JPH0339881A

JPH0339881A - 冷却システム

Info

Publication number: JPH0339881A
Application number: JP17492589A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Takada; 高田　博史; Seiji Suzuki; 清司鈴木
Original assignee: Research Development Corp of Japan; Sumitomo Electric Industries Ltd; Sumitomo Densetsu Co Ltd
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; Sumitomo Electric Industries Ltd; Sumitomo Densetsu Co Ltd
Priority date: 1989-07-05
Filing date: 1989-07-05
Publication date: 1991-02-20
Anticipated expiration: 2013-05-13
Also published as: JP2749644B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉この発明は、放電加工、レーザ応用機器、プラズマ応用
機器、精密加工機、及び半導体製造設備等の発熱する設
備を一定温度に冷却する冷却システムに関する。

〈従来の技術〉第３図は、従来の冷却システムを示している。

この冷却システムにおいては、設（ｆａ　（１００）及
び供給槽（２００）を循環する循環路（３０Ｇ）に、上
記供給槽（２０Ｇ）から単位時間当たり一定量の冷却液
を循環させることにより、設備（１００）を冷却してい
る。

そして、設備（１００）を一定温度に冷却するために、
供給槽（２００）及び冷却器（４００）を循環する循環
路（５００）に供給槽（２００）内の冷却液を循環させ
て、供給槽（２００）内の冷却液の温度を一定に維持す
ることにより、設！（１００）に供給される冷却液の温
度を一定に維持するようにしていた。

く考案が解決しようとする課題〉このように、上記冷却システムにおいては、設１（１０
０）に供給される冷却液の温度を一定にしているので、
設備（１００）の発熱量の変動等の外乱の影響によって
冷却能力が変動してしまい、設備（１０Ｇ）の冷却を安
定して行えないという問題があった。

そこで、上記冷却システムにおいて、例えば設備（１１
）の温度をフィードバックし、この温度ε設備（１００
）の目標冷却温度との差に基づいて、冷却器（４００）
の冷却能力を調節することにより、フィードバック制御
を行うことも考えられる。しかし、上記フィードバック
制御にあっては、外乱の要素もフィードバックされるの
で、オーバーシュート等があり、上記の安定した冷却を
行えないという問題を解決することができない。

この発明の目的は、安定した冷却を行うことができる冷
却システムを提供することである。

く課題を解決するための手段〉上記目的を達成するためのこの発明に係る冷却システム
は、発熱する設備に単位時間当たり一定量の冷却液を送
り、当該設備を目標温度Ｔに冷却する冷却システムにお
いて、上記Ｔよりも高い温度Ｔ１の高温液及びＴよりも
低い温度Ｔ２の低温液を、下記式（Ａ）で表される比率
ｙで混合し、温度Ｔ３の冷却液こして設備へ送ることを
特徴とするものである。

ｙ＝ｘ／（１−ｘ）　　　　　　　　　　　・・・（Ａ
）ここで、Ｘは下記式（１３）で表される。

（Ｔ−Ｔ２　　）　　＋　　（Ｔ−７４）Ｔ、　　−’
ｒｚＴ、　　＋７４＋Ｋ（Ｔ−）　　　　　　　・・・（Ｂ）まただし、Ｋは系の安定度に応じて設定される値、Ｔ４は
設備を冷却した後の冷却液の温度である。

また、０＜ｘ＜１である。

く作用〉上記の構成の冷却システムによれば、高温液と低温液と
を上式（＾）で表される混合比ｙにより混合することに
より、設備を冷却する冷却液の温度を迅速且つ適正に設
定することができる。

さらに詳述すれば、混合比ｙを決定するＸを表す式（Ｂ
）の右辺の第１項は、フィードフォワード制御を行う項
であり、当該第１項によって、変化後の状態に最適と考
えられる量を演算することができる。また、式（Ｂ）の
右辺の第２項は、フィードバック制御を行う項である。

すなわち、設備へ送る冷却液の温度Ｔ３及び設備を冷却
した後の冷却液の温度Ｔ４の平均値（Ｔ３　＋Ｔ４　）
／２によって、設備の温度を代表することとし、この温
度（Ｔ３＋７４）／２と、目標温度Ｔとの偏差（以下、
この偏差をΔＴで表す）に、定数Ｋを乗じたものを、フ
ィードバック制御を行うための上記第２項として採用し
ている。

そして、上記設備の温度を代表する温度（Ｔ３＋７４）
／２が、目標温度Ｔに収束した場合、Ｔ３　　＋７４ − となるが、この式より、Ｔ３＝２Ｔ−Ｔａ一方、設備へ送る冷却液の温度Ｔ３Ｔ３−Ｔｌ　ｘ＋Ｔｚ　　（１−ｘ）で表されるが、この式より、は、・・・（Ｃ）Ｔ３　−７２一・・・（Ｄ）Ｔ、　　−７２上記の式（Ｃ）及び（Ｄ）より、２　Ｔ　−Ｔ４　−　Ｔｒｉ１Ｔ２（Ｔ−７２）＋（Ｔ　−Ｔ　ａ）・・・（Ｅ）１Ｔ２この（Ｅ）で表される値を、フィードフォワード制御を
行うための上記第１項として採用し、最終的に上記式（
Ｂ）が得られる。

上記第２項によるフィードバック制御のみで上記Ｘを制
御する場合を想定すると、ｘ−にΔＴであるから、ΔＴ
−ｘ／Ｋ（ただし、Ｏ＜ｘ＜１）である。よって、偏差
ΔＴを小さくするためにはＫが大きい程良い。しかし、
Ｋが大きくなると、安定度が悪くなって（発振しやすく
なって）、わずかな外乱でハンチングが起きる虞がある
。

これに対し、本冷却システムにあっては、上記フィード
フォワード制御を行う第１項により、好ましいＸの値を
予測しておくことにより、フィードバック制御を行う第
２項の負担を軽減することができ、Ｋの値を小さくする
ことができる。したがって、系の安定度を高めることが
できる。

〈実施例〉以下実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。

第１図はこの発明に係る設備の冷却システムを適用した
冷却装置（Ｆ）の概略構成を示しており、同図において
、この冷却装置（Ｆ）は、発熱する設６ｉｉ　（１）を
目標温度Ｔに冷却するものであり、目標温度Ｔよりも高
い温度の高温液を溜めた高温貯液槽（２）と、目標温度
Ｔよりも低い温度の低温液を溜めた低温貯液槽（３）と
、上記高温貯液槽（２）からの高温液及び低温貯液槽（
３）からの低温液を混合し、冷却液として設備（１）へ
送る送り路（４）と、該送り路（４）に設けられ、高温
液と低温液の混合比率を可変する第１のバルブ（５）と
、該第１のバルブ６）を操作する第１の操作手段（６）
と、該第１の操作手段（６）及び後述する第２の操作手
段（９）の作動を制御する制御手段０）とを主要部とし
て有している。

上記冷却液としては、水その他の比熱の大きい液体を用
いる。

また、上記冷却装置（Ｐ）には、設備（１）を冷却した
後の冷却液を高温貯液槽（２）及び低温貯液槽（３）に
分配して戻す戻し路（７）、該戻し路（′７）に設けら
れ、高温貯液槽（２）及び低温貯液槽（３）へ戻す冷却
液の分配比率を可変する第２のバルブ（８）、該第２の
バルブＧ）を操作する第２の操作手段（９）、高温液の
温度Ｔ１を高温貯液槽０と第１のバルブ（５）との間で
検知する第１の温度センサ（１１）、低温液の温度Ｔ２
を低温貯液槽（３）と第１のバルブ（５）との間で検知
する第２の温度センサ（１２）、設備（１）へ送る冷却
液の温度Ｔ３を検知する第３の温度センサ（１３〉、及
び設備（１ンを冷却した後の冷却液の温度を検知する温
度センサ（１４）が設けられている。

上記高温貯液槽（２）には、高温液を加熱するヒータ（
１５〉が設けられている。そして、このヒータ（１５）
の発熱量は、第１の調節計（１６）によって、第１の温
度センサ（１１）による高温液の温度の検出値Ｔ１が、
目標温度Ｔよりもαだけ高い温度、すなわちＴ＋αとな
るようにフィードバック制御されている（第２図参照）
。

第１図において、上記戻し路（７）は、設備（１）を冷
却した後の冷却液を高温貯液槽（２に戻す高温側戻し路
（７ｔ〉と、低温貯液槽Ｇ）に戻す低温側戻し路（７２
）に分岐している。この低温側戻し路（７２）は、冷却
液を低温貯液槽（３）に直接戻す直接路（７３）と、冷
却器（１７〉を介して戻す間接路（７３）とに分岐して
いる。そして、その分岐部分に、直接路（７３〉及び間
接路（７４）へ冷却液の分配比率を調整する第３のバル
ブ（１８）と、該第３のバルブ（１７）を操作する第３
の操作手段（１９）が設けられている。

この第３の操作手段（１９）による第３のバルブ（１８
）の操作は、第２の調節計（２０）によって、上記第２
の温度センサ（１２）による低温液の温度の検出値Ｔ２
が、目標温度Ｔよりもβだけ低い温度、すなわちＴ−β
となるように、フィードバック制御されている（第２図
参照）。上記βはαに等しく設定しても良く、他の値を
採用しても良い。

上記第１の調節計０６）及び第２の調節計（２０）は、
それぞれＰＩＤ調節計からなり、Ｔ、α及びβの値は予
め設定される。α及びβの値の設定は、設備（１）の発
熱量や冷却液の種類等を考慮して行われる。α及びβの
値は等しくしても良く、異ならせても良い。

上記第１のバルブ（５）は混合の比率を可変可能な集流
弁からなり、第２のバルブ（８）及び第３のバルブ（１
８〉は分配の比率を可変可能な分流弁からなる。

上記第１の操作手段（６）、第２の操作手段（９）、及
び第３の操作手段（１９）は、それぞれのバルブ（８）
（１ｇ）内の流ｆｆ１Ｅ整部を駆動させるステッピング
モータ等からなる。

上記制御手段００）は、入力部（１０ａ）、演算部（１
０ｂ）及び出力部（１０ｃ）を有するＰＩＤ調節計から
なる。

上記入力部（１０ａ）は、予め設定した目標温度Ｔ１第
１の温度センサ（１１）によって検知した高温液の温度
ＴＩ、第２の温度センサ（１２〉によって検知した低温
液の温度Ｔ２ｑ第３の温度センサ（１３）によって検知
した、設備（１）へ送る冷却液の温度Ｔ３、第４の温度
センサ（１４）によって検知した、設備（１）を冷却し
た後の冷却液の温度Ｔ４、及び系の安定度に応じて設定
することのできるＫをデータとして入力する（第１図及
び第２図参照）。

なお、上記にとして１〜３の範囲の値が設定される。

上記演算部（１０ｂ）は、入力部（１０ａ）に人力され
たデータを用いて、高温液と低温液εの混合比率ｙを、
下記式（Ａ）に基づいて演算する。

ｙ−ｘ／（１−ｘ）ここで、Ｘは下記式（Ｂ）で表される。

・・・（Ａ）（Ｔ−７２）　　＋　　（Ｔ−Ｔｓ　　）Ｔ３　−７４＋Ｋ（Ｔ−）　　　　　　・・・（Ｂ）上記出力部（１
０８）は、上記演算部（１０ｂ）による演算値ｙに基づ
いた出力信号を、上記第１の操作手段（６）及び第２の
操作手段（９）に送る。第１．の操作手段（６）は、上
記の出力信号に基づいて、第１のバルブ（５）を操作す
る。第２の操作手段（９）は、上記の出力信号に基づい
て、第２のバルブ（８）を操作する。

この実施例によれば、高温貯液槽０）からの温度Ｔ１の
高温液と低温貯液槽（３）からの温度Ｔ２の低温液とが
、第１のバルブ（５）によって所望の比率ｙで混合され
、温度Ｔ３の冷却液として送り路（４）を通して設備（
１）に送られる。設！　（１）を冷却した後の温度Ｔ４
の冷却液は、戻し路（′７）を通して高温貯液槽（２）
及び低温貯液槽（３）へ、第２のバルブ（８）によって
上記の混合の比率と同じ比率ｙで分配された状態で戻さ
れる。このようにして、単位時間当たり一定量の冷却液
が設備（１）に循環されるが、上記の混合比率及び分配
比率を同じにしているので、高温貯液槽（２）及び低温
貯液槽（３）の液量は常に一定に保たれる。

そして、上記の冷却液の温度Ｔ３が、高温液と低温液の
混合の比率ｙを調整することにより、適正に保たれる。

すなわち、上記の混合比率ｙを決定するＸを、制御手段
００）によって、上記式（Ｂ）に基づいて演算するが、
上記第１項により、変化後の状態に最適と考えられる値
を予測しておくことにより、上記第２項の負担を軽減す
ることができる。言い換えると、第１項により粗調整、
第２項により微調整を行うわけである。したがって、第
２項はあまり大きな出力を要さず、Ｋの値を小さくする
ことができる。概ね、Ｋの値は、第２項のみによって制
御する場合に較べて、約１０分の１で良い。したがって
、制御系の安定度を向上することができ、ハンチングを
抑制することができる。

また、設備（１）へ送る冷却液の温度を、高温液と低温
液とを混合することにより設定しているので、迅速且つ
正確に、温度設定を行うことができ、−層迅速且つ適正
な冷却が行える。

さらに、設備へ送る冷却液の温度Ｔ３及び設備を冷却し
た後の冷却液の温度Ｔ４の平均値（Ｔ３＋７４）／２に
よって、設備の温度を代表することにしているので、設
備の温度を直接測定することが困難な場合や、設備内の
温度分布が一様でない場合等に好適である。

さらには、第１の調節計（１５）によって、高温貯液槽
（２）内の高温液の温度をフィードバック制御ｊ〜でお
り、第２の調節計（１９〉によって、低温貯液槽（３）
内の低温液の温度をフィードバック制御しているので、
より一層安定した冷却を行うことができる。

なお、この発明に係る冷却システムは、上記実施例に限
定されるものでなく、例えば、高温貯液槽（２）及び低
温貯液槽（３）の容量が非常に大きい場合には、設備（
１）を冷却した後の冷却液を各貯液槽に戻さず、開いた
系とすることができる。

く試験例〉上記実施例の冷却装置（Ｆ）において、下記の条件にて
、発熱量が１００００〜２５０００　Ｋｃａｌ／ｈの範
囲で変動する設備（１）の冷却を行った。

冷却液：水（流量０．００４２ｍ″／ｓ）温度センサ（
１１）〜（１４）　二白金抵抗式温度センサ高温貯液槽
（２）の容量：０．４ｒｎ’ヒータ（１４）の定格：２
４ＫＷ冷却器（１６）の冷却能カニ４３５００Ｋｃａｌ／ｈＴ
、α及びβ：それぞれ４０℃、２℃及び２℃に：２そして、設（ａ　（１）の温度を代表する温度である（
Ｔ３　＋７４　）／２を求めたところ、当該温度が４０
±０．２℃の範囲にあることが判明し、安定した冷却が
行えることを実証できた。

〈発明の効果〉以上のように、この発明に係る冷却システムによれば、
高温液と低温液とを混合比ｙにより混合することにより
、冷却液の温度を迅速且つ適正に設定することができ、
この適正温度の冷却液によって設備を冷却することによ
り、安定した冷却を達成することができるという特有の
効果を奏する。

特に、フィードフォワード制御を行う第１項によって変
化後の状態に最適と考えられる混合比を演算することに
より、フィードバック制御を行う第２項の負担を軽くし
て、Ｋの値を小さくすることができ、安定した冷却を行
うことができる。また、設備の温度を、設備へ送る冷却
液の温度Ｔ３及び設備を冷却した後の冷却液の温度Ｔ４
の平均値（Ｔ３＋７４）／２によって代表することとし
ているので、設備の温度を直接測定することが困難な場
合や、設備内の温度分布が一様でない場合等に好適であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の冷却システムを適用した冷却装置を
示す構成図、第２図はブロック図、第３図は従来の冷却システムを示す構成図である。（１）・・・設備、（２）・・・高温貯液槽、（３）・
・・低温貯液槽、　（４）・・・送り路、（５）・・・
第１のバルブ、　（６）第１の操作手段、（１０）制御
手段。

Claims

【特許請求の範囲】１、発熱する設備に単位時間当たり一定量の冷却液を送
り、当該設備を目標温度Ｔに冷却する冷却システムにお
いて、上記Ｔよりも高い温度Ｔ＿１の高温液及びＴより
も低い温度Ｔ＿２の低温液を、下記式（Ａ）で表される比率ｙで混合し、温度Ｔ＿３の冷却液
として設備へ送ることを特徴とする冷却システム。ｙ＝ｘ／（１−ｘ）・・・（Ａ）ここで、ｘは下記式（Ｂ）で表される。ｘ＝〔（Ｔ−Ｔ＿２）＋（Ｔ−Ｔ＿４）〕／（Ｔ＿１−
Ｔ＿２）＋Ｋ〔Ｔ−（Ｔ＿３＋Ｔ＿４）／２〕・・・（
Ｂ）ただし、Ｋは系の安定度に応じて設定される値、Ｔ
＿４は設備を冷却した後の冷却液の温度である。また、０＜ｘ＜１である。