JP2009000581A

JP2009000581A - 遠心分離機

Info

Publication number: JP2009000581A
Application number: JP2007160899A
Authority: JP
Inventors: Hidetaka Osawa; 秀隆大澤
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2007-06-19
Filing date: 2007-06-19
Publication date: 2009-01-08
Anticipated expiration: 2027-06-19
Also published as: JP4862757B2

Abstract

【課題】恒温槽やヒータ等の熱器具を要することなく、ロータを所望の温度に効率良く予熱することができる遠心分離機を提供すること。
【解決手段】試料を収容するロータ７と、該ロータ７を回転駆動するモータ４と、前記ロータ７を収容するロータ室３と、該ロータ室３の温度を検出する温度センサ１２と、前記ロータ７の設定回転数と設定温度を入力するための操作パネル１４を備えた遠心分離機１において、前記温度センサ１２からフィードバックされる検出温度に基づいて前記ロータ７の温度が設定温度となるよう前記モータ４の回転数を制御する制御装置１３を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、試料を遠心分離する前にロータを所望の温度に予熱する方式を採用した遠心分離機に関するものである。

例えば家畜のＢＳＥ検査等を行う場合、検体試料が遠心分離機によって遠心分離されるが、この場合、検体試料を遠心分離する前にロータを所望の温度（例えば３７℃）に予熱することが必要である。

従来、遠心運転する前のロータ温度を所定の温度に予熱する方法には、予めロータを恒温槽等に入れてロータを所定の温度に保つ方法があるが、この方法では恒温槽等の特別な装置が必要であった。

又、別の方法として、検体試料をセットする前に予備運転を行い、ロータを所定の温度に予熱する方法も知られている。この方法では、所望のロータ温度が室温よりも低い場合には、遠心分離機に備えた冷凍機を用いて温度制御を実行してロータを予冷する手法が採られていた。逆に、所望のロータ温度が室温よりも高い場合には、ロータ室の外周に巻き付けたエバポレータの周囲にヒータを設け、このヒータによる加熱に加えてロータを所定の回転数で回転させながら冷凍機のオン／オフ温度制御を実行する方法が採られていた。そして、このときの温度のオーバーシュート／アンダーシュートを小さくするため、ヒータをオン／オフ制御して熱容量が大きなエバポレータの温度変化を小さく抑え、ロータを所定の温度に制御する加温手法が採られていた（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−３０１０５９号公報

ところが、上記後者の方法では、特にロータを加温する場合にロータを短時間で所定の温度に予熱するためにエバポレータの周囲にヒータを設ける必要があった。又、エバポレータの温度変化を小さく抑えるためにヒータのオン／オフ制御を実行していたため、複雑な温度制御となっていた。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、恒温槽やヒータ等の熱器具を要することなく、ロータを所望の温度に効率良く予熱することができる遠心分離機を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、試料を収容するロータと、該ロータを回転駆動するモータと、前記ロータを収容するロータ室と、該ロータ室の温度を検出する温度センサと、前記ロータの設定回転数と設定温度を入力するための操作パネルを備えた遠心分離機において、前記温度センサからフィードバックされる検出温度に基づいて前記ロータの温度が設定温度となるよう前記モータの回転数を制御する制御装置を設けたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記制御装置は、前記モータを回転加速させて前記ロータを所定の回転数で制御する回転数制御工程と、前記ロータが所定の温度に達すると制御モードを切り替えるモード切替工程と、目標温度と検出温度との差を求める温度差算出工程と、求められた温度差から目標回転数を算出する目標回転数算出工程を経て前記ロータの温度が設定温度となるよう前記モータの回転数を制御することを特徴とする。

本発明によれば、ロータを高速回転させることによって発生するロータ室内の空気との摩擦熱を利用してロータを加熱し、そのロータ室内の温度を温度センサにより検出し、その温度が所望の温度になるようにモータの回転数を制御するようにしたため、ロータを予熱するための恒温槽やヒータ等の熱器具を要することなく、ロータを所望の温度に効率良く予熱することができ、コスト及び省エネルギーの面で有利な遠心分離機を得ることができる。

以下に本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明に係る遠心分離機の正断面図、図２は同遠心分離機のロータをモータ回転数制御によって温度制御する手順を示すフローチャート、図３は同ロータをモータ回転数制御によって温度制御する方法を示すブロック図、図４は同温度制御におけるロータ回転数とロータ温度の時間変化を示す図である。

図１に遠心分離機１は、本体２内にロータ室３を備え、該ロータ室３の下方には駆動源であるモータ４と該モータ４の回数数を検出するためのエンコーダ５が設けられている。モータ４から上方へ延びる出力軸（モータ軸）６はロータ室３内に臨んでおり、その先端部にはロータ７が着脱可能に装着されている。又、ロータ室３の上面開口部はドア８によって開閉され、ロータ室３の外周には冷凍機９より配管されたエバポレータ１０が巻装されており、その周囲は断熱材１１で覆われている。更に、ロータ室３の底部には、該ロータ室３内の温度を検出するための温度センサ１２が設けられている。

又、遠心分離機本体２内の冷凍機９の上方には制御装置１３が設けられ、本体２の上部には操作パネル１４が設置されており、制御装置１３には、前記モータ４、エンコーダ５、冷凍機９、温度センサ１２及び操作パネル１４が電気的に接続されている。

而して、ロータ７内に収容された不図示の検体試料は、モータ４によってロータ７がロータ室３内で所定の速度で回転駆動されることによって遠心分離されるが、遠心分離に先立ちロータ７は回転数制御によって所定の温度（例えば、３７℃）に予熱される。

即ち、操作パネル１４からロータ７の回転数と温度の設定値が入力されると、制御装置１３は、入力された回転数と温度の設定値に基づきエンコーダ５によって検出された回転数信号のフィードバックを受けてモータ３の回転数制御を実行する。又、制御装置１３は、ロータ７が収容されているロータ室３の底部に設けた前記温度センサ１２からロータ室３の検出温度のフィードバックを受け、検体試料を遠心分離する際に該検体試料の温度が設定された温度になるよう冷凍機９をオン／オフ制御する。

以下、本発明に係る遠心分離機１の温度制御方法を図２〜図４に基づいて具体的に説明する。尚、図２において、（ａ）は温度制御手順の全体の流れを示すフローチャート、（ｂ）はモータの回転数制御を示すサブルーチンである。

オペレータによって、検体試料が入っていない予熱すべきロータ７が予めセットされ、ロータ７の番号情報、予熱すべき目標温度Ｔaを設定する。ロータ７の番号情報には、そのロータ７の許容最高回転数等が設定されており、オペレータによって予熱運転スタート操作がなされると（ステップＳ０）、制御装置１３は、ロータ７の許容最高回転数である設定回転数Ｎmaxまでモータ４を回転加速させる（ステップＳ１、図４参照）。そして、制御装置６は、ロータ７の回転数が設定回転数Ｎmax付近になると、エンコーダ５からの検出信号をフィードバックする回転数制御を実行する（ステップＳ２：回転数制御工程）。

回転数制御工程（ステップＳ２）においては、先ずエンコーダ５の出力パルス信号から現在回転数Ｎを算出する（ステップＳ２０）。この現在回転数Ｎの算出は、或る単位時間当りの移動パルス数から回転数を換算することによってなされる。そして、目標となる設定回転数Ｎmaxと現在回転数Ｎの差を求め（ステップＳ２１）、その差の比例・積分・微分の項から成る所謂ＰＩＤ演算を行ってパルス・ワイド・モジュレーションと称されるＰＷＭ値を算出し（ステップＳ２２）、演算を終了する（ステップＳ２３）。ここで、ＰＷＭ値は、モータ４に印加する電圧を図３に示すＰＷＭ駆動回路１５によってコントロールする（パルスのデューティ比を変える）。この手法はモータ４の回転数を制御する一般的な手法であるため、これについての詳細な説明は省略する。

而して、ロータ７は、高速で回転するためにロータ室３内の空気との摩擦で加熱され、該ロータ７とロータ室３及びエバポレータ１０の温度は次第に上昇する。ロータ室３の底部に設けた温度センサ１２の検出温度が所望の温度Ｔa（例えば３７℃）に達したか否かが判断され（ステップＳ３）、所望の温度Ｔaに未だ達していない場合（ステップＳ３での判断結果がＮｏである場合）にはロータ７を設定回転数Ｎmaxで回転させる（ステップＳ２）。

そして、温度センサ１２の検出温度が所望の温度Ｔaに達すると（ステップＳ３での判断結果がＹｅｓとなると）、制御モードを切り替える（ステップＳ４：モード切替工程）。尚、本実施の形態では、検出温度が所望の温度Ｔaに達するか否かで説明したが、或る範囲を許容して切り替えるようにしても構わない。

制御モードを切り替えた後、検出温度が所望の目標温度Ｔaとなるようにモータ３の回転数を以下のように制御する。

即ち、所望の目標温度Ｔaと温度センサ１２の検出温度Ｔとの差を求め（ステップＳ５：温度差算出工程）、その差から比例・積分・微分の項から成るＰＩＤ演算を実行し、検出温度Ｔが目標温度Ｔaよりも高いとき（Ｔ＞Ｔa）には目標回転数Ｎaが低くなるよう、逆に検出温度Ｔが目標温度Ｔaよりも低いとき（Ｔ＜Ｔa）には目標回転数Ｎaが高くなるように目標回転数Ｎaを算出する（ステップＳ６：目標回転数算出工程）。そして、実際の回転数Ｎが算出された目標回転数Ｎaになるようにする回転数制御（ステップＳ２：回転数制御工程）においてモータ４の回転数を制御し、ステップＳ５→ステップＳ６→ステップＳ２の処理ステップを順次繰返し実行する。一般的にロータ７の回転数Ｎが高くなると発熱量も増え、ロータ７の温度は回転数Ｎの２乗〜３乗のカーブで上昇する。つまり、僅かな回転数の差で発熱量の変化が大きくなる。このため、温度制御精度を高めるためには、温度の差分をＰＩＤ演算して目標回転数Ｎaを算出する手法が好ましい。

而して、温度センサ１２の検出温度Ｔが所望の目標温度Ｔaになると、操作パネル１４より予熱完了を表示したり、不図示のブザーを鳴らせてそのことをオペレータに知らせる。そして、オペレータによって停止の指示操作がなされるまで、検出温度Ｔが所望の目標温度Ｔaを維持するようにモータ３の回転数制御（ステップＳ２）が実行される（図４参照）。

又、予熱完了の表示、ブザー音或いはメロディー音を鳴らしながら一旦運転を停止し、オペレータからの予熱完了の指示操作（停止スイッチＯＮや、運転時間、設定速度等の運転条件の入力等）が無い場合には、所望の目標範囲外（例えば設定温度から５℃外れた場合）になった場合には、再び検出温度Ｔが所望の目標温度（設定温度）Ｔaになるようにモータ３の回転数制御を実行しても良い。

尚、以上説明した温度フィードバックによる回転数制御においては、特にロータ７を加温する際は冷凍機９を駆動しないため、電気エネルギーの消費量を極めて低く抑えることができる。

以上のように、本実施の形態では、ロータ７を高速回転させることによって発生するロータ室３内でのロータ７と空気との摩擦熱を利用してロータ７を加熱し、ロータ室３内の温度を温度センサ１２によって検出して制御装置１３にフィードバックし、ロータ室３内の温度が所望の目標温度Ｔaとなるようにモータ４の回転数を制御するようにしたため、ロータ７を加温するための恒温槽やヒータ等の熱器具が不要となり、ロータ７を効率良く加温して該ロータ７を所望の目標温度Ｔaに予熱することができ、コスト及び省エネルギーの面で有利となる。

又、熱容量の大きなエバポレータ１０も所望の温度になるために保温効果があり、モータ４を減速して停止した後もロータ７を所望の温度に保持することができる。

尚、本発明は上記実施の形態に適用が限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。

本発明に係る遠心分離機の正断面図である。本発明に係る遠心分離機のロータをモータ回転数制御によって温度制御する手順を示すフローチャートである。本発明に係る遠心分離機のロータをモータ回転数制御によって温度制御する方法を示すブロック図である。本発明に係る遠心分離機でのモータ回転数制御による温度制御におけるロータ回転数とロータ温度の時間変化を示す図である。

符号の説明

１遠心分離機
２遠心分離機本体
３ロータ室
４モータ
５エンコーダ
６モータ軸
７ロータ
８ドア
９冷凍機
１０エバポレータ
１１断熱材
１２温度センサ
１３制御装置
１４操作パネル
１５ＰＷＭ駆動回路
Ｎa
目標回転数
Ｎmax
設定回転数
Ｔa
目標温度

Claims

試料を収容するロータと、該ロータを回転駆動するモータと、前記ロータを収容するロータ室と、該ロータ室の温度を検出する温度センサと、前記ロータの設定回転数と設定温度を入力するための操作パネルを備えた遠心分離機において、
前記温度センサからフィードバックされる検出温度に基づいて前記ロータの温度が設定温度となるよう前記モータの回転数を制御する制御装置を設けたことを特徴とする遠心分離機。
前記制御装置は、前記モータを回転加速させて前記ロータを所定の回転数で制御する回転数制御工程と、前記ロータが所定の温度に達すると制御モードを切り替えるモード切替工程と、目標温度と検出温度との差を求める温度差算出工程と、求められた温度差から目標回転数を算出する目標回転数算出工程を経て前記ロータの温度が設定温度となるよう前記モータの回転数を制御することを特徴とする請求項１記載の遠心分離機。