JPH03161054A - 恒温・恒湿室の温湿度制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、冷凍機と、加熱器、加湿器等を備えた恒温・
恒湿室の温・湿度制御方式に関し、特に冷凍機のインバ
ータ制御によって、省エネルギー化と制御性の向上を図
るのに好適な恒温恒湿室の温湿度制御方式に関するもの
である。

［従来の技術］ 断熱された空間に、冷凍機の蒸発器と、温度調節器で制
御される加熱器とを備えた恒温槽は、例えば特開昭６３
−２０５１４６号公報に開示されている。

この恒温槽の温度制御は，温度調節器から加熱器へのＰ
ＩＤ出力信号を監視し、加熱器の出力がなるべく小さく
なるように冷凍機の圧縮機の回転数を制御することによ
って省エネルギー化が図られるようになっている。

［発明が解決しようとする課題コ しかし、上記恒温槽は、湿度制御の点について全く配慮
がされておらず、恒温恒湿装置として用いられる場合、
温湿度制御上必要最小限の加湿・除湿、が行なわれない
のでエネルギー消費が大きいという問題がある。

一方、温度と共に湿度も制御される空調機は提案されて
いるが、しかしながら、一般の空調機で可能な温湿度制
御範囲に比べ，恒温恒湿室の場合，高温高温から低温低
湿まで温湿度制御範囲が広いことが要求されるという課
題がある。

本発明の目的は、広い温湿度制御範囲においても、温湿
度安定時，必要最小限の加熱・加湿出力が得られるよう
に冷凍能力を連続的に変化させて省エネルギー化と制御
性の向上を図ることのできる恒温・恒湿室の温湿度制御
方式を提供することにある。

［課題を解決するための手段コ 本発明は、上記目的を達成するために、特許請求の範囲
の各請求項に記載の恒温・恒湿室の温・湿度制御方式を
提供する。

［作　　　用］ 本発明は、断熱空間内に、加熱器、加湿器、及び除湿作
用と冷却作用をする冷凍サイクルの蒸発器が配置され、
加熱器及び加湿器は乾球温度センサ、湿球温度センサの
検知信号に基づき該空間内の空気が設定温度・湿度にな
るように温湿度調節器により制御される．そして、これ
らの加熱器と加湿器の出力が監視され、その小さい方の
値が正の値で零に近い値になるように冷凍機の圧縮機の
回転数が制御される．したがって、本発明によると、省
エネルギー化された恒温・恒湿室の温・湿度制御ができ
る。すなわち、もし加熱器，加湿器等を高出力で運転す
ると、温度及び湿度を設定値に保つためには、圧縮機も
高出力で運転しなければならないが、本発明のように加
熱器と加湿器とをその出力が零に近づくように圧縮機゜
を制御すると、加熱器と加湿器の消費動力は小さく、圧
縮機の駆動力も小さくて済み、省エネ運転となる。

また、前記空間領域内の温・湿度を低い値に設定して運
転するとき、圧縮機の回転数を最大にしても湿度が設定
値にならないときは，蒸発温度を下げ顕熱比が小さくな
るように冷凍サイクルが制御されるので、湿度の設定値
を変更することなく対応できる。

［実　施　例］ 以下、本発明の実施例を説明する。

恒温恒温装置の構成を第１図に示す。断熱材１２で区切
られた空間内に、該空間内の空気を加湿する加湿器５、
該空間内の空気を冷却・除湿する蒸発器６、該空間内の
空気を加熱する加熱器４及び、該空間内の空気を循環さ
せる送風機工が配置してある。更に該空間内には、温・
湿度を検知するための乾球温度センサ２、湿球温度セン
サ３が配置されている。

恒温・恒湿室の外部には，乾球温度調節器１０、湿球温
度調節器ｌ１、温湿度制御用マイコン９、インバータ制
御用マイコン８等が設けられている。

乾球温度調節器１０は、乾球温度センサ２に検知された
空間内の乾球温度と、温湿度制御用マイコン９に設定さ
れた目標乾球温度とを比較演算し、その結果をＰＩＤ制
御出力信号として出力し，加熱器４の電力量をＰ■Ｄ制
御する。湿球温度調節器１１も同様に湿球温度について
演算処理し、加湿器５の電力量をＰＩＤ制御するように
なっている。

更に、温・湿度制御用マイコンは、加熱器４及び加湿器
５の電力量の出力％に応じて、又は、乾球温度センサ２
及び湿球温度センサ３により検知された，乾湿球温度の
目標乾湿球温度に対する時間勾配に応じてインバータ制
御用マイコン８に対して周波数制御信号を出力する。イ
ンバータ制御用マイコン８はこの信号により圧縮機７の
運転周波数を変化させる。その具体的な制御は、第３図
及び第４図を参照して後述する。

第２図は第１図に用いられる冷凍サイクルの冷媒配管の
接続状態を冷凍サイクル系統図に示したものである。同
図から明らかなように，圧縮機７から吐出された冷媒は
凝縮器１３、電子膨張弁１４、蒸発器６を経て圧縮機へ
循環するようになっている。蒸発器６の上流側には電磁
弁１５が介装されているので，この電磁弁をオン・オフ
することにより冷媒通過路の本数を増減させ、伝熱面積
を変え蒸発温度を調節することができる。

蒸発器の伝熱面積を変える手段として、第３図に示すよ
うに２つの電磁弁１５ａ，１５ｂを交互に開閉し、大小
大きさの異なる蒸発器６ａ，６ｂを切り換えるようにし
てもよい。又、第２図の電子膨張弁１４の代りに減圧機
構の絞り量を調整する手段として、第４図に示すように
複数の長さの異なるキャピラリチューブ１６ａ，１６ｂ
とこれを切換える電磁弁１７ａ，１７ｂを用いるように
してもよい。蒸発器６の伝熱面積を小さくすることの理
由および減圧機構の絞り量を変化させる理由は，後述す
る。

次に上記実施例の作用を説明する。温湿度制御用マイコ
ン９は、設定された運転モードに従って、空間内温湿度
の設定値を乾湿球温度に換算した値を温・湿度調節器１
０．１１に与える。温・湿度調節器１０．１１は、乾球
温度センサ２、湿球温度センサ３で測定した温度と設定
値とを比較演算し、その結果をＰＩＤ制御信号として出
力し、加熱器４、加湿器５の電力をＰＩＤ制御する。こ
の電力の出力％を前記温湿度制御用マイコン９に取り込
み、この温湿度制御用マイコンは運転モードと対応させ
て圧縮機７の回転数を増加させるか減少させるか判断し
，周波数の変更指令を演算制御手段に係るインバータ制
御用マイコン８へ送信し，これを受信したインバータ制
御用マイコンは、指令された周波数となるようインバー
タ周波数、ひいては圧縮機の回転数を制御する。

上記のようにして制御中に、第５図、第６図の如く時刻
Ｔ１において恒温恒湿室内の空気の乾湿球温度が目標に
達したとする。もし、冷凍能力を変化させることができ
ない冷凍機を用いた場合は破線のように必要以上に過大
な加熱器、加湿器出力が必要となる。これに対して、冷
凍能力を小さくすれば，不必要な加熱器・加湿器出力分
の電力量を節約できる．本実施例によれば、必要最小限
の冷凍能力を得るために、加熱器と加湿器の出力％を監
視し、第５図において時刻Ｔエ以後，インバータ周波数
を下げる。これにより、冷凍能力が小さくなり、それに
伴ない、温湿度バランスする？熱器出力・加湿器出力は
小さくなる。第５図においては時刻Ｔ２のとき加熱器出
力はほとんど０％近くまで小さくなっている。これより
も更にインバータ周波数を小さくすると乾球温度を一定
に保つことができなくなり、温湿度保持不可能となる。

そこで周波数を時刻Ｔ２以後は一定に保つことにより、
必要最小限の冷凍能力を得るようにする。第６図におい
ては、時刻Ｔ■以後インバータ周波数を下げていったと
き、時刻Ｔ２において加湿器出力が先にＯ％近くまで小
さくなった場合である。この場合にも、これよりも更に
インバータ周波数を小さくすると、湿球温度を一定に保
つことができなくなり、温湿度保持不可能となる。そこ
で周波数を時刻Ｔ２以後は一定に保つことにより、第５
図の場合と同様に必要最小限の冷凍能力が得られる。

以上のように本実施例によると温湿度保持に必要最小限
の冷凍能力を得ることが可能となり、従来の技術におけ
る不必要な加熱器・加湿器出力の分の電力量が節約でき
る。

次に第７図は低温低湿時における制御方法を示す。時刻
Ｔエにおいてインバータ周波数は最大であり、冷凍機は
最大の冷凍能力を発揮しており、乾球温度は設定値に到
達しているが、しかし湿球温度は設定温度に到達してい
ない。これは、低温低湿状態では、顕熱比が大きく、冷
凍能力がほとんど顕然能力として用いられ、除湿能力が
小さくなっているためである。そこで本実施例では、湿
球温度が設定値に到達せずに安定した時から或る一定時
間経過したとき（第７図では時刻Ｔ１から時刻Ｔ２まで
の時間が経過したとき）除湿能力不足と判断する。そこ
で、顕熱比を小さくシ，冷凍能力のうち除湿能力を大き
くするように、冷凍サイクルを変更する。顕熱比を小さ
くするためには、空気温度と蒸発器表面温度との温度差
を大きくする。その具体的な手段としては、時刻Ｔ２と
なったとき、第２図における電磁弁工５を閉じ、蒸発器
６の伝熱面積を小さくする。これにより、蒸発温度が下
がり顕熱比は小さくなる。

伝熱面積を小さくする他の手段としては、第３図の電磁
弁１５ａ，１５ｂの開閉を切り換えることにより、伝熱
面積の大きな蒸発器から、伝熱面積の小さな蒸発器へと
冷媒の経路を切り換えることもできる。又、顕熱比を下
げる別の手段として、減圧機構において冷媒循環量を絞
り、蒸発温度を下げる方法があり、冷媒循環量を絞るに
は、第２図に示す電子膨張弁１４の開度を小さくすれば
よい。または、第４図に示す実施例において長さの異な
るキャピラリチューブを電磁弁１７ａ，１７ｂにより切
換えることにより顕熱比を下げることができる。

以上のように冷凍サイクルを変更すれば顕熱比が下がり
，除湿能力が大きくなる。従って本実施例によれば、温
湿度制御範囲が低温低湿域にて広がるという効果がある
。なお時刻Ｔ２以後は前述の制御方法により、加熱器出
力、加湿器出力を、必要最小限に抑えるよう、インバー
タ周波数を制御するので、省エネルギー効果も得られる
。

［発明の効果］ 以上詳述したように，本発明によると、恒温恒湿室の空
間領域内の温湿度を一定に保つとき，加熱器と加湿器と
の出力が零に近づくように、圧縮器が制御されるので、
省エネ温度制御が可能である。また他の発明においては
、顕熱比を下げる制御がなされるので、制御温度範囲及
び湿度範囲が大幅に拡大する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の恒温恒湿装置の構或を示す
略示断面図、第２図はその恒温恒湿室の冷凍サイクル構
成図，第３図は第２図のＡ部に関する他の実施例を示す
図、第４図は第２図のＢ部に関する別の実施例を示す図
、第５図、第６図は加熱器出力、加湿器出力とインバー
タ周波数の関係を示す線図，第７図は乾球・湿球温度、
それらの設定温度とインバータ周波数との顕熱此の関係
を示す図である。 ｌ・・・送風機　　　　　２・・・乾球温度センサ３・
・・湿球温度センサ　４・・・加熱器５・・・加湿器　
　　　　６・・・蒸発器７・・・圧縮機 ・・・温湿度制御用マイコン ・・・インバータ制御用マイコン ０・・・乾球温度調節器 １・・・湿球温度調節器 ４・・・電子膨張弁 （他１名） 第 １ 図 第 ２ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　断熱材に囲まれた恒温・恒湿室の空間領域内に、そ
   の空間領域内の空気を循環させる送風器と、乾球温度セ
   ンサと、湿球温度センサと、これらセンサの検出信号に
   基づいて動作する温・湿度調節器からの制御出力信号に
   より制御される加熱器及び加湿器と、冷媒圧縮器の回転
   数制御により冷却・除湿能力が可変である冷凍器サイク
   ルの蒸発器とを配置して、上記空間領域内の温・湿度を
   制御する制御方式において、上記空間領域内の温・湿度
   を一定に保つとき、加熱器の出力と加湿器の出力とを監
   視し、その小さい方の値が正の値で、限りなく零に近づ
   くように圧縮器の回転数を制御することを特徴とする恒
   温・恒湿室の温湿度制御方式。 ２　断熱材に囲まれた恒温・恒湿室の空間領域内に、そ
   の空間領域内の空気を循環させる送風器と、乾球温度セ
   ンサと、湿球温度センサと、これらのセンサの検出信号
   に基いて動作する温・湿度調節器からの制御出力信号に
   より制御される加熱器及び加湿器と、冷媒圧縮器の回転
   数制御により冷却・除湿能力が可変である冷凍器サイク
   ルの蒸発器とを配置して、上記空間領域内の温・湿度を
   制御する制御方式において、上記空間領域内の温・湿度
   を低温低湿状態に保つとき、圧縮器の回転数を最大にし
   ても除湿性能が足りないときは、冷媒蒸発温度を下げ顕
   熱比を小さくすることにより除湿性能を高めることを特
   徴とする恒温・恒湿室の温湿度制御方式。 ３　蒸発温度を下げ顕熱比を小さくして除湿性能を高め
   る操作は、蒸発器の伝熱面積を小さくするか、冷凍サイ
   クルの減圧機構の絞り量を大きくするかのいずれかの操
   作である請求項２記載の恒温・恒湿室の温湿度制御方式
   。