JP5445766B2 - 冷却装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、被冷却物に冷却液を循環させて当該被冷却物の冷却を行う冷却装置及びその制御方法に関する。

従来、冷却液タンクから供給される冷却液を冷却器により冷却し、冷却後の冷却液をレーザ加工機等の被冷却物に循環させることにより、当該被冷却物の冷却を行うようにした冷却装置は知られており、既に本出願人もこのような用途に最適な冷却装置（冷却装置の制御方法）を提案した（特許文献１参照）。

この冷却装置は、冷却液が収容された冷却液タンクと、この冷却液タンクから送られた冷却液を冷却器により冷却して被冷却物に供給する冷却液の供給系と、被冷却物から戻された使用後の冷却液を冷却液タンクに収容する冷却液の戻り系と、被冷却物に供給する冷却液の温度を液温センサにより検出し、検出した温度が予め設定した目標温度になるようにフィードバック制御を行う制御系を備えている。

特開２００７−２１８４９０号公報

しかし、上述した特許文献１の冷却装置（冷却装置の制御方法）は、次のような解決すべき課題も残されていた。

即ち、この種の冷却装置は、通常、３０〜４０〔リットル〕程度の冷却液を収容できる冷却液タンクを備えており、この冷却液タンクから圧送ポンプにより冷却液を供給するとともに、被冷却物から戻された使用後の冷却液は、一旦、冷却液タンクに収容される。したがって、この冷却液タンクはバッファ機能を有しており、使用後の冷却液の温度に変動があっても冷却液タンク内で緩和される。この結果、冷却液タンクから供給される冷却液の温度の変動が抑制されるため、冷却器により冷却する際には、精度の高い安定したフィードバック制御を行うことができる。

一方、冷却装置に対する小型化の要請から冷却液タンクもできるだけ容積を小さくすることが望ましいが、冷却液タンクの容積を小さくすることは、上述したバッファ機能を低下させることになる。例えば、被冷却物の負荷変動等により使用後の冷却液の温度が急激に上昇した場合、冷却液タンクから供給される冷却液の温度の上昇速度も対応して速くなる。この結果、冷却液を冷却する冷却器（冷凍サイクル）の冷却制御に応答遅れを生じ、図５に示すように、供給される冷却液の温度Ｔｄも目標温度Ｔｓに追従できなくなる。結局、冷却液タンクの容積を小さくした場合、精度の高い安定した温度制御を確保することができなくなり、冷却液タンクの小容積化、更には、冷却装置の小型化を図るには限界があった。

また、レーザ加工機等の機器を冷却する場合、機器が停止状態から不定期の運転状態になることもある。この場合、冷却装置から見れば無負荷状態から負荷状態に急激に変動することになり、この場合も供給される冷却液の温度Ｔｄが目標温度Ｔｓに追従できなくなる虞れがある。したがって、機器が停止状態であっても冷却装置の運転を停止させることができず、省エネルギ性の観点からも更なる改善の余地が残されていた。

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及びその制御方法の提供を目的とするものである。

本発明に係る冷却装置１は、上述した課題を解決するため、冷却液Ｌが収容された冷却液タンク２と、この冷却液タンク２から供給される冷却液Ｌを冷却器３により冷却して被冷却物Ｍの給入口Ｍｉに供給する冷却液供給系４と、被冷却物Ｍの排出口Ｍｅから戻される使用後の冷却液Ｌｒを冷却液タンク２に収容する冷却液戻り系５と、給入口Ｍｉに供給される冷却液Ｌの温度を供給側液温センサ６により検出し、検出した温度（供給側検出温度）Ｔｄが予め設定した目標温度Ｔｓになるようにフィードバック制御を行う温度制御系（第一温度制御系）７とを備えてなる冷却装置を構成するに際して、排出口Ｍｅから戻される使用後の冷却液Ｌｒの温度を、戻り側液温センサ８により検出し、検出した温度（戻り側検出温度）Ｔｒ又はこの戻り側検出温度Ｔｒに基づく変化物理量の時間に対する変化度合ｋ１，ｋ２…を求めるとともに、供給側検出温度Ｔｄに対する制御条件ｃ１…を、変化度合ｋ１…に対応する制御条件ｃ１…に変更するフィードフォワード制御を行う第二温度制御系９を設けたことを特徴とする。

一方、本発明に係る冷却装置１の制御方法は、上述した課題を解決するため、冷却液Ｌが収容された冷却液タンク２から供給される冷却液Ｌを、冷却器３により冷却して被冷却物Ｍの給入口Ｍｉに供給し、かつ被冷却物Ｍの排出口Ｍｅから戻される使用後の冷却液Ｌｒを冷却液タンク２に収容するとともに、給入口Ｍｉに供給される冷却液Ｌの温度を検出し、この温度（供給側検出温度）Ｔｄが予め設定した目標温度Ｔｓになるようにフィードバック制御を行うに際し、フィードバック制御を行うことに加え、排出口Ｍｅから戻される使用後の冷却液Ｌｒの温度を検出し、検出した温度（戻り側検出温度）Ｔｒ又はこの戻り側検出温度Ｔｒに基づく変化物理量の時間に対する変化度合ｋ１，ｋ２…を求めるとともに、供給側検出温度Ｔｄに対する制御条件を、変化度合ｋ１，ｋ２…に対応する制御条件に変更するフィードフォワード制御を行うようにしたことを特徴とする。

また、本発明は、好適な態様により、冷却器３は、冷媒Ｋが循環する冷凍サイクルＣにおける冷却器３を用いることができる。一方、制御条件ｃ１…には、圧縮機１１の回転数，凝縮器ファン１２の回転数，冷却用電子膨張弁１３の開度，加熱用電子膨張弁１４の開度，の少なくとも一つ以上を含ませることができる。なお、第二温度制御系９における戻り側検出温度Ｔｒに基づく変化物理量には、戻り側検出温度Ｔｒと冷却液Ｌの流量の演算により求めた負荷の大きさを用いることができる。他方、第二温度制御系９は、戻り側検出温度Ｔｒが、予め設定した下限レベルＴＬ以下のときは、制御条件を、運転停止又は加熱動作を選択可能な省エネルギモードｃＥに変更することができる。

このような本発明に係る冷却装置１及びその制御方法によれば、次のような顕著な効果を奏する。

（１） フィードバック制御を行うことに加え、排出口Ｍｅから戻される使用後の冷却液Ｌｒの戻り側検出温度Ｔｒ又はこの戻り側検出温度Ｔｒに基づく変化物理量の時間に対する変化度合ｋ１，ｋ２…を求めるとともに、供給側検出温度Ｔｄに対する制御条件を、変化度合ｋ１，ｋ２…に対応する制御条件に変更するフィードフォワード制御を行うようにしたため、被冷却物Ｍの負荷変動等により戻り側検出温度Ｔｒが急激に変動するような場合であっても、フィードバック制御に反映される前に、フィードフォワード制御により制御条件を変更し、冷却液Ｌに対する冷却能力に反映させることができる。したがって、精度の高い安定した温度制御を確保しつつ冷却液タンク２の小容積化、更には冷却装置１の小型化を図ることができる。

（２） フィードフォワード制御は、使用後の冷却液Ｌｒの戻り側検出温度Ｔｒ又はこの戻り側検出温度Ｔｒに基づく変化物理量の時間に対する変化度合ｋ１，ｋ２…に対応して、供給側検出温度Ｔｄに対する制御条件を変更するため、変化度合ｋ１，ｋ２…が小さければ、制御条件はほとんど変化せず、急激な負荷変動により変化度合ｋ１，ｋ２…が大きくなったときのみ制御条件の変更が行われる。したがって、通常運転ではフィードフォワード制御の影響を受けることがなく、本来の安定した運転を行うことができる。

（３） 好適な態様により、冷却器３に、冷媒Ｋが循環する冷凍サイクルＣにおける冷却器３を用いれば、ペルチェ素子を用いたサーモモジュール等の他の冷却器に比べ、より多くの制御項目、即ち、圧縮機１１の回転数，凝縮器ファン１２の回転数，冷却用電子膨張弁１３の開度，加熱用電子膨張弁１４の開度等を用いることができるため、制御条件の最適化により、より的確な制御条件を設定できる。特に、開度調整可能な加熱用電子膨張弁１４を利用したため、よりきめ細かな制御を行うことができる。

（４） 好適な態様により、第二温度制御系９における戻り側検出温度Ｔｒに基づく変化物理量として、戻り側検出温度Ｔｒと冷却液Ｌの流量の演算により求めた負荷の大きさを用いれば、被冷却物Ｍの負荷状態を的確に反映できるため、より精度の高い変化度合ｋ１…を求めることができる。

（５） 好適な態様により、戻り側検出温度Ｔｒが、予め設定した下限レベルＴＬ以下のときは、制御条件を、運転停止又は加熱動作を選択可能な省エネルギモードｃＥに変更するようにすれば、特に、冷却装置１がほとんど使用されない状態或いは停止忘れ等に対して自動で省エネルギモードｃＥに移行させることができるため、更なる省エネルギ性の向上に寄与できる。

本発明の好適実施形態に係る冷却装置の制御方法の処理手順を説明するためのフローチャート、 同冷却装置の回路構成図、 同冷却装置における温度制御系のブロック回路図、 同温度制御系の表示部における表示態様の一例を示す表示態様図、 同制御方法の実施に用いる段階的に設定した複数の大きさの変化度合を説明するためのグラフ、 同変化度合と設定した追加制御条件の関係を示す表、 同制御方法の実施に用いる戻り側検出温度が下限レベルに達した状態を示すグラフ、 同戻り側検出温度が下限レベルに達したときの省エネルギモードにおける追加制御条件を示す表、

次に、本発明に係る好適実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。

まず、本実施形態に係る冷却装置１の構成について、図２〜図４を参照して具体的に説明する。

図２中、１は本実施形態に係る冷却装置の全体構成を示す。冷却装置１は、冷却液Ｌを収容する冷却液タンク２を備え、この冷却液タンク２は、冷却液供給系４を構成する冷却液供給ライン２１を介してレーザ加工機等の被冷却物Ｍの給入口Ｍｉに接続するとともに、冷却液戻り系５を構成する冷却液戻りライン２２を介して被冷却物Ｍの排出口Ｍｅに接続する。また、冷却液供給ライン２１の中途には、冷却液タンク２に収容する冷却液Ｌを被冷却物Ｍに供給するための圧送ポンプ２３及びこの圧送ポンプ２３により供給される冷却液Ｌを冷却する冷却器（熱交換器）３を直列に接続する。さらに、冷却液供給ライン２１には、冷却液Ｌの圧力を検出する液圧計２４を付設するとともに、冷却液タンク２には、補給ライン２５，ドレンライン２６，液面計２７，フロートスイッチ２８及びストレーナ２９等をそれぞれ付設する。

一方、冷却液供給ライン２１には、給入口Ｍｉに供給する冷却液Ｌの温度を検出する供給側液温センサ６を付設するとともに、冷却液戻りライン２２には、排出口Ｍｅから戻される使用後の冷却液Ｌｒの温度を検出する戻り側液温センサ８を付設する。これにより、供給側液温センサ６から供給側検出温度Ｔｄを得ることができるとともに、戻り側液温センサ８から戻り側検出温度Ｔｒを得ることができる。

他方、冷却器３には、冷却液供給ライン２１を流れる冷却液Ｌを熱交換により冷却する冷凍サイクルＣを接続する。冷凍サイクルＣは、主要機能部として、圧縮機１１，凝縮器３０，冷媒ストレーナ３１，冷却用電子膨張弁１３等を備えており、冷却器３の冷媒流入側には、冷却用電子膨張弁１３の冷媒流出側を接続するとともに、冷却器３の冷媒流出側には、冷媒ストレーナ３１の冷媒流入側を接続する。これにより、矢印Ｆｃ方向に冷媒Ｋが循環する冷媒循環回路Ｃｃが構成される。このように、冷却器３に、冷媒Ｋが循環する冷凍サイクルＣにおける冷却器３を用いれば、ペルチェ素子を用いたサーモモジュール等の他の冷却器に比べ、より多くの制御項目、即ち、圧縮機１１の回転数，凝縮器ファン１２の回転数，冷却用電子膨張弁１３の開度，加熱用電子膨張弁１４の開度等を用いることができるため、制御条件の最適化により、より的確な制御条件を設定できる利点がある。特に、開度調整可能な加熱用電子膨張弁１４を利用したため、よりきめ細かな制御を行うことができる。

また、３３は、圧縮機１１の冷媒流出側と冷却用電子膨張弁１３の冷媒流出側間に接続したホットガスバイパス回路であり、このホットガスバイパス回路３３には加熱用電子膨張弁１４を直列に接続する。さらに、圧縮機１１の駆動には、圧縮機モータ３４を使用し、この圧縮機モータ３４はインバータユニット３５に接続する。また、凝縮器３０には、空冷用の凝縮器ファン１２を付設するとともに、この凝縮器ファン１２の駆動には、ファンモータ３６を使用し、このファンモータ３６はインバータユニット３７に接続する。その他、冷凍サイクルＣにおける冷媒循環回路Ｃｃには、吸入温度センサ３８，吐出温度センサ３９，凝縮冷媒温度センサ４０，冷却器入口冷媒温度センサ４１，高圧圧力スイッチ４２をそれぞれ付設する。この場合、高圧圧力スイッチ４２は、主に保護スイッチとして機能する。

そして、供給側液温センサ６，戻り側液温センサ８，各温度センサ３８，３９，４０，４１，インバータユニット３５，３７、冷却用電子膨張弁１３及び加熱用電子膨張弁１４は、それぞれコントローラ５０に接続する。コントローラ５０は、制御系の主要部を構成し、冷凍サイクルＣを含む冷却装置１の全体の制御を司る機能を有する。したがって、コントローラ５０は、図３に示すように、マイコン（マイクロコンピュータ）を使用した制御部５１を備えるとともに、この制御部５１に接続した操作部を兼ねる入力部５２及び液晶表示パネル等を用いた表示部５３を備える。この場合、制御部５１は、ＣＰＵ及びメモリ等を内蔵したコンピュータ機能を有し、予め格納した制御プログラムにより各種処理機能及び制御機能（シーケンス制御）を実行するとともに、通信機能等の必要に応じた各種機能を備えている。

特に、コントローラ５０は、本実施形態に係る制御方法に用いる制御プログラム（シーケンスプログラム）を格納するとともに、データベース１５を備え、このデータベース１５には、後述する、段階的に設定した複数の大きさの変化度合ｋ１，ｋ２…と各変化度合ｋ１，ｋ２…に対応させて設定した複数の追加制御条件ｃ１，ｃ２…を有する。また、コントローラ５０に接続される供給側液温センサ６及び戻り側液温センサ８は、制御部５１のセンサポートに接続する。これにより、供給側液温センサ６と制御部５１は、供給側液温センサ６により検出した供給側検出温度Ｔｄが予め設定した目標温度Ｔｓになるようにフィードバック制御を行う第一温度制御系７を構成し、他方、戻り側液温センサ８と制御部５１は、戻り側液温センサ８により検出した戻り側検出温度Ｔｒ又はこの戻り側検出温度Ｔｒに基づく変化物理量の時間に対する変化度合ｋ１…を求めるとともに、供給側検出温度Ｔｄに対する制御条件を、求めた変化度合ｋ１…に対応する制御条件に変更するフィードフォワード制御を行う第二温度制御系９を構成する。したがって、制御部５１からは、少なくとも、インバータユニット３５，３７、冷却用電子膨張弁１３及び加熱用電子膨張弁１４に対して、制御条件に対応する制御指令が付与される。

次に、冷却装置１の動作を含む本実施形態に係る制御方法について、図２〜図８を参照しつつ図１に示すフローチャートに従って説明する。

まず、本実施形態に係る制御方法においては、戻り側検出温度Ｔｒ又はこの戻り側検出温度Ｔｒに基づく変化物理量の時間に対する変化度合ｋ１，ｋ２…を求めるとともに、この変化度合ｋ１，ｋ２…に対応する制御条件を用いるため、予め、段階的に設定した複数の大きさの変化度合ｋ１，ｋ２…と各変化度合ｋ１，ｋ２…に対応させて設定した複数の追加制御条件ｃ１，ｃ２…を有するデータベース１５を設ける。

図５は、段階的に設定した複数の大きさの変化度合ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４，ｋ５，ｋ６をグラフ形式により示す。同図は、戻り側検出温度Ｔｒがｔｃ時点で変動した際の当該戻り側検出温度Ｔｒの変化度合ｋ１…を示す。この場合、変化度合ｋ１…は、単位時間当たりの戻り側検出温度Ｔｒの変化量として用いることができる。図５において、ｋ４〜ｋ６は上昇度合を示しており、ｋ６は想定される大きな変化度合、ｋ４は想定される比較的小さな変化度合、ｋ５はｋ４とｋ６の中間の変化度合を示すとともに、ｋ１〜ｋ３は下降度合を示し、ｋ１は想定される大きな変化度合、ｋ３は想定される比較的小さな変化度合、ｋ２はｋ１とｋ３の中間の変化度合を示す。なお、図５中、Ｔｓは供給側の目標温度を示す。

なお、例示の場合、戻り側検出温度Ｔｒの時間に対する変化度合ｋ１…を求めたが、必要により、図２に仮想線で示すように、冷却液供給ライン２１に流量計５５を接続し、冷却液Ｌの流量を検出するとともに、この流量と戻り側検出温度Ｔｒの変化量を乗じて被冷却物Ｍの負荷の大きさ（変化物理量）の時間に対する変化度合ｋ１…を求めてもよい。この場合、流量は、圧送ポンプ２３の運転状態により変化するため、予め、圧送ポンプ２３の運転状態に対応した流量をプリセットし、このプリセットした流量を用いてもよく、この場合には流量計５５が不要となる。このように、第二温度制御系９における戻り側検出温度Ｔｒに基づく変化物理量として、戻り側検出温度Ｔｒと冷却液Ｌの流量の演算により求めた負荷の大きさを用いれば、被冷却物Ｍの負荷状態を的確に反映できるため、より精度の高い変化度合ｋ１…を求めることができる。

さらに、負荷の大きさに対応した変化度合ｋ１…が得られることから、図４に示すように、表示部５３に負荷状態表示部６１を設けることにより、負荷状態を目視により確認できるようにしてもよい。図４中、６２は変化度合ｋ１…の表示部、６３は負荷状態のグラフ表示部をそれぞれ示す。

また、各変化度合ｋ１，ｋ２…に対応した追加制御条件ｃ１，ｃ２，ｃ３，ｃ４，ｃ５，ｃ６をそれぞれ設定する。図６は、設定した追加制御条件ｃ１，ｃ２…を示す。この追加制御条件ｃ１，ｃ２…は、圧縮機１１の回転数（圧縮機回転数），凝縮器ファン１２の回転数（凝縮器ファン回転数），冷却用電子膨張弁１３の開度（冷却用電子膨張弁開度），加熱用電子膨張弁１４の開度（加熱用電子膨張弁開度）により設定する。この場合、例えば、急激な変動に基づく変化度合ｋ６が求められれば、図６から、圧縮機回転数を「最大」に、凝縮器ファン回転数を「最大」に、冷却用電子膨張弁開度を「全開」に、加熱用電子膨張弁開度を「全閉」に制御する追加制御条件ｃ６が選択される。他方、変化度合ｋ４が求められれば、図６から、圧縮機回転数を「＋１」に、凝縮器ファン回転数を「＋１」に、冷却用電子膨張弁開度を「＋１」に、加熱用電子膨張弁開度を「−２」に制御する追加制御条件ｃ４が選択される。追加制御条件の「＋１」は、平常運転時のフィードバック制御における制御条件が「＋３」の場合、「＋４」に変更することを意味する。追加制御条件ｃ１，ｃ２，ｃ３，ｃ４，ｃ５，ｃ６は一例であり、予め実験等により最適値を求め、データベース１５にデータテーブルとして設定する。

一方、図７は、戻り側検出温度Ｔｒがｔｃ時点で急激に低下し、予め設定した下限レベルＴＬに達した状態を示している。この場合、低負荷となることから、戻り側検出温度Ｔｒと供給側検出温度Ｔｄ（目標温度Ｔｓ）は接近した状態となる。このようなケースとしては、例えば、複数の被冷却物Ｍ…に冷却装置１が接続された状態で何らかのイベント発生により全部の被冷却物Ｍの運転が停止した場合、即ち、運転スイッチをＯＦＦにしていない状態で想定外の低負荷状態が発生する場合等が考えられる。この場合、冷却装置１は無駄な運転が継続してしまうため、図８に示すように、制御条件を、運転停止又は加熱動作を選択可能な省エネルギモードｃＥに変更する。図８は、圧縮機１１及び凝縮器ファン１２の作動を停止させた例であり、冷却装置１の実質的な運転停止となる。なお、この際の制御条件としては、その他、加熱動作を行う制御条件或いは冷却能力を最低レベルまで低下させる制御条件に設定してもよい。

次に、冷却装置１の具体的な動作について説明する。今、冷却装置１は、平常運転が行われているものとする（ステップＳ１）。この場合、圧送ポンプ２３の作動により、冷却液タンク２に収容された冷却液Ｌは、冷却液供給ライン２１を介して被冷却物Ｍの給入口Ｍｉに供給されるとともに、被冷却物Ｍを熱交換により冷却した使用後の冷却液Ｌｒは、排出口Ｍｅから排出され、冷却液戻りライン２２を介して冷却液タンク２に戻される。この際、冷却液供給ライン２１を流れる冷却液Ｌは、冷却器３により冷却される。即ち、冷却器３に流入した冷却液Ｌは、冷凍サイクルＣにおける冷却された冷媒Ｋとの熱交換により冷却される。冷凍サイクルＣでは、圧縮機１１の運転により冷媒Ｋが冷媒循環回路Ｃｃを矢印Ｆｃ方向に循環し、冷凍サイクルＣによる冷媒冷却が行われる。なお、図２中、矢印Ｆｗ…は冷却液Ｌが流れる方向を示す。

また、被冷却物Ｍに供給される冷却液Ｌの温度は、供給側液温センサ６により検出され、得られる供給側検出温度Ｔｄはコントローラ５０に付与される。これにより、制御部５１はインバータユニット３５に制御指令を付与し、圧縮機モータ３４の回転数を制御するとともに、必要により、凝縮器ファン１２の回転数，冷却用電子膨張弁１３の開度，加熱用電子膨張弁１４の開度の一つ又は二つ以上を制御して、供給側検出温度Ｔｄが目標温度Ｔｓになるように冷却液Ｌの温度に対するフィードバック制御を行う。

一方、制御部５１は、戻り側液温センサ８から検出される戻り側検出温度Ｔｒを監視する（ステップＳ２）。監視に際しては、まず、下限レベルＴＬ以下か否かを判断する（ステップＳ３）。下限レベルＴＬ以下のときは、戻り側検出温度Ｔｒが、目標温度Ｔｓに接近した温度として検出される場合であり、例えば、冷却装置１の運転スイッチをＯＮにして運転を開始しても被冷却物Ｍは運転を開始することなく無負荷状態を継続している場合が考えられる。他方、前述した図７に示すように、被冷却物Ｍが運転中であっても何らかのイベント発生により運転を停止した場合も考えられる。この場合、下限レベルＴＬ以下まで下降することが考えられる。このように、戻り側検出温度Ｔｒが下限レベルＴＬ以下のときは、図８に示す変化度合ｋＬが選択されるとともに、この変化度合ｋＬに対応する制御条件として省エネルギモードｃＥが選択される。この結果、使用中の制御条件が新たな制御条件となる省エネルギモードｃＥに変更（更新）される（ステップＳ４）。この省エネルギモードｃＥでは、圧縮機１１は停止し、凝縮器ファン１２も停止する。即ち、冷却装置１の実質的な運転が停止する。このような省エネルギモードｃＥを設ければ、特に、冷却装置１がほとんど使用されない状態或いは停止忘れ等に対して自動で省エネルギモードｃＥに移行させることができるため、更なる省エネルギ性の向上に寄与できる。

他方、戻り側検出温度Ｔｒが下限レベルＴＬを越えた状態であって、その変動がなければ、そのままフィードバック制御による平常の温度制御が継続する（ステップＳ３，Ｓ５，Ｓ８，Ｓ１…）。

これに対して、今、被冷却物Ｍの負荷状態が何らかの原因より大きくなった場合を想定する。これにより、被冷却物Ｍにおける冷却液Ｌとの熱交換量も多くなるため、戻り側検出温度Ｔｒが上昇する（ステップＳ５）。この戻り側検出温度Ｔｒは、制御部５１に付与されるため、制御部５１は、この戻り側検出温度Ｔｒから単位時間当たりの変化量（変化度合）を求める（ステップＳ６）。そして、データベース１５のデータテーブルに設定されている変化度合ｋ４〜ｋ６の中から、求めた変化度合に最も近いものを選択する。一例として、変化度合ｋ５が選択されたものとすれば、この変化度合ｋ５に対応する追加制御条件ｃ５が選択され、使用中の制御条件は、追加制御条件ｃ５により変更（更新）される（ステップＳ７）。したがって、この場合、圧縮機１１の回転数は、平常時の制御条件に加えて「＋２」レベルまで大きくなるとともに、凝縮器ファン１２の回転数は、平常時の制御条件に加えて「＋２」レベルまで大きくなり、さらに、冷却用電子膨張弁開度は、平常時の制御条件に加えて「＋２」レベルの開度まで開くとともに、加熱用電子膨張弁開度は、「全閉」となるように制御、即ち、フィードフォワード制御が行われる。

このように、第二温度制御系９に、段階的に設定した複数の大きさの変化度合ｋ１，ｋ２…と各変化度合ｋ１，ｋ２…に対応させて設定した複数の追加制御条件ｃ１，ｃ２…を有するデータベース１５を設けるとともに、変化度合ｋ１，ｋ２…に対応してデータベース１５から選択した追加制御条件ｃ１，ｃ２…により平常時の制御条件を変更する機能を設ければ、追加制御条件ｃ１，ｃ２…を求めるための演算処理等が不要となる。

他方、被冷却物Ｍの負荷状態が何らかの原因より小さくなった場合を想定する。これにより、被冷却物Ｍにおける冷却液Ｌとの熱交換量も小さくなるため、戻り側検出温度Ｔｒが下降する（ステップＳ８）。この戻り側検出温度Ｔｒは、制御部５１に付与されるため、制御部５１は、この戻り側検出温度Ｔｒから単位時間当たりの変化量（変化度合）を求める（ステップＳ９）。そして、データベース１５に設定されている変化度合ｋ１〜ｋ３の中から、求めた変化度合に最も近いものを選択する。一例として、変化度合ｋ３が選択されたものとすれば、この変化度合ｋ３に対応する追加制御条件ｃ３が選択され、使用中の制御条件は、追加制御条件ｃ３にわり変更（更新）される（ステップＳ１０）。したがって、この場合、圧縮機１１の回転数は、平常時の制御条件よりも「−１」レベル小さくなるとともに、凝縮器ファン１２の回転数は、平常時の制御条件よりも「−１」レベル小さくなり、さらに、冷却用電子膨張弁開度は、平常時の制御条件よりも「−１」レベル閉じるとともに、加熱用電子膨張弁開度は、平常時の制御条件に加えて「＋２」レベルの開度だけ開くように制御、即ち、フィードフォワード制御が行われる。

このように、本実施形態に係る制御方法では、供給側検出温度Ｔｄに対するフィードバック制御が行われるとともに、これに加えて、戻り側検出温度Ｔｒに基づき供給側の制御条件に対するフィードフォワード制御が行われる。

以上、冷却装置１の制御動作について説明したが、冷却装置１が省エネルギモードｃＥを含む運転を継続していれば、運転スイッチをＯＦＦにしない限り、同様のフィードバック制御及びフィードフォワード制御が行われる（ステップＳ１１，Ｓ１…）。

よって、このような本実施形態に係る冷却装置１及びその制御方法によれば、フィードバック制御を行うことに加え、排出口Ｍｅから戻される使用後の冷却液Ｌｒの戻り側検出温度Ｔｒ又はこの戻り側検出温度Ｔｒに基づく変化物理量の時間に対する変化度合ｋ１…を求めるとともに、供給側検出温度Ｔｄに対する制御条件を、変化度合ｋ１…に対応する制御条件に変更するフィードフォワード制御を行うようにしたため、被冷却物Ｍの負荷変動等により戻り側検出温度Ｔｒが急激に変動するような場合であっても、フィードバック制御に反映される前に、フィードフォワード制御により制御条件を変更し、冷却液Ｌに対する冷却能力に反映させることができる。したがって、精度の高い安定した温度制御を確保しつつ冷却液タンク２の小容積化、更には冷却装置１の小型化を図ることができる。また、フィードフォワード制御は、使用後の冷却液Ｌｒの戻り側検出温度Ｔｒ又はこの戻り側検出温度Ｔｒに基づく変化物理量の時間に対する変化度合ｋ１…に対応して、供給側検出温度Ｔｄに対する制御条件を変更するため、変化度合ｋ１…が小さければ、制御条件はほとんど変化せず、急激な負荷変動により変化度合ｋ１…が大きくなったときのみ制御条件の変更が行われる。したがって、通常運転ではフィードフォワード制御の影響を受けることがなく、本来の安定した運転を行うことができる。

以上、好適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，手法等において、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、追加制御条件ｃ１…は、予めデータテーブルとして設定した場合を示したが、変化度合ｋ１…が得られたなら所定の演算式により算出（演算）してもよい。これにより、よりきめ細かい制御を行うことができる。また、冷却器３は、冷媒Ｋが循環する冷凍サイクルＣにおける冷却器３を用いる場合を示したが、ペルチェ素子を利用したサーモモジュール等の他の冷却器の使用を排除するものではない。さらに、追加制御条件ｃ１…には、圧縮機１１の回転数，凝縮器ファン１２の回転数，冷却用電子膨張弁１３の開度及び加熱用電子膨張弁１４の開度を用いる場合を示したが、これらの一つ又は二つ以上を選択して用いることができる。

なお、冷凍サイクルＣは冷却器又は加熱器として機能させることができるため、本発明における「冷却」とは「加熱」も含む概念であり、このことはペルチェ素子を利用したサーモモジュール等の他の冷却器を使用する場合も同じである。また、冷却液タンク２の容積は問わない。したがって、冷却液タンク２の容積がほとんど０の場合、即ち、冷却液タンク２に接続した冷却液供給ライン２１と冷却液戻りライン２２を直接接続するなどの構成により容積がほとんど０になる場合も冷却液タンク２に包含される。

本発明に係る冷却装置１及びその制御方法は、レーザ加工機等の各種被冷却物に冷却液を循環させて当該被冷却物の冷却を行う様々な用途に利用できる。

１：冷却装置，２：冷却液タンク，３：冷却器，４：冷却液供給系，５：冷却液戻り系，６：供給側液温センサ，７：第一温度制御系，８：戻り側液温センサ，９：第二温度制御系，１１：圧縮機，１２：凝縮器ファン，１３：冷却用電子膨張弁，１４：加熱用電子膨張弁，１５：データベース，Ｌ：冷却液，Ｌｒ：冷却液，Ｍ：被冷却物，Ｍｉ：給入口，Ｍｅ：排出口，Ｔｄ：供給側検出温度，Ｔｓ：目標温度，Ｔｒ：戻り側検出温度，ＴＬ：下限レベル，ｋ１，ｋ２…：変化度合，ｃ１，ｃ２…：制御条件，ｃＥ：省エネルギモード，Ｋ：冷媒，Ｃ：冷凍サイクル

Claims (8)

1. 冷却液が収容された冷却液タンクと、この冷却液タンクから供給される冷却液を冷却器により冷却して被冷却物の給入口に供給する冷却液供給系と、前記被冷却物の排出口から戻される使用後の冷却液を前記冷却液タンクに収容する冷却液戻り系と、前記給入口に供給される冷却液の温度を、供給側液温センサにより検出し、検出した温度（供給側検出温度）が予め設定した目標温度になるようにフィードバック制御を行う温度制御系（第一温度制御系）とを備えてなる冷却装置において、前記排出口から戻される使用後の冷却液の温度を、戻り側液温センサにより検出し、検出した温度（戻り側検出温度）又はこの戻り側検出温度に基づく変化物理量の時間に対する変化度合を求めるとともに、前記供給側検出温度に対する制御条件を、前記変化度合に対応する制御条件に変更するフィードフォワード制御を行う第二温度制御系を設けたことを特徴とする冷却装置。
2. 前記冷却器は、冷媒が循環する冷凍サイクルにおける冷却器を用いることを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
3. 前記制御条件には、圧縮機の回転数，凝縮器ファンの回転数，冷却用電子膨張弁の開度，加熱用電子膨張弁の開度，の少なくとも一つ以上を含むことを特徴とする請求項２記載の冷却装置。
4. 前記第二温度制御系は、前記戻り側検出温度に基づく変化物理量として、前記戻り側検出温度と冷却液流量の演算により求めた負荷の大きさを用いることを特徴とする請求項１，２又は３記載の冷却装置。
5. 前記第二温度制御系は、前記戻り側検出温度が、予め設定した下限レベル以下のときは、前記制御条件を、運転停止又は加熱動作を選択可能な省エネルギモードに変更することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の冷却装置。
6. 冷却液が収容された冷却液タンクから供給される冷却液を、冷却器により冷却して被冷却物の給入口に供給し、かつ前記被冷却物の排出口から戻される使用後の冷却液を前記冷却液タンクに収容するとともに、前記給入口に供給される冷却液の温度を検出し、この温度（供給側検出温度）が予め設定した目標温度になるようにフィードバック制御を行う冷却装置の制御方法において、前記フィードバック制御を行うことに加え、前記排出口から戻される使用後の冷却液の温度を検出し、検出した温度（戻り側検出温度）又はこの戻り側検出温度に基づく変化物理量の時間に対する変化度合を求めるとともに、前記供給側検出温度に対する制御条件を、前記変化度合に対応する制御条件に変更するフィードフォワード制御を行うことを特徴とする冷却装置の制御方法。
7. 前記戻り側検出温度に基づく変化物理量として、前記戻り側検出温度と冷却液流量の演算により求めた負荷の大きさを用いることを特徴とする請求項６記載の冷却装置の制御方法。
8. 前記戻り側検出温度が、予め設定した下限レベル以下のときは、前記制御条件を、運転停止又は加熱動作を選択可能な省エネルギモードに変更することを特徴とする請求項６又は７記載の冷却装置の制御方法。

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