JP2015157328A

JP2015157328A - クーラント冷却装置

Info

Publication number: JP2015157328A
Application number: JP2014032475A
Authority: JP
Inventors: 佑紀清水; Yuki Shimizu; 康夫三井; Yasuo Mitsui; 和利柳澤; Kazutoshi Yanagisawa
Original assignee: Orion Machinery Co Ltd
Current assignee: Orion Machinery Co Ltd
Priority date: 2014-02-24
Filing date: 2014-02-24
Publication date: 2015-09-03

Abstract

【課題】クーラントチラーの熱交換器にスラッジが堆積することを防ぎ、熱交換器の洗浄の手間を減らすことができるクーラント冷却装置を提供する。
【解決手段】クーラント液Ｌを貯留するクーラント液タンク３１と、冷凍サイクルＣによりクーラント液Ｌを冷却する冷却器１５を収納した熱交換器２０を備えるクーラントチラー１０と、循環ポンプ３４によってクーラント液Ｌを熱交換器２０に供給してクーラント液Ｌを冷却させるクーラント冷却装置１において、クーラント液タンク３１からクーラント液Ｌを吸い込んで熱交換器に供給する吸入管３５の開口面３５ｉの開口方向が、上向きとなっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、工作物の熱変位や、研削焼け等を防止するために加工部に供給されるクーラント液を冷却するクーラントチラーを備えたクーラント冷却装置に関するものである。

切削、研削等の加工を行う工作機械においては、加工部にクーラント液が供給されるが、クーラント液は加工部で発生した熱によって温度上昇するため、クーラント液タンクからクーラントチラーがクーラント液を吸い上げ、冷凍サイクルの冷却コイルを備えた冷却器（熱交換器）内に通して冷却した後、クーラント液タンクに戻すようにしている。これによって、工作物の熱変位や、加工焼けを防止し、工作物加工を安定化させるとともに、工作物の性状変化を防止している。

この場合、クーラント液は循環使用しているため、工作機械の加工部に供給された後、フィルタを通してクーラント液タンクに戻される。しかし、クーラント液に含まれる切削粉等をフィルタにより完全に除去することは困難であるため、クーラント液タンクの底部に切削粉等の汚れ（スラッジ）が堆積する。このとき、クーラントチラーがクーラント液とともにスラッジを吸い込むことで、スラッジが冷却器に付着してしまう。そのまま放置しておくと冷却効率が著しく低下してしまうため、定期的に冷却コイル等の清掃を行う必要がある。そのため、例えば特許文献１に記載されているクーラントチラーの熱交換器は、シェル部を分割可能に構成されているため、冷却器のコイル管部を外部に露出させて内部の洗浄を容易に行うことができる。

特開２０１２−７２９３６号公報

しかしながら、従来のクーラント冷却装置には、以下の改善すべき課題がある。クーラントチラーで冷却するために、クーラント液をクーラント液タンクから吸い上げる際、スラッジも吸入管路の吸入口から吸い上げてしまい、熱交換器に汚れが溜まりやすく、熱交換器内の洗浄のためにはクーラントチラーを停止することが必要であり、停止中には冷却されたクーラント液を供給できないため、工作機械の運転も停止しなければならないという根本的な課題が、解決されずにそのまま存在していた。

本発明は、かかる改善すべき課題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成でクーラントチラーの熱交換器に汚れが溜まるのを抑制したクーラント冷却装置を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく、請求項１記載のクーラント冷却装置は、クーラント液を貯留するクーラント液タンクと、冷凍サイクルにより前記クーラント液を冷却する冷却器を収納した熱交換器を備えるクーラントチラーと、循環ポンプによってクーラント液を前記熱交換器に供給してクーラント液を冷却させる吸入管路と、前記熱交換器によって冷却されたクーラント液を前記クーラント液タンクに戻す戻し管路を備えたクーラント冷却装置において、前記吸入管路における前記クーラント液タンクに臨む開口部の開口面の開口方向が、水平または水平よりも上向きとなっていることを特徴とする。

また、請求項２記載のクーラント冷却装置は、前記吸入管路の開口面の開口方向が、上向きであることを特徴とする。

請求項１及び請求項２記載のクーラント冷却装置によれば、クーラント液を熱交換器に供給し、熱交換器によってクーラント液を冷却させる吸入管路において、クーラント液タンクに臨む開口部の開口面の開口方向が水平または上向きとなっているため、クーラント液タンクの底部に堆積した切削粉等の汚れを吸い込むことなく、クーラント液を吸い込むことができるため、熱交換器に汚れが溜まることがない。

本発明の実施の形態に係るクーラント冷却装置の回路系統を示す図である。本発明の実施の形態に係るクーラント冷却装置の熱交換器の構成を示す図である。本発明の実施の形態に係るクーラント冷却装置のクーラント液タンクの構成を示す図である。本発明の変更実施形態に係るクーラント冷却装置のクーラント液タンクの構成を示す図である。本発明の変更実施形態に係るクーラント冷却装置のクーラント液タンクの構成を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明に係るクーラント冷却装置の実施の形態について説明する。

図１において、１０はクーラントチラー、３０はこのクーラントチラー１０により冷却されるクーラント液Ｌの循環系をそれぞれ示す。まず、クーラントチラー１０は、一般的な冷凍サイクルＣを構成しており、冷凍サイクルＣは、圧縮機１１、凝縮器１２、膨張弁１３を順次接続するとともに、かつ膨張弁１３の冷媒出口を、熱交換器２０に収納された冷却器（蒸発器）１４に接続した構成を備えており、これにより、図示しない冷媒が循環する冷媒回路が構成される。なお、例示の冷凍サイクルＣは、膨張弁１３の吐出口側と圧縮機１１の吐出口間に接続した、電磁弁１５とキャピラリチューブ１６との直列回路からなるホットガスバイパス回路１７を備えている。その他、図１中、１２ｆは凝縮器１２を空冷する凝縮器ファン、１８は吸込温度センサ、１９は圧縮機インバータをそれぞれ示す。

一方、クーラント液Ｌの循環系３０において、３１はクーラント液Ｌを貯留するクーラント液タンクを示す。クーラント液タンク３１は、循環ポンプ３４を接続した吸入管３５を介して熱交換器２０の液流入口２１ｉに接続するとともに、熱交換器２０の液流出口２１ｅは、戻し管３６を介してクーラント液タンク３１に接続する。また、クーラント液タンク３１は、送液ポンプ３７を接続した供給管３８を介して工作機械５０に接続するとともに、工作機械５０はフィルタ３９を接続した戻し管４０を介してクーラント液タンク３１に接続する。さらに、吸入管３５における循環ポンプ３４の下流側には、熱交換器２０に流入するクーラント液Ｌの温度を検出する液温度センサ４１を付設する。

他方、４５はコントローラを示す。コントローラ４５は、クーラントチラー１０の全体の制御を司る機能を備える。なお、必要によりクーラント液Ｌの循環系３０における一部又は全部の制御を司る機能を設けることができる。したがって、コントローラ４５の制御出力ポートには、少なくとも上述した圧縮機インバータ１９を接続するとともに、循環ポンプ３４を接続する。また、コントローラ４５の入力ポートには、少なくとも液温度センサ４１を接続する。コントローラ４５は、ＣＰＵ，メモリ，電源ユニット等を含むコンピュータ機能を備え、少なくともクーラントチラー１０に係わる温度制御を実行する。したがって、コントローラ４５には、これらの制御を実現するための制御プログラムを格納する。

次に、本実施形態に係るクーラントチラー１０の動作及び洗浄方法について、図１〜図５を参照して説明する。

まず、クーラントチラー１０を作動させることで、冷凍サイクルＣ内を冷媒が循環し、熱交換器２０のコイル管部２２は冷却器（蒸発器）として機能し、クーラント液Ｌに対する冷却が行われる。この場合、熱交換器２０では、冷媒流入口２２ｉから冷媒がコイル管部２２に流入し、冷媒流出口２２ｅから流出する。一方、循環ポンプ３４の作動により、クーラント液Ｌがクーラント液タンク３１から吸い上げられ、吸入管３５を流通した後、液流入口２１ｉから熱交換器２０の内部に流入する。

これにより、熱交換器２０の内部では、液流通部２１においてクーラント液Ｌと冷媒との熱交換が行われ、クーラント液Ｌの循環により、クーラント液タンク３１内のクーラント液Ｌに対する冷却が行われる。この際、液流入口２１ｉに流入するクーラント液Ｌの温度は液温度センサ４１により検出され、検出温度としてコントローラ４５に付与される。コントローラ４５は、検出温度が予め設定された目標温度になるように、圧縮機インバータ１８に制御信号を付与し、圧縮機１１の回転数を可変することにより、クーラント液Ｌの温度に対するフィードバック制御を行う。

他方、送液ポンプ３７の作動により、冷却されたクーラント液Ｌがクーラント液タンク３１から吸い上げられ、供給管３８を通して工作機械５０に送られる。これにより、図示しないワークに対して冷却されたクーラント液Ｌが供給され、ワークの加工と冷却が行われる。そして、使用されたクーラント液Ｌは戻し管４０およびフィルタ３９を通してクーラント液タンク３１に戻される。この場合、工作機械５０から出たクーラント液Ｌは切粉等の混在により汚れているが、この汚れはフィルタ３９により除去される。しかし、フィルタ３９によって完全に除去することは困難であるため、クーラント液タンク３１に収容されるクーラント液Ｌは徐々に汚れが進行するとともに、クーラント液タンク３１の底部にスラッジＳ（汚泥）が堆積していく。

スラッジＳの堆積により、堆積高さが吸入管３５の吸入口３５ｉに近づくことによって、液吸入口３５ｉからクーラント液ＬとともにスラッジＳが吸い込まれ、凝縮器１５のコイル管部２２に付着するとともに、熱交換器２０の底部に徐々に堆積していく。したがって、熱交換器２０は定期的に又は使用環境により汚れがひどいときには、内部の洗浄を行う必要がある。この場合、従来では、クーラントチラー１０を停止し、熱交換器２０からクーラント液Ｌを排出した後にクランプバンド２３を取り外し、熱交換器２０を分割することによってコイル管部２２を外部に露出させ、熱交換器２０内部の洗浄を行っていた。

しかしながら、熱交換器２０内の洗浄のために時間を要するばかりか、クーラントチラー１０の停止により冷却されたクーラント液Ｌを供給できないため、工作機械５０の運転も停止しなければならない。

そこで、本実施形態に係るクーラント冷却装置１においては、図３に示すように、吸入管３５の開口面３５ｉを上向きに設けている。そうすることにより、循環ポンプ３４の作動によって吸入管３５の開口面３５ｉにクーラント液Ｌが流れ込む方向が、上からとなる。そのため、クーラント液タンク３１の底部にスラッジＳが堆積した場合でも、スラッジＳがクーラント液Ｌの吸い込みの流れに乗らず、開口面３５ｉから吸い込まれることがない。

また、戻し管３６の開口面３６ｅを横向きに設けている。そうすることにより、循環ポンプ３４の作動によって戻し管３６の開口面３６ｅからクーラント液タンク３１にクーラント液Ｌが吐出されて流れ込む方向が、横向きとなる。そのため、クーラント液タンク３１の底部にスラッジＳが堆積した場合でも、クーラント液Ｌの吐出流れがスラッジＳに直接当たることがないため、堆積したスラッジＳが巻き上がることがない。

さらに、本発明の実施の形態２に係るクーラント冷却装置１について、図４を用いて説明する。図４に示す吸入管３５は、開口面３５ｉを横向きに設けている。そうすることにより、循環ポンプ３４の作動によって吸入管３５の開口面３５ｉにクーラント液Ｌが流れ込む方向が、横からとなる。そのため、クーラント液タンク３１の底部にスラッジＳが堆積した場合でも、スラッジＳがクーラント液Ｌの吸い込みの流れに乗らず、開口面３５ｉから吸い込まれることがない。

また、本発明の実施の形態３に係るクーラント冷却装置１について、図５を用いて説明する。図５（a）に示す吸入管３５は、実施の形態１と同じで開口面３５ｉを上向きに設けている。そうすることにより、実施の形態１と同様に、循環ポンプ３４の作動によって吸入管３５の開口面３５ｉにクーラント液Ｌが流れ込む方向が、上からとなる。そのため、クーラント液タンク３１の底部にスラッジＳが堆積した場合でも、スラッジＳがクーラント液Ｌの流れに乗らず、開口面３５ｉから吸い込まれることがない。しかし、吸入管３５の開口面３５ｉが上向きとなった分、クーラント液タンク３１に貯留されるクーラント液Ｌの量が少なくなって液面Ｌsが低下し、開口面３５ｉと液面Ｌsとの距離が小さくなると、開口面３５ｉから空気を吸い込んでしまう。

そのため、実施の形態３では、吸入管３５の開口面３５ｉから離間した所定の位置に、仕切板４２を設けている。そうすることにより、図５（ｂ）に示すように、クーラント液タンク３１に貯留されるクーラント液Ｌの量が少なくなり液面Ｌsが低下した場合でも、仕切板４２を設けることにより、クーラント液Ｌと仕切板４２との間に表面張力が働くことによって、クーラント液Ｌの液面Ｌsが盛り上がり、クーラント液Ｌの吸い込み流れが発生する。そのため、吸入管３５に空気が吸い込まれることがない。

以上詳述したように、このクーラント冷却装置１によれば、クーラントチラー１０の熱交換器２０にクーラント液Ｌを循環させる吸入管３５の開口面３５ｉを上向きまたは横向きに設けているため、クーラント液タンク３１の底部にスラッジＳが堆積した場合でも、スラッジＳが開口面３５ｉから吸い込まれることがない。また、戻し管３６の開口面３６ｅを横向きに設けているため、クーラント液タンク３１の底部にスラッジＳが堆積した場合でも、堆積したスラッジＳが巻き上がることがない。さらに、吸入管３５の開口面３５ｉから離間した所定の位置に、仕切板４２を設けているため、クーラント液タンク３１に貯留されるクーラント液Ｌの量が少なくなって液面Ｌsが低下した場合でも、クーラント液Ｌと仕切板４２との間に表面張力が働くことによって、吸入管３５に空気が吸い込まれることがない。

本発明に係るクーラント冷却装置は、クーラント液の貯留部であるクーラント液タンクとこのクーラント液タンクにクーラント液の吸入管と戻し管を接続することにより、クーラント液を冷却するクーラントチラーを備える各種クーラント冷却装置に適用できるとともに、例示したクーラントチラーをはじめ各種用途のクーラントチラーに利用できる。

１クーラント冷却装置
１０クーラントチラー
１１圧縮機
１２凝縮器
１２ｆ凝縮器ファン
１３膨張弁
１４冷却器
１５電磁弁
１６キャピラリチューブ
１７ホットガスバイパス
１８吸込温度センサ
１９圧縮機インバータ
Ｃ冷凍サイクル
２０熱交換器
２１液流通部
２１ｉ液流入口
２１ｅ液流出口
２２コイル管部
２２ｉ冷媒流入口
２２ｅ冷媒流出口
２３クランプバンド
３０循環系
３１クーラント液タンク
３４循環ポンプ
３５吸入管
３６戻し管
３７送液ポンプ
３８供給管
３９フィルタ
４０戻し管
４１液温度センサ
Ｌクーラント液
Ｌｓ液面
Ｓスラッジ

Claims

クーラント液を貯留するクーラント液タンクと、冷凍サイクルにより前記クーラント液を冷却する冷却器を収納した熱交換器を備えるクーラントチラーと、循環ポンプによってクーラント液を前記熱交換器に供給してクーラント液を冷却させる吸入管路と、前記熱交換器によって冷却されたクーラント液を前記クーラント液タンクに戻す戻し管路を備えたクーラント冷却装置において、前記吸入管路における前記クーラント液タンクに臨む開口部の開口面の開口方向が、水平または水平よりも上向きとなっていることを特徴とするクーラント冷却装置。
前記吸入管路の開口面の開口方向が、上向きであることを特徴とする、請求項１記載のクーラント冷却装置。