(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱手段と冷却手段とを備えた恒温装置の恒温室であって試験される発熱試料が入れられる恒温室内の温度を目的とする温度に設定可能な操作制御盤で設定してほぼ一定の温度に制御できるようにした恒温装置の温度制御装置において、
前記恒温室内の温度を検出する温度検出手段と、
該温度検出手段の検出温度が前記ほぼ一定の温度のうちの第１設定温度になるように前記加熱手段を制御する加熱制御部と、
前記検出温度が前記第１設定温度より高い第２設定温度になると前記冷却手段の能力を制御する冷却制御部であって、前記検出温度と前記第２設定温度との差に対応して制御出力を発生させる出力部分と前記制御出力に対応して該制御出力以下の出力値になるように前記制御出力に対応した係数を前記制御出力に乗じて前記制御出力を前記出力値に変換する出力変換部分とを備えた冷却制御部と、
前記冷却制御部に設けられた出力固定部分であって、前記恒温装置の運転条件が前記発熱試料の試験が終了して前記第１設定温度及び前記第２設定温度より十分低い温度である前記発熱試料を交換するための温度にされる条件になり、前記第１設定温度と前記第２設定温度とが前記目的とする温度のうちの前記発熱試料を交換するための温度にされると、前記制御出力が最大値になったかどうかを判断し、前記最大値になると前記制御出力を前記最大値に固定するように制御する出力固定部分と、
を有することを特徴とする恒温装置の温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱手段と冷却手段とを備えた恒温装置の恒温室内の温度をほぼ一定の温度に制御できるようにした恒温装置の温度制御装置に関し、特に発熱試料を処理する装置の温度制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発熱試料を処理できる従来の恒温器としては、例えば、加熱手段としてのヒータと冷却手段としての換気装置とを備え、第１の設定温度でヒータを制御すると共に、これより少し高い第２の設定温度を設けて、検出温度と第２設定温度との温度差に対応して換気装置のファン出力を制御し、通常の恒温器よりも省エネを図るようにした温度制御装置が提案されている（特開昭６３−７９１１４号公報参照）。
【０００３】
しかしながら、この種の恒温槽では、試料交換時や設定温度を下げるときに早く目的とする温度に到達させるために、換気装置がある程度大きな冷却能力を持つように計画されているのが一般的である。又、仮に槽内急冷用に別の急冷ダンパーや急冷ファンを設けるとしても、換気装置は槽内に入れられる試料の最大負荷に対応できるだけの冷却能力を持つ必要がある。そのため、槽内に入れられる試料が通常時よりも極めて少ない場合等には、換気装置が必要な冷却能力に対して極めて過大な能力を持つことになる。従って、上記温度制御装置のように、単に検出温度と第２設定温度との差に対応した制御出力によってファン出力を制御すると、大きな冷却能力を持つ換気装置の冷却効果によって器内の熱変動が大きくなり過ぎ、器内が第１設定温度以下になってヒータをオンにすることが多かった。その結果、十分な省エネが図れないと共に、ヒータのオンオフが繰り返され制御乱れを発生させるという問題があった。一方、この問題を解決するために、第１設定温度と第２設定温度との温度差を大きくすると、試験温度の幅が広がり、精度のよい温度試験を行うことができないという不具合が生ずる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は従来技術に於ける上記問題を解決し、試験温度の精度を低下させることなく、確実に省エネを図ると共に安定した制御のできる恒温装置の温度制御装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、請求項１の発明は、加熱手段と冷却手段とを備えた恒温装置の恒温室であって試験される発熱試料が入れられる恒温室内の温度を目的とする温度に設定可能な操作制御盤で設定してほぼ一定の温度に制御できるようにした恒温装置の温度制御装置において、
前記恒温室内の温度を検出する温度検出手段と、
該温度検出手段の検出温度が前記ほぼ一定の温度のうちの第１設定温度になるように前記加熱手段を制御する加熱制御部と、
前記検出温度が前記第１設定温度より高い第２設定温度になると前記冷却手段の能力を制御する冷却制御部であって、前記検出温度と前記第２設定温度との差に対応して制御出力を発生させる出力部分と前記制御出力に対応して該制御出力以下の出力値になるように前記制御出力に対応した係数を前記制御出力に乗じて前記制御出力を前記出力値に変換する出力変換部分とを備えた冷却制御部と、
前記冷却制御部に設けられた出力固定部分であって、前記恒温装置の運転条件が前記発熱試料の試験が終了して前記第１設定温度及び前記第２設定温度より十分低い温度である前記発熱試料を交換するための温度にされる条件になり、前記第１設定温度と前記第２設定温度とが前記目的とする温度のうちの前記発熱試料を交換するための温度にされると、前記制御出力が最大値になったかどうかを判断し、前記最大値になると前記制御出力を前記最大値に固定するように制御する出力固定部分と、
を有することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を適用できる恒温装置及びその温度制御装置の構成例を示す。
恒温装置である恒温器１は、断熱壁１１で囲われた恒温室である器内１２とこれから仕切られた空調ダクト部１３とを備え、空調ダクト部に設置された加熱手段としての電気ヒータ１４、１４´、器内の排気口１２ａ部分に設けられた冷却手段としての排気ファン１５、器内と空調ダクト部との間で熱風を循環させる循環ファン１６、半導体デバイスや電気／電子機器又は部品等の発熱試料Ｗを載置するための棚１７、吸気口１８等を備えている。発熱試料Ｗは、恒温器１の外部に設置され給電や動作制御等を行う駆動装置１００によって駆動される。
【０００８】
恒温器の温度制御装置は、恒温器１の器内１２の温度をほぼ一定の温度Ｔ1 〜Ｔ2 に制御できる装置であり、器内温度を検出する温度検出手段としての温度センサ２１、２１´、温度センサ２１が検出した検出温度Ｔが第１設定温度である温度Ｔ1 になるようにヒータ１４、１４´を制御する加熱制御部としての加熱調節器２２及びヒータ駆動器２３、２３´、温度センサ２１´が検出した温度がＴ1 より高い第２設定温度であるＴ2 になると排気ファン１５の能力を制御する冷却制御部の出力部分としての冷却調節器２４及びモータ駆動器２５、出力変換部分及び出力固定部分としての出力変換器２６等によって構成されている。
【０００９】
温度センサ２１、２１´は、本例では器内１２において循環ファンの空気吹出口の近くに設けられている。但し、器内１２の温度を直接検出する代わりに、その温度に対応した温度として例えば空調ダクト１３内の温度を検出するようにしてもよい。又、温度センサ２１、２１´を１つにして、その検出信号を加熱調節器２２及び冷却調節器２４に供給することも可能である。
【００１０】
電気ヒータ１４、１４´は、本例では同じ容量のものである。但し、対象とする試料や恒温器の特性等によっては、それぞれの容量比率を変えてもよい。又、これらを一緒にして１台の電気ヒータにしてもよい。加熱調節器２２は、比例制御のような簡単な制御を行うものであってもよいし、ＰＩＤ制御又はファジー制御等を行うものでもよい。ヒータ駆動器２３、２３´としては、加熱調節器２２の出力信号に対応して電気ヒータ１４、１４´に流す電流値等を制御するものや、出力を一定にして短時間の制御周期におけるオン／オフ時間を制御できる固定継電器（ＳＳＲ）等が用いられる。
【００１１】
電気ヒータ１４、１４´やヒータ駆動器２３、２３´を１台にしても、加熱調節器２２によって器内１２の温度を一定温度Ｔ1 に制御することができる。しかし、本例では更に、電気ヒータ１４´に対して選択遮断手段として接点２７を設けると共に、これを動作させる選択制御手段としてマイコン等で構成されるオンオフ制御器２８を設けている。なお、図１では接点２７及びオンオフ制御器２８を独立のものとして示しているが、これらの機能であるヒータ駆動器２３´によるヒータ１４´の所定時のオン／オフ動作を、加熱調節器２２の演算機能によって行わせることもできる。
【００１２】
図２はオンオフ制御器２８で行われる制御フローを示す。
この制御では、加熱調節器２２の加熱出力Ｈが５０％以下かどうかを判断し（Ｓー１）、以下のときにはタイマー１（図示せず）をスタートさせ（Ｓー２）、タイムアップを判断したのち接点２７をオフにする（Ｓー３、４）。Ｈが５０％を超えたときには、これが１００％であるかどうかを判断し（Ｓー５）、１００％であればタイマー２（図示せず）をスタートさせ（Ｓー６）、タイムアップを判断したのち接点２７をオンにする（Ｓー７、８）。タイマー１、２は例えば１０分及び５秒程度に設定される。
【００１３】
この制御によれば、運転モードが温度降下時や温度安定時等にはヒータ能力を大きくする必要がないので１台の電気ヒータ１４のみを使用し、制御変動における瞬時の加熱量を低減させ、制御の安定性と省エネ効果を向上を図ることができる。一方、温度上昇時や大きな加熱熱量の必要なときには電気ヒータ１４、１４´の両方を使用し、設定温度への到達時間を早くすることができる。
【００１４】
冷却調節器２４は、温度センサ２１´の検出温度Ｔと第２設定温度Ｔ2 との差に対応して制御出力である冷却出力Ｃを発生させる。この冷却出力Ｃは、例えば前記温度差に比例した出力である。モータ駆動器２５は、前記のようなＳＳＲによって排気ファン１５のモータ１５ａ（インダクションモータ）のオン／オフ時間を制御する。但し、サイリスタインバータを用いて直接モータ１５ａの回転速度を制御する等、他の駆動装置を用いてもよい。これにより、器内１２から排出される排気量が制御され、それに対応して吸気口１８から外気が吸入され、換気によって器内が冷却され、器内温度がＴ2 になるように制御される。
【００１５】
なお、前記の如く温度センサ２１´を独立に設けることなく温度センサ２１を用いてもよい。又、冷却調節器２４も、独立したものでなく加熱調節器２２と一体的に構成されていてもよい。更に、冷却量の制御として、排気ファンのモータ速度を制御する代わりに、排気ダンパー又は吸気ダンパーを設けてその開度を調整する等の方法を用いてもよい。又、本例では冷却手段を排気ファン１５と吸気口１８の組合せで構成しているが、これに代えて、吸気ファンと排気口の組合せにすることも当然可能である。
【００１６】
出力変換器２６は、冷却調節器２４の冷却出力Ｃに対応してこの値以下の出力値Ｃ´になるように冷却出力Ｃを変換する出力変換部分としての演算部分２６ａを備え、更に本例では、恒温器の運転条件によって冷却出力の最大値を固定する出力固定部分２６ｂを備えている。
【００１７】
図３は、上記の出力変換器２６の制御フローの一例を示す。
この制御では、冷却調節器２４の冷却出力Ｃが１００％かどうかを判断し（Ｓー１）、１００％のときにはタイマー３（図示せず）をスタートさせ（Ｓー２）、例えば６秒程度の時間が経過したかどうかを判断したのち（Ｓー３）、冷却出力Ｃを１００％に固定する（Ｓー４）。Ｃが１００％でないときには、演算部分２６ａにより、Ｃ´＝ＫＣの式から冷却出力Ｃ´を演算させ、Ｃ´を最終制御出力にする。
【００１８】
演算部分２６の式「Ｃ´＝ＫＣ」において、Ｋは例えば次の表１のように定められる。
【表１】
0003834368.tif 000002
【００１９】
このようにＫを定め、上式でＣ´を計算してこれをモータ駆動器２５の制御出力にすれば、換気量を少な目にして器内の急激な温度変化を防止することができる。その結果、平均的には発熱試料Ｗの発熱量が十分大きくて恒温器の放熱熱量を超えるような場合に、制御変動に伴う電気ヒータのオン／オフ動作を完全に防止し、省エネと共に制御の安定化を図ることができる。又、過冷却が防止され、器内温度が設定温度以下に大きく落ち込むことがなくなるので、Ｔ2 とＴ1 とを近づけることができ、制御温度の幅を狭くして温度制御の精度を向上させることができる。一方、出力固定部分２６ｂを設ければ、試料の試験が終了したとき等に温度降下させる運転モードでは、Ｃ´の演算式とは関係なく、冷却出力最大、従って冷却能力を最大にして、器内温度を早く降下させることができる。
【００２０】
なお、上記の如く表１のＫの値は一例であり、実際の恒温器では、その装置の特性に合わせて試運転等によって適当な数値に決定される。又、器内温度が高い場合には、モータの制御出力、従って換気量が同じであっても冷却効果が大きくなるので、Ｋを設定温度に対応して変化する変数とし、これも含めて計算させるようにしてもよい。更に、Ｃ´＝ＣＫ＋αＴのように、Ｃ´の計算式に温度補正項を追加してもよい。この場合、ＴはＴ1 又はＴ2 であってもよい。
【００２１】
以上のような恒温器及びその温度制御装置は次のように使用される。
棚１７に発熱試料Ｗを載せ、図示しない操作制御盤により、器内の温度を目的とする試験温度として例えばＴ1 ＝１２５°Ｃ、Ｔ2 ＝１２５．５°Ｃに設定し、スタートボタンを押して恒温器を作動される。これにより循環ファン１６が運転される。又、スタート時には器内温度が低いため加熱出力Ｈが１００％になり、図２の制御によって電気ヒータ１４、１４´がオンになり、その発熱量が最大の状態で器内温度が上昇する。冷却出力Ｃは当然０％になっていて、排気ファン１５は停止している。
【００２２】
器内が設定温度に近づくと、駆動装置１００によって発熱試料Ｗを駆動し、高温環境下における作動試験を行う。器内が設定温度に到達するか又はその間近になると、器内温度が安定域に到達して加熱出力Ｈが５０％以下になって持続し、図２の制御によってヒータ１４´がオフになる。これにより、制御が安定すると共に省エネが図られる。
【００２３】
この状態で発熱試料からの発熱が加わると、加熱出力Ｈが更に小さくなり、ついには０になる。そして、設定温度条件において、発熱試料からの発熱量が恒温器から外部への放熱量を超える場合、即ち発熱試料に供給する電力が恒温器保持電力（器内を設定温度に保持するために必要な電力）を超える場合には、Ｈが０になっても器内温度が上昇する。器内温度が１２５．５°Ｃを超えると、第２設定温度との温度差に対応して冷却調節器２５が冷却出力Ｃを発信する。この出力により、出力変換器２６は、その演算部分２６ａでＣ´＝ＫＣの計算を行ない、変換された制御出力Ｃ´をモータ駆動器２５に与え、排気ファン１５及びそのモータ１５ａをこれに対応した回転速度Ｎで回転させる。
【００２４】
上記において、冷却出力Ｃが例えば３０％になったとすると、表１の例ではＣ´が９％になる。排気ファン１５は、器内を短時間でクールダウンする目的等のため、定格出力では大きな換気冷却能力を持つように定められているが、本発明のように制御出力Ｃ´をＣに対応して小さくすることにより、器内が過冷却されることがない。従って、多少の制御変動があっても、器内温度が１２５°Ｃ以下にはならず、従ってヒータ１４をオン／オフさせることはない。その結果、制御乱れが防止され、又、ヒータオンによるエネルギーロスの発生が防止される。更に、Ｔ2 とＴ1 との差を小さくして両者を近づけることにより、温度制御の精度も向上する。
【００２５】
発熱試料Ｗの試験が終了すると、その駆動を停止すると共に、試料交換等のために器内温度を下げる。このときには、設定温度Ｔ1 及びＴ2 を例えば４０°Ｃ程度にする。これにより、冷却出力Ｃ及び加熱出力Ｈはそれぞれ当然に１００％及び０％になる。そして、出力変換器２６の出力固定部分２６ｂにより図３の制御が行われ、冷却出力が１００％で固定され、排気ファン１５は定格回転速度Ｎｍａｘで運転される。その結果、最短時間で器内の温度を目的とする温度まで降下させることができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上の如く本発明によれば、請求項１の発明においては、加熱手段を制御する第１設定温度より高い第２設定温度を設け、冷却手段の能力を制御する冷却制御部の出力部分でこの温度と検出温度との差に対応した制御出力を発生させると共に、出力変換部分により、この制御出力に対応してこれ以下の出力になるように制御出力を変換するので、冷却手段の能力を小さ目に制御することができる。その結果、過大な冷却効果の発生による加熱手段のオン／オフ動作を防止し、制御の乱れの防止と省エネを図ることができる。又、冷却効果を小さ目にすることにより、第２設定温度の落ち込みが起こらないので、第１設定温度及び第２設定温度を近づけて、温度制御の精度を向上させることができる。
【００２７】
又、恒温装置の運転条件によって前記制御出力の最大値を固定する出力固定部分を冷却制御部に設けるので、恒温装置の恒温室内の温度を下げる場合等に、出力変換部分の変換値の如何にかかわらず制御出力を最大値に固定し、恒温室を最短時間で目標温度まで降下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した恒温器及びその制御装置の全体構成を示す説明図である。
【図２】上記装置のオンオフ制御器の制御例を示すフローチャートである。
【図３】上記装置の出力変換器の制御例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１              恒温器（恒温装置）
１２            器内（恒温室）
１４、１４´    電気ヒータ（加熱手段）
１５            排気ファン（冷却手段）
２１、２１´    温度センサ（温度検出手段）
２２            加熱調節器（加熱制御部）
２３、２３´    ヒータ駆動器（加熱制御部）
２４            冷却調節器（冷却制御部、出力部分）
２５            モータ駆動器（冷却制御部、出力部分）
２６            出力変換器（出力変換部分）
２６ａ          演算部分（出力変換部分）
２６ｂ          出力固定部分
Ｃ、Ｃ´        冷却出力（制御出力）
Ｔ1             第１設定温度
Ｔ2             第２設定温度
【図１】
0003834368.tif 000003
【図２】
0003834368.tif 000004
【図３】
0003834368.tif 000005