(57)【要約】【課題】温度制御対象物の加熱や冷却を広い温度範囲で的確に行えるような温度制御システムと温度制御装置を提供する。【解決手段】ペルチェモジュール１を上下に重ね合わせて複数配置し、最上段のペルチェモジュール１の上端上に配置した被温度制御対象物９の温度可変動作を温度制御装置の制御により行う。被温度制御対象物９の温度を温度センサ１０で検出し、温度制御装置は、被温度制御対象物９の目標温度と温度センサ１０の検出温度との差を零に近づけるために複数のペルチェモジュール全体を駆動する電力を決定し、決定した電力をそれぞれのペルチェモジュール１毎に予め定められた電力配分率でそれぞれのペルチェモジュール１に配分し、この配分された電力でそれぞれのペルチェモジュール１を駆動する。【選択図】図２
2007280121.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する上端と下端の一方面を排熱面と成し他方面を吸熱面と成した複数のペルチェモジュールを一方側のペルチェモジュールの吸熱面側と他方側のペルチェモジュールの排熱面側を隣接させて上下に重ね合わせて配置して、最上段のペルチェモジュールの上端上に配置した被温度制御対象物の温度可変動作を行う温度可変装置を形成し、前記被温度制御対象物の温度を直接的または間接的に検出する対象物温度検出手段と、前記温度可変装置による温度可変動作の制御を行う温度制御装置とを設け、該温度制御装置は、前記被温度制御対象物の目標温度を設定する目標温度設定部と、該目標温度設定部により設定した目標温度と前記対象物温度検出手段により検出する検出温度との温度差を零に近づけるために前記複数のペルチェモジュール全体を駆動する電力を決定する駆動電力決定手段と、該駆動電力決定手段により決定した電力を前記それぞれのペルチェモジュール毎に予め定められた電力配分率でそれぞれのペルチェモジュールに配分する電力配分手段と、該電力配分手段により配分された電力でそれぞれのペルチェモジュールを駆動するペルチェモジュール駆動手段とを有することを特徴とする温度制御システム。
【請求項２】
電力配分手段は、ペルチェモジュール駆動手段に接続される回路の電気抵抗を調整することによりそれぞれのペルチェモジュールの駆動電力を配分する電力配分回路を有していることを特徴とする請求項１記載の温度制御システム。
【請求項３】
目標温度と被温度制御対象物の温度との温度差毎にそれぞれのペルチェモジュール毎の配分率を定めた温度差対応電力配分率データが予め与えられており、電力配分手段は温度可変装置の駆動開始から予め定められた時間間隔で対象物温度検出手段により検出される検出温度と前記目標温度との温度差と前記温度差対応電力配分率データとに基づいて前記時間間隔毎に電力配分率を定め、この電力配分率で前記時間間隔毎にそれぞれのペルチェモジュールに電力配分を行うことを特徴とする請求項１または請求項２記載の温度制御システム。
【請求項４】
温度差対応電力配分率データは、目標温度と被温度制御対象物の温度との温度差に対して各ペルチェモジュールの配分率を定めたテーブルデータにより与えられており、電力配分手段は、温度可変装置の駆動開始から予め定められた時間間隔で対象物温度検出手段により検出される検出温度と前記目標温度との温度差に対応する各ペルチェモジュールの電力配分率を前記テーブルデータから選択する配分率選択手段を有することを特徴とする請求項３記載の温度制御システム。
【請求項５】
被温度制御対象物の温度を目標設定温度に近づけるために電力配分手段がそれぞれのペルチェモジュールに電力を配分する機能に加え、被温度制御対象物の温度上昇速度と温度下降速度の少なくとも一方の速度を最速にするために各段のペルチェモジュールの駆動電力の配分率を決定して電力を配分する機能と、前記被温度制御対象物の制御温度と最下段のペルチェモジュールの下端側の温度との差を最大とするために各段のペルチェモジュールの駆動電力の配分率を決定して電力を配分する機能とを有し、前記機能のいずれかを選択する機能選択手段を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の温度制御システム。
【請求項６】
対向する上端と下端の一方面を排熱面と成し他方面を吸熱面と成した複数のペルチェモジュールを一方側のペルチェモジュールの吸熱面側と他方側のペルチェモジュールの排熱面側を隣接させて上下に重ね合わせて配置して、最上段のペルチェモジュールの上端上に配置した被温度制御対象物の温度可変動作を行う温度可変装置を形成し、前記被温度制御対象物の温度を直接的または間接的に検出する対象物温度検出手段と、前記温度可変装置による温度可変動作の制御を行う温度制御装置とを設け、該温度制御装置は、前記被温度制御対象物の目標温度を設定する目標温度設定部と、該目標温度設定部により設定した目標温度と前記対象物温度検出手段により検出する検出温度との温度差を求める温度差検出手段と、該温度差検出手段により検出する温度差に基づき該温度差を零に近づけるためにそれぞれのペルチェモジュールの上端と下端との温度差を決定する温度差配分決定手段と、最上段のペルチェモジュールの吸熱量を設定する最上段吸熱量設定部と、該最上段吸熱量設定部により設定した吸熱量を得ることができ、かつ、前記温度差配分決定手段により決定した最上段ペルチェモジュールの上端と下端との温度差を得ることができるペルチェモジュールの駆動電力量を予め与えられている最上段ペルチェモジュールの特性データに基づき最上段のペルチェモジュールの駆動電力量として決定する最上段駆動電力量決定手段と、前記温度差配分決定手段により決定した上から２段目のペルチェモジュールの上端と下端との温度差を得ることができ、かつ、前記最上段ペルチェモジュールの放熱量近傍で該放熱量以上の値の吸熱量を得ることができる駆動電力量の値を予め与えられている２段目のペルチェモジュールの特性データに基づき２段目のペルチェモジュールの駆動電力量として決定するといった如く、上から２段目以下の各ペルチェモジュールの駆動電力量を、前記温度差配分決定手段により決定した対応するペルチェモジュールの上端と下端との温度差を得ることができ、かつ、その１段上のペルチェモジュールの放熱量近傍で該放熱量以上の値の吸熱量を得ることができる値に各段のペルチェモジュール毎に各段のペルチェモジュールの特性に基づいて決定する２段目以下各段駆動電力量決定手段と、該２段目以下各段駆動電力量決定手段と前記最上段駆動電力量決定手段とにより決定した電力で対応する各ペルチェモジュールを駆動するペルチェモジュール駆動手段とを有することを特徴とする温度制御システム。
【請求項７】
最下段のペルチェモジュールの放熱量を求める最下段放熱量算出部と、該最下段放熱量算出部により求めた放熱量に基づき最下段ペルチェモジュールの放熱量の許容範囲または上限値を設定する最下段放熱量許容値設定部と、最下段ペルチェモジュールの下端部の温度を検出する下端部温度検出手段と、該下端部温度検出手段により検出される検出温度に基づいて求められる最下段ペルチェモジュールの放熱量検出値が前記最下段放熱量許容値設定部により設定される許容範囲または上限値を越えて大きくなったときには最上段ペルチェモジュールの吸熱量を小さくする方向に調整する吸熱量フィードバック制御部を有することを特徴とする請求項６記載の温度制御システム。
【請求項８】
被温度制御対象物の温度制御開始時に、多段配置されたペルチェモジュールのうち最上段のペルチェモジュールの上に前記被温度制御対象物を搬送移動し、該被温度制御対象物の温度制御終了時には、該被温度制御対象物を前記最上段のペルチェモジュールの上から外す対象物移動手段を有していることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一つに記載の温度制御システム。
【請求項９】
請求項１乃至請求項５のいずれか一つまたは請求項８の温度制御システムに適用されて、多段配置ペルチェモジュールによる温度可変動作の制御を行う温度制御装置であって、該温度制御装置は、前記被温度制御対象物の目標温度を設定する目標温度設定部と、該目標温度設定部により設定した目標温度と対象物温度検出手段により検出する検出温度との差を零に近づけるために前記複数のペルチェモジュール全体を駆動する電力を決定する駆動電力決定手段と、該駆動電力決定手段により決定した電力を前記それぞれのペルチェモジュール毎に予め定められた電力配分率でそれぞれのペルチェモジュールに配分する電力配分手段と、該電力配分手段により配分された電力でそれぞれのペルチェモジュールを駆動するペルチェモジュール駆動手段とを有することを特徴とする温度制御装置。
【請求項１０】
請求項６または請求項７または請求項８記載の温度制御システムに適用されて、多段配置ペルチェモジュールによる温度可変動作の制御を行う温度制御装置であって、該温度制御装置は、前記被温度制御対象物の目標温度を設定する目標温度設定部と、該目標温度設定部により設定した目標温度と対象物温度検出手段により検出する検出温度との温度差を求める温度差検出手段と、該温度差検出手段により検出する温度差に基づきそれぞれのペルチェモジュールの上端と下端との温度差を決定する温度差配分決定手段と、最上段のペルチェモジュールの吸熱量を設定する最上段吸熱量設定部と、該最上段吸熱量設定部により設定した吸熱量を得ることができ、かつ、前記温度差配分決定手段により決定した最上段ペルチェモジュールの上端と下端との温度差を得ることができるペルチェモジュールの駆動電力量を予め与えられている最上段ペルチェモジュールの特性データに基づき最上段のペルチェモジュールの駆動電力量として決定する最上段駆動電力量決定手段と、前記温度差配分決定手段により決定した上から２段目のペルチェモジュールの上端と下端との温度差を得ることができ、かつ、前記最上段ペルチェモジュールの放熱量近傍で該放熱量以上の値の吸熱量を得ることができる駆動電力量の値を予め与えられている２段目のペルチェモジュールの特性データに基づき２段目のペルチェモジュールの駆動電力量として決定するといった如く、上から２段目以下のペルチェモジュールの駆動電力量を、前記温度差配分決定手段により決定した対応するペルチェモジュールの上端と下端との温度差を得ることができ、かつ、その１段上のペルチェモジュールの放熱量近傍で該放熱量以上の値の吸熱量を得ることができる値に各段のペルチェモジュール毎に各段のペルチェモジュールの特性に基づいて決定する２段目以下各段駆動電力量決定手段と、該２段目以下各段駆動電力量決定手段と前記最上段駆動電力量決定手段とにより決定した電力で対応する各ペルチェモジュールを駆動するペルチェモジュール駆動手段とを有することを特徴とする温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ペルチェモジュールを用いて被温度制御対象物の温度を可変して目標温度にするために用いられる温度制御システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、産業用、業務用、家電用として、被温度制御対象物を加熱したり冷却したりすることが多く行われている。そのような中で、ペルチェモジュールは、被温度制御対象物を集中的に温度制御することができ、かつ、高精度な温度制御が実現できることから注目されてきた（例えば特許文献１、２、参照）。
【０００３】
ペルチェモジュールは、例えば図８（ａ）、（ｂ）に示すように、互いに間隔を介して複数配置されたＰ型（ｐ型）の熱電変換素子５（５ａ）とＮ型（ｎ型）の熱電変換素子５（５ｂ）とを有しており、これらの熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）は、電気的に接続されている。ペルチェモジュール１は、この熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）が電気的に接続されて成る回路に電流を流すことにより被温度制御対象物の温度可変動作を行うモジュールであり、対向する上端と下端の一方面を排熱面（放熱面）と成し、他方面を吸熱面と成している。
【０００４】
図８（ａ）に示すペルチェモジュール１は、互いに間隔を介して配置された絶縁性基板６，７の間にＰ型とＮ型の熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）を立設配置しており、基板６，７の対向面１６，１７には、複数の導通用の電極２が互いに間隔を介して配列形成されている。電極２上には図示されていない半田が形成されて該半田を介して熱電変換素子５が電極２上に固定されている。絶縁性基板６，７は、一般に、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミックにより形成されている。
【０００５】
また、図８（ｂ）に示すペルチェモジュール１は、複数の素子嵌合孔３を有する絶縁性の素子配列基板（絶縁支持板）３０の素子嵌合孔３に、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）を貫通嵌合して形成されている。絶縁性基板３０は、例えばガラスエポキシ板等により構成されており、Ｐ型とＮ型の熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の素子嵌合孔３への貫通方向の一端側と他端側には、それぞれ電極２が配置されている。これらの電極２は対応するＰ型の熱電変換素子５ａの端面とＮ型の熱電変換素子５ｂの端面間に掛け渡して設けられており、図示されていない半田付け等により熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）に接合されている。
【０００６】
なお、これらのペルチェモジュール１において、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の回路は、リード端子（図示せず）とリード線２８（図８（ｂ）には図示せず）を介して電源回路等に接続されている。
【０００７】
熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の回路に電流を流すと、Ｐ型の熱電変換素子５ａとＮ型の熱電変換素子５ｂに電極２を介して電流が流れて、熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）と電極２との接合部（界面）で冷却・加熱効果が生じる。つまり、前記接合部を流れる電流の方向によって熱電変換素子５（５ａ，５ｂ）の一方の端部が発熱せしめられる（排熱面と成す）と共に、他方の端部が冷却せしめられる（吸熱面と成す）いわゆるペルチェ効果が生じる。
【０００８】
なお、ペルチェモジュールによる冷却や加熱の単位時間（ｈ）当たりの温度可変速度をＶとすると、この速度Ｖは、次式（１）により表される。
【０００９】
Ｖ＝Ｐ／Ｑ・・・・・（１）
【００１０】
ここで、速度Ｖの単位はＫ°／ｈである。Ｐは単位時間当たりの吸熱エネルギーまたは加熱エネルギーであり、ペルチェモジュールの性能を示し、その単位はＷ／ｈである。Ｑは熱容量（ペルチェモジュールを構成する金属物体も含めたペルチェモジュールの熱負荷）であり、この熱容量（熱負荷）の単位は、Ｗ／Ｋ°である。一般に、ペルチェモジュールの単位面積当たりの吸熱エネルギーや加熱エネルギーは、ペルチェ素子の物理特性の関係で決まり、同じ素子で構成されたものは、ほぼ一定の値となる。
【００１１】
このようなペルチェモジュールを用いた温度制御システムにおいて、排熱面と吸熱面との温度差が大きくとれるシステム、つまり、例えば被温度制御対象物の温度を大幅に下げたり上げたりできるシステムや、加熱や冷却の速度を高速にできるシステムの要求が増加しつつある。
【００１２】
【特許文献１】特開平９−１８１３６２号公報
【特許文献２】特開平１０−１７８２１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、被温度制御対象物の温度を大幅に下げたり上げたりできるシステムを実現するために、２つ以上のペルチェモジュールを重ねて用いることは実験的に行われているが、これらの実験は、単純に温度の上下幅を大きくすることを目的としたものであり、それゆえ、重ね合わせるペルチェモジュールの駆動バランスを良好にすることが難しく、良好な温度制御の実現には至っていなかった。
【００１４】
本発明は、上記従来の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、複数重ね合わせたペルチェモジュールを用いてペルチェモジュールをバランス良く駆動して良好な温度制御を可能とし、それにより、被温度制御対象物の温度を目標温度に近づけるまたは目標温度とすることができる温度制御システムおよびその温度制御システムに適用される温度制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明の温度制御システムは、対向する上端と下端の一方面を排熱面と成し他方面を吸熱面と成した複数のペルチェモジュールを一方側のペルチェモジュールの吸熱面側と他方側のペルチェモジュールの排熱面側を隣接させて上下に重ね合わせて配置して、最上段のペルチェモジュールの上端に配置した被温度制御対象物の温度可変動作を行う温度可変装置を形成し、前記被温度制御対象物の温度を直接的または間接的に検出する対象物温度検出手段と、前記温度可変装置による温度可変動作の制御を行う温度制御装置とを設け、該温度制御装置は、前記被温度制御対象物の目標温度を設定する目標温度設定部と、該目標温度設定部により設定した目標温度と前記対象物温度検出手段により検出する検出温度との差を零に近づけるために前記複数のペルチェモジュール全体を駆動する電力を決定する駆動電力決定手段と、該駆動電力決定手段により決定した電力を前記それぞれのペルチェモジュール毎に予め定められた電力配分率でそれぞれのペルチェモジュールに配分する電力配分手段と、該電力配分手段により配分された電力でそれぞれのペルチェモジュールを駆動するペルチェモジュール駆動手段とを有する構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１６】
また、第２の発明の温度制御システムは、上記第１の発明の構成に加え、前記電力配分手段は、ペルチェモジュール駆動手段に接続される回路の電気抵抗を調整することによりそれぞれのペルチェモジュールの駆動電力を配分する電力配分回路を有していることを特徴とする。
【００１７】
さらに、第３の発明の温度制御システムは、上記第１または第２の発明の構成に加え、前記目標温度と被温度制御対象物の温度との温度差毎にそれぞれのペルチェモジュール毎の配分率を定めた温度差対応電力配分率データが予め与えられており、電力配分手段は温度可変装置の駆動開始から予め定められた時間間隔で対象物温度検出手段により検出される検出温度と前記目標温度との温度差と前記温度差対応電力配分率データとに基づいて前記時間間隔毎に電力配分率を定め、この電力配分率で前記時間間隔毎にそれぞれのペルチェモジュールに電力配分を行うことを特徴とする。
【００１８】
さらに、第４の発明の温度制御システムは、上記第３の発明の構成に加え、前記温度差対応電力配分率データは、目標温度と被温度制御対象物の温度との温度差に対して各ペルチェモジュールの配分率を定めたテーブルデータにより与えられており、電力配分手段は、温度可変装置の駆動開始から予め定められた時間間隔で対象物温度検出手段により検出される検出温度と前記目標温度との温度差に対応する各ペルチェモジュールの電力配分率を前記テーブルデータから選択する配分率選択手段を有することを特徴とする。
【００１９】
さらに、第５の発明の温度制御システムは、上記第１乃至第４のいずれ一つの構成に加え、前記被温度制御対象物の温度を目標設定温度に近づけるために電力配分手段がそれぞれのペルチェモジュールに電力を配分する機能に加え、被温度制御対象物の温度上昇速度と温度下降速度の少なくとも一方の速度を最速にするために各段のペルチェモジュールの駆動電力の配分率を決定して電力を配分する機能と、前記被温度制御対象物の制御温度と最下段のペルチェモジュールの下端側の温度との差を最大とするために各段のペルチェモジュールの駆動電力の配分率を決定して電力を配分する機能とを有し、前記機能のいずれかを選択する機能選択手段を有することを特徴とする。
【００２０】
さらに、第６の発明の温度制御システムは、対向する上端と下端の一方面を排熱面と成し他方面を吸熱面と成した複数のペルチェモジュールを一方側のペルチェモジュールの吸熱面側と他方側のペルチェモジュールの排熱面側を隣接させて上下に重ね合わせて配置して、最上段のペルチェモジュールの上端上に配置した被温度制御対象物の温度可変動作を行う温度可変装置を形成し、前記被温度制御対象物の温度を直接的または間接的に検出する対象物温度検出手段と、前記温度可変装置による温度可変動作の制御を行う温度制御装置とを設け、該温度制御装置は、前記被温度制御対象物の目標温度を設定する目標温度設定部と、該目標温度設定部により設定した目標温度と前記対象物温度検出手段により検出する検出温度との温度差を求める温度差検出手段と、該温度差検出手段により検出する温度差に基づき該温度差を零に近づけるためにそれぞれのペルチェモジュールの上端と下端との温度差を決定する温度差配分決定手段と、最上段のペルチェモジュールの吸熱量を設定する最上段吸熱量設定部と、該最上段吸熱量設定部により設定した吸熱量を得ることができ、かつ、前記温度差配分決定手段により決定した最上段ペルチェモジュールの上端と下端との温度差を得ることができるペルチェモジュールの駆動電力量を予め与えられている最上段ペルチェモジュールの特性データに基づき最上段のペルチェモジュールの駆動電力量として決定する最上段駆動電力量決定手段と、前記温度差配分決定手段により決定した上から２段目のペルチェモジュールの上端と下端との温度差を得ることができ、かつ、前記最上段ペルチェモジュールの放熱量近傍で該放熱量以上の値の吸熱量を得ることができる駆動電力量の値を予め与えられている２段目のペルチェモジュールの特性データに基づき２段目のペルチェモジュールの駆動電力量として決定するといった如く、上から２段目以下のペルチェモジュールの駆動電力量を、前記温度差配分決定手段により決定した対応するペルチェモジュールの上端と下端との温度差を得ることができ、かつ、その１段上のペルチェモジュールの放熱量近傍で該放熱量以上の値の吸熱量を得ることができる値に各段のペルチェモジュール毎に各段のペルチェモジュールの特性に基づいて決定する２段目以下各段駆動電力量決定手段と、該２段目以下各段駆動電力量決定手段と前記最上段駆動電力量決定手段とにより決定した電力で対応する各ペルチェモジュールを駆動するペルチェモジュール駆動手段とを有する構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２１】
さらに、第７の発明の温度制御システムは、上記第６の発明の構成に加え、前記最下段のペルチェモジュールの放熱量を求める最下段放熱量算出部と、該最下段放熱量算出部により求めた放熱量に基づき最下段ペルチェモジュールの放熱量の許容範囲または上限値を設定する最下段放熱量許容値設定部と、最下段ペルチェモジュールの下端部の温度を検出する下端部温度検出手段と、該下端部温度検出手段により検出される検出温度に基づいて求められる最下段ペルチェモジュールの放熱量検出値が前記最下段放熱量許容値設定部により設定される許容範囲または上限値を越えて大きくなったときには最上段ペルチェモジュールの吸熱量を小さくする方向に調整する吸熱量フィードバック制御部を有することを特徴とする。
【００２２】
さらに、第８の発明の温度制御システムは、上記第１乃至第７のいずれか一つの発明の構成に加え、前記被温度制御対象物の温度制御開始時に、多段配置されたペルチェモジュールのうち最上段のペルチェモジュールの上に前記被温度制御対象物を搬送移動し、該被温度制御対象物の温度制御終了時には、該被温度制御対象物を前記最上段のペルチェモジュールの上から外す対象物移動手段を有していることを特徴とする。
【００２３】
さらに、第９の発明の温度制御装置は、上記第１乃至第６または第８の発明の温度制御システムに適用されて、多段配置ペルチェモジュールによる温度可変動作の制御を行う温度制御装置であって、該温度制御装置は、前記被温度制御対象物の目標温度を設定する目標温度設定部と、該目標温度設定部により設定した目標温度と対象物温度検出手段により検出する検出温度との差を零に近づけるために前記複数のペルチェモジュール全体を駆動する電力を決定する駆動電力決定手段と、該駆動電力決定手段により決定した電力を前記それぞれのペルチェモジュール毎に予め定められた電力配分率でそれぞれのペルチェモジュールに配分する電力配分手段と、該電力配分手段により配分された電力でそれぞれのペルチェモジュールを駆動するペルチェモジュール駆動手段とを有することを特徴とする。
【００２４】
さらに、第１０の発明の温度制御装置は、上記第６または第７または第８の発明の温度制御システムに適用されて、多段配置ペルチェモジュールによる温度可変動作の制御を行う温度制御装置であって、該温度制御装置は、前記被温度制御対象物の目標温度を設定する目標温度設定部と、該目標温度設定部により設定した目標温度と対象物温度検出手段により検出する検出温度との温度差を求める温度差検出手段と、該温度差検出手段により検出する温度差に基づきそれぞれのペルチェモジュールの上端と下端との温度差を決定する温度差配分決定手段と、最上段のペルチェモジュールの吸熱量を設定する最上段吸熱量設定部と、該最上段吸熱量設定部により設定した吸熱量を得ることができ、かつ、前記温度差配分決定手段により決定した最上段ペルチェモジュールの上端と下端との温度差を得ることができるペルチェモジュールの駆動電力量を最上段のペルチェモジュールの駆動電力量として決定する最上段駆動電力量決定手段と、前記温度差配分決定手段により決定した上から２段目のペルチェモジュールの上端と下端との温度差を得ることができ、かつ、前記最上段ペルチェモジュールの放熱量近傍で該放熱量以上の値の吸熱量を得ることができる駆動電力量の値を２段目のペルチェモジュールの駆動電力量として決定するといった如く、上から２段目以下のペルチェモジュールの駆動電力量を、前記温度差配分決定手段により決定した対応するペルチェモジュールの上端と下端との温度差を得ることができ、かつ、その１段上のペルチェモジュールの放熱量近傍で該放熱量以上の値の吸熱量を得ることができる値に各段のペルチェモジュール毎に各段のペルチェモジュールの特性に基づいて決定する２段目以下各段駆動電力量決定手段と、該２段目以下各段駆動電力量決定手段と前記最上段駆動電力量決定手段とにより決定した電力で対応する各ペルチェモジュールを駆動するペルチェモジュール駆動手段とを有する構成をもって課題を解決する手段としている。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の温度制御システムによれば、複数のペルチェモジュールを一方側のペルチェモジュールの吸熱面側と他方側のペルチェモジュールの排熱面側を隣接させて上下に重ね合わせて配置し、最上段のペルチェモジュールの上端上に配置した被温度制御対象物の温度可変動作を行う温度可変装置を形成しており、ペルチェモジュールの重ね合わせ効果によって、被温度制御対象物の温度を大幅に上昇させたり下降させたりする（つまり、被温度制御対象物の加熱や冷却の幅を大きくする）ことができる。
【００２６】
また、本発明の温度制御システムによれば、温度可変装置による被温度制御対象物の温度可変動作は、温度制御装置の制御により行うものであり、この制御によって、ペルチェモジュールの良好な温度制御を行うことができる。
【００２７】
つまり、温度制御装置は、前記被温度制御対象物の目標温度を目標温度設定部により設定し、第１乃至第５の発明においては、この設定した目標温度と、被温度制御対象物の温度を直接的または間接的に検出する対象物温度検出手段の検出温度との差を零に近づけるために、駆動電力決定手段が複数のペルチェモジュール全体を駆動する電力を決定し、この決定した電力を、電力配分手段がそれぞれのペルチェモジュール毎に予め定められた電力配分率で（つまり、最適な電力配分率で）それぞれのペルチェモジュールに配分する。
【００２８】
そして、この配分された電力で、ペルチェモジュール駆動手段がそれぞれのペルチェモジュールを駆動するので、重ね合わせるペルチェモジュールの駆動バランスを良好にすることができ、良好な温度制御を行うことができる。
【００２９】
また、第６、第７の発明においては、前記目標温度設定部により設定した目標温度と前記対象物温度検出手段により検出する検出温度との温度差を温度差検出手段により求めて、前記温度差を零に近づけるためにそれぞれのペルチェモジュールの上端と下端との温度差を決定する。
【００３０】
そして、最上段駆動電力量決定手段が、最上段吸熱量設定部により決定した吸熱量を得ることができ、かつ、前記温度差配分決定手段により決定した最上段ペルチェモジュールの上端と下端との温度差を得ることができるペルチェモジュールの駆動電力量を、最上段のペルチェモジュールの駆動電力量として決定する。
【００３１】
さらに、２段目以下のペルチェモジュールについては、２段目以下各段駆動電力量決定手段が、前記温度差配分決定手段により決定した対応するペルチェモジュールの上端と下端との温度差を得ることができ、かつ、その１段上のペルチェモジュールの放熱量近傍で該放熱量以上の値の吸熱量を得ることができる値に各段のペルチェモジュール毎に決定する。したがって、最上段も、２段目以下も、いずれも、各段のペルチェモジュールの駆動電力を最適な値に決定できる。
【００３２】
そして、この決定された電力で、ペルチェモジュール駆動手段がそれぞれのペルチェモジュールを駆動するので、重ね合わせるペルチェモジュールの駆動バランスを良好にすることができ、良好な温度制御を行うことができる。
【００３３】
したがって、本発明の温度制御システムは、いずれも、重ね合わせ配置するペルチェモジュールの駆動バランスを良好にでき、被温度制御対象物の温度を大幅に下げたり上げたりする制御を、ほぼ目標温度通りに、良好に行うことができるシステムを実現することができる。
【００３４】
また、電力配分手段を備えた本発明の温度制御システムにおいて、電力配分手段は、ペルチェモジュール駆動手段に接続される回路の電気抵抗を調整することによりそれぞれのペルチェモジュールの駆動電力を配分する電力配分回路を有している構成によれば、簡単な構成で電力配分手段を形成でき、上記効果を発揮することができる。
【００３５】
さらに、電力配分手段を備えた本発明において、目標温度と被温度制御対象物の温度との温度差毎にそれぞれのペルチェモジュール毎の配分率を定めた温度差対応電力配分率データと、温度可変装置の駆動開始から予め定められた時間間隔で対象物温度検出手段により検出される検出温度と前記目標温度との温度差とに基づいて、電力配分手段が前記時間間隔毎に電力配分率を定め、それぞれのペルチェモジュールに電力配分を行う構成によれば、前記温度差毎に電力配分率を決定してきめ細かく電力配分を行い、ペルチェモジュールの駆動電力量を制御することができる。
【００３６】
さらに、電力配分手段が温度差対応電力配分率データに基づいて電力配分を行う構成を備えた本発明において、温度差対応電力配分率データは、目標温度と被温度制御対象物の温度との温度差に対して各ペルチェモジュールの配分率を定めたテーブルデータにより与えられており、電力配分手段は、温度可変装置の駆動開始から予め定められた時間間隔で対象物温度検出手段により検出される検出温度と前記目標温度との温度差に対応する各ペルチェモジュールの電力配分率を前記テーブルデータから選択する構成によれば、テーブルデータを用いて、上記のきめ細かな制御を容易に行うことができる。
【００３７】
さらに、電力配分手段を備えた本発明において、被温度制御対象物の温度を目標設定温度に近づけるための配分を電力配分手段が行う機能に加え、被温度制御対象物の温度上昇速度と温度下降速度の少なくとも一方の速度を最速にするためと、前記被温度制御対象物の制御温度と最下段のペルチェモジュールの下端側の温度との差を最大とするために、それぞれ、各段のペルチェモジュールの駆動電力の配分率を決定して電力配分する機能を有する構成によれば、被温度制御対象物の温度を急上昇させたり急下降させたり、温度可変装置の上端と下端との温度差を最大とさせる機能を発揮できる。
【００３８】
また、この複数の電力配分率決定機能を有する発明によれば、機能選択手段によって、必要に応じていずれかの機能を選択して、温度制御手段を用いた温度可変装置の制御を、利用者の所望の制御とすることができる。
【００３９】
さらに、最下段ペルチェモジュールの放熱量を検出し、この検出値が、設定される許容範囲または上限値を越えて大きくなったときには最上段ペルチェモジュールの吸熱量を小さくする方向に調整する吸熱量フィードバック制御部を有する構成の本発明の温度制御システムによれば、最下段ペルチェモジュールの放熱量が許容範囲または上限値を越えて大きくなることを防止でき、より的確に、ペルチェモジュールの駆動制御を行うことができる。
【００４０】
さらに、本発明の温度制御システムにおいて、被温度制御対象物の温度制御開始時に、多段配置されたペルチェモジュールのうち最上段のペルチェモジュールの上に前記被温度制御対象物を搬送移動し、該被温度制御対象物の温度制御終了時には、該被温度制御対象物を前記最上段のペルチェモジュールの上から外す対象物移動手段を有している構成によれば、対象物移動手段によって自動的に温度制御対象物を最上段のペルチェモジュールの上に搬送移動したり、このペルチェモジュールの上から外したりできるので、被温度制御対象物の搬送を効率的に行え、複数の被温度制御対象物の温度制御を、順次、効率的に行うことができる。
【００４１】
さらに、本発明の温度制御装置によれば、上記効果を奏する優れた温度制御システムを、簡単な構成で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、本実施形態例の説明において、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略または簡略化する。
【００４３】
図２には、本発明に係る温度制御システムの第１実施形態例の構成が、被温度制御対象物と共に模式的に示されており、図１には、この実施形態例の温度制御システムのブロック構成が示されている。
【００４４】
図２に示すように、本実施形態例の温度制御システムは、被温度制御対象物９の加熱と冷却の少なくとも一方（ここでは冷却）の温度可変動作を行う温度可変装置４を、上下３段に重ね合わせたペルチェモジュール１（１ａ，１ｂ，１ｃ）とヒートシンク４３により形成している。ペルチェモジュール１は、図８（ａ）に示した態様のペルチェモジュールであり、図３に示すように、電流を矢印Ａ方向に流すと、絶縁性基板６の上面が吸熱面となり、絶縁性基板７の下面が排熱面となる。
【００４５】
また、ペルチェモジュール１ａ，１ｂ，１ｃは、一方側のペルチェモジュール１の吸熱面側と他方側のペルチェモジュール１の排熱面側を隣接させて上下に重ね合わせて配置している。
【００４６】
最下段のペルチェモジュール１ｃの下側に、ヒートシンク４３が設けられており、ヒートシンク４３は、放熱フィン（図示せず）とファン４４とを備え、ペルチェモジュール１ｃの排熱面（下側の絶縁性基板７の下面）から放熱される熱を放熱する構成と成している。
【００４７】
最上段のペルチェモジュール１ａの上端部の絶縁性基板６には、被温度制御対象物９の温度を間接的に検出する対象物温度検出手段としての温度センサ１０が設けられており、温度センサ１０は、前記温度可変装置４による温度可変動作の制御を行う温度制御装置８に、導線２１を介して接続されている。なお、温度センサ１０には、サーミスタや、熱電対、白金抵抗体等、様々なものを適用できる。
【００４８】
温度制御装置８は、図１に示すように、モニタ温度受信部１２と、目標温度設定部１３と、駆動電力決定手段１４と、電力配分手段１５と、ペルチェモジュール駆動手段１１と、搬送指令手段３４とを有しており、駆動電力決定手段１４は、温度差検出手段３２と電力決定手段３３とを有している。
【００４９】
モニタ温度受信部１２は、温度センサ１０で検出する検出温度を受信するものであり、受信した検出温度を駆動電力決定手段１４に加える。目標温度設定部１３は、作業者等の目標温度入力操作に応じ、前記被温度制御対象物９の目標温度を設定するものであり、設定した目標温度を駆動電力決定手段１４に加える。
【００５０】
駆動電力決定手段１４は、目標温度設定部により設定した目標温度と温度センサ１０により検出する検出温度との差を零（０）に近づけるために、複数（本実施形態例では３つ）のペルチェモジュール１全体を駆動する電力を決定するものである。温度差検出手段３２が、モニタ温度受信部１２で受信する温度と目標温度設定部１３により設定した温度とを取り込み、この温度差を検出する。そして、この温度差を零に近づけるために、電力決定手段３３が、前記３つのペルチェモジュール１全体を駆動する電力を決定する。
【００５１】
電力配分手段１５は、駆動電力決定手段１４により決定した電力を、前記それぞれのペルチェモジュール１ａ，１ｂ，１ｃ毎に予め定められた電力配分率でそれぞれのペルチェモジュール１ａ，１ｂ，１ｃに配分するものであり、この電力配分手段１５を設けて温度制御装置８を形成したことが、本実施形態例で最も特徴的な構成である。
【００５２】
なお、予め定められた電力配分率とは、駆動電力決定手段１４により決定した電力の値に応じて異なる配分率としてもよいし、駆動電力決定手段１４により決定した電力の値によらず、一定の（固有の）値としてもよく、適宜設定されるものである。
【００５３】
つまり、電力配分率は、駆動電力決定手段１４により決定した電力の値に応じて、例えばこの電力の値が３００Ｗのときには、ペルチェモジュール１ａの配分率：ペルチェモジュール１ｂの配分率：ペルチェモジュール１ｃの配分率＝１：１０：５０、電力の値が２００Ｗのときには、ペルチェモジュール１ａの配分率：ペルチェモジュール１ｂの配分率：ペルチェモジュール１ｃの配分率＝１：８：３０といったように、駆動電力決定手段１４により決定した電力の値に応じて異なる配分率とすることもできるし、駆動電力決定手段１４により決定した電力の値によらず、固有の値とすることもできる。
【００５４】
電力配分率を駆動電力決定手段１４により決定した電力の値に応じて異なる値とする場合、例えば、駆動電力決定手段１４により決定した電力の値とペルチェモジュール１ａ，１ｂ，１ｃの配分率との関係データを、テーブルデータや演算式等のデータにより与え、該関係データと被温度制御対象物９の温度制御時に駆動電力決定手段１４が決定する電力とに基づいて、電力配分手段１５が、それぞれのペルチェモジュール１毎に電力配分率を決定し、それぞれのペルチェモジュール１に電力を配分するようにすることができる。
【００５５】
本実施形態例において、電力配分率は固有の値としており、また、電力配分手段１５は、図５に示すように、ペルチェモジュール駆動手段１１に接続される回路の電気抵抗４０ａ，４０ｂ，４０ｃを調整することによりそれぞれのペルチェモジュール１ａ，１ｂ，１ｃの駆動電力を配分する電力配分回路を有している。つまり、ここでは、各ペルチェ駆動電力設定手段３７が、回路の電気抵抗４０ａ，４０ｂ，４０ｃを調整して、各ペルチェモジュール１ａ，１ｂ，１ｃの駆動電力をそれぞれ設定し、この値をペルチェモジュール駆動手段１１に加える。
【００５６】
ペルチェモジュール駆動手段１１は、電力配分手段１５により配分された電力で、それぞれのペルチェモジュール１ａ，１ｂ，１ｃを駆動するものであり、図２に示すように、導線２２，２３，２４を介して各ペルチェモジュール１ａ，１ｂ，１ｃに接続されている。
【００５７】
なお、図２には図示されていないが、図１に示すように、本実施形態例では、対象物移動手段３５を有し、対象物移動手段３５は温度制御装置８に接続されている。対象物移動手段３５は、温度制御装置８の搬送指令手段３４の指令に基づき、被温度制御対象物９の温度制御開始時に、多段配置されたペルチェモジュール１ａ，１ｂ，１ｃのうち最上段のペルチェモジュール１ａの上に前記被温度制御対象物９を搬送移動し、該被温度制御対象物９の温度制御終了時には、該被温度制御対象物９を前記最上段のペルチェモジュール１ａの上から外す動作を自動的に行う。
【００５８】
例えば、被温度制御対象物９の温度制御開始時に、作業者が、温度制御装置８に設けられている操作部（図示せず）を操作して温度制御開始を指示すると、搬送指令手段３４から対象物移動手段３５に、温度制御対象物９のペルチェモジュール１ａ上への移動指令が加えられ、対象物移動手段３５が温度制御対象物９をペルチェモジュール１ａ上に移動する。
【００５９】
また、温度制御装置８による該被温度制御対象物９の温度制御終了時、つまり、例えば前記温度差検出手段３２によって検出される温度差が０（または０に近い許容誤差温度範囲内）となってから予め定められた設定時間が経過したとき（つまり、搬送指令手段３４に設けられている、図示されていないタイマ等の時計機構によって検出される時間が設定時間になったとき）に、搬送指令手段３４から対象物移動手段３５に、温度制御対象物９をペルチェモジュール１ａ上から外す移動指令が加えられ、対象物移動手段３５は、被温度制御対象物９をペルチェモジュール１ａの上から外す搬送移動を自動的に行う。
【００６０】
本実施形態例では、このように、対象物移動手段３５により温度制御対象物９を自動的に搬送移動することにより、複数の被温度制御対象物９の温度制御を、順次、効率的に行うことができる。
【００６１】
ところで、前記の如く、本実施形態例は、温度制御装置８に電力配分手段１５を設けたことを特徴的な構成としており、以下、電力配分率の決定方法の一例について述べる。
【００６２】
例えば、本実施形態例では、ペルチェモジュール１ａ，１ｂ，１ｃに電流を流さない状態における温度センサ１０の検出温度、すなわち、被温度制御対象物９の温度と、前記目標温度との差が８０℃であるとき、ペルチェモジュール１ａの駆動電力（投入電力）を１２Ｗ、ペルチェモジュール１ｂの駆動電力を６０Ｗ、ペルチェモジュール１ｃの駆動電力を２５０Ｗとなるように、ペルチェモジュール１ａ，１ｂ，１ｃ毎の電力配分率を設定している。
【００６３】
ここで、ペルチェモジュール１ｃの特性は、図４（ａ）の特性線ｃに示すように、ペルチェモジュール１ｃの吸熱面と排熱面との温度差（横軸）と吸熱量（縦軸）との関係で示され、例えば電流８Ａを流したとき（このとき、ペルチェモジュール１ｃのインピーダンスと電流値から算出されるペルチェモジュール１ｃの駆動電力は２５０Ｗとなる）、上記温度差が２０℃の時の吸熱量は１１０Ｗとなる。このことは、ペルチェモジュール１ｃの熱的負荷が１１０Ｗかかったとき、このときのペルチェモジュール１ｃの吸熱面と排熱面との温度差を２０℃にできることを意味している。
【００６４】
また、ペルチェモジュール１ｂの特性は、図４（ｂ）に示すように、ペルチェモジュール１ｂの吸熱面と排熱面との温度差と吸熱量との関係が特性線ｂにより示され、例えば電流４Ａを流したとき（ペルチェモジュール１ｂの駆動電力は６０Ｗとなる）、熱負荷（吸熱量）が３０Ｗのとき、上記温度差は４０℃までとれることが分かる。
【００６５】
同様に、ペルチェモジュール１ａの特性は、図４（ｃ）に示すように、ペルチェモジュール１ａの吸熱面と排熱面との温度差と吸熱量との関係が特性線ａにより示され、例えば電流２Ａを流したとき（ペルチェモジュール１ａの駆動電力は１２Ｗとなる）、熱負荷（吸熱量）１０Ｗのとき、上記温度差は２０℃までとれることが分かる。
【００６６】
以上のことから、ペルチェモジュール１ａ，１ｂ，１ｃの温度差を合わせると、２０℃＋４０℃＋２０℃＝８０℃となり、被温度制御対象物９の温度を８０℃冷却できることが分かる。つまり、ペルチェモジュール１ａの駆動電力を１２Ｗ、ペルチェモジュール１ｂの駆動電力を６０Ｗ、ペルチェモジュール１ｃの駆動電力を２５０Ｗとすれば、被温度制御対象物９の温度を８０℃冷却でき、前記の如く、温度センサ１０の検出温度と目標温度との差が８０℃あったときに、この差を零にすることができる。
【００６７】
ここで、上記値を設定するに際し、本実施形態例は、複数のペルチェモジュール１を一方側のペルチェモジュールの吸熱面側と他方側のペルチェモジュールの排熱面側を隣接させて上下に重ね合わせて配置しているので、最上段のペルチェモジュール１ａの放熱量を第２段のペルチェモジュール１ｂが吸熱し、さらに、第２段のペルチェモジュール１ｂの放熱量を第３段（最下段）のペルチェモジュール１ｃが吸熱できるようにしなければならない。この関係を考慮して、本実施形態例では、上記のように、電力配分率を決定している。
【００６８】
つまり、ペルチェモジュール１ａの駆動電力を１２Ｗ、ペルチェモジュール１ｂの駆動電力を６０Ｗ、ペルチェモジュール１ｃの駆動電力を２５０Ｗとなるようにする場合、ペルチェモジュール１ａの吸熱量が１０Ｗで、ペルチェモジュール１ａに投入される電力（駆動電力）は、上記の如く１２Ｗであるから、ペルチェモジュール１ａが放熱（排熱）する電力は１０Ｗ＋１２Ｗ＝２２Ｗとなる。
【００６９】
ペルチェモジュール１ｂの吸熱量は３０Ｗであるから、ペルチェモジュール１ａとペルチェモジュール１ｂとの間で漏洩される熱量を８Ｗとしても、ペルチェモジュール１ａが放熱する電力２２Ｗを吸熱可能となる。
【００７０】
次に、ペルチェモジュール１ｃの吸熱量について述べる。ペルチェモジュール１ｂに投入される電力は、前記の如く６０Ｗであるから、ペルチェモジュール１ｂが放熱する電力は３０Ｗ＋６０Ｗ＝９０Ｗとなる。したがって、ペルチェモジュール１ｂが４０℃吸熱（冷却）するためには、９０Ｗの放熱電力をペルチェモジュール１ｃが充分に吸熱しなければならない。
【００７１】
上記電力配分率の決定例において、ペルチェモジュール１ｃの吸熱量を１１０Ｗと設定しているので、ペルチェモジュール１ｂとペルチェモジュール１ｃとの間で漏洩される漏洩分２０Ｗを含んでも、ペルチェモジュール１ｂが放熱する電力９０Ｗをペルチェモジュール１ｃが充分に吸熱し、かつ、２０Ｗの吸熱を行うことができる。なお、ペルチェモジュール１ｃの放熱量は、ペルチェモジュール１ｃの吸熱量を１１０Ｗと投入電力２５０Ｗを合わせた値、つまり、３６０Ｗとなり、この放熱量は、ヒートシンク４３によって放熱される。
【００７２】
ここで、もしも、ペルチェモジュール１ａで温度差を大きめにとろうとして、図４（ｃ）の鎖線で示す特性線ｄのように、電流を４Ａ（駆動電力３６Ｗ）とすると、ペルチェモジュール１ａの排熱面と吸熱面との温度差を３６℃にできるように思われるが、このときの駆動電力３６Ｗと吸熱量１０Ｗとを合わせると、合計４６Ｗの放熱となり、ペルチェモジュール１ｂによる吸熱能力を越えてしまうので、好ましくない。
【００７３】
つまり、各ペルチェモジュール１の吸熱量と放熱量との関係を踏まえて、最適な範囲となるように、電力配分率を決定する必要があり、この電力配分率の最適化が良好な温度制御の実現に非常に重要な役割を果たす。
【００７４】
なお、図４（ａ）の特性線ｅに示すように、ペルチェモジュール１（ここではペルチェモジュール１ｃ）を駆動する駆動電力を小さくすると、この特性線ｅは、特性線ｃと傾きは同じで（つまり、温度差と吸熱量との割合は同じで）、ペルチェモジュール１の吸熱面と排熱面との温度差と吸熱量が共に小さくなる。
【００７５】
したがって、最上段のペルチェモジュール１ａの上端と最下段のペルチェモジュール１ｃの下端との温度差が、被温度制御対象物９の温度と目標温度との最大の温度差となるように電力配分率を決定すれば、駆動電力決定手段１４により決定するペルチェモジュール１全体の駆動電力が変わっても、ペルチェモジュール１ａ，１ｂ，１ｃの電力配分率は変えずに、駆動電力の大きさを変えることにより、良好な温度制御で、被温度制御対象物９の温度を目標温度に近づけることができる。
【００７６】
本実施形態例は以上のように構成されており、温度制御対象物９の温度制御開始時に、温度制御装置８の搬送指令手段３４から対象物移動手段３５に指令を加え、対象物移動手段３５によって、ペルチェモジュール１ａの上に被温度制御対象物９を搬送移動する。そして、温度制御装置８の目標温度設定部１３によって設定した目標温度と、温度センサ１０により検出してモニタ温度受信部１２により受信する被温度制御対象物９の温度との差を駆動電力決定手段１４が検出し、この差を零に近づけるために、駆動電力決定手段１４が３つのペルチェモジュール１全体を駆動する電力を決定する。
【００７７】
この決定した電力を、電力配分手段１５が、それぞれのペルチェモジュール毎に予め定められた電力配分率でそれぞれのペルチェモジュール１ａ，１ｂ，１ｃに配分し、この配分された電力で、ペルチェモジュール駆動手段１１がそれぞれのペルチェモジュール１ａ，１ｂ，１ｃを駆動する。また、このとき、ヒートシンク４３のファンを駆動する。
【００７８】
そして、被温度制御対象物９を冷却し、前記の如く、例えば被温度制御対象物９の温度が目標温度に達した時から予め定められた設定時間が経過したときに、搬送指令手段３４の指令に基づき、対象物移動手段３５によって、被温度制御対象物９をペルチェモジュール１ａの上から外す。なお、温度制御対象物９が複数ある時には、上記動作を繰り返し行う。
【００７９】
本実施形態例によれば、上記温度制御は、電力配分手段１５が、それぞれのペルチェモジュール毎に最適に定められた電力配分率でそれぞれのペルチェモジュール１ａ，１ｂ，１ｃに配分し、この配分された電力で、それぞれのペルチェモジュール１ａ，１ｂ，１ｃを駆動して行うので、重ね合わせるペルチェモジュール１ａ，１ｂ，１ｃの駆動バランスを良好にすることができ、良好な温度制御を行うことができる。
【００８０】
例えば、温度センサ１０の検出温度と目標温度との差が８０℃の時、駆動電力決定手段１４がペルチェモジュール１全体の駆動電力を３２２Ｗと決定し、電力配分手段１５がペルチェモジュール１ａ，１ｂ，１ｃの電力配分率を１２：６０：２５０として、ペルチェモジュール１ａの駆動電力を１２Ｗ、ペルチェモジュール１ｂの駆動電力を６０Ｗ、ペルチェモジュール１ｃの駆動電力を２５０Ｗと配分する。そうすると、前記の如く、ペルチェモジュール１ａ，１ｂ，１ｃによって、被温度制御対象物９の温度を８０℃程度冷却する（被温度制御対象物９を初期温度より８０℃低い温度になるように冷却する）ことができる。
【００８１】
また、温度センサ１０の検出温度と目標温度との差が８０℃より小さいときには、駆動電力決定手段１４がペルチェモジュール１全体の駆動電力を３２２Ｗより小さい値に決定し、この値に応じ、電力配分手段１５が上記配分率でペルチェモジュール１ａ，１ｂ，１ｃに配分すると、温度センサ１０の検出温度と目標温度との差に応じて最適にペルチェモジュール１ａ，１ｂ，１ｃを駆動でき、被温度制御対象物９の温度を目標温度にすることができる。
【００８２】
また、本実施形態例によれば、電力配分手段１５は、ペルチェモジュール駆動手段１１に接続される回路の電気抵抗を調整することによりそれぞれのペルチェモジュールの駆動電力を配分する電力配分回路を有しているので、簡単な構成で電力配分手段を形成でき、上記効果を発揮することができる。
【００８３】
図６には、本発明に係る温度制御システムの第２実施形態例がブロック図により示されている。第２実施形態例において、上記第１実施形態例と同一名称部分には同一符号が付してあり、その重複説明は省略する。
【００８４】
第２実施形態例でも、第１実施形態例と同様に、ペルチェモジュール１ａ，１ｂ，１ｃを有して温度可変装置４が形成され、ペルチェモジュール１ａの上端には温度センサ１０が設けられ、さらに、第２実施形態例では、最下段ペルチェモジュール１ｃの下端の放熱温度を検出する下端部温度検出手段として、温度センサ５０が設けられている。
【００８５】
また、第２実施形態例でも、第１実施形態例と同様に、温度制御装置８は、モニタ温度受信部１２、目標温度設定部１３、温度差検出手段３２を有しており、図６において、モニタ温度受信部１２により受信するモニタ温度はＴｐ、目標温度設定部１３により設定する目標温度はＴｓとして示してある。
【００８６】
さらに、温度制御装置８は、上記構成に加え、温度差配分決定手段４６、最上段吸熱量設定部４９、最上段駆動電力決定手段５２、２段目以下各駆動電力決定手段４２、最下段放熱量算出部５７、最下段放熱量監視部５８、最下段放熱量許容値設定部５９、吸熱量フィードバック制御部６０、ペルチェモジュール駆動手段１１を有している。
【００８７】
温度差配分決定手段４６は、前記温度差検出手段３２により検出する温度差（Ｔｐ−Ｔｓ）に基づき、該温度差を零に近づけるために、それぞれのペルチェモジュール１の上端と下端との温度差を決定するものである。第２実施形態例において、温度可変装置４は、３段のペルチェモジュール１ａ，１ｂ，１ｃを重ねて配置しており、温度差配分決定手段４６は、最上段モジュール温度差算出部４６と中段モジュール温度差算出部４７と最下段モジュール温度差算出部４８とを有している。
【００８８】
最上段モジュール温度差算出部４６は、前記温度差（Ｔｐ−Ｔｓ）に温度配分率（ここではα）をかけて、ペルチェモジュール１ａの上端と下端との温度差を決定する。同様に、中段モジュール温度差算出部４７は、前記温度差（Ｔｐ−Ｔｓ）に温度配分率（ここではβ）をかけて、ペルチェモジュール１ｂの上端と下端との温度差を決定し、最下段モジュール温度差算出部４８は、前記温度差（Ｔｐ−Ｔｓ）に温度配分率（ここではγ）をかけて、ペルチェモジュール１ｃの上端と下端との温度差を決定する。
【００８９】
例えば、Ｔｐ−Ｔｓ＝８０℃の時、ペルチェモジュール１ａにおける上端と下端との温度差を２０℃、ペルチェモジュール１ｂにおける上端と下端との温度差を４０℃、ペルチェモジュール１ｃにおける上端と下端との温度差を２０℃とする。
【００９０】
最上段吸熱量設定部４９は、最上段のペルチェモジュール１ａの吸熱量（ここでは、Ｑａ）を、被温度制御対象物の発熱量に基づいて設定するものである。この発熱量は、被温度制御対象物によって予め定められているものであり、作業者等による前記被温度制御対象物の発熱量の入力操作に応じ、この発熱量を最上段のペルチェモジュール１ａの吸熱量として、その値を、最上段駆動電力決定手段５２に加える。
【００９１】
最上段駆動電力決定手段５２は、最上段吸熱量設定部４９により設定した吸熱量を得ることができ、かつ、前記温度差配分決定手段４６により決定した最上段ペルチェモジュール１ａの上端と下端との温度差を得ることができるペルチェモジュール１ａの駆動電力量を、予め与えられている最上段ペルチェモジュール１ａの特性データ（図示せず）に基づき、最上段のペルチェモジュール１ａの駆動電力量として決定するものである。
【００９２】
最上段駆動電力決定手段５２は、最上段吸熱量設定部４９により設定した吸熱量の値Ｑａと、前記最上段モジュール温度算出部４６により算出した温度差、つまり、（Ｔｐ−Ｔｓ）αの値を取り込み、この値と、例えばメモリ部（図示せず）に与えられた前記最上段ペルチェモジュール１ａの特性データとから、最上段のペルチェモジュール１ａの駆動電力量Ｐａを決定する。
【００９３】
例えば、ペルチェモジュール１ａの特性が、図４（ｃ）の特性線ａに示したような、吸熱面と排熱面との温度差と吸熱量との関係にあるとき、吸熱量Ｑａを１０Ｗとし、このとき、ペルチェモジュール１ａの上端と下端の温度差が２０℃となるように、駆動電力量Ｐａを１２Ｗとする。
【００９４】
２段目以下各駆動電力決定手段４２は、２段目以下のペルチェモジュール１の駆動電力量を、前記温度差配分決定手段４６により決定した対応するペルチェモジュール１の上端と下端との温度差を得ることができ、かつ、その１段上のペルチェモジュール１の放熱量近傍で該放熱量以上の値の吸熱量を得ることができる値に、各段のペルチェモジュール１毎に、各段のペルチェモジュール１の特性に基づいて決定するものである。
【００９５】
第２実施形態例において、２段目以下各駆動電力決定手段４２は、最上段放熱量算出部５３、中段駆動電力決定手段５４、中段放熱量算出部５５、最下段駆動電力決定手段５６を有している。
【００９６】
最上段放熱量算出部５３が、前記最上段ペルチェモジュール１ｂの放熱量Ｓａを、Ｓａ＝Ｐａ＋Ｑａの計算式により求め、中段駆動電力決定手段５４が、上から２段目のペルチェモジュール（中段ペルチェモジュール）１ｂの上端と下端との温度差を得ることができ、かつ、前記最上段ペルチェモジュール１ａの放熱量近傍で該放熱量以上の値の吸熱量を得ることができる駆動電力量の値Ｐｂを、２段目のペルチェモジュール１ｂの特性データ（図示せず）に基づき、２段目のペルチェモジュール１ｂの駆動電力量として決定する。
【００９７】
例えば、ペルチェモジュール１ｂの特性が、図４（ｂ）の特性線ｂに示したような、吸熱面と排熱面との温度差と吸熱量との関係にあるとき、最上段ペルチェモジュール１ａの放熱量（Ｐａ＋Ｑａ＝２２Ｗ）近傍で、この値以上の吸熱量Ｑｂ＝３０Ｗを吸熱でき、かつ、ペルチェモジュール１ｂの上端と下端の温度差が４０℃となるように、駆動電力量Ｐｂを６０Ｗとする。
【００９８】
同様に、中段放熱量算出部５５が、前記２段目（中段）のペルチェモジュール１ｂの放熱量Ｓｂを、Ｓｂ＝Ｐｂ＋Ｓａの計算式により求め、最下段駆動電力決定手段５６が、上から３段目のペルチェモジュール（最下段ペルチェモジュール）１ｃの上端と下端との温度差を得ることができ、かつ、前記中段ペルチェモジュール１ｂの放熱量近傍で該放熱量以上の値の吸熱量を得ることができる駆動電力量の値Ｐｃを、３段目のペルチェモジュール１ｃの特性データ（図示せず）に基づき、３段目のペルチェモジュール１ｃの駆動電力量として決定する。
【００９９】
例えば、ペルチェモジュール１ｃの特性が、図４（ａ）の特性線ｃに示したような、吸熱面と排熱面との温度差と吸熱量との関係にあるとき、最上段ペルチェモジュール１ｂの放熱量（Ｐｂ＋Ｓａ＝８８Ｗ）近傍で、この値以上の吸熱量Ｑｂ＝９０Ｗを吸熱でき、かつ、ペルチェモジュール１ｃの上端と下端の温度差が２０℃となるように、駆動電力量Ｐｂを２５０Ｗとする。
【０１００】
なお、第２実施形態例では、３段のペルチェモジュール１ａ，１ｂ，１ｃを有する温度可変装置４を適用しているが、４段以上のペルチェモジュールを重ねて温度可変装置４を形成する場合は、上記と同様にして、４段目以下のペルチェモジュールについても、２段目以下各駆動電力決定手段４２によって、順次、駆動電力量を決定する。
【０１０１】
つまり、第２実施形態例は、上記第１実施形態例において、電力配分率を最適化するための実験や計算等により予め求めておいた電力配分率を予め電力配分手段１５に与えた代わりに、温度差検出手段３２により検出される温度差に基づき、温度差配分決定手段４６が、各ペルチェモジュール１ａ，１ｂ，１ｂの上端と下端との温度差を配分し、各ペルチェモジュール１ａ，１ｂ，１ｃにとって必要な吸熱量を得るための駆動電力量と、前記温度差を得るために必要な駆動電力量とから各ペルチェモジュール１ａ，１ｂ，１ｂの駆動電力を自動的に決定するものである。
【０１０２】
そして、２段目以下各段駆動電力量決定手段４２により決定した電力の値Ｐｂ、Ｐｃと、前記最上段駆動電力量決定手段５２により決定した電力の値Ｐａが、ペルチェモジュール駆動手段１１に加えられ、対応する各ペルチェモジュール１ａ，１ｂ，１ｃがペルチェモジュール駆動手段１１により駆動される。
【０１０３】
また、第２実施形態例では、以下の構成により、特徴的なフィードバック制御構成を形成している。前記最下段放熱量算出部５７は、最下段ペルチェモジュール１ｃの放熱量を求めるものであり、最下段放熱量算出部５７は、最下段のペルチェモジュール１ｃの放熱量Ｓｃを、Ｓｃ＝Ｐｃ＋Ｓｂの計算式により求める。
【０１０４】
最下段放熱量許容値設定部５９は、最下段放熱量算出部５７により求めた放熱量に基づき、最下段ペルチェモジュール１ｃの放熱量の許容範囲または上限値を設定する。
【０１０５】
最下段放熱量監視部５８は、前記下端部温度検出手段としての温度センサ５０により検出される検出温度と、予め与えられる関係データ（最下段ペルチェモジュール１ｃの検出温度と放熱量との関係データ）とに基づいて、最下段モジュール１ｃの放熱量を時々刻々、または、予め定められた時間間隔で検出し、その値を吸熱量フィードバック制御部６０に加える。
【０１０６】
吸熱量フィードバック制御部６０は、最下段モジュール１ｃの放熱量の検出値が前記最下段放熱量許容値設定部５９により設定される許容範囲または上限値を越えて大きくなったときには、最上段ペルチェモジュール１ａの吸熱量を小さくする方向に調整する。
【０１０７】
第２実施形態例は以上のように構成されており、第２実施形態例も上記第１実施形態例と同様に、各ペルチェモジュールの駆動電力を最適な値に決定できるので、上記第１実施形態例と同様の効果を奏することができる。
【０１０８】
また、第２実施形態例は、吸熱量フィードバック制御部６０を設けて最上段ペルチェモジュール１ａの吸熱量をフィードバック制御することにより、最下段ペルチェモジュールの放熱量が許容範囲または上限値を越えて大きくなることを防止でき、より的確に、ペルチェモジュールの駆動制御を行うことができる。
【０１０９】
なお、本発明は上記各実施形態例に限定されることはなく、様々な態様を採り得る。例えば、上記各実施形態例では、温度センサ１０を最上段のペルチェモジュール１ａの上端側の絶縁性基板６に設けて、被温度制御対象物９の温度を間接的に検出するようにしたが、温度センサ１０により、被温度制御対象物９の温度を直接的に検出するようにしてもよい。また、温度センサ１０以外の対象物温度検出手段を設けてもよい。
【０１１０】
また、上記各実施形態例では、温度可変装置４に、放熱ファンを備えたヒートシンク４３による空冷方式を適用したが、水路を設けたヒートシンクによる水冷方式や液冷方式を適用してもよい。
【０１１１】
さらに、上記第１実施形態例では、電力配分手段１５は、電力配分回路を有する構成としたが、電力配分手段１５の詳細な構成は特に限定されるものではなく、適宜設定されるものであり、電力配分率も適宜設定されるものである。
【０１１２】
例えば図７には、電力配分手段１５の構成例が示されている。この例において、電力配分手段１５は、配分率選択手段３８とメモリ部３９と各ペルチェ駆動電力設定手段３７とを有しており、メモリ部３９には、目標温度と被温度制御対象物の温度との温度差毎にそれぞれのペルチェモジュール毎の配分率を定めた温度差対応電力配分率データが予め与えられている。この温度差対応電力配分率データは、例えば表１に示すように、目標温度と被温度制御対象物の温度との温度差に対して各ペルチェモジュールの配分率を定めたテーブルデータにより与えられている。
【０１１３】
【表１】
2007280121.tif 000003
【０１１４】
配分率選択手段３８は、温度可変装置４の駆動開始から予め定められた時間間隔で温度センサ１０により検出される検出温度と前記目標温度との温度差を、駆動電力決定手段１４の温度差検出手段３２から取り込み、この温度差に対応する各ペルチェモジュールの電力配分率を、前記テーブルデータから選択し、決定する。
【０１１５】
そして、この配分率と、駆動電力決定手段１４の電力決定手段３３により決定されるペルチェモジュール１全体の駆動電力量とに基づき、各ペルチェ駆動電力設定手段３７が各ペルチェモジュール１ａ，１ｂ，１ｃの駆動電力量を設定する。
【０１１６】
なお、ペルチェモジュール１が、その上端を冷却する場合、表１における電力配分率（α、β等）をプラス（図示せず）とし、上端を加熱する場合、表１における電力配分率にマイナスの符号を付けて示している。電力配分率にマイナスの符号を付してある場合、ペルチェモジュール１の上端を冷却する場合とは逆方向に電流を流すことを示している。
【０１１７】
このように、電力配分手段１５は温度可変装置４の駆動開始から予め定められた時間間隔で温度センサ１０により検出される検出温度と前記目標温度との温度差と、前記温度差対応電力配分率データとに基づいて前記時間間隔毎に電力配分率を定め、この電力配分率で前記時間間隔毎にそれぞれのペルチェモジュールの電力配分を行うようにすると、前記温度差毎に電力配分率を決定してきめ細かく電力配分を行い、ペルチェモジュールの駆動電力量を制御することができる。
【０１１８】
なお、前記温度差対応電力配分率データは、テーブルデータとは限らず、演算式等により与えることもでき、この場合も、同様の効果を奏することができる。
【０１１９】
さらに、本発明の温度制御システムは、上記第１実施形態例のように、被温度制御対象物９の温度を目標設定温度に近づけるために、駆動電力決定手段１１が複数のペルチェモジュール１全体を駆動する電力を決定し、該電力を電力配分手段１５がそれぞれのペルチェモジュール１に電力を配分する機能に加え、以下のような機能を有していてもよい。
【０１２０】
つまり、温度制御装置８に、被温度制御対象物９の温度上昇速度と温度下降速度の少なくとも一方の速度を最速にするために各段のペルチェモジュール１の駆動電力の配分率を決定して電力を配分する（各ペルチェモジュールの駆動電力を決定配分する）機能と、前記被温度制御対象物９の制御温度（つまり、最上段のペルチェモジュールの上端側の温度）と最下段のペルチェモジュール１の下端側の温度との差を最大とするために各段のペルチェモジュール１の駆動電力の配分率を決定して電力を配分する（各ペルチェモジュールの駆動電力を決定配分する）機能とを有し、前記機能のいずれかを選択する機能選択手段を設け、所望の機能を適宜選択し、選択した機能で各ペルチェモジュール１を駆動するようにしてもよい。
【０１２１】
なお、被温度制御対象物９の温度上昇速度と温度下降速度の少なくとも一方の速度を最速にするための、各段のペルチェモジュール１の駆動電力の配分率や、最上段のペルチェモジュールの上端側の温度と最下段のペルチェモジュール１の下端側の温度との差を最大とするための、各段のペルチェモジュール１の駆動電力の配分率は、予め実験等により求めて与えておくものであり、温度可変装置４を形成する各ペルチェモジュール１の性能により決まるものである。
【０１２２】
このような配分率を予め与え、この配分率によって電力を配分すれば、被温度制御対象物９の温度上昇速度と温度下降速度の少なくとも一方の速度を最速にする機能や、最上段のペルチェモジュールの上端側の温度と最下段のペルチェモジュール１の下端側の温度との差を最大とする機能を発揮させることができる。
【０１２３】
なお、上記のような、被温度制御対象物９の温度上昇速度と温度下降速度の少なくとも一方の速度を最速にするために各ペルチェモジュールの駆動電力を決定配分する機能や、前記被温度制御対象物９の制御温度と最下段のペルチェモジュール１の下端側の温度との差を最大とするために各ペルチェモジュールの駆動電力を決定配分する機能は、上記第２実施形態例のように、電力配分手段１５を有していない温度制御装置８や温度制御システムに設けてもよい。
【０１２４】
さらに、上記第２実施形態例では、最上段ペルチェモジュール１ａの吸熱量をフィードバック制御するフィードバック制御構成を設けたが、このフィードバック制御構成（吸熱量フィードバック制御部６０等）は省略することもできる。
【０１２５】
さらに、上記実施形態例では、ペルチェモジュール１を３段重ねにしたが、重ね合わせ配置するペルチェモジュール１の段数は特に限定されるものでなく、適宜設定されるものであり、２段でもよいし、４段以上でもよい。
【０１２６】
さらに、上記実施形態例では、ペルチェモジュール１を図８（ａ）に示すタイプのペルチェモジュール１としたが、ペルチェモジュール１は、図８（ｂ）に示すタイプのペルチェモジュールとしてもよいし、従来提案されているペルチェモジュールやこれから提案される様々なペルチェモジュールを温度可変装置に適用できる。なお、ペルチェモジュール１を図８（ｂ）に示すタイプのペルチェモジュールとする場合、上下のペルチェモジュール間に絶縁性シート等の絶縁性部材を設けることが必要となる。
【０１２７】
さらに、上記実施形態例では、ペルチェモジュール１により被温度制御対象物９を冷却する例について述べたが、本発明はペルチェモジュール１により被温度制御対象物９を加熱するシステムにも適用できるし、加熱と冷却の両方を行うシステムにも適用でき、加熱、冷却の温度可変制御に応じて電力配分率を適宜決定し、この電力配分率でそれぞれのペルチェモジュール１への電力を配分することにより、良好な温度制御を実現できる。
【０１２８】
さらに、上記実施形態例では、温度制御装置８に搬送指令手段３４を設け、搬送指令手段３４の指令に基づいて対象物移動手段３５を作動させたが、対象物移動手段３５は必ずしも温度制御装置８側からの指令により作動するとは限らず、作動方法は適宜設定されるものであり、例えば、対象物移動手段３５に操作部を直接設けて、この操作部を作業者が操作することによって対象物移動手段３５を作動させ、温度制御対象物９の搬送移動を行うようにしてもよい。
【０１２９】
さらに、上記実施形態例では、対象物移動手段３５によって被温度制御対象物９をペルチェモジュール１ａ上に移動したが、ペルチェモジュール１を有する温度可変装置４を温度制御対象物９側に移動するようにしてもよく、必要に応じて、温度制御対象物９と温度可変装置４のいずれか一方または両方を、対象物移動手段３５により自動的に移動するようにしてもよい。また、対象物移動手段３５を設けずに、被温度制御対象物９の搬送移動を手動により行うようにしてもよい。
【０１３０】
さらに、温度制御装置８に、駆動電力決定手段１４により決定した電力の値とペルチェモジュール１ａ，１ｂ，１ｃの配分率との関係データを与える場合には、例えばペルチェモジュール１の駆動中に、それぞれのペルチェモジュール１の駆動電力のデータと対象物温度検出手段により検出される検出温度のデータの少なくとも一方のデータを取り込み、それぞれのペルチェモジュール１の駆動電力のデータが電力配分手段により配分した電力から許容範囲を越えて大きくずれたり、前記検出温度のデータが目標温度から許容範囲を越えて大きくずれたりしたときには、そのずれを小さくするように駆動電力決定手段により決定する電力とそれぞれのペルチェモジュール１の電力配分率との関係データを補正する関係データ補正部を設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】本発明に係る温度制御システムの第１実施形態例の制御構成を示すブロック図である。
【図２】上記実施形態例の温度制御システムのシステム構成例を模式的に示す説明図である。
【図３】上記実施形態例の温度制御システムに適用されるペルチェモジュールの例を示す説明図である。
【図４】上記実施形態例の温度制御システムに適用されるペルチェモジュールの特性例を示すグラフである。
【図５】上記実施形態例の温度制御システムに適用される電力配分手段の構成例を、その周辺構成と共に示す説明図である。
【図６】本発明に係る温度制御システムの第２実施形態例の制御構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の温度制御システムの他の実施形態例に適用される電力配分手段の構成例を、その周辺構成と共にブロック図により示す説明図である。
【図８】ペルチェモジュールの代表例を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
【０１３２】
１  １ａ，１ｂ，１ｃ  ペルチェモジュール
４  温度可変装置
５  熱電変換素子
６，７  絶縁性基板
８  温度制御装置
９  被温度制御対象物
１０  サーミスタ
１２  モニタ温度受信部
１３  目標温度設定部
１４  駆動電力決定手段
１５  電力配分手段
４２  ２段目以下各駆動電力決定手段
４６  温度差配分決定手段
４９  最上段吸熱量設定部
５２  最上段駆動電力決定手段
５７  最下段放熱量算出部
６０  吸熱量フィードバック制御部
【図１】
2007280121.tif 000004
【図２】
2007280121.tif 000005
【図３】
2007280121.tif 000006
【図４】
2007280121.tif 000007
【図５】
2007280121.tif 000008
【図６】
2007280121.tif 000009
【図７】
2007280121.tif 000010
【図８】
2007280121.tif 000011