TWI408524B - 溫度控制裝置 - Google Patents
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Description
本發明涉及溫度控制裝置,通過在配置於被控制物件附近的調溫部中使流體循環來預期地控制上述控制物件的溫度。
第十二圖示出了這種溫度控制裝置。如圖所示,儲藏箱100內的流體由泵102吸入,並排出到加熱部104側。加熱部104具有加熱器等,從而能夠對輸出到調溫部106的流體進行加熱。通過調溫部106的流體向冷卻部108輸出。在冷卻部108能夠對輸出到儲藏箱100的流體進行冷卻。
在如此的結構中,通過調節提供給調溫部106的流體的溫度來控制被調溫器106所支撐的被控物件的溫度。在此,當想要使被控物件的溫度上升時,在冷卻部108不使流體冷卻,而且在加熱部104對流體進行加熱。另一方面,當想要使被控物件的溫度降低時,在冷卻部108對流體進行冷卻,而且在加熱部104不對流體進行加熱。由此,能夠預期地對被控物件的溫度進行控制。
此外,現有的溫度調節裝置除了如第十二圖所示的之外,例如還有下述專利文獻1中記載的。
【專利文獻1】日本專利特開2000-89832號公報
可是,在上述溫度控制裝置中,將被控物件的溫度變為預期溫度需要很長的時間。即,當想要降低被控物件的溫度時,必須在停止加熱部104加熱的同時,開始冷卻部108的冷卻。但是,即使在加熱部104的加熱停止之後,由於餘熱,也要持續一段時間地從加熱部104輸出高溫流體。此外,即使開始了冷卻部108的冷卻,在流體實際被冷卻之前也需要時間,另外,為降低儲藏箱100內流體的溫度需要更長的時間。因此,不能迅速地變更調溫部106內的溫度,進而,不能迅速地變更被控物件的溫度。
本發明是為了解決上述問題而提出的,其目的在於,提供一種溫度控制裝置,該溫度控制裝置當通過在被控物件附近配置的調溫部中使流體循環來預期地控制所述被控物件的溫度時,能夠使該被控物件的溫度迅速地追隨預期的溫度。
根據本發明的第一方面,提供一種溫度控制裝置,通過在配置於被控物件附近的調溫部中使流體循環來預期地控制所述被控物件的溫度,其中,所述溫度控制裝置包括:加熱通路,對所述流體進行加熱並使流體在所述調溫部循環;冷卻通路,對所述流體進行冷卻並使流體在所述調溫部循環;旁路通路,使所述流體在所述調溫部循環而無需通過所述加熱通路及所述冷卻通路;調節裝置,對從所述加熱通路、所述冷卻通路及所述旁路通路提供到所述調溫部的流體的流量比進行調節;以及流動裝置,使所述流體流動以使所述流體循環,所述加熱通路中設置有用於加熱所述流體的加熱部,所述流動裝置設置在所述流體的循環路徑中的所述
加熱部的下游側。
上述第一方面中,通過調節經由上述加熱通路、上述冷卻通路以及上述旁路通路供給到調溫部的流體的流量比,能夠迅速改變供給到調溫部的流體的溫度。此外,流動裝置設置在加熱部的下游側,因此在流動裝置對流體的吸引力的影響下,可抑制被加熱通路中的加熱部所加熱的部分的壓力上升。因此,也可降低上述被加熱部分所需的耐壓度。此外,可將上述加熱通路、上述冷卻通路以及上述旁路通路相互合流的匯流部流路面積控制在其上游通路的流路面積的總和以下,此外也可以小於總和。
本發明第二方面的特徵在於,在本發明的第一方面中,所述調節裝置包括流量調節裝置,所述流量調節裝置調節從所述加熱通路供給到所述調溫部的流體的流量,並且該流量調節裝置設置在所述加熱部的上游側。
上述第二方面中,通過在加熱部的上游側設置調節從上述加熱通路供給到上述調溫部的流體流量的裝置,可以很好地避免流動裝置降低被加熱通路中的加熱部所加熱的部分的壓力的效果受調節裝置的干擾。
本發明第三方面的特徵在於,在上述第一或第二方面中,所述流體的循環路徑中設置有體積變化吸收裝置,所述體積變化吸收裝置能夠吸收所述流體因溫度導致的體積變化。
流體體積具有溫度依賴性時,流體的溫度變化將引起體積發生變化,因此流體的循環可能受到干擾。對於這一點,由於上述第三
方面中具有體積變化吸收裝置,所以即使流體的體積發生了變化,也可很好地維持流體的循環。
此外,上述體積變化吸收裝置,優選地設置在上述流動裝置的上游。
本發明第四方面的特徵在於:在第一至第三方面任一項中,所述加熱通路以及所述冷卻通路中設有流出通路,所述流出通路繞開所述調節裝置使所述流體從其上游側流到下游側。
流體從加熱通路、冷卻通路等流向調溫部受到禁止時,這些通路中將產生溫度梯度。因此,禁止剛被解除之後,流到調溫部的流體的溫度受到溫度梯度的影響,使調溫部的溫度追隨期望溫度所需要的時間有可能長時間化。對於這一點,由於上述第四方面中具有流出通路,因此可以很好地抑制加熱通路、冷卻通路中的溫度梯度,進而可更迅速地使調溫部的溫度追隨期望溫度。
此外,本發明第四方面還可以具有以下特徵:在上述加熱通路中設置有檢測其溫度的加熱側溫度檢測裝置,在上述冷卻通路中設置有檢測其溫度的冷卻側溫度檢測裝置。此時,由於具備上述流出通路,所以可以很好地抑制上述檢測裝置因流體從加熱通路以及冷卻通路流向調溫部被禁止而受到上述溫度梯度的影響。
本發明第五方面的特徵在於:在上述第一至第四方面的任一項中,流體從所述加熱通路以及所述旁路通路兩者供給到所述調溫部時使用的旁路通路、和流體從所述冷卻通路以及所述旁路通路兩者供給到所述調溫部時使用的旁路通路包括共同的通路。
上述第五方面中,流體從加熱通路及旁路通路供給到調溫部時、和流體從冷卻通路及旁路通路供給到調溫部時,可使用共同的旁路通路。因此,與必須使用各自的旁路通路相比,可簡化溫度控制裝置的構造。
本發明第六方面的特徵在於:在上述第一至第五方面的任一項中,進一步包括操作裝置,所述操作裝置對所述調節裝置進行操作以將所述調溫部附近的流體溫度控制為目標值。
由於上述第六方面中具有操作裝置,因此能夠預期地調節調溫部的溫度。
本發明第七方面的特徵在於:在上述第六方面中,進一步包括對所述調溫部附近的流體溫度進行檢測的供給溫度檢測裝置,所述操作裝置將所述供給溫度檢測裝置的檢測值回饋控制為所述目標值。
在上述第七方面中,由於進行回饋控制,因而能夠使檢測值高精度地追隨目標值。
本發明第八方面的特徵在於:在上述第七方面中,所述調節裝置是對所述加熱通路、所述冷卻通路以及所述旁路通路的各流路面積進行調節的裝置,所述操作裝置包括變換裝置,所述變換裝置將基於所述檢測值與所述目標值偏離程度的量變換為所述加熱通路、所述冷卻通路及所述旁路通路各自的流路面積操作量。
在上述第八方面中,由於具有變換裝置,因此僅通過將檢測值相對於目標值的偏離程度作為唯一的量進行量化,就可以基於此量
化後的量對上述三個通路的流路面積進行調節(操作)。
此外,優選地,變換裝置當檢測值大於目標值時,相對於上述偏離程度的變化改變冷卻通路以及旁路通路的流路面積;當檢測值小於目標值時,相對於上述偏離程度的變化改變加熱通路以及旁路通路的流路面積。
本發明第九方面的特徵在於:在上述第七或第八方面中,所述操作裝置自所述目標值變化起經過預定期間,操作所述調節裝置以根據對所述旁路通路的溫度進行檢測的旁路通路溫度檢測裝置的檢測值開環控制所述調溫部附近流體的溫度,以取代所述回饋控制。
目標值發生變化時,為了通過回饋控制使檢測值的溫度迅速地追隨目標值,需要增大該回饋控制的增益。於是,增大控制的增益時,在目標值上下變動的檢測值的變動量將變大。如此,在回饋控制中,回應性的提高和變動量的抑制是相互折中的關係。對於這一點,由於上述第九方面中,在自目標值改變起的預定期間內時,進行開環控制以代替回饋控制,所以即使設定了回饋控制以抑制檢測值在目標值上下變動的變動量,也可提高目標值變化時的回應性。
本發明第十方面的特徵在於,在上述第九方面中,當所述旁路通路內的流體溫度高於所述目標值時在所述預定期間內通過對從所述旁路通路以及所述冷卻通路供給到所述調溫部的流體的流量比進行操作來進行開環控制,當所述旁路通路內的流體溫度低於所
述目標值時在所述預定期間內通過對從所述旁路通路以及所述加熱通路供給到所述調溫部的流體的流量比進行操作來進行開環控制。
在上述第十方面中,當旁路通路內的流體溫度高於上述目標值時,對上述旁路通路以及上述冷卻通路的流路面積進行操作,與還使用加熱通路的情況相比,可降低能耗量。此外,當旁路通路內的流體溫度低於上述目標值時,對上述旁路通路以及上述加熱通路的流路面積進行操作,與還使用冷卻通路的情況相比,可降低能耗量。
本發明第十一方面的特徵在於:在上述第一至第十方面的任一項中,還包括過渡時期目標值設定裝置,所述過渡時期目標值設定裝置在與所述調溫部的溫度有關的要求變化的情況下比所述要求的變化更大地使所述目標值變化。
為了自目標值變化起使調溫部的溫度追隨目標值,由於需要通過被調溫後的流體使調溫部的溫度變化,因此追隨目標值時將產生響應延遲。而且,為了改變被控物件的溫度,由於必須在調溫部的溫度發生變化後在被控物件和調溫部之間進行熱能交換,因此被控物件溫度變化的回應延遲將變得更加顯著。因此,在上述第十一方面中,當實際的要求發生變化時,可以通過比所述要求的變化更大地使所述目標值變化從而迅速地將調溫部和被控物件等的溫度變為所要求的溫度。
本發明第十二方面的特徵在於:在上述第九至第十一方面的任一
項中,還包括開環控制自適應支援裝置,所述開環控制自適應支援裝置輸出信號以催促外部對於所述開環控制的增益、該開環控制的持續時間及該開環控制時的目標值的設定中的至少之一選擇多個選項中的任意一個,並根據所選擇的值來進行所述溫度控制。
開環控制中,其增益、持續時間、目標值的最佳設定均依賴於被控物件。因此,在溫度控制裝置中,預先固定設置這些參變數,有可能無法對被控物件適當地進行開環控制。對於這一點,在上述第十二方面中,由於具有開環控制自適應支援裝置,因此能夠降低溫度控制裝置的使用者根據被控物件適配這些參變數時的勞動量。
本發明第十三方面的特徵在於:在上述第六至第十二方面的任一項中,所述操作裝置在所述調溫部的溫度處於穩定狀態的情況下禁止所述加熱通路及所述冷卻通路由所述調節裝置調節的流路面積變為0。
流體從加熱通路、冷卻通路等流向調溫部被禁止時,調節裝置的下游側將產生溫度梯度。因此,禁止剛被解除之後,由於流到調溫部的流體的溫度受溫度梯度的影響,因而使調溫部的溫度追隨期望溫度所需要的時間可能很長。對於這一點,在上述第十三方面中,調溫部的溫度處於穩定狀態時,通過禁止被上述加熱通路以及冷卻通路的上述調節裝置所調節的流體的流量變為零,可以很好地抑制溫度梯度,進而可以更迅速地使調溫部的溫度追隨期望溫度。
此外,本發明第十三方面也可以具有以下特徵:在上述加熱通路中設置有檢測其溫度的加熱側溫度檢測裝置,在上述冷卻通路中設置有檢測其溫度的冷卻側溫度檢測裝置。此時,通過禁止流體從加熱通路和冷卻通路等流到調溫部可以很好地抑制上述檢測裝置受到上述溫度梯度的影響。
本發明第十四方面的特徵在於:一種溫度控制裝置,通過在配置於被控物件附近的調溫部中使流體循環來預期地控制所述被控物件的溫度,所述溫度控制裝置包括:加熱通路,對所述流體進行加熱並使流體在所述調溫部循環;冷卻通路,對所述流體進行冷卻並使流體在所述調溫部循環;旁路通路,使所述流體在所述調溫部循環而無需通過所述加熱通路及所述冷卻通路;調節裝置,對從所述加熱通路、所述冷卻通路及所述旁路通路提供到所述調溫部的流體的流量比進行調節。
上述第十四方面中,通過調節經由加熱通路、冷卻通路以及旁路通路供給到調溫部的流體的流量比,可迅速地改變供給到調溫部的流體的溫度。而且,在上述第十四方面中也可以進一步增加上述第二至第十三方面所記載內容的至少之一。此外,上述加熱通路、上述冷卻通路及上述旁路通路彼此合流的匯流部的流路面積可以在其上游通路的流路面積的總和以下,或者小於該總和。
<習知>
100‧‧‧儲藏箱
102‧‧‧泵
104‧‧‧加熱部
106‧‧‧調溫部
108‧‧‧冷卻部
<本發明>
10‧‧‧調溫板
11‧‧‧調溫部
12‧‧‧匯流部
13‧‧‧調節器
13a‧‧‧呼吸閥
14‧‧‧泵
16‧‧‧返回通路
18‧‧‧分歧部
20‧‧‧冷卻通路
22‧‧‧冷卻部
24‧‧‧冷卻用閥
26‧‧‧冷卻用溫度感測器
28‧‧‧冷卻用流量計
30‧‧‧旁路通路
34‧‧‧旁路用閥
36‧‧‧旁路用溫度感測器
38‧‧‧旁路用流量計
40‧‧‧加熱通路
42‧‧‧加熱部
44‧‧‧加熱用閥
46‧‧‧加熱用溫度感測器
48‧‧‧加熱用流量計
50‧‧‧控制裝置
51‧‧‧供給溫度感測器
60‧‧‧流出通路
62‧‧‧流出通路
70、72、74‧‧‧泵
76、78、80‧‧‧調節器
第一圖是表示第一實施方式涉及的溫度控制裝置的全體結構的圖。
第二圖是表示第一實施方式涉及的回饋控制的處理順序的流程圖
。
第三圖是表示第一實施方式涉及的冷卻用閥、旁路用閥、加熱用閥的操作量設定手法的圖。
第四圖是表示在第一實施方式中假設只通過回饋控制來進行溫度控制時被控物件等的溫度推移的時間圖。
第五圖是表示第一實施方式中目標值的設定處理順序的流程圖。
第六圖是表示第一實施方式中開環控制的處理順序的流程圖。
第七圖是表示並用了上述開環控制的情況下被控物件等的溫度推移的時間圖。
第八圖是表示第二實施方式涉及的溫度控制裝置的全體結構的圖。
第九圖是表示第三實施方式涉及的冷卻用閥、旁路用閥、加熱用閥的操作量設定手法的圖。
第十圖是表示第四實施方式涉及的開環控制的自適應支援處理的順序的流程圖。
第十一圖為上述各實施方式的變型例涉及的溫度控制裝置的全體結構的圖。
第十二圖為表示現有溫度控制裝置的構成的圖。
下面參照附圖對本發明涉及的溫度控制裝置的第一實施方式進行說明。
第一圖示出了本實施方式涉及的溫度控制裝置的全體構成。
如圖所示的溫度控制裝置用於例如生物工學領域或化學工業領域中的加工-製造工序、生物學-化學實驗、半導體製造工序、或者精密機器的製造工序中。溫度控制裝置具有調溫板10。上述調溫板10為通過使被控物件置於其上能夠從垂直下方支撐被控物件的板狀部件,並與被控物件進行熱能交換。具體而言,在調溫板10內部設有供通過匯流部12聚攏的非壓縮性流體(優選為能夠進行熱能交換的液狀介質(液狀溫度介質))流動的通路(調溫部11),從而通過該流體的溫度能夠調節調溫板10的溫度。此外,被控物件例如可以是被測化學物質、半導體片、精密機器等。
在調溫板10內流動的流體通過返回通路16供給到分歧部18。冷卻通路20、旁路通路30以及加熱通路40與分歧部18連接。
冷卻通路20是冷卻從分歧部18流入的流體並使之向匯流部12流出的通路。在冷卻通路20設有冷卻部22以覆蓋冷卻通路20的一部分。冷卻部22冷卻從分歧部18流入的流體。具體而言,在冷卻部22設有供冷卻到預定溫度的流體(水、油、冷媒等)流動的通路,從而通過該流體使冷卻通路20內的流體冷卻。冷卻通路20由於在冷卻部22的上游側端部和下游側端部之間具有彎曲的通路構造,從而擴大了冷卻部22內的冷卻通路20內的容積。另外,代替該彎曲構造,例如也可以通過只在冷卻部22內擴大流路面積來擴大冷
卻部22內的容積。在上述中,“上游”和“下游”分別是指,以流體的流動方向為基準流動方向的後方和前方。
此外,在冷卻通路20中冷卻部22的上游側設有連續地調節冷卻通路20內的流路面積的冷卻用閥24。此外,在冷卻通路20中比冷卻部22更下游側設有檢測冷卻通路20內的流體的溫度的冷卻用溫度感測器26、以及檢測冷卻通路20內的流體的品質流量或容積流量的冷卻用流量計28。
另外,冷卻通路20優選地在冷卻部22的更下游側它的流路面積大致恆定。
另一方面,旁路通路30是使從分歧部18流入的流體原樣地經匯流部12向調溫部11流出的通路。在旁路通路30的上游側設有連續地調節旁路通路30內的流路面積的旁路用閥34。然後,在旁路通路30中旁路用閥34的更下游側設有檢測旁路通路30內的流體溫度的旁路用溫度感測器36、以及檢測旁路通路30內的流體的品質流量或容積流量的旁路用流量計38。
加熱通路40是對從分歧部18流入的液體進行加熱並使之向匯流部12流出的通路。在加熱通路40中設有加熱部42以覆蓋其一部分。加熱部42加熱從分歧部18流入的流體。具體而言,在加熱部42中設有供加熱到預定溫度的流體(水、油、熱媒等)流動的通路,從而通過該流體使加熱通路40內的流體加熱。加熱通路40由於在加熱部42的上游側端部和下游側端部之間具有彎曲的流路構造,從而擴大了加熱部42內的加熱通路40內的容積。另外,代替該彎
曲構造,例如也可以通過只在加熱部42內擴大流路面積來擴大加熱部42內的容積。
另外,在加熱通路40中加熱部42的更上游側設有連續地調節加熱通路40內的流路面積的加熱用閥44。然後,在加熱通路40中加熱用閥44的更下游側設有檢測加熱通路40內的流體溫度的加熱用溫度感測器46、以及檢測加熱通路40內的流體的品質流量或容積流量的加熱用流量計48。
此外,加熱通路40優選地在加熱部42的更下游側它的流路面積大致恆定。
冷卻通路20、旁路通路30及加熱通路40通過位於其下游位置的匯流部12連接。在此,匯流部12內的流路面積、匯流部12和調溫部11之間的流路面積優選地,在不降低流體流速的範圍內,與冷卻通路20、旁路通路30及加熱通路40的流路面積相比較,儘量不擴大。即,匯流部12、以及匯流部12和調溫部11之間的流路面積優選地被設定為儘量不降低從冷卻用閥24、旁路用閥34及加熱用閥44流出的流體的流速以能夠抑制因其容積所引起的流體滯留。這可以通過例如將匯流部12、以及匯流部12和調溫部11之間的流路面積設定在冷卻通路20、旁路通路30以及加熱通路40的各流路面積的1.5倍以下來實現。
上述匯流部12和調溫部11之間,為了使流體循環而設置有作為流動手段的泵14以使流體流動。這裡,泵14由例如可以是隔膜泵、渦流泵、級聯泵()等。此外,匯流部12和泵
14之間的通路連接有調節器13。調節器13包括裝有流體的容器。儘管此容器中裝有流體但在其上部具有空隙且注入有氣體。因此,即使因溫度變化而引起流體的體積發生改變,此變化也可由作為壓縮性流體的氣體吸收。於是,由此可避免流體流動因流體體積的改變而受到妨礙。同時,調節器13具有呼吸閥13a以當容器內氣體的壓力變為預定壓力以上時將氣體釋放到大氣中、且當容器內氣體的壓力變為比上述預定壓力低的規定壓力以下時吸入大氣。圖中示意性地示出了呼吸閥13a包括一對止回閥的構成,但實際上優選地,呼吸閥構成為包括隔膜閥等。此外,將匯流部12和調溫部11之間的流體流通線路與調節器13連接的連接通路的行進方向優選為大致垂直於流體從匯流部12流向調溫部11的流通方向。另外,上述連接通路的流路面積優選地等於或小於匯流部12和調溫部11之間流體流通線路的流路面積。
在上述匯流部12和調溫部11之間設有對提供到調溫部11的流體的溫度進行檢測的供給溫度感測器51。即,供給溫度感測器51檢測調溫部11內和/或附近的流體的溫度。
另一方面,控制裝置50通過根據被控物件的溫度的要求值(要求溫度Tr)對冷卻用閥24、旁路用閥34、加熱用閥44進行操作來調節調溫部11內的流體溫度,由此間接地控制調溫板10上的被控物件的溫度。此時,控制裝置50適當參照冷卻用溫度感測器26、旁路用溫度感測器36、加熱用溫度感測器46、冷卻用流量計28、旁路用流量計38、加熱用流量計48、供給溫度感測器51等的檢測值。
另外,上述控制裝置50包括用於驅動冷卻用閥24、旁路用閥34及加熱用閥44的驅動部、和用於根據上述各種檢測裝置的檢測值運算上述驅動部提供的操作信號的運算部。此運算部可以由專用的硬體裝置構成,此外也可以具備微型電腦。另外,也可以具備通用性的個人電腦和使其進行運算的軟體。
根據上述溫度控制裝置,能夠根據要求溫度Tr的變化使調溫部11內的溫度迅速地變化。即,在冷卻通路20內的流體溫度為要求溫度Tr以下且加熱通路40內的流體溫度為要求溫度Tr以上的範圍內,不管要求溫度Tr為何值,都可以通過調節來自冷卻通路20、旁路通路30及加熱通路40的流體的流量使調溫部11內的溫度迅速變為預期的溫度。
而且,上述溫度控制裝置通過具有旁路通路還能夠降低預定維持調溫部11內的溫度時的能量消耗量。下面就此進行說明。
現在,假設調溫部11內循環的流體為水,冷卻通路20內的溫度為10℃,加熱通路40內的溫度為70℃,調溫部11內流動的流體的流量為“20 L/分”。另外,假設將供給溫度感測器51的檢測值Td控制為“40℃”而實現穩定狀態,從調溫部11流出的流體的溫度上升為“43℃”。在這種情況下,通過使冷卻通路20及旁路通路30的流體流到調溫部11而不使用加熱通路40內的流體能夠進行溫度控制。就此時的能量消耗量進行考察。
現在,如果將從冷卻通路20向調溫部11流出的流體的流量設為“Wa”,則以下的式子成立。
20(L/分)×40(℃)=10(℃)×Wa+43(℃)×(20-Wa)
由此,Wa≒“1.8 L/分”
為此,冷卻部22中消耗的能量消耗量Qa如下,Qa=(43-10)×1.8×60(秒)÷(860:變換係數)=4.1 kW
相反,在不具備旁路通路30的構成的情況下,冷卻部22的能量消耗量Qa和加熱部42的能量消耗量Qc如下,Qa=(43-10)×10(L/分)×60(秒)÷860≒23 kW
Qc=(70-43)×10(L/分)×60(秒)÷860≒19 kW
因此,能量消耗量Q為42 kW,是設有旁路通路30時的大概10倍。
接下來對本實施方式涉及的控制裝置50進行的溫度控制詳細描述。第二圖示出了控制裝置50進行的處理中回饋控制的處理順序。此處理由控制裝置50例如以預定的週期反復執行。
在這一系列的處理中,首先在步驟S10中判斷是否為開環控制。此處理是判斷回饋控制的執行條件是否成立的處理。在此,開環控制是在後述條件下進行的控制,此時不執行回饋控制。
在步驟S10中為否定判斷的情況下,在步驟S12中,取得供給溫度感測器51的檢測值Td。接著,在步驟S14中,計算用於將檢測值Td回饋控制為目標值Tt的基本操作量MB。在此,目標值Tt為基於要求溫度Tr所確定的值,在回饋控制中成為要求溫度Tr。基本操作量MB是根據檢測值Td相對於目標值Tt的偏離程度所計算的量。
具體而言,在本實施方式中,通過檢測值Td和目標值Tt之差△的PID(比例積分微分)運算來計算基本操作量MB。
接下來在步驟16中,將基本操作量MB變換為冷卻用閥24、旁路用閥34及加熱用閥44的各操作量(開度Va,Vb,Vc)。在此採用第三圖所示的關係。在此,冷卻用閥24的開度Va在基本操作量MB不到0的情況下隨著基本操作量MB的增加而單調減小,在基本操作量MB為0以上的情況下變為“0”。這個設定是為了實現檢測值Td比目標值Tt越高越增加冷卻通路20的流量、且檢測值Td在目標值Tt以下時不使用冷卻通路20。另外,加熱用閥44的開度Vc在基本操作量MB大於0的情況下隨著基本操作量MB的增加而單調增加,在基本操作量MB為0以下時變為“0”。這個設定是為了實現檢測值Td比目標值Tt越低越增加加熱通路40的流量、且檢測值Td在目標值Tt以上時不使用加熱通路40。此外,旁路用閥34的開度Vb隨著基本操作量MB偏離0而單調減小。另外,在第三圖中,優選地按照使從3個通路流出的總流量不隨基本操作量MB的值變化而變化的方式來設定各開度。
根據這樣的設定,基於通過檢測值Td和目標值Tt之差△的單一PID(比例積分微分)運算所計算的基本操作量MB,可以設定冷卻用閥24、旁路用閥34及加熱用閥44三個閥的操作量。
當前第二圖的步驟S16的處理完成時,在步驟S18中對冷卻用閥24、旁路用閥34及加熱用閥44三個閥進行操作。另外,在步驟10中被判斷為否定的情況下,或者步驟S18的處理完成的情況下,暫且結束這一系列的處理。
這樣通過運用回饋控制,可以使檢測值Td高精度地追隨目標值Tt。但是,為了通過回饋控制提高檢測值Td相對於目標值Tt的變化的回應性,要求增大回饋控制的增益,另一方面如果增大增益,那麼檢測值Td在目標值Tt的上下變動的變動量將變大。這樣,在反饋控制中,對目標值Tt變化的響應性提高、和檢測值Td變動量的降低為互相折衷()的關係。因此,在降低變動量的情況下,將要犧牲回應性。第四圖示出了目標值Tt變化時運用回饋控制情況下的檢測值Td及被控物件的溫度的變化。
如圖所示,在檢測值Td成為目標值Tt之前產生響應延遲,且在被控物件的溫度追隨目標值Tt之前需要更長時間。這是因為,為了使被控物件的溫度變化,必須使調溫部11的溫度變化,通過調溫板10和調溫部11的熱能交換使調溫板10的溫度變化,從而在調溫板10和被控物件之間產生熱能交換。因此,由於為降低檢測值Td的變動量而設定了回饋控制,因而將難以通過回饋控制使被控物件的溫度迅速地追隨目標值Tt。於是,在本實施方式中,在要求溫度Tr變化的情況下,採用開環控制。並且此時,與要求溫度Tr的變化相比更大地使目標值Tt暫時變化。
第五圖示出了本實施方式涉及的過渡時期的目標值Tt的設定處理的順序。此處理由控制裝置50例如以預定的週期反復執行。
在這一系列的處理中,首先在步驟S20中判斷偏置控制執行標誌是否接通。在此,偏置控制執行標誌是執行使目標值Tt暫時變大的偏置控制的標誌。然後,在斷開的情況下轉移到步驟S22。在步驟S22中判斷要求溫度Tr的變化量△Tr的絕對值是否為閾值α
以上。此處理用來判斷是否處於通過前第二圖所示的回饋控制不能使被控物件的溫度迅速地追隨要求的變化的狀態。然後,在判斷為要求溫度Tr的變化量△Tr的絕對值在閾值α以上的情況下,在步驟S24中斷開偏置控制執行標誌,並開始對偏置控制時間進行計時的計時動作。
在上述步驟S24的處理完成的情況下,或者在步驟S20中得到肯定判斷時,在步驟S26中判斷變化量△Tr是否大於0。此處理是判斷是否發生了使溫度上升方面的要求的處理。然後,在變化量△Tr被判斷為大於0的情況下轉移到步驟S28。在步驟S28中,將目標值Tt設定為加熱通路40內的流體的溫度減去預定的偏離值β所得的值。在此,使目標值Tt越接近加熱通路40內的溫度,就越能夠使被控物件的溫度迅速地上升。但是,在目標值Tt高於加熱通路40的溫度的情況下將不能進行控制。於是,通過使流體在加熱通路40中循環能夠改變加熱通路40內的溫度。因此,將目標值Tt設定為僅比加熱通路40內的溫度低偏離值β。
另一方面,在步驟S26中被判斷為變化量△Tr為0以下的情況下,在步驟S30中,將目標值設定為比冷卻通路20內的流體的溫度高偏離值γ的值。在此,偏離值γ的設定與上述偏離值β的設定主旨相同。
由步驟S28、S30的處理進行的目標值Tt的設定在偏置持續時間Tbi中持續(步驟S32)。然後,經過了偏置持續時間Tbi時,在步驟S34中,將目標值Tt變為要求溫度Td。此外,斷開偏置控制執行標誌並結束對偏置控制時間進行計時的計時動作。另外,在
步驟S34的處理完成的情況下,或者在步驟S22、S32中得到否定判斷的情況下,暫時結束這一系列的處理。
第六圖示出了本實施方式涉及的過渡時期的溫度控制的處理順序。此處理由控制裝置50例如以預定週期反復執行。
在這一系列的處理中,首先在步驟S40中,判斷作為以進行開環控制為目的的標誌的開環控制標誌是否接通。然後,在開環控制標誌未接通的情況下轉移到步驟S42。在步驟S42中,判斷目標值Tt的變化量△Tt的絕對值是否為閾值ε以上。然後,在判斷為目標值Tt的變化量△Tt的絕對值在閾值ε以上的情況下,在步驟S44中,接通作為以進行開環控制為目的的標誌的開環控制標誌,並開始對開環控制時間進行計時的計時動作。
然後,在步驟S44的處理完成的情況下,或者在步驟S40中得到肯定判斷的情況下轉移到步驟S46。在步驟S46中,判斷目標值Tt是否高於由旁路用溫度感測器36檢測的旁路通路30內的流體的溫度Tb。此處理是判斷是使用旁路通路30及加熱通路來進行開環控制還是使用旁路通路30及冷卻通路20來進行開環控制的處理。
然後,在判斷為目標溫度Tt高於旁路通路30內的流體溫度Tb的情況下轉移到步驟S48。在步驟S48中使用旁路通路30及加熱通路40來進行開環控制。即,如果目標溫度Tt高於旁路通路30內的流體溫度Tb,那麼使用冷卻通路20只能造成能源的浪費,因此使用旁路通路30及加熱通路40來進行開環控制。具體而言,使用加熱用溫度感測器46的溫度Tc及加熱用流量計48的流量Fc、和旁路用溫
度感測器36的溫度Tb及旁路用流量計38的流量Fb對加熱用閥44及旁路用閥34進行操作,以使提供給調溫部11的流體的溫度變為目標值Tt。具體而言,對加熱用閥44及旁路用閥34進行操作以使下面的式子成立。
Tt×(Fc+Fb)=Tc×Fc+Tb×Fb
另一方面,在步驟S46中判斷為目標溫度Tt為旁路通路30內的流體溫度Tb以下的情況下轉移到步驟S50。在步驟S50中使用旁路通路30及冷卻通路20來進行開環控制。即,如果目標溫度Tt為旁路通路30內的流體的溫度Tb以下,那麼使用加熱通路40只能造成能源的浪費,因此使用旁路通路30及冷卻通路20來進行開環控制。具體而言,使用冷卻用溫度感測器26的溫度Ta及冷卻用流量計28的流量Fa、和旁路用溫度感測器36的溫度Tb及旁路用流量計38的流量Fb對冷卻用閥24及旁路用閥34進行操作,以使提供給調溫部11的流體的溫度變為目標值Tt。具體而言,對冷卻用閥44及旁路用閥34進行操作以使下面的式子成立。
Tt×(Fa+Fb)=Ta×Fa+Tb×Fb
上述步驟S48、S50的處理完成時轉移到步驟S52。在步驟S52中判斷是否經過了預定期間Top。在此,預定期間Top決定開環控制持續的時間。在本實施方式中,將預定期間Top設定為比偏置持續時間Tbi長的時間以避免在由前第五圖所示的處理所設定偏置持續時間Tbi內轉移到回饋控制。然後,在判斷為經過了預定期間Top的情況下,在步驟S54中,斷開開環控制標誌,並結束對開環
控制時間進行計時的計時動作。
另外,在步驟S54的處理完成的情況下,或者在步驟S42、S52中得到否定判斷的情況下,暫時結束這一系列的處理。
第七圖示出了並用第六圖及第五圖的處理時的溫度控制狀態。如圖所示,和前第四圖所示的情況相比,能夠使被控物件的溫度迅速地追隨目標值Tt。
根據以上詳細描述的本實施方式,可以得到以下效果。
(1)本實施方式的溫度控制裝置包括:對流體進行加熱並使其循環到調溫部11的加熱通路40、對流體進行冷卻並使其循環到調溫部11的冷卻通路20、不通過加熱通路40及冷卻通路20使流體循環到調溫部11的旁路通路30、以及對加熱通路40、冷卻通路20及旁路通路30的各流路面積進行調節加熱用閥44、冷卻用閥24及旁路用閥34。由此,在預期地控制被控物件的溫度時,能夠使該被控物件的溫度迅速地追隨預期的溫度。
(2)在加熱通路40中在用於加熱流體的加熱部42的下游側,設置有泵14。由此,通過泵14對流體吸引力的影響可抑制位於加熱部42內的加熱通路40的壓力上升。因此,能夠降低加熱部42內的加熱通路40所需的耐壓。
(3)將加熱用閥44設置在加熱部42的上游側。由此,可以很好地避免泵14降低位於加熱部42內的加熱通路40的壓力的效果受加熱用閥44的干擾。
(4)泵14的上游設置有具有吸收由溫度引起的流體體積變化功能作為體積變化吸收手段的調節器13。由此,即使流體體積發生改變也可以很好地維持流體的循環。
(5)匯流部12的下游側設置了泵14。由此,可通過單一的泵14經由冷卻通路20、旁路通路30以及加熱通路40很好地使流體循環。
(6)流體從加熱通路40和旁路通路30兩者供給到調溫部11時使用的旁路通路30、與流體從冷卻通路20和旁路通路30兩者供給到調溫部11時使用的旁路通路30共用。由此,流體從加熱通路40以及旁路通路30供給到調溫部11時、和流體從冷卻通路20以及旁路通路30供給到調溫部11時,可使用共同的旁路通路30。因此,與必須使用各自的旁路通路相比,可簡化溫度控制裝置的構造。
(7)將檢測調溫部11附近的流體溫度的供給溫度感測器51檢測的檢測值Td回饋控制為目標值Tt。由此,能夠使檢測值Td高精度地追隨目標值Tt。
(8)在上述回饋控制時,將基於檢測值Td與目標值Tt的偏離程度的基本操作量MB變換為加熱通路40、冷卻通路20及旁路通路30各自的流路面積操作量(開度Va,Vb,Vc)。由此,可以根據單一的基本操作量MB來調節(操作)上述3個通路的流路面積。
(9)從目標值Tt變化起經過預定期間,根據對旁路通路30的溫度進行檢測的旁路用溫度感測器36的檢測值來開環控制調溫部11附近的流體的溫度,以代替回饋控制。由此,即使為了抑制檢測
值Td在目標值Tt的上下變動的變動量而設定了回饋控制,也能夠提高目標值Tt變化時的回應性。
(10)在旁路通路30內的流體的溫度高於目標值Tt的情況下,通過操作旁路通路30及冷卻通路20的流路面積來進行開環控制;在旁路通路30內的流體的溫度低於目標值Tt的情況下,通過操作旁路通路30及加熱通路40的流路面積來進行開環控制為目標值。由此,能夠盡可能地降低能量消耗量且能夠進行開環控制。
(11)當與調溫值11的溫度相關的要求變化時,比要求的變化更大地使目標值Tt變化。由此,能夠使調溫部11及被控物件的溫度更迅速地變化為被要求的溫度。
下面參照附圖,以與第一實施方式的不同點為中心對第二實施方式進行說明。
第八圖示出了本實施方式涉及的溫度控制裝置的全體構成。如圖所示,在本實施方式中,冷卻通路20中在冷卻用閥24的上游和下游之間連接有繞開冷卻用閥24使流體流動的流出通路60。另外,加熱通路40中在加熱用閥44的上游和下游之間連接有加熱用閥44使流體流動的流出通路62。
這些流出通路60、62全都比冷卻通路20、加熱通路40的流路面積足夠小。這是為了當冷卻用閥24或加熱用閥44處於閉閥時,流出通路60、62能夠使流體細微地從冷卻通路20或加熱通路40的上游側流到下游側。
即,在禁止流體從加熱通路40或冷卻通路20向調溫部11流出的情況下,在加熱通路40或冷卻通路20中的加熱部42或冷卻部22與匯流部12附近之間產生了溫度梯度。因此,在禁止剛被解除之後,由於向調溫部11流出的流體的溫度受溫度梯度的影響,因而在使調溫部11的溫度追隨預期溫度之前所需的時間有可能延長。另外,在此情況下,由於冷卻用溫度感測器26或加熱用溫度感測器46的溫度受此溫度梯度的影響,因而檢測到的溫度將偏離冷卻通路20中的冷卻部22內的溫度或加熱通路40中的加熱部42內的溫度。因此,還有可能降低目標值Tt變化時的開環控制的控制性。
相反,在本實施方式中,通過具有流出通路60、62,在加熱用閥44或冷卻用閥24處於閉閥狀態的情況下,能夠適當地抑制加熱通路40或冷卻通路20下游側的溫度梯度,進而能夠使調溫部11的溫度迅速地追隨預期溫度。
根據以上說明的本實施方式,除了第一實施方式的上述(1)~(11)的效果之外,還能夠取得以下效果。
(12)設置了繞開冷卻用閥24及加熱用閥44的流出通路60、62。由此能夠更適宜地進行目標值Tt變化時的溫度控制。
下面參照附圖,以與第一實施方式的不同點為中心對第三實施方式進行說明。
第九圖示出了本實施方式涉及的基本操作量MB與冷卻用閥24、旁路用閥34及加熱用閥44的開度Va、Vb、Vc之間的關係。如圖所示
,在本實施方式中,設定冷卻用閥24的開度Va和加熱用閥44的開度Vc以使它們不成為時常全閉狀態。即,冷卻用閥24的開度Va在基本操作量MB不滿0的情況下隨著基本操作量MB的增加而單調減少,在基本操作量MB為0以上的情況下為最小開度(>0)。另外,加熱用閥44的開度Vc在基本操作量MB大於0的情況下隨著基本操作量MB的增加而單調增加,在基本操作量MB為0以下的情況下為最小開度(>0)。
由此,無需具有前第八圖所示的流出通路60、62,可以以來自旁路通路30的流體流出為主,抑制調溫部11內的溫度控制穩定時的這些冷卻用閥24或加熱用閥44的上游側的溫度梯度。
根據以上說明的本實施方式,除了先前第一實施方式的上述(1)~(11)的效果之外,還能夠取得以下效果。
(13)設定冷卻用閥24的開度Va和加熱用閥44的開度Vc以使它們不成為時常全閉狀態。由此,能夠抑制冷卻用閥24或加熱用閥44的上游側的溫度梯度,進而能夠使調溫部11的溫度迅速地追隨預期溫度。
下面參照附圖,以與第一實施方式的不同點為中心對第四實施方式進行說明。
在上述第一實施方式中,當目標值Tt變化時,通過開環控制調溫部11附近的溫度,使被控物件的溫度迅速地追隨預期值。此開環控制的控制增益、上述偏置持續時間Tbi、開環控制持續的預定
期間Top的最優值,依賴于調溫板10或者被控物件而變化。另一方面,當使用者變更被控物件時,由於手動變更這些參數,因而與此相適應的勞力將變大。因此,在本實施方式中,在控制裝置50上搭載了自適應支援功能。第十圖示出了本實施方式涉及的自適應支援的處理順序。此處理通過控制裝置50例如以預定週期反復執行。
在這一系列的處理中,首先在步驟S70中判斷是否為執行上述開環控制的適應的模式(測試模式)。在此,例如在控制裝置50的操作部通過配置使用者對測試模式進行指示用的功能,只需判斷測試模式的有無即可。然後,在判斷為是測試模式時,在步驟S72中,將偏置持續時間Tbi的候選顯示在使用者可視覺識別的顯示裝置中。在此,偏置持續時間Tbi的候選對於該溫度控制裝置中所設想的被控物件來說在能夠成為適合值的範圍內預先設定。
接著在步驟S74中判斷是否有偏置持續時間Tbi的輸入。此處理是判斷使用者是否選擇了偏置持續時間Tbi候選中的一個的處理。然後,在判斷為使用者選擇了特定的候選的情況下(步驟S74:是),在步驟S76中使用所選擇的候選開始進行溫度控制。然後,溫度控制結束時,在步驟S78中,通過使用者可視覺識別的顯示裝置詢問使用者是否決定偏置持續時間Tbi。然後,在由使用者輸入了不決定的意思表示的情況下(步驟S80:否),重新執行上述步驟S72~S78的處理。
與此相對,在由使用者輸入了將至那時為止已選擇的候選中的某一個作為最終的偏置持續時間Tbi的指示的情況下(步驟S80:是
),在步驟S82中存儲偏置持續時間Tbi。另外,在步驟S82的處理完成的情況下、或在步驟S70中被判斷為否定的情況下,暫時結束這一系列的處理。
根據以上說明的本實施方式,除了先前第一實施方式的上述(1)~(11)的效果之外,還能夠取得以下效果。
(14)包括了促使使用者對於偏置持續時間Tbi選擇多個選項中的任一個並根據所選擇的值進行溫度控制的開環控制自適應支援功能。由此,能夠降低溫度控制裝置的使用者根據被控物件對開環控制進行適應時的勞動力。
另外,上述各實施方式也可以如下變更來實施。
也可以通過上述第四實施方式來自上述第一實施方式的變更點對上述第二、第三實施方式進行變更。
在上述第四實施方式中,將進行開環控制自適應支援時的自適應參數作為偏置持續時間Tbi,但是並不局限於此。例如也可以將開環控制的持續時間(預定期間Top)作為自適應參數。另外,例如也可以將前第五圖所示的偏置控制中的目標值的設定(偏離值β、γ)作為自適應參數。而且,也可以將這些參數的多個作為自適應參數。
在上述第四實施方式中,進行了支援以使使用者能夠根據被控物件選擇合適的自適應參數,但是自適應手法並不局限於此。例如
可以在對上述偏置持續時間Tbi、預定期間Top及偏離值β、γ各參數任意地設定初始值來進行溫度控制時,監視被控物件的溫度(或者調溫板10的溫度),當追隨該目標值的延遲時間不在容許範圍內時,執行自動變更上述參數中的至少之一的處理。據此,由於能夠自動地對開環控制進行自適應以使追隨目標值的延遲時間在容許範圍內,因而能夠進一步減輕使用者的勞力力。
在上述各實施方式中,並不僅限於將匯流部12的下游且調溫部11上游的流體溫度檢測值Td回饋控制為目標值Tt。例如也可將調溫部11內的流體溫度檢測值回饋控制為目標值Tt。此外例如也可將從調溫部11供給出的流體溫度檢測值回饋控制為目標值Tt。
在上述各實施方式中,並不僅限於在匯流部12的下游設置泵14以及調節器13。例如也可分別在冷卻通路20、旁路通路30以及加熱通路40設置各自的泵及調節器。在此情況下,例如對於旁路通路30,可在旁路用閥34的上游側設置泵及調節器。此外例如對於冷卻通路20,可在冷卻部22和冷卻用閥24之間設置泵及調節器。另外對於冷卻通路20,也可在冷卻用閥24的上游側設置泵及調節器。即使在這種情況下,通過在加熱通路40的加熱部42的下游設置泵可以抑制加熱通路40的壓力上升,進而能夠降低加熱通路40所需的耐壓度。
在上述各實施方式中,並不僅限於使冷卻通路20、旁路通路30以及加熱通路40在一處進行合流。例如也可以在使冷卻通路20與旁路通路30合流之後,在其下游與加熱通路40合流。即使在這種情況下,優選地儘量縮小匯流部的流路面積以儘量不降低通過加熱
通路40、冷卻通路20以及旁路通路30流入的流體的流速。在此所說的流體的流速是指,流通方向上的流體行進速度。
將基本操作量MB變換為冷卻用閥24、旁路用閥34及加熱用閥44的操作量的手法並不僅局限於第三圖及第九圖所示的方式。在第三圖及第九圖中均是相對於目標值Tt和檢測值Td的溫度差△的變化使冷卻用閥24、旁路用閥34及加熱用閥44中任意兩個的操作量變化,但是並不僅局限於此,例如也可以使所有的操作量變化。另外,在第三圖及第九圖中冷卻用閥24、旁路用閥34及加熱用閥44的各操作量為溫度差△的0次或者1次函數,但是也並不僅局限於此。在閥門開度的變化和流量的變化之間的關係為非線性時,特別優選地,將上述各操控量作為溫度差△的非線性函數。
在第三實施方式中,不管基本操作量MB為何值,都禁止冷卻用閥24和加熱用閥44變為全閉狀態,但是並不僅局限於此。也可以只在基本操作量MB變為0附近的情況下,禁止冷卻用閥24和加熱用閥44變為全閉狀態。即,在要求溫度Tr變化之前,由於考慮到檢測值Td追隨目標值Tt且檢測值Td變為穩定狀態,因而可以只在此情況下為防備目標值Tt的變化,只在基本操作量MB處於0附近的情況下,禁止冷卻用閥24和加熱用閥44變為全閉狀態。另外,此時,優選地,在基本操作量MB小於0的情況下,使冷卻用閥24的操作量的變化量大於加熱用閥44的操作量的變化量,並且在基本操作量MB大於0的情況下,使加熱用閥44的操作量的變化量小於冷卻用閥24的操作量的變化量。
在上述各實施方式中,獨立地設定持續開環控制的預定期間Top
和偏置持續時間Tbi,但是並不僅局限於此,也可以使它們一致。
回饋控制不局限於PID控制。例如也可以是PI控制或I控制。在此,例如,如上述各實施方式那樣,在目標值變化的過渡時期實施開環控制的構成中,回饋控制的目的是在正常時使檢測值Td與目標值Tt高精度地一致,以及儘量減小檢測值Td的變動。因此,如積分控制那樣,根據表示檢測值Td與目標值Tt的偏離程度的量的累積值將檢測值Td回饋控制為目標值Tt是特別有效的。
開環控制不局限於上述實施方式中所例示的。例如可以通過對冷卻用閥24、旁通用閥34以及加熱用閥44的各操作量(開度Va,Vb,Vc)和基本操作量採用前第三圖所示的關係掌握流量並進行開環控制。具體而言,在旁路通路30內的流體的溫度高於目標值Tt的情況下,參照前第三圖所示的開度比率來設定冷卻用閥24和旁路用閥30的開度;在旁路通路30內的流體的溫度低於目標值Tt的情況下,參照前第三圖所示的開度比率來設定加熱用閥44和旁路用閥30的開度。具體地,旁路通路30內的流體溫度低於目標值Tt時,在設定目標值Tt的基礎上使用加熱通路40的溫度Tc以及旁路通路30的溫度Tb,則加熱通路40以及旁路通路30所需的流量比為(Tt-Tb):(Tc-Tt)。因此,在前第三圖中,通過使用以(Tt-Tb):(Tc-Tt)之比對基本操控量MB為“0”的點和為最大的點之間的連線進行分割的分割點處的加熱用閥44的開度Vc和旁路用閥34的開度Vb,易於進行開環控制。特別是根據此方法,即使閥門的開度和流量之間不具有線性關係,只要前第三圖所示的
關係反映了閥門開度與流量之間的非線性關係就可以容易地且高精度地設定各閥的開度。特別是,通過這一手法能夠避免使用流量計。由於流量計浸在流體中,在加熱通路40內的流體溫度和冷卻通路20內的流體溫度間的整個溫度範圍中被長期使用而維持可靠性是困難的,因此,優選地不使用流量計而簡單地進行開環控制。
另外,也可以不使用第三圖所示的開度比率,例如在旁路通路30內的流體溫度高於目標值Tt的情況下,根據冷卻通路20內的流體溫度相對於目標值Tt的差和目標值Tt相對于旁路通路30內的流體溫度的差的比例來設定冷卻用閥24和旁路用閥30的開度。同樣地,可以在旁路通路30內的流體溫度低於目標值Tt的情況下,根據旁路通路30內的流體溫度相對於目標值Tt的差和目標值Tt相對於加熱通路40內的流體溫度的差的比例來設定加熱用閥44和旁路用閥30的開度。由此,能夠設定閥門開度與流量之間假定為線性關係時的閥門開度。
不局限於進行回饋控制,也可以只實施第六圖的步驟S48,S50所例示的開環控制。另外,不管目標值有沒有變化,可以通過回饋控制對由第六圖的步驟S48,S50所例示的開環控制確定的基本操作量進行修正以計算出最終的基本操作量MB。此外,相反地,不管目標值有沒有變化,也可以只進行回饋控制。即使在此情況下,當要求溫度Td變化時,使目標值Tt與要求溫度Td相比更大地變化的上述偏置控制是有效的。即,在回饋控制中,雖然降低回應延遲和降低檢測值Td相對於目標值Tt的變動為相互折衷的關係,
但是通過實施偏置控制與回饋控制的增益相比更能降低回應延遲,因此不僅能夠降低上述變動而且也能夠降低回應延遲。此外,在目標值變大的情況下也可進行暫時地使回饋控制的增益增大的處理。由此,可實現降低回應延遲與降低檢測值Td相對於目標值Tt的變動兩者相容。
回饋控制不局限於通過將回饋控制的要求量(基本控制量MB)變換為冷卻用閥24、旁路用閥34及加熱用閥44的操作量來進行。例如,也可以根據目標值Tt與檢測值Td的偏離程度,分別單獨地設定冷卻用閥24、旁路用閥34及加熱用閥44的操作量。但是,即使在此情況下也優選地,在目標值Tt高於檢測值Td的情況下,只將旁路用閥34及冷卻用閥24的操作量作為變更對象;在目標值Tt低於檢測值Td的情況下,只將旁路用閥34及加熱用閥44的操作量作為變更對象。
上述各實施方式中,流體從加熱用通路40以及旁路通路30兩者供給到調溫部11時所使用的旁路通路30、和流體從冷卻通路20以及旁路通路30兩者供給到調溫部11時所使用的旁路通路30共用,但並不限於此。例如,流體從加熱用通路40以及旁路通路30兩者供給到調溫部11時所使用的旁路通路30可以和流體從冷卻通路20以及旁路通路30兩者供給到調溫部11時所使用的旁路通路30的一部分共用。此外,也可將它們作為各自的通路。即使在這種情況下,可以取得前第一實施方式的上述(1)~(5)、(7)~(11)的效果。
具有吸收由溫度引起的流體的體積變化功能的體積變化吸收裝置
,不局限於如上述各實施方式中例示的那樣通過進行設定以使流體流入的容器內不全部裝滿液體而具有氣體填充的空間來構成。例如也可以是在容器中無間隙地裝滿液體的結構且容器的體積能夠根據流體施加給箱16內壁的力而變化。此外例如也可使用與前第十二圖所示的箱100相同的部件。
在上述各實施方式中,對從冷卻通路20、旁路通路30及加熱通路40供給到調溫板10的流體的流量比進行調節的調節裝置,使用了冷卻用閥24、旁路通路用閥34及加熱用閥44,但不局限於此。例如也可以採用能夠步進地調節流路面積的調節裝置。此外例如這些通路可以分別具有多個,並且在這些通路上各設有進行開閉兩個動作的閥,將向調溫部10提供流體的通路數作為操作量。而且,也可以備有多個通路並且對各通路與冷卻部22、加熱部42及分歧部18的下游側中的任一個連接進行操作。
另外,如第十一圖所示,冷卻通路20、旁路通路30及加熱通路40也可以各自分別設有泵70,72,74,通過分別操作其排出能力來調節流量比。第十一圖中示出了泵70和冷卻部22之間具有調節器76、泵72的上游側具有調節器78、泵74和加熱部42之間具有調節器80的例子。在此,泵70、72、74可以是渦流式、容積式等排出量可操作的任意泵。但是,如果構成為將泵70、72、74停止以使其排出量為零時流體不從其上游側漏出到下游側,則可以很好地在零到正值之間控制排出量。此外,取而代之,可以通過在泵的排出口設置止回閥來實現排出量為零。此外,只要是採用停泵時從其上游側向其下游側漏出微量流體的構成,就可以取得基於前
第三實施方式的效果。
另外,調溫板10不局限於上述長方體狀,例如也可以是圓盤狀。而且,調溫部11不局限于從垂直下方配置在可支撐被控物件的板狀部件內部,例如也可以直接接觸被控物件的多個側面來控制其溫度。
10‧‧‧調溫板
11‧‧‧調溫部
12‧‧‧匯流部
13‧‧‧調節器
13a‧‧‧呼吸閥
14‧‧‧泵
16‧‧‧返回通路
18‧‧‧分歧部
20‧‧‧冷卻通路
22‧‧‧冷卻部
24‧‧‧冷卻用閥
26‧‧‧冷卻用溫度感測器
28‧‧‧冷卻用流量計
30‧‧‧旁路通路
34‧‧‧旁路用閥
36‧‧‧旁路用溫度感測器
38‧‧‧旁路用流量計
40‧‧‧加熱通路
42‧‧‧加熱部
44‧‧‧加熱用閥
46‧‧‧加熱用溫度感測器
48‧‧‧加熱用流量計
50‧‧‧控制裝置
51‧‧‧供給溫度感測器
Claims (10)
- 一種溫度控制裝置,通過在配置於被控物件附近的調溫部中使流體循環來預期地控制所述被控物件的溫度,所述溫度控制裝置包括:加熱通路,對所述流體進行加熱並使流體在所述調溫部循環;冷卻通路,對所述流體進行冷卻並使流體在所述調溫部循環;旁路通路,使所述流體在所述調溫部循環而無需通過所述加熱通路及所述冷卻通路;調節裝置,對從所述加熱通路、所述冷卻通路及所述旁路通路提供到所述調溫部的流體的流量比進行調節;以及流動裝置,使所述流體流動以使所述流體循環,所述加熱通路中設置有用於加熱所述流體的加熱部,所述流動裝置設置在所述流體的循環路徑中的所述加熱部的下游側;所述調節裝置包括流量調節裝置,所述流量調節裝置調節從所述加熱通路供給到所述調溫部的流體的流量,並且該流量調節裝置設置在所述加熱部的上游側;其中,所述加熱通路以及所述冷卻通路中設有流出通路,所述流出通路繞開所述調節裝置使所述流體從其上游側流到下游側。
- 如請求項1所述的溫度控制裝置,其中,所述流體的循環路徑中設置有體積變化吸收裝置,所述體積變化吸收裝置能夠吸收所述流體因溫度導致的體積變化。
- 如請求項1所述的溫度控制裝置,其中,流體從所述加熱通路以 及所述旁路通路兩者供給到所述調溫部時使用的旁路通路、和流體從所述冷卻通路以及所述旁路通路兩者供給到所述調溫部時使用的旁路通路包括共同的通路。
- 如請求項1所述的溫度控制裝置,其中,進一步包括操作裝置,所述操作裝置對所述調節裝置進行操作以將所述調溫部附近的流體溫度控制為目標值。
- 如請求項4所述的溫度控制裝置,其中,進一步包括對所述調溫部附近的流體溫度進行檢測的供給溫度檢測裝置,所述操作裝置將所述供給溫度檢測裝置的檢測值回饋控制為所述目標值。
- 如請求項5所述的溫度控制裝置,其中,所述調節裝置是對所述加熱通路、所述冷卻通路以及所述旁路通路的各流路面積進行調節的裝置,所述操作裝置包括變換裝置,所述變換裝置將基於所述檢測值與所述目標值偏離程度的量變換為所述加熱通路、所述冷卻通路及所述旁路通路各自的流路面積操作量。
- 如請求項5所述的溫度控制裝置,其中,所述操作裝置自所述目標值變化起經過預定期間,操作所述調節裝置以根據對所述旁路通路的溫度進行檢測的旁路通路溫度檢測裝置的檢測值開環控制所述調溫部附近流體的溫度,以取代所述回饋控制。
- 如請求項7所述的溫度控制裝置,其中,當所述旁路通路內的流體溫度高於所述目標值時在所述預定期間內通過對從所述旁路通路以及所述冷卻通路供給到所述調溫部的流體的流量比進行操作來進行開環控制,當所述旁路通路內的流體溫度低於所述目標值時在所述預定期間內通過對從所述旁路通路以及所述加熱通路供給到所述調溫部的流體的流量比進行操作來進行開環控制。
- 如請求項7所述的溫度控制裝置,其中,還包括開環控制自適應支援裝置,所述開環控制自適應支援裝置輸出信號以催促外部對於所述開環控制的增益、該開環控制的持續時間及該開環控制時的目標值的設定中的至少之一選擇多個選項中的任意一個,並根據所選擇的值來進行所述溫度控制。
- 如請求項4所述的溫度控制裝置,其中,還包括過渡時期目標值設定裝置,所述過渡時期目標值設定裝置在與所述調溫部的溫度有關的要求變化的情況下比所述要求的變化更大地使所述目標值變化。
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