JP5633074B2 - 温調装置 - Google Patents

Description

本発明は、ブース内に流体を供給してブース内の空気を温調する温調手段と、ブース内の空気の空気温度を検出する空気温度検出手段と、温調手段の運転を制御する制御手段とを備えた温調装置に関する。

従来から、電子顕微鏡等の精密機器による各種作業は、周囲温度等の環境からの影響により、その計測精度や運転状態が大きな悪影響を受ける場合があることから、通常、精密機器が配設されるブース内の温度を所定温度に温調する温調装置が採用される。
このような温調装置として、ブース内に供給される空気の空気温度を、ＰＩＤ制御を用いて所定の空気用目標設定温度に温調して、当該温調された空気をブース内に直接送風する送風式の温調装置がある（特許文献１参照）。

例えば、特許文献１に記載の温調装置では、温調手段の温調出力の制御として、いわゆるステップサーモ方式が採用されている。具体的には、ブース内の空気温度の温度制御範囲として下限値と上限値とが設定された温度制御範囲の異なる複数のレベルが、当該複数のレベルのうち隣接するレベルの温度制御範囲を相互にオーバーラップさせた環状ステップを形成するように設定されている。そして、制御手段が、現在のレベルにおいて温調手段の温調出力を制御している制御状態において、空気温度が現在のレベルの温度制御範囲における上限値に到達した場合には、現在のレベルを、より大きな上限値を有する新たなレベルに変更して温調出力を上昇させ、空気温度が現在のレベルの温度制御範囲における下限値に到達した場合には、現在のレベルを、より小さな下限値を有する新たなレベルに変更して温調出力を低下させるように、複数のレベル間に亘って移動可能なステップサーモ方式を用いている。一方、特定のレベルにおける温度制御は、所定の空気用目標設定温度を目標温度とするＰＩＤ制御となっている。なお、特許文献１に記載の温調装置では、各レベルの温度制御範囲は、制御手段により空気温度に応じて冷凍機、加熱器、冷凍機の冷媒レヒートコイル、冷凍機のアンロード（冷媒の容量制御）のそれぞれの機器の運転・停止の信号が指令されることで、異なる温調出力の温度制御範囲となるように設定される。

そして、温調手段の温調出力をＰＩＤ制御している制御状態において、例えば、空気温度が現在のレベルにおける温度制御範囲の上限値に到達して現在のレベルから新たなレベルに変更後、当該新たなレベルにおいて下限値方向に移動し、新たなレベルの基準点付近で安定した場合には、運転が安定していると判断して、制御の基準となる現在の基準点が新たなレベルの基準点となるように温度制御範囲が変更される。

これにより、ＰＩＤ制御により、温度振れの少ない温度制御が行えるとともに、各レベルの温度制御範囲を越えたときに新たなレベルに変更し、新たなレベルにおける空気温度の変化状況に応じて、現在の基準点を新たな基準点に変更することができ、無駄のない温度制御を実現できるとされる。

特開２００３−３１６４４８号公報

ここで、上述のとおり、特許文献１に記載の温調装置では、現在のレベルから新たなレベルに変更され、当該新たなレベルにおいて新たなレベルの基準点付近で安定した場合に、制御手段が、新たなレベルにおいて運転が安定していると判断するものとされている。
しかしながら、ＰＩＤ制御方式を採用しているとはいえ、通常、系が新たなレベルに対応する基準点付近で安定するとは限らず、安定するとしてもそれまでには、新たなレベルに変更後、比較的長い時間が必要となる。また、特許文献１においては、新たなレベルに対応する基準点付近で運転が安定したことを、実質的に、どのタイミングで判断するのかは明確にされていない。そのため、制御において問題となるハンチングを起こしたり、運転が安定する場合には、既に運転が安定している状態であるにも拘らず、或いは、運転が安定していると予測できるにも拘わらず、運転の安定の判定までに比較的長い時間がかかる虞があった。

よって、ブース内の空気の空気温度が空気用目標設定温度を挟んで比較的長い時間ハンチングしたり、当該空気温度が空気用目標設定温度に収束するまでに比較的長い時間が必要となる虞があり、この場合、温調手段の運転のために余分なエネルギーが必要となる。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ブース内を温調する際に、運転が安定することを正確かつ迅速に判断して、ブース内の空気の空気温度を短い時間で且つハンチングを防止しながら空気用目標設定温度に収束するように安定させ、省エネを実現できる温調装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る温調装置は、ブース内に流体を供給して前記ブース内の空気を温調する温調手段と、前記ブース内の空気の空気温度を検出する空気温度検出手段と、前記温調手段の運転を制御する制御手段とを備え、前記空気温度の温度制御範囲として下限値と上限値とが設定された温度制御範囲の異なる複数のレベルが、当該複数のレベルのうち隣接するレベルの前記温度制御範囲を相互にオーバーラップさせた環状ステップを形成するように設定され、前記制御手段が、現在のレベルにおいて前記温調手段の温調出力を制御している制御状態において、前記空気温度が前記現在のレベルの温度制御範囲における上限値に到達した場合には、前記現在のレベルを、より大きな上限値を有する新たなレベルに変更して温調出力を上昇させ、前記空気温度が前記現在のレベルの温度制御範囲における下限値に到達した場合には、前記現在のレベルを、より小さな下限値を有する新たなレベルに変更して温調出力を低下させるように、前記複数のレベル間に亘って移動可能なステップサーモ方式の下に、前記温調手段の温調出力をＰＩＤ制御する温調装置であって、その特徴構成は、
前記ブース内に供給される流体の流体温度を検出する流体温度検出手段を備え、
前記制御手段が、前記流体温度検出手段により検出される流体温度が流体用目標設定温度となるように前記温調手段をＰＩＤ制御する構成で、
前記複数のレベルそれぞれに、異なる温度の前記流体用目標設定温度が対応して設定され、
前記各レベルには、制御の基準となる基準点がそれぞれ対応して設定されるとともに、各基準点には、当該各基準点に所定温度を加算又は減算した基準点変更用閾温度がそれぞれ対応して設定され、
前記各基準点に加算される所定温度の絶対値が、０よりも大きく、かつ、当該各基準点から当該各基準点に対応する前記各レベルにおける温度制御範囲の上限値までの温度差の絶対値よりも小さく設定されるとともに、前記各基準点に減算される所定温度の絶対値が、０よりも大きく、かつ、当該各基準点から当該各基準点に対応する前記各レベルにおける温度制御範囲の下限値までの温度差の絶対値よりも小さく設定され、
現在の基準点を制御の基準として前記温調手段の温調出力をＰＩＤ制御している制御状態において、前記空気温度が、前記現在の基準点に対応する現在の前記レベルから新たな前記レベルに移動した後、前記現在の基準点に対応して設定された前記基準点変更用閾温度に初めて到達した場合に、前記制御手段が、当該現在の基準点を当該新たなレベルに設定された新たな基準点に変更し、当該新たな基準点を制御の基準として、前記温調手段の温調出力をＰＩＤ制御する点にある。

ここで、ＰＩＤ制御とは、設定された目標温度に対して、比例、積分、微分による制御を行う制御方式であって、比例制御による残留偏差を積分制御によって解消するとともに、負荷の変動による目標温度からのズレに対し、微分制御によって修正し制御応答の迅速性を確保する制御をいう。

上記特徴構成によれば、基本的に、制御手段は、ブース内に供給される流体の流体温度（流体温度検出手段により検出される流体温度）が流体用目標設定温度となるように、温調手段の温調出力の運転制御（ＰＩＤ制御）を実行する。
この際には、ブース内において検出される空気の空気温度の温度制御範囲として下限値と上限値とが設定された温度制御範囲が異なる複数のレベルが設定され、複数のレベルのうち隣接するレベルの温度制御範囲が相互にオーバーラップした環状ステップを形成するように設定される。これにより、制御手段が、現在のレベルにおいて温調手段の温調出力をＰＩＤ制御している制御状態において、空気温度が現在のレベルの温度制御範囲における上限値に到達した場合には、現在のレベルを、より大きな上限値を有する新たなレベルに変更して温調出力を上昇させ、空気温度が現在のレベルの温度制御範囲における下限値に到達した場合には、現在のレベルを、より小さな下限値を有する新たなレベルに変更して温調出力を低下させるように、複数のレベル間に亘って移動可能なステップサーモ方式の下で、温調手段の温調出力をＰＩＤ制御する。

また、複数のレベルそれぞれに、異なる温度の流体用目標設定温度が対応して設定される。これにより、制御手段が、ステップサーモ方式の下で温調手段の温調出力を制御するにあたり、流体温度が各レベルに対応する異なる温度の流体用目標設定温度となるように、温調手段の運転を各レベルごとの温調出力でＰＩＤ制御する。従って、リアルタイムに流体用目標設定温度を変更する場合と比較すると、本特徴構成によれば、レベルの数の分だけ流体用目標設定温度を設定して、レベル間を往復する場合にのみ流体用目標設定温度を変更するだけでよく、流体の温度変化を小さくすることができるとともに、空気温度の温度変化も小さくすることができ、安定した温度制御が可能となる。特に、ＰＩＤ制御を用いているので、より確実且つ迅速に流体温度を流体用目標設定温度に収束させることが可能となる。

更に、制御手段では、ステップサーモ方式の下で温調手段の温調出力をＰＩＤ制御するにあたり、各レベルに対応して制御の基準となる基準点がそれぞれ設定されるとともに、各基準点には、当該各基準点に所定温度を加算又は減算した基準点変更用閾温度がそれぞれ対応して設定されている。そして、制御手段は、現在の基準点を制御の基準として温調手段の温調出力を制御している制御状態において、ブース内や外部の負荷等の影響によりブース内の空気温度が、現在の基準点に対応する現在のレベルから新たなレベルに移動した後、現在の基準点に対応して設定された基準点変更用閾温度に初めて到達した場合に、当該現在の基準点を当該新たなレベルに設定された新たな基準点に変更する制御を実行する。
すなわち、上述のとおり、現在のレベルから新たなレベルに変更された後、空気温度が、新たなレベルにおいて現在の基準点に近づく方向に移動して、当該現在の基準点に対応して設定された基準点変更用閾温度に初めて到達した場合には、空気温度が当該新たなレベル以外のレベルを移動することがないものとして、当該新たなレベル内において安定するものと判断する。このように、新たなレベルにおいて、系が現在の基準点に近づく方向に移動する挙動を示す場合には、当該新たなレベルの温調出力にて温調することにより空気温度が空気用目標設定温度に収束する可能性があるものと判断することができる。

ここで、各基準点に所定温度を加算又は減算した基準点変更用閾温度は、各基準点に加算される所定温度の絶対値が、０よりも大きく、かつ、当該各基準点から当該各基準点に対応する各レベルにおける温度制御範囲の上限値までの温度差の絶対値よりも小さく設定されるとともに、各基準点に減算される所定温度の絶対値が、０よりも大きく、かつ、当該各基準点から当該各基準点に対応する各レベルにおける温度制御範囲の下限値までの温度差の絶対値よりも小さく設定されている。これにより、現在の基準点から新たな基準点への変更により、空気温度は、新たなレベルに位置する状態を維持しながら、現在の基準点と新たな基準点との差分値（正の値）だけ増分した位置に変更されることとなる。この場合、新たなレベルの温度制御範囲が、現在の基準点と新たな基準点との差分値（正の値）と、現在の基準点に対応する基準点変更用閾温度との和よりも大きく設定されているので、現在の基準点を新たな基準点に変更したとしても、空気温度は、新たなレベルに位置する状態を維持したまま（レベルが変更することなく）、現在の基準点と新たな基準点との差分値だけ増分することとなる。

これらにより、運転が安定するか否かを判断するタイミングを明確にすることができるとともに、当該タイミングを正確かつ迅速に判断することができる。また、空気温度が空気用目標設定温度に収束すると予測できる新たなレベルでの移動状態で、当該新たなレベルに対応する新たな基準点を制御の基準として用いることで、新たな基準点からの空気温度の偏移量の絶対値を現在の基準点からの空気温度の偏移量の絶対値よりも比較的小さく抑えることができる。
よって、的確かつ迅速に新たな基準点を基準とした温調出力のＰＩＤ制御を実行することができ、ブース内の空気の空気温度を短い時間で且つハンチングを防止しながら空気用目標設定温度に収束させることが可能となり、省エネを実現することができる。

本発明に係る温調装置の更なる特徴構成は、前記温調手段が、前記ブース内に配設された輻射パネル内に前記流体としての熱媒を循環供給して前記ブース内の空気を輻射温調する輻射温調手段で構成され、前記輻射温調手段が、前記熱媒を冷却する冷却手段と、前記冷却手段により冷却された前記熱媒を加熱する加熱手段とを備え、
前記流体温度検出手段が、前記冷却手段により冷却され、前記加熱手段により加熱される前の前記熱媒の熱媒温度を検出する熱媒温度検出手段で構成されるとともに、
前記制御手段が、前記空気温度に替えて、当該空気温度と前記ブース内における空気の空気用目標設定温度との差分値である制御変数を用いて、前記熱媒温度が前記流体用目標設定温度としての熱媒用目標設定温度となるように前記冷却手段をＰＩＤ制御するとともに、前記制御変数が前記新たな基準点に収束するように前記加熱手段をＰＩＤ制御する点にある。

上記特徴構成によれば、ブース内に配設された輻射パネル内に熱媒を循環供給してブース内の空気を輻射温調するので、ブース内に直接空気を送風する場合と比較して、ブース内に発生する空気流を低減することができ、ブース内の精密機器の測定精度の低下を低減することができる。
また、輻射温調手段の温調出力を、ブース内の空気温度に替えて、当該空気温度と空気用目標設定温度との差分値を制御変数として用いて制御するので、空気温度が空気用目標設定温度から乖離している度合いを適切に反映させた状態で、温調出力の制御を行うことができる。

更に、制御手段が、冷却手段により冷却されたあと加熱手段により加熱される前の熱媒の熱媒温度が熱媒用目標設定温度となるように、熱媒を冷却する冷却手段をＰＩＤ制御することに加えて、制御変数が新たな基準点（制御変数がゼロとなる点）を目標温度として、当該新たな基準点に収束するように、冷却手段により冷却された熱媒を加熱する加熱手段をＰＩＤ制御するので、冷却手段と加熱手段とをそれぞれ独立した状態で異なる目標温度を採用した状態でＰＩＤ制御することができ、制御が複雑になることを防止することができる。また、ＰＩＤ制御を行う際において、例えば、主として冷却手段により熱媒を熱媒用目標設定温度に冷却しながら、副として加熱手段により当該冷却された熱媒を空気用目標設定温度に加熱して微調整する構成とすることができ、加熱手段の加熱容量を、制御変数が各レベルにおける温度制御範囲内の全域を移動可能にする程度の最低限の容量として、簡便な構成とすることができる。

特に、ブース内に配設された輻射パネル内に熱媒を循環供給してブース内の空気を輻射温調する場合には、当該空気の空気温度に応じて当該熱媒の熱媒温度や流量を即座に変更しても、応答性が悪いためブース内の空気の温調状態を即座に変更することは困難であり、過大な時間遅れが生じて、ブース内の空気温度が空気用目標設定温度を挟んだハンチングが生じ易い。このような場合であっても、上述のとおり、新たなレベルに変更後、制御変数が、新たなレベルにおいて現在の基準点に対応する基準点変更用閾温度に初めて到達したことにより、運転が安定する可能性が高いか否かを迅速に判断して、当該迅速な判断に基づいて、現在の基準点を新たなレベルに対応する新たな基準点に変更するので、空気温度が空気用目標設定温度に収束する（制御変数がゼロに収束する）と予測できる新たなレベルでの移動状態で、当該新たな基準点を制御の基準として用いることができる。これにより、応答性の悪い輻射温調を用いる構成であっても、制御変数が新たなレベルを移動している状態において、当該新たなレベルに対応する新たな基準点からの制御変数の偏移量の絶対値を、現在の基準点からの制御変数の偏移量の絶対値よりも比較的小さく抑えることができ、空気温度をより迅速で且つハンチングを低減した状態で空気用目標設定温度に収束（制御変数をゼロに収束）させることが可能となる。

本発明に係る温調装置の更なる特徴構成は、前記現在の基準点を制御の基準として前記温調手段の温調出力をＰＩＤ制御している制御状態において、前記現在のレベルから前記新たなレベルへのレベル変更が前記温調出力の大きくなる方向又は小さくなる方向に連続して実行された後、前記現在の基準点の前記基準点変更用閾温度が変更後の前記新たなレベルの温度制御範囲内に位置するように設定される点にある。

上記特徴構成によれば、仮に、現在のレベルから新たなレベルへのレベル変更が温調出力の大きくなる方向又は小さくなる方向に連続して（例えば、３連続や４連続で）実行された場合でも、変更後の新たなレベルの温度制御範囲内に、現在の基準点に対応する基準点変更用閾温度を位置させることが可能となり、現在の基準点から新たな基準点への変更を確実に行うことが可能となる。

本発明に係る温調装置の更なる特徴構成は、前記各基準点は、前記各レベルの中間値に設定されている点にある。

上記特徴構成によれば、各基準点が各レベルの温度制御範囲の下限値と上限値の中間値に設定されるので、系が特定のレベルで安定化できる場合には、制御変数が当該特定のレベルの中間値を中心として当該特定のレベル上を往復移動することとなり、当該中間値を中心とする温度制御範囲内に制御変数の変動を抑えることができ、迅速な安定化を図ることができる。

本発明に係る温調装置の更なる特徴構成は、前記各レベルに対応する異なる温度の前記熱媒用目標設定温度が、前記空気用目標設定温度に所定値を加算又は減算した値である点にある。

上記特徴構成によれば、ブース内の空気の空気用目標設定温度を基準として、複数のレベルそれぞれに対応する異なる温度の熱媒用目標設定温度を設定できる。これにより、例えば、空気温度と空気用目標設定温度との差分値である制御変数に応じて、制御変数が大きい場合には、熱媒用目標設定温度を空気用目標設定温度よりも低い温度に設定し、制御変数が小さい場合には、熱媒用目標設定温度を空気用目標設定温度よりも高い温度に設定することができ、ブース内の空気の温調に必要な輻射温調手段の温調出力を適切に設定することができる。よって、適切な熱媒温度に温調された熱媒からの輻射により、ブース内の空気の空気温度をより迅速に空気用目標設定温度に収束（制御変数をゼロに収束）させることが可能となる。

輻射温調装置を備えた輻射温調システムの概略構成図 ステップサーモ方式の各レベルにおける冷却能力と制御変数Ｘとの関係を示す概念図 ステップサーモ方式の基本的な制御状態において、レベル３からレベル４に変更された状態を示す概念図 ステップサーモ方式の基本的な制御状態において、レベル４からレベル５に変更された状態を示す概念図 ステップサーモ方式の基本的な制御状態において、レベル５から、順次レベル４、レベル３に変更された状態を示す概念図 ステップサーモ方式の基本的な制御状態において、レベル３からレベル２に変更され、さらにレベル３に変更された状態を示す概念図 本願に係るステップサーモ方式の制御状態において、起動時における制御変数Ｘに基づいてレベル３が選択された状態を示す概念図 本願に係るステップサーモ方式の制御状態において、制御変数Ｘが上限値ｆに移動し、レベル３からレベル４に変更された状態を示す概念図 変更後のレベル４において制御変数Ｘが上限値ｈに移動し、レベル４からレベル５に変更された状態を示す概念図 変更後のレベル５において制御変数Ｘがオーバーシュートして、上限値ｊ方向に移動した後、下限値ｉ方向に移動して、現在の基準点である第３基準点Ｎ３の基準点変更用閾温度Ｃ３に初めて到達した状態を示す概念図 現在の基準点である第３基準点Ｎ３が、新たな基準点である第５基準点Ｎ５に変更された状態を示す概念図 変更後のレベル５において変更後の第５基準点Ｎ５を基準としてＰＩＤ制御が実行されている状態を示す概念図 変更後のレベル５において変更後の第５基準点Ｎ５の近傍で、系が安定している状態を示す概念図 制御部による輻射温調制御の概略作動フロー図

本発明に係る輻射温調装置Ｅ（温調装置の一例）を備えた輻射温調システムＤ（温調システムの一例）について、図１〜図１４を参照しながら説明する。

輻射温調システムＤは、図１に示すように、電子顕微鏡Ｆ（精密機器の一例）が収容されるブース１と、輻射温調装置Ｅとを備えて構成される。
輻射温調装置Ｅは、ブース１内に配設された輻射パネル２ａ内に熱媒としての冷却水Ｑ（流体の一例）を循環供給してブース１内の空気Ｐを輻射温調する輻射温調手段２（温調手段の一例）と、輻射パネル２ａに供給される冷却水Ｑの冷却水温度Ｑ１（流体温度及び熱媒温度の一例）を検出する冷却水用温度センサ３（流体温度検出手段及び熱媒温度検出手段の一例）と、ブース１内の空気Ｐの空気温度Ｐ１を検出する空気用温度センサ４（空気温度検出手段の一例）と、運転を制御する制御部５（制御手段の一例）とを備える。なお、図示を省略するが、制御部５にはブース１内の空気用目標設定温度Ｐ２及び冷却水用目標設定温度Ｑ２（流体用目標設定温度及び熱媒用目標設定温度の一例）等を設定可能で、設定された各種情報を記憶可能な記憶部を備えている。
以下では、ブース１の構成及び輻射温調装置Ｅの構成を説明した後、制御部５による制御方法、及び輻射温調装置Ｅの運転方法について説明する。

ブース１は、図１に示すように、壁面により側面部及び天井部が囲繞されることで、ブース１内の内部空間に外部から空気等が侵入しないように構成され、ブース１はクリーンルームとされている。ブース１内には、輻射温調装置Ｅから供給される冷却水Ｑからの輻射により、ブース１内の空気Ｐを温調する一対の輻射パネル２ａが、互いに対向する状態で、それぞれ壁面の側面部に配設されている。ブース１の内部空間の底部には架台Ｇが配設され、当該架台Ｇ上に電子顕微鏡Ｆが載置された状態でブース１内に収容されている。

ブース１内には、ブース１内の空気Ｐの空気温度Ｐ１を検出する空気用温度センサ４が配設されている。空気用温度センサ４により検出された空気温度Ｐ１は、輻射温調装置Ｅの制御部５に入力される構成となっている。

輻射温調装置Ｅの輻射温調手段２は、冷却水Ｑを温調することが可能な熱交換部１０（冷却手段の一例）を備える。例えば、図示しないが、輻射温調手段２を、循環通流する冷媒と熱交換することで冷却水Ｑを冷却、加熱可能な熱交換部１０を有する公知の冷凍回路を備えた構成とすることができる。輻射温調手段２の熱交換部１０は、後述するように、制御部５により冷却水Ｑの冷却水温度Ｑ１が冷却水用目標設定温度Ｑ２となるように、その運転状態（温調出力）がＰＩＤ制御される。

また、輻射温調手段２は、冷却水Ｑを、送液ポンプ１１、熱交換部１０、電気ヒータ１２（加熱手段の一例）、輻射パネル２ａの入口及び出口、送液ポンプ１１の順に循環通流させる流体循環流路１３が設けられている。この流体循環流路１３に設けられた電気ヒータ１２は、公知の電気ヒータであり、流体循環流路１３を通流し熱交換部１０により温調された冷却水Ｑを加熱可能に構成されている。輻射温調手段２の電気ヒータ１２は、後述するように、熱交換部１０により温調された冷却水Ｑを加熱する際、制御部５により、空気温度Ｐ１が空気用目標設定温度Ｐ２となるように、その運転状態（温調出力）がＰＩＤ制御される。また、流体循環流路１３に設けられた送液ポンプ１１は、冷却水Ｑを流体循環流路１３に循環通流させる循環手段として機能する。この流体循環流路１３は、電気ヒータ１２の下流側と輻射パネル２ａの上流側との間で分岐しており、冷却水Ｑを一対の輻射パネル２ａにそれぞれ供給可能に構成され、また、それぞれの輻射パネル２ａの下流側と送液ポンプ１１の上流側との間で合流しており、一対の輻射パネル２ａから排出された冷却水Ｑを送液ポンプ１１側に通流可能に構成されている。

この流体循環流路１３において熱交換部１０の下流側と電気ヒータ１２の上流側との間には、一対の輻射パネル２ａに供給される冷却水Ｑ（電気ヒータ１２に供給される前の冷却水Ｑ）の冷却水温度Ｑ１を検出する冷却水用温度センサ３が配設されている。冷却水用温度センサ３により検出された冷却水温度Ｑ１は、輻射温調装置Ｅの制御部５に入力される構成となっている。

輻射パネル２ａは、公知の輻射パネルにより構成され、ブース１内に一対設けられて、例えば、輻射パネル２ａ内に蛇行して配設された伝熱パイプ（図示せず）内を入口から出口に向かって冷却水Ｑが通流することにより、当該冷却水Ｑからの輻射（伝熱）によりブース１内の空気Ｐを温調することが可能に構成されている。

制御部５は、公知の情報演算処理手段から構成され、熱交換部１０、送液ポンプ１１、電気ヒータ１２等の作動状態を制御し、冷却水Ｑの流量や温度制御等が可能に構成されている。なお、制御部５には、各機器の作動状態に関する信号が、当該各機器から入力されるように構成されている。
以下に、制御部５による輻射温調の制御方法について説明する。

図２に示すように、制御部５は、空気用温度センサ４により検出される空気温度Ｐ１とブース１内における空気Ｐの空気用目標設定温度Ｐ２との差分値（Ｐ１−Ｐ２）を制御変数Ｘ（＝Ｐ１−Ｐ２）とし、制御変数Ｘの温度制御範囲として下限値と上限値とが設定された温度制御範囲が異なる複数のレベルを設定する。本実施形態では、複数のレベルとして、下限値及び上限値が最も低い温度の温度制御範囲のレベル１から最も高い温度の温度制御範囲のレベル６までの、それぞれ異なる温度制御範囲の６つのレベルが、隣接するレベルの温度制御範囲を相互にオーバーラップさせた環状ステップを形成するように設定されている。

また、複数のレベルのそれぞれに対応して異なる温度の冷却水用目標設定温度Ｑ２が設定され、基本的に制御部５は、各レベルに応じて、冷却水温度Ｑ１が当該異なる温度の各冷却水用目標設定温度Ｑ２となるように輻射温調手段２（熱交換部１０）の温調出力をＰＩＤ制御する。各レベルに対応する異なる温度の各冷却水用目標設定温度Ｑ２は、空気用目標設定温度Ｐ２に所定値を加算又は減算した値に設定される。具体的には、本実施形態では、レベル１では、冷却水用目標設定温度Ｑ２は、空気用目標設定温度Ｐ２に２℃を加算した値（Ｑ２＝Ｐ２＋２）に設定され、同様に、レベル２では、冷却水用目標設定温度Ｑ２は、空気用目標設定温度Ｐ２に設定され、レベル３では、冷却水用目標設定温度Ｑ２は、空気用目標設定温度Ｐ２に２℃を減算した値（Ｑ２＝Ｐ２−２）に設定され、レベル４では、冷却水用目標設定温度Ｑ２は、空気用目標設定温度Ｐ２に４℃を減算した値（Ｑ２＝Ｐ２−４）に設定され、レベル５では、冷却水用目標設定温度Ｑ２は、空気用目標設定温度Ｐ２に６℃を減算した値（Ｑ２＝Ｐ２−６）に設定され、レベル６では、冷却水用目標設定温度Ｑ２は、空気用目標設定温度Ｐ２に８℃を減算した値（Ｑ２＝Ｐ２−８）に設定される。すなわち、制御部５は、レベルが変更される毎に、変更されたレベルに対応した各冷却水用目標設定温度Ｑ２を目標温度として温調出力をＰＩＤ制御するように構成されている。従って、制御部５は、複数のレベル間をステップ状に移動可能なステップサーモ方式の下で、輻射温調手段２の温調出力を制御するにあたり、レベル間で冷却・加熱能力が異なるように設定し、レベル１からレベル６に上がるに従って、加熱から冷却を行うように構成されている。具体的には、レベル６の温調出力（冷却能力）を１００％とすると、レベル１の温調出力は−３０％、レベル２の温調出力は０％、以下同様に、レベル３は３０％、レベル４は６０％、レベル５は８０％に設定される。

図２に示すように、レベル１は下限値ａ及び上限値ｂで規定される温度制御範囲（１．６℃）とされ、レベル２は下限値ｃ及び上限値ｄで規定される温度制御範囲（１．６℃）とされ、レベル３は下限値ｅ及び上限値ｆで規定される温度制御範囲（１．６℃）とされ、レベル４は下限値ｇ及び上限値ｈで規定される温度制御範囲（１．６℃）とされ、レベル５は下限値ｉ及び上限値ｊで規定される温度制御範囲（１．６℃）とされ、レベル６は下限値ｋ及び上限値ｌで規定される温度制御範囲（１．６℃）とされる。

図２に示すように、レベル１とレベル２との温度制御範囲のオーバーラップは、レベル２の下限値ｃからレベル１の上限値ｂまでであり、当該オーバーラップした温度制御範囲（１．２℃）により第１環状ステップが形成される。同様に、レベル２とレベル３との温度制御範囲のオーバーラップは、レベル３の下限値ｅからレベル２の上限値ｄまでであり、当該オーバーラップした温度制御範囲（１．２℃）により第２環状ステップが形成される。レベル３とレベル４との温度制御範囲のオーバーラップは、レベル４の下限値ｇからレベル３の上限値ｆまでであり、当該オーバーラップした温度制御範囲（１．２℃）により第３環状ステップが形成される。レベル４とレベル５との温度制御範囲のオーバーラップは、レベル５の下限値ｉからレベル４の上限値ｈまでであり、当該オーバーラップした温度制御範囲（１．２℃）により第４環状ステップが形成される。レベル５とレベル６との温度制御範囲のオーバーラップは、レベル６の下限値ｋからレベル５の上限値ｊまでであり、当該オーバーラップした温度制御範囲（１．２℃）により第５環状ステップが形成される。なお、隣接するレベル間でオーバーラップしない温度制御範囲（ａｃ間、ｃｅ間、ｅｇ間、ｇｉ間、ｉｋ間、ｂｄ間、ｄｆ間、ｆｈ間、ｈｊ、ｊｉ間）の部分（ディファレンシャル）は、それぞれ０．４℃に設定されている。

以下、まず、本発明の基礎となるステップサーモ方式について、図２〜図６に基づいて説明する。
図２に示すように、レベル１とレベル２との間を移動する第１環状ステップでは、高い温度からｃ点に到達したときにレベル２をレベル１に変更し、低い温度からｂ点に到達したときにレベル１をレベル２に変更するように制御状態が変更される。
同様に、レベル２とレベル３との間を移動する第２環状ステップでは、高い温度からｅ点に到達したときにレベル３をレベル２に変更し、低い温度からｄ点に到達したときにレベル２をレベル３に変更するように制御状態が変更される。
レベル３とレベル４との間を移動する第３環状ステップでは、高い温度からｇ点に到達したときにレベル４をレベル３に変更し、低い温度からｆ点に到達したときにレベル３をレベル４に変更するように制御状態が変更される。
レベル４とレベル５との間を移動する第４環状ステップでは、高い温度からｉ点に到達したときにレベル５をレベル４に変更し、低い温度からｈ点に到達したときにレベル４をレベル５に変更するように制御状態が変更される。
レベル５とレベル６との間を移動する第５環状ステップでは、高い温度からｋ点に到達したときにレベル６をレベル５に変更し、低い温度からｊ点に到達したときにレベル５をレベル６に変更するように制御状態が変更される。

また、制御部５は、輻射温調手段２の起動時には、制御変数Ｘの大小に応じて、上記のように設定された複数のレベルから、制御に用いるのに最適なレベルを選択する。
例えば、本実施形態では、輻射温調手段２の起動時には、レベル３の下限値ｅと上限値ｆとの中間値を起動用基準点Ｎ０として、制御変数Ｘがそれぞれ、所定温度制御範囲（Ｘ≦−１．２℃）にある場合にレベル１とし、所定温度制御範囲（−１．２℃＜Ｘ＜−０．８℃）にある場合にレベル２とし、起動用基準点Ｎ０を挟んで所定温度制御範囲（−０．８℃≦Ｘ＜０．８℃）にある場合にレベル３とし、さらに、所定温度制御範囲（０．８℃≦Ｘ＜１．２℃）にある場合にレベル４とし、所定温度制御範囲（１．２℃≦Ｘ＜１．６℃）にある場合にレベル５とし、所定温度制御範囲（１．６℃≦Ｘ）にある場合にレベル６とするように選択可能に構成されている。

具体的に説明すると、輻射温調装置Ｅの起動時（電子顕微鏡Ｆの作業開始前）には、制御部５は、空気用温度センサ４により検出されたブース１内の空気Ｐの空気温度Ｐ１と起動時に設定された空気用目標設定温度Ｐ２との温度差（差分値：Ｐ１−Ｐ２）を、制御変数Ｘ（＝Ｐ１−Ｐ２）として導出する。そして、制御部５は、起動用基準点Ｎ０から制御変数Ｘがいずれの所定温度制御範囲にあるかに応じて、レベル１〜レベル６のうちから適切なレベルを選択する。例えば、図３に示すように、起動用基準点Ｎ０を基準として、制御変数Ｘの値が＋０．２℃となっている場合（図３では、Ｘ１と記載）には、レベル３を選択する。

続いて、制御部５は、冷却水温度Ｑ１が、選択されたレベルにおいて設定されている冷却水用目標設定温度Ｑ２（空気用目標設定温度Ｐ２に所定値を加減した値）となるように、輻射温調手段２の熱交換部１０の温調出力を制御して、冷却水Ｑを温調する。例えば、レベル３を選択した場合には、冷却水用目標設定温度Ｑ２を空気用目標設定温度Ｐ２に２℃を減算した値（Ｑ２＝Ｐ２−２）とし、冷却水Ｑの冷却水温度Ｑ１が当該冷却水用目標設定温度Ｑ２となるように輻射温調手段２の熱交換部１０の温調出力がＰＩＤ制御される。

次に、制御部５は、起動用基準点Ｎ０を基準として制御変数Ｘを所定の時間間隔で繰り返し導出し、選択されたレベルにおいて制御変数Ｘが移動して、当該レベルの上限値或いは下限値に到達した場合には、選択されたレベルから新たなレベルに変更する。同様に、新たなレベルに変更した後も、起動用基準点Ｎ０を基準として制御変数Ｘを所定の時間間隔で繰り返し導出し、変更されたレベルにおいて制御変数Ｘが移動して、当該レベルの上限値或いは下限値に到達した場合には、変更されたレベルからさらに新たなレベルに変更する。

例えば、図３に示すように、レベル３において制御変数Ｘが上限値ｆ方向に移動して、当該上限値ｆに到達すると、制御部５は、レベル３からより大きな上限値を有するレベル４に変更し、温調出力を変更した状態で輻射温調手段２を運転させる。すなわち、レベル３の流体用目標設定温度Ｑ２よりも低い温度であるレベル４の流体用目標設定温度Ｑ２（空気用目標設定温度Ｐ２よりも４℃低い温度（Ｑ２＝Ｐ２−４））とし、熱交換部１０の温調出力が制御される。その結果、例えば、図４に示すように、制御変数Ｘが、変更されたレベル４において当該レベル４の上限値ｈ方向に移動して、当該上限値ｈに到達すると、制御部５は、さらに、当該レベル４から、より大きな上限値を有するより新たなレベル５に変更し温調出力を変更した状態で輻射温調手段２を運転させる。すなわち、レベル４の流体用目標設定温度Ｑ２よりも低い温度であるレベル５の流体用目標設定温度Ｑ２（空気用目標設定温度Ｐ２よりも６℃低い温度（Ｑ２＝Ｐ２−６））とし、熱交換部１０の温調出力が制御される。

また、図５に示すように、制御変数Ｘが、変更されたレベル５において当該レベル５の下限値ｉ方向に移動して、当該下限値ｉに到達すると、制御部５は、当該レベル５からより小さな下限値を有するレベル４に変更し、当該レベル４の流体用目標設定温度Ｑ２（Ｑ２＝Ｐ２−４）にて熱交換部１０の温調出力を制御し、更に、制御変数Ｘが、変更されたレベル４において当該下限値ｇ方向に移動して、当該下限値ｇに到達すると、制御部５は当該レベル４から、より小さな下限値を有するレベル３に変更し、当該レベル３の流体用目標設定温度Ｑ２（Ｑ２＝Ｐ２−２）にて熱交換部１０の温調出力を制御する。

その後、図６に示すように、制御変数Ｘが、変更されたレベル３において当該下限値ｅ方向に移動して、当該下限値ｅに到達すると、制御部５は当該レベル３をより小さな下限値を有するレベル２に変更し、当該レベル２の流体用目標設定温度Ｑ２（空気用目標設定温度Ｐ２（Ｑ２＝Ｐ２））にて、熱交換部１０の温調出力を制御し、更に、制御変数Ｘが、変更されたレベル２において当該レベル２の上限値ｄ方向に移動して、当該上限値ｄに到達すると、制御部５は、当該レベル２をより大きな上限値を有するレベル３に変更し、当該レベル３の流体用目標設定温度Ｑ２（空気用目標設定温度Ｐ２よりも２℃低い温度（Ｑ２＝Ｐ２−２））にて、熱交換部１０の温調出力を制御する。

このように、基本的なステップサーモ方式の制御状態では、起動用基準点Ｎ０を基準とした制御変数Ｘが各レベルの上限値或いは下限値に到達することで、制御変数Ｘが存在する現在のレベルが隣接する新たなレベルに順次変更されて、当該制御変数Ｘの値に応じて輻射温調手段２の熱交換部１０の温調出力がステップ状に変更されるように構成されている。また、基本的なステップサーモ方式では、制御変数Ｘの基準点（例えば、起動用基準点Ｎ０）を固定し、各レベルにおいて、当該各レベルの下限値或いは上限値に到達した時点で、現在のレベルを隣接する新たなレベルに変更し、熱交換部１０の温調出力を変更する構成とされる。

次に、図２、図７〜図１４を用いて、本願に係るステップサーモ方式について説明する。
本願に係るステップサーモ方式では、図７に示すように、上述の起動用基準点Ｎ０とは別に、複数のレベルのそれぞれに対応して、それら各レベルにおける制御の基準となる基準点（制御変数Ｘがゼロとなる点（Ｘ＝Ｐ１−Ｐ２＝０））が設定される。本実施形態では、これら複数の基準点Ｎ１〜Ｎ６（図７では、６つ）は、各レベルの温度制御範囲における中間値にそれぞれ設定される。

具体的には、レベル１における制御の基準となる第１基準点Ｎ１は、ａ点とｂ点との中間値に設定される。同様に、レベル２における制御の基準となる第２基準点Ｎ２は、ｃ点とｄ点との中間値に設定され、レベル３における制御の基準となる第３基準点Ｎ３は、ｅ点とｆ点との中間値に設定され、さらに、レベル４における制御の基準となる第４基準点Ｎ４は、ｇ点とｈ点との中間値に設定され、レベル５における制御の基準となる第５基準点Ｎ５は、ｉ点とｊ点との中間値に設定され、レベル６における制御の基準となる第６基準点Ｎ６は、ｋ点とｌ点との中間値に設定される。なお、これら基準点は、第１基準点Ｎ１から、第２基準点Ｎ２、第３基準点Ｎ３、第４基準点Ｎ４、第５基準点Ｎ５に向かうにつれて順次、相対的に制御変数Ｘが一定の間隔で増加する位置に設定され、当該一定の間隔は、０．４℃とされている。

図７及び図１４に示すように、輻射温調装置Ｅの起動時（電子顕微鏡Ｆの作業開始前）には、ユーザが操作部（図示せず）を操作して輻射温調装置Ｅを起動させると共に（ステップ♯１）、ブース１内の空気Ｐの空気温度Ｐ１が当該電子顕微鏡Ｆの作業に最適な温度（空気用目標設定温度Ｐ２：例えば１８〜２２℃）となるように、当該空気用目標設定温度Ｐ２を入力する（ステップ♯２）。なお、輻射温調装置Ｅの起動と同時に、制御部５が、予め設定された温度を記憶部（図示せず）から読み出して、空気用目標設定温度Ｐ２として用いてもよい。

輻射温調装置Ｅが起動されると、制御部５は、空気用温度センサ４により検出されたブース１内の空気Ｐの空気温度Ｐ１と空気用目標設定温度Ｐ２との温度差（差分値：Ｐ１−Ｐ２）を、制御変数Ｘ（＝Ｐ１−Ｐ２）として導出する（ステップ♯３）。そして、制御部５は、起動用基準点Ｎ０（Ｘ＝Ｐ１−Ｐ２＝０）から制御変数Ｘがいずれの所定温度制御範囲にあるかに応じて、レベル１〜レベル６のうちから適切なレベルを選択する（ステップ♯４）。例えば、図７に示すように、起動用基準点Ｎ０を基準として、制御変数Ｘの値が＋０．２℃となっている場合（図７では、Ｘ１と記載）には、レベル３を選択する。

続いて、制御部５は、冷却水温度Ｑ１が選択されたレベルにおいて設定されている冷却水用目標設定温度Ｑ２（空気用目標設定温度Ｐ２に所定値を加減した値）となるように、熱交換部１０の温調出力をＰＩＤ制御して冷却水Ｑを温調する。これに加えて、制御部５は、制御変数Ｘが選択されたレベルの現在の基準点（空気温度Ｐ１が空気用目標設定温度Ｐ２となり、制御変数Ｘがゼロ（Ｘ＝Ｐ１−Ｐ２＝０））となるように、電気ヒータ１２の温調出力をＰＩＤ制御して熱交換部１０で温調された冷却水Ｑを温調し、制御変数Ｘを現在の基準点（制御変数Ｘがゼロ（Ｘ＝０））に収束させる（ステップ♯５）。
例えば、レベル３を選択した場合には、冷却水用目標設定温度Ｑ２を空気用目標設定温度Ｐ２から２℃減算した値（Ｑ２＝Ｐ２−２）とし、検出された冷却水Ｑの冷却水温度Ｑ１が当該冷却水用目標設定温度Ｑ２（Ｑ１＝Ｑ２）となるように熱交換部１０の温調出力がＰＩＤ制御される。これに加えて、制御変数Ｘが現在の基準点である第３基準点Ｎ３（Ｘ＝Ｐ１−Ｐ２＝０）となるように、電気ヒータ１２の温調出力をＰＩＤ制御し熱交換部１０で温調された冷却水Ｑを温調して、当該温調された冷却水Ｑによる輻射温調により、制御変数Ｘを第３基準点Ｎ３（制御変数Ｘがゼロ（Ｘ＝０））に収束させる。この電気ヒータ１２の加熱容量は、電気ヒータ１２の運転状態により、制御変数Ｘが各レベルにおける温度制御範囲内の全域を移動可能にする程度の最低限の容量とされている。
なお、起動時には起動用基準点Ｎ０を基準とする制御変数Ｘを、選択されたレベルの温度制御範囲に位置させるようにしたが、起動してレベルを選択した後すぐに、起動用基準点Ｎ０ではなく制御変数Ｘが属するレベルの基準点（現在の基準点）を制御の基準として制御が行われる（起動時のみの処理）。例えば、図８に示すように、レベル３において制御変数Ｘが上限値ｆ方向に移動すると、制御変数Ｘはレベル３に位置しているので、当該レベル３に対応する第３基準点Ｎ３を制御の基準として制御が行われる。

次に、制御部５は、制御変数Ｘを所定の時間間隔で繰り返し導出し（ステップ♯６）、ブース１内或いは外部からの負荷（熱負荷）の影響等により、時間の経過とともに制御変数Ｘが変動し、選択されたレベルにおいて制御変数Ｘが移動して、当該レベルの上限値或いは下限値に到達した場合には、選択された現在のレベルから新たなレベルに変更する。その後、当該新たなレベルにおいて制御変数Ｘが移動して、当該レベルの上限値或いは下限値に到達した場合には、新たなレベルからより新たなレベルに変更する。このように制御変数Ｘが順次変動することにより、現在の基準点を制御の基準とした状態で、レベルが順次変更され、上述のように、輻射温調手段２の熱交換部１０及び電気ヒータ１２が夫々ＰＩＤ制御されて、制御変数Ｘを現在の基準点（制御変数Ｘがゼロ（Ｘ＝０））に収束させるように温調出力が制御される。

説明を加えると、例えば、図８に示すように、現在の基準点である第３基準点Ｎ３を制御の基準として輻射温調手段２の温調出力を制御している状態において、レベル３にて制御変数Ｘが上限値ｆ方向に移動し、制御変数Ｘが当該上限値ｆに到達すると（図８では、Ｘ２と記載）、制御部５は、レベル３からより大きな上限値ｈを有するレベル４に変更し、温調出力を変更した状態で輻射温調手段２を運転させる。すなわち、レベル３における輻射温調手段２の温調出力では、制御変数Ｘを第３基準点Ｎ３に収束させることは困難と判断して、レベル３の流体用目標設定温度Ｑ２よりも低い温度であるレベル４の流体用目標設定温度Ｑ２（空気用目標設定温度Ｐ２よりも４℃低い温度）とし、熱交換部１０の温調出力が制御される。

そして、更に、図９に示すように、第３基準点Ｎ３を制御の基準として新たなレベル４で輻射温調手段２の温調出力を制御している状態において、レベル４にて制御変数Ｘが上限値ｈ方向に移動し、制御変数Ｘが当該上限値ｈに到達すると（図９では、Ｘ３と記載）、制御部５は、レベル４からより大きな上限値ｊを有するレベル５に変更し、温調出力を更に変更した状態で輻射温調手段２を運転させる。すなわち、レベル４における輻射温調手段２の温調出力では、制御変数Ｘを第３基準点Ｎ３に収束させることは困難と判断して、レベル４の流体用目標設定温度Ｑ２よりも低い温度であるレベル５の流体用目標設定温度Ｑ２（空気用目標設定温度Ｐ２よりも６℃低い温度）とし、熱交換部１０の温調出力が制御される。これにより、現在の基準点である第３基準点Ｎ３を制御の基準として輻射温調手段２の温調出力を制御して、制御変数Ｘを第３基準点Ｎ３（制御変数Ｘがゼロ（Ｘ＝０））に収束させるように構成できる。

制御部５は、上記のように、現在の基準点である第３基準点Ｎ３に対応する現在のレベルから、新たなレベルに変更したか否かを判断する（ステップ♯７）。
例えば、上述のように、レベル３からレベル４に変更され、更にレベル４からレベル５に変更された場合には、制御変数Ｘは、レベル３（現在のレベル）から、レベル５（新たなレベル）に移動した状態となっている（ステップ♯７：Ｙｅｓ）。

一方、例えば、レベル３にて第３基準点Ｎ３を制御の基準として温調出力が制御されている状態において、当該レベル３の上限値ｆに到達せず、レベル３を移動している場合には、レベル４やレベル５に変更されることがなく、制御変数Ｘは、現在のレベルから、新たなレベルに変更されない。（ステップ♯７：Ｎｏ）。なお、この場合、ステップ♯６に戻り、制御変数Ｘの導出を繰り返す。

ここで、各レベルの各基準点には、当該各基準点に所定温度を加算又は減算した基準点変更用閾温度Ｃがそれぞれ対応して設定されている。また、各基準点に加算又は減算される所定温度の絶対値は、０よりも大きく、かつ、当該各基準点から当該各基準点に対応する各レベルにおける温度制御範囲の上限値までの温度差の絶対値よりも小さく設定されるとともに、各基準点に減算される所定温度の絶対値が、０よりも大きく、かつ、当該各基準点から当該各基準点に対応する各レベルにおける温度制御範囲の下限値までの温度差の絶対値よりも小さく設定される。
具体的には、第１基準点Ｎ１には、第１基準点に０．７℃（所定温度）を加算又は減算した第１基準点変更用閾温度Ｃ１が、第１レベルの温度制御範囲内（第１基準点Ｎ１を除く温度制御範囲内）に位置するように設定され、第２基準点Ｎ２には、第２基準点に０．７℃（所定温度）を加算又は減算した第２基準点変更用閾温度Ｃ２が、第２レベルの温度制御範囲内（第２基準点Ｎ２を除く温度制御範囲内）に位置するように設定され、第３基準点Ｎ３には、第３基準点に０．７℃（所定温度）を加算又は減算した第３基準点変更用閾温度Ｃ３が、第３レベルの温度制御範囲内（第３基準点Ｎ３を除く温度制御範囲内）に位置するように設定され、第４基準点Ｎ４には、第４基準点に０．７℃（所定温度）を加算又は減算した第４基準点変更用閾温度Ｃ４が、第４レベルの温度制御範囲内（第４基準点Ｎ４を除く温度制御範囲内）に位置するように設定され、第５基準点Ｎ５には、第５基準点に０．７℃（所定温度）を加算又は減算した第５基準点変更用閾温度Ｃ５が、第５レベルの温度制御範囲内（第５基準点Ｎ５を除く温度制御範囲内）に位置するように設定されている。なお、簡単のため、図１０に、第３基準点変更用閾温度Ｃ３を示し、図１２に、第５基準点変更用閾温度Ｃ５を示し、その他の基準点変更用閾温度Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４の図示を省略した。

次に、制御変数Ｘが、現在の基準点に対応する現在のレベルから、新たなレベルに移動した場合には（ステップ♯７：Ｙｅｓ）、制御変数Ｘが、新たなレベルにおいて、現在の基準点に対応して設定された基準点変更用閾温度Ｃに初めて到達したか否かを判断する（ステップ♯８）。
例えば、レベル４からレベル５に変更された後（図９参照）、図１０に示すように、レベル５において制御変数Ｘがオーバーシュートして、上限値ｊ方向に移動した後、下限値ｉ方向に移動して、現在の基準点である第３基準点Ｎ３の第３基準点変更用閾温度Ｃ３に初めて到達（図１０では、Ｘ４と記載）すると（ステップ♯８：Ｙｅｓ）、図１１に示すように、第３基準点Ｎ３（現在の基準点）をレベル５（新たなレベル）に対応する第５基準点Ｎ５（新たな基準点）に変更する（ステップ♯９）。この第３基準点Ｎ３から第５基準点Ｎ５への変更により、制御変数Ｘは、レベル５に位置する状態を維持しながら、第５基準点Ｎ５と第３基準点Ｎ３との差分値（正の値）だけ増分した位置に変更されることとなる。すなわち、制御変数Ｘは、レベル５において、Ｘ４と記載した位置からＸ４´と記載した位置に変更される状態となる。この場合、レベル５の温度制御範囲（ｉｊ間）が、第５基準点Ｎ５と第３基準点Ｎ３との差分値（正の値）と、第３基準点変更用閾温度Ｃ３との和よりも大きく設定されているので、第３基準点Ｎ３を第５基準点Ｎ５に変更したとしても、制御変数Ｘは、レベル５に位置する状態を維持したまま（レベルが変更することなく）、第５基準点Ｎ５と第３基準点Ｎ３との差分値だけ増分することとなる。同様に、各レベルの温度制御範囲は、基本的に、基準点同士の差分値（正の値）と、一方の基準点に対応する基準点変更用閾温度Ｃとの和よりも大きく設定されている。
なお、本実施形態では、複数設定されたレベルのうち、最上位のレベル又は最下位のレベルに変更された場合には、上述の説明に関わらず、現在の基準点から最上位又は最下位のレベルに対応する新たな基準点に即座に変更するように構成されている。

このように、制御変数Ｘが、現在の基準点に対応する現在のレベルから、新たなレベルに移動し（ステップ♯７：Ｙｅｓ）、新たなレベルにおいて、制御変数Ｘがオーバーシュートして、現在の基準点に近づく方向に移動し、現在の基準点の基準点変更用閾温度Ｃに初めて到達した場合には（ステップ♯８：Ｙｅｓ）、制御変数Ｘが当該新たなレベル以外のレベルを移動することがないものとして、当該新たなレベル内において安定するものと判断することができる。すなわち、当該新たなレベルにおいて、現在の基準点に近づく方向に移動する挙動を示す場合には、当該新たなレベルの温調出力にて温調することにより空気温度Ｐ１が空気用目標設定温度Ｐ２に収束する可能性があるものと判断することができる。

そしてこの状態では、図１２に示すように、制御部５は、第５基準点Ｎ５を新たな現在の基準点として、検出された冷却水温度Ｑ１がレベル５に対応した冷却水用目標設定温度Ｑ２（Ｑ２＝Ｐ２−６）となるように、熱交換部１０の温調出力をＰＩＤ制御して冷却水Ｑを温調する。これに加えて、制御部５は、制御変数Ｘがレベル５の第５基準点Ｎ５（Ｘ＝Ｐ１−Ｐ２＝０）となるように、電気ヒータ１２の温調出力をＰＩＤ制御し熱交換部１０で温調された冷却水Ｑを温調して、当該温調された冷却水Ｑによる輻射温調により、制御変数Ｘを第５基準点Ｎ５（制御変数Ｘがゼロ（Ｘ＝０））に収束させる（ステップ♯１０）。そして、制御変数Ｘが、レベル５内にて当該レベル５の中間値である第５基準点Ｎ５を中心として往復を繰り返して、図１３に示すように、第５基準点Ｎ５を中心として系が安定し、当該第５基準点Ｎ５近傍に収束した場合には（ステップ♯１１：Ｙｅｓ）、当該運転状態を維持する（ステップ♯１２）。
一方で、制御変数Ｘが当該第５基準点Ｎ５近傍に収束しない場合には（ステップ♯１１：Ｎｏ）、ステップ♯６に戻り、制御変数Ｘの導出を繰り返す。なお、第３基準点Ｎ３から第５基準点Ｎ５への変更に伴って、図１２に示すように、第５基準点Ｎ５には、対応する第５基準点変更用閾温度Ｃ５が設定されている。

また、一方で、例えば、レベル３からレベル５に順次変更されたものの（ステップ♯７：Ｙｅｓ）、制御変数Ｘが、レベル５（新たなレベル）において、第３基準点Ｎ３（現在の基準点）に近づく方向に移動せず、上限値ｊ方向に移動し、第３基準点Ｎ３の第３基準点変更用閾温度Ｃ３に初めて到達しなかった場合には（ステップ♯８：Ｎｏ）、レベル５内において安定する可能性が低下するため、基準点の変更は行わず、第３基準点Ｎ３を制御の基準として制御を行う。なお、この場合、ステップ♯６に戻り、制御変数Ｘの導出を繰り返す。

これらにより、運転が安定するか否かを判断するタイミングを明確にすることができるとともに、当該タイミングを正確かつ迅速に判断することができる。また、空気温度Ｐ１が空気用目標設定温度Ｐ２に収束する（制御変数Ｘがゼロに収束する）と予測できる新たなレベルでの移動状態で、当該新たなレベルに対応する新たな基準点を制御の基準として用いることで、新たな基準点からの空気温度Ｐ１の偏移量の絶対値を現在の基準点からの空気温度の偏移量の絶対値よりも比較的小さく抑えることができる。
よって、的確かつ迅速に新たな基準点を基準とした温調出力のＰＩＤ制御を実行することができ、ブース内の空気の空気温度を短い時間で且つハンチングを防止しながら空気用目標設定温度に収束させることが可能となり、省エネを実現することができる。

〔別実施形態〕
（Ａ）上記実施形態においては、各基準点に所定温度を加算又は減算した各基準点変更用閾温度Ｃを設定する際に、当該所定温度の絶対値を０．７℃に設定したが、これに限らず、各基準点に加算される所定温度の絶対値が、０よりも大きく、かつ、当該各基準点から当該各基準点に対応する各レベルにおける温度制御範囲の上限値までの温度差の絶対値よりも小さく設定されるとともに、各基準点に減算される所定温度の絶対値が、０よりも大きく、かつ、当該各基準点から当該各基準点に対応する各レベルにおける温度制御範囲の下限値までの温度差の絶対値よりも小さく設定された構成とすることができる。
これに加えて、例えば、各基準点変更用閾温度を、現在の基準点を制御の基準として輻射温調手段２の温調出力をＰＩＤ制御している制御状態において、現在のレベルから新たなレベルへのレベル変更が温調出力の大きくなる方向又は小さくなる方向に連続して実行された後、現在の基準点の基準点変更用閾温度Ｃが変更後の新たなレベルの温度制御範囲内に位置するように設定することができる。この場合、仮に、現在のレベルから新たなレベルへのレベル変更が温調出力の大きくなる方向又は小さくなる方向に連続して（例えば、３連続や４連続で）実行された場合でも、変更後のレベルの温度制御範囲内に、現在の基準点に対応する基準点変更用閾温度Ｃを位置させることが可能となり、現在の基準点から新たな基準点への変更を確実に行うことが可能な構成とすることができる。

（Ｂ）上記実施形態においては、各基準点として、各レベルの温度制御範囲の下限値と上限値との中間値を用いたが、当該各基準点としては、その他の構成を採用することもできる。
例えば、各レベルの温度制御範囲の下限値と上限値との中間値よりも下限値側に或いは上限値側に一定温度だけ変位した箇所を、各基準点とすることができる。この場合、一定温度は、０．１℃〜０．６℃程度とすることができる。

（Ｃ）上記実施形態では、輻射温調手段２の起動時において、制御変数Ｘに応じてレベルの選択を行ったが、起動時に選択されるレベルを予め特定のレベルに固定する構成とすることもできる。すなわち、起動時において、その特定のレベルにて輻射温調手段２の温調を制御している状態において制御変数Ｘを導出し、上記実施形態と同様に、制御変数Ｘが当該特定のレベルの上限値又は下限値に到達して、特定のレベルから順次新たなレベルに変更するように構成して、輻射温調手段２の温調出力の制御を行う構成とすることもできる。

（Ｄ）上記実施形態においては、制御変数Ｘの温度制御範囲として複数の異なるレベル（例えば、６つ）を設定し、隣接するレベルの温度制御範囲を相互にオーバーラップさせた状態で設定したが、制御変数Ｘの温度制御範囲の具体的な温度範囲や、設定数、或いはオーバーラップする範囲等については適宜変更することができる。なお、この場合には、上記別実施形態（Ａ）で説明したように、各レベルの各基準点変更用閾温度Ｃは、現在の基準点から新たな基準点への変更を確実に行うことができるように適切な温度に設定される。

（Ｅ）上記実施形態においては、各レベルに対応する各冷却水用目標設定温度Ｑ２を、空気用目標設定温度Ｐ２にレベルに対応した所定値を加算又は減算した値とする際の所定値として、＋２、０、−２、−４、−６、−８、の６つの数値を用いて、６つのレベルを設定したが、これに限らず、各種の数値を用いることができ、レベル数も適宜増減することができる。

（Ｆ）上記実施形態においては、空気温度検出手段により検出された空気温度Ｐ１に替えて、当該空気温度Ｐ１と空気用目標設定温度Ｐ２との温度差（差分値：Ｐ１−Ｐ２）である制御変数Ｘを用いて、当該制御変数Ｘを横軸とするステップサーモ方式について説明したが（図２〜図１３の横軸参照）、当該空気温度Ｐ１自体を横軸とするステップサーモ方式にて制御する構成としてもよい。

（Ｇ）上記実施形態においては、冷却水Ｑ（流体の一例）を用いた輻射温調装置Ｅによりブース１内を温調する構成について説明したが、ブース１内に空気（流体の一例）を送風供給してブース１内の空気を温調する構成としてもよい。この場合、上記実施形態における一対の輻射パネル２ａは必要なく、流体循環流路１３に熱交換部１０、電気ヒータ１２により温調された空気を循環通流させてブース１内に送風する構成とすることができる。

（Ｈ）上記実施形態においては、輻射温調手段として、熱交換部１０（冷却手段の一例）を有する冷凍回路と、電気ヒータ１２（加熱手段の一例）とを備えた構成について説明したが、冷却手段及び加熱手段としては、公知の冷却手段及び加熱手段を用いることができる。例えば、加熱手段としての電気ヒータ１２に替えて、上記冷凍回路の再熱器を用いる構成とすることができる。

以上説明したように、ブース内を温調する際に、運転が安定することを正確かつ迅速に判断して、ブース内の空気の空気温度を短い時間で且つハンチングを防止しながら空気用目標設定温度に収束するように安定させ、省エネを実現できる温調装置として有効に利用することができる。

１ ブース
２ 輻射温調手段（温調手段）
２ａ 輻射パネル（輻射温調手段）
３ 冷却水用温度センサ（流体温度検出手段及び熱媒温度検出手段）
４ 空気用温度センサ（空気温度検出手段）
５ 制御部（制御手段）
１０ 熱交換部（冷却手段、輻射温調手段）
１２ 電気ヒータ（加熱手段、輻射温調手段）
１３ 流体循環流路
Ｘ 制御変数
Ｐ１ 空気温度
Ｐ２ 空気用目標設定温度
Ｑ１ 冷却水温度（流体温度及び熱媒温度）
Ｑ２ 冷却水用目標設定温度（流体用目標設定温度及び熱媒用目標設定温度）
Ｃ 基準点変更用閾温度
Ｅ 輻射温調装置（温調装置）
Ｐ 空気
Ｑ 冷却水（流体及び熱媒）

Claims (5)

1. ブース内に流体を供給して前記ブース内の空気を温調する温調手段と、前記ブース内の空気の空気温度を検出する空気温度検出手段と、前記温調手段の運転を制御する制御手段とを備え、
   前記空気温度の温度制御範囲として下限値と上限値とが設定された温度制御範囲の異なる複数のレベルが、当該複数のレベルのうち隣接するレベルの前記温度制御範囲を相互にオーバーラップさせた環状ステップを形成するように設定され、
   前記制御手段が、現在のレベルにおいて前記温調手段の温調出力を制御している制御状態において、前記空気温度が前記現在のレベルの温度制御範囲における上限値に到達した場合には、前記現在のレベルを、より大きな上限値を有する新たなレベルに変更して温調出力を上昇させ、前記空気温度が前記現在のレベルの温度制御範囲における下限値に到達した場合には、前記現在のレベルを、より小さな下限値を有する新たなレベルに変更して温調出力を低下させるように、前記複数のレベル間に亘って移動可能なステップサーモ方式の下に、前記温調手段の温調出力をＰＩＤ制御する温調装置であって、
   前記ブース内に供給される流体の流体温度を検出する流体温度検出手段を備え、
   前記制御手段が、前記流体温度検出手段により検出される流体温度が流体用目標設定温度となるように前記温調手段をＰＩＤ制御する構成で、
   前記複数のレベルそれぞれに、異なる温度の前記流体用目標設定温度が対応して設定され、
   前記各レベルには、制御の基準となる基準点がそれぞれ対応して設定されるとともに、各基準点には、当該各基準点に所定温度を加算又は減算した基準点変更用閾温度がそれぞれ対応して設定され、
   前記各基準点に加算される所定温度の絶対値が、０よりも大きく、かつ、当該各基準点から当該各基準点に対応する前記各レベルにおける温度制御範囲の上限値までの温度差の絶対値よりも小さく設定されるとともに、前記各基準点に減算される所定温度の絶対値が、０よりも大きく、かつ、当該各基準点から当該各基準点に対応する前記各レベルにおける温度制御範囲の下限値までの温度差の絶対値よりも小さく設定され、
   現在の基準点を制御の基準として前記温調手段の温調出力をＰＩＤ制御している制御状態において、前記空気温度が、前記現在の基準点に対応する現在の前記レベルから新たな前記レベルに移動した後、前記現在の基準点に対応して設定された前記基準点変更用閾温度に初めて到達した場合に、前記制御手段が、当該現在の基準点を当該新たなレベルに設定された新たな基準点に変更し、当該新たな基準点を制御の基準として、前記温調手段の温調出力をＰＩＤ制御する温調装置。
2. 前記温調手段が、前記ブース内に配設された輻射パネル内に前記流体としての熱媒を循環供給して前記ブース内の空気を輻射温調する輻射温調手段で構成され、前記輻射温調手段が、前記熱媒を冷却する冷却手段と、前記冷却手段により冷却された前記熱媒を加熱する加熱手段とを備え、
   前記流体温度検出手段が、前記冷却手段により冷却され、前記加熱手段により加熱される前の前記熱媒の熱媒温度を検出する熱媒温度検出手段で構成されるとともに、
   前記制御手段が、前記空気温度に替えて、当該空気温度と前記ブース内における空気の空気用目標設定温度との差分値である制御変数を用いて、前記熱媒温度が前記流体用目標設定温度としての熱媒用目標設定温度となるように前記冷却手段をＰＩＤ制御するとともに、前記制御変数が前記新たな基準点に収束するように前記加熱手段をＰＩＤ制御する請求項１に記載の温調装置。
3. 前記現在の基準点を制御の基準として前記温調手段の温調出力をＰＩＤ制御している制御状態において、前記現在のレベルから前記新たなレベルへのレベル変更が前記温調出力の大きくなる方向又は小さくなる方向に連続して実行された後、前記現在の基準点の前記基準点変更用閾温度が変更後の前記新たなレベルの温度制御範囲内に位置するように設定される請求項２に記載の温調装置。
4. 前記各基準点は、前記各レベルの中間値に設定されている請求項３に記載の温調装置。
5. 前記各レベルに対応する異なる温度の前記熱媒用目標設定温度が、前記空気用目標設定温度に所定値を加算又は減算した値である請求項４に記載の温調装置。

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