JP2005282935A - Cooling device - Google Patents
Cooling device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005282935A JP2005282935A JP2004097212A JP2004097212A JP2005282935A JP 2005282935 A JP2005282935 A JP 2005282935A JP 2004097212 A JP2004097212 A JP 2004097212A JP 2004097212 A JP2004097212 A JP 2004097212A JP 2005282935 A JP2005282935 A JP 2005282935A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- refrigerant
- cooling
- temperature
- cooled
- coolant
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
- F04C29/12—Arrangements for admission or discharge of the working fluid, e.g. constructional features of the inlet or outlet
- F04C29/124—Arrangements for admission or discharge of the working fluid, e.g. constructional features of the inlet or outlet with inlet and outlet valves specially adapted for rotary or oscillating piston pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
- F04C18/02—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
- F04C18/0207—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form
- F04C18/0215—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form where only one member is moving
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2600/00—Control issues
- F25B2600/02—Compressor control
- F25B2600/026—Compressor control by controlling unloaders
Abstract
Description
本発明は、被冷却物に対して冷却液を循環させることにより当該被冷却物を冷却する冷却装置に関する。 The present invention relates to a cooling device that cools an object to be cooled by circulating a coolant to the object to be cooled.
一般に、レーザ加工機では、加工精度に大きく影響するミラー等の光学部品に対する熱的安定性を確保し、加工品質の低下を回避する必要があるため、使用する冷却装置には、温度変動の少ない高度の冷却精度と、ワークの材質,板厚,加工速度及び加工面粗度等による比較的大きな負荷変動に対しても十分に追従可能な冷却性能が要求され、既に、本出願人も、このような要求に応える冷却装置(冷却装置の温度制御方法)を特開平9−134220号公報により提案した。この冷却装置は、冷却液を貯留する冷却液タンクの供給口に、送液ポンプを接続し、この送液ポンプの吐出口に、レーザ加工機等の被冷却物の冷却液入口を接続するとともに、冷却液タンクの戻口に、冷却器を接続し、この冷却器の流入口に、被冷却物の冷却液出口を接続したものである。 In general, in a laser processing machine, it is necessary to ensure thermal stability for optical components such as mirrors, which greatly affect the processing accuracy, and to avoid deterioration in processing quality. High cooling accuracy and cooling performance that can sufficiently follow relatively large load fluctuations due to workpiece material, plate thickness, machining speed, and machined surface roughness, etc. are required. Japanese Patent Laid-Open No. 9-134220 proposed a cooling device (temperature control method for a cooling device) that meets such requirements. In this cooling device, a liquid feed pump is connected to a supply port of a coolant tank that stores a coolant, and a coolant inlet of an object to be cooled such as a laser processing machine is connected to a discharge port of the liquid feed pump. A cooler is connected to the return port of the coolant tank, and the coolant outlet of the object to be cooled is connected to the inlet of the cooler.
しかし、この冷却装置は、冷却液タンクに、冷却された冷却液を貯留するため、常に、安定した温度の冷却液を被冷却物に供給できる利点があるものの、反面、凍結温度付近の冷却能力が制限されること、冷媒回路のCOP(成績係数=冷却能力/入力電力)の低下を招くこと、被冷却物側に比較的大きな耐圧が要求されることなどの解決すべき課題が存在し、既に、本出願人は、この課題を解決した冷却装置を、特開2003−329355号公報により提案した。 However, since this cooling device stores the cooled cooling liquid in the cooling liquid tank, there is an advantage that a cooling liquid with a stable temperature can always be supplied to the object to be cooled. Are limited, there is a problem to be solved such as a reduction in COP (coefficient of performance = cooling capacity / input power) of the refrigerant circuit, a relatively large pressure resistance required on the object to be cooled, The present applicant has already proposed a cooling device that has solved this problem in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-329355.
この冷却装置は、被冷却物から戻された冷却液を貯留する冷却液タンクと、この冷却液タンクの供給口から流出する冷却液を送出する送液ポンプと、この送液ポンプから吐出する冷却液を熱交換により冷却して被冷却物に供給する冷却器を設けるとともに、冷却器から流出した冷却液の温度を温度センサにより検出し、検出した温度に基づいて冷却器の冷却温度を制御する制御系、より具体的には、温度センサにより検出した温度に基づいて、冷却器に冷媒を循環させる冷凍サイクルにおけるコンプレッサの回転周波数をインバータ制御する制御機能を備える制御系を設けたものである。
しかし、このようなコンプレッサの回転周波数をインバータ制御する冷凍サイクルを用いた従来の冷却装置は、次のような解決すべき課題が存在した。 However, the conventional cooling device using the refrigeration cycle in which the rotation frequency of the compressor is inverter-controlled has the following problems to be solved.
第一に、コンプレッサのインバータ制御は、制御部からインバータ回路に付与される制御信号によりコンプレッサの回転周波数を可変するため、制御できる回転周波数の範囲に限界があり、通常、最大冷却能力の30〔%〕以下の低負荷領域では、インバータ制御が困難になる。このため、低負荷領域では、ホットガスバイパス回路の開閉制御により対応しているのが実情であり、全体の動作効率の低下を招くなど、省エネルギ性及び制御性に難がある。 First, the inverter control of the compressor varies the rotation frequency of the compressor by a control signal given to the inverter circuit from the control unit, so there is a limit to the range of the rotation frequency that can be controlled. %] In the low load region below, inverter control becomes difficult. For this reason, in the low load region, the actual situation is that the hot gas bypass circuit is controlled by opening and closing, which causes a decrease in the overall operation efficiency, and there are difficulties in energy saving and controllability.
第二に、コンプレッサの回転周波数を可変して温度制御を行うため、冷却液を速やかに冷却したり或いは冷却液に対する冷却を速やかに停止させる際における的確な制御応答性を確保するには限界がある。したがって、被冷却物に高度で複雑な冷却特性が要求される場合や何らかの原因により急峻な温度変動が発生した場合等に対して正確かつ柔軟性のある制御を行うことができず、被冷却物に対応した高度な冷却特性を実現しにくい。 Secondly, since temperature control is performed by changing the rotation frequency of the compressor, there is a limit to ensuring accurate control responsiveness when cooling the coolant quickly or when cooling to the coolant is stopped quickly. is there. Therefore, accurate and flexible control cannot be performed when the object to be cooled requires sophisticated and complicated cooling characteristics or when a sudden temperature fluctuation occurs due to some cause. It is difficult to realize advanced cooling characteristics corresponding to
本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した冷却装置の提供を目的とするものである。 The object of the present invention is to provide a cooling device that solves the problems in the background art.
本発明は、上述した課題を解決するため、被冷却物Mに対して冷却液Wを循環させることにより当該被冷却物Mの冷却を行う冷却装置1を構成するに際して、被冷却物Mから戻された冷却液Wを貯留する冷却液タンク2と、この冷却液タンク2に貯留した冷却液Wを被冷却物Mに供給する送液ポンプ3と、圧縮機モータ5の動作時に冷媒圧縮を行うロード状態又は圧縮機モータ5の動作時に冷媒圧縮を解除するアンロード状態に切換えるデジタル切換機構部6を設けたデジタル制御冷媒圧縮機7を備える冷凍サイクル8に接続した冷却器4cを有し、かつ被冷却物Mに供給する冷却液Wを熱交換により冷却する冷却部4と、少なくとも被冷却物Mに供給する冷却液Wの温度に基づきデジタル切換機構部6を切換制御して当該冷却液Wの温度を可変制御する制御系9とを具備することを特徴とする。
In order to solve the above-described problem, the present invention returns from the object to be cooled M when configuring the
この場合、発明の好適な態様により、デジタル制御冷媒圧縮機7は、軌道スクロール12と固定スクロール13を用いた冷媒圧縮部11を有するとともに、固定スクロール13又は軌道スクロール12を軸方向Fcに変位させてロード状態又はアンロード状態に切換えるデジタル切換機構部6を有している。また、デジタル制御冷媒圧縮機7の上流側及び/又は下流側には、逆止弁14,15を直列接続する。
In this case, according to a preferred aspect of the invention, the digitally-controlled
このような構成を有する本発明に係る冷却装置1によれば、次のような顕著な効果を奏する。
According to the
(1) 冷却液Wに対する温度制御は、デジタル制御冷媒圧縮機7をロード状態又はアンロード状態となるように時間軸により切換えるデジタル制御を用いるため、制御範囲を飛躍的に拡大することができる。特に、従来のインバータ制御では限界であった最大冷却能力に対して30〔%〕以下の低負荷領域であっても制御が可能となり、しかも、インバータ回路が不要になることから、全体の動作効率が向上し、省エネルギ性及び制御性を高めることができる。
(1) The temperature control for the coolant W uses digital control that switches the digitally controlled
(2) 冷却液を速やかに冷却したり或いは冷却液に対する冷却を速やかに停止させることが可能になるため、被冷却物Mに高度で複雑な冷却特性が要求される場合や何らかの原因により急峻な温度変動が発生した場合等であっても的確な制御応答性を確保することができる。これにより、正確かつ柔軟性のある制御が可能となり、被冷却物Mに対応した高度な冷却特性を容易に実現できる。 (2) Since it becomes possible to cool the coolant quickly or to stop cooling the coolant quickly, the cooling target M is required to have a sophisticated and complicated cooling characteristic or is sharp due to some cause. Even when temperature fluctuations occur, accurate control response can be ensured. Thereby, accurate and flexible control becomes possible, and advanced cooling characteristics corresponding to the object to be cooled M can be easily realized.
(3) 好適な態様により、軌道スクロール12と固定スクロール13を用いた冷媒圧縮部11を備えるとともに、固定スクロール13又は軌道スクロール12を軸方向Fcに変位させてロード状態又はアンロード状態に切換えるデジタル切換機構部6を設けたデジタル制御冷媒圧縮機7を用いれば、比較的簡易な構成(原理)により、目的の冷却装置1を容易かつ低コストに実現できる。
(3) According to a preferred aspect, the refrigerant compression unit 11 using the
(4) 好適な態様により、デジタル制御冷媒圧縮機7の上流側及び/又は下流側に、逆止弁14,15を直列接続すれば、ロード状態又はアンロード状態に切換えた際に発生する冷媒の圧力変動を抑制して冷媒圧力及び冷媒温度の安定化を図ることができる。
(4) According to a preferred embodiment, if the
次に、本発明に係る最良の実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。 Next, the best embodiment according to the present invention will be given and described in detail with reference to the drawings.
まず、本実施形態に係る冷却装置1の構成について、図1〜図4を参照して具体的に説明する。
First, the configuration of the
図1中、1は本実施形態に係る冷却装置を示し、Mはこの冷却装置1に接続したレーザ加工機等の被冷却物を示す。冷却装置1は、被冷却物Mに接続し、この被冷却物Mに対して冷却液Wを循環させることにより当該被冷却物Mを冷却することができる。冷却装置1は、被冷却物Mから戻された冷却液Wを貯留する冷却液タンク2と、この冷却液タンク2に貯留した冷却液Wを被冷却物Mに供給する送液ポンプ3と、冷凍サイクル8に接続したプレート形熱交換器等の冷却器4cを有し、被冷却物Mに供給する冷却液Wを熱交換により冷却する冷却部4と、冷却装置1の全体の制御を司る制御系9を備える。
In FIG. 1, 1 indicates a cooling device according to the present embodiment, and M indicates an object to be cooled such as a laser processing machine connected to the
この場合、冷却液タンク2は、冷却水等の冷却液Wを貯留するものであり、その他、図示を省略した給液口,ドレン口,液面計,ボールタップ等を備えている。また、冷却液タンク2と被冷却物M間には、図1に示すように、送水路に接続した液圧計21、液温センサ22、バイパスバルブ23、配管ジョイント24a,24b等を備えている。
In this case, the cooling
一方、冷却部4は、冷却器4cとこの冷却器4cに接続した冷凍サイクル8を備える。これにより、冷却器4cでは、冷凍サイクル8の冷媒Kと冷却液Wとの熱交換が行われ、冷却液Wに対する冷却が行われる。冷凍サイクル8は、図1に示すように、主要機能部として、凝縮器25,冷媒ドライヤ26,電子膨張弁27,アキュムレータ28及びデジタル制御冷媒圧縮機7を備えており、冷却器4cの冷媒流入側に電子膨張弁27の冷媒流出側を接続し、冷却器4cの冷媒流出側にアキュムレータ28の冷媒流入側を接続する。これにより、矢印Fk方向に冷媒Kが循環する冷媒回路が構成される。なお、冷凍サイクル8の基本的な機能は公知の冷凍サイクルと同じである。
On the other hand, the
その他、図1に示す冷凍サイクル8において、31は低圧圧力スイッチ、32は低圧圧力ゲージ、33は吸入温度センサ、34は高圧圧力スイッチ、35は目詰まり警報用圧力スイッチ、36は高圧圧力ゲージ、37は凝縮器出口温度センサ、38はエバポレータ入口温度センサをそれぞれ示す。これらの各圧力スイッチ31…は、主に保護スイッチとして機能する。また、39は凝縮器25を空冷する凝縮器ファン、40はこの凝縮器ファン39に接続したインバータ、41は周囲温度センサをそれぞれ示す。
In addition, in the
他方、デジタル制御冷媒圧縮機7は、図2〜図4に示すように、軌道スクロール12と固定スクロール13を有する冷媒圧縮部11を備えるとともに、固定スクロール13を軸方向Fcに変位させることによりロード状態(図2参照)又はアンロード状態(図3参照)に切換えるデジタル切換機構部6を備えている。なお、このような機能を備えるデジタル制御冷媒圧縮機7としては、特開平8−334094号公報で開示される「容量調整機構を備えたスクロール式機械」を利用できる。
On the other hand, as shown in FIGS. 2 to 4, the digitally controlled
次に、このようなデジタル切換機構部6を備えるデジタル制御冷媒圧縮機7の構成について、図2〜図4を参照して説明する。45は圧縮機本体を示す。この圧縮機本体45は、密閉されたケーシング46を備え、このケーシング46の下部には、回転軸5sを上方に突出させた圧縮機モータ5を内蔵する。また、圧縮機モータ5の上方には、冷媒圧縮部11とデジタル切換機構部6を配設する。この場合、圧縮機モータ5の上方空間は、隔壁48により上下の空間に仕切り、隔壁48の上側に吐出室Coを有するとともに、下側に吸入室Ciを有する。そして、ケーシング46の周面には、吐出室Coに臨む冷媒吐出口49を有するとともに、吸入室Ciに臨む冷媒吸入口50を有する。
Next, the structure of the digital
さらに、吸入室Ciの内部には固定された支持盤51を配し、この支持盤51の上面に軌道スクロール12を載置するとともに、この軌道スクロール12の上に固定スクロール13を被せて冷媒圧縮部11を構成する。この場合、軌道スクロール12は、上面に螺旋翼12fを有し、かつ下面中央に被係合部52を有する。この被係合部52には、回転軸5sの上端偏心位置に有する係合部53が係合する。これにより、回転軸5sが回転すれば、軌道スクロール12は、軌道上を旋回する。他方、固定スクロール13は、支持盤51に起設した複数のガイドポスト54…により軸方向Fcへ変位自在に支持され、かつ軸方向Fcに対する直角方向への位置は固定される。また、固定スクロール13は、下面に螺旋翼13fを有し、かつ上面中央に突設部55を有する。この突設部55は、隔壁48の中心に有する挿通孔48sを通して吐出室Coに至らせる。突設部55の内部には、固定スクロール13の下方に存在する中心空間Pcと吐出室Coを連通させる通気路55rを有するとともに、突設部55の上端にはラム部56を一体形成し、このラム部56は、ケーシング46の上面に取付けたシリンダ部57に収容する。これにより、シリンダ部57とラム部56間には、シリンダ室57rが設けられる。なお、ラム部56には、シリンダ室57rと吐出室Coを連通させるブリード孔56sを有する。
Further, a
一方、シリンダ室57rと冷媒吸入口50は、連通配管58により接続し、連通配管58の中途に、この連通配管58を開閉する電磁バルブ59を接続するとともに、この電磁バルブ59とシリンダ室57r間の連通配管58には、この連通配管58を開閉する予備バルブ60を接続する。この予備バルブ60は、例示のような電磁バルブであってもよいし、手動バルブであってもよい。なお、61はデジタル制御冷媒圧縮機7から吐出する冷媒Kの温度を検出する吐出温度センサである。そして、圧縮機本体45における冷媒吸入口50は、直列接続した逆止弁14を介してアキュムレータ28の冷媒流出側に接続するとともに、圧縮機本体45における冷媒吐出口49は、直列接続した逆止弁15を介して凝縮器25の冷媒流入側に接続する。
On the other hand, the cylinder chamber 57r and the
また、制御系9は、制御部65を備える。この制御部65は、主に、温度,圧力等のセンサ類から得る検出結果に基づいて、各部のアクチュエータ類をシーケンス制御する機能を有する。したがって、制御部65の入力ポートには、前述した液温センサ22,吸入温度センサ33,吐出温度センサ61,周囲温度センサ41,凝縮器出口温度センサ37及びエバポレータ入口温度センサ38等をそれぞれ接続するとともに、制御部65の出力ポートには、圧縮機本体45の圧縮機モータ5,電磁バルブ59,予備バルブ60,インバータ40及び電磁膨張弁27等をそれぞれ接続する。さらに、制御部65は、各種処理及び制御を実行することができるコンピュータ機能及び通信機能等を備えている。
The
次に、本実施形態に係る冷却装置1の動作(使用方法)について、図1〜図11を参照して説明する。
Next, operation | movement (usage method) of the
最初に、本実施形態に係る冷却装置1に使用するデジタル制御冷媒圧縮機7の動作(原理)について、図2〜図6を参照して説明する。このデジタル制御冷媒圧縮機7は、上述したように、軌道スクロール12と固定スクロール13を有する冷媒圧縮部11を備えるとともに、固定スクロール13を軸方向Fcに変位させることにより、圧縮機モータ5の動作時に冷媒圧縮を行うロード状態(図2)又は圧縮機モータ5の動作時に冷媒圧縮を解除するアンロード状態(図3)に切換えるデジタル切換機構部6を備えている。
First, the operation (principle) of the digitally controlled
このデジタル制御冷媒圧縮機7は、圧縮機モータ5を作動させることにより回転軸5sが回転し、この回転軸5sの上端偏心位置に有する係合部53は、回転軸5sを中心にして旋回運動する。この結果、係合部53に係合して追従する被係合部52、更には軌道スクロール12も、軌道上を旋回運動する。他方、固定スクロール13は、軸方向Fcに対して直角方向の位置が固定(規制)されているため、軌道スクロール12の螺旋翼12fと固定スクロール13の螺旋翼13fは、図4(a),(b)に示すような相対運動を行う。
In the digitally controlled
一方、冷媒Kは、冷媒吸入口50から吸入室Ciに供給される。今、図2に示すように、電磁バルブ59のプランジャ59pが突出した状態、即ち、連通配管58が閉状態にある場合を想定する。なお、予備バルブ60は開状態に設定されている。この状態では、シリンダ室57rの内圧は、低圧側となる吸入室Ciの内圧よりも高くなるため、ラム部56を押し上げる不図示のスプリング等による付勢力に打ち勝ち、固定スクロール13の螺旋翼13fは、軌道スクロール12に圧接する。図2はこの状態を示している。
On the other hand, the refrigerant K is supplied from the
したがって、固定スクロール13の螺旋翼13fに対する軌道スクロール12の螺旋翼12fの相対位置が、図4(a)に示す状態にあれば、吸入室Ciに存在する冷媒Kは、点線矢印方向に沿って外側から螺旋翼12fと13f間に進入する。軌道スクロール12が軌道上を旋回運動し、螺旋翼13fに対する螺旋翼12fの相対位置が、図4(b)に示す状態になれば、螺旋翼12fと13f間に進入した冷媒Kは、螺旋翼12fと13f間に形成される三日月形の密閉空間Pm…に封入される。そして、軌道スクロール12が旋回運動するに従って、三日月形の密閉空間Pm…の容積は、次第に小さくなり、冷媒Kに対する圧縮が行われるとともに、冷媒Kが中心空間Pcに達すれば、冷媒Kの圧力は最大になる。この後、中心空間Pcにおける圧縮された冷媒Kは、通気路55rを通って吐出室Coに至り、さらに、冷媒吐出口49から吐出する。このときの冷媒Kの流通経路を、図2中に点線矢印で示す。よって、この状態がデジタル制御冷媒圧縮機7により冷媒圧縮を行うロード状態となり、100〔%〕出力となる。
Therefore, if the relative position of the
他方、電磁バルブ59を制御し、図3に示すように、プランジャ59pを引込めることにより連通配管58を開状態に切換えた場合を想定する。この状態では、低圧側となる吸入室Ciとシリンダ室57rが連通配管58により連通し、シリンダ室57rの内圧と吸入室Ciの内圧が同圧になるため、不図示のスプリング等により、ラム部56は上昇変位する。この結果、固定スクロール13の螺旋翼13fは、図3に示すように、軌道スクロール12から離間し、軌道スクロール12と固定スクロール13間に隙間G…が発生する。これにより、冷媒Kに対する圧縮は行われなくなる。このときの冷媒Kの流通経路を、図3中、点線矢印で示す。よって、この状態がデジタル制御冷媒圧縮機7による冷媒圧縮が解除されたアンロード状態となり、0〔%〕出力となる。
On the other hand, it is assumed that the
図5は、電磁バルブ59に付与するバルブ制御信号Spを示している。なお、図5中、trはロード状態(100〔%〕出力状態)の制御区間を示すとともに、tnはアンロード状態(0〔%〕出力状態)の制御区間を示し、本実施形態に係る冷却装置1に用いるデジタル制御冷媒圧縮機7に対する制御は、ロード率Rr(=Tr/(Tr+Tn))を変化させることにより行われる。このように、本実施形態に係る冷却装置1に用いるデジタル制御冷媒圧縮機7に対する制御は、ロード状態「1」とアンロード状態「0」の時間軸を可変するデジタル制御となり、従来のインバータ制御、即ち、コンプレッサの回転周波数(大きさ)を可変するアナログ制御とは、制御形態が基本的に異なる。
FIG. 5 shows a valve control signal Sp applied to the
次に、冷却装置1の全体動作(使用方法)について説明する。まず、冷却装置1は、図1に示すように、配管ジョイント24a,24bを介して被冷却物Mに接続し、また、冷却液タンク2には、冷却液(冷却水等)Wを収容する。これにより、送液ポンプ3を作動させれば、冷却液タンク2内の冷却液Wは、供給口2sから送液ポンプ3により送出され、冷却器4cに供給される。冷却器4cでは、供給された冷却液Wと冷凍サイクル8における冷却された冷媒K間で熱交換が行われ、冷却液Wは冷媒Kにより冷却される。冷却器4cにより冷却された冷却液Wは、配管ジョイント24bを介して被冷却物Mに供給され、被冷却物Mに対する冷却が行われる。そして、被冷却物Mの冷却(熱交換)により暖められた冷却液Wは、配管ジョイント24aを介して冷却液タンク2の戻り口2rに戻され、冷却液タンク2にそのまま貯留される。なお、図1中、矢印Fwは冷却液Wの流通方向を示す。
Next, the overall operation (usage method) of the
一方、冷却器4cから流出した冷却液Wの温度(液温Tw)は、液温センサ22により検出され、この検出信号は制御部65に付与される。制御部65では、検出信号に基づいてデジタル制御冷媒圧縮機7を制御、即ち、上述した電磁バルブ59を開閉するデジタル制御を行い、液温Twが目標温度になるようにフィードバック制御する。
On the other hand, the temperature (liquid temperature Tw) of the coolant W flowing out from the cooler 4 c is detected by the
よって、このような本実施形態に係る冷却装置1によれば、冷却液Wに対する温度制御には、デジタル制御冷媒圧縮機7をロード状態又はアンロード状態となるように時間軸を制御するデジタル制御を用いるため、制御範囲を飛躍的に拡大することができる。特に、従来のインバータ制御では限界であった最大冷却能力に対して30〔%〕以下の低負荷領域であっても制御が可能となり、しかも、インバータ回路が不要になることから、全体の動作効率が飛躍的に向上する。この結果、省エネルギ性及び制御性が高められ、従来のインバータ制御に対して、最大で略65〔%〕の改善を図ることができた。
Therefore, according to the
ところで、デジタル制御冷媒圧縮機7をデジタル制御した際の液温センサ22から検出される液温Twの変化は、図6に示すようになり、液温Twは、細かくかつ高応答により制御される。したがって、被冷却物Mの手前(直前)に冷却器4cを接続するとともに、特に、デジタル制御の制御周波数を高くするなどの設定を行えば、冷却液Wを速やかに冷却したり或いは冷却液Wに対する冷却を速やかに停止させることができ、被冷却物Mに高度で複雑な冷却特性が要求される場合や何らかの原因により急峻な温度変動が発生した場合等であっても的確な制御応答性を確保することができる。この結果、正確かつ柔軟性のある制御を行うことができ、被冷却物Mに対応した高度な冷却特性を容易に実現可能となる。加えて、軌道スクロール12と固定スクロール13を用いた冷媒圧縮部11を有するとともに、固定スクロール13又は軌道スクロール12を軸方向Fcに変位させてロード状態又はアンロード状態に切換えるデジタル切換機構部6を有するデジタル制御冷媒圧縮機7を用いたため、比較的簡易な構成(原理)により、目的の冷却装置1を容易かつ低コストに実現可能となる。
By the way, the change of the liquid temperature Tw detected from the
以上の説明は、本実施形態に係る冷却装置1の基本動作であるが、冷却装置1は、更に次のような独自の構成及び機能を備えるとともに、独自の制御が行われる。
The above description is the basic operation of the
まず、デジタル制御冷媒圧縮機7の上流側及び下流側に直列接続した逆止弁14,15により冷媒圧力の急激な変動を軽減させている。デジタル制御冷媒圧縮機7は、デジタル切換機構部6によりロード状態(100〔%〕出力状態)又はアンロード状態(0〔%〕出力状態)に切換えられ、これにより、冷却液Wに対する温度制御が行われる。この場合、ロード状態からアンロード状態或いはアンロード状態からロード状態に切換えた際には、冷媒圧力が急激に変動するとともに、この変動は頻繁に発生するため、冷媒回路における圧力ゲージ32,36等の使用部品の寿命短縮を招いたり、温度センサ61,37等の検出精度の低下を招くなどの不具合を生じる。そこで、この不具合を解消するため、デジタル制御冷媒圧縮機7の上流側及び下流側に、それぞれ逆止弁14,15を直列に接続し、冷媒圧力の急激な変動を軽減している。これにより、冷媒圧力及び冷媒温度の安定化が図られ、冷媒回路における使用部品の長寿命化、更には検出精度の向上及び安定化を実現できる。
First, rapid fluctuations in the refrigerant pressure are reduced by the
一方、ロード率Rrを監視し、図7に示すように、ロード率Rrが設定値Xc(例示は30〔%〕)よりも低下したときは、二つの制御モードを選択できるようにした。冷却装置1は、デジタル制御冷媒圧縮機7を使用しているため、従来のインバータ制御とは異なり、30〔%〕以下の低負荷状態、更には無負荷状態であってもアンロード状態に切換えることにより温度制御が可能になる。この場合、低負荷領域であっても温度制御に対する高い精度及び制御性が得られる反面、圧縮機モータ5が作動状態となるため、電力消費が大きくなる。そこで、低負荷領域における省エネルギ性の確保よりも温度制御の精度及び制御性を重視する場合は、アンロード状態とロード状態の切換制御を継続して行う第一の制御モードを選択できるようにするとともに、低負荷領域における温度制御の精度及び制御性よりも省エネルギ性を重視する場合は、圧縮機モータ5をON/OFF制御する第二の制御モードを選択できるようにした。なお、図7における負荷〔%〕は、冷却器4cにおいて熱交換される熱量に対する冷却装置1の最大冷却能力の割合である。
On the other hand, the load rate Rr is monitored, and as shown in FIG. 7, when the load rate Rr falls below the set value Xc (illustration is 30 [%]), two control modes can be selected. Since the
また、凝縮器25の放熱効率が低下した場合、即ち、周囲温度Tr(凝縮器25周辺の外気温度)が高い場合であっても、デジタル制御冷媒圧縮機7のロード率Rrを下げることにより、冷却装置1の動作を継続させることができるようにした。インバータ制御を用いた従来のコンプレッサでは、運転中(冷却動作中)に周囲温度Trが上昇すれば、凝縮器25の放熱効率が低下し、凝縮圧力が高くなるとともに、コンプレッサの吐出冷媒温度Toが上昇する。この場合、従来のコンプレッサでは、オーバロードを防止するために、運転を停止させていたが、本実施形態に係る冷却装置1では、デジタル制御冷媒圧縮機7の使用により、無負荷状態であっても、アンロード状態に切換えることにより温度制御が可能になるため、周囲温度センサ41から検出される周囲温度Trと吐出温度センサ61から検出される吐出冷媒温度Toを監視し、周囲温度Trが高くなった場合には、ロード率Rrを低下させて、凝縮器25の放熱量を減少させる。これにより、凝縮器25の圧力とデジタル制御冷媒圧縮機7の吐出冷媒温度Toの上昇を抑制でき、周囲温度Trが高い環境下であっても運転を継続することができる。
Further, even when the heat dissipation efficiency of the
図8に、この場合の制御特性の一例を示す。同図中、Trは周囲温度,TAは保護装置作動温度,Tsは閾値をそれぞれ示している。また、判断値として、周囲温度40〔℃〕,吐出冷媒温度120〔℃〕を設定し、どちらかの温度が当該判断値に達したならロード率Rrを低下させる制御を行う。今、図8において、周囲温度Trが判断値よりも低い32〔℃〕であれば、吐出冷媒温度Toが判断値に達しない限り、ロード率Rrは100〔%〕で運転が継続する。しかし、吐出冷媒温度Toが判断値(120〔℃〕)に達した場合は、ロード率Rrを徐々に低下させる制御を行うことにより吐出冷媒温度Toを低下させる。一方、周囲温度Trが徐々に上昇し、図8中、制御特性線が閾値Tsに交差する温度まで上昇すれば、その交差するロード率Rrになるように、ロード率Rrを低下させる制御を行う。例えば、図8において、周囲温度Trが45〔℃〕に達した場合には、ロード率Rrが70〔%〕となるようにロード率Rrを低下させる制御を行う。また、何らかの原因により周囲温度Trが急激に上昇し、50〔℃〕に達したにも拘わらず、ロード率Rrの低下が追いつかない場合、即ち、図8において、周囲温度Trが50〔℃〕ときは、本来、ロード率Rrが50〔%〕にならなければならないが、60〔%〕を越えているような場合は、制御特性線が保護装置作動温度TAを越えてしまうため、保護装置を作動させることにより運転を停止させるなどの制御を行う。よって、周囲温度Trが高くなった場合でも、ロード率Rrを低下させることにより、凝縮器25の放熱量を減少させることができるため、凝縮器25とデジタル制御冷媒圧縮機7の吐出冷媒温度Toの上昇を抑え、高い周囲温度Trであっても運転を停止させることなく継続させることができる。
FIG. 8 shows an example of control characteristics in this case. In the figure, Tr represents the ambient temperature, TA represents the protective device operating temperature, and Ts represents the threshold value. Further, an ambient temperature of 40 [° C.] and a discharge refrigerant temperature of 120 [° C.] are set as judgment values, and if either temperature reaches the judgment value, control is performed to reduce the load rate Rr. In FIG. 8, if the ambient temperature Tr is 32 [° C.] lower than the determination value, the operation is continued at the load rate Rr of 100% unless the discharge refrigerant temperature To reaches the determination value. However, when the discharge refrigerant temperature To reaches the judgment value (120 [° C.]), the discharge refrigerant temperature To is lowered by performing control to gradually reduce the load rate Rr. On the other hand, when the ambient temperature Tr rises gradually and the control characteristic line in FIG. 8 rises to a temperature that intersects the threshold value Ts, control is performed to lower the load rate Rr so that the intersecting load rate Rr is obtained. . For example, in FIG. 8, when the ambient temperature Tr reaches 45 [° C.], control is performed to reduce the load rate Rr so that the load rate Rr becomes 70 [%]. Further, when the ambient temperature Tr suddenly rises for some reason and reaches 50 [° C.], the load rate Rr cannot keep up, that is, in FIG. 8, the ambient temperature Tr is 50 [° C.]. In some cases, the load rate Rr must be 50%, but if it exceeds 60%, the control characteristic line will exceed the protection device operating temperature TA. Controls such as stopping operation by operating. Therefore, even when the ambient temperature Tr becomes high, the amount of heat released from the
他方、凝縮器25を空冷する凝縮器ファン39をインバータ制御することにより、凝縮器25から吐出する冷媒Kの温度(凝縮冷媒温度Tp)を一定に保ち、被冷却物Mの冷却温度に対する制御精度を確保できるようにした。デジタル制御冷媒圧縮機7を用いた場合、冷媒Kは流れたり停止したりするため、冷媒Kの温度変動が大きくなるが、凝縮器出口温度センサ37から検出される凝縮冷媒温度Tpが一定に保たれるように制御することにより、被冷却物Mの冷却温度を安定化させることができる。ところで、従来、凝縮器25に対する冷却は、周囲温度Trに対応した凝縮器ファンの基本回転周波数を3段階程度に設定し、凝縮冷媒温度Tpが基準値以上になったら1段階上の基本回転周波数に切換えるなどの制御を行っていたが、このような制御は、ロード率Rrの変化によりロード時の凝縮冷媒温度Tp(過冷却度)が変動した場合、それに伴って蒸発冷媒温度も変動するため、被冷却物Mの冷却温度に対する制御が不安定になりやすい。そこで、本実施形態に係る冷却装置1では、図9に示すように、周囲温度Trの範囲を、例えば、−10〔℃〕以上20〔℃〕までの第一温度領域,20〔℃〕以上30〔℃〕まで第二温度領域ように設定するとともに、各範囲毎に、凝縮冷媒温度Tpの基準値を設定し、凝縮冷媒温度Tpが基準値よりも高くなれば、凝縮器ファン39の回転周波数を高くする制御を行い、かつ基準値よりも低くなれば、凝縮器ファン39の回転周波数を低くする制御を行うことにより、常に、凝縮冷媒温度Tpを基準値付近に安定させている。図9において、30〔℃〕以上は第三温度領域となり、凝縮器ファン39の最大回転周波数(60〔Hz〕)に固定している。この場合、凝縮器ファン39の回転周波数は、1〜60〔Hz〕を複数のステップ(n段階)に分け、段階的に増減させてもよいし、凝縮冷媒温度Tpの基準値を中心にして連続的(無段階)に増減させてもよい。また、凝縮冷媒温度Tpの基準値を冷媒凝縮圧力(又は吐出圧力)に置換しても同様の制御を行うことができるとともに、同様の効果を得ることができる。なお、吐出圧力を監視する方法も可能ではあるが、圧力変動が大きくなるため、制御が不安定になりやすい。
On the other hand, by controlling the
さらに、電子膨張弁27を制御するに際し、予め、デジタル制御冷媒圧縮機7のロード率Rrと液温Twに基づく目標過熱度を求め、この目標過熱度を得るための電子膨張弁27の開度Nを設定するとともに、運転時に、液温Tw及びロード率Rrを検出し、この液温Tw及びロード率Rrに対応する開度Nとなるように電子膨張弁27を制御するようにした。この場合、開度Nは、電子膨張弁27の開度に対応した制御パルス数により設定する。なお、過熱度は、冷却器(蒸発器)4cに対する流入側冷媒温度と流出側冷媒温度の偏差である。冷却装置1の場合、被冷却物Mの冷却温度は、広範囲となるため、単一のパラメータのみで目標過熱度を設定しても適正な冷凍サイクル8を維持できなくなる。そこで、図10に示すように、液温Twとロード率Rrを用いて目標過熱度を設定し、同じロード率Rrであっても液温Twによって目標過熱度が変更されるようにした。これにより、いかなる被冷却物Mの冷却温度領域に対しても適正な冷凍サイクル8を確保することができる。そして、目標過熱度を求めたなら、この目標過熱度を得るための電子膨張弁27の開度Nを設定する。
Further, when the
また、電子膨張弁27に対する実際の制御においては、温度制御が的確に行われるように、液温Twとロード率Rrから、予め設定した開度Nが速やかに設定されるようにした。従来、電子膨張弁27の開度Nは、冷媒圧縮機を起動させた後、冷媒Kの温度などを検出しながら基本開度から適正開度Nへ徐々に調整する方法を採用していた。しかし、この方法は、負荷変動が大きい用途の場合、電子膨張弁27の開度Nの追従が遅れ、被冷却物Mの温度変化が大きくなってしまう。そこで、本実施形態に係る冷却装置1では、図11に示すように、例えば、ロード率Rrが80〔%〕、液温Twが20〔℃〕、電子膨張弁27の開度Nが200〔パルス〕で安定した運転中に、負荷が低下し、ロード率Rrが10〔%〕に急変した場合、電子膨張弁27の開度Nは、ロード率Rrが10〔%〕及び液温Twが20〔℃〕に対応して予め設定した70〔パルス〕の開度(適正開度)Nとなるように無条件に移行させるようにした。なお、より精度を高めるために、凝縮冷媒温度Tpや周囲温度Tr或いは水冷式の場合には、冷却水温度などをパラメータとして加えることにより、より効果的な制御を行うことができる。さらに、冷媒温度や冷媒圧力により開度を微調整するようにすれば、より適正な開度Nを設定できるとともに、大幅な負荷変動時であっても電子膨張弁27の開度Nを瞬時に適正開度に移行できる。
In actual control of the
他方、予備バルブ60は、電磁バルブ59の故障対策として接続したものである。電磁バルブ59は、デジタル制御に用いるため、かなりの頻度でON/OFF動作を繰り返すことになり、耐久性が問われる部品でもあるが、この電磁バルブ59が故障した場合、冷媒圧縮機7は、実質的に動作不能になる。したがって、予備バルブ60は、この対策として設けたものである。今、電磁バルブ59が開状態で故障した場合、液温センサ22により検出される液温Twは上昇し、上限値を越えてしまうため、異常として検出される。よって、制御部65は、予備バルブ60を閉側に制御し、圧縮機モータ5のON/OFF制御に切換える。他方、電磁バルブ59が閉状態で故障した場合、液温センサ22により検出される液温Twは下降し、下限値を越えてしまうため、異常として検出される。よって、制御部65は、圧縮機モータ5のON/OFF制御に切換える。この場合、アラームランプを点灯させるなどにより故障を報知するが、いずれの場合も暫定的に運転を継続させることができる。
On the other hand, the
以上、最良の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成,形状,素材,数量,数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更,追加,削除することができる。例えば、デジタル制御冷媒圧縮機7は、例示以外の他の形式の冷媒圧縮機にデジタル切換機構部6を備えたデジタル制御冷媒圧縮機であってもよい。また、デジタル制御冷媒圧縮機7の上流側及び下流側に、逆止弁14及び15をそれぞれ直列接続した場合を示したが、上流側又は下流側のいずれか一方に逆止弁14又は15を接続してもよい。なお、本発明における圧縮機モータ5は、電動機のみならず内燃機関(エンジン)等の各種動力により回転する機器類を全て含む概念である。
Although the best embodiment has been described in detail above, the present invention is not limited to such an embodiment, and departs from the gist of the present invention in the detailed configuration, shape, material, quantity, numerical value, and the like. It can be changed, added, or deleted as long as it is not. For example, the digitally-controlled
1 冷却装置
2 冷却液タンク
3 送液ポンプ
4 冷却部
4c 冷却器
5 圧縮機モータ
6 デジタル切換機構部
7 デジタル制御冷媒圧縮機
8 冷凍サイクル
9 制御系
11 冷媒圧縮部
12 軌道スクロール
13 固定スクロール
14 逆止弁
15 逆止弁
M 被冷却物
W 冷却液
Fc 軸方向
DESCRIPTION OF
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004097212A JP2005282935A (en) | 2004-03-29 | 2004-03-29 | Cooling device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004097212A JP2005282935A (en) | 2004-03-29 | 2004-03-29 | Cooling device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005282935A true JP2005282935A (en) | 2005-10-13 |
Family
ID=35181530
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004097212A Pending JP2005282935A (en) | 2004-03-29 | 2004-03-29 | Cooling device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005282935A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009133643A1 (en) * | 2008-04-30 | 2009-11-05 | 三菱電機株式会社 | Air-conditioning apparatus |
WO2009133640A1 (en) * | 2008-04-30 | 2009-11-05 | 三菱電機株式会社 | Air conditioner |
-
2004
- 2004-03-29 JP JP2004097212A patent/JP2005282935A/en active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009133643A1 (en) * | 2008-04-30 | 2009-11-05 | 三菱電機株式会社 | Air-conditioning apparatus |
WO2009133640A1 (en) * | 2008-04-30 | 2009-11-05 | 三菱電機株式会社 | Air conditioner |
JPWO2009133643A1 (en) * | 2008-04-30 | 2011-08-25 | 三菱電機株式会社 | Air conditioner |
JP5188571B2 (en) * | 2008-04-30 | 2013-04-24 | 三菱電機株式会社 | Air conditioner |
US8820106B2 (en) | 2008-04-30 | 2014-09-02 | Mitsubishi Electric Corporation | Air conditioning apparatus |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8973379B2 (en) | Refrigeration control systems and methods for modular compact chiller units | |
US5203179A (en) | Control system for an air conditioning/refrigeration system | |
JP6141526B2 (en) | Motor housing temperature control system | |
EP2102571B1 (en) | Free-cooling capacity control for air conditioning systems | |
US8826680B2 (en) | Pressure ratio unload logic for a compressor | |
KR900005983B1 (en) | Method and control system for limiting the load palced on a refrigeration system a recycle start | |
US8276395B2 (en) | Pulse width modulation with reduced suction pressure to improve efficiency | |
EP2679930A1 (en) | Refrigeration cycle apparatus | |
RU2551708C1 (en) | Method to control speed of variable-speed compressor | |
JP2009522533A (en) | Flash tank refrigerant control | |
CA2031477C (en) | Method and apparatus for determining full load condition in a screw compressor | |
JP2000088376A (en) | Heat pump device | |
KR100468916B1 (en) | Air conditioner and control method thereof | |
JP4767133B2 (en) | Refrigeration cycle equipment | |
JP4231444B2 (en) | Cooling device operation control method | |
JP4231443B2 (en) | Cooling system | |
JP4336603B2 (en) | Cooling device operation control method | |
US6893227B2 (en) | Device for prevention of backward operation of scroll compressors | |
JP2005282935A (en) | Cooling device | |
JP4364035B2 (en) | Cooling system | |
JP4364034B2 (en) | Cooling device operation control method | |
JP4297272B2 (en) | Cooling device operation control method | |
JP2005282934A (en) | Cooling device | |
JP6373034B2 (en) | refrigerator | |
JP2001066038A (en) | Constant-temperature refrigerant liquid circulating apparatus |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060403 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20081020 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20081029 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20090311 |