JPH11163569A - Heat load cooling system - Google Patents

Heat load cooling system

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Publication number
JPH11163569A
JPH11163569A JP32885997A JP32885997A JPH11163569A JP H11163569 A JPH11163569 A JP H11163569A JP 32885997 A JP32885997 A JP 32885997A JP 32885997 A JP32885997 A JP 32885997A JP H11163569 A JPH11163569 A JP H11163569A
Authority
JP
Japan
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cooling water
temperature
heat
heat exchanger
water
Prior art date
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Pending
Application number
JP32885997A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Morita
浩之 森田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
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Publication of JPH11163569A publication Critical patent/JPH11163569A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat load cooler capable of stably controlling a temperature of a primary cooling water, by keeping its power consumption, size, cost, parts, and the like almost as they are without depending on temperature and temperature variation of a secondary cooling water. SOLUTION: A cooling system circulates a primary cooling water directly cooling thermal load 5 in a closed loop 9 through a heat exchanger 7, supplies a secondary cooling water cooling the primary cooling water to the heat exchanger 7, and indirectly cools the thermal load 5 by the secondary cooling water. The cooling system comprises a feedback control means for detecting the temperature of the primary cooling water, and sustaining and controlling the temperature of the primary cooling water by varying the heat exchanged in the heat exchanger 7 through the flow control of the secondary cooling water based on the detected temperature; and a feedforward control means for controlling the flow of the secondary cooling water independent of the temperature of the primary cooling water, when the heat exchanged in the heat exchanger 7 is varied by the load variation of the heat load 5 and/or the temperature variation of the secondary cooling water.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば固体レーザ
発振器のレーザ媒質等を冷却するための熱負荷冷却シス
テムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat load cooling system for cooling, for example, a laser medium of a solid-state laser oscillator.

【0002】[0002]

【従来の技術】図5は、従来の熱負荷冷却システムを示
す。この冷却システムはタンク31を備え、このタンク
31には一次冷却水が貯留されている。この一次冷却水
は実線矢印で示すように循環ポンプ33、熱負荷35、
熱交換器37を介してタンク31に戻る閉ループ39を
循環する。一次冷却水は純水でありこの一次冷却水の純
水度を維持するために、閉ループ39にはイオン交換樹
脂41が設けられる。熱交換器37には開閉式の電磁式
制水弁43を介して点線矢印で示すように二次冷却水が
供給され、この二次冷却水は系外に排出される。この二
次冷却水は例えば水道水(工業用水)であり一次冷却水
を冷却するために供給される。45は温度センサ、47
は電磁式制水弁43を開閉する制御器である。
FIG. 5 shows a conventional heat load cooling system. This cooling system includes a tank 31 in which primary cooling water is stored. This primary cooling water is supplied to the circulation pump 33, heat load 35,
The closed loop 39 returns to the tank 31 via the heat exchanger 37. The primary cooling water is pure water, and the closed loop 39 is provided with an ion exchange resin 41 in order to maintain the purity of the primary cooling water. Secondary cooling water is supplied to the heat exchanger 37 via an open / close type electromagnetic water control valve 43 as indicated by a dotted arrow, and the secondary cooling water is discharged out of the system. The secondary cooling water is, for example, tap water (industrial water) and is supplied to cool the primary cooling water. 45 is a temperature sensor, 47
Is a controller for opening and closing the electromagnetic water control valve 43.

【0003】熱負荷35が例えば固体レーザ発振器のレ
ーザ媒質である場合においてこのレーザ媒質の温度を一
定に保つことは熱レンズ効果や熱複屈折効果等を一様か
つ一定に保ち、レーザ出力・ビーム品質を安定させるた
めに必要不可欠である。
When the thermal load 35 is, for example, a laser medium of a solid-state laser oscillator, keeping the temperature of the laser medium constant is to keep the thermal lens effect, thermal birefringence effect, etc. uniform and constant, and to control the laser output and beam. It is indispensable to stabilize quality.

【0004】この冷却システムにおいて、熱負荷35の
温度を一定に保つには一次冷却水の流量・温度を一定に
保つことで実現する。流量については、循環系閉ループ
39全体の圧力損失を一定とすると、循環ポンプ33の
能力によりほぼ一定に保つことができる。温度について
は、一次冷却水のタンク31内の温度センサ45で検知
した温度に基づいて、制御器47を介して電磁式制水弁
43を開閉することによって二次冷却水の系外への排熱
量を調整することにより一定に保つことができる。すな
わち電磁式制水弁43が閉じている間に一次冷却水の温
度が熱負荷35にかかる熱量に比例して上昇し、電磁式
制水弁43が開いて二次冷却水が流される間に熱交換器
37による交換熱量に比例して一次冷却水の温度が下降
することにより一次冷却水のタンク31内の温度が一定
に保たれる。
In this cooling system, the temperature of the heat load 35 can be kept constant by keeping the flow rate and temperature of the primary cooling water constant. Assuming that the pressure loss of the entire closed loop 39 of the circulation system is constant, the flow rate can be kept substantially constant by the capacity of the circulation pump 33. Regarding the temperature, the electromagnetic cooling valve 43 is opened and closed via a controller 47 based on the temperature detected by the temperature sensor 45 in the tank 31 of the primary cooling water to discharge the secondary cooling water to the outside of the system. It can be kept constant by adjusting the amount of heat. That is, while the electromagnetic water control valve 43 is closed, the temperature of the primary cooling water increases in proportion to the amount of heat applied to the heat load 35, and while the electromagnetic water control valve 43 is opened and the secondary cooling water flows. As the temperature of the primary cooling water decreases in proportion to the amount of heat exchanged by the heat exchanger 37, the temperature in the primary cooling water tank 31 is kept constant.

【0005】電磁式制水弁43の代わりに温度膨張式の
制水弁を使用することもできる。この場合、センサ部を
一次冷却水のタンク31内に挿入し二次冷却水の流量を
制限することで、同様の効果を得ることができる。しか
し一般に温度膨張式の制水弁は、センサ部の応答性が悪
いために大きく急激な負荷変動や外乱に対して追従性が
伴わず、そのため採用されることは少ない。
[0005] A temperature expansion type water control valve can be used in place of the electromagnetic water control valve 43. In this case, the same effect can be obtained by inserting the sensor unit into the primary cooling water tank 31 and limiting the flow rate of the secondary cooling water. However, in general, a temperature expansion type water control valve does not follow large and sudden load fluctuations and disturbances due to poor response of the sensor unit, and is therefore rarely used.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】前述した従来の温度制
御方法では、熱負荷35の熱量や熱交換器37による交
換熱量が変動しない場合、温度均衡が生じて電磁式制水
弁43が開いた状態で一次冷却水の温度は、図6に示す
ように目標温度にほぼ一致して、温度リップルおよび温
度ドリフトは事実上発生しない。以下「温度リップル」
は温度変動の高さに一致し、「温度ドリフト」は平均温
度のずれに一致する。
In the above-described conventional temperature control method, when the amount of heat of the heat load 35 and the amount of heat exchanged by the heat exchanger 37 do not fluctuate, temperature equilibrium occurs and the electromagnetic water control valve 43 is opened. In this state, the temperature of the primary cooling water substantially coincides with the target temperature as shown in FIG. 6, and the temperature ripple and the temperature drift do not substantially occur. Below "temperature ripple"
Corresponds to the height of the temperature fluctuation, and "temperature drift" corresponds to the deviation of the average temperature.

【0007】しかしながら、実際には使用目的により熱
負荷35の熱量は大きく変動するし、二次冷却水の温
度、流量変動等により熱交換器37による交換熱量は大
きく変動する。例えば熱交換器37の一般的な特性とし
て、図7に示すように一次冷却水と二次冷却水との温度
差△Tと交換熱量とは正の特性の関係にあり、△Tが大
きいほど交換熱量が大きくなる関係にある。また、図8
に示すように二次冷却水の流量に対しても同様に正の特
性の関係にあり、二次冷却水の流量が多いほど交換熱量
が大きくなる関係にある。熱交換器37の交換熱量の設
定に際しては、熱負荷35が最大でかつ二次冷却水の熱
交換器37の入側の温度が最大とした場合にマージンを
設けて熱交換可能となるように交換熱量、具体的には二
次冷却水の最大流量が設定される。しかしながら、二次
冷却水には水圧・温度管理がなされない水道水(工業用
水)が多く用いられるので、二次冷却水の平均的な温度
はもちろん昼夜・四季の寒暖差による温度変化の量も様
々である。また熱負荷の熱量も使用目的により大きく異
なる。
However, in practice, the amount of heat of the heat load 35 fluctuates greatly depending on the purpose of use, and the amount of heat exchanged by the heat exchanger 37 fluctuates greatly due to fluctuations in the temperature and flow rate of the secondary cooling water. For example, as a general characteristic of the heat exchanger 37, as shown in FIG. 7, the temperature difference ΔT between the primary cooling water and the secondary cooling water and the exchanged heat amount have a positive characteristic relationship. There is a relation that the exchange heat quantity becomes large. FIG.
As shown in (2), the flow rate of the secondary cooling water also has a positive characteristic, and the larger the flow rate of the secondary cooling water, the larger the exchanged heat quantity. When setting the heat exchange quantity of the heat exchanger 37, a margin is provided so that the heat exchange can be performed when the heat load 35 is the maximum and the temperature of the inlet side of the heat exchanger 37 of the secondary cooling water is the maximum. The exchange heat quantity, specifically, the maximum flow rate of the secondary cooling water is set. However, since tap water (industrial water), which is not controlled for water pressure and temperature, is often used as secondary cooling water, not only the average temperature of secondary cooling water but also the amount of temperature change due to differences in temperature between day and night and the four seasons. Various. Also, the amount of heat of the heat load varies greatly depending on the purpose of use.

【0008】二次冷却水に水道水(工業用水)等が使用
されてしかも熱交換器37の交換熱量の設定に際して例
えば過大なマージンが安全側に設定されると、従来の電
磁式制水弁43を開閉するだけの温度制御方式では電磁
式制水弁43を開閉することにより一次冷却水に温度リ
ップルが発生する。もちろん電磁式制水弁の開閉周期を
短くすることで温度リップルも小さくなるが、この場合
電磁式制水弁の機械的な摩耗等により自信の寿命を短く
してしまうことになる。さらに電磁式制水弁に開度可変
な弁を採用することにより温度リップルを小さくするこ
とも可能であるが、制御系に要するコスト等の面で不利
である。また一次冷却水タンクの内容量を大きくするこ
とにより温度リップルを小さくすることも可能である
が、この場合装置が大きくなってしまう。
If tap water (industrial water) or the like is used as the secondary cooling water and the heat exchange amount of the heat exchanger 37 is set, for example, if an excessive margin is set on the safe side, a conventional electromagnetic water control valve is used. In the temperature control system in which only the valve 43 is opened and closed, the temperature ripple is generated in the primary cooling water by opening and closing the electromagnetic water control valve 43. Of course, shortening the opening / closing cycle of the electromagnetic water control valve also reduces the temperature ripple, but in this case, the mechanical life of the electromagnetic water control valve and the like will shorten the service life of itself. Further, the temperature ripple can be reduced by adopting a variable opening valve as the electromagnetic water control valve, but this is disadvantageous in terms of cost required for the control system. It is also possible to reduce the temperature ripple by increasing the internal capacity of the primary cooling water tank, but in this case, the device becomes large.

【0009】本発明の目的は、従来の固体レーザ発振器
の冷却器に代表される冷却方式を採る冷却器において、
その使用消費電力やサイズ・コスト・使用部品寿命等を
ほぼそのままに、使用される二次冷却水の温度やその温
度変化に依存せずに、一次冷却水の制御温度の高安定化
を実現させることにある。
An object of the present invention is to provide a cooler adopting a cooling system represented by a cooler of a conventional solid-state laser oscillator,
Achieves high stability of the control temperature of the primary cooling water without depending on the temperature of the secondary cooling water used or its temperature change, while keeping the power consumption, size, cost, used parts life, etc. almost unchanged. It is in.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
熱負荷を直接冷却する一次冷却水を熱交換器を介して閉
ループに循環し、前記熱交換器に一次冷却水を冷却する
二次冷却水を供給し、この二次冷却水により熱負荷を間
接冷却する熱負荷冷却システムにおいて、前記一次冷却
水の温度を検知し、この検知温度に基づいて前記二次冷
却水の流量を制御することにより前記熱交換器の交換熱
量を変化させて一次冷却水の温度を一定に保持・制御す
るフィードバック制御手段と、前記熱負荷の負荷変動及
び/又は前記二次冷却水の温度変動により前記熱交換器
の交換熱量が変化した場合に前記一次冷却水の温度とは
無関係に前記二次冷却水の流量を制御するフィードフォ
ワード制御手段と、を備えたことを特徴とするものであ
る。
According to the first aspect of the present invention,
The primary cooling water that directly cools the heat load is circulated through a closed loop through a heat exchanger, and the heat exchanger is supplied with secondary cooling water that cools the primary cooling water. In the heat load cooling system for cooling, the temperature of the primary cooling water is detected, and the amount of heat exchanged in the heat exchanger is changed by controlling the flow rate of the secondary cooling water based on the detected temperature. Feedback control means for maintaining and controlling the temperature of the primary cooling water, and the temperature of the primary cooling water when the heat exchange amount of the heat exchanger changes due to the load fluctuation of the heat load and / or the temperature fluctuation of the secondary cooling water. And feed-forward control means for controlling the flow rate of the secondary cooling water independently of the above.

【0011】請求項1記載の発明によれば、フィードバ
ック制御を行っている場合に熱負荷の負荷変動又は二次
冷却水の温度変動があると、これらの変動に対応して熱
交換器の交換熱量が変化するのでオーバーシュート・ア
ンダーシュートによって一次冷却水の温度に温度ドリフ
トが発生する。この場合に一次冷却水の温度とは無関係
に二次冷却水の流量を制御するフィードフォワード制御
が行われると熱交換器における温度均衡が生じ、温度ド
リフト、温度リップルが抑制される。
According to the first aspect of the present invention, when there is a load fluctuation of the heat load or a temperature fluctuation of the secondary cooling water during the feedback control, the heat exchanger is replaced in response to these fluctuations. Since the amount of heat changes, a temperature drift occurs in the temperature of the primary cooling water due to overshoot and undershoot. In this case, if feedforward control is performed to control the flow rate of the secondary cooling water irrespective of the temperature of the primary cooling water, a temperature balance occurs in the heat exchanger, and temperature drift and temperature ripple are suppressed.

【0012】請求項2記載の発明は、請求項1に記載の
ものにおいて、フィードフォワード制御手段は熱交換器
を通過した二次冷却水の温度に従って当該二次冷却水の
流量を制御する温度膨張式制水弁を備えたことを特徴と
するものである。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the feedforward control means controls the flow rate of the secondary cooling water according to the temperature of the secondary cooling water passing through the heat exchanger. It is characterized by having a water control valve.

【0013】請求項3記載の発明は、請求項2に記載の
ものにおいて、前記温度膨張式制水弁のセンサ部を熱交
換器を通過した二次冷却水を流す管路をバイパスし当該
管路の管径よりも小さい管径を備えたバイパス管路に設
けたものである。
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect, the sensor section of the temperature expansion type water control valve bypasses a pipe line for flowing the secondary cooling water passing through the heat exchanger. It is provided in a bypass pipe having a pipe diameter smaller than the pipe diameter of the path.

【0014】請求項2、3記載の発明によれば、フィー
ドフォワード制御のために安価な温度膨張式制水弁が使
用されるので製造コストの低減が図られる。
According to the second and third aspects of the present invention, an inexpensive temperature expansion type water control valve is used for feedforward control, so that manufacturing costs can be reduced.

【0015】請求項4記載の発明は、請求項1ないし3
のいずれか1項に記載のものにおいて、前記熱負荷は固
体レーザ発振器のレーザ媒質であるものである。
The invention described in claim 4 is the first to third aspects of the present invention.
The heat load is a laser medium of a solid-state laser oscillator.

【0016】請求項5記載の発明は、請求項4に記載の
ものにおいて、前記一次冷却水は純水であってこの一次
冷却水が循環する前記閉ループには当該一次冷却水の純
水度を維持するためのイオン交換樹脂を設けたことを特
徴とするものである。
According to a fifth aspect of the present invention, in accordance with the fourth aspect, the primary cooling water is pure water, and the closed loop through which the primary cooling water circulates has a purity of the primary cooling water. It is characterized by providing an ion exchange resin for maintaining.

【0017】請求項4、5記載の発明によれば、固体レ
ーザ発振器のレーザ媒質の温度が一定に保たれるので、
熱レンズ効果や熱複屈折効果等を一様かつ一定に保つこ
とができ、レーザ出力・ビーム品質を安定させることが
できる。
According to the fourth and fifth aspects of the present invention, the temperature of the laser medium of the solid-state laser oscillator is kept constant.
The thermal lens effect, thermal birefringence effect, and the like can be kept uniform and constant, and laser output and beam quality can be stabilized.

【0018】請求項6記載の発明は、請求項1ないし5
のいずれか1項に記載のものにおいて、前記フィードバ
ック制御手段は前記二次冷却水の流れを流通・遮断する
開閉式の電磁式制水弁を備えたことを特徴とするもので
ある。
The invention according to claim 6 is the invention according to claims 1 to 5
Wherein the feedback control means includes an open / close type electromagnetic water control valve for flowing and blocking the flow of the secondary cooling water.

【0019】請求項6記載の発明によれば、フィードバ
ック制御手段において二次冷却水の流れを制御するの
に、簡単な構成の流通・遮断開閉式の電磁式制水弁が使
用されるので、製造コストの低減が図られる。
According to the sixth aspect of the present invention, since the flow of the secondary cooling water is controlled by the feedback control means, an electromagnetic water control valve of a simple construction and a shut-off type is used. Manufacturing costs can be reduced.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態について図面
を参照して詳細を説明する。
An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0021】図1は、本実施形態の熱負荷冷却システム
を示す。この冷却システムはタンク1を備え、このタン
ク1には一次冷却水が貯留されている。この一次冷却水
は実線矢印で示すように循環ポンプ3、熱負荷5、熱交
換器7を介してタンク1に戻る閉ループ9を循環する。
一次冷却水は純水であり、この一次冷却水の純水度を維
持するために、閉ループ9にはイオン交換樹脂11が設
けられている。
FIG. 1 shows a heat load cooling system according to this embodiment. The cooling system includes a tank 1 in which primary cooling water is stored. This primary cooling water circulates through the closed loop 9 returning to the tank 1 via the circulation pump 3, the heat load 5, and the heat exchanger 7, as shown by the solid arrow.
The primary cooling water is pure water, and the closed loop 9 is provided with an ion exchange resin 11 in order to maintain the purity of the primary cooling water.

【0022】熱交換器7には開閉式の電磁式制水弁13
を介して点線矢印で示すように二次冷却水が供給され、
この二次冷却水は熱交換器7を通る間に前記一次冷却水
との間で熱交換を行った後、温度膨張式制水弁23を介
して系外に排出される。この二次冷却水は例えば水道水
であり一次冷却水を冷却するために供給される。15は
温度センサ、17は電磁式制水弁13を開閉する制御器
である。上記熱負荷5が、例えば固体レーザ発振器のレ
ーザ媒質である場合においてこのレーザ媒質の温度を一
定に保つことは、熱レンズ効果や熱複屈折効果等を一様
かつ一定に保ち、レーザ出力・ビーム品質を安定させる
ために必要不可欠である。
The heat exchanger 7 has an open / close type electromagnetic water control valve 13.
The secondary cooling water is supplied as shown by the dotted arrow through
The secondary cooling water exchanges heat with the primary cooling water while passing through the heat exchanger 7, and is then discharged out of the system through the temperature expansion type water control valve 23. The secondary cooling water is, for example, tap water and is supplied to cool the primary cooling water. Reference numeral 15 denotes a temperature sensor, and 17 denotes a controller that opens and closes the electromagnetic water control valve 13. When the thermal load 5 is, for example, a laser medium of a solid-state laser oscillator, keeping the temperature of the laser medium constant is to keep the thermal lens effect, thermal birefringence effect and the like uniform and constant, It is indispensable to stabilize quality.

【0023】この冷却システムにおいて、熱負荷5の温
度を一定に保つには一次冷却水の流量・温度を一定に保
つことで実現する。流量については循環系閉ループ9全
体の圧力損失を一定とすると、循環ポンプ3の能力によ
りほぼ一定に保つことができる。温度については一次冷
却水のタンク1内の温度センサ15で検知した温度に基
づいて、制御器17を介して電磁式制水弁13を開閉制
御することによって、二次冷却水の系外への排熱量を調
整することにより一定に保つことができる。すなわち電
磁式制水弁13が閉じている間に一次冷却水の温度が熱
負荷5にかかる熱量に比例して上昇し、電磁式制水弁1
3が開いている間に熱交換器7による交換熱量に比例し
て一次冷却水の温度が下降することで一次冷却水タンク
1内の温度が一定に保たれる。温度センサ15、制御器
17および電磁式制水弁13は閉ループ9のフィードバ
ック制御手段を構成する。
In this cooling system, the temperature of the heat load 5 can be kept constant by keeping the flow rate and temperature of the primary cooling water constant. Assuming that the pressure loss in the entire closed loop 9 of the circulation system is constant, the flow rate can be kept substantially constant by the capacity of the circulation pump 3. The temperature of the secondary cooling water is controlled by opening and closing the electromagnetic water control valve 13 via the controller 17 based on the temperature detected by the temperature sensor 15 in the tank 1 of the primary cooling water. It can be kept constant by adjusting the amount of exhaust heat. That is, while the electromagnetic water control valve 13 is closed, the temperature of the primary cooling water increases in proportion to the amount of heat applied to the heat load 5, and the electromagnetic water control valve 1
The temperature in the primary cooling water tank 1 is kept constant by lowering the temperature of the primary cooling water in proportion to the amount of heat exchanged by the heat exchanger 7 while the valve 3 is open. The temperature sensor 15, the controller 17, and the electromagnetic water control valve 13 constitute feedback control means of the closed loop 9.

【0024】この実施形態では、開ループ20を形成す
る熱交換器7の出側に前述した温度膨張式制水弁23が
設けられる。温度膨張式制水弁23は弁体24とセンサ
部25とを備え、弁体24は二次冷却水管路21に設け
られる。センサ部25は、管路21に対しバイパスし、
管路21の管径よりも管径の小さいバイパス管27に設
けられる。温度膨張式制水弁23は、まずバイパス管2
7により最低流量を制限し、ここを通過する二次冷却水
の穏やかな温度変化、熱負荷5の変動に対して弁体24
の弁開度を可変して二次冷却水の流量を制御する。
In this embodiment, the above-mentioned temperature expansion type water control valve 23 is provided on the outlet side of the heat exchanger 7 forming the open loop 20. The temperature expansion type water control valve 23 includes a valve body 24 and a sensor unit 25, and the valve body 24 is provided in the secondary cooling water pipe 21. The sensor unit 25 bypasses the pipeline 21,
The bypass pipe 27 having a smaller diameter than the diameter of the pipe 21 is provided. The temperature expansion type water control valve 23 is connected to the bypass pipe 2 first.
7 restricts the minimum flow rate, the valve element 24 responds to a gentle temperature change of the secondary cooling water passing therethrough and a change in the heat load 5.
Is controlled to control the flow rate of the secondary cooling water.

【0025】この温度膨張式制水弁23の構造は、セン
サ部25に封入されたガス等の媒質が、バイパス管27
を流れる二次冷却水の温度によって、膨張・収縮する特
性を利用して温度膨張式制水弁23の開度を自動調整す
るものであり、比較的低コストにて一般に入手可能であ
る。このセンサ部25を含む温度膨張式制水弁23はフ
ィードフォワード制御手段を構成する。
The structure of the temperature expansion type water control valve 23 is such that a medium such as gas sealed in
The opening degree of the temperature expansion type water control valve 23 is automatically adjusted by utilizing the characteristic of expansion and contraction depending on the temperature of the secondary cooling water flowing through the water, and is generally available at a relatively low cost. The temperature expansion type water control valve 23 including the sensor section 25 constitutes a feed forward control means.

【0026】つぎに、図2を参照して動作を説明する。Next, the operation will be described with reference to FIG.

【0027】この実施形態では、純水等の一次冷却水が
閉ループ9を矢印方向に循環し、この一次冷却水によっ
て熱負荷5が冷却される。また開ループ20の熱交換器
7にも水道水等の二次冷却水が矢印方向に供給され、当
該熱交換器7で熱交換が行われ、熱負荷5を冷却するた
めの一次冷却水が冷却される。
In this embodiment, the primary cooling water such as pure water circulates in the closed loop 9 in the direction of the arrow, and the heat load 5 is cooled by the primary cooling water. Also, secondary cooling water such as tap water is supplied to the heat exchanger 7 of the open loop 20 in the direction of the arrow, heat exchange is performed in the heat exchanger 7, and primary cooling water for cooling the heat load 5 is supplied. Cooled.

【0028】一次冷却水のタンク1内の温度がセンサ1
5で検知されてこの検知温度が所定温度よりも低い場合
には、制御器17を介して電磁式制水弁13が閉じら
れ、熱交換器7への二次冷却水の供給が停止される。こ
の電磁式制水弁13が閉じている間には一次冷却水の温
度が熱負荷5にかかる熱量に比例して上昇する。一次冷
却水の温度が上昇して所定温度に到達した場合には、制
御器17を介して電磁式制水弁13が開かれ、熱交換器
7への二次冷却水の供給が開始される。この電磁式制水
弁13が開いている間には、熱交換器7による一次冷却
水と二次冷却水との間の交換熱量に比例して一次冷却水
の温度が下降する。このように二次冷却水の系外への排
熱量を調整することにより一次冷却水のタンク1内の温
度がほぼ一定に保たれる。以上はフィードバック制御で
ある。
The temperature in the primary cooling water tank 1 is detected by the sensor 1
If the temperature is detected at 5 and the detected temperature is lower than the predetermined temperature, the electromagnetic water control valve 13 is closed via the controller 17 and the supply of the secondary cooling water to the heat exchanger 7 is stopped. . While the electromagnetic water control valve 13 is closed, the temperature of the primary cooling water increases in proportion to the amount of heat applied to the heat load 5. When the temperature of the primary cooling water rises and reaches a predetermined temperature, the electromagnetic water control valve 13 is opened via the controller 17 and the supply of the secondary cooling water to the heat exchanger 7 is started. . While the electromagnetic water control valve 13 is open, the temperature of the primary cooling water decreases in proportion to the amount of heat exchanged between the primary cooling water and the secondary cooling water by the heat exchanger 7. By adjusting the amount of heat exhausted from the secondary cooling water to the outside of the system in this manner, the temperature in the tank 1 of the primary cooling water is kept substantially constant. The above is the feedback control.

【0029】この実施形態によれば、前記の熱交換器7
の交換熱量の設定に際して、熱負荷5が最大で、かつ二
次冷却水の熱交換器7の入側の温度が最大とした場合に
マージンを設けて熱交換可能となるように交換熱量が設
定されるので、この場合には二次冷却水の最大流量はか
なり大きくなる。
According to this embodiment, the heat exchanger 7
When the heat load 5 is the maximum and the temperature of the inlet side of the heat exchanger 7 of the secondary cooling water is the maximum, the exchange heat amount is set so that the heat exchange can be performed with a margin. Therefore, in this case, the maximum flow rate of the secondary cooling water becomes considerably large.

【0030】従って、例えば熱負荷5が大きいまたは二
次冷却水の温度が高い等の熱交換器7の熱交換効率が低
い領域Aで、前記のフィードバック制御が行われるとタ
ンク1内の一次冷却水に、例えば図6に示すような大き
な「温度リップル」が発生すると共に、オーバーシュー
トして大きな「温度ドリフト」が発生する。これに対し
て、熱負荷5が小さいまたは二次冷却水の温度が低い等
の熱交換器7の熱交換効率が高い領域Bで、前記のフィ
ードバック制御が行われた場合には、タンク1内の一次
冷却水に、大きな「温度リップル」が発生すると共に、
アンダーシュートして大きな「温度ドリフト」が発生す
る。
Therefore, when the feedback control is performed in the region A where the heat exchange efficiency of the heat exchanger 7 is low, for example, when the heat load 5 is large or the temperature of the secondary cooling water is high, the primary cooling in the tank 1 is performed. For example, a large “temperature ripple” as shown in FIG. 6 and a large “temperature drift” due to overshoot occur in water. On the other hand, when the feedback control is performed in the region B where the heat exchange efficiency of the heat exchanger 7 is high, such as when the heat load 5 is small or the temperature of the secondary cooling water is low, the tank 1 Large "temperature ripple" occurs in the primary cooling water,
Undershoot causes large "temperature drift".

【0031】この実施形態では、熱負荷5の負荷変動、
二次冷却水の温度変動により熱交換器7の交換熱量が変
化した場合、一次冷却水の温度とは無関係に、二次冷却
水の流量を制御するフィードフォワード制御が行われ
る。
In this embodiment, the load fluctuation of the heat load 5
When the exchanged heat amount of the heat exchanger 7 changes due to the temperature fluctuation of the secondary cooling water, feedforward control for controlling the flow rate of the secondary cooling water is performed regardless of the temperature of the primary cooling water.

【0032】この制御は温度膨張式制水弁23が司る。
例えば前記オーバーシュートして大きな「温度ドリフ
ト」が発生した場合には熱交換器7の出側の二次冷却水
の温度は高くなるので、この高い温度がセンサ部25
(図1)によって検出され、この温度に応じて弁体24
の弁開度が開く方向に制御される。これによれば二次冷
却水の流量は増大するので、例えば図6に示す領域Aか
ら、熱負荷5と交換熱量との釣り合いがとれた領域Cに
移行し、この領域Cで熱交換器7における熱交換が行わ
れる。またアンダーシュートして大きな「温度ドリフ
ト」が発生した場合には熱交換器7の出側の二次冷却水
の温度は低くなるので、この低い温度がセンサ部25
(図1)によって検出され、この温度に応じて弁体24
の弁開度が閉じる方向に制御される。これによれば二次
冷却水の流量は減少するので、例えば図6に示す領域B
から、熱負荷5と交換熱量との釣り合いがとれた領域C
に移行し、この領域Cで熱交換器7における熱交換が行
われる。
This control is controlled by the temperature expansion type water control valve 23.
For example, when a large “temperature drift” occurs due to the overshoot, the temperature of the secondary cooling water on the outlet side of the heat exchanger 7 increases.
(FIG. 1), and according to this temperature, the valve element 24
Is controlled in the opening direction. According to this, since the flow rate of the secondary cooling water increases, for example, the area A shown in FIG. 6 shifts to the area C where the heat load 5 and the exchanged heat amount are balanced. Is performed. If a large “temperature drift” occurs due to undershoot, the temperature of the secondary cooling water on the outlet side of the heat exchanger 7 becomes low.
(FIG. 1), and according to this temperature, the valve element 24
Is controlled in the closing direction. According to this, since the flow rate of the secondary cooling water decreases, for example, the region B shown in FIG.
From the area C where the heat load 5 and the exchanged heat quantity are balanced.
The heat exchange in the heat exchanger 7 is performed in this region C.

【0033】以上のようにして、本実施形態では一次冷
却水の温度のオーバーシュート・アンダーシュート、す
なわち「温度ドリフト」が抑制される。
As described above, in the present embodiment, the overshoot / undershoot of the temperature of the primary cooling water, that is, the “temperature drift” is suppressed.

【0034】また「温度リップル」に関し、本実施形態
に関する実験の結果によれば、フィードバック制御だけ
の従来制御では、図4に示すように約3.7℃の温度リ
ップルが発生し、これにフィードフォワード制御を加え
た本実施形態による制御では、図3に示すように約0.
8℃の温度リップルが発生し、本実施形態では約1/4
程度に「温度リップル」を低減できることが判明した。
According to the result of an experiment relating to the present embodiment regarding "temperature ripple", the conventional control using only feedback control generates a temperature ripple of about 3.7 ° C. as shown in FIG. In the control according to the present embodiment to which the forward control is added, as shown in FIG.
A temperature ripple of 8 ° C. occurs, and in this embodiment, about 1/4
It has been found that "temperature ripple" can be reduced to a certain extent.

【0035】以上、一実施形態に基づいて本発明を説明
したが、本発明は、これに限定されるものでないことは
明らかである。
Although the present invention has been described based on one embodiment, it is apparent that the present invention is not limited to this.

【0036】例えば、電磁式制水弁13に開度可変の弁
を採用し、フィードフォワード制御を行うに当たり、二
次冷却水の温度を温度センサ(図示せず)で検知し、こ
の温度に基づいて電磁式制水弁13の弁開度を制御する
ことは可能である。この場合には温度膨張式制水弁23
は不要になる利点がある。
For example, a variable opening valve is adopted as the electromagnetic water control valve 13, and in performing feedforward control, the temperature of the secondary cooling water is detected by a temperature sensor (not shown), and based on this temperature, Thus, it is possible to control the valve opening of the electromagnetic water control valve 13. In this case, the temperature expansion type water control valve 23
Has the advantage that it is unnecessary.

【0037】[0037]

【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、一次冷却
水の温度とは無関係に二次冷却水の流量を制御するフィ
ードフォワード制御が行われるので、熱負荷の負荷変動
及び/又は二次冷却水の温度変動があっても、これらの
変動に対応して熱交換器の交換熱量が変化することはな
く、この熱交換器における温度均衡が維持されるので、
温度ドリフト、温度リップルは抑制される。
According to the first aspect of the present invention, the feedforward control for controlling the flow rate of the secondary cooling water is performed irrespective of the temperature of the primary cooling water. Even if there is a fluctuation in the temperature of the secondary cooling water, the exchange heat of the heat exchanger does not change in response to these fluctuations, and the temperature balance in this heat exchanger is maintained.
Temperature drift and temperature ripple are suppressed.

【0038】請求項2、3記載の発明によれば、フィー
ドフォワード制御のために安価な温度膨張式制水弁が使
用されるので製造コストの低減が図られる。
According to the second and third aspects of the present invention, an inexpensive temperature expansion type water control valve is used for feedforward control, so that manufacturing costs can be reduced.

【0039】請求項4、5記載の発明によれば、固体レ
ーザ発振器のレーザ媒質の温度が一定に保たれるので、
熱レンズ効果や熱複屈折効果等を一様かつ一定に保つこ
とができ、レーザ出力・ビーム品質を安定させることが
できる。
According to the fourth and fifth aspects of the present invention, the temperature of the laser medium of the solid-state laser oscillator is kept constant.
The thermal lens effect, thermal birefringence effect, and the like can be kept uniform and constant, and laser output and beam quality can be stabilized.

【0040】請求項6記載の発明によれば、フィードバ
ック制御手段において二次冷却水の流れを制御するの
に、簡単な構成の流通・遮断開閉式の電磁式制水弁が使
用されるので、製造コストの低減が図られる。
According to the sixth aspect of the present invention, since the feedback control means controls the flow of the secondary cooling water, the electromagnetic water control valve having a simple structure of a flow-through / shut-off type is used. Manufacturing costs can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による熱負荷冷却システムの一実施形態
を示す構成図。
FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of a heat load cooling system according to the present invention.

【図2】同じくブロック構成図。FIG. 2 is a block diagram of the same.

【図3】本実施形態によるタンク内温度リップルの測定
結果を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing a measurement result of a temperature ripple in a tank according to the embodiment.

【図4】従来技術によるタンク内温度リップルの測定結
果を示す図。
FIG. 4 is a view showing a measurement result of a temperature ripple in a tank according to a conventional technique.

【図5】従来技術の熱負荷冷却システムを示す構成図。FIG. 5 is a configuration diagram showing a conventional thermal load cooling system.

【図6】一次冷却水の温度変動を示す図。FIG. 6 is a diagram showing temperature fluctuation of primary cooling water.

【図7】一般的な熱交換器の特性を示す図。FIG. 7 is a diagram showing characteristics of a general heat exchanger.

【図8】一般的な熱交換器の特性を示す図。FIG. 8 is a diagram showing characteristics of a general heat exchanger.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 タンク 3 循環ポンプ 5 熱負荷 7 熱交換器 9 閉ループ 11 イオン交換樹脂 13 電磁式制水弁 15 温度センサ 17 制御器 20 開ループ 21 二次冷却水管路 23 温度膨張式制水弁 24 弁体 25 センサ部 27 バイパス管 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Tank 3 Circulation pump 5 Heat load 7 Heat exchanger 9 Closed loop 11 Ion exchange resin 13 Electromagnetic water control valve 15 Temperature sensor 17 Controller 20 Open loop 21 Secondary cooling water pipe 23 Temperature expansion type water control valve 24 Valve 25 Sensor part 27 Bypass pipe

─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成10年12月11日[Submission date] December 11, 1998

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】請求項1[Correction target item name] Claim 1

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0010[Correction target item name] 0010

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
熱負荷を直接冷却する一次冷却水を熱交換器を介して閉
ループに循環し、前記熱交換器に一次冷却水を冷却する
二次冷却水を供給し、この二次冷却水により熱負荷を間
接冷却する熱負荷冷却システムにおいて、前記一次冷却
水の温度を検知し、この検知温度に基づいて前記二次冷
却水の流量を制御することにより前記熱交換器の交換熱
量を変化させて一次冷却水の温度を一定に保持・制御す
るフィードバック制御手段と、前記熱交換器を通過した
二次冷却水の温度により前記熱負荷の負荷変動及び/又
は前記二次冷却水の温度変動により前記熱交換器の交換
熱量変化を検知した場合に前記一次冷却水の温度とは
無関係に前記二次冷却水の流量を制御するフィードフォ
ワード制御手段と、を備えたことを特徴とするものであ
る。
According to the first aspect of the present invention,
The primary cooling water that directly cools the heat load is circulated through a closed loop through a heat exchanger, and the heat exchanger is supplied with secondary cooling water that cools the primary cooling water. In the heat load cooling system for cooling, the temperature of the primary cooling water is detected, and the amount of heat exchanged in the heat exchanger is changed by controlling the flow rate of the secondary cooling water based on the detected temperature. Feedback control means for maintaining and controlling the temperature of the heat exchanger and the heat exchanger
When a change in the amount of heat exchanged by the heat exchanger is detected due to a change in the load of the heat load and / or a change in the temperature of the secondary cooling water due to the temperature of the secondary cooling water, the temperature is not related to the temperature of the primary cooling water. Feed forward control means for controlling the flow rate of the secondary cooling water.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 熱負荷を直接冷却する一次冷却水を熱交
換器を介して閉ループに循環し、前記熱交換器に一次冷
却水を冷却する二次冷却水を供給し、この二次冷却水に
より熱負荷を間接冷却する熱負荷冷却システムにおい
て、 前記一次冷却水の温度を検知し、この検知温度に基づい
て前記二次冷却水の流量を制御することにより前記熱交
換器の交換熱量を変化させて一次冷却水の温度を一定に
保持・制御するフィードバック制御手段と、 前記熱負荷の負荷変動及び/又は前記二次冷却水の温度
変動により前記熱交換器の交換熱量が変化した場合に前
記一次冷却水の温度とは無関係に前記二次冷却水の流量
を制御するフィードフォワード制御手段と、 を備えたことを特徴とする熱負荷冷却システム。
1. A primary cooling water for directly cooling a heat load is circulated through a closed loop through a heat exchanger, and a secondary cooling water for cooling the primary cooling water is supplied to the heat exchanger. In the heat load cooling system that indirectly cools the heat load, the amount of heat exchanged by the heat exchanger is changed by detecting the temperature of the primary cooling water and controlling the flow rate of the secondary cooling water based on the detected temperature. Feedback control means for maintaining and controlling the temperature of the primary cooling water to be constant, and when the heat exchange amount of the heat exchanger changes due to a load fluctuation of the heat load and / or a temperature fluctuation of the secondary cooling water. A feed-forward control unit for controlling a flow rate of the secondary cooling water irrespective of a temperature of the primary cooling water.
【請求項2】 前記フィードフォワード制御手段は熱交
換器を通過した二次冷却水の温度に従って当該二次冷却
水の流量を制御する温度膨張式制水弁を備えたことを特
徴とする請求項1に記載の熱負荷冷却システム。
2. The feed-forward control means includes a temperature expansion type water control valve for controlling a flow rate of the secondary cooling water according to a temperature of the secondary cooling water passed through the heat exchanger. 2. The heat load cooling system according to 1.
【請求項3】 前記温度膨張式制水弁のセンサ部を熱交
換器を通過した二次冷却水を流す管路をバイパスし当該
管路の管径よりも小さい管径を備えたバイパス管路に設
けたことを特徴とする請求項2に記載の熱負荷冷却シス
テム。
3. A bypass line having a pipe diameter smaller than a pipe diameter of a pipe through which a secondary cooling water flowing through a heat exchanger passes through a sensor section of the temperature expansion type water control valve. 3. The heat load cooling system according to claim 2, wherein
【請求項4】 前記熱負荷は固体レーザ発振器のレーザ
媒質であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれ
か1項に記載の熱負荷冷却システム。
4. The heat load cooling system according to claim 1, wherein the heat load is a laser medium of a solid-state laser oscillator.
【請求項5】 前記一次冷却水は純水であってこの一次
冷却水が循環する前記閉ループには当該一次冷却水の純
水度を維持するためのイオン交換樹脂を設けたことを特
徴とする請求項4に記載の熱負荷冷却システム。
5. The primary cooling water is pure water, and the closed loop in which the primary cooling water circulates is provided with an ion exchange resin for maintaining the purity of the primary cooling water. The heat load cooling system according to claim 4.
【請求項6】 前記フィードバック制御手段は前記二次
冷却水の流れを流通・遮断する開閉式の電磁式制水弁を
備えたことを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1
項に記載の熱負荷冷却システム。
6. The control device according to claim 1, wherein the feedback control means includes an open / close type electromagnetic water control valve for flowing and blocking the flow of the secondary cooling water.
The heat load cooling system according to the paragraph.
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