JP2002197920A - 温度制御用水供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の目的は、発熱性装置が、発熱性装置
から離れて置かれた温度制御用水供給装置によっても、
適正に温度制御が可能であり、また発熱装置自体の発生
熱量の変化にも対応できる温度制御用水供給装置を提供
する。 【解決手段】 本発明による温度制御用水供給装置は、
発熱性装置１の冷却水入口１２の温度Tais、出口１３の
温度Taosおよび流量を適時サンプリング測定する。その
値と、発熱性装置１での要求温度および分布とから、冷
却水入口温度、出口温度、および流量の最適値を算出す
る。また温度制御用水供給装置４の出口温度Tbos、入口
温度Tbisをサンプリング測定し、発熱性装置１の入口温
度Taisと、温度制御用水供給装置の出口温度Taosの差と
流量から、制御用水の移送中の熱交換量を算出し、温度
制御用水供給装置の出口温度Tbosおよび流量の最適値を
決定し、その値になるように温度制御用水供給装置を制
御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、水銀ラン
プのような発熱性を有し、特定の波長の紫外線を放射さ
せるためには温度を一定の範囲内に精密に制御しなけれ
ばならない装置の温度制御用水供給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に発熱性装置、あるいは他の方式の
装置の発熱性部分への温度制御用水の供給装置として
は、従来、いわゆる冷却水供給装置と称され、冷却水供
給装置自体で設定した温度にされた水を供給するもので
あった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の方法において
は、冷却水供給装置から出る水の温度および流量は固定
的であり、冷却水が被冷却装置（発熱性装置）へ到達す
るまでの配管での温度が変化する外部との熱の授受があ
って、実際に供給される水の温度は、冷却水供給装置か
ら出た時の温度と違ったものになる。このことは、発熱
性装置自体の温度変化、発熱量変化に対応できず、また
発熱性装置と冷却水供給装置との距離が長かったり、途
中で発熱源や冷却源に近い所を配管されている場合に
は、精密な温度制御が不可能になる。

【０００４】また、発熱性装置内での熱交換は、発熱性
装置の発熱量および外部との熱の授受状態の変化に対し
て、温度一定型の冷却水供給装置では対応できない。さ
らに、発熱性装置内で、発熱性装置の温度が冷却水との
熱交換経路において、分布が均一であり、なおかつ一定
であることが求められている場合には、発熱性装置への
水の入口温度と出口温度の差は少なく、発熱性装置の一
定にしようとする温度との差は小さいことが好ましい。
このことは発熱性装置での入口温度と、冷却水の流量の
制御が必要であることを意味する。

【０００５】さらに、冷却水供給装置と発熱性装置間の
温度変化が補償される温度で、冷却水供給装置からの出
口温度が決められなければならない。このことは従来の
冷却水供給装置によって可能であったとしても、設定温
度と設定流量の頻繁な変更の手動作業が要求された。本
発明の目的は、発熱性装置は、発熱性装置から離れて置
かれた温度制御用水供給装置によっても、適正に温度制
御が可能であり、また発熱装置自体の発生熱量の変化に
も対応できる温度制御用水供給装置を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明においては、発熱性装置の冷却水入口温度、
出口温度および流量を適時サンプリング測定し、その値
と、発熱性装置での要求温度および分布とから、冷却水
入口温度、出口温度、および流量の最適値を算出し、ま
た温度制御用水供給装置の出口温度、入口温度をサンプ
リング測定し、発熱性装置入口温度と、温度制御用水供
給装置の出口温度の差と流量から、制御用水の移送中の
熱交換量を算出し、温度制御用水供給装置の出口温度お
よび流量の最適値を決定し、その値になるように温度制
御用水供給装置を制御することに着目した。

【０００７】本発明による温度制御用水供給装置は、動
作に伴って熱を発生する発熱性装置と、前記装置の温度
を一定にするために、前記発熱性装置に関連して設けら
れた用水入口および出口をもつ温度制御用水容器と、前
記発熱性装置へ、温度制御用水を供給するための、温度
制御用水供給装置と、および、温度制御用水を循環させ
るための配管手段とを含む発熱性装置温であって、前記
容器の温度制御用水入口温度および出口温度を測定し、
前記温度制御用水供給装置の出口温度および入口温度を
測定し、さらに温度制御用水の流量を測定する測定手段
と、前記発熱性装置の入口、出口温度と流量から、当該
発熱性装置の熱交換量を計算し、前記発熱性装置におけ
る入口、出口温度の適正値から、必要な流量を熱交換量
から算出し、前記発熱性装置の入口温度と当該温度制御
用水供給装置の出口温度および流量から、当該発熱性装
置と当該温度制御用水供給装置間の熱交換量を計算し、
前記温度制御用水の出口温度を制御する計算制御装置を
設けて構成されている。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下図面等を参照して本発明によ
る温度制御用水供給装置の実施の形態を説明する。図１
は本発明による温度制御用水供給装置の実施例を示すブ
ロック図である。発熱性装置１側と、温度制御用水供給
装置４側における、温度および流量のサンプリング測定
点と測定項目を示す。 Tais 発熱性装置側の制御水入口温度サンプリング値 Taos 発熱性装置側の制御水出口温度サンプリング値 Tbos 温度制御用水供給装置側の制御水出口温度サンプ
リング値 Tbis 温度制御用水供給装置側の制御水入口温度サンプ
リング値 Fs 制御水流量のサンプリング値 これらのサンプリング値と、発熱性装置側で要求される
値から、温度制御用水供給側の出口温度および流量の最
適値が決定され、温度制御用水供給装置の制御が行われ
る。

【０００９】発熱性装置１は、例えば、一定の波長の光
を放射するために、温度が一定にされなければならない
ランプなどの発熱源２をもつ。発熱源２を囲んで、発熱
源２の温度の制御をするための制御水ジャケット３が置
かれている。発熱性装置１に制御水を供給するための温
度制御水供給装置４が、発熱性装置１と離れて設けられ
る。温度制御水供給装置４は、水と冷却器との熱交換を
行うための制御水タンク５と冷却器をもっている。冷却
器は冷媒用の圧縮器６と、制御水タンク５内に入れられ
る蒸発器７と、制御水タンク５の外に置かれる凝縮器８
および膨張弁９から成る。この構成は、一般的な冷凍機
と同じである。

【００１０】発熱性装置１の制御水ジャケット３と、温
度制御水供給装置４の制御水タンク５とは、制御水タン
ク５の制御水を制御水ジャケット３に供給するための供
給側配管１０が設けられている。供給側配管１０で制御
水ジャケット３に送られた制御水は発熱源と熱交換され
た後、制御水ジャケット３と制御水タンク５間に設けら
れた排出側（発熱性装置側から見て）配管１１によっ
て、制御水タンク５に入る。排出側配管１１には途中、
流量計１６およびポンプ１７が設けられている。流量計
１６およびポンプ１７は供給側配管１０に設けられても
よい。また２つの配管１０と１１に分けて置かれてもよ
い。ポンプ１７はモータ１９によって駆動され、モータ
１９はインバータ２０によって回転速度が変えられ、流
量が制御される。流量計１６は制御水流量のサンプリン
グ値Ｆ_s を測定する。

【００１１】制御水ジャケット３の制御水入口には、発
熱性装置側の入口温度測定点１２が設けられ、発熱性装
置側の制御水入口温度サンプリング値Ｔais が測定され
る。制御水出口には、発熱性装置側の出口温度測定点１
３が設けられ、発熱性装置側の制御水出口温度サンプリ
ング値Ｔaos が測定される。制御水タンク５の制御水ジ
ャケット３からの制御水を取り入れる側には、温度制御
水供給装置側の入口温度測定点１４が設けられ、温度制
御水供給装置側の制御水入口温度Ｔbis が測定される。
制御水タンク５の制御水出口側には温度制御水供給装置
側の出口温度測定点１５が設けられ、温度制御水供給装
置側の制御水出口温度サンプリング値Ｔbos が測定され
る。

【００１２】４つの温度測定点１２，１３，１４，１５
に置かれた４つの温度検出器、および流量計１６は計算
制御装置１８に結合され、計算制御装置１８に温度およ
び流量測定値を入力する。計算制御装置１８は、必要な
計算を行い、制御用信号をポンプ系のインバータ２０に
送り流量を制御し、また温度制御水供給装置４の冷却器
の圧縮器６の制御によって制御水の温度を制御する。

【００１３】このシステムの使用にあたり、まず発熱性
装置１における温度条件である制御水ジャケット３で
の、制御水入口温度Ｔaiおよび制御水出口温度Ｔaoが決
められる。温度ＴaiおよびＴaoは発熱性装置１が保持さ
れるべき温度によって決まる。発熱性装置１の温度分布
を均一に近くするには、温度ＴaiとＴaoの差は小さい方
が好ましい。

【００１４】システムが平衡状態にある時は、サンプリ
ング値は目標値に近くなる。Ｔai，Ｔaoが共に、配管１
０、配管１１の周囲温度より高く設定される時には、次
の条件が成り立つ。 Ｔaos ＞Ｔais ＞配管１０，１１の周囲の温度 Ｔais ＞Ｔbos ＞ Ｔais ＞Ｔbis ＞Ｔaos Ｔais ＞Ｔbos ＞Ｔaos このシステムの使用中は、Ｔaiのサンプル値Ｔais 、Ｔ
aoのサンプル値Ｔaos および流量Ｆのサンプル値Ｆs
は、定期的にサンプリングされ計算制御装置１８におい
て、発熱源２と制御水の熱交換量Ｑa のサンプル値Ｑas
が Ｑas＝Ｆs （Ｔaos −Ｔais ）＞０ で計算される。

【００１５】次に供給側配管１０と周囲との熱交換量
（損失）のサンプル値Ｑbas が Ｑbas ＝Ｆs （Ｔbos −Ｔais ）＞０ で計算される。次に排出側配管１１と周囲との熱交換量
（損失）のサンプル値Ｑabs が Ｑabs ＝Ｆs （Ｔaos −Ｔbis ）＞０ で計算される。

【００１６】温度制御水供給装置４での熱交換量Ｑbsは Ｑbs＝Ｑas−Ｑabs −Ｑbas で計算される。システムが平衡状態に近い時は、発熱性
装置１における熱交換量Ｑa は、サンプル値Ｑasと近似
する。したがって、目標とする流量Ｆは Ｆ＝Ｑas／（Ｔao−Ｔai） とみなすことができる。この計算結果に基づいて、流量
Ｆが得られるように、ポンプ１７の回転数が制御され
る。

【００１７】温度制御用水供給装置４の出口温度Ｔboは Ｑbas ＝Ｆ（Ｔbo−Ｔais ） Ｔais ≒Ｔai ∴ＴboＦ−ＴaiＦ＝Ｑbos ∴ＴboＦ−Ｑbas ＝ＴaiＦ ∴Ｔbo＝（Ｑbas ／Ｆ）＋Ｔai により計算される。

【００１８】温度制御用水供給装置４の入口温度Ｔbiは Ｑabs ＝Ｆ（Ｔao−Ｔbi） Ｔbis ≒Ｔbi ∴ＴaoＦ−ＴbiＦ＝Ｑaos ∴ＴaoＦ−Ｑabs ＝ＴbiＦ ∴Ｔbi＝Ｔao−（Ｑabs ／Ｆ） により計算される。

【００１９】温度制御用水供給装置４は、出口温度がＴ
boになるように制御される。温度制御用水供給装置４の
入口温度Ｔbiは、温度制御用水供給装置４自体の熱交換
量を計算するために使われる。温度および流量のサンプ
リングは周期的（例えば３分毎）に行われ、制御値が修
正されていく。

【００２０】

【発明の効果】前述したように、発熱性装置に必要とさ
れる温度制御用水の温度および流量条件に対して、発熱
性装置と温度制御水供給装置の間の熱移動量を考慮し
て、温度制御用水供給装置内での温度、流量制御の目標
値を決め、制御することにより、発熱性装置に対する最
適な条件での温度制御用水の供給が可能になる。そして
本発明によれば、発熱性装置は、発熱性装置から離れて
置かれた温度制御用水供給装置によっても、適正に温度
制御がなされる。また発熱装置自体の発生熱量の変化に
も対応した制御が可能となる。

【００２１】以上詳しく説明した実施例について、本発
明の範囲内で種々の変形を施すことができる。水以外の
液体を冷媒として利用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による温度制御用水供給装置の実施例を
示すブロック図である。

【符号の説明】

１ 発熱性装置 ２ 発熱源 ３ 制御水ジャケット ４ 温度制御水供給装置 ５ 制御水タンク ６ 圧縮器（冷却用） ７ 蒸発器 ８ 凝縮器 ９ 膨張弁 １０ 供給側配管 １１ 排出側配管 １２ 発熱性装置側の入口温度測定点 １３ 発熱性装置側の出口温度測定点 １４ 温度制御水供給装置側の入口温度測定点 １５ 温度制御水供給装置側の出口温度測定点 １６ 流量計 １７ ポンプ １８ 計算制御装置 １９ モータ ２０ インバータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 動作に伴って熱を発生する発熱性装置
   と、 前記装置の温度を一定にするために、前記発熱性装置に
   関連して設けられた用水入口および出口をもつ温度制御
   用水容器と、 前記発熱性装置へ、温度制御用水を供給するための、温
   度制御用水供給装置と、および、温度制御用水を循環さ
   せるための配管手段とを含む発熱性装置温であって、 前記容器の温度制御用水入口温度および出口温度を測定
   し、前記温度制御用水供給装置の出口温度および入口温
   度を測定し、さらに温度制御用水の流量を測定する測定
   手段と、 前記発熱性装置の入口、出口温度と流量から、当該発熱
   性装置の熱交換量を計算し、前記発熱性装置における入
   口、出口温度の適正値から、必要な流量を熱交換量から
   算出し、前記発熱性装置の入口温度と当該温度制御用水
   供給装置の出口温度および流量から、当該発熱性装置と
   当該温度制御用水供給装置間の熱交換量を計算し、前記
   温度制御用水の出口温度を制御する計算制御装置を設け
   て構成した温度制御用水供給装置。
2. 【請求項２】 前記発熱装置は、前記水銀ランプであ
   り、前記用水は水である請求項１記載の温度制御用水供
   給装置。