KR20080096426A - 온도 제어 장치 - Google Patents

Abstract

피제어 대상의 근방에 배치되는 온도 조절부(11)에 유체를 순환시킴으로써 피제어 대상의 온도를 원하는 온도로 제어하는 온도 제어 장치이며, 유체를 가열하여 온도 조절부(11)에 순환시키는 가열 통로(40)와, 유체를 냉각하여 온도 조절부(11)에 순환시키는 냉각 통로(20)와, 가열 통로(40) 및 냉각 통로(20)를 통과하지 않고, 유체를 온도 조절부(11)에 순환시키는 바이패스 통로(30)와, 가열 통로(40), 냉각 통로(20) 및 바이패스 통로(30)로부터, 이것들이 합류하는 합류부(12)를 통해 온도 조절부(11)로 출력되는 유체의 유량비를 조절하는 조절 수단(44, 24, 34)을 구비한다. 조절 수단(44, 24, 34)은, 가열 통로(40), 냉각 통로(20) 및 바이패스 통로(30)의 각각의 하류측이며 또한 합류부(12)의 상류측에 설치되어 이루어진다.

온도 제어 장치, 냉각 통로, 가열 통로, 바이패스 통로, 온도 조절 플레이트

Description

온도 제어 장치 {TEMPERATURE CONTROL DEVICE}

본 발명은, 피제어 대상의 근방에 배치되는 온도 조절부에 유체를 순환시킴으로써 상기 피제어 대상의 온도를 원하는 온도로 제어하는 온도 제어 장치에 관한 것이다.

도12에, 이러한 종류의 온도 제어 장치를 도시한다. 저장 탱크(100) 내의 유체는, 펌프(102)에 의해 흡입되어 가열부(104)측으로 토출된다. 가열부(104)는 히터 등을 구비하여, 온도 조절부(106)로 출력하는 유체를 가열 가능하게 되어 있다. 온도 조절부(106)를 통과한 유체는 냉각부(108)로 출력된다. 냉각부(108)에서는 저장 탱크(100)로 출력하는 유체를 냉각 가능하게 되어 있다.

온도 조절부(106)는 피제어 대상을 지지 가능한 구성으로 되어 있고, 온도 조절부(106)에 공급되는 유체의 온도를 조절함으로써, 온도 조절부(106)에 지지되는 피제어 대상의 온도가 제어된다. 여기서, 피제어 대상의 온도를 상승시키고자 할 때에는, 냉각부(108)에서 유체를 냉각하지 않고 또한, 가열부(104)에서 유체를 가열한다. 한편, 피제어 대상의 온도를 저하시키고자 할 때에는, 냉각부(108)에서 유체를 냉각하고 또한, 가열부(104)에서는 유체를 가열하지 않는다. 이에 의해, 피제어 대상의 온도를 원하는 온도로 제어할 수 있다.

또한, 종래의 온도 제어 장치로서는, 도12에 도시한 것 이외에도, 예를 들어 하기 특허 문헌 1에 기재되어 있는 것도 있다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 출원 공개 제2000-89832호 공보

그런데, 상기 온도 제어 장치에서는, 피제어 대상의 온도를 원하는 온도로 변경하는 데 장시간을 필요로 한다. 즉, 피제어 대상의 온도를 냉각하고자 하는 경우에는, 가열부(104)에 의한 가열을 정지하는 동시에 냉각부(108)에 의한 냉각을 개시할 필요가 있지만, 가열부(104)에 의한 가열의 정지 후라도, 여열에 의해 가열부(104)로부터 잠시 동안은 고온의 유체가 출력된다. 또한, 냉각부(108)에 의한 냉각을 개시하였다고 해도, 유체가 실제로 냉각될 때까지는 시간을 필요로 하고, 또한 저장 탱크(100) 내의 유체의 온도가 저하되기 위해서는 더욱 장시간을 필요로 한다. 이로 인해, 온도 조절부(106) 내의 온도를 신속하게 변경할 수 없고, 나아가서는 피제어 대상의 온도를 신속하게 변경할 수 없다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 목적은 피제어 대상의 근방에 배치되는 온도 조절부에 유체를 순환시킴으로써 상기 피제어 대상의 온도를 원하는 온도로 제어할 때에, 그 피제어 대상의 온도를 원하는 온도로 신속하게 추종시킬 수 있는 온도 제어 장치를 제공하는 데 있다.

이하, 상기 과제를 해결하기 위한 수단 및 그 작용 효과에 대해 기재한다.

수단 1은, 피제어 대상의 근방에 배치되는 온도 조절부에 유체를 순환시킴으로써 상기 피제어 대상의 온도를 원하는 온도로 제어하는 온도 제어 장치로, 상기 유체를 가열하여 상기 온도 조절부에 순환시키는 가열 통로와, 상기 유체를 냉각하 여 상기 온도 조절부에 순환시키는 냉각 통로와, 상기 가열 통로 및 상기 냉각 통로를 통과하지 않고, 상기 유체를 상기 온도 조절부에 순환시키는 바이패스 통로와, 상기 가열 통로, 상기 냉각 통로 및 상기 바이패스 통로로부터 이것들이 합류하는 합류부를 통해 상기 온도 조절부로 출력되는 유체의 유량비를 조절하는 조절 수단을 구비한다. 상기 조절 수단은, 상기 가열 통로, 상기 냉각 통로 및 상기 바이패스 통로의 각각의 하류측이며 또한 상기 합류부의 상류측에 설치되어 이루어진다.

상기 수단 1에서는, 가열 통로, 냉각 통로 및 바이패스 통로를 통해 온도 조절부로 출력되는 유량비를 조절함으로써, 온도 조절부로 출력되는 유체의 온도를 신속하게 변화시킬 수 있다. 특히, 유량비가, 가열 통로, 냉각 통로 및 바이패스 통로의 하류측 또한 합류부의 상류측에서 조절되므로, 유량비의 조절 부위와 온도 조절부의 거리를 최대한 단축할 수 있고, 나아가서는 온도 조절부로 출력되는 유체의 온도를 한층 더 신속하게 변화시킬 수 있다. 이로 인해, 피제어 대상의 온도를 원하는 온도로 제어할 때, 피제어 대상의 온도를 원하는 온도로 신속하게 추종시킬 수 있다.

또한, 상기 합류부의 유로 면적은, 가열 통로, 냉각 통로 및 바이패스 통로를 통해 유입되어 온 유체의 유속을 가능한 한 저하시키지 않도록, 최대한 작게 하는 것이 바람직하다. 여기서, 유체의 유속이라 함은, 유통 방향으로의 유체의 진행 속도이다.

또한, 상기 조절 수단은, 가열 통로, 냉각 통로 및 바이패스 통로를 통해 온 도 조절부로 출력되는 유량비를 각각 별도로 조절하는 수단인 것을 특징으로 해도 좋다.

수단 2는, 피제어 대상의 근방에 배치되는 온도 조절부에 유체를 순환시킴으로써 상기 피제어 대상의 온도를 원하는 온도로 제어하는 온도 제어 장치로, 상기 유체를 가열하여 상기 온도 조절부에 순환시키는 가열 통로와, 상기 유체를 냉각하여 상기 온도 조절부에 순환시키는 냉각 통로와, 상기 가열 통로 및 상기 냉각 통로를 통과하지 않고 상기 유체를 상기 온도 조절부에 순환시키는 바이패스 통로와, 상기 가열 통로, 상기 냉각 통로 및 상기 바이패스 통로의 각각의 하류측의 유로 면적을 조절하는 조절 수단을 구비한다.

상기 수단 2에서는, 가열 통로, 냉각 통로 및 바이패스 통로의 각각의 하류측의 유로 면적을 조절함으로써, 이들 가열 통로, 냉각 통로 및 바이패스 통로를 통해 온도 조절부로 출력되는 유량비를 조절할 수 있다. 이로 인해, 온도 조절부로 출력되는 유체의 온도를 신속하게 변화시킬 수 있다. 이로 인해, 피제어 대상의 온도를 원하는 온도로 제어할 때, 피제어 대상의 온도를 원하는 온도로 신속하게 추종시킬 수 있다.

수단 3은, 상기 가열 통로와 상기 냉각 통로 사이에서, 상기 바이패스 통로가 공유화되어 이루어진다.

상기 수단 3에서는, 가열 통로 및 바이패스 통로로부터 온도 조절부로 유체가 출력되는 경우와, 냉각 통로 및 바이패스 통로로부터 온도 조절부로 유체가 출력되는 경우에서, 공통의 바이패스 통로를 이용할 수 있다. 이로 인해, 각각 별도 의 바이패스 통로를 이용해야 하는 경우와 비교하여, 온도 제어 장치의 구조를 간소화할 수 있다.

수단 4는, 상기 가열 통로 및 상기 냉각 통로의 상류측에, 상기 조절 수단을 우회하여 상기 유체를 유출시키는 유출 통로가 형성되어 이루어진다.

가열 통로나 냉각 통로로부터 온도 조절부로의 유체의 유출이 금지되어 있는 경우, 조절 수단의 하류측과 상기 금지되어 있는 통로 사이에 온도 구배가 생긴다. 이로 인해, 금지가 해제된 직후에 있어서는, 온도 조절부로 유출되는 유체의 온도가 온도 구배의 영향을 받으므로, 온도 조절부의 온도를 원하는 온도로 추종시킬 때까지 필요로 하는 시간이 장시간화될 우려가 있다. 이 점, 상기 수단 4에서는, 유출 통로를 구비함으로써, 유출 통로의 상류측에 있어서의 온도 구배를 적절하게 억제할 수 있고, 나아가서는 온도 조절부의 온도를 원하는 온도로 보다 신속하게 추종시킬 수 있다.

또한, 수단 4는, 상기 가열 통로 중 상기 조절 수단보다도 상류측에는, 그 온도를 검출하는 가열측 온도 검출 수단이 설치되어 있고, 상기 냉각 통로 중 상기 조절 수단보다도 상류측에는, 그 온도를 검출하는 냉각측 온도 검출 수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 해도 좋다. 이 경우, 상기 유출 통로를 구비함으로써, 가열 통로나 냉각 통로로부터 온도 조절부로 유체의 유출이 금지되는 것에 기인하여 상기 검출 수단이 상기 온도 구배의 영향을 받는 것을 적절하게 억제할 수 있다.

수단 5는, 상기 온도 조절부보다도 하류측의 유체를 흡입하여 상기 가열 통로, 상기 냉각 통로 및 상기 바이패스 통로로 토출하는 펌프를 더 구비한다.

상기 수단 5에서는, 펌프를 이용하여 유체를 순환시킬 수 있다. 특히, 가열 통로, 냉각 통로 및 바이패스 통로보다도 상류측에 펌프를 배치함으로써, 가열 통로, 냉각 통로 및 바이패스 통로보다도 하류측 또한 온도 조절부보다도 상류측에 배치하는 경우와 비교하여, 조절 수단과 온도 조절부 사이의 유체의 유로 길이를 단축할 수 있다. 이로 인해, 조절 수단으로부터 출력되는 유체를 온도 조절부로 신속하게 도달시킬 수 있고, 나아가서는 온도 조절부의 온도를 원하는 온도로 보다 신속하게 추종시킬 수 있다.

수단 6에서는, 상기 가열 통로, 상기 냉각 통로 및 상기 바이패스 통로보다도 상류측이며 또한 상기 온도 조절부보다도 하류측에는, 상기 유체를 저장하는 저장 수단이 설치되어 있고, 상기 저장 수단은 온도에 따른 상기 유체의 체적 변화를 흡수하는 기능을 갖는다.

유체의 체적이 온도 의존성을 갖는 경우, 유체의 온도 변화에 기인하여 체적이 변화됨으로써, 유체의 순환이 방해될 우려가 있다. 이 점, 상기 수단 6에서는, 저장 수단이 체적 변화를 흡수하는 기능을 가지므로, 유체의 체적이 변화된 경우라도 유체의 순환을 적절하게 유지할 수 있다. 게다가, 저장 수단을, 가열 통로, 냉각 통로 및 바이패스 통로보다도 상류측에 배치함으로써, 저장 수단을, 가열 통로, 냉각 통로 및 바이패스 통로보다도 하류측이며 또한 온도 조절부보다도 상류측에 배치하는 경우와 비교하여, 조절 수단과 온도 조절부 사이의 유체의 유로 길이를 단축할 수 있다.

수단 7은, 상기 온도 조절부 근방의 유체의 온도를 목표치로 제어하기 위해, 상기 조절 수단을 조작하는 조작 수단을 더 구비한다.

상기 수단 7에서는, 조작 수단을 구비함으로써, 온도 조절부의 온도를 원하는 온도로 조절할 수 있다.

수단 8에 있어서, 상기 조작 수단은, 상기 온도 조절부 근방의 유체의 온도를 검출하는 출력 온도 검출 수단에 의한 검출치를 상기 목표치로 피드백 제어하는 것이다.

상기 수단 8에서는, 피드백 제어를 행하므로 검출치를 목표치로 고정밀도로 추종시킬 수 있다.

수단 9에 있어서, 상기 조절 수단은, 상기 가열 통로, 상기 냉각 통로 및 상기 바이패스 통로의 각각의 하류측의 유로 면적을 조절하는 수단이며, 상기 조작 수단은, 상기 검출치의 상기 목표치로부터의 괴리 정도를 기초로 한 양을, 상기 가열 통로, 상기 냉각 통로 및 상기 바이패스 통로의 각각의 유로 면적 조작량으로 변환하는 변환 수단을 구비한다.

상기 수단 9에서는, 변환 수단을 구비함으로써, 검출치의 목표치로부터의 괴리 정도를 단일의 양으로서 정량화하는 것만으로, 이 정량화된 양을 기초로 하여 상기 3개의 통로의 유로 면적을 조절(조작)할 수 있다.

또한, 변환 수단은, 검출치가 목표치보다도 큰 경우에는, 상기 괴리 정도의 변화에 대해 냉각 통로 및 바이패스 통로의 유로 면적을 변화시키는 것이고, 검출치가 목표치보다도 작은 경우에는, 상기 괴리 정도의 변화에 대해 가열 통로 및 바이패스 통로의 유로 면적을 변화시키는 것으로 하는 것이 바람직하다.

수단 10에 있어서, 상기 조작 수단은, 상기 목표치가 변화된 후 소정 기간에 걸쳐, 상기 피드백 제어 대신에 상기 바이패스 통로의 온도를 검출하는 바이패스 온도 검출 수단의 검출치를 기초로 하여 상기 온도 조절부 근방의 유체의 온도를 개방 루프 제어하기 위해, 상기 조절 수단을 조작한다.

목표치가 변화될 때에, 피드백 제어에 의해 검출치의 온도를 목표치로 신속하게 추종시키기 위해서는, 피드백 제어의 게인을 크게 하는 것이 요구된다. 그리고, 제어의 게인을 크게 하는 경우, 목표치의 상하로 검출치가 변동하는 변동량이 커진다. 이와 같이, 피드백 제어에 있어서는, 응답성의 향상과 변동량의 억제가 서로 트레이드오프의 관계에 있다. 이 점, 상기 수단 10에서는, 목표치가 변화된 후 소정 기간에 걸쳐 피드백 제어 대신에 개방 루프 제어를 하기 때문에, 목표치의 상하로 검출치가 변동하는 변동량을 억제하도록 피드백 제어를 설정하였다고 해도, 목표치의 변화시의 응답성을 높일 수 있다.

수단 11에 있어서, 상기 조절 수단은, 상기 가열 통로, 상기 냉각 통로 및 상기 바이패스 통로의 각각의 하류의 유로 면적을 조절하는 수단이며, 상기 조작 수단은, 상기 목표치가 변화될 때, 상기 바이패스 통로 내의 유체의 온도가 상기 목표치보다도 높은 경우에는, 상기 바이패스 통로 및 상기 냉각 통로의 유로 면적을 조작함으로써 상기 온도 조절부의 온도를 목표치로 개방 루프 제어하고, 상기 바이패스 통로 내의 유체의 온도가 상기 목표치보다도 낮은 경우에는, 상기 바이패스 통로 및 상기 가열 통로의 유로 면적을 조작함으로써 상기 온도 조절부의 온도를 목표치로 개방 루프 제어한다.

상기 수단 11에서는, 바이패스 통로 내의 유체의 온도가 상기 목표치보다도 높은 경우에는, 상기 바이패스 통로 및 상기 냉각 통로의 유로 면적을 조작함으로써, 가열 통로도 이용하는 경우와 비교하여 에너지 소비량을 저감할 수 있다. 또한, 바이패스 통로 내의 유체의 온도가 상기 목표치보다도 낮은 경우에는, 상기 바이패스 통로 및 상기 가열 통로의 유로 면적을 조작함으로써, 냉각 통로도 이용하는 경우와 비교하여 에너지 소비량을 저감할 수 있다.

수단 12는, 상기 온도 조절부의 온도에 관한 요구가 변화되는 경우, 상기 목표치를 상기 요구의 변화보다도 크게 변화시키는 과도시 목표치 설정 수단을 더 구비한다.

목표치가 변화된 후 온도 조절부의 온도를 목표치에 추종시키기 위해서는, 온도 조절된 유체에 의해 온도 조절부의 온도를 변화시킬 필요가 있기 때문에, 목표치로의 추종시에는 응답 지연이 생긴다. 또한, 피제어 대상의 온도를 변화시키기 위해서는, 온도 조절부의 온도가 변화된 후, 피제어 대상과 온도 조절부 사이에서 열에너지의 교환이 행해져야 하므로, 피제어 대상의 온도 변화의 응답 지연은 한층 더 현저해진다. 여기서, 상기 수단 12에서는, 실제의 요구가 변화될 때, 목표치의 변화를 요구의 변화보다도 크게 함으로써, 온도 조절부나 피제어 대상의 온도가, 요구되는 온도측으로 신속하게 변화되도록 할 수 있다.

수단 13은, 상기 개방 루프 제어의 게인, 상기 개방 루프 제어의 계속 시간 및 상기 개방 루프 제어시의 목표치의 설정 중 적어도 하나에 대해 복수의 선택지 중 임의의 하나를 선택하도록 외부에 재촉하여, 선택된 값에 따라서 상기 온도 제 어를 행하는 개방 루프 제어 적합 지원 수단을 더 구비한다.

개방 루프 제어에 있어서, 그 게인이나, 계속 시간, 목표치의 최적의 설정은 피제어 대상에 의존한다. 이로 인해, 온도 제어 장치에 있어서, 이들 파라미터를 처음부터 고정하여 부여해 둔 것으로는, 피제어 대상에 따라서는 개방 루프 제어를 최적으로 행할 수 없게 될 우려가 있다. 이 점, 상기 수단 13에서는, 적합 지원 수단을 구비함으로써, 온도 제어 장치의 사용자가 피제어 대상에 따라서 이들 파라미터의 적합을 행할 때의 노동력을 저감할 수 있다.

수단 14에 있어서, 상기 조절 수단은, 상기 가열 통로, 상기 냉각 통로 및 상기 바이패스 통로의 각각의 하류의 유로 면적을 조절하는 수단이며, 상기 조작 수단은, 상기 온도 조절부의 온도가 정상 상태인 경우, 상기 가열 통로 및 상기 냉각 통로에 대한 상기 조절 수단에 의해 조절되는 유로 면적이 제로로 되는 것을 금지한다.

가열 통로나 냉각 통로로부터 온도 조절부로 유체의 유출이 금지되어 있는 경우, 조절 수단의 하류측과 상기 금지되어 있는 통로 사이에 온도 구배가 생긴다. 이로 인해, 금지가 해제된 직후에 있어서는, 온도 조절부로 유출되는 유체의 온도가 온도 구배의 영향을 받으므로, 온도 조절부의 온도를 원하는 온도로 추종시킬 때까지 필요로 하는 시간이 장시간화될 우려가 있다. 이 점, 상기 수단 14에서는, 온도 조절부의 온도가 정상 상태인 경우, 가열 통로 및 냉각 통로의 상기 조절 수단에 의해 조절되는 유로 면적이 제로로 되는 것을 금지함으로써 온도 구배를 적절하게 억제할 수 있고, 나아가서는 온도 조절부의 온도를 원하는 온도로 보다 신속 하게 추종시킬 수 있다.

또한, 수단 14에서는, 상기 가열 통로 중 상기 조절 수단보다도 상류측에, 그 온도를 검출하는 가열측 온도 검출 수단이 설치되고, 상기 냉각 통로 중 상기 조절 수단보다도 상류측에는, 그 온도를 검출하는 냉각측 온도 검출 수단이 설치되어 있어도 좋다. 이 경우, 가열 통로나 냉각 통로로부터 온도 조절부로 유체의 유출이 금지됨으로써 상기 검출 수단이 상기 온도 구배의 영향을 받는 것을 적절하게 억제할 수 있다.

본 발명에 따르면, 가열 통로 및 냉각 통로를 통과하지 않고 유체를 온도 조절부에 순환시키는 바이패스 통로를 구비함으로써, 피제어 대상의 온도를 원하는 온도로 제어할 때, 그 피제어 대상의 온도를 원하는 온도에 신속하게 추종시킬 수 있다.

(제1 실시 형태)

이하, 본 발명에 관한 온도 제어 장치의 제1 실시 형태에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다.

도1에 본 실시 형태에 관한 온도 제어 장치의 전체 구성을 도시한다.

도시되는 온도 제어 장치는, 예를 들어 생물 공학 분야나 화학 공업 분야에 있어서의 가공·제조 공정이나, 생물학·화학 실험, 반도체 제조 공정, 혹은 정밀 기기의 제조 공정 등에 있어서 이용되는 것이다. 온도 제어 장치는, 온도 조절 플 레이트(10)를 구비하고 있다. 온도 조절 플레이트(10)는, 그 위에 피제어 대상을 얹음으로써, 피제어 대상을 연직 하방으로부터 지지 가능한 판 형상 부재로, 피제어 대상과 열에너지의 교환을 한다. 상세하게는, 온도 조절 플레이트(10) 내부에는, 합류부(12)를 통해 도입되는 비압축성 유체[열에너지의 교환을 중개하는 액상 매체(액상 온도 매체)인 것이 바람직함]가 유동하는 통로[온도 조절부(11)]가 형성되어 있고, 이 유체의 온도에 따라 온도 조절 플레이트(10)의 온도가 조절되도록 되어 있다. 또한, 피제어 대상으로서는, 예를 들어 피검 화학 물질, 반도체 웨이퍼, 정밀 기기 등이 있다.

온도 조절 플레이트(10) 내를 유동한 유체는, 출력 통로(14)를 통해 탱크(16)로 유입된다. 탱크(16)에는 유체가 충전되어 있지만, 그 상부에는 간극이 있어 기체가 주입되고 있다. 이로 인해, 온도 변화에 기인하여 유체의 체적 변화가 발생되었다고 해도, 이 변화는 압축성 유체로서의 기체에 의해 흡수된다. 그리고, 이에 의해, 유체의 체적 변화에 따라 유체의 유동이 방해되는 것이 회피된다.

탱크(16) 내의 유체는, 펌프(18)에 의해 흡입되어 분기부(19)로 출력된다. 여기서 펌프(18)는, 예를 들어 다이어프램 펌프나, 와류 펌프, 캐스케이드 펌프 등으로 이루어진다. 상기 분기부(19)에는, 냉각 통로(20), 바이패스 통로(30) 및 가열 통로(40)가 접속되어 있다.

냉각 통로(20)는, 분기부(19)로부터 유입되는 유체를 냉각하여 합류부(12)로 유출시킨다. 냉각 통로(20)에는, 그 일부를 덮도록 냉각부(22)가 설치되어 있다. 냉각부(22)는 분기부(19)로부터 유입된 유체를 냉각한다. 상세하게는, 냉각부(22) 에는 소정의 온도까지 냉각된 유체(물, 오일, 냉매 등)가 유동하는 통로가 형성되어 있고, 이 유체에 의해 냉각 통로(20) 내의 유체가 냉각되도록 되어 있다. 냉각 통로(20)는, 냉각부(22)의 상류측 단부와 하류측 단부 사이에 있어서 굴곡된 통로 구조를 가짐으로써, 냉각부(22) 내에 있어서의 냉각 통로(20) 내의 용적을 확대하고 있다. 또한, 이 굴곡 구조 대신에, 예를 들어 냉각부(22) 내에 있어서만 유로 면적을 확대함으로써, 냉각부(22) 내의 용적을 확대해도 좋다.

또한, 냉각 통로(20)의 하류측에는, 냉각 통로(20) 내의 유로 면적을 연속적으로 조절하는 냉각용 밸브(24)가 설치되어 있다. 그리고, 냉각 통로(20) 중 냉각용 밸브(24)보다도 상류측에는, 냉각 통로(20) 내의 유체의 온도를 검출하는 냉각용 온도 센서(26)가 설치되어 있고, 냉각용 밸브(24)보다도 하류측에는, 냉각 통로(20) 내의 유체의 질량 유량 또는 용적 유량을 검출하는 냉각용 유량계(28)가 설치되어 있다.

또한, 냉각 통로(20)는, 냉각부(22)보다도 하류측에 있어서는 그 유로 면적이 대략 일정하게 되는 것이 바람직하다.

한편, 바이패스 통로(30)는, 분기부(19)로부터 유입되는 유체를 그대로 합류부(12)를 통해 온도 조절부(11)로 유출시킨다. 바이패스 통로(30)의 하류측에는, 바이패스 통로(30) 내의 유로 면적을 연속적으로 조절하는 바이패스용 밸브(34)가 설치되어 있다. 그리고, 바이패스 통로(30) 중 바이패스용 밸브(34)보다도 상류측에는, 바이패스 통로(30) 내의 유체의 온도를 검출하는 바이패스용 온도 센서(36)가 설치되어 있고, 바이패스용 밸브(34)보다도 하류측에는, 바이패스 통로(30) 내 의 유체의 질량 유량 또는 용적 유량을 검출하는 바이패스용 유량계(38)가 설치되어 있다.

가열 통로(40)는, 분기부(19)로부터 유입되는 유체를 가열하여 합류부(12)로 유출시키기 위한 통로이다. 가열 통로(40)에는, 그 일부를 덮도록 가열부(42)가 설치되어 있다. 가열부(42)는 분기부(19)로부터 유입된 유체를 가열한다. 상세하게는, 가열부(42)에는 소정의 온도까지 가열된 유체(물, 오일, 가열 매체 등)가 유동하는 통로가 형성되어 있고, 이 유체에 의해 가열 통로(40) 내의 유체가 가열되도록 되어 있다. 가열 통로(40)는, 가열부(42)의 상류측 단부와 하류측 단부 사이에 있어서 굴곡된 유로 구조를 가짐으로써, 가열부(42) 내에 있어서의 가열 통로(40) 내의 용적을 확대하고 있다. 또한, 이 굴곡 구조 대신에, 예를 들어 가열부(42) 내에 있어서만 유로 면적을 확대함으로써, 가열부(42) 내의 용적을 확대해도 좋다.

또한, 가열 통로(40)의 하류측에는, 가열 통로(40) 내의 유로 면적을 연속적으로 조절하는 가열용 밸브(44)가 설치되어 있다. 그리고, 가열 통로(40) 중 가열용 밸브(44)보다도 상류측에는, 가열 통로(40) 내의 유체의 온도를 검출하는 가열용 온도 센서(46)가 설치되어 있고, 가열용 밸브(44)보다도 하류측에는, 가열 통로(40) 내의 유체의 질량 유량 또는 용적 유량을 검출하는 가열용 유량계(48)가 설치되어 있다.

또한, 가열 통로(40)는, 가열부(42)보다도 하류측에 있어서는 그 유로 면적이 대략 일정하게 되는 것이 바람직하다.

냉각 통로(20), 바이패스 통로(30) 및 가열 통로(40)는, 그 하류에 위치하는 합류부(12)에서 접속된다. 여기서, 합류부(12) 내의 유로 면적이나 합류부(12) 및 온도 조절부(11) 사이의 유로 면적은, 유체의 유속을 저감시키지 않는 범위에서 냉각 통로(20), 바이패스 통로(30) 및 가열 통로(40)의 유로 면적과 비교하여 가능한 한 확대되지 않도록 되는 것이 바람직하다. 즉, 합류부(12)나 합류부(12) 및 온도 조절부(11) 사이의 유로 면적은, 냉각용 밸브(24)나 바이패스용 밸브(34), 가열용 밸브(44)로부터 유출되는 유체의 유속을 가능한 한 저감시키지 않도록, 그 용적에 기인하는 유체의 체류를 억제할 수 있도록 설정되는 것이 바람직하다.

상기 합류부(12) 및 온도 조절부(11) 사이에는, 온도 조절부(11)로 출력되는 유체의 온도를 검출하는 출력 온도 센서(51)가 설치되어 있다.

한편, 제어 장치(50)는, 피제어 대상의 온도의 요구치[요구 온도(Tr)]에 따라서 냉각용 밸브(24)나, 바이패스용 밸브(34), 가열용 밸브(44)를 조작함으로써 온도 조절부(11) 내의 유체의 온도를 조절하고, 이에 의해 간접적으로 온도 조절 플레이트(10) 상의 피제어 대상의 온도를 제어한다. 이때, 제어 장치(50)는, 냉각용 온도 센서(26)나, 바이패스용 온도 센서(36), 가열용 온도 센서(46), 냉각용 유량계(28), 바이패스용 유량계(38), 가열용 유량계(48), 출력 온도 센서(51) 등의 검출치를 적절히 참조한다.

또한, 상기 제어 장치(50)는, 냉각용 밸브(24)나, 바이패스용 밸브(34), 가열용 밸브(44)를 구동하기 위한 드라이버부와, 상기 각종 검출 수단의 검출치를 기초로 하여 상기 드라이버부가 출력하는 조작 신호를 연산하기 위한 연산부를 구비 하고 있다. 이 연산부는, 전용의 하드웨어 수단에 의해 구성해도 좋고, 또한 마이크로 컴퓨터를 구비해도 좋다. 또는, 범용성이 있는 퍼스널 컴퓨터와, 이것에 연산시키기 위한 프로그램을 구비해도 좋다.

상기 온도 제어 장치에 따르면, 요구 온도(Tr)의 변화에 따라서 온도 조절부(11) 내의 온도를 신속하게 변화시킬 수 있다. 즉, 냉각 통로(20) 내의 유체의 온도가 요구 온도(Tr) 이하이며 또한 가열 통로(40) 내의 유체의 온도가 요구 온도(Tr) 이상인 범위에 있어서는, 요구 온도(Tr)가 어떠한 값으로 되어도, 냉각 통로(20), 바이패스 통로(30) 및 가열 통로(40)로부터의 유체의 유량을 조절함으로써 온도 조절부(11) 내의 온도를 신속하게 원하는 온도로 변화시킬 수 있다.

또한, 상기 온도 제어 장치는, 바이패스 통로(30)를 구비함으로써, 온도 조절부(11) 내의 온도를 소정의 온도로 유지할 때의 에너지 소비량을 저감할 수 있다. 이하, 이것에 대해 설명한다.

예를 들어, 온도 조절부(11)를 순환하는 유체를 물로 하고, 냉각 통로(20) 내의 온도가「10 ℃」이고, 가열 통로(40) 내의 온도를「70 ℃」로 하고, 온도 조절부(11) 내를 유동하는 유체의 유량을「20 L/분」으로 한다. 또한, 출력 온도 센서(51)의 검출치(Td)를「40 ℃」로 제어하여 정상 상태가 실현되어 있고, 온도 조절부(11)로부터 유출되는 유체의 온도가「43 ℃」로 상승되어 있는 것으로 한다. 이 경우, 냉각 통로(20) 및 바이패스 통로(30)의 유체를 온도 조절부(11)로 유출시키고, 가열 통로(40) 내의 유체에 대해서는 이것을 이용하지 않도록 함으로써 온도 제어를 행할 수 있다. 이때의 에너지 소비량에 대해 고찰한다.

냉각 통로(20)로부터 온도 조절부(11)로 유출되는 유체의 유량을「Wa」로 하면 이하의 식이 성립한다.

20(L/분) × 40(℃)

= 10(℃) × Wa + 43(℃) × (20 - Wa)

이것으로부터, Wa ≒「1.8 L/분」

이로 인해, 냉각부(22)에 있어서 소비되는 에너지 소비량(Qa)은 이하와 같이 된다.

Qa = (43 - 10) × 1.8 × 60(초) ÷ (860 : 변환 계수)

= 4.1 ㎾

이에 대해, 바이패스 통로(30)를 구비하지 않는 구성의 경우, 냉각부(22)의 에너지 소비량(Qa)과 가열부(42)의 에너지 소비량(Qc)은, 이하와 같이 된다.

Qa = (43 - 10) × 10(L/분) × 60(초) ÷ 860 ≒ 23 ㎾

Qc = (70 - 43) × 10(L/분) × 60(초) ÷ 860 ≒ 19 ㎾

따라서, 에너지 소비량(Q)은「42 ㎾」로 되어, 바이패스 통로(30)를 형성하는 경우의 대략「10」배가 된다.

다음에, 본 실시 형태에 관한 제어 장치(50)가 행하는 온도 제어에 대해 상세하게 서술한다. 도2는 제어 장치(50)가 행하는 처리 중, 피드백 제어의 처리 순서를 나타내고 있다. 이 처리는, 제어 장치(50)에 의해 예를 들어 소정 주기로 반복 실행된다.

이 일련의 처리에서는, 우선 단계 S10에 있어서, 개방 루프 제어시인지 여부를 판단한다. 이 처리는, 피드백 제어의 실행 조건이 성립되어 있는지 여부를 판단하는 것이다. 개방 루프 제어는, 후술하는 조건하에서 행해지는 것으로, 이때에는 피드백 제어를 행하지 않는다.

단계 S10에 있어서 부정 판단되는 경우에는, 단계 S12에 있어서, 출력 온도 센서(51)의 검출치(Td)를 취득한다. 이어지는 단계 S14에 있어서는, 검출치(Td)를 목표치(Tt)로 피드백 제어하기 위한 기본 조작량(MB)을 산출한다. 여기서, 목표치(Tt)는, 요구 온도(Tr)를 기초로 하여 정해지는 값이며, 피드백 제어시에 있어서는 요구 온도(Tr)로 된다. 기본 조작량(MB)은, 검출치(Td)의 목표치(Tt)에 대한 괴리 정도를 기초로 하여 산출되는 양이다. 상세하게는, 본 실시 형태에서는, 검출치(Td)와 목표치(Tt)의 차(Δ)의 PID(비례 적분 미분) 연산에 의해 기본 조작량(MB)을 산출한다.

이어지는 단계 S16에 있어서는, 기본 조작량(MB)을, 냉각용 밸브(24), 바이패스용 밸브(34) 및 가열용 밸브(44)의 각 조작량(개방도 Va, Vb, Vc)으로 변환한다. 여기서는, 도3에 나타내는 관계를 이용한다. 여기서, 냉각용 밸브(24)의 개방도(Va)는, 기본 조작량(MB)이 제로 미만인 경우에는, 기본 조작량(MB)의 증가에 수반하여 단조 감소하고, 기본 조작량(MB)이 제로 이상인 경우에는「0」으로 된다. 이것은, 검출치(Td)가 목표치(Tt)보다도 높을수록 냉각 통로(20)의 유량을 증가시키는 한편, 검출치(Td)가 목표치(Tt) 이하인 경우에는, 냉각 통로(20)를 이용하지 않기 위한 설정이다. 또한, 가열용 밸브(44)의 개방도(Vc)는, 기본 조작량(MB)이 제로보다 큰 경우에는, 기본 조작량(MB)의 증가에 수반하여 단조 증가하고, 기본 조작량(MB)이 제로 이하인 경우에는「0」으로 된다. 이것은, 검출치(Td)가 목표치(Tt)보다도 낮을수록 가열 통로(40)의 유량을 증가시키는 한편, 검출치(Td)가 목표치(Tt) 이상인 경우에는, 가열 통로(40)를 이용하지 않기 위한 설정이다. 또한, 바이패스용 밸브(34)의 개방도는, 기본 조작량(MB)이 제로로부터 멀어짐에 따라서 단조 감소한다. 또한, 도3에 있어서, 3개의 통로로부터 유출되는 합계 유량이 기본 조작량(MB)의 값에 따라 변화되지 않도록 각 개방도를 설정하는 것이 바람직하다.

이러한 설정에 따르면, 검출치(Td)와 목표치(Tt)의 차(Δ)의 단일 PID 연산에 의해 산출되는 기본 조작량(MB)을 기초로 하여, 냉각용 밸브(24), 바이패스용 밸브(34) 및 가열용 밸브(44)의 3개의 밸브의 조작량을 설정할 수 있다.

앞의 도2의 단계 S16의 처리가 완료되면, 단계 S18에 있어서, 냉각용 밸브(24), 바이패스용 밸브(34) 및 가열용 밸브(44)의 3개의 밸브를 조작한다. 또한, 단계 S10에 있어서 부정 판단되는 경우나, 단계 S18의 처리가 완료되는 경우에는, 이 일련의 처리를 일단 종료한다.

이와 같이 피드백 제어를 이용함으로써, 검출치(Td)를 목표치(Tt)에 고정밀도로 추종시킬 수 있다. 단, 피드백 제어에 의해 목표치(Tt)의 변화에 대한 검출치(Td)의 응답성을 향상시키기 위해서는, 피드백 제어의 게인을 크게 하는 요구가 생기는 한편, 게인을 크게 하면, 검출치(Td)가 목표치(Tt)의 상하로 변동하는 변동량이 커진다. 이와 같이, 피드백 제어에서는, 목표치(Tt)의 변화에 대한 응답성의 향상과, 검출치(Td)의 변동량의 저감이 서로 트레이드오프의 관계로 되어 있다. 이로 인해, 변동량을 저감시키는 경우에는 응답성이 희생된다. 도4에 목표치(Tt)가 변화될 때에 피드백 제어를 이용하는 경우에 대한 검출치(Td) 및 피제어 대상의 온도의 변화를 나타낸다.

도시되는 바와 같이, 검출치(Td)가 목표치(Tt)로 될 때까지는 응답 지연이 발생하고 또한, 피제어 대상의 온도가 목표치(Tt)에 추종할 때까지는 더욱 장시간을 필요로 한다. 이것은, 피제어 대상의 온도가 변화되기 위해서는, 온도 조절부(11)의 온도가 변화되고, 온도 조절 플레이트(10)와 온도 조절부(11)의 열에너지의 교환을 통해 온도 조절 플레이트(10)의 온도가 변화되고, 온도 조절 플레이트(10)와 피제어 대상 사이에서 열에너지의 교환이 발생되어야 하는 것에 따른다. 이로 인해, 검출치(Td)의 변동량을 저감시키도록 피드백 제어를 설정한 것으로는, 피드백 제어에 의해 피제어 대상의 온도를 목표치(Tt)에 신속하게 추종시키는 것이 곤란해진다. 그래서, 본 실시 형태에서는, 외부로부터의 요구 온도(Tr)가 변화되는 경우에는 개방 루프 제어를 이용한다. 또한 이때, 요구 온도(Tr)의 변화보다도 목표치(Tt)를 일단 크게 변화시킨다.

도5에 본 실시 형태에 관한 과도(過渡)시에 있어서의 목표치(Tt)의 설정 처리의 순서를 나타낸다. 이 처리는, 제어 장치(50)에 의해, 예를 들어 소정 주기로 반복 실행된다.

이 일련의 처리에서는, 우선 단계 S20에 있어서, 바이어스 제어 실행 플래그가 온(ON)으로 되어 있는지 여부를 판단한다. 여기서, 바이어스 제어 실행 플래그 라 함은, 목표치(Tt)를 일단 크게 변화시키는 바이어스 제어를 실행하는 플래그이다. 그리고, 바이어스 제어 실행 플래그가 오프(OFF)인 경우에는, 단계 S22로 이행한다. 단계 S22에 있어서는, 요구 온도(Tr)의 변화량(ΔTr)의 절대치가 임계치(α) 이상인지 여부를 판단한다. 여기서, 임계치(α)는, 앞의 도2에 나타낸 피드백 제어에 의해서는 피제어 대상의 온도를 신속하게 요구의 변화에 추종시킬 수 없는 상황인지 여부를 판단하기 위한 것이다. 그리고, 임계치(α) 이상이라고 판단되는 경우에는, 단계 S24에 있어서, 바이어스 제어 플래그를 온하는 동시에, 바이어스 제어 시간을 계시하는 계시 동작을 개시한다.

상기 단계 S24의 처리가 완료되는 경우나, 단계 S20에 있어서 긍정 판단될 때에는, 단계 S26에 있어서, 변화량(ΔTr)이 제로보다도 큰지 여부를 판단한다. 이 처리는, 온도를 상승시키는 측의 요구가 발생되어 있는지 여부를 판단하는 것이다. 그리고, 변화량(ΔTr)이 제로보다도 크다고 판단되는 경우에는, 단계 S28로 이행한다. 단계 S28에 있어서는, 목표치(Tt)를, 가열 통로(40) 내의 유체의 온도로부터 소정의 오프셋치(β)를 감산한 값으로 설정한다. 여기서, 목표치(Tt)를 가열 통로(40) 내의 온도에 근사시킬수록, 피제어 대상의 온도를 신속하게 상승시킬 수 있다. 단, 목표치(Tt)가 가열 통로(40) 내의 온도보다도 높은 경우에는, 제어를 행할 수 없게 된다. 그리고, 가열 통로(40) 내의 온도는, 가열 통로(40)를 유체가 순환함으로써 변동될 수 있다. 이를 위해, 목표치(Tt)를 가열 통로(40) 내의 온도에 대해 오프셋치(β)만큼 낮게 설정한다.

한편, 단계 S26에 있어서 변화량(ΔTr)이 제로 이하라고 판단되는 경우에는, 단계 S30에 있어서, 목표치(Tt)를, 냉각 통로(20) 내의 유체의 온도에 소정의 오프셋치(γ)를 가산한 값으로 설정한다. 여기서, 오프셋치(γ)의 설정은, 상기 오프셋치(β)의 설정과 동일한 취지이다.

단계 S28, 단계 S30의 처리에 따른 목표치(Tt)의 설정은, 바이어스 계속 시간(Tbi)에 걸쳐 계속된다(단계 S32). 그리고, 바이어스 계속 시간(Tbi)이 경과하면, 단계 S34에 있어서, 목표치(Tt)를 요구 온도(Td)로 한다. 또한, 바이어스 제어 플래그를 오프로 하는 동시에 바이어스 제어 시간을 계시하는 계시 동작을 종료한다. 또한, 단계 S34의 처리가 완료되는 경우나, 상기 단계 S22, S32에 있어서 부정 판단되는 경우에는, 이 일련의 처리를 일단 종료한다.

도6에 본 실시 형태에 관한 과도시의 온도 제어의 처리 순서를 나타낸다. 이 처리는, 제어 장치(50)에 의해, 예를 들어 소정 주기로 반복 실행된다.

이 일련의 처리에서는, 우선 단계 S40에 있어서, 개방 루프 제어를 행하는 취지의 플래그인 개방 루프 제어 플래그가 온으로 되어 있는지 여부를 판단한다. 그리고, 개방 루프 제어 플래그가 온으로 되어 있지 않은 경우에는, 단계 S42로 이행한다. 단계 S42에 있어서는, 목표치(Tt)의 변화량(ΔTt)의 절대치가 임계치(ε) 이상인지 여부를 판단한다. 그리고, 임계치(ε) 이상이라고 판단되는 경우에는, 단계 S44에 있어서, 개방 루프 제어를 행하는 취지의 플래그인 개방 루프 제어 플래그를 온으로 하는 동시에, 개방 루프 제어 시간을 계시하는 계시 동작을 개시한다.

그리고, 단계 S44의 처리가 완료되는 경우나, 단계 S40에 있어서 긍정 판단 되는 경우에는, 단계 S46으로 이행한다. 단계 S46에 있어서는, 목표치(Tt)가, 바이패스용 온도 센서(36)에 의해 검출되는 바이패스 통로(30) 내의 유체의 온도(Tb)보다도 높은지 여부를 판단한다. 이 처리는, 바이패스 통로(30) 및 가열 통로(40)를 이용하여 개방 루프 제어를 행할지, 바이패스 통로(30) 및 냉각 통로(20)를 이용하여 개방 루프 제어를 행할지를 판단하는 것이다.

그리고, 목표 온도(Tt)가 바이패스 통로(30) 내의 유체의 온도(Tb)보다도 높다고 판단되는 경우에는, 단계 S48로 이행한다. 단계 S48에서는, 바이패스 통로(30) 및 가열 통로(40)를 이용하여 개방 루프 제어를 행한다. 즉, 목표 온도(Tb)가 바이패스 통로(30) 내의 유체의 온도(Tb)보다도 높으면, 냉각 통로(20)를 이용하는 것은 에너지의 낭비로밖에 되지 않으므로, 바이패스 통로(30) 및 가열 통로(40)를 이용하여 개방 루프 제어를 행한다. 상세하게는, 가열용 온도 센서(46)의 온도(Tc) 및 가열용 유량계(48)의 유량(Fc)과, 바이패스용 온도 센서(36)의 온도(Tb) 및 바이패스용 유량계(38)의 유량(Fb)을 이용하여, 온도 조절부(11)로 출력되는 유체의 온도가 목표치(Tt)로 되도록 가열용 밸브(44) 및 바이패스용 밸브(34)를 조작한다. 환언하면, 하기의 식이 성립되도록, 가열용 밸브(44) 및 바이패스용 밸브(34)를 조작한다.

Tt ×(Fc + Fb) = Tc × Fc + Tb × Fb

한편, 스텝 S46에 있어서 목표 온도(Tt)가 바이패스 통로(30) 내의 유체의 온도(Tb) 이하라고 판단되는 경우에는, 단계 S50으로 이행한다. 단계 S50에서는, 바이패스 통로(30) 및 냉각 통로(20)를 이용하여 개방 루프 제어를 행한다. 즉, 목표 온도(Tt)가 바이패스 통로(30) 내의 유체의 온도(Tb) 이하이면, 가열 통로(40)를 이용하는 것은 에너지의 낭비로밖에 되지 않으므로, 바이패스 통로(30) 및 냉각 통로(20)를 이용하여 개방 루프 제어를 행한다. 상세하게는, 냉각용 온도 센서(26)의 온도(Ta) 및 냉각용 유량계(28)의 유량(Fa)과, 바이패스용 온도 센서(36)의 온도(Tb) 및 바이패스용 유량계(38)의 유량(Fb)을 이용하여, 온도 조절부(11)로 출력되는 유체의 온도가 목표치(Tt)로 되도록 냉각용 밸브(24) 및 바이패스용 밸브(34)를 조작한다. 환언하면, 하기의 식이 성립되도록, 냉각용 밸브(24) 및 바이패스용 밸브(34)를 조작한다.

Tt × (Fa + Fb) = Ta × Fa + Tb × Fb

상기 단계 S48, 단계 S50의 처리가 완료되면, 단계 S52로 이행한다. 단계 S52에 있어서는, 소정 기간(Top)이 경과하였는지 여부를 판단한다. 여기서, 소정 기간(Top)은, 개방 루프 제어를 계속하는 시간을 정하는 것이다. 본 실시 형태에서는, 앞의 도5에 나타낸 처리에 의해 목표치(Tt)가 요구 온도(Tr)와 상이한 바이어스 계속 시간(Tbi) 내에 피드백 제어로 이행하는 일이 없도록, 소정 기간(Top)을, 바이어스 계속 시간(Tbi)보다도 긴 시간으로 설정하고 있다. 그리고, 소정 기간(Top)이 경과되었다고 판단되는 경우에는, 단계 S54에 있어서, 개방 루프 제어 플래그를 오프로 하는 동시에 개방 루프 제어 시간을 계시하는 계시 동작을 종료한다.

또한, 단계 S54의 처리가 완료되는 경우나, 단계 S42, 단계 S52에 있어서 부정 판단되는 경우에는, 이 일련의 처리를 일단 종료한다.

도7에, 도6 및 도5의 처리를 병용한 경우의 온도 제어 상태를 나타낸다. 도시되는 바와 같이, 앞의 도4에 나타낸 경우와 비교하여, 피제어 대상의 온도를 신속하게 목표치(Tt)에 추종시킬 수 있다.

이상 상세하게 서술한 본 실시 형태에 따르면, 이하의 효과가 얻어진다.

(1) 본 실시 형태의 온도 제어 장치는, 유체를 가열하여 온도 조절부(11)에 순환시키는 가열 통로(40)와, 유체를 냉각하여 온도 조절부(11)에 순환시키는 냉각 통로(20)와, 가열 통로(40) 및 냉각 통로(20)를 통과하지 않고 유체를 온도 조절부(11)에 순환시키는 바이패스 통로(30)와, 가열 통로(40), 냉각 통로(20) 및 바이패스 통로(30)의 각각의 하류측의 유로 면적을 조절하는 가열용 밸브(44), 냉각용 밸브(24) 및 바이패스용 밸브(34)를 구비하였다. 이에 의해, 피제어 대상의 온도를 원하는 온도로 제어할 때, 그 피제어 대상의 온도를 원하는 온도에 신속하게 추종시킬 수 있다.

(2) 가열 통로(40)와 냉각 통로(20)에서, 바이패스 통로(30)를 공유하였다. 이에 의해, 가열 통로(40) 및 바이패스 통로(30)로부터 온도 조절부(11)로 유체가 출력되는 경우와, 냉각 통로(20) 및 바이패스 통로(30)로부터 온도 조절부(11)로 유체가 출력되는 경우에서, 공통의 바이패스 통로(30)를 이용할 수 있다. 이로 인해, 각각 별도의 바이패스 통로를 이용해야 하는 경우와 비교하여, 온도 제어 장치의 구조를 간소화할 수 있다.

(3) 본 실시 형태의 온도 제어 장치는, 온도 조절부(11)의 유체를 흡입하여 가열 통로(40), 냉각 통로(20) 및 바이패스 통로(30)로 토출하는 펌프(18)를 더 구 비하였다. 가열 통로(40), 냉각 통로(20) 및 바이패스 통로(30)보다도 상류측에 펌프(18)를 배치함으로써, 가열 통로(40), 냉각 통로(20) 및 바이패스 통로(30)보다도 하류측 또한 온도 조절부(11)보다도 상류측에 배치하는 경우와 비교하여, 가열용 밸브(44), 냉각용 밸브(24) 및 바이패스용 밸브(34)와 온도 조절부(11) 사이의 유체의 유로 길이를 단축할 수 있다. 이로 인해, 가열용 밸브(44), 냉각용 밸브(24) 및 바이패스용 밸브(34)로부터 출력되는 유체를 온도 조절부(11)에 신속하게 도달시킬 수 있고, 나아가서는 온도 조절부(11)의 온도를 원하는 온도로 보다 신속하게 추종시킬 수 있다.

(4) 본 실시 형태의 온도 제어 장치에서는, 가열 통로(40), 냉각 통로(20) 및 바이패스 통로(30)의 상류측이며 또한 온도 조절부(11)의 하류측에 유체를 저장하는 탱크(16)를 설치하고, 탱크(16)의 상부에 기체를 충전하였다. 이에 의해, 온도 변화에 기인하는 유체의 체적 변화를 흡수할 수 있고, 나아가서는 온도에 따른 유체의 체적 변화에 관계없이 유체의 순환을 적절하게 유지할 수 있다.

(5) 온도 조절부(11) 근방의 유체의 온도를 검출하는 출력 온도 센서(51)에 의한 검출치(Td)를, 목표치(Tt)로 피드백 제어하였다. 이에 의해, 검출치(Td)를 목표치(Tt)에 고정밀도로 추종시킬 수 있다.

(6) 상기 피드백 제어시에, 검출치(Td)의 목표치(Tt)로부터의 괴리 정도를 기초로 한 기본 조작량(MB)을, 가열 통로(40), 냉각 통로(20) 및 바이패스 통로(30)의 각각의 유로 면적 조작량(개방도 Va, Vb, Vc)으로 변환하였다. 이에 의해, 단일의 기본 조작량(MB)을 기초로 하여, 상기 3개의 통로의 유로 면적을 조절 (조작)할 수 있다.

(7) 목표치(Tt)가 변화된 후 소정 기간에 걸쳐, 피드백 제어 대신에, 바이패스 통로(30)의 온도를 검출하는 바이패스용 온도 센서(36)의 검출치를 기초로 하여 온도 조절부(11) 근방의 유체의 온도를 개방 루프 제어하였다. 이에 의해, 목표치(Tt)의 상하로 검출치(Td)가 변동되는 변동량을 억제하도록 피드백 제어를 설정하였다고 해도, 목표치(Tt)의 변화시의 응답성을 높일 수 있다.

(8) 목표치(Tt)가 변화될 때, 바이패스 통로(30) 내의 유체의 온도가 목표치(Tt)보다도 높은 경우에는, 바이패스 통로(30) 및 냉각 통로(20)의 유로 면적을 조작함으로써 온도 조절부(11)의 온도를 목표치(Tt)로 개방 루프 제어하고, 바이패스 통로(30) 내의 유체의 온도가 목표치(Tt)보다도 낮은 경우에는, 바이패스 통로(30) 및 가열 통로(40)의 유로 면적을 조작함으로써 온도 조절부(11)의 온도를 목표치로 개방 루프 제어하였다. 이에 의해, 에너지 소비량을 가능한 한 저감시키면서 개방 루프 제어를 할 수 있다.

(9) 온도 조절부(11)의 온도에 관한 요구가 변화되는 경우, 목표치(Tt)를 요구의 변화보다도 크게 변화시켰다. 이에 의해, 온도 조절부(11)나 피제어 대상의 온도가, 요구되는 온도측으로 한층 더 신속하게 변화되도록 할 수 있다.

(제2 실시 형태)

이하, 제2 실시 형태에 대해, 제1 실시 형태와의 차이점을 중심으로 도면을 참조하면서 설명한다.

도8에, 본 실시 형태에 관한 온도 제어 장치의 전체 구성을 도시한다. 도시 되는 바와 같이, 본 실시 형태에서는 냉각 통로(20) 중 냉각용 온도 센서(26) 및 냉각용 밸브(24) 사이에, 냉각 통로(20) 내의 유체를 출력 통로(14)로 유출시키는 유출 통로(60)가 접속되어 있다. 또한, 가열 통로(40) 중 가열용 온도 센서(46) 및 가열용 밸브(44) 사이에, 가열 통로(40) 내의 유체를 출력 통로(14)로 유출시키는 유출 통로(62)가 접속되어 있다.

이들 유출 통로(60, 62)는, 모두 냉각 통로(20), 가열 통로(40)의 유로 면적보다도 충분히 작다. 이것은, 유출 통로(60, 62)가, 냉각용 밸브(24)나 가열용 밸브(44)의 밸브 폐쇄시에 있어서 냉각 통로(20)나 가열 통로(40)로부터 출력 통로(14)로 유체를 미소(微小)하게 유출시키기 위함인 것에 따른다.

즉, 가열 통로(40)나 냉각 통로(20)로부터 온도 조절부(11)로 유체의 유출이 금지되어 있는 경우, 가열용 밸브(44)나 냉각용 밸브(24)의 하류측과 상기 금지되어 있는 통로 사이에 온도 구배가 생긴다. 이로 인해, 금지가 해제된 직후에 있어서는, 온도 조절부(11)로 유출되는 유체의 온도가 온도 구배의 영향을 받으므로, 온도 조절부(11)의 온도를 원하는 온도로 추종시킬 때까지 필요로 하는 시간이 장시간화될 우려가 있다. 또한, 이 경우, 냉각용 온도 센서(26)나 가열용 온도 센서(46)의 온도가 이 온도 구배의 영향을 받으므로, 냉각부(22) 근방의 온도나 가열부(42) 근방의 온도로부터 이격된 온도를 검출하게 된다. 이로 인해, 목표치(Tt)가 변화될 때의 개방 루프 제어의 제어성이 저하될 우려도 있다.

이에 대해, 본 실시 형태에서는, 유출 통로(60, 62)를 구비함으로써 가열용 밸브(44)나 냉각용 밸브(24)가 밸브 폐쇄 상태에 있는 경우에 있어서 유출 통 로(60, 62)보다도 상류측의 온도 구배를 적절하게 억제할 수 있고, 나아가서는 온도 조절부(11)의 온도를 원하는 온도로 보다 신속하게 추종시킬 수 있다.

이상 설명한 본 실시 형태에 따르면, 제1 실시 형태의 상기 (1) 내지 (9)의 효과에 더하여, 또한 이하의 효과가 얻어지게 된다.

(10) 가열 통로(40) 중 가열용 밸브(44)보다도 상류측과 냉각 통로(20) 중 냉각용 밸브(24)보다도 상류측에, 유출 통로(60, 62)를 형성하였다. 이에 의해, 목표치(Tt)가 변화될 때의 온도 제어를 보다 적절하게 행할 수 있다.

(제3 실시 형태)

이하, 제3 실시 형태에 대해, 제1 실시 형태와의 차이점을 중심으로 도면을 참조하면서 설명한다.

도9에, 본 실시 형태에 관한 기본 조작량(MB)과, 냉각용 밸브(24), 바이패스용 밸브(34) 및 가열용 밸브(44)의 개방도(Va, Vb, Vc)의 관계를 나타낸다. 도시되는 바와 같이, 본 실시 형태에서는 냉각용 밸브(24)의 개방도(Va)와 가열용 밸브(44)의 개방도(Vc)가 상시 완전 폐쇄 상태로 되지 않도록 설정되어 있다. 즉, 냉각용 밸브(24)의 개방도(Va)는, 기본 조작량(MB)이 제로 미만인 경우에는 기본 조작량(MB)의 증가에 수반하여 단조 감소하고, 기본 조작량(MB)이 제로 이상인 경우에는 최소의 개방도(> 0)로 된다. 또한, 가열용 밸브(44)의 개방도(Vc)는, 기본 조작량(MB)이 제로보다 큰 경우에는 기본 조작량(MB)의 증가에 수반하여 단조 증가하고, 기본 조작량(MB)이 제로 이하인 경우에는 최소의 개방도(> 0)로 된다.

이에 의해, 앞의 도8에 나타내는 유출 통로(60, 62)를 구비하지 않고, 바이 패스 통로(30)로부터의 유체의 유출이 주체로 되어 온도 조절부(11) 내의 온도 제어가 안정되어 있을 때에 있어서의 이들 냉각용 밸브(24)나 가열용 밸브(44)의 상류측의 온도 구배를 억제할 수 있다.

이상 설명한 본 실시 형태에 따르면, 앞의 제1 실시 형태의 상기 (1) 내지 (9)의 효과에 더하여, 또한 이하의 효과가 얻어지게 된다.

(11) 냉각용 밸브(24)의 개방도(Va)와 가열용 밸브(44)의 개방도(Vc)가 상시 완전 폐쇄 상태로 되지 않도록 설정하였다. 이에 의해, 냉각용 밸브(24)나 가열용 밸브(44)의 상류측의 온도 구배를 억제할 수 있고, 나아가서는 온도 조절부(11)의 온도를 원하는 온도로 보다 신속하게 추종시킬 수 있다.

(제4 실시 형태)

이하, 제4 실시 형태에 대해, 제1 실시 형태와의 차이점을 중심으로 도면을 참조하면서 설명한다.

상기 제1 실시 형태에서는, 목표치(Tt)가 변화될 때, 온도 조절부(11) 근방의 온도를 개방 루프 제어함으로써, 피제어 대상의 온도를 신속하게 원하는 값으로 추종시켰다. 이 개방 루프 제어의 제어 게인이나, 상기 바이어스 계속 시간(Tbi), 개방 루프 제어를 계속하는 소정 기간(Top)의 최적치는, 온도 조절 플레이트(10)나 피제어 대상에 의존하여 변화될 수 있다. 한편, 사용자가 피제어 대상을 변경할 때마다, 이들의 파라미터를 수동으로 변경한 것에서는 그 적합(適合)을 행하는 데 드는 노동력이 큰 것으로 된다. 그래서 본 실시 형태에서는, 제어 장치(50)에 적합 지원 기능을 탑재한다. 도10에, 본 실시 형태에 관한 적합 지원의 처리 순서를 나타낸다. 이 처리는, 제어 장치(50)에 의해, 예를 들어 소정 주기로 반복 실행된다.

이 일련의 처리에서는, 우선 스텝 S70에 있어서, 상기 개방 루프 제어의 적합을 행하는 모드(테스트 모드)인지 여부를 판단한다. 여기서는, 예를 들어 제어 장치(50)의 조작부에, 사용자가 테스트 모드를 지시하기 위한 기능을 갖추어 둠으로써, 테스트 모드의 유무를 판단하면 된다. 그리고, 테스트 모드라고 판단되는 경우에는, 단계 S72에 있어서, 바이어스 계속 시간(Tbi)의 후보를 사용자에게 있어서 육안으로 확인 가능한 표시 수단으로 표시한다. 여기서, 바이어스 계속 시간(Tbi)의 후보는, 당해 온도 제어 장치에 있어서 상정되는 피제어 대상에 있어서 적절한 값으로 될 수 있는 범위로 미리 설정해 둔다.

이어지는 단계 S74에서는, 바이어스 계속 시간(Tbi)의 입력이 있었는지 여부를 판단한다. 이 처리는, 바이어스 계속 시간(Tbi)의 후보 중 하나를 사용자가 선택하였는지 여부를 판단하는 것이다. 그리고, 사용자에 의해 특정 후보가 선택되었다고 판단되는 경우에는(단계 S74 : "예"), 스텝 S76에 있어서, 선택된 후보를 이용하여 온도 제어를 개시한다. 그리고, 온도 제어가 종료되면, 단계 S78에 있어서, 바이어스 계속 시간(Tbi)을 결정할지 여부를, 사용자에게 있어서 육안으로 확인 가능한 표시 수단을 통해 사용자에게 문의한다. 그리고, 사용자로부터 결정하지 않는다는 취지의 의사 표시가 입력되는 경우에는(단계 S80 : "아니오"), 상기 단계 S72 내지 단계 S78의 처리를 다시 행한다.

이에 대해, 사용자로부터 그때까지 선택된 후보 중 어느 하나를 최종적인 바 이어스 계속 시간(Tbi)으로 한다는 지시가 입력되는 경우에는(단계 S80 : "예"), 단계 S82에 있어서, 바이어스 계속 시간(Tbi)을 기억한다. 또한, 단계 S82의 처리가 완료되는 경우나, 단계 S70에 있어서 부정 판단되는 경우에는, 이 일련의 처리를 일단 종료한다.

이상 설명한 본 실시 형태에 따르면, 앞의 제1 실시 형태의 상기 (1) 내지 (9)의 효과에 더하여, 또한 이하의 효과가 얻어지게 된다.

(12) 바이어스 계속 시간(Tbi)에 대해 복수의 선택지 중 임의의 하나를 선택하도록 사용자에게 재촉하여, 선택된 값에 따라서 온도 제어를 행하는 개방 루프 제어 적합 지원 기능을 갖추었다. 이에 의해, 온도 제어 장치의 사용자가 피제어 대상에 따라서 개방 루프 제어의 적합을 행할 때의 노동력을 저감시킬 수 있다.

(그 밖의 실시 형태)

또한, 상기 각 실시 형태는 이하와 같이 변경하여 실시해도 좋다.

·상기 제4 실시 형태의 상기 제1 실시 형태로부터의 변경점에 따라, 상기 제2, 제3 실시 형태를 변경해도 좋다.

·상기 제4 실시 형태에서는, 개방 루프 제어의 적합 지원을 행할 때의 적합 파라미터를 바이어스 계속 시간(Tbi)으로 하였지만 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 개방 루프 제어의 계속 시간[소정 기간(Top)]을 적합 파라미터로 해도 좋다. 또한, 예를 들어 앞의 도5에 나타낸 바이어스 제어에 있어서의 목표치의 설정[오프셋치(β, γ)]을 적합 파라미터로 해도 좋다. 또한 이들 파라미터의 복수를 적합 파라미터로 해도 좋다.

·상기 제4 실시 형태에 있어서는, 사용자가 피제어 대상에 따라서 적절한 적합 파라미터를 선택할 수 있도록 지원하였지만, 적합 방법으로서는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 바이어스 계속 시간(Tbi), 소정 기간(Top) 및 오프셋치(β, γ)의 각 파라미터에 대해 임의로 초기치를 설정하여 온도 제어를 할 때에, 피제어 대상의 온도[또는 온도 조절 플레이트(10)의 온도]를 감시하고, 그 목표치로의 추종 지연 시간이 허용 범위 내로 되지 않는 경우에는, 상기 파라미터 중 적어도 하나를 자동으로 변경하는 처리를 행하도록 해도 좋다. 이에 따르면, 목표치로의 추종 지연 시간이 허용 범위 내로 되도록 자동으로 개방 루프 제어의 적합을 행할 수 있으므로, 사용자의 노동력을 한층 더 경감시킬 수 있다.

·기본 조작량(MB)을, 냉각용 밸브(24), 바이패스용 밸브(34) 및 가열용 밸브(44)의 조작량으로 변환하는 방법으로서는, 도3 및 도9에 나타낸 것에 한정되지 않는다. 이들 도3 및 도9에서는, 모두 목표치(Tt)와 검출치(Td)의 온도차(Δ)의 변화에 대해, 냉각용 밸브(24), 바이패스용 밸브(34) 및 가열용 밸브(44) 중 임의의 2개의 조작량이 변화되도록 하였지만 이에 한정되지 않고, 예를 들어 모든 조작량이 변화되도록 해도 좋다. 또한, 도3 및 도9에서는, 냉각용 밸브(24), 바이패스용 밸브(34) 및 가열용 밸브(44)의 각 조작량이 온도차(Δ)의 0차 또는 1차 함수로 되도록 하였지만, 이것에도 한정되지 않는다.

·제3 실시 형태에서는, 기본 조작량(MB)이 어떠한 값이라도 냉각용 밸브(24) 및 가열용 밸브(44)가 완전 폐쇄 상태로 되는 것을 금지하였지만 이에 한정되지 않는다. 기본 조작량(MB)이 제로 근방으로 되는 경우에만, 냉각용 밸브(24) 및 가열용 밸브(44)가 완전 폐쇄 상태로 되는 것을 금지해도 좋다. 즉, 요구 온도(Tr)가 변화되기 전에는, 검출치(Td)가 목표치(Tt)에 추종하여 검출치(Td)가 정상 상태로 되어 있을 것이라 고려되므로, 이 경우만 목표치(Tt)의 변화에 대비하기 위해, 기본 조작량(MB)이 제로 근방인 경우에만 냉각용 밸브(24) 및 가열용 밸브(44)가 완전 폐쇄 상태로 되는 것을 금지해도 좋다. 또한, 이때, 기본 조작량(MB)이 제로보다도 작은 경우에는 냉각용 밸브(24)의 조작량의 변화량이 가열용 밸브(44)의 조작량의 변화량보다도 커지도록 하고, 또한 기본 조작량(MB)이 제로보다도 큰 경우에는 가열용 밸브(44)의 조작량의 변화량이 냉각용 밸브(24)의 조작량의 변화량보다도 작아지도록 하는 것이 바람직하다.

·유출 통로(60, 62)로서는, 제2 실시 형태(도8)에 예시한 것에 한정되지 않는다. 예를 들어 도11에 도시하는 바와 같이, 냉각 통로(20) 중 냉각용 밸브(24)의 상류측과 하류측을 냉각용 밸브(24)를 우회하여 접속하는 유출 통로(60)와, 가열 통로(40) 중 가열용 밸브(44)의 상류측과 하류측을 가열용 밸브(44)를 우회하여 접속하는 유출 통로(62)를 구비해도 좋다. 또한, 여기서도 유출 통로(60, 62)는, 냉각용 온도계(26)나 가열용 온도계(46)보다도 하류측으로 하는 것이 바람직하다.

·상기 각 실시 형태에서는, 개방 루프 제어를 계속하는 소정 기간(Top)과 바이어스 계속 시간(Tbi)을 독립적으로 설정하였지만 이에 한정되지 않고, 이들을 일치시켜도 좋다.

·피드백 제어로서는, PID 제어에 한정되지 않는다. 예를 들어 PI 제어나 I 제어라도 좋다. 여기서 예를 들어, 상기 각 실시 형태와 같이, 목표치가 변화되는 과도시에 개방 루프 제어를 행하는 구성에 있어서는, 피드백 제어의 목적은 정상시에 있어서 검출치(Td)를 목표치(Tt)에 고정밀도로 일치시키는 것이나, 검출치(Td)의 변동을 가능한 한 저감시키는 것이다. 이를 위해, 적분 제어와 같이, 검출치(Td)와 목표치(Tt)의 괴리 정도를 나타내는 양의 누적치를 기초로 하여 검출치(Td)를 목표치(Tt)로 피드백 제어하는 것이 특히 유효하다.

·개방 루프 제어로서는, 상기 실시 형태에서 예시한 것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 바이패스 통로(30) 내의 유체의 온도가 목표치(Tt)보다도 높은 경우에는, 냉각용 밸브(24)와 바이패스용 밸브(34)의 개방도를, 앞의 도3에 나타낸 개방도의 비율을 참조하여 설정하고, 바이패스 통로(30) 내의 유체의 온도가 목표치(Tt)보다도 낮은 경우에는, 가열용 밸브(44)와 바이패스용 밸브(34)의 개방도를, 앞의 도3에 나타낸 개방도의 비율을 참조하여 설정해도 좋다. 여기서, 이용하는 통로 내의 유체의 온도에 따라서, 임의의 개방도 비율로 2개의 밸브를 이용하면 목표치(Tt)로 할 수 있는지를 계산함으로써 개방 루프 제어를 할 수 있다. 특히 이 방법에 따르면, 유량계를 이용하는 것을 회피할 수 있다. 유량계는 유체에 침지되므로, 가열 통로(40) 내의 유체의 온도와 냉각 통로(20) 내의 유체의 온도 사이의 온도 영역 전역에 있어서 장시간의 사용에 대해 신뢰성을 유지하는 것이 곤란하므로, 유량계를 이용하지 않고 간이하게 개방 루프 제어를 하는 것은 바람직하다. 또한, 도3에 나타낸 개방도 비율을 이용하지 않고, 예를 들어 바이패스 통로(30) 내의 유체의 온도가 목표치(Tt)보다도 높은 경우에는, 냉각용 밸브(24)와 바이패스용 밸브(34)의 개방도를, 목표치(Tt)에 대한 냉각 통로(20) 내의 유체 온도의 차와 바이패스 통로(30) 내의 유체 온도에 대한 목표치(Tt)의 차의 비율에 따라서 설정해도 좋다. 마찬가지로, 바이패스 통로(30) 내의 유체의 온도가 목표치(Tt)보다도 낮은 경우에는, 가열용 밸브(44)와 바이패스용 밸브(34)의 개방도를, 목표치(Tt)에 대한 바이패스 통로(30) 내의 유체 온도의 차와 가열 통로(40) 내의 유체 온도에 대한 목표치(Tt)의 차의 비율에 따라서 설정해도 좋다.

·피드백 제어를 하는 것에 한정되지 않고, 도6의 단계 S48, 단계 S50에 예시한 개방 루프 제어만을 행해도 좋다. 또한, 목표치의 변화의 유무에 관계없이, 도6의 단계 S48, 단계 S50에 예시한 개방 루프 제어에 의해 정해지는 기본 조작량을, 피드백 제어에 의해 보정함으로써 최종적인 기본 조작량(MB)을 산출해도 좋다. 또한 반대로, 목표치의 변화의 유무에 관계없이, 피드백 제어만을 행해도 좋다. 이 경우에 있어서도, 요구 온도(Tr)가 변화될 때, 목표치(Tt)를 요구 온도(Tr)보다도 크게 변화시키는 상술한 바이어스 제어는 유효하다. 즉, 피드백 제어에 있어서는, 응답 지연을 저감시키는 것과 목표치(Tt)에 대한 검출치(Td)의 변동을 저감시키는 것은 서로 트레이드오프의 관계에 있지만, 바이어스 제어를 행함으로써 피드백 제어의 게인의 응답 지연을 비교적 저감시킬 수 있으므로, 상기 변동을 저감시키면서도 응답 지연을 저감시킬 수 있다.

·피드백 제어로서는, 피드백 제어의 요구량[기본 조작량(MB)]을, 냉각용 밸브(24), 바이패스용 밸브(34) 및 가열용 밸브(44)의 조작량으로 변환함으로써 행하는 것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 목표치(Tt)와 검출치(Td)의 괴리 정도를 기초로 하여, 냉각용 밸브(24), 바이패스용 밸브(34) 및 가열용 밸브(44)의 조작량을 각각 독립적으로 설정해도 좋다. 단, 이 경우에 있어서도, 목표치(Tt)가 검출치(Td)보다도 높은 경우에는 바이패스용 밸브(34) 및 냉각용 밸브(24)의 조작량만을 변경 대상으로 하고, 목표치(Tt)가 검출치(Td)보다도 낮은 경우에는 바이패스용 밸브(34) 및 가열용 밸브(44)의 조작량만을 변경 대상으로 하는 것이 바람직하다.

·온도에 따른 유체의 체적 변화를 흡수하는 기능을 갖는 저장 수단으로서는, 상기 각 실시 형태에서 예시한 바와 같이, 탱크(16) 내를 전부 유체로 채우지 않고, 기체가 충전되는 공간을 갖도록 설정함으로써 구성되는 것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 탱크(16)에 간극 없이 유체를 충전하는 구성으로 하고 또한 유체가 탱크(16) 내벽에 가해지는 힘에 따라서 탱크(16)의 체적이 변화될 수 있는 것이라도 좋다.

·상기 각 실시 형태에서는, 냉각 통로(20), 바이패스 통로(30) 및 가열 통로(40)로부터 온도 조절 플레이트(10)로 출력되는 유체의 유량비를 조절하는 조절 수단으로서 냉각용 밸브(24), 바이패스용 밸브(34) 및 가열용 밸브(44)를 이용하였지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 이들 통로를 각각 복수 구비하는 동시에, 이들 각각에 개폐의 이치적인 동작을 하는 밸브를 설치하여, 온도 조절 플레이트(10)에 유체를 출력하는 통로의 개수를 조작량으로 해도 좋다. 또한, 복수의 통로를 준비하고 또한, 그들 각 통로에 냉각부(22), 가열부(42) 및 펌프(18)의 하류측의 어느 것과 접속할지를 조작하도록 해도 좋다. 또한, 냉각 통로(20), 바이패스 통로(30) 및 가열 통로(40)의 각각에 별도로 펌프를 구비하고, 그 토출 능력을 각각 별도로 조작함으로써 유량비를 조절해도 좋다.

·그 밖에, 온도 조절 플레이트(10)는 박형 직방체 형상의 판 형상 부재에 한정되지 않고, 예를 들어 박형 원기둥 형상의 판 형상 부재라도 좋다. 또한 온도 조절부(11)로서는, 피제어 대상을 연직 하방으로부터 지지 가능한 판 형상 부재 내부에 구비하는 것에 한정되지 않고, 예를 들어 피제어 대상의 복수의 측면에 직접 접촉하여 그 온도를 제어하는 것이라도 좋다.

도1은 제1 실시 형태에 관한 온도 제어 장치의 전체 구성을 도시하는 도면.

도2는 제1 실시 형태에 관한 피드백 제어의 처리 순서를 나타내는 흐름도.

도3은 제1 실시 형태에 관한 냉각용 밸브, 바이패스용 밸브, 가열용 밸브의 조작량의 설정 방법을 도시하는 도면.

도4는 제1 실시 형태에 있어서, 가령 피드백 제어에 의해서만 온도 제어한 경우의 피제어 대상 등의 온도의 추이를 나타내는 타임 차트.

도5는 제1 실시 형태에 있어서의 목표치의 설정 처리의 순서를 나타내는 흐름도.

도6은 제1 실시 형태에 있어서의 개방 루프 제어의 처리 순서를 나타내는 흐름도.

도7은 상기 개방 루프 제어를 병용한 경우의 피제어 대상 등의 온도의 추이를 나타내는 타임 차트.

도8은 제2 실시 형태에 관한 온도 제어 장치의 전체 구성을 도시하는 도면.

도9는 제3 실시 형태에 관한 냉각용 밸브, 바이패스용 밸브, 가열용 밸브의 조작량의 설정 방법을 나타내는 도면.

도10은 제4 실시 형태에 관한 개방 루프 제어의 적합 지원 처리의 순서를 나타내는 흐름도.

도11은 제2 실시 형태의 변형예에 관한 온도 제어 장치의 전체 구성을 도시하는 도면.

도12는 종래의 온도 제어 장치의 구성을 도시하는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 온도 조절 플레이트

11 : 온도 조절부

12 : 합류부

14 : 출력 통로

16 : 탱크

18 : 펌프

19 : 분기부

20 : 냉각 통로

22 : 냉각부

30 : 바이패스 통로

34 : 바이패스용 밸브

40 : 가열 통로

42 : 가열부

50 : 제어 장치

51 : 출력 온도 센서

60, 62 : 유출 통로

Claims (14)

1. 피제어 대상의 근방에 배치되는 온도 조절부에 유체를 순환시킴으로써 상기 피제어 대상의 온도를 원하는 온도로 제어하는 온도 제어 장치에 있어서,

   상기 유체를 가열하여 상기 온도 조절부에 순환시키는 가열 통로와,

   상기 유체를 냉각하여 상기 온도 조절부에 순환시키는 냉각 통로와,

   상기 가열 통로 및 상기 냉각 통로를 통과하지 않고, 상기 유체를 상기 온도 조절부에 순환시키는 바이패스 통로와,

   상기 가열 통로, 상기 냉각 통로 및 상기 바이패스 통로로부터, 이것들이 합류하는 합류부를 통해 상기 온도 조절부로 출력되는 유체의 유량비를 조절하는 조절 수단을 구비하고,

   상기 조절 수단은, 상기 가열 통로, 상기 냉각 통로 및 상기 바이패스 통로의 각각의 하류측이며 또한 상기 합류부의 상류측에 설치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.
2. 피제어 대상의 근방에 배치되는 온도 조절부에 유체를 순환시킴으로써 상기 피제어 대상의 온도를 원하는 온도로 제어하는 온도 제어 장치에 있어서,

   상기 유체를 가열하여 상기 온도 조절부에 순환시키는 가열 통로와,

   상기 유체를 냉각하여 상기 온도 조절부에 순환시키는 냉각 통로와,

   상기 가열 통로 및 상기 냉각 통로를 통과하지 않고, 상기 유체를 상기 온도 조절부에 순환시키는 바이패스 통로와,

   상기 가열 통로, 상기 냉각 통로 및 상기 바이패스 통로의 각각의 하류측의 유로 면적을 조절하는 조절 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가열 통로와 상기 냉각 통로 사이에서, 상기 바이패스 통로가 공유화되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 통로 및 상기 냉각 통로의 상류측에는, 상기 조절 수단을 우회하여 상기 유체를 유출시키는 유출 통로가 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 온도 조절부보다도 하류측의 유체를 흡입하여 상기 가열 통로, 상기 냉각 통로 및 상기 바이패스 통로로 토출하는 펌프를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 통로, 상기 냉각 통로 및 상기 바이패스 통로보다도 상류측이며 또한 상기 온도 조절부보다도 하류측에는, 상기 유체를 저장하는 저장 수단이 설치되어 있고,

   상기 저장 수단은, 온도에 따른 상기 유체의 체적 변화를 흡수하는 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 온도 조절부 근방의 유체의 온도를 목표치로 제어하기 위해 상기 조절 수단을 조작하는 조작 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 조작 수단은, 상기 온도 조절부 근방의 유체의 온도를 검출하는 출력 온도 검출 수단에 의한 검출치를 상기 목표치로 피드백 제어하는 것인 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 조절 수단은, 상기 가열 통로, 상기 냉각 통로 및 상기 바이패스 통로의 각각의 하류측의 유로 면적을 조절하는 수단이며,

   상기 조작 수단은, 상기 검출치의 상기 목표치로부터의 괴리 정도를 기초로 한 양을, 상기 가열 통로, 상기 냉각 통로 및 상기 바이패스 통로의 각각의 유로 면적 조작량으로 변환하는 변환 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 조작 수단은, 상기 목표치가 변화된 후 소정 기간에 걸쳐, 상기 피드백 제어 대신에 상기 바이패스 통로의 온도를 검출하는 바이패스 온도 검출 수단의 검출치를 기초로 하여 상기 온도 조절부 근방의 유체의 온도를 개방 루프 제어하기 위해 상기 조절 수단을 조작하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 조절 수단은, 상기 가열 통로, 상기 냉각 통로 및 상기 바이패스 통로의 각각의 하류의 유로 면적을 조절하는 수단이며,

    상기 조작 수단은, 상기 목표치가 변화될 때, 상기 바이패스 통로 내의 유체의 온도가 상기 목표치보다도 높은 경우에는, 상기 바이패스 통로 및 상기 냉각 통로의 유로 면적을 조작함으로써 상기 온도 조절부의 온도를 목표치로 개방 루프 제어하고, 상기 바이패스 통로 내의 유체의 온도가 상기 목표치보다도 낮은 경우에는, 상기 바이패스 통로 및 상기 가열 통로의 유로 면적을 조작함으로써 상기 온도 조절부의 온도를 목표치로 개방 루프 제어하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.
12. 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 온도 조절부의 온도에 관한 요구가 변화되는 경우, 상기 목표치를 상기 요구의 변화보다도 크게 변화시키는 과도시 목표치 설정 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.
13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개방 루프 제어의 게인, 상기 개방 루프 제어의 계속 시간 및 상기 개방 루프 제어시의 목표치 설정 중 적어도 하나에 대해 복수의 선택지 중 임의의 하나를 선택하도록 외부에 재촉하여, 선택된 값에 따라서 상기 온도 제어를 행하는 개방 루프 제어 적합(適合) 지원 수 단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.
14. 제7항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조절 수단은, 상기 가열 통로, 상기 냉각 통로 및 상기 바이패스 통로의 각각의 하류의 유로 면적을 조절하는 수단이며,

    상기 조작 수단은, 상기 온도 조절부의 온도가 정상 상태인 경우, 상기 가열 통로 및 상기 냉각 통로에 대한 상기 조절 수단에 의해 조절되는 유로 면적이 제로로 되는 것을 금지하는 것을 특징으로 하는 온도 제어 장치.

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