JP2007085709A - 液体温調装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ペルチェ素子の長寿命化を図るとともに、サーモモジュール（ペルチェ素子）における断線等の故障リスクを減少させて装置の耐久性及び信頼性を高める。
【解決手段】 熱交換室Ｃを有する熱交換器２を、ペルチェ素子を用いたサーモモジュール３…により加熱又は冷却するとともに、サーモモジュール３…を通電制御して熱交換室Ｃに流入した液体Ｌを温調制御するに際し、液体Ｌの温度（検出温度Ｔｄ）を所定の目標温度Ｔｓまで上昇させる昇温時に、検出温度Ｔｄが予め設定した監視温度Ｔｍに達するまでは、サーモモジュール３…を定格出力Ｐｓにより通電制御するとともに、検出温度Ｔｄが監視温度Ｔｍに達したなら、サーモモジュール３…を定格出力Ｐｓよりも小さい制限出力Ｐｃにより通電制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、洗浄液等の液体をペルチェ素子（サーモモジュール）により温調する際に用いて好適な液体温調装置の制御方法に関する。

従来、液体が流入する流入口及び熱交換された液体が流出する流出口に連通する熱交換室を有する熱交換器と、この熱交換器を加熱又は冷却するペルチェ素子を有するサーモモジュールと、前記サーモモジュールを通電制御して熱交換室に流入した液体を温調制御する制御系とを備える液体温調装置としては、特許第３６３４２４１号公報で開示される冷却装置が知られている。

この冷却装置（熱交換器）は、外面部に付設したペルチェ素子を用いた電子モジュール（冷却器又は加熱器）と内部に流通させた液体との熱交換を行う熱交換器であって、本体ブロックの内部に、独立した複数の流通空間を配列させて設けるとともに、外部より一端に位置する流通空間から他端に位置する流通空間まで貫通する往路形成孔と復路形成孔をそれぞれ異なる位置に設け、他端に位置する流通空間（折返流通空間）を除く他の流通空間（共有流通空間）に往復路仕切板を配設して往路空間と復路空間に仕切り、かつ往路空間と復路空間の内部に一又は二以上の流路形成板を配設してそれぞれジグザグ流路を形成するとともに、折返流通空間に一又は二以上の流路形成板を配設して往路形成孔から復路形成孔に至るジグザグ流路を形成したものである。
特許第３６３４２４１号

しかし、上述した従来の液体温調装置（熱交換器）におけるペルチェ素子を用いたサーモモジュール（電子モジュール）は、その物理的特性及び構造上の要因により、急激で大きな温度変動或いは温度変動を頻繁に繰り返す熱サイクルなどに弱い側面があるため、このような使用環境下では断線等の故障リスクが増大し、耐久性及び信頼性の低下を招く問題があった。

例えば、液体温調装置により、洗浄器に用いる洗浄液を温調する場合、所定の時間間隔で洗浄液の一部を入替える必要があるが、図４に示すように、目標温度Ｔｓが６０〔℃〕に設定された洗浄液に対して、時刻ｔｉで常温の新液（洗浄液）を注入した場合、洗浄液の温度（検出温度Ｔｄｒ）は、５０〔℃〕程度まで急激に低下するとともに、これに伴って、サーモモジュールの加熱温度Ｔｐｒは、６０〔℃〕付近から８５〔℃〕程度まで急激に上昇する。しかも、このような温度変動は、所定の時間間隔（例えば、１０分程度の間隔）で繰返され、サーモモジュールに対する断線等の故障リスクを増大させる要因となる。なお、図４中、Ｐｓはサーモモジュールに対する出力を示す。

本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した液体温調装置の制御方法の提供を目的とするものである。

本発明に係る液体温調装置１の制御方法は、上述した課題を解決するため、液体Ｌが流入する流入口Ｃｉ及び熱交換された液体Ｌが流出する流出口Ｃｏにそれぞれ連通する熱交換室Ｃを有する熱交換器２を、ペルチェ素子を用いたサーモモジュール３…により加熱又は冷却するとともに、制御系４によりサーモモジュール３…を通電制御して熱交換室Ｃに流入した液体Ｌを温調制御するに際し、液体Ｌの温度（検出温度Ｔｄ）を所定の目標温度Ｔｓまで上昇させる昇温時に、検出温度Ｔｄが予め設定した監視温度Ｔｍに達するまでは、サーモモジュール３…を定格出力Ｐｓにより通電制御するとともに、検出温度Ｔｄが監視温度Ｔｍに達したなら、サーモモジュール３…を定格出力Ｐｓよりも小さい制限出力Ｐｃにより通電制御するようにしたことを特徴する。

なお、本発明における定格出力Ｐｓ及び制限出力Ｐｃは、固定された出力ではなく、最大（リミッタ）の意味である。したがって、温度制御においては、定格出力Ｐｓ及び制限出力Ｐｃの範囲内において、各出力が可変制御される。

この場合、発明の好適な態様により、検出温度Ｔｄを所定の目標温度Ｔｓまで上昇させる昇温時は、運転開始に伴う昇温時又は運転中の温度変動に伴う昇温時を適用できる。この際、運転開始に伴う昇温時と運転中の温度変動に伴う昇温時における監視温度Ｔｍ…は、同一温度に設定してもよいし異なる温度に設定してもよい。また、運転開始に伴う昇温時と運転中の温度変動に伴う昇温時における制限出力Ｐｃ…も、同一出力に設定してもよいし異なる出力に設定してもよい。一方、制御系４には、少なくとも検出温度Ｔｄが所定の目標温度Ｔｓに達するまでの目標時間を入力することによりデータベース又は演算処理により、監視温度Ｔｍ…及び／又は制限出力Ｐｃ…を自動で設定する自動設定機能を設けることができる。さらに、熱交換室Ｃの内部に、当該熱交換室Ｃに流入した液体Ｌを加熱する電気ヒータ部５を収容するとともに、制御系４には、昇温時に電気ヒータ部５を通電制御する制御機能を設けることができる。

このような手法による本発明に係る液体温調装置１の制御方法によれば、次のような顕著な効果を奏する。

（１） 液体Ｌの温度（検出温度Ｔｄ）が監視温度Ｔｍに達したなら、サーモモジュール３…を定格出力Ｐｓよりも小さい制限出力Ｔｃにより通電制御するようにしたため、サーモモジュール３…におけるペルチェ素子の加熱温度を抑制することができ、ペルチェ素子（サーモモジュール３…）の長寿命化を図ることができる。

（２） 本来、急激で大きな温度変動或いは温度変動を頻繁に繰り返す熱サイクルであっても、これらの挙動（温度変動）を抑制できるため、サーモモジュール３…（ペルチェ素子）における断線等の故障リスクを大幅に減少させることができ、液体温調装置１の耐久性及び信頼性を高めることができる。

（３） 好適な態様により、検出温度Ｔｄを所定の目標温度Ｔｓまで上昇させる昇温時として、運転開始に伴う昇温時及び運転中の温度変動に伴う昇温時を適用すれば、サーモモジュール３…の加熱温度を抑制する必要のある昇温時をほぼカバーできるため、本発明に係る制御方法による前記効果を確実かつ有効に確保できる。

（４） 好適な態様により、運転開始に伴う昇温時と運転中の温度変動に伴う昇温時における監視温度Ｔｍ…を、同一温度又は異なる温度に設定すれば、各昇温時に適した監視温度Ｔｍ…をそれぞれ設定可能となるため、各昇温時の挙動に対応した的確な温調制御を行うことができる。

（５） 好適な態様により、運転開始に伴う昇温時と運転中の温度変動に伴う昇温時における制限出力Ｐｃ…を、同一出力又は異なる出力に設定すれば、各昇温時に適した制限出力Ｐｃ…をそれぞれ設定可能となるため、各昇温時の挙動に対応した的確な温調制御を行うことができる。

（６） 好適な態様により、制御系４に、少なくとも検出温度Ｔｄが所定の目標温度Ｔｓに達するまでの目標時間を入力することによりデータベース又は演算処理により、監視温度Ｔｍ…及び／又は制限出力Ｐｃ…を自動で設定する自動設定機能を設ければ、例えば、運転開始に伴う昇温時に、ユーザーの希望する目標時間により立上げが可能となり、より使い勝手及び利便性を高めることができる。

（７） 好適な態様により、熱交換室Ｃの内部に、当該熱交換室Ｃに流入した液体Ｌを加熱する電気ヒータ部５を収容するとともに、制御系４に、昇温時に電気ヒータ部５を通電制御する制御機能を設ければ、電気ヒータ部５によりサーモモジュール３…を補助できるため、サーモモジュール３…を制限出力Ｔｃに切換えたことに伴う目標温度Ｔｓまで加熱する時間の遅れを回避することができる。また、サーモモジュール３…の加熱温度を、更なる低い温度に抑制できるとともに、サーモモジュール３…に対する急激で大きな温度変動或いは頻繁な温度上昇（温度変動）を、より抑制することができる。しかも、液温を速やかに上昇させる場合にも十分に対応でき、制御精度及び制御の安定性を高めることができるなど、用途や使用環境に応じた的確な温調を行うことができる。

次に、本発明に係る最良の実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。

まず、本実施形態に係る制御方法を実施できる液体温調装置１の構成について、図６〜図８を参照して説明する。

液体温調装置１の全体構成を図８に示す。液体温調装置１は熱交換器２を備える。熱交換器２の具体的構成を図７（図６）に示す。熱交換器２は、全体を耐薬品性に優れた素材、例えば、テフロン（登録商標）素材により一体形成した交換器本体２１を備える。交換器本体２１は、全体を偏平な直方体状に形成し、上下方向に貫通する円柱形状の熱交換室Ｃを有するとともに、この熱交換室Ｃに連通する流入口Ｃｉと流出口Ｃｏを有する。流入口Ｃｉは、交換器本体２１の一外側面に臨み、洗浄液等の液体Ｌは、この流入口Ｃｉを通して熱交換室Ｃに流入するとともに、流出口Ｃｏは、交換器本体２１の一外側面に臨み、熱交換室Ｃで熱交換された液体Ｌは、この流出口Ｃｏを通して外部に流出する。なお、２ｉは流入配管Ｘｉ（図８）に接続する流入接続管であり、流入口Ｃｉの外端に取付けるとともに、２ｏは流出配管Ｘｏ（図８）に接続する流出接続管であり、流出口Ｃｏの外端に取付ける。

また、熱交換室Ｃの内部には、当該熱交換室Ｃに流入した液体Ｌを加熱する電気ヒータ部５を収容する。電気ヒータ部５には、線状電気ヒータ部５ｗを用いる。線状電気ヒータ部５ｗは、ヒータ本体と、このヒータ本体の全体を被覆することにより、ヒータ本体と液体Ｌの接触を遮断し、ヒータ本体を液体Ｌから保護する被覆部を備える。この場合、ヒータ本体には、例えば、シーズヒータを用いることができる。ヒータ本体（シーズヒータ）は、例えば、ステンレス素材により形成した細いヒータ管と、このヒータ管に内部に通したニクロム線等の発熱線と、ヒータ管に充填して発熱線を固定する酸化マグネシウム等の充填材により構成することができる。３１…は発熱線から外部に導出したリード線を示す。このように、電気ヒータ部５に、線状電気ヒータ部５ｗを用いれば、熱交換室Ｃの空間内に収容することにより、液体Ｌに対する有効な接触率を高めることができるとともに、既存の液体温調装置に対しても大掛かりな設計変更を施すことなく容易に適用できる利点がある。

一方、線状電気ヒータ部５ｗを熱交換室Ｃの内部に組付けるに際しては、図６に示すように、交換器本体２１の内周面から外側面に至る一対の挿通孔２３，２４を形成する。そして、線状電気ヒータ部５ｗの両端側を、交換器本体２１の内周面から各挿通孔２３，２４にそれぞれ挿通させ、交換器本体２１の外側面から突出した線状電気ヒータ部５ｗの外周面と交換器本体２１の外側面間を溶着部により溶着（溶接）する。また、線状電気ヒータ部５ｗは、湾曲部（折曲部を含む）５ｗｒを設けることによりリング状或いは渦巻状に巻回し、熱交換室Ｃの内部に所定の長さ分を収容する。特に、巻回数は、必要な加熱能力等を考慮して複数回とすることが望ましい。なお、図示は省略したが、プレート部材（棒部材）或いはネット部材等により形成した支持部材を、熱交換室Ｃの内部に収容し、線状電気ヒータ部５ｗを、熱交換室Ｃの空間内における所定位置に安定に保持することが望ましい。

このように、線状電気ヒータ部５ｗを、湾曲部（折曲部を含む）５ｗｒを設けることにより熱交換室Ｃの内部に所定の長さ分を収容すれば、液体Ｌに対する接触面積を大きくしたり容易に変更できるなど、設計自由度を高めることができるとともに、液体Ｌに対する撹拌効果（流路変更効果）により熱交換室Ｃにおける滞留時間を長くすることができるため、熱交換能力を高めることができる利点がある。

そして、図７に示すように、線状電気ヒータ部５ｗを組付けた交換器本体２１の上面を、テフロン素材により形成した上面シート２５とカーボン素材で形成した上伝熱板２６を積層して閉塞するとともに、交換器本体２１の下面を、テフロン素材により形成した下シート２７とカーボン素材で形成した下伝熱板２８を積層して閉塞すれば、熱交換器２を構成することができる。

さらに、熱交換器２における上伝熱板２６及び下伝熱板２８には、サーモモジュール３…の作用面を取付ける。サーモモジュール３は、熱交換器２を加熱又は冷却する複数のペルチェ素子を配列して構成したものである。また、各サーモモジュール３…の放熱面（作用面の反対側）には放熱ユニット４１…を取付ける。放熱ユニット４１…は、サーモモジュール３…の放熱面に当接する放熱プレート４１ｐ…及びこの放熱プレート４１ｐ…の内部に配した冷却配管４１ｃ…を備え、この冷却配管４１ｃ…には、冷却水を循環させるウォータクーラ４３を接続する。

他方、サーモモジュール３…を通電制御して熱交換室Ｃに流入した液体Ｌを温調制御する制御系４を備える。制御系４は、図８に示すコントローラ５１を備える。コントローラ５１は、液体温調装置１における全体の制御を司るとともに、必要なデータベースや演算処理機能、更には、所定の温度条件に基づいて線状電気ヒータ部５ｗを通電制御する制御機能を備えている。そして、コントローラ５１の入力側には、熱交換室Ｃ内における液体Ｌの温度を検出する温度センサ５２を接続するとともに、コントローラ５１の出力側には、各サーモモジュール３…及び線状電気ヒータ部５ｗを接続する。なお、５３はサーモモジュール３の温度を検出する温度センサであり、この温度センサ５３は、温度センサ５２の代わりに用いてもよいし、温度センサ５２と併用してもよい。その他、図８に示す液体温調装置１において、５５は液体Ｌを循環させる送液ポンプ、５６は液体Ｌの流量を表示又は記録する流量計を示す。以上が液体温調装置１の構成となる。

次に、このような構成を有する液体温調装置１の使用方法及び本実施形態に係る制御方法について、図１〜図５を参照して説明する。

まず、液体温調装置１を使用するに際しては、図８に示すように、半導体の洗浄を行う洗浄器６１等に接続して使用する。この場合、液体温調装置１における温調された液体Ｌの吐出口５７は、供給配管Ｘｓを介して洗浄器６１の流入口６２に接続するとともに、液体温調装置１における液体Ｌの戻り口５８は、戻り配管Ｘｒを介して洗浄器６１の流出口６３に接続する。なお、洗浄液（液体Ｌ）にはアンモニア水等が用いられる。また、洗浄器６１の底部には排液回路６４を接続するとともに、戻り配管Ｘｒには新液注入回路６５を接続する。排液回路６４は排液バルブ（電磁開閉バルブ）６６を備えるとともに、新液注入回路６５は、新液収容タンク６７を備え、この新液収容タンク６７は、新液注入バルブ（電磁開閉バルブ）６８を介して戻り配管Ｘｒに接続する。そして、各バルブ６６及び６８は、コントローラ５１の出力側に接続する。

これにより、液体Ｌの循環は次のようになる。液体温調装置１の運転により、送液ポンプ５５が作動し、洗浄器６１内の液体（洗浄液）Ｌは、洗浄器６１の流出口６３から戻り配管Ｘｒを介して液体温調装置１の戻り口５８に送られ、さらに、送液ポンプ５５を接続した流入配管Ｘｉを介して熱交換器２における流入接続管２ｉに送られる。そして、流入接続管２ｉに送られた液体Ｌは、熱交換室Ｃに流入し、熱交換室Ｃ内に一時滞留する。また、熱交換室Ｃ内の液体Ｌは、流出接続管２ｏから流出し、流量計５６を接続した流出配管Ｘｏを介して吐出口５７に送られるとともに、さらに、供給配管Ｘｓを介して洗浄器６１の流入口６２に送られる。そして、流入口６２に送られた液体Ｌは、洗浄器６１に供給され、この液体（洗浄液）Ｌにより半導体等の電子部品の洗浄が行われるとともに、洗浄後の液体Ｌは、流出口６３から流出する一連の循環が繰返される。

次に、本実施形態に係る具体的な制御方法について、図３〜図８を参照しつつ図１及び図２に示すフローチャートに従って説明する。

最初に、運転開始に伴う昇温時の制御方法及び動作について、図３を参照し、図１に示すフローチャートに従って説明する。なお、目標温度Ｔｓは６０〔℃〕、監視温度Ｔｍは４０〔℃〕、制限出力Ｐｃは４０〔％〕に設定されている。

まず、運転スイッチをＯＮにして運転を開始する（ステップＳ１）。図３中、ｔｓが運転開始時点を示す。運転開始時における液体Ｌの温度（液温）は、常温（２０〔℃〕程度）となっているため、この液温は、温度センサ５２により検出され、検出温度Ｔｄとしてコントローラ５１に付与される。コントローラ５１には、予め目標温度Ｔｓが設定されているため、目標温度Ｔｓと検出温度Ｔｄの偏差に基づいてサーモモジュール３…が通電制御される。運転開始時には、検出温度Ｔｄが目標温度Ｔｓよりも低いため、コントローラ５１は加熱モードとなり、サーモモジュール３…に対して定格出力Ｐｓとなる１００〔％〕出力により通電制御（加熱制御）する（ステップＳ２）。

なお、加熱モード時（冷却モード時）には、サーモモジュール３…により上伝熱板２６及び下伝熱板２８を介して熱交換室Ｃが加熱（冷却）され、熱交換室Ｃにおける熱交換作用により液体Ｌが加熱（冷却）されることにより、液体Ｌの温度が目標温度Ｔｄとなるように温調制御が行われる。

一方、コントローラ５１は、検出温度Ｔｄが監視温度Ｔｍに達したか否かを監視する（ステップＳ３）。そして、監視温度Ｔｍに達したなら、コントローラ５１は、サーモモジュール３…に対する出力を、１００〔％〕出力から予め設定した制限出力Ｐｃとなる４０〔％〕出力に切換え、この４０〔％〕出力によりサーモモジュール３…に対する通電制御（加熱制御）を行う（ステップＳ４）。図３中、ｔｃが監視温度Ｔｍに達した時点を示す。この後、サーモモジュール３…に対しては、４０〔％〕出力による通電制御を継続し、検出温度Ｔｄが目標温度Ｔｓに達したなら、コントローラ５１は、４０〔％〕出力をリセットし、１００〔％〕出力に復帰させる（ステップＳ５，Ｓ６）。図３中、ｔｅが目標温度Ｔｓに達した時点を示す。

図３において、Ｔｄｒは１００〔％〕出力のみによる検出温度、Ｔｐｒは１００〔％〕出力のみによるサーモモジュール３…の加熱温度をそれぞれ示す。この場合、サーモモジュール３…は、目標温度Ｔｓに達するまで１００〔％〕出力により制御されるため、目標温度Ｔｓに達した時点ｔｅｒでは、サーモモジュール３…の加熱温度Ｔｐｒは１２０〔℃〕程度の高温まで上昇する。これに対して、監視温度Ｔｍに達した時点ｔｃで４０〔％〕出力に切換えた場合、サーモモジュール３…の加熱温度Ｔｐは１００〔℃〕程度まで上昇するが、１００〔℃〕を大きく越えて上昇することはなく加熱温度Ｔｐが抑制される。

以上の制御では、サーモモジュール３…に対して制御する場合を示したが、サーモモジュール３…に対する制御と共に、線状電気ヒータ部５ｗに対する制御を併用してもよい。即ち、運転スイッチのＯＮにより、線状電気ヒータ部５ｗに対して給電制御し、検出温度Ｔｄが目標温度Ｔｓに達するまで、線状電気ヒータ部５ｗに対する給電を継続するとともに、検出温度Ｔｄが目標温度Ｔｓに達したなら給電を停止する（ステップＳ７）。

これにより、サーモモジュール３…の加熱を、線状電気ヒータ部５ｗの加熱により補助することができるため、サーモモジュール３…を制限出力Ｔｃに切換えたことに伴う目標温度Ｔｓまで加熱する時間の遅れを回避することができるとともに、サーモモジュール３…の加熱温度を、更なる低い温度に抑制できる。また、液温を速やかに上昇させる場合にも十分に対応でき、制御精度及び制御の安定性を高めることができるなど、用途や使用環境に応じた的確な温調を行うことができる利点がある。

そして、検出温度Ｔｄが目標温度Ｔｓに達した以降は、定常状態（運転中）の温調処理が行われる（ステップＳ８）。

次に、運転中における制御方法及び動作について、図４及び図５を参照し、図２に示すフローチャートに従って説明する。なお、目標温度Ｔｓは６０〔℃〕、監視温度Ｔｍは６０〔℃〕、制限出力Ｐｃは４０〔％〕に設定されており、特に、監視温度Ｔｍは、サーモモジュール３…の加熱温度を検出する温度センサ５３から得る検出温度Ｔｄが監視対象となる。

運転中は、コントローラ５１により排液バルブ６６及び新液注入バルブ６８がシーケンス制御され、定期的に液体Ｌの一部の入替え処理が行われる。図５に、液体Ｌの一部の入替え処理を行う際における各バルブ６６，６８の制御に係わるタイムチャートを示す。液体Ｌの一部の入替え処理は、時間Ｔｉ（例えば、１０分）間隔で行われる。また、液体Ｌの一部の入替え処理が行われない期間では、上述した定格出力Ｐｓとなる１００〔％〕出力により、サーモモジュール３…に対する通電制御（温調制御）が行われる（ステップ２１）。

そして、入替え時間になれば、コントローラ５１により排液バルブ６６が閉側から開側に制御され、洗浄器６１内における液体Ｌの一部が排出される排液処理が行われる（ステップＳ２２，Ｓ２３）。排液処理は、設定時間Ｔｏ（例えば、３０秒）にわたって行われ、設定時間Ｔｏが経過したなら排液処理を終了させる（ステップＳ２４，Ｓ２５）。即ち、コントローラ５１により排液バルブ６６が開側から閉側に制御される。なお、排液量は、液体Ｌの全体量に対して１／１０程度が目安となる。

また、排液処理の終了と同時に、コントローラ５１により新液注入バルブ６８が閉側から開側に制御され、新液注入回路６５から戻り配管Ｘｒに対して新液（液体Ｌ）が供給される新液注入処理が行われる（ステップＳ２５）。供給量は、排液量を補充する必要があるため、排液量と同じである。さらに、新液注入処理が開始したならサーモモジュール３…に対する出力が、１００〔％〕出力から制限出力Ｐｃとなる４０〔％〕出力に切換えられ、この４０〔％〕出力によりサーモモジュール３…に対する通電制御（加熱制御）が行われる（ステップＳ２６）。即ち、運転中の温度変動に伴う昇温時を、制限出力Ｐｃを用いる対象としているため、新液注入処理が開始したことに基づいてコントローラ５１が検出温度Ｐｄを監視する。この場合、新液Ｌの注入により、検出温度Ｔｄは急激に低下し、これにより、サーモモジュール３…の加熱温度Ｔｐも上昇する。したがって、監視温度Ｔｍを６０〔℃〕に設定すれば、直ちに４０〔％〕出力に切換えられる。なお、運転中の温度変動に伴う昇温時は、このような温度条件となることが既知のため、制御手法的には、新液注入処理の開始と同時に４０〔％〕出力に切換える制御を行ってもよい。図４は、新液注入処理の開始と同時に４０〔％〕出力に切換えた場合を示している。

新液注入処理は、設定時間Ｔａ（例えば、３０秒）にわたって行われ、設定時間Ｔａが経過したなら新液注入処理を終了させる（ステップＳ２７，Ｓ２８）。即ち、コントローラ５１により新液注入バルブ６８が開側から閉側に制御される。一方、サーモモジュール３…に対する通電制御は、４０〔％〕出力により継続し、検出温度Ｔｄが目標温度Ｔｓに達したなら、コントローラ５１は、４０〔％〕出力をリセットし、１００〔％〕出力に復帰させる（ステップＳ２９）。図４中、ｔｅが目標温度Ｔｓに達した時点を示す。なお、例示した液体Ｌの入替え処理は、排液処理を行った後に新液注入処理を行う場合を示したが、新液注入処理を行った後に排液処理を行ってもよいし、排液処理と新液注入処理を同時に行ってもよい。

図４において、Ｔｄｒは１００〔％〕出力のみによる検出温度、Ｔｐｒは１００〔％〕出力のみによるサーモモジュール３…の加熱温度をそれぞれ示す。この場合、サーモモジュール３…は、目標温度Ｔｓに達するまで１００〔％〕出力により制御されるため、目標温度Ｔｓに達した時点ｔｅｒでは、サーモモジュール３…の加熱温度Ｔｐｒは８５〔℃〕程度の高温まで上昇する。これに対して、監視温度Ｔｍに達した時点、即ち、新液Ｌの注入を開始する時点ｔｉで４０〔％〕出力に切換えた場合、サーモモジュール３…の加熱温度Ｔｐは６３〔℃〕程度まで上昇するが大きく上昇することはなく加熱温度Ｔｐが大幅に抑制される。

以上の制御では、サーモモジュール３…に対して制御する場合を示したが、運転開始時と同様、サーモモジュール３…に対する制御と共に、線状電気ヒータ部５ｗに対する制御を併用してもよい。即ち、新液Ｌの注入を開始すると同時に、線状電気ヒータ部５ｗに対して給電制御し、検出温度Ｔｄが目標温度Ｔｓに達するまで、線状電気ヒータ部５ｗに対する給電を継続するとともに、検出温度Ｔｄが目標温度Ｔｓに達したなら給電を停止する（ステップＳ３０）。

これにより、運転開始時の場合と同様、サーモモジュール３…の加熱を、線状電気ヒータ部５ｗの加熱により補助することができるため、サーモモジュール３…を制限出力Ｔｃに切換えたことに伴う目標温度Ｔｓまで加熱する時間の遅れを回避することができる。また、サーモモジュール３…の加熱温度を、更なる低い温度に抑制できるとともに、サーモモジュール３…に対する急激で大きな温度変動或いは頻繁な温度上昇（温度変動）を、より抑制することができる。しかも、液温を速やかに上昇させる場合にも十分に対応でき、制御精度及び制御の安定性を高めることができるなど、用途や使用環境に応じた的確な温調を行うことができる利点がある。

なお、線状電気ヒータ部５ｗに対する給電は、必要により新液注入バルブ６８に対する開側への制御と同時に行ってもよいし、この制御よりも所定時間早める方法でもよい。また、給電の停止は、必要により新液注入バルブ６８に対する閉側への制御と同時に行ってもよいし、この制御よりも所定時間遅らせる方法でもよい。さらに、運転中は、運転開始時ほど加熱量が必要ないため、線状電気ヒータ部５ｗを使用した際には、サーモモジュール３…に対する通電を停止してもよい。以下、液体温調装置１の運転が継続する場合には、同様の動作（制御）が繰返される（図１：ステップＳ９）。

よって、このような本実施形態に係る液体温調装置１の制御方法によれば、液体Ｌの温度（検出温度Ｔｄ）が監視温度Ｔｍに達したなら、サーモモジュール３…を定格出力Ｐｓよりも小さい制限出力Ｔｃにより通電制御するようにしたため、サーモモジュール３…におけるペルチェ素子の加熱温度を抑制することができ、ペルチェ素子（サーモモジュール３…）の長寿命化を図ることができる。また、本来、急激で大きな温度変動或いは温度変動を頻繁に繰り返す熱サイクルであっても、これらの挙動（温度変動）を抑制できるため、サーモモジュール３…（ペルチェ素子）における断線等の故障リスクを大幅に減少させることができ、液体温調装置１の耐久性及び信頼性を高めることができる。

以上、最良の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，制御手法，数量，数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。

例えば、液温を所定の目標温度Ｔｓまで上昇させる昇温時として、運転開始に伴う昇温時と運転中の温度変動に伴う昇温時に適用した場合を示したが、他の突発的な温度変動にも適用可能である。また、運転開始に伴う昇温時又は運転中の温度変動に伴う昇温時のいずれか一方にのみ適用してもよい。このような運転開始に伴う昇温時及び運転中の温度変動に伴う昇温時を適用すれば、サーモモジュール３…の加熱温度を抑制する必要のある昇温時をほぼカバーできるため、本発明に係る制御方法による作用効果を確実かつ有効に確保できる。

一方、運転開始に伴う昇温時と運転中の温度変動に伴う昇温時における監視温度Ｔｍ…は、同一温度に設定してもよいし異なる温度に設定してもよい。また、運転開始に伴う昇温時と運転中の温度変動に伴う昇温時における制限出力Ｐｃ…も、同一出力に設定してもよいし異なる出力に設定してもよい。これにより、各昇温時に適した監視温度Ｔｍ…，制限出力Ｐｃ…をそれぞれ設定可能となるため、各昇温時の挙動に対応した的確な温調制御を行うことができる。さらに、目標温度Ｔｓの設定を変更する毎に監視温度Ｔｍの設定を変更し直す煩わしさを回避するため、目標温度Ｔｓに達するまで１００〔％〕出力（定格出力Ｐｓ）を継続し、目標温度Ｔｓに達してから制限出力Ｐｃに切換えることもできるし、或いは監視温度Ｔｍを設定するに際して目標温度Ｔｓに対する百分率〔％〕で設定してもよい。また、検出温度Ｔｄが目標温度Ｔｓに達したなら、制限出力Ｐｃをリセットし、定格出力Ｐｓに復帰させる場合を示したが、復帰させる出力は、必ずしも定格出力Ｐｓでなくてもよい。

他方、制御系４（コントローラ５１）に、少なくとも検出温度Ｔｄが所定の目標温度Ｔｓに達するまでの目標時間を入力することによりデータベース又は演算処理により、監視温度Ｔｍ…及び／又は制限出力Ｐｃ…を自動で設定する自動設定機能を設けてもよい。これにより、例えば、運転開始に伴う昇温時に、ユーザーの希望する目標時間により立上げが可能となり、より使い勝手及び利便性を高めることができる。

また、熱交換器２に単一の熱交換室Ｃを設けた場合を例示したが、複数の熱交換室Ｃ…を順次設けてもよい。さらに、液体温調装置１の用途として洗浄器６１に接続した場合を例示したが、温調制御した液体Ｌを利用する冷却器等、他の各種機器を対象とした用途にも同様に利用できる。

本発明の最良の実施形態に係る液体温調装置の制御方法を説明するための運転開始に伴う昇温時の制御動作を示すフローチャート、 同液体温調装置の制御方法を説明するための運転中の温度変動に伴う昇温時の制御動作を示すフローチャート、 同液体温調装置の制御方法を実施した際における運転開始に伴う昇温時の時間対温度変化特性図、 同液体温調装置の制御方法を実施した際における運転中の温度変動に伴う昇温時の時間対温度変化特性図、 同液体温調装置における液体の一部の入替え処理を行う際の各バルブの制御に係わるタイムチャート、 同液体温調装置の熱交換器における交換器本体の一部破断平面図、 同液体温調装置における熱交換器の一部断面側面図、 同液体温調装置の全体構成図、

符号の説明

１ 液体温調装置
２ 熱交換器
３… サーモモジュール
４ 制御系
５ 電気ヒータ部
Ｌ 液体
Ｃ 熱交換室
Ｃｉ 流入口
Ｃｏ 流出口
Ｔｄ 検出温度
Ｔｓ 目標温度
Ｔｍ 監視温度
Ｐｓ 定格出力
Ｐｃ 制限出力

Claims (6)

1. 液体が流入する流入口及び熱交換された液体が流出する流出口にそれぞれ連通する熱交換室を有する熱交換器を、ペルチェ素子を用いたサーモモジュールにより加熱又は冷却するとともに、制御系により前記サーモモジュールを通電制御して前記熱交換室に流入した液体を温調制御する液体温調装置の制御方法において、前記液体の温度（検出温度）を所定の目標温度まで上昇させる昇温時に、前記検出温度が予め設定した監視温度に達するまでは、前記サーモモジュールを定格出力により通電制御するとともに、前記検出温度が前記監視温度に達したなら、前記サーモモジュールを前記定格出力よりも小さい制限出力により通電制御することを特徴とする液体温調装置の制御方法。
2. 前記検出温度を所定の目標温度まで上昇させる昇温時は、運転開始に伴う昇温時又は運転中の温度変動に伴う昇温時であることを特徴とする請求項１記載の液体温調装置の制御方法。
3. 前記運転開始に伴う昇温時と前記運転中の温度変動に伴う昇温時における前記監視温度は、同一温度又は異なる温度に設定することを特徴とする請求項２記載の液体温調装置の制御方法。
4. 前記運転開始に伴う昇温時と前記運転中の温度変動に伴う昇温時における前記制限出力は、同一出力又は異なる出力に設定することを特徴とする請求項２記載の液体温調装置の制御方法。
5. 前記制御系は、少なくとも前記検出温度が所定の目標温度に達するまでの目標時間を入力することによりデータベース又は演算処理により、前記監視温度及び／又は前記制限出力を自動で設定する自動設定機能を備えることを特徴とする請求項１，３又は４記載の液体温調装置の制御方法。
6. 前記熱交換室の内部に、当該熱交換室に流入した液体を加熱する電気ヒータ部を収容するとともに、前記制御系は、前記昇温時に前記電気ヒータ部を通電制御する制御機能を備えることを特徴とする請求項１記載の液体温調装置の制御方法。

Images