温度调节设备
阅读：994发布：2020-05-13
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1.一种温度调节设备(10)，所述温度调节设备(10)利用珀耳帖元件(12)调节控制对象(18)的温度，其特征在于，包含：
驱动电路(66)，所述驱动电路(66)被构造成以期望的输出量驱动所述珀耳帖元件(12)；
状态检测器(70)，所述状态检测器(70)被构造成检测所述珀耳帖元件(12)的电气状态；
控制电路(58)，所述控制电路(58)被构造成至少基于所述珀耳帖元件(12)的所述电气状态计算所述期望的输出量，确定用于以期望的输出量驱动所述珀耳帖元件(12)的控制量，并且以所述控制量控制所述驱动电路(66)；
参数设置单元(56)，所述参数设置单元(56)被构造成设置与所述珀耳帖元件(12)的操作相关的参数；
温度传感器(36)，所述温度传感器(36)检测所述控制对象(18)的温度；和温度调节器(54)，所述温度调节器(54)向所述控制电路(58)输出操作量以将所述控制对象(18)的温度调节到期望的温度，
其中：
所述驱动电路(66)包含直流电源(62)，所述直流电源(62)通过向所述珀耳帖元件(12)施加作为所述输出量的直流电压，使直流电流流到所述珀耳帖元件(12)；
所述直流电源(62)是可变电源，在所述可变电源中，所述直流电流的值能够通过改变所述直流电压的值而改变；并且
所述控制电路(58)通过控制所述直流电源(62)执行可变控制，从而所述直流电压的值和所述直流电流的值改变为对应于所述控制量的期望值；
所述珀耳帖元件(12)的所述电气状态由所述直流电压、所述直流电流和所述珀耳帖元件(12)的电动势定义；
所述状态检测器(70)包括：电压检测电路(48)，所述电压检测电路(48)被构造成检测所述直流电压；电流检测电路(46)，所述电流检测电路(46)被构造成检测所述直流电流；和电动势检测电路(52)，所述电动势检测电路(52)被构造成检测所述电动势；
所述参数设置单元(56)设置温度调节能力极限值，以相对于所述控制对象(18)限制所述珀耳帖元件(12)的温度调节能力；
所述控制电路(58)基于所述操作量、所述参数、由所述电压检测电路(48)检测的所述直流电压、由所述电流检测电路(46)检测的所述直流电流和由所述电动势检测电路(52)检测的所述电动势，控制所述驱动电路(66)并且；
进一步通过基于所述温度调节能力极限值控制所述直流电源(62)，所述控制电路(58)限制所述直流电压和所述直流电流。
2.如权利要求1所述的温度调节设备(10)，其特征在于：
所述参数是：最大电压值，所述最大电压值是能够向所述珀耳帖元件(12)施加的所述直流电压的最大值；电流极限值，所述电流极限值是流到所述珀耳帖元件(12)的所述直流电流的最大值；和温差极限值，所述温差极限值是对应于所述电动势的所述珀耳帖元件(12)的吸热侧和散热侧之间的温差的容许值；
所述控制电路(58)进一步包含温差转换单元(80)，所述温差转换单元(80)将由所述电动势检测电路(52)检测的所述电动势转换成所述温差；并且
基于所述最大电压值和由所述电压检测电路(48)检测的所述直流电压之间的比较、所述电流极限值和由所述电流检测电路(46)检测的所述直流电流之间的比较、所述温差极限值和由所述温差转换单元(80)转换的所述温差之间的比较，控制所述驱动电路(66)。
3.如权利要求2所述的温度调节设备(10)，其特征在于，在所述控制电路(58)中：
在直流电压被从所述直流电源(62)施加于所述珀耳帖元件(12)的情况下，以及当由所述电流检测电路(46)检测的所述直流电流超过所述电流极限值时，相对于所述直流电源(62)的控制从变压控制切换到恒定电流操作，所述变压控制被构造成改变所述直流电压的值，所述恒定电流操作用于在将所述直流电流维持在所述电流极限值的同时将所述直流电压的值保持在预定值；
如果由所述电流检测电路(46)检测的所述直流电流变为小于或等于所述电流极限值，相对于所述直流电源(62)的控制从所述恒定电流操作恢复到所述变压控制。
4.如权利要求2所述的温度调节设备(10)，其特征在于，在由所述温差转换单元(80)转换的所述温差已经超过所述温差极限值的情况下，所述控制电路(58)控制所述直流电源(62)，使得所述温差变为小于或等于所述温差极限值，并且所述直流电压的值减小。
5.如权利要求4所述的温度调节设备(10)，其特征在于，当所述直流电源(62)被控制，使得所述温差变为小于或等于所述温差极限值，但是所述温差继续上升时，所述控制电路(58)中止从所述直流电源(62)向所述珀耳帖元件(12)施加所述直流电压。
6.如权利要求2所述的温度调节设备(10)，其特征在于：
所述驱动电路(66)进一步包含极性换向电路(50)，所述极性换向电路(50)切换所述直流电源(62)输出的所述直流电压的极性，并且将已经切换了所述极性的所述直流电压施加到所述珀耳帖元件(12)；并且
当施加到所述珀耳帖元件(12)的所述直流电压的所述极性通过所述极性换向电路(50)被切换时，所述控制电路(58)执行恒定电流控制以将所述直流电流维持在固定值，并且控制所述直流电源(62)使得所述直流电流的时间常数变得较长。
7.如权利要求6所述的温度调节设备(10)，其特征在于，基于所述温度调节能力极限值，所述控制电路(58)限制相对于所述操作量的所述直流电压的输出范围。
8.如权利要求6所述的温度调节设备(10)，其特征在于，所述控制电路(58)限制所述直流电压和所述直流电流，直到所述控制对象(18)的温度达到对应于所述温度调节能力极限值的预定温度，而当所述控制对象(18)的温度达到所述预定温度时，所述直流电压和所述直流电流的限制被解除。
9.如权利要求1所述的温度调节设备(10)，其特征在于，所述控制电路(58)进一步包含故障检测单元(82)，在由所述电流检测电路(46)检测的所述直流电流的值偏离基于对应于所述电动势的所述珀耳帖元件(12)的吸热侧和散热侧之间的温差的所述直流电压和所述直流电流的特性的情况下，所述故障检测单元(82)判断所述珀耳帖元件(12)发生故障。
10.如权利要求1所述的温度调节设备(10)，其特征在于：
在所述直流电压从所述直流电源(62)向所述珀耳帖元件(12)的施加被临时中止的时间段内，所述控制电路(58)通过所述电动势检测电路(52)执行所述电动势的检测，并且在所述电动势的检测完成时，所述控制电路(58)从所述直流电源(62)向所述珀耳帖元件(12)再施加所述直流电压；并且
在所述直流电压的施加和所述电动势的检测被交替地执行的情况下，所述电动势的检测时间比施加所述直流电压的时间短。
11.如权利要求10所述的温度调节设备(10)，其特征在于，所述电动势检测电路(52)是二极管桥式电路。
温度调节设备
技术领域
背景技术
[0002] 迄今为止，例如，日本专利No.3660963(以下简称传统技术)公开了，已知的温度调节设备利用珀耳帖元件调节控制对象的温度。对于这种温度调节设备，温度传感器检测控制对象的温度，温度调节器输出用于将检测温度调节到期望的温度的操作量，并且驱动电路以与操作量成比例(依据操作量)的输出量驱动珀耳帖元件。
[0003] 在这种情况下，在操作量的绝对值小的区域内，基于时间的比例控制(PWM控制)被执行，其中相同电压值的脉冲电压被反复地施加到珀耳帖元件。另一方面，在操作量的绝对值高的区域内，变压控制被执行，其中其大小可调节的直流电压，被连续地施加到珀耳帖元件。
发明内容
[0004] 如此，对于传统技术，控制对象的温度被反馈到温度调节器并且控制对象的温度被控制以达到期望的温度。
[0005] 然而，对于传统技术，没有执行考虑到珀耳帖元件的电气状态(即施加于珀耳帖元件的直流电压和直流电流、珀耳帖元件的加热侧和吸热侧之间的电动势)的温度控制。因此，如果在珀耳帖元件的最大标准值(直流电压、直流电流和电动势的容许值)被超过的情况下执行温度控制，珀耳帖元件的能力和性能可能劣化或珀耳帖元件可能发生故障。
[0006] 从而，传统地，温度调节设备被设计成基于标准值，该标准值被设置成比珀耳帖元件的制造商建议的最大标准值小。如此，因为达到该最大标准值的使用不会出现，则温度调节设备对于控制对象的温度调节能力(即对于控制对象的加热能力和冷却能力)难以达到最大可用程度。
[0007] 本发明为了解决上述问题而设计，目的是提供一种温度调节设备，该温度调节设备能够提高温度调节能力，但不会导致珀耳帖元件的性能劣化或故障。
[0008] 本发明是利用珀耳帖元件调节控制对象的温度的温度调节设备，并且包括驱动电路、状态检测器和控制电路。驱动电路以期望的输出量驱动珀耳帖元件。状态检测器检测珀耳帖元件的电气状态。控制电路至少基于珀耳帖元件的电气状态计算期望输出量，确定用于以期望输出量驱动珀耳帖元件的控制量，并且以该控制量控制驱动电路。
[0009] 在上述方式中，控制电路通过至少提取珀耳帖元件的电气状态计算期望的输出量，并且采用基于计算的期望输出量根据控制量控制驱动电路。即，根据控制电路，电气状态反映在珀耳帖元件上的控制(反馈控制)被采用。所以，与采用不考虑珀耳帖元件的电气状态的控制(不反映电气状态，即开环控制)的传统技术相比，根据本发明，能够避免珀耳帖元件的性能劣化和故障出现。因此，根据本发明，因为可以使温度调节设备操作直到珀耳帖元件的最大标准值，温度调节设备的温度调节能力(即对于控制对象的加热能力和冷却能力)能够提高。
[0010] 驱动电路可以包含直流电源，该直流电源通过向珀耳帖元件施加作为输出量的直流电压，使直流电流流到珀耳帖元件。在这种情况下，珀耳帖元件的电气状态由直流电压、直流电流和珀耳帖元件的电动势定义。进一步，状态检测器包括：电压检测电路，该电压检测电路被构造成检测直流电压；电流检测电路，该电流检测电路被构造成检测直流电流；和电动势检测电路，该电动势检测电路被构造成检测电动势。
[0011] 因此，利用检测的直流电压、直流电流和电动势，控制电路判定对于驱动电路的控制量，并且控制驱动电路和控制量。因此，合适的直流电压和直流电流能够从直流电源供应到珀耳帖元件。
[0012] 在这种情况下，假定直流电源是可变电源，在可变电源中，直流电流的值能够通过改变直流电压的值而改变，控制电路通过控制直流电源执行可变控制，从而直流电压的值和直流电流的值改变为对应于控制量的期望值。因而，对应于控制量，直流电压和直流电流能够被连续地改变。进一步，由比如在PWM控制中反复接通和断开引起的峰值电流的产生能够被避免。
[0013] 温度调节设备进一步包括参数设置单元，该参数设置单元被构造成设置与珀耳帖元件的操作相关的参数。在这种情况下，控制电路基于参数、由电压检测电路检测的直流电压、由电流检测电路检测的直流电流和由电动势检测电路检测的电动势，控制驱动电路。因而，珀耳帖元件的驱动能够被最佳地执行。
[0014] 这里，参数是：最大电压值，该最大电压值是能够施加于珀耳帖元件的直流电压的最大值；电流极限值，该电流极限值是流到珀耳帖元件的直流电流的最大值；和温差极限值，该温差极限值是对应于电动势的珀耳帖元件的吸热侧和散热侧之间的温差的容许值。
[0015] 进一步，控制电路包含温差转换单元，该温差转换单元将由电动势检测电路检测的电动势转换成温差。在这种情况下，基于最大电压值和由电压检测电路检测的直流电压之间的比较、电流极限值和由电流检测电路检测的直流电流之间的比较、温差极限值和由温差转换单元转换的温差之间的比较，控制驱动电路。
[0016] 如果直流电压超过最大电压值，直流电流超过电流极限值，或如果温差超过温差极限值，则珀耳帖元件的性能可能劣化，或珀耳帖元件可能发生故障。从而，通过基于与最大电压值、电流极限值和温差极限值的比较控制驱动电路，而不导致珀耳帖元件的性能劣化或故障，珀耳帖元件能被使用直至其最大标准值(最大电压值、电流极限值和温差极限值)。因此，温度调节设备的加热能力和冷却能力能够被发挥至它们的最大程度，并且控制对象的温度管理(监控)能够被最佳地执行。
[0017] 更具体地，在直流电压被从直流电源施加于珀耳帖元件的情况下，以及当由电流检测电路检测的直流电流超过电流极限值时，相对于直流电源的控制从变压控制切换到恒定电流操作，该变压控制被构造成改变直流电压的值，该恒定电流操作用于在将直流电流维持在电流极限值的同时将直流电压的值维持在预定值。另一方面，如果由电流检测电路检测的直流电流变为小于或等于电流极限值，相对于直流电源的控制从恒定电流操作恢复到变压控制。
[0018] 珀耳帖元件拥有以下特性：伴随其吸热侧和散热侧之间的温差，珀耳帖元件的电阻值和吸热量(电动势)改变。为此，即使相同的电压被施加于珀耳帖元件，由于珀耳帖元件的温度状态，直流电流超过最大标准值(电流极限值)的情况也可能出现。因而，如上所述，在直流电流超过电流极限值而流动的情况下，通过切换到恒定电流操作，珀耳帖元件的性能劣化或故障能够被有效地避免。进一步，当直流电流被减少到小于或等于电流极限值时，通过从恒定电流操作返回到变压控制，初始控制能够被快速恢复。
[0019] 进一步，在由温差转换单元转换的温差已经超过温差极限值的情况下，控制电路控制直流电源，使得温差变为小于或等于温差极限值，并且直流电压的值减小。因而，由温度上升超过温差极限值引起的珀耳帖元件的性能劣化或故障能够被有效地避免。
[0020] 然而，当直流电源被控制从而温差变为小于或等于温差极限值，但是温差继续上升时，控制电路中止从直流电源向珀耳帖元件施加直流电压。传统地，在珀耳帖元件被置于高温状态的情况下，直流电压的施加通过恒温器等等检测高温状态而被中止。然而，根据本发明，因为温差被监控，直流电压的施加能够在珀耳帖元件中故障状态出现之前被中止。
[0021] 进一步，驱动电路可以包含极性换向电路，该极性换向电路切换从直流电源输出的直流电压的极性，并且将已经切换了极性转换的直流电压施加到珀耳帖元件。在这种情况下，当施加到珀耳帖元件的直流电压的极性通过极性换向电路被切换时，控制电路执行恒定电流控制以将直流电流维持在固定值，并且控制直流电源使得直流电流的时间常数变得较长。因此，由于每次极性切换时产生过大电流导致的珀耳帖元件的故障或性能劣化能够被抑制。
[0022] 进一步，温度调节设备可以进一步包含：温度传感器，该温度传感器检测控制对象的温度，和温度调节器，该温度调节器向控制电路输出操作量以将控制对象的温度调节到期望的温度。在这种情况下，参数设置单元设置温度调节能力极限值，以相对于控制对象限制珀耳帖元件的温度调节能力。通过基于操作量、参数、直流电压、直流电流和电动势控制驱动电路，进一步，通过基于温度调节能力极限值控制直流电源，控制电路限制直流电压和直流电流。
[0023] 在上述方式中，直流电源是可变电源，该可变电源能够任意地设置施加于珀耳帖元件的直流电压的大小，并且能够改变流到珀耳帖元件的电流。所以，通过调节直流电压和直流电流，珀耳帖元件的加热能力和冷却能力能够被自由地改变。
[0024] 从而，如上所述，通过设置温度调节能力极限值，并且实现省电操作，其中基于设定的温度调节能力极限值，限制直流电压和直流电流，能够实现温度调节设备的能耗减少(节能)。
[0025] 在这种情况下，如果基于温度调节能力极限值，控制电路限制相对于操作量的直流电压的输出范围，温度调节设备的最大能耗能够减小。
[0026] 进一步，控制电路可以限制直流电压和直流电流，直到控制对象的温度达到对应于温度调节能力极限值的预定温度，而当控制对象的温度达到预定温度时，直流电压和直流电流的限制可以被解除。
[0027] 因此，在珀耳帖元件的当前温度偏离设定温度的情况下，例如，在温度调节设备的初始操作时或当设定温度通过参数设置单元修改时等等，在珀耳帖元件的温度随着时间改变直至达到设定温度的同时，限制温度调节能力，并且珀耳帖元件的温度达到设定温度并且稳定在设定温度，于是温度调节能力的限制被解除。从而，可以在珀耳帖元件的温度升高和下降期间实现节电。
[0028] 进一步，控制电路可以进一步包括故障检测单元，在由电流检测电路检测的直流电流的值偏离基于对应于电动势的在珀耳帖元件的吸热侧和散热侧之间的温差的直流电压和直流电流的特性的情况下，故障检测单元判断珀耳帖元件是否发生故障。因此，珀耳帖元件的故障能够被快速和可靠地检测。如此，通过在控制电路中设置故障检测单元，由电压检测电路检测的直流电压能够判断直流电源的输出(直流电压)是否已经出现故障(直流电源是否故障)。更进一步，故障判断单元能够比较由电压检测电路检测的直流电压和由电动势检测电路检测的电动势，并且能够判断极性换向电路中是否已经出现故障。
[0029] 更进一步，电动势可以以下列方式被检测。更具体地，在直流电压从直流电源向珀耳帖元件的施加被临时中止的时间段内，控制电路通过电动势检测电路执行电动势的检测，并且在电动势的检测完成时，控制电路从直流电源向珀耳帖元件再施加直流电压。另外，在直流电压的施加和电动势的检测被交替地执行的情况下，电动势的检测时间比施加直流电压的时间短。
[0030] 因而，珀耳帖元件的吸热侧和散热侧的热量的影响，和控制对象的温度变化的影响能够被抑制，从而电动势能够被正确地测量。
附图说明
[0033] 图1是根据本发明的实施方式的温度调节设备的方框图；
[0034] 图2是显示通过图1的温度调节设备加热和冷却循环液体的结构方框图；
[0035] 图3是显示通过图1的电动势检测电路测量电动势的电路图；
[0036] 图4是显示外加电压的施加时间和电动势的测量时间之间的关系的时间图；
[0038] 图6是显示多个珀耳帖元件的连接状态的电路图；
[0039] 图7是显示通过传统技术执行对于珀耳帖元件的控制的方框图；
[0040] 图8是显示通过图1的温度调节设备执行对于珀耳帖元件的控制的方框图；
[0041] 图9是显示操作量和输出量之间的关系的图；
[0042] 图10是显示根据PWM控制产生外加电压的时间图；
[0043] 图11是显示实施于外加电压的限制的图；
[0044] 图12是显示实施于外加电压的限制的时间图；
[0045] 图13是显示根据传统技术，每当极性转换时操作量、外加电压和外加电流的瞬时变化的时间图。
[0046] 图14是显示根据电流控制方法，每当极性转换时操作量、外加电压和外加电流的瞬时变化的时间图。
[0047] 图15是显示根据本实施方式，每当极性转换时操作量、外加电压和外加电流的瞬时变化的时间图。
[0048] 图16是显示图1的温度调节设备的加热能力和冷却能力，与能耗之间的关系的图；
[0049] 图17是显示PWM控制方法和本实施方式之间的差异的时间图；
[0050] 图18是显示省电的实例的图；和
[0051] 图19是显示省电的另一个实例的时间图。
具体实施方式
[0052] 以下将参考附图描述根据本发明的温度调节设备的较优实施方式。
[0053] 本实施方式的构造：
[0054] 根据本实施方式的温度调节设备10，如图1和2所示，包括用于通过温度调节单元16，加热或冷却循环液体18而将作为控制对象的循环液体18的温度调节到期望的温度的设备，温度调节单元16包括珀尔帖元件12和热交换单元14a、14b。
[0055] 作为一个实例，在图2中图解的是，相对于负载20产生热量，通过循环液体18执行冷却，负载20是例如半导体生产设备等等，其用于对于半导体晶片执行预定工艺。更具体地，在温度调节设备10和负载20之间，连接有输入路径22和输出路径24，通过该输入路径具有从负载20吸收的热量的循环液体18被输入到温度调节设备10，通过该输出路径循环液体18在已经在温度调节设备10中冷却之后被再次供应到负载20。在负载20的内部的温度由温度传感器26检测。
[0056] 箱28和泵30被配置在温度调节设备10的内侧。箱28临时存储循环液体18，该循环液体经由输入路径22从负载20向温度调节设备10供应。泵30将存储在箱28内的循环液体18向温度调节单元16输送。温度调节单元16由珀耳帖元件12构成，该珀耳帖元件介于两个板状热交换单元14a、14b之间，并且循环液体18被供应到其中一个热交换单元14a。经由泵30从箱28向热交换单元14a供应的循环液体18的温度由温度传感器32检测。
[0057] 通过驱动珀耳帖元件12，在温度调节单元16中，一个热交换单元14a作为吸热侧(或加热侧)，而另一个热交换单元14b作为散热侧(或冷却侧)。供应到热交换单元14a的循环液体18的热量经由珀耳帖元件12从热交换单元14a传输到另一个热交换单元14b。气冷式或水冷式散热机构34连接到热交换单元14b。传输到热交换单元14b的热量通过散热机构34向外散发并且消散。
[0058] 用这样的方式，已经通过热交换单元14a冷却的循环液体18，经由出口路径24供应到负载20，并且再次用于冷却负载20的内部。冷却后的循环液体18的温度由配置在出口路径24的温度传感器36检测。
[0059] 因而，根据图1和2所示的构造，循环液体18在温度调节设备10和负载20之间循环，已经吸收了负载20的内部产生的热量的循环液体18，由温度调节设备10冷却，并且通过将冷却后的循环液体再次供应到负载20，负载20的内部维持在预定温度(即保持在恒温状态)。
[0060] 接下来，描述用于控制珀耳帖元件12的温度调节设备10的内部结构。
[0061] 除上述结构元件，温度调节设备10进一步包括交流电源40、截止电路42、交直流电源44(以下称为“变频器44”)、外加电流检测电路46、外加电压检测电路48、极性换向电路50、电动势检测电路52、温度调节器54、参数设置单元56、控制电路58和恒温器60。
[0062] 交流电源40经由截止电路42将具有预定振幅的交流电压供应到变频器44。如果在温度调节设备10中出现异常，则截止电路42用来切断交流电源40和变频器44之间的连接。变频器44基于控制电路58的控制信号，将从交流电源40供应的交流电压转变为直流电压V(以下称为“外加电压V”)以输出，该控制电路58在温度调节设备10的CPU中执行。
[0063] 在这种情况下，假如变频器44是可变电源62，该可变电源能够基于控制信号改变外加电压V的值，则电压值对应于控制信号的外加电压V从变频器44输出。
[0064] 另一方面，如果变频器44是输出预定电压值的直流电压的固定电源，则温度调节设备10可以同时包括连接到变频器44的输出侧的可变电压电路64。在这种情况下，如图1中虚线所示，可变电压电路64将从变频器44的直流电压输出转变成具有对应于来自控制电路58的控制信号的电压值的直流电压，然后将转变后的直流电压作为外加电压V输出。因此，如果变频器44是固定电源，则可变电源62由变频器44和可变电压电路64构成。
[0065] 在图1中，变频器44和可变电压电路64显示在可变电源62中。如上所述，然而，如果变频器44是可变电源62，当然不需要可变电压电路64。
[0066] 当从可变电源62输出的外加电压V经由外加电压检测电路48和极性换向电路50施加于珀耳帖元件12时，外加电流检测电路46检测流入珀耳帖元件12的直流电流I(以下称为“外加电流I”)，并且将检测结果输出到控制电路58。外加电压检测电路48也检测经由极性换向电路50从可变电源62施加于珀耳帖元件12的外加电压V，并且将检测结果输出到控制电路58。
[0067] 如图3所示，极性换向电路50是桥式电路，其中，两个串联连接的开关50a、50b和两个串联连接的开关50c、50d并联连接，并且珀耳帖元件12经由连接在两个开关50a、50b之间的电线和连接在两个开关50c、50d之间的电线与该桥式电路连接。在这种情况下，通过基于来自控制电路58的控制信号接通和断开极性换向电路50的开关50a至50d，来自于可变电源62的外加电压V的极性被转换然后输出到珀耳帖元件12。
[0068] 因此，驱动电路66导致外加电流I根据施加于珀耳帖元件12的外加电压V而流动，该驱动电路由交流电源40、截止电路42、可变电源62(变频器44，或变频器44和可变电压电路64)和极性换向电路50构成。
[0069] 进一步，通过基于来自控制电路58的控制信号断开所有开关50a至50d，极性换向电路50能够中止外加电压V从可变电源62向珀耳帖元件12供应。更进一步，通过基于来自控制电路58的控制信号反复地接通和断开两个开关50a、50d或两个开关50b、50c，极性换向电路50能够实现对于直流电压的PWM控制，该直流电压随着时间连续，并且从可变电源62供应。在这种情况下，极性换向电路50将根据PWM控制产生的脉冲电压，作为外加电压V施加到珀耳帖元件12。
[0070] 如图3所示，通过将两个开关50a、50d接通，而另两个开关50b、50c断开，珀耳帖元件12的终端中的一个12a连接到可变电源62的正极侧，而终端中的另一个12b连接到可变电源62的负极侧。进一步，在图3中，电阻器68在可变电源62的正极侧和极性换向电路50之间连接，该电阻器表示外加电流检测电路46和外加电压检测电路48的电阻。
[0071] 电动势检测电路52是二极管桥式电路，该二极管桥式电路由四个二极管52a至52d构成，该二极管连接到在极性换向电路50和珀耳帖元件12的各个终端12a、12b之间连接的两根电线。在这种情况下，两个串联连接的二极管52a、52b，和两个串联连接的二极管52c、52d相对于在极性换向电路50和珀耳帖元件12的各个终端12a、12b之间连接的两根电线并联连接。进一步，控制电路58连接到在两个二极管52a、52b之间连接的电线，以及连接到在两个二极管52c、52d之间连接的另一根电线。
[0072] 另外，在电动势检测电路52中，当构成极性换向电路50的所有开关50a至50d断开，并且在可变电源62和珀耳帖元件12之间的连接切断，在珀耳帖元件12的各个终端12a、12b之间产生的电压，即，珀耳帖元件12的电动势Ve(热电势)被检测，并且检测结果被输出到控制电路58。
[0073] 更具体地，如图4所示，通过从控制电路58向极性换向电路50供应控制信号，如果在周期Tl的间隔内设置所有开关50a至50d断开的时间间隔t1(外加电压V向珀耳帖元件12供应被中止的时间段)，则电动势检测电路52在时间间隔t1内检测电动势Ve。在这种情况下，在周期Tl内，优选地，外加电压V被施加于珀耳帖元件12的时间间隔(Tl-t1)，和电动势Ve被检测的时间间隔t1之间建立关系(T1-t1)＞＞t1。因而，所有开关50a至50d断开并且珀耳帖元件12的驱动临时中止，并且在电动势检测电路52检测电动势Ve完成之后，珀耳帖元件12的驱动能够立刻恢复。
[0074] 另外，状态检测器70检测用来定义珀耳帖元件12的电气状态的外加电流I、外加电压V和电动势Ve，该状态检测器由外加电流检测电路46、外加电压检测电路48和电动势检测电路52构成。
[0075] 如图5所示，珀耳帖元件12包括P型半导体72和N型半导体74，该半导体经由金属板76交替地并且串联地连接。在这种情况下，例如，如果可变电源62的正极侧连接到N型半导体74并且其负极侧连接到P型半导体72，则珀耳帖元件12的热交换单元14a侧作为吸收来自循环液体18的热量的吸热侧操作，而珀耳帖元件12的热交换单元14b侧作为能够将吸收的热量散发出到热交换单元14b的散热侧操作。珀耳帖元件12的结构与操作广为人知，因此，省略其详细特点的描述。
[0076] 在实际的温度调节单元16中，使用多个互相连接的珀耳帖元件12。例如，如图6所示，可以使用以下结构，其中，四个珀耳帖元件12串联连接以形成A排，并且四个珀耳帖元件12串联连接以形成B排，并且A排的各个珀耳帖元件12和B排的各个珀耳帖元件12并联连接。
[0077] 温度调节器54基于由温度传感器36检测的循环液体18(其冷却后)的温度，产生用于控制作为控制对象的循环液体18的温度至期望的温度的操作量，并且将产生的操作量输出至控制电路58。
[0078] 参数设置单元56作为输入工具，比如配置在温度调节设备10的表面上的操纵按钮等等。经由用户的操作，各种类型的信息(参数)被输入并且能够被存储在控制电路58的存储器78中。
[0079] 在这种情况下，由参数设置单元56设置的参数是与珀耳帖元件12的操作相关的参数，例如，这些参数以下列方式定义。
[0080] (1)最大电压值Vtmax、Vcmax，该最大电压值是能够施加于珀耳帖元件12的外加电压V的最大值。Vtmax是在珀耳帖元件12的热交换单元14a侧作为加热侧或吸热侧时的最大电压值，而Vcmax是在珀耳帖元件12的热交换单元14a侧作为冷却侧或散热侧时的最大电压值。
[0081] (2)电流极限值Itlim、Iclim，该电流极限值是能够流到珀耳帖元件12的外加电流I的最大值。Itlim是在珀耳帖元件12的热交换单元14a侧作为加热侧或吸热侧时的电流极限值，而Iclim是在珀耳帖元件12的热交换单元14a侧作为冷却侧或散热侧时的电流极限值。
[0082] (3)温差极限值△Tlim，该温差极限值是对应于电动势Ve在珀耳帖元件12的吸热侧的温度(吸热侧温度Th)和散热侧的温度(散热侧温度Tc)之间的温差△T(△T＝Th-Tc)的容许值。
[0083] (4)省电值(温度调节能力极限值)，该省电值用于限制珀耳帖元件12对于循环液体18的温度调节能力(加热能力、冷却能力)。
[0084] 上述参数仅作为实例设置。很明显用户能够操作参数设置单元56以制定除上述外的其他参数的合理设置。
[0085] 除了存储器78，控制电路58进一步包含温差转换单元80和故障判断单元(故障检测单元)82。另外，基于从温度调节器54输入的操作量、存储在存储器78中的各种参数、由外加电流检测电路46检测的外加电流I、由外加电压检测电路48检测的外加电压V和由电动势检测电路52检测的电动势Ve，控制电路58控制截止电路42、可变电源62和极性换向电路50。
[0086] 更具体地，温差转换单元80将由电动势检测电路52检测的电动势Ve转换成温差△T。另外，在外加电压V被从可变电源62施加于珀耳帖元件12的情况下，以及如果由外加电流检测电路46检测的外加电流I的绝对值超过电流极限值Itlim、Iclim的绝对值(|I|>|Itlim|或|I|>|IClim|)，则控制电路58切换供应到可变电源62的控制信号。更具体地，控制电路58将使外加电压V的值可变的变压控制信号切换到恒定电流操作，从而在将外加电流I维持在电流极限值Itlim或Iclim的同时，将外加电压V保持在预定电压值(电压极限值Vtlim、Vclim)。进一步，如果外加电流I的绝对值变为小于或等于电流极限值Itlim、Iclim的绝对值(|I|≤|Itlim|或|I|≤|Iclim|)，控制电路58从恒定电流操作返回到变压控制，并且将初始变压控制信号供应到可变电源62。.
[0087] 进一步，在温差△T超过温差极限值△Tlim(△T>△Tlim)的情况下，外加电压V通过控制电路58控制可变电源62而降低，从而温差△T变为小于或等于温差极限值△Tlim。
[0088] 更进一步，不论可变电源62是否被控制从而温差△T变为小于或等于温差极限值△Tlim，如果温差△T持续上升，则控制电路58中止从可变电源62向珀耳帖元件12施加外加电压V。在这种情况下，控制电路58可以控制截止电路42以切断交流电源40和变频器44之间的连接，或可以断开极性换向电路50的所有开关50a至50d。
[0089] 进一步，如果极性换向电路50被控制以切换施加于珀耳帖元件12的外加电压V的极性，则控制电路58执行恒定电流控制以将外加电流I保持在固定值，并且控制可变电源62从而外加电流I的时间常数变得较长。
[0090] 此外，在能耗通过温度调节设备10执行省电操作而降低的情况下，控制电路58可以基于存储在存储器78中的省电值控制可变电源62，从而从可变电源62输出的外加电压V的值和流到珀耳帖元件12的外加电流I的值可以被限制。
[0091] 在这种情况下，通过控制电路58基于省电值相对于操作量限制外加电压V的输出范围，温度调节设备10的能耗能够降低。
[0092] 进一步，控制电路58限制外加电压V和外加电流I，直到循环液体18的温度达到对应于省电值的预定温度。循环液体18的温度随着时间朝向预定温度变化，并且当循环液体18达到预定温度时，外加电压V和外加电流I的限制被解除。
[0093] 进一步，外加电压V和外加电流I的特性对应于温差△变化。从而，当对应于各个温差△T的外加电压V和外加电流I的特性由参数设置单元56预先存储在存储器78中，在由外加电流检测电路46检测的外加电流I显著地偏离上述特性的情况下，故障判断单元82可以判定珀耳帖元件12发生故障。
[0094] 在温度调节设备10中，此外，如果珀耳帖元件12的热交换单元14b侧(热量释放侧)的温度在大于或等于预定温度的高温状态下，则恒温器60检测珀耳帖元件12的过热状态，并且基于来自恒温器60的检测结果，控制电路58可以操作截止电路42从而交流电源40和变频器44之间的连接被切断。
[0095] 本实施方式的操作和有益效果：
[0096] 根据本实施方式的温度调节设备10基本上如上所述地被构造。接下来，将参考图7至19描述温度调节设备10的操作和有益效果。在以下说明中，如需要，可能还会参照图1至6。
[0097] 本实施方式和传统技术之间的差异：
[0098] 图7是显示通过传统技术执行对于珀耳帖元件的控制的方框图。图8是显示通过本实施方式执行对于珀耳帖元件的控制的方框图。在图7中，相同的标号用来表示与本实施方式相同的特点。
[0099] 根据传统技术，驱动电路66以与温度调节器54的操作量成比例(依据温度调节器54的操作量)的输出量(即依据PWM控制的外加电压(脉冲电压)、连续外加电压或外加电流)驱动珀耳帖元件12。更具体地，在传统技术中，输出量基于由温度传感器36检测的循环液体
18的温度，而珀耳帖元件12的电气状态(外加电压V、外加电流I、电动势Ve)没有反映在输出量中。所以，根据传统技术，珀耳帖元件12的电气状态没有用于对于珀耳帖元件12的控制，这表示采用的控制(开环控制)为电气状态没有反映在珀耳帖元件12上的控制。
18的温度，而珀耳帖元件12的电气状态(外加电压V、外加电流I、电动势Ve)没有反映在输出量中。所以，根据传统技术，珀耳帖元件12的电气状态没有用于对于珀耳帖元件12的控制，这表示采用的控制(开环控制)为电气状态没有反映在珀耳帖元件12上的控制。
[0100] 相比之下，根据本实施方式，温度调节器54的操作量、由参数设置单元56设置的参数和由状态检测器70检测的珀耳帖元件12的电气状态被提取并且用于控制电路58。因而，控制电路58利用提取的珀耳帖元件12的操作量、参数和电气状态计算期望的输出量，判定对应于计算的输出量的控制量，并且基于判定的控制量控制驱动电路66。换句话说，根据本实施方式，考虑到珀耳帖元件12的电气状态，采用的控制(反馈控制)为电气状态被反映在珀耳帖元件12上的控制。
[0101] 在本实施方式中控制珀耳帖元件12的基本控制方法：
[0102] 在根据本实施方式的温度调节设备10中，基于由温度传感器36检测的循环液体18的温度，温度调节器54判定操作量从而循环液体18的温度保持恒定，并且判定的操作量被输出到控制电路58。然后，控制电路58基于来自温度调节器54的操作量等判定控制量。基于来自控制电路58的控制信号，驱动电路66产生对应于操作量的用于驱动珀耳帖元件12的输出量(外加电压V、外加电流I)。
[0103] 驱动电路66驱动珀耳帖元件12的控制方法能够大体上分成下列三种控制方法：(1)电压控制方法，该电压控制方法能够改变随着时间连续地变化的直流电压；(2)电流控制方法，该电流控制方法能够改变随着时间连续地变化的直流电流；和(3)PWM控制方法，该PWM控制方法相对于时间的推移具有恒定值的固定电压。然而，比较成本和电路尺寸，成本和电路的需要尺寸按以下顺序增大：PWM控制方法<电压控制方法<电流控制方法。
[0104] 图9是显示操作量和输出量之间的示意性关系的图。在该图中，输出量与操作量成比例(依据操作量)。进一步，操作量的变化被定义为-100％至+100％，从而对应于珀耳帖元件12的加热操作(0％至+100％)或冷却操作(-100％至0％)。另一方面，根据相对于珀耳帖元件12应用的控制方法，输出量可以表示为外加电压V或外加电流I的大小。在这种情况下，输出量相关的“+”和“-”标志表示施加于珀耳帖元件12的外加电压V或外加电流I的极性方向。在上述方式中，为了相对于操作量连续地改变输出量，上述电压控制方法或电流控制方法被采用，并且电路被要求能够连续地改变外加电压V或外加电流I。
[0105] 相比之下，PWM控制方法是一种控制方法，其中，通过对于固定电压执行PWM控制输出脉冲电压(外加电压V)，并且平均电压由该固定电压的接通时刻和断开时间判定。在这种情况下，为了执行PWM控制方法，简易的电路构造被采用。例如，如图10所示，具有10V的振幅的电压在50％的占空比处断开，从而导致5V的有效平均电压。
[0106] 本实施方式的第一有益效果的描述：
[0107] 参考图11至15描述本实施方式的第一有益效果。
[0108] 第一有益效果是通过执行珀耳帖元件12的性能劣化或故障不会发生的控制，更具体地，通过实行考虑到珀耳帖元件12的电气状态并且电气状态反映在珀耳帖元件12上的反馈控制，温度调节设备10的加热能力和冷却能力能够提高。
[0109] 珀耳帖元件12的驱动电压(外加电压V)或驱动电流(外加电流I)的建议标准值通常是最大标准值的60％至70％。在这种情况下，根据珀耳帖元件12的制造商给出的注意事项，珀耳帖元件12应该使用的驱动电压或驱动电流为最大标准值的60％至70％。
[0110] 这是因为，如果珀耳帖元件12在最大标准值下使用，依据珀耳帖元件12使用的状态，易于出现实际上超过最大标准值的情况。例如，如果驱动电压以其最大标准值操作，依据在珀耳帖元件12的吸热侧和散热侧之间产生的温差△T，出现驱动电流大于最大标准值的情况。用这样的方式，由于超过最大标准值，容易发生珀耳帖元件12的故障或性能劣化。
[0111] 所以，根据传统的使用珀耳帖元件12的温度调节设备，包括珀耳帖元件12和热交换单元14a、14b的温度调节单元16的加热能力和冷却能力被设计在制造商建议的标准值，并且由标准值可获得的性能确定温度调节设备的产品性能。
[0112] 然而，在实践中，依据珀耳帖元件12的使用状态(珀耳帖元件12的吸热侧和散热侧之间的温差△T、应用于珀耳帖元件12的控制方法等等)，存在有对于珀耳帖元件12的最大标准值的可用余裕的情况。因此，如果可以将珀耳帖元件12的性能发挥到最大极限，温度调节设备10的加热能力和冷却能力能够提高，产品性能的改进能够实现，并且珀耳帖元件12的数量(图6所示连接的珀耳帖元件12的数量)能够减少。
[0113] 从而，根据本实施方式，控制(反映珀耳帖元件12的电气状态的反馈控制)被执行，其中外加电压V、外加电流I和(电动势Ve对应的)温差△T被检测，并且其中，其值被监控和管理从而珀耳帖元件12的性能劣化不会发生。另外，通过使珀耳帖元件12的使用达到其最大标准值的极限(外加电压V、外加电流I和温差△T的允许值)，温度调节设备10的加热能力和冷却能力被发挥到最大极限。
[0114] 导致珀耳帖元件12的性能劣化的原因如下所述。
[0115] 虽然珀耳帖元件12是用来得出吸热侧和散热侧之间的温差△T的元件，另一方面，温差△T也是珀耳帖元件12中热应力的原因。在这种情况下，如果散热侧产生的热量(热量＝(吸热侧吸收的热量)+(珀耳帖元件12的能耗))没有充分地消散，热应力增大，并且裂缝出现在装置结构中，导致珀耳帖元件12损坏。进一步，如果外加电压V或外加电流I超过它们的最大标准值，同样，珀耳帖元件12的装置结构可能损坏。
[0116] 换句话说，假如珀耳帖元件12在使用中注意下列项(1)和(2)，则不会超过最大标准值(验证为最大标准值的测试数据)，珀耳帖元件12的加热能力和冷却能力能够发挥它们的最大极限值。
[0117] (1)珀耳帖元件12被使用从而在散热侧上充分地执行热消散，并且在吸热侧和散热侧之间的温差保持在小于或等于最大值(最高温差值△Tmax)。
[0118] (2)由于快速极性反向等等的热循环疲劳没有传达到珀耳帖元件12。
[0119] 从而，注意上述点(1)和(2)，对于温度调节设备10，为了管理和监控下列项(A)至(D)的控制被执行。
[0120] (A)温差△T的管理(在等于或低于作为设定值的最大温差△Tmax下操作珀耳帖元件12)。
[0121] (B)极性切换时的控制(外加电压V和外加电流I的抑制)。
[0122] (C)最大标准值的限制(外加电压V和外加电流I的抑制)。
[0123] (D)当珀耳帖元件12的散热侧异常时强加的限制。
[0124] 接下来，参考下列点(i)至(vi)，描述用于实现上述项的详细控制方法。
[0125] (i)作为初始操作，从参数设置单元56在控制电路58中设置各种参数。在这种情况下，下列项(a)至(c)用作设置参数。
[0126] (a)在珀耳帖元件12的加热侧的最大外加电压Vtmax(当循环液体18被加热时供应到珀耳帖元件12的外加电压V的最大值)和在珀耳帖元件12的冷却侧的最大外加电压Vcmax(当循环液体18被冷却时供应到珀耳帖元件12的外加电压V的最大值)。
[0127] (b)在珀耳帖元件12的加热侧的最大电流极限值Itlim(当循环液体18被加热时能够流到珀耳帖元件12的外加电流I的最大值)和在珀耳帖元件12的冷却侧的最大电流极限值Iclim(当循环液体18被冷却时能够流到珀耳帖元件12的外加电流I的最大值)。
[0128] (c)温差△T的温差极限值△Tlim(珀耳帖元件12的温差△T的容许值，对应于该容许值的电动势Ve的值)(或对应于温差极限值△Tlim的电动势极限值Velim)。
[0129] 基于在其中使用珀耳帖元件12的温度调节设备10的设计值和实际测量数据预定参数，并且根据本实施方式，基于这些参数执行控制。
[0130] 进一步，对于本实施方式，存在以下两种主要情况，即，外加电压V和外加电流I被供应到珀耳帖元件12以加热循环液体18的情况，与外加电压V和外加电流I被供应到珀耳帖元件12以冷却循环液体18的情况。为此，外加电压V和外加电流l的极性在加热(图11所示“+”侧)的情况和冷却(图11所示"-"侧)的情况下彼此反向。
[0131] (ii)外加电压V(随着时间连续地施加的外加电压V)被从极性换向电路50施加于珀耳帖元件12，该外加电压与温度调节器54的操作量成比例。在这种情况下，驱动珀耳帖元件12的方法是基于图9所示的特性的变压控制，其中，外加电压V能够被施加于珀耳帖元件12直至设置为参数(设定值)的最大外加电压+Vtmax、Vcmax。
[0132] (iii)流到珀耳帖元件12电流外加电流l被监控，并且如果超过作为设定值的电流极限值Itlim、Iclim的绝对值，则如图11所示，控制方法从变压控制切换到恒定电流操作，其中，外加电压V相对操作量被保持在电压极限值Vtlim、Vclim，同时外加电流I被维持在电流极限值Itlim、Iclim。另一方面，如果外加电流I回到小于或等于电流极限值Itlim、Iclim的值，则变压控制被恢复。
[0133] 在图11中，所示情况为，如果在加热侧的外加电流I超过电流极限值Itlim，则控制从可变电压控制切换到恒定电流操作，而在冷却侧，在外加电流小于或等于电流极限值Iclim的绝对值的情况下，执行变压控制。更具体地，对于图11的实例，根据温差△T，所示情况为，即使外加电压V的绝对值一样，其在加热侧和冷却侧流到珀耳帖元件12的外加电流I不同。
[0134] 珀耳帖元件拥有特性从而，伴随在其吸热侧和散热侧之间的温差△T，珀耳帖元件12的电阻值和吸热量(电动势Ve)改变。所以，即使相同的外加电压V被施加于珀耳帖元件
12，根据温度状态，流过珀耳帖元件12的外加电流超过最大标准值的情况也会出现。为了避免该情况对于本实施方式，如上所述，温度调节设备10被构造成，如果外加电流I以等于或高于电流极限值Itlim、Iclim的绝对值流动，控制被切换到恒定电流操作，从而外加电流I不会以等于或高于上述绝对值流动。
12，根据温度状态，流过珀耳帖元件12的外加电流超过最大标准值的情况也会出现。为了避免该情况对于本实施方式，如上所述，温度调节设备10被构造成，如果外加电流I以等于或高于电流极限值Itlim、Iclim的绝对值流动，控制被切换到恒定电流操作，从而外加电流I不会以等于或高于上述绝对值流动。
[0135] (iv)珀耳帖元件12的电动势Ve被监控，并且利用控制电路58的温差转换单元80，由电动势检测电路52检测的电动势Ve被转变为温差△T。另外，如图12所示，控制电路58执行外加电压V的限制控制从而温差△T不会超过温差极限值△Tlim。
[0136] 更具体地，在图12中，在时刻t3，当温差△T超过温差极限值△Tlim时，控制电路58控制可变电源62，并且电压限制控制被执行以促使外加电压V的值减小。因此，在时刻t4之后，温差△T减小到小于或等于温差极限值△Tlim的值。
[0137] 电动势Ve由如图3和4所示的检测方法检测。进一步，如果温差△T减小到小于或等于温差极限值△Tlim的值，温差T的限制动作解除。
[0138] (v)在时刻t5之后，尽管上述项(iv)中所述的温差△T的限制动作被执行，在温差△T继续上升的情况下，则故障判断单元82断定故障已经发生在珀耳帖元件12的散热侧或吸热侧。另外，基于故障判断单元82的判断结果，在时刻t6，控制电路58停止对珀耳帖元件12供应外加电压V。
[0139] 传统地，在散热侧的高温异常由恒温器60检测，因此外加电压V的供应停止。相比之下，对于本实施方式，温差△T被监控，并且外加电压V的供应被事先停止。因此，对于本实施方式，能够实现与利用恒温器60的传统方法相同的功能。进一步，外加电压V的中止能够通过断开极性换向电路50的所有开关50a至50d，或通过用截止电路42中断交流电源40和变频器44之间的连接而执行。
[0140] (vi)如果由于修改温度设置等等，加热操作和冷却操作被切换，则切换操作被温和地(慢慢地)执行从而过量电流不会流到珀耳帖元件12。
[0141] 更具体地，传统地，利用与操作量成比例(依据操作量)的输出量的控制方法，当外加电压V的极性被切换，例如在图13中时刻t7，如果操作量从+100％切换至-100％并且外加电压V从+Vmax切换到-Vmax，则产生大于负极侧的最大标准值-Iprmax的绝对值的过大电流。当该外加电流I的突变出现并且产生大于最大标准值-Iprmax的绝对值的外加电流I时，热应力被不经意地传给珀耳帖元件12，导致珀耳帖元件12的性能劣化或故障可能出现。
[0142] 从而，如图14所示，当外加电压V的极性在时刻t7转换时，可以考虑应用恒流法，从而外加电流I被最大标准值-Iprmax限制。
[0143] 然而，即使利用该恒流法，因为外加电流I在时刻t7后突然流动并且突然达到最大标准值-Iprmax，类似于图13的情况，珀耳帖元件12的性能劣化或故障可能出现。
[0144] 相比之下，对于本实施方式，如图15所示，为了减轻在时刻t7一过后相对于珀耳帖元件12的热应力或电流突变的出现，恒流法与外加电流I的时间常数延长的方法结合。从而，在外加电压V的极性在时刻t7被切换之后，采用软切换方法(慢切换方法)，在该软切换方法中流到珀耳帖元件12的外加电流I随着时间逐渐增大。
[0145] 更具体地，在仅限制外加电流I的时间常数的情况下，如果设定的时间短，则由于珀耳帖元件12的状态产生过大电流。另一方面，如果时间常数被设置为长的值，则珀耳帖元件12的温度变化被推迟。从而，根据本实施方式，采用软切换方法，其中将时间常数法和恒流法组合使用，以补偿时间常数法的缺点和恒流法的缺点。
[0146] 如上所述，作为本发明的第一有益效果，在使用珀耳帖元件12的温度调节设备10中，采用新型控制方法，从而珀耳帖元件12的加热能力和冷却能力提高。新的控制方法是珀耳帖元件12的故障或性能劣化不会出现的方法，更具体地，是执行考虑到与珀耳帖元件12的电气状态相关的控制内容，以及反映珀耳帖元件12上的电气状态的控制(反馈控制)的方法。
[0147] 本实施方式的第二有益效果的描述：
[0148] 如上所述，对于上述实施方式，供应到珀耳帖元件12的外加电压V和外加电流I的大小能够被任意地设置。换句话说，温度调节设备10的加热能力和冷却能力能够自由地改变。从而，根据本实施方式，作为利用该特点的附加功能，第二有益效果是由于省电的节能功能。
[0149] 传统地，对于使用珀耳帖元件12的温度调节设备，因为没有调节加热能力和冷却能力的功能，易于出现下列两个问题(1)和(2)。
[0150] (1)产品(温度调节设备)不能用在仅装备有低于产品的最大能耗(电流需求)的供电设备的场所(工厂)，虽然在实践中，假如产品的加热能力和冷却能力被抑制，例如在最大能耗的大约50％，存在产品能被用于这样的场所的情况。
[0151] (2)希望在直到其设定温度变稳定的时刻的间隔期间，产品(温度调节设备)的能耗降低。
[0152] 从而，对于本实施方式，上述问题(1)和(2)通过下列项(A)和(B)解决。
[0153] (A)省电功能被设置成限制作为产品的温度调节设备10的加热能力和冷却能力，从而温度调节设备10的最大耗电量(电流)降低。更具体地，通过将加热能力和冷却能力抑制到预定值，不需要供应大于上述能量所需的电量。
[0154] (B)设置限制加热能力和冷却能力直到循环液体18的温度变稳定(达到预定温度)的功能。
[0155] 为了实现上述功能(A)和(B)，用户通过操作温度调节设备10的参数设置单元56输入加热能力和冷却能力的极限值(省电值等等)。更具体地，作为省电功能，存在(i)以一致的方式限制加热能力和冷却能力的模式，和(ii)在温度上升和下降期间并且在温度修改后直到循环液体18的温度变稳定，限制加热能力和冷却能力的模式。
[0156] 更具体地，通过限制(降低)加热能力和冷却能力，施加于珀耳帖元件12的电压V降低，并且珀耳帖元件12的耗电下降，因而，因为变频器44的耗电量下降，总体上温度调节设备10的能耗(电流)也能够降低。
[0157] 在热交换产品比如温度调节单元16等中，在其温度进行改变的期间，例如在循环液体18的当前温度和设定温度彼此显著地不同的情况下，或在输入大的热负载的情况下，存在温度调节单元16以其最大加热能力和最大冷却能力操作的倾向。因此，总体上温度调节设备10的耗电量达到最大值。
[0158] 相比之下，在循环液体18的温度已经稳定的状态下，在不存在输入温度调节单元16的大的热负载的情况下，少量的耗电量就足够了。
[0159] 图16是显示在加热能力和冷却能力，与温度调节设备10的耗电量之间的关系的实例的图，其中，假设加热能力和冷却能力降低，耗电量也下降。
[0160] 现在描述用于解决上述问题(1)和(2)的说明性实例(发明实例1和发明实例2)。
[0161] 发明实例1：
[0162] 发明实例1是用于解决上述问题(I)的说明性实例。
[0163] 例如，说明以下情况：在实验室等中，使用两个温度调节设备10，并且在实验室中可用的最大电源容量是16A(安培)。
[0164] 参照图16，如果使用两个温度调节设备10，并且假定一个温度调节设备10的最大电流消耗是10A，通过简易的计算，可知在实验室中需要20A的电源容量。然而，如果两个温度调节设备10的加热能力和冷却能力被设置在70％并且使用该设备，一个设备的最大电流消耗变为7.5A并且两个设备的总电流消耗为15A。因此，即使是上述情形的电源容量(16A)，两个温度调节设备10可被用在实验室中而断路器等等不跳闸。
[0165] 发明实例2：
[0166] 在使用多个温度调节设备10的工厂等中，当设备开始工作时，如果温度调节设备10突然操作，每个温度调节设备10以最大加热能力和最大冷却能力操作直到循环液体18达到目标温度。因此每个温度调节设备10的能耗为最大值，并且如果使用的设备的数量大，工厂总体上的峰值电力向上飞跃。从而，如果使用在温度上升及下降期间限制加热能力和冷却能力的模式，则峰值电力能够被抑制并且循环液体18能够达到目标温度。然而，当使用该模式时，因为设备不在它们的最大加热能力和冷却能力下操作，达到目标温度的时间被推迟。
[0167] 在上述省电模式之中，模式(B)和(ii)作为仅在循环液体18的温度正在升高和降低时限制加热能力和冷却能力，而当温度稳定时解除限制的模式。因此，利用模式(B)和(ii)，能够处理对于大的热负载的温度的升高和降低。
[0168] 附带地，对于上述省电功能(A)和(B)((i)和(ii))中的任何一个，因为根据变压控制(外加电压V随着时间被连续地施加的电压控制方法)外加电压V被施加于珀耳帖元件12，如图17所示，在可变电源62侧的外加电流I的峰值(峰值电流)能够被完全限制。
[0169] 另一方面，在PWM控制方法的情况下，因为每当外加电压V被施加于珀耳帖元件12时峰值电流流到电源侧，即使平均电流与在变压控制方法的情况下的相同，峰值电流也不能被完全限制。
[0170] 进一步，如图17所示，在PWM控制方法的情况下，占空比为50％并且周期为T8的脉冲电压从时刻t9开始被反复地施加到珀耳帖元件12。进一步，根据本实施方式的变压控制方法，对应于PWM控制的平均电压的直流电压，从时刻t9开始作为外加电压V被施加到珀耳帖元件12。
[0171] 参考图18和19进一步描述通过上述模式(A)和(B)实现的控制方法的详细细节。
[0172] 模式(A)是施加到珀耳帖元件12的外加电压V的最大值Vmax被降低的方法。
[0173] 更具体地，如图18所示，在加热能力或冷却能力为100％的情况下，相对于-100％和+100％之间的操作量，外加电压在-40V至+40V的范围内变化。另一方面，在使用模式(A)并且使加热能力和冷却能力降低20％的情况下，如图18的点划线所示对于-100％和+100％之间的操作量，外加电压在-32V至+32V的范围内尺度变化。
[0174] 在这种情况下，避免温度可控性降低，因为如果超过±32V的外加电压V(输出量)仅被限制在从+80％至+100％和从-80％到-100％的各个区间内，则产生输出量不变化的盲区。
[0175] 进一步，对于本实施方式，如果在操作量的上下限值被限制在±80％的同时，使用模式(A)并且维持图18所示实线的特性，则外加电压V能够在-80％至+80％的区间内受到可变控制。
[0176] 另一方面，对于模式(B)，如图19所示，当循环液体18的设定温度改变，或当启动温度调节设备10时等等，在循环液体18的设定温度和当前温度彼此显著地不同的情况下，则温度调节设备10的加热能力和冷却能力被限制。在这种情况下，从设定温度被修改的时刻t10开始，当在时刻t11当前温度到达设定温度(图9中40℃)时，加热能力和冷却能力的限制被解除。为了执行模式(B)，设定温度通过参数设置单元56设置在存储器78中，并且循环液体18的当前温度由温度传感器36检测。另外，在控制电路58中，限制和限制的解除可以基于设定温度和当前温度之间的比较进行判断。
[0177] 本实施方式的第三有益效果的描述：
[0178] 根据使用珀耳帖元件12的温度检测单元16，单个珀耳帖元件12不被单独使用，而是，如图6所示，多个珀耳帖元件12组合使用。
[0179] 例如，在A排的一个珀耳帖元件12已经故障的情况下，外加电流I将仅流经B排。因此，包括温度调节单元16的温度调节设备10的加热能力和冷却能力降低了一半。因而，如果循环液体18的温度不能维持在恒温，则判断温度控制中已经出现异常，并且该异常能够在故障出现之前被控制。
[0180] 然而，如果负载20是半导体生产设备，因为在工艺停止期间热负荷小，所以循环液体18能够被维持在恒温。然而，另一方面，当工艺开始时，热负荷大，并且温度不能被维持在恒温。因此，在负载20侧，出现第二个问题。
[0181] 进一步，在珀耳帖元件12仅仅由电流控制方法驱动的情况下，如果外加电流I仅流到B排，可能出现B排的珀耳帖元件12的性能劣化或故障。
[0182] 因此，如果故障能够在珀耳帖元件12的故障出现的时间点被检测，上述问题能够解决。
[0183] 从而，根据本实施方式，珀耳帖元件12的故障检测状态由参数设置单元56设置在存储器78中，并且在故障判断单元82中由珀耳帖元件12的外加电压V和外加电流I判断珀耳帖元件12的故障是否已经出现。
[0184] 更具体地，外加电压V和外加电流I的特性由温差△T以及珀耳帖元件12的组合方式判定。所以，如果相对于外加电压V的外加电流I的值与该特性有显著差别，则能够容易地判断在珀耳帖元件12中已经出现了某种类型的异常。
[0185] 本实施方式的有益效果：
[0186] 如上所述，对于根据本实施方式的温度调节设备10，控制电路58通过提取至少珀耳帖元件12的电气状态计算期望的输出量，并且驱动电路66基于计算的期望输出量利用控制量控制。即，在控制电路58中，反馈控制被采用以控制珀耳帖元件12，从而电气状态被反映在珀耳帖元件12上。所以，与采用不考虑珀耳帖元件12的电气状态的开环控制(其中不反映电气状态)的传统技术相比，根据本实施方式，能够避免珀耳帖元件12的性能劣化和故障出现。因此，对于本实施方式，因为可以使温度调节设备10操作直到珀耳帖元件12的最大标准值，温度调节设备10的温度调节能力(即对于循环液体18的加热能力和冷却能力)能够提高。
[0187] 进一步，利用检测的外加电压V、外加电流I和电动势Ve，控制电路58判定对于驱动电路66的控制量，并且根据控制量控制驱动电路66。所以，外加电压V和外加电流I能够从可变电源62恰当地供应到珀耳帖元件12。
[0188] 更进一步，因为可变电源62执行可变控制，其中外加电压V和外加电流I对应于控制量随着时间连续地改变，比如在PWM控制中，由反复开关操作引起的峰值电流的产生，能够被避免。
[0189] 进一步，因为与珀耳帖元件12的操作相关的参数从参数设置单元56设置在控制电路58的存储器78中，控制电路58基于该参数，并且基于检测的外加电压V、外加电流I和电动势Ve，控制驱动电路66。因而，珀耳帖元件12的驱动能够被最佳地执行。
[0190] 进一步，如果外加电压V超过最大电压值Vtmax、Vcmax，外加电流I超过电流极限值Itlim、Iclim，或如果温差△T超过温差极限值△Tlim，珀耳帖元件12的性能可能降低，或珀耳帖元件12可能发生故障。从而，在温度调节设备10中，通过基于作为预定参数的最大电压值Vtmax、Vcmax、电流极限值Itlim、Iclim和温差极限值△T的比较用控制电路58控制驱动电路66，不会导致珀耳帖元件12的性能劣化或故障，珀耳帖元件12能被使用直至其最大标准值(最大电压值Vtmax、Vcmax、电流极限值Itlim、Iclim和温差极限值△Tlim)。因此，温度调节设备10的加热能力和冷却能力能够被发挥至它们的最大程度，并且循环液体18的温度管理(监控)能够被恰当地执行
[0191] 更具体地，珀耳帖元件12具有如下特性：伴随其吸热侧和散热侧之间的温差△T，珀耳帖元件12的电阻值和吸热量(电动势Ve)改变。为此，即使相同的外加电压V被施加于珀耳帖元件12，由于珀耳帖元件12的温度状态，外加电流I超过最大标准值(电流极限值Itlim、Iclim)的情况也可能出现。因而，在外加电流I超过电流极限值Itlim、Iclim流动的情况下，通过切换到恒定电流操作，珀耳帖元件12的性能劣化或故障能够被有效地避免。进一步，当外加电流I被减少到小于或等于电流极限值Itlim、Iclim的值时，通过从恒定电流操作返回到变压控制，能够快速恢复初始控制。
[0192] 进一步，在通过温差转换单元80转换的温差△T超过温差极限值△Tlim的情况下，控制电路58控制可变电源62，从而温差△T变为小于或等于温差极限值△Tlim，并且外加电压V下降。因而，由温度上升超过温差极限值△Tlim引起的珀耳帖元件12的性能劣化或故障能够被有效地避免。
[0193] 然而，尽管可变电源62被控制从而温差△T变为小于或等于温差极限值△Tlim，如果温差△T继续上升，则控制电路58需要中止从可变电源62向珀耳帖元件12施加外加电压V。传统地，在珀耳帖元件12被置于高温状态的情况下，外加电压V的施加通过恒温器60等等检测该高温状态而被中止。然而，根据本实施方式，因为温差△T被监控，外加电压V的施加能够在珀耳帖元件12的故障状态出现之前被中止。
[0194] 进一步，当施加于珀耳帖元件12的外加电压V的极性通过极性换向电路50切换时，控制电路58执行恒定电流控制以将外加电流I维持在固定值，并且控制可变电源62从而外加电流I的时间常数变得较长。从而，由于每次极性切换时产生过量电流导致的珀耳帖元件12故障或性能劣化，能够被抑制。
[0195] 进一步，通过控制电路58控制可变电源62以调节外加电压V和外加电流I，珀耳帖元件12的加热能力和冷却能力能够被自由地改变。所以，通过设置省电值，并且实行省电操作，其中基于设置的省电值外加电压V和外加电流I被限制，能够实现温度调节设备10的能耗(节能)的减少。
[0196] 在这种情况下，如果控制电路58基于省电值相对于操作量限制外加电压V的输出范围，温度调节设备10的最大耗电量能够降低。
[0197] 进一步，直到循环液体18的温度达到对应于省电值的设定温度，外加电压V和外加电流I被限制，而如果该温度达到设定温度，则外加电压V和外加电流I的限制被解除。
[0198] 因此，在珀耳帖元件12的当前温度偏离设定温度的情况下，例如当温度调节设备10的初始操作时或当设定温度通过参数设置单元56修改时等等，在珀耳帖元件12的温度随时间改变直到达到设定温度的同时，温度调节能力被限制。一旦珀耳帖元件12的温度达到设定温度并稳定在设定温度，则温度调节能力的限制被解除。从而，可以在珀耳帖元件12的温度升高和下降期间实现省电。
[0199] 进一步，通过在控制电路58中设置故障判断单元82，珀耳帖元件12的故障能够被快速和可靠地检测。如此，通过在控制电路58中设置故障判断单元82，利用外加电压检测电路48检测的外加电压V，故障判断单元82能够判断(分析)变频器44的输出(外加电压V)是否已经出现故障(变频器44是否故障)。更进一步，故障判断单元82能够比较由外加电压检测电路48检测的外加电压V和由电动势检测电路52检测的电动势Ve，并且能够判断(分析)故障是否已经出现在极性换向电路50中。
[0200] 更进一步，对于本实施方式，电动势Ve在相对于珀耳帖元件12的外加电压V的施加被临时中止的时间段内被检测，并且在电动势Ve的检测的完成时，外加电压V的施加被再次启动。另外，在外加电压V的施加和电磁力Ve的检测被交替地执行的情况下，电动势Ve的检测时间比在施加外加电压V的时间短。因此，珀耳帖元件12的吸热侧和散热侧的热量的影响，和循环液体18的温度变化的影响能够被抑制，从而电动势Ve能够被正确地测量。
[0201] 进一步，如果电动势检测电路52由二极管桥式电路构成，即使在珀耳帖元件12的电动势的方向(极性)改变的情况下，也可以测量其任一极性的电动势Ve。对于二极管桥式电路，电动势Ve需要是大于或等于每个二极管52a至52d的正向电压VF的电压值。然而，根据本实施方式，因为相对大的温差△T被测量，可以避免由于电动势Ve小于正向电压VF导致温差△T不能测量的问题。
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