KR20010100947A

KR20010100947A - 온도제어장치

Info

Publication number: KR20010100947A
Application number: KR1020010023563A
Authority: KR
Inventors: 사사야마구보유키; 사토가즈야; 가와이마사히로
Original assignee: 니시야마 히로무; 니시야마코포레이션; 시나가와 사부로; 아쿠아테크 가부시키가이샤
Priority date: 2000-05-02
Filing date: 2001-04-30
Publication date: 2001-11-14
Also published as: US6659361B2; US20030127526A1; US20010037652A1; KR100769238B1; TW505770B; US6554196B2

Abstract

브라인공급장치(10)의 컨트롤러(70)는 밸브(14)의 조작량(MV)을 PID연산하고, 이 조작량(MV)을 보정하여 보정조작량(MV')을 연산하고, 보정조작량(MV')에 기초하여 밸브(14)의 작동을 제어한다. 보정조작량(MV')으로 밸브(14)의 작동을 제어함으로써, 조작량(MV)의 변화량(MV)이 브라인공급온도(Pt1)의 변화량(

Description

온도제어장치{Temperature control apparatus}

본 발명은, 부하로 공급되는 열매체의 온도나 부하자체의 온도를 소정의 온도로 조정하는 온도제어장치에 관한 것이다.

액정패널이나 반도체를 생산하는 프로세스에 있어서는, 온도제어를 행하는 것이 필수조건이며, 각종 온도제어장치가 사용되고 있다. 온도제어장치 중에는, 브라인공급장치를 이용한 것이 있다. 이러한 종류의 브라인공급장치는, 부하로서의 워크, 예컨대 액정패널 등이 배치되는 부하회로에 온도를 조정한 열매체 즉 브라인을 공급하여, 워크의 온도를 설정온도로 유지한다.

예컨대, 일본특허공개 평 11-183005호 공보에는, 브라인의 온도를 소정의 온도로 조정하는 1차회로와, 워크로 공급되는 브라인을 목표온도로 조정하는 2차회로와, 1차회로로부터 2차회로로 혼합되는 브라인의 유량을 조정하는 밸브를 갖는 브라인공급장치가 개시되어 있다. 이러한 장치에서는, 워크의 온도가 설정온도보다 상승하였을 경우에는 밸브가 열리고, 온도가 낮은 1차회로의 브라인이 소정의 유량만큼 2차회로의 브라인으로 혼합된다. 이에 따라, 워크로 공급되는 브라인의 온도를 낮추고, 워크의 온도를 설정온도까지 낮추고 있다.

온도제어를 위해, 제어대상인 예컨대 상기와 같은 밸브를 조작하는 경우에는, PID제어나 두 개의 PID제어를 조합한 캐스케이드제어가 널리 채용되고 있다. PID제어에 의해 양호한 제어결과를 얻기 위해서는, P(비례대), I(적분시간), D(미분시간)의 각 파라미터(PID상수)를 최적값으로 튜닝할 필요가 있다. PID상수는 장치를 시운전하면서, 트라이앤에러에 의해 결정된다.

밸브의 작동을 제어하는 경우, PID연산된 조작량의 변화량(MV)과, 온도의 변화량(PV)은 통상 비례하지 않는다. 이 때문에, 제어할 온도범위에 있어서, 1세트의 PID상수만으로는 양호한 제어결과를 얻을 수 없다. 따라서, 제어할 온도범위를 복수개로 분할하고, 분할된 온도범위마다 PID상수가 결정되어 있다. 복수세트의 PID상수를 결정함에 따라, 튜닝작업이 번잡해져, 장시간을 필요로 한다는 문제가 있다.

그런데, 반도체 제조장치와 같은 프로세스에서는, 당해 프로세스측에 마련된 외부열원으로부터 큰 열부하가 단시간내에 워크에 부여되거나, 당해 열부하의 부여가 정지되거나 한다. 이와 같이 외부열원으로부터 부여되는 열부하가 변경되는 경우라도, 워크온도를 설정온도로 유지하는 요청이 있다.

PID제어와 같은 피드백 제어에서는, 워크에 부여되는 열부하의 변경이 작은 경우에는 열량의 변동에 따른 워크의 온도변화가 작으므로, 충분한 정밀도로 워크온도를 설정온도로 유지할 수 있다.

그러나, 피드백제어에서는, 단시간에 큰 열부하의 변경이 이루어질 경우에는, 워크의 온도변화에 브라인공급장치의 온도변화를 추종시킬 수 없으며, 그 결과, 워크의 온도에 핸칭이 발생하여, 워크를 설정온도로 조정하는 제어의 안정성이 결여된다는 문제가 있다.

본 발명은 이상의 점을 감안하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은, 1세트의 PID상수만으로 온도를 정밀하게 제어할 수 있는 온도제어장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 부하의 온도에 핸칭현상이 발생하기 어렵고, 부하를 설정온도로 조정하는 제어의 안정성을 높인 온도제어장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 온도제어장치를 적용한 브라인공급장치의 제1 실시형태를 나타낸 구성도이고,

도 2는 브라인공급장치의 작동을 제어하는 컨트롤러를 나타낸 블록도이고,

도 3은 전자밸브의 조작량(MV)에 승산되는 보정계수(k)(0k1)와, 브라인공급온도(Pt1)와의 관계를 나타낸 그래프이고,

도 4 및 도 5는 제1 실시형태의 작용을 설명하는 흐름도이고,

도 6은 제1 실시형태에 의한 온도변화예를 개념적으로 나타낸 도면이고,

도 7은 부하로부터 복귀되는 브라인의 온도를 측정하여 부하의 현재온도를 검출하는 변형예를 나타낸 구성도이고,

도 8은 본 발명의 워크온도제어장치를 적용한 브라인공급장치의 제2 실시형태를 나타낸 구성도이고,

도 9는 브라인공급장치의 작동을 제어하는 컨트롤러를 나타낸 블록도이고,

도 10은 기본적 동작원리의 설명도이고,

도 11 내지 도 16은 제2 실시형태의 작용을 설명하는 흐름도이고,

도 17은 샘플링모드에 있어서의 워크온도 및 브라인공급온도의 변화예를 개념적으로 나타낸 도면이고,

도 18a는 워크로 공급되는 브라인공급온도를 일정하게 한 상태에서, 외부열원으로부터 워크에 대한 열부하가 변경되었을 때의 워크온도의 변화예를 개념적으로 나타낸 도면이고,

도 18b는 워크온도제어모드에 있어서, 워크온도 및 브라인공급온도의 변화예를 개념적으로 나타낸 도면이다.

<부호의 설명>

10, 10A, 10B 브라인공급장치(온도제어장치)

11 1차회로

12 2차회로

13, 113 연락통로

14, 114 밸브

20 부하회로

31 프로세스측의 외부열원

32 프로세스 히터

33 프로세스측의 전원

50 냉동기

61 전기히터

67 버퍼탱크

70, 170 컨트롤러

71 CPU(제어부)

72 설정부

73 목표온도연산부

74 PID연산부

75 보정연산부

81 제1 온도센서(공급온도 검출부)

82 제2 온도센서(부하온도 검출부)

85 유량센서

171 CPU(취득부, 제1, 제2 산출부, 제어부)

W 워크(부하)

본 발명의 상기 목적은 하기의 수단에 의해 달성된다.

즉, 본 발명은, 제1 열매체의 온도를 소정의 온도로 조정하는 1차회로와, 부하로 공급되는 제2 열매체를 목표온도(SV(S))로 조정하는 2차회로와, 제2 열매체로 혼합되거나, 또는 제2 열매체와의 사이에서 열교환되는 제1 열매체의 유량을 제어하는 밸브와, 제2 열매체의 현재의 공급온도(Pt1)를 검출하는 공급온도 검출부와,제2 열매체의 목표온도(SV(S)), 제2 열매체의 현재의 공급온도(Pt1), 및 미리 설정된 1세트의 PID상수에 기초하여 상기 밸브의 조작량(MV)을 연산하는 PID연산부와, 상기 PID연산부에서 연산된 조작량(MV)을 보정하여 보정조작량(MV')을 연산하는 PID연산부와, 상기 PID연산부에서 연산된 조작량(MV)을 보정하여 보정조작량(MV')을 연산하는 보정연산부와, 보정조작량(MV')에 기초하여 상기 밸브의 작동을 제어하는 제어부를 구비하며, 보정조작량(MV')에 기초하여 상기 밸브의 작동을 제어함으로써, 조작량(MV)의 변화량(MV)을 제2 열매체의 현재의 공급온도(Pt1)의 변화량(PV)에 비례시킨 것을 특징으로 하는 온도제어장치이다.

보정연산부에 있어서 조작량(MV)에 승산되는 보정계수(k(0k1)는

k=1-(Pt1-PV1)(1-n)/(PV2-PV1)

여기서,

PV1:제2 열매체의 사용온도의 하한치

PV2:제2 열매체의 사용온도의 상한치

Pt1:제2 열매체의 현재의 공급온도

n:제2 열매체의 공급온도가 상한치(PV2)일 때의 조작량을 제한하는 상수

로 정의된다.

상기 온도제어장치에 의하면, 제2 열매체의 사용온도의 하한치로부터 상한치까지의 넓은 온도범위내에 있어서, 1세트의 PID상수만으로 제2 열매체의 공급온도를 원하는 온도로 조정할 수 있다. 그 결과, 1세트의 PID상수만으로 부하를 설정온도로 조정하는 것이 가능해진다. 1세트의 PID상수를 결정하면 되기 때문에, 그 결정작업을 간단히 행할 수 있고, 사용자 자신이 부하의 설정온도를 간단히 변경하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명은, 외부열원으로부터 부여되는 열부하가 변경되는 부하의 온도를 설정온도(SV(R))로 유지하는 온도제어장치에 있어서,

부하로 공급되는 열매체의 현재의 공급온도(Pt1)를 검출하는 공급온도 검출부와, 부하의 현재의 온도(Pt2)를 검출하는 부하온도 검출부와, 열매체의 공급온도(Pt1)를 조정하는 조정부와, 열매체의 공급온도(Pt1)를 일정하게 한 채, 상기 열부하가 변경되었을 때의 부하의 제1 온도변화곡선(L1)을 미리 취득하는 취득부와, 부하의 설정온도(SV(R))를 기준으로 하여 상기 제1 온도변화곡선(L1)을 선대칭을 이루는, 부하(W)의 가상적인 제2 온도변화곡선(L2)을 산출하는 제1 산출부와, 상기 제2 온도변화곡선(L2)을 실현하는 열매체의 목표온도변화곡선(L3)을 산출하는 제2 산출부와, 상기 외부열원으로부터 상기 워크로 부여되는 상기 열부하가 변경되었을 경우, 상기 열매체의 공급온도(Pt1)가 상기 목표온도 변화곡선(L3)을 따라 변화하도록, 상기 조정부를 제어하는 제어부를 갖는 온도제어장치이다.

상기 온도제어장치에 의하면, 열부하의 변경에 따른 온도변화가 부하에 나타나기 전에, 열매체의 공급온도를 예측적으로 조정하기 때문에, 부하온도와 설정온도와의 차이가 PID제어와 같은 피드백제어일 때만큼 커지지 않는다. 그 결과, 단시간에 큰 열부하의 변경이 이루어지는 경우라도, 피드백제어에 비하여 작은 핸칭으로 부하온도를 일정하게 제어할 수 있고, 부하를 설정온도로 조정하는 제어의 안정성을 높이는 것이 가능해진다.

본 발명의 또 다른 목적, 특징 및 특질은 이후의 설명 및 첨부도면에 예시되는 바람직한 실시태양을 참조함으로써 명백해질 것이다.

본 발명의 온도제어장치를 첨부도면에 나타낸 바람직한 실시예에 따라 상세하게 설명하기로 한다.

[제1 실시형태]

도 1을 참조하여, 온도제어장치로서의 브라인공급장치의 제1 실시형태에 대하여 설명하기로 한다.

브라인공급장치(10)는, 부하로서의 워크(W)가 배치되는 부하회로(20)에 접속되어 있다. 브라인공급장치(10)는, 브라인(제1 열매체)의 온도를 소정의 온도로 조정하는 1차회로(11)와, 워크(W)로 공급되는 브라인(제2 열매체)을 목표온도로 조정하는 2차회로(12)와, 1차회로(11)와 2차회로(12)를 접속하는 연락통로(13)와, 연락통로(13)에 마련된 밸브(14)를 포함하고 있다. 1차회로(11)에는 비교적 저온의 브라인이 순환하고, 2차회로(12)에는 비교적 고온의 브라인이 순환한다. 1차회로(11)중의 브라인의 일부가 연락통로(13)를 통해 2차회로(12)중의 브라인으로 혼합된다. 밸브(14)의 개폐제어에 의해 1차회로(11)로부터 2차회로(12)로 혼합되는 브라인의 유량이 조정되고, 워크(W)로 공급되는 브라인의 공급온도가 조정된다. 온도조정된 브라인에 의해 워크(W)의 온도가 조정된다. 브라인공급장치(10)의 작동은, 컨트롤러(70)에 의해 제어된다. 브라인으로는, 예컨대, 불소계 브라인, 냉수, 순수, 냉매 등이 사용되며, 워크(W)에 따른 브라인이 선택된다.

더욱 상세하게 설명하면, 1차회로(11)는, 열교환기(43)와, 브라인을 저장하는 브라인탱크(41)와, 브라인을 순환하는 제1 펌프(42)와, 열교환기(43)와, 개폐밸브(44)를 포함하고 있다. 이들 구성기기는 복수의 배관(45a∼45d)에 의해 접속되어 있다. 브라인탱크(41)는 뚜껑이 덮여 대기가 유통되지 않지만, 압력용기로서의 규제를 받지 않는 소위 반밀폐구조를 갖는다. 제1 펌프(42)는 1차회로(11)에서 브라인을 순환시키면 되기 때문에, 그 배관위치는 도시한 바와 같이 브라인탱크(41)와 열교환기(43)와의 사이에 한정되는 것이 아니다. 예컨대 열교환기(43)의 출구측의 배관(45c)에 배치하여도 좋다. 브라인은, 열교환기(43)로 공급되는 냉각재와의 사이에서 열교환하여 냉각된다. 냉각된 브라인의 온도(Pt4)를 검출하는 제4 온도센서(84)가 열교환기(43)의 출구측의 배관(45c)에 마련되어 있다. 제1 실시형태에 있어서의 워크(W)의 설정온도는 비교적 저온(예컨대, 40℃∼60℃)이며, 냉각재로서 냉매를 사용하고 있다. 냉각재는 냉동기(50)에 의해 냉각된다.

냉동기(50)의 냉동사이클은 냉매를 압축하는 컴플레서(51)와, 냉각수가 유통하는 응축기(52)와, 팽창밸브(53)와, 증발기로서 기능하는 열교환기(43)를 갖는다. 브라인의 온도(Pt4)는 열교환기(43)로 유입되는 냉매의 온도를 조정함으로써 조정된다. 냉매의 온도는, 냉동기(50)의 용량을 제어함으로써 조정된다. 냉동기(50)의 용량제어는 핫가스유량을 제어함으로써 행해진다. 냉동기(50)에는, 컴플레서(51)의 출구측과 팽창밸브(53)의 출구측을 연통하는 핫가스바이패스배관(54)과, 핫가스바이패스배관(54)의 도중에 배치되는 용량조정밸브(55) 및 제1 전자밸브(56)와, 응축기(52)의 출구로부터 팽창밸브(53)에 이르는 배관의 도중에 배치되는 제2 전자밸브(57)가 마련되어 있다. 제1, 제2 전자밸브(56, 57)의 각각은 한쪽이 닫힐때에는 다른쪽이 열리고, 한쪽이 개방될 때에는 다른쪽이 닫힌다. 제1 전자밸브(56)가 열리면, 컴플레서(51)에 의해 압축된 비교적 고온의 가스상태의 냉매는 용량조정밸브(55) 및 핫가스바이패스배관(54)을 지나, 팽창밸브(53)에 의해 단열팽창되어 비교적 저온으로 된 냉매에 혼합된다. 팽창밸브(53)의 출구측으로 흘러내리는 핫가스 유량은 용량조정밸브(55)의 설정값 및 제1 전자밸브(56)의 열림시간에 의해 결정된다. 제1, 제2 전자밸브(56, 57)의 개폐의 결과, 열교환기(43)로 흘러내리는 냉매의 온도가 조정되며, 열교환기(43)에서 냉각되는 브라인이 소정의 온도로 조정된다. 컨트롤러(70)는, 브라인의 온도(Pt4)가 워크(W)에 공급되는 브라인의 목표온도(SV(S))보다 소정온도(예컨대, 8℃)만큼 낮아지도록, 제1, 제2 전자밸브(56, 57)를 개폐제어한다.

또한, 브라인을 냉각하는 냉각재는, 워크(W)의 설정온도에 따라 적당히 선택할 수 있다. 예컨대, 워크(W)의 설정온도가 비교적 고온인 경우에는 냉각재로서 냉수를 사용하여도 좋다.

2차회로(12)는 브라인을 가열하는 전기히터(가열부에 상당함)(61)와, 브라인을 순환하는 제2 펌프(62)와, 부하회로(20)에 브라인을 공급하는 공급포트(63)와, 부하회로(20)를 통과한 브라인이 복귀되는 복귀포트(64)를 포함하고 있다. 이들 구성기기는, 복수의 배관(65a∼65d)으로부터 분기되는 배관(65e)을 통해 브라인탱크(41)에 접속되어 있다. 1차회로(11)로부터 밸브(14)를 통해 2차회로(12)로 공급된 양과 같은 양의 브라인이 배관(65e)을 통해 브라인탱크(41)로 복귀된다. 전기히터(61)에 의해 브라인을 가열하여, 워크(W)의 온도를 원하는 온도까지 신속하게 높일 수 있다. 가열부는, 전기히터(61)에 한정되지 않으며, 브라인을 가열하는 기능을 갖는 한에 있어서 적당히 선택할 수 있다. 또한, 제2 펌프(62)는, 2차회로(12)에서 브라인을 순환시키면 되기 때문에, 그 배치위치는 도시한 바와 같이 히터(61)에서 가열된 브라인을 내보내는 위치에 한정되지 않는다. 예컨대, 히터(61)의 입구측의 배관(65a)에 배치하여도 좋다. 이 브라인공급장치(10)는 그 가동도중에 있어서, 브라인의 유량을 변화시키지 않는 형태로 되어 있다. 이 때문에, 제2 펌프(62)에는 일정유량의 브라인을 내보내는 것이 가능한 형태의 펌프가 사용된다. 다만, 브라인공급장치(10)에 요구되는 각종 스펙에 따르기 때문에, 브라인유량의 설정값을 변경할 수 있는 펌프를 사용하여도 좋다.

연락통로(13)는, 배관(45c)과 배관(65c)과의 사이에 마련되어 있다. 연락통로(13)에 마련된 밸브(14)는, 1차회로(11)와 2차회로(12)와의 사이의 연통을 온-오프하는 전자밸브이다. 워크(W)로 공급하는 브라인의 온도를 낮추는 경우에는, 밸브(14)가 열리고, 1차회로(11)를 순환하는 브라인의 일부가 연락통로(13)를 통과하여 히터(61)의 입구측으로 보내진다.

1차회로(11)의 브라인을 필요에 따라 2차회로(12)로 이끌어내는 형태에서는, 브라인 공급장치(10)에 포함되는 브라인의 전체량을 냉각할 필요가 없어, 2차회로(12)의 브라인은 필요이상으로 냉각되지 않는다. 이 때문에, 히터(61)에서 다시 가열할 때의, 에너지손실을 가급적 줄일 수 있고, 브라인공급장치(10)를 효율적으로 운전할 수 있다. 1차회로(11)의 브라인온도(Pt4)를 목표온도(SV(S))보다 낮은 온도로 조정하고 있으므로, 워크(W) 의 온도상승이 클 때에도, 공급온도(Pt1)를바로 낮게 하여, 워크(W)의 온도를 신속하게 내릴 수 있다.

부하회로(20)는, 제조장치, 검사장치 혹은 항온장치 등에 내장된다. 예컨대, 부하회로(20)는, 액정패널용 유리기판에 박막을 형성하는 성막장치(30)에 내장된다. 이러한 경우, 유리기판에 워크(W)에 상당한다.

부하회로(20)는, 공급포트(63)에 접속되는 입구배관(21)과, 워크(W)가 수납되는 챔버(22)와, 복귀포트(64)에 접속되는 출구배관(23)을 갖는다. 워크(W)는, 플레이트(24)의 위에 탑재된다. 챔버(22)로 공급된 브라인에 의해 플레이트(24)가 가열/냉각되고, 워크 온도가 설정온도로 조정된다.

부하회로(20)에는 또한, 워크(W)에 열부하를 부가하는 프로세스측의 외부열원(31)이 마련되어 있다. 외부열원(31)은, 예컨대 전기히터(32)로 구성되며, 전원(33)으로부터 소정의 전류·전압이 인가된다. 워크(W)는 전기히터(32)에서 발생한 주울열이 부가되어, 온도가 상승된다. 「프로세스측의 외부열원(31)」이란, 제조나 검사 등을 행할 때, 워크(W)에 열을 부가하는 기능을 갖는 장치의 총칭이며, 전기히터에 한정되지 않는다.

배관(65c)에는, 부하(W)로 공급되는 브라인의 현재 공급온도(Pt1)를 검출하는 제1 온도센서(81)가 마련되어 있다. 부하회로(20)에는, 워크(W)의 현재의 온도(Pt2)를 검출하는 제2 온도센서(82)가 마련되어 있다. 제1 온도센서(81)가 공급온도 검출부에 상당하고, 제2 온도센서(82)가 부하온도 검출부에 상당한다. 온도센서(81, 82, 84)는, 측온저항체나 열전쌍등으로 구성되어 있다. 플레이트(24)의 온도는 워크온도(Pt2)와 거의 같기 때문에, 도시예에서는, 플레이트(24)의 온도를측정함으로써, 워크온도(Pt2)를 검출하고 있다.

도 2를 참조하여, 브라인공급장치(10)의 작동을 제어하는 컨트롤러(70)의 구성을 설명하기로 한다.

제어부로서의 CPU(71)에는, 각 온도센서(81, 82, 84)가 접속되고, 브라인공급온도(Pt1), 워크온도(Pt2), 1차회로(11)의 브라인온도(Pt4)의 각 검출신호가 입력된다. CPU(71)에는 또한, 설정부(72)와, 목표온도 연산부(73)와, PID연산부(74)와, 보정연산부(75)와, ROM(76)과, RAM(77)과, 타이머(78)가 접속된다. 설정부(72)는, 예컨대 기능키 등의 입력장치로 구성되며, 워크(W)의 설정온도(SV(R))를 설정한다. 목표온도 연산부(73)는, 워크설정온도(SV(R)), 워크온도(Pt2), 및 브라인공급온도(Pt1)에 기초하여 워크(W)로 공급하는 브라인의 목표온도(SV(S))를 연산한다. PID연산부(74)는, 브라인의 목표온도(SV(S)), 브라인공급온도(Pt1), 및 미리 설정된 1세트의 PID상수(P, I 및 D)에 기초하여, 밸브(14)용 조작량(MV)을 PID연산한다. 보정연산부(75)는, PID연산부(74)에서 연산된 조작량(MV)을 보정하여, 보정조작량(MV')을 연산한다. 그리고, CPU(71)는, 보정조작량(MV')을 밸브(14)로 출력하고, 밸브(14)의 작동을 제어한다. CPU(71)는, 조작량(MV)을 전기히터(61)의 SSR(three-state relay) 등의 스위칭소자에 출력하고, 전기히터(61)의 작동을 제어한다. CPU(71)는, 냉동기(50)의 용량제어를 위해, 제1, 제2 전자밸브(56, 57)로 제어신호를 출력한다. ROM(76)에는, 조작량(MV)에 승산되는 보정계수의 관계식 외에, 브라인공급장치(10)의 동작을 제어하는 데 필요한 각종 파라미터나 프로그램 등이 기억된다. 또한, RAM(77)에는, PID 연산에 필요한 PID상수 등이 기억된다.

또한, CPU(71)에는, 프로세스측의 전원(33)이 접속되며, 전원(33)으로부터 전기히터(32)로의 전력공급에 따른 온, 오프신호나, 전기히터(32)로 공급한 전력의 출력값신호가 입력된다.

PID상수는, 브라인공급장치(10)의 성능이나, 성막(成膜)장치(30)의 사양 등에 기초하여, 시뮬레이션에 의해 구해진다. 브라인공급장치(10)를 공장으로부터 출하할 때에는, 구한 PID상수가 설정된다. 다만, 브라인공급장치(10) 및 성막장치(30)의 전체의 움직임특성을 정확하게 시뮬레이션하는 것은 사실상 불가능하다. 이 때문에, 최종적은 PID상수는 브라인공급장치(10) 및 성막장치(30)의 전체 시운전을 행하면서, 트라이앤에러에 의해 결정된다. 결정된 PID상수는 RAM(77)에 기억된다.

도 3을 참조하여, 보정계수(k)에 대하여 설명하기로 한다.

도시한 바와 같이, 보정계수(k)는, 브라인공급장치(Pt1)에 반비례한다. 보정계수(k)는 다음식에 의해 정의된다.

k=1-(Pt1-PV1)(1-n)/(PV2-PV1)

여기서,

PV1:브라인의 사용온도의 하한치

PV2:브라인의 사용온도의 상한치

Pt1:브라인의 현재 공급온도

n:브라인의 공급온도가 상한치(PV2)일 때의 조작량(MV)을 제한하는 상수

이다.

하한치(PV1)는 워크(W)의 하한온도로부터 정해지며, 상한치(PV2)는 워크(W)의 상한온도로부터 정해진다. 워크(W)의 하한온도 및 상한온도는 성막장치(30)의 사양의 하나이다. 워크(W)의 하한온도로부터 상한온도까지의 온도범위에서 워크의 온도를 제어할 수 있어야 한다. 따라서, 냉동기(50)의 냉각능력은 브라인의 순환유량, 워크(W)의 하한온도, 부하회로(20)에서의 발열량 등에 기초하여 결정되며, 전기히터(61)의 가열능력은 브라인의 순환유량, 워크(W)의 상한온도 등에 기초하여 결정된다.

브라인공급온도(Pt1)가 하한치(PV1)일 때에는(Pt1=PV1), 보정계수(k)는 「1」로 세트되고, PID연산된 밸브(14)의 조작량(MV)과, 보정후의 보정조작량(MV')는 같다. 한편, 브라인공급온도(Pt1)가 상한치(PV2)일 때에는(Pt1=PV2), 보정계수(k)는 k=1-(1-n)=n으로부터, 「n」으로 세트된다. 이 「n」은, 브라인의 공급온도(Pt1)가 상한치(PV2)일 때, 밸브(14)의 열림작동시간을 제한하기 위한 값이다.

「n」의 값의 결정에 대하여, 수치를 예시하면서 설명하기로 한다. 설명의 간력화를 위해 브라인을 물이라 한다. 하한치(PV1)를 10℃, 상한치(PV2)를 90℃로 한다. 1차회로(11)의 수온(Pt4)을 0℃로 고정하고, 이 때의 냉동기(50)의 냉각능력을 1500Kcal/hr이라 한다. 부하회로(20)에서의 발열량을 1500kcal/hr, 제2 펌프(62)에 의해 워크(W)로 공급되는 물의 유량을 10리터/min이라 한다. 또한, 밸브(14)를 통해 2차회로(12)로 혼합되는 물의 유량을 x리터/min, 배관(65d)으로부터 배관(65a)으로 복귀되는 물의 유량을 y(=10-x)리터/min이라 한다.

워크(W)를 통과한 물의 온도상승은 1500[Kcal/hr]/(60[min/hr]×10[리터/min]×1[Kcal/(리터·℃)])=2.5[℃]이다.

물의 사용온도가 하한값(PV1)인 10℃일 때, 수온을 10℃로 하기 위해 필요한 0℃의 물의 유량(x)은, x[리터/min]×0[℃]+y[리터/min]×(10+2.5)[℃]=10[리터/min]×10[℃]로부터, x=2[리터/min]이 된다.

밸브(14)용 PID상수(P, I 및 D)는, 브라인의 사용온도의 하한치(PV1)를 기준으로 하여 결정되어 있다. 구체적으로는, 밸브(14)용 PID상수는 브라인의 사용온도가 하한치(PV1)일 때, 밸브(14)의 조작량(MV)이 100%(모두 열림)로 되고, 냉동기(50)가 정격운전으로 작동하도록 결정되어 있다. 상기 수치예에서는, 물의 사용온도가 하한치(PV1)인 10℃일 때, 밸브(14)는 100%의 조작량(MV)이 부가되며, 모두 열림이 된다. 이 때, 물이 2리터/min으로 흐르도록, 연락통로(13) 및 밸브(14)의 사양(예컨대, 구경)이 결정된다.

한편, 물의 사용온도가 상한치(PV2)인 90℃일 때, 수온을 90℃로 하기 위해 필요한 0℃의 물의 유량(x)은, x[리터/min]×0[℃]+y[리터/min]×(90+2.5)[℃]=10[리터/min]×90[℃]로부터, x=0.27[리터/min]이 된다.

밸브(14)의 조작량(MV)이 0.27[리터/min]×100[%]/2[리터/min]=13.5[%]로 연산된다면, 상기 유량을 실현할 수 있다. 구체적으로는, 물의 사용온도가 하한값(PV1)일 때의 비교대(P)의 값에 대하여, 1/0.135=7.4배의 비교대(P)의 값을 사용하면, 상기 유량을 실현할 수 있다.

그러나, 물의 사용온도가 10℃일 때를 기준으로 결정한 1세트의 PID상수를 사용하기 때문에, 물의 사용온도가 90℃일 때의 조작량(MV)은 13.5%가 되지 않고, 100%로 된다. 이로서는, 0℃의 물의 유량이 너무 많기 때문에, 워크(W)에 공급되는 수온을 목표온도인 90℃로 제어할 수 없다. 이 때문에, 전기히터(61)에 의한 가열량이 증가하여, 에너지의 손실이 된다. 게다가, 92.5℃의 다량의 물이 탱크(41)로 복귀되므로, 냉동기(50)의 컴플레서(51)가 오버로드하는 결과로 된다.

따라서, 공급온도(Pt1)가 상한치(PV2)일 때의 조작량(MV)을 제한하기 위해, 「n」으로, 0.27[리터/min]/2[리터/min]=0.135를 세트한다.

이와 같이 하여 「n」의 값을 결정하면, 다음과 같이 온도제어가 이루어진다. 공급온도(Pt1)가 하한치(PV1)인 10℃일 때에는(Pt1=PV1), 보정계수k=1-(Pt1-PV1)(1-0.135)/(PV2-PV1)=1로 된다. 이 때문에, 조작량(MV)이 100%라고 연산되면, 밸브(14)에 실제로 가해지는 보정조작량(MV')도 100[%]×k=100[%]이므로, 2리터/min의 물이 밸브(14)를 흐르고, 수온이 10℃로 제어된다. 또한, 냉동기(50)는, 정격의 1500kcal/hr의 냉각능력을 발휘한다.

공급온도(Pt1)가 상한치(PV2)인 90℃일 때에는(Pt1=PV2), 보정계수k=1-(Pt1-PV1)(1-0.135)/(PV2-PV1)=0.135로 된다. 이 때문에, 조작량(MV)이 100%라고 연산되어도, 밸브(14)로 실제로 가해지는 보정조작량(MV')은 100[%]×k=13.5[%]이므로, 0.27리터/min의 물이 밸브(14)를 흐르고, 수온이 90℃로 제어된다. 또한, 냉동기(50)는, 오버로드하지 않고, 정격의 1500kcal/hr의 냉각능력을 발휘한다.

상기와 같이, 조작량(MV)에 보정계수(k)를 승산한 보정조작량(MV')으로밸브(14)를 제어함으로써, 조작량(MV)의 변화량(MV)이 물의 공급온도(Pt1)의 변화량(PV)에 비례한다. 바꾸어 말하면, 1세트의 PID상수만으로, 10℃∼90℃의 온도범위내에 있어서, 물의 공급온도(Pt1)를 원하는 온도로 조정할 수 있다. 또한, 조작량(MV)이 100%일 때에는, 냉동기(50)의 냉각능력은 10℃∼90℃의 온도범위내에 있어서는 수온에 관계없이, 일정한 1500kcal/hr이 된다. 따라서, 냉동기(50)의 오버로드를 방지할 수 있다는 효과도 이룬다.

제1 실시형태에서는, 컨트롤러(70)는, PID연산된 조작량(MV)에 보정계수(k)를 승산한 보정조작량(MV')에 의해 밸브(14)의 작동을 제어한다. 이러한 제어에 의해, 조작량(MV)의 변화량(MV)이 브라인공급온도(Pt1)의 변화량(PV)에 비례한다. 이것은, 브라인의 사용온도의 하한치(PV1)로부터 상한치(PV2)까지의 온도범위내에 있어서, 1세트의 PID상수만으로 브라인공급온도(Pt1)를 원하는 온도로 조정할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 전기히터(61)의 조작량(mv)을 보정하지 않는 이유는, 전기히터의 경우에는, 조작량(mv)의 변화량(mv)과, 전기히터(61)를 통과한 브라인온도의 변화량이 온도에 관계없이 거의 비례관계에 있기 때문이다. 물론, 밸브(14)의 경우와 마찬가지로, 조작량(mv)에 보정계수를 승산한 보정조작량으로 전기히터(61)의 작동을 제어하여도 좋다.

그런데, 브라인의 목표온도가 일정한 상수제어를 적용하면, 본 실시형태에서는 워크(W)에 따라서는 시간상수가 1시간이상이 되는 경우가 많아, 사실상 사용할 수 없다. 이와 같이 시간상수가 큰 시스템의 경우에는, 캐스케이드제어가 일반적으로 채용되고 있다. 캐스케이드제어는, 목표치가 시간과 함께 변화는 추치제어의 하나이다.

캐스케이드제어를 위해서는, 워크온도를 설정치로 하는 제1 온도조절기와, 브라인의 공급온도를 제어하는 제2 온도조절기의 2대의 온도조절기가 필요하다.

제1 온도조절기의 설정치는 고정되어 있다. 제1 온도조절기는, 고정된 설정치와 워크온도와의 편차에 기초하여 PID연산하고, 조작량을 출력한다. 한편, 제2 온도조절기는, 제1 온도조절기로부터 출력된 조작량이 설정치로서 입력되고, PID연산하여 조작량을 출력한다. 이와 같이 캐스케이드제어에서는, 2대의 온도조절기에 의한 PID연산을 사용하는 방식이기 때문에, 각 온도조절기에 1세트의 PID상수를 설정한 것만으로는, 브라인공급온도를 정밀하게 제어할 수 없다. 이 때문에, 브라인의 사용온도범위를 예컨대 8개로 분할하고, 분할된 온도범위마다 각 온도조절기의 PID상수를 결정하여야 한다. 그리고, 워크의 설정온도에 따라, 각 온도조절기의 PID상수를 변경하여야 한다.

그러나, 사용자는, PID상수를 용이하게 변경할 수 없다. 이 때문에, 워크(W)에 대하여 가열 및 냉각이 반복되고, 그 때마다 설정온도를 크게 또한 빈번하게 변경하여야 하는 브라인공급장치에 캐스케이드제어를 채용하는 것은 사실상 할 수 없다. 또한, 상술한 바와 같이, 최종적인 PID상수는 트라이앤에러에 의해 결정하여야 하므로, 온도제어의 정밀도를 높이기 위해 PID 상수의 세트수를 늘리면 늘릴수록, 결정작업은 번잡해져 장시간을 요하게 된다.

이에 대하여, 본 실시형태의 브라인공급장치(10)는, 상술한 바와 같이, 브라인의 사용온도의 하한치(PV1)로부터 상한치(PV2)까지의 온도범위를 1세트의 PID상수만으로 커버할 수 있다. 따라서, 워크(W)의 설정온도가 크게 또한 번잡하게 변경될 경우에 적용하기 바람직한 제어가 된다. 또한, 1세트의 PID상수만을 결정하면 되기 때문에, 결정작업을 비교적 간단하게 또한 단시간에 행하는 것이 가능해진다.

도 4 및 도 5의 흐름도 및 도 6을 참조하여, 제1 실시형태의 작용에 대하여 설명하기로 한다.

컨트롤러(70)는, 브라인공급장치(10)의 전원이 온되면(S11), 사용자에 의한 워크설정온도(SV(R))의 입력을 접수한다(S12). 워크설정온도(SV(R))가 세트되고, 운전스위치가 눌려지면(S13:예), 제1, 제2 펌프(42, 62)가 시동한다(S14). 브라인은 각 펌프(42, 62)에 의해 일정유량으로 1차회로(11) 및 2차회로(12)내를 흐른다. 또한, 컨트롤러(70)는 컴플레서(51)를 모터구동하여 냉동기(50)를 운전하고(S15), 전기히터(61)를 온한다(S16).

제1 온도센서(81)에 의해 브라인공급온도(Pt1)를 검출하고, 제2 온도센서(82)에 의해 워크온도(Pt2)를 검출한다(S17).

컨트롤러(70)는, 워크설정온도(SV(R))와 워크온도(Pt2)와의 편차dt=SV(R)-Pt2를 연산한다(S18). 컨트롤러(70)는, 브라인의 목표온도(SV(R))의 초기값을 SV(S)=Pt1+dt=Pt1+(SV(R)-Pt2)에 의해 결정한다(S19).

컨트롤러(70)는, 냉동기(50)의 용량제어를 위해, 제1, 제2 전자밸브(56, 57)를 개폐제어하고, 핫가스 유량을 제어한다(S20). 열교환기(43) 출구측의 브라인온도(Pt4)는 브라인목표온도(SV(R))보다 소정온도(예컨대, 8℃)만큼 낮은 온도로 조정된다.

컨트롤러(70)는, 브라인목표온도(SV(R)), 브라인공급온도(Pt1) 및 밸브(14)용 1세트의 PID상수에 기초하여, 밸브(14)의 조작량(MV)을 PID 연산한다(도 5의 S21). 컨트롤러(70)는 또한, 전기히터(61)용 PID상수에 기초하여, 전기히터(61)의 조작량(mv)도 PID연산한다(S21).

이어서, 컨트롤러(70)는, 밸브(14)의 조작량(MV)에 보정계수(k)를 승산하고, 보정조작량(MV')을 연산한다(S22). 이 보정조작량(MV')이 밸브(14)로 출력되고, 밸브(14)가 개폐제어된다(S23). 컨트롤러(70)는, 전기히터(61)의 조작량(mv)을 보정하지 않는다. 이 조작량(mv)이 전기히터(61)로 출력되고, 전기히터(61)의 작동이 제어된다(S24).

이어서, 컨트롤러(70)는, 브라인공급온도(Pt1)가 목표온도(SV(R))에 도달하였는지를 판단한다(S25). 구체적으로는, SV(R)-Pt1의 절대값이 허용오차(α)보다 작은지의 여부가 판단된다. 허용오차(α)는 예컨대, 0.1∼0.2℃이다.

도달하지 않았을 경우(S25:아니오), 컨트롤러(70)는 브라인공급장치(10)의 운전이 계속되고 있는지를 판단한다(S30). 운전계속중일 때에는(S30:예), 단계 S20∼S25가 반복되고, 운전이 중지되었을 때에는(S30:아니오), 처리가 종료된다.

브라인공급온도(Pt1)가 목표온도(SV(R))로 조정되어 있는 경우에는(S25:예), 컨트롤러(70)는 워크온도(Pt2)가 워크설정온도(SV(R))에 도달하였는지를 판단한다(S26). 구체적으로는, SV(R)-Pt2의 절대값이 허용오차(β)보다 작은지의 여부가 판단된다. 허용오차(β)는 예컨대, 0.1∼0.2℃이다.

도달하였을 경우(S26:예), 컨트롤러(70)는 현재의 브라인의 목표온도(SV(S))를 유지한 채, 브라인공급장치(10)의 운전이 계속되고 있는지를 판단한다(S30). 운전계속중일 때에는(S30:예), 단계 S20∼S26이 반복되며, 운전이 중지되었을 때에는(S30:아니오), 처리가 종료된다.

워크온도(Pt2)가 워크설정온도(SV(R))로 조정되어 있지 않는 경우에는(S26:아니오), 워크온도(Pt2)가 워크설정온도(SV(R))보다 낮은지를 판단한다(S27).

워크온도(Pt2)가 워크설정온도(SV(R))보다 높은 경우에는(S27:아니오), 브라인의 목표온도(SV(S))를 예컨대 0.1℃ 낮은 온도로 다시 세트한다(S28). 반대로, 워크온도(Pt2)가 워크설정온도(SV(R))보다 낮은 경우에는(S27:예), 브라인의 목표온도(SV(S))를 예컨대 0.1℃ 높은 온도로 다시 세트한다. 그런 다음, 처리는 단계 S30으로 진행하고, 브라인공급장치(10)의 운전이 계속되고 있을 때에는(S30:예), 단계 S20∼S29가 반복되고, 운전이 중지되었을 때에는(S30:아니오), 처리가 종료된다.

제1 실시형태에 의하면, 브라인순환량을 변화시키지 않고, 온도정보만으로 워크온도를 제어하고 있기 때문에, 브라인과 워크(W)와의 사이의 열교환량이 급격히 변화하지 않는다. 따라서, 워크온도에 핸칭현상이 발생하기 어렵고, 워크(W)를 설정온도로 조정하는 제어의 안정성을 높일 수 있다. 예컨대, 온도변화±0.5℃의 높은 정밀도로 워크(W)의 온도를 제어할 수 있었다.

또한, PID연산된 조작량(MV)에 보정계수(k)를 승산한 보정조작량(MV')으로 밸브(14)를 개폐제어하고 있다. 이러한 제어에 의해, 조작량의 변화량(MV)이 브라인의 공급온도(Pt1)의 변화량(PV)에 비례한다. 따라서, 브라인의 사용온도의 하한치(PV1)로부터 상한치(PV2)까지의 넓은 온도범위내에 있어서, 1세트의 PID상수만으로 브라인의 공급온도를 원하는 목표온도로 조정할 수 있다. 그 결과, 1세트의 PID정수만으로 워크(W)를 설정온도로 조정하는 것이 가능해진다. 1세트의 PID상수를 결정하면 되기 때문에, 그 결정작업이 간단해진다. 또한, 사용자 자신이 워크(W)의 설정온도를 간단히 변경할 수 있다.

[변형예]

상술한 실시형태에서는, 1차회로(11)의 브라인을 밸브(14)를 통해 2차회로(12)의 브라인으로 혼합하고 있기 때문에, 제1 열매체 및 제2 열매체는 같은 물질이다. 본 발명은 이러한 경우에 한정되지 않으며, 밸브(14)에 의해, 제2 열매체와의 사이에서 열교환되는 제1 열매체의 유량을 조정하는 형태에도 적용할 수 있다. 이러한 경우에는, 제1 열매체와 제2 열매체와의 사이에서 열교환을 행하는 열교환기가 설치되고, 제1 열매체 및 제2 열매체에 다른 물질을 사용할 수 있다.

제2 열매체의 목표온도(SV(S))가 시간과 함께 변화하는 추치제어에 본 발명을 적용한 실시형태에 대하여 설명하였으나, 제2 열매체의 목표온도(SV(S))가 일정한 정치제어에 본 발명을 적용하여도 좋다. 이러한 경우에도, PID상수의 값을 1세트만큼 설정함으로써, 제2 열매체의 사용온도의 하한치(PV1)로부터 상한치(PV2)까지의 넓은 온도범위내에서, 고정된 원하는 목표온도로 제2 열매체의 공급온도를 조정할 수 있다.

워크온도(Pt2)는 워크(W)를 탑재한 블레이드(24)의 온도를 제2 온도센서(82)에 의해 측정함으로써 검출하고 있는데, 워크(W)의 현재온도의 검출은 이러한 경우에 한정되지 않는다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 워크(W)의 현재온도와 부하회로(20)로부터 복귀되는 브라인의 복귀온도와의 사이에는, 일정한 상관관계가 있다. 따라서, 도 7에 나타낸 브라인공급장치(10A)와 같이, 부하회로(20)로부터 복귀되는 브라인의 복귀온도(Pt3)를 측정하는 제3 온도센서(83)를 복귀배관(65d)에 마련하고, 이 온도(Pt3)에 기초하여 워크(W)의 현재온도를 간접적으로 구하여도 좋다. 그 밖에도, 제2 온도센서(82)를 워크(W)에 직접 접촉시키고, 워크(W)자체의 현재온도를 검출하여도 좋다. 또한, 워크(W)에 접촉하는 브라인의 온도를 측정하여, 워크(W)의 현재온도를 검출하여도 좋다.

밸브(14)로서, 제1 열매체의 유량을 제로 또는 최대로 하는 개폐밸브인 전자밸브를 나타내었으나, 밸브(14)는 제1 열매체의 유량을 연속적으로 변화시키는 유량제어밸브여도 좋다.

[제2 실시형태]

도 8을 참조하여, 온도제어장치로서의 브라인공급장치의 제2 실시형태를 설명하기로 한다. 또한, 제1 실시형태와 공통되는 부재에는 동일한 부호를 붙여, 그 설명을 일부 생략하기로 한다.

브라인공급장치(10B)는, 장치(10)와 마찬가지로, 1차회로(11)와, 2차회로(12)와, 1차회로(11)와 2차회로(12)를 접속하는 연락통로(113)와, 연락통로(13)에 마련된 밸브(114)를 포함하고 있다. 브라인공급장치(10B)의 작동은 컨트롤러(170)에 의해 제어된다.

2차회로(12)는, 구성기기가 복수의 배관(65a∼65d, 65g)에 의해 연결되며, 배관(65d)으로부터 분기되는 배관(65f)을 통해 브라인탱크(41)와 연결되어 있다. 배관(65f)에는 브라인탱크(41)로 복귀되는 브라인유량을 조정하는 개폐밸브(66)가 마련되어 있다.

연락통로(113)는, 배관(45c)과 배관(65d)과의 사이에 마련되어 있다. 연락통로(113)에 마련된 밸브(114)는 1차회로(11)와 2차회로(12)와의 사이의 연통을 온-오프하는 전자밸브이다. 워크(W)로 공급하는 브라인의 온도를 낮출 경우에는, 밸브(114)가 열리고, 1차회로(11)를 순환하는 브라인의 일부가 연락통로(113)를 통과하여 냉각하는 데 필요한 양만큼 히터(61)의 출구측에 이끌려진다.

제2 실시형태에서는 또한, 밸브(114)와 워크(W)와의 사이에 버퍼탱크(67)를 구비하고 있다. 버퍼탱크(67)는, 1차회로(11)로부터 이끌려지는 비교적 저온의 브라인과 히터(61)로부터 유출된 비교적 고온의 브라인이 합류한 직후위치에 배치된다. 버퍼탱크(67)는, 저온브라인과 고온브라인과의 혼합을 촉진하고, 부하회로(20)로 공급되는 브라인의 온도흐트러짐을 제거하는 기능을 갖는다. 버퍼탱크(67)의 내용적은 상기 기능을 발휘하는 데 충분한 용적으로 설정되어 있다. 또한, 배관(65d) 및 연락통로(113)를 합류시키지 않고 독립적으로 버퍼탱크(67)에 접속하고, 당해 버퍼탱크(67)내에서 저온브라인과 고온브라인을 혼합하여 온도흐트러짐을 제거하도록 하여도 좋다. 또한, 버퍼탱크(67)내에 저온브라인과 고온브라인의 혼합을 더욱 촉진하는 마찰판을 마련하여도 좋다.

복귀배관(65d)에는, 브라인의 복귀온도(Pt3)를 검출하는 제3 온도센서(83)가마련되어 있다. 제3 온도센서(83)도, 다른 온도센서(81, 82, 84)와 마찬가지로, 측온저항체 등으로 구성되어 있다. 또한, 브라인의 순환유량(F)을 검출하는 유량센서(85)도 복귀배관(65d)에 마련되어 있다. 유량센서(85)는, 오리피스를 이용한 일반적인 유량계와, 측정값을 전기신호로 변환하여 컨트롤러(170)로 출력하는 변환기 등으로 구성된다.

도 9를 참조하여, 브라인공급장치(10B)의 작동을 제어하는 컨트롤러(170)의 구성을 설명하기로 한다.

CPU(171)에는, 각 센서(81∼85)가 연결되고, 브라인공급온도(Pt1), 워크온도(Pt2), 브라인의 복귀온도(Pt3), 1차회로(11)의 브라인온도(Pt4) 및 브라인의 순환유량(F)의 각 검출신호가 입력된다. CPU(171)는, 냉동기(50), 전기히터(61) 및 밸브(114)에 이들의 작동을 제어하는 제어신호를 출력한다. ROM(176)에는, 브라인공급온도를 예측적으로 설정하기 위한 프로그램 외에, 브라인공급장치(10B)의 동작을 제어하는 데 필요한 각종 파라미터나 프로그램 등이 기억된다. 또한, CPU(171)에는, 전원(33)으로부터 전기히터(32)로의 전력공급에 따른 온, 오프신호나, 전기히터(32)로 공급한 전력의 출력값신호가 입력된다. CPU(171)는, 이들 신호에 기초하여, 전기히터(32)로부터 워크(W)로 부여되는 열부하가 변경된 것, 워크(W)에 실제로 부여된 열량을 검출한다. 프로세스측의 전기히터(32)를 이하, 프로세스히터(322)라 칭한다. CPU(171)가, 본 발명의 취득부, 산출부 및 제어부로서 기능한다.

도 10을 참조하여, 온도제어장치의 기본적 동작원리를 설명하기로 한다.

온도제어장치는, 외부열원(31)으로부터 부여되는 열부하가 변경되는 워크(W)의 온도를 소정의 온도로 조정한 브라인에 의해, 소정의 워크설정온도(SV(R))로 유지된다.

워크(W)로 공급되는 브라인공급온도를 일정하게 한 상태에서, 외부열원(31)으로부터 워크(W)에 대한 열부하가 변경되었을 때의 워크(W)의 제1 온도변화곡선(L1)을 미리 취득한다.

여기서, 「열부하의 변경」에는, 도 10에 나타낸 바와 같이, 시간(t0)에 있어서, 워크(W)에 열부하를 부여하지 않은 오프상태(열부하 0%)로부터 소정열원의 열부가를 부여한 온상태(열부하 100%)로의 변경과, 이와는 반대로, 시간(t1)에 있어서, 워크(W)에 소정열량의 열부하를 부여한 온상태(열부하 100%)로부터 열부하의 부여를 정지한 오프상태(열부하 0%)로의 변경이 있다.

전자에 있어서의 열부하의 변경의 경우에는, 소정온도로 조정되었던 브라인공급온도를 일정하게 한 상태에서 열부하의 부여를 개시하기 때문에, 제1 온도변화곡선(L1)은 시간의 경과와 함께 온도가 상승하고, 소정의 온도에서 안정되는 커브를 이룬다.

후자에 있어서의 열부하의 변경의 경우에는, 브라인공급온도를 일정하게 한 상태에서 열부하의 부여를 정지하기 때문에, 제1 온도변화곡선(L1)은 시간의 경과와 함께 온도가 하강하고, 워크 설정온도(SV(R))에서 안정되는 커브를 이룬다.

다음, 워크설정온도(SV(R))를 기준으로 하여 제1 온도변화곡선(L1)을 선대칭을 이루는 워크(W)의 가상적인 제2 온도변화곡선(L2)을 구한다. 이어서, 구한 제2온도변화곡선(L2)을 실현하는 목표온도 변화곡선(L3)을 산출한다. 목표온도 변화곡선(L3)은, 개념적으로 도시되는 도 10에 있어서는, 제2 온도변화곡선(L2)보다 저온측에 나타내어지는데, 분위기의 온도나 설정온도에 따라서는, 제2 온도변화곡선(L2)을 일치하거나, 고온측으로 시프트하거나 할 수도 있다.

컨트롤러(170)는, 외부열원(31)으로부터 워크(W)에 부여되는 열부하가 변경된 것을 검출하면, 브라인공급온도가 목표온도변화곡선(L3)을 따라 변화하도록 조정부를 제어한다. 이 조정부는, 브라인공급온도(Pt1)를 조정하기 위해 필요한 수단의 총칭으로서, 냉동기(50), 전기히터(61), 밸브(114) 등이 포함된다.

상기와 같이 브라인의 목표온도를 예측적으로 설정하는 제어에 의해, 열부하의 부여를 개시하는 경우에는, 외부열원(31)으로부터 워크(W)에 부여되는 열량과 브라인이 워크(W)로부터 뺐는 열량을 거의 일치시킬 수 있다. 열부하의 부여를 정지할 경우에는, 워크(W)로부터 방열되는 열량과 브라인으로부터 워크(W)에 부여하는 열량을 거의 일치시킬 수 있다. 이 때문에, 단시간에 큰 열부하의 변경이 이루어지는 경우라도, PID제어와 같은 피드백제어에 비하여, 워크온도에 핸칭현상이 발생하기 어렵고, 워크(W)의 온도를 일정하게 제어할 수 있으며, 워크(W)를 워크설정온도(SV(R))로 조정하는 제어의 안정성이 높아진다.

제1 온도변화곡선(L1)을 취득할 때의 열부하의 열량과, 실제로 워크(W)의 온도를 제어할 때의 열부하의 열량이 서로 다른 경우가 있는데, 열량의 서로 다름이 제1 온도변화곡선(L1)에 주는 영향은 비례관계에 있음을 알고 있다. 이 때문에, 열량의 서로 다름에 따라 제1 온도변화곡선(L1)을 보정함으로써, 제2온도변화곡선(L2) 및 목표온도변화곡선(L3)을 구할 수 있다. 다른 열량마다 복수의 제1 온도변화곡선(L1)을 취득해 두고, 이들 복수의 제1 온도변화곡선(L1)에 기초하여 실제로 부여된 열부하의 열량에 합치한 제1 온도변화곡선(L1)을 보간연산하여도 좋다.

도 11∼도 16의 흐름도, 도 17, 도 18a 및 도 18b를 참조하여 제2 실시형태의 작용을 설명하기로 한다.

브라인공급장치(10B)의 운전모드에는, 브라인공급온도를 예측적으로 제어하는 데 필요한 데이터를 취득하는 샘플링모드와, 통상의 운전인 워크온도제어모드가 있다. 브라인공급장치(10B)를 설치하였을 때에는, 샘플링모드를 실행할 필요가 있다. 이 샘플링모드에서는, 프로세스측의 열부하가 0%일 때의 브라인목표온도(SV(S))[0] 및 프로세스측의 열부하가 100%일 때의 목표온도(SV(S))[100]를 결정한다. 또한, 워크(W)의 제1 온도변화곡선(L1)(도 10 참조)을 취득하는 처리가 이루어진다. 제1 온도변화곡선(L1)에 기초하여, 브라인공급온도를 낮추어 갈 경우의 시간상수(T1), 브라인공급온도를 올려 갈 경우의 시간상수(T2)도 결정된다. 시간상수(T1, T2)는, 자동취득 외에, 설정부(72)를 구성하는 예컨대 기능키 등의 입력장치에 의한 수동입력도 가능하며, 또한, 개서도 가능하다. 시간상수(T1, T2)는 RAM(77)에 기억된다. 또한, 프로세스측의 조건(방열이나 냉각 등)이 바뀌지 않으면, 시간상수(T1)와 시간상수(T2)는 일치한다.

도 11에 나타낸 바와 같이, 컨트롤러(170)는, 브라인공급장치(10B)의 전원이 온되면(S100), 시간상수(T1, T2)의 수동입력을 행할지를 판단한다(S150). 수동입력을 행할 경우에는(S150:예), 시간상수(T1, T2)의 입력을 접수한다(S151). 입력된 시간상수(T1, T2)는 RAM(77)에 기억된다. 컨트롤러(170)는 샘플링모드가 선택되어 있는지, 워크온도제어모드가 선택되어 있는지를 판단한다(S200, S300). 샘플링모드가 선택되어 있는 경우에는 단계 S201로 진행하고, 워크온도제어모드가 선택되어 있는 경우에는 단계 S301로 진행한다.

(샘플링모드)

샘플링모드의 경우(S200:예), 컨트롤러(170)는 사용자에 의해 워크설정온도(SV(R))가 세트되고, 운전스위치가 온되면(S201:예), 제1 펌프(42) 및 제2 펌프(62)를 운전한다(S202). 컨트롤러(170)는 냉동기(50)를 운전하고(S203), 전기히터(61)를 온하고(S204), 도 12의 단계 S211로 진행한다. 프로세스히터(32)는 오프인 상태이며, 워크(W)에의 열부하는 0%이다.

1차회로(11)에서는, 제1 펌프(42)에 의해 브라인탱크(41)로부터 내보내진 브라인이 열교환기(43)에 있어서 냉매와의 사이에서 열교환을 행하여 냉각된다. 배관(45)(45a∼45d의 총칭)을 통해 순환하는 브라인은 냉동기(50)의 작동에 따라 비교적 낮은 온도가 된다.

한편, 2차회로(12)에서는, 전기히터(61)에 의해 주울열이 부가된 브라인이 제2 펌프(62)에 의해 내보내지고, 일정유량으로 부하회로(20)를 흐른다. 배관(65a∼65d, 65g) 및 부하회로(20)를 통해 순환하는 브라인은 전기히터(61)의 작동에 따라 비교적 높은 온도로 된다. 컨트롤러(170)는 브라인의 현재의 공급온도(Pt1), 워크온도(Pt2) 및 워크설정온도(SV(R))에 기초하여, 전기히터(61)의 작동을 온 또는오프한다. 도 17에 나타낸 바와 같이, 브라인공급온도(Pt1)의 상승에 따라, 워크온도(Pt2)도 상승한다.

제1 온도센서(81)에 의해 브라인공급온도(Pt1)를 검출하고, 제2 온도센서(82)에 의해 워크온도(Pt2)를 검출하고, 제3 온도센서(83)에 의해 브라인의 복귀온도(Pt3)를 검출하고, 유량센서(85)에 의해 브라인의 실제의 순환유량(F)을 검출한다(S211).

컨트롤러(170)는, 워크설정온도(SV(R))와 워크온도(Pt2)와의 편차dt=SV(R)-Pt2를 연산하고(S212), 브라인의 목표온도(SV(S))를 SV(S)=Pt1+dt=Pt1+(SV(R)-Pt2)로부터 결정한다(S213).

컨트롤러(170)는 결정한 브라인목표온도(SV(S))에 따른 조작량을 전기히터(61)로 출력한다. 전기히터(61)가 온·오프제어된다. 브라인공급온도(Pt1)를 내리는 경우에는, 컨트롤러(170)는 밸브(114)를 소정시간 연다. 필요한 양의 브라인이 연락통로(113)를 통해 1차회로(11)로부터 2차회로(12)로 들어간다.

이어서, 컨트롤러(170)는, 워크온도(Pt2)가 워크설정온도(SV(R))에 도달하였는지를 판단한다(S214). 구체적으로는, SV(R)-Pt2의 절대값이 허용오차(β)보다 작은지의 여부가 판단된다. 허용오차(β)는 예컨대 0.1∼0.2℃이다.

도달하지 않았을 경우에는(S214:아니오), 처리는 단계 S211로 복귀하고, 컨트롤러(170)는 상술한 제어를 반복한다(S211∼S214:아니오).

도달하였을 경우에는(S214:예), 그 때의 목표온도(SV(S))가 프로세스측의 열부하가 0%일 때의 목표온도(SV(S))[0]으로 결정되고(S215), RAM(77)에 기억된다.

이어서, 컨트롤러(170)는, 시간상수(T1, T2)가 인식되었는지를 판단한다(S216). 시간상수(T1, T2)가 이미 수동입력되어 있는 경우에는, 시간상수(T1, T2)가 인식되었다고 판단되며(S216:예), 처리는 단계 S218로 진행한다. 한편, 시간상수(T1, T2)가 수동입력되어 있지 않는 경우에는, 시간상수(T1, T2)가 인식되지 않았다고 판단되며(S216:아니오), 시간상수(T1, T2)의 자동인식처리(S217)가 실행된다. 시간상수(T1, T2)의 자동인식처리(S217)에 대하여는 후술하기로 한다.

도 17에 나타낸 바와 같이, 목표온도(SV(S))[0]를 결정한 후의 시간(t0)에 있어서, 프로세스측의 열부하가 100%일 때의 목표온도(SV(S))[100]를 결정하기 위해, 프로세스히터(32)를 온한다. 컨트롤러(170)는 전원(33)으로부터의 온신호를 검출하여 열부하가 부가된 것을 검출하고(S218:예), 도 13의 단계 S221로 진핸한다.

도 13을 참조하여, 단계 S221∼S224에서는, 단계 S211∼S214와 동일한 처리가 이루어진다. 워크온도(Pt2)가 워크설정온도(SV(R))로 조정되어 있는 경우에는(S224:예), 그 때의 목표온도(SV(S)))가 프로세스측의 열부하가 100%일 때의 목표온도(SV(S))[100]로 결정되고(S225), RAM(77)에 기억된다.

이어서, 컨트롤러(170)는, SV(S)[0]과 SV(S)[100]과의 차를SV(S)로서 세트하고(S226), RAM(77)에 기억한다.

프로세스히터(32)가 온되고(S227:예), 운전스위치가 오프되면(S228:예), 샘플링모드운전을 종료하고, 처리는 도 11의 단계S200으로 복귀한다.

(시간상수(T1, T2)의 자동인식처리(S217))

도 14에 나타낸 바와 같이, 단계 S215에서 결정한 목표온도(SV(S))[0]를 목표온도(SV(S))로 세트하고(S231), 브라인공급온도(Pt1)를 일정하게 한 상태에서, 프로세스히터(32)를 온한다(S232). 이와 같이 프로세스측의 열부하를 오프로부터 온으로 변경한 다음, 소정의 시간간격으로 워크온도(Pt2)를 샘플링한다. 도 10에 나타내어진 제1 온도변화곡선(L1)의 취득을 개시한다. 워크온도(Pt2)는 시간의 경과와 함께 상승한다.

워크온도(Pt2)의 변화량이 소정의 값 이하로 되고, 워크온도(Pt2)가 집속 즉, 수렴하였다고 판단되면(S233:예), 취득한 제1 온도변화곡선(L1)에 기초하여, 브라인공급온도를 낮추어 갈 경우의 시간상수(T1)를 산출하여, 결정한다(S234).

그런 다음, 브라인공급온도(Pt1)를 일정하게 한 상태에서, 프로세스히터(32)를 오프한다(S235). 이와 같이 프로세스측의 열부하를 온으로부터 오프로 변경한 후에도, 소정의 시간간격으로 워크온도(Pt2)를 계속 샘플링하고, 제1 온도변화곡선(L1)의 취득을 계속한다. 워크온도(Pt2)는 시간의 경과와 함께 하강한다.

워크온도(Pt2)가 워크설정온도(SV(R))로 조정되었다고 판단되면(S236:예), 취득한 제1 온도변화곡선(L1)에 기초하여, 브라인공급온도를 높여 갈 경우의 시간상수(t2)를 산출하고, 결정한다(S237).

취득한 제1 온도변화곡선(L1), 자동취득한 시간상수(T1, T2)에 관한 데이터는 RAM(77)에 기억된다.

(워크온도제어모드)

도 11을 참조하여, 워크온도 제어모드의 경우(S300:예), 컨트롤러(170)는 운전스위치가 온되면(S301:예), 단계 S202∼S204의 처리와 마찬가지로, 제1 펌프(42) 및 제2 펌프(62)를 운전하고(S302), 전기히터(61)를 온한다(S304).

프로세스히터(32)는 오프인 채, 컨트롤러(170)는 상술한 단계 S211∼S214와 동일한 처리를 행하고, 워크온도(Pt2)를 워크설정온도(SV(R))로 조정한다. 즉, 컨트롤러(170)는 SV(R)-Pt2의 절대값이 허용오차(β)보다 작아질 때까지, 브라인공급온도(Pt1), 워크온도(Pt2) 및 워크설정온도(SV(R))에 따른 목표온도(SV(S))의 결정, 결정한 목표온도(SV(S))에 따른 전기히터(61)의 작동의 온·오프제어 및 밸브(114)의 개폐제어를 반복하여, 워크온도(Pt2)를 워크설정온도(SV(R))로 조정한다.

안정상태로 이행한 다음에는, 컨트롤러(170)는, 외부열원(31)에 의한 워크(W)에 대한 열부하가 변경되었는지 항상 감시하고 있다.

도 18b의 시간(t0)에 있어서 프로세스히터(32)가 온되면, 컨트롤러(170)는 전원(33)으로부터의 온신호를 검출하여 열부하의 부여가 개시된 것을 검출한다(도 15의 S311:예).

워크(W)로의 열부하의 부여가 개시되면 워크(W)에의 축열이 시작되기 때문에, 그에 따라, 브라인공급온도를 낮추어 갈 필요가 있다. 따라서, 컨트롤러(170)는, SV(S)[0], SV(S)[100], 브라인공급온도를 낮추어 갈 경우의 시간상수(T1)로부터, 목표온도(SV(S))를 연산한다(S312). 구체적으로는 하기의 식으로부터 연산한다.

SV(S)=SV(R)-SV(S)×{1-e^(-t/T1)}

여기서, SV(R):워크설정온도

SV(S):SV(S)[0]-SV(S)[100]

t:시간

T1:브라인공급온도를 낮추어 갈 경우의 시간상수

이다.

컨트롤러(170)는, 프로세스측의 전원(33)으로부터의 전력출력신호에 기초하여, 워크(W)에 실제로 부여된 열량을 검출하고 있다. 그리고, 컨트롤러(170)는, 제1 온도변화곡선(L1)을 취득하였을 때의 열부하의 열량과, 검출한 열량이 서로 다를 경우에는, 열량의 서로 다름에 따라 제1 온도변화곡선(L1)을 보정하고, SV(S)[100]을 보정한 다음, 상기 연산을 행한다.

연산된 목표온도(SV(S))는, 기본적 동작원리에 있어서 설명한 바와 같이, 제1 온도변화곡선(L1)과 선대칭을 이루는 제2 온도변화곡선(L2)을 실현하는 브라인의 목표온도변화곡선(L3)을 따르는 온도가 된다.

이어서, 컨트롤러(170)는, 브라인공급온도(Pt1), 워크온도(Pt2), 브라인의 복귀온도(Pt3), 브라인의 실제의 순환유량(F)을 검출하고(S313), 워크온도(Pt2)가 워크설정온도(SV(R))에 도달하였는지를 판단한다(S314). 구체적으로는, SV(R)-Pt2의 절대값이 허용오차(β)보다 작은지의 여부가 판단된다.

워크온도(Pt2)가 워크설정온도(SV(R))로 조정되어 있는 경우에는(S314:예), 목표온도(SV(S))는 보정되지 않고, 그 때의 목표온도(SV(S))가 계속되어사용된다(S315). 컨트롤러(170)는, 프로세스히터(32)가 오프될 때까지(S319:예), 상술한 제어를 반복한다(S312∼S315, S319:아니오). 목표온도(SV(S))에 기초하여, 전기히터(61)의 온·오프제어 및 밸브(114)의 개폐제어가 계속된다.

도달하지 않은 경우에는(S314:아니오), 목표온도(SV(S))가 보정된다. 즉, 컨트롤러(170)는 워크설정온도(SV(R))와 워크온도(Pt2)와의 편차dt=SV(R)-Pt2를 연산하고(S316), SV(S)[100]+dt를 새로운 SV(S)[100]으로 세트하고(S317),SV(S)+dt를 새로운SV(S)로 세트한다(S318).

컨트롤러(170)는, 프로세스히터(32)가 오프될 때까지(S319:예), 새로운 SV(S)를 이용하여 목표온도(SV(S))를 다시 연산하면서 상술한 제어를 반복한다(S312∼S314:아니오, S316∼S319:아니오).

도 18b의 시간(t1)에 있어서 프로세스히터(32)가 오프되면, 컨트롤러(170)는 전원(33)으로부터의 오프신호를 검출하여 열부하의 부여가 정지된 것을 검출한다(S319:예). 처리는 도 16의 단계 S321로 진행한다.

워크(W)에의 열부하의 부여가 정지되면 워크(W)로부터의 방열이 시작되기 때문에, 그에 따라, 브라인공급온도를 높여갈 필요가 있다. 따라서, 컨트롤러(170)는, SV(S)[0], SV(S)[100], 브라인공급온도를 높여 갈 경우의 시간정수(T2)로부터 목표온도(SV(S))를 연산한다(S321). 구체적으로는, 하기의 식으로부터 연산한다.

SV(S)=(SV(R)-SV(S))

+SV(S)×{1-e^(-t/T2)}

여기서, SV(R):워크설정온도

SV(S):SV(S)[0]-SV(S)[100]

t:시간

T2:브라인공급온도를 높여갈 경우의 시간상수

이다.

연산된 목표온도(SV(S))는 브라인의 목표온도 변화곡선(L3)을 따르는 온도가 된다.

이어서, 컨트롤러(170)는, 브라인공급온도(Pt1), 워크온도(Pt2), 브라인의 복귀온도(Pt3), 브라인의 실제의 순환유량(F)을 검출하고(S322), 워크온도(Pt2)가 워크설정온도(SV(R))에 도달하였는지를 판단한다(S323). 구체적으로는, SV(R)-Pt2의 절대값이 허용오차(β)보다 작은지의 여부가 판단된다.

워크온도(Pt2)가 워크설정온도(SV(R))로 조정되어 있는 경우에는(S323:예), 목표온도(SV(S))는 보정되지 않고, 그 때의 목표온도(SV(S))가 계속하여 사용된다(S324). 컨트롤러(170)는 운전이 계속되고 있는 중에는(S328:아니오) 프로세스히터(32)가 온될 때까지(S329:예), 상술한 제어를 반복한다(S321∼S324, S328:아니오, S329:아니오). 목표온도(SV(S))에 기초하여, 전기히터(61)의 온·오프제어 및 밸브(114)의 개폐제어가 계속된다.

도달하지 않은 경우에는(S323:아니오), 목표온도(SV(S))가 보정된다. 즉, 컨트롤러(170)는, 워크설정온도(SV(R))와 워크온도(Pt2)와의 편차dt=SV(R)-Pt2를 연산하고(S325), SV(S)[0]+dt를 새로운 SV(S)[0]으로 세트하고(S326),SV(S)+dt를새로운SV(S)로 세트한다(S327).

컨트롤러(170)는, 운전이 계속되고 있는 동안에는(S328:아니오), 프로세스히터(32)가 온될때까지(S329:예), 새로운SV(S)를 이용하여 목표온도(SV(S))를 다시 연산하면서 상술한 제어를 반복한다(S321∼S323:아니오, S325∼S328:아니오, S329:아니오).

운전이 계속되고 있는 동안에(S328:아니오), 프로세스히터(32)가 온되면(S329:예), 처리는 도 15의 단계 S312로 진행하고, 워크(W)에의 열부하의 부여가 개시되었을 때의 상술한 제어가 이루어진다.

또한, 운전스위치가 오프되면(S328:예), 워크온도제어모드운전을 종료하고, 처리는 도 11의 단계 S200으로 복귀한다.

제2 실시형태의 브라인공급장치(10B)에 의하면, 브라인공급온도를 일정하게 한 채, 프로세스히터(32)를 오프로부터 온하였을 때의 워크(W)의 온도상승특성 및 온으로부터 오프하였을 때의 워크(W)의 온도하강특성을 기억하고 있다. 이 때문에, 프로세스히터(32)로부터 워크(W)에 변경되는 열부하가 부여되는 타이밍에 늦지 않고, 즉, 열부하의 부여의 개시나 열부하의 부여의 정지를 검출함과 동시에, 열부하의 변경에 합치한 목표온도(SV(S))를 연산에 의해 구할 수 있다. 이와 같이, 워크(W)에 부여되는 열부하의 변경에 따른 온도변화가 워크(W)에 나타나기 전에, 목표온도(SV(S))를 예측적으로 설정하기 때문에, 워크온도(Pt2)와 워크설정온도(SV(R))와의 차가 PID제어와 같은 피드백제어일 때만큼 커지지 않는다. 그 결과, 단시간에 큰 열부하의 변경이 이루어지는 경우라도, 피드백제어에 비하여 작은 핸칭으로 워크(W)의 온도를 일정하게 제어할 수 있고, 워크(W)를 워크설정온도(SV(R))로 조정하는 제어의 안정성이 현저하게 높아진다.

또한, 워크온도(Pt2)와 워크설정온도(SV(R))와의 사이의 작은 어긋남을 피드백하고, 두 온도의 차가 허용오차(β)이상일 경우에는 브라인목표온도(SV(S))를 보정하도록 하였기 때문에, 워크(W)의 온도제어를 정밀하게 행할 수 있다.

따라서, 브라인공급장치(10B)는, 도 18b에 나타낸 바와 같이, 부여되는 열부하가 변경되는 워크(W)의 온도변화에 대한 고속추종성을 실현할 수 있고, 워크온도(Pt2)를 보다 한층 안정화시키는 것이 가능해진다. 예컨대, 온도변화±0.5℃의 높은 정밀도로, 워크(W)의 온도를 제어할 수 있었다. 또한, 열부하의 변경 즉 프로세스히터(32)의 온·오프는, 예컨대, 5분마다 절환된다. 프로세스히터(32)에 의해 부여되는 열부하의 열량은 예컨대 500W이다.

[변형예]

상술한 실시형태에서는, 워크온도(Pt2)는 워크(W)를 탑재한 플레이트(24)의 온도를 제2 온도센서(82)에 의해 측정함으로써 검출하고 있는데, 워크(W)의 현재온도의 검출은 이러한 경우에 한정되지 않는다. 제2 온도센서(82)를 워크(W)에 직접접촉시키고, 워크(W)자체의 현재온도를 검출하여도 좋다. 또한, 워크(W)에 접촉하는 브라인의 온도를 측정하여, 워크(W)의 현재온도를 검출하여도 좋다.

본 발명은, 상술한 실시형태의 구체예에만 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 개념으로부터 벗어나지 않고, 각종 다양한 변경 혹은 수정을 실시할 수 있는 것이다.

본 발명에 따른 온도제어장치는 1세트의 PID상수만으로 온도를 정밀하게 제어할 수 있으며, 단시간에 큰 열부하의 변경이 이루어지는 경우라도, 피드백제어에 비하여 작은 핸칭으로 부하온도를 일정하게 제어할 수 있고, 부하를 설정온도로 조정하는 제어의 안정성을 높이는 것이 가능해진다.

Claims

제1 열매체의 온도를 소정의 온도로 조정하는 1차회로와,

부하에 공급되는 제2 열매체를 목표온도(SV(S))로 조정하는 2차회로와,

제2 열매체에 혼합되거나, 또는 제2 열매체와의 사이에서 열교환되는 제1 열매체의 유량을 조정하는 밸브와,

제2 열매체의 현재의 공급온도(Pt1)를 검출하는 공급온도검출부와,

제2 열매체의 목표온도(SV(S)), 제2 열매체의 현재의 공급온도(Pt1), 및 미리 설정된 1세트의 PID 상수에 기초하여, 상기 밸브의 조작량(MV)을 연산하는 PID연산부와,

상기 PID연산부에서 연산된 조작량(MV)을 보정하여 보정조작량(MV')을 연산하는 PID 연산부와,

상기 PID연산부에서 연산된 조작량(MV)을 보정하여 보정조작량(MV')을 연산하는 보정연산부와,

보정조작량(MV')에 기초하여 상기 밸브의 작동을 제어하는 제어부를 가지며,

보정조작량(MV') 에 기초하여 상기 밸브의 작동을 제어함으로써, 조작량(MV)의 변화량(MV)을 제2 열매체의 현재의 공급온도(Pt1)의 변화량(PV)에 비례시킨 것을 특징으로 하는 온도제어장치.
제 1항에 있어서, 상기 보정연산부에 있어서 조작량(MV)에 승산되는 보정계수(k)(0k1)는,

k=1-(Pt1-PV1)(1-n)/(PV2-PV1)

여기서,

PV1:제2 열매체의 사용온도의 하한치

PV2:제2 열매체의 사용온도의 상한치

Pt1: 제2 열매체의 현재의 공급온도

n:제2 열매체의 공급온도가 상한치(PV2)일 때의 조작량을 제한하는 상수

로 정의된다.
제 1항에 있어서, 제2 열매체의 목표온도(SV(S))를 설정하는 설정부를 더 갖는 온도제어장치.
제 1항에 있어서, 부하의 현재의 온도(Pt2)를 검출하는 부하온도검출부와,

부하의 설정온도(SV(R))를 설정하는 설정부와,

부하의 설정온도(SV(R)), 부하의 현재의 온도(Pt2), 및 제2 열매체의 현재의 공급온도(Pt1)에 기초하여, 제2 열매체의 목표온도(SV(S))를 연산하는 목표온도 연산부를 더 갖는 온도제어장치.
제 4항에 있어서, 상기 부하온도검출부는, 부하자체의 온도, 부하에 접촉하는 제2 열매체의 온도, 또는 부하를 통과한 제2 열매체의 복귀온도를 측정함으로써, 부하의 현재의 온도(Pt2)를 검출하는 온도제어장치.
제 1항에 있어서, 상기 1차회로는, 상기 밸브를 통과하는 제1 열매체의 온도를 제2 열매체의 목표온도(SV(S))보다 낮은 온도로 조정하는 온도제어장치.
제 1항에 있어서, 상기 2차회로는, 제2 열매체를 가열하는 가열부를 더 갖는 온도제어장치.
제 1항에 있어서, 상기 밸브는, 제1 열매체의 유량을 제로 또는 최대로 하는 개폐밸브, 또는 제1 열매체의 유량을 연속적으로 변화시키는 유량제어밸브인 온도제어장치.
외부열원으로부터 부여되는 열부하가 변경되는 부하의 온도를 설정온도(SV(R))로 유지하는 온도제어장치에 있어서,

부하로 공급되는 열매체의 현재의 공급온도(Pt1)를 검출하는 공급온도검출부와,

부하의 현재의 온도(Pt2)를 검출하는 부하온도 검출부와,

열매체의 공급온도(Pt1)를 조정하는 조정부와,

열매체의 공급온도(Pt1)를 일정하게 한 채, 상기 열부하가 변경되었을 때의 부하의 제1 온도변화곡선(L1)을 미리 취득하는 취득부와,

부하의 설정온도(SV(R))를 기준으로 하여 상기 제1 온도변화곡선(L1)과 선대칭을 이루는, 부하의 가상적인 제2 온도변화곡선(L2)을 산출하는 제1 산출부와,

상기 제2 온도변화곡선(L2)을 실현하는 열매체의 목표온도변화곡선(L3)을 산출하는 제2 산출부와,

상기 외부열원으로부터 부하로 부여되는 상기 열부하가 변경되었을 경우, 열매체의 공급온도(Pt1)가 상기 목표온도변화곡선(L3)에 따라 변화하도록 상기 조정부를 제어하는 제어부를 갖는 온도제어장치.
제 9항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 외부열원으로부터 부하로 부여되는 열부하가 변경된 것을 검출하는 온도제어장치.
제 9항에 있어서, 상기 제어부는 상기 외부열원으로부터 부하로 실제로 부여된 열량을 검출하는 온도제어장치.
제 11항에 있어서, 상기 제1 연산부는, 부하로 실제로 부여된 열량에 기초하여, 제1 온도변화곡선(L1)을 보정하는 온도제어장치.
제 9항에 있어서, 상기 조정부는, 열매체를 냉각하는 냉각부와,

상기 냉각부에 의해 냉각된 열매체의 일부를 부하로 공급되는 열매체에 혼합하는 밸브를 포함하는 온도제어장치.
제 9항에 있어서, 상기 조정부는 열매체를 가열하는 가열부를 포함하는 온도제어장치.
제 13항에 있어서, 상기 밸브와 부하와의 사이에 배치되는 버퍼탱크를 더 갖는 온도제어장치.
제 15항에 있어서, 상기 버퍼탱크는, 부하로 공급되는 열매체의 온도흐트러짐을 제거하는 온도제어장치.
제 9항에 있어서, 상기 부하온도 검출부는, 부하자체의 온도, 또는 부하에 접촉하는 열매체의 온도를 측정함으로써 부하의 현재의 온도(Pt2)를 검출하는 온도제어장치.