JPS62248942A - 温度調節装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般的に加圧された流体の温度を特定の場所で
制御するための方法及びシステムに関し、より特定的に
は、特定の試験場所で経済的及びエネルギー効率の良い
方法で、加圧された流体の高温の流れ及び低温の流れの
混合比及び温度の制御によって、加圧された流体の温度
を制御する方法及びシステムに関する。

多種の対象物（電気部品デバイス、たとえば、ウェファ
−１集積回路、プリント回路、複合回路、並びにこのよ
うな電気部品デバイスを使用する小型システム、たとえ
ば、ペースメーカーのような）をある範囲内の温度、た
とえば約−７０℃と８０℃の間の種々の温度で試験する
ことが重要であることが多い。そのような試験を行うに
あたり正確な試験結果を確実に得るために対象物の試験
場所での温度が操作員によって設定された種々の試験温
度にできるだけ正確に制御されていることが重要なこと
である。

このような試験を行うための多種のシステムが考案され
て来た。現在市販されているシステムの一形式において
は、加圧流体を所定の最低温度にまで冷却し、つづいて
その流体を所定温度まで再加熱する。この型のシステム
は試験される対象物の場所に単一の温度センサーをそな
えている。単一のセンサーに応答する単一の温度コント
ロラーはセンサーのある場所で感知した温度を操作員に
よって設定された温度まで変化させ、その温度に保つよ
うに流体の温度を上下する。

良好な温度制御を確実にするため及び本質的に加熱器と
試験場所間における温度損失を減少或は除去するために
、センサーは試験場所に、またヒーターはできるだけそ
の近くに置かれなければならない、更にこの方法は、こ
の流れを一旦その範囲の最低温度まで冷却し、それから
それを再加熱する必要があるから、エネルギーを浪費す
ることになる。この方法は、その流れが閉鎖ループ構造
物中を再循環しているとき。

即ち、流体の流れが試験場所を常に再循環しているとき
には特にエネルギーが無駄になる。後者の状況で、再加
熱された流体は高温流体をこのシステムの冷却部に還流
することによって使われている冷凍システムに不合理な
ストレスをかける。その結果この方法は、還流する高温
流体を再冷却するために、熱負荷の設計値に必要である
よりもずっと大きい冷凍システムを必要とする。

試験場所の温度を制御する他の型のシステムは、所定温
度範囲のそれぞれの最高及び最低温度の場所或はその近
くに第１及び第２流体流の温度を別個に保持する熱源又
は熱だめ（ｈｅａｔｓｉｎｋ）と、またこのシステム内
であらかじめ選定された位置に置かれたセンサーで感知
された温度だけにしたがってあらかじめ選定された割合
で第１及び第２流体流を混合するための混合弁を含む。

もしセンサーがこの混合流中で混合弁の直ぐ下流に置か
れているならば、このセンサーの位置で良好な温度制御
を達成するには非常に正確な弁制御装置が必要となる。

しかし、センサーの位置と試験場所間での温度損失は試
験場所にでは補償しきれない。その結果、試験中の対象
物の実際の温度が希望設定温度と同じでないことが起り
得る。

もし、センサーが試験場所に設置されるならば、各温度
変動の後での試験場所での温度振動を弱めるのに必要な
温度安定時間が長くなり、温度制御性は劣るものである
。

このような混合弁システムにおける流体流れを閉鎖ルー
プ構造中に再循環すると、試験場所から還流した高温流
体で冷凍システムに不当にストレスをかけ又かなり大容
量の冷凍システムを必要とすることになる。

これらの先行技術システムにおける問題はさらに、設定
温度に対するセンサーの場所での温度を安定させるため
に必要な遷移時間が比較的に長くなることである。更に
、使用されるかなり大きい冷凍及び加熱システムはかな
り大量のエネルギーを消費する装置であり、エネルギー
的に非効率である。高温流体が試験場所から還流される
とそれは冷凍システムに多大のストレスを与える。流体
流れの温度を制御するために単一センサー及びコントロ
ーラーを置くことで、このシステムはセンサーの場所で
の正確な温度制御を行なうことができる。

現在の特許権譲受人であるマサチューセッツ・ニュート
ンのテンプトロニック・コーボレーシ言ン（Ｔｅｍｐｔ
ｒｏｎｉｃ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から購入可能な
ステムである４１２型（ＤＵＴ　　オプションン付き）
は単一のコントローラーに接続された二個のセンサーを
備え、センサーの一つは流体流中に置かれ、他は試験中
の対象物の温度をより正確に制御するため、試験中の対
象物の近くに置かれている。このシステムは本願発明者
ジミージ・イーガー（Ｇｅｏ　ｒｇｅ　Ｅａｇｅ　ｒ）
及びビータ−・セルバーストン（Ｐｅｔｅｒ　５ｅｌｖ
ｅｒ＋ｔｏｎｅ　）の名で１９８５年（昭和６０年）４
月３０日に出願され、現在の譲受人に譲渡された米国特
許出願第７２８．８６０号に非常に詳しく記述されてい
る。

先行技術の上記のような欠点を本質的に減少し、或いは
克服するために設計された温度制御流体流システムを提
供することが、本発明の一般的な目的である。

本発明のより特別な目的は操作員によって設定された温
度で安定するように、試験場所での温度への可能な温度
遷移時間を本質的に減少するように設計された温度制御
流体流システムを提供することである。

本発明の目的の一つはこの流れの幾つかの位置で流体流
れの温度を制御するように設計された改良された温度制
御流体流システムを提供することである。

本発明の目的の一つは冷凍及び冷却システムを含む型の
改良された温度制御流体流装置で、冷凍システムへの熱
ストレスを減少するように設計されている装置を提供す
ることである。

本発明の目的の一つは先行技術の装置よりもエネルギー
効率の良い温度制御流体流システムを提供することであ
る。

さらに本発明の目的の一つは先行技術による装置で提供
されるよりも効率的に操作ができるように仕上げられ熱
出力及び冷凍能力に対し個々に設計された加熱及び冷却
システムを含む型の温度制御流体流装置を提供すること
である。

これら及びその他の目的は広い範囲の温度から選ばれた
あらかじめ選定された温度で、あらかじめ決められた場
所での温度を正確に制御するための改良されたシステム
によって達成された。

このシステムは： 流体の加圧された流れを発生する手段；該流れを第１及
び第２成分流に分解する手段； 該第１成分流を加熱するための第１制御信号に応答する
加熱手段： 該第２成分流を冷却するための冷却手段；該第１及び第
２成分流を混合し混合流とする混合手段： 該第１及び第２成分流の適切な混合を制御するための第
２制御信号に応答する制御手段； 該場所に該混合流を移送するための手段；及び あらかじめ選定された温度、該加熱手段から下流にある
該第１成分流の温度、該混合流の温度、及び該あらかじ
め決められた場所での予め定められた該温度の函数とし
て該第１及び第２制御信号を発信する信号発信手段から
成る。

本発明の別の態様において、特定の温度範囲の中から選
ばれたあらかじめ選定された温度で、あらかじめ決めら
れた場所での温度を正確に制御するための方法が提供さ
れる。この方法は 加圧された流体の流れを発生する； 該流れを第１及び第２成分流に分離する；第１制御信号
に応答して該第１成分流を加熱する； 該第２成分流を冷却する； 混合流とするように該第１及び第２成分流を混合する； 第２制御信号に応答して該第１及び第２成分流の適切な
混合を制御する； 該混合流を該場所に移送する：及び あらかじめ選定された温度、該加熱された第１成分流の
温度、混合流の温度、及び該あらかじめ決められた場所
での該温度の函数として該第１及び第２制御信号を発信
する各段階から構成される。

本発明の目的の一つは一部これまでの説明で明らかであ
るが、一部はこれから説明する中に示される。従って、
本発明は幾つかの段階を含む方法、お互いに関連する各
段階の一つ或はそれ以上の関係及び順序、各成分の特徴
、性質及び関連を所有する製品を構成し、それらは以下
の詳細な開示の中で例示され、本特許請求の範囲は特許
請求の範囲の中に示されている。

本発明の本質及び目的の完全な理解のために、添付した
図面で以下詳細に説明する。即ち第１図は本発明の好ま
しい具体例を示す部分ブロック及び部分線図である； 第２図は第１図で示された装置の典形的応答の例のグラ
フ図解である； 第３図は第１図で示された装置の一つの典型的応答の例
の別の一つのグラフ図解である。又第４図は第１図で示
された装置のさらに別の典形的応答の例の他の一つのグ
ラフ図解である。

第１図で、装置ｌＯは一般に試験場所２２に加圧流体流
を連続的に送るための流体流システム２０を含む、装置
１０は又装置の操作員によってあらかじめ設定された温
度に場所２２での温度のレベルに到達させ、且つそれを
保持するために必要な流れをそれぞれ冷却又は加熱する
ための冷却システム２４、混合弁３４及び加熱器３８を
そなえている。制御システム２６はまた流体流システム
２０の種々の個所で温度を感知し、又冷却システム２４
及び加熱器３８を制御するために備えられていて、それ
で操作員があらかじめ設定した温度が場所２２の所で種
々な感知された温度に応答して実現され保持される。

流体流システム２０は、好ましくはファン３０の形で、
加圧流体、好ましくは空気、の流れをたとえば０．８５
ｍ３／ｍｉｎ　　（弁３０ｃｆｍ　）の流量で発生させ
る機構を含んでいる。空気の流れは、一般的に３２で示
される空気導管を通って流体流システム２０に向けられ
る。流体流システム２０は好ましくは閉鎖ループ系であ
るので空気はその中を連続的に再循環する。空気流はフ
ァン３０から空気混合弁３４に向けられる。空気混合弁
はファン３０から受は入れられた空気流の方向を導管部
３２Ａ及び３２Ｂに制御するために装備されている。導
管部３２Ａ及び３２Ｂはそれぞれ、導管部３２Ａに供給
された空気流を冷却するための低温蒸発器３６の形式の
機構及び導管部３２Ｂに供給された空気流を加熱するた
めの加熱器３８の形式の機構に連結されている。

さらに具体的には混合弁３４は多数の異ったた状態をと
り得る様に又制御ライン１２８から来た電気制御信号の
函数として且つ応答して動ける様に設計されている。弁
の種々の状態のうち、その最端状態で実質的に全ての空
気が導管部３２Ａ即ち蒸発器３６に向けられる様になっ
ている。この状態で比較的少量の空気は後で明らかにす
る理由で導管部３２Ｂ即ち加熱器３８に供給される。弁
がもう一方の最端状態に向って移動すると、弁の他の最
端状態になるまで、大部分の空気は導管部３２Ｂの方へ
、少量の空気は導管部３２Ａの方へ向けられ、最他端状
態では全ての空気は導管部３２Ｂ及び加熱器３８に向け
られ、導管部３２Ａ及び蒸発器３６へは空気は行かない
。空気混合弁は当業者には良く知られているので、弁３
４については詳細な説明は行わない。弁は熱吸収が少く
、熱慣性の低い低熱容量のものであるのが好ましい。

後でより明らかになる様に、蒸発器３６、冷却システム
２４も亦、導管部３２Ａを通る空気を冷却する。蒸発器
は当業者に良く知られている型のものである、よって詳
細な説明は行わない。蒸発器は米国冷熱空調技術者協会
（Ａｍｅｒｉ−ｃａｎ　　５ｏｃｉｅｔｙ　　ｏｆ　　
ｔｒｅａｔｉｎｇ、Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ　　ａ
ｎｄ八ｉへ−ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ　　Ｅｎｇｉｎ
ｅｅｒｓ）　　　（八５ｔ（ＲへＥ）　　で制定した商
用名称Ｒ１３、Ｒ１７０及びＲ５０３の様な低温冷媒で
冷却されることが好ましい。

冷媒は冷却システム２４の冷凍ライン４４を通じて供給
され、蒸発器を通る空気は約−７０℃の温度まで冷却さ
れ得るが、この温度は装置の用途によって異る。加熱器
３８は良く知られた構造のどの様な型の加熱器であって
もよく、導管部３２Ｂを通る空気を加熱するための充分
な出力能力（抵抗加熱器の様な）を備えたものであれば
よい。この加熱器は制御システム２６のパワーライン１
２２上に伝達された、パワー信号のレベルに応答して熱
を供給する。蒸発器３６及び加熱器３８の出口は導管部
３２Ｃ及び３２Ｄを通って合流導管４０に接続され、そ
こから加熱され、又は冷却された空気流が導管部３２Ｅ
に供給される。導管部３２Ｅは試験場所２２にまでつな
がっている。

試験場所２２は封止された室又は箱であることが出来、
或は試験されるシステムのオンサイト位置であることが
出来る。

空気は続いて導管３２Ｆを通って、高温蒸発器４２の形
の機構に、後で述べるあるあらかじめ規定した条件で空
気を冷却するために供給される。蒸発器４２を通る空気
は冷却システム２４の冷凍ライン４６で供給される、Ａ
ＳＨＲＡＥ制定のＲ１２、Ｒ２２及びＲ５０２の様な高
温冷媒で冷却するのが好ましい。空気流は導管部３２Ｇ
を通つてファン３０にされる。

冷却システム２４の好ましい具体的な形は低温蒸発器３
６及び高温蒸発器４２を含む二段冷凍システムである。

一般に、標準的な冷凍技術によれば、冷媒ライン４６を
循環し、蒸発器４２に使用される比較的高い温度の冷媒
は冷却システムの高温段階を形成し、又冷媒ライン４４
（蒸発器３６に使用される）中を循環する比較的低温の
冷媒を冷却するのに使用され、その比較的低温冷媒は冷
却システムの低温段階を形成する。

しかしながら、本発明のいくつかの態様について、二種
の冷媒の循環を制御する方法を以下詳しく説明する。一
般に低温冷媒段階は冷凍ライン４４中の低温冷媒を凝縮
するための圧縮機４８を備えている。圧縮機４日は中間
段階装置５０の凝縮器側に低温冷媒を供給する。冷媒は
中間段階装置５０の圧縮機４８から、蒸発器３６の冷媒
人口に冷凍ライン４４で順々に接続されている熱膨張弁
５２に供給される。熱膨張弁５２は当業者によく知られ
た型のものであり、一般に蒸発器３６の冷媒出口の冷凍
ライン４４に設置されているセンサー５４によって感知
された冷媒のスーパーヒートの函数として冷媒の流れを
制御する。システムの運転中は、冷媒は液相で膨張弁５
２を通り、蒸発器に入り、そこで空気流から熱を吸収し
、ガス相となり蒸発器を出てゆき、中間段階装置５０に
よって凝縮されて再び液相に戻る。センサー５４は膨張
弁５２を制御しており、それはまた適当量の冷却が蒸発
器で行なわれていることを確実にするために冷媒の流れ
を制御している。

冷却システム２４の高温段階は冷媒ライン４６を通って
冷媒を送り込む圧縮機６０を備えている。圧縮機は冷媒
ライン４６中の冷媒の凝縮を確実にするために凝縮器６
２に冷媒を押し出し、そこから冷媒は熱膨張弁６４を通
って中間段階装置５０の蒸発器側に入る。冷媒は中間段
階装置５０の蒸発器側から熱膨張弁６４を制御するセン
サー６６を通って、圧縮機６０に戻る。弁６４及びセン
サー６６は中間段階装置５０の蒸発器側が装置５０の凝
縮器を通って流れる冷媒に充分な冷却を供給することを
確実にするために、弁５２及びセンサー５４と同じ方法
で作動する。

圧縮機はまた高温冷媒を圧縮機６２、冷媒ライン４６を
通って、高温蒸発器４２に流入する高温冷媒の量を制御
するための二個の選択的に作用するソレノイド型弁６８
及び７０に送り出ず。弁６８及び７０は制御システム２
６の電気制御ライン１０６から供給されるそれぞれの電
気信号に応答して、選択的に開閉する。ソレノイド弁６
８及び７０は下記表に従って作動する： 蒸ｌ器」叢の」Ｌ子　　　弁」旦ＩＬ悪　　　弁ユ見の
１（悪態　　負　　荷　　　　　　　　　　閉　　　　
　　　　　　閉低負荷（最小　　　　　閉　　　　　　
開冷却） 高負荷（最大　　　　　開　　　　　　閉冷却） 弁６８の出口は冷媒ライン４６で熱膨張弁７２を経由し
て、蒸発器４２の冷媒人口に接続し、一方弁７０は毛細
管７４を経由して、蒸発器４２の冷媒入口に接続してい
る。蒸発器４２の冷媒出口にあるセンサー７６はセンサ
ー５４及び６６がそれぞれ弁５２及び６４を制御するの
と同じ方法で熱膨張弁７２を制御し、蒸発器４２が適度
に冷却されている様にしている。冷媒はセンサー７６か
ら蒸発器圧力弁７８を経由して、圧縮機の人口に戻る。

この様に、圧縮機６０は冷媒ライン４６で形成される二
つのループ、一つは蒸発器４２を他は中間段階装置５０
の蒸発器側を経由する、に冷媒をポンプで送り出す。

今、制御システム２６を見ると、後者は混合弁３４の状
態、加熱器３８のパワーレベル及びソレノイド弁６８及
び７０の操作を全て試験場所２２の温度を操作員によっ
て設定された温度に到達させ、保持するために選択的に
制御する。

制御システム２６は三つの異った位置で空気流の温度を
それぞれ測定するため三個のセンサー９０．９２及び９
４を備えるのが好ましい。

センサー９０は場所２２の空気流の温度を測定するため
場所２２にとりつけられ、センサー９２は合流導管４０
の前加、熱器３８の出口にある導管部３２Ｄにとりつけ
られ、センサー９４は合流導管４０から充分に下流の、
蒸発器３６及び加熱器３８からの空気流が完全に混合さ
れる導管部３２Ｈにとりつけられる。

電気的入力ライン３６は操作員によって設定された温度
を示す電気的入力信号を伝達する。

ライン９６は集計器（ｓｕｍｍｉｎｇ　ｊｕｎｃｔｉｏ
ｎ）　９８の正側に接続される。集計器９８の負側はラ
イン１００に接続され、試験場所２２にあるセンサー９
０からの、試験場所の温度を示す信号を伝達するために
接続されている。

集計器９８の出力（設定温度Ｔｓと試験場所温度Ｔ１間
の誤差Ｅ１を表現する）は論理演算ユニット１０２及び
比例積分微分計（ＰＩＤ）１０４０入力に供給される。

論理演算ユニット１０２はまたセンサー９０からの信号
をライン１００経出で受信する。

論理演算ユニット１０２はソレノイド操作型スイッチ６
８および７０を、そしてこのようにセンサー９０で検出
された試験場所の温度に応答して蒸発器４２及び集計器
９８によって発生した誤差Ｅ１を制御する様に接続され
る。具体的にはライン１００及び集計器９８の出力は両
方とも論理演算ユニット１０２の入力に接続され、一方
論理演算ユニットの出力は制御ライン１０６に接続され
る。

論理演算ユニット１０２は第１に蒸発器４２がその低負
荷状態、即ち、弁６８が閉、弁７０が開の状態で作動す
ることを想定して設計されている。次にもしＥｌが一１
０℃よりも小であれば、即ち、試験場所の測定温度が操
作員によって設定された温度より１０℃以上低ければ、
蒸発器４２はその高負荷状態で、即ち、ソレノイド弁６
８が開、弁７０が閉の状態で、作動する様に設定されて
いる。しかしながら、もし試験場所２２においてセンサ
ー９０で測定された温度Ｔ１が一１０℃以下であれば（
試験場所が冷却され過ぎていることを示し、従って、蒸
発器の使用は不必要）、蒸発器４２は無負荷状態に、即
ち、弁６８および７０は蒸発器４２への冷媒の流れを止
める様に両方とも閉に、設定されている。

ＰＩＤ１０４は次の様に出力信号に７を発信する： （１）Ｋ７ｎ６ｗ＝に７ｏＩｄ　＋　（Ｋ１＊Ｅ１＋に
２＊Ｄ１）／２５に こで、Ｋ　７　ｎｅｗは新に７値： Ｋ　７　ｏｌｄは直前のに７値； に１は常数； Ｅｌは集計器９８からの入力信号電 流； に２は常数； Ｄ２はＥｌ（電流）と直前のＥｌ値 との差 である。

ＰＩＤ１０４の出力は集計器１０８の正側に接続されて
いる。集計器１０８の負側はライン１００で混合空気流
の温度を表現している導管部３２Ｅ中の混合空気流中に
あるセンサー９４からの信号Ｔ２を受信する。集計器１
０８の出力（Ｋ７−７２に等しい信号Ｅ２を供給する）
は混合弁３４の状態を制御するために使われるＰＩＤ１
１２の入力に、又加熱器３８に供給されるパワーを制御
するために及びまた混合弁３４の状態を制御するのに使
われるＰＩＤ１１４の入口に向けられる。

ＰＩＤ１１２は下記制御ファンクションから得られる出
力信号に８を発信する。

（２）Ｋ８＝　（Ｘｉ　＊Ｅ２＋Ｘ２＊Ｄ２）／２５に
こで、ｘｌは常数； Ｅ２は集計器１０８からの人力信号 電流； ｘ２は常数；そして Ｄ２はＥ２（電流）と直前のＥ２値 との差 である。

ＰＩＤＩ　１４は下記制御函数から得られる出力信号に
６を発信する。

（３）　Ｋ６ｎｅｗ　＝に６ｏ１ｄ　＋　（Ｋ３　’ｋ
Ｅ２　＋に４＊Ｄ２）／２５に こで、Ｋ　６　ｎｅｗは新に６値； Ｋ　６　ｏｌｄは直前のに６値： に３は常数； Ｅ２は集計器１０８からの入力信号 電流； に４は常数；そして Ｄ２はＥ２（電流）と直前のＥ２値 との差 である。

ＰＩＤＩ　１４の出力は加熱器３８のための温度設定点
であることが認められる筈である。ＰＩＤＩ　１４は加
熱器に向けられるパワーの上限及び下限を設定する機構
を持つことができ、上限の場合、加熱器は加熱され過ぎ
ない様に護られ、下限の場合は空気流が加熱されなけれ
ばならないときに、より良い制御及びす早い応答時間を
達成するために、加熱器を通過する空気流に最少量の熱
が与えられる。この関連で、混合弁３４は、以前に記し
た様に、少くとも最少量の空気が加熱器に常に供給され
ている。

ＰＩＤＩ　１４の出力は集計器１１６の正側と接続され
ている。集計器１１６は加熱器３８の空気流出口の所の
センサー９２からライン１１８を経由して信号Ｔ３を受
信する。集計器の出力信号は、従って、ＰＩＤＩ１２か
らの出力信号に６と温度信号Ｔ３の差に等しい誤差信号
Ｅ３である。集計器１１６の出力Ｅ３はパワ一ライン１
２２を経由して加熱器３８に動力信号Ｐを供給するため
の、及び論理演算ユニット１２４に入力信号を供給する
ためのＰＩＤＩ２０の人力に接続されている。ＰＩＤＩ
２０は下記制御ファンクションを実行するために作動す
る： （４）　Ｐ　６ｎｅｗ　”Ｐ　６ｏ１ｄ　＋　（Ｋ９＊
Ｅ３＋に１０＊Ｄ３）／２５に こで、Ｐ６ｎ−は新Ｐ６値； Ｐ６ｏ、、は直前のＰ６値； に９は常数： Ｅ３は集計器１１８からの人力信号 電流； ＫＩＯは常数；そして Ｄ３はＥ３（電流）と直前のＥ３値 との差 である。

ＰＩＤＩ０４、ＰＩＤＩ１２、Ｐ　Ｉ　Ｄ　１１４、及
びＰＩＤＩ２０のようなＰＩＤコントローラーは公知の
コントロール技術を用いるものであることは理解される
べきである。ＰＩＤコントローラーについての説明は、
例えばリチャード・ドルフ著のモダン・コントロール・
シルテム（Ｄｏｒｆ、Ｒｉｃｈａｒｄ　Ｃ，、Ｍｏｄｅ
ｒｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ。

Ｔｈ１ｒｄ　Ｅｄｉｔｉｏｎ、Ａｄｄｉｓｏｎ　Ｗｅｓ
ｌｅｙＰｕｂｌｉｓｈｉｎｇ　Ｇｏ、）第３版３７９−
３８３頁（１９８０）に記載されている。

パワーレベル信号Ｐはまた混合弁３４の状態を制御する
制御ループに加熱器の電流パワーレベルを設定するため
に論理演算ユニット１２４の入力端に与えられる。論理
演算ユニット１２４は最初に下記に従って変数Ｐ７の値
を決める： （５）Ｐ７＝５０−Ｐ Ｐ７＜−５０でなければ、Ｐ７＝−５０である。

定数５０は加熱器３８へのあるパワーレベルを表わすよ
うに選ばれた定数で、例えば、最大動力の２０％である
。この仕方で、この系が空気流の温度を上昇するために
加熱器３８に大量の、即ち、Ｐ値が１００（動力の４０
％に相当）を超えＰ７＜−５０、のパワーを必要とする
とき、Ｐ７の値は−５０に設定される、即ちパワーレベ
ルは４０％に設定される。信号Ｐ７／２０は集計器１２
６の負側に与えられ、集計器１２６はその正側にＰＩＤ
Ｉ２の出力に８を受信している。

集計器１２６の出力（信号Ｚｌを発信）は制御ラインに
接続し、それは続いて混合弁３４に接続している。上述
から明らかな様に信号Ｚ１はに８−Ｐ７／２０に等しく
、或は： （８）Ｚ　１＝　（Ｘｌ＊Ｅ２＋Ｘ２本Ｄ２）／２５６
−Ｐ７／２０ パワー信号ＰがＰ７＝−５０（加熱器３８への需要動力
が４０％より大きい）のとき、ライン１２８上の信号は
変更され、混合弁３４は加熱器３８へ流れる空気量を増
加し、蒸発器３６へは減少する様に作動することが認識
される。

このことは導管部３２Ｅを通過する空気を加熱器３８の
温度をあげることだけでなく、加熱器を流れる空気量を
相対的に増加している。この特徴はす早い応答を達成す
ることで動力を節減している。ユニッ）１２４はＰ７／
２０に等しい出力信号を発信する。

集計器１０８、ＰＩＤＩ　１４、集計器１１［１、ＰＩ
Ｄ１２０、加熱器３８及び二個のセンサー９２及び９４
を含む制御系２６部分は、現在の特許権者であるテムブ
トロニック　コーポレーション（Ｔｅｍｐｔｒｏｎｉｃ
　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）によって現に市販され又米
国特許出願連番第７２８．８８０号に記載されている温
度制御空気流システム４１２型に使われている制御シス
テムに類似していることが認められる。ただしセンサー
の一つが先願においてはこの試験されるデバイスに極め
て近接している位置におかれており又この様にＰＩＤ類
の制御機能がそこに示されているものから変形されてい
る。

運転中、装置ｌＯは加熱器３８ヘライン１２２を経由し
て供給されるパワー、低温蒸発器３６及び加熱器３８へ
供給される空気流の相対量を制御するために混合弁３４
の状態を制御するため制御ライン１２８経由で供給され
る制御信号、及び高温蒸発器４２の状態を制御するため
のソレノイド操作型弁６８及び７０への制御信号を制御
することによってエネルギー的に効率的な方法で試験場
所２２に於ける温度を制御する。

装置１０を運転するために、操作員は最初に空気流を発
生させる様にファン３０を起動する。次に操作員によっ
て温度Ｔｓが設定される。説明のために、当初試験場所
の温度は室温、即ち、約＋２５℃であり、操作員はこの
系を約＋６０℃で運転する様に設定したとする。

これは集計器９８の出力信号Ｅ１が＋３５℃を表現する
レベルの方に正に移動することになる。

論理演算ユニッ）１０２は最初蒸発器４２がその低負荷
状態、即ち、弁６８が閉、弁７０が開の状態で運転して
いると想定する。Ｅｌ（＋３５℃）は−１０℃以上であ
る。試験場所２２に於けるセンサー９０で測定された温
度ＴＩ（＋６０℃）は−１０℃より大きい。論理演算ユ
ニット１０２は、従って、ソレノイド弁６８及び７０に
適切な信号を送り、毛細管７４経由して蒸発器４２に送
られる冷媒を作る様に弁６８を閉に、弁７０を開とし、
そのことで高温蒸発器４２は低負荷状態で運転し、部分
冷却を行なう。

ＰＩＤ１０４の出力、Ｋ７、は増加し始め、空気流の温
度は上昇できる。これはＥ２が零から増加することとな
る。Ｅ２の増加はＰＩＤ１１２及び１１４への増加とな
る。ＰＩＤ１１２は集計器１２６への増加する信号に８
を発信し、ＰＩＤＩ　１４は集計器１１６への増加する
温度設定点を作る様な増加する信号に６を発信する。セ
ンサー９２及び９４で測定された温度がライン９６上で
の人力温度設定信号Ｔｓによって示されるよりも低いか
ら、Ｅ３の値は正である。加熱器３８へ供給される動力
が増加し、混合弁３４は調節されて大量の空気流が加熱
器３８に向けられ、蒸発器３６へは少くなる。

センサー９０．９２及び９４の全てがＥｌ、Ｅ２及びＥ
３の減少の結果の上昇する温度を感知する。ＰＩＤ１０
４．１１２．１１４及び１２０にあられれる微分項がこ
のシステムの不合理な行き過ぎを防止し、センサー９０
で感知される様に試験場所２２に於ける温度は＋６０℃
で安定する。

第２図で示される様に、曲線２Ａはセンサー９４で検出
される混合空気の温度の変化を示しし、一方試験場所に
於ける空気流の温度の変化（センサー９０で検出される
）は曲線２Ｂで示される。曲線２Ａの部分で示される＋
６０”Ｏを超える行き過ぎはＰＩＤ１０４．１１２゜１
１４及び１２４の微分項の結果である。この行き過ぎは
試験場所２２の温度を、速い応答時間とエネルギー節約
をもって、より速く＋６０℃のレベルに上昇させる。

次に、温度は操作員によって＋６０℃から＋２５℃に減
少されると想定する。これはＥ１＝＋２５℃−（＋６０
℃）＝−３５℃となる。

Ｅｌ＜−１０℃であるから、高温蒸発器４２を高負荷状
態の条件とすることになる。従って、論理演算ユニット
１０２は必要な制御信号をライン１０６を経由してソレ
ノイド弁６８及び７０に供給し、弁６８は開、弁７ｏは
閉となる。これは膨張弁７２及び蒸発器４２を流れる高
温冷媒が、蒸発器中で最大に使われることになる。Ｅｌ
が負であるから、Ｋ７は減少し、その結果Ｅ２は負とな
る。ＰＩＤ１１２は出力に８を下げ、混合弁を動かして
蒸発器３６へ行く空気の流れを増加し、加熱器３８への
流れを減少させる。更に、負のＥ２はＰＩＤ１２０に集
計器１１６の負のＥ３出力を発信する。ＰＩＤ１２０は
続いて、ライン１２２を経由する加熱器３８へのパワー
を下げて、蒸発土量を減少する。

試験場所２２に於ける温度を＋６０　”Ｃがら＋２５℃
の方へ低下させるとき、その＋２５℃への途中で＋３５
℃に達したとき、Ｅｌの値は等しく、それから設定温度
Ｔｓと試験場所の空気流の温度Ｔ１間の差は一１０℃以
下に低下する。Ｅｌが一１０℃の誤差以下に低下したと
き、論理演算ユニッ）１０２の出力は高温蒸発器を高負
荷から低負荷運転に切り替えさせる。

この様に、ソレノイド弁６８は閉じ、弁７ｏは開いて、
冷媒を高温蒸発器４２に流入する前に毛細管７２に流入
させる。

第３図に示される様に１曲線３Ａはセンサー９４で検出
された混合空気の温度の変化を示す、一方試験場所２２
に於ける空気温度の変化（センサー９０で検出される）
は曲線３Ｂで示される。曲線３Ａの部分で示されている
２５℃以下に沈んでいる行き過ぎはＰＩＤ１０４．１１
２．１１４及び１２０の微分項の結果である。この行き
過ぎは試験場所２２の温度を、速い応答時間とエネルギ
ー節約をもって、より速く＋２５℃のレベルに低下させ
る。

最後に、説明のために、システムが＋２５℃で安定した
と想定する。操作員は設定温度Ｔｓを一５０℃に設定す
る。これはＥｌが一５０’０％５　日 −（＋２５℃）即ち一７５℃を表現する値にまで低下す
ることになる。論理演算ユニッ）　１０２は高温蒸発器
を高負荷状態に設定し、冷媒が蒸発器４２に流入するの
に先だって、熱膨張弁７２を通過する様にソレノイド弁
６８を開に、弁７０を閉とする。Ｅｌが一７５℃に等し
いから、Ｋ７は低下、Ｅ２の値は負となる。Ｋ６及びに
８の値は下降し、混合弁３４は蒸発器３６に空気流の多
くが、そして、加熱器３８に少く流入するように動かさ
れる。第４図に示される様に、センサー９０で検知され
た試験場所の温度が一１０℃になったとき、論理演算ユ
ニット１０２は高温蒸発器４２の状態を高負荷から、ソ
レノイド弁の両方が閉となる無負荷の状態に変化する。

このことは、温度が降下し続けるときに、冷媒が蒸発器
４２の中に集まらないで、ついで冷凍システムが安定に
なることを確実にする。第４図に示される様に第２図及
び第３図と同様に、ＰＩＤ１０４．１１２．１１４及び
１２０の微分計によって調節される行き過ぎは試験場所
の温度を比較的早く一５０℃に設定された温度に安定す
る。

制御システム２６及び論理演算ユニット１０２、及び１
２４及びＰＩＤ１０４．１１２．１１４、及び１２４の
上記制御機能は好ましくは、ＨＰＩＢとして市販されて
いるＩ　ＥＥＥ−４８８の様な平行インターフェイス　
バ　　ス（１ｎｔｅｒｆａｃｅ　ｂｕｓ）を装備した、
前述の米国出願連番第７２８，８６０号記載のカリフォ
ルニア州ビューレット　パラカード（Ｈｅｗｌｅｔｔ、
　Ｐａｃｋ−ａｒｄ）社製パーソナルコンピューターＨ
Ｐ−８５型の様な外部コンピューターで行なわれる。付
は加えられる外部コンピューター及びＴ　ＥＥＥ−４８
８オプシヨンは両方ともライン９６上に供給された設定
温度及びセンサー９０．９２及び９４で検知された温度
の示度を変更するために外部制御器を装備する。

装置１０は操作員が新温度を設定した時刻と新温度に到
達し、システムが新温度に安定した時刻の間の温度移動
時間を比較的早く試験場所２２の所の空気流の温度に到
達し又保持する改良システムを提供する。３つのセンサ
ー９０．９２及び９４の使用によって空気流の温度制御
は改善される。論理演算ユニット１０２及び高温蒸発器
４２の状態制御のためのソレノイド弁６８及び７０の使
用は蒸発器４２の熱ストレスを減少するのに役立ってい
る。低温蒸発器３６を及び加熱器３８の各々を流れる二
つの空気流の正しい混合比を決定するための混合弁３４
の状態を制御する制御システム２６の装備はエネルギー
をより有効に使用する。更に、エネルギー消費は加熱器
３８に供給されたパワーがあらかじめきめられたレベル
、たとえば、最大パワーの４０％を超えたとき、低温蒸
発器３６よりも加熱器３８に大きい比率で流通させるよ
うに混合弁を使用することによって減少する。

いくらかの変更が、本発明の範囲から離れることなく、
上記装置及び方法になされ得る。たとえば、冷却システ
ム２４は二段冷却システムで示されているが、後者は一
段システムでも良く、或は装置によっては三段或はより
多段を含むことができる。

いくらかの他の変更が、ここに含まれる本発明の範囲か
ら離れることなしに、上記装置及び方法になされ得るか
ら、上記説明に含まれ或は添付された図面に示される全
ての事項は限定された意味でなく説明的意味と解釈され
ることを意図している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好ましい具体例を示す部分ブロック図
及び部分線図である。 第２図ないし第４図は第１図で示された装置の典形的応
答の例のグラフ図解である。 ［主要部分の符号の説明］ ２２・・・・・・試験場所 ２４・・・・・・冷却システム ３０・・・・・・ファン ３４・・・・・・混合弁 ３６・・・・・・蒸発器 ３８・・・・・・加熱器 ４２・・・・・・高温蒸発器 ５０・・・・・・中間段階装置 ５４．６６．７６．９０．９２．９４・・・・・・・・
・・センサー ６２・・・・・・凝縮器 ４８．６０・・・圧縮機

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、特定の範囲の温度から選ばれあらかじめ選定された
   温度で、あらかじめ決められた場所での温度を正確に制
   御する装置において、流体の加圧された流れを発生する
   手段； 該流れを第１及び第２成分流に分解する手段； 該第１成分流を加熱するための第１制御信号に応答する
   加熱手段； 該第２成分流を冷却するための冷却手段； 該第１及び第２成分流を混合し混合流とする混合手段； 該第１及び第２成分流の混合流を制御するための第２制
   御信号に応答する制御手段； 該場所に該混合流を移送するための手段；及び あらかじめ選定された温度、該加熱手段から下流にある
   該第１成分流の温度、該混合流の温度及び該あらかじめ
   決められた場所でのあらかじめ定められた該温度の函数
   として該第１及び第２制御信号を発信する信号発生手段
   から構成される装置。 ２、該流れを該第１及び第２成分流に分離する該手段が
   、該流れの実質的に全てが該第１成分流に向けられる第
   １最端状態と、該流れの実質的に全てが該第２成分流に
   向けられる第２最端状態の間で、及び該流れがあらかじ
   め選定された割合で該第１及び第２成分流に分離される
   、第１及び第２最端状態の間の中間状態間で動きを得る
   混合弁より成る特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ３、該第１制御信号が該加熱手段に与えられるパワー信
   号であり、該信号発生手段が該パワー信号の最大値設定
   する手段を含み、該パワー信号が該流れを該第１及び第
   ２成分に分離するための手段への該第２信号を発生する
   ための最大限界を越えたときに該信号制御手段が該流れ
   の第１成分流を増し、第２成分流を減らせるようにパワ
   ー信号に応答手段を含む特許請求の範囲第１項に記載の
   装置。 ４、更に、該流れを発生するための該手段に該混合流れ
   を還流する手段を含み、それにより該流れが該装置中を
   循環する特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ５、該混合流れを還流するための該手段が該混合流を再
   冷却するための第２冷却機構を含むむ特許請求の範囲第
   ４項に記載の装置。 ６、該第１に冷却手段及び該第２冷却手段が２段の多数
   冷却システムを用いる特許請求の範囲第５項に記載の装
   置。 ７、該信号発生手段があらかじめ選定された温び該あら
   かじめ決められた場所での温度の函数として第３制御信
   号を発生し、該第２冷却手段少くとも二個のファンクシ
   ョンモードで機能する様に、該第３制御信号に応答し、
   該第２冷却手段が該あらかじめ決められた場所での温度
   があらかじめ決められた値以下であるときに該ファンク
   ションモードの一つで作動せず、また該あらかじめ決め
   られた場所での温度が該あらかじめ決められた値以上で
   あるとき、該混合流を冷却するために該モードの第２で
   作動する特許請求の範囲第５項に記載の装置。 ８、該信号発生手段があらかじめ選定された温度及び該
   あらかじめ決められた場所での温度の函数としての第３
   制御信号を発生し、該第２冷却手段が少くとも３個のフ
   ァンクションモードで機能するように応答し、該第２冷
   却手段が該あらかじめ決められた場所での温度があらか
   じめ決められた値以下のとき該ファンクションモードの
   一つに作動せず、そして該あらかじめ決められた場所で
   の該温度が該あらかじめ決められた値以上であるとき、
   該第２及び第３ファンクションモードで作動し、該第２
   冷却手段はあらかじめ選定された温度と該場所での温度
   間の温度差があらかじめ決められた値以下であるとき、
   該第２ファンクションンモードで該混合流れを部分的に
   再冷却するよう作動するようにされており、そして該温
   度差が該あらかじめ決められた値よりも大きいとき、該
   第３ファンクションモードで該混合流を最大限再冷却す
   るよう作動するようにされている特許請求の範囲第５項
   に記載の装置。 ９、該第２冷却手段が高温蒸発器及び毛細管を含み、且
   つ、該蒸発器を通る冷媒の流れを該第２及び第３ファン
   クションモードで、毛細管を経由して流れる冷媒の流れ
   を該第２ファンクションモード制御する該第３制御信号
   に応答する手段を含む特許請求の範囲第８項に記載の装
   置。 １０、特定の範囲の温度から選ばれあらかじめ選定され
   た温度で、あらかじめ決められた場所で温度を正確に制
   御する方法において、加圧された流体の流れを発生する
   ； 該流れを第１及び第２成分流に分離する； 第１制御信号に応答して該第１成分流を加熱する； 該第２成分流を冷却する； 混合流とするように該第１及び第２成分流を混合する； 第２制御信号に応答して該第１及び該第２成分流の混合
   量を制御する； 該混合流を該場所に移送する；及び あらかじめ選定された温度、該加熱された第１成分流の
   温度、混合流の温度、及び該あらかじめ決められた場所
   での該温度の函数として該第１及び第２制御信号を発生
   する各段階から構成される方法。 １１、該流れを該第１及び第２成分流に分離する該段階
   が該第１及び第２成分流に向けられる該流れの相対的量
   を制御する段階より成る特許請求の範囲第１０項に記載
   の方法。 １２、該第１制御信号が該流れを加熱するための動力信
   号であり、該第１制御信号を発生する該段階があらかじ
   め決められた最大値に対して該動力信号を比較する段階
   及び該動力信号が該最大値を超えるとき該流れを該第１
   成分流に多く、そして、該流れを該第２成分流に少く向
   けるために該動力信号を比較する段階を含む、特許請求
   の範囲第１０項に記載の方法。 １３、さらに、該混合流を再循環する段階を含む特許請
   求の範囲第１０項に記載の方法。 １４、該混合流を再循環する段階が該混合流を再冷却す
   る段階を含む特許請求の範囲第１３項に記載の方法。 １５、該第２成分流の冷却及び該混合流を再冷却する段
   階が二段階の多段冷却方法を含む特許請求の範囲第１３
   項に記載の方法。 １６、更にあらかじめ選定された温度及び該あらかじめ
   決められた場所での温度の函数として第３制御信号を発
   生する段階を含み、且つ該混合流を再冷却する該段階が
   該第３制御信号に応答して再冷却の該段階が該あらかじ
   め決められた場所での温度があらかじめ決められた値以
   上であるときにのみ行なわれる特許請求の範囲第１４項
   に記載の方法。 １７、更に、該混合流を再冷却する段階が、あらかじめ
   選択された温度と該場所での温度間の温度差があらかじ
   め決められた値以下であるとき、該混合流を部分的に再
   冷却する段階、及び該温度差があらかじめ決められた値
   以上であるとき、混合流を最大限再冷却する段階を択一
   的に行なう特許請求の範囲第１６項に記載の方法。 １８、該混合流を再冷却する段階が該混合流の高温蒸発
   機を通ることを含み且つ該混合流を部分的に再冷却する
   該段階が該蒸発機の冷媒の毛細管を通る段階を含む特許
   請求の範囲第１７項に記載の方法。