(57)【要約】【課題】複雑な演算処理や回路を必要とせず、環境制御操作端の制御を可能とする。【解決手段】基準となる環境制御操作端とは最大制御出力量が異なる環境制御操作端の単位操作量当たりの制御出力量が、基準となる環境制御操作端についての単位操作量当たりの制御出力量と同じになるように調整されている。【選択図】        図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単位操作量当たりの制御出力量の調整が可能な少なくとも１つの環境制御操作端を有する環境制御装置であって、
前記環境制御装置が有する環境制御操作端の最大制御出力量が、単位操作量当たりの制御出力量が予め規定された基準となる環境制御操作端とは相違しており、
前記環境制御装置が有する環境制御操作端についての単位操作量当たりの制御出力量が、前記基準となる環境制御操作端についての単位操作量当たりの制御出力量と同じになるように調整されていることを特徴とする環境制御装置。
【請求項２】
前記環境制御装置が有する環境制御操作端の最大制御出力量に対する出力率が可変となっていると共に、前記環境制御装置が有する環境制御操作端についての単位操作量当たりの制御出力量が前記基準となる環境制御操作端についての単位操作量当たりの制御出力量と同じになるように、前記環境制御装置が有する環境制御操作端の最大制御出力量に対する出力率が調整されていることを特徴とする請求項１に記載の環境制御装置。
【請求項３】
前記環境制御装置が複数の環境制御操作端を有しており、
前記複数の環境制御操作端には出力開始優先順位が設定されていると共に、前記複数の環境制御操作端の合計制御出力量が常に所望の制御出力量となるように各環境制御操作端の制御出力量が調整されてい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】
前記複数の環境制御操作端のうち先に出力を開始する環境制御操作端の制御出力量が、後から出力を開始する環境制御操作端の初期変動に応じて調整されていることを特徴とする請求項３に記載の環境制御装置。
【請求項５】
前記環境制御操作端が、加熱能力、加湿能力、冷凍能力及び空気流発生能力の少なくともいずれか一つを有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の環境制御装置。
【請求項６】
単位操作量当たりの制御出力量の調整が可能な少なくとも１つの環境制御操作端を有する環境制御装置を用いた環境制御方法であって、
前記環境制御装置が有する環境制御操作端の最大制御出力量が、単位操作量当たりの制御出力量が予め規定された基準となる環境制御操作端とは相違しており、
前記環境制御装置が有する環境制御操作端についての単位操作量当たりの制御出力量を、前記基準となる環境制御操作端についての単位操作量当たりの制御出力量と同じになるように調整することを特徴とする環境制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、環境制御装置及び環境制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
様々な環境内の温度を制御する空調器等には、冷房のための冷却器や、暖房のための加熱器等が備わっており、様々な環境に応じた快適性を満足させるものとなっている。空調器には、様々な環境での使用を可能とさせるために様々な環境に適用した機器を組み合わせた空調器や、熱交換器や加熱器の大きさ、ヒータ形状、送風機等のバリエーションを持たせた空調器等がある。このような空調器等による温度制御において、環境内の温度を設定温度にする場合に、温度制御器（加熱器）付近での温度と温度制御器から離れた場所での温度とを測定して、最適な温度変化率を設定することにより、温度を制御することが可能となる（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１８０５０１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
風量器、冷凍器、加熱器、加湿器等のいずれかを組み付けた空調器の空気流発生能力、冷凍能力、加熱能力、加湿能力等は、環境の大きさ、温度、湿度、熱負荷、季節、周囲条件等により設計される必要がある。さらに、空調器の各機器の容量を異なる容量に変える場合には、制御アルゴリズムや制御係数（ＰＩＤ係数）などの制御パラメータを再度調整する必要がある。例えば、加熱器において、加熱容量が大きい加熱器と加熱容量が小さい加熱器とをそれぞれ同じ空調器で制御する場合に、加熱容量が大きい加熱器は小さい加熱器に比べて、温度を急激に上昇させる。このため、温度を穏やかに変化させて、且つ目標温度に収束させるように、加熱容量の大きい加熱器を調整する必要がある。しかしながら、特許文献１において、温度を制御する場合には、環境内の互いに離れた場所の温度を測定するためのセンサ等を少なくとも２つ必要とし、また、環境内の温度のバラつきや製品仕様等に対応した最適な温度変化率を随時設定して、それに基づいて、設定温度を演算する必要があるため、制御回路や演算処理が複雑になる。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、複雑な演算処理や回路を必要とせずに、環境制御操作端の制御が可能な環境制御装置及び環境制御方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の環境制御装置は、単位操作量当たりの制御出力量の調整が可能な少なくとも１つの環境制御操作端を有する環境制御装置であって、前記環境制御装置が有する環境制御操作端の最大制御出力量が、単位操作量当たりの制御出力量が予め規定された基準となる環境制御操作端とは相違しており、前記環境制御装置が有する環境制御操作端についての単位操作量当たりの制御出力量が、前記基準となる環境制御操作端についての単位操作量当たりの制御出力量と同じになるように調整されている（請求項１）。
【０００７】
本発明の環境制御方法は、単位操作量当たりの制御出力量の調整が可能な少なくとも１つの環境制御操作端を有する環境制御装置を用いた環境制御方法であって、前記環境制御装置が有する環境制御操作端の最大制御出力量が、単位操作量当たりの制御出力量が予め規定された基準となる環境制御操作端とは相違しており、前記環境制御装置が有する環境制御操作端についての単位操作量当たりの制御出力量を、前記基準となる環境制御操作端についての単位操作量当たりの制御出力量と同じになるように調整する（請求項６）。
【０００８】
この構成によると、複雑な演算処理や回路を必要とせずに、最大制御出力量が基準となる環境制御操作端とは異なる環境制御操作端を、基準となる環境制御操作端と同じ制御パラメータで制御することが可能となる。さらに、１つの環境制御装置に、最大制御出力量が互いに異なる複数の環境制御操作端を容易に組み合わせることが可能となる。ここで環境制御操作端とは、状態量（温度、風量等）を制御するものである。
【０００９】
本発明において、前記環境制御装置が有する環境制御操作端の最大制御出力量に対する出力率が可変となっていると共に、前記環境制御装置が有する環境制御操作端についての単位操作量当たりの制御出力量が前記基準となる環境制御操作端についての単位操作量当たりの制御出力量と同じになるように、前記環境制御装置が有する環境制御操作端の最大制御出力量に対する出力率が調整されていてよい（請求項２）。
【００１０】
これによると、出力率を調整するだけで、最大制御出力量が基準となる環境制御操作端とは異なる環境制御操作端の単位操作量当たりの制御出力量を、基準となる環境制御操作端の単位操作量当たりの制御出力量に等しくすることができる。
【００１１】
本発明において、前記環境制御装置が複数の環境制御操作端を有しており、前記複数の環境制御操作端には出力開始優先順位が設定されていると共に、前記複数の環境制御操作端の合計制御出力量が常に所望の制御出力量となるように各環境制御操作端の制御出力量が調整されていてよい（請求項３）。
【００１２】
これによると、複数の環境制御操作端を、連続した制御出力量を有する１つの環境制御操作端として取り扱うことが可能となる。
【００１３】
この場合、前記複数の環境制御操作端のうち先に出力を開始する環境制御操作端の制御出力量が、後から出力を開始する環境制御操作端の初期変動に応じて調整されていることが好ましい（請求項４）。
【００１４】
これによると、先に出力を開始する環境制御操作端の制御出力量を、後から出力を開始する環境制御操作端の制御出力量の初期変動に応じて調整することができるため、後から出力を開始する環境制御操作端に初期変動がある場合でも、複数の環境制御操作端の合計制御出力量が常に所望の制御出力量となるようにすることができる。
【００１５】
本発明の環境制御装置において、前記環境制御操作端が、加熱能力、加湿能力、冷凍能力及び空気流発生能力の少なくともいずれか一つを有していてよい（請求項５）。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１７】
図１は、本発明に係る第１の実施の形態による環境制御装置の一般的な装置である空調器を試験槽内に配置した概略図である。空調器１は、温度制御部１１と、加熱器１２と、センサ１３とを備えており、試験槽５内の温度を制御する。
【００１８】
センサ１３は、試験槽５内の現在の温度を測定する。温度センサでは、主に、熱電対が広く使用されている。
【００１９】
温度制御部１１は、設定された試験槽５内の目標温度と、センサ１３で測定した試験槽５内の測定温度と比較する。さらに、その温度比較に基づいて後述する加熱器１２のオン、オフの切り換えを行う。
【００２０】
加熱器１２は、試験槽５内の温度を上昇させる。また、加熱器１２は、温度制御部１１の温度比較に基づいて、電源がオン、オフされる。
【００２１】
次に、空調器１による試験槽５内の温度制御の動作について、図２及び図３を参照しつつ説明する。図２は、一般的な空調器１の内部構成を示すブロック図である。空調器１は、入力部１１１と、調整部１１２と、操作部１１３と、制御対象１２１と、検出部１３１とから構成されている。ここで、入力部１１１、調整部１１２、及び、操作部１１３は図１の温度制御部１１に相当する。また、制御対象１２１は図１の加熱器１２に相当する。さらに、検出部１３１は図１のセンサ１３に相当する。
【００２２】
入力部１１１は、空調器１の制御基準値（目標温度）が入力される。さらに、その入力値を基準入力信号として調整部１１２に送る。
【００２３】
検出部１３１は、制御対象１２１の制御出力量（測定温度）を検出する。さらに、検出した制御量をフィードバック信号として調整部１１２に送る。
【００２４】
調整部１１２は、入力部１１１からの基準入力信号と検出部１３１からのフィードバック信号とを比較する。さらに、その信号比較に基づいて、空調器１が所要の働きをするのに必要な信号である動作信号を操作部１１３に送る。
【００２５】
操作部１１３は、調整部１１２からの動作信号を、制御対象１２１を駆動させるための制御操作出力量（操作量）に変えて、制御対象１２１に送る。
【００２６】
制御対象１２１は、操作部１３１の制御操作出力量に基づいて制御されて、制御出力量（制御量）を出力する。制御出力量により試験槽５内の温度が制御される。外乱は、制御対象１２１による制御を乱そうする外的作用である。例えば、室内の温度制御をするときに、部屋の扉の開け閉めなどにより室内温度が変わる作用などである。
【００２７】
図３は、空調器１が試験槽５内の温度制御を行う処理動作を表すフローチャートである。まず、ステップＳ３０１では、入力部１１１で試験槽５内の目標温度が入力される。その後、ステップＳ３０３に移行する。ステップＳ３０３では、検出部１３１で試験槽５内の温度が測定されて、ステップＳ３０５に移行する。ステップＳ３０５では、調整部１１２により目標温度と測定温度とが比較される。その後、ステップＳ３０７に移行する。
【００２８】
ステップＳ３０７では、ステップＳ３０５の温度比較において測定温度が目標温度よりも高いか否かを判断する。ステップＳ３０５の温度比較において測定温度が目標温度よりも高くないと判断された場合には（ステップＳ３０７：ＮＯ）、ステップＳ３１１に移行して、制御対象１２１（加熱器１２）のスイッチをオンにする。ステップＳ３０５の温度比較において測定温度が目標温度よりも高いと判断された場合には（ステップＳ３０７：ＹＥＳ）、ステップＳ３０９に移行して、制御対象１２１（加熱器１２）のスイッチをオフにする。
【００２９】
これは、測定温度が目標温度より低いときは制御対象１２１（加熱器１２）のスイッチをオンにして温度を上昇させる。また、測定温度が目標温度より高いときは制御対象１２１（加熱器１２）のスイッチをオフにして温度の上昇を停止するというように、目標温度を境にしてオンとオフとを繰り返し、温度を一定に保つ。
【００３０】
次に、以上説明したような一般的な１つの空調器１で、最大ヒータ容量が互いに異なる２つの加熱器の一方を制御する場合について、具体的に数値を用いて、図４〜図７を参照しつつ説明する。
【００３１】
最大ヒータ容量が５ｋｗの加熱器で目標温度に対して最適な温度制御が可能となるように制御パラメータが調整された空調器１により、最大ヒータ容量が１５ｋｗの加熱器を制御する場合について説明する。以下の説明において、最大ヒータ容量が５ｋｗの加熱器及び最大ヒータ容量が１５ｋｗの加熱器を、それぞれ加熱器（５ｋｗ）、加熱器（１５ｋｗ）と記載する。
【００３２】
図４は、加熱器（５ｋｗ）で目標温度に対して最適な温度制御が可能となるように制御パラメータが調整された空調器１により、加熱器（５ｋｗ）と加熱器（１５ｋｗ）とをそれぞれ制御した場合の温度制御結果を示すグラフである。図４の曲線４１は加熱器（５ｋｗ）による温度制御結果、また、図４の曲線４２は、加熱器（１５ｋｗ）による温度制御結果を表している。図４の曲線４１に示されているように、加熱器（５ｋｗ）による温度制御の場合には、目標温度に対して最適に温度制御が行われている。一方、図４の曲線４２に示されているように、加熱器（１５ｋｗ）による温度制御の場合には、短時間で温度が急上昇して、目標温度を超えて、その後急下降して目標温度に近づいている（以下の説明で、この現象をオーバーシュートと言う）。これは、最大ヒータ容量が互いに異なる加熱器に対して、同じ制御パラメータで制御しているからである。
【００３３】
図５は、加熱器（５ｋｗ）及び加熱器（１５ｋｗ）の制御操作出力量と制御出力量の関係を示すグラフである。図５に示されているように、加熱器（５ｋｗ）及び加熱器（１５ｋｗ）の制御操作出力量の最大値は、互いに１００％となっている。このため、加熱器（５ｋｗ）及び加熱器（１５ｋｗ）の単位操作量当たりの制御出力量は、それぞれ、０．０５ｋｗ／％及び０．１５ｋｗ／％となる（表１参照）。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
これにより、図５に示されているように、同じ制御操作出力量に対して、加熱器（１５ｋｗ）は加熱器（５ｋｗ）よりも大きい制御出力量を得ることになる。このため、加熱器（５ｋｗ）で目標温度に対して最適な温度制御が可能となるように調整されている制御パラメータで、加熱器（１５ｋｗ）を制御した場合には、図４の曲線４２のようなオーバーシュートが発生する。
【００３６】
図４の曲線４２ようなオーバーシュートを発生させない場合には、同じ制御パラメータで、どちらの加熱器も制御することができる必要がある。このために、最大ヒータ容量が互いに異なる加熱器の単位操作量当たりの制御出力量を、互いに等しくするように調整する必要がある。以下、その調整手順について説明する。
【００３７】
加熱器（５ｋｗ）で、目標温度に対して最適な温度制御が可能となるように制御パラメータが調整された空調器１により加熱器（１５ｋｗ）を制御する場合には、加熱器（５ｋｗ）を基準として設定して、加熱器（１５ｋｗ）の単位操作量当たりの制御出力量を、基準となる加熱器（５ｋｗ）と等しくなるように調整する。具体的には、制御出力量が５ｋｗで御操作出力量が１００％とする基準を設ける場合に、制御出力量が１５ｋｗでは制御操作出力量が３００％となるように、制御操作出力量を調整する。図６は、基準となる加熱器（５ｋｗ）及び加熱器（１５ｋｗ）の制御操作出力量と制御出力量の関係を示すグラフである。図５と図６を比較すると、加熱器（１５ｋｗ）において制御操作出力量の最大値が、１００％から３００％に変化している。このため、加熱器（５ｋｗ）及び加熱器（１５ｋｗ）の単位操作量当たりの制御出力量は、どちらも互いに０．０５ｋｗ／％となる（表２参照）。
【００３８】
【表２】
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【００３９】
これにより、図６に示されているように、同じ制御操作出力量に対して、加熱器（１５ｋｗ）と、加熱器（５ｋｗ）とは互いに同じ制御出力量を得ることができる。図７は、加熱器（５ｋｗ）で目標温度に対して最適な温度制御が可能となるように制御パラメータが調整された空調器１により、単位操作量あたりの制御出力量が互いに同じ加熱器（５ｋｗ）及び加熱器（１５ｋｗ）をそれぞれ制御した場合の温度制御結果を示すグラフである。図７に示されているように、同じ制御パラメータで最大ヒータ容量が互いに異なる加熱器を制御する場合でも、図４の曲線４２のようなオーバーシュートが発生することがなく、目標温度に対してどちらの加熱器も最適な温度制御が可能となる。
【００４０】
以上説明したように、本実施の形態において、最大ヒータ容量が互いに異なる加熱器（５ｋｗ）及び加熱器（１５ｋｗ）の単位操作量当たりの制御出力量を、基準となる加熱器（５ｋｗ）の単位操作量当たりの制御出力量と等しくする。これにより、加熱器（５ｋｗ）で目標温度に対して最適な温度制御が可能となるように制御パラメータが調整された空調器１によって、加熱器（１５ｋｗ）を制御することが可能となる。つまり、同じ制御パラメータで、加熱器（５ｋｗ）と加熱器（１５ｋｗ）とを制御することが可能となる。
【００４１】
次に、本発明に係る第２の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００４２】
本実施の形態に係る環境制御装置は、複数の加熱器の各制御出力量を合計して、連続した制御出力量を有する１つの環境制御操作端として取り扱う。以下、図面を参照しつつ説明する。
【００４３】
図８は、１つの空調器１に最大ヒータ容量が互いに同じ加熱器を組み付けた場合の、各加熱器の熱特性を表すグラフである。図８の曲線８１は、最大ヒータ容量が７．５ｋｗの加熱器の熱特性を表している。また、図８の曲線８２は、最大ヒータ容量が７．５ｋｗのもう一つの加熱器の熱特性を表している。さらに、図８の曲線８３は、図８の曲線８１の熱特性と図８の曲線８２の熱特性を合計した熱特性を表している。以下の説明で、最大ヒータ容量が７．５ｋｗの加熱器を加熱器（７．５ｋｗ）と記載する。また、図８の曲線８１の加熱器を加熱器１（７．５ｋｗ）、図８の曲線８２の加熱器を加熱器２（７．５ｋｗ）と記載する。
【００４４】
１つの空調器１に最大ヒータ容量が互いに同じ加熱器を組み付けた場合には、空調器１の制御操作出力量に対して、加熱器の出力優先順位を設ける。つまり、図８の曲線８１及び図８の曲線８２に示されているように、空調器１の制御操作出力量に対して、加熱器１（７．５ｋｗ）を先に出力し、加熱器２（７．５ｋｗ）を後に出力するようにする。この場合に、後から出力されている加熱器２（７．５ｋｗ）は、初期変動が生じる。このため、初期変動が生じている制御操作出力量範囲における加熱器１（７．５ｋｗ）の制御出力量を、初期変動が生じている加熱器２（７．５ｋｗ）の制御出力量に基づいて調整する。
【００４５】
これにより、加熱器１（７．５ｋｗ）と加熱器２（７．５ｋｗ）とを合計する場合に、初期変動が生じている制御操作出力量範囲で加熱器１（７．５ｋｗ）及び加熱器２（７．５ｋｗ）の制御出力量をオーバーラップすることにより、加熱器２（７．５ｋｗ）の初期変動の影響を少なくすることができる。且つ、図８の８３に示されているように、連続した制御出力量を有する１つの加熱器とすることが可能となる。
【００４６】
以上説明したように、本実施の形態では、１つの空調器に複数の加熱器を組み付ける場合、複数の加熱器を、連続した制御出力量を有する１つの加熱器として取り扱うことが可能となる。また、後から出力を開始する加熱器に初期変動がある場合でも、加熱器の制御出力量を合計することで、初期変動の影響を少なくすることができ、常に所望の制御出力量とすることが可能となる。
【００４７】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。例えば、上述の実施の形態では、環境制御装置を空調器に限定したものであるが、空調器に限定しなくてもよい。具体的には、環境試験器でもよい。また、上述の実施の形態では、最大ヒータ容量などにおいて具体的な数値をあげているが、これらの数値に限定されるものではない。
【００４８】
上述の実施の形態では、空調器は基準となる加熱器を備えていないが、基準となる加熱器を備えていても良い。具体的には、５ｋｗの加熱器を基準として、空調器には、５ｋｗの加熱器と１５ｋｗの加熱器とを備えるようにしてもよい。この場合、同じ制御パラメータで、５ｋｗの加熱器と１５ｋｗの加熱器とを制御することが出来る。
【００４９】
上述の実施の形態では、加熱器を備えた空調器として説明しているが、加熱器に限定されるものではない。例えば、冷凍器、加湿器、風量器、ポンプ、流量調整弁などを備えた空調器としてもよい。
【００５０】
上述の第２の実施の形態では、空調器は２つの加熱器を備えているが、加熱器の数は２つに限定されるものではない。複数の加熱器を備えていてもよいし、１つの加熱器だけを備えていてもよい。
【００５１】
また、上述の第２の実施の形態では、最大ヒータ容量が互いに同じ加熱器の制御出力量を合計しているが、最大ヒータ容量が互いに同じ加熱器に限定されるものではない。全部の最大ヒータ容量が異なる複数の加熱器、又は、一部の最大ヒータ容量が異なる複数の加熱器の制御出力量を合計して、連続した一つの制御出力量としてもよい。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、複雑な演算処理や回路を必要とせず、環境制御操作端の制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る環境制御装置の一般的な装置である空調器を試験槽内に配置した概略図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る環境制御装置の一般的な装置である空調器の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る環境制御装置の一般的な装置である空調器の動作を示すフローチャートである。
【図４】同じ制御パラメータで、単位操作量当たりの制御出力量が互いに異なる加熱器を制御した場合の温度制御結果を示すグラフである。
【図５】単位操作量当たりの制御出力量が互いに異なる加熱器の熱特性示すグラフである。
【図６】単位操作量当たりの制御出力量が互いに同じ加熱器の熱特性を示すグラフである。
【図７】同じ制御パラメータで、単位操作量当たりの制御出力量が互いに同じ加熱器を制御した場合の温度制御結果を示すグラフである。
【図８】ヒータ容量が同じ２つの加熱器の熱特性及び２つの加熱器の出力を合計した熱特性を表したグラフである。
【符号の説明】
１      空調器
５      試験槽
１１    温度制御部
１２    加熱器
１３    センサ
１１１  入力部
１１２  調整部
１１３  操作部
１２１  制御対象
１３１  検出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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