恒温槽の制御装置
【課題】 大型の冷凍サイクルであっても小流量から大流量の全制御領域における冷媒流量（温度）を安定かつ高精度に制御するとともに、様々な制御モード（制御パターン）、更には各制御モードにおける制御の最適化を容易に実現する。
【解決手段】 少なくとも恒温槽Ｍを冷却する冷却器２を有する冷凍サイクルＣｆの冷媒循環回路Ｃｃｆに接続した制御弁部３と、この制御弁部３を駆動制御して冷媒Ｋの流量を制御する制御部４とを備える恒温槽の制御装置１を構成するに際して、冷凍サイクルＣｆの冷媒循環回路Ｃｃｆに接続した制御弁部３を複数の単制御弁３ａ，３ｂ…を並列に接続して構成するとともに、複数の第一単制御弁３ａ，３ｂ…を同時に、又は複数の第一単制御弁３ａ，３ｂ…の一又は二以上を選択して、駆動制御する機能を有する制御部４を備える。
【解決手段】 少なくとも恒温槽Ｍを冷却する冷却器２を有する冷凍サイクルＣｆの冷媒循環回路Ｃｃｆに接続した制御弁部３と、この制御弁部３を駆動制御して冷媒Ｋの流量を制御する制御部４とを備える恒温槽の制御装置１を構成するに際して、冷凍サイクルＣｆの冷媒循環回路Ｃｃｆに接続した制御弁部３を複数の単制御弁３ａ，３ｂ…を並列に接続して構成するとともに、複数の第一単制御弁３ａ，３ｂ…を同時に、又は複数の第一単制御弁３ａ，３ｂ…の一又は二以上を選択して、駆動制御する機能を有する制御部４を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクルの冷媒循環回路に接続した制御弁部を駆動制御することにより冷媒の流量を制御する恒温槽の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、工場生産される電子部品等に対しては、所定の温度負荷を加えた評価試験（ヒートショック試験等）を行っており、通常、このような温度負荷を加える環境には恒温槽が用いられる。
【０００３】
従来、このような恒温槽としては、特許文献１で開示される恒温槽が知られており、同文献１には、供試体が収容される試験室内に少なくとも所定の温度に保つ恒温槽であって、試験室内に供給される供給空気を加熱する加熱器と、当該供給空気を冷却するための冷凍機と、を備え、冷凍機は、冷媒を圧縮する圧縮機、圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器、凝縮された冷媒を減圧する第１膨張器、減圧された冷媒を蒸発させる第１冷却器、及びこれらの機器を互いに接続する冷媒配管を含む主冷媒循環回路と、主冷媒循環回路における第１膨張器と第１冷却器とをバイパスするバイパス回路と、バイパス回路上に配設された第２膨張器と第２冷却器と、を有し、第１冷却器は、供給空気の供給通路内に配設されて供給空気を冷却する一方、第２冷却器は、供給通路以外の所定の位置に配設され、更に、冷凍機は、主冷媒循環回路上に配設され、第１冷却器側へ供給する冷媒流量を調整する開閉弁と、バイパス回路上に配設され、第２冷却器側へ供給する冷媒流量を調整する開閉弁を備える恒温槽が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２１６３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述した従来の恒温槽は、次のような問題点があった。
【０００６】
第一に、冷凍サイクルの冷媒循環回路に接続して冷媒流量を調整する制御弁を備える場合、比較的大型の冷凍サイクルでは、制御する冷媒流量が大きくなるため、冷媒流量を調整する制御弁も大型化し、特に小流量の制御領域における冷媒流量（温度）の制御が不安定になる。図９は、大型の冷凍サイクルを搭載した恒温槽における常温から設定温度（−４０〔℃〕）まで降下させる際の降温特性Ｑｒを示す。この場合、最初は制御弁を全開に制御し、槽内の温度が設定温度に近付くに従って閉側に制御する。したがって、設定温度付近では冷媒流量が絞られるとともに、設定温度に達したなら通常のフィードバック制御による温度制御、即ち、電子膨張弁等を用いた温度制御に移行するが、図９に示すように、制御弁が制御される小流量の制御領域では、制御の振幅（ディファレンシャル）ΔＴｄが大きくかつ不安定な状態となる。なお、ｔｎは電子膨張弁等による温度制御に移行した時点を示す。
【０００７】
第二に、この種の恒温槽では、例えば、−４０〔℃〕の槽内温度を常温まで速やかに戻す必要がある。この場合、通常、加熱ヒータ（電熱ヒータ）に通電して恒温槽内を強制的に加熱しているが、電熱ヒータによる消費電力が無視できない。結局、全体の消費電力の増加を招くことになり、省エネルギ性及び経済性の観点からも難がある。
【０００８】
本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した恒温槽の制御装置の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上述した課題を解決するため、少なくとも恒温槽Ｍを冷却する冷却器２を有する冷凍サイクルＣｆの冷媒循環回路Ｃｃｆに接続した制御弁部３と、この制御弁部３を駆動制御して冷媒Ｋの流量を制御する制御部４とを備える恒温槽の制御装置１を構成するに際して、冷凍サイクルＣｆ（第一冷凍サイクルＣｆ）の冷媒循環回路（第一冷媒循環回路）Ｃｃｆに接続した制御弁部（第一制御弁部）３を複数の単制御弁（第一単制御弁）３ａ，３ｂ…を並列に接続して構成するとともに、複数の第一単制御弁３ａ，３ｂ…を同時に、又は複数の第一単制御弁３ａ，３ｂ…の一又は二以上を選択して、駆動制御する機能を有する制御部４を備えてなることを特徴とする。
【００１０】
この場合、発明の好適な態様により、複数の第一単制御弁３ａ，３ｂ…は、同一の大きさ又は異なる大きさの単制御弁３ａ，３ｂ…を組合わせることができる。一方、第一冷媒循環回路Ｃｃｆに接続した圧縮機５を用いることにより構成した第二冷媒循環回路Ｃｃｓを有する第二冷凍サイクルＣｓを設けることにより、第一冷凍サイクルＣｆ及び第二冷凍サイクルＣｓを含む冷凍サイクルシステムＣを構成するとともに、この第二冷媒循環回路Ｃｃｓに接続した凝縮器６を用いることにより恒温槽Ｍを加熱する再熱器７を設けることができる。この際、第二冷媒循環回路Ｃｃｓに接続した第二制御弁部８を設け、当該第二制御弁部８を複数の第二単制御弁８ａ，８ｂ…を並列に接続して構成するとともに、制御部４には、複数の第二単制御弁８ａ，８ｂ…を同時に、又は複数の第二単制御弁８ａ，８ｂ…の一又は二以上を選択して、駆動制御する機能を設けることができる。また、複数の第二単制御弁８ａ，８ｂ…は、同一の大きさ又は異なる大きさの単制御弁８ａ，８ｂ…を組合わせることができる。
【発明の効果】
【００１１】
このような構成を有する本発明に係る恒温槽の制御装置１によれば、次のような顕著な効果を奏する。
【００１２】
（１） 冷凍サイクルＣｆの冷媒循環回路Ｃｃｆに接続した制御弁部３を、複数の単制御弁３ａ…を並列に接続して構成するとともに、複数の単制御弁３ａ…を駆動制御する機能を有する制御部４を備えるため、大型の冷凍サイクルＣｆであっても制御弁部３に要求される大流量（最大能力）を十分に確保できるとともに、小流量の制御領域における冷媒流量（温度）を制御する場合であっても、小流量に適した単制御弁３ａ…により安定に制御することができ、もって、小流量から大流量の全制御領域における冷媒流量（温度）を安定かつ高精度に制御することができる。
【００１３】
（２） 制御弁部３を、複数の単制御弁３ａ…を並列に接続して構成するとともに、複数の単制御弁３ａ…を同時に、又は複数の単制御弁３ａ…の一又は二以上を選択して、駆動制御可能なため、様々な制御モード（制御パターン）を容易に実現できるとともに、各制御モードにおける制御の最適化も容易に実現できる。
【００１４】
（３） 好適な態様により、複数の第一単制御弁３ａ…（又は第二単制御弁８ａ…）を、同一の大きさの単制御弁３ａ…（又は単制御弁８ａ…）を組合わせて構成すれば、特に、小流量領域と大流量領域の制御を確実かつ安定に制御できるとともに、他方、異なる大きさの単制御弁３ａ…（又は第二単制御弁８ａ…）を組合わせて構成すれば、制御モードのバリエーションをより広げることができる。
【００１５】
（４） 好適な態様により、第一冷媒循環回路Ｃｃｆに接続した圧縮機５を用いることにより構成した第二冷媒循環回路Ｃｃｓを有する第二冷凍サイクルＣｓを設けることにより、第一冷凍サイクルＣｆ及び第二冷凍サイクルＣｓを含む冷凍サイクルシステムＣを構成するとともに、この第二冷媒循環回路Ｃｃｓに接続した凝縮器６を用いることにより恒温槽Ｍを加熱する再熱器７を設ければ、第二冷凍サイクルＣｓによる再熱利用により電熱ヒータ等を不要にできるため、省エネルギ性及び経済性をより高めることができる。
【００１６】
（５） 好適な態様により、第二冷媒循環回路Ｃｃｓに接続した第二制御弁部８を設け、当該第二制御弁部８を複数の第二単制御弁８ａ，８ｂ…を並列に接続して構成するとともに、制御部４に、複数の第二単制御弁８ａ，８ｂ…を同時に、又は複数の第二単制御弁８ａ，８ｂ…の一又は二以上を選択して、駆動制御する機能を設ければ、第二冷凍サイクルＣｓ側（再熱側）においても、小流量から大流量の全制御領域における冷媒流量（温度）を安定かつ高精度に制御できるとともに、様々な制御モード（制御パターン）、更には各制御モードにおける制御の最適化を容易に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の好適実施形態に係る制御装置を備える恒温槽に用いる冷凍サイクルシステムの回路図、
【図２】同冷凍サイクルシステムの原理説明図、
【図３】同恒温槽の模式図を含む同制御装置の主要部の系統図、
【図４】同制御装置を用いた際の時間に対する槽吹出温度の変化特性図、
【図５】本発明の変更実施形態に係る制御弁部の回路図、
【図６】制御弁部を用いた際の時間に対する槽吹出温度の変化特性図、
【図７】本発明の他の変更実施形態に係る制御弁部の回路図、
【図８】本発明の他の変更実施形態に係る制御弁部の回路図、
【図９】背景技術を説明するための時間に対する槽吹出温度の変化特性図、
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、本発明に係る好適実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【００１９】
まず、本実施形態に係る制御装置１を備える恒温槽Ｍの概略構成について、図３を参照して説明する。
【００２０】
例示の恒温槽Ｍは、ターテーブル型恒温槽であり、断熱性を有するハウジング１１の内部に試験室１２を備える。試験室１２の内部には二段のターテーブル１３ｕ，１３ｄを配し、このターテーブル１３ｕ，１３ｄは中心のシャフト１４により支持されるとともに、このシャフト１４は上端が軸受部１５により回動自在に支持されるとともに、下端が回転駆動部１６により回転駆動可能に支持される。試験室１２の前面にはスライドドア１７が付設されるとともに、試験室１２の後側は仕切壁１７により仕切られる。そして、仕切壁１７の後側の上部には、シロッコファン１８を配設するとともに、このシロッコファン１８の下方に、再熱器（凝縮器）７と冷却器（蒸発器）２を配設する。また、試験室１２の上面及び下面には、それぞれ送風入口１９ｕ及び１９ｄを設け、送風入口１９ｕは上方に形成した送風通路２０ｕを介してシロッコファン１８の送風口１８ｅに連通させるとともに、送風入口１９ｄは下方に形成した送風通路２０ｄを介してシロッコファン１８の送風口１８ｅに連通させる。さらに、シロッコファン１８の吸気口１８ｉは再熱器７の上方に連通させるとともに、冷却器２の下方は図示を省略した送風通路を介して試験室１２の側面に連通させる。シロッコファン１８の送風口１８ｅの前方は槽吹出口１９ｅとなり、この槽吹出口１９ｅには、槽吹出温度センサ２１を配設する。なお、図中、矢印Ｆｗは送風経路を示す。
【００２１】
次に、本実施形態に係る恒温槽の制御装置１の構成について、図１〜図３を参照して説明する。
【００２２】
本実施形態に係る制御装置１は、第一冷凍サイクルＣｆ及び第二冷凍サイクルＣｓが含まれる冷凍サイクルシステムＣを備える。図２に、冷凍サイクルシステムＣの原理的構成を示す。５は一台の圧縮機であり、第一冷凍サイクルＣｆと第二冷凍サイクルＣｓに共用する。そして、圧縮機５の吐出口５ｅは、第一制御弁部３及び第二制御弁部８を備える分流部３１の共通流入口３１ｉに接続する。また、分流部３１の一方の分岐流出口となる第一制御弁部３の流出口３ｅには、第一凝縮器３２、第一膨張弁３３、冷却器（蒸発器）２を順次接続し、この冷却器２の流出口２ｅは、圧縮機５の吸入口５ｉに接続する。これにより、冷媒Ｋが、圧縮機５→第一制御弁部３→第一凝縮器３２→第一膨張弁３３→冷却器（蒸発器）２→圧縮機５の経路で循環する第一冷媒循環回路Ｃｃｆ（第一冷凍サイクルＣｆ）を構成する。
【００２３】
一方、分流部３１の他方の分岐流出口となる第二制御弁部８の流出口８ｅには、凝縮器６を用いた再熱器７、第二膨張弁３４、第二蒸発器３５を順次接続し、この第二蒸発器３５の流出口３５ｅは、圧縮機５の吸入口５ｉに接続する。これにより、冷媒Ｋが、圧縮機５→第二制御弁部８→再熱器７→第二膨張弁３４→第二蒸発器３５→圧縮機５の経路で循環する第二冷媒循環回路Ｃｃｓ（第二冷凍サイクルＣｓ）を構成する。なお、第一凝縮器３２では放熱が行われるとともに、第二蒸発器３５では吸熱が行われる。
【００２４】
そして、冷却器２は、恒温槽Ｍ内の送風通路、即ち、上述した仕切壁１７の後側に配設するとともに、再熱器７も、恒温槽Ｍ内の送風通路、即ち、上述した仕切壁１７の後側に配設する。この場合、再熱器７は加熱器として利用するため、従来、加熱手段としての配設していた電熱ヒータ等は不要となる。したがって、このような冷凍サイクルシステムＣを構成することにより、省エネルギ性及び経済性をより高めることができる。
【００２５】
図１は、図２に示した冷凍サイクルシステムＣをより具体化して示す。第一冷凍サイクルＣｆは、圧縮機５→分岐部３１ｆ→第一制御弁部３→第一凝縮器３２→ドライヤ（除湿器）４１→電磁開閉弁４２→第一膨張弁（電子膨張弁）３３→冷却器２→合流部３１ｊ→アキュムレータ（蓄圧器）４３→圧縮機５により、冷媒Ｋが循環する第一冷媒循環回路Ｃｃｆを構成する。一方、第二冷凍サイクルＣｓは、圧縮機５→分岐部３１ｆ→第二制御弁部８→再熱器７→ドライヤ４４→電磁開閉弁４５→第二膨張弁（電子膨張弁）３４→第二蒸発器３５→合流部３１ｊ→アキュムレータ４３→圧縮機５により、冷媒Ｋが循環する第二冷媒循環回路Ｃｃｓを構成する。したがって、アキュムレータ４３も第一冷凍サイクルＣｆ及び第二冷凍サイクルＣｓに共用する。また、第二冷媒循環回路Ｃｃｓにおけるドライヤ４４の下流側と第二蒸発器３５の下流側間には、膨張弁（電子膨張弁）４６と電磁開閉弁４７の直列回路（バイパス回路）を接続する。なお、４８はアキュムレータ４３の上流側に接続した低圧圧力計を示すとともに、４９は圧縮機５の下流側に接続した高圧圧力計を示す。
【００２６】
さらに、第一凝縮器３２には、放熱器（熱交換器）５０を付設し、冷却水Ｗとの熱交換により放熱を行うとともに、第二蒸発器３５には、吸熱器（熱交換器）５１を付設し、放熱器５０から流出する温められた水（温水）Ｗとの熱交換により吸熱を行う。したがって、冷凍サイクルシステムＣには、水冷装置６１を備えており、この水冷装置６１に備えるクーリングタワー６１ｃの冷却水Ｗが第一凝縮器３２に供給されるとともに、この第一凝縮器３２から流出する熱交換により加温された冷却水（温水）Ｗは、制水弁６２を介して第二蒸発器３５に供給される。また、第二蒸発器３５から流出する熱交換により冷却された冷却水Ｗは、クーリングタワー６１ｃに戻される。なお、制水弁６２には、手動弁６３を並列に接続するとともに、第一凝縮器３２の上流側と第二蒸発器３５の上流側間には手動弁６４を接続する。６５は第一凝縮器３２の下流側に接続した水圧計を示す。
【００２７】
ところで、このような冷凍サイクルシステムＣの場合、例えば、常温から試験温度（設定温度）となる−４０〔℃〕まで急速に冷却する際には、第一制御弁部３をほぼ全開に駆動制御し、冷却器２を最大出力に近い状態にするとともに、−４０〔℃〕に近付くに従って第一制御弁部３を徐々に閉側へ駆動制御する。したがって、冷凍サイクルシステムＣが大型化（大出力化）することにより、第一制御弁部３に大型（大容量）の単一制御弁を用いた場合、冷媒Ｋの流量、更には温度に対する制御が不安定になる。
【００２８】
そこで、本実施形態に係る制御装置１では、第一制御弁部３を、複数の単制御弁（第一単制御弁）３ａ，３ｂを並列に接続して構成した。例示の場合、二つの電動制御弁Ｖｃ，Ｖｃを並列に接続して構成するとともに、各電動制御弁Ｖｃ，Ｖｃは同一の大きさを用いた。したがって、各電動制御弁Ｖｃ…の最大制御流量は、第一制御弁部３を単一制御弁により構成する場合に比べて、概ね１／２で足り、大きさも概ね１／２となる。同様に、第二制御弁部８も複数の単制御弁（第一単制御弁）８ａ，８ｂを並列に接続して構成した。例示の場合、二つの電動制御弁Ｖｃ，Ｖｃを並列に接続して構成するとともに、各電動制御弁Ｖｃ，Ｖｃは同一の大きさを用いた。したがって、各電動制御弁Ｖｃ…の最大制御流量は、第二制御弁部８を単一制御弁により構成する場合に比べて、概ね１／２で足り、大きさも概ね１／２となる。このように、各電動制御弁Ｖｃ，Ｖｃとして同一の大きさを用いれば、特に、小流量領域と大流量領域の制御を確実かつ安定に制御できる。なお、電動制御弁Ｖｃは、付与される制御信号により内蔵するモータが制御され、弁角度（弁位置）が連続して可変制御される。これにより、制御信号に対応した冷媒流量が設定される。
【００２９】
図３は、第一制御弁部３及び第二制御弁部８を制御する制御部４を抽出して示す。したがって、この制御部４と冷凍サイクルシステムＣが本実施形態に係る制御装置１を構成する。図３中、７１はコントローラであり、各種制御処理及び演算処理等を行うコンピューティング機能を有する。コントローラ７１には設定部７２を接続し、この設定部７２を用いて設定温度等の温度設定や試験時間等の時間設定をはじめ、各種設定を行うことができる。また、コントローラ７１には制御基板７３を接続する。この制御基板７３にはコントローラ７１から各種指令が付与される。これにより、制御基板７３は各種指令に従って制御信号を出力し、この制御信号は各電動制御弁Ｖｃ…に付与される。この制御基板７３は、温度の制御基板であり、第一膨張弁（電子膨張弁）３３と第二膨張弁（電子膨張弁）３４にもこの制御基板７３から制御信号が付与される。さらに、前述した槽吹出口１９ｅに配設した槽吹出温度センサ２１はコントローラ７１に接続する。これにより、槽吹出温度センサ２１により検出される槽吹出温度Ｔｄは、コントローラ７１から制御基板７３にも付与される。一方、各電動制御弁Ｖｃ…には、電磁開閉弁Ｖｘ…をそれぞれ直列に接続した。これにより、コントローラ７１から各電磁開閉弁Ｖｘ…には切換信号が付与される。
【００３０】
次に、本実施形態に係る制御装置１の全体の動作（機能）について、図１〜図４を参照して説明する。
【００３１】
図４は、温度の制御パターン（制御モード）の一例を示し、Ｑｉは、時間〔Ｈ〕に対する槽吹出温度〔℃〕の変化特性を示す。今、恒温槽Ｍは停止状態にあり、図４に示す制御パターンに従って温度制御を行う場合を想定する。なお、設定時の制御パターンの図示は省略した。
【００３２】
まず、閉側に切換わっている電磁開閉弁Ｖｘ…は全て開側に切換えられる。そして、最初の設定温度は−４０〔℃〕のため、予め設定された出力条件により、第一冷凍サイクルＣｆ（冷却側）における各第一単制御弁３ａ，３ｂの開度が概ね７０〜８０〔％〕にセットされるとともに、第二冷凍サイクルＣｓ（再熱側）における各第二単制御弁８ａ，８ｂの開度が概ね２０〜３０〔％〕にセットされる。この場合、第一単制御弁３ａ，３ｂの開度と第二単制御弁８ａ，８ｂの開度は、両者を合わせて１００〔％〕になるようにセットされる。また、制御基板７３では、槽吹出温度センサ２１により検出される槽吹出温度Ｔｄが設定温度（−４０〔℃〕）になるようにフィードバック制御が行われる。この場合、温度に対する通常のフィードバックバック制御も行われるため、他の制御対象（第一膨張弁３３等）も同時に制御される。
【００３３】
これにより、槽吹出温度Ｔｄが低下し、−４０〔℃〕に近付けば、各第一単制御弁３ａ，３ｂの開度は徐々に絞られるとともに、各第二単制御弁８ａ，８ｂの開度は徐々に開かれる。そして、−４０〔℃〕に到達し、槽吹出温度Ｔｄが安定すれば、通常のフィードバック制御に移行する。即ち、第一膨張弁３３等を制御する温度のフィードバック制御が行われる。
【００３４】
この場合、本実施形態に係る制御装置１では、第一冷凍サイクルＣｆ（冷却側）の第一冷媒循環回路Ｃｃｆに接続した第一制御弁部３を、二つの第一単制御弁３ａ，３ｂを並列に接続して構成するため、第一冷凍サイクルＣｆが大型であっても、第一制御弁部３に要求される大流量（最大能力）を十分に確保できるとともに、小流量の制御領域における冷媒流量（温度）を制御する場合であっても、小流量に適した第一単制御弁３ａ…により安定に制御することができ、もって、小流量から大流量の全制御領域における冷媒流量（温度）を安定かつ高精度に制御することができる。特に、図９に示した背景技術による場合、即ち、単一制御弁を用いた場合には、制御の振幅（ディファレンシャル）ΔＴｄが大きくかつ不安定な状態になるが、図４に示すように、本実施形態に係る制御装置１を用いた場合には、制御の振幅が極めて小さくなり、安定かつ高精度の制御を実現できる。
【００３５】
このことは、第二冷凍サイクルＣｓ（再熱側）でも同様である。即ち、第二冷凍サイクルＣｓの第二冷媒循環回路Ｃｃｓに接続した第二制御弁部８を、二つの第二単制御弁８ａ，８ｂを並列に接続して構成するため、第二冷凍サイクルＣｓが大型であっても、第二制御弁部８に要求される大流量（最大能力）を十分に確保できるとともに、小流量の制御領域における冷媒流量（温度）を制御する場合であっても、小流量に適した第二単制御弁８ａ…により安定に制御することができ、もって、小流量から大流量の全制御領域における冷媒流量（温度）を安定かつ高精度に制御することができる。
【００３６】
他方、図４において、ｔ１時点に達すれば、設定温度が−３０〔℃〕となるため、予め設定された出力条件に基づいて第一冷凍サイクルＣｆの各第一単制御弁３ａ，３ｂの開度が概ね６０〜７０〔％〕にセットされるとともに、第二冷凍サイクルＣｓの各第二単制御弁８ａ，８ｂの開度が概ね３０〜４０〔％〕にセットされ、上述した制御と同様の制御が行われる。さらに、図４に示すｔ２時点に達すれば、設定温度が−２５〔℃〕となり、ｔ３時点に達すれば、設定温度が−２０〔℃〕となるため、これらの場合にも同様の制御が行われる。
【００３７】
これに対して、低温域の状態から常温まで戻したい場合には、設定温度として、例えば、２０〔℃〕が設定され、この場合、予め設定された出力条件に従って、第二冷凍サイクルＣｓ（再熱側）の各第二単制御弁８ａ，８ｂの開度が概ね７０〜８０〔％〕にセットされるとともに、第一冷凍サイクルシＣｆ（冷却側）の各第一単制御弁３ａ，３ｂの開度が概ね２０〜３０〔％〕にセットされる。なお、第一単制御弁３ａ，３ｂの開度と第二単制御弁８ａ，８ｂの開度が合わせて１００〔％〕にセットされる点は前述したとおりである。これにより、再熱側の出力が相対的に大きくなり、槽内が加熱されることにより速やかに常温に復帰させることができる。この場合も槽吹出温度Ｔｄが上昇し、常温付近に近付けば、各第二単制御弁８ａ，８ｂの開度は徐々に絞られるとともに、各第一単制御弁３ａ，３ｂの開度は徐々に開かれて常温に達するが、制御の振幅は極めて小さくなり、安定かつ高精度の制御を実現できる。
【００３８】
次に、本発明の変更実施形態に係る制御装置１について、図５〜図８を参照して説明する。
【００３９】
図５及び図６は、第一制御弁部３を構成する第一単制御弁３ａ…（第二制御弁部８側も同じ）の変更例を示す。前述した図１の第一制御弁部３は、二つの第一単制御弁３ａ，３ｂを、同一の大きさの電動制御弁Ｖｃ，Ｖｃにより構成したが、図５に示す第一制御弁部３は、異なる大きさの電動制御弁、即ち、比較的大型の電動制御弁Ｖｃｍと比較的小型の電動制御弁Ｖｃｓを並列に接続して構成したものである。これにより、制御モードのバリエーションを広げることができ、様々な制御モード（制御パターン）、更には各制御モードにおける制御の最適化を容易に実現できる。
【００４０】
例示の場合、槽吹出温度Ｔｄｓを、常温から−４０〔℃〕の設定温度まで低下させる際に、最初に、両方の電動制御弁Ｖｃｍ，Ｖｃｓを駆動制御して冷却を行い、図６に示す設定温度付近まで低下したなら、大型の電動制御弁Ｖｃｍの開度を固定し、小型の電動制御弁Ｖｃｓのみの制御に切換えることができる。これにより、設定温度までの降下時間がより短くなる降下特性とすることができる。図６に仮想線で示すＴｄｒは、同一の大きさの電動制御弁Ｖｃ，Ｖｃを並列に接続した場合の降下特性を比較可能に示す。その他、図５において、図１と同一部分には同一符号を付してその構成を明確にするとともに、その詳細な説明を省略する。
【００４１】
図７及び図８は、第一制御弁部３を構成する第一単制御弁３ａ…（第二制御弁部８側も同じ）の他の変更例をそれぞれ示す。図１及び図５は、二つの第一単制御弁３ａ，３ｂを用いた例を示したが、図７及び図８は、三つの第一単制御弁３ａ，３ｂ，３ｃを用いたものであり、図７は、同一の大きさの電動制御弁Ｖｃ…を三つ並列に接続して構成した場合を示すとともに、図８は、異なる大きさの電動制御弁、即ち、比較的小型の電動制御弁Ｖｃｓと、比較的大型の電動制御弁Ｖｃｍと、各電動制御弁ＶｃｓとＶｃｍの中間の大きさの電動制御弁Ｖｃｉとを並列に接続して構成した場合を示す。このように、第一制御弁部３を構成するに際して、使用する第一単制御弁３ａ…の数量及び大きさは任意に組合わせることができる。その他、図７及び図８において、図１及び図５と同一部分には同一符号を付してその構成を明確にするとともに、その詳細な説明を省略する。
【００４２】
以上、好適実施形態（変更実施形態）について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，素材，数量，数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。
【００４３】
例えば、恒温槽Ｍは、例示のタイプに限定されるものではなく、各種タイプの恒温槽に適用できるとともに、基本的には、冷凍サイクルＣｆに制御弁部３を備える各種冷熱機器に対して恒温槽Ｍと同様に適用することができる。また、第一冷凍サイクルＣｆ及び第二冷凍サイクルＣｓを含む冷凍サイクルシステムＣを例示したが、第一冷凍サイクルＣｆのみの場合或いは第二冷凍サイクルＣｓのみの場合であっても同様に適用できる。さらに、各第一単制御弁３ａ，３ｂ…（各第二単制御弁８ａ，８ｂ…）は、同時に駆動制御してもよいし、一又は二以上を選択して駆動制御してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明に係る制御装置は、恒温槽をはじめ、冷凍サイクルの冷媒循環回路に接続し、冷媒の流量を制御する制御弁部を備える各種冷熱機器にも同様に利用できる。
【符号の説明】
【００４５】
１：制御装置，２：冷却器，３：制御弁部（第一制御弁部），３ａ，３ｂ…：単制御弁（第一単制御弁），４：制御部，５：圧縮機，６：凝縮器，７：再熱器，８：第二制御弁部，８ａ，８ｂ…：第二単制御弁，Ｋ：冷媒，Ｍ：恒温槽，Ｃ：冷凍サイクルシステム，Ｃｆ：冷凍サイクル（第一冷凍サイクル），Ｃｃｆ：冷媒循環回路（第一冷媒循環回路），Ｃｃ：第二冷凍サイクル，Ｃｃｓ：第二冷媒循環回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクルの冷媒循環回路に接続した制御弁部を駆動制御することにより冷媒の流量を制御する恒温槽の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、工場生産される電子部品等に対しては、所定の温度負荷を加えた評価試験（ヒートショック試験等）を行っており、通常、このような温度負荷を加える環境には恒温槽が用いられる。
【０００３】
従来、このような恒温槽としては、特許文献１で開示される恒温槽が知られており、同文献１には、供試体が収容される試験室内に少なくとも所定の温度に保つ恒温槽であって、試験室内に供給される供給空気を加熱する加熱器と、当該供給空気を冷却するための冷凍機と、を備え、冷凍機は、冷媒を圧縮する圧縮機、圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器、凝縮された冷媒を減圧する第１膨張器、減圧された冷媒を蒸発させる第１冷却器、及びこれらの機器を互いに接続する冷媒配管を含む主冷媒循環回路と、主冷媒循環回路における第１膨張器と第１冷却器とをバイパスするバイパス回路と、バイパス回路上に配設された第２膨張器と第２冷却器と、を有し、第１冷却器は、供給空気の供給通路内に配設されて供給空気を冷却する一方、第２冷却器は、供給通路以外の所定の位置に配設され、更に、冷凍機は、主冷媒循環回路上に配設され、第１冷却器側へ供給する冷媒流量を調整する開閉弁と、バイパス回路上に配設され、第２冷却器側へ供給する冷媒流量を調整する開閉弁を備える恒温槽が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２１６３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述した従来の恒温槽は、次のような問題点があった。
【０００６】
第一に、冷凍サイクルの冷媒循環回路に接続して冷媒流量を調整する制御弁を備える場合、比較的大型の冷凍サイクルでは、制御する冷媒流量が大きくなるため、冷媒流量を調整する制御弁も大型化し、特に小流量の制御領域における冷媒流量（温度）の制御が不安定になる。図９は、大型の冷凍サイクルを搭載した恒温槽における常温から設定温度（−４０〔℃〕）まで降下させる際の降温特性Ｑｒを示す。この場合、最初は制御弁を全開に制御し、槽内の温度が設定温度に近付くに従って閉側に制御する。したがって、設定温度付近では冷媒流量が絞られるとともに、設定温度に達したなら通常のフィードバック制御による温度制御、即ち、電子膨張弁等を用いた温度制御に移行するが、図９に示すように、制御弁が制御される小流量の制御領域では、制御の振幅（ディファレンシャル）ΔＴｄが大きくかつ不安定な状態となる。なお、ｔｎは電子膨張弁等による温度制御に移行した時点を示す。
【０００７】
第二に、この種の恒温槽では、例えば、−４０〔℃〕の槽内温度を常温まで速やかに戻す必要がある。この場合、通常、加熱ヒータ（電熱ヒータ）に通電して恒温槽内を強制的に加熱しているが、電熱ヒータによる消費電力が無視できない。結局、全体の消費電力の増加を招くことになり、省エネルギ性及び経済性の観点からも難がある。
【０００８】
本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した恒温槽の制御装置の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上述した課題を解決するため、少なくとも恒温槽Ｍを冷却する冷却器２を有する冷凍サイクルＣｆの冷媒循環回路Ｃｃｆに接続した制御弁部３と、この制御弁部３を駆動制御して冷媒Ｋの流量を制御する制御部４とを備える恒温槽の制御装置１を構成するに際して、冷凍サイクルＣｆ（第一冷凍サイクルＣｆ）の冷媒循環回路（第一冷媒循環回路）Ｃｃｆに接続した制御弁部（第一制御弁部）３を複数の単制御弁（第一単制御弁）３ａ，３ｂ…を並列に接続して構成するとともに、複数の第一単制御弁３ａ，３ｂ…を同時に、又は複数の第一単制御弁３ａ，３ｂ…の一又は二以上を選択して、駆動制御する機能を有する制御部４を備えてなることを特徴とする。
【００１０】
この場合、発明の好適な態様により、複数の第一単制御弁３ａ，３ｂ…は、同一の大きさ又は異なる大きさの単制御弁３ａ，３ｂ…を組合わせることができる。一方、第一冷媒循環回路Ｃｃｆに接続した圧縮機５を用いることにより構成した第二冷媒循環回路Ｃｃｓを有する第二冷凍サイクルＣｓを設けることにより、第一冷凍サイクルＣｆ及び第二冷凍サイクルＣｓを含む冷凍サイクルシステムＣを構成するとともに、この第二冷媒循環回路Ｃｃｓに接続した凝縮器６を用いることにより恒温槽Ｍを加熱する再熱器７を設けることができる。この際、第二冷媒循環回路Ｃｃｓに接続した第二制御弁部８を設け、当該第二制御弁部８を複数の第二単制御弁８ａ，８ｂ…を並列に接続して構成するとともに、制御部４には、複数の第二単制御弁８ａ，８ｂ…を同時に、又は複数の第二単制御弁８ａ，８ｂ…の一又は二以上を選択して、駆動制御する機能を設けることができる。また、複数の第二単制御弁８ａ，８ｂ…は、同一の大きさ又は異なる大きさの単制御弁８ａ，８ｂ…を組合わせることができる。
【発明の効果】
【００１１】
このような構成を有する本発明に係る恒温槽の制御装置１によれば、次のような顕著な効果を奏する。
【００１２】
（１） 冷凍サイクルＣｆの冷媒循環回路Ｃｃｆに接続した制御弁部３を、複数の単制御弁３ａ…を並列に接続して構成するとともに、複数の単制御弁３ａ…を駆動制御する機能を有する制御部４を備えるため、大型の冷凍サイクルＣｆであっても制御弁部３に要求される大流量（最大能力）を十分に確保できるとともに、小流量の制御領域における冷媒流量（温度）を制御する場合であっても、小流量に適した単制御弁３ａ…により安定に制御することができ、もって、小流量から大流量の全制御領域における冷媒流量（温度）を安定かつ高精度に制御することができる。
【００１３】
（２） 制御弁部３を、複数の単制御弁３ａ…を並列に接続して構成するとともに、複数の単制御弁３ａ…を同時に、又は複数の単制御弁３ａ…の一又は二以上を選択して、駆動制御可能なため、様々な制御モード（制御パターン）を容易に実現できるとともに、各制御モードにおける制御の最適化も容易に実現できる。
【００１４】
（３） 好適な態様により、複数の第一単制御弁３ａ…（又は第二単制御弁８ａ…）を、同一の大きさの単制御弁３ａ…（又は単制御弁８ａ…）を組合わせて構成すれば、特に、小流量領域と大流量領域の制御を確実かつ安定に制御できるとともに、他方、異なる大きさの単制御弁３ａ…（又は第二単制御弁８ａ…）を組合わせて構成すれば、制御モードのバリエーションをより広げることができる。
【００１５】
（４） 好適な態様により、第一冷媒循環回路Ｃｃｆに接続した圧縮機５を用いることにより構成した第二冷媒循環回路Ｃｃｓを有する第二冷凍サイクルＣｓを設けることにより、第一冷凍サイクルＣｆ及び第二冷凍サイクルＣｓを含む冷凍サイクルシステムＣを構成するとともに、この第二冷媒循環回路Ｃｃｓに接続した凝縮器６を用いることにより恒温槽Ｍを加熱する再熱器７を設ければ、第二冷凍サイクルＣｓによる再熱利用により電熱ヒータ等を不要にできるため、省エネルギ性及び経済性をより高めることができる。
【００１６】
（５） 好適な態様により、第二冷媒循環回路Ｃｃｓに接続した第二制御弁部８を設け、当該第二制御弁部８を複数の第二単制御弁８ａ，８ｂ…を並列に接続して構成するとともに、制御部４に、複数の第二単制御弁８ａ，８ｂ…を同時に、又は複数の第二単制御弁８ａ，８ｂ…の一又は二以上を選択して、駆動制御する機能を設ければ、第二冷凍サイクルＣｓ側（再熱側）においても、小流量から大流量の全制御領域における冷媒流量（温度）を安定かつ高精度に制御できるとともに、様々な制御モード（制御パターン）、更には各制御モードにおける制御の最適化を容易に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の好適実施形態に係る制御装置を備える恒温槽に用いる冷凍サイクルシステムの回路図、
【図２】同冷凍サイクルシステムの原理説明図、
【図３】同恒温槽の模式図を含む同制御装置の主要部の系統図、
【図４】同制御装置を用いた際の時間に対する槽吹出温度の変化特性図、
【図５】本発明の変更実施形態に係る制御弁部の回路図、
【図６】制御弁部を用いた際の時間に対する槽吹出温度の変化特性図、
【図７】本発明の他の変更実施形態に係る制御弁部の回路図、
【図８】本発明の他の変更実施形態に係る制御弁部の回路図、
【図９】背景技術を説明するための時間に対する槽吹出温度の変化特性図、
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、本発明に係る好適実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【００１９】
まず、本実施形態に係る制御装置１を備える恒温槽Ｍの概略構成について、図３を参照して説明する。
【００２０】
例示の恒温槽Ｍは、ターテーブル型恒温槽であり、断熱性を有するハウジング１１の内部に試験室１２を備える。試験室１２の内部には二段のターテーブル１３ｕ，１３ｄを配し、このターテーブル１３ｕ，１３ｄは中心のシャフト１４により支持されるとともに、このシャフト１４は上端が軸受部１５により回動自在に支持されるとともに、下端が回転駆動部１６により回転駆動可能に支持される。試験室１２の前面にはスライドドア１７が付設されるとともに、試験室１２の後側は仕切壁１７により仕切られる。そして、仕切壁１７の後側の上部には、シロッコファン１８を配設するとともに、このシロッコファン１８の下方に、再熱器（凝縮器）７と冷却器（蒸発器）２を配設する。また、試験室１２の上面及び下面には、それぞれ送風入口１９ｕ及び１９ｄを設け、送風入口１９ｕは上方に形成した送風通路２０ｕを介してシロッコファン１８の送風口１８ｅに連通させるとともに、送風入口１９ｄは下方に形成した送風通路２０ｄを介してシロッコファン１８の送風口１８ｅに連通させる。さらに、シロッコファン１８の吸気口１８ｉは再熱器７の上方に連通させるとともに、冷却器２の下方は図示を省略した送風通路を介して試験室１２の側面に連通させる。シロッコファン１８の送風口１８ｅの前方は槽吹出口１９ｅとなり、この槽吹出口１９ｅには、槽吹出温度センサ２１を配設する。なお、図中、矢印Ｆｗは送風経路を示す。
【００２１】
次に、本実施形態に係る恒温槽の制御装置１の構成について、図１〜図３を参照して説明する。
【００２２】
本実施形態に係る制御装置１は、第一冷凍サイクルＣｆ及び第二冷凍サイクルＣｓが含まれる冷凍サイクルシステムＣを備える。図２に、冷凍サイクルシステムＣの原理的構成を示す。５は一台の圧縮機であり、第一冷凍サイクルＣｆと第二冷凍サイクルＣｓに共用する。そして、圧縮機５の吐出口５ｅは、第一制御弁部３及び第二制御弁部８を備える分流部３１の共通流入口３１ｉに接続する。また、分流部３１の一方の分岐流出口となる第一制御弁部３の流出口３ｅには、第一凝縮器３２、第一膨張弁３３、冷却器（蒸発器）２を順次接続し、この冷却器２の流出口２ｅは、圧縮機５の吸入口５ｉに接続する。これにより、冷媒Ｋが、圧縮機５→第一制御弁部３→第一凝縮器３２→第一膨張弁３３→冷却器（蒸発器）２→圧縮機５の経路で循環する第一冷媒循環回路Ｃｃｆ（第一冷凍サイクルＣｆ）を構成する。
【００２３】
一方、分流部３１の他方の分岐流出口となる第二制御弁部８の流出口８ｅには、凝縮器６を用いた再熱器７、第二膨張弁３４、第二蒸発器３５を順次接続し、この第二蒸発器３５の流出口３５ｅは、圧縮機５の吸入口５ｉに接続する。これにより、冷媒Ｋが、圧縮機５→第二制御弁部８→再熱器７→第二膨張弁３４→第二蒸発器３５→圧縮機５の経路で循環する第二冷媒循環回路Ｃｃｓ（第二冷凍サイクルＣｓ）を構成する。なお、第一凝縮器３２では放熱が行われるとともに、第二蒸発器３５では吸熱が行われる。
【００２４】
そして、冷却器２は、恒温槽Ｍ内の送風通路、即ち、上述した仕切壁１７の後側に配設するとともに、再熱器７も、恒温槽Ｍ内の送風通路、即ち、上述した仕切壁１７の後側に配設する。この場合、再熱器７は加熱器として利用するため、従来、加熱手段としての配設していた電熱ヒータ等は不要となる。したがって、このような冷凍サイクルシステムＣを構成することにより、省エネルギ性及び経済性をより高めることができる。
【００２５】
図１は、図２に示した冷凍サイクルシステムＣをより具体化して示す。第一冷凍サイクルＣｆは、圧縮機５→分岐部３１ｆ→第一制御弁部３→第一凝縮器３２→ドライヤ（除湿器）４１→電磁開閉弁４２→第一膨張弁（電子膨張弁）３３→冷却器２→合流部３１ｊ→アキュムレータ（蓄圧器）４３→圧縮機５により、冷媒Ｋが循環する第一冷媒循環回路Ｃｃｆを構成する。一方、第二冷凍サイクルＣｓは、圧縮機５→分岐部３１ｆ→第二制御弁部８→再熱器７→ドライヤ４４→電磁開閉弁４５→第二膨張弁（電子膨張弁）３４→第二蒸発器３５→合流部３１ｊ→アキュムレータ４３→圧縮機５により、冷媒Ｋが循環する第二冷媒循環回路Ｃｃｓを構成する。したがって、アキュムレータ４３も第一冷凍サイクルＣｆ及び第二冷凍サイクルＣｓに共用する。また、第二冷媒循環回路Ｃｃｓにおけるドライヤ４４の下流側と第二蒸発器３５の下流側間には、膨張弁（電子膨張弁）４６と電磁開閉弁４７の直列回路（バイパス回路）を接続する。なお、４８はアキュムレータ４３の上流側に接続した低圧圧力計を示すとともに、４９は圧縮機５の下流側に接続した高圧圧力計を示す。
【００２６】
さらに、第一凝縮器３２には、放熱器（熱交換器）５０を付設し、冷却水Ｗとの熱交換により放熱を行うとともに、第二蒸発器３５には、吸熱器（熱交換器）５１を付設し、放熱器５０から流出する温められた水（温水）Ｗとの熱交換により吸熱を行う。したがって、冷凍サイクルシステムＣには、水冷装置６１を備えており、この水冷装置６１に備えるクーリングタワー６１ｃの冷却水Ｗが第一凝縮器３２に供給されるとともに、この第一凝縮器３２から流出する熱交換により加温された冷却水（温水）Ｗは、制水弁６２を介して第二蒸発器３５に供給される。また、第二蒸発器３５から流出する熱交換により冷却された冷却水Ｗは、クーリングタワー６１ｃに戻される。なお、制水弁６２には、手動弁６３を並列に接続するとともに、第一凝縮器３２の上流側と第二蒸発器３５の上流側間には手動弁６４を接続する。６５は第一凝縮器３２の下流側に接続した水圧計を示す。
【００２７】
ところで、このような冷凍サイクルシステムＣの場合、例えば、常温から試験温度（設定温度）となる−４０〔℃〕まで急速に冷却する際には、第一制御弁部３をほぼ全開に駆動制御し、冷却器２を最大出力に近い状態にするとともに、−４０〔℃〕に近付くに従って第一制御弁部３を徐々に閉側へ駆動制御する。したがって、冷凍サイクルシステムＣが大型化（大出力化）することにより、第一制御弁部３に大型（大容量）の単一制御弁を用いた場合、冷媒Ｋの流量、更には温度に対する制御が不安定になる。
【００２８】
そこで、本実施形態に係る制御装置１では、第一制御弁部３を、複数の単制御弁（第一単制御弁）３ａ，３ｂを並列に接続して構成した。例示の場合、二つの電動制御弁Ｖｃ，Ｖｃを並列に接続して構成するとともに、各電動制御弁Ｖｃ，Ｖｃは同一の大きさを用いた。したがって、各電動制御弁Ｖｃ…の最大制御流量は、第一制御弁部３を単一制御弁により構成する場合に比べて、概ね１／２で足り、大きさも概ね１／２となる。同様に、第二制御弁部８も複数の単制御弁（第一単制御弁）８ａ，８ｂを並列に接続して構成した。例示の場合、二つの電動制御弁Ｖｃ，Ｖｃを並列に接続して構成するとともに、各電動制御弁Ｖｃ，Ｖｃは同一の大きさを用いた。したがって、各電動制御弁Ｖｃ…の最大制御流量は、第二制御弁部８を単一制御弁により構成する場合に比べて、概ね１／２で足り、大きさも概ね１／２となる。このように、各電動制御弁Ｖｃ，Ｖｃとして同一の大きさを用いれば、特に、小流量領域と大流量領域の制御を確実かつ安定に制御できる。なお、電動制御弁Ｖｃは、付与される制御信号により内蔵するモータが制御され、弁角度（弁位置）が連続して可変制御される。これにより、制御信号に対応した冷媒流量が設定される。
【００２９】
図３は、第一制御弁部３及び第二制御弁部８を制御する制御部４を抽出して示す。したがって、この制御部４と冷凍サイクルシステムＣが本実施形態に係る制御装置１を構成する。図３中、７１はコントローラであり、各種制御処理及び演算処理等を行うコンピューティング機能を有する。コントローラ７１には設定部７２を接続し、この設定部７２を用いて設定温度等の温度設定や試験時間等の時間設定をはじめ、各種設定を行うことができる。また、コントローラ７１には制御基板７３を接続する。この制御基板７３にはコントローラ７１から各種指令が付与される。これにより、制御基板７３は各種指令に従って制御信号を出力し、この制御信号は各電動制御弁Ｖｃ…に付与される。この制御基板７３は、温度の制御基板であり、第一膨張弁（電子膨張弁）３３と第二膨張弁（電子膨張弁）３４にもこの制御基板７３から制御信号が付与される。さらに、前述した槽吹出口１９ｅに配設した槽吹出温度センサ２１はコントローラ７１に接続する。これにより、槽吹出温度センサ２１により検出される槽吹出温度Ｔｄは、コントローラ７１から制御基板７３にも付与される。一方、各電動制御弁Ｖｃ…には、電磁開閉弁Ｖｘ…をそれぞれ直列に接続した。これにより、コントローラ７１から各電磁開閉弁Ｖｘ…には切換信号が付与される。
【００３０】
次に、本実施形態に係る制御装置１の全体の動作（機能）について、図１〜図４を参照して説明する。
【００３１】
図４は、温度の制御パターン（制御モード）の一例を示し、Ｑｉは、時間〔Ｈ〕に対する槽吹出温度〔℃〕の変化特性を示す。今、恒温槽Ｍは停止状態にあり、図４に示す制御パターンに従って温度制御を行う場合を想定する。なお、設定時の制御パターンの図示は省略した。
【００３２】
まず、閉側に切換わっている電磁開閉弁Ｖｘ…は全て開側に切換えられる。そして、最初の設定温度は−４０〔℃〕のため、予め設定された出力条件により、第一冷凍サイクルＣｆ（冷却側）における各第一単制御弁３ａ，３ｂの開度が概ね７０〜８０〔％〕にセットされるとともに、第二冷凍サイクルＣｓ（再熱側）における各第二単制御弁８ａ，８ｂの開度が概ね２０〜３０〔％〕にセットされる。この場合、第一単制御弁３ａ，３ｂの開度と第二単制御弁８ａ，８ｂの開度は、両者を合わせて１００〔％〕になるようにセットされる。また、制御基板７３では、槽吹出温度センサ２１により検出される槽吹出温度Ｔｄが設定温度（−４０〔℃〕）になるようにフィードバック制御が行われる。この場合、温度に対する通常のフィードバックバック制御も行われるため、他の制御対象（第一膨張弁３３等）も同時に制御される。
【００３３】
これにより、槽吹出温度Ｔｄが低下し、−４０〔℃〕に近付けば、各第一単制御弁３ａ，３ｂの開度は徐々に絞られるとともに、各第二単制御弁８ａ，８ｂの開度は徐々に開かれる。そして、−４０〔℃〕に到達し、槽吹出温度Ｔｄが安定すれば、通常のフィードバック制御に移行する。即ち、第一膨張弁３３等を制御する温度のフィードバック制御が行われる。
【００３４】
この場合、本実施形態に係る制御装置１では、第一冷凍サイクルＣｆ（冷却側）の第一冷媒循環回路Ｃｃｆに接続した第一制御弁部３を、二つの第一単制御弁３ａ，３ｂを並列に接続して構成するため、第一冷凍サイクルＣｆが大型であっても、第一制御弁部３に要求される大流量（最大能力）を十分に確保できるとともに、小流量の制御領域における冷媒流量（温度）を制御する場合であっても、小流量に適した第一単制御弁３ａ…により安定に制御することができ、もって、小流量から大流量の全制御領域における冷媒流量（温度）を安定かつ高精度に制御することができる。特に、図９に示した背景技術による場合、即ち、単一制御弁を用いた場合には、制御の振幅（ディファレンシャル）ΔＴｄが大きくかつ不安定な状態になるが、図４に示すように、本実施形態に係る制御装置１を用いた場合には、制御の振幅が極めて小さくなり、安定かつ高精度の制御を実現できる。
【００３５】
このことは、第二冷凍サイクルＣｓ（再熱側）でも同様である。即ち、第二冷凍サイクルＣｓの第二冷媒循環回路Ｃｃｓに接続した第二制御弁部８を、二つの第二単制御弁８ａ，８ｂを並列に接続して構成するため、第二冷凍サイクルＣｓが大型であっても、第二制御弁部８に要求される大流量（最大能力）を十分に確保できるとともに、小流量の制御領域における冷媒流量（温度）を制御する場合であっても、小流量に適した第二単制御弁８ａ…により安定に制御することができ、もって、小流量から大流量の全制御領域における冷媒流量（温度）を安定かつ高精度に制御することができる。
【００３６】
他方、図４において、ｔ１時点に達すれば、設定温度が−３０〔℃〕となるため、予め設定された出力条件に基づいて第一冷凍サイクルＣｆの各第一単制御弁３ａ，３ｂの開度が概ね６０〜７０〔％〕にセットされるとともに、第二冷凍サイクルＣｓの各第二単制御弁８ａ，８ｂの開度が概ね３０〜４０〔％〕にセットされ、上述した制御と同様の制御が行われる。さらに、図４に示すｔ２時点に達すれば、設定温度が−２５〔℃〕となり、ｔ３時点に達すれば、設定温度が−２０〔℃〕となるため、これらの場合にも同様の制御が行われる。
【００３７】
これに対して、低温域の状態から常温まで戻したい場合には、設定温度として、例えば、２０〔℃〕が設定され、この場合、予め設定された出力条件に従って、第二冷凍サイクルＣｓ（再熱側）の各第二単制御弁８ａ，８ｂの開度が概ね７０〜８０〔％〕にセットされるとともに、第一冷凍サイクルシＣｆ（冷却側）の各第一単制御弁３ａ，３ｂの開度が概ね２０〜３０〔％〕にセットされる。なお、第一単制御弁３ａ，３ｂの開度と第二単制御弁８ａ，８ｂの開度が合わせて１００〔％〕にセットされる点は前述したとおりである。これにより、再熱側の出力が相対的に大きくなり、槽内が加熱されることにより速やかに常温に復帰させることができる。この場合も槽吹出温度Ｔｄが上昇し、常温付近に近付けば、各第二単制御弁８ａ，８ｂの開度は徐々に絞られるとともに、各第一単制御弁３ａ，３ｂの開度は徐々に開かれて常温に達するが、制御の振幅は極めて小さくなり、安定かつ高精度の制御を実現できる。
【００３８】
次に、本発明の変更実施形態に係る制御装置１について、図５〜図８を参照して説明する。
【００３９】
図５及び図６は、第一制御弁部３を構成する第一単制御弁３ａ…（第二制御弁部８側も同じ）の変更例を示す。前述した図１の第一制御弁部３は、二つの第一単制御弁３ａ，３ｂを、同一の大きさの電動制御弁Ｖｃ，Ｖｃにより構成したが、図５に示す第一制御弁部３は、異なる大きさの電動制御弁、即ち、比較的大型の電動制御弁Ｖｃｍと比較的小型の電動制御弁Ｖｃｓを並列に接続して構成したものである。これにより、制御モードのバリエーションを広げることができ、様々な制御モード（制御パターン）、更には各制御モードにおける制御の最適化を容易に実現できる。
【００４０】
例示の場合、槽吹出温度Ｔｄｓを、常温から−４０〔℃〕の設定温度まで低下させる際に、最初に、両方の電動制御弁Ｖｃｍ，Ｖｃｓを駆動制御して冷却を行い、図６に示す設定温度付近まで低下したなら、大型の電動制御弁Ｖｃｍの開度を固定し、小型の電動制御弁Ｖｃｓのみの制御に切換えることができる。これにより、設定温度までの降下時間がより短くなる降下特性とすることができる。図６に仮想線で示すＴｄｒは、同一の大きさの電動制御弁Ｖｃ，Ｖｃを並列に接続した場合の降下特性を比較可能に示す。その他、図５において、図１と同一部分には同一符号を付してその構成を明確にするとともに、その詳細な説明を省略する。
【００４１】
図７及び図８は、第一制御弁部３を構成する第一単制御弁３ａ…（第二制御弁部８側も同じ）の他の変更例をそれぞれ示す。図１及び図５は、二つの第一単制御弁３ａ，３ｂを用いた例を示したが、図７及び図８は、三つの第一単制御弁３ａ，３ｂ，３ｃを用いたものであり、図７は、同一の大きさの電動制御弁Ｖｃ…を三つ並列に接続して構成した場合を示すとともに、図８は、異なる大きさの電動制御弁、即ち、比較的小型の電動制御弁Ｖｃｓと、比較的大型の電動制御弁Ｖｃｍと、各電動制御弁ＶｃｓとＶｃｍの中間の大きさの電動制御弁Ｖｃｉとを並列に接続して構成した場合を示す。このように、第一制御弁部３を構成するに際して、使用する第一単制御弁３ａ…の数量及び大きさは任意に組合わせることができる。その他、図７及び図８において、図１及び図５と同一部分には同一符号を付してその構成を明確にするとともに、その詳細な説明を省略する。
【００４２】
以上、好適実施形態（変更実施形態）について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，素材，数量，数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。
【００４３】
例えば、恒温槽Ｍは、例示のタイプに限定されるものではなく、各種タイプの恒温槽に適用できるとともに、基本的には、冷凍サイクルＣｆに制御弁部３を備える各種冷熱機器に対して恒温槽Ｍと同様に適用することができる。また、第一冷凍サイクルＣｆ及び第二冷凍サイクルＣｓを含む冷凍サイクルシステムＣを例示したが、第一冷凍サイクルＣｆのみの場合或いは第二冷凍サイクルＣｓのみの場合であっても同様に適用できる。さらに、各第一単制御弁３ａ，３ｂ…（各第二単制御弁８ａ，８ｂ…）は、同時に駆動制御してもよいし、一又は二以上を選択して駆動制御してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明に係る制御装置は、恒温槽をはじめ、冷凍サイクルの冷媒循環回路に接続し、冷媒の流量を制御する制御弁部を備える各種冷熱機器にも同様に利用できる。
【符号の説明】
【００４５】
１：制御装置，２：冷却器，３：制御弁部（第一制御弁部），３ａ，３ｂ…：単制御弁（第一単制御弁），４：制御部，５：圧縮機，６：凝縮器，７：再熱器，８：第二制御弁部，８ａ，８ｂ…：第二単制御弁，Ｋ：冷媒，Ｍ：恒温槽，Ｃ：冷凍サイクルシステム，Ｃｆ：冷凍サイクル（第一冷凍サイクル），Ｃｃｆ：冷媒循環回路（第一冷媒循環回路），Ｃｃ：第二冷凍サイクル，Ｃｃｓ：第二冷媒循環回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも恒温槽を冷却する冷却器を有する冷凍サイクルの冷媒循環回路に接続した制御弁部と、この制御弁部を駆動制御して冷媒の流量を制御する制御部とを備える恒温槽の制御装置において、前記冷凍サイクル（第一冷凍サイクル）の冷媒循環回路（第一冷媒循環回路）に接続した前記制御弁部（第一制御弁部）を複数の単制御弁（第一単制御弁）を並列に接続して構成するとともに、前記複数の第一単制御弁を同時に、又は前記複数の第一単制御弁の一又は二以上を選択して、駆動制御する機能を有する制御部を備えてなることを特徴とする恒温槽の制御装置。
【請求項２】
前記複数の第一単制御弁は、同一の大きさ又は異なる大きさの単制御弁を組合わせることを特徴とする請求項１記載の恒温槽の制御装置。
【請求項３】
前記第一冷媒循環回路に接続した圧縮機を用いることにより構成した第二冷媒循環回路を有する第二冷凍サイクルを設けることにより、前記第一冷凍サイクル及び前記第二冷凍サイクルを含む冷凍サイクルシステムを構成するとともに、前記第二冷媒循環回路に接続した凝縮器を用いることにより恒温槽を加熱する再熱器を備えることを特徴とする請求項１記載の恒温槽の制御装置。
【請求項４】
前記第二冷媒循環回路に接続した第二制御弁部を備え、当該第二制御弁部を複数の第二単制御弁を並列に接続して構成するとともに、前記制御部は、前記複数の第二単制御弁を同時に、又は前記複数の第二単制御弁の一又は二以上を選択して、駆動制御する機能を備えることを特徴とする請求項３記載の恒温槽の制御装置。
【請求項５】
前記複数の第二単制御弁は、同一の大きさ又は異なる大きさの単制御弁を組合わせることを特徴とする請求項４記載の恒温槽の制御装置。
【請求項１】
少なくとも恒温槽を冷却する冷却器を有する冷凍サイクルの冷媒循環回路に接続した制御弁部と、この制御弁部を駆動制御して冷媒の流量を制御する制御部とを備える恒温槽の制御装置において、前記冷凍サイクル（第一冷凍サイクル）の冷媒循環回路（第一冷媒循環回路）に接続した前記制御弁部（第一制御弁部）を複数の単制御弁（第一単制御弁）を並列に接続して構成するとともに、前記複数の第一単制御弁を同時に、又は前記複数の第一単制御弁の一又は二以上を選択して、駆動制御する機能を有する制御部を備えてなることを特徴とする恒温槽の制御装置。
【請求項２】
前記複数の第一単制御弁は、同一の大きさ又は異なる大きさの単制御弁を組合わせることを特徴とする請求項１記載の恒温槽の制御装置。
【請求項３】
前記第一冷媒循環回路に接続した圧縮機を用いることにより構成した第二冷媒循環回路を有する第二冷凍サイクルを設けることにより、前記第一冷凍サイクル及び前記第二冷凍サイクルを含む冷凍サイクルシステムを構成するとともに、前記第二冷媒循環回路に接続した凝縮器を用いることにより恒温槽を加熱する再熱器を備えることを特徴とする請求項１記載の恒温槽の制御装置。
【請求項４】
前記第二冷媒循環回路に接続した第二制御弁部を備え、当該第二制御弁部を複数の第二単制御弁を並列に接続して構成するとともに、前記制御部は、前記複数の第二単制御弁を同時に、又は前記複数の第二単制御弁の一又は二以上を選択して、駆動制御する機能を備えることを特徴とする請求項３記載の恒温槽の制御装置。
【請求項５】
前記複数の第二単制御弁は、同一の大きさ又は異なる大きさの単制御弁を組合わせることを特徴とする請求項４記載の恒温槽の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１９０９７７（Ｐ２０１１−１９０９７７Ａ）
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５６９９５（Ｐ２０１０−５６９９５）
【出願日】平成２２年３月１５日（２０１０．３．１５）
【出願人】（０００１０３９２１）オリオン機械株式会社 (450)
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１５日（２０１０．３．１５）
【出願人】（０００１０３９２１）オリオン機械株式会社 (450)
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