JP6624623B1 - 温度制御装置及び温調装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】温調対象部位の数量が増えた場合であっても温度をより適切に制御することが可能な温度制御装置を提供する。【解決手段】本発明は、冷媒回路を備える温調装置において温調対象装置における温調対象部位の温度を制御するための温度制御装置であって、温度制御装置の通信モジュールは、フィールドネットワークを介して周期的に受信する通信フレームに含まれる温調対象部位の各々の目標温度情報をメモリの所定位置に格納するように構成され、温度制御装置の演算モジュールは、温調対象部位ごとの目標温度情報を受信するとともに、温調対象部位の各々に対応する温度センサの各々から第２の冷媒の現在温度を示す冷媒温度情報を受信し、受信した目標温度情報及び冷媒温度情報に基づいて温調対象部位の各々が受信した目標温度情報が示す目標温度となるように対応する制御弁ごとの開度を調節するための制御パラメータを各々算出する。【選択図】図１

Description

本発明は、温度制御装置及び温調装置に関し、特に冷媒回路を備える温調装置において温調対象装置における温調対象部位の温度を制御するための温度制御装置及び該温度制御装置を備える温調装置に関する。
従来、一般的なチラー装置は、冷媒回路（冷媒流路）を備え、該冷媒回路は、冷媒流路及びブライン流路により冷媒を管内で循環させてブライン流路の局部で温調対象の負荷となるワーク（温調対象部位）を介在接続させる回路構成を持つ。
冷媒流路では、電動式圧縮機が冷媒ガスを圧縮して高圧ガスとして吐出側の凝縮器へ送り、凝縮器は高圧ガスを凝縮して減圧機構の膨張弁を経由して減圧させてから蒸発器へ送る。そして、蒸発器は、減圧された低圧な気液混合状態の冷媒を蒸発させて圧縮機の吸入側に吸い込ませる。冷媒回路は、このように、圧縮と減圧を繰り返す回路構成の一次温度調整回路となっている。ブライン流路は、冷媒流路の蒸発器を共有して低圧な液体状態の冷媒液を冷媒タンクで回収して蓄えると共に、冷媒タンクに装着された加熱装置（ヒータ）で適宜加熱した冷媒液をワークを介在させて蒸発器に戻す回路構成の二次温度調整回路となっている。
チラー装置が備える温度制御装置は、冷媒流路が備える圧縮機の回転数、並びにブライン流路が備える加熱装置の加熱温度及び冷媒タンクに繋がるポンプによる冷媒流量などを、使用者による温度設定及び設定温度とワーク温度との温度差に応じて制御する。温度設定は例えば−２０〜６０℃の所定範囲内から選択される。冷媒流路及びブライン流路には、それぞれ温度センサが設けられ、ブライン流路のポンプよりもワーク側の箇所に設けられた温度センサからはワーク温度が検出される。
例えば、特許文献１は、ワークにターゲットとなる試料をエッチングするためのプラズマ処理を行うプラズマ処理装置を適用したプラズマ処理装置用チラー装置を開示するとともに、その冷媒回路を開示している。
特許５８４１２８１号
温度制御装置は、冷媒流路の冷媒流量を調節可能な膨張弁の開度を調節することにより冷媒流路の温度を制御することができる。温度制御装置は、メインＣＰＵ基板を備え、メインＣＰＵ基板は、膨張弁の開度を調節するための制御パラメータを算出する。従来、メインＣＰＵ基板は、当該制御パラメータを算出する場合、その都度、温調対象部位を含む温調対象装置に対してリクエストを送信することにより、当該温調対象部位の目標温度情報を取得し、メモリに格納していた。そしてメインＣＰＵ基板は、メモリに格納した現在温度情報及び目標温度情報を用いて、制御パラメータを演算してパルスコンバータに送信し、パルスコンバータは、受信したアナログ信号の制御パラメータを膨張弁駆動用のパルスに変換出力していた。しかし、温調対象部位が増えると、メインＣＰＵ基板によるリアルタイムでの制御パラメータの算出が難しいという問題があり、複数の温調対象部位の温度制御が難しいという問題があった。
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、温調対象部位の数量が増えた場合であっても温度をより適切に制御することが可能な温度制御装置を提供することを主目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明の一態様としての温度制御装置は、
冷媒回路を備える温調装置において温調対象装置における温調対象部位の温度を制御するための温度制御装置であって、
前記温調装置は、１又は複数の温調対象部位ごとに前記冷媒回路を備えるものであり、該冷媒回路の各々は、
圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が、この順に第１の冷媒を循環させる回路を含む第１の冷媒回路であって、該第１の冷媒回路内に取り付けられた該第１の冷媒の流量を調節可能な制御弁を含む、第１の冷媒回路と、
前記第１の冷媒回路と蒸発器を共有し、温調対象部位と熱交換可能となるように第２の冷媒を循環させる回路を含む第２の冷媒回路であって、該第２の冷媒の温度を検出可能に取り付けられた温度センサを含む第２の冷媒回路と、を含み、
前記温度制御装置は、
主制御装置と、
メモリを備え、温調対象装置とフィールドネットワークを介して接続された通信モジュールと、
前記主制御装置を介して前記通信モジュールに接続され、前記第２の冷媒回路の各々の所定の位置に取り付けられた温度センサの各々に接続された演算モジュールと、
前記演算モジュールに接続された信号出力モジュールと、を備え、
前記通信モジュールは、前記フィールドネットワークを介して周期的に受信する通信フレームに含まれる温調対象部位の各々の目標温度情報を、温調対象部位ごとに予め決められたメモリの所定位置に格納するように構成され、
前記主制御装置は、前記通信モジュールのメモリに格納された目標温度情報を前記演算モジュールに送信するように構成され、
前記演算モジュールは、温調対象部位ごとの目標温度情報を受信するとともに、温調対象部位の各々に対応する温度センサの各々から前記第２の冷媒の現在温度を示す冷媒温度情報を受信し、受信した目標温度情報及び冷媒温度情報に基づいて温調対象部位の各々が受信した目標温度情報が示す目標温度となるように対応する制御弁ごとの開度を調節するための制御パラメータを各々算出し、算出した制御パラメータの各々を前記信号出力モジュールに送信するように構成され、
前記信号出力モジュールは、受信した制御パラメータの各々に基づいて、制御弁の各々の開度を調節するための信号を制御弁の各々に送信するように構成される、
ことを特徴とする。
また、本発明において好ましくは、前記演算モジュールは、受信した目標温度情報及び冷媒温度情報に基づいて前記目標温度となるようにＰＩＤ演算を実行することにより対応する制御弁ごとの開度を調節するための制御パラメータを各々算出する。
また、本発明において好ましくは、前記演算モジュールは、メモリを備え、受信した目標温度情報及び冷媒温度情報を、温調対象部位ごとに予め決められた該メモリの所定位置に格納し、格納された目標温度情報及び冷媒温度情報を用いて制御パラメータを各々算出し、算出した制御パラメータを、温調対象部位ごとに予め決められた該メモリの所定位置に格納する。
また、本発明において好ましくは、前記フィールドネットワークは、イーサキャットである。
また、本発明において好ましくは、前記温度制御装置のうちの１つがマスタであり、前記通信モジュールはスレーブである。
また上記の目的を達成するために、本発明の一態様としての温調装置は、
冷媒回路、及び温調対象装置における温調対象部位の温度を制御するための温度制御装置を備える温調装置であって、
前記温調装置は、１又は複数の温調対象部位ごとに前記冷媒回路を備えるものであり、該冷媒回路の各々は、
圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が、この順に第１の冷媒を循環させる回路を含む第１の冷媒回路であって、該第１の冷媒回路内に取り付けられた該第１の冷媒の流量を調節可能な制御弁を含む、第１の冷媒回路と、
前記第１の冷媒回路と蒸発器を共有し、温調対象部位と熱交換可能となるように第２の冷媒を循環させる回路を含む第２の冷媒回路であって、該第２の冷媒の温度を検出可能に取り付けられた温度センサを含む第２の冷媒回路と、を含み、
前記温度制御装置は、
主制御装置と、
メモリを備え、温調対象装置とフィールドネットワークを介して接続された通信モジュールと、
前記主制御装置を介して前記通信モジュールに接続され、前記第２の冷媒回路の各々の所定の位置に取り付けられた温度センサの各々に接続された演算モジュールと、
前記演算モジュールに接続された信号出力モジュールと、を備え、
前記通信モジュールは、前記フィールドネットワークを介して周期的に受信する通信フレームに含まれる温調対象部位の各々の目標温度情報を、温調対象部位ごとに予め決められたメモリの所定位置に格納するように構成され、
前記主制御装置は、前記通信モジュールのメモリに格納された目標温度情報を前記演算モジュールに送信するように構成され、
前記演算モジュールは、温調対象部位ごとの目標温度情報を受信するとともに、温調対象部位の各々に対応する温度センサの各々から前記第２の冷媒の現在温度を示す冷媒温度情報を受信し、受信した目標温度情報及び冷媒温度情報に基づいて温調対象部位の各々が受信した目標温度情報が示す目標温度となるように対応する制御弁ごとの開度を調節するための制御パラメータを各々算出し、算出した制御パラメータの各々を前記信号出力モジュールに送信するように構成され、
前記信号出力モジュールは、受信した制御パラメータの各々に基づいて、制御弁の各々の開度を調節するための信号を制御弁の各々に送信するように構成される、
ことを特徴とする。
本発明によれば、温調対象部位が増えた場合であっても温度をより適切に制御することができる。
本発明の一実施形態の温調装置の概要構成図である。 本発明の一実施形態の温調装置の概要構成図である。 本実施形態の温度制御装置に対応する従来の温度制御装置の概要構成図である。 本発明の一実施形態の温度制御装置の構成図である。 本発明の一実施形態の通信モジュールのメモリに格納される情報の１つの例示である。 本発明の一実施形態の演算モジュールのメモリに格納される情報の１つの例示である。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態の温調装置１を説明する。各図において同一の符号は、特に言及が無い限り同一又は相当部分を示すものとする。説明の便宜上、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成についての重複説明を省略する場合がある。なお本明細書においては、情報を受信／送信することは、単に情報を受け取る／受け渡すことを含むことができるものとする。
図１及び図２は、本発明の一実施形態の温調装置１の概要構成図であり、図２はより詳細な概要構成図を示す図である。温調装置１は、第１の冷媒回路１００及び第２の冷媒回路２００を含む冷媒回路３００と、温調対象装置２の温調対象部位１０の各々の温度を制御するための温度制御装置２０とを備える。図１は、第１の冷媒回路１００内の冷媒及び第２の冷媒回路２００内の冷媒の流れる主な方向を示す。温調装置１は、複数の温調対象部位１０の各々の温度を調整するための装置であるが、図１は、１つの温調対象部位１０に対する冷媒回路３００の構成を示すものである。温調装置１は、１つの温調対象部位１０ごとに、冷媒回路３００を各々備える。冷媒回路３００は、例えば既知の冷却管により構成される。第１の冷媒回路１００に用いられる第１の冷媒及び第２の冷媒回路２００に用いられる第２の冷媒は、フッ素系冷媒などの既知の冷媒を用いることができる。１つの例では、第１の冷媒回路１００は冷媒流路であり、第２の冷媒回路２００はブライン流路である。温度制御装置２０は、温調対象部位１０を含む温調対象装置２に接続されるとともに、第１の冷媒回路１００及び第２の冷媒回路２００が含む温度センサなどの各種センサ及び制御弁などの制御可能な構成要素に接続される。温度制御装置２０は、温調対象装置２に接続されて間接的に温調対象部位１０に接続されてもよいし、温調対象装置２における温調対象部位１０に直接接続されてもよい。１つの好適な例では、温度制御装置２０は、温調対象装置２から各温調対象部位１０の各々の目標温度情報を受信するとともに、第２の冷媒回路２００の温度センサから取得した現在温度情報を温調対象装置２へ送信する。
第１の冷媒回路１００は、圧縮機１１１、凝縮器１１２、膨張弁１１３及び蒸発器１１４が、この順に第１の冷媒を循環させる第１の主冷媒回路１０１を含む。第１の主冷媒回路１０１は、凝縮器１１２と膨張弁１１３の間に介在接続された、異物除去を行うドライヤフィルタ１１５を含む。第１の冷媒回路１００は、蒸発器１１４と圧縮機１１１の間で第１の主冷媒回路１０１から分岐し、ドライヤフィルタ１１５と膨張弁１１３の間の第１の主冷媒回路１０１に接続したバイパス回路１０２を含む。第１の冷媒回路１００は、圧縮機１１１と凝縮器１１２の間で第１の主冷媒回路１０１から分岐し、膨張弁１１３と蒸発器１１４の間の第１の主冷媒回路１０１に接続したバイパス回路１０２を含む。
第１の主冷媒回路１０１では、圧縮機１１１は、第１の冷媒のガスを圧縮して高圧ガスとして吐出側の凝縮器１１２へ送る。凝縮器１１２は、高圧ガスを凝縮して減圧機構の膨張弁１１３を経由して減圧させてから蒸発器１１４へ送り、蒸発器１１４は、減圧された低圧ガスを蒸発させて圧縮機１１１の吸入側に吸い込ませる。第１の主冷媒回路１０１は、このように圧縮と減圧を繰り返す回路構成の一次温度調整回路である。
第１の冷媒回路１００は、第１の冷媒回路１００内に取り付けられた第１の冷媒の流量を調節可能な複数の制御弁１２１を含む。第１の主冷媒回路１０１の膨張弁１１３と蒸発器１１４の間には、制御弁１２１が介在接続される。バイパス回路１０２の各々には、制御弁１２１が介在接続される。制御弁１２１は、ステッピングモータで駆動される電子制御弁であり、温度制御装置２０は、制御弁１２１の開度を調節する信号を制御弁１２１の各々に送ることにより、制御弁１２１を通過する第１の冷媒の流量を制御することができる。温度制御装置２０は、膨張弁１１３も同様にして制御することができる。なお制御弁１２１は、電子膨張弁とすることもできる。
第１の冷媒回路１００は、圧縮機１１１の蒸発器側において、第１の主冷媒回路１０１における第１の冷媒の温度を検出できるように設けられた温度センサ１２２を含む。第１の冷媒回路１００は、圧縮機１１１の第１の冷媒吸入側において、第１の主冷媒回路１０１における第１の冷媒の圧力を検出できるように設けられた圧力センサ１２３を含む。
第２の冷媒回路２００は、第１の冷媒回路１００と蒸発器１１４を共有する第２の主冷媒回路２０１を含む。第２の主冷媒回路２０１は、蒸発器１１４において第１の主冷媒回路１０１と熱交換可能となるように第２の冷媒を循環させる。また第２の主冷媒回路２０１は、温調対象部位１０と熱交換可能となるように、第２の冷媒を循環させる。第２の主冷媒回路２０１と温調対象部位１０は、第２の主冷媒回路２０１が温調対象部位１０と接触して熱交換可能となるように、又は第２の主冷媒回路２０１が温調対象部位１０内を流通して熱交換可能となるように構成される。
第２の主冷媒回路２０１は、第２の冷媒である冷媒液を回収して蓄える冷媒タンク２１１と、加熱装置２１２と、冷媒液を加熱装置２１２から吸引するポンプ２１３とを含む。加熱装置２１２は、必要に応じて、冷媒液を適宜加熱するものである。第２の主冷媒回路２０１は、蒸発器１１４及び加熱装置２１２により第２の冷媒の温度を調整し、温調対象部位１０と熱交換するように第２の冷媒を循環させる回路構成の二次温度調整回路である。第２の主冷媒回路２０１では、加熱装置２１２は蒸発器１１４の冷媒液流出側に接続され、ポンプ２１３は加熱装置２１２から冷媒液を吸引できるように接続される。冷媒タンク２１１は、温調対象部位１０と熱交換した冷媒液を回収するように接続され、かつ流出させた冷媒液が蒸発器１１４で熱交換するように蒸発器１１４と接続される。
第２の冷媒回路２００は、温調対象部位１０と冷媒タンク２１１の間で第２の主冷媒回路２０１から分岐し、ポンプ２１３と温調対象部位１０の間の第２の主冷媒回路２０１に接続したバイパス回路２０２を含む。
第２の冷媒回路２００は、第２の冷媒回路２００内に取り付けられた第２の冷媒の流量を調節可能な制御弁２２１を含む。第２の主冷媒回路２０１のポンプ２１３と温調対象部位１０の間には、制御弁２２１が介在接続される。バイパス回路２０２には、制御弁２２１が介在接続される。
第２の冷媒回路２００は、ポンプ２１３の冷媒液流出側において、第２の主冷媒回路２０１における第２の冷媒の温度を検出できるように設けられた温度センサ２２２を含む。第２の冷媒回路２００は、蒸発器１１４の冷媒液流出側において、第２の主冷媒回路２０１における第２の冷媒の温度を検出できるように設けられた温度センサ２２２を含む。このように、第２の冷媒回路２００は、第２の冷媒の温度を検出可能に取り付けられた温度センサ２２２を含む。また第２の冷媒回路２００は、ポンプ２１３の冷媒液流出側において、第２の主冷媒回路２０１における第２の冷媒の圧力を検出できるように設けられた圧力センサ２２３を含む。
図１は、１つの温調対象部位１０に対する冷媒回路３００の１つの例示である。温調装置１は、複数の冷媒回路３００を備え、各冷媒回路３００は、各温調対象部位１０に対応する。したがって、温調装置１が含む冷媒回路３００は、異なる回路を含むものであってもよいし、同じ回路であってもよい。
冷媒回路３００の１つの例では、第１の冷媒回路１００は、温調対象部位１０の保温制御方法に応じて、図１に示すバイパス回路１０２とは異なる任意の１又は複数のバイパス回路１０２を含む。この場合においても、好ましくは、バイパス回路１０２の各々には、制御弁１２１が介在接続される。また１つの例では、第１の冷媒回路１００は、温調対象部位１０の保温制御方法に応じて、１又は複数の温度センサ１２２が所定の位置に取り付けられる。また１つの例では、第１の冷媒回路１００は、温調対象部位１０の保温制御方法に応じて、１又は複数の圧力センサ１２３が所定の位置に取り付けられる。
冷媒回路３００の１つの例では、冷媒回路３００は、温調対象部位１０の保温温度に応じて、複数の第１の冷媒回路１００を備える。複数の第１の冷媒回路１００が含む回路構成は、各々異なっていてもよい。この場合、１つの第１の冷媒回路１００は、隣接する第１の冷媒回路１００と蒸発器１１４を共有し、当該隣接する第１の冷媒回路１００と熱交換可能となるように、第１の冷媒を循環させる第１の主冷媒回路１０１を含む。またこの場合、１つの第１の冷媒回路１００は、第２の冷媒回路２００と蒸発器１１４を共有し、第２の冷媒回路２００と熱交換可能となるように、第１の冷媒を循環させる第１の主冷媒回路１０１を含む。
冷媒回路３００の１つの例では、第２の冷媒回路２００は、温調対象部位１０の保温制御方法に応じて、図１に示すバイパス回路２０２とは異なる任意の１又は複数のバイパス回路１０２を含む。この場合においても、好ましくは、バイパス回路２０２の各々には、制御弁２２１が介在接続される。また１つの例では、第２の冷媒回路２００は、加熱装置２１２及びポンプ２１３を含まない。また１つの例では、第２の冷媒回路２００は、温調対象部位１０の保温制御方法に応じて、１又は複数の温度センサ２２２が所定の位置に取り付けられる。また１つの例では、第２の冷媒回路２００は、温調対象部位１０の保温制御方法に応じて、１又は複数の圧力センサ２２３が所定の位置に取り付けられる。また１つの例では、冷媒タンク２１１、加熱装置２１２、及びポンプ２１３は、第２の主冷媒回路２０１内の温調対象部位１０の保温制御方法に応じた位置に取り付けられる。
温調装置１は、冷却装置（図示せず）を備える。冷却装置は、凝縮器１１２に対して配管を折り返すように接続し、冷却水を取り込んで凝縮器１１２内を冷却してから外方へ戻す構造を有する。冷却装置は、例えば出口側の管に制御弁が設けられ、凝縮器１１２の吐出側に接続された圧力により検出された結果に応じて制御弁の開閉が制御され、配管内を流れる冷却水の流量が制御される。上記で説明した冷却装置は１つの例示であって、冷却装置による凝縮器１１２に対する冷却機能は、冷却ファンを用いて冷風で冷却する構成としてもよい。
１つの好適な例では、温調装置１は、ワーク（温調対象装置２）を半導体製造装置として、半導体エッチング工程に適用可能なチラー装置である。具体的には、温調装置１は、ターゲットとなる試料の半導体ウエハを半導体エッチング工程でエッチングするためにプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に適用するプラズマ処理用チラー装置である。したがって、温調装置１は、従来のプラズマ処理用チラー装置が有する構成を備えることができる。この場合、プラズマ処理装置の保温対象となる各部が温調対象部位１０である。例えば、１つの温調対象部位１０は、プラズマ処理装置における下部電極に冷媒管を付設させて第２の主冷媒回路２０１と繋がるように接続される。例えば、１つの温調対象部位１０は、プラズマ処理装置における上部電極に冷媒管を付設させて第２の主冷媒回路２０１と繋がるように接続される。
温調対象装置２の温調対象部位１０の各々は、使用者により目標温度が設定されている。例えば、設定される目標温度は、温調対象部位１０ごとに異なる。１つの例では、温調対象部位１０の設定される目標温度は、−８０〜＋８０℃の範囲内から選択される。１つの例では、温調対象部位１０が３つあり、各温調対象部位１０において設定される目標温度の範囲が異なる。
温度制御装置２０は、温調対象部位１０の各々において、当該温調対象部位１０の目標温度情報と当該温調対象部位１０に接続される第２の冷媒回路２００内に取り付けられた温度センサ２２２から取得される現在温度情報とに基づいて、第２の冷媒温度を制御する。例えば、温度制御装置２０は、目標温度情報と現在温度情報との温度差に応じて、第１の冷媒回路１００内の制御弁１２１の開度を調節することにより、第２の冷媒温度を制御して、温調対象部位１０の温度が目標温度となるように制御する。温度制御装置２０は、既知のＰＩＤ制御を用いて、温度差に応じた制御を行うことができる。なお目標温度情報は、温調対象部位１０の目標温度を示す情報であり、現在温度情報は、第２の冷媒の現在温度を示す情報である。
上記の例示に加えて、又は上記の例示の代わりに、温度制御装置２０は、電動式の圧縮機１１１での圧縮機回転数を調節することにより、第２の冷媒温度を制御して、温調対象部位１０の温度が目標温度となるように制御することができる。上記の例示に加えて、又は上記の例示の代わりに、温度制御装置２０は、圧力センサ１２３で検出される圧力に基づいて第１の冷媒回路１００内の制御弁１２１の開度を調節することにより、温調対象部位１０の温度が目標温度となるように制御することができる。温度制御装置２０は、既知のＰＩＤ制御を用いて、圧力差に応じた制御を行うことができる。
本実施形態では、温度制御装置２０による制御のうち、温調対象装置２から取得した温調対象部位１０の目標温度及び第２の冷媒回路２００が含む温度センサから取得した第２の冷媒の現在温度に基づいた第１の冷媒回路１００が含む制御弁１２１の開度の制御について説明する。ただし、温度制御装置２０は、温調対象部位１０の温度が目標温度となるための動作として、圧縮機回転数の制御などの既知の制御、又は他のセンサなどから取得した情報に基づいた既知の制御弁１２１などの制御を行うことができることは理解される。
本実施形態では、温度制御装置２０は、ＰＩＤ制御により、目標値と現在値の偏差をなくすための、各制御弁１２１の開度を調節するための制御パラメータ（操作量）を各々算出する。
図３は、本実施形態の温度制御装置２０に対応する従来の温度制御装置４０の概要構成図である。温度制御装置４０は、メインＣＰＵ基板４１と、パルスコンバータ４２とを備える。メインＣＰＵ基板４１は、温度センサ２２２を介して第２の冷媒の現在温度情報を取得し、メモリに格納する。メインＣＰＵ基板４１は、制御弁１２１の開度を調節するための制御パラメータを算出する場合、その都度、制御弁に対応する温調対象部位１０を含む温調対象装置２に対して目標温度情報を受け取るためのリクエストを送信する。温調対象装置２は、シリアル通信を用いて、温度制御装置２０にリクエストを受け付けた目標温度情報を送信する。メインＣＰＵ基板４１は、温度制御装置２０から受信する当該温調対象部位１０の目標温度情報を取得し、メモリに格納する。メインＣＰＵ基板４１は、メモリに格納した現在温度情報及び目標温度情報を用いて、制御パラメータを演算し、パルスコンバータ４２にアナログ信号の制御パラメータを送信する。パルスコンバータ４２は、メインＣＰＵ基板４１から受け取ったアナログ信号の制御パラメータを制御弁駆動用のパルス（デジタル信号）に変換して、対応する制御弁１２１に送信する。
上記のように、従来の温度制御装置２０は、制御パラメータを算出する際に、その都度温調対象装置２と通信することにより目標温度情報を受信し、制御弁１２１に対する制御を行っていた。しかしこの方法は、温調対象部位１０が増えると、リアルタイムでの制御パラメータの算出が難しいという問題があり、より効率的に又はより高速に、制御パラメータを算出する必要があった。
図４は、本発明の一実施形態の温度制御装置２０の構成図である。温度制御装置２０は、メインＣＰＵ基板２１と、通信モジュール２２と、演算モジュール２３と、信号出力モジュール２４と、を備える。
メインＣＰＵ基板２１は、メモリ及びプロセッサを含み、温度制御装置２０全体を制御する。メインＣＰＵ基板２１は、温度制御装置２０全体を制御する主制御装置の機能を有するものであれば基板である必要はなく、主制御装置の１つの例示である。
通信モジュール２２は、メモリを備え、複数の温調対象部位１０を含む温調対象装置２とフィールドネットワーク４を介して接続される。なお、図４は１つの温調対象装置２を示しているが、温調装置１が複数の温調対象装置２が含む温調対象部位１０の温度を制御する場合、通信モジュール２２は、１又は複数の温調対象部位１０を各々含む複数の温調対象装置２とフィールドネットワーク４を介して接続される。
演算モジュール２３は、メモリを備え、メインＣＰＵ基板２１を介して通信モジュール２２に接続され、温調対象部位１０の各々に対応する冷媒回路３００が含む第２の冷媒回路２００の各々の所定の位置に取り付けられた温度センサ２２２の各々に接続される。１つの好適な例では、演算モジュール２３は、複数のサブモジュールから構成され、各サブモジュールは、各温調対象部位１０の各々に対応する制御パラメータを算出する。この場合、例えば１つのサブモジュールは、予め割り当てられた１つの温調対象部位１０に対応する制御パラメータを算出してもよいし、予め割り当てられたＮ個（例えば４つ）の温調対象部位１０に対応する制御パラメータを算出してもよい。演算モジュール２３は、温調対象部位１０の各々に対応する冷媒回路３００が含む第１の主冷媒回路１０１の各々の所定の位置に取り付けられた温度センサ１２２の各々に接続されてもよい。
信号出力モジュール２４は、演算モジュール２３に接続される。信号出力モジュール２４は、制御弁１２１を駆動するためのステッピングモータの各々に接続される。なお、ステッピングモータは制御弁１２１を駆動する手段の１つの好適な例示であり、これに限定されるものではない。
次に温度制御装置２０の各部の動作について説明する。
通信モジュール２２は、フィールドネットワーク４を介して周期的に受信する通信フレームに含まれる温調対象部位１０の各々の目標温度情報を、温調対象部位１０ごとに予め決められたメモリの所定位置（アドレス）に格納する。フィールドネットワーク４は、温調対象装置２とやりとりされる各種データを伝送する。１つの好適な例では、フィールドネットワーク４は、イーサネット(登録商標)と互換性のある産業用オープンフィールドネットワーク規格の１つであるイーサキャット（EtherCAT）であり、この場合、通信フレームはイーサネット(登録商標)フレームである。１つの例では、通信モジュール２２は、フィールドネットワーク４を介して、０．５秒周期などの予め定められた１秒以下の周期で通信フレームを定期的に受信する。
イーサキャットについて簡単に説明する。イーサキャットは、高速性とリアルタイム性を実現可能な通信方式であり、マスタとスレーブから構成される。イーサネット(登録商標)フレームは、マスタから送信され、順番に全てのスレーブを通過して再びマスタへ戻る。マスタ及び各スレーブは、イーサネット(登録商標)フレームに送信データを書き込むことができるとともに、受信したイーサネット(登録商標)フレームを読み込むことができる。
１つの好適な例では、温調対象装置２のうちの１つがマスタであり、通信モジュール２２はスレーブである。フィールドネットワーク４に接続される温調対象装置２が１つの場合、当該温調対象装置２がマスタである。マスタデバイスとしての温調対象装置２は、通信フレームをフィールドネットワーク４上に周期的に送信する。通信フレームの予め決められた位置には、マスタデバイスとしての温調対象装置２が含む温調対象部位１０の目標温度情報が予め決められた位置に格納されている。スレーブデバイスとしての温調対象装置２は、受信した通信フレームに対して、当該温調対象装置２が含む温調対象部位１０の目標温度情報を予め決められた位置に書き込んだ後、通信フレームをフィールドネットワーク４上に送信する。スレーブデバイスとしての通信モジュール２２は、フィールドネットワーク４を介して通信フレームを受信し、予め決められた位置に格納されている目標温度情報を、通信モジュール２２のメモリの所定位置に格納する。
メインＣＰＵ基板２１は、通信モジュール２２のメモリの所定位置に格納された目標温度情報を演算モジュール２３に送信する。好ましくは、メインＣＰＵ基板２１は、周期的に通信モジュール２２のメモリの所定位置に格納された目標温度情報を読み取り、読み取った目標温度情報を演算モジュール２３に送信する。
演算モジュール２３は、温調対象部位１０の各々に対応する温度センサ２２２の各々から第２の冷媒の現在温度を示す冷媒温度情報（現在温度情報）を受け取り、演算モジュール２３のメモリの所定位置に格納する。演算モジュール２３は、制御パラメータを算出するにあたって、当該現在温度情報を用いる。１つの好適な例では、演算モジュール２３は、各温調対象部位１０に対応する制御パラメータを算出するにあたって、複数の温度センサ２２２のうち温調対象部位１０により近い温度センサ２２２から取得された温度を各々用いる。１つの変形例では、演算モジュール２３は、各温調対象部位１０に対応する制御パラメータを算出するにあたって、１又は複数の温度センサ２２２のいずれかから取得された温度を各々用いる。１つの変形例では、演算モジュール２３は、各温調対象部位１０に対応する制御パラメータを算出するにあたって、複数の温度センサ２２２から取得された温度の平均を各々用いる。
メインＣＰＵ基板２１は、演算モジュール２３のメモリに格納された現在温度情報を通信モジュール２２に送信する。好ましくは、メインＣＰＵ基板２１は、周期的に演算モジュール２３のメモリの所定位置に格納された現在温度情報を読み取り、読み取った現在温度情報を通信モジュール２２に送信する。
通信モジュール２２は、メインＣＰＵ基板２１から受信する温調対象部位１０の各々の現在温度情報を、温調対象部位１０ごとに予め決められたメモリの所定位置に格納する。通信モジュール２２は、受信した通信フレームに対して、現在温度情報を予め決められた位置に書き込んだ後、現在温度情報が書き込まれた通信フレームをフィールドネットワーク４上に送信する。これにより、温調対象装置２は、現在温度情報を受信することが可能となり、温調対象装置２において、第２の冷媒の現在温度を把握することが可能となる。
図５は、本発明の一実施形態の通信モジュール２２のメモリに格納される情報の１つの例示である。通信モジュール２２のメモリの所定位置（例えばアドレス００〜０２）には、フィールドネットワーク４を介して受信した通信フレームから取得した温調対象部位１０ごとの目標温度情報（例えばＣＨ１〜ＣＨ３目標温度情報）が格納される。また通信モジュール２２のメモリの所定位置（例えばアドレス０３〜０５）には、メインＣＰＵ基板２１から受信した現在温度情報（例えばＣＨ１〜ＣＨ３現在温度情報）が格納される。ここで、ＣＨ１〜ＣＨ３の各チャネルは、１つの温調対象部位１０に対応するものである。各温調対象部位１０に対応する各チャネルの格納されるデータは、各温調対象部位１０に対応する制御パラメータを算出するために用いる目標温度情報及び現在温度情報である。なお、通信モジュール２２のメモリには、４チャネル以上の温調対象部位１０に対応する目標温度情報及び現在温度情報が格納されてもよいことは理解される。
上記のとおり、演算モジュール２３は、温調対象部位１０ごとの目標温度情報を受信するとともに、温調対象部位１０の各々に対応する温度センサの各々から第２の冷媒の現在温度情報を受信する。
図６は、本発明の一実施形態の演算モジュール２３のメモリに格納される情報の１つの例示である。演算モジュール２３は、受信した目標温度情報及び現在温度情報を、温調対象部位１０ごとに演算モジュール２３のメモリの予め決められたアドレスに格納する。演算モジュール２３のメモリは、１つの温調対象部位１０に対応するチャネルごとに、モジュールアドレスが割り当てられる（例えばモジュール００〜０２）。各チャネルの目標温度情報及び現在温度情報は、各モジュールアドレスが割り当てられたメモリの所定位置（例えばアドレス００〜０１）に格納される。演算モジュール２３が複数のサブモジュールから構成される場合、各モジュールアドレスは、各サブモジュールに対応する。説明の便宜上、１つのチャネルに対応する目標温度情報及び現在温度情報が各モジュールアドレスに割り当てられるものとして説明したが、１つの好適な例では、複数のチャネルが１つのモジュールアドレスに割り当てられる。例えば、各モジュールアドレスは、４つのチャネルが割り当てられる。
演算モジュール２３は、受信した目標温度情報及び現在温度情報に基づいて温調対象部位１０の各々が受信した目標温度情報が示す目標温度となるように対応する制御弁１２１ごとの開度を調節するための制御パラメータを各々算出する。具体的には、演算モジュール２３は、１つの温調対象部位１０ごとに、演算モジュール２３のメモリに格納された各温調対象部位１０の目標温度情報及び現在温度情報に基づいて、各温調対象部位１０の対応する制御弁１２１の制御パラメータを算出する。演算モジュール２３は、算出した制御パラメータの各々を、演算モジュール２３のメモリの、温調対象部位１０ごとに予め決められた所定位置に格納し、格納された制御パラメータの各々を信号出力モジュール２４に送信する。１つの好適な例では、演算モジュール２３は、受信した目標温度情報及び現在温度情報に基づいて受信した目標温度情報となるようにＰＩＤ演算を実行することにより対応する制御弁ごとの開度を調節するための制御パラメータを各々算出する。制御パラメータは、ＰＩＤ制御における目標値と現在値の偏差をなくすための、各制御弁１２１の開度を調節するための操作量である。制御パラメータは、目標値に目標温度情報及び現在値に現在温度情報を用いて、既知の方法により算出することができる。
信号出力モジュール２４は、演算モジュール２３から受信した制御パラメータの各々に基づいて、制御弁１２１の各々の開度を調節するための信号を制御弁１２１の各々に送信（送出）するように構成される。具体的には、信号出力モジュール２４は、演算モジュール２３から受信したデジタル信号の制御パラメータ（操作量）を、制御弁１２１の各々の開度を調節するためのパルスに変換し、各制御弁１２１のステッピングモータの各々に当該パルス信号を送信する。１つの例では、演算モジュール２３は、モジュールアドレスごとに制御パラメータを算出し、信号出力モジュール２４は、モジュールアドレスにより制御弁１２１に送信する信号の宛先を識別する。１つの好適な例では、複数のチャネルが１つのモジュールアドレス（サブモジュール）に割り当てられる場合、演算モジュール２３は、モジュールアドレス及び当該サブモジュール内のチャネルごとに制御パラメータを算出し、信号出力モジュール２４は、モジュールアドレス及びチャネルにより制御弁１２１に送信する信号の宛先を識別する。
次に、本発明の実施形態による温調装置１及び温度制御装置２０の効果について説明する。本実施形態では、温度制御装置２０は、メモリを有する通信モジュール２２を備え、かつ、フィールドネットワーク４を介して温調対象装置２と通信モジュール２２が通信可能な構成である。このような構成とすることにより、通信モジュール２２のメモリの所定位置に温調対象部位１０の各々の目標温度情報を周期的に格納することが可能となる。また本実施形態では、温度制御装置２０は、制御パラメータを算出するための演算モジュール２３を備える。演算モジュール２３は、温度センサ２２２を介して第２の冷媒の現在温度情報を取得し、メインＣＰＵ基板２１を介して周期的に目標温度情報を取得可能な構成である。このような構成とすることにより、演算モジュール２３は、周期的に現在温度情報及び目標温度情報を取得することが可能となり、演算モジュール２３は、より高速に制御パラメータを算出することが可能となる。
温調対象部位１０の数量が増えた場合であっても、温調対象部位１０の各々の目標温度情報は通信フレームに格納することができるため、通信モジュール２２は、フィールドネットワーク４を介して周期的に目標温度情報を取得することが可能となる。演算モジュール２３は、温度センサ２２２を介して第２の冷媒の現在温度情報を取得するとともに、周期的に通信モジュール２２から目標温度情報を取得することができるため、従来の温度制御装置４０と比較して、より効率的及び高速に、制御パラメータを算出することが可能となる。これにより、温度制御装置２０は、温調対象部位の数量が増えた場合であっても、従来の温度制御装置４０と比較して、温度をより適切に制御することが可能となる。
また本実施形態では、信号出力モジュール２４を演算モジュール２３と一体化したモジュールとすることにより、デジタル信号を用いて当該モジュール間の通信を行うことができるとともに、より簡易な構成とすることができる。また本実施形態では、温度制御装置２０の各機能をモジュール化することで、温度制御装置２０の全体をより小型化することが可能となる。
また上記のような構成とすることにより、温調対象装置２に対して温調装置１を適用する場合、温調対象装置２の詳細な構成が不明であっても、温調装置１は、通信フレームを介して、温調対象部位１０の各々の目標温度情報を取得することができる。これにより、温調対象装置２に対して比較的容易に温調装置１を適用することが可能となる。特に好適な実施例では、フィールドネットワーク４はイーサキャットであり、温調対象装置２のうちの１つがマスタであり、通信モジュール２２はスレーブである。このような構成とすることにより、フィールドネットワーク４にスレーブデバイスである温調装置１を追加すれば、マスタデバイスである外部装置（温調対象装置２）に対して、比較的容易に温調装置１を適用することが可能となる。
本発明の実施形態としては、上記で説明した温調装置１とすることもできるし、温度制御装置２０とすることもできるし、温調装置１及び温調対象装置２を含む温調システムとすることもできる。また他の実施形態では、上記で説明した本発明の実施形態の機能や情報処理を実現する方法とすることもできる。なお上記で説明した本発明の実施形態において、温調装置１は、１つの温調対象部位１０ごとに、冷媒回路３００を各々備えるものであるが、温調装置１は、１又は複数の温調対象部位１０ごとに冷媒回路３００を各々備えてもよい。
以下に本発明の実施形態の変形例について説明する。以下で述べる変形例は、矛盾が生じない限りにおいて、適宜組み合わせて本発明の任意の実施形態、実施例又は変形例に適用することができる。
１つの変形例では、通信フレームは、所定時間内における目標温度情報が示す目標温度の温度変化が所定値以上であるか否かを示す第１の温度変化フラグ情報を含む。例えば温調対象装置２は、所定時間内において目標温度の温度変化が所定値以上であるか否かを判定し、第１の温度変化フラグ情報として、所定値未満の場合は「０」、所定値以上の場合は「１」を書き込む。第１の温度変化フラグ情報が所定値未満の温度変化を示す場合、温度制御装置２０は、通常の温度制御動作を行う。第１の温度変化フラグ情報が所定値以上の温度変化を示す場合、温度制御装置２０は、当該温度変化を示す温調対象部位１０に対応する冷媒回路３００内の制御弁１２１などの制御可能な構成要素の制御を優先的に行うように動作する。この場合、温調対象装置２は、通信フレームをフィールドネットワーク４上に送信する周期を通常より早めるように動作してもよい。このような構成とすることにより、使用者が一部の温調対象部位１０に対する目標温度設定を大きく変更した場合、より応答性の高い制御をすることが可能となり、温度をより適切に制御することが可能となる。
１つの変形例では、通信フレームは、所定時間内における現在温度情報が示す現在温度の温度変化が所定値以上であるか否かを示す第２の温度変化フラグ情報を含む。温度制御装置２０は、所定時間内において現在温度の温度変化が所定値以上であるか否かを判定する。温度制御装置２０は、所定時間内において現在温度の温度変化が所定値未満であると判定した場合、通常の温度制御動作を行う。温度制御装置２０は、所定時間内において現在温度の温度変化が所定値以上であると判定した場合、受信した通信フレームの第２の温度変化フラグ情報を記憶する位置に、所定値以上の温度変化有を示すフラグ情報を書き込み（例えば温度変化無を示す「０」から温度変化有を示す「１」へと変更し）、書き込まれた通信フレームをフィールドネットワーク４上に送信する。この場合、温度制御装置２０及び第２の温度変化フラグ情報を受信した温調対象装置２の少なくとも一方は、使用者が使用するコンピュータなどに温度異常を知らせる通知を送信する。このような構成とすることにより、通信フレームの送受信周期の短い時間間隔で冷媒回路３００内の冷媒の急な温度変化を使用者がモニタすることが可能となり、温調装置１又は温調対象装置２で急な温度変化に関連する異常が発生した場合、より早く当該異常を検出することが可能となる。
以上に説明してきた各実施例は、本発明を説明するための例示であり、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。各実施例は、矛盾が生じない限りにおいて、適宜組み合わせて本発明の任意の実施形態に適用することができる。すなわち本発明は、その要旨を逸脱しない限り、種々の形態で実施することができる。
１ 温調装置
２ 温調対象装置
４ フィールドネットワーク
１０ 温調対象部位
２０ 温度制御装置
２１ メインＣＰＵ基板
２２ 通信モジュール
２３ 演算モジュール
２４ 信号出力モジュール
４０ 温度制御装置
４１ メインＣＰＵ基板
４２ パルスコンバータ
１００ 第１の冷媒回路
１０１ 第１の主冷媒回路
１０２ バイパス回路
１１１ 圧縮機
１１２ 凝縮器
１１３ 膨張弁
１１４ 蒸発器
１１５ ドライヤフィルタ
１２１ 制御弁
１２２ 温度センサ
１２３ 圧力センサ
２００ 第２の冷媒回路
２０１ 第２の主冷媒回路
２０２ バイパス回路
２１１ 冷媒タンク
２１２ 加熱装置
２１３ ポンプ
２２１ 制御弁
２２２ 温度センサ
２２３ 圧力センサ
３００ 冷媒回路

Claims (6)

  1. 冷媒回路を備える温調装置において温調対象装置における温調対象部位の温度を制御するための温度制御装置であって、
    前記温調装置は、１又は複数の温調対象部位ごとに前記冷媒回路を備えるものであり、該冷媒回路の各々は、
    圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が、この順に第１の冷媒を循環させる回路を含む第１の冷媒回路であって、該第１の冷媒回路内に取り付けられた該第１の冷媒の流量を調節可能な制御弁を含む、第１の冷媒回路と、
    前記第１の冷媒回路と蒸発器を共有し、温調対象部位と熱交換可能となるように第２の冷媒を循環させる回路を含む第２の冷媒回路であって、該第２の冷媒の温度を検出可能に取り付けられた温度センサを含む第２の冷媒回路と、を含み、
    前記温度制御装置は、
    主制御装置と、
    メモリを備え、温調対象装置とフィールドネットワークを介して接続された通信モジュールと、
    前記主制御装置を介して前記通信モジュールに接続され、前記第２の冷媒回路の各々の所定の位置に取り付けられた温度センサの各々に接続された演算モジュールと、
    前記演算モジュールに接続された信号出力モジュールと、を備え、
    前記通信モジュールは、前記フィールドネットワークを介して周期的に受信する通信フレームに含まれる温調対象部位の各々の目標温度情報を、温調対象部位ごとに予め決められたメモリの所定位置に格納するように構成され、
    前記主制御装置は、前記通信モジュールのメモリに格納された目標温度情報を前記演算モジュールに送信するように構成され、
    前記演算モジュールは、温調対象部位ごとの目標温度情報を受信するとともに、温調対象部位の各々に対応する温度センサの各々から前記第２の冷媒の現在温度を示す冷媒温度情報を受信し、受信した目標温度情報及び冷媒温度情報に基づいて温調対象部位の各々が受信した目標温度情報が示す目標温度となるように対応する制御弁ごとの開度を調節するための制御パラメータを各々算出し、算出した制御パラメータの各々を前記信号出力モジュールに送信するように構成され、
    前記信号出力モジュールは、受信した制御パラメータの各々に基づいて、制御弁の各々の開度を調節するための信号を制御弁の各々に送信するように構成される、
    温度制御装置。
  2. 前記演算モジュールは、受信した目標温度情報及び冷媒温度情報に基づいて前記目標温度となるようにＰＩＤ演算を実行することにより対応する制御弁ごとの開度を調節するための制御パラメータを各々算出する、請求項１に記載の温度制御装置。
  3. 前記演算モジュールは、メモリを備え、受信した目標温度情報及び冷媒温度情報を、温調対象部位ごとに予め決められた該メモリの所定位置に格納し、格納された目標温度情報及び冷媒温度情報を用いて制御パラメータを各々算出し、算出した制御パラメータを、温調対象部位ごとに予め決められた該メモリの所定位置に格納する、請求項１又は２に記載の温度制御装置。
  4. 前記フィールドネットワークは、イーサキャットである、請求項１から３のいずれか１項に記載の温度制御装置。
  5. 前記温度制御装置のうちの１つがマスタであり、前記通信モジュールはスレーブである、請求項４に記載の温度制御装置。
  6. 冷媒回路、及び温調対象装置における温調対象部位の温度を制御するための温度制御装置を備える温調装置であって、
    前記温調装置は、１又は複数の温調対象部位ごとに前記冷媒回路を備えるものであり、該冷媒回路の各々は、
    圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が、この順に第１の冷媒を循環させる回路を含む第１の冷媒回路であって、該第１の冷媒回路内に取り付けられた該第１の冷媒の流量を調節可能な制御弁を含む、第１の冷媒回路と、
    前記第１の冷媒回路と蒸発器を共有し、温調対象部位と熱交換可能となるように第２の冷媒を循環させる回路を含む第２の冷媒回路であって、該第２の冷媒の温度を検出可能に取り付けられた温度センサを含む第２の冷媒回路と、を含み、
    前記温度制御装置は、
    主制御装置と、
    メモリを備え、温調対象装置とフィールドネットワークを介して接続された通信モジュールと、
    前記主制御装置を介して前記通信モジュールに接続され、前記第２の冷媒回路の各々の所定の位置に取り付けられた温度センサの各々に接続された演算モジュールと、
    前記演算モジュールに接続された信号出力モジュールと、を備え、
    前記通信モジュールは、前記フィールドネットワークを介して周期的に受信する通信フレームに含まれる温調対象部位の各々の目標温度情報を、温調対象部位ごとに予め決められたメモリの所定位置に格納するように構成され、
    前記主制御装置は、前記通信モジュールのメモリに格納された目標温度情報を前記演算モジュールに送信するように構成され、
    前記演算モジュールは、温調対象部位ごとの目標温度情報を受信するとともに、温調対象部位の各々に対応する温度センサの各々から前記第２の冷媒の現在温度を示す冷媒温度情報を受信し、受信した目標温度情報及び冷媒温度情報に基づいて温調対象部位の各々が受信した目標温度情報が示す目標温度となるように対応する制御弁ごとの開度を調節するための制御パラメータを各々算出し、算出した制御パラメータの各々を前記信号出力モジュールに送信するように構成され、
    前記信号出力モジュールは、受信した制御パラメータの各々に基づいて、制御弁の各々の開度を調節するための信号を制御弁の各々に送信するように構成される、
    温調装置。
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