JP4231443B2 - Cooling system - Google Patents
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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、インバータ回路とコンプレッサの駆動モータは、回転駆動部として密接不可分の関係で構成されるため、インバータ回路が故障した場合、このインバータ回路に直結して制御される駆動モータも動作不能となり、結局、冷却装置自身が運転不能になる。 Secondly, since the inverter circuit and the drive motor of the compressor are configured in an inseparable relationship as a rotary drive unit, if the inverter circuit fails, the drive motor directly connected to the inverter circuit becomes inoperable. Eventually, the cooling device itself becomes inoperable.
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、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に貯留する冷却液Wを被冷却物Mに供給する送液ポンプ3と、被冷却物Mから冷却液タンク2に戻される冷却液W又は冷却液タンク2から被冷却物Mに供給する冷却液Wを冷却する冷却器4と、冷却器4に接続して冷却液Wを熱交換により冷却する冷凍サイクル5とを備え、被冷却物Mに冷却液Wを循環させることにより被冷却物Mの冷却を行う冷却装置1を構成するに際して、冷凍サイクル5に、圧縮機モータ7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7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8を設けたデジタル制御冷媒圧縮機6を使用し、かつ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8を切換制御して冷却液Wの温度を可変制御する制御系9を備えるとともに、デジタル切換機構部8の切換不能時に、圧縮機モータ7をオン/オフ切換して温度制御を行う予備制御手段10を設けたことを特徴とする。
In order to solve the above-described problem, the present invention provides a
この場合、発明の好適な態様により、予備制御手段10には、デジタル切換機構部8がアンロード状態に切換わった状態で切換不能になった際に、デジタル切換機構部8を強制的にロード状態に変更させる予備切換部11を設けることができる。なお、デジタル制御冷媒圧縮機6は、軌道スクロール13と固定スクロール14を用いた冷媒圧縮部12を有するとともに、固定スクロール14又は軌道スクロール13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8を有している。
In this case, according to a preferred aspect of the invention, the preliminary control means 10 is forced to load the
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6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 in which the digitally controlled
(2) 冷却液Wに対する温度制御は、圧縮機モータ7を動作させた状態で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8を用いるため、デジタル切換機構部8が故障等により切換不能になった場合であっても、圧縮機モータ7のオン/オフ切換による温度制御が可能になるため、従来のようなインバータ回路の故障により冷却装置自身が運転不能になる不具合を回避できる。
(2) The temperature control with respect to the coolant W uses the
(3) 好適な態様により、デジタル切換機構部8がアンロード状態に切換わった状態で切換不能になった際に、デジタル切換機構部8を強制的にロード状態に変更させる予備切換部11を設ければ、基本的には、この予備切換部11の追加部品により実施できるなど、実施の容易化及び低コスト化に貢献できる。
(3) According to a preferred embodiment, when the
(4) 好適な態様により、軌道スクロール13と固定スクロール14を用いた冷媒圧縮部12を備えるとともに、固定スクロール14又は軌道スクロール13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8を設けたデジタル制御冷媒圧縮機6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。
(4) According to a preferred aspect, 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5を参照して具体的に説明する。
First, the configuration of the
図2中、1は本実施形態に係る冷却装置の全体構成を示し、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、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に貯留する冷却液Wを被冷却物Mに供給する送液ポンプ3と、被冷却物Mから冷却液タンク2に戻される冷却液Wを冷却するプレート形熱交換器等の冷却器4と、この冷却器4に接続し、この冷却器4を通る冷却液Wを熱交換により冷却する冷凍サイクル5と、冷却装置1の全体の制御を司る制御系9とを備えている。
In FIG. 2, 1 indicates the overall configuration of the 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。さらに、冷却液タンク2と被冷却物M間には、図2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、冷凍サイクル5は、図2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6を備えており、冷却器4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4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5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, as shown in FIG. 2, the
その他、図2に示す冷凍サイクル5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6は、図1及び図3〜図5に示すように、軌道スクロール13と固定スクロール14を有する冷媒圧縮部12を備えるとともに、固定スクロール14を軸方向Fcに変位させることによりロード状態(図3参照)又はアンロード状態(図4参照)に切換えるデジタル切換機構部8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6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. 1 and 3 to 5, the digitally controlled
次に、このようなデジタル切換機構部8を備えるデジタル制御冷媒圧縮機6の構成について、図1〜図5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7sを上方に突出させた圧縮機モータ7を内蔵する。また、圧縮機モータ7の上方には、冷媒圧縮部12とデジタル切換機構部8を配設する。この場合、圧縮機モータ7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13を載置するとともに、この軌道スクロール13の上に固定スクロール14を被せて冷媒圧縮部12を構成する。この場合、軌道スクロール13は、上面に螺旋翼13f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7s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7sが回転すれば、軌道スクロール13は、軌道上を旋回する。他方、固定スクロール14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14は、下面に螺旋翼14f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14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。この場合、電磁バルブ59はデジタル切換機構部8の一部を構成する。なお、61はデジタル制御冷媒圧縮機6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15r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15fを介して凝縮器25の冷媒流入側に接続する。
On the other hand, 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7,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
ところで、上述した予備バルブ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、デジタル切換機構部8が切換不能になるため、デジタル制御冷媒圧縮機6も制御不能になる。この場合、電磁バルブ59は、開側に切換わった状態で故障する場合と閉側に切換わった状態で故障する場合が発生する。即ち、デジタル切換機構部8がアンロード状態に切換わった状態で故障する場合とロード状態に切換わった状態で故障する場合が発生する。予備バルブ60は、特に、デジタル切換機構部8がアンロード状態に切換わった状態で切換不能になった場合の対策として設けたものであり、デジタル切換機構部8を強制的にロード状態に変更させる予備切換部11を構成する。そして、この予備切換部11(予備バルブ60),液温センサ22及び制御部65は、デジタル切換機構部8が切換不能になった際に、圧縮機モータ7をオン/オフ切換して温度制御を行う予備制御手段10を構成する。なお、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。
By the way, the above-described
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9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6の動作(原理)について、図3〜図7を参照して説明する。このデジタル制御冷媒圧縮機6は、上述したように、軌道スクロール13と固定スクロール14を有する冷媒圧縮部12を備えるとともに、固定スクロール14を軸方向Fcに変位させることにより、圧縮機モータ7の動作時に冷媒圧縮を行うロード状態(図3)又は圧縮機モータ7の動作時に冷媒圧縮を解除するアンロード状態(図4)に切換えるデジタル切換機構部8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6は、圧縮機モータ7を作動させることにより回転軸7sが回転し、この回転軸7sの上端偏心位置に有する係合部53は、回転軸7s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13も、軌道上を旋回運動する。他方、固定スクロール14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13の螺旋翼13fと固定スクロール14の螺旋翼14fは、図5(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3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、予備制御手段10における予備バルブ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14の螺旋翼14fは、軌道スクロール13に圧接する。図3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14の螺旋翼14fに対する軌道スクロール13の螺旋翼13fの相対位置が、図5(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13fと14f間に進入する。軌道スクロール13が軌道上を旋回運動し、螺旋翼14fに対する螺旋翼13fの相対位置が、図5(b)に示す状態になれば、螺旋翼13fと14f間に進入した冷媒Kは、螺旋翼13fと14f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13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3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6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 spiral blade 13f of the orbiting
他方、電磁バルブ59を制御し、図4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14の螺旋翼14fは、図4に示すように、軌道スクロール13から離間し、軌道スクロール13と固定スクロール14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4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6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6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6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6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6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. 6 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2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により送出されるとともに、配管ジョイント24a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。一方、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24bを介して冷却器4に供給される。冷却器4では、供給された冷却液Wと冷凍サイクル5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。そして、冷却器4により冷却された冷却液Wは、冷却液タンク2の戻り口2rに戻され、冷却液タンク2に貯留される。なお、図2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、被冷却物Mに供給される冷却液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6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 supplied to the object to be cooled M is detected by the
よって、このような冷却装置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6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 such a
ところで、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6をロード状態(100〔%〕出力状態)又はアンロード状態(0〔%〕出力状態)となるように時間軸上で選択的に切換えるデジタル制御を行うため、冷却器4から流出する冷却液Wの温度は、図7に仮想線で示す温度変化特性Qsのように、大きな振幅となりかつ頻繁な周期(制御周波数)により変動してしまう。したがって、このような冷却装置1では、特開2003−329355号公報のように、被冷却物Mの手前に冷却器4を接続する構成を採用した場合、冷却器4により冷却された冷却液Wがそのまま被冷却物Mに供給されることになり、冷却器4の冷却特性(挙動)が冷却液Wの温度に直接影響を及ぼす。特に、デジタル制御の周波数が高い(周期が短い)場合には、応答性故に液温も平均化されるが、省エネルギ性及び制御性等を考慮して周期が比較的長くなるように設定した場合には、冷却液Wに与える影響は大きくなる。しかし、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6を備える冷凍サイクル5を接続した冷却器4に対して、冷却液Wを一旦冷却液タンク2に貯留する構成を組み合わせたため、冷却液Wの温度を確実に平均化できることになり、上述した効果、即ち、全体の動作効率が飛躍的に向上し、省エネルギ性及び制御性が高められるという基本的効果を確保しつつ、図7に実線で示す温度変化特性Psのように、冷却精度の高い、しかも液温Twの安定した冷却液Wを得ることができる。
By the way, in the
加えて、軌道スクロール13と固定スクロール14を用いた冷媒圧縮部12を有するとともに、固定スクロール14又は軌道スクロール13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8を有するデジタル制御冷媒圧縮機6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。
In addition, the digital
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6の上流側及び下流側に直列接続した逆止弁15r,15f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6は、デジタル切換機構部8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6の上流側及び下流側にそれぞれ逆止弁15r,15fを直列接続し、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8に示すように、ロード率Rrが設定値Xc(例示は28〔%〕)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6を使用しているため、従来のインバータ制御とは異なり、28〔%〕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7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7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8における負荷〔%〕は、冷却器4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. 8, when the load rate Rr is lower than the set value Xc (illustrated 28 [%]), two control modes can be selected. Since the
他方、電磁バルブ59が故障した場合には、予備制御手段10による温度制御が行われる。この電磁バルブ59が故障した場合の処理について、図9に示すフローチャートを参照して説明する。
On the other hand, when the
今、冷却装置1(デジタル制御冷媒圧縮機6)が正常に動作している状態において電磁バルブ59が故障した場合を想定する(ステップS1,S2)。この場合、電磁バルブ59は、開側に切換わった状態で故障する場合と閉側に切換わった状態で故障する場合が発生する。まず、開側に切換わった状態で故障した場合には、前述した図4の状態で固定され、デジタル切換機構部8は、アンロード状態に切換わったままの状態が継続するため、冷却器4は冷却不能になる。したがって、液温センサ22により検出される液温Twが上昇し、予め設定した上限値を越えてしまうため、異常として検出され、制御部65は、予備バルブ60を閉側に制御する(ステップS3,S4)。この結果、デジタル切換機構部8は強制的にロード状態に変更させられることになる。そして、制御部65は、圧縮機モータ7のオン/オフ切換による温度制御モードに切換える(ステップS5)。これにより、制御部65は、液温センサ22により検出される液温Twに基づいて、圧縮機モータ7をオン/オフ制御する。即ち、液温Twが目標温度よりも高くなった場合には、圧縮機モータ7をオン制御して冷却液Wを冷却するとともに、液温Twが目標温度よりも低くなった場合には、圧縮機モータ7をオフ制御して冷却液Wに対する冷却を解除する温度制御を行う(ステップS6)。この温度制御モードにおける状態を図1に示す。
Now, a case is assumed where the
一方、電磁バルブ59が閉側に切換わった状態で故障した場合には、前述した図3の状態に固定され、デジタル切換機構部8は、ロード状態に切換わったままの状態が継続するため、冷却器4は過冷却になる。したがって、液温センサ22により検出される液温Twが低下し、予め設定した下限値を越えてしまうため、異常として検出され、制御部65は、圧縮機モータ7のオン/オフ切換による温度制御モードに切換える(ステップS3,S7,S5)。これにより、制御部65は、液温センサ22により検出される液温Twに基づいて、上記の場合と同様に、圧縮機モータ7をオン/オフ制御する(ステップS6)。いずれの故障であってもアラームランプを点灯させるなどにより故障を報知し、暫定的に運転を継続させることができる。なお、予備バルブ60に手動バルブを用いた場合には、アラームランプの点灯に基づいて手動で操作すればよい。
On the other hand, when the
このように、本実施形態に係る冷却装置1は、冷却液Wに対する温度制御を、圧縮機モータ7を動作させた状態で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8により行うため、デジタル切換機構部8が故障等により切換不能になった場合であっても、圧縮機モータ7に対するオン/オフ切換により温度制御を続行できるため、従来のようなインバータ回路の故障により冷却装置1自身が運転不能になる不具合を回避できる。また、予備バルブ60(予備切換部11)の追加部品により実施できるため、実施の容易化及び低コスト化に貢献できる。
As described above, the
なお、図10には、本発明の変更実施形態に係る冷却装置1を示す。この変更実施形態に係る冷却装置1は、図2に示す実施形態に係る冷却装置1に対して、冷却器4の接続部位を変更したものである。即ち、変更実施形態に係る冷却装置1では、冷却液タンク2から被冷却物Mに供給する冷却液Wを冷却器4により冷却するようにした。変更実施形態に係る冷却装置1では、図2に示す実施形態に係る冷却装置1に対して、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には、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。なお、図10において、符号4mは、図2に示す冷凍サイクル5から冷却器4を除いた冷凍サイクル本体を示している。その他、図10において、図2と同一部分には同一符号を付して、その構成を明確にするとともに、その詳細な説明は省略する。
In addition, in FIG. 10, 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6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8を設けた冷媒圧縮機であってもよい。また、予備切換部11として予備バルブ60を例示したが、同一機能を有する他の部品を用いてもよいし、デジタル切換機構部8が例示以外の構成の場合には、デジタル切換機構部8の構成に対応した同一機能を発揮する予備切換部11を用いることができる。一方、デジタル制御冷媒圧縮機6の上流側及び下流側に、逆止弁15r及び15f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15r又は15fを接続してもよい。なお、本発明における圧縮機モータ7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 冷却器
5 冷凍サイクル
6 デジタル制御冷媒圧縮機
7 圧縮機モータ
8 デジタル切換機構部
9 制御系
10 予備制御手段
11 予備切換部
12 冷媒圧縮部
13 軌道スクロール
14 固定スクロール
W 冷却液
M 被冷却物
Fc 軸方向
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