JP2004125243A

JP2004125243A - 温度試験装置の制御方法およびその装置

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Publication number: JP2004125243A
Application number: JP2002288756A
Authority: JP
Inventors: Michiaki Ono; 大野　道明; Seiji Nakagawa; 中川　誠二
Original assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 2002-10-01
Filing date: 2002-10-01
Publication date: 2004-04-22

Abstract

【課題】消費電力を増大することなしに、速やかに設定温度に到達し、精度よく設定温度を保持する。
【解決手段】冷凍機の蒸発器の出口及び入口に装着した温度センサ４１，４２からの信号に基づいて算出された測定過熱度と、予め設定された設定過熱度とを比較して、冷凍機の電子膨張弁３２の第１弁開度を算出する過熱度制御部５２と、試験庫内部に装着した温度センサ４３からの信号に基づいて検出された庫内温度と、予め設定された庫内温度とを比較して、電子膨張弁３２の第２弁開度を算出するヒータ制御部５４とを備え、ヒータ制御部５４は、ヒータ２０を制御し、過熱度制御部５２は、測定過熱度と設定過熱度の差分が所定の範囲内で、かつ、第２弁開度が所定の範囲内である場合に第１弁開度を、それ以外の場合に第２弁開度を電子膨張弁３２に出力する。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温度試験装置の制御方法およびその装置に関し、より詳細には、冷凍機とヒータを使用して試験庫内を設定温度に保持する温度試験装置の制御方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
温度試験装置は、所望の環境条件を実現するために、冷凍機を常時運転することにより冷却する一方、ヒータにより加熱を行っている。温度試験装置の制御器は、冷却と加熱とのバランスにより試験庫内の温度を一定に保つように制御を行っている。温度試験装置は、制御する試験庫内の温度範囲が広く、速やかに設定温度に到達すること、精度よく一定温度に保つことが求められている。
【０００３】
冷凍機は、蒸発過程、圧縮過程、凝縮過程、膨張過程という冷凍サイクルを繰り返している。冷媒が、この冷凍サイクルを循環することにより、蒸発過程における蒸発器が対象物から熱を奪って冷却する。制御器は、試験庫内の温度を検出し、冷却側の制御を膨張過程における定圧膨張弁によって行い、加熱側の制御をヒータによって行うことにより、試験庫内を設定温度に保っている。速やかに設定温度に到達させ、精度よく設定温度を保持するために、蒸発器の過熱度を算出し、過熱度と試験庫内の温度とから膨張弁の開度を算出する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−４９５５号公報（段落番号００１４、第２，３図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の温度試験装置は、ヒータを使用しない設定温度の場合、温度が低下し過ぎると圧縮過程における圧縮器の吸入圧力が低下するので、圧縮器の運転の停止を行っていた。しかしながら、圧縮器は始動時の突入電流が大きく、始動後は上昇した試験庫内の温度を下げるために、高負荷で運転することから、消費電力が増大するという問題があった。また、圧縮器の発停運転では、負荷の変動が大きく、精度の良い温度制御が難しいという問題があった。
【０００６】
また、保護回路により圧縮器停止のインターバル時間を設けている場合には、圧縮器の発停を極力避けるために、ヒータを使用する設定温度領域を広くするために、消費電力の増大は避けられないという問題もあった。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、消費電力を増大することなしに、速やかに設定温度に到達し、精度よく設定温度を保持するための温度試験装置の制御方法およびその装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、試験庫内部を冷却する冷凍機と、前記試験庫内部を加熱するヒータと、前記冷凍機及び前記ヒータに接続され、前記試験庫内部の温度を制御する制御部とを有する温度試験装置の制御方法において、前記制御部は、前記冷凍機の蒸発器の出口及び入口に装着した温度センサからの信号に基づいて算出された測定過熱度と、予め設定された設定過熱度とを比較して、前記冷凍機の電子膨張弁の第１弁開度を算出する過熱度制御ステップと、前記試験庫内部に装着した温度センサからの信号に基づいて検出された庫内温度と、予め設定された庫内温度とを比較して、前記電子膨張弁の第２弁開度を算出する温調制御ステップと、前記検出された庫内温度と前記予め設定された庫内温度とを比較して、前記ヒータを制御するヒータ制御ステップと、前記測定過熱度と前記設定過熱度の差分が所定の範囲内で、かつ、前記第２弁開度が所定の範囲内である場合に前記第２弁開度を、それ以外の場合に前記第１弁開度を前記電子膨張弁に出力する弁制御ステップとを実行することを特徴とする。
【０００９】
この方法によれば、蒸発器の過熱度に基づく制御と、試験庫内の温度に基づく制御とを調和させて、冷凍機の運転とヒータによる加熱とを行うので、消費電力を増大することなしに、速やかに設定温度に到達し、精度よく設定温度を保持することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の前記弁制御ステップは、前記冷凍機の運転状態により、優先制御を行う場合に、予め設定された第３弁開度を前記電子膨張弁に出力することを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の前記弁制御ステップは、前記試験庫内部の加熱を行う場合に、前記冷凍機のホットバイパス弁を制御することを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の前記弁制御ステップは、前記測定過熱度と前記設定過熱度の差分が所定の範囲を超えた場合に、前記冷凍機のインジェクション弁を制御することを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、試験庫内部を冷却する冷凍機と、前記試験庫内部を加熱するヒータとを有する温度試験装置の制御装置において、前記冷凍機の蒸発器の出口及び入口に装着した温度センサからの信号に基づいて算出された測定過熱度と、予め設定された設定過熱度とを比較して、前記冷凍機の電子膨張弁の第１弁開度を算出する過熱度制御手段と、前記試験庫内部に装着した温度センサからの信号に基づいて検出された庫内温度と、予め設定された庫内温度とを比較して、前記電子膨張弁の第２弁開度を算出する温調制御手段と、前記検出された庫内温度と前記予め設定された庫内温度とを比較して、前記ヒータを制御するヒータ制御手段と、前記測定過熱度と前記設定過熱度の差分が所定の範囲内で、かつ、前記第２弁開度が所定の範囲内である場合に前記第２弁開度を、それ以外の場合に前記第１弁開度を前記電子膨張弁に出力する弁制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。本発明にかかる温度試験装置の制御器によれば、蒸発器の過熱度に基づく制御と、試験庫内の温度に基づく制御とを調和させて、冷凍機の運転とヒータによる加熱とを行う。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態にかかる温度試験装置を示す構成図である。温度試験装置は、試験庫１０と、試験庫１０内部を冷却する冷凍機及び試験庫１０内部を過熱するヒータ２０と、試験庫１０の温度制御を行う制御器４０とから構成されている。冷凍機は、蒸発器３１と、電子膨張弁３２と、凝縮器３３と、圧縮器３４とを環状に接続して、冷凍サイクルを構成している。
【００１６】
制御器４０は、蒸発器入口温度センサ４１、蒸発器出口温度センサ４２及び庫内温度センサ４３により、温度を検出して、ヒータ２０と冷凍機の電子膨張弁３２とを制御して、庫内の温度を一定に保つ。制御器４０は、電子膨張弁３２の弁駆動源にパルス信号（以下、弁開度信号という）を入力して、電子膨張弁３２のの開度を変える。弁開度によって冷媒の流量を調整し、冷凍機の冷却能力を制御する。また、制御器４０は、ヒータ２０に供給する電力を調整し、ヒータ２０の加熱能力を制御する。
【００１７】
図２は、本発明の一実施形態にかかる制御器の構成を示すブロック図である。制御器４０は、蒸発器入口温度センサ４１及び蒸発器出口温度センサ４２からの信号をデジタル変換して温度情報を出力するＡ／Ｄ変換部５１と、変換された温度情報に基づいて過熱度を算出し、電子膨張弁３２の弁開度信号を出力する過熱度制御部５２とを備えている。蒸発器入口温度と蒸発器出口温度との差を過熱度といい、過熱度制御部５２は、算出された過熱度（以下、測定過熱度という）と予め設定された過熱度（以下、設定過熱度という）との差分により、電子膨張弁３２の開度を決定する。以下、過熱度制御部５２による制御を「過熱度制御」という。
【００１８】
一方、制御器４０は、庫内温度センサ４３からの信号からの信号をデジタル変換して温度情報を出力するＡ／Ｄ変換部５３と、変換された温度情報に基づいて、ヒータ２０を制御するヒータ制御部５４とを備えている。ヒータ制御部５４は、検出された庫内温度と設定された庫内温度との差分により、ヒータ２０の制御を行うとともに、電子膨張弁３２の開度を算出し、その結果を過熱度制御部５２に通知する。以下、ヒータ制御部５４による制御を「温調制御」という。
【００１９】
さらに、制御器４０は、表示器５５を備え、試験庫１０内の温度、温度制御の状態などを表示する。
【００２０】
図３に、本発明の一実施形態にかかる温度試験装置の制御方法を示す。試験庫１０内の温度が高ければ、過熱度制御部５２は、過熱度制御により試験庫１０内を冷却する。試験庫１０内の温度が低ければ、ヒータ制御部５４は、温調制御により試験庫１０内を加熱する。設定温度付近では、冷却と加熱とのバランスにより試験庫内の温度を一定に保つように制御を行っている。次に、過熱度制御の詳細について説明する。
【００２１】
図４は、本発明の一実施形態にかかる温度試験装置の制御方法を示すフローチャートである。制御器４０は、蒸発器入口温度センサ４１及び蒸発器出口温度センサ４２とから、蒸発器入口温度と蒸発器出口温度とを検出し、その差から測定過熱度を算出する（Ｓ３０１）。過熱度制御部５２は、測定過熱度と設定過熱度との差分により、電子膨張弁３２の弁開度を算出する（Ｓ３０２）。次に、過熱度制御部５２は、冷凍機の状態により、優先制御を行うか、測定過熱度と設定過熱度との差分制御を行うかを決定する（Ｓ３０３）。優先制御とは、冷凍機の運転状態が起動時、液バック時などの場合の制御であり、制御器４０は、予め設定された弁開度信号を出力する。
【００２２】
一方、ヒータ制御部５４は、庫内温度センサ４３から試験庫１０内の温度を検出して（Ｓ３１１）、検出された庫内温度と予め設定された庫内温度とを比較して、図３に示したように、ヒータ２０に供給する電力を調整する（Ｓ３１２）。さらに、ヒータ制御部５４は、電子膨張弁３２の開度を算出し、その結果を過熱度制御部５２に送信する（Ｓ３１２）。
【００２３】
図５に、過熱度制御と温調制御の弁開度出力を示す。試験庫１０内をある設定温度にしたときに、過熱度制御と温調制御のそれぞれによって算出された電子膨張弁３２の弁開度信号を、時間の経過とともに示した。本実施形態では、弁開度信号は、１サイクル時間内のパルス数によって弁駆動源を制御し、ここでは０〜４８０パルスである。過熱度制御は、弁開度出力の変動が大きく、速やかに設定温度に到達するが、設定温度を保持するための制御も弁開度出力の変動が大きい。一方、温調制御は、弁開度出力の変動が小さく、設定温度に到達するのは遅いが、設定温度を保持するための弁開度出力の変動も小さく、精度よく設定できることがわかる。
【００２４】
従って、過熱度制御と温調制御とを調和させて、電子膨張弁３２の制御を行う。まず、優先制御の場合は（Ｓ３０３）、過熱度制御部５２は、そのまま予め設定された弁開度で、電子膨張弁３２の制御を行う（Ｓ３０５）。優先制御でない場合には（Ｓ３０３）、過熱度制御部５２は、過熱度制御により算出された弁開度と、ヒータ制御部５４から受信した温調制御による弁開度とから、例えば以下のような条件で、電子膨張弁３２の制御を行う弁開度を算出する（Ｓ３０４）。
【００２５】
条件１：測定過熱度と設定過熱度との差分が±２℃以内、条件２：温調制御の弁開度が、電子膨張弁３２で制御可能な弁開度の１０〜９０％の範囲内として、条件１ＡＮＤ条件２のときに、温調制御による弁開度を出力し、これ以外の場合には、過熱度制御の弁開度を出力する。
【００２６】
図６に、本発明の一実施形態にかかる制御方法のシミュレーション結果を示す。試験庫１０の設定温度を１０℃とし、温度試験装置の運転を始めてからの制御の様子を時間の経過とともに示した。図６（ａ）に、電子膨張弁３２の制御を行う弁開度信号の弁開度を示す。温度試験装置の運転当初は、優先制御により、予め設定された弁開度を出力している。その後、測定過熱度と設定過熱度との差分制御に移行し、上述した条件１と条件２のいずれも満たさないので、過熱度制御による弁開度を出力する。
【００２７】
図６（ｂ）に、温調制御により算出された弁開度を示す。図６（ｃ）に、制御器において算出した蒸発器の過熱度を示し、図６（ｄ）に、試験庫１０の測定温度を示す。過熱度制御により、試験庫１０の測定温度が設定温度に近づくとともに、過熱度は条件１を満たすようになる。さらに、過熱度制御が続行され、測定温度が設定温度に近づくと、温調制御による弁開度が条件２を満たすようになるので、その後は、温調制御による弁開度を出力する。
【００２８】
本実施形態によれば、優先制御が必要な場合、及び上述した条件１ＡＮＤ条件２以外の場合には、弁開度出力の変動が大きい制御を行い、条件１ＡＮＤ条件２の場合には、弁開度出力の変動が小さい制御行うことにより、速やかに設定温度に到達し、精度よく設定温度を保持することができる。また、圧縮器の発停を行わず、ヒータの負荷を低減することにより、消費電力の増大を抑えることができる。
【００２９】
図７に、制御器の表示部の表示方法を示す。７セグメントＬＥＤ１桁分を用いて、制御器４０の動作状態を示している。図７（ａ）は、上述した条件１及び条件２のいずれも満たさない場合であり、過熱度制御部５２による優先制御の状態を示している。図７（ｂ）は、条件１のみを満たす場合、図７（ｃ）は、条件２のみを満たす場合を示し、過熱度制御部５２による過熱度制御の弁開度によって制御している状態を示している。図７（ｄ）は、条件１及び条件２のいずれも満たしている場合であり、ヒータ制御部５４による温調制御の弁開度によって制御している状態を示している。
【００３０】
図８は、本発明の他の実施形態にかかる冷凍機を示す構成図である。図１に示した冷凍機に加えて、液バック時に圧縮器３４を保護するためのアキュムレータ３５と、冷媒の需給の調整を行うレシーバタンク３６とを備えている。また、冷凍機３０は、蒸発器３１が過熱時に圧縮器３４を冷却するためのインジェクション弁３７と、冷媒凝縮熱を利用して加熱を行うためのホットバイパス弁３８とを備えている。
【００３１】
図９に、本発明の他の実施形態にかかる制御方法を示すフローチャートである。過熱度制御と温調制御とを調和させて、電子膨張弁３２の制御を行う点は、図４に示した制御方法と同じである（Ｓ３０１〜Ｓ３０４，Ｓ３１１，Ｓ３１２）。優先制御の場合は（Ｓ３０３）、冷凍機３０の状態を判定し、起動時には予め設定された弁開度で、電子膨張弁３２の制御を行う（Ｓ７０２）。
【００３２】
試験庫１０内の温度低下により、蒸発器の蒸発温度が低下したことを、蒸発器出口温度センサ４２により検出すると、ホットバイパス弁３８の制御を行う（Ｓ７０３）。蒸発器３１の過熱度が大きくなった場合には、冷凍サイクルの吐出しガス温度、圧縮器の油温上昇を防止するために、インジェクション弁３７を制御して、圧縮器３４を冷却する。
【００３３】
本実施形態によれば、ホットバイパス弁３８の制御により、ヒータの負荷を低減することにより、消費電力の増大を抑えることができる。また、インジェクション弁３７の制御により、冷凍サイクルの効率低下を防止することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、蒸発器の過熱度に基づく制御と、試験庫内の温度に基づく制御とを調和させて、冷凍機の運転とヒータによる加熱とを行うので、消費電力を増大することなしに、速やかに設定温度に到達し、精度よく設定温度を保持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる温度試験装置を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる制御器の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる温度試験装置の制御方法を説明するための図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる温度試験装置の制御方法を示すフローチャートである。
【図５】過熱度制御と温調制御の弁開度出力を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態にかかる制御方法のシミュレーション結果を示す図である。
【図７】制御器の表示部の表示方法を示す図である。
【図８】本発明の他の実施形態にかかる冷凍機を示す構成図である。
【図９】本発明の他の実施形態にかかる制御方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０　　試験庫
２０　　ヒータ
３０　　冷凍機
３１　　蒸発器
３２　　電子膨張弁
３３　　凝縮器
３４　　圧縮器
３５　　アキュムレータ
３６　　レシーバタンク
３７　　インジェクション弁
３８　　ホットバイパス弁
４０　　制御器
４１　　蒸発器入口温度センサ
４２　　蒸発器出口温度センサ
４３　　庫内温度センサ
５１，５３　　Ａ／Ｄ変換部
５２　　過熱度制御部
５４　　ヒータ制御部
５５　　表示器

Claims

試験庫内部を冷却する冷凍機と、前記試験庫内部を加熱するヒータと、前記冷凍機及び前記ヒータに接続され、前記試験庫内部の温度を制御する制御部とを有する温度試験装置の制御方法において、前記制御部は、
前記冷凍機の蒸発器の出口及び入口に装着した温度センサからの信号に基づいて算出された測定過熱度と、予め設定された設定過熱度とを比較して、前記冷凍機の電子膨張弁の第１弁開度を算出する過熱度制御ステップと、
前記試験庫内部に装着した温度センサからの信号に基づいて検出された庫内温度と、予め設定された庫内温度とを比較して、前記電子膨張弁の第２弁開度を算出する温調制御ステップと、
前記検出された庫内温度と前記予め設定された庫内温度とを比較して、前記ヒータを制御するヒータ制御ステップと、
前記測定過熱度と前記設定過熱度の差分が所定の範囲内で、かつ、前記第２弁開度が所定の範囲内である場合に前記第２弁開度を、それ以外の場合に前記第１弁開度を前記電子膨張弁に出力する弁制御ステップと
を実行することを特徴とする温度試験装置の制御方法。
前記弁制御ステップは、前記冷凍機の運転状態により、優先制御を行う場合に、予め設定された第３弁開度を前記電子膨張弁に出力することを特徴とする請求項１に記載の温度試験装置の制御方法。
前記弁制御ステップは、前記試験庫内部の加熱を行う場合に、前記冷凍機のホットバイパス弁を制御することを特徴とする請求項１に記載の温度試験装置の制御方法。
前記弁制御ステップは、前記測定過熱度と前記設定過熱度の差分が所定の範囲を超えた場合に、前記冷凍機のインジェクション弁を制御することを特徴とする請求項１に記載の温度試験装置の制御方法。
試験庫内部を冷却する冷凍機と、前記試験庫内部を加熱するヒータとを有する温度試験装置の制御装置において、
前記冷凍機の蒸発器の出口及び入口に装着した温度センサからの信号に基づいて算出された測定過熱度と、予め設定された設定過熱度とを比較して、前記冷凍機の電子膨張弁の第１弁開度を算出する過熱度制御手段と、
前記試験庫内部に装着した温度センサからの信号に基づいて検出された庫内温度と、予め設定された庫内温度とを比較して、前記電子膨張弁の第２弁開度を算出する温調制御手段と、
前記検出された庫内温度と前記予め設定された庫内温度とを比較して、前記ヒータを制御するヒータ制御手段と、
前記測定過熱度と前記設定過熱度の差分が所定の範囲内で、かつ、前記第２弁開度が所定の範囲内である場合に前記第２弁開度を、それ以外の場合に前記第１弁開度を前記電子膨張弁に出力する弁制御手段と
を備えたことを特徴とする温度試験装置の制御装置。