TWI387861B - 溫度控制裝置、處理裝置、及溫度控制方法 - Google Patents

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Description

溫度控制裝置、處理裝置、及溫度控制方法
本發明係關於溫度控制裝置及溫度控制方法，特別是，關於溫度控制裝置、用此的處理裝置、及溫度控制方法，係藉由具有電阻值依溫度而改變之特性的電阻加熱器，控制設有該電阻加熱器的構件之溫度。
近年來，變成目光焦點在燃料電池作為能量變換效率之高淨化的電源，逐漸進行實用化於燃料電池汽車或電化住宅等。又於所謂的攜帶話機或筆記型個人電腦的攜帶型電子機器，亦進行研究、開發使用燃料電池作為電源。
燃料電池係依氫及氧之電氣化學反應來發電的裝置。在此，供給於燃料電池的氫，例如係構成為由所謂甲醇的液體燃料生成。此時，連接用以從液體燃料及水生成氫之反應裝置於燃料電池。
此反應裝置，係例如為由用以氣化液體燃料及水的氣化器；和將改質反應所氣化的燃料及水生成氫的改質器；以及依氧化在改質器生成的微量一氧化碳去除的一氧化碳去除器等所構成。作為這樣的反應裝置，亦開發有一體化改質器及一氧化碳去除器者。例如，反應裝置由複數之基板接合體所構成，形成槽在此等基板之接合面，具備觸媒在槽之壁面，構成由於接合此等基板而槽被基板所覆蓋，使槽變成改質器或一氧化碳去除器之流路者。
可是，改質器或一氧化碳去除器係使於各個引起良好所希望的反應，設定為適合於各個反應的溫度(適溫)，但此適溫係高於室溫，所以需要加熱此等改質器或一氧化碳去除器。又使用改質器或一氧化碳去除器之中，需要將此等維持在各個之適溫，所以有必要隨時對此等進行溫度控制以控制成維持在適溫。
在此，欲將改質器或一氧化碳去除器維持於適溫，一般係使用回授控制法。亦即，以電阻加熱器加熱改質器或一氧化碳去除器，用熱電偶等溫度感應器測定改質器或一氧化碳去除器之溫度，回授其測定溫度而根據依溫度感應器的測定溫度，控制供給於電阻加熱器的供給電力。由此，可以將改質器或一氧化碳去除器維持於適溫。
又，電阻加熱器之電阻值係依存於溫度者時，因從電阻加熱器之電阻值可以測定溫度之故，將電阻加熱器能用作為溫度感應器，可以省略溫度感應器。
在此情況，有將電阻加熱器兩端間之電壓(響應電壓)依運算放大器等邊測定，邊由於控制流通於電阻加熱器的電流，控制電阻加熱器之溫度方法。此時，設定流通於電阻加熱器電流之電流值，流通其電流值之電流於電阻加熱器，依運算放大器測定電阻加熱器之電壓而作回授。然後，從所設定的電流電流值及所設定的電壓求得電阻加熱器之電阻值。又，亦從被求得電阻加熱器之電阻值求得電阻加熱器之溫度。從求得的電阻值或溫度，為了使電阻加熱器作成所希望之設定溫度重新設定流通 於電阻加熱器的電流電流值，將重新設定的電流值之電流流通於電阻加熱器。
然而，在包含電阻加熱器的電路係通常，因施加有一定之電源電壓，所以為了調整流通於電阻加熱器的電流，將可變電阻與電阻加熱器串聯連接，變成為調整此可變電阻之電阻值。在此情況，在可變電阻之部分消耗掉無用的電力，加上降低電力效率，依該無用的電力消耗產生發熱，也有降低溫度控制之精度。
又，使電阻加熱器之電流大時，電阻加熱器之響應電壓亦變大。因此，需要用以測定電阻加熱器之響應電壓變成需要取寬闊的運算放大器之輸入電壓範圍，將輸入電壓依衰減器等以每一電壓範圍的分割.衰減。因此，會降低關於測定電阻加熱器之響應電壓的分辨能力，或增加誤差因素。
於控制加熱用之電阻加熱器溫度的溫度控制裝置及溫度控制方法、以及具備此的處理裝置，可以抑制消耗電力，同時對有關測定電阻加熱器之電壓等具有可以抑制降低分解能或對溫度控制的增大誤差之優點。
欲獲得上述優點，本發明的溫度控制裝置係具備：電阻加熱器，具有電阻值依溫度而改變的特性；信號產生器，輸出具有第1電壓及第2電壓之2個電壓位準的控制信號；切換部，前述控制信號之電壓位準為前述第1電壓時使第1電流流通於前述電阻加熱器，前述控制信號之電壓位準為前述第2電壓時，使電流值小於前述第1電流之 第2電流流通於前述電阻加熱器；及電壓測定器，測定前述第2電流流通於前述電阻加熱器時之前述電阻加熱器兩端間之電壓值；前述信號產生器根據藉由前述電壓測定器所測定的電壓值，控制前述電阻加熱器之溫度。
為了獲得上述之優點，本發明的處理裝置為，被被供給原料、被控制溫度，而引起前述原料之反應或相變化的處理裝置，其具備有處理器及溫度控制裝置；該處理器引起前述原料之反應；該溫度控制裝置具有：電阻加熱器，設在前述處理器以加熱該處理器，具有電阻值會依溫度而改變之特性；信號產生器，輸出具有第1電壓及第2電壓之2個電壓位準之控制信號；切換部，前述控制信號的電壓位準為前述第1電壓時在前述電阻加熱器流通第1電流，當前述控制信號電壓位準為前述第2電壓時流通電流值比前述第1電流小之第2電流於前述電阻加熱器；及電壓測定器，測定前述第2電流流通於電阻加熱器時之前述電阻加熱器兩端間之電壓側；且前述信號產生器係根據藉由前述電壓測定器所測定的電壓值，控制前述電阻加熱器之溫度。
為了獲得上述優點，本發明第1溫度控制方法，係控制具有電阻值依溫度而改變的特性之電阻加熱器之溫度，該溫度控制方法包含有步驟：輸出具有第1電壓及第2電壓之2個電壓位準的控制信號之步驟；前述控制信號之電壓位準為前述第1電壓時流通第1電流於前述電阻加熱器，前述控制信號之電壓位準為前述第2電壓時流通電流值小於前述第1電流的第2電流於前述電阻加熱器的步驟 ；測定前述第2電流通於前述電阻加熱器時之前述電阻加熱器兩端間之電壓值之步驟；及根據依測定前述電壓值之步驟所測定的前述電壓值，控制前述控制信號而控制前述電阻加熱器溫度之步驟。
為了獲得上述優點，本發明第2溫度控制方法，係控制具有電阻值依溫度而改變的特性之電阻加熱器之溫度，該溫度控制方法包含有步驟：輸出具有第1電壓及第2電壓之2個電壓位準之控制信號之步驟；前述控制信號之電壓位準為前述第1電壓時流通第1電流於前述電阻加熱器，前述控制信號之電壓位準為前述第2電壓時流通電流值小於前述第1電流的第2電流於前述電阻加熱器的步驟；測定前述第2電流流通於前述電阻加熱器時之前述電阻加熱器兩端間之電壓值，根據所測定的前述電壓值及前述第2電流之電流值，測定前述電阻加熱器之電阻值之步驟；及根據由測定前述電阻值之步驟所測定之前述電阻值，控制前述控制信號，以控制前述電阻加熱器之溫度之步驟。
以下，用圖式說明，有關實施本發明的溫度控制裝置、處理裝置、及溫度控制方法的較佳實施形態。但，以下所述實施形態，係用以實施本發明付有順從的技術的種種限度，可是本發明之範圍並不限於以下實施形態及圖示例者。
首先，說明有關本發明適用於溫度控制裝置的發電裝置1。
圖示1，係表示有關本發明具備溫度控制裝置的發電裝置之概略構成方框圖。
此發電裝置1，係例如裝配於筆記型個人電腦、攜帶話機、PDA(個人數位處理)、電子手冊、手錶、數位靜止照相機、數位視頻照相機、遊戲機器、遊樂器、其他之電子機器者，用以動作此等之電子機器本體而作為電源使用者。
發電裝置1，係具備有燃料電池型發電單元2、處理裝置3、及燃料容器4。燃料容器4以各個的或混合的狀態儲存有液體燃料(例如，甲醇、乙醇、二甲醚、汽油)及水。依未圖示的泵供給燃料及水混合的狀態於處理裝置本體3。另外，於圖面1，燃料容器4內之燃料作為甲醇者。
處理裝置本體3，係具備有氣化器6、改質器7、一氧化碳去除器8、燃燒器9、及電阻加熱器10、11。
此外，氣化器6、改質器7、一氧化碳去除器8，燃燒器9及電阻加熱器10、11係收容在具有密閉空間的絕熱組件內側，依絕熱組件抑制熱能之散熱。
從燃料容器4供給於處理裝置本體3的燃料及水，首先，送進氣化器6。送進氣化器6的燃料及水，係於氣化器6作相變化的原料。依氣化器6氣化燃料及水，將燃料及水之混合氣體送進改質器7。此外，氣化器6之氣化為吸熱反應，供給一氧化碳去除器8之反應熱或電阻加熱器10之熱於氣化器6，用於氣化器6的氣化。
送進改質器7的燃料及水之混合氣體，係改質器7作 反應的原料。改質器7，係從氣化的水及燃料依觸媒反應生成氫氣等，再生成微量一氧化碳氣。燃料為甲醇時，如次式(1)、(2)的化學反應在改質器7引起。
於改質器7的改質反應為吸熱反應，適於其改質反應的溫度(適溫)為約280[℃]。因此，燃燒器9之燃燒熱或電阻加熱器11之熱供給於改質器7，使用於改質器7的改質反應。
CH3 OH+H2 O → 3H2 +CO2 ………(1)
H2 +CO2 → H2 O+CO………(2)
生成在改質器7的氫氣等係送進一氧化碳去除器8，再送外部之空氣於一氧化碳去除器8。一氧化碳去除器8係將副產的一氧化碳依觸媒優先作氧化，使一氧化碳選擇的去除。以下，稱除去一氧化碳混合氣體為改質氣體。
此外，一氧化碳氧化的反應係發熱反應，於一氧化碳去除器8的適於選擇氧化反應溫度因相較比室溫高，所以一氧化碳去除器8之溫度沒有達到其溫度時，依電阻加熱器10被加熱。
燃料電池型發電單元2，係由燃料極20、氧極21、夾在燃料極20及氧極21間的電解質膜22構成。從一氧化碳去除器8所送的改質氣體係供給於燃料電池型發電單元2之燃料極20，再送外部之空氣於氧極21。然後，供給於燃料極20的改質質氣體質中之氫，藉由電解質膜22，與供給於氧極21空氣中之氧引起電氣化學反應，在燃料極20及氧極21之間產生電力。在燃料電池型發電單元2取出 的電力供給於電子機器本體，電子機器本體之二次電池蓄電電力，依電力動作電子機器本體之負載(液晶顯示等)。
電解質膜22為氫離子穿過性之電解質膜(例如，固體高分子電解質膜)時，在燃料極20引起如次式(3)的反應，生成在燃料極20的氫離子穿過電解質膜22，在氧極21引起如次式(4)反應。
H2 → 2H+ +2e- ………(3)
2H+ +½O2 +2 e- → H2 O………(4)
另一方面，電解質膜22為氧離子穿過性之電解質膜(例如，固體氧化物電解質膜)時，氧極21係引起如次式(5)的反應，在氧極21生成的氧離子穿透電解質膜22，在燃料極20引起如下式(6)的反應。
½O2 +2e- → 2O2 - ………(5)
H2 +2O2 - → H2 O+2e- ………(6)
未在燃料極20作電氣化學反應而殘留的氫氣等送進燃燒器9。再者，送進外部之空氣於燃燒器9。燃燒器9，係氫氣(廢氣)及混合氧依催化反應而燃燒。
電阻加熱器10、11，同時例如為金的電熱材(電氣電阻材)所構成者。電阻加熱器10、11具有其電阻值依其溫度而改變的特性，特別是溫度及電阻值成立比例之關係。因此，電阻加熱器10、11，亦作為從電阻值讀取溫度的溫度感應器功能。在此，依電阻加熱器10、11的測定溫度被回授至溫度控制裝置5，溫度控制裝置5根據此測定溫度控制電阻加熱器10、11之發熱量。
於處理裝置本體3各個氣化器6、改質器7，一氧化碳去除器8、燃燒器9、電阻加熱器10、11之配置，係無特別的限定，例如，亦可以具備一氧化碳去除器8及氣化器6層疊構成，在一氧化碳去除器8及氣化器6之組體搭載電阻加熱器10之構成。此時，一氧化碳去除器8及氣化器6係由電阻加熱器10所加熱。
又例如，亦可為具備改質器7及燃燒器9被疊層，搭載電阻加熱器11於改質器7及燃燒器9的組體構成者。此時，改質器7係由燃燒器9及電阻加熱器11所加熱。
又例如，亦可為具備改質器7及燃燒器9之組體，依電橋部連接一氧化碳去除器8及氣化器6之組體，透過此電橋部，從改質器7及燃燒器9之組體之熱，熱傳導於一氧化碳去除器8及氣化器6之組體側的構成。此時，在此電橋部，形成從改質器7用以流氫等於一氧化碳去除器8的流路。
〔第1實施形態〕
其次，使用圖式對有關本發明的溫度控制裝置及溫度控制方法之第1實施形態，具體的說明。
第2圖係於本發明之第1實施形態的表示溫度控制裝置之電路構成的電路圖。
第3圖係對於第1實施形態控制用PWM信號，表示時間及電壓位準之關係一例波形圖。
第4圖表示依第1實施形態之溫度控制裝置的處理流程流程圖。
第2圖所示溫度控制裝置5係適用第1圖所示作為溫 度控制裝置5者。此外於第2圖，係表示對應於電阻加熱器11的溫度控制裝置5電路構成，對於電阻加熱器10亦具有同等之電路構成者。
此溫度控制裝置5，係具備PWM控制器(信號產生器)51、具有運算放大器OP1等的加法器52、具有運算放大器OP2等的反相放大器53、具有運算放大器OP3等的差動放大器54、具有運算放大器OP4等的差動放大器55、類比數位轉換器(以下略稱ADC)56、PWM開關SW1、取樣電阻R8、及電阻加熱器11。
PWM控制器51，係例如具有中央處理單元(CPU)，實行根據內建的程式等之種種的控制動作，因應從ADC56所供給的數位信號切換接通電壓(第1電壓)及斷開電壓(第2電壓)2個電壓位準，以生成一定週期之脈波寬度調變信號(以下，稱為PWM信號)輸出其PWM信號。
PWM控制器51，係根據從ADC56回授的信號使PWM信號之週期作成一定，依控制PWM信號之接通電壓時之時間及斷開電壓時之時間之長度，控制接通電壓時之時間與斷開電壓時之時間之比所成PWM信號之負載比。
從PWM控制器51輸出的PWM信號，係用電壓表示位準者，PWM信號之電壓位準為接通電壓時及斷開電壓時其PWM信號之電壓位準為不同。具體而言，當PWM信號之電壓位準為接通電壓時，其電壓位準之極性例如為正極性，PWM信號之電壓位準為斷開電壓時，其電壓位準為零〔V〕。
加法器52，係具備電阻R1~R4及運算放大器OP1， 將其輸出施加於反相放大器53者。一方的加法器52之輸入端子及輸出端子之間串聯連接有電阻R1及電阻R3，電阻R1及電阻R3之連接部與另一方之輸入端子57之間連接電阻R2，電阻R1與電阻R3之連接部連接於運算放大器OP1之反相輸入端子，運算放大器OP1之非反相輸入端子藉由電阻R4連接於接地，運算放大器OP1之輸出端子連接於反相放大器53之輸入端子(電阻R5)。此等電阻R1~R4之電阻值係皆相等。
在加法器52一方之輸入端子(電阻R1)，輸入有從PWM控制器51輸出的PWM信號，加法器52之另一方輸入端子57施加一定之重疊電壓Vov。
加法器52，係加算從PWM控制器51輸出的PWM信號之電壓位準及重疊電壓Vov，將其和經極性反轉後輸出者。因此，從PWM控制器51輸出的PWM信號之電壓位準為接通電壓時，係加法器52之輸出為使其PWM信號之接通電壓位準及重疊電壓Vov的和之極性反轉者。另一方面，從PWM控制器51輸出的PWM信號之電壓位準為斷開電壓時，加法器52之輸出，係為使重疊電壓Vov(零〔V〕的PWM信號之位準及重疊電壓Vov的和)之極性反轉者。此外，重疊電壓Vov係與PWM信號之接通電壓同等極性，在本實施形態係為正極性，絕對值較PWM信號之接通電壓之絕對值小的電壓。
其次，反相放大器53係具備電阻R5~R7及運算放大器OP2，將其輸出作為控制用PWM信號(控制信號)輸出於第2圖所示節點A，施加於PWM開關SW1者。反相放大器 53之輸入端子係連接於加法器52之輸出端子，反相放大器53之輸入端子及輸出端子之間串聯連接電阻R5及電阻R6，電阻R5及電阻R6之連接部連接於運算放大器OP2之反相輸入端子，運算放大器OP2之非反相輸入端子藉由電阻R7連接於接地。此等電阻R5~R7之電阻都同等。
從加法器52輸出的信號，作為輸入信號藉由反相放大器53之輸入端輸入於電阻R5，反相放大器53係使其輸入信號之極性反轉而輸出者。在此，電阻R5及電阻R6之電阻值相等，反相放大器53之增益為1。因此如第3圖所示，從PWM控制器51輸出的PWM信號之電壓位準為接通時，反相放大器53之輸出(控制用PWM信號)之電壓位準(節點A之電壓位準)，係從PWM控制器51輸出的PWM信號之接通電壓及重疊電壓Vov之和，從PWM控制器51輸出的PWM信號之電壓位準為斷開電壓時，反相放大器53之輸出(控制用PWM信號)之電壓位準(節點A之電壓位準)，係重疊電壓Vov者。在此，於從PWM控制器51輸出的PWM信號之電壓位準為接通電壓時，控制用PWM信號之電壓位準稱為接通電壓位準(第1電壓位準)，於從PWM控制器51輸出的PWM信號之電壓位準為斷開電壓時，將控制用PWM信號之電壓位準稱為斷開電壓位準(第2電壓位準)。此外，電阻R5及電阻R6之電阻值亦可為不相等。
在此，PWM開關SW1，係例如增強型之n通道MOSFET，連接反相放大器53之輸出端子於PWM開關SW1之閘電極端子。於第1實施形態中，PWM開關SW1相當於切換部。
取樣電阻R8為固定電阻。又，電源輸入端子58及接地之間，串聯連接有電阻加熱器11、PWM開關SW1及取樣電阻R8。
具體而言，PWM開關SW1之汲電極端子及電源輸入端子58之間連接電阻加熱器11，PWM開關SW1之源電極端子及接地之間連接有取樣電阻8。
此外，電源輸入端子58及接地之間只要是串聯連接有電阻加熱器11、PWM開關SW1、取樣電阻R8，此等之排列順序並不限定於第2圖之排列順序。又PWM開關SW1係不是為MOSFET，亦可為雙極的電晶體。
在電源輸入端子58施加直流之定電壓Vs。然後，從反相放大器53所輸出的控制用PWM信號輸入PWM開關SW1之閘電極端子，PWM開關SW1係按照從反相放大器53之控制用PWM信號動作。亦即，輸入於PWM開關SW1之閘電極端子的控制用PWM信號為接通電壓位準時，PWM開關SW1變成接通狀態從電源輸入端子58到接地變成通電狀態，電流從電源輸入端子58藉由電阻加熱器11、PWM開關SW1之汲/源電極間、及取樣電阻R8流通於接地。
另一方面，輸入於PWM開關SW1之閘電極端子之控制用PWM信號為斷開電壓位準時，PWM開關SW1變成略斷開狀態。亦即，輸入於PWM開關SW1之閘電極端子的斷開電壓位準，係控制用PWM信號之電壓位準是為斷開電壓位準時，其斷開電壓位準係不是零〔V〕，為重疊電壓Vov〔V〕之故，PWM開關SW1不會完全成為斷開狀態 ，從電源輸入端子58到接地間，通過電阻加熱器11、PWM開關SW1之汲/源電極間，及取樣電阻R8，流通比接通狀態時所流通之電流小(弱的)電流。
PWM開關SW1之閘電極端子之電壓為接通電壓位準，PWM開關SW1為接通狀態時，亦即，從PWM控制器51所輸出的PWM信號之電壓位準為接通電壓時，從電源輸入端子58到接地間，通過電阻加熱器11、PWM開關SW1之汲/源電極間、及取樣電阻R8流有電流。由此，電阻加熱器11發熱。此時流通於電阻加熱器11的電流稱為強電流。強電流係相當於第1電流。
另一方面，PWM開關SW1之閘電極端子之電壓為斷開電壓位準，PWM開關SW1為略斷開狀態時，亦即，從PWM控制器51所輸出的PWM信號之電壓位準在斷開電壓時，亦從電源輸入端58到接地間流有某程度之電流，電阻加熱器11亦流有相同電流，但此時流通於電阻加熱器11的電流之電流值，係較上述強電流(第1電流)之電流值小。此時流通於電阻加熱器11之電流稱弱電流。弱電流係相當第2電流。
這樣，PWM控制器51由於控制PWM信號之負載比，控制流通於電阻加熱器11的強電流的工作循環，由此調整電阻加熱器11之發熱量。
在此，差動放大器54及ADC56之組合，係相當於測定電阻加熱器11之電壓的電壓測定器。取樣電阻R8、差動放大器55及ADC56之組合，係相當於測定電阻加熱器11之電流的電流測定器。因而，差動放大器54、差動放 大器55、取樣電阻R8及ADC56之組合，係相當於測定電阻加熱器11之電阻值的電阻測定器。
差動放大器54，將表示定電壓Vs，電阻加熱器11及PWM開關SW1連接部之電壓的差信號，亦即，表示電阻加熱器11之兩端間電壓信號輸出於ADC56。ADC56，將從差動放大器54輸入的信號轉換為數位，表示電阻加熱器11之兩端間電壓的數位信號(以下，稱為電壓信號)輸出於PWM控制器51。此外，差動放大器54係習知之電路之故，對於差動放大器54係省略運算放大器OP3以外之回授電阻等之圖示。
差動放大器55，將表示取樣電阻R8之兩端間電壓信號輸出於ADC56。在此，取樣電阻R8為固定電阻，取樣電阻R8之兩端間電壓，將取樣電阻R8之電阻值為固定時，依存於流通於取樣電阻R8的電流，流通於取樣電阻R8的電流係與流通於電阻加熱器11的電流相同，所以從差動放大器55輸出於ADC56的信號，係表示流通於電阻加熱器11的電流。
其次，ADC56，將從差動放大器55輸入的信號作類比-數位變換，表示電阻加熱器11之電流數位信號(以下，稱電流信號)輸出於PWM控制器51。此外，差動放大器55因為係習知之電路，對於差動放大器55省略運算放大器OP4以外回授電阻等之圖示。
PWM控制器51，係讀取例如PWM信號之電壓位準為斷開時同步，從ADC56輸出，電阻加熱器11之電壓值/電流值之信號。
從ADC56輸入PWM控制器51的電流信號及電壓信號組合，係相當於表示電阻加熱器11之電阻值信號。因此，差動放大器54、差動放大器55、取樣電阻R8及ADC56之組合，係相當於測定電阻加熱器11之電阻值，將表示其電阻值之信號輸出於PWM控制器51的電阻測定器。
如以上所述，PWM信號之電壓位準在接通電壓時流通強電流於電阻加熱器11，PWM信號之電壓位準在斷開電壓時流通弱電流於電阻加熱器11。PWM控制器51，在PWM信號之電壓位準為斷開電壓時，從ADC56回授的信號，演算求電阻加熱器11之電阻值(電壓值及電流值之比)。然後，從其電阻值根據電阻加熱器11之電阻值溫度依存性，求電阻加熱器11之溫度，此外，使電阻加熱器11之電阻值為Rh，則電阻加熱器11之功率用〔Vs X Vs÷Rh〕表示。在此，PWM控制器51，係具備例如預先測定的，記錄對種種溫度的電阻加熱器11之電阻值的數據表，適宜參照此數據表求電阻加熱器11之溫度。
PWM控制器51，係根據求得的電阻加熱器11之溫度、及欲設定於電阻加熱器11的溫度(設定溫度)之差，將PWM信號之負載比之值，變更成適於使電阻加熱器11之溫度靠近設定溫度之值，進行再設定，將已變更的新負載比之PWM信號輸出於加法器52。
於本實施形態的溫度控制裝置5之動作流動，根據第4圖更詳細的說明。
如第4圖所示：首先PWM控制器51，係設定輸出的PWM信號之初期負載比(步驟S1)，輸出設定的負載比之 PWM信號(步驟S3)。
然後，PWM信號加上重疊電壓Vov具有電壓位準之控制用PWM信號輸入於PWM開關SW1之閘電極端子。
從PWM控制器51輸出的PWM信號之電壓位準為接通電壓時，從反相放大器53輸出的控制用PWM信號之接通電壓位準，係比較PWM信號之接通電壓具有只高重疊電壓Vov〔V〕的電壓位準，PWM開關SW1變成接通狀態，流通強電流於電阻加熱器11。
另一方面，從PWM控制器51輸出的PWM信號之電壓位準為斷開電壓時，從反相放大器53輸出的控制用PWM信號的斷開電壓位準係具有重疊電壓Vov〔V〕之電壓位準，PWM開關SW1係成略斷開狀態，流通弱電流於電阻加熱器11。
然後，表示流通於電阻加熱器11的電流的數位信號從ADC56輸出於PWM控制器51，表示電阻加熱器11之電壓的數位信號從ADC56輸出於PWM控制器51，PWM控制器51係與PWM信號之斷開電壓同步讀取電阻加熱器11之電壓值、電流值(步驟S5)。
然後，PWM控制器51，從電阻加熱器11之電壓值、電流值演算，求電阻加熱器11之電阻，根據電阻加熱器之電阻值之溫度依存性，導出電阻加熱器11之溫度(步驟S7)。
然後，PWM控制器51實行狀態評估，並根據其，將電阻加熱器11之溫度為了接近所希望之設定溫度Tset所需要，而決定PWM信號之新的負載比(步驟S9)。
在此之作為評估方法，例如適用依PID控制的回授控制。亦即，從控制開始第n回求得的溫度TR_n及設定溫度(適溫)Tset之偏差值為en=TR_n-Tset時，使設定溫度(適溫)Tset為了接近於電阻加熱器11之溫度重新的負載比，使用事前所定比例加重係數P、積分加重係數I、微分加重係數D，依一般的關係式A=P{en+IΣen+D(en- en- 1)}可以設定。
根據這樣所決定新的負載比，上述步驟S1~步驟S9之處理與上述同樣的實行，將此等一連串之控制動作反覆實行。
藉此，使電阻加熱器11之溫度為設定溫度，維持於設定溫度地控制溫度。
此外，第4圖所示步驟S1~步驟S9之一連串的處理，係PWM信號之每1週期，或每規定數之週期實行。
如以上依本實施形態，設定電阻加熱器11之溫度為設定溫度(適溫)，而維持的控制溫度中，因使用PWM控制法，所以能抑制電阻加熱器11以外部分的電力消耗，可以抑制電阻加熱器11以外部分的發熱。亦即，使用PWM控制法所以可以使取樣電阻R8之電阻值充分的小，PWM信號之電壓位準在接通電壓時，可抑制取様電阻R8或PWM開関SW1中之電力消耗，電力幾乎都消耗在電阻加熱器11上，另一方面，當PWM信號之電壓位準為斷開電壓時，從電源輸入端子58流通於接地之電流，因為其電流非常小，所以能抑制電力消耗。
當PWM信號之電壓位準為斷開電壓時，流通非常小 的電流於電阻加熱器11，其結果，電阻加熱器11或取樣電阻R8之響應電壓亦小。因此，電阻加熱器之小的響應電壓在差動放大器54之運算放大器OP3測定，取樣電阻R8之小的響應電壓在差動放大器55之運算放大器OP4測定，所以可設定運算放大器OP3、OP4之增益高，以提高測定分解能。
此外，PWM開關SW1為空乏型之MOSFET時，即使施加於閘電極端子的電壓為零〔V〕，亦有微小的電流從電源輸入端子58藉由電阻加熱器11、PWM開關SW1及取樣電阻R8流入於接地，所以亦可建構成未具備加法器52及反相放大器53，而將從PWM控制器51輸出的PWM信號，為直接輸入PWM開關SW1之閘電極端子。
又，從PWM控制器51輸出的PWM信號之電壓位準，當斷開電壓時其斷開電壓位準非為零〔V〕，而為具有與上述重疊電壓Vov同等之電壓位準者時，即使PWM開關SW1為增強型之MOSFET時，亦可建構成將從PWM控制器51輸出的PWM信號直接輸入PWM開關SW1之閘電極端子。此時，當PWM信號之電壓位準在斷開電壓時，PWM開關SW1並未成完全的斷開狀態，亦有弱電流從電源輸入端子58藉由電阻加熱器11，PWM開關SW1及取樣電阻R8而流入接地。
〔第2實施形態〕
其次，說明有關本發明的溫度控制裝置及溫度控制方法之第2實施形態。
第5圖係於本發明之第2實施形態表示溫度控制裝置 之電路構成電路圖。
第5圖所示溫度控制裝置5，係代替第2圖所示溫度控制裝置5作為第1圖所示溫度控制裝置5所適用者。
此外，對於與上述第1實施形態同等之構成，係附於同一之符號將其說明簡略化或省略。
於本實施形態係如第5圖所示，相當於切換部的PWM開關SW2具備有增強型之n通道MOSFET61、增強型之p通道MOSFET62、及電阻R9。串聯連接MOSFET62及電阻加熱器11及取樣電阻R8於電源輸入端子58及接地之間。
具體而言，取樣電阻R8連接於電阻加熱器11及接地之間，電阻加熱器11連接在MOSFET62之汲電極端子及取樣電阻R8之間。MOSFET62之源電極端子連接於電源輸入端子58。
又MOSFET61之源電極端子連接接地，MOSFET61之汲電極端子連接MOSFET62之閘電極端子，其連接部及電源輸入端子58之間連接有電阻R9。
於第2實施形態的溫度控制裝置5，相較於第1實施形態的溫度控制裝置5，除PWM開關SW1變更為PWM開關SW2外，實質上具備與溫度控制裝置5同樣的構成。
於本實施形態之溫度控制裝置5，與於上述第1實施形態的溫度控制裝置5時同樣，PWM控制器51，係根據從ADC56回授的信號，使電阻加熱器11之溫度接近於設定溫度地變更PWM信號之負載比之值，作再設定，輸出作變更之負載比之PWM信號。
於本實施形態之溫度控制裝置5，係具有加上重疊電 壓Vov的電壓位準之控制用PWM信號輸入MOSFET61之閘電極端子。
然後，PWM信號之電壓位準於接通電壓的期間，MOSFET61、MOSFET62同時變接通狀態，強電流流通於電阻加熱器11。
另一方面，PWM信號之電壓位準於斷開電壓的期間，MOSFET61、MOSFET62變成同時在略斷開狀態，弱電流流通於電阻加熱器11。
然後，從差動放大器54表示電阻加熱器11兩端間電壓信號輸出於ADC56，從差動放大器55表示流通於電阻加熱器11的電流信號輸出於ADC，表示電阻加熱器11兩端間之電壓的數位信號，及表示流通於電阻加熱器11電流的數位信號從ADC56輸出於PWM控制器51。
PWM控制器51，係例如同步於PWM信號之電壓位準為斷開電壓時，讀取從ADC56回授輸入，電阻加熱器11之電壓值、電流值之信號。
然後，PWM控制器51係從電阻加熱器11之電壓值及電流值演算求電阻加熱器11之電阻值。然後，從其電阻值根據電阻加熱器11電阻值之溫度依存性求電阻加熱器11之溫度。
PWM控制器51，根據所求的電阻加熱器11之溫度，及欲設定於電阻加熱器11溫度(設定溫度)之差，將PWM信號負載比之值，變更為使電阻加熱器11之溫度接近設定溫度所適的值，作再設定，將變更之新的負載比之PWM信號輸出。反覆實行以上之控制動作。
〔第3實施形態〕
其次，說明有關本發明溫度控制裝置及溫度控制方法之第3實施形態。
第6圖，係於本發明第3實施形態表示溫度控制裝置之電路構成電路圖。
第6圖所示溫度控制裝置5，係代替第2圖所示溫度控制裝置5表示第1圖作為溫度控制裝置5適用者。
此外，對於與上述各實施形態同等之構成，係附予同一符號簡略化或省略其說明。
表示於第6圖之溫度控制裝置5，係加上第2圖所示溫度控制裝置5之構成要素，再具備有開關元件SW3、SW4。開關元件SW3、SW4，係各個設置在電阻加熱器11及差動放大器54輸入(運算放大器OP3之反相輸入端子、非反相輸入端子)之間。此外，作為開關元件SW3、SW4，係可用FET或雙極性電晶體。
於第3實施形態之溫度控制裝置5，亦是PWM控制器51設定負載比，輸出所設定的負載比之PWM信號，加上重疊電壓Vov的電壓之控制用PWM信號輸入於PWM開關SW1之閘電極端子。然後，PWM信號之電壓位準於接通電壓時，輸入PWM開關SW1之閘電極端子的控制用PWM信號之電壓位準變成接通電壓位準，強電流流通於電阻加熱器11，於PWM信號之電壓位準為斷開電壓時輸入於PWM開關SW1之閘電極端子的控制用PWM信號之電壓位準變成斷開電壓位準，弱電流流通於電阻加熱器11。
再者，PWM控制器51控制使將輸出加法器52同步於 PWM信號的信號(反相者亦可)輸出開關元件SW3、SW4，而開關元件SW3、SW4，係PWM信號之電壓位準為斷開電壓時同步的成接通狀態，PWM信號之電壓位準為接通電壓時同步的變成斷開狀態。
由此，於PWM信號之電壓位準為斷開電壓時，從差動放大器55輸出流通於電阻加熱器11表示弱電流之電流值的信號於ADC56，從差動放大器54輸出表示電阻加熱器11兩端間之電壓值的信號於ADC56，從ADC56輸出於PWM控制器51表示電阻加熱器11兩端間之電壓的數位信號，及表示流通於電阻加熱器11的弱電流電流值的數位信號。
PWM控制器51，係例如同步於PWM信號之電壓位準為斷開電壓時，讀取從ADC56回授而輸入電阻加熱器11兩端間之電壓值及弱電流值之信號。
然後，PWM控制器51，係從電阻加熱器11之電壓值、弱電流之電流值演算電阻加熱器11之電阻值求之。然後，從其電阻值依據電阻加熱器11電阻值之溫度依存性，求電阻加熱器11之溫度。
PWM控制器51，係根據所求的電阻加熱器11之溫度、及設定於電阻加熱器11的溫度(設定溫度)之差，將PWM信號之負載比之值，變更成適於使電阻加熱器11之溫度接近設定溫度的值，進行再設定，輸出變更的新負載比之PWM信號。以上之控制動作反覆實行。
PWM控制器51係按照電阻加熱器11之溫度(電阻)，使電阻加熱器11之溫度接近設定溫度設定新的負載比。 其後，反覆PWM控制器51之處理。
於第3實施形態，係PWM信號之電壓位準為接通電壓時雖流通大的電流於電阻加熱器11，但是其時之電阻加熱器11兩端間之比較高的電壓係不施加於差動放大器54之運算放大器OP3。因此，將施加於運算放大器OP3之輸入端子電壓的最大值，可以抑制為弱電流流通於電阻加熱器11時之電阻加熱器11兩端間的，比較小的電壓，作為運算放大器OP3可使用耐壓比較低者，能減低成本。
〔第4實施形態〕
其次，說明對本發明有關溫度控制裝置及溫度控制方法之第4實施形態。
第7圖，係於本發明第4實施形態表示溫度控制裝置之電路構成的電路圖。
第7圖所示的溫度控制裝置5，係代替第2圖所示溫度控制裝置5作為第1圖示的溫度控制裝置5適用者。
此外，對於與上述各實施形態同等之構成，係附予同一符號而簡略化或省略其說明。
第7圖表示的溫度控制裝置5，係具備PWM控制器71，定電流電路72、開關元件SW11~SW14、虛擬的電阻R12、PWM開關SW15、具有運算放大器OP13等的差動放大器74、類比數位轉換器(以下，略稱ADC)76、PWM開關SW15、及電阻加熱器11。
在此，於第4實施形態，開關元件SW11、SW12及PWM開關SW15之組合相當於切換部。
PWM控制器71，係例如具有中央處理裝置(CPU)， 因應從ADC56供給的數位信號，切換為接通電壓及斷開電壓之2個電壓位準，輸出一定週期之PWM信號者。
PWM控制器71，係根據從ADC76回授的信號，使PWM信號之週期為一定，由於控制PWM信號之接通電壓時之時間及斷開電壓時之時間之長度，而控制由接通電壓時之時間及斷開電壓時之時間之比所成，PWM信號之負載比。
從PWM控制器71輸出的PWM信號，係用電壓表示位準者，PWM信號之電壓位準為接通電壓時及為斷開電壓時PWM信號之電壓位準係相異。具體而言PWM信號之電壓位準為接通電壓時，係例如其電壓位準之極性為正極性，PWM信號之電壓位準為斷開電壓時，其電壓位準為零〔V〕。
PWM開關SW15，係增強型之n通道MOSFET。
又，電源輸入端子78及接地之間，係串聯連接電阻加熱器11及PWM開關SW15。具體的係在PWM開關SW15之汲電極端子及電源輸入端子78之間連接電阻加熱器11，PWM開關SW15之源電極端子連接在接地。此外，PWM開關SW15亦可以不是MOSFET而為雙極性電晶體。
在電源輸入端子78施加直流之定電壓Vs。從PWM控制器71輸出的PWM信號輸入PWM開關15之閘電極端子，PWM開關SW15係按照PWM信號動作。
亦即，輸入PWM開關SW15之閘電極端子PWM信號之電壓位準為接通電壓時，PWM開關W15就成接通狀態從電源輸入端子78到接地成為通電狀態，電源從電源輸 入端子78藉由電阻加熱器11及PWM開關SW15流通於接地。此時流通於電阻加熱器11的電流，係對應於上述各實施形態的強電流(第1電流)。
另一方面，輸入PWM開關SW15之閘電極端子的PWM信號之電壓位準為斷開電壓時，PWM開關SW15成為斷開狀態，電阻加熱器11及PWM開關SW15不流電流。
如這樣，PWM控制器71由於控制PWM信號之負載比，控制流通於電阻加熱器11的電流功能循環，如此調整電阻加熱器之發熱量。
定電流電路72，具有運算放大器OP11及電阻R11，運算放大器OP11之非反相輸入端子施加定電壓，運算放大器OP11之反相輸入端子及接地之間連接電阻R11。運算放大器OP11之輸出端子連接有開關元件SW11，運算放大器OP11之反相輸入端子連接有開關元件SW12。開關元件及開關元件SW12之間連接虛擬的電阻12。再者，開關元件11及開關元件SW12之間連接有電阻加熱器11。
開關元件SW11、SW12係依PWM控制器71同步於PWM信號實行切換者。PWM信號之電壓位準為接通電壓之時，開關元件SW11、SW12切換至虛擬的電阻12側，運算放大器OP11之輸出端子及反相輸入端子間連接虛擬的電阻R12，流通電流於虛擬的電阻R12。
另一方面，PWM信號之電壓位準為斷開電壓時，開關元件SW11、SW12切換至電阻加熱器11側，運算放大器OP11之輸出端子及反相輸入端子間連接電阻加熱器11，變成通電於電阻加熱器11狀態。
開關元件SW11、SW12切換，變成通電於電阻加熱器11的狀態，則一定之定電流從電源輸入端子78通過電阻加熱器11，開關元件SW12及電阻R11流通於接地。此時流通於電阻加熱器11的電流，係對應於上述各實施形態的弱電流(第2電流)者，其電流值，係設定成為相較PWM信號之電壓位準為接通電壓之時，流通於電阻加熱器11的電流(強電流)之電流值還小的值。
差動放大器74係具有運算放大器OP13等。差動放大器74係習知之電路，對於差動放大器74係省略運算放大器OP13以外之回授電阻等圖示。開關元件SW13、SW14，係分別設於電阻加熱器11及差動放大器74之輸入(運算放大器OP13之反相輸入端子、非反相輸入端子)之間。此外，作為開關元件SW13、SW14，係可以用FET或雙極性電晶體。
PWM控制器71，係將同步於PWM信號的信號(反相者亦可。)輸出於開關元件SW13、SW14，開關元件SW13、SW14係控制為PWM信號之電壓位準為斷開電壓時同步成為接通狀態，同步於PWM信號之接通功能變成為斷開狀態。
開關元件SW13、SW14成為接通狀態時，差動放大器74，將表示定電壓Vs、及電阻加熱器11及PWM開關SW15之連接部電壓之差之信號、亦即表示電阻加熱器11之兩端間電壓的信號輸出於ADC76。ADC76，將從差動放大器74輸入的信號變換類比-數位，將表示電阻加熱器11兩端間之電壓的數位信號(以下，稱電壓信號。)輸出 於PWM控制器71。因此，差動放大器74及ADC76之組合，相當於測定電阻加熱器11電壓之電壓測定器。
在此，PWM信號之電壓位準為斷開電壓時開關元件SW13、SW14形成接通狀態，所以依定電流電路72的定電流流通於電阻加熱器11時，表示電阻加熱器11兩端間之電壓的電壓信號從ADC76輸出於PWM控制器71。
PWM控制器71，於例如PWM信號之電壓位準在斷開電壓時，從ADC76回授而輸入的信號，讀取電阻加熱器11兩端間之電壓值。
然後，PWM控制器71，係從依其電壓值及定電流電路72的定電流值，演算求電阻加熱器11之電阻值。然後，從其電阻值，根據電阻加熱器11電阻值之溫度依存性，求電阻加熱器11之溫度。
PWM控制器71，根據所求的電阻加熱器11之溫度，及欲設定於電阻加熱器11的溫度(設定溫度)之差，將PWM信號之負載比之值，變更成適於使電阻加熱器11溫度接近設定溫度的值，再設定，將所變更新的負載比之PWM信號輸出於PWM開關SW15之閘電極端子。反覆實行以下之控制動作。
說明於本實施形態的溫度控制裝置5之動作順序。
首先，PWM控制器71設定所輸出PWM信號之初期負載比，將設定的負載比之PWM信號輸出。然後，所輸出的PWM信號施加於PWM開關SW15之閘電極端子。
PWM信號之電壓位準在接通電壓時，輸入於PWM開關SW15之閘電極端子的電壓位準變成接通電壓，流電流 (強電流)於電阻加熱器11。
PWM信號之電壓位準在斷開電壓時，輸入於PWM開關SW15之閘電極端子的電壓位準變成斷開電壓，定電流(弱電流)流通於電阻加熱器11。
然後，流定電流在電阻加熱器11時，表示電阻加熱器11兩端間之電壓的數位信號從ADC76輸出於PWM控制器71。
PWM控制器71，同步PWM信號之電壓位準為斷開電壓時，讀取電阻加熱器11兩端間之電壓值。
然後，PWM控制器71，從電阻加熱器11兩端間之電壓值及定電流之電流值演算求電阻加熱器11之電阻值，由其電阻值根據電阻加熱器11之電阻值之溫度依存性，求電阻加熱器11之溫度。
然後，PWM控制器71實行與前述之第1實施形態時同樣之狀態評估，根據所求的電阻加熱器11之溫度值，為了使電阻加熱器11之溫度接近於設定溫度而決定新的負載比。
根據如這樣決定的新的負載比，實行同樣上述之動作，反覆實行此等一連串之控制動作。
依這樣，電阻加熱器11之溫度被設定，溫度控制為維持於設定溫度。
於本實施形態亦使用PWM控制法，所以可以抑制電阻加熱器11以外之部分電力消耗，在電阻加熱器11以外之部分可以抑制發熱。
又，PWM信號之電壓位準在斷開電壓時，流通非常 小的電流於電阻加熱器11，其結果，電阻加熱器11之響應電壓亦小，可以設定差動放大器74之運算放大器OP13之增益為高，能提高測定分解能。
又，PWM信號之電壓位準在接通電壓時大電流會流通於電阻加熱器11，但是其時之電阻加熱器11兩端間之比較高的電壓，係被開關元件SW13、SW14所遮斷，不被施加於差動放大器74之運算放大器OP13。因此，可將施加於運算放大器OP3輸入端子的電壓之最大值，抑制成弱電流流通於電阻加熱器11時之電阻加熱器11兩端間較小的電壓，作為運算放大器OP3可使用耐壓比較低者，能減低成本。又PWM信號之電壓位準在斷開電壓時，流通於電阻加熱器11的電流可以作為小的穩定的定電流，可以高精度的測定電阻加熱器11之電壓。
其次，與先前之構成比較說明於本發明依實施形態的效果。
首先，作為比較例說明先前之溫度控制裝置之構成及溫度控制動作。
第8圖作為比較例的，表示先前之溫度控制裝置電路構成的電路圖。
此溫度控制裝置300，係具備電阻加熱器11、差動放大器54及ADC56，依電晶體的開關元件SW31、運算放大器OP31及電阻R31所成定電流電路310。在此，電阻加熱器11，差動放大器54及ADC56係於上述第1實施形態，表示於第2圖在溫度控制裝置5同樣構成者。
CPU320將數位信號輸出於數位類比轉換器(以下， 略稱DAC)330，其數位信號依DAC330轉換為類比，因應於數位信號的電壓位準之信號輸入於運算放大器OP31之非反相輸入端子。然後，輸入於運算放大器OP31之非反相輸入端子因應信號之電壓位準大小的定電流流通於電阻加熱器11。由此，CPU320調整流通於電阻加熱器11的電流大小。
然後，流有此定電流時之電阻加熱器11兩端間之電壓依差動放大器54及ADC56測定，反授於CPU320。
CPU320，係從所測定的電阻加熱器11兩端間之電壓值演算求電阻加熱器11之電阻值、電力，根據電阻加熱器11電阻值之溫度依存性，求其溫度。然後，根據其所求得的電阻加熱器11之溫度，調整流通於電阻加熱器11的電流大小，控制電阻加熱器11之溫度為設定溫度。
再者，對第8圖所示溫度控制裝置300，交雜具體的數值說明電路設計之一例。
於第8圖在運算放大器OP3，例如使用輸入電壓範圍為120V充分大的Analog Devices公司之計測化放大器(製品名：AD628)等。
對電阻加熱器11，係使用280(℃)時之電阻值為250〔Ω〕者。
在初期狀態，起動時流電阻加熱器11以120〔mA〕之定電流者，於到達280〔℃〕時電阻加熱器11兩端間之電壓為30〔V〕，電力為3.6〔W〕。運算放大器OP3之最大輸入電壓，係成為此時之電壓。然後，在8 bit之ADC56及CPU320處理運算放大器OP3之輸出電壓時，成為 30/256=117〔mV/digit〕之分解能。此分解能以溫度考量時成為280/256=1.09〔℃/digit〕，對求得1℃單位的溫度管理的觸媒反應獲得適當的精度。
從這樣的狀態傳播熱於處理裝置本體3之全體，成為熱平衡狀態時之改質器7之熱損失為1.5〔W〕時，同樣電阻加熱器11之電力亦成1.5〔W〕。此時，改質器7之溫度係280〔℃〕為一定，電阻加熱器11之電阻值亦250〔Ω〕為一定之故，所以作為電阻加熱器11之電壓19.4〔V〕、電流77.5〔mA〕形成溫度控制。
從這樣的熱平衡狀態供給燃料或水，於改質器7開始改質反應，在燃燒器9產生燃燒時(運轉狀態)，將改質器7需要維持於280〔℃〕的依電阻加熱器11的供給熱量有0.4〔W〕時，此時電阻加熱器11之電壓10[V]、電流40[mA]。此外，於此狀態運算放大器OP3之增益與起動時之增益相同，所以此電阻加熱器11之電壓在ADC56僅成10[V]/117[mV]=85〔digit〕之測定。此係以溫度考量，形成280℃/85[digit]=3.29[℃/digit]之分解能，知道作為用於反授控制的溫度係不能獲得適當的精度。
相對於此，表示於第2圖，本發明實施形態之溫度控置裝置5，交雜具體的數值說明電路設計之一例。
於第2圖溫度控制裝置5，在運算放大器OP3、OP4，係例如使用輸入電壓範圍120V充分大的Analog Devices公司之計測化放大器(製品名：AD628)等。電阻加熱器11用280℃時之電阻值250Ω者。又取樣電阻R8為0.1〔Ω〕，其他之電阻R1~R7任一者都10〔kΩ〕。
首先PWM信號之頻率，係於PWM信號之電壓位準為斷開電壓時使流通於電阻加熱器11的弱電流降下到所希望的位準，其為能穩定的頻率之上限條件、及為比較毫秒層級的改質器7之溫度的追從速度更快，頻率的下限之條件下，加上運算放大器OP3、OP4之計測速度等而設定。
在此，用運算放大器OP3、OP4之計測僅需要20〔μs〕時，PWM信號之接通電壓斷開電壓之切換及電阻加熱器11之弱電流之穩定持有10〔μs〕之充裕的話，則需要PWM信號之電壓位準為斷開電壓的時間係成30〔μs〕以上。
但上述之改質器7於引起改質反應的狀態(運轉狀態)係預想非常低的負載比之控制，為了確保此時之溫度控制性PWM信號之頻率係儘量從下限條件離開，使接近上限條件速度。在此，使控制之分解能確保最大限之目的，設定最低需要時間(30〔μs〕)為相當1〔%〕負載比，則PWM信號之週期係3ms(330Hz)變成較毫秒層級更慢，溫度有無法追從控制週期而變亂的可能性。
另一方面，相反地欲若使最低需要時間相當於比較10%高的負載比時，PWM信號為接通電壓的比率，最大成90〔%〕未滿之比率，在此比率用以確保起動時需要的電力係需要設定更高的定電壓Vs，控制精度及準備電源側之電路效率不良。
考慮此等之要素，在此係需要電壓測定的最低限之時間(30〔μs〕)，相當於負載比的10〔%〕，設定PWM 信號以0~90〔%］之負載比實行。此時，成為PWM信號之週期係300〔μs〕(3.3〔KHz〕)。
依以上之設計，於初期狀態係PWM信號之負載比係90%，280〔℃〕時電阻加熱器11之電阻值為250〔Ω〕，對應於此的電流為126〔mA〕、電阻加熱器11兩端間之電壓成31.5〔V〕。
此時之電阻加熱器11之電壓為控制上之最大電壓，作為定壓Vs所設定。於熱平衡狀態，定電壓Vs仍舊在31.5〔V〕、電阻加熱器11之電力成為1.5〔W〕地負載比為38%，於運轉狀態電阻加熱器11之電力成為0.4〔W〕地負載比為10%。在此，於此運轉狀態，亦能確認用以PWM控制之界限能以確保分解能大致一成。
又運算放大器OP3之最大輸入電壓，係PWM信號之電壓位準為斷開電壓時之弱電流為3[mA]，就抑制為250[Ω]×3[mA]=750[mV]，將此以8bit之ADC56處理時，用溫度考量的分解能係同樣溫度而同樣bit數之故，當然與比較例時之初期狀態所求值成同樣280[℃]/256=1.09[℃/digit]。但是，於在此設計的PWM控制電路之方法係於系統之所有狀態，此溫度分解能的能測定之點優越，電壓分解能係成為750〔mV/256=2.9〔mV/digit〕。
此溫度控制裝置5，當與溫度控制裝置300比較可以抑制電力消耗，作為系統可以提高能量效率。因此，溫度控制裝置5之放熱對策變成不要之故，能謀求電路之小型化。再者，將電壓之測定只有在PWM信號之電壓位準 為斷開電壓時才實行，所以對其響應電壓亦小，將此可用高增益放大之故，其結果能提高測定電壓，然後從此求出的溫度之精度。
5、300‧‧‧溫度控制裝置
10、11‧‧‧電阻加熱器
51、71‧‧‧PWM控制器(信號產生器)
52‧‧‧加法器
53‧‧‧反相放大器
54、74‧‧‧差動放大器
56、76‧‧‧類比數位轉換器(ADC)
57‧‧‧輸入接頭
58、78‧‧‧電源輸入接頭
61‧‧‧增強型之n通道MDSFET
62‧‧‧強制型之p通道MDSFET
72、310‧‧‧定電流電路
R1~R9‧‧‧電阻
OP1~OP4、OP11、OP31‧‧‧運算放大器
SW1、SW2、SW15‧‧‧PWM開關
SW3、SW4、SW11~SW14‧‧‧開關元件
320‧‧‧CPU
330‧‧‧數位類比轉換器(DAC)
第1圖係表示具備有關本發明溫度控制裝置的發電裝置概略構成之方塊圖。
第2圖係表示於本發明第1實施形態的溫度控制裝置之電路構成之電路圖。
第3圖係對於第1實施形態的控制用PWM信號，表示時間及電壓位準關係之一例波形圖。
第4圖係表示於第1實施形態之溫度控制裝置的處理流程的流程圖。
第5圖係表示於本發明第2實施形態的溫度控制裝置電路構成的電路圖。
第6圖係表示於本發明第3實施形態的溫度控制裝置電路構成的電路圖。
第7圖係表示於本發明第4實施形態的溫度控制裝置電路構成的電路圖。
第8圖係作為比較例，表示先前之溫度控制裝置電路構成的電路圖。
5‧‧‧溫度控制裝置
11‧‧‧電阻加熱器
51‧‧‧PWM控制器(信號產生器)
52‧‧‧加法器
53‧‧‧反相放大器
54、55‧‧‧差動放大器
56‧‧‧類比數位轉換器(ADC)
57‧‧‧輸入接頭
58‧‧‧電源輸入接頭
R1~R8‧‧‧電阻
OP1~OP4‧‧‧運算放大器

Claims (25)

  1. 一種溫度控制裝置，具備：電阻加熱器，具有電阻值依溫度而改變的特性；信號產生器，輸出具有第1電壓及第2電壓之2個電壓位準的控制信號；切換部，前述控制信號之電壓位準為前述第1電壓時流通第1電流於前述電阻加熱器，前述控制信號之電壓位準為前述第2電壓時流通電流值比前述第1電流小的第2電流於前述電阻加熱器；電壓測定器，測定前述第2電流流通於前述電阻加熱器時之前述電阻加熱器兩端間之電壓值；及前述信號產生器根據藉由前述電壓測定器所測定的電壓值，控制前述電阻加熱器之溫度。
  2. 如申請專利範圍第1項之溫度控制裝置，其中前述電壓測定器係為，當前述控制信號之電壓位準為前述第1電壓時，前述電阻加熱器兩端間未施加電壓，當前述控制信號之電壓位準為前述第2電壓時前述電阻加熱器兩端間施加電壓，測定前述第2電流流通於前述電阻加熱器時之前述電阻加熱器兩端間之該電壓值。
  3. 如申請專利範圍第1項之溫度控制裝置，其中更具備加法器，其係於從該信號產生器輸出的前述控制信號加上一定之重疊電壓，將於前述控制信號加上前述重疊 電壓所得的信號輸出至該切換部。
  4. 如申請專利範圍第1項之溫度控制裝置，其中前述控制信號係具有前述第1電壓及第2電壓之2個電壓位準的脈波信號，前述信號產生器係PWM控制器，其具備控制基於前述控制信號之前述第1電壓之時間及前述第2電壓之時間之比所形成之負載比之值之機能。
  5. 如申請專利範圍第4項之溫度控制裝置，其中前述信號產生器根據藉由前述電壓測定器所測定的前述電壓值而導出前述電阻加熱器之溫度，在前述電阻加熱器之溫度接近所希望之設定溫度方向，變更前述控制信號之前述負載比之值，進行再設定。
  6. 如申請專利範圍第4項之溫度控制裝置，其中溫度控制裝置更具備，電流測定器，測定流通於前述電阻加熱器的電流之電流值；及電阻測定器，根據藉由前述電壓測定器所測定的前述電壓值、及藉由前述電流測定器所測定的前述電流值，測定前述電阻加熱器之電阻值，前述信號產生器係根據藉由前述電阻測定器所測定的前述電阻值之值、及前述電阻加熱器為所希望之設定溫度時之電阻值之值，在前述電阻加熱器之溫度接近前述設定溫度方向，變更前述控制信號之負載比之值，進行再設定。
  7. 如申請專利範圍第4項之溫度控制裝置，其中更具備定電流電路，其產生對應前述第2電流之定電流； 前述切換部為，當前述控制信號之電壓位準為前述第2電壓時，使在前述定電流電路產生的前述定電流流通於前述電阻加熱器，前述信號產生器係根據藉由前述電壓測定器所測定的前述電壓值、及前述定電流之電流值，將前述控制信號之前述負載比之值變更成前述電阻加熱器之溫度接近於所希望之設定溫度值，進行再設定。
  8. 一種處理裝置，被供給原料，被控制溫度，而引起前述原料之反應或相變化，具有：處理器及溫度控制裝置，該處理器引起前述原料之反應或相變化；該溫度控制裝置具有：電阻加熱器，設在前述處理器以加熱前述處理器，具有電阻值依溫度而改變之特性；信號產生器，輸出具有第1電壓及第2電壓之2個電壓位準之控制信號；切換部，當前述控制信號之電壓位準為前述第1電壓時在前述電阻加熱器流通第1電流，當前述控制信號之電壓位準為前述第2電壓時，流通電流值比前述第1電流小之第2電流於前述電阻加熱器；及電壓測定器，測定前述第2電流流通於前述電阻加熱器時之前述電阻加熱器兩端間之電壓值；且前述信號產生器係根據藉由前述電壓測定器測定的電壓值，控制前述電阻加熱器之溫度。
  9. 如申請專利範圍第8項之處理裝置，其中前述原料為液體，前述處理器係加熱前述原料並加以氣化的氣化器 ，前述信號產生器係將前述電阻加熱器之溫度控制成接近適於前述原料氣化之溫度。
  10. 如申請專利範圍第8項之處理裝置，其中前述原料係水與組成含氫的液體燃料經氣化後的混合氣體，前述處理器係引起前述原料之改質反應，生成含氫的氣體的改質器，前述信號產生器係將前述電阻加熱器之溫度控制成接近適於引起前述改質反應之溫度。
  11. 如申請專利範圍第8項之處理裝置，其中更具備燃燒器，其係被供給燃燒用氣體及氧，產生因觸媒反應所致之燃燒熱，加熱前述處理器。
  12. 如申請專利範圍第8項之處理裝置，其中前述溫度控制裝置的前述電壓測定器係為，當前述控制信號之電壓位準為前述第1電壓時，於前述電阻加熱器之兩端間未施加電壓，當前述控制信號之電壓位準為前述第2電壓時於前述電阻加熱器之兩端間施加電壓，測定前述第2電流流通於前述電阻加熱器時之前述電阻加熱器兩端間之前述電壓值。
  13. 如申請專利範圍第8項之處理裝置，其中前述溫度控制裝置更具備加法器，其係於從前述信號產生器輸出的前述控制信號加上一定重疊電壓，將前述控制信號加上前述重疊電壓所得的信號輸出於前述切換部。
  14. 如申請專利範圍第8項之處理裝置，其中前述溫度控制裝置的前述控制信號係具有前述第1電壓及第2電壓之2個電壓位準的脈波信號，前述信號產生器係PWM控制器，其係具備控制基 於前述控制信號之前述第1電壓之時間及第2電壓之時間之比所形成之負載比之值之機能。
  15. 如申請專利範圍第14項之處理裝置，其中前述溫度控制裝置的前述信號產生器，係根據藉由前述電壓測定器測定的前述電壓值算出前述電阻加熱器之溫度，在前述電熱加熱器之溫度接近所希望之設定溫度的方向，變更前述控制信號之負載比之值，進行再設定。
  16. 如申請專利範圍第14項之處理裝置，其中前述溫度控制裝置更具備：電流測定器，測定流通於前述電阻加熱器之電流之電流值；電阻測定器，根據藉由前述電壓測定器測定的前述電壓值、及藉由前述電流測定器測定的前述電流值，測定前述電阻加熱器之電阻值，前述信號產生器係根據藉由前述電阻測定器測定的前述電阻值之值、及前述電阻加熱器為所希望之設定溫度時之電阻值之值，在前述電阻加熱器之溫度接近前述設定溫度方向，變更該控制信號之負載比之值，進行再設定。
  17. 如申請專利範圍第14項之處理裝置，其中前述溫度控制裝置更具備定電流電路，其產生對應前述第2電流之定電流，前述切換部係為，當前述控制信號之電壓位準為前述第2電壓時，使在前述定電流電路產生的前述定電流流通於前述電阻加熱器，前述信號產生器係根據藉由前述電壓測定器測定的前述電壓值、及前述定電流之電流值，將前述控制信號之前述負載比之值變更成 前述電阻加熱器之溫度接近所希望之設定溫度值，進行再設定。
  18. 一種溫度控制方法，用以控制具有電阻值依溫度而改變的特性之電阻加熱器之溫度，其包含：輸出具有第1電壓及第2電壓之2個電壓位準之控制信號之步驟；前述控制信號之電壓位準為前述第1電壓時流通第1電流於前述電阻加熱器，前述控制信號之電壓位準為前述第2電壓時流通電流值比前述第1電流小的第2電流於前述電阻加熱器之步驟；測定在前述電阻加熱器流通前述第2電流時之前述電阻加熱器兩端間之電壓值之步驟；及依據依測定前述電壓值的步驟所測定的前述電壓值，控制前述控制信號，以控制前述電阻加熱器之溫度的步驟。
  19. 如申請專利範圍第18項之溫度控制方法，其中前述控制信號係具有前述第1電壓及第2電壓之2個電壓位準的脈波信號，控制前述控制信號的步驟係包含控制基於前述控制信號之前述第1電壓之時間及前述第2電壓之時間之比所形成之負載比之值之步驟。
  20. 如申請專利範圍第19項之溫度控制方法，其中控制前述控制信號的步驟，係包含根據依測定前述電壓值之步驟所測定的前述電阻加熱器之前述電壓值求得的前述電阻加熱器之溫度、及所希望之設定溫度，在前述電阻加熱器之溫度接近於前述設定溫度的方向，變更 前述控制信號之前述負載比之值，進行再設定之步驟。
  21. 如申請專利範圍第19項之溫度控制方法，其中更包括：測定流通於前述電阻加熱器的電流之電流值之步驟；及根據依測定前述電壓值的步驟所測定的前述電壓值及依測定前述電流值的步驟所測定的前述電流值，測定前述電阻加熱器之電阻值的步驟，控制前述控制信號步驟包括：根據依測定前述電阻值的步驟所測定的前述電阻值、及前述電阻加熱器為前述設定溫度時之電阻值之值，在前述電阻加熱器之溫度接近所希望之設定溫度的方向，變更前述控制信號之前述負載比之值，進行再設定之步驟。
  22. 如申請專利範圍第19項之溫度控制方法，其中更包含：當前述控制信號為前述第2電壓時，產生對應前述第2電流之定電流，將前述定電流流通於前述電阻加熱器之步驟，控制前述控制信號之步驟包含：根據依測定前述電壓值之步驟所測定的前述電壓值、及前述定電流之電流值，將前述控制信號之前述負載比之值變更成前述電阻加熱器之溫度接近所希望之溫度之值，進行再設定之步驟。
  23. 一種溫度控制方法，控制具有電阻值依溫度而改變的特性之電阻加熱器之溫度，其包含：輸出具有第1電壓及第2電壓之2個電壓位準之控 制信號的步驟；當前述控制信號之電壓位準為前述第1電壓時流通第1電流於前述電阻加熱器，當前述控制信號之電壓位準為前述第2電壓時流通電流值小於前述第1電流之第2電流於前述電阻加熱器之步驟；測定前述電阻加熱器流通前述第2電流時之前述電阻加熱器兩端間之電壓值，根據所測定的前述電壓值、及前述第2電流之電流值，測定前述電阻加熱器之電阻值之步驟；及根據依測定前述電阻值的步驟所測定的前述電阻值，控制前述控制信號，以控制前述電阻加熱器之溫度之步驟。
  24. 如申請專利範圍第23項之溫度控制方法，其中前述控制信號係具有前述第1電壓及第2電壓之2個電壓位準的脈波信號，控制前述控制信號的步驟係包含控制依前述控制信號之前述第1電壓之時間及前述第2電壓之時間之比所形成的負載比之值之步驟。
  25. 如申請專利範圍第24項之溫度控制方法，其中控制前述控制信號之步驟係包含：根據依測定前述電阻值的步驟所測定的前述電阻加熱器之電阻值之值、及前述電阻加熱器為前述設定溫度時之電阻值之值，在前述電阻加熱器之溫度接近所希望之設定溫度的方向，變更前述控制信號之前述負載比，進行再設定之步驟。
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