| 【発明の名称】 |
温度制御用水供給装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】山浦 義人
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| 【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。 |
【特許請求の範囲】
【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。
【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。
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【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Ｆs 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１３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１０、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 ＞ＴaosＴais ＞Ｔbos ＞Ｔaosこのシステムの使用中は、Ｔaiのサンプル値Ｔais 、Ｔao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Ｔbo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。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１３８３２５
【氏名又は名称】株式会社ヤマウラ
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| 【出願日】 |
平成１２年１２月２６日（２０００．１２．２６） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７５１４４
【弁理士】
【氏名又は名称】井ノ口 壽
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| 【公開番号】 |
特開２００２−１９７９２０（Ｐ２００２−１９７９２０Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年７月１２日（２００２．７．１２） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−３９３９７２（Ｐ２０００−３９３９７２） |
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