JP7203600B2

JP7203600B2 - 温度制御装置

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Publication number: JP7203600B2
Application number: JP2018246199A
Authority: JP
Inventors: 和弘三村; 敦小林
Original assignee: Kelk Ltd
Current assignee: Kelk Ltd
Priority date: 2018-12-27
Filing date: 2018-12-27
Publication date: 2023-01-13
Anticipated expiration: 2038-12-27
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Description

本発明は、温度制御装置に関する。

半導体製造装置又は精密加工装置に係る技術分野において、特許文献１に開示されているような、ヒータにより温度調整された流体で対象物の温度を制御する温度制御装置が知られている。

特開２０１３－１１７８２７号公報

特許文献１に開示されている技術は、ヒータ（温調器）の上流にタンクを設置し、タンクの動特性をむだ時間及び１次遅れ系で近似して、タンク内の温度挙動を推定しようとしている。しかし、タンク内の流体の挙動は複雑であり、単純なむだ時間及び１次遅れ系で近似するのは難しい。このため、温度挙動の推定値は、望ましい結果を得られない可能性が高い。また、タンクの機能を満たすためには、タンクにはある程度の容積が必要であり、更には、タンクの上流に温度センサを設ける必要があるため、温度制御装置が非常に大型化してしまう。

本発明の態様は、流体の温度を精度良く調整すること、さらに温度制御装置の大型化を抑制することを目的とする。

本発明の態様に従えば、流体が流入する第１入口、前記第１入口から流入した前記流体が流通する平滑化流路、及び前記平滑化流路を流通した前記流体が流出する第１出口を有し、前記第１出口における前記流体の温度変動量を前記第１入口における前記流体の温度変動量よりも小さくする平滑器と、前記第１出口から流出した前記流体が流入する第２入口、前記第２入口から流入した前記流体が流通する温調流路、前記温調流路を流通する前記流体の温度を調整する温調部、及び前記温調流路を流通した前記流体が流出する第２出口を有する温調器と、前記平滑化流路に設定された第１位置において前記流体の温度を検出する第１温度センサと、前記第２出口よりも下流の第２位置において前記流体の温度を検出する第２温度センサと、前記第１温度センサの検出データに基づいて、前記温調部による温度調整量を算出するフィードフォワード制御部と、前記第２温度センサの検出データに基づいて、前記温調部による温度調整量を算出するフィードバック制御部と、を備える温度制御装置が提供される。

本発明の態様によれば、流体の温度を精度良く調整することができる。

図１は、実施形態に係る温度制御装置の一例を示す模式図である。図２は、実施形態に係る平滑器の一例を示す断面図である。図３は、実施形態に係る平滑化流路の一部を拡大した断面図である。図４は、実施形態に係る温調器の一例を模式的に示す図である。図５は、実施形態に係る温調部の一部を拡大した断面図である。図６は、実施形態に係る温度制御方法の一例を示すフローチャートである。図７は、温調器の動特性を示すブロック図である。図８は、実施形態に係るコンピュータシステムの一例を示すブロック図である。図９は、平滑器の性能試験結果を示す図である。図１０は、平滑器の性能試験結果を示す図である。図１１は、平滑器の性能試験結果を示す図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

［温度制御装置］
図１は、実施形態に係る温度制御装置１の一例を示す模式図である。図１に示すように、温度制御装置１は、ポンプ２と、平滑器３と、温調器４と、第１温度センサ５と、第２温度センサ６と、フィードフォワード制御部７と、フィードバック制御部８と、出力部９と、記憶部１０とを備える。

ポンプ２は、流体Ｆを送出する。流体Ｆは、対象物の温度を調整するための温調用流体である。流体Ｆは、液体でもよいし気体でもよい。実施形態において、流体Ｆは、液体であることとする。

平滑器３は、ポンプ２から供給された流体Ｆが流入する第１入口３１と、第１入口３１から流入した流体Ｆが流通する平滑化流路３２と、平滑化流路３２を流通した流体Ｆが流出する第１出口３３とを有する。ポンプ２の出口と第１入口３１とは、第１管１１を介して接続される。ポンプ２から送出された流体Ｆは、第１管１１を介して第１入口３１に供給される。

平滑器３は、平滑化流路３２の作用により、第１出口３３における流体Ｆの温度変動量ΔＴ_ｏｕｔを、第１入口３１における流体Ｆの温度変動量ΔＴ_ｉｎよりも小さくする。第１入口３１に流入する流体Ｆは、所定周期で温度変動している可能性がある。第１入口３１に流入する流体Ｆが温度変動している場合、平滑化流路３２は、流体Ｆの温度変動量ΔＴを平滑化する。流体Ｆは、平滑化流路３２を流通することにより撹拌される。流体Ｆが平滑化流路３２において撹拌されることにより、流体Ｆの温度変動量ΔＴは徐々に小さくなる。

図２は、実施形態に係る平滑器３の一例を示す断面図である。図２に示すように、平滑器３は、本体部材３０を有する。平滑化流路３２は、本体部材３０の内部に設けられる。第１入口３１は、本体部材３０の一端面に設けられる。第１出口３３は、本体部材３０の他端面に設けられる。平滑化流路３２は、第１入口３１と第１出口３３とを結ぶ。

平滑化流路３２は、複数のストレート部３２Ａと、複数の屈曲部３２Ｂとを含む。複数のストレート部３２Ａは、実質的に平行に配置される。屈曲部３２Ｂは、隣り合うストレート部３２Ａの端部を接続する。第１入口３１から平滑化流路３２に流入した流体Ｆは、ストレート部３２Ａと屈曲部３２Ｂとを交互に流通する。屈曲部３２Ｂにおいて、流体Ｆの流通方向が反転する。流体Ｆの流通方向が反転することにより、流体Ｆは撹拌される。流体Ｆが撹拌されることにより、第１入口３１において流体Ｆが温度変動していても、平滑化流路３２を流通することにより、流体Ｆの温度変動量ΔＴは徐々に小さくなる。これにより、第１出口３３における流体Ｆの温度変動量ΔＴ_ｏｕｔは、第１入口３１における流体Ｆの温度変動量ΔＴ_ｉｎよりも小さくなる。

なお、平滑器３は、例えば第１の板部材の表面に平滑化流路３２となる流路溝を形成した後、第１の板部材の表面に第２の板部材を接合することにより製造することができる。

図３は、実施形態に係る平滑化流路３２の一部を拡大した断面図である。図３は、図１のＡ－Ａ断面図に相当する。図３に示すように、平滑化流路３２の内面は、凹凸部３４を含む。凹凸部３４は、第１の板部材の表面に流路溝を形成した後、流路溝の内面を粗面処理することによって形成されてもよいし、流路溝の内面に微小な複数の溝を設けることによって形成されてもよい。平滑化流路３２の内面に凹凸部３４が設けられることにより、平滑化流路３２を流通する流体Ｆの撹拌は促進される。これにより、平滑器３は、第１出口３３における流体Ｆの温度変動量ΔＴ_ｏｕｔを第１入口３１における流体Ｆの温度変動量ΔＴ_ｉｎよりも小さくすることができる。

温調器４は、平滑器３の第１出口３３から流出した流体Ｆが流入する第２入口４１と、第２入口４１から流入した流体Ｆが流通する温調流路４２と、温調流路４２を流通する流体Ｆの温度Ｔを調整する温調部５０と、温調流路４２を流通した流体Ｆが流出する第２出口４３とを有する。第１出口３３と第２入口４１とは、第２管１２を介して接続される。第１出口３３から流出した流体Ｆは、第２管１２を介して第２入口４１に供給される。

図４は、実施形態に係る温調器４の一例を模式的に示す図である。図４に示すように、温調器４は、本体部材４０と、本体部材４０に接続される温調部５０と、温調部５０に接続される熱交換板４４と、温調部５０を駆動する駆動回路４５とを有する。

温調流路４２は、本体部材４０の内部に設けられる。第２入口４１は、本体部材４０の一端面に設けられる。第２出口４３は、本体部材４０の他端面に設けられる。温調流路４２は、第２入口４１と第２出口４３とを結ぶ。

温調部５０は、本体部材４０を介して、温調流路４２を流通する流体Ｆの温度Ｔを調整する。温調部５０は、熱電モジュール６０を含む。温調部５０は、熱電モジュール６０を用いて、流体Ｆの温度Ｔを調整する。

熱電モジュール６０は、吸熱又は発熱して、温調流路４２を流通する流体Ｆの温度Ｔを調整する。熱電モジュール６０は、電力の供給により吸熱又は発熱する。熱電モジュール６０は、ペルチェ効果により、吸熱又は発熱する。

熱交換板４４は、温調部５０と熱交換する。熱交換板４４は、温調用流体が流通する内部流路（不図示）を有する。温調用流体は、流体温度制御装置（不図示）により温度調整された後、熱交換板４４の内部流路に流入する。温調用流体は、内部流路を流通して、熱交換板４４から熱を奪ったり、熱交換板４４に熱を与えたりする。温調用流体は、内部流路から流出し、流体温度制御装置に戻される。

図５は、実施形態に係る温調部５０の一部を拡大した断面図である。図５に示すように、温調部５０は、複数の熱電モジュール６０と、複数の熱電モジュール６０を収容するケース５１とを有する。ケース５１の一端面と本体部材４０とが接続される。ケース５１の他端面と熱交換板４４とが接続される。

熱電モジュール６０は、第１電極６１と、第２電極６２と、熱電半導体素子６３とを有する。熱電半導体素子６３は、ｐ型熱電半導体素子６３Ｐと、ｎ型熱電半導体素子６３Ｎとを含む。第１電極６１は、ｐ型熱電半導体素子６３Ｐ及びｎ型熱電半導体素子６３Ｎのそれぞれに接続される。第２電極６２は、ｐ型熱電半導体素子６３Ｐ及びｎ型熱電半導体素子６３Ｎのそれぞれに接続される。第１電極６１は、本体部材４０に隣接する。第２電極６２は、熱交換板４４に隣接する。ｐ型熱電半導体素子６３Ｐの一方の端面及びｎ型熱電半導体素子６３Ｎの一方の端面のそれぞれは、第１電極６１に接続される。ｐ型熱電半導体素子６３Ｐの他方の端面及びｎ型熱電半導体素子６３Ｎの他方の端面のそれぞれは、第２電極６２に接続される。

熱電モジュール６０は、ペルチェ効果により、吸熱又は発熱する。駆動回路４５は、熱電モジュール６０を吸熱又は発熱させるための電力を熱電モジュール６０に供給する。駆動回路４５は、第１電極６１と第２電極６２との間に電位差を与える。第１電極６１と第２電極６２との間に電位差が与えられると、熱電半導体素子６３において電荷が移動する。電荷の移動により、熱電半導体素子６３において熱が移動する。これにより、熱電モジュール６０は、吸熱又は発熱する。例えば、第１電極６１が発熱し、第２電極６２が吸熱するように、第１電極６１と第２電極６２との間に電位差が与えられると、温調流路４２を流通する流体Ｆは加熱される。第１電極６１が吸熱し、第２電極６２が発熱するように、第１電極６１と第２電極６２との間に電位差が与えられると、温調流路４２を流通する流体Ｆは冷却される。

駆動回路４５は、操作量ＭＶを熱電モジュール６０に与える電力（電位差）に変換する。駆動回路４５により変換された電力が、熱電モジュール６０に与えられる。熱電モジュール６０に与えられる電力が調整されることにより、熱電モジュール６０による吸熱量又は発熱量が調整される。熱電モジュール６０による吸熱量又は発熱量が調整されることにより、温調流路４２を流通する流体Ｆの温度が調整される。温調部５０による流体Ｆの温度調整量は、熱電モジュール６０による吸熱量及び発熱量の少なくとも一方を含む。

第２出口４３は、第３管１３に接続される。温調部５０により温度調整され、第２出口４３から流出した流体Ｆは、第３管１３を介して、対象物に供給される。対象物とは、温度制御装置１が温度制御する対象物をいう。

第１温度センサ５は、第１出口３３よりも上流の第１位置Ｐ１において、流体Ｆの温度Ｔ_ｉｎを検出する。実施形態において、第１位置Ｐ１は、平滑化流路３２に設定される。すなわち、第１温度センサ５は、平滑器３に設けられ、平滑化流路３２を流通する流体Ｆの温度Ｔ_ｉｎを検出する。

第２温度センサ６は、第２出口４３よりも下流の第２位置Ｐ２において、流体Ｆの温度Ｔ_ｏｕｔを検出する。実施形態において、第２位置Ｐ２は、第３管１３に設定される。すなわち、第２温度センサ６は、第３管１３に設けられ、第３管１３を流通する流体Ｆの温度Ｔ_ｏｕｔを検出する。

フィードフォワード制御部７は、第１温度センサ５の検出データに基づいて、温調部５０による流体Ｆの温度調整量ＭＶ_ｆｆを算出する。温度調整量ＭＶ_ｆｆは、熱電モジュール６０による吸熱量及び発熱量の少なくとも一方を含む。第１温度センサ５の検出データは、第１出口３３よりも上流の第１位置Ｐ１における流体Ｆの温度Ｔ_ｉｎを示す。第１温度センサ５は、第１位置Ｐ１における流体Ｆの温度Ｔ_ｉｎを示す検出データをフィードフォワード制御部７に出力する。フィードフォワード制御部７は、第１温度センサ５の検出データに基づいて、温調部５０が目標温度Ｔｒになるように、温調部５０をフィードフォワード制御するための温度調整量ＭＶ_ｆｆを算出する。

フィードバック制御部８は、第２温度センサ６の検出データに基づいて、温調部５０による流体Ｆの温度調整量ＭＶ_ｆｂを算出する。温度調整量ＭＶ_ｆｂは、熱電モジュール６０による吸熱量及び発熱量の少なくとも一方を含む。第２温度センサ６の検出データは、第２出口４３よりも下流の第２位置Ｐ２における流体Ｆの温度Ｔ_ｏｕｔを示す。第２温度センサ６は、第２位置Ｐ２における流体Ｆの温度Ｔ_ｏｕｔを示す検出データをフィードバック制御部８に出力する。フィードバック制御部８は、第２温度センサ６の検出データに基づいて、温調部５０が目標温度Ｔｒになるように、温調部５０をフィードバック制御するための温度調整量ＭＶ_ｆｂを算出する。

出力部９は、フィードフォワード制御部７により算出された温調部５０による温度調整量ＭＶ_ｆｆ、及びフィードバック制御部８により算出された温調部５０による温度調整量ＭＶ_ｆｂに基づいて、温調部５０を制御する操作量ＭＶを出力する。出力部９は、駆動回路４５に操作量ＭＶを出力する。実施形態において、温調部５０を制御するための操作量ＭＶは、熱電モジュール６０に与える電力（電位差）に変換される。

駆動回路４５は、出力部９から出力された操作量ＭＶを取得する。駆動回路４５は、操作量ＭＶから変換された電力に基づいて、熱電モジュール６０を調整する。

実施形態において、フィードフォワード制御部７は、第１温度センサ５の検出データと、温調部５０のむだ時間Ｌを含む動特性と第１温度センサの動特性とに基づいて、温調部５０による流体Ｆの温度調整量ＭＶ_ｆｆを算出する。

むだ時間Ｌとは、出力部９から出力された制御信号が温調部５０の駆動回路４５に入力された時点から温調部５０から温度として出力されるまでの伝達の遅れ時間をいう。

温調部５０の動特性に起因して、温調部５０の目標温度Ｔｒにするための制御信号が駆動回路４５に入力された時点から温調部５０が目標温度Ｔｒに到達する時点までの間にむだ時間Ｌが発生する可能性がある。フィードフォワード制御部７は、温調部５０のむだ時間Ｌを考慮して、温度調整量ＭＶ_ｆｆを算出する。温調部５０のむだ時間Ｌは、例えば温調部５０の諸元データから導出可能な既知データであり、記憶部１０に予め記憶されている。なお、温調部５０のむだ時間Ｌが、予備実験又はシミュレーションにより導出され、記憶部１０に予め記憶されてもよい。フィードフォワード制御部７は、記憶部１０から、温調部５０のむだ時間Ｌを取得する。フィードフォワード制御部７は、記憶部１０から取得したむだ時間Ｌに基づいて、温度調整量ＭＶ_ｆｆを算出する。

実施形態において、流体Ｆが第１位置Ｐ１から第２入口４１まで流通するのに要する流通所要時間ＦＴは、むだ時間Ｌよりも長い。すなわち、第１温度センサ５が設置される第１位置Ｐ１は、流通所要時間ＦＴがむだ時間Ｌよりも長くなるように設定される。

例えば、第１位置Ｐ１と第２入口４１との間の流路の容積をＶ（Ｌ）とし、ポンプ２から送出される流体Ｆの流量をＱ（Ｌ／ｍｉｎ)としたとき、流通所要時間ＦＴ（ｓｅｃ．）は、以下の（１）式で表わされる。

なお、実施形態において、第１位置Ｐ１と第２入口４１との間の流路の容積は、平滑化流路３２の一部の容積と第２管１２の流路の容積との和である。例えば、第１位置Ｐ１が第１入口３１に設定されている場合、第１位置Ｐ１と第２入口４１との間の流路の容積は、平滑化流路３２の全部の容積と第２管１２の流路の容積との和である。

フィードフォワード制御部７は、第１温度センサ５の検出データとむだ時間Ｌを含む温調器４の動特性と第１温度センサ５の動特性と流通所要時間ＦＴとに基づいて、流体Ｆの温度Ｔ_ｉｎの目標温度Ｔｒに対する変動をキャンセルするように、温度調整量ＭＶ_ｆｆを算出する。

［温度制御方法］
次に、温度制御装置１による温度制御方法について説明する。図６は、実施形態に係る温度制御方法の一例を示すフローチャートである。

ポンプ２は流体Ｆを送出する。ポンプ２から送出された流体Ｆは、第１管１１を流通した後、第１入口３１を介して平滑器３の平滑化流路３２に流入する。平滑化流路３２を流通した流体Ｆは、第１出口３３から流出し、第２管１２を流通した後、第２入口４１を介して温調器４の温調流路４２に流入する。温調流路４２を流通した流体Ｆは、第２出口４３から流出し、第３管１３を流通した後、対象物に供給される。

第１温度センサ５は、第１出口３３よりも上流の第１位置Ｐ１において、流体Ｆの温度Ｔ_ｉｎを検出する。第１温度センサ５は、温調器４により温度調整される前の流体Ｆの温度Ｔ_ｉｎを検出する。第１温度センサ５の検出データは、フィードフォワード制御部７に出力される。フィードフォワード制御部７は、第１温度センサ５の検出データを取得する（ステップＳＦ１）。

フィードフォワード制御部７は、第１温度センサ５の検出データと記憶部１０に記憶されているむだ時間Ｌを含む温調器４の動特性と第１温度センサ５の動特性と流通所要時間ＦＴとに基づいて、温調部５０による温度調整量ＭＶ_ｆｆを算出する（ステップＳＦ２）。

図７は、温調器４の動特性を示すブロック図である。図７に示すように、温調器４の動特性は、温調器４を流通する流体Ｆの動特性Ｇ_１（ｓ）と、温調部５０の動特性Ｇ_２（ｓ）の和となる。図７において、Ｔ_ｉｎは、温調器４の入口４１Ｊよりも上流の第１位置Ｐ１Ｊにおける流体Ｆの温度であり、Ｔ_ｏｕｔは、温調器４の出口４３Ｊよりも下流の第２位置Ｐ２Ｊにおける流体Ｆの温度である。ＭＶは、温調部５０の操作量である。

温調器４に供給される前の流体Ｆが温度変動することは、温度変動を示す外乱ｄが温度Ｔ_ｉｎに付与されることを意味する。フィードフォワード制御部７の動特性をＧ_ｆｆ（ｓ）とした場合、以下の（２）式が成立する。（２）式において、Ｇ_ｔｓ１（ｓ）は、第１温度センサ５の動特性である。

（２）式より、フィードフォワード制御部７の動特性Ｇ_ｆｆ（ｓ）は、以下の（３）式で表わされる。

温調部５０の動特性Ｇ_２（ｓ）にむだ時間Ｌ（ｓｅｃ．）が存在する場合、動特性Ｇ_２（ｓ）は、以下の（４）式で表わされる。

したがって、動特性Ｇ_２（ｓ）にむだ時間Ｌ（ｓｅｃ．）が存在する場合、フィードフォワード制御部７の動特性Ｇ_ｆｆ（ｓ）は、以下の（５）式で表わされる。

（５）式において、ｅ^Ｌｓは未来の動特性を表わすため、（５）式に示す動特性Ｇ_ｆｆ（ｓ）は、フィードフォワード制御部７の動特性として成立しない。そのため、フィードフォワード制御部７の動特性Ｇ_ｆｆ（ｓ）は、以下の（６）式のようなむだ時間Ｌを無視した近似式で表わされる。

（６）式は、実際には温調部５０にむだ時間Ｌが存在するにもかかわらず、むだ時間Ｌを無視した近似式である。（６）式のような近似式で表わされるフィードフォワード制御部７でフィードフォワード制御した場合、むだ時間Ｌが流通所要時間ＦＴよりも長いと、温調部５０による流体Ｆの温度制御が間に合わない可能性がある。

実施形態においては、流通所要時間ＦＴは、むだ時間Ｌよりも長い。したがって、フィードフォワード制御部７は、以下の（７）式に示す動特性Ｇ_ｆｆ（ｓ）を算出する。

フィードフォワード制御部７は、（７）式によってむだ時間の近似なしで、温度調整量ＭＶ_ｆｆを算出することができる。

第２温度センサ６は、第２出口４３よりも下流の第２位置Ｐ２において、流体Ｆの温度Ｔ_ｏｕｔを検出する。第２温度センサ６は、温調器４により温度調整された後の流体Ｆの温度Ｔ_ｏｕｔを検出する。第２温度センサ６の検出データは、フィードバック制御部８に出力される。フィードバック制御部８は、第２温度センサ６の検出データを取得する（ステップＳＢ１）。

フィードバック制御部８は、第２温度センサ６の検出データに基づいて、温調部５０による温度調整量ＭＶ_ｆｂを算出する（ステップＳＢ２）。

出力部９は、ステップＳＦ２において算出された温度調整量ＭＶ_ｆｆと、ステップＳＢ２において算出された温度調整量ＭＶ_ｆｂとに基づいて、温調部５０を目標温度Ｔｒにするための操作量ＭＶを算出し、電力に換算した制御信号を駆動回路４５に出力する（ステップＳ３）。

駆動回路４５は、出力部９から出力された電力に換算した制御信号を取得する。駆動回路４５は、制御信号に基づいて、熱電モジュール６０に与える操作量ＭＶ（電力）を調整する。

［効果］
以上説明したように、実施形態によれば、平滑器３が設けられることにより、温調器４に供給される流体Ｆの温度変動が抑制される。また、実施形態によれば、フィードフォワード制御部７によるフィードフォワード制御とフィードバック制御部８によるフィードバック制御とが組み合わせられる。フィードフォワード制御が実行されることにより、温調部５０を高い応答性で制御することができる。これにより、流体Ｆの温度は精度良く調整される。

例えば温調器４の上流に単にタンクを設けた場合、タンクの内部における流体Ｆの挙動は複雑であるため、むだ時間要素及び一時遅れ系要素を含む推定モデルでタンクをモデリングすることは困難である。その結果、むだ時間Ｌを十分に考慮したフィードフォワード制御をすることが困難である。

実施形態によれば、温調器４の上流に平滑器３が設けられる。平滑器３は、平滑化流路３２を有する。平滑化流路３２の内部における流体Ｆの挙動は、タンクの内部に比べて単純であるため、むだ時間要素及び一時遅れ系要素を含む推定モデルで平滑器３をモデリングすることができる。したがって、フィードフォワード制御部７は、むだ時間Ｌを十分に考慮したフィードフォワード制御をすることができる。

流体Ｆが第１位置Ｐ１から第２入口４１まで流通するのに要する流通所要時間ＦＴは、温調部５０のむだ時間Ｌよりも長い。すなわち、第１温度センサ５が設置される第１位置Ｐ１は、流通所要時間ＦＴがむだ時間Ｌよりも長くなるように設定される。これにより、フィードフォワード制御部７は、第１温度センサ５の検出データ及びむだ時間Ｌに基づいて、第１温度センサ５によって温度Ｔ_ｉｎを検出された第１位置Ｐ１の流体Ｆが第２入口４１に到達する前に、温調部５０が目標温度Ｔｒになるように、温度調整量ＭＶ_ｆｆを算出することができる。

実施形態において、第１位置Ｐ１は、平滑化流路３２に設定される。すなわち、第１温度センサ５は、平滑器３に設けられる。これにより、温度制御装置１の大型化が抑制される。

実施形態において、平滑化流路３２は、屈曲部３２Ｂを有する。流体Ｆは屈曲部３２Ｂにおいて撹拌されるので、温度変動量ΔＴ_ｏｕｔを小さくすることができる。平滑化流路３２に屈曲部３２Ｂが複数設けられることにより、流体Ｆは十分に撹拌される。また、平滑化流路３２に屈曲部３２Ｂが複数設けられることにより、平滑器３の大型化を抑制しつつ、第１位置Ｐ１から第２入口４１までの流路の長さを長くすることができる。すなわち、平滑器３の大型化を抑制しつつ、流通所要時間ＦＴを長くすることができる。

平滑化流路３２の内面は、凹凸部３４を含む。凹凸部３４が設けられることにより、流体Ｆに乱流が生成される。これにより、流体Ｆは撹拌されるので、温度変動量ΔＴ_ｏｕｔを小さくすることができる。

［コンピュータシステム］
図８は、実施形態に係るコンピュータシステム１０００の一例を示すブロック図である。フィードフォワード制御部７、フィードバック制御部８、出力部９、及び記憶部１０のそれぞれは、コンピュータシステム１０００を含む。コンピュータシステム１０００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のようなプロセッサ１００１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）のような不揮発性メモリ及びＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性メモリを含むメインメモリ１００２と、ストレージ１００３と、入出力回路を含むインターフェース１００４とを有する。上述のフィードフォワード制御部７、フィードバック制御部８、出力部９、及び記憶部１０のそれぞれの機能は、プログラムとしてストレージ１００３に記憶されている。プロセッサ１００１は、プログラムをストレージ１００３から読み出してメインメモリ１００２に展開し、プログラムに従って上述の処理を実行する。なお、プログラムは、ネットワークを介してコンピュータシステム１０００に配信されてもよい。

コンピュータシステム１０００は、上述の実施形態に従って、第１温度センサ５の検出データに基づいて、温調部５０による温度調整量ＭＶ_ｆｆを算出することと、第２温度センサ６の検出データに基づいて、温調部５０による温度調整量ＭＶ_ｆｂを算出することと、温度調整量ＭＶ_ｆｆ及び温度調整量ＭＶ_ｆｂに基づいて、駆動回路４５に制御信号を出力することと、を実行することができる。

なお、フィードフォワード制御部７、フィードバック制御部８、出力部９、及び記憶部１０の一部又は全部が、単一のコンピュータシステム１０００によって構成されてもよいし、フィードフォワード制御部７、フィードバック制御部８、出力部９、及び記憶部１０のそれぞれが、異なるコンピュータシステム１０００によって構成されてもよい。

［性能試験結果］
次に、平滑器３の性能を確認するために実施した性能試験の結果について説明する。図１に示したように、ポンプ２、平滑器３、及び温調器４を備える温度制御装置１について性能試験を行った。

性能試験においては、平滑器３の第１入口３１に流入する流体Ｆに所定の周期で所定の温度変動量ΔＴ_ｉｎを与えた。以後、温度変動量ΔＴは振幅で示す。具体的には、周期が１０秒で温度変動量ΔＴ_ｉｎが約０．５℃の温度変動を示す外乱ｄを第１入口３１に流入する流体Ｆに与えた。そして、平滑器３の第１入口３１に設定された第１計測位置ＭＰ１、平滑器３の第１出口３３に設定された第２計測位置ＭＰ２、及び温調器４の第２出口４３に設定された第３計測位置ＭＰ３のそれぞれにおいて、温度変動量ΔＴを計測した。

また、性能試験においては、３つの制御方法のそれぞれで温度制御装置１を制御したときの流体Ｆの温度変動量ΔＴを計測した。第１の制御方法は、フィードバック制御部８によるフィードバック制御が実行され、フィードフォワード制御部７によるフィードフォワード制御は実行されない制御方法である。第２の制御方法及び第３の制御方法は、フィードフォワード制御部７によるフィードフォワード制御及びフィードバック制御部８によるフィードバック制御が実行される制御方法である。第２の制御方法においては、第１温度センサ５が設置される第１位置Ｐ１が第１出口３３の近傍の平滑化流路３２に設定される。第３の制御方法においては、第１温度センサ５が設置される第１位置Ｐ１が第１入口３１の近傍の平滑化流路３２に設定される。

図９、図１０、及び図１１のそれぞれは、平滑器３の性能試験結果を示す図である。図９は、第１の制御方法における平滑器３の性能試験結果を示す図である。図１０は、第２の制御方法における平滑器３の性能試験結果を示す図である。図１１は、第３の制御方法における平滑器３の性能試験結果を示す図である。図９、図１０、及び図１１のそれぞれに示すグラフにおいて、横軸は時間であり、縦軸は温度（温度変動量ΔＴ）である。ラインＭＰ１は第１計測位置ＭＰ１における温度変動量ΔＴを示し、ラインＭＰ２は第２計測位置ＭＰ２における温度変動量ΔＴを示し、ラインＭＰ３は第３計測位置ＭＰ３における温度変動量ΔＴを示す。

図９、図１０、及び図１１のラインＭＰ１で示すように、第１入口３１において周期が１０秒で温度変動量ΔＴ_ｉｎが約０．５℃の温度変動を流体Ｆに与えた場合、ラインＭＰ２で示すように、第１出口３３においては温度変動量ΔＴが約０．３℃に抑えられていることを確認できた。すなわち、平滑器３は、第１出口３３における流体Ｆの温度変動量ΔＴを第１入口３１における流体Ｆの温度変動量ΔＴ_ｉｎよりも小さくすることができることを確認できた。

図９に示すように、第１の制御方法の場合、第３計測位置ＭＰ３における温度変動量ΔＴは、約０．２℃である。図１０に示すように、第２の制御方法の場合、第３計測位置ＭＰ３における温度変動量ΔＴは、約０．０７℃である。図１１に示すように、第３の制御方法の場合、第３計測位置ＭＰ３における温度変動量ΔＴは、約０．００５℃である。

図９と図１０及び図１１との比較結果から分かるように、フィードバック制御のみが実行されるよりも、フィードフォワード制御及びフィードバック制御の両方が実行されることにより、温調器４で温度調整された後の流体Ｆの温度変動量ΔＴを抑制できることが確認できた。

また、図１０と図１１との比較結果から分かるように、第１温度センサ５が設置される第１位置Ｐ１と第２入口４１との距離が長いほど、すなわち、流通所要時間ＦＴが長いほど、温調器４で温度調整された後の流体Ｆの温度変動量ΔＴを抑制できることが確認できた。

［その他の実施形態］
上述の実施形態においては、第１温度センサ５は、平滑器３に設けられ、平滑化流路３２を流通する流体Ｆの温度を検出することとした。第１温度センサ５は、第１入口３１に設けられ、第１入口３１に流入する流体Ｆの温度Ｔを検出してもよい。第１温度センサ５は、第１管１１に設けられ、第１管１１を流通する流体Ｆの温度Ｔを検出してもよい。

１…温度制御装置、２…ポンプ、３…平滑器、４…温調器、５…第１温度センサ、６…第２温度センサ、７…フィードフォワード制御部、８…フィードバック制御部、９…出力部、１０…記憶部、１１…第１管、１２…第２管、１３…第３管、３０…本体部材、３１…第１入口、３２…平滑化流路、３２Ａ…ストレート部、３２Ｂ…屈曲部、３３…第１出口、３４…凹凸部、４０…本体部材、４１…第２入口、４２…温調流路、４３…第２出口、４４…熱交換板、４５…駆動回路、５０…温調部、５１…ケース、６０…熱電モジュール、６１…第１電極、６２…第２電極、６３…熱電半導体素子、６３Ｎ…ｎ型熱電半導体素子、６３Ｐ…ｐ型熱電半導体素子、Ｆ…流体。

Claims

流体が流入する第１入口、前記第１入口から流入した前記流体が流通する平滑化流路、及び前記平滑化流路を流通した前記流体が流出する第１出口を有し、前記第１出口における前記流体の温度変動量を前記第１入口における前記流体の温度変動量よりも小さくする平滑器と、
前記第１出口から流出した前記流体が流入する第２入口、前記第２入口から流入した前記流体が流通する温調流路、前記温調流路を流通する前記流体の温度を調整する温調部、及び前記温調流路を流通した前記流体が流出する第２出口を有する温調器と、
前記平滑化流路に設定された第１位置において前記流体の温度を検出する第１温度センサと、
前記第２出口よりも下流の第２位置において前記流体の温度を検出する第２温度センサと、
前記第１温度センサの検出データに基づいて、前記温調部による温度調整量を算出するフィードフォワード制御部と、
前記第２温度センサの検出データに基づいて、前記温調部による温度調整量を算出するフィードバック制御部と、を備え、
前記流体が前記第１位置から前記第２入口まで流通するのに要する流通所要時間は、前記温調部のむだ時間よりも長い、
温度制御装置。
前記フィードフォワード制御部は、前記温調部のむだ時間を含む動特性と前記第１温度センサの動特性とに基づいて、前記温度調整量を算出する、
請求項１に記載の温度制御装置。
前記フィードフォワード制御部は、前記第１温度センサの検出データとむだ時間を含む前記温調器の動特性と前記第１温度センサの動特性と前記流通所要時間とに基づいて、前記第１位置における前記流体の温度の目標温度に対する変動をキャンセルするように、前記温度調整量を算出する、
請求項１に記載の温度制御装置。
前記第１位置は、前記平滑化流路に設定される、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の温度制御装置。
前記平滑化流路は、屈曲部を有する、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の温度制御装置。
前記平滑化流路の内面は、凹凸部を含む、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の温度制御装置。
前記温調部は、熱電モジュールを含み、
前記温度調整量は、前記熱電モジュールによる吸熱量及び発熱量の少なくとも一方を含む、
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の温度制御装置。