JP5172615B2 - 温度制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、制御対象の付近に配置される調温部に流体を循環させることで前記制御対象の温度を所望に制御する温度制御装置に関する。

図１２に、この種の温度制御装置を示す。図示されるように、貯蔵タンク１００内の流体は、ポンプ１０２によって吸入され、加熱部１０４側に吐出される。加熱部１０４は、ヒータ等を備え、調温部１０６に出力する流体を加熱可能となっている。調温部１０６を通過した流体は、冷却部１０８へと出力される。冷却部１０８では、貯蔵タンク１００に出力する流体を冷却可能となっている。

こうした構成において、調温部１０６に供給される流体の温度を調節することで、調温部１０６に支持される制御対象の温度が制御される。ここで、制御対象の温度を上昇させたい場合には、冷却部１０８において流体を冷却せず且つ、加熱部１０４において流体を加熱する。一方、制御対象の温度を低下させたい場合には、冷却部１０８において流体を冷却して且つ、加熱部１０４では流体を加熱しない。これにより、制御対象の温度を所望に制御することができる。

なお、従来の温度制御装置としては、図１２に示したもの以外にも、例えば下記特許文献１に記載されているものもある。
特開２０００−８９８３２号公報

ところで、上記温度制御装置では、制御対象の温度を所望の温度に変更するのに長時間を要する。すなわち、制御対象の温度を冷却したい場合には、加熱部１０４による加熱を停止するとともに冷却部１０８による冷却を開始する必要があるが、加熱部１０４による加熱の停止後であっても、余熱により加熱部１０４からしばらくは高温の流体が出力される。また、冷却部１０８による冷却を開始したとしても、流体が実際に冷却されるまでには時間を要し、また、貯蔵タンク１００内の流体の温度が低下するには、更に長時間を要する。このため、調温部１０６内の温度を迅速に変更することができず、ひいては制御対象の温度を迅速に変更することができない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、制御対象の付近に配置される調温部に流体を循環させることで前記制御対象の温度を所望に制御するに際し、その制御対象の温度を所望の温度に迅速に追従させることのできる温度制御装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

手段１記載の発明は、制御対象の付近に配置される調温部に流体を循環させることで前記制御対象の温度を所望に制御する温度制御装置において、前記流体を加熱して前記調温部に循環させる加熱通路と、前記流体を冷却して前記調温部に循環させる冷却通路と、前記加熱通路及び前記冷却通路を通過することなく、前記流体を前記調温部に循環させるバイパス通路と、前記加熱通路、前記冷却通路、及び前記バイパス通路から前記調温部に出力される流体の流量比を調節する調節手段と、前記流体を循環させるべく前記流体を流動させる流動手段とを備え、前記加熱通路には、前記流体を加熱するための加熱部が設けられており、前記流動手段は、前記流体の循環経路のうちの前記加熱部よりも下流側に備えられてなることを特徴とする。

上記発明では、加熱通路、冷却通路、及びバイパス通路を介して調温部に出力される流体の流量比を調節することで、調温部に出力される流体の温度を迅速に変化させることができる。更に、流動手段が加熱部よりも下流側に設けられるために、流動手段による流体の吸引力の影響で加熱通路のうちの加熱部によって加熱される部分の圧力の上昇を抑制することもできる。このため、上記加熱される部分に要求される耐圧を低下させることもできる。なお、前記加熱通路、前記冷却通路、及び前記バイパス通路が互いに合流する合流部の流路面積を、その上流の通路の流路面積の合計以下とすることを特徴としてもよく、また、合計未満としてもよい。

手段２記載の発明は、手段１記載の発明において、前記調節手段は、前記加熱通路から前記調温部へと出力される流体の流量を調節する手段を備えて且つ、該手段は、前記加熱部よりも上流側に設けられることを特徴とする。

上記発明では、加熱通路から調温部へと出力される流体の流量を調節する手段を加熱部よりも上流側に設けることで、流動手段が加熱通路のうちの加熱部によって加熱される部分の圧力を低下させる効果が、調節手段によって妨げられることを好適に回避することができる。

手段３記載の発明は、手段１又は２記載の発明において、前記流体の循環経路には、温度による前記流体の体積変化を吸収する機能を有する体積変化吸収手段を備えることを特徴とする。

流体の体積が温度依存性を有する場合、流体の温度変化に起因して体積が変化することで、流体の循環が妨げられるおそれがある。この点、上記発明では、体積変化吸収手段を備えるために、流体の体積が変化した場合であれ、流体の循環を好適に維持することができる。

なお、上記体積変化吸収手段は、前記流動手段の上流に設けられることが望ましい。

手段４記載の発明は、手段１〜３のいずれかに記載の発明において、前記加熱通路及び前記冷却通路には、前記調節手段を迂回してその上流側から下流側へと前記流体を流出させる流出通路が設けられてなることを特徴とする。

加熱通路や冷却通路から調温部への流体の流出が禁止されている場合、これら通路に温度勾配が生じる。このため、禁止が解除された直後においては、調温部へと流出する流体の温度が温度勾配の影響を受け、調温部の温度を所望の温度に追従させるまでに要する時間が長時間化するおそれがある。この点、上記発明では、流出通路を備えることで、加熱通路や冷却通路における温度勾配を好適に抑制することができ、ひいては調温部の温度を所望の温度により迅速に追従させることができる。

なお、手段４記載の発明は、前記加熱通路には、その温度を検出する加熱側温度検出手段が設けられており、前記冷却通路には、その温度を検出する冷却側温度検出手段が設けられていることを特徴としてもよい。この場合、上記流出通路を備えることで、加熱通路や冷却通路から調温部へと流体の流出が禁止されることに起因して上記検出手段が上記温度勾配の影響を受けることを好適に抑制することができる。

手段５記載の発明は、手段１〜４のいずれか１項に記載の発明は、前記加熱通路及び前記バイパス通路の双方から前記調温部に流体が出力される際に用いられるバイパス通路と前記冷却通路及び前記バイパス通路の双方から前記調温部に流体が出力される際に用いられるバイパス通路とが共通の通路を含むことを特徴とする。

上記発明では、加熱通路及びバイパス通路から調温部に流体が出力される場合と、冷却通路及びバイパス通路から調温部に流体が出力される場合とで、共通のバイパス通路を用いることができる。このため、各別のバイパス通路を用いなければならない場合と比較して、温度制御装置の構造を簡素化することができる。

手段６記載の発明は、手段１〜５のいずれかに記載の発明において、前記調温部近傍の流体の温度を目標値に制御すべく、前記調節手段を操作する操作手段を更に備えることを特徴とする。

上記発明では、操作手段を備えることで、調温部の温度を所望に調節することができる。

手段７記載の発明は、手段６記載の発明において、前記操作手段は、前記調温部近傍の流体の温度を検出する出力温度検出手段による検出値を前記目標値にフィードバック制御するものであることを特徴とする。

上記発明では、フィードバック制御を行うために、検出値を目標値に高精度に追従させることができる。

手段８記載の発明は、手段７記載の発明において、前記調節手段は、前記加熱通路、前記冷却通路、及び前記バイパス通路のそれぞれの下流側の流路面積を調節する手段であり、前記操作手段は、前記検出値の前記目標値からの乖離度合いに基づく量を、前記加熱通路、前記冷却通路、及び前記バイパス通路のそれぞれの流路面積操作量に変換する変換手段を備えることを特徴とする。

上記発明では、変換手段を備えることで、検出値の目標値からの乖離度合いを単一の量として定量化するのみで、この定量化された量に基づき、上記３つの通路の流路面積を調節（操作）することができる。

なお、変換手段は、検出値が目標値よりも大きい場合には、上記乖離度合いの変化に対して、冷却通路及びバイパス通路の流路面積を変化させるものであり、検出値が目標値よりも小さい場合には、上記乖離度合いの変化に対して、加熱通路及びバイパス通路の流路面積を変化させるものとすることが望ましい。

手段９記載の発明は、手段７又は８記載の発明において、前記操作手段は、前記目標値が変化してから所定期間に渡って、前記フィードバック制御に代えて、前記バイパス通路の温度を検出するバイパス温度検出手段の検出値に基づき前記調温部近傍の流体の温度を開ループ制御すべく、前記調節手段を操作することを特徴とする。

目標値が変化する際に、フィードバック制御によって検出値の温度を目標値に迅速に追従させるためには、同制御のゲインを大きくすることが要求される。そして、制御のゲインを大きくする場合、目標値の上下に検出値が変動する変動量が大きくなる。このように、フィードバック制御においては、応答性の向上と変動量の抑制とが互いにトレードオフの関係にある。この点、上記発明では、目標値が変化してから所定期間に渡ってフィードバック制御に代えて開ループ制御をするために、目標値の上下に検出値が変動する変動量を抑制するようにフィードバック制御を設定したとしても、目標値の変化時の応答性を高めることができる。

手段１０記載の発明は、手段９記載の発明において、前記開ループ制御は、前記バイパス通路内の流体の温度が前記目標値よりも高い場合には前記所定期間に渡って前記バイパス通路及び前記冷却通路から前記調温部に出力される流体の流量比を操作することによって行われ、前記バイパス通路内の流体の温度が前記目標値よりも低い場合には前記所定期間に渡って前記バイパス通路及び前記加熱通路から前記調温部に出力される流体の流量比を操作することによって行われる。

上記発明では、バイパス通路内の流体の温度が前記目標値よりも高い場合には前記バイパス通路及び前記冷却通路の流路面積を操作することで、加熱通路をも用いる場合と比較して、エネルギ消費量を低減することができる。また、バイパス通路内の流体の温度が前記目標値よりも低い場合には前記バイパス通路及び前記加熱通路の流路面積を操作することで、冷却通路をも用いる場合と比較して、エネルギ消費量を低減することができる。

手段１１記載の発明は、手段６〜１０のいずれかに記載の発明において、前記調温部の温度に関する要求が変化する場合、前記目標値を前記要求の変化よりも大きく変化させる過渡時目標値設定手段を更に備えることを特徴とする。

目標値が変化してから調温部の温度を目標値に追従させるためには、温度調節された流体によって調温部の温度を変化させる必要があるため、目標値への追従に際しては応答遅れが生じる。更に、制御対象の温度を変化させるためには、調温部の温度が変化した後、制御対象と調温部との間で熱エネルギの交換が行われなければならないため、制御対象の温度変化の応答遅れはいっそう顕著となる。ここで、上記発明では、実際の要求が変化する際、目標値の変化を要求の変化よりも大きくすることで、調温部や制御対象の温度が、要求される温度側に迅速に変化するようにすることができる。

手段１２記載の発明は、手段９〜１１のいずれかに記載の発明において、前記開ループ制御のゲイン、該開ループ制御の継続時間、及び該開ループ制御時の目標値の設定の少なくとも１つについて複数の選択肢のうちの任意の１つを選択するように外部に促し、選択された値に応じて前記温度制御を行う開ループ制御適合支援手段を更に備えることを特徴とする。

開ループ制御において、そのゲインや、継続時間、目標値の最適な設定は、制御対象に依存する。このため、温度制御装置において、これらのパラメータをはじめから固定して与えておいたのでは、制御対象によっては開ループ制御を最適に行うことができない懸念がある。この点、上記発明では、適合支援手段を備えることで、温度制御装置のユーザが制御対象に応じてこれらパラメータを適合する際の労力を低減することができる。

手段１３記載の発明は、手段６〜１２のいずれかに記載の発明において、前記操作手段は、前記調温部の温度が定常状態である場合、前記加熱通路及び前記冷却通路についての前記調節手段によって調節される流体の流量がゼロとなることを禁止することを特徴とする。

加熱通路や冷却通路から調温部へと流体の流出が禁止されている場合、調節手段の下流側に温度勾配が生じる。このため、禁止が解除された直後においては、調温部へと流出する流体の温度が温度勾配の影響を受けるため、調温部の温度を所望の温度に追従させるまでに要する時間が長時間化するおそれがある。この点、上記発明では、調温部の温度が定常状態である場合、加熱通路及び冷却通路の前記調節手段によって調節される流体の流量がゼロとなることを禁止することで、温度勾配を好適に抑制することができ、ひいては調温部の温度を所望の温度により迅速に追従させることができる。

なお、手段１３記載の発明は、前記加熱通路には、その温度を検出する加熱側温度検出手段が設けられており、前記冷却通路には、その温度を検出する冷却側温度検出手段が設けられていることを特徴としてもよい。この場合、加熱通路や冷却通路から調温部への流体の流出が禁止されることで上記検出手段が上記温度勾配の影響を受けることを好適に抑制することができる。

手段１４記載の発明は、制御対象の付近に配置される調温部に流体を循環させることで前記制御対象の温度を所望に制御する温度制御装置において、前記流体を加熱して前記調温部に循環させる加熱通路と、前記流体を冷却して前記調温部に循環させる冷却通路と、前記加熱通路及び前記冷却通路を通過することなく、前記流体を前記調温部に循環させるバイパス通路と、前記加熱通路、前記冷却通路、及び前記バイパス通路から前記調温部に出力される流体の流量比を調節する調節手段とを備えることを特徴とする。

上記発明では、加熱通路、冷却通路、及びバイパス通路を介して調温部に出力される流体の流量比を調節することで、調温部に出力される流体の温度を迅速に変化させることができる。なお、手段１４記載の発明に、更に上記手段２〜１３記載の発明特定事項の少なくとも１つを加えてもよい。また、前記加熱通路、前記冷却通路、及び前記バイパス通路が互いに合流する合流部の流路面積を、その上流の通路の流路面積の合計以下とすることを特徴としてもよく、また、合計未満としてもよい。

（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる温度制御装置の第１の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に、本実施形態にかかる温度制御装置の全体構成を示す。

図示される温度制御装置は、例えば生物工学の分野や化学工業の分野における加工・製造工程や、生物学・化学実験、更には半導体装置等の精密機器の製造工程などにおいて用いられるものである。温度制御装置は、調温プレート１０を備えている。調温プレート１０は、その上に制御対象を載せて支持することで、制御対象と熱エネルギの交換をする部材である。詳しくは、調温プレート１０内部には、非圧縮性の流体（熱エネルギの交換を仲介する液状媒体（液状温度媒体）であることが望ましい）が流動する通路（調温部１１）が設けられており、この流体の温度により調温プレート１０の温度が調節されるようになっている。なお、制御対象としては、例えば製造対象となる精密機器等がある。

調温プレート１０内を流動した流体は、リターン通路１６を介して分岐部１８へと出力される。分岐部１８には、冷却通路２０、バイパス通路３０及び加熱通路４０が接続されている。

冷却通路２０は、分岐部１８から流入する流体を冷却して合流部１２へと流出させるための通路である。冷却通路２０には、その一部を覆うように冷却部２２が設けられている。冷却部２２は、分岐部１８から流入した流体を冷却する。詳しくは、冷却部２２には、所定の温度まで冷却された流体（水、油、冷媒等）が流動する通路が設けられており、この流体によって冷却通路２０内の流体が冷却されるようになっている。冷却通路２０は、冷却部２２の上流側端部と下流側端部との間において屈曲した通路構造を有することで、冷却部２２内における冷却通路２０内の容積を拡大している。なお、この屈曲構造に代えて、例えば冷却部２２内においてのみ流路面積を拡大することによって、冷却部２２内の容積を拡大してもよい。また、上記において、「上流」及び「下流」とは、流体の流動方向を基準としたものであり、それぞれ流動方向の後方及び前方のことである。

また、冷却通路２０のうち冷却部２２の上流側には、冷却通路２０内の流路面積を連続的に調節する冷却用バルブ２４が設けられている。また、冷却通路２０のうち冷却部２２よりも下流側には、冷却通路２０内の流体の温度を検出する冷却用温度センサ２６と、冷却通路２０内の流体の質量流量又は容積流量を検出する冷却用流量計２８とが設けられている。

なお、冷却通路２０は、冷却部２２よりも下流側においては、その流路面積が略一定とされることが望ましい。

一方、バイパス通路３０は、分岐部１８から流入する流体をそのまま合流部１２を介して調温部１１へと流出させるための通路である。バイパス通路３０の上流側には、バイパス通路３０内の流路面積を連続的に調節するバイパス用バルブ３４が設けられている。そして、バイパス通路３０のうちバイパス用バルブ３４よりも下流側には、バイパス通路３０内の流体の温度を検出するバイパス用温度センサ３６と、バイパス通路３０内の流体の質量流量又は容積流量を検出するバイパス用流量計３８とが設けられている。

加熱通路４０は、分岐部１８から流入する流体を加熱して合流部１２へと流出させるための通路である。加熱通路４０には、その一部を覆うように加熱部４２が設けられている。加熱部４２は、分岐部１８から流入した流体を加熱する。詳しくは、加熱部４２には、所定の温度まで加熱された流体（水、油、熱媒等）が流動する通路が設けられており、この流体によって加熱通路４０内の流体が加熱されるようになっている。加熱通路４０は、加熱部４２の上流側端部と下流側端部との間において屈曲した流路構造を有することで、加熱部４２内における加熱通路４０内の容積を拡大している。なお、この屈曲構造に代えて、例えば加熱部４２内においてのみ流路面積を拡大することによって、加熱部４２内の容積を拡大してもよい。

また、加熱通路４０のうち加熱部４２よりも上流側には、加熱通路４０内の流路面積を連続的に調節する加熱用バルブ４４が設けられている。そして、加熱通路４０のうち加熱用バルブ４４よりも下流側には、加熱通路４０内の流体の温度を検出する加熱用温度センサ４６と、加熱通路４０内の流体の質量流量又は容積流量を検出する加熱用流量計４８が設けられている。

なお、加熱通路４０は、加熱部４２よりも下流側においては、その流路面積が略一定とされることが望ましい。

冷却通路２０、バイパス通路３０及び加熱通路４０は、その下流に位置する合流部１２にて接続される。ここで、合流部１２内の流路面積や合流部１２及び調温部１１間の流路面積は、流体の流速を低減しない範囲で冷却通路２０、バイパス通路３０及び加熱通路４０の流路面積と比較して極力拡大しないようにすることが望ましい。すなわち、合流部１２や合流部１２及び調温部１１間の流路面積は、冷却通路２０や、バイパス通路３０、加熱通路４０から流出する流体の流速を極力低減しないように、その容積に起因する流体の滞留を抑制することのできるように設定することが望ましい。これは、例えば合流部１２や合流部１２及び調温部１１間の流路面積を、冷却通路２０、バイパス通路３０及び加熱通路４０の流路面積のそれぞれの流路面積の「１．５」倍以下とすることで実現することができる。

上記合流部１２と調温部１１との間には、流体を循環させるべく流体を流動させるための流動手段としてのポンプ１４が設けられている。ここで、ポンプ１４は、例えばダイアフラムポンプや、渦流ポンプ、カスケードポンプ等からなる。更に、合流部１２及びポンプ１４間の通路には、ダンパ１３が接続されている。ダンパ１３は、流体が充填される容器を備えている。この容器には、流体が充填されているものの、その上部には、隙間があり、気体が注入されている。このため、温度変化に起因した流体の体積変化が生じたとしても、この変化は、圧縮性流体としての気体によって吸収される。そして、これにより、流体の体積変化によって流体の流動が妨げられることが回避される。ちなみに、ダンパ１３は、容器内の気体の圧力が所定圧以上となることでこれを大気に逃して且つ、容器内の気体の圧力が上記所定圧よりも低い規定圧以下となることで大気を吸入するための呼吸弁１３ａを備えている。図では、呼吸弁１３ａとして、模式的に一対の逆止弁を備える構成を例示しているが、実際には、ダイアフラム弁体等を備えて構成することが望ましい。また、合流部１２及び調温部１１間の流体の流通経路とダンパ１３との接続通路の進行方向は、合流部１２から調温部１１へと進む流体の流通方向に略直交することが望ましい。また、上記接続通路の流路面積は、合流部１２及び調温部１１間の流体の流通経路の流路面積程度又はそれ以下とすることが望ましい。

上記合流部１２及び調温部１１間には、調温部１１に出力される流体の温度を検出する出力温度センサ５１が設けられている。

一方、制御装置５０は、外部からの制御対象の温度の要求値（要求温度Ｔｒ）に応じて冷却用バルブ２４や、バイパス用バルブ３４、加熱用バルブ４４を操作することで、調温部１１内の流体の温度を調節し、これにより間接的に調温プレート１０上の制御対象の温度を制御する。この際、制御装置５０は、冷却用温度センサ２６や、バイパス用温度センサ３６、加熱用温度センサ４６、冷却用流量計２８、バイパス用流量計３８、加熱用流量計４８、出力温度センサ５１等の検出値を適宜参照する。

なお、上記制御装置５０は、冷却用バルブ２４や、バイパス用バルブ３４、加熱用バルブ４４を駆動するためのドライバ部と、上記各種検出手段の検出値に基づき上記ドライバ部の出力する操作信号を演算するための演算部とを備えて構成されている。この演算部は、専用のハードウェア手段によって構成してもよく、また、マイクロコンピュータを備えて構成してもよい。更には、汎用性のあるパーソナルコンピュータと、これに演算をさせるためのプログラムを備えて構成してもよい。

上記温度制御装置によれば、要求温度Ｔｒの変化に応じて、調温部１１内の温度を迅速に変化させることができる。すなわち、要求温度Ｔｒが冷却通路２０内の流体の温度以上であって且つ加熱通路４０内の流体の温度以下である範囲においては、要求温度Ｔｒがいかなる値となっても、冷却通路２０、バイパス通路３０、及び加熱通路４０からの流体の流量を調節することで調温部１１内の温度を迅速に所望の温度に変化させることができる。

更に、上記温度制御装置は、バイパス通路３０を備えることで、調温部１１内の温度を所定に維持する際のエネルギ消費量を低減することができる構成ともなっている。以下、これについて説明する。

今、調温部１１を循環する流体を水とし、冷却通路２０内の温度が「１０°Ｃ」であり、加熱通路４０内の温度が「７０°Ｃ」であるとし、調温部１１内を流動する流体の流量を「２０Ｌ／分」とする。また、出力温度センサ５１の検出値Ｔｄを「４０°Ｃ」に制御して定常状態が実現しており、調温部１１から流出する流体の温度が「４３°Ｃ」に上昇しているとする。この場合、冷却通路２０及びバイパス通路３０の流体を調温部１１に流出させ、加熱通路４０内の流体についてはこれを用いないようにすることで、温度制御を行うことができる。このときのエネルギ消費量について考察する。

今、冷却通路２０から調温部１１へと流出する流体の流量を「Ｗａ」とすると以下の式が成立する。

２０（Ｌ／分）×４０（°Ｃ）
＝１０（°Ｃ）×Ｗａ＋４３（°Ｃ）×（２０−Ｗａ）
これから、Ｗａ≒「１．８Ｌ／分」
このため、冷却部２２において消費されるエネルギ消費量Ｑａは、以下となる。

Ｑａ＝（４３−１０）×１．８×６０（秒）÷（８６０：変換係数）
＝４．１ｋＷ
これに対し、バイパス通路３０を備えない構成の場合、冷却部２２のエネルギ消費量Ｑａと加熱部４２のエネルギ消費量Ｑｃは、以下のようになる。

Ｑａ＝（４３−１０）×１０（Ｌ／分）×６０（秒）÷８６０≒２３ｋＷ
Ｑｃ＝（７０―４３）×１０（Ｌ／分）×６０（秒）÷８６０≒１９ｋＷ
したがって、エネルギ消費量Ｑは、「４２ｋＷ」となり、バイパス通路３０を設ける場合のおよそ「１０」倍となる。

次に、本実施形態にかかる制御装置５０の行う温度制御について詳述する。図２は、制御装置５０の行う処理のうちのフィードバック制御の処理手順を示している。この処理は、制御装置５０により、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ１０において、開ループ制御時であるか否かを判断する。この処理は、フィードバック制御の実行条件が成立しているか否かを判断するものである。ここで、開ループ制御は、後述する条件下で行われるものであり、このときには、フィードバック制御を行わない。

ステップＳ１０において否定判断される場合には、ステップＳ１２において、出力温度センサ５１の検出値Ｔｄを取得する。続くステップＳ１４においては、検出値Ｔｄを目標値Ｔｔにフィードバック制御するための基本操作量ＭＢを算出する。ここで、目標値Ｔｔは、要求温度Ｔｒに基づき定められる値であり、フィードバック制御時においては要求温度Ｔｒとされる。基本操作量ＭＢは、検出値Ｔｄの目標値Ｔｔに対する乖離度合いに基づき算出される量である。詳しくは、本実施形態では、検出値Ｔｄと目標値Ｔｔとの差ΔのＰＩＤ（比例積分微分）演算によって基本操作量ＭＢを算出する。

続くステップＳ１６においては、基本操作量ＭＢを、冷却用バルブ２４、バイパス用バルブ３４、及び加熱用バルブ４４の各操作量（開度Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ）に変換する。ここでは、図３に示す関係を用いる。ここで、冷却用バルブ２４の開度Ｖａは、基本操作量ＭＢがゼロ未満である場合には、基本操作量ＭＢの増加に伴い単調強減少し、基本操作量ＭＢがゼロ以上である場合には、「０」となる。これは、検出値Ｔｄが目標値Ｔｔよりも高いほど冷却通路２０の流量を増加させて且つ、検出値Ｔｄが目標値Ｔｔ以下の場合には、冷却通路２０を用いないための設定である。また、加熱用バルブ４４の開度Ｖｃは、基本操作量ＭＢがゼロより大きい場合には、基本操作量ＭＢの増加に伴い単調強増加し、基本操作量ＭＢがゼロ以下である場合には、「０」となる。これは、検出値Ｔｄが目標値Ｔｔよりも低いほど加熱通路４０の流量を増加させて且つ、検出値Ｔｄが目標値Ｔｔ以上の場合には、加熱通路４０を用いないための設定である。更に、バイパス用バルブ３４の開度Ｖｂは、基本操作量ＭＢがゼロから離間するに従い単調強減少する。なお、図３において、３つの通路から流出する合計の流量が基本操作量ＭＢの値によって変化しないように各開度を設定することが望ましい。

こうした設定によれば、検出値Ｔｄと目標値Ｔｔとの差Δの単一のＰＩＤ演算によって算出される基本操作量ＭＢに基づき、冷却用バルブ２４、バイパス用バルブ３４及び加熱用バルブ４４の３つのバルブの操作量を設定することができる。

先の図２のステップＳ１６の処理が完了すると、ステップＳ１８において、冷却用バルブ２４、バイパス用バルブ３４及び加熱用バルブ４４の３つのバルブを操作する。なお、ステップＳ１０において否定判断される場合や、ステップＳ１８の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。

このようにフィードバック制御を用いることで、検出値Ｔｄを目標値Ｔｔに高精度に追従させることができる。ただし、フィードバック制御によって目標値Ｔｔの変化に対する検出値Ｔｄの応答性を向上させるためには、フィードバック制御のゲインを大きくする要求が生じる一方、ゲインを大きくすると、検出値Ｔｄが目標値Ｔｔの上下に変動する変動量が大きくなる。このように、フィードバック制御では、目標値Ｔｔの変化に対する応答性の向上と、検出値Ｔｄの変動量の低減とが互いにトレードオフの関係となっている。このため、変動量を低減する場合には、応答性が犠牲となる。図４に、目標値Ｔｔが変化する際にフィードバック制御を用いる場合についての検出値Ｔｄ及び制御対象の温度の変化を示す。

図示されるように、検出値Ｔｄが目標値Ｔｔとなるまでには応答遅れが生じ且つ、制御対象の温度が目標値Ｔｔに追従するまでには更に長時間を要する。これは、制御対象の温度が変化するためには、調温部１１の温度が変化し、調温プレート１０と調温部１１との熱エネルギの交換を介して調温プレート１０の温度が変化し、調温プレート１０と制御対象との間で熱エネルギの交換が生じなければならないことによる。このため、検出値Ｔｄの変動量を低減するようにフィードバック制御を設定したのでは、フィードバック制御によって制御対象の温度を目標値Ｔｔに迅速に追従させることが困難となる。そこで本実施形態では、外部からの要求温度Ｔｒが変化する場合には、開ループ制御を用いる。更に、この際、要求温度Ｔｒの変化よりも目標値Ｔｔを一旦大きく変化させる。

図５に、本実施形態にかかる過渡時における目標値Ｔｔの設定処理の手順を示す。この処理は、制御装置５０によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ２０において、目標値Ｔｔを一旦大きく変化させるバイアス制御を実行するフラグであるバイアス制御実行フラグがオンとなっているか否かを判断する。そして、オフである場合には、ステップＳ２２に移行する。ステップＳ２２においては、要求温度Ｔｒの変化量ΔＴｒの絶対値が閾値α以上であるか否かを判断する。この処理は、先の図２に示したフィードバック制御によっては制御対象の温度を迅速に要求の変化に追従させることができない状況であるか否かを判断するためのものである。そして、閾値α以上であると判断される場合には、ステップＳ２４において、バイアス制御フラグをオンするとともに、バイアス制御時間を計時する計時動作を開始する。

ステップＳ２４の処理が完了する場合や、上記ステップＳ２０において肯定判断されるときには、ステップＳ２６において、変化量ΔＴｒがゼロよりも大きいか否かを判断する。この処理は、温度を上昇させる側の要求が生じているのか否かを判断するものである。そして変化量ΔＴｒがゼロよりも大きいと判断される場合には、ステップＳ２８に移行する。ステップＳ２８においては、目標値Ｔｔを、加熱通路４０内の流体の温度から所定のオフセット値βを減算した値に設定する。ここで、目標値Ｔｔを加熱通路４０内の温度に近似させればさせるほど、制御対象の温度を迅速に上昇させることができる。ただし、目標値Ｔｔが加熱通路４０内の温度よりも高い場合には、制御を行うことできなくなる。そして、加熱通路４０内の温度は、加熱通路４０を流体が循環することで変動し得る。このため、目標値Ｔｔを加熱通路４０内の温度に対してオフセット値βだけ低く設定する。

一方、ステップＳ２６において変化量ΔＴｒがゼロ以下であると判断される場合には、ステップＳ３０において、目標値Ｔｔを、冷却通路２０内の流体の温度よりも所定のオフセット値γだけ高い値に設定する。ここで、オフセット値γの設定は、上記オフセット値βの設定と同趣旨である。

ステップＳ２８、Ｓ３０の処理による目標値Ｔｔの設定は、バイアス継続時間Ｔｂｉに渡って継続される（ステップＳ３２）。そして、バイアス継続時間Ｔｂｉが経過すると、ステップＳ３４において、目標値Ｔｔを要求温度Ｔｒとする。更に、バイアス制御フラグをオフとするとともにバイアス制御時間を計時する計時動作を終了する。なお、ステップＳ３４の処理が完了する場合や、上記ステップＳ２２、Ｓ３２において否定判断される場合には、この一連の処理を一旦終了する。

図６に、本実施形態にかかる過渡時の温度制御の処理手順を示す。この処理は、制御装置５０によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ４０において、開ループ制御を行う旨のフラグである開ループ制御フラグがオンとなっているか否かを判断する。そして、開ループ制御フラグがオンとなっていない場合には、ステップＳ４２に移行する。ステップＳ４２においては、目標値Ｔｔの変化量ΔＴｔの絶対値が閾値ε以上であるか否かを判断する。そして、閾値ε以上であると判断される場合には、ステップＳ４４において、開ループ制御を行う旨のフラグである開ループ制御フラグをオンとするとともに、開ループ制御時間を計時する計時動作を開始する。

そして、ステップＳ４４の処理が完了する場合や、ステップＳ４０において肯定判断される場合には、ステップＳ４６に移行する。ステップＳ４６においては、目標値Ｔｔが、バイパス用温度センサ３６によって検出されるバイパス通路３０内の流体の温度Ｔｂよりも高いか否かを判断する。この処理は、バイパス通路３０及び加熱通路４０を用いて開ループ制御を行うか、バイパス通路３０及び冷却通路２０を用いて開ループ制御を行うかを判断するものである。

そして、目標値Ｔｔがバイパス通路３０内の流体の温度Ｔｂよりも高いと判断される場合には、ステップＳ４８に移行する。ステップＳ４８では、バイパス通路３０及び加熱通路４０を用いて開ループ制御を行う。すなわち、目標値Ｔｔがバイパス通路３０内の流体の温度Ｔｂよりも高いなら、冷却通路２０を用いることはエネルギの浪費にしかならないため、バイパス通路３０及び加熱通路４０を用いて開ループ制御を行う。詳しくは、加熱用温度センサ４６の温度Ｔｃ及び加熱用流量計４８の流量Ｆｃと、バイパス用温度センサ３６の温度Ｔｂ及びバイパス用流量計３８の流量Ｆｂとを用いて、調温部１１へと出力される流体の温度が目標値Ｔｔとなるように加熱用バルブ４４及びバイパス用バルブ３４を操作する。詳しくは、下記の式が成立するように、加熱用バルブ４４及びバイパス用バルブ３４を操作する。

Ｔｔ×（Ｆｃ＋Ｆｂ）＝Ｔｃ×Ｆｃ＋Ｔｂ×Ｆｂ
一方、ステップＳ４６において目標値Ｔｔがバイパス通路３０内の流体の温度Ｔｂ以下と判断される場合には、ステップＳ５０に移行する。ステップＳ５０では、バイパス通路３０及び冷却通路２０を用いて開ループ制御を行う。すなわち、目標値Ｔｔがバイパス通路３０内の流体の温度Ｔｂ以下なら、加熱通路４０を用いることはエネルギの浪費にしかならないため、バイパス通路３０及び冷却通路２０を用いて開ループ制御を行う。詳しくは、冷却用温度センサ２６の温度Ｔａ及び冷却用流量計２８の流量Ｆａと、バイパス用温度センサ３６の温度Ｔｂ及びバイパス用流量計３８の流量Ｆｂとを用いて、調温部１１へと出力される流体の温度が目標値Ｔｔとなるように冷却用バルブ２４及びバイパス用バルブ３４を操作する。詳しくは、下記の式が成立するように、冷却用バルブ２４及びバイパス用バルブ３４を操作する。

Ｔｔ×（Ｆａ＋Ｆｂ）＝Ｔａ×Ｆａ＋Ｔｂ×Ｆｂ
上記ステップＳ４８、Ｓ５０の処理が完了すると、ステップＳ５２に移行する。ステップＳ５２においては、所定期間Ｔｏｐが経過したか否かを判断する。ここで、所定期間Ｔｏｐは、開ループ制御を継続する時間を定めるものである。本実施形態では、先の図５に示した処理によって設定されるバイアス継続時間Ｔｂｉ内にフィードバック制御に移行することのないように、所定期間Ｔｏｐを、バイアス継続時間Ｔｂｉよりも長い時間に設定している。そして、所定期間Ｔｏｐが経過したと判断される場合には、ステップＳ５４において、開ループ制御フラグをオフとするとともに開ループ制御時間を計時する計時動作を終了する。

なお、ステップＳ５４の処理が完了する場合や、ステップＳ４２，Ｓ５２において否定判断される場合には、この一連の処理を一旦終了する。

図７に、図６及び図５の処理を併用した場合の温度制御態様を示す。図示されるように、先の図４に示した場合と比較して、制御対象の温度を迅速に目標値Ｔｔに追従させることができる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）流体を加熱して調温部１１に循環させる加熱通路４０と、流体を冷却して調温部１１に循環させる冷却通路２０と、加熱通路４０及び冷却通路２０を通過することなく流体を調温部１１に循環させるバイパス通路３０と、加熱通路４０、冷却通路２０、及びバイパス通路３０のそれぞれの流路面積を調節する加熱用バルブ４４、冷却用バルブ２４、及びバイパス用バルブ３４を備えた。これにより、制御対象の温度を所望に制御するに際し、その制御対象の温度を所望の温度に迅速に追従させることができる。

（２）ポンプ１４を、加熱通路４０のうち流体を加熱するための加熱部４２よりも下流側に備えた。これにより、ポンプ１４による流体の吸引力の影響で加熱部４２内に位置する加熱通路４０の圧力の上昇を抑制することができる。このため、加熱部４２内の加熱通路４０に要求される耐圧を低下させることができる。

（３）加熱用バルブ４４を、加熱部４２よりも上流側に設けた。これにより、ポンプ１４が加熱部４２に位置する加熱通路４０の圧力を低下させる効果が、加熱用バルブ４４によって妨げられることを好適に回避することができる。

（４）ポンプ１４の上流に、温度による流体の体積変化を吸収する機能を有する体積変化吸収手段としてのダンパ１３を備えた。これにより、流体の体積が変化した場合であれ、流体の循環を好適に維持することができる。

（５）合流部１２の下流側にポンプ１４を備えた。これにより、単一のポンプ１４によって、冷却通路２０、バイパス通路３０及び加熱通路４０を介して流体を好適に循環させることができる。

（６）加熱通路４０及びバイパス通路３０の双方から調温部１１に流体が出力される際に用いられるバイパス通路３０と、冷却通路２０及びバイパス通路３０の双方から調温部１１に流体が出力される際に用いられるバイパス通路３０とを共有化した。これにより、加熱通路４０及びバイパス通路３０から調温部１１に流体が出力される場合と、冷却通路２０及びバイパス通路３０から調温部１１に流体が出力される場合とで、共通のバイパス通路３０を用いることができる。このため、各別のバイパス通路を用いなければならない場合と比較して、温度制御装置の構造を簡素化することができる。

（７）調温部１１近傍の流体の温度を検出する出力温度センサ５１による検出値Ｔｄを目標値Ｔｔにフィードバック制御した。これにより、検出値Ｔｄを目標値Ｔｔに高精度に追従させることができる。

（８）上記フィードバック制御に際し、検出値Ｔｄの目標値Ｔｔからの乖離度合いに基づく基本操作量ＭＢを、加熱通路４０、冷却通路２０、及びバイパス通路３０のそれぞれの流路面積操作量（開度Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ）に変換した。これにより、単一の基本操作量ＭＢに基づき、上記３つの通路の流路面積を調節（操作）することができる。

（９）目標値Ｔｔが変化してから所定期間に渡って、フィードバック制御に代えて、バイパス通路３０の温度を検出するバイパス用温度センサ３６の検出値に基づき調温部１１近傍の流体の温度を開ループ制御した。これにより、目標値Ｔｔの上下に検出値Ｔｄが変動する変動量を抑制するようにフィードバック制御を設定したとしても、目標値Ｔｔの変化時の応答性を高めることができる。

（１０）開ループ制御を、バイパス通路３０内の流体の温度が目標値Ｔｔよりも高い場合にはバイパス通路３０及び冷却通路２０の流路面積を操作することで行い、バイパス通路３０内の流体の温度が目標値Ｔｔよりも低い場合にはバイパス通路３０及び加熱通路４０の流路面積を操作することで行った。これにより、エネルギ消費量を極力低減しつつ開ループ制御をすることができる。

（１１）調温部１１の温度に関する要求が変化する場合、目標値Ｔｔを要求の変化よりも大きく変化させた。これにより、調温部１１や制御対象の温度が、要求される温度側にいっそう迅速に変化するようにすることができる。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図８に、本実施形態にかかる温度制御装置の全体構成を示す。図示されるように、本実施形態では、冷却通路２０のうち冷却用バルブ２４の上流及び下流間に、冷却用バルブ２４を迂回して流体を流動させる流出通路６０が接続されている。また、加熱通路４０のうち加熱用バルブ４４の上流及び下流間に、加熱用バルブ４４を迂回して流体を流動させる流出通路６２が接続されている。

これら流出通路６０，６２は、いずれも冷却通路２０、加熱通路４０の流路面積よりも十分に小さい。これは、流出通路６０，６２が、冷却用バルブ２４や加熱用バルブ４４の閉弁時において冷却通路２０や加熱通路４０の上流側から下流側へと流体を微小に流出させるためのものであることによる。

すなわち、加熱通路４０や冷却通路２０から調温部１１への流体の流出が禁止されている場合、加熱通路４０や冷却通路２０のうちの加熱部４２や冷却部２２と合流部１２付近との間に温度勾配が生じる。このため、禁止が解除された直後においては、調温部１１へと流出する流体の温度が温度勾配の影響を受けるため、調温部１１の温度を所望の温度に追従させるまでに要する時間が長時間化するおそれがある。また、この場合、冷却用温度センサ２６や加熱用温度センサ４６の温度が、この温度勾配の影響を受けるため、冷却通路２０のうちの冷却部２２内の温度や加熱通路４０のうちの加熱部４２内の温度から離間した温度を検出するようになる。このため、目標値Ｔｔが変化する際の開ループ制御の制御性が低下するおそれもある。

これに対し、本実施形態では、流出通路６０，６２を備えることで、加熱用バルブ４４や冷却用バルブ２４が閉弁状態にある場合において加熱通路４０や冷却通路２０の下流側の温度勾配を好適に抑制することができ、ひいては調温部１１の温度を所望の温度により迅速に追従させることができる。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）〜（１１）の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。

（１２）冷却用バルブ２４や加熱用バルブ４４を迂回する流出通路６０，６２を設けた。これにより、目標値Ｔｔが変化する際の温度制御をより適切に行うことができる。

（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図９に、本実施形態にかかる基本操作量ＭＢと、冷却用バルブ２４、バイパス用バルブ３４、及び加熱用バルブ４４の開度Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃとの関係を示す。図示されるように、本実施形態では、冷却用バルブ２４の開度Ｖａと加熱用バルブ４４の開度Ｖｃとが常時全閉状態とならないように設定している。すなわち、冷却用バルブ２４の開度Ｖａは、基本操作量ＭＢがゼロ未満である場合には、基本操作量ＭＢの増加に伴い単調強減少し、基本操作量ＭＢがゼロ以上である場合には、最小の開度（＞０）となる。また、加熱用バルブ４４の開度Ｖｃは、基本操作量ＭＢがゼロより大きい場合には、基本操作量ＭＢの増加に伴い単調強増加し、基本操作量ＭＢがゼロ以下である場合には、最小の開度（＞０）となる。

これにより、先の図８に示した流出通路６０，６２を備えることなく、バイパス通路３０からの流体の流出が主となって調温部１１内の温度制御が安定しているときにおけるこれら冷却用バルブ２４や加熱用バルブ４４の上流側の温度勾配を抑制することができる。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）〜（１１）の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。

（１３）冷却用バルブ２４の開度Ｖａと加熱用バルブ４４の開度Ｖｃとが常時全閉状態とならないように設定した。これにより、冷却用バルブ２４や加熱用バルブ４４の上流側の温度勾配を抑制することができ、ひいては調温部１１の温度を所望の温度により迅速に追従させることができる。

（第４の実施形態）
以下、第４の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

上記第１の実施形態では、目標値Ｔｔが変化するとき、調温部１１近傍の温度を開ループ制御することで、制御対象の温度を迅速に所望の値に追従させた。この開ループ制御の制御ゲインや、上記バイアス継続時間Ｔｂｉ、開ループ制御を継続する所定期間Ｔｏｐの最適値は、調温プレート１０や制御対象に依存して変化し得る。一方、ユーザが制御対象を変更するたびに、これらのパラメータを手動で変更したのではその適合にかかる労力が大きなものとなる。そこで本実施形態では、制御装置５０に適合支援機能を搭載する。図１０に、本実施形態にかかる適合支援の処理手順を示す。この処理は、制御装置５０により、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ７０において、上記開ループ制御の適合を行うモード（テストモード）であるか否かを判断する。ここでは、例えば制御装置５０の操作部に、ユーザがテストモードを指示するための機能を備えておくことで、テストモードの有無を判断すればよい。そして、テストモードであると判断される場合には、ステップＳ７２において、バイアス継続時間Ｔｂｉの候補をユーザにとって視認可能な表示手段に表示する。ここで、バイアス継続時間Ｔｂｉの候補は、当該温度制御装置において想定される制御対象にとって適切な値となり得る範囲で予め設定しておく。

続くステップＳ７４では、バイアス継続時間Ｔｂｉの入力があったか否かを判断する。この処理は、バイアス継続時間Ｔｂｉの候補の中の一つをユーザが選択したか否かを判断するものである。そして、ユーザにより特定の候補が選択されたと判断される場合には（ステップＳ７４：ＹＥＳ）、ステップＳ７６において、選択された候補を用いて温度制御を開始する。そして、温度制御が終了すると、ステップＳ７８において、バイアス継続時間Ｔｂｉを決定するか否かを、ユーザにとって視認可能な表示手段を介してユーザに問い合わせる。そして、ユーザから決定しない旨の意思表示が入力される場合には（ステップＳ８０：ＮＯ）、上記ステップＳ７２〜Ｓ７８の処理をやり直す。

これに対し、ユーザからそれまでに選択された候補のいずれかを最終的なバイアス継続時間Ｔｂｉとする指示が入力される場合には（ステップＳ８０：ＹＥＳ）、ステップＳ８２において、バイアス継続時間Ｔｂｉを記憶する。なお、ステップＳ８２の処理が完了する場合や、ステップＳ７０において否定判断される場合には、この一連の処理を一旦終了する。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）〜（１１）の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。

（１４）バイアス継続時間Ｔｂｉについて複数の選択肢のうちの任意の１つを選択するように外部に促し、選択された値に応じて温度制御を行う開ループ制御適合支援機能を備えた。これにより、温度制御装置のユーザが制御対象に応じて開ループ制御を適合する際の労力を低減することができる。

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・上記第４の実施形態の上記第１の実施形態からの変更点によって、上記第２、第３の実施形態を変更してもよい。

・上記第４の実施形態では、開ループ制御の適合支援を行うに際しての適合パラメータを、バイアス継続時間Ｔｂｉとしたがこれに限らない。例えば開ループ制御の継続時間（所定期間Ｔｏｐ）を適合パラメータとしてもよい。また、例えば先の図５に示したバイアス制御における目標値の設定（オフセット値β、γ）を適合パラメータとしてもよい。更に、これらのパラメータの複数を適合パラメータとしてもよい。

・上記第４の実施形態においては、ユーザが制御対象に応じて適切な適合パラメータを選択できるように適合を支援したが、適合手法としては、これに限らない。例えば上記バイアス継続時間Ｔｂｉ、所定期間Ｔｏｐ、及びオフセット値β、γの各パラメータについて任意に初期値を設定して温度制御をする際に、制御対象の温度（又は調温プレート１０の温度）を監視し、その目標値への追従遅れ時間が許容範囲内とならない場合には、上記パラメータのうちの少なくとも１つを自動で変更する処理を行うようにしてもよい。これによれば、目標値への追従遅れ時間が許容範囲内となるように自動で開ループ制御を適合することができるため、ユーザの労力をいっそう軽減することができる。

・上記各実施形態では、合流部１２の下流であって且つ調温部１１の上流の流体温度の検出値Ｔｄを目標値Ｔｔにフィードバック制御したがこれに限らない。例えば、調温部１１内の流体の温度の検出値を目標値Ｔｔにフィードバック制御してもよい。また例えば、調温部１１から出力された流体の温度の検出値を目標値Ｔｔにフィードバック制御してもよい。

・上記各実施形態では、合流部１２の下流にポンプ１４及びダンパ１３を設けたがこれに限らない。例えば、冷却通路２０、バイパス通路３０及び加熱通路４０のそれぞれに、各別のポンプ及びダンパを備えてもよい。この場合、例えばバイパス通路３０については、バイパス用バルブ３４の上流側にポンプ及びダンパを備えるようにしてもよい。また例えば、冷却通路２０について、冷却部２２と冷却用バルブ２４との間にポンプ及びダンパを備えてもよい。更に、冷却通路２０について、冷却用バルブ２４の上流側にポンプ及びダンパを備えてもよい。こうした場合であっても、加熱通路４０の加熱部４２の下流にポンプを備えることで、加熱通路４０の圧力の上昇を抑制することができ、ひいては加熱通路４０に要求される耐圧を低下させることができる。

・上記各実施形態では、冷却通路２０、バイパス通路３０及び加熱通路４０を一箇所で合流させたがこれに限らない。例えば、冷却通路２０及びバイパス通路３０を合流させた後、その下流でこれらと加熱通路４０とを合流させてもよい。こうした場合であっても、合流部の流路面積は、加熱通路４０、冷却通路２０及びバイパス通路３０を介して流入してきた流体の流速を極力低下させないように、極力小さくすることが望ましい。ここで、流体の流速とは、流通方向の流体の進行速度のこととする。

・基本操作量ＭＢを、冷却用バルブ２４、バイパス用バルブ３４、及び加熱用バルブ４４の操作量に変換する手法としては、先の図３及び図９に示したものに限らない。これら図３及び図９では、いずれも目標値Ｔｔと検出値Ｔｄとの温度差Δの変化に対して、冷却用バルブ２４、バイパス用バルブ３４及び加熱用バルブ４４のうちの任意の２つの操作量が変化するようにしたが、これに限らず、例えば全ての操作量が変化するようにしてもよい。また、先の図３及び図９では、冷却用バルブ２４、バイパス用バルブ３４及び加熱用バルブ４４の各操作量が温度差Δの０次又は１次の関数となるようにしたが、これにも限らない。バルブ開度の変化と流量の変化との関係が非線形性を有する場合には、特に、上記各操作量を温度差Δの非線形関数とすることが望ましい。

・先の第３の実施形態では、基本操作量ＭＢがいかなる値であろうとも冷却用バルブ２４及び加熱用バルブ４４が全閉状態となることを禁じたがこれに限らない。基本操作量ＭＢがゼロ近傍となる場合にのみ、冷却用バルブ２４及び加熱用バルブ４４が全閉状態となることを禁じてもよい。すなわち、要求温度Ｔｒが変化する前には、検出値Ｔｄが目標値Ｔｔに追従して検出値Ｔｄが定常状態となっていると考えられるため、この場合のみ目標値Ｔｔの変化に備えるべく、基本操作量ＭＢがゼロ近傍である場合にのみ冷却用バルブ２４及び加熱用バルブ４４が全閉状態となることを禁じてもよい。なお、この際、基本操作量ＭＢがゼロよりも小さい場合には、冷却用バルブ２４の操作量の変化量が加熱用バルブ４４の操作量の変化量よりも大きくなるようにして且つ、基本操作量ＭＢがゼロよりも大きい場合には、加熱用バルブ４４の操作量の変化量が冷却用バルブ２４の操作量の変化量よりも大きくなるようにすることが望ましい。

・上記各実施形態では、開ループ制御を継続する所定期間Ｔｏｐとバイアス継続時間Ｔｂｉとを独立に設定したがこれに限らず、これらを一致させてもよい。

・フィードバック制御としては、ＰＩＤ制御に限らない。例えばＰＩ制御やＩ制御であってもよい。ここで例えば、上記各実施形態のように、目標値が変化する過渡時に開ループ制御を行う構成にあっては、フィードバック制御の目的は正常時において検出値Ｔｄを目標値Ｔｔに高精度に一致させることや、検出値Ｔｄの変動を極力低減することである。このため、積分制御のように、検出値Ｔｄと目標値Ｔｔとの乖離度合いを示す量の累積値に基づき検出値Ｔｄを目標値Ｔｔにフィードバック制御することが特に有効である。

・開ループ制御としては、上記実施形態で例示したものに限らない。例えば、冷却用バルブ２４、バイパス用バルブ３４、及び加熱用バルブ４４の各操作量（開度Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ）と基本操作量とについての先の図３に示した関係を用いることで流量を把握しつつ開ループ制御を行ってもよい。詳しくは、バイパス通路３０内の流体の温度が目標値Ｔｔよりも高い場合には、冷却用バルブ２４とバイパス用バルブ３４の開度を、先の図３に示した開度の比率を参照して設定し、バイパス通路３０内の流体の温度が目標値Ｔｔよりも低い場合には、加熱用バルブ４４とバイパス用バルブ３４の開度を、先の図３に示した開度の比率を参照して設定してもよい。具体的には、バイパス通路３０内の流体の温度が目標値Ｔｔよりも低い場合、目標値Ｔｔとするうえで加熱通路４０及びバイパス通路３０に要求される流量の比は、加熱通路４０の温度Ｔｃ及びバイパス通路３０の温度Ｔｂを用いて、「（Ｔｔ−Ｔｂ）：（Ｔｃ−Ｔｔ）」となる。このため、先の図３において、基本操作量ＭＢが「０」である点と最大である点とを「（Ｔｔ−Ｔｂ）：（Ｔｃ−Ｔｔ）」の比で分割する点における加熱用バルブ４４の開度Ｖｃとバイパス用バルブ３４の開度Ｖｂとを用いることで、簡易に開ループ制御をすることができる。特にこの手法によれば、バルブの開度と流量との間に線形性がない場合であっても、先の図３に示す関係がバルブ開度と流量との非線形な関係を反映して作成されるなら、各バルブの開度を簡易且つ高精度に設定することができる。更に、この手法によれば、流量計を用いることを回避することができる。流量計は流体に浸されるため、加熱通路４０内の流体の温度と冷却通路２０内の流体の温度との間の温度領域全域において長時間の使用に対して信頼性を維持することが困難であるため、流量計を用いることなく簡易に開ループ制御をすることは望ましい。

なお、図３に示した開度比率を用いることなく、例えばバイパス通路３０内の流体の温度が目標値Ｔｔよりも高い場合には、冷却用バルブ２４とバイパス用バルブ３４の開度を、目標値Ｔｔに対するバイパス通路３０内の流体温度の差と冷却通路２０内の流体温度に対する目標値Ｔｔの差との比率に応じて設定してもよい。同様に、バイパス通路３０内の流体の温度が目標値Ｔｔよりも低い場合には、加熱用バルブ４４とバイパス用バルブ３４の開度を、バイパス通路３０内の流体温度に対する目標値Ｔｔの差と目標値Ｔｔに対する加熱通路４０内の流体温度の差との比率に応じて設定してもよい。これにより、バルブ開度と流量との間に線形性を仮定した場合のバルブ開度を設定することができる。

・フィードバック制御をするものに限らず、先の図６のステップＳ４８，Ｓ５０に例示した開ループ制御のみを行ってもよい。また、目標値の変化の有無にかかわらず、先の図６のステップＳ４８，Ｓ５０に例示した開ループ制御によって定まる基本操作量を、フィードバック制御によって補正することで最終的な基本操作量ＭＢを算出してもよい。また、逆に、目標値の変化の有無にかかわらず、フィードバック制御のみを行ってもよい。この場合であっても、要求温度Ｔｒが変化する際、目標値Ｔｔを要求温度Ｔｒよりも大きく変化させる上述したバイアス制御は有効である。すなわち、フィードバック制御においては、応答遅れを低減することと目標値Ｔｔに対する検出値Ｔｄの変動を低減することとは互いにトレードオフの関係にあるが、バイアス制御を行うことでフィードバック制御のゲインのわりに応答遅れを低減することができることから、上記変動を低減しつつも応答遅れを低減することができる。更に、目標値が大きく変化する場合に一時的にフィードバック制御のゲインを増大させる処理を行ってもよい。これによっても、応答遅れを低減することと目標値Ｔｔに対する検出値Ｔｄの変動を低減することとの両立を図ることができる。

・フィードバック制御としては、フィードバック制御の要求量（基本操作量ＭＢ）を、冷却用バルブ２４、バイパス用バルブ３４、及び加熱用バルブ４４の操作量に変換することで行うものに限らない。例えば目標値Ｔｔと検出値Ｔｄとの乖離度合いに基づき、冷却用バルブ２４、バイパス用バルブ３４、及び加熱用バルブ４４の操作量をそれぞれ独立に設定してもよい。ただし、この場合であっても、目標値Ｔｔが検出値Ｔｄよりも高い場合には、バイパス用バルブ３４及び冷却用バルブ２４の操作量のみを変更対象とし、目標値Ｔｔが検出値Ｔｄよりも低い場合には、バイパス用バルブ３４及び加熱用バルブ４４の操作量のみを変更対象とすることが望ましい。

・上記各実施形態では、加熱通路４０及びバイパス通路３０の双方から調温部１１に流体が出力される際に用いられるバイパス通路３０と、冷却通路２０及びバイパス通路３０の双方から調温部１１に流体が出力される際に用いられるバイパス通路３０とを共有化したがこれに限らない。例えば、加熱通路４０及びバイパス通路３０の双方から調温部１１に流体が出力される際に用いられるバイパス通路３０と、冷却通路２０及びバイパス通路３０の双方から調温部１１に流体が出力される際に用いられるバイパス通路３０との一部のみを共通としてもよい。更に、これらを各別の通路としてもよい。この場合であっても、先の第１の実施形態の上記（１）〜（５）、（７）〜（１１）の効果を得ることはできる。

・温度による流体の体積変化を吸収する機能を有する体積変化吸収手段としては、上記各実施形態で例示したように、流体が入る容器内を全て流体で満たすことなく、気体が充填される空間を有するように設定することで構成されるものに限らない。例えば容器に隙間なく流体を充填する構成にして且つ、流体が容器内壁に加える力に応じて容器の体積が変化し得るものであってもよい。また例えば先の図１２に示したタンク１００と同様の部材であってもよい。

・上記各実施形態では、冷却通路２０、バイパス通路３０及び加熱通路４０から調温プレート１０へと出力される流体の流量比を調節する調節手段として、冷却用バルブ２４、バイパス用バルブ３４、及び加熱用バルブ４４を用いたがこれに限らない。例えば、流路面積を段階的に調節可能なものであってもよい。また例えばこれら通路をそれぞれ複数備えるとともに、これらそれぞれに開閉の２値的な動作をするバルブを設け、調温プレート１０に流体を出力する通路の数を操作量としてもよい。更に、複数の通路を用意して且つ、それら各通路毎に冷却部２２、加熱部４２及びリターン通路１６の下流側のいずれと接続するかを操作するようにしてもよい。

更に、図１１に示すように、冷却通路２０、バイパス通路３０及び加熱通路４０のそれぞれに各別にポンプ７０，７２，７４を備えて、その吐出能力を各別に操作することで流量比を調節してもよい。図１１では、ポンプ７０及び冷却部２２間にダンパ７６を備え、ポンプ７２の上流側にダンパ７８を備え、ポンプ７４及び加熱部４２間にダンパ８０を備える例を示している。ここで、ポンプ７０，７２，７４としては、渦流式、容積式等、吐出量を操作することのできる任意のものでよい。ただし、ポンプ７０，７２，７４の吐出量をゼロとすべくこれを停止する際、その上流側から下流側へと流体が漏れ出ることがない構成とするなら、吐出量をゼロから正の値まで好適に制御することができる。また、これに代えて、ポンプの吐出口に逆止弁を備えることで、吐出量ゼロを実現するようにしてもよい。もっとも、ポンプを停止させた際にその上流側から下流側へと微少量の流体が漏れでるものを採用するなら、先の第３の実施形態に準じた効果を得ることはできる。

・その他、調温プレート１０の形状は、上記長方形状に限らず、例えば円盤状であってもよい。更に、調温部１１としては、制御対象を鉛直下方から支持可能な板状部材内部に備えられるものに限らず、例えば制御対象の複数の側面に接触してその温度を制御するものであってもよい。

第１の実施形態にかかる温度制御装置の全体構成を示す図。 同実施形態にかかるフィードバック制御の処理手順を示す流れ図。 同実施形態にかかる冷却用バルブ、バイパス用バルブ、加熱用バルブの操作量の設定手法を示す図。 同実施形態において、仮にフィードバック制御のみによって温度制御した場合の制御対象等の温度の推移を示すタイムチャート。 同実施形態における目標値の設定処理の手順を示す流れ図。 同実施形態における開ループ制御の処理手順を示す流れ図。 上記開ループ制御を併用した場合の制御対象等の温度の推移を示すタイムチャート。 第２の実施形態にかかる温度制御装置の全体構成を示す図。 第３の実施形態にかかる冷却用バルブ、バイパス用バルブ、加熱用バルブの操作量の設定手法を示す図。 第４の実施形態にかかる開ループ制御の適合支援処理の手順を示す流れ図。 上記各実施形態の変形例にかかる温度制御装置の全体構成を示す図。 従来の温度制御装置の構成を示す図。

符号の説明

１１…調温部、２０…冷却通路、２２…冷却部、２４…冷却用バルブ、３０…バイパス通路、３４…バイパス用バルブ、４０…加熱通路、４２…加熱部、４４…加熱用バルブ、５０…制御装置（操作手段の一実施形態）。

Claims (12)

1. 制御対象の付近に配置される調温部に流体を循環させることで前記制御対象の温度を所望に制御する温度制御装置において、
   前記流体を加熱して前記調温部に循環させる加熱通路と、
   前記流体を冷却して前記調温部に循環させる冷却通路と、
   前記加熱通路及び前記冷却通路を通過することなく、前記流体を前記調温部に循環させるバイパス通路と、
   前記加熱通路、前記冷却通路、及び前記バイパス通路から前記調温部に出力される流体の流量比を調節する調節手段と、
   前記流体を循環させるべく前記流体を流動させる流動手段とを備え、
   前記加熱通路には、前記流体を加熱するための加熱部が設けられており、
   前記流動手段は、前記流体の循環経路のうちの前記加熱部よりも下流側に備えられてなり、
   前記調節手段は、前記加熱通路から前記調温部へと出力される流体の流量を調節する手段を備えて且つ、該手段は、前記加熱部よりも上流側に設けられることを特徴とする温度制御装置。
2. 前記流体の循環経路には、温度による前記流体の体積変化を吸収する機能を有する体積変化吸収手段を備えることを特徴とする請求項１記載の温度制御装置。
3. 前記加熱通路及び前記冷却通路には、前記調節手段を迂回してその上流側から下流側へと前記流体を流出させる流出通路が設けられてなることを特徴とする請求項１又は２記載の温度制御装置。
4. 前記加熱通路及び前記バイパス通路の双方から前記調温部に流体が出力される際に用いられるバイパス通路と前記冷却通路及び前記バイパス通路の双方から前記調温部に流体が出力される際に用いられるバイパス通路とが共通の通路を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の温度制御装置。
5. 前記調温部近傍の流体の温度を目標値に制御すべく、前記調節手段を操作する操作手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の温度制御装置。
6. 前記操作手段は、前記調温部近傍の流体の温度を検出する出力温度検出手段による検出値を前記目標値にフィードバック制御するものであることを特徴とする請求項５記載の温度制御装置。
7. 前記調節手段は、前記加熱通路、前記冷却通路、及び前記バイパス通路のそれぞれの流路面積を調節する手段であり、
   前記操作手段は、前記検出値の前記目標値からの乖離度合いに基づく量を、前記加熱通路、前記冷却通路、及び前記バイパス通路のそれぞれの流路面積操作量に変換する変換手段を備えることを特徴とする請求項６記載の温度制御装置。
8. 前記操作手段は、前記目標値が変化してから所定期間に渡って、前記フィードバック制御に代えて、前記バイパス通路の温度を検出するバイパス温度検出手段の検出値に基づき前記調温部近傍の流体の温度を開ループ制御すべく、前記調節手段を操作することを特徴とする請求項６又は７記載の温度制御装置。
9. 前記開ループ制御は、前記バイパス通路内の流体の温度が前記目標値よりも高い場合には前記所定期間に渡って前記バイパス通路及び前記冷却通路から前記調温部に出力される流体の流量比を操作することによって行われ、前記バイパス通路内の流体の温度が前記目標値よりも低い場合には前記所定期間に渡って前記バイパス通路及び前記加熱通路から前記調温部に出力される流体の流量比を操作することによって行われることを特徴とする請求項８記載の温度制御装置。
10. 前記調温部の温度に関する要求が変化する場合、前記目標値を前記要求の変化よりも大きく変化させる過渡時目標値設定手段を更に備えることを特徴とする請求項５〜９のいずれかに記載の温度制御装置。
11. 前記開ループ制御のゲイン、該開ループ制御の継続時間、及び該開ループ制御時の目標値の設定の少なくとも１つについて複数の選択肢のうちの任意の１つを選択するように外部に促し、選択された値に応じて前記温度制御を行う開ループ制御適合支援手段を更に備えることを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の温度制御装置。
12. 制御対象の付近に配置される調温部に流体を循環させることで前記制御対象の温度を所望に制御する温度制御装置において、
    前記流体を加熱して前記調温部に循環させる加熱通路と、
    前記流体を冷却して前記調温部に循環させる冷却通路と、
    前記加熱通路及び前記冷却通路を通過することなく、前記流体を前記調温部に循環させるバイパス通路と、
    前記加熱通路、前記冷却通路、及び前記バイパス通路から前記調温部に出力される流体の流量比を調節する調節手段と、
    前記流体を循環させるべく前記流体を流動させる流動手段とを備え、
    前記加熱通路には、前記流体を加熱するための加熱部が設けられており、
    前記流動手段は、前記流体の循環経路のうちの前記加熱部よりも下流側に備えられてなり、
    前記調温部近傍の流体の温度を目標値に制御すべく、前記調節手段を操作する操作手段を更に備え、
    前記操作手段は、前記調温部の温度が定常状態である場合、前記加熱通路及び前記冷却通路についての前記調節手段によって調節される流体の流量がゼロとなることを禁止することを特徴とする温度制御装置。

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