特許 6397296 温度制御装置及び温度制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6397296

(24)【登録日】2018年9月7日

(45)【発行日】2018年9月26日

(54)【発明の名称】温度制御装置及び温度制御方法

(51)【国際特許分類】

   G05D 23/19 20060101AFI20180913BHJP

【ＦＩ】

   G05D23/19 G

【請求項の数】9

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2014-203447(P2014-203447)

(22)【出願日】2014年10月1日

(65)【公開番号】特開2016-71806(P2016-71806A)

(43)【公開日】2016年5月9日

【審査請求日】2017年8月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】590000835

【氏名又は名称】株式会社ＫＥＬＫ

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(72)【発明者】

【氏名】中里 智美

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 和子

(72)【発明者】

【氏名】穂積 儀幸

【審査官】 加藤 啓

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−２８８９５０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０５Ｄ ２３／１９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の熱源がそれぞれＳＳＲを介して３相交流電源に接続され、複数のＳＳＲの開閉制御による熱源への通電制御を行うことによって制御対象の温度制御を行う温度制御装置であって、
少なくとも前記制御対象の温度を検出し、該検出した温度が目標温度となるように各熱源に対する制御操作量を演算する操作量演算部と、
３相出力の１周期を制御周期とする同一の制御タイミングで、各熱源に対応する各ＳＳＲに対して入力された前記制御操作量を取得し、取得した制御操作量が所定値以上である場合、前記ＳＳＲを開閉制御する開閉制御信号をオン信号として出力し、前記制御操作量が前記所定値未満である場合、前記開閉制御信号をオフ信号として出力し、前記制御操作量が所定値を超える場合、前記開閉制御信号をオン信号として出力するとともに前記制御操作量から前記所定値を減算した値を繰越操作量として設定し、次の前記制御タイミングにおいて取得する前記制御操作量に前記繰越操作量を加算する開閉信号出力制御部と、
３相出力の１周期内で、該１周期を６分割した分割時間を単位とし前記制御タイミングを基準として各ＳＳＲへの前記開閉制御信号をずらして分散出力する分散出力制御部と、
を備えたことを特徴とする温度制御装置。

【請求項2】

前記分散出力制御部は、入力された前記開閉制御信号をもとに各ＳＳＲを開閉制御する際、前記３相出力のうちの少なくとも所定の１相出力を基準相出力として入力し、前記基準相出力のゼロクロスタイミングから１周期内で、該１周期を６分割した分割時間を単位として各ＳＳＲへの前記開閉制御信号をずらして分散出力することを特徴とする請求項１に記載の温度制御装置。

【請求項3】

前記分散出力制御部は、前記分割時間を、商用電源の既知の１周期を６分割した時間に設定し、前記３相出力の１周期内で、前記分割時間を単位として各ＳＳＲへの前記開閉制御信号をずらして分散出力することを特徴とする請求項１に記載の温度制御装置。

【請求項4】

前記開閉制御信号は、１周期長を単位とするオンオフ信号であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の温度制御装置。

【請求項5】

前記操作量演算部と前記開閉信号出力制御部との間に設けられ、予め各熱源に対する初期操作量が異なるように設定し、最初の制御タイミングで、前記操作量演算部から出力された制御操作量に前記初期操作量を加算した指令操作量を前記開閉信号出力制御部に出力する初期分散出力制御部を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の温度制御装置。

【請求項6】

前記初期操作量は、０を含む負の異なる値であることを特徴とする請求項５に記載の温度制御装置。

【請求項7】

前記ＳＳＲは、トライアックを含む半導体スイッチであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の温度制御装置。

【請求項8】

複数の熱源がそれぞれＳＳＲを介して３相交流電源に接続され、複数のＳＳＲの開閉制御による熱源への通電制御を行うことによって制御対象の温度制御を行う温度制御方法であって、
少なくとも前記制御対象の温度を検出し、該検出した温度が目標温度となるように各熱源に対する制御操作量を演算する操作量演算ステップと、
３相出力の１周期を制御周期とする同一の制御タイミングで、各熱源に対応する各ＳＳＲに対して入力された前記制御操作量を取得し、取得した制御操作量が所定値以上である場合、前記ＳＳＲを開閉制御する開閉制御信号をオン信号として出力し、前記制御操作量が前記所定値未満である場合、前記開閉制御信号をオフ信号として出力し、前記制御操作量が所定値を超える場合、前記開閉制御信号をオン信号として出力するとともに前記制御操作量から前記所定値を減算した値を繰越操作量として設定し、次の前記制御タイミングにおいて取得する前記制御操作量に前記繰越操作量を加算する開閉信号出力制御ステップと、
３相出力の１周期内で、該１周期を６分割した分割時間を単位とし前記制御タイミングを基準として各ＳＳＲへの前記開閉制御信号をずらして分散出力する分散出力制御ステップと、
を含むことを特徴とする温度制御方法。

【請求項9】

予め各熱源に対する初期操作量が異なるように設定し、最初の制御タイミングで、前記操作量演算ステップで演算された制御操作量に前記初期操作量を加算した指令操作量を前記開閉信号出力制御ステップに出力する初期分散出力制御ステップを含むことを特徴とする請求項８に記載の温度制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数のＳＳＲ（ソリッドステートリレー）を用いて複数の熱源に対する交流電流のオンオフ制御を行う場合であっても、簡易な構成で、きめの細かい制御を行って制御対象の温度制御を精度高く行うことができる温度制御装置及び温度制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、ＳＳＲをオンオフすることによって熱源をオンオフさせて制御対象流体の温度制御を行う温度制御装置がある。この温度制御装置は、一定制御周期内で、交流電流サイクルのオン周期とオフ周期との比率を制御するようにしている。

【0003】

なお、特許文献１では、複数の熱源を用いて温度制御を行うに際し、１つの熱源に対して連続的に熱を供給する連続制御を行うとともに、他の熱源に対してはオンオフ制御を行っている。この連続制御を行うことによって、温度制御精度を向上させることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平７−２０９４９号公報

【特許文献2】特開平８−７６９０２号公報

【特許文献3】実開平５−４３７３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述したように、精度の高い温度制御を実現するためには、オンオフ制御に替えて、連続的に熱を発生させる連続制御が有効である。したがって、全ての熱源に対して連続制御を行うことが好ましい。しかし、全ての熱源に対する連続制御を行おうとすると、部品点数が増えて装置が大型化してしまうという問題があった。

【0006】

そこで、装置の小型化を達成するため、上述したＳＳＲを用いて複数の熱源を制御することが考えられる。しかし、交流電源を用い、複数の熱源に対して複数のＳＳＲによるオンオフ制御を行う際、複数の熱源が同時にオン状態となる。この場合、突入電流が発生する。この突入電流の発生がある場合、温度制御装置は、この突入電流に耐え得る仕様の装置にする必要があるとともに、電気部品の容量を大きくする必要がある。

【0007】

このため、特許文献１，２では、複数の熱源に対するＳＳＲのオン指令が同時に発生した場合、オン指令を逐次、時間的にずらし、ＳＳＲの同時オンによる電力の集中を抑えている。

【0008】

しかしながら、特許文献１，２に記載された装置では、装置が複雑であるとともに、単相交流電源を用いることを前提としていることから、交流電流のきめの細かい温度制御を簡易に行うことは困難である。

【0009】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数のＳＳＲを用いて複数の熱源に対する交流電流のオンオフ制御を行う場合であっても、簡易な構成で、きめの細かい制御を行って制御対象の温度制御を精度高く行うことができる温度制御装置及び温度制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる温度制御装置は、複数の熱源がそれぞれＳＳＲを介して３相交流電源に接続され、複数のＳＳＲの開閉制御による熱源への通電制御を行うことによって制御対象の温度制御を行う温度制御装置であって、少なくとも前記制御対象の温度を検出し、該検出した温度が目標温度となるように各熱源に対する制御操作量を演算する操作量演算部と、各熱源に対応する各ＳＳＲに、入力された前記制御操作量が所定値以上である場合、開閉制御信号をオン信号として出力し、前記制御操作量が所定値を超えて余る場合、残余の操作量を繰越操作量として設定し、次の制御タイミングにおける前記制御操作量に前記繰越操作量を加算する開閉信号出力制御部と、前記開閉制御信号をもとに、３相出力の１周期内で、該１周期を６分割した分割時間を単位として各ＳＳＲへの開閉制御信号をずらして分散出力する分散出力制御部と、を備えたことを特徴とする。

【0011】

また、本発明にかかる温度制御装置は、上記の発明において、前記分散出力制御部は、入力された前記開閉制御信号をもとに各ＳＳＲを開閉制御する際、前記３相出力のうちの少なくとも所定の１相出力を基準相出力として入力し、前記基準相出力のゼロクロスタイミングから１周期内で、該１周期を６分割した分割時間を単位として各ＳＳＲへの開閉制御信号をずらして分散出力することを特徴とする。

【0012】

また、本発明にかかる温度制御装置は、上記の発明において、前記分散出力制御部は、前記分割時間を、商用電源の既知の１周期を６分割した時間に設定し、前記３相出力の１周期内で、前記分割時間を単位として各ＳＳＲへの開閉制御信号をずらして分散出力することを特徴とする。

【0013】

また、本発明にかかる温度制御装置は、上記の発明において、前記開閉制御信号は、１周期長を単位とするオンオフ信号であることを特徴とする。

【0014】

また、本発明にかかる温度制御装置は、上記の発明において、前記操作量演算部と前記開閉信号出力制御部との間に設けられ、予め各熱源に対する初期操作量が異なるように設定し、最初の制御タイミングで、前記操作量演算部から出力された制御操作量に前記初期操作量を加算した指令操作量を前記開閉信号出力制御部に出力する初期分散出力制御部を備えたことを特徴とする。

【0015】

また、本発明にかかる温度制御装置は、上記の発明において、前記初期操作量は、０を含む負の異なる値であることを特徴とする。

【0016】

また、本発明にかかる温度制御装置は、上記の発明において、前記ＳＳＲは、トライアックを含む半導体スイッチであることを特徴とする。

【0017】

また、本発明にかかる温度制御方法は、複数の熱源がそれぞれＳＳＲを介して３相交流電源に接続され、複数のＳＳＲの開閉制御による熱源への通電制御を行うことによって制御対象の温度制御を行う温度制御方法であって、少なくとも前記制御対象の温度を検出し、該検出した温度が目標温度となるように各熱源に対する制御操作量を演算する操作量演算ステップと、各熱源に対応する各ＳＳＲに、入力された前記制御操作量が所定値以上である場合、開閉制御信号をオン信号として出力し、前記制御操作量が所定値を超えて余る場合、残余の操作量を繰越操作量として設定し、次の制御タイミングにおける前記制御操作量に前記繰越操作量を加算する開閉信号出力制御ステップと、前記開閉制御信号をもとに、３相出力の１周期内で、該１周期を６分割した分割時間を単位として各ＳＳＲへの開閉制御信号をずらして分散出力する分散出力制御ステップと、を含むことを特徴とする。

【0018】

また、本発明にかかる温度制御方法は、上記の発明において、予め各熱源に対する初期操作量が異なるように設定し、最初の制御タイミングで、前記操作量演算ステップで演算された制御操作量に前記初期操作量を加算した指令操作量を前記開閉信号出力制御ステップに出力する初期分散出力制御ステップを含むことを特徴とする。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、開閉信号出力制御部が、各熱源に対応する各ＳＳＲに、操作量演算部が演算した制御操作量が所定値以上である場合、前記ＳＳＲの開閉制御信号をオン信号として出力し、前記制御操作量が所定値を超えて余る場合、残余の操作量を繰越操作量として設定し、次の制御タイミングにおける前記制御操作量に前記繰越操作量を加算し、分散出力制御部が前記開閉制御信号をもとに、３相出力の１周期内で、該１周期を６分割した分割時間を単位として各ＳＳＲへの開閉制御信号をずらして分散出力するようにしている。これにより、複数のＳＳＲを用いて複数の熱源に対する交流電流のオンオフ制御を行う場合であっても、簡易な構成で、きめの細かい制御を行って制御対象流体の温度制御を精度高く行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】図１は、本発明の実施の形態１である温度制御装置の構成を示すブロック図である。

【図2】図２は、図１に示した分散出力制御部による分散出力制御処理手順を示すフローチャートである。

【図3】図３は、図１に示した分散出力制御部による分散出力制御処理時の開閉制御信号と全体電力量との関係の一例を示すタイムチャートである。

【図4】図４は、図１に示した分散出力制御部による分散出力制御処理時の開閉制御信号と熱源に流れる電流との関係の一例を示すタイムチャートである。

【図5】図５は、熱源数と各熱源に割り当てられる分散時間との関係の一例を示す図である。

【図6】図６は、本発明の実施の形態２である温度制御装置の構成を示すブロック図である。

【図7】図７は、図６に示した初期分散出力制御部による初期分散出力制御処理手順を示すフローチャートである。

【図8】図８は、図６に示した開閉信号出力制御部による開閉信号出力制御処理手順を示すフローチャートである。

【図9】図９は、図６に示した出力制御部による出力制御処理手順を示すフローチャートである。

【図10】図１０は、熱源数と各熱源に割り当てられる初期操作量との関係の一例を示す図である。

【図11】図１１は、図６に示した初期分散出力制御部による初期分散出力制御処理時の開閉制御信号と熱源に流れる電流との関係の一例を示すタイムチャートである。

【図12】図１２は、本発明の実施の形態３である温度制御装置の構成を示すブロック図である。

【図13】図１３は、図１２に示したコントローラによる分散出力制御処理手順を示すフローチャートである。

【図14】図１４は、図１２に示したコントローラによる分散出力制御処理時の開閉制御信号と熱源に流れる電流との関係の一例を示すタイムチャートである。

【図15】図１５は、本発明の実施の形態３の変形例である温度制御装置の構成を示すブロック図である。

【図16】図１６は、図１５に示した分散出力制御部に設定される分散時間及び初期分散出力制御部に設定される初期操作量の一例を示す図である。

【図17】図１７は、図１５に示した分散時間と初期操作量とを設定した場合における分散出力制御処理時の開閉制御信号と熱源に流れる電流との関係の一例を示すタイムチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。

【0022】

（実施の形態１）
［全体構成］
図１は、本発明の実施の形態１である温度制御装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、この温度制御装置は、流入する純水Ｗを温度制御対象流体とする純水加熱装置である。この温度制御装置は、ハロゲンランプなどの複数の熱源１１〜１６をオンオフ制御して熱源１１〜１６から純水Ｗに熱を供給し、純水Ｗを目標温度ＳＶに温度制御して出力するものである。純水Ｗは、各熱源１１〜１６から熱が供給される領域を形成するボトル２１〜２６内を通る。ボトル２１〜２６は、順次接続されている。そして、純水Ｗは、ボトル２１〜２６を通過する際、コントローラＣの制御のもとに、熱源１１〜１６から順次、熱の供給を受けて温度制御される。

【0023】

複数の熱源１１〜１６には、それぞれ複数のＳＳＲ１〜６を介して３相電源７が接続される。また、３相電源７から各熱源１１〜１６への電源供給は、それぞれＳＳＲ１〜６のスイッチングによって制御される。

【0024】

ＳＳＲ１〜６は、入力側（コントローラＣ側）と出力側（熱源１１〜１６側）とが絶縁されている。ＳＳＲ１〜６の入力側と出力側とは、フォトトライアックカプラなどによって光接続される。ＳＳＲ１〜６の出力側には３相電源７の各相をスイッチングによって導通させるトライアックなどの半導体スイッチが設けられる。オンオフ信号である開閉制御信号ＤＢがＳＳＲ１〜６の入力側に入力されると、フォトトライアックカプラを介してＳＳＲ１〜６の出力側に開閉制御信号ＤＢが送られる。出力側のトライアックは、交流電流のゼロクロス点で開閉制御信号ＤＢがオンの場合、交流電流を導通し、次のゼロクロス点までこの導通状態を維持する。トライアックは、次のゼロクロス点で開閉制御信号ＤＢがオンの場合、さらに交流電流の導通を維持し、次のセロクロス点で開閉制御信号ＤＢがオフの場合、交流電流の導通を遮断するラッチ機能を有する。

【0025】

一方、コントローラＣは、操作量演算部３０と開閉信号出力部５０と分散出力制御部６０とを有する。操作量演算部３０には、目標温度ＳＶと、最上流側のボトル２６の入口側に配置された温度センサＳ１が検出した入口温度ＰＶｉｎと、最下流側のボトル２１の出口側に配置された温度センサＳ０が検出した出口温度ＰＶｏｕｔと、流量センサ３１から送られる純水Ｗの流量Ｆとが入力される。操作量演算部３０は、入口温度ＰＶｉｎと、出口温度ＰＶｏｕｔと、流量Ｆを加味したボトル２１〜２６内の純水Ｗの熱容量とをもとに各ボトル２２〜２６の出口温度を推定し、ボトル２１〜２６から出力される純水Ｗの温度を目標温度ＳＶにするための制御操作量ＭＶを演算して開閉信号出力制御部５０に出力する。この制御操作量ＭＶは、０〜１００％の値で示される。また制御操作量ＭＶは、熱源１１〜１６毎に演算する。

【0026】

開閉信号出力制御部５０は、各熱源１１〜１６に対応する各ＳＳＲ１〜６に、入力された制御操作量ＭＶが所定値（例えば１００％）以上である場合、開閉制御信号ＤＡをオン信号として出力してＳＳＲ１〜６をオンさせ、制御操作量ＭＶが所定値を超えて余る場合、残余の操作量を繰越操作量として設定し、次の制御タイミングにおける制御操作量ＭＶに繰越操作量を加算する。なお、開閉信号出力制御部５０は、初期状態として開閉制御信号ＤＡをオフ（オフ信号）にしており、入力された制御操作量ＭＶが所定値（例えば１００％）未満である場合、開閉制御信号ＤＡをオフ状態にする。

【0027】

分散出力制御部６０は、開閉信号出力制御部５０が出力した開閉制御信号ＤＡを各ＳＳＲ１〜６に出力する際、３相電源７の３相出力のうちの所定の１相出力（Ｒ相）を基準相出力として入力し、Ｒ相のゼロクロスタイミングから１周期内で、該１周期を６分割した分割時間を単位として各ＳＳＲ１〜６に対して開閉制御信号ＤＡをずらし、時間的に分散した開閉制御信号ＤＢを生成して出力する。

【0028】

［分散出力制御処理］
ここで、図２に示したフローチャートを参照して、分散出力制御部６０による分散出力制御処理手順について説明する。なお、分散出力制御部６０は、各熱源１１〜１６に、各熱源１１〜１６を制御する開閉制御信号ＤＢを出力する。ここでは、熱源１２に対する分散出力制御処理手順について説明する。

【0029】

分散出力制御部６０は、最初に割当数Ｎを取得する（ステップＳ１０１）。この割当数Ｎは、各熱源１１〜１６に対して割り当てたゼロクロスの順番位置に対応する数である。各熱源１１〜１６に対する割当数Ｎは、それぞれ０〜５である。したがって、熱源１２に対する割当数Ｎは、１である。なお、後述するように、割当数Ｎは、熱源１１〜１６の数が増減しても、０〜５の値である。これは、３相出力では、１周期のゼロクロスが６つであるため、上述した分割時間を単位とする分散時間の種類が最大６つであるからである。

【0030】

その後、割当数Ｎをもとに、分散時間ΔＴを算出する（ステップＳ１０２）。分散時間ΔＴは、１周期に（Ｎ／６）を乗算した値である。したがって、熱源１２に対する分散時間ΔＴは、１周期が２０ｍｓｅｃ（３相電源７の周波数＝５０Ｈｚの場合）となり、２０×（１／６）ｍｓｅｃとなる。

【0031】

その後、分散出力制御部６０は、３相電源７の基準相（Ｒ相）の１周期のゼロクロスを検出する（ステップＳ１０３）。さらに、分散出力制御部６０は、分散時間ΔＴを経過したか否かを判断する（ステップＳ１０４）。すなわち、分散出力制御部６０は、Ｒ相のゼロクロス検出時点からの経過時間が分散時間ΔＴとなったか否かを判断する。なお、ステップＳ１０３では、１周期のゼロクロスを検出するのは、１周期内のＲ相は、２つのゼロクロスが存在するからである。

【0032】

分散時間ΔＴを経過していない場合（ステップＳ１０４，Ｎｏ）、分散出力制御部６０は、この判断処理を繰り返す。一方、分散時間ΔＴを経過した場合（ステップＳ１０４，Ｙｅｓ）、分散出力制御部６０は、制御対象の熱源１１〜１６に対するＳＳＲ１〜６に開閉制御信号ＤＢを出力し（ステップＳ１０５）、ステップＳ１０３に移行して上述した処理を繰り返す。ここで、分散時間ΔＴは、最大６つであるため、熱源１１〜１６が６つの場合、各熱源１１〜１６に対してすべて異なる分散時間ΔＴを設定することができる。なお、開閉制御信号ＤＢは、１周期長を単位とするオンオフ信号である。

【0033】

上述した分散出力制御処理では、１周期内で、各熱源１１〜１６に対して入力された開閉制御信号ＤＡを異なる分散時間ΔＴを用いて時間的にずらして出力することによって開閉制御信号ＤＢを時間的に分散出力している。

【0034】

［分散出力制御処理の一例］
ここで、図３及び図４に示したタイムチャートを参照して、分散出力制御処理の一例について説明する。図３及び図４では、６つの熱源１１〜１６に対して操作量演算部３０から入力される制御操作量ＭＶが同時に５０％である状態が続く場合であって、開閉信号制御部５０から入力される開閉制御信号ＤＡが同時にオンとなった場合における分散出力制御処理を示している。

【0035】

図３に示すように、各熱源１１〜１６に対する開閉制御信号ＤＢ（ＤＢ１〜ＤＢ６）は、順次、Ｒ相のゼロクロス時点ｔ１から分割時間分、時間的に遅れてオン出力される（ｔ２〜ｔ６）。この結果、全体電力量は、１周期をかけて緩やかに増大し、その後に全ての開閉制御信号ＤＢ１〜ＤＢ６が時間的に遅れてオフになる（ｔ７〜ｔ１２）ため、１周期をかけて緩やかに減少する。

【0036】

図４は、図３に示した開閉制御信号ＤＢ１〜ＤＢ６が出力された場合の各電源１１〜１６に流れる電流波形を示している。図４に示すように、各熱源１１〜１６に流れる電流は、開閉制御信号ＤＢ１〜ＤＢ６と同様に、１周期内で分散出力される。特に、図４では、制御操作量が５０％であるため、開閉制御信号ＤＡ１〜ＤＡ６のオンオフが同時に繰り返される場合であっても、平坦な電力分布となる。

【0037】

特に、起動後の定常動作時は、低操作量である場合が多いが、この分散出力制御処理を行うことによって、オンオフ信号である開閉制御信号ＤＡ１〜ＤＡ６を用いても、連続制御と同等の処理を行うことができる。この結果、定常動作時における熱源１１〜１６間の温度差を小さくすることができ、きめが細かく精度の高い温度制御を実現することができる。すなわち、上述した分散出力制御処理では、３相出力が１周期で時間的に分散した６つのゼロクロスが発生することを利用して、開閉制御信号ＤＡ１〜ＤＡ６を１周期内で分散出力し、純水Ｗの温度制御を精度高く行っている。

【0038】

また、上述した分散出力制御処理は、起動時にも適用できる。この起動時であっても、１周期内で電力分布を時間的に緩やかにすることができるため、突入電流の発生を抑制することができる。

【0039】

なお、上述した実施の形態１では、３相出力の１周期のゼロクロスに合わせて６つの熱源１１〜１６を制御するようにしていたが、熱源数は、これに限らない。例えば、図５に示すように、１から８つまでの熱源１１〜１８を制御することもできる。ただし、熱源数に合わせて各熱源１１〜１８に接続する相出力を適切に設定することが必要である。例えば、図５に示すように、熱源数が３つの場合、熱源１１の割当数Ｎは０、熱源１２の割当数Ｎは２、熱源１３の割当数Ｎは４となる。また、熱源数が８つの場合、熱源１１〜１６は上述した実施の形態と同じ割当数Ｎと相出力とが設定される。一方、熱源１７，１８に対しては、他の熱源１１〜１６と重複して出力することになるが、各熱源１７，１８の出力を時間的に離隔して出力している。すなわち、割当数Ｎを１，４に設定している。

【0040】

また、上述した実施の形態では、分散出力制御部６０が、３相電源７のＲ相を分散出力制御部６０に入力し、Ｒ相を基準相としてＲ相のゼロクロスを検出していたが、他のＳ相あるいはＴ相を基準相としてゼロクロスを検出するようにしてもよい。さらに、３相のうちの２相のゼロクロスを検出してもよいし、３相すべてのゼロクロスを検出してもよい。このような複数相のゼロクロスを用いることによって、分散時間ΔＴの計時処理が軽減される。

【0041】

なお、基準相のゼロクロスを用いなくてもよい。例えば、任意の時点を基準のゼロクロス時点とし、このゼロクロス時点から、使用する既知の電源周波数の１周期を６分割した分割時間を求める。この求めた分割時間を順次加算した値は分散時間ΔＴとして用いることができる。任意の時点を基準のゼロクロス時点としても、出力される開閉制御信号ＤＢ１〜ＤＢ６は、１つの分割時間内に発生し、しかも、各開閉制御信号ＤＢ１〜ＤＢ６は、重複した分割時間内に発生することがない。そして、各ＳＳＲ１〜６は、開閉制御信号ＤＢ１〜ＤＢ６のオン出力から分割時間未満内にオンするとともに、開閉制御信号ＤＢ１〜ＤＢ６のオフ出力から分割時間未満内にオフする。この結果、上述した実施の形態１によるＳＳＲ１〜６のオンオフと同じオンオフを行うことができる。

【0042】

（実施の形態２）
［全体構成］
次に、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態２では、装置の初期起動における突入電流の発生を抑えるようにしている。このため、図６に示すように、実施の形態１の分散出力制御部６０に替えて、出力制御部６１を設け、開閉信号出力制御部５０の前段に初期分散出力制御部４０を新たに設けている。その他の構成は、実施の形態１と同じである。実施の形態２では、３相電源７のＲ相は出力制御部６１に入力される。なお、初期分散出力制御部４０は、熱源１１〜１６毎に対する制御を行う。

【0043】

［初期分散出力制御処理］
ここで、図７に示すフローチャートを参照して、初期分散出力制御部４０による初期分散出力制御処理手順について説明する。図７に示すように、初期分散出力制御部４０は、まず制御開始１回目の制御タイミングであるか否かを判断する（ステップＳ２０１）。

【0044】

制御開始１回目の制御タイミングである場合（ステップＳ２０１，Ｙｅｓ）、初期分散出力制御部４０は、予め熱源１１〜１６毎に設定された初期操作量を取得する（ステップＳ２０２）。なお、各熱源１１〜１６の初期操作量は、図１０に示した熱源数が６つの場合の値が設定されている。具体的には、熱源１１〜１６に対する初期操作量は、それぞれ、０％、−（１００％×１／熱源数＝６）、−（１００％×２／熱源数＝６）、−（１００％×３／熱源数＝６）、−（１００％×４／熱源数＝６）、−（１００％×５／熱源数＝６）である。すなわち、熱源１１〜１６に対する初期操作量は、０％、−１６．７％、−３３．３％、−５０．０％、−６６．７％、−８３．３％となる。これらの初期操作量は、熱源１１が０である場合を除き、すべて負の値に設定している。また、各熱源１１〜１６に設定された初期操作量の負の値は同じ値にはならない。そして、初期操作量を負の値に設定しておくことによって、各熱源１１〜１６に対する全電力量を徐々に増やすことができ、突入電流を抑えることができる。

【0045】

その後、初期分散出力制御部４０は、指令操作量ＯＵＴＭＶを算出して（ステップＳ２０３）、開閉信号出力制御部５０に出力し、ステップＳ２０１に移行して上述した処理を繰り返す。このステップＳ２０３の指令操作量ＯＵＴＭＶは、初期操作量に、操作量演算部３０が演算した制御操作量ＭＶを加算することによって得られる。

【0046】

一方、制御開始１回目の制御タイミングでない場合（ステップＳ２０１，Ｎｏ）には、制御操作量ＭＶを指令操作量ＯＵＴＭＶとして算出して（ステップＳ２０４）、開閉信号出力制御部５０に出力し、ステップＳ２０１に移行し、上述した処理を繰り返す。

【0047】

［開閉信号出力制御処理］
ここで、図８に示すフローチャートを参照して、開閉信号出力制御部５０による開閉信号出力制御処理手順について説明する。図８に示すように、開閉信号出力制御部５０は、まず、出力操作量の算出を行う（ステップＳ３０１）。この出力操作量の算出は、初期分散出力制御部４０が出力した指令操作量ＯＵＴＭＶに、前回の繰越操作量を加算する。

【0048】

その後、開閉信号出力制御部５０は、出力操作量が１００％（所定値）以上であるか否かを判断する（ステップＳ３０２）。出力操作量が１００％以上である場合（ステップＳ３０２，Ｙｅｓ）、開閉制御信号ＤＡをオン（ＯＮ）にする指示を出力制御部６１に出力する（ステップＳ３０３）。そして、開閉信号出力制御部５０は、繰越操作量を算出し（ステップＳ３０４）、ステップＳ３０１に移行し、上述した処理を繰り返す。このステップＳ３０４の繰越操作量の算出は、出力操作量から１００％を減算する。

【0049】

一方、出力操作量が１００％以上でない場合（ステップＳ３０２，Ｎｏ）には、開閉制御信号ＤＡをオフ（ＯＦＦ）にする指示を出力制御部６１に出力する（ステップＳ３０５）。そして、開閉信号出力制御部５０は、繰越操作量を算出し（ステップＳ３０６）、ステップＳ３０１に移行して上述した処理を繰り返す。このステップＳ３０６の繰越操作量の算出は、現在の出力操作量をそのまま繰越操作量とする。

【0050】

［出力制御処理］
さらに、図９に示すフローチャートを参照して、出力制御部６１による出力制御処理手順について説明する。図９に示すように、まず、出力制御部６１は、３相電源７の基準相（Ｒ相）の１周期のゼロクロスを検出する（ステップＳ４０１）。その後、出力制御部６１は、検出した１周期のゼロクロスに合わせて、制御対象の熱源１１〜１６に対するＳＳＲ１〜６に開閉制御信号ＤＢを出力し（ステップＳ４０２）、ステップＳ４０１に移行して上述した処理を繰り返す。

【0051】

［初期分散出力制御処理の一例］
ここで、図１１に示したタイムチャートをもとに、初期分散出力制御処理の一例を説明する。図１１に示した初期分散出力処理では、６つの熱源１１〜１６に対し、図１０に示したように、初期操作量を、０、及び−（１００％／（熱源数＝１〜５））とする負の値に設定している。なお、図１１では、各熱源１１〜１６に対する各制御操作量ＭＶが５０％であるときの開閉制御信号ＤＢ（ＤＢ１〜ＤＢ６）とそのときの熱源１１〜１６に流れる電流の出力状態を示している。

【0052】

図１１に示すように、１回目の制御タイミングｔ１１では、各熱源１１〜１６のいずれも５０％で１００％に達しておらず、２回目の制御タイミングｔ１２で初めて、初期操作量が０である熱源１１（ＳＳＲ１）の出力操作量が１００％になって開閉制御信号ＤＢ１がオンとなる。その後、３回目の制御タイミングｔ１３で熱源１２，１３，１４（ＳＳＲ２，３，４）の出力操作量が１００％以上となり、開閉制御信号ＤＢ２，ＤＢ３，ＤＢ４が始めてオンとなる。さらに、４回目の制御タイミングｔ１４で熱源１１，１５，１６（ＳＳＲ１，５，６）の出力操作量が１００％以上となり、開閉制御信号ＤＢ１，ＤＢ５，ＤＢ６がオンとなる。以後の制御タイミングでは、各制御タイミングで３つの熱源が１００％以上となり、３つの開閉制御信号ＤＢがオンとなることを繰り返す。

【0053】

そして、各ＳＳＲ１〜６は、開閉制御信号ＤＢ１〜ＤＢ６に応じて熱源１１〜１６に交流電流を流す。これによって、起動初期時に、突入電流が発生することを抑えることができる。

【0054】

なお、上述した実施の形態２では、３相交流電源を用いた初期分散出力制御処理を行うものであった。しかし、この初期分散出力制御は、単相交流電源を用いた場合であっても、直流電源を用いた場合であっても、適用可能である。

【0055】

（実施の形態３）
［全体構成］
次に、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態３では、実施の形態１に示した分散出力制御処理と実施の形態２に示した初期分散出力制御処理とを組み合わせている。すなわち、図１２に示すように、操作量演算部３０の後段に、初期分散出力制御部４０を設け、さらに初期分散出力制御部４０の後段に開閉信号出力制御部５０を設けるとともに、開閉信号出力制御部５０の後段に分散出力制御部６０を設けている。その他の構成は、実施の形態１，２と同じである。

【0056】

初期分散出力制御部４０は、実施の形態２と同様に、制御開始１回目の制御タイミングで、操作量演算部３０が出力した制御操作量ＭＶに、予め各熱源１１〜１６に対して設定された初期操作量を加算した指令操作量ＯＵＴＭＶを開閉信号出力制御部５０に出力する。そして、初期分散出力制御部４０は、制御開始２回目の制御タイミングで、操作量演算部３０が出力した制御操作量ＭＶを指令操作量ＯＵＴＭＶとして開閉信号出力制御部５０に出力する。

【0057】

開閉信号出力制御部５０は、初期分散出力制御部４０から入力された指令操作量ＯＵＴＭＶと前回の繰越操作量とを加算し、加算値が１００％以上となった場合に、開閉制御信号ＤＡ（ＤＡ１〜ＤＡ６）をオンにして分散出力制御部６０に出力する。

【0058】

分散出力制御部６０は、３相電源７のＲ相出力のゼロクロスタイミングから１周期内で、１周期を６分割した分割時間を単位とする各熱源１１〜１６に対する分散時間ΔＴを算出する。そして、分散出力制御部６０は、各熱源１１〜１６に対する分散時間ΔＴを用いて、入力された開閉制御信号ＤＡ１〜ＤＡ６を時間的にずらした開閉制御信号ＤＢ１〜ＤＢ６を生成して各ＳＳＲ１〜６に対して分散出力する。

【0059】

［コントローラによる分散出力制御処理］
ここで、図１３に示すフローチャートを参照して、コントローラＣによる分散出力制御処理手順について説明する。図１３に示すように、まず、初期分散出力制御部４０は、まず制御開始１回目の制御タイミングであるか否かを判断する（ステップＳ５０１）。

【0060】

制御開始１回目の制御タイミングである場合（ステップＳ５０１，Ｙｅｓ）、初期分散出力制御部４０は、予め熱源１１〜１６毎に設定された初期操作量を取得する（ステップＳ５０２）。

【0061】

その後、初期分散出力制御部４０は、指令操作量ＯＵＴＭＶを算出して（ステップＳ５０３）、開閉信号出力制御部５０に出力し、ステップＳ５０５に移行する。このステップＳ５０３の指令操作量ＯＵＴＭＶは、初期操作量に、操作量演算部３０が演算した制御操作量ＭＶを加算することによって得られる。

【0062】

一方、制御開始１回目の制御タイミングでない場合（ステップＳ５０１，Ｎｏ）には、制御操作量ＭＶを指令操作量ＯＵＴＭＶとして算出して（ステップＳ５０４）、開閉信号出力制御部５０に出力し、ステップＳ５０５に移行する。

【0063】

その後、ステップＳ５０５では、開閉信号出力制御部５０は、出力操作量の算出を行う。この出力操作量の算出は、初期分散出力制御部４０が出力した指令操作量ＯＵＴＭＶに、前回の繰越操作量を加算する。

【0064】

その後、開閉信号出力制御部５０は、出力操作量が１００％（所定値）以上であるか否かを判断する（ステップＳ５０６）。出力操作量が１００％以上である場合（ステップＳ５０６，Ｙｅｓ）、開閉制御信号ＤＡをオン（ＯＮ）にする指示を分散出力制御部６０に出力する（ステップＳ５０７）。そして、開閉信号出力制御部５０は、繰越操作量を算出する（ステップＳ５０８）。このステップＳ５０８の繰越操作量の算出は、出力操作量から１００％を減算する。

【0065】

その後、開閉制御信号オンの指示を受けた分散出力制御部６０は、まず、割当数Ｎを取得する（ステップＳ５０９）。この割当数Ｎは、各熱源１１〜１６に対して割り当てたゼロクロスの順番位置に対応する数である。各熱源１１〜１６に対する割当数Ｎは、それぞれ０〜５である。

【0066】

その後、分散出力制御部６０は、割当数Ｎをもとに、分散時間ΔＴを算出する（ステップＳ５１０）。分散時間ΔＴは、１周期に（Ｎ／６）を乗算した値である。したがって、熱源１２に対する分散時間ΔＴは、１周期が２０ｍｓｅｃ（３相電源７の周波数＝５０Ｈｚの場合）となり、２０×（１／６）ｍｓｅｃとなる。

【0067】

その後、分散出力制御部６０は、３相電源７の基準相（Ｒ相）の１周期のゼロクロスを検出する（ステップＳ５１１）。さらに、分散出力制御部６０は、分散時間ΔＴを経過したか否かを判断する（ステップＳ５１２）。すなわち、分散出力制御部６０は、Ｒ相のゼロクロス検出時点からの経過時間が分散時間ΔＴとなったか否かを判断する。

【0068】

分散時間ΔＴを経過していない場合（ステップＳ５１２，Ｎｏ）、分散出力制御部６０は、この判断処理を繰り返す。一方、分散時間ΔＴを経過した場合（ステップＳ５１２，Ｙｅｓ）、分散出力制御部６０は、制御対象の熱源１１〜１６に対するＳＳＲ１〜６をオンにする開閉制御信号ＤＢをＳＳＲ１〜６に出力し（ステップＳ５１３）、ステップＳ５０１に移行して上述した処理を繰り返す。

【0069】

一方、出力操作量が１００％以上でない場合（ステップＳ５０６，Ｎｏ）、開閉信号出力制御部５０は、開閉制御信号ＤＡをオフ（ＯＦＦ）にする指示を分散出力制御部６０に出力する（ステップＳ５１４）。その後、開閉信号出力制御部５０は、繰越操作量を算出する（ステップＳ５１５）。このステップＳ５１５の繰越操作量の算出は、現在の出力操作量をそのまま繰越操作量とする。ステップＳ５１４の開閉制御信号ＤＢをオフにする指示を受けた分散出力制御部６０は、ＳＳＲ１〜６をオフにする開閉制御信号ＤＢをＳＳＲ１〜６に出力し（ステップＳ５１６）、ステップＳ４０１に移行して上述した処理を繰り返す。

【0070】

［コントローラによる分散出力制御処理の一例］
図１４は、コントローラＣによる分散出力制御処理の一例を示すタイムチャートである。図１４に示した処理は、図１３に示したように初期分散出力制御部４０による初期分散出力処理に、分散出力制御部６０による分散出力制御処理を加えた結果となる。なお、操作量演算部３０は、各制御タイミングで５０％の制御操作量を算出することを前提としている。また、初期操作量は、図１１に示した初期操作量を用いている。

【0071】

図１４に示すように、１回目の制御タイミングｔ１１では、初期操作量が０及び負の値であることから、各熱源１１〜１６のいずれも１００％に達しておらず、２回目の制御タイミングｔ１２で初めて熱源１１の指令操作量ＯＵＴＭＶが１００％になって開閉制御信号ＤＡ１がオンとなる。熱源１１に対する分散時間ΔＴは０であるため、開閉制御信号ＤＡ１がそのまま開閉制御信号ＤＢ１としてＳＳＲ１に出力される。その後、３回目の制御タイミングｔ１３で熱源１２，１３，１４の指令操作量ＯＵＴＭＶが１００％以上となり、開閉制御信号ＤＡ２，ＤＡ３，ＤＡ４が始めてオンとなる。そして、分散出力制御部６０は、開閉制御信号ＤＡ２，ＤＡ３，ＤＡ４を、制御タイミングｔ１３から、それぞれ２０×（１／６）ｍｓｅｃ、２０×（２／６）ｍｓｅｃ、２０×（３／６）ｍｓｅｃずらした開閉制御信号ＤＢ２，ＤＢ３，ＤＢ４としてＳＳＲ２，３，４に出力する。さらに、４回目の制御タイミングｔ１４で熱源１１，１５，１６の指令操作量ＯＵＴＭＶが１００％以上となり、開閉制御信号ＤＡ１，ＤＡ５，ＤＡ６がオンとなる。そして、分散出力制御部６０は、開閉制御信号ＤＡ１，ＤＡ５，ＤＡ６を、制御タイミングｔ１４から、それぞれ０ｍｓｅｃ、２０×（４／６）ｍｓｅｃ、２０×（５／６）ｍｓｅｃずらした開閉制御信号ＤＢ１，ＤＢ５，ＤＢ６としてＳＳＲ１，５，６に出力する。以後の制御タイミングでは、各制御タイミングで３つの熱源が１００％以上となり、分散出力された３つの開閉制御信号ＤＢがオンとなる。

【0072】

本実施の形態３では、初期分散出力制御処理によって初期起動時における突入電流の発生をさらに抑え、分散出力制御処理によって定常動作時に精度の高い温度制御を行うことができる。

【0073】

（実施の形態３の変形例）
上述した実施の形態１〜３では、ボトル２１〜２６を順次直列接続し、それぞれ熱源１１〜１６に熱を供給して純水Ｗを温度制御していた。本変形例では、直列接続されたボトル２１〜２３とボトル２４〜２６との２系統を並列接続し、ボトル２１〜２６をそれぞれ熱源１１〜１６に熱を供給して純水Ｗを温度制御するようにしている。

【0074】

図１５は、本実施の形態３の変形例である温度制御装置の構成を示すブロック図である。図１５に示すように、制御対象の純水Ｗは、入口側で２つに分岐され、それぞれボトル２１〜２３とボトル２４〜２６とに流入し、出口側で１つの流路に結合されて出力される。

【0075】

コントローラＣの操作量演算部３０は、目標温度ＳＶと、上流側のボトル２３，２６の入口側に配置された温度センサＳ１ａ，Ｓ１ｂが検出した入口温度ＰＶｉｎ１，ＰＶｉｎ２と、下流側のボトル２１，２４の出口側に配置された１つの温度センサＳ０が検出した出口温度ＰＶｏｕｔと、流量センサ３１ａ，３１ｂから送られる純水Ｗのボトル２３，２６への流量Ｆ１，Ｆ２とが入力される。操作量演算部３０は、入口温度ＰＶｉｎ１，ＰＶｉｎ２と、出口温度ＰＶｏｕｔと、流量Ｆ１，Ｆ２を加味したボトル２１〜２６内の純水Ｗの熱容量とをもとに各ボトル２２，２３，２５，２６の出口温度を推定し、ボトル２１〜２６から出力される純水Ｗの温度を目標温度ＳＶにするための制御操作量ＭＶを演算して初期分散出力制御部４０に出力する。その他の構成は実施の形態３と同じである。

【0076】

上述した実施の形態３では、直列接続されたボトル２１〜２６に対応した熱源１１〜１６の１系統に対して接続順に、６分割した分散時間ΔＴ及び初期操作量の設定を行うようにしていた。本実施の形態３の変形例では、並列接続されたボトル２１〜２３とボトル２４〜２６とに対応した熱源１１〜１３と熱源１４〜１６との２系統に対し、接続順で、かつ、交互に、６分割した分散時間ΔＴ及び初期操作量の設定を行うようにしている。

【0077】

例えば、図１６に示すように、分散時間ΔＴは、熱源１１、１４、１２、１５、１３、１６の順序で増大する設定が行われる。また、図１６に示すように、初期操作量も熱源１１、１４、１２、１５、１３、１６の順序で負の値を大きくする設定が行われる。

【0078】

図１７は、図１５に示した温度制御装置に対して図１６に示した分散時間及び初期操作量を設定した場合における、コントローラＣによる分散出力制御処理時の開閉制御信号と熱源に流れる電流との関係の一例を示すタイムチャートである。この変形例では、ボトル２１〜２６及び熱源１１〜１６を並列接続した場合であっても、並列接続された２系統に対して交互に熱供給を行うため、均一な熱供給が可能となり、精度の高い温度制御を行うことができる。

【0079】

なお、本変形例は、上述した実施の形態１，２にも適用することができる。また、並列接続の態様は、種々の形態が可能である。例えば、全て並列接続してもよいし、３以上の直接接続系統を３以上の並列接続としてもよい。

【符号の説明】

【0080】

１〜６ ＳＳＲ
７ ３相電源
１１〜１６ 熱源
２１〜２６ ボトル
３０ 操作量演算部
３１，３１ａ，３１ｂ 流量センサ
４０ 初期分散出力制御部
５０ 開閉信号出力制御部
６０ 分散出力制御部
６１ 出力制御部
Ｃ コントローラ
ＤＡ，ＤＡ１〜ＤＡ６，ＤＢ，ＤＢ１〜ＤＢ６ 開閉制御信号
Ｆ，Ｆ１，Ｆ２ 流量
ＭＶ 制御操作量
ＯＵＴＭＶ 指令操作量
ＰＶｉｎ，ＰＶｉｎ１，ＰＶｉｎ２ 入口温度
Ｓ０，Ｓ１，Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ 温度センサ
ＳＶ 目標温度
ｔ１ ゼロクロス時点
ｔ１１〜ｔ１４ 制御タイミング
Ｗ 純水

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】