JPH0320653B2 - - Google Patents

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
制御によつて、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、
ウエフアー、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つ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
よつ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。後者の状態で、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
することによつ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つと大きい冷凍シス
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（heat sink）
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
したがつ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値ぐ下流に置
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ユーセツツ・
ニユートンのテンプトロニツク・コーポレーシヨ
ン（Temptronic Corporation）から購入可能な
ステムである412型（DUT オプシヨンン付き）
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ヨージ・イーガ
ー（George Eager）及びピーター・セルバース
トン（Peter Selverstone）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728860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な操作員によつて設定
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つて達成された。

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。従つて、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、本特許出願の範囲は特許請求
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
ロツ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１０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２
０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、好ましくはフアン３０
の形で、加圧流体、好ましくは空気、の流れをた
とえば0.85m³／min（≒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３
２で示される空気導管を通って流体流システム２
０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。空気流はフアン３０から空気混合
弁３４に向けられる。空気混合弁はフアン３０か
ら受け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３
６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は多数の異つた状
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つている。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つて移動すると、弁の他
の最端状態になるまで、大部分の空気は導管部３
２Ｂ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３２
Ｂ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３４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、よつ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（American
Society of Heating，Refrigeration and Air−
conditiong Engineers）（ASHRAE）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つて異る。加熱器
３８は良く知られた構造のどの様な型の加熱器で
あつてもよく、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１２２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を通つて合流導管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３
２Ｅに供給される。導管部３２Ｅは試験場所２２
にまでつながつている。

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を通つて、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、ASHRAE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を通つてフアン３
０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３６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４
４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４８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の冷媒入口に
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によつ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５２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
つ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
を通つ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６２に冷媒を押し出し、そ
こから冷媒は熱膨張弁６４を通つて中間段階装置
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を通つて、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の凝縮器を通つ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を通つて、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に送り出す。弁６
８及び７０は制御システム２６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６８及び
７０は下記表に従つて作動する：蒸発器４２の様子 弁６８の状態 弁７０の状態 無負荷 閉 閉 低負荷（最小冷却） 閉 閉 高負荷（最大冷却） 開 閉 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の冷媒入口に接続し、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、圧縮機の入口に
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つ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は三つの異つた位置で空気流
の温度をそれぞれ測定するため三個のセンサー９
０，９２及び９４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３２
Ｄ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３２Ｅにと
りつけられる。

電気的入力ライン３６は操作員によつて設定さ
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 junction）９８の正
側に接続される。集計器９８の負側はライン１０
０に接続され、試験場所２２にあるセンサー９０
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）は論理演算ユニツ
ト１０２及び比例積分微分計（PID）１０４の入
力に供給される。論理演算ユニツト１０２はまた
センサー９０からの信号をライン１００経由で受
信する。

論理演算ユニツト１０２はソレノイド操作型ス
イツチ６８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によつて発生した誤差
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
算ユニツト１０２の入力に接続され、一方論理演
算ユニツトの出力は制御ライン１０６に接続され
る。

論理演算ユニツト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E1が−10℃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つて設定さ
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６８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−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、従つて、蒸発器の使用は不必要）、蒸発器４
２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K7を発信す
る： (1) K7_oew＝K7_pld ＋（K1＊E1＋K2＊D1）／256 ここで、K7_oewは新K7値； K7_pldは直前のK7値； K1は常数； E1は集計器９８からの入力信号電流； K2は常数； D2はE1（電流）と直前のE1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１
００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１０８の出力
（K7−T2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は下記制御フアンクシヨンから得
られる出力信号K8を発信する。

(2) K8＝（X1＊E2＋X2＊D2）／256 ここで、X1は常数； E2は集計器１０８からの入力信号電流； X2は常数；そして D2はE2（電流）と直前のE2値との差 である。

PID１１４は下記制御函数から得られる出力
信号K6を発信する。

(3) K6_oew＝K6_pld ＋（K3＊E2＋K4＊D2）／256 ここで、K6_oewは新K6値； K6_pldは直前のK6値； K3は常数； E2は集計器１０８からの入力信号電流； K4は常数；そして D2はE2（電流）と直前のE2値との差 である。

PID１１４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。PID
１１４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、より良い刺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３
４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。

PID１１４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、従つて、PID１１２からの出力信号
K6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はパワーライン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、及び論理演算ユニツト１２４に入
力信号を供給するためのPID１２０の入力に接
続されている。PID１２０は下記制御フアンク
シヨンを実行するために作動する： (4) P6_oew＝P6_pld ＋（K9＊E3＋K10＊D3）／256 ここで、P6_oewは新P6値； P6_pldは直前のP6値； K9は常数； E3は集計器１１８からの入力信号電流； K10は常数；そして D3はE3（電流）と直前のE3値との差 である。

PID１０４、PID１１２、PID１１４、及び
PID１２０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、例えばリチヤード・ドルフ著
のモダン・コントロール・シルテム（Dorf、
Richard C.、Modern Control Systems、
Third Edtiton、Addison Wesley Publishing
Co.）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ツト１２４
の入力側に与えられる。論理演算ユニツト１２
４は最初に下記に従つて変数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１２６
の負側に与えられ、集計器１２６はその正側に
PID１２の出力K8を受信している。

集計器１２６の出力（信号Z1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K8−P7／20に等しく、或は： (6) Z1＝（X1＊E2＋ X2＊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１２
８上の信号は変更され、混合弁３４は加熱器３
８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。ユニツト１２４はP7／20に等しい出力信
号を発信する。

集計器１０８、PID１１４、集計器１１６、
PID１２０、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
者であるテムプトロニツク コーポレーシヨン
（Temptronic Corporation）によつて現に市販
され又米国特許出願連番第728860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
式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１０は加熱器３８へライン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
とによつ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、装作員は最初に空
気流を発生させる様にフアン３０を起動する。次
に操作員によつて温度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。

論理演算ユニツト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。E1（＋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T1（＋60℃）は−10℃よ
り大きい。論理演算ユニツト１０２は、従つて、
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１１
４への増加となる。PID１１２は集計器１２６へ
の増加する信号K8を発信し、PID１１４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K6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上での入力温度設
定信号Tsによつ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E1、E2
及びE3の減少の結果の上昇する温度を感知する。
PID１０４，１１２，１１４及び１２０にあらわ
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９
４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℃を超える行き過
ぎはPID１０４，１１２，１１４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つ
て、より速く＋60℃のレベルに上昇させる。

次に、温度は操作員によつて＋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。E1＜−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。従つて、論理演算ユニツト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７０
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。E1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K8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、蒸発生量を減少する。

試験場所２２に於ける温度を＋60℃から＋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、E1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−10℃以下に低下する。E1が−10℃の誤差以
下に低下したとき、論理演算ユニツト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７０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、曲線３Ａはセンサー９
４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PID１０４，１１２，１１４及び１
２０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
約をもつて、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−50
℃に設定する。これはE1が−50℃−（＋25℃）即
ち−75℃を表現する値にまで低下することにな
る。論理演算ユニツト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
に先だつて、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。E1が−
75℃に等しいから、K7は低下、E2の値は負とな
る。K6及びK8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９０で検知された試験場所の温度
が−10℃になつたとき、論理演算ユニツト１０２
は高温蒸発発器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、PID
１０４，１１２，１１４及び１２０の微分計によ
つて調節される行き過ぎは試験場所の温度を比較
的早く−50℃に設定された温度に安定する。

制御システム２６及び論理演算ユニツト１０
２、及び１２４及びPID１０４，１１２，１１
４、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IEEE−488の様な平
行インターフエイス バス（interface bus）を
装備した、前述の米国出願連番第728860号記載の
カリフオルニア州ヒユーレツト パツカード
（Hewlett Packard）社製パーソナルコンピユー
ターHP−85型の様な外部コンピユーターで行な
われる。付け加えられる外部コンピユーター及び
IEEE−488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９
４の使用によつて空気流の温度制御は改善され
る。論理演算ユニツト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
立つている。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つて減少す
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
装置によつ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
ロツ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型的応答の例のグ
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……フアン、３４…
…混合弁、３６……蒸発器、３８……加熱器、４
２……高温蒸発器、５０……中間段階装置、５
４，６６，７６，９０，９２，９４……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 該第１及び第２制御信号を発信する信号発生手
   段（ここで、該第１制御信号は該加熱手段のため
   に準備された動力信号でありそしてあらかじめ選
   定された温度、該加熱手段から下流の第１成分流
   の温度、該混合流の温度及び該あらかじめ定めら
   れた場所の温度により発生する函数であり、そし
   て第２制御信号はあらかじめ選定された温度、該
   混合流の温度および該あらかじめ定められた場所
   の温度の函数として発生し、該信号発生手段は該
   動力信号の上限を設定する手段を含み、該制御手
   段は、該動力信号がその上限を越えた時に該動力
   信号に応答して、該第１および第２成分流の相対
   量を修正することによつて該混合流を修正しまた
   該加熱手段によつて消費された動力信号を減少す
   るように該第２制御信号を発信する手段を含む）
   を含む装置。 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を
   含む特許請求の範囲第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制御信号を発生し、該第２冷却手段少
   なくとも二個のフアンクシヨ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アンクシ
   ヨ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
   が少なくとも３個のフアンクシヨンモードで機能
   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アンクシヨンモードの一つに
   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フアンクシヨンモードで作
   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フアンクシヨン
   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
   フアンクシヨ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フアンクシヨンモードで、毛細管を経由し
   て流れる冷媒の流れを該第２フアンクシヨンモー
   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 該第１及び第２制御信号を発信する（ここで、
   該第１制御信号は該第１成分流を加熱するために
   準備された動力信号でありそしてあらかじめ選定
   された温度、加熱以降の下流の第１成分流の温
   度、該混合流の温度及び該あらかじめ定められた
   場所の温度により発生する函数であり、そして第
   ２制御信号はあらかじめ選定された温度、該混合
   流の温度および該あらかじめ定められた場所の温
   度の函数として発生し、該信号発生は該動力信号
   の上限を設定し、該制御信号は、該動力信号がそ
   の上限を越えた時に該動力信号に応答して、該第
   １および第２成分流の相対量を修正することによ
   つて該混合流を修正しまた該第１成分流を加熱す
   ることによつて消費された動力信号を減少するよ
   うに該第２制御信号を発信する信号を含む）各段
   階を含む方法。 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を含む特許請求の範
   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
   越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成分流に少なく向けるために
   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
   温蒸発器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器の冷媒の毛細管を
   通る段階を含む特許請求の範囲第１７項に記載の
   方法。