JP2016196155A - 温度制御装置、温度制御システム及び温度制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】温度を制御する対象物の熱交換の良否を判定する指標を提供することができる温度制御装置、温度制御システム及び温度制御方法を提供する。
【解決手段】温度制御装置は、流体が流通する管路を備える対象物の温度を制御する。温度制御装置は、流体の流量又は流速を特定する特定部と、特定部で特定した流量又は流速に基づいて管路のレイノルズ数を算出する算出部とを備える。レイノルズ数Ｒｅは、Ｒｅ＝Ｖ×ｄ／νという式で算出することができる。ここで、Ｖは流体の流速であり、ｄは対象物の管路の内径であり、νは流体の動粘性係数である。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体が流通する管路を備える対象物の温度を制御する温度制御装置、該温度制御装置を備える温度制御システム及び温度制御方法に関する。

プラスチック等の合成樹脂を用いて成型品を射出成形する射出成形機には金型が使用されている。射出成形の金型は、溶融したプラスチックが充填される空間部分であるキャビティ、溶融したプラスチックを冷却固化するための冷却水などの流体を流す管路を有する。金型の温度を正確に所要の温度に維持することは、成型品の精度を高めるために非常に重要なことである。

そこで、タンクに設けたヒータで加熱した流体を、ポンプによりタンク、熱交換器、金型、タンクの順に循環させ、温度センサで熱交換器から流出した流体の温度を測定し、測定値に基づいて金型の温度を調整する金型温度調整装置が開示されている（特許文献１参照）。

特開平５−１３１４５５号公報

しかし、流体の温度を測定して金型の温度を調整したとしても、金型に供給する熱量が分からないため金型の熱交換が有効であるかどうかは不明である。また、金型の熱交換に最も影響を与えるものとして流体の流量がある。しかし、金型に供給する流量が分かったとしても、その流量が熱交換に十分であるのかが不明であり、一方で、十分な熱交換を期待して過剰な流量を供給した場合には、無駄なエネルギーを消耗してしまうという問題もある。このように、従来の技術では、金型（対象物）の熱交換が最適であるかどうかを判定する指標がなかった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、温度を制御する対象物の熱交換の良否を判定する指標を提供することができる温度制御装置、該温度制御装置を備える温度制御システム及び温度制御方法を提供することを目的とする。

本発明に係る温度制御装置は、流体が流通する管路を備える対象物の温度を制御する温度制御装置において、流体の流量又は流速を特定する特定部と、該特定部で特定した流量又は流速に基づいて前記管路のレイノルズ数を算出する算出部とを備えることを特徴とする。

本発明に係る温度制御方法は、流体が流通する管路を備える対象物の温度を制御する温度制御装置による温度制御方法において、流体の流量又は流速を特定部が特定するステップと、特定された流量又は流速に基づいて前記管路のレイノルズ数を算出部が算出するステップとを含むことを特徴とする。

特定部は、流体の流量又は流速を特定する。より具体的には、特定部は、流体が流通する管路を備える対象物へ流入する流体の流量又は流速を特定する。流量の特定には、例えば、流量計を用いることができるが、流量計に限定されるものではない。例えば、ポンプが供給する流量とポンプのモータを駆動するインバータの周波数との関係を予め求めておくことにより、インバータが変換する周波数を特定することにより、流量を特定することができる。流速の特定は、例えば、流速計を用いることができる。なお、流量Ｑ及び流速Ｖには、Ｑ＝Ｖ×Ｓの関係がある。ここで、Ｓは対象物の管路の断面積である。

算出部は、特定部で特定した流量又は流速に基づいて管路のレイノルズ数を算出する。レイノルズ数Ｒｅは、Ｒｅ＝Ｖ×ｄ／ν という式で算出することができる。ここで、Ｖは流体の流速であり、ｄは対象物の管路の内径であり、νは流体の動粘性係数である。また、レイノルズ数Ｒｅは、Ｒｅ＝４×Ｑ／（ν×π×ｄ） という式で算出することができる。ここで、Ｑは流体の流量である。

管路内の流れは、レイノルズ数Ｒｅが約２３００を境にして層流から乱流へ移行する。レイノルズ数Ｒｅが約２３００より小さい層流では、流体は管路の管軸に平行な直線状となって流れる。このため、管路内を流れる流体のうち、管路の内壁を介して対象物との熱交換に寄与するのは、内壁付近を直線状に流れる部分に限定され熱交換が十分ではない。一方、レイノルズ数Ｒｅが約２３００より大きい乱流では、流体は乱れて拡散し、管路内全体を流れる不規則な流れとなる。このため、管路内を流れる流体全体が、管路の内壁を介して対象物との熱交換に寄与するので熱交換が良好になる。

算出部で算出したレイノルズ数は、例えば、表示することができる。管路内を流れる流体のレイノルズ数を表示するので、対象物での熱交換の良否を判定する指標を提供することができる。

本発明に係る温度制御装置は、前記算出部で算出したレイノルズ数に基づいて流体の流量を制御する流量制御部を備えることを特徴とする。

流量制御部は、算出部で算出したレイノルズ数に基づいて流体の流量を制御する。ポンプが供給する流体の流量Ｑは、ポンプのモータの回転軸の回転数、すなわちモータを駆動するインバータが変換する周波数と比例する関係にある。すなわち、モータの回転軸の回転数Ｖｆと、ポンプが供給する流体の流量Ｑとの間には、流量Ｑが回転数Ｖｆに比例する関係（Ｑ∝Ｖｆ）がある。例えば、インバータの周波数が上がって、モータの回転軸の回転数がＶｆ１、Ｖｆ２、Ｖｆ３と増加すると、流量Ｑも増加する。流量制御部は、インバータの周波数を制御することにより、対象物の管路に供給する流量を制御することができる。

流量制御部は、レイノルズ数が、例えば、４０００〜５０００の範囲になるように流体の流量を制御することができる。なお、レイノルズ数はこの範囲内に限定されるものではない。レイノルズ数が４０００未満である場合、対象物の熱交換が十分でないおそれがある。また、レイノルズ数が５０００を超えると、過剰な流量となり無駄なエネルギーを消費する可能性がある。レイノルズ数を、例えば、４０００〜５０００の範囲になるように、流体の流量又は流速を制御することにより、過剰な流量による無駄なエネルギーの消費を防止して、対象物の熱交換に有効な状態にすることができる。

また、例えば、対象物が金型である場合、金型の熱交換を良好な状態にすることにより、溶融したプラスチックが充填された金型が昇温した後、流体により冷却される速度を速くすることができ、射出成形のサイクルタイムを短縮することができる。

本発明に係る温度制御装置は、前記対象物へ流入する流体の流入温度を検出する第１温度検出部と、前記対象物から流出する流体の流出温度を検出する第２温度検出部とを備え、前記流量制御部は、前記第１温度検出部で検出した流入温度及び前記第２温度検出部で検出した流出温度の温度差が所定の範囲内になるように流量を制御するようにしてあることを特徴とする。

第１温度検出部は、対象物へ流入する流体の流入温度Ｔ１を検出する。第２温度検出部は、対象物から流出する流体の流出温度Ｔ２を検出する。流量制御部は、第１温度検出部で検出した流入温度Ｔ１及び第２温度検出部で検出した流出温度Ｔ２の温度差ΔＴが所定の範囲内になるように流量を制御する。所定の範囲は、例えば、１℃であるが、対象物によっては、さらに０．１℃の範囲とすることもできる。また、所定の範囲は、例えば、５℃〜１０℃のように１℃を越えてもよい。

対象物が金型である場合、温度を正確に所要の温度に維持することは、成型品の精度を高めるために非常に重要なことである。例えば、１つの金型で多数個の成型品を作製する場合、金型の熱交換が良好なときでも、金型の給水側と排水側の温度が所定の範囲内にないときには、金型の給水側の成型品と排水側の成型品とで品質差が生じる。温度差ΔＴが所定の範囲内になるように流量を制御することにより、成型品の品質差をなくすことができる。

本発明に係る温度制御装置は、前記対象物へ流入する流体の流入温度を検出する第１温度検出部と、前記対象物から流出する流体の流出温度を検出する第２温度検出部と、前記第１温度検出部で検出した流入温度及び前記第２温度検出部で検出した流出温度の温度差が所定の範囲内になるように流体の圧力を制御する圧力制御部とを備えることを特徴とする。

第１温度検出部は、対象物へ流入する流体の流入温度Ｔ１を検出する。第２温度検出部は、対象物から流出する流体の流出温度Ｔ２を検出する。圧力制御部は、第１温度検出部で検出した流入温度Ｔ１及び第２温度検出部で検出した流出温度Ｔ２の温度差ΔＴが所定の範囲内になるように圧力を制御する。所定の範囲は、例えば、１℃であるが、対象物によっては、さらに０．１℃の範囲とすることもできる。また、所定の範囲は、例えば、５℃〜１０℃のように１℃を越えてもよい。

ポンプが供給する流体の圧力Ｐは、モータの回転軸の回転数、すなわちモータを駆動するインバータが変換する周波数と比例する関係にある。より具体的には、モータの回転軸の回転数Ｖｆと、ポンプが供給する流体の圧力Ｐとの間には、圧力Ｐが回転数Ｖｆの２乗に比例する関係（Ｐ∝Ｖｆ² ）がある。また、流体の圧力ＰとモータのトルクＴｒとの間には、圧力ＰがトルクＴｒに比例する関係（Ｐ∝Ｔｒ）がある。従って、流体の圧力を増減させるためには、モータのトルクが増減するようにインバータの周波数を制御すればよい。

対象物が金型である場合、温度を正確に所要の温度に維持することは、成型品の精度を高めるために非常に重要なことである。例えば、１つの金型で多数個の成型品を作製する場合、金型の熱交換が良好なときでも、金型の給水側と排水側の温度が所定の範囲内にないときには、金型の給水側の成型品と排水側の成型品とで品質差が生じる。形状が複雑な金型の場合、内部の管路が複雑になり配管抵抗が大きくなる。このような金型に対しても、温度差ΔＴが所定の範囲内になるように圧力を制御することにより、成型品の品質差をなくすことができる。

本発明に係る温度制御システムは、前述の発明のいずれか１つに係る温度制御装置と、流体が流通する管路を備える対象物とを備え、前記温度制御装置は、前記対象物の温度を制御するようにしてあることを特徴とする。

温度制御装置と、流体が流通する管路を備える対象物とを備え、温度制御装置は、対象物の温度を制御する。これにより、対象物での熱交換の良否を判定する指標を提供することができる温度制御システムを実現することができる。

本発明によれば、対象物での熱交換の良否を判定する指標を提供することができる。

第１実施形態の温度制御システムの構成の一例を示す説明図である。 ポンプが供給する水の流量及び圧力とモータの回転軸の回転数との関係を示す特性の一例を示す模式図である。 インバータ制御されたモータの出力特性の一例を示す説明図である。 インバータの周波数とポンプが供給する水の流量との一例を示す説明図である。 層流の場合の管路内の様子及び水の温度分布の一例を示す模式図である。 乱流の場合の管路内の様子及び水の温度分布の一例を示す模式図である。 水の動粘性係数の一例を示す説明図である。 金型の温度変化の一例を示すタイムチャートである。 第２実施形態の温度制御システムの構成の一例を示す説明図である。 第３実施形態の温度制御システムの構成の一例を示す説明図である。

（第１実施形態）
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は第１実施形態の温度制御システムの構成の一例を示す説明図である。温度制御システムは、温度制御装置１００、対象物としての金型３０などを備える。温度制御装置１００は、例えば、金型温度調節機であるが、これに限定されるものではない。図１に示すように、温度制御装置１００は、温度制御部１０、特定部１１、算出部１２、表示部１３、周波数制御部１４、記憶部１５などを備える。なお、温度制御装置１００に、後述のインバータ２０を含めてもよく、あるいはインバータ２０に加えてモータ２１及びポンプ２２などを含めてもよい。流体としては、水、油などを使用することができ、また蒸気式を採用することができるが、以下の説明では流体の一例として水を使用するものとする。

ポンプ２２と、水が流通する管路を備える対象物としての金型３０との間には、ポンプ３０から金型３０へ水を送出するための配管１、金型３０からポンプ２２へ水を戻すための配管１を接続してある。ポンプ２２から金型３０へ水を送出するための配管１には送媒バルブ２を介装してある。また、金型３０からポンプ２２へ水を戻すための配管１には、返媒バルブ３及びタンク２３を介装してある。

本実施の形態において、金型３０は、比較的小さな金型から比較的大きな金型まで種々のものがある。例えば、複雑な成型品を成形する金型の場合には、射出される樹脂量が少ないため流量は比較的少なくてすむが、金型に設けられた管路が複雑になり、配管抵抗が大きくなるので高圧の流体を供給する必要がある。一方、寸法が大きく形状が単純な成型品には、大きな金型が使用され、射出される樹脂量が大きくなるため、金型の温度を適切な温度に制御するためには、比較的多くの流量の流体を供給する必要がある。

タンク２３には、ヒータが設けられている。タンク２３は、給水用の配管に介装された給水電磁弁２５を介して冷水が供給される。また、タンク２３内の流体は、排水用の配管に介装された排水電磁弁２４を介して排水されるようにしてある。

インバータ２０は、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚなどの交流電源から供給される周波数（基底周波数）を変換し、変換した周波数の交流電圧をポンプ２２のモータ２１に出力する。

ポンプ２２は、ケーシング（容器）内でモータ２１の回転により羽根車を高速回転し、水（流体）に作用する遠心力を利用することにより、配管１を介して金型３０に水を供給する。

図２はポンプ２２が供給する水の流量及び圧力とモータ２１の回転軸の回転数との関係を示す特性の一例を示す模式図である。図２に例示する特性は、ポンプ単体の特性であり、例えば、カスケードポンプ又は渦巻きポンプのいずれも同様の特性を有する。

ポンプ２２が供給する水の流量Ｑは、モータ２１の回転軸の回転数、すなわちインバータ２０が変換する周波数と比例する関係にある。すなわち、モータ２１の回転軸の回転数Ｖｆと、ポンプ２２が供給する水の流量Ｑとの間には、流量Ｑが回転数Ｖｆに比例する関係（Ｑ∝Ｖｆ）がある。例えば、インバータ２０の周波数が上がって、モータ２の回転軸の回転数がＶｆ１、Ｖｆ２、Ｖｆ３と増加すると、流量Ｑも増加する。

また、ポンプ２２が供給する水の圧力Ｐは、モータ２１の回転軸の回転数、すなわちインバータ２０が変換する周波数と比例する関係にある。より具体的には、モータ２１の回転軸の回転数Ｖｆと、ポンプ２２が供給する水の圧力Ｐとの間には、圧力Ｐが回転数Ｖｆの２乗に比例する関係（Ｐ∝Ｖｆ² ）がある。例えば、インバータ２０の周波数が上がって、モータ２１の回転軸の回転数がＶｆ１、Ｖｆ２、Ｖｆ３と増加すると、圧力も増加する。また、水の圧力Ｐとモータ２１のトルクＴｒとの間には、圧力ＰがトルクＴｒに比例する関係（Ｐ∝Ｔｒ）がある。

従って、金型３０に供給する水の流量を増減させるためには、インバータ２０の周波数を上下するように制御し、また水の圧力を増減させるためには、モータ２１のトルクが増減するようにインバータ２０の周波数を制御することにより、水の流量又は圧力を所要の値にすることができる。

図３はインバータ制御されたモータの出力特性の一例を示す説明図である。図３において、横軸はインバータ２０の周波数を示し、縦軸はモータ２１のトルク（出力トルク）及び出力電力を示す。図３に示すように、インバータ２０の周波数が基底周波数(例えば、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ)を境にしてモータ２１の出力特性が変わる。基底周波数以下では、定トルク特性となり、基底回転数以上では定出力特性となる。

図３中、実線で示すモータ２１のトルク曲線（トルク特性）のように、モータ２１のトルクは、定トルク領域では一定となり、定出力領域ではインバータ２０の周波数が大きくなるにつれて徐々に小さくなる。定出力領域におけるモータ２１のトルク曲線上ではモータの出力電力が一定となる。

また、図３中、破線で示すモータ２１の電力曲線（出力電力特性）のように、モータ２１の出力電力は、定トルク領域ではインバータ２０の周波数が大きくなるにつれて徐々に大きくなり、定出力領域では一定となる。定トルク領域におけるモータ２１の電力曲線上ではモータ２１のトルクが一定となる。

周波数制御部１４は、インバータ２０が変換する周波数を制御してポンプ２２が供給する水の流量及び圧力を制御することができる。インバータ制御されたモータ２１については、インバータ２０の周波数とモータ２１のトルクとの間に、図３で例示するモータ２１のトルク曲線で表される特性を有する。従って、インバータ２０の周波数を制御することにより、水の流量を制御することができ、同時にモータ２１のトルクがトルク曲線上に沿って制御されることにより、水の圧力を制御することができる。

なお、周波数制御部１４は、モータ２１のトルク又はトルクに関連する物理量を検出することができる。トルクに関連する物理量は、例えば、モータ２１のトルク電流又は出力（出力電力）などである。なお、トルクには、実際のトルクを定格トルク（モータ２１の固有の一定値）で除算した値であるトルク比（無次元化したもの）も含む。本実施の形態では、モータ２１のトルクに関連する物理量は、モータ２１のトルクに変換することができるトルク電流、負荷電流又はモータ２１の出力電力なども含めることができるものとする。すなわち、モータ２１のトルクとは、モータ２１のトルクだけでなく、トルクに関連する物理量としてのモータ２１のトルク電流、負荷電流又はモータ２１の出力電力も含めることができるものとする。

インバータ２０が変換する周波数とモータ２１の回転軸の回転数（「回転速度」とも称する）との関係は、Ｖｆ＝１２０×Ｆ／Ｎで表すことができる。ここで、Ｖｆはモータ２１の回転軸の回転数で、Ｎはモータ２１の極数で、Ｆはインバータ２０の周波数である。例えば、モータ２１が４極であり、インバータ２０の周波数Ｆが５０Ｈｚの場合、モータ２１の回転軸の回転数Ｖｆは１５００ｒｐｍとなり、インバータ２０の周波数Ｆが６０Ｈｚの場合、モータ２１の回転軸の回転数Ｖｆは１８００ｒｐｍとなる。

温度制御部１０は、温度検出部としての温度センサを備え、例えば、符号Ｘで示す箇所にて金型３０へ供給される水の温度を検出する。温度制御部１０は、検出した温度に基づいて、ヒータ、排水電磁弁２４及び給水電磁弁２５を制御することにより、金型３０へ供給する水の温度を制御する。例えば、ヒータを制御して水を昇温し、また給水電磁弁２５を制御して水の冷却を行うことができる。金型３０へ供給する水の温度は、金型に応じて異なるが、例えば、８０℃、１００℃、１６０℃などに設定することができる。

特定部１１は、金型３０の管路を流れる水の流量又は流速を特定する。流量の特定には、例えば、符号Ｙで示す箇所に流量計を設置し、流量計を用いて特定することができる。流速の特定は、例えば、流速計を用いることができる。なお、流量Ｑ及び流速Ｖには、Ｑ＝Ｖ×Ｓの関係がある。ここで、Ｓは対象物の管路の断面積である。なお、流量の特定は、流量計に限定されるものではなく、以下のようにして流量を特定することもできる。

図４はインバータ２０の周波数とポンプ２２が供給する水の流量との一例を示す説明図である。ポンプ２２が供給する水の流量Ｑと、インバータ２０が変換する周波数Ｆとは比例する関係にある。例えば、Ｑ＝ａ×Ｆ＋ｂと表すことができる。図４の直線は、Ｑ＝ａ×Ｆ＋ｂの関係を図示したものである。なお、定数ａ、ｂは、ポンプ２２、モータ２１等の仕様等により決定される。

図４において、符号Ｐｍ１で示す直線は、流量が比較的多いポンプの場合を示し、符号Ｐｍ３で示す直線は、流量が比較的少ないポンプ（例えば、カスケードポンプなど）の場合を示し、符号Ｐｍ２で示す直線は、流量が中程度のポンプの場合を示す。なお、図４の例は一例であって、これに限定されるものではない。

記憶部１５は、図４に例示した、インバータ２０の周波数とポンプ２２が供給する水の流量との関係を示す関係式上の複数の点での周波数の値と流量値とを対応付けて記憶している。

特定部１１は、予め定められた、ポンプ２２が供給する水の流量とインバータ２０が変換する周波数との関係及びインバータ２０が変換する周波数に基づいて、ポンプ２２が供給する水の流量を特定することができる。

ポンプ２２が供給する水の流量とインバータ２０が変換する周波数との関係は、水の流量とインバータ２０が変換する周波数との関係を示す関係式上の複数の点での流量とインバータの周波数とを対応付けて記憶部１５に記憶しておき、当該対応付けを参照して流量を特定することができる。あるいは、水の流量とインバータ２０の周波数との関係を示す関係式から演算して流量を特定してもよい。

算出部１２は、特定部１１で特定した流量又は流速に基づいて、金型３０の管路のレイノルズ数を算出する。レイノルズ数Ｒｅは、Ｒｅ＝Ｖ×ｄ／ν という式で算出することができる。ここで、Ｖは水の流速であり、ｄは金型３０の管路の内径であり、νは水の動粘性係数である。また、レイノルズ数Ｒｅは、Ｒｅ＝４×Ｑ／（ν×π×ｄ） という式で算出することができる。ここで、Ｑは水の流量である。

管路内の流れは、レイノルズ数Ｒｅが約２３００を境にして層流から乱流へ移行する。

図５は層流の場合の管路内の様子及び水の温度分布の一例を示す模式図である。図５に示すように、レイノルズ数Ｒｅが約２３００より小さい層流では、水は管路の管軸に平行な直線状となって流れる（図中、矢印で示す）。このため、管路内を流れる流体のうち、管路の内壁を介して金型３０との熱交換に寄与するのは、内壁付近を直線状に流れる部分（図中、符号Ａで示す部分）に限定され熱交換が十分ではない。

そして、図５に示すように、内壁付近の水は熱交換に寄与するので温度は低いが、管路の中央部では熱交換に寄与しないので、水の温度は高いままとなっている。なお、図中、Ｔ０は、管路の内壁付近の水の温度を示す。

図６は乱流の場合の管路内の様子及び水の温度分布の一例を示す模式図である。図６に示すように、レイノルズ数Ｒｅが約２３００より大きい乱流では、水は乱れて拡散し、管路内全体を流れる不規則な流れとなる。このため、管路内を流れる流体全体が、管路の内壁を介して金型３０との熱交換に寄与するので熱交換が良好になる。

そして、図６に示すように、管路内の水全体が熱交換に寄与するので水の温度は、管路の内壁も中央部も同程度になっている。

図７は水の動粘性係数の一例を示す説明図である。算出部１２は、レイノルズ数を算出する場合、水の温度に応じて、図７に例示する動粘性係数νを用いることができる。なお、水の動粘性係数νは、使用温度域の代表値を用いてもよく、あるいは、水の温度毎に補間演算を行って動粘性係数を算出してもよい。これにより、レイノルズ数をより正確に算出することができる。

表示部１３は、例えば、液晶パネルの如く表示画面、スピーカ、表示灯などを備える。表示部１３は、算出部１２で算出したレイノルズ数を表示する。管路内を流れる流体のレイノルズ数を表示するので、金型３０での熱交換の良否を判定する指標を提供することができる。また、レイノルズ数が変動した場合、スピーカ又は表示灯で報知するようにしてもよい。

温度制御装置１００を使用するユーザは、表示部１３に表示されたレイノルズ数が所要の数値になるように、マニュアルで水の流量を調整することができる。なお、算出されたレイノルズ数に基づいて、以下に説明するように、自動で流量を制御するように構成することもできる。

周波数制御部１４は、流量制御部としての機能を有し、算出部１２で算出したレイノルズ数に基づいて、金型３０へ供給する水の流量を制御する。ポンプ２２が供給する水の流量Ｑは、ポンプ２２のモータ２１の回転軸の回転数、すなわちモータ２１を駆動するインバータ２０が変換する周波数と比例する関係にある。すなわち、モータ２１の回転軸の回転数Ｖｆと、ポンプ２２が供給する水の流量Ｑとの間には、流量Ｑが回転数Ｖｆに比例する関係（Ｑ∝Ｖｆ）がある。例えば、インバータ２０の周波数が上がって、モータ２１の回転軸の回転数がＶｆ１、Ｖｆ２、Ｖｆ３と増加すると、流量Ｑも増加する。周波数制御部１４は、インバータ２０の周波数を制御することにより、金型３０に供給する水の流量を制御することができる。

また、周波数制御部１４は、レイノルズ数が、例えば、４０００〜５０００の範囲になるように流体の流量を制御することができる。なお、レイノルズ数はこの範囲内に限定されるものではない。レイノルズ数が４０００未満である場合、金型３０の熱交換が十分でないおそれがある。また、レイノルズ数が５０００を超えると、過剰な流量となり無駄なエネルギーを消費する可能性がある。レイノルズ数を、例えば、４０００〜５０００の範囲になるように、水の流量又は流速を制御することにより、過剰な流量による無駄なエネルギーの消費を防止して、金型３０の熱交換に有効な状態で金型３０に水を供給することができる。

図８は金型３０の温度変化の一例を示すタイムチャートである。図８は射出成形の１サイクルにおける温度変化を模式的に示す。図８の上段のチャートは、従来技術の場合を示し、下段のチャートは本実施の形態の温度制御装置１００を使用した場合のチャートである。

溶融したプラスチックが金型に充填されると、金型の温度が上昇し、金型に冷水を供給することにより金型の温度は低下する。従来技術のように、熱交換が十分でない場合には、金型の冷却に時間がかかり、射出成形の１サイクルＣ１は比較的長くなる。

一方、本実施の形態によれば、レイノルズ数を指標とすることにより、金型３０の熱交換を良好な状態にすることができるので、金型の冷却をすばやく行うことができ、射出成形の１サイクルＣ２を短縮（Ｃ２＜Ｃ１）することができる。

上述のように、本実施の形態によれば、温度制御装置１００は、金型３０の温度を制御することができ、金型３０での熱交換の良否を判定する指標を提供することができる温度制御システムを実現することができる。

（第２実施形態）
図９は第２実施形態の温度制御システムの構成の一例を示す説明図である。図１に例示した第１実施形態では、金型経路が１系統であったが、経路は１系統に限定されるものではなく、複数系統であってもよい。図９の例は、複数系統の一例として金型経路が２系統の場合を示す。

すなわち、図９に示すように、ポンプ２２から金型３０へ水を送出するための配管１が２系統あり、また、金型３０からポンプ２２へ水を戻すための配管１が２系統ある。したがって、金型３０内の管路が２系統存在する。

特定部１１は、符号Ｙ１、Ｙ２で示す箇所、すなわち、配管１のそれぞれの系統の流量又は流速を特定する。算出部１２は、特定部１１で特定した流量又は流速に基づいて、金型３０のそれぞれの管路のレイノルズ数を算出する。

算出部１２で算出した各系統のレイノルズ数に基づいて、例えば、送媒バルブ２を手動又は自動で調整することにより、各系統の水の流量を制御することができるので、例えば、全体としての流量は問題がないのにも関わらず、各系統の流量に問題があった場合には、全体としての流量を増加させることなく、系統毎に最適な流量を供給することができ、全体としてバランス良く運転することができる。

（第３実施形態）
図１０は第３実施形態の温度制御システムの構成の一例を示す説明図である。図１に例示した第１実施形態との違いは、金型の流入側の水の温度だけでなく、金型３０の流出側の水の温度も検出する点である。以下、第３実施形態について説明する。

温度制御部１０は、第１温度検出部及び第２温度検出部としての機能を有し、金型３０へ流入する水の流入温度Ｔ１（例えば、図１０において符号Ｘ１で示す箇所の温度）を検出し、金型３０から流出する水の流出温度Ｔ２（例えば、図１０において符号Ｘ２で示す箇所の温度）を検出する。

周波数制御部１４は、流入温度Ｔ１及び流出温度Ｔ２の温度差ΔＴ（Ｔ１−Ｔ２）が所定の範囲内になるように流量を制御する。所定の範囲は、例えば、１℃であるが、金型３０の種類、例えば、精密な製品を成形するような金型では、０．１℃などの範囲とすることもできる。また、所定の範囲は、例えば、５℃〜１０℃のように１℃を越えてもよい。

金型３０の温度を正確に所要の温度に維持することは、成型品の精度を高めるために非常に重要なことである。例えば、１つの金型３０で多数個の成型品を作製する場合、金型３０の熱交換が良好なときでも、金型３０の給水側と排水側の温度が所定の範囲内にないときには、金型３０の給水側の成型品と排水側の成型品とで品質差が生じる。温度差ΔＴが所定の範囲内になるように流量を制御することにより、成型品の品質差をなくすことができる。

また、周波数制御部１４は、圧力制御部としての機能を有し、流入温度Ｔ１及び流出温度Ｔ２の温度差ΔＴが所定の範囲内になるように圧力を制御する。ポンプ２２が供給する水の圧力Ｐは、モータ２１の回転軸の回転数、すなわちモータ２１を駆動するインバータ２０が変換する周波数と比例する関係にある。より具体的には、モータ２１の回転軸の回転数Ｖｆと、ポンプ２２が供給する水の圧力Ｐとの間には、圧力Ｐが回転数Ｖｆの２乗に比例する関係（Ｐ∝Ｖｆ² ）がある。また、水の圧力Ｐとモータ２１のトルクＴｒとの間には、圧力ＰがトルクＴｒに比例する関係（Ｐ∝Ｔｒ）がある。従って、水の圧力を増減させるためには、モータ２１のトルクが増減するようにインバータ２０の周波数を制御すればよい。

形状が複雑な金型３０の場合、内部の管路が複雑になり配管抵抗が大きくなる。このような金型３０に対しても、温度差ΔＴが所定の範囲内になるように圧力を制御することにより、成型品の品質差をなくすことができる。

成型品又は製品に応じて使用される金型の種類は多く、金型が変わればその金型に応じた最適な運転状況も変動する。本実施の形態では、レイノルズ数を算出することにより、金型の管路が変わっても熱交換が効率良く行うことができるように運転（流量又は圧力の制御）を行うことができるので、例えば、使用した金型毎にレイノルズ数を関連付けて記録しておくことにより、将来新しい金型を使用する際に、記録した金型とレイノルズ数を参考にすることで、新しい金型へ供給する流量や圧力が直ちに分かるので、従来のような試行錯誤で流量を決定するような手間が不要となり、作業効率を格段に向上させることができる。また、金型とレイノルズ数とを関連付けて記録することにより、成形品質の確保に欠かせないトレーサビリティを確実なものとすることができる。そして、成型品又は製品の品質安定にも貢献する。

また、本実施の形態では、レイノルズ数の数値化によって、例えば、成型品生産前の条件設定においても、レイノルズ数が低すぎる場合には、管路を大きくして全体として流量を増やすこと、あるいは金型と配管とを繋ぐカプラー内の配管抵抗を改善するなどの対策を行う必要があるかどうかを明確に判断することができる。

上述の実施の形態では、流体が流通する管路を備える対象物の一例として金型について説明したが、対象物は樹脂成形に用いられる金型に限定されるものでなく、流体を媒体として熱交換するもの（例えば、熱交換器など）であれば、本実施の形態を適用することができる。また、上述の実施の形態では、流量を制御するものとしてインバータの例を説明したが、流量を制御するものはインバータに限定されるものではない。

なお、前述の実施の形態の少なくとも一部を任意に組み合わせることができる。

１００ 温度制御装置
１ 配管
２ 送媒バルブ
３ 返媒バルブ
１０ 温度制御部
１１ 特定部
１２ 算出部
１３ 表示部
１４ 周波数制御部
１５ 記憶部
２０ インバータ
２１ モータ
２２ ポンプ
２３ タンク
２４ 排水電磁弁
２５ 給水電磁弁
３０ 金型

Claims (6)

1. 流体が流通する管路を備える対象物の温度を制御する温度制御装置において、
   流体の流量又は流速を特定する特定部と、
   該特定部で特定した流量又は流速に基づいて前記管路のレイノルズ数を算出する算出部と
   を備えることを特徴とする温度制御装置。
2. 前記算出部で算出したレイノルズ数に基づいて流体の流量を制御する流量制御部を備えることを特徴とする請求項１に記載の温度制御装置。
3. 前記対象物へ流入する流体の流入温度を検出する第１温度検出部と、
   前記対象物から流出する流体の流出温度を検出する第２温度検出部と
   を備え、
   前記流量制御部は、
   前記第１温度検出部で検出した流入温度及び前記第２温度検出部で検出した流出温度の温度差が所定の範囲内になるように流量を制御するようにしてあることを特徴とする請求項２に記載の温度制御装置。
4. 前記対象物へ流入する流体の流入温度を検出する第１温度検出部と、
   前記対象物から流出する流体の流出温度を検出する第２温度検出部と、
   前記第１温度検出部で検出した流入温度及び前記第２温度検出部で検出した流出温度の温度差が所定の範囲内になるように流体の圧力を制御する圧力制御部と
   を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の温度制御装置。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の温度制御装置と、流体が流通する管路を備える対象物とを備え、
   前記温度制御装置は、前記対象物の温度を制御するようにしてあることを特徴とする温度制御システム。
6. 流体が流通する管路を備える対象物の温度を制御する温度制御装置による温度制御方法において、
   流体の流量又は流速を特定部が特定するステップと、
   特定された流量又は流速に基づいて前記管路のレイノルズ数を算出部が算出するステップと
   を含むことを特徴とする温度制御方法。

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