DE102014116230B4

DE102014116230B4 - Temperatureinstellvorrichtung

Info

Publication number: DE102014116230B4
Application number: DE102014116230.7A
Authority: DE
Inventors: c/o SMC Corporation Nakajima Tadao
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2013-11-07
Filing date: 2014-11-07
Publication date: 2023-12-21
Anticipated expiration: 2034-11-08
Also published as: DE102014116230A1; JP2015091214A; US20150121899A1; KR20150053252A; CN104635784A; US9759458B2; TW201525640A; KR102232186B1; CN104635784B; JP5963092B2; TWI641938B

Abstract

Eine Temperatureinstellvorrichtung (10) zum Einstellen einer Temperatur eines gesteuerten Objektes (18) mithilfe eines Peltierelements (12), umfassend:eine Antriebsschaltung (66), die dazu ausgestaltet ist, das Peltierelement (12) mit einem gewünschten Output anzutreiben;einen Zustandsdetektor (70), der dazu ausgestaltet ist, einen elektrischen Zustand des Peltierelements (12) zu erfassen, undeine Steuerschaltung (58), die dazu ausgestaltet ist, einen gewünschten Output auf der Basis wenigstens des elektrischen Zustands des Peltierelements (12) zu berechnen, eine Steuergröße zum Antreiben des Peltierelements (12) mit dem gewünschten Output festzulegen und die Antriebsschaltung (66) mit der Steuergröße zu steuern,eine Parametereinstelleinheit (56), die dazu ausgestaltet ist, einen Parameter, der sich auf den Betrieb des Peltierelements (12) bezieht, einzustellen,einen Temperatursensor (36), welcher die Temperatur des Steuerobjektes (18) erfasst, undeinen Temperaturregler (54), welcher eine Stellgröße an die Steuerschaltung (58) ausgibt, um die Temperatur des Steuerobjekts (18) auf eine gewünschte Temperatur einzustellen,wobei die Antriebsschaltung (66) eine Gleichstromquelle (62) aufweist, die dafür sorgt, dass ein Gleichstrom zu dem Peltierelement (12) fließt, indem eine Gleichspannung als Output auf das Peltierelement (12) aufgebracht wird,wobei die Gleichstromquelle (62) eine variable Stromquelle ist, bei welcher ein Wert des Gleichstroms durch Änderung eines Werts der Gleichspannung geändert werden kann,wobei die Steuerschaltung (58) eine variable Steuerung durchführt, indem die Gleichstromquelle (62) gesteuert wird, wodurch der Wert der Gleichspannung und der Wert des Gleichstroms entsprechend der Steuergröße auf gewünschte Werte geändert werden,wobei der elektrische Zustand des Peltierelements (12) durch die Gleichspannung, den Gleichstrom und eine elektromotorische Kraft des Peltierelements (12) definiert wird,wobei der Zustandsdetektor (70) eine Spannungsdetektionsschaltung (48), die dazu ausgestaltet ist, die Gleichspannung zu erfassen, eine Stromdetektionsschaltung (46), die dazu ausgestaltet ist, den Gleichstrom zu erfassen, und eine Detektionsschaltung (52) für elektromotorische Kraft, die dazu ausgestaltet ist, die elektromotorische Kraft zu erfassen, aufweist,wobei die Parametereinstelleinheit (56) einen Grenzwert des Temperatureinstellvermögens zur Begrenzung des Temperatureinstellvermögens des Peltierelements (12) hinsichtlich des Steuerobjektes (18) einstellt,dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (58) die Antriebsschaltung (66) auf der Basis der Stellgröße, des Parameters, der durch die Spannungsdetektionsschaltung (48) detektierten Gleichspannung, des durch die Stromdetektionsschaltung (46) erfassten Gleichstroms und der elektromotorischen Kraft, welche durch die Detektionsschaltung (52) für die elektromotorische Kraft erfasst wurde, steuert, unddass die Steuerschaltung (58) die Gleichspannung und den Gleichstrom außerdem durch Steuerung der Gleichstromquelle (62) auf der Basis des Grenzwertes für das Temperatureinstellvermögen begrenzt.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Temperatureinstellvorrichtung zum Einstellen der Temperatur eines Steuer- oder Regelobjektes mit Hilfe eines Peltierelementes.
Stand der Technik
Bisher ist, wie beispielsweise in dem JP 3660963 B2 beschrieben, eine Temperatureinstellvorrichtung bekannt, welche die Temperatur eines Steuerobjektes mit Hilfe eines Peltierelements einstellt. Bei einer solchen Temperatureinstellvorrichtung erfasst ein Temperatursensor die Temperatur des Steuerobjekts, ein Temperaturregler gibt eine Arbeitsgröße (nachfolgend durchgehend als Stellgröße bezeichnet) zum Einstellen der erfassten Temperatur auf eine gewünschte Temperatur aus, und eine Antriebsschaltung treibt ein Peltierelement mit einem Output an, der proportional zu (abhängig von) der Stellgröße ist.
In diesem Fall wird in einem Bereich, in dem der Absolutwert der Stellgröße niedrig ist, eine zeitbasierte Proportionalsteuerung (PWM-Steuerung) durchgeführt, bei der eine Pulsspannung mit dem gleichen Spannungswert wiederholt auf das Peltierelement aufgebracht wird. Dagegen wird in einem Bereich, in dem der Absolutwert der Stellgröße hoch ist, eine variable Spannungssteuerung durchgeführt, bei der eine Gleichspannung, deren Größe eingestellt werden kann, kontinuierlich auf das Peltierelement aufgebracht wird.
JP 2005- 273 920 A offenbart eine Temperatureinstellvorrichtung zum Einstellen einer Temperatur eines Regelobjekts durch ein Peltierelement mit einer Antriebsschaltung, einem Zustandsdetektor und einer Steuerschaltung. Außerdem weist die Temperatureinstellvorrichtung über Pulsweitenmodulation geregelte variable Stromquelle auf.
JP 2000- 353 830 A offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines Peltierelements durch Versorgung des Peltierelements mit DC-Strom, welcher von einer Quelle bereitgestellt wird. Die Versorgung wird durch eine Steuerschaltung mit einer Antriebsschaltung geregelt, wobei die Steuerschaltung einen Grenzwert für die Temperatureinstellung, der von einer Parametereinstelleinheit vorgegeben wird, berücksichtigt.
Zusammenfassung der Erfindung
Auf diese Weise wird bei dem Stand der Technik die Temperatur des Steuerobjekts zu dem Temperaturregler zurückgeführt und die Temperatur des Steuerobjekts so gesteuert, dass sie eine gewünschte Temperatur annimmt.
Bei dem Stand der Technik wird aber keine Temperatursteuerung durchgeführt, die den elektrischen Zustand des Peltierelements berücksichtigt (das heißt die Gleichspannung und den Gleichstrom, die auf das Peltierelement aufgebracht werden, die elektromotorische Kraft zwischen einer heizenden Seite und einer Wärme absorbierenden Seite des Peltierelements). Wird eine Temperatursteuerung durchgeführt, bei welcher die maximalen Standardwerte des Peltierelements (zulässige Werte für die Gleichspannung, dem Gleichstrom und die elektromotorische Kraft) überschritten werden, können hierdurch die Fähigkeiten und die Leistungen des Peltierelements beeinträchtigt werden, oder das Peltierelement kann beschädigt werden.
Daher wird herkömmlicherweise die Temperatureinstellvorrichtung auf der Basis von Standardwerten gestaltet, die so gewählt werden, dass sie niedriger sind als die maximalen Standardwerte, die von dem Hersteller des Peltierelements empfohlen werden. Da in diesem Fall die Nutzung nicht bis zu diesen maximalen Standardwerten erfolgt, ist es schwierig, das Temperatureinstellvermögen (das heißt die Heizkapazität und die Kühlkapazität für das Steuerobjekt) der Temperatureinstellvorrichtung im Hinblick auf das Steuerobjekt in maximal verfügbarerem Maße auszunutzen.
Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, die oben beschriebenen Probleme zu lösen, und hat die Aufgabe, eine Temperatureinstellvorrichtung vorzuschlagen, welche das Temperatureinstellvermögen verbessern kann, ohne die Leistung des Peltierelements zu verschlechtern oder dieses zu beschädigen.
Diese Aufgabe wird durch die Temperatureinstellvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind aus den abhängigen Ansprüchen ersichtlich.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Temperatureinstellvorrichtung zum Einstellen der Temperatur eines Steuerobjektes mit Hilfe eines Peltierelementes und umfasst eine Antriebsschaltung, einen Zustandsdetektor und eine Steuerschaltung. Die Antriebsschaltung treibt das Peltierelement mit einem gewünschten Output an. Der Zustandsdetektor erfasst einen elektrischen Zustand des Peltierelements. Die Steuerschaltung berechnet einen gewünschten Output auf der Basis wenigstens des elektrischen Zustands des Peltierelements, bestimmt eine Steuergröße zum Antreiben des Peltierelements mit dem gewünschten Output und steuert die Antriebsschaltung mit der Steuergröße.
In der oben beschriebenen Weise berechnet die Steuerschaltung den gewünschten Output durch Extraktion wenigstens des elektrischen Zustands des Peltierelements und führt eine Steuerung zur Steuerung der Antriebsschaltung mit der Steuergröße auf der Basis des berechneten gewünschten Outputs durch. Das bedeutet, dass bei der Steuerschaltung eine Steuerung (Regelung) eingesetzt wird, bei welcher sich der elektrische Zustand an dem Peltierelement widerspiegelt. Im Vergleich zu dem Stand der Technik, bei dem eine Steuerung (bei der sich der elektrische Zustand nicht widerspiegelt, das heißt eine Steuerung mit offenem Regelkreis) eingesetzt wird, bei welcher der elektrische Zustand des Peltierelements nicht berücksichtigt wird, kann mit der vorliegenden Erfindung eine Verschlechterung der Leistung und ein Ausfall des Peltierelements vermieden werden. Da es mit der vorliegenden Erfindung möglich ist, die Temperatureinstellvorrichtung bis zu dem maximalen Standardwert des Peltierelements zu betreiben, kann somit das Temperatureinstellvermögen (das heißt die Heizkapazität und die Kühlkapazität für das Steuerobjekt) der Temperatureinstellvorrichtung verbessert werden.
Die Antriebsschaltung umfasst eine Gleichstromquelle, die dem Peltierelement einen Gleichstrom zuführt, indem eine Gleichspannung als der Output auf das Peltierelement aufgebracht wird. In diesem Fall wird der elektrische Zustand des Peltierelements durch die Gleichspannung, den Gleichstrom und die elektromotorische Kraft des Peltierelements definiert. Außerdem umfasst der Zustandsdetektor eine Spannungsdetektionsschaltung, die dazu ausgestaltet ist, die Gleichspannung zu erfassen, eine Stromdetektionsschaltung, die dazu ausgestaltet ist, den Gleichstrom zu erfassen, und eine Detektionsschaltung für die elektromotorische Kraft, die dazu ausgestaltet ist, die elektromotorische Kraft zu erfassen.
Mit Hilfe der erfassten Gleichspannung, des Gleichstroms und der elektromotorischen Kraft bestimmt dementsprechend die Steuerschaltung die Steuergröße für die Antriebsschaltung und steuert die Antriebsschaltung und die Steuergrö-ße. Hierdurch können eine passende Gleichspannung und ein passender Gleichstrom von der Gleichstromquelle auf das Peltierelement aufgebracht werden.
Die Gleichstromquelle ist eine variable Stromquelle ist, bei der der Wert des Gleichstroms durch Änderung eines Wertes der Gleichspannung geändert werden kann, wobei die Steuerschaltung eine variable Steuerung durch Steuerung der Gleichstromquelle durchführt, wodurch der Wert der Gleichspannung und der Wert des Gleichstroms auf gewünschte Werte entsprechend der Steuergrö-ße geändert werden. Dementsprechend können in Abhängigkeit von der Steuergröße die Gleichspannung und der Gleichstrom kontinuierlich geändert werden. Außerdem kann die Erzeugung von Stromspitzen, die durch wiederholtes Ein- und Ausschalten wie bei einer PWM-Steuerung bewegt werden, verhindert werden.
Die Temperatureinstellvorrichtung umfasst außerdem eine Parametereinstelleinheit, die dazu ausgestaltet ist, einen Parameter einzustellen, der auf den Betrieb des Peltierelements abgestimmt ist. In diesem Fall steuert die Steuer schaltung die Antriebsschaltung auf der Basis des Parameters, der durch die Spannungsdetektionsschaltung erfassten Gleichspannung, des durch die Stromdetektionsschaltung erfassten Gleichstroms und der elektromotorischen Kraft, die durch die Detektionsschaltung für die elektromotorische Kraft erfasst wird. Dementsprechend kann der Antrieb des Peltierelements optimal durchgeführt werden.
Hierbei sind die Parameter ein maximaler Spannungswert, welcher einem Maximalwert der Gleichspannung, die auf das Peltierelement aufgebracht werden kann, entspricht, ein Stromgrenzwert, der einem Maximalwert des durch das Peltierelement fließenden Gleichstroms entspricht, und ein Temperaturdifferenzgrenzwert, der einem erlaubten Wert einer Temperaturdifferenz zwischen einer Wärme absorbierenden Seite und einer Wärme abstrahlenden Seite des Peltierelements entsprechend der elektromotorischen Kraft entspricht.
Außerdem umfasst die Steuerschaltung eine Temperaturdifferenzkonvertierungseinheit, welche die von der Detektionsschaltung für die elektromotorische Kraft erfasste elektromotorische Kraft in eine Temperaturdifferenz umwandelt. In diesem Fall wird die Antriebsschaltung auf der Basis eines Vergleichs zwischen dem maximalen Spannungswert und der Gleichspannung, die von der Spannungsdetektionsschaltung erfasst wird, eines Vergleichs zwischen dem Stromgrenzwert und dem Gleichstrom, der von der Stromdetektionsschaltung erfasst wird, und eines Vergleichs zwischen dem Temperaturdifferenzgrenzwert und der Temperaturdifferenz, die durch die Temperaturdifferenzkonvertierungseinheit umgewandelt wird, gesteuert.
Wenn die Gleichspannung den maximalen Spannungswert überschreitet, der Gleichstrom den maximalen Stromgrenzwert überschreitet, oder die Temperaturdifferenz den Temperaturdifferenzgrenzwert überschreitet, besteht die Befürchtung, dass die Leistung des Peltierelements beeinträchtigt werden kann, oder dass das Peltierelement beschädigt werden kann. Durch Steuerung der Antriebsschaltung auf der Basis von Vergleichen mit dem maximalen Spannungswert, dem Stromgrenzwert und dem Temperaturdifferenzgrenzwert kann das Peltierelement bis zu seinen maximalen Standardwerten (dem maximalen Spannungswert, dem Stromgrenzwert und dem Temperaturdifferenzgrenzwert) betrieben werden, ohne dass eine Beeinträchtigung oder eine Beschädigung des Peltierelements bewirkt würde. Hierdurch können die Heizkapazität und die Kühlkapazität der Temperatureinstellvorrichtung bis zu ihrem maximalen Wert ausgeschöpft werden, und das Temperaturmanagement (Monitoring) des Steuerobjektes kann optimal durchgeführt werden.
Im Einzelnen wird in einem Fall, wenn eine Gleichspannung von der Gleichstromquelle auf das Peltierelement aufgebracht wird und wenn der von der Stromdetektionsschaltung detektierte Gleichstrom den Stromgrenzwert überschreitet, die Steuerung der Gleichstromquelle von einer variablen Spannungssteuerung, die dazu ausgestaltet ist, einen Wert der Gleichspannung zu variieren, auf einen Konstantstrombetrieb umgeschaltet, in dem der Wert der Gleichspannung auf einem festgelegten Wert gehalten wird, während der Gleichstrom auf dem Stromgrenzwert gehalten wird. Wenn andererseits der von der Gleichstromdetektionsschaltung erfasste Gleichstrom kleiner oder gleich dem Stromgrenzwert wird, so wird die Steuerung der Gleichstromquelle wieder von dem Konstantstrombetrieb zu der variablen Spannungssteuerung umgeschaltet.
Das Peltierelement weist Eigenschaften auf, wonach sich beispielsweise verbunden mit einer Temperaturdifferenz zwischen einer Wärme absorbierenden Seite und einer Wärme abstrahlenden Seite der Widerstandswert und die Wärmeaufnahmemenge (elektromotorische Kraft) des Peltierelements ändern. Auch wenn die gleiche Spannung auf das Peltierelement aufgebracht wird, können daher aufgrund des Temperaturzustandes des Peltierelements Fälle auftreten, bei denen der Gleichstrom den maximalen Standardwert (den Stromgrenzwert) überschreitet. Wie oben beschrieben wurde, kann dementsprechend in dem Fall, dass ein den Stromgrenzwert überschreitender Gleichstrom fließt, durch Umschalten auf den Konstantstrombetrieb eine Verschlechterung der Leistung oder eine Beschädigung des Peltierelements wirksam vermieden werden. Wenn der Gleichstrom auf einen Wert verringert wird, der kleiner oder gleich dem Stromgrenzwert ist, kann außerdem durch Rückkehr von dem Konstantstrombetrieb zu der variablen Spannungssteuerung die originale Steuerung schnell wiederhergestellt werden.
In dem Fall, dass die Temperaturdifferenz, die durch die Temperaturdifferenzkonvertierungseinheit umgewandelt wurde, den Temperaturdifferenzgrenzwert überschritten hat, steuert außerdem die Steuerschaltung die Gleichstromquelle so, dass die Temperaturdifferenz wieder kleiner oder gleich dem Temperaturdifferenzgrenzwert wird, und der Wert der Gleichspannung wird verringert. Dementsprechend kann eine Verringerung der Leistung oder eine Beschädigung des Peltierelements durch einen Temperaturanstieg über den Temperaturdifferenzgrenzwert zuverlässig vermieden werden.
Wenn aber die Gleichstromquelle so gesteuert wird, dass die Temperaturdifferenz kleiner oder gleich dem Temperaturdifferenzgrenzwert wird, die Temperaturdifferenz aber weiterhin ansteigt, unterbricht die Steuerschaltung das Aufbringen der Gleichspannung von der Gleichstromquelle auf das Peltierelement. Herkömmlicherweise wird in dem Fall, dass das Peltierelement in einen Hochtemperaturstatus versetzt wird, das Aufbringen einer Gleichspannung unterbrochen, indem ein solcher Hochtemperaturstatus mit Hilfe eines Thermostaten oder dergleichen erfasst wird. Da bei der vorliegenden Erfindung aber die Temperaturdifferenz überwacht wird, kann das Aufbringen der Gleichspannung schon vor dem Auftreten eines Fehlers in dem Peltierelement unterbrochen werden.
Außerdem kann die Antriebsschaltung eine Polaritätsumkehrschaltung aufweisen, welche die Polarität des Gleichspannungsausgangs von der Gleichstromquelle umschaltet und eine Gleichspannung mit umgeschalteter Polarität auf das Peltierelement aufbringt. Wenn in diesem Fall die Polarität der Gleichspannung, die auf das Peltierelement aufgebracht wird, durch die Polaritätsumkehrungsschaltung geschaltet wird, führt die Steuerschaltung eine Konstantstromsteuerung durch, um den Gleichstrom auf einem festen Wert zu halten, und steuert die Gleichstromquelle so, dass eine Zeitkonstante des Gleichstroms länger wird. Dementsprechend kann ein Ausfall oder eine Verschlechterung der Leistung des Peltierelements durch die Generierung eines zu hohen Stroms bei jeder Umschaltung der Polarität verhindert werden.
Außerdem weist die Temperatureinstellvorrichtung einen Temperatursensor auf, der die Temperatur des Steuerobjekts erfasst, und einen Temperaturregler, der eine Stellgröße zum Einstellen der Temperatur des Steuerobjekts auf eine gewünschte Temperatur an die Steuerschaltung ausgibt. In diesem Fall stellt die Parametereinstelleinheit einen Grenzwert des Temperatureinstellvermögens ein, um das Temperatureinstellvermögen des Peltierelements im Hinblick auf das Steuerobjekt zu begrenzen. Die Steuerschaltung limitiert die Gleichspannung und den Gleichstrom durch Steuerung der Antriebsschaltung auf der Basis der Stellgröße, des Parameters, der Gleichspannung, des Gleichstroms und der elektromotorischen Kraft und außerdem durch Steuerung der Gleichstromquelle auf der Basis des Begrenzungswertes für das Temperatureinstellvermögen.
In der oben beschriebenen Weise ist die Gleichstromquelle eine variable Stromquelle, mit der die Größe der auf das Peltierelement aufgebrachten Gleichspannung beliebig eingestellt werden kann und welche den Strom, der zu dem Peltierelement fließt, ändern kann. Durch Einstellen der Gleichspannung und des Gleichstroms können daher die Heizkapazität und die Kühlkapazität des Peltierelements frei geändert werden.
Indem wie oben beschrieben der Begrenzungswert für das Temperatureinstellvermögen eingestellt und ein Stromsparvorgang durchgeführt wird, bei welchem die Gleichspannung und der Gleichstrom auf der Basis des eingestellten Begrenzungswertes für die Temperatureinstellfähigkeit limitiert werden, kann somit eine Verringerung des Stromverbrauchs (Energieeinsparung) der Temperatureinstellvorrichtung realisiert werden.
Wenn in diesem Fall die Steuerschaltung einen Outputbereich der Gleichspannung relativ zu der Stellgröße auf der Basis des Begrenzungswertes des Temperatureinstellvermögens begrenzt, kann der maximale Stromverbrauch der Temperatureinstellvorrichtung verringert werden.
Außerdem kann die Steuerschaltung die Gleichspannung und den Gleichstrom limitieren, bis die Temperatur des Steuerobjekts eine vorbestimmte Temperatur entsprechend dem Begrenzungswert des Temperatureinstellvermögens erreicht. Wenn dagegen die Temperatur des Steuerobjekts die vorbestimmte Temperatur erreicht, kann die Begrenzung der Gleichspannung und des Gleichstroms beendet werden.
In dem Fall, dass die aktuelle Temperatur des Peltierelements von der eingestellten Temperatur abweicht, beispielsweise beim Anfahren der Temperatureinstellvorrichtung oder dann, wenn die eingestellte Temperatur durch die Parametereinstelleinheit modifiziert wird, etc., wird dementsprechend das Temperatureinstellvermögen begrenzt, während sich die Temperatur des Peltierelements mit der Zeit ändert, bis die eingestellte Temperatur erreicht ist. Wenn die Temperatur des Peltierelements die eingestellte Temperatur erreicht und stabilisiert ist, wird die Begrenzung des Temperatureinstellvermögens beendet. Dadurch ist es möglich, während Zeiten, in denen die Temperatur des Peltierelements erhöht und abgesenkt wird, eine Energieeinsparung zu realisieren.
Außerdem kann die Steuerschaltung eine Fehlerdetektionseinheit aufweisen, die auf der Basis einer Temperaturdifferenz zwischen einer Wärme absorbierenden Seite und einer Wärme abstrahlenden Seite des Peltierelements entsprechend der elektromotorischen Kraft beurteilt, dass das Peltierelement beschädigt ist, wenn der Wert des Gleichstroms, der durch die Stromdetektionsschaltung erfasst wird, von charakteristischen Werten der Gleichspannung und des Gleichstroms abweicht. Dementsprechend kann ein Fehler des Peltierelements schnell und zuverlässig erfasst werden. Indem auf diese Weise die Fehlerdetektionseinheit in der Steuerschaltung vorgesehen wird, kann die Fehlerdetektionseinheit anhand der Gleichspannung, die durch die Spannungsdetektionsschaltung erfasst wird, feststellen, ob ein Fehler bei dem Output (Gleichspannung) der Gleichstromquelle aufgetreten ist (ob ein Ausfall der Gleichstromquelle aufgetreten ist oder nicht). Außerdem kann die Fehlerdetektionseinheit die Gleichspannung, die durch die Spannungsdetektionsschaltung erfasst wird, mit der elektromotorischen Kraft vergleichen, welche durch die Detektionsschaltung für die elektromotorische Kraft erfasst wird, und kann beurteilen, ob in der Polaritätsumkehrschaltung ein Fehler aufgetreten ist oder nicht.
Außerdem kann die elektromotorische Kraft in der folgenden Weise erfasst werden. Die Steuerschaltung führt die Erfassung der elektromotorischen Kraft durch die Detektionsschaltung für die elektromotorische Kraft in einem Zeitband durch, in welchem das Aufbringen der Gleichspannung auf das Peltierelement von der Gleichstromquelle zeitweise unterbrochen ist. Nach Abschluss der Detektion der elektromotorischen Kraft wird die Gleichspannung wieder von der Gleichspannungsquelle auf das Peltierelement aufgebracht. Außerdem ist in einem Fall, dass das Aufbringen der Gleichspannung und die Detektion der elektromotorischen Kraft abwechselnd durchgeführt werden, eine Detektionszeit der elektromotorischen Kraft kürzer als eine Zeit, während der die Gleichspannung aufgebracht wird.
Dementsprechend können der Einfluss der Wärme der Wärme absorbierenden Seite und der Wärme abstrahlenden Seite des Peltierelements und der Einfluss der Temperaturänderung des Steuerobjekts ausgeschlossen werden, so dass die elektromotorische Kraft korrekt gemessen werden kann.
Wenn die Detektionsschaltung für die elektromotorische Kraft eine Diodenbrückenschaltung ist, ist es außerdem in dem Fall, dass die Richtung (Polarität) der elektromotorischen Kraft des Peltierelements geändert wird, möglich, die elektromotorische Kraft aller Polaritäten zu messen.
Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich noch deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beispielhaft dargestellt ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist ein Blockdiagramm einer Temperatureinstellvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Strukturblockdiagramm, das das Heizen und Kühlen einer zirkulierenden Flüssigkeit durch die Temperatureinstellvorrichtung gemäß 1 zeigt.
3 ist ein Schaltdiagramm, das die Messung einer elektromotorischen Kraft durch eine Detektionseinheit für die elektromotorische Kraft gemäß 1 zeigt.
4 ist ein Zeitdiagramm, das eine Beziehung zwischen der Aufbringungszeit einer aufgebrachten Spannung und einer Messzeit der elektromotorischen Kraft zeigt.
5 ist ein Schaltdiagramm, das die Prinzipien der Wärmestrahlung und Wärme absorption, die durch das Peltierelement gemäß 1 durchgeführt werden, zeigt.
6 ist ein Schaltdiagramm, das einen Zustand zeigt, bei dem mehrere Peltierelemente verbunden sind.
7 ist ein Blockdiagramm, das Steuerungen zeigt, die beim Stand der Technik bei einem Peltierelement durchgeführt werden.
8 ist ein Blockdiagramm, das Steuerungen zeigt, die durch die Temperatureinstellvorrichtung gemäß 1 bei dem Peltierelement durchgeführt werden.
9 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Stellgröße und einem Output zeigt.
10 ist ein Zeitdiagramm, das eine aufgebrachte Spannung zeigt, die bei einer PWM-Steuerung generiert wird.
11 ist ein Diagramm, das eine auf die aufgebrachte Spannung vorgegebene Begrenzung zeigt.
12 ist ein Zeitdiagramm, das die auf die zugeführte Spannung aufgebrachte Begrenzung zeigt.
13 ist ein Zeitdiagramm, das beim Stand der Technik zeitliche Änderungen einer Stellgröße, einer aufgebrachten Spannung und eines aufgebrachten Stromes zu einer Zeit zeigt, wenn dessen Polarität umgeschaltet wird.
14 ist ein Zeitdiagramm, das zeitliche Änderungen einer Stellgröße, einer aufgebrachten Spannung und eines aufgebrachten Stromes zu einer Zeit zeigt, wenn deren Polarität bei einem Stromsteuerungsverfahren umgeschaltet wird.
15 ist ein Zeitdiagramm, das zeitliche Änderungen einer Stellgröße, einer aufgebrachten Spannung und eines aufgebrachten Stromes zu einer Zeit zeigt, wenn deren Polarität gemäß der vorliegenden Erfindung umgeschaltet wird.
16 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Heizkapazität und der Kühlkapazität sowie den Stromverbrauch der Temperatureinstellvorrichtung gemäß 1 zeigt.
17 ist ein Zeitdiagramm, das Unterschiede zwischen einer PWM-Steuerung und der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
18 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Energieeinsparung zeigt, und
19 ist ein Zeitdiagramm, das ein weiteres Beispiel für Energieeinsparung zeigt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Eine bevorzugte Ausführungsform einer Temperatureinstellvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
[Aufbau der vorliegenden Ausführungsform]
Eine Temperatureinstellvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wie sie in den 1 und 2 gezeigt ist, umfasst eine Vorrichtung zum Einstellen der Temperatur einer zirkulierenden Flüssigkeit 18 auf eine gewünschte Temperatur durch Heizen oder Kühlen der zirkulierenden Flüssigkeit 18, die als ein Steuerobjekt dient, mittels einer Temperatureinstelleinheit 16, die ein Peltierelement 12 und Wärmetauscheinheiten 14a, 14b aufweist.
Als ein Beispiel ist in 2 ein Fall dargestellt, bei dem mit der zirkulierenden Flüssigkeit 18 eine Kühlung im Hinblick auf Wärme durchgeführt wird, die durch eine Last 20 generiert wird, beispielsweise eine Halbleiterherstellvorrichtung oder dergleichen zur Durchführung eines festgelegten Verfahrens an einem Halbleiterwafer. Im Einzelnen sind zwischen der Temperatureinstellvorrichtung 10 und der Last 20 eine Zufuhrleitung 22, über welche die zirkulierende Flüssigkeit 18, die Wärme von der Last 20 absorbiert hat, in die Temperatureinstellvorrichtung 10 eingeführt wird, und eine Ausgangsleitung 24 angeschlossen, über welche die zirkulierende Flüssigkeit 18 nach deren Abkühlung in der Temperatureinstellvorrichtung 10 wieder der Last 20 zugeführt wird. Die Temperatur im Inneren der Last 20 wird durch einen Temperatursensor 26 erfasst.
Ein Tank 28 und eine Pumpe 30 sind innerhalb der Temperatureinstellvorrichtung 10 vorgesehen. Der Tank 28 speichert die zirkulierende Flüssigkeit 18, die von der Last 20 über die Zufuhrleitung 22 der Temperatureinstellvorrichtung 10 zugeführt wurde, zeitweise. Die Pumpe 30 liefert die in dem Tank 28 gespeicherte zirkulierende Flüssigkeit 18 an die Temperatureinstelleinheit 16. Die Temperatureinstelleinheit 16 wird durch ein Peltierelement 12 gebildet, das zwischen zwei plattenähnlichen Wärmetauscheinheiten 14a, 14b angeordnet ist, wobei die zirkulierende Flüssigkeit 18 einer der Wärmetauscheinheiten 14a zugeführt wird. Die Temperatur der zugeführten zirkulierenden Flüssigkeit 18, die der Wärmetauscheinheit 14a über die Pumpe 30 von dem Tank 28 zugeführt wird, wird durch einen Temperatursensor 32 erfasst.
Durch Antreiben des Peltierelements 12 in der Temperatureinstelleinheit 16 wirkt eine der Wärmetauscheinheiten 14a als eine Wärme absorbierende Seite (oder eine Heizseite), während die andere Wärmetauscheinheit 14b als eine Wärme abstrahlende Seite (oder eine Kühlseite) wirkt. Die Wärme der zirkulierenden Flüssigkeit 18, die der Wärmetauscheinheit 14a zugeführt wird, wird von der Wärmetauscheinheit 14a über das Peltierelement 12 an die andere Wärmetauscheinheit 14b übertragen. Ein luftgekühlter oder wassergekühlter Wärme abstrahlmechanismus 34 ist mit der Wärmetauscheinheit 14b verbunden. Die Wärme, die zu der Wärmetauscheinheit 14b übertragen wird, wird durch den Wärme abstrahlmechanismus 34 nach außen abgestrahlt und dissipiert.
Auf diese Weise wird die zirkulierende Flüssigkeit 18, die durch die Wärmetauscheinheit 14a gekühlt wurde, der Last 20 durch die Ausgangsleitung 24 zugeführt und wieder dazu eingesetzt, das Innere der Last 20 zu kühlen. Die Temperatur der gekühlten zirkulierenden Flüssigkeit 18 wird durch einen in der Ausgangsleitung 24 angeordneten Temperatursensor 36 erfasst.
Dementsprechend zirkuliert bei der in den 1 und 2 gezeigten Gestaltung die zirkulierende Flüssigkeit 18 zwischen der Temperatureinstellvorrichtung 10 und der Last 20. Die zirkulierende Flüssigkeit 18, die im Inneren der Last 20 generierte Wärme absorbiert hat, wird durch die Temperatureinstellvorrichtung 10 gekühlt. Durch erneute Zufuhr der gekühlten zirkulierenden Flüssigkeit zu der Last 20 wird das Innere der Last 20 auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten (d. h. sie wird in einem konstanten Temperaturzustand gehalten).
Als nächstes wird der innere Aufbau der Temperatureinstellvorrichtung 10 für die Steuerung des Peltierelements 12 beschrieben.
Zusätzlich zu den oben beschriebenen Aufbauelementen umfasst die Temperatureinstellvorrichtung 10 außerdem eine Wechselstromquelle 40, eine Abschaltungsschaltung 42, eine Wechselstrom/Gleichstromquelle 44 (nachfolgend als ein „Wandler 44“) bezeichnet, eine Detektionsschaltung 46 für aufgebrachten Strom, eine Detektionsschaltung 48 für aufgebrachte Spannung, eine Polaritätsumkehrschaltung 50, eine Detektionsschaltung für elektromotorische Kraft 52, einen Temperaturregler 54, eine Parametereinstelleinhe.it 56, eine Steuerschaltung 58 und einen Thermostaten 60.
Die Wechselstromquelle 40 liefert einen Wechselstrom mit einer festgelegten Amplitude über die Abschaltungsschaltung 42 an den Wandler 44. Die Abschaltungsschaltung 42 dient dazu, die Verbindung zwischen der Wechselstromquelle 40 und dem Wandler 44 zu unterbrechen, wenn in der Temperatureinstellvorrichtung 10 eine Abnormalität auftritt. Der Wandler 44 wandelt die von der Wechselstromquelle 40 zugeführte Wechselspannung auf der Basis eines Steuersignals von der Steuerschaltung 58, die in der Zentraleinheit (CPU) der Temperatureinstellvorrichtung 10 enthalten ist, in eine Gleichspannung V um (nachfolgend als „aufgebrachte Spannung V“ bezeichnet).
Wenn angenommen wird, dass der Wandler 44 eine variable Stromquelle 62 ist, die in der Lage ist, den Wert der aufgebrachten Spannung V auf der Basis des Steuersignals zu variieren, wird in diesem Fall eine aufgebrachte Spannung V mit einem Spannungswert entsprechend dem Steuersignal von dem Wandler 44 ausgegeben.
Wenn andererseits der Wandler 44 eine feste Stromquelle ist, die eine Gleichspannung mit einem festgelegten Spannungswert ausgibt, kann die Temperatureinstellvorrichtung 10 auch eine variable Spannungsschaltung 64 aufweisen, die mit der Ausgangsseite des Wandlers 44 verbunden ist. Wie in 1 mit gestrichelten Linien gezeigt ist, wandelt in diesem Fall die variable Spannungsschaltung 64 den Gleichspannungsausgang von dem Wandler 44 in eine Gleichspannung um, die einen Spannungswert entsprechend dem Steuersignal von der Steuerschaltung 48 aufweist, und gibt dann die umgewandelte Gleichspannung als die aufgebrachte Spannung V aus. In dem Fall, dass der Wandler 44 eine feste Stromquelle ist, wird daher die variable Stromquelle 62 durch den Wandler 44 und die variable Spannungsschaltung 64 gebildet.
In 1 sind der Wandler 44 und die variable Spannungsschaltung 64 in der variablen Stromquelle 62 gezeigt. Wie oben beschrieben wurde, versteht es sich aber, dass die variable Spannungsschaltung 64 nicht notwendig ist, wenn der Wandler 44 die variable Stromquelle 62 ist.
Die Detektionsschaltung 46 für aufgebrachten Strom erfasst einen Gleichstrom I (nachfolgend als „aufgebrachter Strom I“) bezeichnet, der in dem Peltierelement 12 fließt, wenn die aufgebrachte Spannung V, die von der variablen Stromquelle 62 ausgegeben wird, über die Detektionsschaltung 48 für den aufgebrachten Strom und die Polaritätsumkehrschaltung 50 auf das Peltierelement 12 aufgebracht wird, und gibt das Detektionsergebnis an die Steuerschaltung 58 aus. Die Detektionsschaltung 48 für die aufgebrachte Spannung erfasst außerdem die aufgebrachte Spannung V, die von der variablen Stromquelle 62 durch die Polaritätsumkehrschaltung 50 auf das Peltierelement 12 aufgebracht wird, und gibt das Detektionsergebnis an die Steuerschaltung 58 aus.
Wie in 3 gezeigt ist, ist die Polaritätsumkehrschaltung 50 eine Brückenschaltung, bei der zwei in Reihe geschaltete Schalter 50a, 50b und zwei in Reihe geschaltete Schalter 50c, 50d parallel geschaltet sind. Das Peltierelement 12 ist daran über eine Verdrahtung angeschlossen, welche zwischen den beiden Schaltern 50a, 50b angeschlossen ist, und eine Verdrahtung, die zwischen den beiden Schaltern 50c, 50d angeschlossen ist. Durch Ein- und Ausschalten der Schalter 50a bis 50d der Polaritätsumkehrschaltung 50 auf der Basis von Steuersignalen von der Steuerschaltung 58 wird in diesem Fall die Polarität der aufgebrachten Spannung V, die von der variablen Stromquelle 62 zugeführt wird, umgeschaltet und dann an das Peltierelement 12 ausgegeben.
Dementsprechend wird durch die Wechselstromquelle 40, die Abschaltungsschaltung 42, die variable Stromquelle 62 (den Wandler 44 oder den Wandler 44 und die variable Spannungsschaltung 64) und die Polaritätsumkehrschaltung 50 eine Antriebsschaltung 66 gebildet, die dafür sorgt, dass ein aufgebrachter Strom I entsprechend der aufgebrachten Spannung V, die auf das Peltierelement 12 aufgebracht wird, fließt.
Durch Ausschalten aller Schalter 50a bis 50d auf der Basis eines Steuersignals von der Steuerschaltung 58 kann außerdem die Polaritätsumkehrschaltung 50 die Zufuhr der aufgebrachten Spannung V zu dem Peltierelement 12 von der variablen Stromquelle 62 unterbrechen. Durch wiederholtes Ein- und Ausschalten der beiden Schalter 50a, 50d oder der beiden Schalter 50b, 50c auf der Basis eines Steuersignals von der Steuerschaltung 58 kann außerdem die Polaritätsumkehrschaltung 50 eine PWM-Steuerung im Hinblick auf die Gleichspannung durchführen, die von der variablen Stromquelle 62 zugeführt wird und über die Zeit kontinuierlich ist. In diesem Fall liefert die Polaritätsumkehrschaltung 50 eine gepulste Spannung, die entsprechend der PWM-Steuerung generiert wird, als die aufgebrachte Spannung auf das Peltierelement 12.
Wie in 3 gezeigt ist, ist durch Einschalten der beiden Schalter 50a, 50d, während die anderen beiden Schalter 50b, 50c ausgeschaltet sind, einer der Anschlüsse 12a des Peltierelements 12 mit der Plusseite der variablen Stromquelle 62 verbunden, und ein anderer der Anschlüsse 12b ist mit der Minusseite der variablen Stromquelle 62 verbunden. Außerdem zeigt in 3 ein Widerstand 68, der zwischen der Plusseite der variablen Stromquelle 62 und der Polaritätsumkehrschaltung 50 angeschlossen ist, den Widerstand der Detektionsschaltung 46 für aufgebrachten Strom und der Detektionsschaltung 48 für aufgebrachte Spannung an.
Die Detektionseinheit 52 für die elektromotorische Kraft ist eine Diodenbrückenschaltung, die durch vier Dioden 52a bis 52d gebildet wird, die mit zwei Verdrahtungen verbunden sind, welche zwischen der Polaritätsumkehrschaltung 50 und den jeweiligen Anschlüssen 12a, 12b des Peltierelements 12 angeschlossen sind. In diesem Fall sind die beiden in Reihe angeschlossenen Dioden 52a, 52b und die beiden in Reihe angeschlossenen Dioden 52c, 52d parallel mit den beiden Verdrahtungen verbunden, die zwischen der Polaritätsumkehrschaltung 50 und den jeweiligen Anschlüssen 12a, 12b des Peltierelements 12 angeschlossen sind. Außerdem ist die Steuerschaltung 58 mit einer Verdrahtung verbunden, die zwischen den beiden Dioden 52a, 52b angeschlossen ist, und mit einer anderen Verdrahtung, die zwischen den beiden Dioden 52c, 52d angeschlossen ist.
Bei der Detektionsschaltung 52 für die elektromotorische Kraft wird außerdem dann, wenn alle Schalter 50a bis 50d der Polaritätsumkehrschaltung 50 ausgeschaltet sind und die Verbindung zwischen der variablen Stromquelle 62 und dem Peltierelement 12 unterbrochen ist, die Spannung, die zwischen den jeweiligen Anschlüssen 12a, 12b des Peltierelements 12 generiert wird, d. h. die elektromotorische Kraft Ve (thermoelektrische Kraft) des Peltierelements 12 erfasst. Das Detektionsergebnis wird an die Steuerschaltung 58 ausgegeben.
Wie in 4 gezeigt ist, erfasst die Detektionsschaltung 52 für die elektromotorische Kraft die elektromotorische Kraft Ve innerhalb des Zeitintervalls t1 durch die Zufuhr eines Steuersignals von der Steuerschaltung 58 zu der Polaritätsumkehrschaltung 50 in dem Fall, dass ein Zeitintervall t1 (ein Zeitband, während dessen die Zufuhr der aufgebrachten Spannung V zu dem Peltierlement 12 unterbrochen ist) vorgesehen ist, in welchem innerhalb des Intervalls der Periode T1 alle Schalter 50a bis 50d ausgeschaltet sind. Innerhalb der Periode T1 wird in diesem Fall vorzugsweise die Beziehung (T1 - t1) >> t1 zwischen dem Zeitintervall (T1 - 11), während dem die aufgebrachte Spannung V auf das Peltierelement 12 aufgebracht wird, und dem Zeitintervall t1, während dem die elektromotorische Kraft Ve erfasst wird, hergestellt. Dementsprechend werden alle Schalter 50a bis 50d ausgeschaltet und der Antrieb des Peltierelements 12 wird zeitweise unterbrochen. Nachdem die Erfassung der elektromotorischen Kraft Ve durch die Detektionsschaltung 52 für die elektromotorische Kraft abgeschlossen ist, kann der Antrieb des Peltierelements 12 unmittelbar wieder aufgenommen werden.
Außerdem wird ein Zustandsdetektor 70, welcher den aufgebrachten Strom I, die aufgebrachte Spannung V und die elektromotorische Kraft Ve erfasst, die dazu dienen, den elektrischen Zustand des Peltierelements 12 zu definieren, durch die Detektionsschaltung 42 für aufgebrachten Strom, die Detektionsschaltung 48 für aufgebrachte Spannung und die Detektionsschaltung 52 für elektromotorische Kraft gebildet.
Wie in 5 gezeigt ist, umfasst das Peltierelement 12 Halbleiter 72 vom P-Typ und Halbleiter 74 von N-Typ, die abwechselnd und in Reihe über Metallplatten 76 angeschlossen sind. Wenn in diesem Fall beispielsweise eine Plusseite der variablen Stromquelle 62 mit den Halbleitern 74 vom N-Typ verbunden ist und die Minusseite mit den Halbleitern 72 vom P-Typ verbunden ist, arbeitet die auf der Seite der Wärmetauscheinheit 14a liegende Seite des Peltierelements als eine Wärme absorbierende Seite, welche Wärme von der zirkulierenden Flüssigkeit 18 absorbiert, während die auf der Seite der Wärmetauscheinheit 14b liegende Seite des Peltierelements 12 als eine Wärme abstrahlende Seite arbeitet, die die absorbierte Wärme an die Wärmeaustauscheinheit 14b abstrahlen kann. Der Aufbau und die Betriebsweise des Peltierelements 12 sind bekannt, so dass hier auf die detaillierte Beschreibung dieser Merkmale verzichtet wird.
Bei der aktuellen Temperatureinstelleinheit 16 wird eine Mehrzahl von miteinander verbundenen Peltierelementen 12 eingesetzt. Beispielsweise kann, wie in 6 gezeigt ist, eine Gestaltung eingesetzt werden, bei der vier Peltierelemente 12 in Reihe geschaltet sind und eine A-Reihe bilden und bei der vier Peltierelemente 12 in Reihe geschaltet sind und eine B-Reihe bilden, wobei die jeweiligen Peltierelemente 12 der A-Reihe und die jeweiligen Peltierelemente 12 der B-Reihe parallel zueinander geschaltet sind.
Der Temperaturregler 54 erzeugt eine Stellgröße zur Steuerung der Temperatur der zirkulierenden Flüssigkeit 18, die als das Steuerobjekt dient, auf eine gewünschte Temperatur auf der Basis der Temperatur der zirkulierenden Flüssigkeit 18 (nachdem diese gekühlt wurde), wie sie von dem Temperatursensor 36 erfasst wird, und gibt die erzeugte Stellgröße an die Steuerschaltung 58 aus.
Die Parametereinstelleinheit 56 dient als ein Eingabemittel, beispielsweise in Form von Betätigungsknöpfen oder dergleichen, die an einer Oberfläche der Temperatureinstellvorrichtung 10 angeordnet sind. Durch Betätigung durch einen Benutzer werden verschiedene Arten von Informationen (Parameter) eingegeben und können in einem Speicher 78 der Steuerschaltung 58 gespeichert werden.
In diesem Fall sind die Parameter, die durch die Parametereinstelleinheit 56 eingestellt werden, Parameter, die sich auf den Betrieb des Peltierelements 12 beziehen und die beispielsweise in der folgenden Weise definiert sind.

(1) Maximale Spannungswerte Vtmax, Vcmax, welches Maximalwerte der aufgebrachten Spannung V sind, die auf das Peltierelement 12 aufgebracht werden können. Vtmax ist ein maximaler Spannungswert zu einer Zeit, zu welcher die der Wärmetauscheinheit 14a zugewandte Seite des Peltierelements 12 als eine Heizseite oder eine Wärme absorbierende Seite arbeitet, und Vcmax ist ein maximaler Spannungswert zu einer Zeit, zu welcher die der Wärmetauscheinheit 14a zugewandte Seite des Peltierelements 12 als eine Kühlseite oder eine Wärme abstrahlende Seite arbeitet.
(2) Stromgrenzwerte Itlim, Iclim sind die Maximalwerte des aufgebrachten Stromes I, der durch das Peltierelement 12 fließen kann. Itlim ist ein Stromgrenzwert zur der Zeit, zu welcher die der Wärmetauscheinheit 14a zugewandte Seite des Peltierelements 12 als eine Heizseite oder eine Wärme absorbierende Seite arbeitet, und Iclim ist ein Stromgrenzwert zu einer Zeit, zu welcher die der Wärmetauscheinheit 14a zugewandte Seite des Peltierelements 12 als eine Kühlseite oder eine Wärme abstrahlende Seite arbeitet.
(3) Ein Temperaturdifferenzgrenzwert ΔTlim ist ein zulässiger Wert einer Temperaturdifferenz ΔT (ΔT = Th - Tc) zwischen einer Temperatur der Wärme absorbierenden Seite (Wärmeabsorptionsseitentemperatur Th) und einer Temperatur der Wärme abstrahlenden Seite (Wärmestrahlungsseitentemperatur Tc) des Peltierelements 12 entsprechend der elektromotorischen Kraft Ve.
(4) Ein Stromsparwert (Temperatureinstellvermögensgrenzwert) zur Begrenzung des Temperatureinstellvermögens (Heizkapazität, Kühlkapazität) des Peltierelements 12 im Hinblick auf die zirkulierende Flüssigkeit 18.

Die oben genannten Parameter sollen lediglich als Beispiele dienen. Es versteht sich, dass der Benutzer die Parametereinstelleinheit 56 so betreiben kann, dass passende Einstellungen anderer Parameter als den oben genannten vorgenommen werden.
Zusätzlich zu dem Speicher 78 umfasst die Steuerschaltung 58 außerdem eine Temperaturdifferenzkonvertierungseinheit 80 und eine Fehlerbeurteilungseinheit (Fehlererfassungseinheit) 82. Außerdem steuert die Steuerschaltung 58 die Abschaltschaltung 42, die variable Stromquelle 62 und die Polaritätsumkehrschaltung 50 auf der Basis der Stellgröße, die von dem Temperaturregler 54 eingegeben wird, der verschiedenen in dem Speicher 78 gespeicherten Parameter, dem aufgebrachten Strom I, der durch die Detektionsschaltung 46 für aufgebrachten Strom erfasst wird, der aufgebrachten Spannung V, die durch die Detektionsschaltung 48 für die aufgebrachte Spannung erfasst wird, und der elektromotorischen Kraft Ve, die durch die Detektionsschaltung 52 für die elektromotorische Kraft erfasst wird.
Im Einzelnen wandelt die Temperaturdifferenzkonvertierungseinheit 80 die elektromotorische Kraft Ve, die von der Detektionsschaltung 52 für die elektromotorische Kraft erfasst wird, in die Temperaturdifferenz ΔT um. Außerdem schaltet die Steuerschaltung 58 in dem Fall, dass die aufgebrachte Spannung V von der variablen Stromquelle 62 auf das Peltierelement 12 aufgebracht wird, und wenn der Absolutwert des aufgebrachten Stromes I, der von der Detektionsschaltung 46 für den aufgebrachten Strom erfasst wird, den Absolutwert der Stromgrenzwerte Itlim, Iclim überschreitet (| I | > |Itlim| oder | I | > |Iclim|), das der variablen Stromquelle 62 zugeführte Steuersignal. Im Einzelnen schaltet die Steuerschaltung 58 das variable Spannungssteuersignal, welches den Wert der aufgebrachten Spannung V variabel macht, auf einen Konstantstrombetrieb, um dadurch die aufgebrachte Spannung V auf einem vorbestimmten Spannungswert zu halten (dem Spannungsgrenzwert Vtlim, Vclim), wobei der aufgebrachte Strom I auf dem Stromgrenzwert Itlim oder Iclim gehalten wird. Wenn außerdem der Absolutwert des aufgebrachten Stromes I kleiner oder gleich dem Absolutwert der Stromgrenzwerte Itlim, Iclim wird (| I | ≤ |Itlim| oder | I | ≤ |Iclim|), so kehrt die Steuerschaltung 58 von dem Konstantstrombetrieb zu der variablen Spannungssteuerung zurück und liefert das ursprüngliche variable Spannungssteuersignal an die variable Stromquelle 62.
In dem Fall, dass die Temperaturdifferenz ΔT den Temperaturdifferenzgrenzwert ΔTlim überschreitet (ΔT > ΔTlim), wird außerdem die aufgebrachte Spannung V von der Steuerschaltung 58, welche die variable Stromquelle 62 steuert, so abgesenkt, dass die Temperaturdifferenz ΔT kleiner oder gleich dem Temperaturdifferenzgrenzwert ΔTlim wird.
Außerdem unterbricht die Steuerschaltung 58 unabhängig davon, ob die variable Stromquelle 62 so gesteuert wird, dass die Temperaturdifferenz ΔT kleiner oder gleich dem Temperaturdifferenzgrenzwert ΔTlim wird, das Aufbringen der aufgebrachten Spannung V von der variablen Stromquelle 62 auf das Peltierelement 12, wenn die Temperaturdifferenz ΔT weiter ansteigt. In diesem Fall kann die Steuerschaltung 58 die Abschaltungsschaltung 42 so steuern, dass sie die Verbindung zwischen der Wechselstromquelle 40 und dem Wandler 44 unterbricht, oder kann alle Schalter 50a bis 50d der Polaritätsumkehrschaltung 50 ausschalten.
In dem Fall, dass die Polaritätsumkehrschaltung 50 so gesteuert wird, dass sie die Polarität der aufgebrachten Spannung V, die auf das Peltierelement 12 aufgebracht wird, umschaltet, führt die Steuerschaltung 58 außerdem eine Konstantstromsteuerung durch, um den aufgebrachten Strom I auf einem festen Wert zu halten, und steuert die variable Stromquelle 62 so, dass eine Zeitkonstante des aufgebrachten Stroms I länger wird.
In dem Fall, dass der Stromverbrauch durch die Temperatureinstellvorrichtung 10 durch Nutzung eines Stromsparbetriebes abgesenkt werden soll, kann die Steuerschaltung 58 außerdem die variable Stromquelle 62 auf der Basis des Stromsparwertes steuern, der in dem Speicher 78 gespeichert ist. Hierdurch kann der Wert der aufgebrachten Spannung V, die von der variablen Stromquelle 62 ausgegeben wird, und der Wert des aufgebrachten Stromes I, der zu dem Peltierelement 12 fließt, begrenzt werden.
In diesem Fall kann der Stromverbrauch der Temperatureinstellvorrichtung 10 dadurch verringert werden, dass die Steuerschaltung 58 einen Outputbereich der aufgebrachten Spannung V im Hinblick auf die Stellgröße auf der Basis des Stromsparwertes begrenzt.
Außerdem begrenzt die Steuerschaltung 58 die aufgebrachte Spannung V und den aufgebrachten Strom I bis die Temperatur der zirkulierenden Flüssigkeit 18 einen vorbestimmten Wert entsprechend dem Stromsparwert erreicht. Die Temperatur der zirkulierenden Flüssigkeit 18 ändert sich mit der Zeit zu der festgelegten Temperatur. Wenn die zirkulierende Flüssigkeit 18 die festgelegte Temperatur erreicht, wird die Begrenzung der aufgebrachten Spannung V und des aufgebrachten Stromes I beendet.
Außerdem werden die Charakteristiken der aufgebrachten Spannung V und des aufgebrachten Stromes I entsprechend der Temperaturdifferenz ΔT geändert. Wenn die Charakteristiken der aufgebrachten Spannung V und des aufgebrachten Stromes I für jede der jeweiligen Temperaturdifferenzen ΔT vorab durch die Parametereinstelleinheit 56 in dem Speicher 78 gespeichert werden, kann somit in dem Fall, dass der von der Detektionsschaltung 46 für den aufgebrachten Strom detektierte aufgebrachte Strom I signifikant von den oben genannten Charakteristiken abweicht, die Fehlerbeurteilungseinheit 82 bestimmen, dass das Peltierelement 12 einen Defekt aufweist.
Bei der Temperatureinstellvorrichtung 10 erfasst in dem Fall, dass die Temperatur der der Wärmetauscheinheit 14b zugewandten Seite (Wärme abgebende Seite) des Peltierelements 12 in einem Zustand hoher Temperatur ist, die größer oder gleiche einer festgelegten Temperatur ist, einen überhitzten Zustand des Peltierelements 12. Auf der Basis des Detektionsergebnisses des Thermostaten 60 kann die Steuerschaltung 58 die Abschaltungsschaltung 42 betätigen, so dass die Verbindung zwischen der Wechselstromquelle 40 und dem Wandler 44 unterbrochen wird.
[Betriebsweise und Vorteile der vorliegenden Ausführungsform]
Die Temperatureinstellvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist im Wesentlichen wie oben beschrieben aufgebaut. Als nächstes werden die Betriebsweise und Vorteile der Temperatureinstellvorrichtung 10 mit Bezug auf die 7 bis 19 erläutert. In der nachfolgenden Erläuterung wird bei Bedarf auch Bezug genommen auf die 1 bis 6.
[Unterschiede zwischen der vorliegenden Ausführungsform und dem Stand der Technik]
7 ist ein Blockdiagramm, das Steuerungen zeigt, die bei dem Stand der Technik hinsichtlich des Peltierelements 12 durchgeführt werden. 8 ist ein Blockdiagramm, das Steuerungen zeigt, die bei der vorliegenden Ausführungsform hinsichtlich des Peltierelements 12 durchgeführt werden. In 7 werden die gleichen Bezugszeichen verwendet, um deren Merkmale zu bezeichnen, die die gleichen sind wie bei der vorliegenden Ausführungsform.
Gemäß dem Stand der Technik treibt die Antriebsschaltung 66 das Peltierelement 12 mit einem Output (d. h. einer aufgebrachten Spannung (Pulsspannung) gemäß einer PWM-Steuerung, einer kontinuierlich aufgebrachten Spannung oder einem aufgebrachten Strom) an, welcher zu der Stellgröße des Temperaturreglers 54 proportional ist (hiervon abhängt). Im Einzelnen basiert bei dem Stand der Technik der Output auf der Temperatur der zirkulierenden Flüssigkeit 18, die durch den Temperatursensor 36 erfasst wird, und der elektrische Zustand (die aufgebrachte Spannung V, der aufgebrachte Strom I, die elektromotorische Kraft Ve) des Peltierelements 12 spiegelt sich in dem Output nicht wider. Bei dem Stand der Technik wird daher der elektrische Zustand des Peltierelements 12 bei der Steuerung des Peltierelements 12 nicht berücksichtigt, was bedeutet, dass die Steuerung (offener Regelkreis) so eingesetzt wird, dass sich der elektrische Zustand nicht in dem Peltierelement 12 widerspiegelt.
Im Gegensatz dazu werden bei der vorliegenden Ausführungsform die Stellgrö-ße des Temperaturreglers 54, die von der Parametereinstelleinheit 56 eingestellten Parameter und der elektrische Zustand des Peltierelements 12, der durch den Zustandsdetektor 70 erfasst wird, extrahiert und in die Steuerschaltung 58 eingebracht. Dementsprechend berechnet die Steuerschaltung 58 einen gewünschten Output unter Verwendung der extrahierten Stellgröße, der Parameter und des elektrischen Zustands des Peltierelements 12, bestimmt eine Steuergröße entsprechend des berechneten Outputs und steuert die Antriebsschaltung 66 auf der Basis der bestimmten Steuergröße. Mit anderen Worten wird bei der vorliegenden Ausführungsform, welche den elektrischen Zustand des Peltierelements 12 berücksichtigt, eine solche Steuerung (Steuerung mit Rückführung, Regelung) verwendet, bei welcher der elektrische Zustand sich an dem Peltierelement 12 widerspiegelt.
[Basissteuerverfahren zur Steuerung des Peltierelements 12 bei der vorliegenden Ausführungsform]
Bei der Temperatureinstellvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform bestimmt der Temperaturregler 54 auf der Basis der Temperatur der zirkulierenden Flüssigkeit 18, die von dem Temperatursensor 36 erfasst wird, eine Stellgröße, so dass die Temperatur der zirkulierenden Flüssigkeit 18 konstant bleibt, und die bestimmte Stellgröße wird an die Steuerschaltung 58 ausgegeben. Die Steuerschaltung 58 bestimmt dann auf der Basis der Stellgröße von dem Temperaturregler 54 oder dergleichen eine Steuergröße. Auf der Basis des Steuersignals von der Steuerschaltung 58 generiert die Antriebsschaltung 66 einen Output (aufgebrachte Spannung V, aufgebrachter Strom I) zum Antreiben des Peltierelements 12 entsprechend der Stellgröße.
Das Steuerverfahren, mit welchem die Antriebsschaltung 66 das Peltierelement 12 antreibt, kann grob in die folgenden drei Steuerverfahren unterteilt werden: (1) ein Spannungssteuerverfahren, welches die Gleichspannung, die sich kontinuierlich mit der Zeit ändert, variieren kann, (2) ein Stromsteuerverfahren, welches den Gleichstrom, der sich kontinuierlich mit der Zeit ändert, variieren kann, und (3) ein PWM-Steuerverfahren im Hinblick auf eine feste Spannung oder mit einem konstanten Wert über den Zeitverlauf. Wenn ein Vergleich der Kosten und der Schaltungsgröße erfolgt, nehmen aber die Kosten und die erforderliche Größe der Schaltung in folgender Reihenfolge zu: PWM-Steuerverfahren < Spannungssteuerverfahren < Stromsteuerverfahren.
9 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Beziehung zwischen der Stellgröße und dem Output zeigt. In dem Diagramm ist der Output proportional zu (abhängig von) der Stellgröße. Außerdem ist eine Änderung der Stellgröße von -100 % bis +100 % definiert, so dass sie einem Heizvorgang (0 % bis +100 %) oder einem Kühlvorgang (-100 % bis 0 %) durch das Peltierelement 12 zugeordnet ist. Andererseits wird entsprechend dem Steuerverfahren, das bei dem Peltierelement 12 angewandt wird, der Output als eine Größe der aufgebrachten Spannung V oder des aufgebrachten Stromes I ausgedrückt. In diesem Fall bezeichnen das „+“ und „-“ Zeichen bei dem Output die Orientierung der Polarität der aufgebrachten Spannung V oder des aufgebrachten Stromes I, die auf das Peltierelement 12 aufgebracht werden. Um den Output hinsichtlich der Stellgröße kontinuierlich zu variieren, wird in der oben beschriebenen Weise das oben beschriebene Spannungssteuerverfahren oder das Stromsteuerverfahren eingesetzt, und es ist eine Schaltung erforderlich, die in der Lage ist, die aufgebrachte Spannung V oder den aufgebrachten Strom I kontinuierlich zu variieren.
Im Gegensatz dazu ist das PWM-Steuerverfahren ein Steuerverfahren, bei dem eine gepulste Spannung (aufgebrachte Spannung V) ausgegeben wird, indem eine PWM-Steuerung hinsichtlich einer festen Spannung eingesetzt wird, und es wird eine Durchschnittsspannung aus den EIN-Zeiten und den AUS-Zeiten dieser festen Spannung bestimmt. In diesem Fall wird zum Umsetzen des PWM-Steuerverfahrens eine einfache Schaltungskonfiguration eingesetzt. Beispielsweise wird, wie in 10 gezeigt ist, eine Spannung mit einer Amplitude von 10 V mit einem Leistungsverhältnis (duty ratio) von 50 % ein- und ausgeschaltet, was zu einer effektiven Durchschnittsspannung von 5 V führt.
[Beschreibung des ersten Vorteils der vorliegenden Ausführungsform]
Ein erster Vorteil der vorliegenden Ausführungsform wird mit Bezug auf die 11 bis 15 beschrieben.
Der erste Vorteil ist ein Effekt, durch welchen die Heizkapazität und die Kühlkapazität der Temperatureinstellvorrichtung 10 verbessert werden können, indem eine Steuerung umgesetzt wird, bei welcher ein Ausfall oder eine Verschlechterung der Leistung des Peltierelements 12 nicht auftritt, und insbesondere indem eine Rückführsteuerung (Regelung) durchgeführt wird, welche den elektrischen Zustand des Peltierelements 12 berücksichtigt und bei der der elektrische Zustand sich an dem Peltierelement 12 widerspiegelt.
Ein empfohlener Standardwert für die Antriebsspannung (aufgebrachte Spannung V) oder den Antriebsstrom (aufgebrachter Strom I) des Peltierelements 12 ist im Allgemeinen ein Wert von 60 bis 70 % des maximalen Standardwerts. In diesem Fall wird von dem Hersteller des Peltierelements 12 ein Warnhinweis gegeben, wonach eine Antriebsspannung oder ein Antriebsstrom des Peltierelements 12 verwendet werden sollte, der 60 bis 70 % des maximalen Standardwerts beträgt.
Dies liegt daran, dass dann, wenn das Peltierelement 12 mit dem maximalen Standardwert betrieben wird, in Abhängigkeit von den Umständen, unter denen das Peltierelement 12 verwendet wird, Fälle auftreten können, bei welchen der maximale Standardwert tatsächlich überschritten wird. Wenn beispielsweise die Antriebsspannung mit dem maximalen Standardwert betrieben wird, treten in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz ΔT, die zwischen der Wärme absorbierenden Seite und der Wärme abstrahlenden Seite des Peltierelements 12 vorliegt, Fälle auf, bei welchen der Antriebsstrom den maximalen Standardwert überschreitet. Indem in dieser Weise der maximale Standardwert überschritten wird, kann ein Ausfall oder eine Verschlechterung der Leistung des Peltierelements 12 einfach auftreten.
Bei der Temperatureinstellvorrichtung gemäß dem Stand der Technik, bei welcher das Peltierelement 12 verwendet wird, sind daher die Heizkapazität und die Kühlkapazität der Temperatureinstelleinheit 16 mit dem Peltierelement 12 und den Wärmetauscheinheiten 14a, 14b mit den Standardwerten ausgelegt, die von dem Hersteller empfohlen werden, und die mit diesen Standardwerten erreichbare Kapazität bestimmt die Produktleistung der Temperatureinstellvorrichtung.
In der Praxis treten aber in Abhängigkeit von den Einsatzbedingungen des Peltierelements 12 (der Temperaturdifferenz ΔT zwischen der Wärme absorbierenden Seite und der Wärme abstrahlenden Seite des Peltierelements 12, dem für das Peltierelement 12 verwendeten Steuerverfahren etc.) auch Fälle auf, bei denen ein Abstand zu dem maximalen Standardwert des Peltierelements 12 besteht. Wenn es möglich wäre, die Fähigkeiten des Peltierelements 12 bis zu dem maximalen Limit auszuschöpfen, könnten dementsprechend die Heizkapazität und die Kühlkapazität der Temperatureinstellvorrichtung 10 verbessert werden, eine Verbesserung der Produktleistung ließe sich realisieren und die Zahl der Peltierelemente 12 (die Zahl der in 6 gezeigten verbundenen Peltierelemente 12) könnte reduziert werden.
Somit wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Steuerung (Rückführungssteuerung oder Regelung, welche den elektrischen Zustand des Peltierelements 12 reflektiert) durchgeführt, bei welcher die aufgebrachte Spannung V, der aufgebrachte Strom I und (die elektromotorische Kraft Ve entsprechend der) Temperaturdifferenz ΔT erfasst werden und bei der diese Werte überwacht und so gemanagt werden, dass eine Verschlechterung der Leistung des Peltierelements 12 nicht auftritt. Indem das Peltierelement 12 bis zu den Grenzen der maximalen Standardwerte (zulässige Werte der aufgebrachten Spannung V, des aufgebrachten Stromes I und der Temperaturdifferenz ΔT) eingesetzt wird, werden außerdem die Heizkapazität und die Kühlkapazität der Temperatureinstellvorrichtung 10 bis zu dem maximalen Limit ausgeschöpft.
Gründe für die Verschlechterung der Leistung des Peltierelements 12 werden nachfolgend diskutiert.
Obwohl das Peltierelement 12 ein Element ist, das dazu verwendet wird, eine Temperaturdifferenz ΔT zwischen der Wärme absorbierenden Seite und der Wärme abstrahlenden Seite auszulösen, ist die Temperaturdifferenz ΔT andererseits oft der Grund für eine thermische Belastung des Peltierelements 12. Wenn in diesem Fall die Wärmemenge, die an der Wärme abstrahlenden Seite generiert wird (Wärmemenge = (Menge der Wärme, die an der Wärme absorbierenden Seite absorbiert wird) + (Stromverbrauch des Peltierelements 12)), nicht im ausreichenden Maße dissipiert wird, nimmt die thermische Belastung zu und in der Vorrichtungsstruktur treten Risse auf, was zu einer Zerstörung des Peltierelements 12 führt. Wenn außerdem die aufgebrachte Spannung V oder der aufgebrachte Strom I die maximalen Standardwerte überschreiten, kann die Vorrichtungsstruktur des Peltierelements 12 in ähnlicher Weise zerstört werden.
Mit anderen Worten kann, wenn angenommen wird, dass das Peltierelement 12 so eingesetzt wird, dass größte Vorsicht im Hinblick auf die nachfolgenden Aspekte (1) und (2) gewahrt wird und so, dass die maximalen Standardwerte (Testdaten, die als maximale Standardwerte validiert wurden) nicht überschritten werden, können die Heizkapazität und die Kühlkapazität des Peltierelements 12 bis zu ihrer maximalen Grenze ausgeschöpft werden.

(1) Das Peltierelement 12 wird so eingesetzt, dass die Wärmedissipation in ausreichendem Maße an der Wärme abstrahlenden Seite durchgeführt wird und die Temperaturdifferenz zwischen der Wärme absorbierenden Seite und der Wärme abstrahlenden Seite kleiner oder gleich dem Maximalwert (maximaler Temperaturdifferenzwert ΔTmax) gehalten wird.
(2) Eine Thermozyklusermüdung durch eine schnelle Polaritätsumkehr oder dergleichen wird bei dem Peltierelement 12 nicht hervorgerufen.

Bei Berücksichtigung der oben genannten Punkte (1) und (2) wird somit die Steuerung zum Zweck des Managements und der Überwachung der folgenden Aspekte (A) bis (D) durchgeführt.

(A) Management der Temperaturdifferenz ΔT (Betrieb des Peltierelements 12 bei oder unterhalb der maximalen Temperaturdifferenz ΔTmax als einem eingestellten Wert).
(B) Steuerung zur Zeit der Polaritätsumschaltung (Vermeidung der aufgebrachten Spannung V und des aufgebrachten Stromes I).
(C) Begrenzung auf die maximalen Standardwerte (Vermeidung der aufgebrachten Spannung V und des aufgebrachten Stromes I).
(D) Begrenzung dann, wenn die Wärme abstrahlende Seite des Peltierelements 12 sich abnormal verhält.

Als nächstes wird mit Bezug auf die nachfolgenden Punkte (i) bis (vi) eine Beschreibung hinsichtlich eines detaillierten Steuerverfahrens zur Realisierung der oben genannten Aspekte gegeben.

(i) Als Anfangsvorgang werden verschiedene Parameter in der Steuerschaltung 58 von der Parametereinstelleinheit 56 eingestellt. In diesem Fall werden die folgenden Aspekte (a) bis (c) als eingestellte Parameter verwendet.
1. (a) Die maximal aufgebrachte Spannung Vtmax auf der Heizseite des Peltierelements 12 (der Maximalwert der aufgebrachten Spannung V, die dem Peltierelement 12 zugeführt wird, wenn die zirkulierende Flüssigkeit 18 geheizt wird) und die maximal aufgebrachte Spannung Vcmax auf der Kühlseite des Peltierelements 12 (der Maximalwert der aufgebrachten Spannung V, die dem Peltierelement 12 zugeführt wird, wenn die zirkulierende Flüssigkeit 18 gekühlt wird).
2. (b) Der maximale Stromgrenzwert Itlim auf der Heizseite des Peltierelements 12 (der Maximalwert des aufgebrachten Stromes I, der zu dem Peltierelement 12 fließen kann, wenn die zirkulierende Flüssigkeit 18 geheizt wird) und der maximale Stromgrenzwert Iclim auf der Kühlseite des Peltierelements 12 (der Maximalwert des aufgebrachten Stromes I, der zu dem Peltierelement 12 fließen kann, wenn die zirkulierende Flüssigkeit 18 gekühlt wird).
3. (c) Der Temperaturdifferenzgrenzwert ΔTlim der Temperaturdifferenz ΔT (zulässige Werte der Temperaturdifferenz ΔT des Peltierelements 12, der Wert der elektromotorischen Kraft Ve entsprechend diesen zulässigen Werten) (oder der elektromotorische Kraftgrenzwert Velim entsprechend dem Temperaturdifferenzgrenzwert ΔTlim).

Die Parameter werden vorbestimmt auf der Basis von Gestaltungswerten und tatsächlich gemessenen Daten der Temperatureinstellvorrichtung 10, bei welcher das Peltierelement 12 eingesetzt wird. Entsprechend der vorliegenden Ausführungsform werden die Steuerungen auf der Basis dieser Parameter durchgeführt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform gibt es außerdem zwei hauptsächlich interessante Fälle, nämlich einen Fall, bei dem die aufgebrachte Spannung V und der aufgebrachte Strom I dem Peltierelement 12 zugeführt werden, um die zirkulierende Flüssigkeit 18 aufzuheizen, und einen Fall, bei dem die aufgebrachte Spannung V und der aufgebrachte Strom I dem Peltierelement 12 zugeführt werden, um die zirkulierende Flüssigkeit 18 zu kühlen. Aus diesem Grund werden die Polaritäten der aufgebrachten Spannung V und des aufgebrachten Stromes I zueinander in dem Fall des Heizens (der „+“ Seite, die in 11 gezeigt ist) und dem Fall des Kühlens (der „-“ Seite, die in 11 gezeigt ist) umgekehrt.

(ii) Die aufgebrachte Spannung V (die aufgebrachte Spannung V, die kontinuierlich über die Zeit aufgebracht wird), die der Stellgröße von dem Temperaturregler 54 proportional ist, wird von der Polaritätsumkehrschaltung 50 auf das Peltierelement 12 aufgebracht. In diesem Fall ist das Verfahren, mit welchem das Peltierelement 12 angetrieben wird, eine Steuerung mit variabler Spannung auf der Basis der in 9 gezeigten Charakteristiken, bei der die aufgebrachte Spannung V auf das Peltierelement 12 bis zu den maximal aufgebrachten Spannungen +Vtmax, Vcmax, die als Parameter eingestellt sind (eingestellte Werte), aufgebracht werden kann.
(iii) Der aufgebrachte Strom I, der zu dem Peltierelement 12 fließt, wird überwacht. Wenn die Absolutwerte der Stromgrenzwerte Itlim, Iclim, die eingestellte Werte sind, überschritten werden, so wird, wie in 11 gezeigt ist, das Steuerverfahren von der Steuerung mit variabler Spannung zu dem Konstantstrombetrieb umgeschaltet, bei welchem die aufgebrachte Spannung V auf dem Spannungsgrenzwert Vtlim, Vclim im Hinblick auf die Stellgröße gehalten wird, während der aufgebrachte Strom I auf dem Stromgrenzwert Itlim, Iclim gehalten wird. Wenn andererseits der aufgebrachte Strom I zu einem Wert zurückkehrt, der kleiner oder gleich dem Stromgrenzwert Itlim, Iclim ist, wird wieder zu der Steuerung mit variabler Spannung zurückgekehrt.

In 11 ist ein Fall gezeigt, bei dem dann, wenn der aufgebrachte Strom I auf der Heizseite den Stromgrenzwert Itlim überschreitet, die Steuerung von der Steuerung mit variabler Spannung zu dem Konstantstrombetrieb umgeschaltet wird, während an der Kühlseite die Steuerung mit variabler Spannung durchgeführt wird, wobei der aufgebrachte Strom kleiner oder gleich dem Absolutwert des Stromgrenzwertes Iclim ist. Im Einzelnen ist bei dem Beispiel gemäß 11 entsprechend der Temperaturdifferenz ΔT ein Fall gezeigt, bei dem auch dann, wenn der Absolutwert der aufgebrachten Spannung V der gleiche ist, die aufgebrachten Ströme I, die zu dem Peltierelement 12 an dessen Heizseite und dessen Kühlseite fließen, unterschiedlich sind.
Das Peltierelement 12 besitzt Charakteristiken, wonach sich in Verbindung mit einer Temperaturdifferenz ΔT zwischen einer Wärme absorbierenden Seite und einer Wärme abstrahlenden Seite des Peltierelements der Widerstandswert und die Wärme absorptionsmenge (elektromotorische Kraft Ve) des Peltierelements 12 ändern. Auch dann, wenn die gleiche aufgebrachte Spannung V auf das Peltierelement 12 aufgebracht wird, treten daher entsprechend dem Temperaturzustand Fälle auf, bei denen der aufgebrachte Strom I, der durch das Peltierelement 12 fließt, über den maximalen Standardwert hinausgeht. Zur Verhinderung einer solchen Situation ist bei der vorliegenden Ausführungsform, wie oben beschrieben wurde, die Temperatureinstellvorrichtung 10 so konfiguriert, dass dann, wenn der aufgebrachte Strom I bei oder oberhalb des Absolutwertes des Stromgrenzwertes Itlim, Iclim fließt, die Steuerung zu dem Konstantstrombetrieb umgeschaltet wird, so dass der aufgebrachte Strom I nicht mehr bei oder oberhalb des oben genannten Absolutwertes fließt.

(iv) Die elektromotorische Kraft Ve des Peltierelements 12 wird überwacht, und mithilfe der Temperaturdifferenzumwandlungseinheit 80 der Steuerschaltung 58 wird die elektromotorische Kraft Ve, die von der Detektionsschaltung 52 für die elektromotorische Kraft erfasst wird, in die Temperaturdifferenz ΔT umgewandelt. Wie in 12 gezeigt ist, führt die Steuerschaltung 58 außerdem eine Begrenzungssteuerung der aufgebrachten Spannung V durch, so dass die Temperaturdifferenz ΔT den Temperaturdifferenzgrenzwert ΔTlim nicht überschreitet.

Im Einzelnen steuert in 12 zu der Zeit t3, wenn die Temperaturdifferenz ΔT den Temperaturdifferenzgrenzwert ΔTlim überschreitet, die Steuerschaltung 58 die variable Stromquelle 62, und es wird eine Spannungsbegrenzungssteuerung umgesetzt, um ein Absenken des Wertes der aufgebrachten Spannung V zu bewirken. Nach der Zeit t4 sinkt daher die Temperaturdifferenz ΔT auf einen Wert, der kleiner oder gleich dem Temperaturdifferenzgrenzwert ΔTlim ist.
Die elektromotorische Kraft Ve wird durch das in den 3 und 4 gezeigte Detektionsverfahren erfasst. Wenn die Temperaturdifferenz ΔT auf einen Wert abgesunken ist, der kleiner oder gleich dem Temperaturdifferenzgrenzwert ΔTlim ist, so wird außerdem die Begrenzung der Temperaturdifferenz ΔT beendet.

(v) Nach der Zeit t5 beurteilt die Fehlerbeurteilungseinheit 82 trotz der Tatsache, dass die in Aspekt (iv) oben beschriebene Begrenzung der Temperaturdifferenz ΔT durchgeführt wird, in dem Fall, dass die Temperaturdifferenz ΔT weiterhin ansteigt, dass ein Fehler an der Wärme abstrahlenden Seite oder der Wärme absorbierenden Seite des Peltierelements 12 aufgetreten ist. Außerdem stoppt die Steuerschaltung 58 auf der Basis des Beurteilungsergebnisses der Fehlerbeurteilungseinheit 82 zu der Zeit t6 die Zufuhr der aufgebrachten Spannung V zu dem Peltierelement 12.

Herkömmlicherweise wird eine Hochtemperaturabnormalität auf der Wärme abstrahlenden Seite durch den Thermostaten 60 erfasst, woraufhin die Zufuhr der zugeführten Spannung V unterbrochen wird. Im Gegensatz dazu wird bei der vorliegenden Ausführungsform die Temperaturdifferenz ΔT überwacht und die Zufuhr der aufgebrachten Spannung V wird bereits vorab unterbrochen. Bei der vorliegenden Ausführungsform kann dementsprechend die gleiche Funktion wie bei der herkömmlichen Verfahrensweise unter Verwendung des Thermostaten 60 umgesetzt werden. Außerdem kann die Unterbrechung der aufgebrachten Spannung V durch Ausschalten aller Schalter 50a bis 50d der Polaritätsumkehrschaltung 50 durchgeführt werden oder durch Unterbrechen der Verbindungen zwischen der Wechselstromquelle 40 und dem Wandler 44 mittels der Abschaltungsschaltung 42.

(vi) In dem Fall, dass der Heizvorgang und der Kühlvorgang als Folge der Modifizierung der Temperatureinstellungen oder dergleichen umgeschaltet werden, kann der Schaltvorgang sanft (langsam) durchgeführt werden, so dass zu dem Peltierelement 12 kein Überstrom fließt.

Im Einzelnen wird herkömmlicherweise bei Verwendung eines Steuerverfahrens, bei welchem der Output proportional zu (abhängig von) der Stellgröße ist, wenn die Polarität der aufgebrachten Spannung V umgeschaltet wird, beispielsweise zu der Zeit t7 in 13, in dem Fall, dass die Stellgröße von +100 % auf - 100 % umgeschaltet und die aufgebrachte Spannung V von +Vmax auf -Vmax umgeschaltet wird, ein Überstrom generiert, der größer ist als der absolute Wert des maximalen Standardwerts -Iprmax auf der Minusseite. Wenn eine solche abrupte Änderung des aufgebrachten Stromes I auftritt und ein aufgebrachter Strom I generiert wird, welcher den Absolutwert des maximalen Standardwerts - Iprmax überschreitet, werden versehentlich thermische Belastungen auf das Peltierelement 12 aufgebracht, die zu der Befürchtung führen, dass eine Verschlechterung der Leistung oder ein Ausfall des Peltierelements 12 auftreten kann.
Wie in 14 gezeigt ist, kann es daher in Betracht gezogen werden, bei der Umschaltung der Polarität der aufgebrachten Spannung V zu der Zeit t7 das Konstantstromverfahren anzuwenden, so dass der aufgebrachte Strom I auf den maximalen Standardwert -Iprmax begrenzt wird.
Auch bei einem solchen Konstantstromverfahren besteht aber die Befürchtung, dass eine Verschlechterung der Leistung oder ein Ausfall des Peltierelements 12 auftreten kann, weil der aufgebrachte Strom I unmittelbar nach der Zeit t7 plötzlich und auf einmal bis zu dem maximalen Standardwert -Iprmax fließt, ähnlich wie bei dem Fall gemäß 13.
Im Gegensatz dazu ist bei der vorliegenden Ausführungsform, wie in 15 gezeigt, zur Minimierung des Auftretens von thermischen Belastungen oder einer abrupten Änderung des Stromes zu dem Peltierelement 12 unmittelbar nach der Zeit t7 das Konstantstromverfahren mit einem Verfahren kombiniert, bei welchem die Zeitkonstante des aufgebrachten Stroms I verlängert ist. Nachdem die Polarität der aufgebrachten Spannung V zu der Zeit t7 umgeschaltet wird, wird somit ein sanftes Schaltverfahren (langsames Schaltverfahren) eingesetzt, bei welchem der aufgebrachte Strom I, der zu dem Peltierelement 12 fließt, allmählich mit der Zeit zunimmt.
In dem Fall, dass lediglich die Zeitkonstante des aufgebrachten Stroms I begrenzt wird, wird im Einzelnen dann, wenn die eingestellte Zeit kurz ist, durch den Zustand des Peltierelements 12 ein Überstrom generiert. Wenn andererseits die Zeitkonstante auf einen langen Wert eingestellt ist, wird die Temperaturänderung des Peltierelements 12 verzögert. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird daher ein sanftes Schaltverfahren eingesetzt, bei welchem das Zeitkonstantenverfahren und das Konstantstromverfahren in Kombination eingesetzt werden, um die Nachteile des Zeitkonstantenverfahrens sowie des Konstantstromverfahrens zu kompensieren.
Wie oben beschrieben wurde, wird als ein erster Vorteil der vorliegenden Erfindung bei der Temperatureinstellvorrichtung 10, bei welcher das Peltierelement 12 verwendet wird, eine neue Art von Steuerverfahren eingesetzt, wodurch das Heizvermögen und das Kühlvermögen des Peltierelements 12 verbessert werden. Das neue Steuerverfahren ist ein Verfahren, bei dem ein Ausfall oder eine Verschlechterung der Leistung des Peltierelements 12 nicht auftritt, und insbesondere bei dem eine Steuerung (Regelung) durchgeführt wird, welche Steuerinhalte, die sich auf den elektrischen Zustand des Peltierelements 12 beziehen, in Betracht zieht und welche den elektrischen Zustand des Peltierelements 12 reflektiert.
[Beschreibung des zweiten Vorteils der vorliegenden Ausführungsform]
Wie oben beschrieben wurde, können bei der vorliegenden Ausführungsform die Größen der aufgebrachten Spannung V und des aufgebrachten Stromes I, die dem Peltierelement 12 zugeführt werden, beliebig eingestellt werden. Anders ausgedrückt können die Heizkapazität und die Kühlkapazität der Temperatureinstellvorrichtung 10 frei variiert werden. Somit wird bei der vorliegenden Ausführungsform als eine Mehrwertfunktion, die dieses Merkmal nutzt, ein zweiter Vorteil in Form einer Energieeinsparfunktion durch Stromeinsparungen erreicht.
Da herkömmlicherweise bei einer Temperatureinstellvorrichtung, bei welcher ein Peltierelement 12 eingesetzt wird, keine Funktion zur Einstellung der Heizkapazität und der Kühlkapazität existiert, treten die folgenden beiden Probleme (1) und (2) häufig auf.

(1) Das Produkt (Temperatureinstellvorrichtung) kann nicht an einem Ort (Fabrik) eingesetzt werden, der nur eine Stromzufuhreinrichtung aufweist, die unterhalb des maximalen Stromverbrauchs (Stromerfordernis) des Produkts liegt, obwohl in der Praxis Situationen auftreten, bei welchen das Produkt an einem solchen Ort eingesetzt werden kann, wenn angenommen wird, dass die Heizkapazität und die Kühlkapazität des Produkts beispielsweise um etwa 50 % des maximalen Stromverbrauchs verringert werden.
(2) Es ist wünschenswert, dass der Stromverbrauch des Produkts (Temperatureinstellvorrichtung) während eines Intervalls bis zu der Zeit, zu welcher sich seine eingestellte Temperatur stabilisiert hat, verringert wird.

Mit der vorliegenden Ausführungsform werden die oben genannten Probleme (1) und (2) durch die folgenden Aspekte (A) und (B) gelöst.

(A) Eine Stromsparfunktion ist vorgesehen, welche die Heizkapazität und die Kühlkapazität der Temperatureinstellvorrichtung 10 als einem Produkt limitiert, wodurch der maximale Leistungsverbrauch (Strom) der Stromeinstellvorrichtung 10 abgesenkt wird. Durch Verringerung der Heizkapazität und der Kühlkapazität auf vorbestimmte Werte ist es im Einzelnen nicht notwendig, mehr Leistung zuzuführen als für die oben genannten Kapazitäten erforderlich ist.
(B) Es ist eine Funktion vorgesehen zur Begrenzung der Heizkapazität und der Kühlkapazität bis die Temperatur der zirkulierenden Flüssigkeit 18 stabilisiert ist (eine vorbestimmte Temperatur erreicht).

Zur Realisierung der oben genannten Funktionen (A) und (B) gibt der Benutzer durch Betätigen der Parametereinstelleinheit 56 der Temperatureinstellvorrichtung 10 Grenzwerte (Stromsparwerte etc.) für die Heizkapazität und die Kühlkapazität ein. Im Einzelnen gibt es als Stromsparfunktionen (i) einen Modus zur Begrenzung der Heizkapazität und der Kühlkapazität in einheitlicher Weise und (ii) einen Modus zur Begrenzung der Heizkapazität und der Kühlkapazität während eines Anstiegs oder eines Abfallens der Temperatur und bis die Temperatur der zirkulierenden Flüssigkeit 18 nach einer Modifikation ihrer Temperatur wieder stabilisiert ist.
Im Einzelnen wird durch Begrenzen (Absenken) der Heizkapazität und der Kühlkapazität die auf das Peltierelement 12 aufgebrachte Spannung V abgesenkt, und die von dem Peltierelement 12 verbrauchte Leistung sinkt. Da dementsprechend der Stromverbrauch des Wandlers 44 sinkt, kann auch der Leistungs-(Strom)verbrauch der Temperatureinstellvorrichtung 10 als Ganzes verringert werden.
Bei einem Wärmetauschprodukt, wie der Temperatureinstelleinheit 16 oder dergleichen, besteht während der Zeit, während der sich ihre Temperatur ändert, beispielsweise in dem Fall, dass die aktuelle Temperatur und die eingestellte Temperatur der zirkulierenden Flüssigkeit 18 signifikant voneinander abweichen, oder in dem Fall, dass eine große thermische Last aufgegeben wird, die Tendenz, die Temperatureinstelleinheit 16 mit ihrer maximalen Heizkapazität und maximalen Kühlkapazität zu betreiben. Als Folge hiervon erreicht der Stromverbrauch der Temperatureinstellvorrichtung 10 als Ganzes einen maximalen Wert.
Im Gegensatz dazu reicht in einem Zustand, in dem sich die Temperatur der zirkulierenden Flüssigkeit 18 stabilisiert hat und wenn keine große thermische Last auf die Temperatureinstelleinheit 16 aufgebracht wird, eine kleine Menge an Stromverbrauch aus.
16 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Beziehung zwischen der Heizkapazität und der Kühlkapazität und dem Stromverbrauch der Temperatureinstellvorrichtung 10 zeigt, bei der unter der Annahme, dass die Heizkapazität und die Kühlkapazität abgesenkt werden, auch der Stromverbrauch sinkt.
Nun werden illustrative Beispiele (Erfindungsbeispiel 1 und Erfindungsbeispiel 2) zur Lösung der obigen Probleme (1) und (2) beschrieben.
[Erfindungsbeispiel 1]
Das Erfindungsbeispiel 1 ist ein illustratives Beispiel zur Lösung des oben beschriebenen Problems (1).
Beispielhaft wird ein Fall beschrieben, bei dem in einem Labor oder dergleichen zwei Temperatureinstellvorrichtungen 10 verwendet werden und die verfügbare maximale Stromkapazität in dem Labor bei 16 A (Ampere) liegt.
Mit Bezug auf 16 ergibt sich in dem Fall, dass zwei Temperatureinstellvorrichtungen 10 verwendet werden, und wenn angenommen wird, dass der maximale Stromverbrauch einer der Temperatureinstellvorrichtungen 10 bei 10 A liegt, durch einfache Berechnung, dass eine Leistungskapazität von 20 A in dem Labor benötigt wird. Wenn aber die Heizkapazitäten und die Kühlkapazitäten der beiden Temperatureinstellvorrichtungen 10 auf 70 % eingestellt und die Vorrichtungen verwendet werden, so beträgt der maximale Stromverbrauch der einen Vorrichtung 7,5 A und der gesamte Stromverbrauch der beiden Vorrichtungen liegt bei 15 A. Dementsprechend können auch bei der Leistungskapazität (16 A) bei dem oben beschriebenen Zustand die beiden Temperatureinstellvorrichtungen 10 in dem Labor eingesetzt werden, ohne dass ein Schaltungsunterbrecher oder dergleichen ausgelöst wird.
[Erfindungsbeispiel 2]
In einer Fabrik oder dergleichen, in der viele Temperatureinstellvorrichtungen 10 verwendet werden, wird dann, wenn der Betrieb der Vorrichtungen angefahren wird, wenn alle Temperatureinstellvorrichtungen 10 gleichzeitig betrieben werden, jede der Temperatureinstellvorrichtungen 10 mit maximaler Heizkapazität und maximaler Kühlkapazität betrieben bis die zirkulierende Flüssigkeit 18 die Zieltemperatur erreicht. Als Folge hiervon liegt der Leistungsverbrauch jeder der Temperatureinstellvorrichtungen 10 auf dem maximalen Wert, und wenn die Zahl der eingesetzten Vorrichtungen groß wird, springt die Spitzenleitung der Fabrik als ganzes nach oben. Wenn daher ein Modus verwendet wird, um die Heizkapazität und die Kühlkapazität während des Anstiegs und des Abfalls der Temperatur zu begrenzen, kann die Spitzenleistung verringert werden und die zirkulierende Flüssigkeit 18 kann die Zieltemperatur erreichen. Wenn aber ein solcher Modus eingesetzt wird, wird die Zeit bis zum Erreichen der Zieltemperatur verzögert, da die Vorrichtungen nicht bei ihrer maximalen Heizkapazität und Kühlkapazität betrieben werden.
Von den oben beschriebenen Stromsparmodi dienen die Modi (B) und (ii) als Modi, die eine Begrenzung der Heizkapazität und der Kühlkapazität nur zu den Zeiten vorsehen, bei denen die Temperatur der zirkulierenden Flüssigkeit 18 angehoben und abgesenkt wird, während die Beschränkung aufgehoben wird, wenn die Temperatur stabil ist. Mit den Modi (B) und (ii) kann dementsprechend der Anstieg und das Absinken der Temperatur bei einer großen thermischen Last gehandhabt werden.
Da bei den Stromsparfunktionen (A) und (B) ((i) und (ii)), die oben diskutiert wurden, die aufgebrachte Spannung V auf das Peltierelement 12 entsprechend einer variablen Spannungssteuerung (einem Spannungssteuerverfahren, bei dem die aufgebrachte Spannung V kontinuierlich über die Zeit aufgebracht wird) aufgebracht wird, wie es in 17 gezeigt ist, kann die Spitze des aufgebrachten Stromes I (Spitzenstrom) an der Seite der variablen Stromquelle 62 vollständig limitiert werden.
In dem Fall einer PWM-Steuerung kann dagegen der Spitzenstrom nicht vollständig limitiert werden, da ein Spitzenstrom zu der Seite der Stromquelle jedes Mal dann fließt, wenn die aufgebrachte Spannung V auf das Peltierelement 12 aufgebracht wird, auch wenn der Durchschnittstrom der gleiche ist wie bei dem Fall der variablen Spannungssteuerung.
Wie in 17 gezeigt ist, wird außerdem in dem Fall einer PWM-Steuerung eine gepulste Spannung mit einem Leistungszyklus von 50 % und einer Periode T8 wiederholt ab der Zeit t9 auf das Peltierelement 12 aufgebracht. Bei dem variablen Spannungssteuerverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird außerdem eine Gleichspannung, die der Durchschnittsspannung der PWM-Steuerung entspricht, als die aufgebrachte Spannung V ab der Zeit t9 auf das Peltierelement 12 aufgebracht.
Weitere spezifische Details der Steuerverfahren, die bei den oben beschriebenen Modi (A) und (B) implementiert werden, werden mit Bezug auf die 18 und 19 beschrieben.
Modus (A) ist ein Verfahren, bei dem der Maximalwert Vmax der aufgebrachten Spannung V, die auf das Peltierelement 12 aufgebracht wird, abgesenkt wird.
Wie in 18 gezeigt ist, ändert sich in dem Fall, dass die Heizkapazität oder die Kühlkapazität bei 100 % liegt, für eine Stellgröße zwischen -100 % und +100 % die aufgebrachte Spannung in einem Bereich von -40 V bis +40 V. Andererseits erfährt in dem Fall, dass der Modus (A) verwendet wird und so funktioniert, dass die Heizkapazität und die Kühlkapazität um 20 % abgesenkt werden, wie es durch die strichpunktierte Linie in 18 gezeigt ist, für eine Stellgröße zwischen -100 % und +100 % die aufgebrachte Spannung eine Skalenänderung in einem Bereich von -32 V bis +32 V.
In diesem Fall wird eine Verringerung der Temperatursteuerbarkeit verhindert, weil dann, wenn die aufgebrachte Spannung V (Output), die über ±32 V hinausgeht, einfach innerhalb der Abschnitte der Stellgröße von +80 % bis +100 % und von -80 % bis -100 % limitiert wird, Totzonen erzeugt werden, in denen sich der Output nicht ändert.
Außerdem kann bei der vorliegenden Ausführungsform in dem Fall, dass der (A)-Modus verwendet wird und dazu dient, die in 18 gezeigte Charakteristik gemäß der durchgezogenen Linie zu halten, während obere und untere Grenzwerte der Stellgröße auf ±80 % limitiert werden, die aufgebrachte Spannung V innerhalb des Abschnitts von -80 % bis +80 % variabel gesteuert werden.
Andererseits werden bei dem (B)-Modus wie in 19 gezeigt, dann, wenn die eingestellte Temperatur der zirkulierenden Flüssigkeit 18 geändert wird, oder zum Zeitpunkt des Anfahrens der Temperatureinstellvorrichtung 10 oder dergleichen in dem Fall, dass die eingestellte Temperatur der zirkulierenden Flüssigkeit 18 und die aktuelle Temperatur einen signifikanten Abstand voneinander aufweisen, die Heizkapazität und die Kühlkapazität der Temperatureinstellvorrichtung 10 limitiert. In diesem Fall wird ab der Zeit t10, zu welcher die eingestellte Temperatur modifiziert ist, wenn die aktuelle Temperatur an der eingestellten Temperatur (40 °C in 19) zum Zeitpunkt t11 ankommt, die Begrenzung der Heizkapazität und der Kühlkapazität beendet. Zum Durchführen des (B)-Modus wird die eingestellte Temperatur in dem Speicher 78 durch die Parametereinstelleinheit 56 eingestellt, und die aktuelle Temperatur der zirkulierenden Flüssigkeit 18 wird durch den Temperatursensor 36 erfasst. Außerdem kann in der Steuerschaltung 58 die Begrenzung und das Ende der Begrenzung auf der Basis eines Vergleichs zwischen der eingestellten Temperatur und der aktuellen Temperatur beurteilt werden.
[Beschreibung des dritten Vorteils der vorliegenden Ausführungsform]
Bei der Temperaturdetektionseinheit 16, bei der das Peltierelement 12 verwendet wird, wird ein einzelnes Peltierelement 12 nicht allein isoliert verwendet, sondern es werden vielmehr, wie in 6 gezeigt ist, mehrere Peltierelement 12 in Kombination eingesetzt.
Beispielsweise in dem Fall, dass eines der Peltierelement 12 in der A-Reihe ausfällt, wird der aufgebrachte Strom I nur durch die B-Reihe fließen. Als Folge hiervon werden die Heizkapazität und die Kühlkapazität der Temperatureinstellvorrichtung 10 mit der Temperatureinstelleinheit 16 um die Hälfte verringert. Wenn die Temperatur der zirkulierenden Flüssigkeit 18 nicht auf der konstanten Temperatur gehalten werden kann, wird dementsprechend das Auftreten einer Abnormalität in der Temperatursteuerung festgestellt, und die Abnormalität kann vor dem Auftreten eines Ausfalls behandelt werden.
Wenn aber die Last 20 eine Halbleiterproduktionsvorrichtung ist, kann die zirkulierende Flüssigkeit 18 auf der konstanten Temperatur gehalten werden, weil während des Unterbrechens des Prozesses die Wärmelast gering ist. Wenn andererseits der Prozess angefahren wird, ist die Wärmelast groß und die Temperatur kann nicht auf der konstanten Temperatur gehalten werden. Als Folge hiervon tritt auf der Seite der Last 20 ein sekundäres Problem auf.
In dem Fall, dass die Peltierelemente 12 einfach durch das Stromsteuerungsverfahren angetrieben werden, besteht außerdem dann, wenn der aufgebrachte Strom I nur durch die B-Reihe fließt, die Befürchtung, dass eine Verschlechterung der Leistung oder ein Ausfall der Peltierelemente 12 der B-Reihe auftreten kann.
Wenn dementsprechend der Fehler zu einem Zeitpunkt erfasst wird, an dem das Ausfallen des Peltierelements 12 auftritt, können die obigen Probleme gelöst werden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden dementsprechend durch die Parametereinstelleinheit 56 Fehlerdetektionsbedingungen für die Peltierelemente 12 in dem Speicher 78 eingestellt. In der Fehlerbeurteilungseinheit 82 wird anhand der aufgebrachten Spannung V und des aufgebrachten Stromes I der Peltierelemente 12 beurteilt, ob ein Ausfall der Peltierelemente 12 aufgetreten ist oder nicht.
Im Einzelnen werden die Charakteristiken der aufgebrachten Spannung V und des aufgebrachten Stromes I durch die Temperaturdifferenz ΔT sowie die Art und Weise, in welcher die Peltierelemente 12 kombiniert sind, bestimmt. Wenn der Wert des aufgebrachten Stromes I hinsichtlich der aufgebrachten Spannung V signifikant von diesen Charakteristiken abweicht, kann daher einfach festgestellt werden, dass eine Art von Abnormalität in den Peltierelementen 12 aufgetreten ist.
[Vorteile der vorliegenden Ausführungsform]
Wie oben beschrieben wurde, berechnet die Steuereinheit 58 bei der Temperatureinstellvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen gewünschten Output durch Extraktion wenigstens des elektrischen Zustandes der Peltierelemente 12, und die Antriebsschaltung 66 wird mit der Steuergröße auf der Basis des kalkulierten gewünschten Outputs gesteuert. Das bedeutet, dass in der Steuerschaltung 58 eine rückgeführte Steuerung (Regelung) durchgeführt wird, um das Peltierelement 12 zu steuern, so dass der elektrische Zustand sich an dem Peltierelement 12 widerspiegelt. Im Vergleich zu dem Stand der Technik, bei der eine Steuerung mit offenem Regelkreis eingesetzt wird (bei welcher sich der elektrische Zustand nicht widerspiegelt), bei der der elektrische Zustand des Peltierelements 12 nicht berücksichtigt wird, kann daher gemäß der vorliegenden Erfindung das Auftreten einer Verschlechterung der Leistung oder ein Ausfall des Peltierelements 12 vermieden werden. Als Folge hiervon kann bei der vorliegenden Ausführungsform das Temperatureinstellvermögen (d. h. die Heizkapazität und die Kühlkapazität im Hinblick auf die zirkulierende Flüssigkeit 18) der Temperatureinstellvorrichtung 10 verbessert werden, da es möglich ist, die Temperatureinstellvorrichtung 10 bis zu dem maximalen Standardwert des Peltierelements 12 zu betreiben. Mithilfe der aufgebrachten Spannung V, des aufgebrachten Stromes I und der elektromotorischen Kraft Ve, die erfasst werden, bestimmt außerdem die Steuerschaltung 58 die Steuergröße für die Antriebsschaltung 66 und steuert die Antriebsschaltung 66 mit der Steuergröße. Daher können die aufgebrachte Spannung V und der aufgebrachte Strom I in geeigneter Weise von der variablen Stromquelle 62 dem Peltierelement 12 zugeführt werden.
Weil die variable Stromquelle 62 eine variable Steuerung durchführt, bei welcher die aufgebrachte Spannung V und der aufgebrachte Strom I sich entsprechend der Steuergröße kontinuierlich mit der Zeit ändern, kann außerdem das Erzeugen von Spitzenströmen, die durch wiederholtes Ein- und Ausschalten wie bei einer PWM-Steuerung bewirkt werden, verhindert werden.
Weil die sich auf den Betrieb des Peltierelements 12 beziehenden Parameter durch die Parametereinstelleinheit 56 in dem Speicher 78 der Steuerschaltung 58 eingestellt werden, steuert außerdem die Steuerschaltung 58 die Antriebsschaltung 66 auf der Basis dieser Parameter und auf der Basis der aufgebrachten Spannung V, des aufgebrachten Stromes I und der elektromotorischen Kraft Ve, die erfasst werden. Dementsprechend kann der Antrieb des Peltierelements 12 optimal durchgeführt werden.
Wenn die aufgebrachte Spannung V den maximalen Stromwert Vtmax, Vcmax überschreitet, wenn der aufgebrachte Strom den Stromgrenzwert Itlim, Iclim überschreitet oder wenn die Temperaturdifferenz ΔT den Temperaturdifferenzgrenzwert ΔTlim überschreitet, besteht außerdem die Befürchtung, dass sich die Leistung des Peltierelements 12 verschlechtert, oder dass das Peltierelement 12 ausfällt. Bei der Temperatureinstellvorrichtung 10 kann das Peltierelement 12 bis zu seinen maximalen Standardwerten (dem maximalen Spannungswert Vtmax, Vcmax, dem Stromgrenzwert Itlim, Iclim und dem Temperaturdifferenzgrenzwert ΔTlim) eingesetzt werden, indem die Antriebsschaltung 66 mit der Steuerschaltung 58 auf der Basis von Vergleichen mit dem maximalen Spannungswert Vtmax, Vcmax; dem Stromgrenzwert Itlim, Iclim und dem Temperaturdifferenzgrenzwert ΔTlim, die vordefinierte Parameter sind, gesteuert wird, ohne dass eine Verschlechterung oder ein Ausfall des Peltierelements 12 bewirkt würde. Hierdurch können die Heizkapazität und die Kühlkapazität der Temperatureinstellvorrichtung 10 maximal ausgeschöpft werden, und das Temperaturmanagement (Monitoring) der zirkulierenden Flüssigkeit 18 kann in passender Weise durchgeführt werden.
Im Einzelnen besitzt das Peltierelement 12 solche Charakteristiken, dass verbunden mit einer Temperaturdifferenz ΔT zwischen einer Wärme absorbierenden Seite und einer Wärme abstrahlenden Seite des Peltierelements 12 der Widerstandswert und die Wärme absorptionsmenge (elektromotorische Kraft Ve) des Peltierelements 12 geändert werden. Auch wenn die gleiche aufgebrachte Spannung V auf das Peltierelement 12 aufgebracht wird, können aus diesem Grund durch den Temperaturzustand des Peltierelements 12 Fälle auftreten, bei denen der aufgebrachte Strom I den maximalen Standardwert (den Stromgrenzwert Itlim, Iclim) überschreitet. In dem Fall, dass der aufgebrachte Strom I in einer den Stromgrenzwert Itlim, Iclim überschreitenden Menge fließt, kann dementsprechend eine Verschlechterung der Leistung oder ein Ausfall des Peltierelements 12 wirksam vermieden werden. Wenn der aufgebrachte Strom I bis zu einem Wert verringert wird, der kleiner oder gleich dem Stromgrenzwert Itlim, Iclim ist, kann außerdem durch Rückkehr von dem Konstantstrombetrieb zu der variablen Spannungssteuerung die ursprüngliche Steuerung schnell wiederhergestellt werden.
In dem Fall, dass die Temperaturdifferenz ΔT, die von der Temperaturdifferenzkonvertierungseinheit 80 umgewandelt wird, den Temperaturdifferenzgrenzwert ΔTlim überschreitet, steuert außerdem die Steuerschaltung 58 die variable Stromquelle 62 so, dass die Temperaturdifferenz ΔT wieder kleiner oder gleich dem Temperaturdifferenzgrenzwert ΔTlim wird, und die aufgebrachte Spannung V wird abgesenkt. Dementsprechend kann eine Verschlechterung der Leistung oder ein Ausfall des Peltierelements 12, die durch einen Temperaturanstieg über den Temperaturdifferenzgrenzwert ΔTlim hinaus bewirkt würden, wirksam vermieden werden.
Trotz der Tatsache, dass die variable Stromquelle 62 so gesteuert wird, dass die Temperaturdifferenz ΔT kleiner oder gleich dem Temperaturdifferenzgrenzwert ΔTlim wird, muss jedoch, wenn die Temperaturdifferenz ΔT weiterhin ansteigt, die Steuerschaltung 58 das Aufbringen der aufgebrachten Spannung V von der variablen Stromquelle 62 auf das Peltierelement 12 unterbrechen. In dem Fall, dass das Peltierelement 12 in einen Hochtemperaturzustand versetzt ist, wird gemäß dem Stand der Technik das Aufbringen der aufgebrachten Spannung V unterbrochen, indem ein solcher Hochtemperaturzustand mithilfe des Thermostaten 60 oder dergleichen erfasst wird. Bei der vorliegenden Erfindung wird aber die Temperaturdifferenz ΔT überwacht, so dass das Aufbringen der aufgebrachten Spannung V schon vor dem Auftreten eines Fehlerzustands in dem Peltierelement 12 unterbrochen werden kann.
Wenn die Polarität der aufgebrachten Spannung V, die auf das Peltierelement 12 aufgebracht wird, durch die Polaritätsumkehrschaltung 50 umgeschaltet wird, führt außerdem die Steuerschaltung 58 eine Konstantstromsteuerung durch, um den aufgebrachten Strom I auf einem festen Wert zu halten, und steuert die variable Stromquelle 62 so, dass die Zeitkonstante des aufgebrachten Stromes I länger wird. Dadurch kann ein Ausfall oder eine Verschlechterung der Leistung des Peltierelements 12 durch das Erzeugen eines Überstroms jedes Mal, wenn die Polarität umgeschaltet wird, verhindert werden.
Dadurch, dass die Steuerschaltung 58 die variable Stromquelle 62 steuert, um die aufgebrachte Spannung V und den aufgebrachten Strom I einzustellen, können die Heizkapazität und die Kühlkapazität des Peltierelements 12 außerdem frei geändert werden. Durch Einstellen des Stromsparwertes und Durchführen einer Stromsparoperation, bei welcher die aufgebrachte Spannung V und der aufgebrachte Strom I auf der Basis des eingestellten Stromsparwertes limitiert werden, kann außerdem eine Verringerung des Leistungsverbrauchs (Energieeinsparung) der Temperatureinstellvorrichtung 10 realisiert werden.
Wenn die Steuerschaltung 58 einen Outputbereich der aufgebrachten Spannung V für die Stellgröße auf der Basis des Stromsparwertes begrenzt, kann in diesem Fall der maximale Energieverbrauch der Temperatureinstellvorrichtung 10 verringert werden.
Bis die Temperatur der zirkulierenden Flüssigkeit 18 die eingestellte Temperatur entsprechend dem Stromsparwert erreicht, werden außerdem die aufgebrachte Spannung V und der aufgebrachte Strom I limitiert, während dann, wenn die Temperatur die eingestellte Temperatur erreicht, die Begrenzung der aufgebrachten Spannung V und des aufgebrachten Stromes I beendet werden.
In dem Fall, dass die aktuelle Temperatur des Peltierelements 12 von der eingestellten Temperatur abweicht, beispielsweise zu einer Zeit des Anfahrbetriebes der Temperatureinstellvorrichtung 10 oder wenn die eingestellte Temperatur durch die Parametereinstelleinheit 56 modifiziert wird, etc., so wird das Temperatureinstellvermögen entsprechend limitiert, während sich die Temperatur des Peltierelements 12 mit der Zeit ändert bis sie die eingestellte Temperatur erreicht. Sobald die Temperatur des Peltierelements 12 die eingestellte Temperatur erreicht und auf dieser stabilisiert wird, wird die Begrenzung des Temperatureinstellvermögens beendet. Daher ist es möglich, während Zeiten, zu denen die Temperatur des Peltierelements 12 angehoben und abgesenkt wird, eine Stromeinsparung zu realisieren.
Indem die Fehlerbeurteilungseinheit 82 in der Steuerschaltung 58 vorgesehen wird, kann außerdem ein Ausfall des Peltierelements 12 schnell und zuverlässig detektiert werden. Indem die Fehlerbeurteilungseinheit 82 in der Steuerschaltung 58 vorgesehen wird, ist auf diese Weise die Fehlerbeurteilungseinheit 82 anhand der aufgebrachten Spannung V, welche durch die Detektionsschaltung 48 für die aufgebrachte Spannung erfasst wird, in der Lage zu beurteilen (zu diagnostizieren), ob ein Fehlverhalten bei dem Output (aufgebrachte Spannung V) des Wandlers 44 aufgetreten ist (d. h., ob es einen Fehler bei dem Wandler 44 gab oder nicht). Außerdem kann die Fehlerbeurteilungseinheit 82 die aufgebrachte Spannung V, welche durch die Detektionsschaltung 48 für aufgebrachte Spannung detektiert wird, mit der elektromotorischen Kraft Ve, welche durch die Detektionsschaltung 52 für die elektromotorische Kraft erfasst wird, vergleichen und ist in der Lage, zu beurteilen (zu diagnostizieren), ob in der Polaritätsumkehrschaltung 50 ein Fehler aufgetreten ist oder nicht.
Außerdem wird bei der vorliegenden Ausführungsform die elektromotorische Kraft Ve in einem Zeitband detektiert, in dem das Aufbringen der aufgebrachten Spannung V auf das Peltierelement 12 zeitweise unterbrochen ist, und sobald die Detektion der elektromotorischen Kraft Ve abgeschlossen ist, wird das Aufbringen der aufgebrachten Spannung wieder begonnen. In dem Fall, dass das Aufbringen der aufgebrachten Spannung und die Detektion der elektromotorischen Kraft Ve abwechselnd durchgeführt werden, ist außerdem die Detektionszeit der elektromotorischen Kraft Ve kürzer als die Zeit, während welcher die aufgebrachte Spannung V aufgebracht wird. Dementsprechend kann der Einfluss der Wärme der Wärme absorbierenden Seite und der Wärme abstrahlenden Seite des Peltierelements 12 und der Einfluss einer Änderung der Temperatur der zirkulierenden Flüssigkeit 18 vermieden werden, so dass die elektromotorische Kraft Ve korrekt gemessen werden kann.
Wenn die Detektionsschaltung 52 für die elektromotorische Kraft durch eine Diodenbrückenschaltung gebildet wird, ist es außerdem selbst in dem Fall, dass sich die Richtung (Polarität) der elektromotorischen Kraft des Peltierelements 12 ändert, möglich, die elektromotorische Kraft Ve jeder Polarität zu messen. In dem Fall einer Diodenbrückenschaltung ist es notwendig, dass die elektromotorische Kraft Ve einen Spannungswert aufweist, der größer oder gleich der Durchlassspannung VF jeder der Dioden 52a bis 52d ist. Bei der vorliegenden Erfindung ist es aber dadurch, dass eine vergleichsweise große Temperaturdifferenz ΔT gemessen wird, möglich, ein Problem zu vermeiden, bei dem die Temperaturdifferenz ΔT nicht gemessen werden kann, weil die elektromotorische Kraft Ve kleiner ist als die Durchlassspannung VF.

Claims

Eine Temperatureinstellvorrichtung (10) zum Einstellen einer Temperatur eines gesteuerten Objektes (18) mithilfe eines Peltierelements (12), umfassend: eine Antriebsschaltung (66), die dazu ausgestaltet ist, das Peltierelement (12) mit einem gewünschten Output anzutreiben; einen Zustandsdetektor (70), der dazu ausgestaltet ist, einen elektrischen Zustand des Peltierelements (12) zu erfassen, und eine Steuerschaltung (58), die dazu ausgestaltet ist, einen gewünschten Output auf der Basis wenigstens des elektrischen Zustands des Peltierelements (12) zu berechnen, eine Steuergröße zum Antreiben des Peltierelements (12) mit dem gewünschten Output festzulegen und die Antriebsschaltung (66) mit der Steuergröße zu steuern, eine Parametereinstelleinheit (56), die dazu ausgestaltet ist, einen Parameter, der sich auf den Betrieb des Peltierelements (12) bezieht, einzustellen, einen Temperatursensor (36), welcher die Temperatur des Steuerobjektes (18) erfasst, und einen Temperaturregler (54), welcher eine Stellgröße an die Steuerschaltung (58) ausgibt, um die Temperatur des Steuerobjekts (18) auf eine gewünschte Temperatur einzustellen, wobei die Antriebsschaltung (66) eine Gleichstromquelle (62) aufweist, die dafür sorgt, dass ein Gleichstrom zu dem Peltierelement (12) fließt, indem eine Gleichspannung als Output auf das Peltierelement (12) aufgebracht wird, wobei die Gleichstromquelle (62) eine variable Stromquelle ist, bei welcher ein Wert des Gleichstroms durch Änderung eines Werts der Gleichspannung geändert werden kann, wobei die Steuerschaltung (58) eine variable Steuerung durchführt, indem die Gleichstromquelle (62) gesteuert wird, wodurch der Wert der Gleichspannung und der Wert des Gleichstroms entsprechend der Steuergröße auf gewünschte Werte geändert werden, wobei der elektrische Zustand des Peltierelements (12) durch die Gleichspannung, den Gleichstrom und eine elektromotorische Kraft des Peltierelements (12) definiert wird, wobei der Zustandsdetektor (70) eine Spannungsdetektionsschaltung (48), die dazu ausgestaltet ist, die Gleichspannung zu erfassen, eine Stromdetektionsschaltung (46), die dazu ausgestaltet ist, den Gleichstrom zu erfassen, und eine Detektionsschaltung (52) für elektromotorische Kraft, die dazu ausgestaltet ist, die elektromotorische Kraft zu erfassen, aufweist, wobei die Parametereinstelleinheit (56) einen Grenzwert des Temperatureinstellvermögens zur Begrenzung des Temperatureinstellvermögens des Peltierelements (12) hinsichtlich des Steuerobjektes (18) einstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (58) die Antriebsschaltung (66) auf der Basis der Stellgröße, des Parameters, der durch die Spannungsdetektionsschaltung (48) detektierten Gleichspannung, des durch die Stromdetektionsschaltung (46) erfassten Gleichstroms und der elektromotorischen Kraft, welche durch die Detektionsschaltung (52) für die elektromotorische Kraft erfasst wurde, steuert, und dass die Steuerschaltung (58) die Gleichspannung und den Gleichstrom außerdem durch Steuerung der Gleichstromquelle (62) auf der Basis des Grenzwertes für das Temperatureinstellvermögen begrenzt.
Die Temperatureinstellvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Parameter ein maximaler Spannungswert, der ein Maximalwert der Gleichspannung ist, die auf das Peltierelement (12) aufgebracht werden kann, ein Stromgrenzwert, der ein Maximalwert des zu dem Peltierelement (12) fließenden Gleichstroms ist, und ein Temperaturdifferenzgrenzwert, der ein zulässiger Wert der Temperaturdifferenz zwischen einer Wärme absorbierenden Seite und einer Wärme abstrahlenden Seite des Peltierelements (12) entsprechend der elektromotorischen Kraft ist, sind, wobei die Steuerschaltung (58) außerdem eine Temperaturdifferenzkonvertierungseinheit (80) aufweist, welche die elektromotorische Kraft, die durch die Detektionsschaltung (52) für die elektromotorische Kraft erfasst wurde, in die Temperaturdifferenz umwandelt, und wobei die Antriebsschaltung (66) auf der Basis eines Vergleichs zwischen dem maximalen Spannungswert und der Gleichspannung, die durch die Spannungsdetektionsschaltung (48) erfasst wird, eines Vergleichs zwischen dem Stromgrenzwert und dem Gleichstrom, der durch die Stromdetektionsschaltung (46) erfasst wird, und eines Vergleichs zwischen dem Temperaturdifferenzgrenzwert und der Temperaturdifferenz, die durch die Temperaturdifferenzkonvertierungseinheit (80) umgewandelt wurde, steuert.
Die Temperatureinstellvorrichtung (10) nach Anspruch 2, wobei in der Steuerschaltung (58) in einem Fall, dass eine Gleichspannung von der Gleichstromquelle (62) auf das Peltierelement (12) aufgebracht wird, und dann, wenn der von der Stromdetektionsschaltung (46) erfasste Gleichstrom den Stromgrenzwert überschreitet, die Steuerung der Gleichstromquelle (62) von einer variablen Spannungssteuerung, die so ausgestaltet ist, das sie einen Wert der Gleichspannung variiert, zu einem Konstantstrombetrieb, in welchem der Wert der Gleichspannung auf einem festgelegten Wert gehalten wird, umschaltet, während der Gleichstrom auf dem Stromgrenzwert gehalten wird, während dann, wenn der durch die Stromdetektionsschaltung (46) erfasste Gleichstrom kleiner oder gleich dem Stromgrenzwert wird, die Steuerung der Gleichstromquelle (62) von dem Konstantstrombetrieb wieder zu der variablen Spannungssteuerung zurückgeführt wird.
Die Temperatureinstellvorrichtung (10) nach Anspruch 2, wobei in dem Fall, dass die von der Temperaturdifferenzkonvertierungseinheit (80) umgewandelte Temperaturdifferenz den Temperaturdifferenzgrenzwert überschritten hat, die Steuerschaltung (58) die Gleichstromquelle (62) so steuert, dass die Temperaturdifferenz kleiner oder gleich dem Temperaturdifferenzgrenzwert wird und der Wert der Gleichspannung verringert wird.
Die Temperatureinstellvorrichtung (10) nach Anspruch 4, wobei dann, wenn die Gleichstromquelle (62) so gesteuert wird, dass die Temperaturdifferenz kleiner oder gleich dem Temperaturdifferenzgrenzwert wird, die Temperaturdifferenz aber weiterhin ansteigt, die Steuerschaltung (58) das Aufbringen der Gleichspannung von der Gleichstromquelle (62) auf das Peltierelement (12) unterbricht.
Die Temperatureinstellvorrichtung (10) nach Anspruch 2, wobei die Antriebsschaltung (66) außerdem eine Polaritätsumkehrschaltung (50) aufweist, welche die Polarität der von der Gleichstromquelle (62) ausgegebenen Gleichspannung umschaltet und die Gleichspannung, deren Polarität umgeschaltet wurde, auf das Peltierelement (12) aufbringt, und wobei dann, wenn die Polarität der Gleichspannung, die auf das Peltierelement (12) aufgebracht wird, durch die Polaritätsumkehrschaltung (50) umgeschaltet wird, die Steuerschaltung (58) eine Konstantstromsteuerung durchführt, um den Gleichstrom auf einem festen Wert zu halten, und die Gleichstromquelle (62) so steuert, dass eine Zeitkonstante des Gleichstromes länger wird.
Die Temperatureinstellvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Steuerschaltung (58) auf der Basis des Grenzwertes für die Temperatureinstellfähigkeit einen Outputbereich der Gleichspannung hinsichtlich der Operationsmenge limitiert.
Die Temperatureinstellvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Steuerschaltung (58) die Gleichspannung und den Gleichstrom limitiert, bis die Temperatur des Steuerobjektes (18) eine festgelegte Temperatur entsprechend dem Grenzwert für das Temperatureinstellvermögen erreicht, während dann, wenn die Temperatur des Steuerobjektes (18) die festgelegte Temperatur erreicht, die Begrenzung der Gleichspannung und des Gleichstromes beendet wird.
Die Temperatureinstellvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Steuerschaltung (58) außerdem eine Fehlerdetektionseinheit (82) aufweist, die auf der Basis einer Temperaturdifferenz zwischen einer Wärme absorbierenden Seite und einer Wärme abstrahlenden Seite des Peltierelements (12) entsprechend der elektromotorischen Kraft beurteilt, dass das Peltierelement (12) einen Fehler aufweist, wenn der Wert des Gleichstroms, der durch die Stromdetektionsschaltung (46) erfasst wird, von Charakteristiken der Gleichspannung und des Gleichstromes abweicht.
Die Temperatureinstellvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Steuerschaltung (58) die Detektion der elektromotorischen Kraft durch die Detektionsschaltung (52) für die elektromotorische Kraft in einem Zeitband durchführt, in welchem das Aufbringen der Gleichspannung auf das Peltierelement (12) von der Gleichstromquelle (62) zeitweise unterbrochen ist, und nach Abschluss der Detektion der elektromotorischen Kraft die Gleichspannung wieder von der Gleichstromquelle (62) auf das Peltierelement (12) aufbringt, und wobei in einem Fall, dass das Aufbringen der Gleichspannung und das Erfassen der elektromotorischen Kraft abwechselnd durchgeführt werden, eine Detektionszeit der elektromotorischen Kraft kürzer ist als eine Zeit, während welcher die Gleichspannung aufgebracht wird.
Die Temperatureinstellvorrichtung (10) nach Anspruch 10, wobei die Detektionsschaltung (52) für die elektromotorische Kraft eine Diodenbrückenschaltung ist.