JPWO2020145082A1 - 温度制御システム及び温度制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[温度制御システム]
図1は、本実施形態に係る温度制御システム1を示す構成図である。図2は、本実施形態に係る温度制御システム1を示すブロック図である。図1及び図2に示すように、温度制御システム1は、温調対象100と温調対象100の目標温度Srを含む規定温度範囲Smに調整された流体Fが収容されるタンク2とを含む循環流路3と、循環流路3においてタンク2と温調対象100との間に配置され、温調対象100に供給される流体Fの温度を調整する第1温調器4と、循環流路3において温調対象100とタンク2との間に配置され、タンク2に供給される流体Fの温度を調整する第2温調器5と、を備える。
図5は、本実施形態に係るバルブシステム10の動作を説明するための図である。上述のように、バルブシステム10は、低温温調ユニット6及び高温温調ユニット7のそれぞれからタンク2へ流体Fが供給されない第1状態と、低温温調ユニット6からタンク2へ流体Fが供給される第2状態と、高温温調ユニット7からタンク2へ流体Fが供給される第3状態とを切り換え可能である。
次に、本実施形態に係る温調対象100の温度制御方法について説明する。図6は、本実施形態に係る温度制御方法を示すフローチャートである。本実施形態においては、温調対象100とタンク2とを含む循環流路3においてタンク温度Tpがタンク温度センサ71により検出される。タンク温度Tpが規定温度範囲Smであるときに、流体Fの流通状態が第1状態に切り換えられ、流体Fが循環流路3を循環する。循環流路3を流通する流体Fの温度は、第1温調器4により調整される。第1温調器4により温度を調整された流体Fが温調対象100に供給される。また、タンク温度Tpが規定温度範囲Smでないときに、低温温調ユニット6に貯蔵されている第1温度T1の流体F及び高温温調ユニット7に貯蔵されている第2温度T2の流体Fの少なくとも一方がタンク2に供給される。これにより、タンク温度Tpが規定温度範囲Smに調整される。
以上説明したように、本実施形態によれば、温度制御システム1は、温調対象100と温調対象100の目標温度Srを含む規定温度範囲Smに調整された流体Fが収容されるタンク2とを含む循環流路3と、循環流路3においてタンク2と温調対象100との間に配置され、温調対象100に供給される流体Fの温度を調整する第1温調器4と、を備える。タンク2には、規定温度範囲Smに調整された流体Fが収容されているので、第1温調器4は、温調対象100に供給される流体Fの温度を目標温度Srに高精度の調整することができる。また、本実施形態によれば、第1温調器4は、熱電モジュール60を含む。そのため、例えば可変バルブの弁開度を制御することにより流体Fの温度を調整する方式に比べて、可変バルブを用いなくてもよいので、流体Fの温度を高精度に制御することができる。
上述の実施形態においては、第1温度T1の流体Fを送出可能な低温温調ユニット6及び第1温度T1よりも高い第2温度T2の流体Fを送出可能な高温温調ユニット7が設けられ、循環流路3に配置されている第2温調器5で流体Fの温度を調整する場合、第1温度T1の流体F及び第2温度T2の流体Fの少なくとも一方を第2温調器5に供給して、第2温調器5からタンク2に供給される流体Fの温度を調整することとした。また、温調対象100から流出し、第2温調器5に供給される前の流体Fの温度を示す出口温度To utは、第1温調器4で温度を調整された後、温調対象100に流入する流体の温度を示す入口温度Tinよりも高いこととした。そして、出口温度Toutと入口温度Tinとの差ΔTがゼロよりも大きい場合、すなわち、[Tout−Tin>0]の条件が成立する場合、熱交換器比例弁13Aを開いて、低温温調ユニット6から第2温調器5に第1温度T1の流体Fを供給することとした。出口温度Toutが入口温度Tinよりも低く、出口温度Toutと入口温度Tinとの差ΔTがゼロよりも大きい場合、すなわち、[Tout−Tin<0]の条件が成立する場合、高温温調ユニット7から第2温調器5に第2温度T2の流体Fが供給されてもよい。高温温調ユニット7から第2温調器5に第2温度T2の流体Fを供給する場合、制御装置20は、熱交換器比例弁13A及び熱交換器比例弁13Bが閉じられている状態で、熱交換器比例弁13C及び熱交換器比例弁13Dを開く。これにより、高温温調ユニット7から送出された第2温度T2の流体Fは、接続流路8C及び供給流路8Aを介して第2温調器5に供給される。第2温調器5において熱交換に使用された流体Fは、回収流路8B及び接続流路8Dを介して高温温調ユニット7に戻される。
第2実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
図8は、本実施形態に係る温度制御システム1を示す構成図である。図9は、本実施形態に係る温度制御システム1を示すブロック図である。図8及び図9に示すように、温度制御システム1は、温調対象100及びタンク2を含む循環流路3と、温調対象100に供給される流体Fの温度を調整する第1温調器4と、を備える。
図10は、本実施形態に係るバルブシステム10の動作を説明するための図である。バルブシステム10は、流体Fの流通状態が第1状態のときに第4状態に切り換え、第2状態のときに第5状態に切り換え、第3状態のときに第6状態に切り換える。すなわち、低温温調ユニット6に貯蔵されている流体F及び高温温調ユニット7に貯蔵されている流体Fをタンク2に供給しないとき、タンク2に収容されている流体Fは低温温調ユニット6及び高温温調ユニット7に戻されない。低温温調ユニット6に貯蔵されている第1温度T1の流体Fをタンク2に供給するとき、タンク2に収容されている流体Fの少なくとも一部が低温温調ユニット6に戻される。第1温度T1よりも高い高温温調ユニット7に貯蔵されている第2温度T2の流体Fをタンク2に供給するとき、タンク2に収容されている流体Fの少なくとも一部が高温温調ユニット7に戻される。
以上説明したように、本実施形態によれば、第1オーバーフロー流路8E及び第2オーバーフロー流路8Fが設けられる。タンク温度Tpが高温温度範囲Shのときに、流体Fの流通状態は、第2状態及び第5状態に切り換えられる。第2状態に切り換えられることにより、高温温度範囲Shのタンク温度Tpは、規定温度範囲Smに調整される。また、低温温調ユニット6からタンク2へ第1温度T1の流体Fが多量に供給されることにより、高温温度範囲Shのタンク温度Tpは、短時間で規定温度範囲Smに調整される。低温温調ユニット6からタンク2に多量の流体Fが供給されても、流体Fの流通状態が第5状態に切り換えられることにより、タンク2から流体Fが溢れることが抑制される。また、低温温調ユニット6の低温タンクに貯蔵される流体Fの量が少なくなることが抑制される。また、タンク温度Tpが低温温度範囲Slのときに、流体Fの流通状態は、第3状態及び第6状態に切り換えられる。第3状態に切り換えられることにより、低温温度範囲Slのタンク温度Tpは、規定温度範囲Smに調整される。また、高温温調ユニット7からタンク2へ第2温度T2の流体Fが多量に供給されることにより、低温温度範囲Slのタンク温度Tpは、短時間で規定温度範囲Smに調整される。高温温調ユニット7からタンク2に多量の流体Fが供給されても、流体Fの流通状態が第6状態に切り換えられることにより、タンク2から流体Fが溢れることが抑制される。また、高温温調ユニット7の高温タンクに貯蔵される流体Fの量が少なくなることが抑制される。
第3実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。本実施形態に係る温度制御システム1の構成は、図8を参照して説明した第2実施形態に係る温度制御システム1と同一の構成である。
図11は、本実施形態に係るバルブシステム10の動作を説明するための図である。上述の第2実施形態と同様、バルブシステム10は、流体Fの流通状態が第1状態のときに第4状態に切り換え、第2状態のときに第5状態に切り換え、第3状態のときに第6状態に切り換える。
以上説明したように、本実施形態によれば、目標温度Srが高い値から低い値に変更されるとき、バルブシステム10は、流体Fの流通状態を、第2状態及び第5状態に切り換える。これにより、タンク温度Tpは、目標温度Srに調整される。低温温調ユニット6からタンク2へ第1温度T1の流体Fが多量に供給されることにより、タンク温度Tpは、短時間で目標温度Srに調整される。第2状態において低温温調ユニット6からタンク2に多量の流体Fが供給されても、流体Fの流通状態が第5状態に切り換えられることにより、タンク2から流体Fが溢れることが抑制される。また、目標温度Srが低い値から高い値に変更されるとき、バルブシステム10は、流体Fの流通状態を、第3状態及び第6状態に切り換える。これにより、タンク温度Tpは、目標温度Srに調整される。高温温調ユニット7からタンク2へ第2温度T2の流体Fが多量に供給されることにより、タンク温度Tpは、短時間で目標温度Srに調整される。第3状態において高温温調ユニット7からタンク2に多量の流体Fが供給されても、流体Fの流通状態が第6状態に切り換えられることにより、タンク2から流体Fが溢れることが抑制される。
第4実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
図12は、本実施形態に係る温度制御システム1を示す構成図である。図13は、本実施形態に係る温度制御システム1を示すブロック図である。図12及び図13に示すように、温度制御システム1は、温調対象100及びタンク2を含む循環流路3と、温調対象100に供給される流体Fの温度を調整する第1温調器4と、を備える。
バルブシステム10は、流体Fの流通状態が第1状態のときに第4状態に切り換え、第2状態のときに第5状態に切り換え、第3状態のときに第6状態に切り換える。すなわち、低温温調ユニット6に貯蔵されている流体F及び高温温調ユニット7に貯蔵されている流体Fをタンク2に供給しないとき、タンク2に収容されている流体Fは低温温調ユニット6及び高温温調ユニット7に戻されない。低温温調ユニット6に貯蔵されている第1温度T1の流体Fをタンク2に供給するとき、タンク2に収容されている流体Fの少なくとも一部が低温温調ユニット6に戻される。第1温度T1よりも高い高温温調ユニット7に貯蔵されている第2温度T2の流体Fをタンク2に供給するとき、タンク2に収容されている流体Fの少なくとも一部が高温温調ユニット7に戻される。
以上説明したように、本実施形態においても、第1オーバーフロー流路8E及び第2オーバーフロー流路8Fが設けられる。タンク温度Tpが高温温度範囲Shのときに、流体Fの流通状態は、第2状態及び第5状態に切り換えられる。タンク温度Tpが低温温度範囲Slのときに、流体Fの流通状態は、第3状態及び第6状態に切り換えられる。本実施形態においては、上述の第2実施形態で説明したような、三方弁18、第1バイパス流路31、第2バイパス流路32、第1開閉弁15、及び第2開閉弁16が省略される。本実施形態においては、使用部品が削減され、装置構成が簡略化される。
第5実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。第5実施形態は、図8及び図9等を参照して説明した第2実施形態の変形例である。
図14は、本実施形態に係る温度制御システム1を示す構成図である。図15は、本実施形態に係る温度制御システム1を示すブロック図である。図14及び図15に示すように、温度制御システム1は、温調対象100及びタンク2を含む循環流路3と、温調対象100に供給される流体Fの温度を調整する第1温調器4と、を備える。
以上説明したように、本実施形態によれば、三方弁18と第1オーバーフロー流路8E及び第2オーバーフロー流路8Fとを接続するバイパス流路33が設けられる。これにより、図8を参照して説明したような第1バイパス流路31及び第2バイパス流路32や第1開閉弁15及び第2開閉弁16を省略することができる。
第6実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。第6実施形態は、図14及び図15等を参照して説明した第5実施形態の変形例である。
図16は、本実施形態に係る温度制御システム1を示す構成図である。上述の第1実施形態から第5実施形態においては、低温温調ユニット6又は高温温調ユニット7は、タンク2に流体Fを供給することとした。すなわち、低温流路8及び高温流路9が、タンク2の流入口2Aと流出口2Bとの間の循環流路3の第1規定部分301に接続されることとした。低温温調ユニット6又は高温温調ユニット7は、タンク2の流入口2Aと第1温調器4との間の循環流路3の規定部分300に流体Fを供給すればよい。
以上説明したように、本実施形態によれば、低温温調ユニット6は、低温流路8を介して、循環流路3の第2規定部分302に接続される。高温温調ユニット7は、高温流路9を介して、循環流路3の第2規定部分302に接続される。第2規定部分302は、タンク2の流出口2Bと第1温調器4との間の循環流路3の一部分である。低温温調ユニット6又は高温温調ユニット7から温度調整された流体Fが第2規定部分302に供給されることにより、循環流路3を流通する流体Fの温度の変更時間が短縮される。流体Fの温度の変更時間が短縮されることにより、循環流路3を流通する流体Fの温度を高精度に制御することができる。
第7実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
なお、上述の第1実施形態から第5実施形態においても、第6実施形態のように、低温温調ユニット6又は高温温調ユニット7は、循環流路3の第2規定部分302に流体Fを供給してもよい。第1実施形態から第5実施形態においても、低温温調ユニット6又は高温温調ユニット7から温度調整された流体Fがタンク2の下流側の第2規定部分302に供給されることにより、循環流路3を流通する流体Fの温度の変更時間が短縮される。流体Fの温度の変更時間が短縮されることにより、循環流路3を流通する流体Fの温度を高精度に制御することができる。
Claims (16)
- 温調対象と前記温調対象の目標温度を含む規定温度範囲に調整された流体が収容されるタンクとを含む循環流路と、
前記循環流路において前記タンクと前記温調対象との間に配置され、前記温調対象に供給される流体の温度を調整する第1温調器と、を備える、
温度制御システム。 - 第1温度の流体を貯蔵する低温温調ユニットと、
前記第1温度よりも高い第2温度の流体を貯蔵する高温温調ユニットと、
前記低温温調ユニットから前記タンクの流入口と前記第1温調器との間の前記循環流路の規定部分に供給される流体が流通する低温流路と、
前記高温温調ユニットから前記規定部分に供給される流体が流通する高温流路と、
前記低温温調ユニット及び前記高温温調ユニットのそれぞれから前記規定部分へ流体が供給されない第1状態と、前記低温温調ユニットから前記規定部分へ流体が供給される第2状態と、前記高温温調ユニットから前記規定部分へ流体が供給される第3状態とを切り換え可能なバルブシステムと、を備え、
前記バルブシステムは、前記タンクに収容される流体の温度を示すタンク温度が前記規定温度範囲のときに前記第1状態に切り換え、前記タンク温度が前記規定温度範囲でないときに前記第2状態及び前記第3状態の少なくとも一方に切り換える、
請求項1に記載の温度制御システム。 - 前記第1状態において、前記流体は前記循環流路を循環する、
請求項2に記載の温度制御システム。 - 前記循環流路において前記温調対象と前記タンクとの間に配置され、前記タンクに供給される流体の温度を調整する第2温調器を備え、
前記第2温調器は、前記温調対象に流入する流体の温度を示す入口温度と前記温調対象から流出した流体の温度を示す出口温度との差に基づいて、流体の温度を調整する、
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システム。 - 第1温度の流体を貯蔵する低温温調ユニットと、
前記第1温度よりも高い第2温度の流体を貯蔵する高温温調ユニットと、
前記低温温調ユニットから前記タンクの流入口と前記第1温調器との間の前記循環流路の規定部分に供給される流体が流通する低温流路と、
前記高温温調ユニットから前記規定部分に供給される流体が流通する高温流路と、
前記タンクから前記低温温調ユニットに戻される流体が流通する第1オーバーフロー流路と、
前記タンクから前記高温温調ユニットに戻される流体が流通する第2オーバーフロー流路と、
前記タンクに収容される流体が前記目標温度になるように流体の流通状態を切り換え可能なバルブシステムと、を備え、
前記バルブシステムは、前記低温温調ユニット及び前記高温温調ユニットのそれぞれから前記規定部分へ流体が供給されない第1状態と、前記低温温調ユニットから前記規定部分へ流体が供給される第2状態と、前記高温温調ユニットから前記規定部分へ流体が供給される第3状態と、前記タンクから前記低温温調ユニット及び前記高温温調ユニットのそれぞれへ流体が戻されない第4状態と、前記タンクから前記低温温調ユニットへ流体が戻される第5状態と、前記タンクから前記高温温調ユニットへ流体が戻される第6状態とを切り換え可能であり、前記第1状態のときに前記第4状態に切り換え、前記第2状態のときに前記第5状態に切り換え、前記第3状態のときに前記第6状態に切り換える、
請求項1に記載の温度制御システム。 - 前記バルブシステムは、前記タンクに収容される流体の温度を示すタンク温度が前記規定温度範囲のときに前記第1状態及び前記第4状態に切り換え、前記タンク温度が前記規定温度範囲の上限温度よりも高い高温温度範囲のときに前記第2状態及び前記第5状態に切り換え、前記タンク温度が前記規定温度範囲の下限温度よりも低い低温温度範囲のときに前記第3状態及び前記第6状態に切り換える、
請求項5に記載の温度制御システム。 - 前記目標温度は、第1目標温度及び前記第1目標温度よりも高い第2目標温度を含み、
前記目標温度が前記第1目標温度に切り換えられたとき、前記バルブシステムは、前記第2状態及び前記第5状態に切り換え、
前記目標温度が前記第2目標温度に切り換えられたとき、前記バルブシステムは、前記第3状態及び前記第6状態に切り換える、
請求項6に記載の温度制御システム。 - 前記第1状態及び前記第4状態において、前記流体は前記循環流路を循環する、
請求項5から請求項7のいずれか一項に記載の温度制御システム。 - 前記循環流路は、前記タンクから前記温調対象に供給される流体が流れる第1部分と、前記温調対象から前記タンクに供給される流体が流れる第2部分とを含み、
前記第1部分に前記第1温調器が配置され、
前記第2部分に三方弁が配置され、
前記三方弁と前記第1オーバーフロー流路及び前記第2オーバーフロー流路とを接続するバイパス流路を備える、
請求項5から請求項8のいずれか一項に記載の温度制御システム。 - 前記低温流路に配置される低温三方弁と、
前記高温流路に配置される高温三方弁と、
前記低温三方弁と前記低温温調ユニットとを接続する低温戻り流路と、
前記高温三方弁と前記高温温調ユニットとを接続する高温戻り流路と、を備える、
請求項9に記載の温度制御システム。 - 温調対象とタンクとを含む循環流路において、前記タンクに収容される流体の温度を示すタンク温度を検出することと、
前記タンク温度が前記温調対象の目標温度を含む規定温度範囲であるときに、流体を前記循環流路において循環しながら前記循環流路に配置されている第1温調器で前記温調対象に供給される流体の温度を調整することと、を含む、
温度制御方法。 - 前記タンク温度が前記規定温度範囲でないときに、低温温調ユニットに貯蔵されている第1温度の流体及び前記第1温度よりも高い高温温調ユニットに貯蔵されている第2温度の流体の少なくとも一方を前記タンクの流入口と前記第1温調器との間の前記循環流路の規定部分に供給して、前記タンク温度を前記規定温度範囲に調整すること、を含む、
請求項11に記載の温度制御方法。 - 前記第1温度の流体及び前記第1温度よりも高い第2温度の流体の少なくとも一方を前記循環流路に配置されている第2温調器に供給して、前記第2温調器から前記タンクに供給される流体の温度を調整することを含み、
前記温調対象から流出し、前記第2温調器に供給される前の流体の温度を示す出口温度は、前記第1温調器で温度を調整された後、前記温調対象に流入する流体の温度を示す入口温度よりも高く、
前記第1温度の流体を前記第2温調器に供給する、
請求項12に記載の温度制御方法。 - 前記第1温度の流体及び前記第1温度よりも高い第2温度の流体の少なくとも一方を前記循環流路に配置されている第2温調器に供給して、前記第2温調器から前記タンクに供給される流体の温度を調整することを含み、
前記温調対象から流出し、前記第2温調器に供給される前の流体の温度を示す出口温度は、前記第1温調器で温度を調整された後、前記温調対象に流入する流体の温度を示す入口温度よりも低く、
前記出口温度と前記入口温度との差がゼロよりも大きい場合、前記第2温度の流体を前記第2温調器に供給する、
請求項12に記載の温度制御方法。 - 低温温調ユニットに貯蔵されている第1温度の流体を前記タンクの流入口と前記第1温調器との間の前記循環流路の規定部分に供給するとき、前記タンクに収容されている流体の少なくとも一部を前記低温温調ユニットに戻し、
前記第1温度よりも高い高温温調ユニットに貯蔵されている第2温度の流体を前記規定部分に供給するとき、前記タンクに収容されている流体の少なくとも一部を前記高温温調ユニットに戻す、
請求項11に記載の温度制御方法。 - 前記目標温度は、第1目標温度及び前記第1目標温度よりも高い第2目標温度を含み、
前記目標温度が前記第1目標温度に切り換えられたとき、前記第1温度の流体を前記規定部分に供給するとともに、前記タンクの収容されている流体の少なくとも一部を前記低温温調ユニットに戻し、
前記目標温度が前記第2目標温度に切り換えられたとき、前記第2温度の流体を前記規定部分に供給するとともに、前記タンクに収容されている流体の少なくとも一部を前記高温温調ユニットに戻す、
請求項15に記載の温度制御方法。
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