KR20100053462A - 온도 제어 장치 - Google Patents

Abstract

제어 대상의 부근에 배치되는 온도 조절부(11)에 유체를 순환시킴으로써 제어 대상의 온도를 원하는 온도로 제어할 때에, 그 제어 대상의 온도를 원하는 온도에 신속하게 추종시키는 것이 곤란하다.

이 문제를 해결하기 위해, 온도 제어 장치는 제어 대상을 지지하는 온도 조절 플레이트(10) 내부에 수납되어 유체가 순환하는 온도 조절부(11)를 갖는다. 또한, 온도 제어 장치는 유체를 냉각하여 순환시키기 위한 냉각 통로(20), 온도 조절부(11) 하류측의 유체를 다시 온도 조절부(11)에 그대로 순환시키기 위한 바이패스 통로(30) 및 유체를 가열하여 순환시키기 위한 가열 통로(40)를 갖고, 이들 통로는 온도 조절부(11)에 접속되어 있다.

온도 제어 장치, 온도 조절부, 냉각 통로, 가열 통로, 바이패스 통로

Description

온도 제어 장치 {TEMPERATURE CONTROL DEVICE}

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

도 12에, 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 공급하는 유체를 가열 가능하게 되어 있다. 온도 조절부(106)를 통과한 유체는 냉각부(108)로 공급된다. 냉각부(108)에서는 저장 탱크(100)로 공급하는 유체를 냉각 가능하게 되어 있다.

이러한 구성에 있어서, 온도 조절부(106)에 공급되는 유체의 온도를 조절함으로써, 온도 조절부(106)에 지지되는 제어 대상의 온도가 제어된다. 여기서, 제어 대상의 온도를 상승시키고 싶은 경우에는, 냉각부(108)에 있어서 유체를 냉각하지 않고, 또한 가열부(104)에 있어서 유체를 가열한다. 한편, 제어 대상의 온도를 저하시키고 싶은 경우에는, 냉각부(108)에 있어서 유체를 냉각하고, 또한 가열부(104)에서는 유체를 가열하지 않는다. 이에 의해, 제어 대상의 온도를 원하는 온도로 제어할 수 있다.

또한, 종래의 온도 제어 장치로서는, 도 12에 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, 제어 대상의 온도를 원하는 온도로 변경하는 데 장시간을 필요로 한다. 즉, 제어 대상의 온도를 냉각하고 싶은 경우에는, 가열부(104)에 의한 가열을 정지하는 동시에 냉각부(108)에 의한 냉각을 개시할 필요가 있지만, 가열부(104)에 의한 가열의 정지 후라도, 여열(余熱)에 의해 가열부(104)로부터 잠시 동안은 고온의 유체가 공급된다. 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 제어 대상의 온도를 신속하게 변경할 수 없다.

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

수단 1에 기재된 발명은, 제어 대상의 부근에 배치되는 온도 조절부에 유체를 순환시킴으로써 상기 제어 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 통 로 및 상기 냉각 통로를 통과시키지 않고, 상기 유체를 상기 온도 조절부에 순환시키는 바이패스 통로와, 상기 가열 통로, 상기 냉각 통로 및 상기 바이패스 통로로부터 상기 온도 조절부로 공급되는 유체의 유량비를 조절하는 조절 수단과, 상기 유체를 순환시키기 위해 상기 유체를 유동시키는 유동 수단을 구비하고, 상기 가열 통로에는 상기 유체를 가열하기 위한 가열부가 설치되어 있고, 상기 유동 수단은 상기 유체의 순환 경로 중 상기 가열부보다도 하류측에 구비되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 발명에서는, 가열 통로, 냉각 통로 및 바이패스 통로를 통해 온도 조절부로 공급되는 유량비를 조절함으로써, 온도 조절부에 공급되는 유체의 온도를 신속하게 변화시킬 수 있다. 또한, 유동 수단이 가열부보다도 하류측에 설치되므로, 유동 수단에 의한 유체의 흡인력의 영향으로 가열 통로 중 가열부에 의해 가열되는 부분의 압력의 상승을 억제할 수도 있다. 이로 인해, 상기 가열되는 부분에 요구되는 내압을 저하시킬 수도 있다. 또한, 상기 가열 통로, 상기 냉각 통로 및 상기 바이패스 통로가 서로 합류하는 합류부의 유료 면적을 그 상류의 통로의 유로 면적의 합계 이하로 하는 것을 특징으로 해도 좋고, 또한 합계 미만으로 해도 좋다.

수단 2에 기재된 발명은, 수단 1에 기재된 발명에 있어서, 상기 조절 순단은 상기 가열 통로로부터 상기 온도 조절부로 공급되는 유체의 유량을 조절하는 수단을 구비하고, 또한 상기 유량 조절 수단은 상기 가열부보다도 상류측에 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 발명에서는, 가열 통로로부터 온도 조절부로 공급되는 유체의 유량을 조절하는 수단을 가열부보다도 상류측에 설치함으로써, 유동 수단이 가열 통로 중 가열부에 의해 가열되는 부분의 압력을 저하시키는 효과가, 조절 수단에 의해 방해되는 것을 적절하게 회피할 수 있다.

수단 3에 기재된 발명은, 수단 1 또는 수단 2에 기재된 발명에 있어서, 상기 유체의 순환 경로에는 온도에 의한 상기 유체의 체적 변화를 흡수하는 기능을 갖는 체적 변화 흡수 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

유체의 체적이 온도 의존성을 갖는 경우, 유체의 온도 변화에 기인하여 체적이 변화됨으로써, 유체의 순환이 방해될 우려가 있다. 이러한 점에서, 상기 발명에서는 체적 변화 흡수 수단을 구비하기 때문에, 유체의 체적이 변화된 경우라도, 유체의 순환을 적절하게 유지할 수 있다.

또한, 상기 체적 변화 흡수 수단은 상기 유동 수단의 상류에 설치되는 것이 바람직하다.

수단 4에 기재된 발명은, 수단 1 내지 수단 3 중 어느 하나에 기재된 발명에 있어서, 상기 가열 통로 및 상기 냉각 통로에는 상기 조절 수단을 우회시켜 그 상류측으로부터 하류측으로 상기 유체를 유출시키는 유출 통로가 설치되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

가열 통로나 냉각 통로로부터 온도 조절부로의 유체의 유출이 금지되어 있는 경우, 이들 통로에 온도 구배가 발생한다. 이로 인해, 금지가 해제된 직후에 있어서는, 온도 조절부로 유출되는 유체의 온도가 온도 구배의 영향을 받아, 온도 조절부의 온도를 원하는 온도로 추종시킬 때까지 필요로 하는 시간이 장시간화될 우려 가 있다. 이러한 점에서, 상기 발명에서는 유출 통로를 구비함으로써, 가열 통로나 냉각 통로에 있어서의 온도 구배를 적절하게 억제할 수 있고, 나아가서는 온도 조절부의 온도를 원하는 온도에 보다 신속하게 추종시킬 수 있다.

또한, 수단 4에 기재된 발명은, 상기 가열 통로에는 그 온도를 검출하는 가열측 온도 검출 수단이 설치되어 있고, 상기 냉각 통로에는 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 5에 기재된 발명은, 수단 1 내지 수단 4 중 어느 한 항에 기재된 발명은 상기 가열 통로 및 상기 바이패스 통로의 양쪽으로부터 상기 온도 조절부로 유체가 공급될 때에 사용되는 바이패스 통로와 상기 냉각 통로 및 상기 바이패스 통로의 양쪽으로부터 상기 온도 조절부로 유체가 공급될 때에 사용되는 바이패스 통로가 공통의 통로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 발명에서는 가열 통로 및 바이패스 통로로부터 온도 조절부로 유체가 공급되는 경우와, 냉각 통로 및 바이패스 통로로부터 온도 조절부로 유체가 공급되는 경우에 공통의 바이패스 통로를 사용할 수 있다. 이로 인해, 각각의 바이패스 통로를 사용해야만 하는 경우와 비교하여, 온도 제어 장치의 구조를 간소화할 수 있다.

수단 6에 기재된 발명은, 수단 1 내지 수단 5 중 어느 하나에 기재된 발명에 있어서, 상기 온도 조절부 근방의 유체의 온도를 목표치로 제어하기 위해, 상기 조절 수단을 조작하는 조작 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 발명에서는 조작 수단을 구비함으로써, 온도 조절부의 온도를 원하는 온도로 조절할 수 있다.

수단 7에 기재된 발명은, 수단 6에 기재된 발명에 있어서, 상기 온도 조절부 근방의 유체의 온도를 검출하는 공급 온도 검출 수단을 더 구비하고, 상기 조작 수단은 상기 공급 온도 검출 수단에 의한 검출치를 상기 목표치로 피드백 제어하는 것인 것을 특징으로 한다.

상기 발명에서는 피드백 제어를 행하기 때문에, 검출치를 목표치에 고정밀도로 추종시킬 수 있다.

수단 8에 기재된 발명은, 수단 7에 기재된 발명에 있어서, 상기 조절 수단은 상기 가열 통로, 상기 냉각 통로 및 상기 바이패스 통로의 각각의 하류측의 유로 면적을 조절하는 수단이고, 상기 조작 수단은 상기 검출치의 상기 목표치로부터의 괴리 정도에 기초하는 양을, 상기 가열 통로, 상기 냉각 통로 및 상기 바이패스 통로의 각각의 유로 면적 조작량으로 변환하는 변환 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 발명에서는 변환 수단을 구비함으로써, 검출치의 목표치로부터의 괴리 정도를 단일량으로서 정량화하는 것만으로, 이 정량화된 양에 기초하여 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 9에 기재된 발명은, 수단 7 또는 수단 8에 기재된 발명에 있어서, 상기 조작 수단은 상기 목표치가 변화된 후 소정 기간에 걸쳐서, 상기 피드백 제어 대신에, 상기 바이패스 통로의 온도를 검출하는 바이패스 온도 검출 수단의 검출치에 기초하여 상기 온도 조절부 근방의 유체의 온도를 개방 루프 제어하기 위해, 상기 조절 수단을 조작하는 것을 특징으로 한다.

목표치가 변화될 때에, 피드백 제어에 의해 검출치의 온도를 목표치에 신속하게 추종시키기 위해서는, 상기 제어의 게인을 크게 하는 것이 요구된다. 그리고, 제어의 게인을 크게 하는 경우, 목표치의 상하로 검출치가 변동되는 변동량이 커진다. 이와 같이, 피드백 제어에 있어서는, 응답성의 향상과 변동량의 억제가 서로 트레이드 오프의 관계에 있다. 이러한 점에서, 상기 발명에서는 목표치가 변화된 후 소정 기간에 걸쳐서 피드백 제어 대신에 개방 루프 제어를 하므로, 목표치의 상하로 검출치가 변동되는 변동량을 억제하도록 피드백 제어를 설정했다고 해도, 목표치의 변화 시의 응답성을 높일 수 있다.

수단 10에 기재된 발명은, 수단 9에 기재된 발명에 있어서, 상기 개방 루프 제어는, 상기 바이패스 통로 내의 유체의 온도가 상기 목표치보다도 높은 경우에는 상기 소정 기간에 걸쳐서 상기 바이패스 통로 및 상기 냉각 통로로부터 상기 온도 조절부로 공급되는 유체의 유량비를 조작함으로써 행해지고, 상기 바이패스 통로 내의 유체의 온도가 상기 목표치보다도 낮은 경우에는 상기 소정 기간에 걸쳐서 상기 바이패스 통로 및 상기 가열 통로로부터 상기 온도 조절부로 공급되는 유체의 유량비를 조작함으로써 행해진다.

상기 발명에서는, 바이패스 통로 내의 유체의 온도가 상기 목표치보다도 높은 경우에는 상기 바이패스 통로 및 상기 냉각 통로의 유로 면적을 조작함으로써, 가열 통로도 사용하는 경우와 비교하여, 에너지 소비량을 저감시킬 수 있다. 또한, 바이패스 통로 내의 유체의 온도가 상기 목표치보다도 낮은 경우에는 상기 바이패스 통로 및 상기 가열 통로의 유로 면적을 조작함으로써, 냉각 통로도 사용하는 경우와 비교하여, 에너지 소비량을 저감시킬 수 있다.

수단 11에 기재된 발명은, 수단 6 내지 수단 10 중 어느 하나에 기재된 발명에 있어서, 상기 온도 조절부의 온도에 관한 요구가 변화되는 경우, 상기 목표치를 상기 요구의 변화보다도 크게 변화시키는 과도(過渡)시 목표치 설정 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

목표치가 변화된 후 온도 조절부의 온도를 목표치에 추종시키기 위해서는, 온도 조절된 유체에 의해 온도 조절부의 온도를 변화시킬 필요가 있으므로, 목표치로의 추종에 있어서는 응답 지연이 발생한다. 또한, 제어 대상의 온도를 변화시키기 위해서는, 온도 조절부의 온도가 변화된 후, 제어 대상과 온도 조절부 사이에서 열에너지의 교환이 행해져야만 하므로, 제어 대상의 온도 변화의 응답 지연은 가일층 현저해진다. 여기서, 상기 발명에서는 실제의 요구가 변화될 때, 목표치의 변화를 요구의 변화보다도 크게 함으로써, 온도 조절부나 제어 대상의 온도가, 요구 되는 온도측으로 신속하게 변화되도록 할 수 있다.

수단 12에 기재된 발명은, 수단 9 내지 수단 11 중 어느 하나에 기재된 발명에 있어서, 상기 개방 루프 제어의 게인, 상기 개방 루프 제어의 계속 시간 및 상기 개방 루프 제어 시의 목표치의 설정 중 적어도 하나에 대해 복수의 선택지 중 임의의 하나를 선택하도록 재촉하는 신호를 출력하여, 선택된 값에 따라서 상기 온도 제어를 행하는 개방 루프 제어 적합 지원 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

개방 루프 제어에 있어서, 그 게인이나, 계속 시간, 목표치의 최적의 설정은 제어 대상에 의존한다. 이로 인해, 온도 제어 장치에 있어서, 이들 파라미터를 처음부터 고정하여 부여해 두어서는, 제어 대상에 따라서는 개방 루프 제어를 최적으로 행할 수 없을 우려가 있다. 이러한 점에서, 상기 발명에서는 적합 지원 수단을 구비함으로써, 온도 제어 장치의 사용자가 제어 대상에 따라서 이들 파라미터를 적합화할 때의 노력을 저감시킬 수 있다.

수단 13에 기재된 발명은, 수단 6 내지 수단 12 중 어느 하나에 기재된 발명에 있어서, 상기 조작 수단은 상기 온도 조절부 근방의 온도가 정상 상태인 경우, 상기 가열 통로 및 상기 냉각 통로에 대한 상기 조절 수단에 의해 조절되는 유체의 유량이 제로로 되는 것을 금지하는 것을 특징으로 한다.

가열 통로나 냉각 통로로부터 온도 조절부로 유체의 유출이 금지되어 있는 경우, 조절 수단의 하류측에 온도 구배가 발생한다. 이로 인해, 금지가 해제된 직후에 있어서는, 온도 조절부로 유출되는 유체의 온도가 온도 구배의 영향을 받으므 로, 온도 조절부의 온도를 원하는 온도로 추종시킬 때까지 필요로 하는 시간이 장시간화될 우려가 있다. 이러한 점에서, 상기 발명에서는 온도 조절부의 온도가 정상 상태인 경우, 가열 통로 및 냉각 통로의 상기 조절 수단에 의해 조절되는 유체의 유량이 제로로 되는 것을 금지함으로써, 온도 구배를 적절하게 억제할 수 있고, 나아가서는 온도 조절부의 온도를 원하는 온도에 보다 신속하게 추종시킬 수 있다.

또한, 수단 13에 기재된 발명은, 상기 가열 통로에는 그 온도를 검출하는 가열측 온도 검출 수단이 설치되어 있고, 상기 냉각 통로에는 그 온도를 검출하는 냉각측 온도 검출 수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 해도 좋다. 이 경우, 가열 통로나 냉각 통로로부터 온도 조절부로의 유체의 유출이 금지됨으로써 상기 검출 수단이 상기 온도 구배의 영향을 받는 것을 적절하게 억제할 수 있다.

수단 14에 기재된 발명은, 제어 대상의 부근에 배치되는 온도 조절부에 유체를 순환시킴으로써 상기 제어 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 통과시키지 않고, 상기 유체를 상기 온도 조절부에 순환시키는 바이패스 통로와, 상기 가열 통로, 상기 냉각 통로 및 상기 바이패스 통로로부터 상기 온도 조절부로 공급되는 유체의 유량비를 조절하는 조절 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 발명에서는, 가열 통로, 냉각 통로 및 바이패스 통로를 통해 온도 조절부에 공급되는 유체의 유량비를 조절함으로써, 온도 조절부에 공급되는 유체의 온 도를 신속하게 변화시킬 수 있다. 또한, 수단 14에 기재된 발명에, 상기 수단 2 내지 수단 13에 기재된 발명 특정 사항 중 적어도 하나를 더 추가해도 된다. 또한, 상기 가열 통로, 상기 냉각 통로 및 상기 바이패스 통로가 서로 합류하는 합류부의 유로 면적을, 그 상류의 통로의 유로 면적의 합계 이하로 하는 것을 특징으로 해도 좋고, 또한 합계 미만으로 해도 좋다.

본 발명에 따르면, 제어 대상의 부근에 배치되는 온도 조절부에 유체를 순환시킴으로써 상기 제어 대상의 온도를 원하는 온도로 제어할 때에, 그 제어 대상의 온도를 원하는 온도로 신속하게 추종시킬 수 있는 온도 제어 장치를 제공할 수 있다.

(제1 실시 형태)

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

도 1에 본 실시 형태에 관한 온도 제어 장치의 전체 구성을 도시한다.

도시되는 온도 제어 장치는, 예를 들어 생물 공학 분야나 화학 공업 분야에 있어서의 가공ㆍ제조 공정이나, 생물학ㆍ화학 실험, 또는 반도체 장치 등의 정밀 기기의 제조 공정 등에 있어서 사용되는 것이다. 온도 제어 장치는 온도 조절 플레이트(10)를 구비하고 있다. 온도 조절 플레이트(10)는 그 위에 제어 대상을 적재하여 지지함으로써, 제어 대상과 열에너지의 교환을 하는 부재이다. 상세하게 는, 온도 조절 플레이트(10) 내부에는 비압축성의 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, 제어 대상으로서는, 예를 들어 제조 대상이 되는 정밀 기기 등이 있다.

온도 조절 플레이트(10) 내를 유동한 유체는 복귀 통로(16)를 통해 분기부(18)로 공급된다. 분기부(18)에는, 냉각 통로(20), 바이패스 통로(30) 및 가열 통로(40)가 접속되어 있다.

냉각 통로(20)는 분기부(18)로부터 유입되는 유체를 냉각하여 합류부(12)로 유출시키기 위한 통로이다. 냉각 통로(20)에는 그 일부를 덮도록 냉각부(22)가 설치되어 있다. 냉각부(22)는 분기부(18)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, 상기에 있어서, 「상류」 및 「하류」는 유체의 유동 방향을 기준으로 한 것으로, 각각 유동 방향의 후방 및 전방을 말한다.

또한, 냉각 통로(20) 중 냉각부(22)의 상류측에는 냉각 통로(20) 내의 유로 면적을 연속적으로 조절하는 냉각용 밸브(24)가 설치되어 있다. 그리고, 냉각 통로(20) 중 냉각부(22)보다도 하류측에는, 냉각 통로(20) 내의 유체의 온도를 검출하는 냉각용 온도 센서(26)와, 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(18)로부터 유입되는 유체를 그대로 합류부(12)를 통해 온도 조절부(11)로 유출시키기 위한 통로이다. 바이패스 통로(30)의 상류측에는 바이패스 통로(30) 내의 유로 면적을 연속적으로 조절하는 바이패스용 밸브(34)가 설치되어 있다. 그리고, 바이패스 통로(30) 중 바이패스용 밸브(34)보다도 하류측에는 바이패스 통로(30) 내의 유체의 온도를 검출하는 바이패스용 온도 센서(36)와, 바이패스 통로(30) 내의 유체의 질량 유량 또는 용적 유량을 검출하는 바이패스용 유량계(38)가 설치되어 있다.

가열 통로(40)는, 분기부(18)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(18)로부터 유입된 유체를 가열한다. 상세하게는, 가열부(42)에는 소정의 온도까지 가열된 유체(물, 오일, 열 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) 내 의 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) 중 가열부(42)보다도 상류측에는 가열 통로(40) 내의 유로 면적을 연속적으로 조절하는 가열용 밸브(44)가 설치되어 있다. 그리고, 가열 통로(40) 중 가열용 밸브(44)보다도 하류측에는 가열 통로(40) 내의 유체의 온도를 검출하는 가열용 온도 센서(46)와, 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 최대한 확대되지 않도록 되는 것이 바람직하다. 즉, 합류부(12)나 합류부(12) 및 온도 조절부(11) 사이의 유로 면적은 냉각 통로(20)나 바이패스 통로(30), 가열 통로(40)로부터 유출되는 유체의 유속을 최대한 저감시키지 않도록, 그 용적에 기인하는 유체의 체류를 억제할 수 있도록 설정되는 것이 바람직하다. 이는, 예를 들어 합류부(12)나 합류부(12) 및 온도 조절부(11) 사이의 유로 면적을, 냉각 통로(20), 바이패스 통로(30) 및 가열 통로(40)의 유로 면적의 각각의 유로 면적의 「1.5」배 이하로 함으로써 실현할 수 있다.

상기 합류부(12)와 온도 조절부(11) 사이에는 유체를 순환시키기 위해 유체를 유동시키기 위한 유동 수단으로서의 펌프(14)가 설치되어 있다. 여기서, 펌프(14)는, 예를 들어 다이어프램 펌프나, 와류 펌프, 캐스케이드 펌프 등으로 이루어진다. 또한, 합류부(12) 및 펌프(14) 사이의 통로에는 댐퍼(13)가 접속되어 있다. 댐퍼(13)는 유체가 충전되는 용기를 구비하고 있다. 이 용기에는 유체가 충전되어 있지만, 그 상부에는 간극이 있어, 기체가 주입되어 있다. 이로 인해, 온도 변화에 기인한 유체의 체적 변화가 발생했다고 해도, 이 변화는 압축성 유체로서의 기체에 의해 흡수된다. 그리고, 이에 의해, 유체의 체적 변화에 의해 유체의 유동이 방해되는 것이 회피된다. 덧붙여서 말하면, 댐퍼(13)는 용기 내의 기체의 압력이 소정압 이상으로 됨으로써 이것을 대기로 흘리고, 또한 용기 내의 기체의 압력이 상기 소정압보다도 낮은 규정압 이하로 됨으로써 대기를 흡입하기 위한 호흡 밸브(13a)를 구비하고 있다. 도면에서는, 호흡 밸브(13a)로서, 모식적으로 한 쌍의 역지 밸브를 구비하는 구성을 예시하고 있지만, 실제로는 다이어프램 밸브 본체 등을 구비하여 구성하는 것이 바람직하다. 또한, 합류부(12) 및 온도 조절부(11) 사이의 유체의 유통 경로와 댐퍼(13)의 접속 통로의 진행 방향은 합류부(12)로부터 온도 조절부(11)로 진행되는 유체의 유통 방향에 대략 직교하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 접속 통로의 유로 면적은 합류부(12) 및 온도 조절부(11) 사이의 유체의 유통 경로의 유로 면적 정도 또는 그 이하로 하는 것이 바람직하다.

상기 합류부(12) 및 온도 조절부(11) 사이에는 온도 조절부(11)에 공급되는 유체의 온도를 검출하는 공급 온도 센서(51)가 설치되어 있다. 즉, 공급 온도 센 서(51)는 온도 조절부(11) 내 및/또는 근처의 유체의 온도를 검출한다.

한편, 제어 장치(50)는 외부로부터의 제어 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 조절하여, 이에 의해 간접적으로 온도 조절 플레이트(10) 상의 제어 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), 공급 온도 센서(51) 등의 검출치를 적절하게 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 검출치에 기초하여 상기 드라이버부의 공급하는 조작 신호를 연산하기 위한 연산부를 구비하여 구성되어 있다. 이 연산부는 전용의 하드웨어 수단에 의해 구성해도 좋고, 또한 마이크로 컴퓨터를 구비하여 구성해도 좋다. 또는, 범용성이 있는 퍼스널 컴퓨터와, 이것에 연산을 시키기 위한 프로그램을 구비하여 구성해도 좋다.

상기 온도 제어 장치에 따르면, 요구 온도(Tr)의 변화에 따라서, 온도 조절부(11) 내의 온도를 신속하게 변화시킬 수 있다. 즉, 요구 온도(Tr)가 냉각 통로(20) 내의 유체의 온도 이상이며, 또한 가열 통로(40) 내의 유체의 온도 이하인 범위에 있어서는, 요구 온도(Tr)가 어떤 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 저감시킬 수 있는 구성으로도 되어 있다. 이하, 이것에 대해 설명한다.

지금, 온도 조절부(11)를 순환하는 유체를 물로 하고, 냉각 통로(20) 내의 온도가 「10℃」이고, 가열 통로(40) 내의 온도가 「70℃」인 것으로 하고, 온도 조절부(11) 내를 유동하는 유체의 유량을 「20L/분」으로 한다. 또한, 공급 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 사용하지 않도록 함으로써 온도 제어를 행할 수 있다. 이때의 에너지 소비량에 대해 고찰한다.

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

20(L/분) × 40(℃)

＝ 10(℃) × Wa ＋ 43(℃) × (20 － Wa)

이것으로부터, Wa ≒「1.8L/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 않은 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 약「10」배로 된다.

다음에, 본 실시 형태에 관한 제어 장치(50)가 행하는 온도 제어에 대해 상세하게 서술한다. 도 2는 제어 장치(50)가 행하는 처리 중, 피드백 제어의 처리 순서를 나타내고 있다. 이 처리는 제어 장치(50)에 의해, 예를 들어 소정 주기로 반복해서 실행된다.

이 일련의 처리에서는, 우선 스텝 S10에 있어서, 개방 루프 제어 시인지 여부를 판단한다. 이 처리는 피드백 제어의 실행 조건이 성립되어 있는지 여부를 판단하는 것이다. 여기서, 개방 루프 제어는 후술하는 조건 하에서 행해지는 것으로, 이때에는 피드백 제어를 행하지 않는다.

스텝 S10에 있어서 아니오로 판단되는 경우에는, 스텝 S12에 있어서, 공급 온도 센서(51)의 검출치(Td)를 취득한다. 이어지는 스텝 S14에 있어서는, 검출치(Td)를 목표치(Tt)로 피드백 제어하기 위한 기본 조작량(MB)을 산출한다. 여기서, 목표치(Tt)는 요구 온도(Tr)에 기초하여 정해지는 값으로, 피드백 제어 시에 있어서는 요구 온도(Tr)로 된다. 기본 조작량(MB)은 검출치(Td)의 목표치(Tt)에 대한 괴리 정도에 기초하여 산출되는 양이다. 상세하게는, 본 실시 형태에서는 검 출치(Td)와 목표치(Tt)의 차(Δ)의 PID(비례 적분 미분) 연산에 의해 기본 조작량(MB)을 산출한다.

이어지는 스텝 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, 도 3에 나타내는 관계를 사용한다. 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. 이는, 검출치(Td)가 목표치(Tt)보다도 높을수록 냉각 통로(20)의 유량을 증가시키고, 또한 검출치(Td)가 목표치(Tt) 이하인 경우에는 냉각 통로(20)를 사용하지 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. 이는 검출치(Td)가 목표치(Tt)보다도 낮을수록 가열 통로(40)의 유량을 증가시키고, 또한 검출치(Td)가 목표치(Tt) 이상인 경우에는 가열 통로(40)를 사용하지 않기 위한 설정이다. 또한, 바이패스용 밸브(34)의 개방도는 기본 조작량(MB)이 제로로부터 멀어짐에 따라서 단조 감소한다. 또한, 도 3에 있어서, 3개의 통로로부터 유출되는 합계의 유량이 기본 조작량(MB)의 값에 따라서 변화되지 않도록 각 개방도를 설정하는 것이 바람직하다.

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

앞의 도 2의 스텝 S16의 처리가 완료되면, 스텝 S18에 있어서, 냉각용 밸브(24), 바이패스용 밸브(34) 및 가열용 밸브(44)의 3개의 밸브를 조작한다. 또한, 스텝 S10에 있어서 아니오로 판단되는 경우나, 스텝 S18의 처리가 완료되는 경우에는, 이 일련의 처리를 일단 종료한다.

이와 같이 피드백 제어를 사용함으로써, 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 발생하는 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 트레이드 오프의 관계로 되어 있다. 이로 인해, 변동량을 저감시키는 경우에는 응답성이 희생된다. 도 4에 목표치(Tt)가 변화될 때에 피드백 제어를 사용하는 경우에 대한 검출치(Td) 및 제어 대상의 온도의 변화를 나타낸다.

도시되는 바와 같이, 검출치(Td)가 목표치(Tt)로 될 때까지는 응답 지연이 발생하고 또한, 제어 대상의 온도가 목표치(Tt)에 추종할 때까지는 더욱 장시간을 필요로 한다. 이는, 제어 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 제어 대상 사이에서 열에너지의 교환이 발생되어야만 하는 것에 의한 것이다. 이로 인 해, 검출치(Td)의 변동량을 저감시키도록 피드백 제어를 설정해서는, 피드백 제어에 의해 제어 대상의 온도를 목표치(Tt)에 신속하게 추종시키는 것이 곤란해진다. 따라서, 본 실시 형태에서는 요구 온도(Tr)가 변화되는 경우에는 개방 루프 제어를 사용한다. 또한 이때, 요구 온도(Tr)의 변화보다도 목표치(Tt)를 일단 크게 변화시킨다.

도 5에 본 실시 형태에 관한 과도 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 스텝 S20에 있어서, 목표치(Tt)를 일단 크게 변화시키는 바이어스 제어를 실행하는 플래그인 바이어스 제어 실행 플래그가 온으로 되어 있는지 여부를 판단한다. 그리고, 오프인 경우에는 스텝 S22로 이행한다. 스텝 S22에 있어서는, 요구 온도(Tr)의 변화량(ΔTr)의 절대치가 임계치(α) 이상인지 여부를 판단한다. 여기서, 임계치(α)는, 앞의 도 2에 도시한 피드백 제어에 의해서는 제어 대상의 온도를 신속하게 요구의 변화에 추종시킬 수 없는 상황인지 여부를 판단하기 위한 것이다. 그리고, 임계치(α) 이상이라고 판단되는 경우에는, 스텝 S24에 있어서, 바이어스 제어 플래그를 온으로 하는 동시에, 바이어스 제어 시간을 계시하는 계시 동작을 개시한다.

상기 스텝 S24의 처리가 완료되는 경우나, 스텝 S20에 있어서 긍정 판단될 때에는, 스텝 S26에 있어서, 변화량(ΔTr)이 제로보다도 큰지 여부를 판단한다. 이 처리는 온도를 상승시키는 측의 요구가 발생되어 있는지 여부를 판단하는 것이 다. 그리고, 변화량(ΔTr)이 제로보다도 크다고 판단되는 경우에는, 스텝 S28로 이행한다. 스텝 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, 제어 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. 이로 인해, 목표치(Tt)를 가열 통로(40) 내의 온도에 대해 오프셋치(β)만큼 낮게 설정한다.

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

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

도 6에 본 실시 형태에 관한 과도 시의 온도 제어의 처리 순서를 나타낸다. 이 처리는 제어 장치(50)에 의해, 예를 들어 소정 주기로 반복해서 실행된다.

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

그리고, 스텝 S44의 처리가 완료되는 경우나, 스텝 S40에 있어서 긍정 판단되는 경우에는 스텝 S46으로 이행한다. 스텝 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 사용하여 개방 루프 제어를 행할지, 바이패스 통로(30) 및 냉각 통로(20)를 사용하여 개방 루프 제어를 행할지를 판단하는 것이다.

그리고, 목표치(Tt)가 바이패스 통로(30) 내의 유체의 온도(Tb)보다도 높다고 판단되는 경우에는 스텝 S48로 이행한다. 스텝 S48에서는 바이패스 통로(30) 및 가열 통로(40)를 사용하여 개방 루프 제어를 행한다. 즉, 목표치(Tt)가 바이패스 통로(30) 내의 유체의 온도(Tb)보다도 높으면, 냉각 통로(20)를 사용하는 것은 에너지의 낭비로밖에 되지 않으므로, 바이패스 통로(30) 및 가열 통로(40)를 사용하여 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 바이패 스용 유량계(38)의 유량(Fb)을 사용하여, 온도 조절부(11)로 공급되는 유체의 온도가 목표치(Tt)로 되도록 가열용 밸브(44) 및 바이패스용 밸브(34)를 조작한다. 상세하게는, 하기의 식이 성립되도록 가열용 밸브(44) 및 바이패스용 밸브(34)를 조작한다.

Tt ×(Fc ＋ Fb) ＝ Tc × Fc ＋ Tb × Fb

한편, 스텝 S46에 있어서 목표치(Tt)가 바이패스 통로(30) 내의 유체의 온도(Tb) 이하라고 판단되는 경우에는 스텝 S50으로 이행한다. 스텝 S50에서는 바이패스 통로(30) 및 냉각 통로(20)를 사용하여 개방 루프 제어를 행한다. 즉, 목표치(Tt)가 바이패스 통로(30) 내의 유체의 온도(Tb) 이하이면, 가열 통로(40)를 사용하는 것은 에너지의 낭비로밖에 되지 않으므로, 바이패스 통로(30) 및 냉각 통로(20)를 사용하여 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 사용하여, 온도 조절부(11)로 공급되는 유체의 온도가 목표치(Tt)로 되도록 냉각용 밸브(24) 및 바이패스용 밸브(34)를 조작한다. 상세하게는, 하기의 식이 성립되도록 냉각용 밸브(24) 및 바이패스용 밸브(34)를 조작한다.

Tt × (Fa ＋ Fb) ＝ Ta × Fa ＋ Tb × Fb

상기 스텝 S48, 스텝 S50의 처리가 완료되면, 스텝 S52로 이행한다. 스텝 S52에 있어서는, 소정 기간(Top)이 경과하였는지 여부를 판단한다. 여기서, 소정 기간(Top)은 개방 루프 제어를 계속하는 시간을 정하는 것이다. 본 실시 형태에서 는, 앞의 도 5에 도시한 처리에 의해 설정되는 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 경과하였다고 판단되는 경우에는, 스텝 S54에 있어서, 개방 루프 제어 플래그를 오프로 하는 동시에 개방 루프 제어 시간을 계시하는 계시 동작을 종료한다.

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

도 7에 도 6 및 도 5의 처리를 병용한 경우의 온도 제어 상태를 도시한다. 도시되는 바와 같이, 앞의 도 4에 도시한 경우와 비교하여, 제어 대상의 온도를 신속하게 목표치(Tt)에 추종시킬 수 있다.

이상 상세하게 서술한 본 실시 형태에 따르면, 이하의 효과가 얻어지게 된다.

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

(2) 펌프(14)를, 가열 통로(40) 중, 유체를 가열하기 위한 가열부(42)보다도 하류측에 구비하였다. 이에 의해, 펌프(14)에 의한 유체의 흡인력의 영향으로 가열부(42) 내에 위치하는 가열 통로(40)의 압력의 상승을 억제할 수 있다. 이로 인해, 가열부(42) 내의 가열 통로(40)에 요구되는 내압을 저하시킬 수 있다.

(3) 가열용 밸브(44)를 가열부(42)보다도 상류측에 설치하였다. 이에 의해, 가열부(42) 내에 위치하는 가열 통로(40)의 압력을, 펌프(14)가 저하시키는 효과가, 가열용 밸브(44)에 의해 방해되는 것을 적절하게 회피할 수 있다.

(4) 펌프(14)의 상류에, 온도에 의한 유체의 체적 변화를 흡수하는 기능을 갖는 체적 변화 흡수 수단으로서의 댐퍼(13)를 구비하였다. 이에 의해, 유체의 체적이 변화된 경우라도, 유체의 순환을 적절하게 유지할 수 있다.

(5) 합류부(12)의 하류측에 펌프(14)를 구비하였다. 이에 의해, 단일의 펌프(14)에 의해, 냉각 통로(20), 바이패스 통로(30) 및 가열 통로(40)를 통해 유체를 적절하게 순환시킬 수 있다.

(6) 가열 통로(40) 및 바이패스 통로(30)의 양쪽으로부터 온도 조절부(11)로 유체가 공급될 때에 사용되는 바이패스 통로(30)와, 냉각 통로(20) 및 바이패스 통로(30)의 양쪽으로부터 온도 조절부(11)로 유체가 공급될 때에 사용되는 바이패스 통로(30)를 공유화하였다. 이에 의해, 가열 통로(40) 및 바이패스 통로(30)로부터 온도 조절부(11)로 유체가 공급되는 경우와, 냉각 통로(20) 및 바이패스 통로(30)로부터 온도 조절부(11)로 유체가 공급되는 경우에, 공통의 바이패스 통로(30)를 사용할 수 있다. 이로 인해, 각각의 바이패스 통로를 사용해야만 하는 경우와 비교하여, 온도 제어 장치의 구조를 간소화할 수 있다.

(7) 온도 조절부(11) 근방의 유체의 온도를 검출하는 공급 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.

(8) 상기 피드백 제어 시에, 검출치(Td)의 목표치(Tt)로부터의 괴리 정도에 기초하는 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)에 기초하여, 상기 3개의 통로의 유로 면적을 조절(조작)할 수 있다.

(9) 목표치(Tt)가 변화된 후 소정 기간에 걸쳐서, 피드백 제어 대신에, 바이패스 통로(30)의 온도를 검출하는 바이패스용 온도 센서(36)의 검출치에 기초하여 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 변화 시의 응답성을 높일 수 있다.

(10) 개방 루프 제어를, 바이패스 통로(30) 내의 유체의 온도가 목표치(Tt)보다도 높은 경우에는 바이패스 통로(30) 및 냉각 통로(20)의 유로 면적을 조작함으로써 행하고, 바이패스 통로(30) 내의 유체의 온도가 목표치(Tt)보다도 낮은 경우에는 바이패스 통로(30) 및 가열 통로(40)의 유로 면적을 조작함으로써 행하였다. 이에 의해, 에너지 소비량을 최대한 저감시키면서 개방 루프 제어를 할 수 있다.

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

(제2 실시 형태)

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

도 8에 본 실시 형태에 관한 온도 제어 장치의 전체 구성을 도시한다. 도시되는 바와 같이, 본 실시 형태에서는 냉각 통로(20) 중 냉각용 온도 센서(26)의 상류 및 하류 사이에 냉각용 밸브(24)를 우회하여 유체를 유동시키는 유출 통로(60)가 접속되어 있다. 또한, 가열 통로(40) 중 가열 밸브(44)의 상류 및 하류 사이에 가열용 밸브(44)를 우회하여 유체를 유동시키는 유출 통로(62)가 접속되어 있다.

이들 유출 통로(60, 62)는 모두 냉각 통로(20), 가열 통로(40)의 유로 면적보다도 충분히 작다. 이는, 유출 통로(60, 62)가 냉각용 밸브(24)나 가열용 밸브(44)의 밸브 폐쇄 시에 있어서 냉각 통로(20)나 가열 통로(40)의 상류측으로부터 하류측으로 유체를 미소하게 유출시키기 위한 것인 것에 따른다.

즉, 가열 통로(40)나 냉각 통로(20)로부터 온도 조절부(11)로 유체의 유출이 금지되어 있는 경우, 가열 통로(40)나 냉각 통로(20) 중 가열부(42)나 냉각부(22)와 합류부(12) 부근 사이에 온도 구배가 발생한다. 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 온 도 센서(46)의 온도가 이 온도 구배의 영향을 받으므로, 냉각 통로(20) 중 냉각부(22) 내의 온도나 가열 통로(40) 중 가열부(42) 내의 온도로부터 이간된 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 가열 통로(40)나 냉각 통로(20)의 하류측의 온도 구배를 적절하게 억제할 수 있고, 나아가서는 온도 조절부(11)의 온도를 원하는 온도에 보다 신속하게 추종시킬 수 있다.

이상에서 설명한 본 실시 형태에 따르면, 앞의 제1 실시 형태의 상기 (1) 내지 (11)의 효과에 추가하여, 이하의 효과가 더 얻어지게 된다.

(12) 냉각용 밸브(24)나 가열용 밸브(44)를 우회하는 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, 앞의 제1 실시 형태와의 차이점을 중심으로 도면을 참조하면서 설명한다.

도 9에 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 항시 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 도 8에 도시하는 유출 통로(60, 62)를 구비하지 않고, 바이패스 통로(30)로부터의 유체의 유출이 주가 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 (11)의 효과에 추가하여, 이하의 효과가 더 얻어지게 된다.

(13) 냉각용 밸브(24)의 개방도(Va)와 가열용 밸브(44)의 개방도(Vc)가 항시 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 온도에 보다 신속하게 추종시킬 수 있다.

(제4 실시 형태)

이하, 제4 실시 형태에 대해, 앞의 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, 제어 대상의 온도를 신속하게 원하는 값으로 추종 시켰다. 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 제어 대상에 의존하여 변화될 수 있다. 한편, 사용자가 제어 대상을 변경할 때마다, 이들 파라미터를 수동으로 변경해서는 그 적합화에 드는 노력이 크다. 따라서, 본 실시 형태에서는 제어 장치(50)에 적합 지원 기능을 탑재한다. 도 10에 본 실시 형태에 관한 적합 지원의 처리 순서를 나타낸다. 이 처리는 제어 장치(50)에 의해, 예를 들어 소정 주기로 반복해서 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 구비해 둠으로써, 테스트 모드의 유무를 판단하면 된다. 그리고, 테스트 모드라고 판단되는 경우에는, 스텝 S72에 있어서, 바이어스 계속 시간(Tbi)의 후보를 사용자에게 있어서 시인 가능한 표시 수단으로 표시한다. 여기서, 바이어스 계속 시간(Tbi)의 후보는 당해 온도 제어 장치에 있어서 상정되는 제어 대상에 있어서 적절한 값으로 될 수 있는 범위로 미리 설정해 둔다.

이어지는 스텝 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(스텝 S74 : 예), 스텝 S76에 있어서, 선택된 후보를 사용하여 온도 제어를 개시한다. 그리고, 온도 제어가 종료되면, 스텝 S78에 있어 서, 바이어스 계속 시간(Tbi)을 결정할지 여부를, 사용자에게 있어서 시인 가능한 표시 수단을 통해 사용자에게 문의한다. 그리고, 사용자로부터 결정하지 않는다는 취지의 의사 표시가 입력되는 경우에는(스텝 S80 : 아니오), 상기 스텝 S72 내지 스텝 S78의 처리를 다시 행한다.

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

이상에서 설명한 본 실시 형태에 따르면, 앞의 제1 실시 형태의 상기 (1) 내지 (11)의 효과에 추가하여, 이하의 효과가 더 얻어지게 된다.

(14) 바이어스 계속 시간(Tbi)에 대해 복수의 선택지 중 임의의 하나를 선택하도록 외부에 재촉하여, 선택된 값에 따라서 온도 제어를 행하는 개방 루프 제어 적합 지원 기능을 구비하였다. 이에 의해, 온도 제어 장치의 사용자가 제어 대상에 따라서 개방 루프 제어의 적합화를 행할 때의 노력을 저감시킬 수 있다.

(그 밖의 실시 형태)

또한, 상기 각 실시 형태는 이하와 같이 변경하여 실시해도 좋다.

ㆍ 상기 제4 실시 형태의 상기 제1 실시 형태로부터의 변경점에 의해, 상기 제2, 제3 실시 형태를 변경해도 좋다.

ㆍ 상기 제4 실시 형태에서는, 개방 루프 제어의 적합 지원을 행할 때의 적 합 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 도 5에 도시한 바이어스 제어에 있어서의 목표치의 설정[오프셋치(β, γ)]을 적합 파라미터로 해도 좋다. 또한 이들 파라미터의 복수를 적합 파라미터로 해도 좋다.

ㆍ 상기 제4 실시 형태에 있어서는, 사용자가 제어 대상에 따라서 적절한 적합 파라미터를 선택할 수 있도록 지원하였지만, 적합화 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, 제어 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 할 수 있으므로, 사용자의 노력을 가일층 경감시킬 수 있다.

ㆍ 상기 각 실시 형태에서는 합류부(12)의 하류이며 또한 온도 조절부(11)의 상류의 유체 온도의 검출치(Td)를 목표치(Tt)로 피드백 제어하였지만 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 온도 조절부(11) 내의 유체의 온도의 검출치를 목표치(Tt)로 피드백 제어해도 좋다. 또한 예를 들어, 온도 조절부(11)로부터 공급된 유체의 온도의 검출치를 목표치(Tt)로 피드백 제어해도 좋다.

ㆍ 상기 각 실시 형태에서는 합류부(12)의 하류에 펌프(14) 및 댐퍼(13)를 설치하였지만 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 냉각 통로(20), 바이패스 통로(30) 및 가열 통로(40)의 각각에, 각각의 펌프 및 댐퍼를 구비해도 좋다. 이 경우, 예를 들어 바이패스 통로(30)에 대해서는, 바이패스용 밸브(34)의 상류측에 펌프 및 댐퍼를 구비하도록 해도 좋다. 또한 예를 들어, 냉각 통로(20)에 대해, 냉각부(22)와 냉각용 밸브(24) 사이에 펌프 및 댐퍼를 구비해도 좋다. 또한, 냉각 통로(20)에 대해, 냉각용 밸브(24)의 상류측에 펌프 및 댐퍼를 구비해도 좋다. 이러한 경우라도, 가열 통로(40)의 가열부(42)의 하류에 펌프를 구비함으로써, 가열 통로(40)의 압력의 상승을 억제할 수 있고, 나아가서는 가열 통로(40)에 요구되는 내압을 저하시킬 수 있다.

ㆍ 상기 각 실시 형태에서는 냉각 통로(20), 바이패스 통로(30) 및 가열 통로(40)를 1개소에서 합류시켰지만 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 냉각 통로(20) 및 바이패스 통로(30)를 합류시킨 후, 그 하류에서 이들과 가열 통로(40)를 합류시켜도 좋다. 이러한 경우라도, 합류부의 유로 면적은 가열 통로(40), 냉각 통로(20) 및 바이패스 통로(30)를 통해 유입해 온 유체의 유속을 최대한 저하시키지 않도록 최대한 작게 하는 것이 바람직하다. 여기서, 유체의 유속이라 함은, 유통 방향의 유체의 진행 속도를 말하는 것으로 한다.

ㆍ 기본 조작량(MB)을, 냉각용 밸브(24), 바이패스용 밸브(34) 및 가열용 밸브(44)의 조작량으로 변환하는 방법으로서는, 도 3 및 도 9에 도시한 것으로 한정되지 않는다. 이들 도 3 및 도 9에서는 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, 도 3 및 도 9에서는, 냉각용 밸브(24), 바이패스용 밸브(34) 및 가열용 밸브(44)의 각 조작량이 온도차(Δ)의 0차 또는 1차 함수로 되도록 하였지만, 이에 한정되지 않는다. 밸브 개방도의 변화와 유량의 변화의 관계가 비선형성을 갖는 경우에는, 특히 상기 각 조작량을 온도차(Δ)의 비선형 함수로 하는 것이 바람직하다.

ㆍ 앞의 제3 실시 형태에서는 기본 조작량(MB)이 어떤 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 있는 것으로 생각되므로, 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.

ㆍ 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.

ㆍ 피드백 제어로서는, PID 제어로 한정되지 않는다. 예를 들어, PI 제어나 I 제어라도 좋다. 여기서 예를 들어, 상기 각 실시 형태와 같이, 목표치가 변화되는 과도 시에 개방 루프 제어를 행하는 구성에 있어서는, 피드백 제어의 목적은 정상 시에 있어서 검출치(Td)를 목표치(Tt)에 고정밀도로 일치시키는 것과, 검출치(Td)의 변동을 최대한 저감시키는 것이다. 이를 위해, 적분 제어와 같이, 검출치(Td)와 목표치(Tt)의 괴리 정도를 나타내는 양의 누적치에 기초하여 검출치(Td)를 목표치(Tt)로 피드백 제어하는 것이 특히 유효하다.

ㆍ 개방 루프 제어로서는, 상기 실시 형태에서 예시한 것으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 냉각용 밸브(24), 바이패스용 밸브(34) 및 가열용 밸브(44)의 각 조작량[개방도(Va, Vb, Vc)]과 기본 조작량에 대한 앞의 도 3에 도시한 관계를 사용함으로써 유량을 파악하면서 개방 루프 제어를 행해도 된다. 상세하게는, 바이패스 통로(30) 내의 유체의 온도가 목표치(Tt)보다도 높은 경우에는, 냉각용 밸브(24)와 바이패스용 밸브(34)의 개방도를, 앞의 도 3에 도시한 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 도 3에 도시한 개방도의 비율을 참조하여 설정해도 좋다. 구체적으로는, 바이패스 통로(30) 내의 유체의 온도가 목표치(Tt)보다도 낮은 경우, 목표치(Tt)로 하는 데 있어서 가열 통로(40) 및 바이패스 통로(30)에 요구되는 유량의 비는, 가열 통로(40)의 온도(Tc) 및 바이패스 통로(30)의 온도(Tb)를 사용하여, 「(Tt － Tb) : (Tc － Tt) 」로 된다. 이로 인해, 앞의 도 3에 있어서, 기본 조작량(MB)이 「0」인 점과 최대인 점을 「(Tt － Tb) : (Tc － Tt)」의 비로 분할하는 점에 있어서의 가열용 밸브(44)의 개방도(Vc)와 바이패스용 밸브(34)의 개방도(Vb)를 사용함으로써, 간이하게 개방 루프 제어를 할 수 있다. 특히 이 방법에 따르면, 밸브의 개방도와 유량 사이에 선형성이 없는 경우라도, 앞의 도 3에 나타내는 관계가 밸브 개방도와 유량의 비선형인 관계를 반영하여 작성된다면, 각 밸브의 개방도를 간이하고 또한 고정밀도로 설정할 수 있다. 또한, 이 방법에 따르면, 유량계를 사용하는 것을 회피할 수 있다. 유량계는 유체에 침지되므로, 가열 통로(40) 내의 유체의 온도와 냉각 통로(20) 내의 유체의 온도 사이의 온도 영역 전체 영역에 있어서 장시간의 사용에 대해 신뢰성을 유지하는 것이 곤란하므로, 유량계를 사용하지 않고 간이하게 개방 루프 제어를 하는 것은 바람직하다.

또한, 도 3에 나타낸 개방도 비율을 사용하지 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 바이패스 통로(30) 내의 유체 온도의 차와 냉각 통로(20) 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, 바이패스 통로(30) 내의 유체 온도에 대한 목표치(Tt)의 차와 목표치(Tt)에 대한 가열 통로(40) 내의 유체 온도의 차의 비율에 따라서 설정해도 좋다. 이에 의해, 밸브 개방도와 유량 사이에 선형성을 가정한 경우의 밸브 개방도를 설정할 수 있 다.

ㆍ 피드백 제어를 하는 것으로 한정되지 않고, 앞의 도 6의 스텝 S48, 스텝 S50에 예시한 개방 루프 제어만을 행해도 좋다. 또한, 목표치의 변화의 유무에 관계 없이, 앞의 도 6의 스텝 S48, 스텝 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 관계 없이, 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 트레이드 오프의 관계에 있지만, 바이어스 제어를 행함으로써 피드백 제어의 게인의 응답 지연을 비교적 저감시킬 수 있으므로, 상기 변동을 저감시키면서도 응답 지연을 저감시킬 수 있다. 또한, 목표치가 크게 변화되는 경우에 일시적으로 피드백 제어의 게인을 증대시키는 처리를 행해도 좋다. 이것에 의해서도, 응답 지연을 저감시키는 것과 목표치(Tt)에 대한 검출치(Td)의 변동을 저감시키는 것의 양립을 도모할 수 있다.

ㆍ 피드백 제어로서는, 피드백 제어의 요구량[기본 조작량(MB)]을, 냉각용 밸브(24), 바이패스용 밸브(34) 및 가열용 밸브(44)의 조작량으로 변환함으로써 행하는 것으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 목표치(Tt)와 검출치(Td)의 괴리 정도에 기초하여, 냉각용 밸브(24), 바이패스용 밸브(34) 및 가열용 밸브(44)의 조작량을 각각 독립적으로 설정해도 좋다. 단, 이 경우에 있어서도, 목표치(Tt)가 검출 치(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.

ㆍ 상기 각 실시 형태에서는 가열 통로(40) 및 바이패스 통로(30)의 양쪽으로부터 온도 조절부(11)로 유체가 공급될 때에 사용되는 바이패스 통로(30)와, 냉각 통로(20) 및 바이패스 통로(30)의 양쪽으로부터 온도 조절부(11)로 유체가 공급될 때에 사용되는 바이패스 통로(30)를 공유화하였지만 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 가열 통로(40) 및 바이패스 통로(30)의 양쪽으로부터 온도 조절부(11)로 유체가 공급될 때에 사용되는 바이패스 통로(30)와, 냉각 통로(20) 및 바이패스 통로(30)의 양쪽으로부터 온도 조절부(11)로 유체가 공급될 때에 사용되는 바이패스 통로(30)의 일부만을 공통으로 해도 좋다. 또한, 이들을 각각의 통로로 해도 좋다. 이 경우에 있어서도, 앞의 제1 실시 형태의 상기 (1) 내지 (5), (7) 내지 (11)의 효과를 얻을 수는 있다.

ㆍ 온도에 따른 유체의 체적 변화를 흡수하는 기능을 갖는 체적 변화 흡수 수단으로서는, 상기 각 실시 형태에서 예시한 바와 같이, 유체가 들어가는 용기 내를 전부 유체로 채우지 않고, 기체가 충전되는 공간을 갖도록 설정함으로써 구성되는 것으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 용기에 간극 없이 유체를 충전하는 구성으로 하고, 또한 유체가 용기 내벽에 가하는 힘에 따라서 용기의 체적이 변화될 수 있는 것이라도 좋다. 또한, 예를 들어 앞의 도 12에 도시한 탱크(100)와 동일한 부재라도 좋다.

ㆍ 상기 각 실시 형태에서는, 냉각 통로(20), 바이패스 통로(30) 및 가열 통로(40)로부터 온도 조절 플레이트(10)로 공급되는 유체의 유량비를 조절하는 조절 수단으로서, 냉각용 밸브(24), 바이패스용 밸브(34) 및 가열용 밸브(44)를 사용하였지만 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 유로 면적을 단계적으로 조절 가능한 것이라도 좋다. 또한, 예를 들어 이들 통로를 각각 복수 구비하는 동시에, 이들 각각에 개폐의 2치적인 동작을 하는 밸브를 설치하여, 온도 조절 플레이트(10)로 유체를 공급하는 통로의 수를 조작량으로 해도 좋다. 또한, 복수의 통로를 준비하고, 또한 그들 각 통로마다 냉각부(22), 가열부(42) 및 복귀 통로(16)의 하류측의 어느 것과 접속할지를 조작하도록 해도 좋다.

또한, 도 11에 도시한 바와 같이 냉각 통로(20), 바이패스 통로(30) 및 가열 통로(40)의 각각에 별도로 펌프(70, 72, 74)를 구비하고, 그 토출 능력을 별도로 조작함으로써 유량비를 조절해도 좋다. 도 11에서는 펌프(70) 및 냉각부(22) 사이에 댐퍼(76)를 구비하고, 펌프(72)의 상류측에 댐퍼(78)를 구비하고, 펌프(74) 및 가열부(42) 사이에 댐퍼(80)를 구비하는 예를 나타내고 있다. 여기서, 펌프(70, 72, 74)로서는, 와류식, 용적식 등, 토출량을 조작할 수 있는 임의의 것이라도 좋다. 단, 펌프(70, 72, 74)의 토출량을 제로로 하기 위해 이것을 정지할 때에 그 상류측으로부터 하류측으로 유체가 누출되는 일이 없는 구성으로 한다면, 토출량을 제로로부터 정의 값까지 적절하게 제어할 수 있다. 또한, 이것 대신에, 펌프의 토출구에 역지 밸브를 구비함으로써, 토출량 제로를 실현하도록 해도 좋다. 물론, 펌프를 정지시켰을 때에 그 상류측으로부터 하류측으로 미소량의 유체가 누설되는 것을 채용한다면, 앞의 제3 실시 형태에 준하는 효과를 얻을 수는 있다.

ㆍ 그 밖에, 온도 조절 플레이트(10)의 형상은 상기 직사각 형상으로 한정되지 않고, 예를 들어 원반 형상이라도 좋다. 또한, 온도 조절부(11)로서는, 제어 대상을 연직 하방으로부터 지지 가능한 판상 부재 내부에 구비되는 것으로 한정되지 않고, 예를 들어 제어 대상의 복수의 측면에 접촉하여 그 온도를 제어하는 것이라도 좋다.

도 1은 제1 실시 형태에 관한 온도 제어 장치의 전체 구성을 도시하는 도면.

도 2는 제1 실시 형태에 관한 피드백 제어의 처리 수순을 도시하는 흐름도.

도 3은 제1 실시 형태에 관한 냉각용 밸브, 바이패스용 밸브, 가열용 밸브의 조작량의 설정 방법을 도시하는 도면.

도 4는 제1 실시 형태에 있어서, 가령 피드백 제어만에 의해 온도를 제어한 경우의 제어 대상 등의 온도의 추이를 나타내는 타임챠트.

도 5는 제1 실시 형태에 있어서의 목표치의 설정 처리의 수순을 도시하는 흐름도.

도 6은 제1 실시 형태에 있어서의 개방 루프 제어의 처리 수순을 도시하는 흐름도.

도 7은 상기 개방 루프 제어를 병용한 경우의 제어 대상 등의 온도의 추이를 나타내는 타임챠트.

도 8은 제2 실시 형태에 관한 온도 제어 장치의 전체 구성을 도시하는 도면.

도 9는 제3 실시 형태에 관한 냉각용 밸브, 바이패스용 밸브, 가열용 밸브의 조작량의 설정 방법을 도시하는 도면.

도 10은 제4 실시 형태에 관한 개방 루프 제어의 적합 지원 처리의 수순을 도시하는 흐름도.

도 11은 상기 각 실시 형태의 변형예에 관한 온도 제어 장치의 전체 구성을 도시하는 도면.

도 12는 종래의 온도 제어 장치의 구성을 도시하는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 온도 조절 플레이트

11 : 온도 조절부

12 : 합류부

14 : 펌프

16 : 복귀 통로

20 : 냉각 통로

22 : 냉각부

30 : 바이패스 통로

34 : 바이패스용 밸브

40 : 가열 통로

42 : 가열부

50 : 제어 장치

51 : 공급 온도 센서

60, 62 : 유출 통로

Claims (19)

1. 제어 대상의 부근에 배치되는 온도 조절부에 유체를 순환시킴으로써 상기 제어 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 통과시키지 않고, 상기 유체를 상기 온도 조절부에 순환시키는 바이패스 통로와,

   상기 가열 통로, 상기 냉각 통로 및 상기 바이패스 통로로부터 상기 온도 조절부로 공급되는 유체의 유량비를 조절하는 조절 수단과,

   상기 유체를 순환시키기 위해 상기 유체를 유동시키는 유동 수단을 구비하고,

   상기 가열 통로에는 상기 유체를 가열하기 위한 가열부가 설치되어 있고,

   상기 유동 수단은 상기 유체의 순환 경로 중 상기 가열부보다도 하류측에 구비되어 이루어지는 것을 특징으로 하는, 온도 제어 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 조절 수단은 상기 가열 통로로부터 상기 온도 조절부로 공급되는 유체의 유량을 조절하는 수단을 구비하고, 또한 상기 유량 조절 수단은 상기 가열부보다도 상류측에 설치되는 것을 특징으로 하는, 온도 제어 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 유체의 순환 경로에는 온도에 의한 상기 유체의 체적 변화를 흡수하는 기능을 갖는 체적 변화 흡수 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는, 온도 제어 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 가열 통로 및 상기 냉각 통로에는 상기 조절 수단을 우회시켜 그 상류측으로부터 하류측으로 상기 유체를 유출시키는 유출 통로가 설치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는, 온도 제어 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 가열 통로 및 상기 바이패스 통로의 양쪽으로부터 상기 온도 조절부로 유체가 공급될 때에 사용되는 바이패스 통로와 상기 냉각 통로 및 상기 바이패스 통로의 양쪽으로부터 상기 온도 조절부로 유체가 공급될 때에 사용되는 바이패스 통로가 공통의 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는, 온도 제어 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 온도 조절부 근방의 유체의 온도를 목표치로 제어하기 위해, 상기 조절 수단을 조작하는 조작 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 온도 제어 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 온도 조절부 근방의 유체의 온도를 검출하는 공급 온도 검출 수단을 더 구비하고,

   상기 조작 수단은 상기 공급 온도 검출 수단에 의한 검출치를 상기 목표치로 피드백 제어하는 것인 것을 특징으로 하는, 온도 제어 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 조절 수단은 상기 가열 통로, 상기 냉각 통로 및 상기 바이패스 통로의 각각의 유로 면적을 조절하는 수단이고,

   상기 조작 수단은 상기 검출치의 상기 목표치로부터의 괴리 정도에 기초하는 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.
9. 제7항에 있어서, 상기 조작 수단은 상기 목표치가 변화된 후 소정 기간에 걸쳐서, 상기 피드백 제어 대신에, 상기 바이패스 통로의 온도를 검출하는 바이패스 온도 검출 수단의 검출치에 기초하여 상기 온도 조절부 근방의 유체의 온도를 개방 루프 제어하기 위해, 상기 조절 수단을 조작하는 것을 특징으로 하는, 온도 제어 장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 개방 루프 제어는 상기 바이패스 통로 내의 유체의 온도가 상기 목표치보다도 높은 경우에는 상기 소정 기간에 걸쳐서 상기 바이패스 통로 및 상기 냉각 통로로부터 상기 온도 조절부로 공급되는 유체의 유량비를 조작함으로써 행해지고, 상기 바이패스 통로 내의 유체의 온도가 상기 목표치보다도 낮은 경우에는 상기 소정 기간에 걸쳐서 상기 바이패스 통로 및 상기 가열 통로로부터 상기 온도 조절부로 공급되는 유체의 유량비를 조작함으로써 행해지는 것을 특징으로 하는, 온도 제어 장치.
11. 제9항에 있어서, 상기 개방 루프 제어의 게인, 상기 개방 루프 제어의 계속 시간 및 상기 개방 루프 제어 시의 목표치 중 적어도 하나에 대해 복수의 선택지 중 임의의 하나를 선택하도록 재촉하는 신호를 출력하여, 선택된 값에 따라서 상기 온도 제어를 행하는 개방 루프 제어 적합 지원 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 온도 제어 장치.
12. 제6항에 있어서, 상기 온도 조절부의 요구 온도가 변화되는 경우, 상기 목표치를 상기 요구치의 변화보다도 크게 변화시키는 과도시 목표치 설정 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 온도 제어 장치.
13. 제6항에 있어서, 상기 조작 수단은 상기 온도 조절부 근방의 온도가 정상 상태인 경우, 상기 가열 통로 및 상기 냉각 통로에 대한 상기 조절 수단에 의해 조절되는 유체의 유량이 제로로 되는 것을 금지하는 것을 특징으로 하는, 온도 제어 장치.
14. 제2항에 있어서, 상기 온도 조절부 근방의 유체의 온도를 목표치로 제어하기 위해, 상기 조절 수단을 조작하는 조작 수단과,

    상기 온도 조절부 근방의 유체의 온도를 검출하는 공급 온도 검출 수단을 더 구비하고,

    상기 조작 수단은 상기 공급 온도 검출 수단에 의한 검출치를 상기 목표치로 피드백 제어하는 것인 것을 특징으로 하는, 온도 제어 장치.
15. 제14항에 있어서, 상기 조절 수단은 상기 가열 통로, 상기 냉각 통로 및 상기 바이패스 통로의 각각의 유로 면적을 조절하는 수단이고,

    상기 조작 수단은 상기 검출치의 상기 목표치로부터의 괴리 정도에 기초하는 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.
16. 제14항에 있어서, 상기 조작 수단은 상기 목표치가 변화된 후 소정 기간에 걸쳐서, 상기 피드백 제어 대신에, 상기 바이패스 통로의 온도를 검출하는 바이패스 온도 검출 수단의 검출치에 기초하여 상기 온도 조절부 근방의 유체의 온도를 개방 루프 제어하기 위해, 상기 조절 수단을 조작하는 것을 특징으로 하는, 온도 제어 장치.
17. 제3항에 있어서, 상기 온도 조절부 근방의 유체의 온도를 목표치로 제어하기 위해, 상기 조절 수단을 조작하는 조작 수단과,

    상기 온도 조절부 근방의 유체의 온도를 검출하는 공급 온도 검출 수단을 더 구비하고,

    상기 조작 수단은 상기 공급 온도 검출 수단에 의한 검출치를 상기 목표치로 피드백 제어하는 것인 것을 특징으로 하는, 온도 제어 장치.
18. 제17항에 있어서, 상기 조절 수단은 상기 가열 통로, 상기 냉각 통로 및 상기 바이패스 통로의 각각의 유로 면적을 조절하는 수단이고,

    상기 조작 수단은 상기 검출치의 상기 목표치로부터의 괴리 정도에 기초하는 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.
19. 제17항에 있어서, 상기 조작 수단은 상기 목표치가 변화된 후 소정 기간에 걸쳐서, 상기 피드백 제어 대신에, 상기 바이패스 통로의 온도를 검출하는 바이패스 온도 검출 수단의 검출치에 기초하여 상기 온도 조절부 근방의 유체의 온도를 개방 루프 제어하기 위해, 상기 조절 수단을 조작하는 것을 특징으로 하는, 온도 제어 장치.

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