JP3023637B2 - 恒温恒湿装置の冷凍制御方法 - Google Patents
恒温恒湿装置の冷凍制御方法Info
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Description
特に装置室内の温度及び冷媒蒸発温度に応じて冷凍機の
圧縮機を回転数制御し、最適な冷却能力を供給して設定
された温湿度を安定維持するのに好適な恒温恒湿装置の
冷凍機制御方法及び冷凍機制御装置に関する。
おいては、冷凍サイクルの圧縮機に、回転数一定(固
定)のものを塔載し、冷却及び除湿能力を切換えるに
は、減圧機構及び蒸発器を2種以上並列に装備し、必要
に応じていずれか一方の減圧機構及び蒸発器に冷媒を流
すことにより、冷却能力の調整を行うのが一般的であ
り、この種の装置に関連する公知例として実開昭63−
132252号公報がある。例えば半導体又は電子装置
等を試験する恒温恒湿装置は、基本性能として試験室の
到達可能な最低温度が決まっているが、この最低温度を
達成するには試験室最低温度に対し、適切な温度差以下
の冷凍サイクルの冷媒蒸発温度を維持する必要がある。
従来のように、冷凍サイクルの減圧機構にキャピラリチ
ューブ又は温度式膨張弁を用いると、装置周囲温度が高
い、すなわち空冷凝縮器による冷媒凝縮温度が高い場
合、冷媒蒸発温度も上昇して試験室最低温度の維持がで
きなくなり、設定した最低温度より上昇してしまう。し
かしこれを防ぐため、冷媒凝縮温度が高い場合でも、必
要な冷媒蒸発温度が得られるようにキャピラリチューブ
又は温度式膨張弁の減圧量を決定すると、周囲温度が低
く、冷媒凝縮温度が低い場合、冷媒蒸発温度が異常に低
下し冷凍機油温度低下による圧縮機損傷の原因となる。
従って、装置周囲温度の変化すなわち冷媒凝縮温度の変
化に対し影響を受けない冷媒蒸発温度を維持し、年間を
通して装置性能を一定に保つことがこの種の装置の重要
な条件である。
冷凍機制御方法にあっては、装置周囲温度の変化、すな
わち圧縮機の冷媒凝縮温度の変化に伴って冷媒蒸発温度
が変化し、年間を通して装置性能を一定に保つことがで
きない問題点があった。本発明の目的は、装置周囲温度
が変化しても冷媒蒸発温度をほぼ一定値に維持し、室内
を調温調湿することのできる恒温恒湿装置の冷凍機制御
方法及び冷凍機制御装置を提供することにある。
め、本発明に係る恒温恒湿装置の冷凍機制御方法は、断
熱材に囲まれた室内の温度及び湿度を測定し、それぞれ
の測定値に基づき室内に設けた加温器及び加湿器により
調温調湿制御するとともに、室内に設けた蒸発器に圧縮
機を経由して凝縮手段と減圧手段とを接続し室内を所定
温度に冷却させる冷凍機を制御する恒温恒湿装置の冷凍
機制御方法において、室内の温度及び湿度を入力して冷
凍機の冷媒状態の目標値を設定し、目標値と冷媒状態の
測定値との差に応じて圧縮機をインバータにより回転数
制御し、冷却能力を可変にする構成とする。そして断熱
材に囲まれた室内の温度及び湿度を測定し、それぞれの
測定値に基づき室内に設けた加温器及び加湿器により調
温調湿制御するとともに、室内に設けた蒸発器に圧縮機
を経由して凝縮手段と減圧手段とを接続し室内を所定温
度に冷却させる冷凍機を制御する恒温恒湿装置の冷凍機
制御方法において、冷凍機の冷媒状態に応じて冷媒状態
の目標値をあらかじめ設定し、目標値に応じて圧縮機を
インバータにより回転数制御し、冷却能力を可変にする
構成でもよい。上記の冷媒状態は、減圧手段により減圧
された冷媒のほぼ一定値に設定される冷媒蒸発温度であ
る構成でもよい。また冷媒状態は、圧縮機より吐出され
かつ凝縮手段で凝縮された冷媒の冷媒凝縮温度である構
成でもよい。
変化させると、◆ 回転数(r.p.m)=(120/p)×f◆ p=極数, f=周波数◆ で示されるように、周波数に比例して回転式圧縮機の回
転数が変化する。回転数が変化すると冷媒の吐出量が変
化して冷媒循環量が変化し、冷却能力が変化する。例え
ば装置周囲温度が高く、冷凍機の冷媒凝縮温度が高い場
合、冷媒蒸発温度も高くなるが、周波数を高くして回転
式圧縮機の回転数を上昇させると、冷媒循環量が増加し
て冷媒凝縮温度が低下し、所定の冷却能力が得られる。
電源周波数は制御手段に入力される室内の測定温度によ
り決定される目標冷媒蒸発温度に対して、測定冷媒蒸発
温度を比較演算し、目標冷媒蒸発温度と測定冷媒蒸発温
度とを近似させることにより、最適な冷却能力が供給さ
れて装置周囲温度の変化による冷媒凝縮温度の変化に伴
う冷却能力の変化が抑制され、装置性能が年間を通して
一定に保たれる。
説明する。図1に示すように、恒温恒湿装置は断熱層1
により囲まれた試験室(室)2と、冷媒14を循環する
周波数制御可能な回転式圧縮機9と、回転式圧縮機9よ
り吐出した冷媒ガスを冷媒液に空気冷却する凝縮器10
と凝縮器10に送風する凝縮器用送風機11とよりなる
凝縮手段と、冷媒14を減圧する減圧機構(減圧手段)
12と、試験室2内に設けられ減圧された冷媒14で試
験室2内の熱を吸収する蒸発器13と、試験室2内を加
温制御する加温ヒータ7と、試験室内を加湿制御する加
湿ヒータ8と、試験室2内の循環送風機5と、図示しな
い制御手段とにより構成される。試験室2内を空気の流
れ6が矢印図示のように循環している。循環送風機5の
吹出口には乾球温度センサ3及び湿球温度センサ4が配
置され、さらに減圧機構12の冷媒出口側で、蒸発器1
3までの配管系路に冷媒蒸発温度センサ15を取付けて
ある。なお圧縮機は定速のものを搭載し、減圧機構を電
子膨張弁で形成した構成でもよい。本装置の制御系路
(制御手段)を図2を参照しながら説明する。乾球温度
センサ3及び湿球温度センサ4の各々の検出温度は、室
内の設定温度及び設定湿度との比較演算をマイクロコン
ピュータ20で行ない、ヒータ出力制御器21,22で
加温ヒータ7及び加湿ヒータ8への出力信号をPID制
御することにより、高精度の調温調湿制御を可能として
いる。これに対し、除湿冷却用として用いられる冷凍サ
イクルは、乾球温度センサ3及び湿球温度センサ4の各
々の検出温度に基づき冷媒状態の目標値の設定と冷媒状
態の測定値との差、例えば冷媒蒸発温度センサ15によ
る検出温度と設定冷媒蒸発温度との差の比較演算をマイ
コン20で行い、周波数制御器23で回転式圧縮機の回
転数を制御するための周波数をPID制御している。な
お冷媒状態は、圧縮機に吸入される冷媒の低圧圧力、圧
縮機より吐出されかつ凝縮手段で凝縮された冷媒の冷媒
凝縮温度、又は圧縮機より吐出された冷媒の高圧圧力の
いずれでもよく、また設定冷媒蒸発温度等の目標値は室
内の温度及び湿度に応じて装置の仕様上あらかじめ決め
られていてもよい。さらに減圧手段を電子膨張弁で形成
して圧縮機は定速のものを搭載し、電子膨張弁をマイコ
ンにより開度制御するようにしてもよい。回転式圧縮機
の周波数制御のフローチャートを図3に示す。回転式圧
縮機は電源周波数の変化に応じて回転数が変化し、冷媒
循環量が増減するものであり、回転式圧縮機の運転開始
と同時に初期設定周波数で回転し、これ以降は、常時、
蒸発温度センサの測定温度と目標冷媒蒸発温度との差の
比較演算を行い、測定温度が高い場合は周波数増とし、
また低い場合は周波数減とし、さらに増減量はPID制
御することにより回転式圧縮機へ伝送する最適な電源周
波数を決定し、測定冷媒蒸発温度を目標冷媒蒸発温度に
近似させ、さらに一致させる運転が可能となる。本発明
の第2の実施例を図4を参照しながら説明する。第1の
実施例における冷媒蒸発温度センサのかわりに、冷凍サ
イクル低圧力センサを用いた構成である。減圧機構12
と蒸発器13とを介して回転式圧縮機9との間に低圧圧
力センサ16を取付けることにより、第1の実施例にお
ける設定冷媒蒸発温度と検出温度との比較演算と同様
に、目標低圧圧力と検出圧力との比較演算を行い回転式
圧縮機の周波数を制御し、目標低圧圧力と検出圧力とを
近似させることが可能となる。本発明の第3の実施例を
図5を参照しながら説明する。第1の実施例における冷
媒蒸発温度センサのかわりに、冷凍サイクル凝縮温度セ
ンサを用いた構成である。凝縮器10の内部又は凝縮器
10の出口部に冷媒凝縮温度センサ17を取付けること
により、冷媒凝縮温度を検出し、あらかじめ冷媒凝縮温
度に対し冷媒蒸発温度を一定に保つために必要な回転式
圧縮機の周波数を設定しておく。この制御例を図6に示
す。第3の実施例により、装置周囲温度の変化に伴う冷
媒凝縮温度の変化に応じた設定周波数で、回転式圧縮機
を運転することにより冷媒蒸発温度を一定に保つことが
可能となる。本発明の第4の実施例を図7を参照しなが
ら説明する。第3の実施例における冷媒凝縮温度センサ
のかわりに、冷凍サイクル高圧圧力センサを用いた構成
である。回転式圧縮機9と減圧機構12との間に高圧圧
力センサ18を取付けることにより冷媒の高圧圧力を検
出し、第3の実施例における検出した冷媒凝縮温度によ
る回転式圧縮機の周波数設定のかわりに、検出した高圧
圧力により周波数を設定することにより同一の効果を得
ることができる。本発明の第5の実施例を図8を参照し
ながら説明する。第3の実施例における冷媒凝縮温度セ
ンサのかわりに空気温度センサを用いた場合を図8に示
す。装置周辺部又は凝縮器10の空気吸込部に空気温度
センサ19を取付けることにより、空気温度(装置周囲
温度)を検出し第3の実施例における検出した冷媒凝縮
温度による回転式圧縮機の周波数設定のかわりに、検出
した空気温度により周波数を設定することにより同一の
効果を得ることができる。本発明により、装置周囲温度
の変化、すなわち冷媒凝縮温度の変化に対して、冷媒蒸
発温度を目標温度に維持し、安定させることができる。
本発明による回転式圧縮機の周波数制御と冷凍サイクル
特性の一例を図9に示す。本発明の冷媒蒸発温度による
周波数制御を採用することにより、装置周囲温度が変化
し、冷媒凝縮温度が変化しても、冷媒蒸発温度は設定冷
媒蒸発温度である−45℃を一定に保つことができ、こ
の結果、試験室設定温度−40℃を年間を通して維持
し、安定を保つことが可能となる。なお、従来技術によ
る周波数固定(60Hz)の場合は、図9中に破線で示
すように、装置周囲温度変化に対し、冷媒蒸発温度が変
化し、この結果、周囲高温時試験室温度が−40℃を維
持することができなくなる。
すなわち冷媒凝縮温度の変化に対して、冷媒蒸発温度を
目標温度に維持し、安定させることができるため、室内
の設定温度が年間を通して高精度に維持され、安定化す
ることが可能となる。
チャートである。
機周波数
特性とを示す図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 断熱材に囲まれた室内の温度及び湿度を
測定し、それぞれの測定値に基づき前記室内に設けた加
温器及び加湿器により調温調湿制御するとともに、前記
室内に設けた蒸発器に圧縮機を経由して凝縮手段と減圧
手段とを接続してなる冷凍機により前記室内を所定温度
に冷却させるよう制御する恒温恒湿装置の冷凍制御方法
において、前記室内に対して室外に前記減圧手段の冷媒
出口側で前記蒸発器までの配管経路に取り付けられた冷
媒蒸発温度センサを備え、前記室内の温度及び湿度を入
力して前記冷凍機の冷媒蒸発温度の目標値を設定し、該
目標値と前記冷媒蒸発温度センサの測定値との差に応じ
て前記圧縮機をインバータにより回転数制御し、冷却能
力を可変にすることを特徴とする恒温恒湿装置の冷凍制
御方法。 - 【請求項2】 断熱材に囲まれた室内の温度及び湿度を
測定し、それぞれの測定値に基づき前記室内に設けた加
温器及び加湿器により調温調湿制御するとともに、前記
室内に設けた蒸発器に圧縮機を経由して凝縮手段と減圧
手段とを接続してなる冷凍機により前記室内を所定温度
に冷却させるよう制御する恒温恒湿装置の冷凍制御方法
において、前記室内に対して室外に前記凝縮手段の出口
部に取り付けられた冷媒凝縮温度センサを備え、前記室
内の温度及び湿度を入力して前記冷凍機の冷媒凝縮温度
の目標値を設定し、該目標値と前記冷媒凝縮温度センサ
の測定値との差に応じて前記圧縮機をインバータにより
回転数制御し、冷却能力を可変にすることを特徴とする
恒温恒湿装置の冷凍制御方法。
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JP5137637A JP3023637B2 (ja) | 1993-06-08 | 1993-06-08 | 恒温恒湿装置の冷凍制御方法 |
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1993
- 1993-06-08 JP JP5137637A patent/JP3023637B2/ja not_active Expired - Fee Related
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