TW202419788A - 流體流通系統、流量控制方法、控制裝置、及電腦程式 - Google Patents

Abstract

一實施方式的系統，係具備：流體流通裝置(20)，其包含泵(22)，並藉由泵的旋轉使流體流通；及控制裝置(30)，用於控制流體流通裝置(20)。當針對流體的目標流量被變更了時，控制裝置(30)係根據目標流量以及目標流量的變更時的流體的流量和泵(22)的旋轉數、或者目標流量的變更前的預定期間內的流體的流量和泵(22)的旋轉數，來導出變更後旋轉數，並將泵(22)的旋轉數朝變更後旋轉數變更。

Description

流體流通系統、流量控制方法、控制裝置、及電腦程式

本發明的實施方式係關於流體流通系統、流量控制方法、控制裝置、及電腦程式。

已知一種溫度控制系統，係具備：具有壓縮機、冷凝器、膨脹閥和蒸發器的製冷裝置；及用於使諸如水和鹽水之類的流體循環的流體流通裝置；並且藉由製冷裝置的蒸發器來冷卻經由流體流通裝置循環的流體。本案申請人先前已經在例如專利文獻1 JPB6053907中提出了這種類型的系統。

在製造工廠中，溫度條件可能隨著製造工藝的切換而切換。此時，有可能變更用於溫度控制的流體的流量。例如，當期望增加溫度控制對象的製冷能力時，執行這樣的流量變更。近年來，存在對於這樣的流量變更要求極高的響應性的情況。

當在上述溫度控制系統中切換由流體流通裝置流通的流體的流量時，可以藉由PID控制來控制由流體流通裝置循環的流體的流量。在PID控制中，可以藉由增益調整來改善響應性。然而，即使在PID控制中進行增益調整，也可能無法滿足近年來對響應性的高要求。

另一方面，有時將前饋控制組合到PID控制系統中以改善響應性。在前饋控制中，可以與PID控制分開輸入大的控制量，因此可以改善響應性。然而，在前饋控制中，由於操作量的設定或其導出順序，響應性可能會受到損害。例如，如果變更流路長度或者變更流路的配置條件時，則在某些條件下確定的前饋的設定值在其他條件下有可能不合適的。例如，在這種情況下，如果在其他條件下使用相同的設定值，則可能無法執行期望的控制。

因此，本發明的目的在於提供一種能夠穩態地提高流量切換時的響應性的流體流通系統、流量控制方法、控制裝置以及電腦程式。

本發明的一實施方式的流體流通系統，係具備：流體流通裝置，其包含泵，並藉由前述泵的旋轉使流體流通；及控制裝置，用於控制前述流體流通裝置；當對於前述流體的目標流量已被變更時，前述控制裝置係根據前述目標流量以及前述目標流量的變更時的前述流體的流量和前述泵的旋轉數、或者前述目標流量的變更前的預定期間內的前述流體的流量和前述泵的旋轉數，來導出變更後旋轉數，並將前述泵的旋轉數朝前述變更後旋轉數變更。

此外，本發明的一實施方式的流量控制方法係流體流通系統中的流量控制方法，該流體流通系統具備包含泵並藉由前述泵的旋轉使流體流通的流體流通裝置，該流量控制方法具備：針對前述流體的目標流量是否已被變更進行檢測的工程；及當對於前述流體的目標流量已被變更時，根據前述目標流量以及前述目標流量的變更時的前述流體的流量和前述泵的旋轉數、或者前述目標流量的變更前的預定期間內的前述流體的流量和前述泵的旋轉數，來導出變更後旋轉數，並將前述泵的旋轉數變更為前述變更後旋轉數的工程。

此外，本發明的一實施方式的控制裝置係控制流體流通系統的控制裝置，該流體流通系統具備包含泵並且藉由前述泵的旋轉使流體流通的流體流通裝置，當對於前述流體的目標流量已被變更時，該控制裝置係根據前述目標流量以及前述目標流量的變更時的前述流體的流量和前述泵的旋轉數、或者前述目標流量的變更前的預定期間內的前述流體的流量和前述泵的旋轉數，來導出變更後旋轉數，並將前述泵的旋轉數變更為前述變更後旋轉數。

此外，本發明的一實施方式的電腦程式係用於控制流體流通系統的電腦程式，該流體流通系統具備包含泵並且藉由前述泵的旋轉使流體流通的流體流通裝置，該電腦程式係使電腦執行以下的步驟：針對前述流體的目標流量是否已被變更進行檢測的步驟；及當對於前述流體的目標流量已被變更時，根據前述目標流量以及前述目標流量的變更時的前述流體的流量和前述泵的旋轉數、或者前述目標流量的變更前的預定期間內的前述流體的流量和前述泵的旋轉數，來導出變更後旋轉數，並將前述泵的旋轉數變更為前述變更後旋轉數步驟。

根據本發明可以穩態地提升流量的切換時的響應性。

以下，對本發明的一實施方式進行說明。

＜溫度控制系統的構成＞ 圖1是作為一實施方式的流體流通系統的溫度控制系統1的概略圖。圖1所示的溫度控制系統1係具備：製冷裝置10；流體流通裝置20；及控制裝置30。

製冷裝置10利用製冷劑來控制在流體流通裝置20中流通的流體的溫度。流體流通裝置20向溫度控制對象T供給溫度已由製冷裝置10控制的流體。

流體流通裝置20使通過溫度控制對象T的流體循環。然後，從溫度控制對象T返回的流體的溫度再次由製冷裝置10進行控制。在流體流通裝置20中循環的流體例如是鹽水，但是也可以使用其他流體例如水。

控制裝置30構成為控制製冷裝置10和流體流通裝置20，例如根據用戶的操作設定供給至溫度控制對象T的流體的目標溫度和目標流量，或者控制各部分以使流體的狀態成為設定的目標溫度和目標流量。以下，對溫度控制系統1的各部分進行詳細說明。

製冷裝置10包括壓縮機11、冷凝器12、膨脹閥13和蒸發器14。壓縮機11、冷凝器12、膨脹閥13以及蒸發器14藉由配管15依次連接以使製冷劑循環。

壓縮機11對從蒸發器14流出的低溫且低壓的氣態的製冷劑進行壓縮，並以高溫且高壓的氣態供給至冷凝器12。冷凝器12例如利用冷卻水對由壓縮機11已壓縮的製冷劑進行冷卻、冷凝，作為預定的冷卻溫度的高壓的液態供給至膨脹閥13。通過冷凝器12的冷卻水可以是水或其他製冷劑。另外，冷凝器12也可以是空冷式。

膨脹閥13使從冷凝器12供給的製冷劑膨脹而減壓，並以低溫且低壓的氣液混合狀態供給至蒸發器14。蒸發器14使從膨脹閥13供給的製冷劑與流體流通裝置20中的流體之間進行熱交換。這裡，與流體進行熱交換後的製冷劑成為低溫且低壓的氣態，從蒸發器14流出並返回壓縮機11。然後，從蒸發器14流出的製冷劑再次被壓縮機11壓縮。

流體流通裝置20包括具有流入口21U和流出口21D的主流路21，主流路21將流入口21U和流出口21D分別連接到溫度控制對象T。主流路21係在流入口21U與流出口21D之間具有熱交換部21E，並且使在流入口21U處接收到的流體通過熱交換部21E流通到流出口21D。

流體流通裝置20使熱交換部21E中的流體與蒸發器14中的製冷劑進行熱交換，然後將流體從流出口21D發送至溫度控制對象T。然後，流體流通裝置20在流入口21U處接收已經通過溫度控制對象T的流體。然後，流體流通裝置20使流入了流入口21U的流體再次在蒸發器14中進行熱交換。

流體流通裝置20還具備泵22、槽23、旁通流路24、閥機構25、第一溫度感測器26、第二溫度感測器27和流量感測器28。

泵22構成主流路21的一部分，產生用於使流體流通的驅動力。泵22配置在主流路21中的熱交換部21E的上游側的部分處，但其位置沒有特別限定。泵22與控制裝置30電連接，並由控制裝置30控制旋轉數。藉由增加或減少泵22的旋轉數，可以調整流過流體流通裝置20的流體的流量。

槽23配置在主流路21中的熱交換部21E的上游側的部分處。槽23被設置為貯存一定量的流體並且構成主流路21的一部分。儘管在本實施方式中泵22配置在槽23的內部，但是泵22也可以設置在槽23的外部。

旁通流路24將主流路21的熱交換部21E的上游側部分和下游側部分連接，使從主流路21的上游側部分接收到的流體流通。閥機構25調整主流路21中流過熱交換部21E的流體的流量和流過旁通流路24的流體的流量。

本實施方式的閥機構25構成為包含三通閥25V。三通閥25V包括第一端口251、第二端口252和第三端口253。從第一端口251到第二端口252的流路係構成主流路21的一部分。在此，在旁通流路24中，其上游端開口係連接到主流路21中的泵22的下游側並且是熱交換部21E的上游側的部分，其下游端開口則連接到三通閥25V的第三端口253。

三通閥25V能夠調整流入第一端口251並流出第二端口252的流體的流量與流入第三端口253並流出第二端口252的流體的流量之間的比例。由此，能夠調整主流路21中流過熱交換部21E的流體的流量與流過旁通流路24的流體的流量之比例。閥機構25構成為包含三通閥25V，但也可以構成為組合兩個以上的二通閥。三通閥25V可以是電動閥，二通閥可以是電磁閥。

第一溫度感測器26檢測流過主流路21中的熱交換部21E的下游側的部分的流體的溫度。具體而言，第一溫度感測器26檢測流過主流路21中與旁通流路24的下游端處的連接位置的下游部分的流體的溫度，具體而言，檢測流過三通閥25V的下游部分的流體的溫度。

第二溫度感測器27檢測流過主流路21中的熱交換部21E的上游側部分的流體的溫度。具體而言，第二溫度感測器27檢測流過主流路21中的流入口21U與槽23之間的部分的流體的溫度。第二溫度感測器27的檢測位置並不限於上述方式，也可以是槽23內、主流路21中的槽23與熱交換部21E之間的部分。

另外，流量感測器28檢測流過主流路21中的與旁通流路24的下游端處的連接位置的下游部分的流體的流量，具體而言是檢測流過三通閥25V的下游側部分的流體的流量。也就是說，流量感測器28是檢測供給至溫度控制對象T的流體的流量。

上述說明的第一溫度感測器26、第二溫度感測器27以及流量感測器28係與控制裝置30電連接，各感測器檢測到的資訊(溫度資訊、流量資訊)被發送到控制裝置30。

控制裝置30是控制製冷裝置10以及流體流通裝置20的動作的控制器，例如可以由具有CPU、ROM等的電腦構成。在這種情況下，根據儲存在ROM中的程式執行各種處理。另外，控制裝置30也可以由其他處理器或電路(例如FPGA(Field Programmable Gate Alley)等)構成。

控制裝置30控制製冷裝置10和流體流通裝置20，以將流體的溫度控制為針對例如由流體流通裝置20流過的流體所設定的目標溫度。此時，控制裝置30控制製冷裝置10中的壓縮機11的旋轉數和膨脹閥13的開度。控制裝置30控制流體流通裝置20中的泵22的旋轉數和閥機構25的動作。以下將詳細說明控制裝置30的構成。

＜控制裝置的構成＞ 圖2是表示控制裝置30的功能構成的方塊圖。如圖2所示，控制裝置30具有介面部301、目標溫度設定部302A、目標流量設定部302B、溫度獲取部303、流量獲取部304、熱負荷運算部305、轉移判定部306、壓縮機控制部307、膨脹閥控制部308、閥機構控制部309以及泵控制部310。例如，這些每個功能部中的大部分可以藉由執行程式來實現。

另外，控制裝置30例如可以由一個電腦構成，也可以由多個電腦構成。當由多個電腦構成時，上述多個功能部可以分配給多個電腦。此外，控制裝置30控制製冷裝置10和流體流通裝置20，更具體而言，控制裝置30使用上述多個功能部之任一來控制製冷裝置10和流體流通裝置20。以下對各功能部進行詳細說明。

介面部301從外部接收資訊並向外部提供資訊。介面部301例如藉由來自用戶操作的操作手段的輸入或來自外部的裝置的輸入來獲取在流體流通裝置20中流通的流體的目標溫度的資訊，並將其供給至例如目標溫度設定部302A。另外，介面部301還獲取諸如運轉開始指令、來自用戶的停止指令以及在流體流通裝置20中流通的流體的目標流量等資訊。當介面部301獲取了目標流量的資訊時，介面部301將該資訊提供給泵控制部310等。

目標溫度設定部302A將從介面部301獲取的目標溫度的資訊在內部設定為目標溫度並保持。另外，目標溫度設定部302A將所取得的目標溫度的資訊提供給熱負荷運算部305、轉移判定部306、壓縮機控制部307、膨脹閥控制部308以及閥機構控制部309等。

目標流量設定部302B將從介面部301取得的目標流量的資訊在內部設定為目標流量並保持。另外，目標流量設定部302B將取得的目標流量的資訊供給至轉移判定部306、泵控制部310等。

溫度獲取部303獲取由第一溫度感測器26檢測到的流體的溫度的資訊和由第二溫度感測器27檢測到的流體的溫度的資訊。溫度獲取部303始終或以預定週期獲取溫度資訊，並且將從第一溫度感測器26獲取的流過熱交換部21E的下游側的流體的溫度的資訊，供給至轉移判定部306、壓縮機控制部307、膨脹閥控制部308、閥機構控制部309等。此外，溫度獲取部303將從第二溫度感測器27獲取的流過熱交換部21E的上游側的流體的溫度的資訊提供給熱負荷運算部305。

流量獲取部304獲取由流量感測器28檢測出的流體的流量資訊。流量獲取部304始終或以預定週期獲取流量資訊，並將所獲取的流量資訊提供給熱負荷運算部305、泵控制部310等。

熱負荷運算部305運算熱負荷(熱量輸入量)，該熱負荷(熱量輸入量)係用於將流入主流路21中的熱交換部21E之前的流體的溫度設定為由目標溫度設定部302A設定的目標溫度。具體而言，熱負荷運算部305根據目標溫度、從第二溫度感測器27獲取的溫度資訊、以及從流量獲取部304獲取的流體的流量資訊來運算熱負荷。

例如，可以藉由將目標溫度與由第二溫度感測器27界定的溫度之間的差乘以流體的流量、流體的密度以及比熱來獲得熱負荷。作為一例，熱負荷運算部305可以根據以上運算來導出熱負荷。熱負荷運算部305將運算出的熱負荷提供給壓縮機控制部307。

轉移判定部306從目標溫度設定部302A獲取目標溫度的資訊、從第一溫度感測器26獲取在熱交換部21E的下游側流動的流體的溫度資訊、從目標流量設定部302B獲取目標流量的資訊、從流量感測器28獲取流經三通閥25V的下游側部分的流體的流量的資訊，換句話說，獲取提供給溫度控制對象T的流體的流量資訊。然後，轉移判定部306根據這些目標溫度的資訊和在熱交換部21E的下游側流動的流體的溫度資訊，來決定用於將流經熱交換部21E下游側的流體的溫度控制成為目標溫度的控制模式。本實施方式中的轉移判定部306，能夠根據來自目標溫度設定部302A的目標溫度的資訊和來自第一溫度感測器26的溫度資訊，從與溫度控制相關的多個控制模式中選擇期望的控制模式。控制模式沒有特別限定，可以是反饋控制或者組合了前饋控制與反饋控制的控制等。

另外，轉移判定部306根據來自目標流量設定部302B的目標流量的資訊和來自流量感測器28的流量資訊，來決定用於將流過流體流通裝置20的流體的流量控制為目標流量度的控制模式。本實施方式中的轉移判定部306，係將控制模式決定為穩態控制(steady-state control)或手動控制(manual control)，並將所決定的控制模式的資訊向泵控制部310供給。

具體而言，在最初的運轉時，轉移判定部306首先將與流量控制相關的控制模式決定為藉由穩態控制來進行控制的控制模式。也就是說，在停止狀態的溫度控制系統1中設定了目標溫度和目標流量之後，當指示運轉開始時，轉移判定部306決定為以穩態控制來進行控制。此後，當目標流量變更時，轉移判定部306針對是維持穩態控制還是轉變為手動控制進行決定。手動控制是為了提高流量控制的響應性而進行的處理。具體而言，如果變更後的目標流量與目標流量的變更時的流體的流量或者目標流量的變更前的預定期間內的流體的流量之間的差在流量閾值以上時，則轉移判定部306進行手動控制。上述流量閾值優選為比較大的值，例如可以為1.0L/min。流量閾值可以是0.5L/min以上。在本實施方式中，針對目標流量與目標流量的變更時的流體的流量之間的差進行與流量閾值之比較。在這種情況下，變更時的流體的流量可以是例如在變更時或變更後立即由流量感測器28檢測到的流體的流量。

在上述的穩態控制中，使用來自目標流量設定部302B的目標流量的資訊和來自流量感測器28的流量資訊，並且藉由基於目標流量與來自流量感測器28的流量資訊所界定的當前的流量之間的差的反饋控制來控制泵22的旋轉數。此時，使泵22的旋轉數增大或減小，使得當前流量與目標流量成為一致。另一方面，在上述手動控制中，首先，係根據目標流量以及目標流量的變更時的流體的流量和泵22的旋轉數、或者目標流量的變更前的預定期間內的流體的流量和泵22的旋轉數，來導出變更後旋轉數，然後將泵22的旋轉數朝向上述變更後旋轉數變更。稍後將說明手動控制的詳細。

另外，如果變更後的目標流量與目標流量的變更時的流體的流量或者目標流量的變更前的預定期間內的流體的流量之間的差小於流量閾值，則轉移判定部306維持穩態控制。另外，在轉變為手動控制後，在滿足預定條件的情況下，轉移判定部306決定為轉變到穩態控制。具體而言，在手動控制中變更泵22的旋轉數之後，當目標流量與由流量感測器28檢測到的流體的流量之間的差的絕對值變得等於或小於判定閾值時，轉移判定部306決定為轉變到穩態控制。判定閾值例如可以是朝目標流量變更時由流量感測器28檢測出的流體的流量與目標流量之間的差的絕對值的1/20以上且5/20。本申請的發明人發現，藉由根據流體的流量狀態而不是根據泵22的旋轉數是否與變更後旋轉數一致來切換控制，能夠提高流量控制的響應性，並且採用了該構成。

當執行手動控制時，優選是從目標流量已變更的時序起在1秒以內變更泵22的旋轉數。嚴格來說，泵22的旋轉數變更的時序當然是控制信號輸入到泵22的時序。

壓縮機控制部307獲取與由轉移判定部306決定的溫度控制相關的控制模式的資訊。然後，壓縮機控制部307基於獲取的控制模式來控制壓縮機11的旋轉數。

壓縮機控制部307同樣地，膨脹閥控制部308也獲取與由轉移判定部306決定的溫度控制相關的控制模式的資訊。然後，膨脹閥控制部308基於獲取的控制模式來控制膨脹閥13的開度。

另外，閥機構控制部309獲取由轉移判定部306所決定的關於溫度控制的控制模式的資訊和關於流量控制的控制模式的資訊。然後，閥機構控制部309根據所獲取的控制模式來控制閥機構25。在本實施方式中，閥機構控制部309基本上關閉旁通流路24，形成流體僅流過主流路21的狀態。另外，閥機構控制部309也可以形成流體在主流路21和旁通流路24雙方流動的狀態。此時，閥機構控制部309將在主流路21中流過熱交換部21E的流體的流量與流過旁通流路24的流體的流量的比例保持為一定值。

另外，泵控制部310從轉移判定部306獲取與流量控制相關的控制模式資訊，從介面部301獲取目標流量資訊，並從流量感測器28獲取流量資訊。然後，當從轉移判定部306獲取的與流量控制相關的控制模式為穩態控制的情況下，泵控制部310利用基於目標流量與來自流量感測器28的流量資訊所界定的當前流量之間的差的反饋控制來控制泵22的旋轉數。泵22的旋轉數被增大或減小使得當前流量與目標流量一致。上述穩態控制中進行的反饋控制是PID控制，但也可以是P控制、PI控制或PD控制。

另一方面，當從轉移判定部306獲取的與流量控制相關的控制模式是手動控制時，如上所述，泵控制部310根據目標流量以及目標流量的變更時的流體的流量和泵22的旋轉數、或者目標流量的變更前的預定期間內的流體的流量和泵22的旋轉數，來導出變更後旋轉數，然後將泵22的旋轉數朝向上述變更後旋轉數變更。

具體而言，在本實施方式中的泵控制部310中，在將目標流量的變更前的預定期間內的流體的流量設定為Q1，將目標流量的變更前的預定期間內的泵22的旋轉數設定為N1，將目標流量設為Q2，將變更後旋轉數設為N2時，根據以下的公式(1)導出變更後旋轉數(N2)。

在本實施方式中，上述目標流量的變更前的預定期間內的流體的流量Q1是預定期間內的多個點處的流體的流量的移動平均值。另外，上述目標流量的變更前的預定期間內的泵的旋轉數N1是預定期間內的多個點處的泵22的旋轉數的移動平均值。控制裝置30指示在泵控制部310中以預定間隔運算作為上述流體的流量的移動平均值的Q1和作為泵22的旋轉數的移動平均值的N1，並進行更新。然後，當決定了執行手動控制時，泵控制部310使用作為流體流量的移動平均值的Q1、作為泵22的旋轉數的移動平均值的N1、以及目標流量Q2來導出變更後旋轉數N2。

更具體地，控制裝置30指示在泵控制部310中以預定間隔運算以作為流體的流量的移動平均值的Q1除以作為泵22的旋轉數的移動平均值的N1而獲得旋轉數運算係數α，並更新。然後，當決定為執行手動控制時，泵控制部310將最新的旋轉數運算係數α代入上述公式(1)中的(N1/Q1)並導出變更後旋轉數(N2)。雖然上述預定間隔沒有特別限制，但是例如可以是1.5秒。上述預定間隔可以是1秒以上且10秒以下，或者1秒以上且5秒以下。上述預定間隔係與計算移動平均值的預定期間一致。預定期間內的移動平均值的樣本數量沒有特別限制，但可以是例如5個以上且15個以下。

在本實施方式中，泵控制部310係根據來自流量感測器28的流量資訊來運算流體流量的移動平均值。另外，本實施方式的泵控制部310在計算泵22的旋轉數的移動平均值時，係根據向泵22供給電力的逆變器(inverter)的輸入電壓的頻率來計算泵22的旋轉數。泵22的旋轉數(RPM)係由(120×(輸入電壓的頻率))/馬達極數來界定。另外，泵控制部310可以從諸如編碼器的旋轉檢測器直接獲取泵22的旋轉數，並且使用其來計算移動平均值。

如上所述，泵控制部310導出變更後旋轉數，並且使泵22的旋轉數往上述變更後旋轉數變更。這裡，將泵22的旋轉數往上述變更後旋轉數變更意味著，將泵22的目標旋轉數設定為上述變更後旋轉數，並使當前的泵22的旋轉數接近上述變更後旋轉數。

在本實施方式中，上公式(1)中的“N2=Q2×(N1/Q1)”中的Q1是使用目標流量的變更前的預定期間內的多個點處的流體流量的移動平均值，並且使用目標流量的變更前的預定期間內的多個點處的泵22的旋轉數的移動平均值作為N1。然而，Q1可以是目標流量的變更時的流體的流量，並且N1可以是目標流量的變更時的泵22的旋轉數。另外，Q1可以是目標流量的變更前的預定期間內的某1個點處的流體流量，N1可以是目標流量的變更前的預定期間內的某1個點處的泵22的旋轉數。

＜溫度控制系統的動作＞ 圖3是表示溫度控制系統1的動作的一例的流程圖。以下將參照圖3說明溫度控制系統1的動作的一例。以下將說明在溫度控制系統1中執行流量控制時的動作的一例。

圖5所示的動作藉由運轉開始指令的產生而開始。當產生運轉開始指令時，控制裝置30首先在步驟S301中設定要在流體流通裝置20中流通的流體的目標流量。具體而言，流體的目標流量係由控制裝置30中的目標流量設定部302B設定並保持。這裡，目標流量設定部302B從介面部301獲取目標流量的資訊。此時，雖然未圖示，但流體的目標溫度的資訊也從介面部301發送至目標溫度設定部302A。

接下來，在步驟S302中，控制裝置30使用轉移判定部306來決定控制模式。這裡，基於是最初的運轉，轉移判定部306首先將進行穩態控制的控制決定為與流量控制相關的控制模式。藉由轉移到穩態控制而開始對泵22的反饋控制。轉移判定部306還決定此時的溫度控制相關的控制模式，並將已經決定的控制模式的資訊提供給壓縮機控制部307、膨脹閥控制部308和閥機構控制部309。然後，壓縮機控制部307為了將流體的溫度控制為目標溫度而開始控制壓縮機11的旋轉數，膨脹閥控制部308為了將流體的溫度控制為目標溫度而開始控制膨脹閥13的開度。另外，此時，閥機構控制部309藉由閥機構25逐漸關閉旁通流路24，形成流體僅在主流路21中流動的狀態。

接下來，在步驟S303中，控制裝置30使用流量獲取部304獲取由流量感測器28檢測到的流體的流量的資訊。也就是說，控制裝置30獲取流過主流路21中的熱交換部21E的下游側的流體，並且是從三通閥25V流出的流體的流量資訊。步驟S303對應於檢測工程(步驟)的一例。

接下來，在步驟S304中，控制裝置30根據流量感測器28檢測到的流體的流量資訊，對泵22的旋轉數進行反饋控制，使得流過主流路21中的熱交換部21E的下游側的流體的流量與目標流量一致。

接下來，在步驟S305中控制裝置30判定目標流量是否已經變更。然後，如果目標流量沒有變更，則控制裝置30在步驟S306中判斷是否產生了運轉停止指示。然後，如果沒有產生運轉停止指示，則控制裝置30在步驟S307中判斷當前的控制模式是否是穩態控制。然後，當在步驟S307中判定為穩態控制時，處理返回到步驟S303，並且重複進行對泵22的旋轉數的反饋控制。

另外，當在步驟S307中判定為不是穩態控制的情況下意味著控制模式是手動控制。如稍後將說明的，在手動控制處理中，在處理途中執行步驟S305中的目標流量的變更的確認和步驟S306中的運轉停止指示的產生的確認。如果在手動控制中沒有發生目標流量的變更(步驟S306中的“否”)並且沒有產生運轉停止指示(步驟S307中的“否”)，則在步驟S307中判定為不是穩態控制之後，經由圖3中的“C”，處理返回到後述的圖4中的手動控制下的特定的監控處理。

然後，當在步驟S305中判定目標流量已變更時，控制裝置30在步驟S308中判定當前的控制模式是否是穩態控制。然後，當在步驟S308中判定為穩態控制時，控制裝置30在步驟S309中判定變更後的目標流量與目標流量的變更時的流體的流量之間的差是否大於或等於流量閾值。如果在步驟S309中判定變更後的目標流量與目標流量的變更時的流體的流量之間的差大於或等於流量閾值時，則控制裝置30在步驟S310中決定由手動控制來進行流量控制。另一方面，如果在步驟S309中判定變更後的目標流量與目標流量的變更時的流體的流量之間的差不是大於或等於流量閾值時，則處理返回步驟S303，泵22由基於穩態控制的反饋控制來進行控制。

另外，當在步驟S308中判定為不是穩態控制時，與上述步驟S307相同，意味著控制模式是手動控制。在手動控制處理的過程中，在步驟S305中進行目標流量的變更的確認，如果目標流量發生了變更，則處理進入步驟S308。然而，在步驟S308中判定為不是穩態控制時，不做出轉移到新的手動控制的決定(步驟S310)。當在步驟S308中判定為不是穩態控制時，係與在步驟S307中判定為不是穩態控制的情況一樣，經由圖3中的“C”，處理返回到如後述的圖4中的手動控制下的特定的監控處理。這意味著不執行重複的手動控制。如果在步驟S306中判定已經產生了運轉停止指示，則溫度控制系統1的運轉被停止(結束)。

接下來，圖4是用於說明手動控制的流程圖。以下將參照圖4說明當轉移到手動控制時的動作。

首先，在步驟S401中，控制裝置30根據上述公式(1)：“N2＝Q2×(N1/Q1)”來決定變更後旋轉數(N2)。具體而言，泵控制部310將上述最新的旋轉數運算係數α代入上述公式(1)中的(N1/Q1)，導出變更後旋轉數(N2)。旋轉數運算係數α是藉由將作為流體流量的移動平均值的Q1除以作為泵22的旋轉數的移動平均值的N1而獲得的值。

然後，在步驟S402中，控制裝置30利用泵控制部310將泵22的旋轉數朝向變更後旋轉數N2變更。

之後，在步驟S403中，控制裝置30藉由轉移判定部306判定是否轉變至穩態控制。具體而言，在步驟S403中當目標流量與由流量感測器28檢測到的流體的流量之間的差的絕對值成為判定閾值以下時，轉移判定部306決定轉變到穩態控制。如果在步驟S403中判定目標流量與流量感測器28檢測到的流體流量之間的差的絕對值不在判定閾值以下時，則在步驟S404中判定是否發生超時。藉由自步驟S402的處理起是否已經經過了預定時間來判斷是否發生超時。在本實施方式中，即使在步驟S404中判定為超時的情況下，轉移判定部306也決定朝向穩態控制轉移。

然後，當在步驟S405中決定朝向穩態控制轉移時，控制裝置30的處理係經由圖4中的“A”轉移到圖3中的步驟S303。在這種情況下，藉由反饋控制來控制泵22的旋轉數。另一方面，如果在步驟S403中判定目標流量與流量感測器28檢測到的流體流量之間的差的絕對值不在判定閾值以下，並且在步驟S404中判定沒有發生超時，則控制裝置30的處理經由圖4中的“B”轉移到圖3中的步驟S305。在這種情況下，在手動控制的處理過程中執行對目標流量的變更的確認(步驟S305)和對運轉停止指示的發生的確認(步驟S306)。

如果在手動控制中目標流量沒有被變更(步驟S306中的“否”)並且沒有產生運轉停止指示(步驟S307中的“否”)，則在步驟S307中判定控制不是穩態控制之後，經由圖3中的“C”，處理返回到圖4中的手動控制下的特定的監控處理(從步驟S403起的處理)。此外，在手動控制處理的過程中進行在步驟S305中確認目標流量的變更，並且如果目標流量已經發生變更時，則處理進行到步驟S308。然後，當在步驟S308中判定該控制不是穩態控制時，經由圖3中的“C”，處理返回到圖4中的手動控制下的特定的監控處理。

圖5是示出用於說明溫度控制系統1中的構成機器的動作和流量控制的示意的曲線圖。在圖5示出了在流量控制中從上述穩態控制轉移到手動控制再到正常控制時的流體的流量和泵22的旋轉數的變化。在各曲線圖中，橫軸是時間軸。圖5(A)示出了流過流體流通裝置20的流體的流量隨著時間經過而變化的樣態。圖5(B)示出了泵22的旋轉數隨著時間經過(控制模式)而變化的樣態。

圖7A中所示的“舊目標流量”是指在運轉開始時被設定的在流體流通裝置20中流過的流體的目標流量。圖5中的St1表示穩態控制的狀態。此時，藉由反饋控制來控制泵22的旋轉數。

圖5中的“新目標流量”是表示變更後的目標流量。在圖中用符號Ev表示的時點進行往新目標流量的變更，並相應地進行手動控制St2。在手動控制St2中，泵22的旋轉數向變更後旋轉數Q2降低。

之後，當目標流量與由流量感測器28檢測出的流體的流量之間的差的絕對值為判定閾值以下時，狀態轉移至穩態控制St1。本申請的發明人已經確認，當如上所述大幅提高目標流量時，藉由執行手動控制可以大幅縮短到達時間Tr。

作為上述說明的本實施方式的流體流通系統的溫度控制系統1，係包括泵22，並且具備藉由泵的旋轉而使流體流動的流體流通裝置20，和對流體流通裝置20進行控制的控制裝置30。然後，當流體的目標流量已經被變更了時，控制裝置30係根據目標流量以及目標流量的變更時的流體的流量和泵22的旋轉數或者目標流量的變更前的預定期間內的流體的流量和泵22的旋轉數，來導出變更後旋轉數，並使泵22的旋轉數往變更後旋轉數變更。

在該溫度控制系統1中，係根據流體的目標流量的變更時或者變更前的實際的流體的流量和泵22的旋轉數，來導出與目標流量相對應的變更後旋轉數。結果是，變更後旋轉數成為用於控制目標流量的可靠性高的目標值。在導出變更後旋轉數之後，泵22的旋轉數朝變更後旋轉數被變更。在這種情況下，與反饋控制的情況相比，能夠進一步提高流量控制的響應性。也就是說，在反饋控制中，係根據目標流量與當前的流量之間的差，並藉由多次運算來逐步導出到達目標流量為止的泵的控制操作量。由於是流體的流量逐漸接近目標流量的行為，因此響應性可能不是良好。另一方面，在該溫度控制系統1中，在將變更後旋轉數設定為目標值時，泵22的控制操作量朝單一的目標值線性地或階段性地輸入並變更。因此，能夠提高適用在目標流量的泵22的控制的響應性。因此，能夠穩態地提高切換流量時的響應性。

在本實施方式中，將目標流量的變更時的流體的流量或者目標流量的變更前的預定期間內的前述流體的流量設為Q1，將目標流量的變更時的泵22的旋轉數或者目標流量的變更前的預定期間內的泵22的旋轉數設為N1，將目標流量設為Q2，變更後旋轉數設為N2，控制裝置30係根據以下的公式(1)導出作為變更後旋轉數的N2 。 根據該構成，由於使用流量與泵旋轉數之間的比例關係的簡單的關係式來導出作為目標值的變更後旋轉數，因此能夠減輕運算負荷。結果，能夠提高流量控制的響應性。

另外，在本實施方式中，係使用目標流量的變更前的預定期間內的多個點處的流體的流量的移動平均值作為上述Q1，並且使用目標流量的變更前的預定期間內的多個點處的泵22的旋轉數的移動平均值作為上述N1。依據該構成，能夠抑制檢測出的流體流量以及泵22的旋轉數的雜訊成分的影響。因此，能夠適當地導出作為目標值的變更後旋轉數，能夠提高流量控制的響應性。

另外，控制裝置30以預定間隔運算出預定期間內的流體的流量的移動平均值以及泵22的旋轉數的移動平均值並進行更新。根據該構成，可以立即檢索用於導出目標值亦即變更後旋轉數所需的參數(流量和旋轉數)。

更具體而言，控制裝置30以預定間隔運算並更新藉由將流體的流量的移動平均值除以泵22的旋轉數的移動平均值而獲得的旋轉數運算係數α。根據該構成，也能夠提高變更後旋轉數的運算速度，並且能夠抑制導出目標值亦即變更後旋轉數所必要的參數(流量和旋轉數)的資訊量。

另外，控制裝置30在將泵22的旋轉數變更為變更後旋轉數之後，轉移到穩態控制，在穩態控制中，控制裝置30根據基於流量感測器28檢測到的流體的流量與目標流量之間的差的反饋控制來調節泵22的旋轉數。根據該構成，藉由在強調了響應性的手動控制之後進行伴隨反饋控制的穩態控制，能夠確保對目標流量的良好的響應性和良好的控制精度。

此外，當已經對流體的目標流量進行變更時，並且目標流量與目標流量變更時的流體的流量或者目標流量的變更前的預定期間內的流體的流量之間的差在流量閾值以上時，控制裝置30進行將泵22的旋轉數控制為變更後旋轉數，亦即進行手動控制。如果從當前的流體的流量至目標流量的變化量相對較小，則手動控制在響應性方面可能並不總是有效。從這個角度來看，藉由使用流量閾值來判定是否進行手動控制，根據該構成，不僅在目標流量大幅增加時，而且作為整個系統也能夠確保流量控制的良好的響應性。

儘管以上已經說明了本發明的實施方式和變形例，但是本發明不限於以上說明實施方式，可以對上述實施方式和變形例進行各種進一步的變形。

圖6是說明變形例的溫度控制系統的動作的流程圖。在上述實施方式中，係根據目標流量來決定是否切換為手動控制。相對於此，在圖6所示的變形例的動作中，係根據流入主流路21內的熱交換部21E之前的流體的溫度變化來決定是否切換為手動控制。具體而言，根據由第二溫度感測器27檢測出的流體的溫度的變化的大小來決定是否切換為手動控制。

圖6所示的動作中的步驟S301至S304的處理係與圖3中的處理相同。然後，在本變形例中，在步驟S304中進行了反饋控制之後的步驟S305R中，控制裝置30判定流入熱交換部21E之前的流體的溫度(溫度調整前流體溫度)是否發生變化。步驟S305R中的判定是利用比較第二溫度感測器27在不同的檢測時序中檢測到的流體的溫度來進行的。更具體地，例如，可以將在步驟S305R的處理時由第二溫度感測器27檢測到的流體的溫度與在該處理之前由第二溫度感測器27檢測到的流體的溫度進行比較。在上述處理之前由第二溫度感測器27檢測到的流體的溫度可以是移動平均值。在上述處理時由第二溫度感測器27檢測到的流體的溫度可以是移動平均值。如果在步驟S305R中沒有檢測到流體溫度的變化，則處理進入步驟S306，並且如果是在進行穩態控制的話，則重複反饋控制。

另一方面，如果在步驟S305R中檢測到流體溫度的變化，則在步驟S308中判定控制是否為穩態控制，在穩態控制的情況下，在步驟S309R中，控制裝置30判定變化前後的流體溫度的差的絕對值是否大於或等於閾值。根據在步驟S305R中比較的流體溫度來求出溫度的差。然後，當在步驟S309R中判定為變化前後的流體的溫度差的絕對值等於或大於閾值時，決定為轉移到手動控制(步驟S310)。

參照圖7，在本變形例的手動控制中，在步驟S401R中，控制裝置30係根據熱負荷(由熱負荷運算部305運算出)和變化後的流體的溫度來決定泵的旋轉數的目標值亦即變更後旋轉數。 具體而言，將流入熱交換部21E之前的流體的溫度t1設定為當前設定的目標溫度t2時的熱負荷，例如是藉由將流體的流量、流體的密度、流體的比熱、控制前的溫度差(t1-t2的絕對值)與預定的係數等相乘來計算的。這裡，與用於將流入熱交換部21E之前的流體的溫度t1控制為當前設定的目標溫度t2的熱負荷對應的流體的流量，可以藉由將如上所述運算出的熱負荷除以流體的密度、流體的比熱、控制前的溫度差(t1-t2的絕對值)和預定係數的乘積來導出。然後，如果將與導出的流量相對應的泵旋轉數設定為變更後旋轉數，則成為流體的溫度變化的原因的溫度控制對象T中的熱變化被抵消，並且能夠對溫度控制對象T進行適當的溫度控制。 具體而言，控制裝置30，係根據用於將變化後的流體的溫度控制為目標溫度的熱負荷、變化後的流體的溫度和目標溫度來決定變更後旋轉數，並且進行動作以便使溫度控制對象T快速恢復到適當地被溫度控制的狀態。更具體而言，控制裝置30將導出的流量設定為Q2，將當前的流量設定為Q1，將當前的泵22的旋轉數設定為N1時，則變更後旋轉數N2可以使用“N2=Q2×(N1/Q1)･･･(1)”來導出。需要說明的是，此時的流量Q1以及當前的泵22的旋轉數N1也可以是與上述實施方式相同的移動平均值。也就是說，控制裝置30，可以根據用於將變化後的流體的溫度控制為目標溫度的熱負荷、變化後的流體的溫度、目標溫度、變化前的流體的流量以及泵22的旋轉數或者流體的溫度的變更前的預定期間內的流體的流量以及泵22的旋轉數，來決定變更後旋轉數。

在本變形例中，例如藉由上述運算而在步驟401R中導出變更後旋轉數，並且此後執行與圖4說明的步驟S402至S405中相同的處理。在這樣的變形例中，當由第二溫度感測器27檢測到的流體的溫度變化時，進行藉由手動控制以快速地將溫度控制對象T的溫度維持在期望的溫度的處理。另外，在圖6的步驟S309R中，當熱負荷等於或大於預定值時，可以決定轉變為手動控制。

另外，圖8是用於說明一實施方式或變形例的溫度控制系統的應用例的圖。在圖8中，溫度控制系統1與作為溫度控制對象T的蝕刻裝置連接。圖8的蝕刻裝置具有靜電吸盤71。來自溫度控制系統1的已被控制溫度的流體通過靜電吸盤71並返回到溫度控制系統1。晶圓72被保持在靜電吸盤71上。靜電吸盤71經由蝕刻裝置內部的流路而與溫度控制系統1中的主流路21的流入口21U及流出口21D連接。蝕刻裝置還具備內部溫度感測器73，其檢測在裝置內部從靜電吸盤71流出的流體的溫度。嚴格來說，本例中的溫度控制對象T是蝕刻裝置7中的靜電吸盤71或晶圓71。

使用圖6和圖7說明的動作，可以根據由內部溫度感測器73檢測到的流體的溫度變化來執行。也就是說，可以根據內部溫度感測器73檢測到的流體的溫度來決定是否執行手動控制。具體而言，可以根據在作為外部裝置的蝕刻裝置7中與靜電吸盤71進行熱交換之後的蝕刻裝置7內的流體，也就是根據由內部溫度感測器73檢測到的流入熱交換部21E之前的流體的溫度，來決定是否進行手動控制。內部溫度感測器73可以檢測靜電吸盤71內部或外面的溫度。另外，在圖8的例子中，溫度控制系統1與作為溫度控制對象T的外部裝置亦即蝕刻裝置7是一體地被設置，但溫度控制系統1也可以與其他外部裝置設置為一體化。例如，溫度控制系統1可以與抗蝕劑處理裝置等的其他半導體製造裝置、半導體測試器等的檢查裝置、包括半導體領域以外的模具的成型裝置等設置為一體化。在這樣的其他構成中，也可以根據與外部裝置中的內部溫度感測器73相對應的要素檢測到的溫度來決定是否執行手動控制。

1:溫度控制系統 10:製冷裝置 11:壓縮機 12:冷凝器 13:膨脹閥 14:蒸發器 15:配管 20:流體流通裝置 21:主流路 21E:熱交換部 21D:流出口 21U:流入口 22:泵 23:槽 24:旁通流路 25:閥機構 25V:三通閥 26:第一溫度感測器 27:第二溫度感測器 28:流量感測器 30:控制裝置 251:第一端口 252:第二端口 253:第三端口 T:溫度控制對象

[圖1]是概略地表示作為一實施方式的流體流通系統的溫度控制系統的圖。 [圖2]是表示構成圖1的溫度控制系統的控制裝置的功能構成的方塊圖。 [圖3]是對圖1的溫度控制系統的動作進行說明的流程圖。 [圖4]是對圖1的溫度控制系統的動作進行說明的流程圖。 [圖5]是表示用來說明圖1的溫度控制系統的構成機器的動作和流量控制的態樣的曲線圖的圖。 [圖6]是對一變形例的溫度控制系統的動作進行說明的流程圖。 [圖7]是對圖6關連的溫度控制系統的動作進行說明的流程圖。 [圖8]是對一實施方式或變形例的溫度控制系統的適用例進行說明的圖。

1:溫度控制系統

10:製冷裝置

11:壓縮機

12:冷凝器

13:膨脹閥

14:蒸發器

15:配管

20:流體流通裝置

21:主流路

21E:熱交換部

21D:流出口

21U:流入口

22:泵

23:槽

24:旁通流路

25:閥機構

25V:三通閥

26:第一溫度感測器

27:第二溫度感測器

28:流量感測器

30:控制裝置

251:第一端口

252:第二端口

253:第三端口

T:溫度控制對象

Claims (12)

1. 一種流體流通系統，係具備： 流體流通裝置，其包含泵，並藉由前述泵的旋轉使流體流通；及 控制裝置，用於控制前述流體流通裝置； 當對於前述流體的目標流量已被變更時，前述控制裝置係根據前述目標流量以及前述目標流量的變更時的前述流體的流量和前述泵的旋轉數、或者前述目標流量的變更前的預定期間內的前述流體的流量和前述泵的旋轉數，來導出變更後旋轉數，並將前述泵的旋轉數朝前述變更後旋轉數變更。
2. 如請求項1之流體流通系統，其中 在將前述目標流量的變更時的前述流體的流量或者前述目標流量的變更前的前述預定期間內的前述流體的流量設為Q1， 將前述目標流量的變更時的前述泵的旋轉數或者前述目標流量的變更前的前述預定期間內的前述泵的旋轉數設為N1， 將前述目標流量設為Q2， 將前述變更後旋轉數設為N2時， 前述控制裝置係根據以下的公式(1)來導出作為前述變更後旋轉數的N2， 。
3. 如請求項1或2之流體流通系統，其中 前述目標流量的變更前的前述預定期間內的前述流體的流量是多個點處的前述流體的流量的移動平均値， 前述目標流量的變更前的前述預定期間內的前述泵的旋轉數是多個點處的前述泵的旋轉數的移動平均値。
4. 如請求項3之流體流通系統，其中 前述控制裝置係以預定間隔運算並更新前述流體的流量的移動平均値和前述泵的旋轉數的移動平均値。
5. 如請求項4之流體流通系統，其中 前述控制裝置係以預定間隔運算並更新將前述流體的流量的移動平均値除以前述泵的旋轉數的移動平均値而得到的旋轉數運算係數。
6. 如請求項5之流體流通系統，其中 前述控制裝置，在將前述泵的旋轉數變更為前述變更後旋轉數之後，係轉移到穩態控制， 在前述穩態控制中，前述控制裝置係藉由基於流量感測器檢測到的前述流體的流量與前述目標流量之間的差的反饋控制來調整前述泵的旋轉數。
7. 如請求項6之流體流通系統，其中 前述反饋控制為P控制、PI控制、PD控制或PID控制。
8. 如請求項1之流體流通系統，其中 當對於前述流體的目標流量已被變更時，如果前述目標流量與前述目標流量的變更時的前述流體的流量或者前述目標流量的變更前的前述預定期間內的前述流體的流量之間的差大於或等於流量閾値之情況下，前述控制裝置則控制前述泵的旋轉數成為前述變更後旋轉數。
9. 一種流體流通系統，係具備： 流體流通裝置，其包含泵，並藉由前述泵的旋轉使流體流通；及 控制裝置，用於控制前述流體流通裝置； 當前述流體的溫度變化了時，前述控制裝置係根據用於將前述流體的溫度設定成為目標溫度的熱負荷以及變化後的前述流體的溫度來導出變更後旋轉數，並將前述泵的旋轉數變更為前述變更後旋轉數。
10. 一種流量控制方法，係流體流通系統中的流量控制方法，該流體流通系統具備包含泵並藉由前述泵的旋轉使流體流通的流體流通裝置，該流量控制方法係具備： 針對前述流體的目標流量是否已被變更進行檢測的工程；及 當對於前述流體的目標流量已被變更時，根據前述目標流量以及前述目標流量的變更時的前述流體的流量和前述泵的旋轉數、或者前述目標流量的變更前的預定期間內的前述流體的流量和前述泵的旋轉數，來導出變更後旋轉數，並將前述泵的旋轉數變更為前述變更後旋轉數的工程。
11. 一種控制裝置，係控制流體流通系統的控制裝置，該流體流通系統具備包含泵並且藉由前述泵的旋轉使流體流通的流體流通裝置， 當對於前述流體的目標流量已被變更時，該控制裝置係根據前述目標流量以及前述目標流量的變更時的前述流體的流量和前述泵的旋轉數、或者前述目標流量的變更前的預定期間內的前述流體的流量和前述泵的旋轉數，來導出變更後旋轉數，並將前述泵的旋轉數變更為前述變更後旋轉數。
12. 一種電腦程式，係用於控制流體流通系統的電腦程式，該流體流通系統具備包含泵並且藉由前述泵的旋轉使流體流通的流體流通裝置，該電腦程式係使電腦執行以下的步驟： 針對前述流體的目標流量是否已被變更進行檢測的步驟；及 當對於前述流體的目標流量已被變更時，根據前述目標流量以及前述目標流量的變更時的前述流體的流量和前述泵的旋轉數、或者前述目標流量的變更前的預定期間內的前述流體的流量和前述泵的旋轉數，來導出變更後旋轉數，並將前述泵的旋轉數變更為前述變更後旋轉數步驟。

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