JP4622102B2 - チラー装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はチラー装置に関し、さらに詳細にいえば、温度制御対象から冷媒を取り出し、この冷媒を所定温度に制御した後にバッファタンクを通して再び温度制御対象に供給するチラー装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、種々の用途、例えば、半導体製造装置などに一定温度のブラインを供給する用途に、チラー装置が採用されている。
【０００３】
このようなチラー装置としては、図５に示す構成のもの、および図６に示す構成のものが提案されている。
【０００４】
図５に示すチラー装置は、図示しない温度制御対象から取り出した冷媒（例えば、ブライン）を冷凍機５１により冷却した後にヒータ５２により加熱することにより温度制御を行い、ポンプ５３によってバッファタンク５４に供給し、バッファタンク５４から温度制御対象に冷媒を供給するようにしている。そして、バッファタンク５４から吐出される冷媒の温度を温度センサ５５により検出し、設定温度および検出温度に基づいてＰＩＤ制御などを行って制御信号を出力して冷凍機５１およびヒータ５２を制御するようにしている。そして、温度センサ５５として、白金測温体などの高精度温度センサを採用している。
【０００５】
この構成のチラー装置を採用すれば、バッファタンク５４から吐出される冷媒温度が設定温度になるように冷媒の温度制御を行うことができ、温度制御対象に供給される冷媒の温度を設定温度になるように制御することができる。
【０００６】
図６に示すチラー装置は、図示しない温度制御対象から取り出した冷媒（例えば、ブライン）を冷凍機６１により冷却した後にヒータ６２により加熱することにより温度制御を行い、ポンプ６３によってバッファタンク６４に供給し、バッファタンク６４から温度制御対象に冷媒を供給するようにしている。そして、ポンプ６３の入口における冷媒の温度を温度センサ６５により検出し、設定温度および検出温度に基づいてＰＩＤ制御などを行って制御信号を出力して冷凍機６１およびヒータ６２を制御するようにしている。そして、温度センサ６５として、白金測温体などの高精度温度センサを採用している。
【０００７】
この構成のチラー装置を採用すれば、ポンプ６３の入口における冷媒の温度が設定温度になるように冷媒の温度制御を行うことができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示すチラー装置を採用した場合には、冷凍機５１、ヒータ５２と温度センサ５５との間にバッファタンク５４が介在している関係上、高速な温度制御を行うことができない。したがって、急激な負荷変動があった場合でも温度制御対象に供給すべき冷媒の温度が急激に変動するという不都合の発生を防止するために、バッファタンク５４を大型化しなければならない。
【０００９】
図６に示すチラー装置を採用した場合には、冷凍機６１、ヒータ６２と温度センサ６５との間にバッファタンク６４が介在していない関係上、高速な温度制御を行うことができ、ひいてはバッファタンクを小型化することができる。
【００１０】
しかし、実際に温度が高精度に制御されるのはポンプ６３の入口における冷媒の温度であり、温度制御対象に供給されるまでの間にはポンプ６３、バッファタンク６４および配管が存在しているので、バッファタンク６４から吐出される冷媒の温度を正確に制御できているという保証が全くない。例えば、半導体製造装置においては、著しく高精度の温度制御が要求されるのであるから、この不都合は到底無視しえないものである。
【００１１】
【発明の目的】
この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、高精度に温度制御を行うことができるとともに、制御性を高めることができるチラー装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１のチラー装置は、温度制御対象から冷媒を取り出し、この冷媒を所定温度に制御した後にバッファタンクを通して再び温度制御対象に供給するものにおいて、冷却手段および加熱手段により温度が制御された冷媒をバッファタンクに供給する冷媒供給手段と、冷媒供給手段の上流側における冷媒の温度を検出する第１温度検出手段と、バッファタンクの下流側における冷媒の温度を検出する第２温度検出手段と、設定温度、第１温度検出手段による第１検出温度、および第２温度検出手段による第２検出温度に基づいて冷却手段および加熱手段を制御する温度制御手段とを含み、前記温度制御手段として、第２検出温度と第１検出温度との差を設定温度に加算して設定温度を補正する設定温度補正手段と、補正された設定温度を入力としてＰＩＤ制御を行って冷却手段および加熱手段を制御する制御信号を出力するＰＩＤ制御手段とを含むものを採用するものである。
【００１４】
【作用】
請求項１のチラー装置であれば、温度制御対象から冷媒を取り出し、この冷媒を所定温度に制御した後にバッファタンクを通して再び温度制御対象に供給するに当たって、冷媒供給手段によって、冷却手段および加熱手段により温度が制御された冷媒をバッファタンクに供給し、第１温度検出手段によって、冷媒供給手段の上流側における冷媒の温度を検出し、第２温度検出手段によって、バッファタンクの下流側における冷媒の温度を検出する。そして、温度制御手段によって、設定温度、第１温度検出手段による第１検出温度、および第２温度検出手段による第２検出温度に基づいて冷却手段および加熱手段を制御する。
【００１５】
したがって、冷媒の温度を高精度に制御することができるとともに、冷媒の温度の制御性を高めることができる。そして、第１温度検出手段として、相対精度があるが絶対精度が保証されていないものを採用することができるので、温度検出手段が増加することに伴うコストの増加を大幅に抑制することができる。
【００１６】
しかも前記温度制御手段として、第２検出温度と第１検出温度との差を設定温度に加算して設定温度を補正する設定温度補正手段と、補正された設定温度を入力としてＰＩＤ制御を行って冷却手段および加熱手段を制御する制御信号を出力するＰＩＤ制御手段とを含むものを採用するのであるから、温度制御手段の構成の複雑化を大幅に抑制することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、この発明のチラー装置の実施の態様を詳細に説明する。
【００１８】
図１はこの発明のチラー装置を示すブロック図である。
【００１９】
このチラー装置は、図示しない温度制御対象と連通される冷媒流路１の所定位置に、冷凍機２、ヒータ３、第１温度センサ４、ポンプ５、バッファタンク６、および第２温度センサ７をこの順に配置しているとともに、第１温度センサ４の出力、および第２温度センサ７の出力を入力として冷凍機２、およびヒータ３に供給すべき制御信号を出力する温度コントローラ８を有している。なお、８ａは温度表示部である。
【００２０】
図２は温度コントローラ８の構成の一例を示すブロック図である。
【００２１】
この温度コントローラ８は、設定値ＳＶおよび第２温度センサ７による第２検出温度ＰＶ２を入力として両者の差を出力する設定値コントローラ８ｂと、設定値コントローラ８ｂの出力と第１温度センサによる第１検出温度ＰＶ１とを加算して補正後設定値ＳＶ’を出力する加算部８ｃと、補正後設定値ＳＶ’を入力としてＰＩＤ演算（比例演算、積分演算、微分演算）（スプリット制御またはＶ字型制御）を行って冷凍機２、ヒータ３を制御する制御信号を出力するＰＩＤコントローラ８ｃと、第２検出温度ＰＶ２を入力として温度表示を行う温度表示部８ａとを有している。
【００２２】
次いで、図３のフローチャートを参照して、起動時、もしくは設定温度変更時における温度コントローラの作用を説明する。
【００２３】
ステップＳＰ１において、検出温度が安定するまで待ち、ステップＳＰ２において、設定値を変更し、ステップＳＰ３において、検出温度が収束したか否かを判定する。そして、収束していなければ、再びステップＳＰ１の処理を行う。逆に、収束していれば、ステップＳＰ４において、変更後の設定値を保存する。
【００２４】
さらに説明する。
【００２５】
ステップＳＰ１においては、第１検出温度ＰＶ１、第２検出温度ＰＶ２が安定するまで待つ。ここで、「検出温度が安定する」とは、例えば、第１検出温度ＰＶ１が設定値ＳＶに近づくまで待つ。そして、この間は、設定値ＳＶを一定に保持し、かつ当初はＳＶ＝ＳＶ’に設定して温度制御を行う。
【００２６】
ステップＳＰ２においては、ＳＶ’＝ＳＶ＋（ＰＶ１−ＰＶ２）の演算を行って設定値ＳＶ’を変更する。
【００２７】
ステップＳＰ３においては、第１検出温度ＰＶ１と第２検出温度ＰＶ２との差が所定値以下になった場合に検出温度が収束したと判定する。
【００２８】
ステップＳＰ４においては、設定値ＳＶに対応する変更後の設定値ＳＶ’を保存する。したがって、その後は、変更後の設定値ＳＶ’を設定値として設定する。
【００２９】
図４は両検出温度の経時変化、および設定値ＳＶ’の経時変化の一例を示す図である。
【００３０】
図４から分かるように、起動当初、もしくは設定温度変更当初には、設定値ＳＶを一定に保持し、かつＳＶ＝ＳＶ’に設定して温度制御を行うので、第１検出温度ＰＶ１が設定値ＳＶに近づく（第１検出温度ＰＶ１が収束する）。
【００３１】
この間において、第２検出温度ＰＶ２は、ポンプ５の発熱、配管を通して外部から与えられる熱などに起因して第１検出温度よりも高くなる。
【００３２】
そして、第１検出温度ＰＶ１が収束した後は、第１検出温度ＰＶ１と第２検出温度ＰＶ２との差に基づいて設定値ＳＶ’を変更する。
【００３３】
設定値ＳＶ’が変更された場合には、両検出温度の差ＰＶ２−ＰＶ１が所定値以下になったか否かを判定し、所定値以下になるまで設定値ＳＶ’の変更を反復する。
【００３４】
したがって、両検出温度の差ＰＶ２−ＰＶ１が所定値以下になるように設定値ＳＶ’が変更された後は、冷凍機２およびヒータ３を制御することによって、第１検出温度ＰＶ１が設定値ＳＶ’と等しくなるとともに、第２検出温度ＰＶ２が設定値ＳＶと等しくなるように温度制御を行うことができる。
【００３５】
そして、第１検出温度ＰＶ１に基づく温度制御は、バッファタンク６の影響を受けないので、制御性を高めることができる。
【００３６】
また、温度制御を行うに当たって、第２検出温度ＰＶ２をも考慮しているので、温度制御精度を高めることができる。特に、第１温度センサ４として、サーミスタなどの絶対温度精度は保証されていないが相対温度精度が保証されているものを採用しても、十分に高い温度制御精度を達成することができる。
【００３７】
なお、上記の実施態様においては、第２温度センサ７によって第２検出温度ＰＶ２を検出するようにしているが、チラー装置の実測結果を基に参照表を作成しておいて、この参照表から第２検出温度ＰＶ２を読み出すよう構成することが可能であるほか、ポンプ５の発熱を回転数／流量から推測して第２検出温度ＰＶ２を得るよう構成することが可能である。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１の発明は、冷媒の温度を高精度に制御することができるとともに、冷媒の温度の制御性を高めることができ、しかも、第１温度検出手段として、相対精度があるが絶対精度が保証されていないものを採用することができるので、温度検出手段が増加することに伴うコストの増加を大幅に抑制することができるという特有の効果を奏する。
【００３９】
しかも温度制御手段の構成の複雑化を大幅に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のチラー装置を示すブロック図である。
【図２】温度コントローラの構成の一例を示すブロック図である。
【図３】温度コントローラの処理の一例を説明するフローチャートである。
【図４】両検出温度ＰＶ１、ＰＶ２の経時変化、および設定値ＳＶ’の経時変化の一例を示す図である。
【図５】従来のチラー装置の一例を示すブロック図である。
【図６】従来のチラー装置の他の例を示すブロック図である。
【符号の説明】
２ 冷凍機 ３ ヒータ
４ 第１温度センサ ５ ポンプ
６ バッファタンク ７ 第２温度センサ
８ 温度コントローラ ８ｂ 設定値コントローラ
８ｃ 加算部 ８ｄ ＰＩＤコントローラ

Claims (1)

1. 温度制御対象から冷媒を取り出し、この冷媒を所定温度に制御した後にバッファタンク（６）を通して再び温度制御対象に供給するチラー装置において、冷却手段（２）および加熱手段（３）により温度が制御された冷媒をバッファタンク（６）に供給する冷媒供給手段（５）と、冷媒供給手段（５）の上流側における冷媒の温度を検出する第１温度検出手段（４）と、バッファタンク（６）の下流側における冷媒の温度を検出する第２温度検出手段（７）と、設定温度、第１温度検出手段（４）による第１検出温度、および第２温度検出手段（７）による第２検出温度に基づいて冷却手段（２）および加熱手段（３）を制御する温度制御手段（８）と、を含み、
   前記温度制御手段（８）は、第２検出温度と第１検出温度との差を設定温度に加算して設定温度を補正する設定温度補正手段（８ｂ）（８ｃ）と、補正された設定温度を入力としてＰＩＤ制御を行って冷却手段（２）および加熱手段（３）を制御する制御信号を出力するＰＩＤ制御手段（８ｄ）とを含むものである、チラー装置。

Images