現状環境たる現状相対湿度と現状気温とが、目標環境たる目標相対湿度及び目標気温に維持される様に動作するものであり、この定常運転プログラム５１ａは、実質的に蒸発器１５の表面温度が目標環境の露点温度近傍となる様に制御している。
即ち前記した定常運転プログラム５１ａは、蒸発器１５の表面温度が目標環境における露点温度近傍となる様に下流側絞り手段の開度を制御することによって空間内の相対湿度を目標相対湿度に一致させるものであるといえる。
しかしそれにも係わらず、蒸発器１５の表面温度が目標環境における露点温度近傍を越えて上昇してしまう場合がある。保護プログラム５１ｂは、この様な場合に予備用絞り弁３１を開き、蒸発器１５の表面温度を目標環境における露点温度近傍に強制的に下げるものであると言える。
【００９０】
続いて、本発明の実施形態の恒温恒湿装置１を用いた環境制御方法について図３を用いて説明する。
恒温恒湿装置１では、制御装置４８によって、物品配置室６内を目標の温度と相対湿度に自動で制御する。
まず、自動プログラムの実行に先立ち、「目標環境」となる物品配置室６内の温度と湿度を制御装置４８に入力して設定を行う。そして、制御装置４８においては前記した立ち上げ時の制御に利用されるプログラム５０が実行される。即ち前述の温度降下プログラム５０ａから湿度調節プログラム５０ｄまでを自動的に順次実行する。
立ち上げ時においては、下流側絞り手段１６は常時動作用絞り弁３０だけが動作し、予備用絞り弁３１は閉鎖されたままの状態を維持する。
【００９１】
立ち上げ時においては、ステップ１で温度降下プログラム５０ａを実行し、物品配置室６内の温度が「目標環境の温度近傍」となるまで、「冷房運転」を行う。
即ち「冷房運転」が実行されると、膨張弁１４の開度が比較的開かれた状態で冷却装置１０が運転される（ステップ２）。即ち蒸発器１５の冷却能力が大きい状態で運転される。また蒸発器１５の表面温度が「目標環境の露点近傍」となる様に膨張弁１４が制御される。
ここで、「目標環境の露点」は、当然に「目標環境の温度」以下であるから、物品配置室６内の温度は、図４のグラフの様に、「目標環境の温度」以下の温度たる「目標環境の露点」に向かって降下する。
【００９２】
物品配置室６内の絶対湿度は図４のグラフの様に低下する。物品配置室６内の相対湿度は、理論上、図４のグラフの実線の様に上昇するが、実際には、破線の様に徐々に低下する。
【００９３】
そしてステップ３で、物品配置室６内の温度が「目標環境の温度近傍」となるのを待つ。
ステップ３で物品配置室６内の温度が「目標環境の温度近傍」となったことが確認されると、ステップ４に移行し、湿度降下プログラム５０ｂを実行し、物品配置室６内が「目標環境の相対湿度以下」となるまで、「除湿運転」を行う。
即ち膨張弁１４を絞って蒸発器１５の表面温度を「目標環境の露点以下」となる様に制御する（ステップ５）。
その結果、蒸発器１５に結露し、物品配置室６内の相対湿度が低下する。ただし、「除湿運転」においては、冷却能力が小さいので、物品配置室６内の温度は大きくは変化しない。即ち「除湿運転」が実行されている間は、物品配置室６内の温度は「目標環境の温度近傍」を維持している。
【００９４】
そしてステップ６で、物品配置室６内の相対湿度が「目標環境の相対湿度以下」となるのを待つ。
ステップ６で物品配置室６内の相対湿度が「目標環境の相対湿度以下」となったことが確認されると、ステップ７に移行し、湿度調節プログラム５０ｄを実行し、物品配置室６内が目標環境の相対湿度となるまで、湿度の微調整を行う。
【００９５】
湿度調節プログラム５０ｄが実行されると、下流側絞り手段１６が絞られて蒸発器１５の表面温度が上昇する。具体的には、蒸発器１５の表面温度が「目標環境の露点以上」であって「目標環境の温度以下」となる様に、下流側絞り手段１６が制御される。
その結果、蒸発器１５に付着していた結露水が気化し、物品配置室６内の相対湿度が僅かに上昇する。その結果、物品配置室６内の相対湿度が微調整される。
【００９６】
また必要に応じて温度調節プログラム５０ｃが実行され、物品配置室６内を目標の温度に制御する。
そして、温度調整プログラム５０ｃと、湿度調節プログラム５０ｄとを並行して実施し、物品配置室６内が「目標環境」となるまで、「温度と湿度の微調整」を行う。
【００９７】
図４は、制御装置４８の動作状態の具体例を示すタイムチャートのグラフである。図４のタイムチャートは、縦軸として上から順番に、室内温度（物品配置室６内の温度）、室内絶対湿度（物品配置室６内の絶対湿度）、室内相対湿度（物品配置室６内の相対湿度）、蒸発器温度（蒸発器１５の表面温度）、冷却能力（蒸発器１５の冷凍能力）、加熱ヒータ（加熱ヒータ２７のＯＮ／ＯＦＦ）、膨張弁の開度（膨張弁１４の開度）、常時動作用絞り弁３０の開度、予備用絞り弁３１の開度を示している。横軸は、時間軸を示している。
【００９８】
次に図４のタイムチャートについて、前記したステップ及びプログラム毎に解説する。
図４に示すタイムチャートは、開始時の環境が、摂氏１０度、相対湿度が８０パーセント（絶対湿度７．５２グラム／立方メートル）であり、目標環境は、摂氏マイナス５度、相対湿度が６０パーセント（絶対湿度２．０５グラム／立方メートル）である場合を想定したものである。
なお開始環境における露点は、摂氏７度である。また目標環境の露点は、摂氏マイナス１２度である。
【００９９】
ステップ１以下で実行される温度降下プログラム５０ａ（冷房運転）では、膨張弁１４の開度が調節され、蒸発器温度（蒸発器１５の表面温度）が図４の様に目標環境の露点の近傍たる摂氏マイナス１２度程度となるように制御されている。この時の冷却能力は、図４の様に高い。即ちこの状態は、膨張弁１４の開度が比較的大きく、冷却能力が高い。
その結果、室内温度が開始環境の温度たる摂氏１０度から、蒸発器１５の表面温度たる摂氏マイナス１２度に向かって降下する。
なお蒸発器温度（蒸発器１５の表面温度  摂氏マイナス１２度）は、試験開始時における露点温度（摂氏７度）よりも低いので、蒸発器１５の表面で水蒸気が凝縮し、物品配置室６内の絶対湿度が低下する。物品配置室６内の相対湿度は理論上、上昇するが、実際には低下してゆく。
【０１００】
そしてステップ３で物品配置室６内の温度が「目標環境の温度近傍」となったことが確認されると、プログラムが湿度降下プログラム５０ｂに切り替わり、「除湿運転」が行われる。
「除湿運転（湿度降下プログラム５０ｂ）」では、膨張弁１４の開度が絞られ、蒸発器温度が低下される。例えば、蒸発器１５の表面温度が、図４の様に、摂氏マイナス２０度となる様に膨張弁１４の開度が絞られる。この状態においては、図４に示すように先の「冷房運転」に比べて冷却能力が低くなっている。
その結果、図４の様に、室内の相対湿度が１００％近傍から次第に低下して行く。なお室内温度の低下はわずかである。
この時、蒸発器１５の表面には、物品配置室６内の空気中に含まれる水蒸気が凝結又は凝固して、水分が付着すると共に、過剰な水分はドレンとして排水される。
【０１０１】
ステップ６で物品配置室６内の相対湿度が「目標環境の相対湿度以下」となったことが確認されると、制御プログラムが、湿度調節プログラム５０ｄに切り替わり、下流側絞り手段１６の常時動作用絞り弁３０が絞られて蒸発器１５の表面温度が上昇し、蒸発器１５に付着していた結露水（結氷）が気化（昇華）し、図４の様に物品配置室６内の相対湿度が僅かに上昇する。その結果、物品配置室６内の相対湿度が微調整される。
即ち湿度調節プログラム５０ｄでは、蒸発器温度が摂氏マイナス２０度から目標温度の近傍へと昇温するように、下流側絞り手段１６の開度が絞られている。この時、膨張弁１４は絞られたままである。蒸発器１５の温度上昇に伴い、蒸発器１５の表面に付着した水分の一部又は全部が蒸発又は昇華する。その結果、室内の相対湿度は、例えば５０パーセントから目標の相対湿度である６０パーセントとなる。つまり、蒸発器１５によって１０パーセントの加湿が行われる。なお、この時、蒸発器１５の温度上昇は、僅かであるため、物品配置室６内の昇温にはほぼ寄与せず、室内温度は目標温度たる摂氏マイナス５度のまま維持されている。
【０１０２】
なお温度調節プログラム５０ｃでは、加熱ヒータ２７がオンオフ制御または比例制御され、その結果、室内温度が目標温度となる様に微調整される。
【０１０３】
上記の通り、摂氏０度以下の低温領域において、膨張弁１４の開度と、下流側絞り手段１６の開度の制御によって、蒸発器１５の表面温度を制御し、加湿を行うことができる。なお、前記具体例において、加熱ヒータ２７を用いて物品配置室６内を昇温する例を示したが、加熱ヒータ２７を用いず、蒸発器１５だけで行っても構わない。
【０１０４】
上記した立ち上げ時のプログラム５０の実行により物品配置室６内の環境が目標環境と一致した後は、安定時の制御用プログラム５１によって目標環境が維持される。
【０１０５】
安定時の制御用プログラム５１による動きを、図５のタイムチャートに則って説明する。なお図５のタイムチャートは、説明を容易にするために、各動作の遅れを無視している。参考のために、動作遅れを考慮した場合のタイムチャートを図６に示す。図６に示すタイムチャートは、各動作が、１／３周期づつ遅れる例を表示しているが、以下の説明については、動作遅れを無視した図５のタイムチャートを基準として説明を進める。
図５のタイムチャートは、説明を容易にするために、室内温度（物品配置室６内の温度）と蒸発器温度（蒸発器１５の表面温度）とを同一の枠内に表示している。
またこれらと室内相対湿度（物品配置室６内の相対湿度）、常時動作用絞り弁３０及び予備用絞り弁３１の開度、及び蒸発器１５内の蒸発圧力を時間軸を合わせて表示している。
【０１０６】
図５のタイムチャートでは、期間ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆは、外乱その他の影響が無く、事実上、定常運転プログラム５１ａだけによって運転されている。
定常運転プログラム５１ａでは、蒸発器１５の表面温度が目標環境の露点温度の近傍となる様に制御されている。期間ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆにおいては、前記した様に、蒸発器１５の表面温度は、第一冷媒温度検知手段２０や第二冷媒温度検知手段２１の様なセンサーによって検知され、その信号に基づいて常時動作用絞り弁３０を制御して蒸発器１５の表面温度が目標環境の露点温度の近傍となる様に調整されている。なお定常運転の際には、膨張弁１４の開度も制御対象とすることが望ましい。
【０１０７】
ここで目標環境の露点温度は、当然に目標環境の目標気温よりも低い。
そのため物品配置室６の現状環境が目標環境に近い状態で安定している場合、蒸発器１５の表面温度は、図５のタイムチャートの様に物品配置室６内の室内温度（現状気温）よりも低い。
【０１０８】
定常運転プログラム５１ａによると、現状相対湿度たる室内相対湿度が監視され、室内相対湿度が目標相対湿度を下回ると常時動作用絞り弁３０が閉じ方向に動作して蒸発器１５内の圧力を上昇させて蒸発器１５の表面温度を上昇し、水蒸気の凝縮を抑制して室内相対湿度を上昇させる。逆に室内相対湿度が目標相対湿度を上回ると常時動作用絞り弁３０が開き方向に動作し、蒸発器１５内の圧力を降下させて蒸発器１５の表面温度を下げ、水蒸気の凝縮を促進して室内相対湿度を降下させる。
【０１０９】
具体的に説明すると、期間ａでは、図５の様に室内相対湿度が目標相対湿度を下回っている。そしてその間の常時動作用絞り弁３０に注目すると、常時動作用絞り弁３０が通常開度よりも閉じた状態となる。
その結果、期間ａでは蒸発器１５内の蒸発圧力が上昇方向となり、蒸発器の表面温度が上昇する。そのため蒸発器１５に付着した水滴が気化する等により、室内相対湿度（物品配置室６内の相対湿度）が上昇傾向となる。
【０１１０】
続く期間ｂでは、図５の様に室内相対湿度が目標相対湿度を上回ることとなり、常時動作用絞り弁３０が開き方向となる。その結果、期間ｂでは蒸発器１５内の蒸発圧力が降下傾向となり、蒸発器の表面温度が低下する。そのため蒸発器１５の表面で物品配置室６内の空気中に含まれる水蒸気が凝縮し、室内相対湿度（物品配置室６内の相対湿度）が下降傾向となる。
【０１１１】
タイムチャートでは、期間ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆは、この様に常時動作用絞り弁３０を動作させることによって室内相対湿度が目標相対湿度の近傍に維持されている様子を示している。
期間ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆでは、室内気温（現状気温）も小さな振幅をもって一定の周期で昇降しており、安定している。
前記した様に、物品配置室６の現状環境が目標環境に近い状態で安定している場合、蒸発器１５の表面温度は、物品配置室６内の室内温度（現状気温）よりも低いから、期間ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆでは、蒸発器１５の表面温度は、物品配置室６内の室内温度（現状気温）よりも一定温度以上低い状態を維持している。
【０１１２】
これに対して期間ｇは、何らかの原因によって物品配置室６内の気温（現状気温）が低下している。また室内の相対湿度（現状相対湿度）は安定しているものの、何らかの原因によって蒸発器１５の表面温度が上昇傾向となっている。そして蒸発器１５の表面温度が室内気温（現状気温）に近づき、両者の間が摂氏２度以内となってしまっている。
蒸発器１５の表面温度と室内気温（現状気温）とが近接する理由は、限定するものではないが、物品配置室６内に配置した被試験物の吸熱によって空間内の現状環境が変化した場合や、物品配置室６内に被試験物を出し入れする際の熱移動等が考えられる。また目標環境の設定を変えた場合にも、蒸発器１５の表面温度と室内気温（現状気温）とが近接する場合がある。
【０１１３】
一方、安定時の制御用プログラム５１では、前記した定常運転プログラム５１ａと共に保護プログラム５１ｂが動作している。
保護プログラム５１ｂは、前記した様に現状環境の気温（現状気温）と、蒸発器１５の表面温度とを監視し、両者の間が近づき過ぎた場合に予備用絞り弁３１を開くものである。なお本実施形態では、保護プログラム５１ｂは、冷媒圧力検知手段２２からの検知信号から蒸発器１５の表面温度を演算し、演算値に基づいて蒸発器１５の表面温度を監視している。
【０１１４】
図５のタイムチャートで説明すると、保護プログラム５１ｂは、冷媒圧力検知手段２２からの検知信号を監視しており、図５の期間ｇの最後の様に蒸発器の蒸発圧力が上昇した事実から蒸発器１５の表面温度が上昇した事実を検知する。
そして期間ｇから期間ｈに掛けて、蒸発器１５の表面温度と室内気温（現状気温）の差が摂氏２度以内となったのを受け、保護プログラム５１ｂによって予備用絞り弁３１が開かれる。その結果、期間ｈに見られる様に、蒸発器１５内における冷媒の蒸発圧力が低下する。
そのため蒸発器１５の表面温度が低下して現状気温との差が広がる。その結果、蒸発器１５内の冷媒と外部との間の熱交換量が増大し、蒸発器１５内の冷媒の気化が促進されるので、蒸発器１５から液状の冷媒が排出されることが阻止される。即ち液バック現象が未然に阻止され、圧縮機１２が保護される。
【０１１５】
以上説明した実施形態では、保護プログラム５１ｂは、冷媒圧力検知手段２２からの検知信号を監視し、蒸発器の蒸発圧力が上昇した事実から蒸発器１５の表面温度が上昇した事実を検知する構成を採用した。しかしながら本発明は、この構成に限定されるものではない。
【０１１６】
他の方策としては、冷媒温度検知手段２０，２１及び冷媒圧力検知手段２２からの検知信号によって、蒸発器１５の表面温度を演算する方策が考えられる。即ち蒸発器１５に導入される冷媒の温度を冷媒温度検知手段２０で検知し、同時に蒸発器１５内における冷媒の蒸発圧力を冷媒圧力検知手段２２で検知し、両者から蒸発器１５の表面温度を演算する。また蒸発器１５の出口側における冷媒の温度（冷媒温度検知手段２１の検知温度）によって演算を補正する。
あるいは蒸発器１５に導入される冷媒の温度と、蒸発器１５内における冷媒の蒸発圧力と、蒸発器１５の表面温度の関係を予め実験によって求め、この実験データに照らして蒸発器１５の表面温度を演算してもよい。
また単に、蒸発器１５の入口側における冷媒の温度や出口側の冷媒の温度から蒸発器１５の表面温度を求めてもよい。
さらに蒸発器１５の表面に温度センサー２５（図１）を設け、温度センサー２５によって蒸発器１５の表面温度を直接検知してもよい。
【０１１７】
他の方策として、膨張弁１４及び下流側絞り手段１６の開度と、蒸発器１５の表面温度との関係を予め実験で求め、膨張弁１４及び下流側絞り手段１６の開度から蒸発器１５の表面温度を演算等で求めてもよい。
またこの際に、圧縮機１２の回転数、冷媒圧力検知手段２２の検知圧や雰囲気温度を参酌することが推奨される。
【０１１８】
また前述した実施形態では、保護プログラム５１ｂは、現状環境の気温（現状気温）と、蒸発器１５の表面温度とを監視し、両者の間が近づき過ぎた場合に予備用絞り弁３１を開く構成を採用した。即ち予備用絞り弁３１を開くための基準として、現状環境の気温（現状気温）を採用した。
しかしながら本発明は、この構成に限定されるものではなく、現状気温に代わって、目標気温を採用してもよい。
即ち蒸発器１５の表面温度を実測あるいは、蒸発器１５内の冷媒圧力に基づいて演算し、蒸発器１５の表面温度が目標気温に近づいた場合に予備用絞り弁３１を開く。
【０１１９】
また単に、蒸発器１５内の冷媒圧力が一定値以上となったことを契機として予備用絞り弁３１を開いてもよい。
この場合におけるタイムチャートは、図７の様になる。
即ち蒸発器１５内の冷媒圧力を監視し、この圧力が、一定の基準圧力に達すれば、予備用絞り弁３１を開く。
その結果、図７の様に蒸発器１５内における冷媒の蒸発圧力が低下する。
そのため蒸発器１５の表面温度が低下して現状気温との差が広がる。その結果、蒸発器１５内の冷媒と外部との間の熱交換量が増大し、蒸発器１５内の冷媒の気化が促進されるので、蒸発器１５から液状の冷媒が排出されることが阻止される。
【０１２０】
また常時動作用絞り弁３０の制御とは独立して、蒸発器１５内の冷媒圧力が一定値となる様に、予備用絞り弁３１を制御するものであってもよい。
即ち常時動作用絞り弁３０の動作は、先に示した実施形態と全く同じであり、蒸発器１５の表面温度が目標環境の露点温度の近傍となる様に開閉する。
一方、予備用絞り弁３１の動作は、常時動作用絞り弁３０から独立しており、蒸発器１５内の冷媒圧力が一定値となる様に制御される。より具体的には、目標気温よりもやや低い温度に相当する冷媒圧力となる様に制御される。
【０１２１】
蒸発器１５内の冷媒圧力が一定値となる様に制御する場合について図８のタイムチャートを参照しつつ説明する。
この場合の保護プログラム５１ｂは、現状環境の気温（現状気温）や、蒸発器１５の表面温度に係わりなく、蒸発器１５内の冷媒圧力だけを監視している。
そして予備用絞り弁３１を例えば、ＰＩＤ制御して、蒸発器１５内の冷媒圧力が一定圧力（図では基準圧力）となる様に開閉する。
ここで、予備用絞り弁３１の目標たる前記「一定圧力」は、目標温度よりも数度低い温度に相当する冷媒の蒸発圧力である。
【０１２２】
例えば目標温度が摂氏マイナス１０度であったならば、蒸発器１５の表面温度は、液バックを防止するために、摂氏マイナス１２度（目標温度よりも２度低い温度）程度以下に制御する必要がある。
ここで、摂氏マイナス１２度に相当する冷媒の蒸発圧力は、０．３０７７ＭＰａであるから、蒸発器１５内の冷媒圧力が０．３０７７ＭＰａとなる様に、予備用絞り弁３１をＰＩＤ制御する。
また目標環境が、目標相対湿度６０パーセントであって、目標気温が摂氏マイナス５度であるならば、蒸発器１５内の冷媒圧力が０．３８４６ＭＰａとなる様に、予備用絞り弁３１をＰＩＤ制御する。なお０．３８４６ＭＰａは、冷媒の蒸発温度が摂氏マイナス７度に相当する温度である。
【０１２３】
なお一定圧力（図では基準圧力）は、目標気温から一定値を引いた温度に対応する蒸発圧力であってもよいが、目標気温から引く値は、変数であってもよい。また「一定圧力」は、段階的に変わるものであってもよい。例えば、目標気温が、摂氏マイナス１５度以上、摂氏マイナス１０度未満の場合は、０．２４０５ＭＰａとし、目標気温が、摂氏マイナス１０度以上、摂氏マイナス５度未満の場合は、０．３０７７ＭＰａとしてもよい。
【０１２４】
ここで、通常の安定時における蒸発器１５の表面温度は、目標温度よりもある程度低い温度であり、一般的には前記した蒸発器１５内の冷媒圧力の目標値（前記「一定圧力」）に相当する蒸発温度よりも低い。例えば、目標環境が、目標相対湿度６０パーセントであって、目標気温が摂氏マイナス５度であるならば、通常の安定時における蒸発器１５の表面温度は、目標環境の露点温度たる摂氏マイナス１１．５度近傍となる様に制御されているから、前記した「一定圧力」に相当する蒸発温度（摂氏マイナス７度）よりも相当に低い。
ここで、現状の蒸発器１５内の冷媒圧力が、前記した「一定圧力」よりも低い場合、予備用絞り弁３１は、冷媒圧力を上昇させようとして、開度を閉じる方向に動作する。しかしながら、予備用絞り弁３１が完全に締め切り状態となった後は、それ以上開度を絞ることができず、閉鎖された状態で固定されることとなる。
前記した通常の安定時における蒸発器１５の冷媒圧力は、前記した「一定圧力」よりも相当に低いため、予備用絞り弁３１は、閉鎖されて固定された状態となっている。
即ち安定時における蒸発器１５の冷媒圧力は、予備用絞り弁３１が制御できる制御範囲を越えて低い状態であると言える。
【０１２５】
そのため安定時においては、予備用絞り弁３１は、全閉状態か、あるいはそれに近い状態となっている。そして何らかの理由で、蒸発圧力が上昇すると、予備用絞り弁３１が開き、圧力が０．３８４６ＭＰａに戻る様に動作する。
即ち蒸発器１５内の冷媒圧力が上昇すると、蒸発器１５内の冷媒圧力が予備用絞り弁３１が制御できる制御範囲に近づき、遂には制御範囲に入り、さらに上昇して圧力が０．３８４６ＭＰａを越えると、予備用絞り弁３１の開度が大きくなって冷媒圧力を下げようとする。
【０１２６】
予備用絞り弁３１を蒸発器１５内の冷媒圧力が一定圧力となる様に開閉した場合における安定時の制御用プログラム５１による動きを、図８のタイムチャートに則って説明する。なお図８のタイムチャートは、説明を容易にするために、各動作の遅れを無視している。
図８のタイムチャートでは、予備用絞り弁３１は、蒸発器１５内の冷媒圧力に応じて開閉される。より具体的には、予備用絞り弁３１は、蒸発器１５内の冷媒圧力が基準圧力と一致する様に制御されている。
【０１２７】
図８のタイムチャートが想定する環境の変化は、前記した図５の場合と同一である。
即ち図８のタイムチャートでは、期間ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆは、外乱その他の影響が無い。図８のタイムチャートでは、定常運転プログラム５１ａと、保護プログラム５１ｂとが同時並行的に動作している。
定常運転プログラム５１ａでは、蒸発器１５の表面温度が目標環境の露点温度の近傍となる様に制御されている。期間ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆにおいては、前記した様に、蒸発器１５の表面温度は、第一冷媒温度検知手段２０や第二冷媒温度検知手段２１の様なセンサーによって検知され、その信号に基づいて常時動作用絞り弁３０を制御して蒸発器１５の表面温度が目標環境の露点温度の近傍となる様に調整されている。
期間ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆにおいても、蒸発器１５内の冷媒圧力は監視されている。しかしながら、蒸発器１５内の冷媒圧力は、基準圧力に比べて低いので、実質的に予備用絞り弁３１は、全閉状態となっている。
即ち期間ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆでは、蒸発器１５内の冷媒圧力は、予備用絞り弁３１が制御できる制御範囲を越えて低い状態であり、閉鎖されて固定された状態となっている。
【０１２８】
タイムチャートでは、期間ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆは、この様に常時動作用絞り弁３０を動作させることによって室内相対湿度が目標相対湿度の近傍に維持されている様子を示している。
期間ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈ，ｉ，ｊでは、室内気温（現状気温）も小さな振幅をもって一定の周期で昇降しており、安定している。
前記した様に、物品配置室６の現状環境が目標環境に近い状態で安定している場合、蒸発器１５の表面温度は、物品配置室６内の室内温度（現状気温）よりも低いから、期間ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆでは、蒸発器１５の表面温度は、物品配置室６内の室内温度（現状気温）よりも一定温度以上低い状態を維持している。
【０１２９】
これに対して期間ｇは、何らかの原因によって蒸発器内の蒸発圧力が上昇し、これに伴って、蒸発器１５の表面温度が上昇傾向となっている。そして蒸発器１５の表面温度が目標気温に近づき、両者の間が摂氏２度以内となってしまっている。
【０１３０】
一方、安定時の制御用プログラム５１では、前記した定常運転プログラム５１ａと共に保護プログラム５１ｂが動作している。
保護プログラム５１ｂは、前記した様に蒸発器１５内の冷媒圧力を監視し、冷媒圧力が一定値（基準圧力）となる様に予備用絞り弁３１が開閉制御されている。
そのため図８の期間ｇの最後の様に蒸発器の蒸発圧力が上昇すると、蒸発器１５内の冷媒圧力が予備用絞り弁３１が制御できる制御範囲に入り、保護プログラム５１ｂによって予備用絞り弁３１が開かれ、基準圧力との偏差に応じて開度が調整される。その結果、期間ｈに見られる様に、蒸発器１５内における冷媒の蒸発圧力が基準圧力の近傍で平滑化する。
【０１３１】
そのため蒸発器１５の表面温度が過度に現状気温に近づくことが防止され、液バック現象が未然に阻止され、圧縮機１２が保護される。
【０１３２】
上記した実施形態では、立ち上げ時においては、図４の様に、下流側絞り手段１６は常時動作用絞り弁３０だけが動作し、予備用絞り弁３１は閉鎖されたままの状態を維持させた。
しかしながら本発明は、この構成に限定されるものではなく、図９に示すフローチャートの様に、予備用絞り弁３１を全開状態や、半開状態で使用してもよい。また条件に応じて開閉させてもよい。
さらに図１０に示す様に、立ち上げ状態から安定状態に移行する過渡期に、徐々に開度を小さくしていってもよい。
【０１３３】
以上の通り、本発明の実施形態に係る恒温恒湿装置１（環境制御装置）、並びに恒温恒湿装置１を用いた環境制御方法によれば、物品配置室（所定の空間）６における温度と湿度の高精度な制御が可能である。
【０１３４】
本実施形態では、恒温恒湿装置１に加湿器を備えない構成の例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図１に示した空調用通路７内に従来公知の加湿器を設けても構わない。
【０１３５】
なお本発明では、下流側絞り手段１６を絞って蒸発器１５の温度を上昇させた。本発明を完成するに至るために行った実験では、蒸発器１５にホットガスを導入して蒸発器１５の温度を上昇させる方策も試みたが、この方策は、蒸発器１５の温度が過度に昇温し、物品配置室（所定の空間）６の温度を乱してしまう問題があった。
【０１３６】
上記した実施形態では、下流側絞り手段１６として２台の絞り弁３０，３１が並列に接続された回路を例示した。この構成は、制御プログラムが単純であり、故障が少ないという利点があるものの、絞り弁３０，３１を２台要するという欠点がある。
そこで、下流側絞り手段１６を図１１の様に１台の絞り弁３８で構成し、ソフトウェアによって先の実施形態と同様の動作を実現させることもできる。
即ち通常は、絞り弁３８だけによって現状相対湿度を目標相対湿度と一致する様に制御する。同時に保護プログラム５１ｂによって現状環境の気温（現状気温）と、蒸発器１５の表面温度とを監視し、両者の間が近づき過ぎた場合に絞り弁３８の開度を補正して開度を広げる。その結果、蒸発器１５内の圧力が低下して蒸発器１５内における冷媒の気化が進み、液バックが阻止される。
【０１３７】
また絞り弁３８だけを有する回路構成で、図７、図８のタイムチャートで説明した様な、冷媒圧力だけを監視する方策を実行させることもできる。
この場合についても通常は、絞り弁３８だけによって現状相対湿度を目標相対湿度と一致する様に制御する。同時に保護プログラム５１ｂによって蒸発器１５内の冷媒圧力を監視し、冷媒圧力が一定の圧力を越えた場合に絞り弁３８の開度を補正して開度を広げる。
あるいは、冷媒圧力一定の圧力を越えない様に、序々に絞り弁３８の開度を補正する。
その結果、蒸発器１５内の圧力が低下して蒸発器１５内における冷媒の気化が進み、液バックが阻止される。
【０１３８】
図４に示すタイムチャートでは、目標環境が、摂氏マイナス５度、相対湿度が６０パーセント（絶対湿度２．０５グラム／立方メートル）である場合を想定したが、この想定はあくまでも例示である。
特に安定時の制御用プログラム５１は、上記した想定よりも低い目標気温の場合でも活用できる。例えば、目標温度が摂氏マイナス１０乃至１５度、目標相対湿度が７０パーセント以上、あるいは８０パーセント以上という様な条件でも実用的に使用することができる。
同様に、目標温度が摂氏プラス５度といった様な氷点以上の温度や、摂氏８０度、相対湿度９５パーセントという様な高温高湿環境でも使用することができる。
【符号の説明】
【０１３９】
１    恒温恒湿装置（環境制御装置）
６    物品配置室（所定の空間）
１０    冷却装置
１２    圧縮機
１３    凝縮器
１４    膨張弁
１５    蒸発器（温度変化部材）
１６    下流側絞り弁
２５    温度センサー
２７    加熱ヒータ（加熱手段）
３０    常時動作用絞り弁
３１    予備用絞り弁
４８    制御装置
【図１】
0005710512.tif 000004
【図２】
0005710512.tif 000005
【図３】
0005710512.tif 000006
【図４】
0005710512.tif 000007
【図５】
0005710512.tif 000008
【図６】
0005710512.tif 000009
【図７】
0005710512.tif 000010
【図８】
0005710512.tif 000011
【図９】
0005710512.tif 000012
【図１０】
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【図１１】
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