JP5500703B1 - レーザ加工機用冷却設備 - Google Patents
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Abstract
【課題】冷凍機側の消費電力を大幅に減らしてランニングコスト低減,省エネを図るレーザ加工機用冷却設備を提供する。
【解決手段】レーザ加工機9を冷却する冷却液用配管32途中に熱交換器24を配した第一冷凍機2と、タンク30内の冷却液39を熱交換器24に供給して冷却し、熱交換器24を出た冷却液39がレーザ加工機9の熱交換部位91を通った後、タンク30に戻るように配管32を配設すると共に、該配管の経路途中に冷却液39を圧送するポンプ35を設けた冷却液装置3と、を備えるレーザ加工機用冷却設備において、タンク30から導いた第二配管52の途中に第二熱交換器44を配して第一冷凍機2よりも冷凍能力を小さくした第二冷凍機4と、第二熱交換器44に冷却液39を供給して冷却し、第二熱交換器44を出た冷却液39がタンク30に戻るように第二配管52を配設し、且つ第二配管52の経路途中に冷却液39を圧送する第二ポンプ55を設けた冷却液補助機器5と、第二冷凍機4と第一冷凍機2との切替運転を行うスイッチ7と、を具備する。
【選択図】図１
【解決手段】レーザ加工機9を冷却する冷却液用配管32途中に熱交換器24を配した第一冷凍機2と、タンク30内の冷却液39を熱交換器24に供給して冷却し、熱交換器24を出た冷却液39がレーザ加工機9の熱交換部位91を通った後、タンク30に戻るように配管32を配設すると共に、該配管の経路途中に冷却液39を圧送するポンプ35を設けた冷却液装置3と、を備えるレーザ加工機用冷却設備において、タンク30から導いた第二配管52の途中に第二熱交換器44を配して第一冷凍機2よりも冷凍能力を小さくした第二冷凍機4と、第二熱交換器44に冷却液39を供給して冷却し、第二熱交換器44を出た冷却液39がタンク30に戻るように第二配管52を配設し、且つ第二配管52の経路途中に冷却液39を圧送する第二ポンプ55を設けた冷却液補助機器5と、第二冷凍機4と第一冷凍機2との切替運転を行うスイッチ7と、を具備する。
【選択図】図１
Description
本発明は、レーザ加工機に取付けられるレーザ加工機用冷却設備に関する。
レーザ加工機には、一般に、ワークの板厚,加工速度等によって該レーザ加工機側の負荷変動が発生するが、これに追従できるチラーユニットが備わっている。負荷変動があっても、加工精度を良好に維持すべく、温度変動を少なくする冷却水を安定的に循環供給できるようにしている。
ところで、レーザ加工機の負荷が小さくなっても、冷凍機側の消費電力はあまり変わらないという問題があった。こうした問題に対し、省エネ対策を施した発明が提案されている（例えば特許文献１）。
ところで、レーザ加工機の負荷が小さくなっても、冷凍機側の消費電力はあまり変わらないという問題があった。こうした問題に対し、省エネ対策を施した発明が提案されている（例えば特許文献１）。
しかるに、特許文献１の冷却装置の制御方法は、その請求の範囲に記載のごとく、「冷凍サイクルを構成するコンプレッサの回転周波数をインバータにより一定の範囲で可変して被冷却物の温度を制御」する方法で、インバータがない既存のレーザ加工機用冷却設備に適用するのは、改造が大掛かりになり、困難であった。
インバータのないレーザ加工機用冷却設備では、レーザ加工機が稼動中の場合は、レーザ加工機及び冷凍機の消費電力が当然大きくなるが、レーザ加工機をスタンバイ状態で停止しても、冷凍機側の消費電力がさほど下がらない問題があった。例えば図６のごとく、レーザ加工機を稼動中から停止させると、レーザ加工機側の瞬時電力値が15〜20kWから5kWに下がるが、冷凍機側の瞬時電力値は12〜13kWのままで、稼動中と殆ど変わらなかった。図中、灰色の折れ線グラフがレーザ加工機側の総消費電力を示し、黒の折れ線グラフが冷凍機側の総消費電力を示す。レーザ加工機が量産用でフル稼働する場合は特に問題ないが、一日のうちで稼動時間が少なく、断続的にしかレーザ加工機を使用しない企業では、冷凍機による消費電力コストが大きな負担になっていた。
レーザ加工機をスタンバイ状態で停止せずに、完全に止めて、冷凍機用消費電力のランニングコストを抑えることも考えられるが、レーザ加工機を完全停止させると、再起動時の立上げ時間ロスや、立上げ時にレーザガス封入等が必要になる場合があるなど、別の新たな問題が発生した。そのため、レーザ加工機の使用者は、一日の仕事始めでレーザ加工機を一旦立ち上げたら、レーザ加工作業を中断しても、そのままスタンバイ状態で停止させておき、直ぐにでも使用できる状態を確保し、冷凍機側の大きな消費電力費の問題は我慢してきた。
インバータのないレーザ加工機用冷却設備では、レーザ加工機が稼動中の場合は、レーザ加工機及び冷凍機の消費電力が当然大きくなるが、レーザ加工機をスタンバイ状態で停止しても、冷凍機側の消費電力がさほど下がらない問題があった。例えば図６のごとく、レーザ加工機を稼動中から停止させると、レーザ加工機側の瞬時電力値が15〜20kWから5kWに下がるが、冷凍機側の瞬時電力値は12〜13kWのままで、稼動中と殆ど変わらなかった。図中、灰色の折れ線グラフがレーザ加工機側の総消費電力を示し、黒の折れ線グラフが冷凍機側の総消費電力を示す。レーザ加工機が量産用でフル稼働する場合は特に問題ないが、一日のうちで稼動時間が少なく、断続的にしかレーザ加工機を使用しない企業では、冷凍機による消費電力コストが大きな負担になっていた。
レーザ加工機をスタンバイ状態で停止せずに、完全に止めて、冷凍機用消費電力のランニングコストを抑えることも考えられるが、レーザ加工機を完全停止させると、再起動時の立上げ時間ロスや、立上げ時にレーザガス封入等が必要になる場合があるなど、別の新たな問題が発生した。そのため、レーザ加工機の使用者は、一日の仕事始めでレーザ加工機を一旦立ち上げたら、レーザ加工作業を中断しても、そのままスタンバイ状態で停止させておき、直ぐにでも使用できる状態を確保し、冷凍機側の大きな消費電力費の問題は我慢してきた。
本発明は、上記問題点を解決するもので、レーザ加工機による加工を一時的に止め、加工負荷をかけないスタンバイ状態で停止した際、冷凍機側の消費電力を大幅に減らして、ランニングコスト低減,省エネを図るレーザ加工機用冷却設備を提供することを目的とする。
上記目的を達成すべく、請求項１に記載の発明の要旨は、レーザ加工機(9)を冷却する冷却液用配管(32)途中に、該配管内の冷却液(39)から熱を奪う熱交換器(24)を配して第一冷凍サイクル(2S)を形成する第一冷凍機(2)と、タンク(30)内の冷却液(39)を前記熱交換器(24)に供給して冷却し、該熱交換器(24)を出た冷却液(39)がレーザ加工機(9)の熱交換部位(91)を通った後、タンク(30)に戻るように前記配管(32)を配設すると共に、該配管の経路途中に該冷却液(39)を圧送するポンプ(35)を設けた冷却液装置(3)と、を備えるレーザ加工機用冷却設備において、前記タンク(30)から導いた第二配管(52)又は前記配管(32)から枝分かれした第二配管(52)の途中に、該第二配管内の冷却液(39)から熱を奪う第二熱交換器(44)を配して第二冷凍サイクル(4S)を形成し、且つ冷凍能力を前記第一冷凍機(2)の冷凍能力よりも小さくした第二冷凍機(4)と、前記第二熱交換器(44)に冷却液(39)を供給して冷却し、該第二熱交換器(44)を出た冷却液(39)がタンク(30)に戻るように前記第二配管(52)を配設し、且つ該第二配管(52)の経路途中に該冷却液(39)を圧送する第二ポンプ(55)を設けた冷却液補助機器(5)と、該第二冷凍機(4)と前記第一冷凍機(2)との切替運転を行うスイッチ(7)と、をさらに具備し、レーザ加工機を立ち上げた後、レーザ加工機(9)による加工を一時停止し、加工負荷をかけない待機状態時に、該スイッチ(7)で前記第一冷凍機(2)から該第二冷凍機(4)への運転に切替えられるようにし、且つ前記第二冷凍機(4)の冷凍能力を前記第一冷凍機(2)の冷凍能力の１／２以下にし、さらに前記第二配管(52)内の冷却液温度を測定する温度計(T1)を設けて、前記スイッチ(7)で前記第一冷凍機(2)から切り替えられた前記第二冷凍機(4)が、前記温度計(T1)の上限温度設定値(T Ｕ )でオンになり、下限温度設定値（T Ｄ ）でオフになるオンオフ制御されるようにしたことを特徴とするレーザ加工機用冷却設備にある。
本発明のレーザ加工機用冷却設備は、インバータのない従来型タイプであっても、レーザ加工機による加工を一時停止し、加工負荷をかけない待機状態にした時間帯において、レーザ加工機を完全ストップさせなくても、冷凍機側の消費電力を大幅に減らすことができるので、レーザ加工機による加工をいつでも再スタートさせる状態に保つことが苦にならず、作業効率の向上とランニングコストの低減,省エネ対策とを両立させ優れた効果を発揮する。
以下、本発明に係るレーザ加工機用冷却設備について詳述する。図１〜図５は本発明のレーザ加工機用冷却設備(以下、単に「冷却設備」ともいう。)の一形態で、図１はそのフロー構成図、図２は図１の第一冷凍機から第二冷凍機へ切り替えたフロー構成図、図３、図４は本発明の制御回路のフローチャート図、図５は本冷却設備のレーザ加工機側瞬時電力値と冷凍機側瞬時電力値の測定グラフを示す。
本冷却設備は、第一冷凍機２と冷却液装置３と第二冷凍機４と冷却液補助機器５とスイッチ７とを具備する。
第一冷凍機２と冷却液装置３はともに公知品で、双方を組付けてチラーユニット１を形成する。チラーユニット１は第一冷凍機２に冷却液装置３(ここでは、冷却水装置)をユニット化した公知の水冷却装置である。
第一冷凍機２と冷却液装置３はともに公知品で、双方を組付けてチラーユニット１を形成する。チラーユニット１は第一冷凍機２に冷却液装置３(ここでは、冷却水装置)をユニット化した公知の水冷却装置である。
第一冷凍機２は、レーザ加工機９を冷却する冷却液用配管３２途中に、該配管３２内の冷却液３９から熱を奪う熱交換器２４を配して第一冷凍サイクル２Ｓを形成する冷凍機である。ここでの第一冷凍機２は、図１のごとく圧縮機２１と凝縮器２２と膨張弁２３と熱交換器２４とを冷媒管２６で接続して、冷媒を循環させてなる第一冷凍サイクル２Ｓを形成する冷凍機である。冷媒管２６に冷媒を封入し、膨張，圧縮の状態変化を連続的に繰り返して冷凍作用を行う装置になっている。詳しくは、蒸発器たる熱交換器２４で、レーザ加工機９を冷却する冷却液用配管３２内の冷却液３９から熱を吸収することによって発生した冷媒の蒸気を、圧縮機２１で圧縮して圧力と温度とを上げ、凝縮器２２へ送る。冷媒蒸気は凝縮器２２で外部に熱を捨て液化する。符号２２１はファンを示す。液化した冷媒の液は膨張弁２３で膨張し、液が蒸発して湿り蒸気になる。この湿り蒸気がまた前記熱交換器２４で、配管３２内の冷却液３９から熱を奪って、冷凍サイクルが繰り返される。ワークの板厚,加工速度等によって発生するレーザ加工機９側の大きな負荷にも、十分追従できる大きな冷凍能力を有する第一冷凍機２となっている。
尚、前記膨張弁２３に代え、キャピラリー（又はコイルともいう。）を用いることもできる。符号２７はバイパス管、符号２８１は電磁弁、符号２８２はコイルを示す。
尚、前記膨張弁２３に代え、キャピラリー（又はコイルともいう。）を用いることもできる。符号２７はバイパス管、符号２８１は電磁弁、符号２８２はコイルを示す。
冷却液装置３はタンク３０と配管３２とポンプ３５とを備える(図１)。配管３２はレーザ加工機９を冷却する冷却液３９を供給し、その冷却液３９を回収後、再び供給する循環型配管３２になっている。タンク３０内の冷却液３９を前記熱交換器２４に供給して冷却させ、該熱交換器２４を出た冷却液３９がレーザ加工機９の熱交換部位９１を通って熱を奪った後、タンク３０に戻るように前記配管３２を配設すると共に、該配管３２の経路途中に該冷却液３９を圧送するポンプ３５が設けられる。符号３２１はポンプ３５手前の吸引側配管、符号３２２はポンプ３５を出た後の吐出側配管を示す。
第二冷凍機４は、図２のごとく、その冷凍能力を前記第一冷凍機２の冷凍能力よりも小さくした冷凍機で、好ましくは、第一冷凍機２に係る冷凍能力の１／２以下（より好ましくは１／４以下）の冷凍能力になっている冷凍機とする。冷凍能力とは、冷凍機が物体を冷却する能力をいい、前記第一冷凍機２では熱交換器２４で奪う熱量で、第二冷凍機４では第二熱交換器４４(後述)で奪う熱量を指す。
タンク３０から導いた第二配管５２又は前記配管３２から枝分かれした第二配管５２の途中に、該第二配管５２内の冷却液３９から熱を奪う第二熱交換器４４を配して第二冷凍サイクル４Ｓを形成する。冷媒に液体から気体、気体から液体の状態変化を連続的に行わせて、気化する蒸発器たる第二熱交換器４４で、第二配管５２内の冷却液３９から熱を奪う。
第二冷凍機４は、冷凍能力が第一冷凍機２のものよりも小さいだけで、基本構成は第一冷凍機２と同じである。但し、バイパス管２７,電磁弁２８１,コイル２８２は存在しない。
タンク３０から導いた第二配管５２又は前記配管３２から枝分かれした第二配管５２の途中に、該第二配管５２内の冷却液３９から熱を奪う第二熱交換器４４を配して第二冷凍サイクル４Ｓを形成する。冷媒に液体から気体、気体から液体の状態変化を連続的に行わせて、気化する蒸発器たる第二熱交換器４４で、第二配管５２内の冷却液３９から熱を奪う。
第二冷凍機４は、冷凍能力が第一冷凍機２のものよりも小さいだけで、基本構成は第一冷凍機２と同じである。但し、バイパス管２７,電磁弁２８１,コイル２８２は存在しない。
本実施形態は、タンク３０から直接引き出した第二配管５２の途中に第二熱交換器４４を配して、第二冷凍サイクル４Ｓを形成する。第二冷凍機４は、第一冷凍機２よりも小型サイズの第二圧縮機４１と第二凝縮器４２と第二膨張弁４３と第二熱交換器４４とを第二冷媒管４６で接続して、冷媒を循環させてなる第二冷凍サイクル４Ｓを有する冷凍機とする(図２)。蒸発器の第二熱交換器４４で、タンク３０から直接引き出した第二配管５２内を流れる冷却液３９の熱を吸収することによって発生した冷媒の蒸気を、第二圧縮機４１で圧縮して圧力と温度とを上げ、第二凝縮器４２へ送る。冷媒蒸気は第二凝縮器４２で外部に熱を捨て液化する。符号４２１は外部に熱を捨てるのに用いるファンを示す。液化した冷媒の液は第二膨張弁４３で膨張し、液が蒸発して湿り蒸気になる。この湿り蒸気がまた前記第二熱交換器４４で、第二配管５２内の冷却液３９から熱を奪って、冷凍サイクルが繰り返される。尚、前記第二膨張弁４３に代え、キャピラリー（又はコイルともいう。）を用いることもできる。
冷却液補助機器５は、第二配管５２と第二ポンプ５５とを備える(図２)。第二熱交換器４４に冷却液３９を供給して冷却し、該第二熱交換器４４を出た冷却液３９がタンク３０に戻るように第二配管５２を配設し、且つ該第二配管５２の経路途中に該冷却液３９を圧送する第二ポンプ５５が設けられる。第二ポンプ５５はタンク３０から第二熱交換器４４に向かう第二配管５２の途中に配される。符号５２１は第二ポンプ５５手前の吸引側第二配管、符号５２２は第二ポンプ５５を出た後の吐出側第二配管を示す。尚、第二配管５２は図１,図２のごとくタンク３０から直接引き出して、第二ポンプ５５,第二熱交換器４４へ向かうが、タンク３０からポンプ３５に至る第一冷凍機２の吸引側配管３２１途中の部位にて、第二配管５２を引出し分岐させる方が、第二配管５２の配設が容易になり、より好ましくなる。
スイッチ７は、第二冷凍機４と前記第一冷凍機２との切替運転を行う手動スイッチである(図１,図２)。冷却液装置３のポンプ３５用スイッチ(図示せず)は別個に設けられている。冷却液補助機器５の第二ポンプ５５用スイッチ(図示せず)も別個に設けてもよいが、ここでは第二冷凍機４に連動させる。
そうして、レーザ加工機９を立ち上げた後、レーザ加工機９による加工を一時停止し、加工負荷をかけない待機状態の時間帯に、手動スイッチ７で第一冷凍機２から第二冷凍機４への運転に切替えられるようになっている。手動スイッチ７で第二冷凍機４側に切替えられると、レーザ加工機９の加工がストップ状態になる。図１のごとく、制御盤６からの電気信号ｆ１で、手動スイッチ７が入って第一冷凍機２が働くときに、レーザ加工機９も作動できるようになっている。手動スイッチ７を切替え、図１から図２の状態になると、電気信号ｆ２で第二冷凍機４が働くことになるが、レーザ加工機９への電気信号ｆ１は途絶える。第二冷凍機４が動いているときは、レーザ加工機９で加工できないよう保護している。第一冷凍機２から第一冷凍機４に切替わると、レーザ加工機９による加工がストップ状態になるようコントローラ６０に組み込まれている。
そうして、レーザ加工機９を立ち上げた後、レーザ加工機９による加工を一時停止し、加工負荷をかけない待機状態の時間帯に、手動スイッチ７で第一冷凍機２から第二冷凍機４への運転に切替えられるようになっている。手動スイッチ７で第二冷凍機４側に切替えられると、レーザ加工機９の加工がストップ状態になる。図１のごとく、制御盤６からの電気信号ｆ１で、手動スイッチ７が入って第一冷凍機２が働くときに、レーザ加工機９も作動できるようになっている。手動スイッチ７を切替え、図１から図２の状態になると、電気信号ｆ２で第二冷凍機４が働くことになるが、レーザ加工機９への電気信号ｆ１は途絶える。第二冷凍機４が動いているときは、レーザ加工機９で加工できないよう保護している。第一冷凍機２から第一冷凍機４に切替わると、レーザ加工機９による加工がストップ状態になるようコントローラ６０に組み込まれている。
本実施形態の冷却設備は、第二ポンプ５５の上流側に位置する吸引側第二配管５２１に、第二配管５２内の冷却液３９温度を計る温度計Ｔ１が取付けられている。そして、手動スイッチ７で図１の第一冷凍機２から図２のごとく切り替えられた第二冷凍機４を、オンオフ制御で運転するようにしている。
具体的には、図３のフローチャートで表すように、ステップ１０１で温度計Ｔ１の検出信号を読み込み、続くステップ１０２で検出温度が設定値Ｔｃ（例えば２８℃）以上になるときは第二冷凍機４をＯＮとする（ステップ１０３）。一方、上記ステップ１０２で検出温度が２８℃よりも低い場合には第二冷凍機４をＯＦＦとする（ステップ１０４）。かくして、２８℃を境として第二冷凍機４をＯＮ−ＯＦＦすることにより、第二配管５２内の冷却液３９の温度をほぼ設定値Ｔｃたる２８℃に保つ。上記設定値Ｔｃは、レーザ加工機９を立ち上げた後、レーザ加工機９の加工を一時停止させる間、タンク３０内の温度を所定温度に保てる温度であれば２８℃に限定しない。
温度設定値Ｔｃに関しては、温度計Ｔ１の上限温度設定値TＵ（例えば２９℃）でオンになり、下限温度設定値TＤ（例えば２７℃）でオフになるオンオフ制御されるようにすると、第二冷凍機４のＯＮ−ＯＦＦ切り替え頻度を少なくできるので、第二冷凍機４に負担をかけず、より好ましくなる。
具体的には、図３のフローチャートで表すように、ステップ１０１で温度計Ｔ１の検出信号を読み込み、続くステップ１０２で検出温度が設定値Ｔｃ（例えば２８℃）以上になるときは第二冷凍機４をＯＮとする（ステップ１０３）。一方、上記ステップ１０２で検出温度が２８℃よりも低い場合には第二冷凍機４をＯＦＦとする（ステップ１０４）。かくして、２８℃を境として第二冷凍機４をＯＮ−ＯＦＦすることにより、第二配管５２内の冷却液３９の温度をほぼ設定値Ｔｃたる２８℃に保つ。上記設定値Ｔｃは、レーザ加工機９を立ち上げた後、レーザ加工機９の加工を一時停止させる間、タンク３０内の温度を所定温度に保てる温度であれば２８℃に限定しない。
温度設定値Ｔｃに関しては、温度計Ｔ１の上限温度設定値TＵ（例えば２９℃）でオンになり、下限温度設定値TＤ（例えば２７℃）でオフになるオンオフ制御されるようにすると、第二冷凍機４のＯＮ−ＯＦＦ切り替え頻度を少なくできるので、第二冷凍機４に負担をかけず、より好ましくなる。
さらに、本実施形態の冷却設備は、第一冷凍機２から第二冷凍機４の運転に手動スイッチ７で切替えた後、設定時間tcを経過しないと、第二冷凍機４から第一冷凍機２への切替運転ができないようにした制御回路６１を組み込んでいる。
レーザ加工機９を立ち上げた後、レーザ加工機９の加工を、作業中断等で一時停止させるスタンバイ状態になった時、図４のごとく第一冷凍機２から第二冷凍機４の運転に手動スイッチ７で切替える。この切替スタートから、それまでの第一冷凍機モードから第二冷凍機モードになるが、設定時間tc（例えば３分）が経過しないと、第一冷凍機２に切替えようとしても切替えることができない。設定時間tcが経過したら第一冷凍機２モードへのスイッチ切替が可能になるよう設定している。第一冷凍機２に大きな負荷をかけないようにするためである。
レーザ加工機９を立ち上げた後、レーザ加工機９の加工を、作業中断等で一時停止させるスタンバイ状態になった時、図４のごとく第一冷凍機２から第二冷凍機４の運転に手動スイッチ７で切替える。この切替スタートから、それまでの第一冷凍機モードから第二冷凍機モードになるが、設定時間tc（例えば３分）が経過しないと、第一冷凍機２に切替えようとしても切替えることができない。設定時間tcが経過したら第一冷凍機２モードへのスイッチ切替が可能になるよう設定している。第一冷凍機２に大きな負荷をかけないようにするためである。
[実施例]
次に、上述したレーザ加工機用冷却設備を用いた一実施例を説明する。図１,図２のような第一冷凍機２と冷却液装置３と第二冷凍機４と冷却液補助機器５と手動スイッチ７とを備えた冷却設備になっている。
従来技術の第一冷凍機２と冷却液装置３しかない設備では、レーザ加工機９の立ち上げ後、レーザ加工機９側の瞬時電力が、図６のごとく、使っていない時に約5kWで、レーザ加工機９による加工を行うと、15kW〜20kWのピーク値に達した。しかるに、第一冷凍機２側の瞬時電力は、レーザ加工機９による加工の有無を問わず、11kW〜12kWと殆ど変らなかった。図６で、黒色折れ線グラフはポンプ３５を含めた冷凍機側の総瞬時電力値を示し、灰色折れ線グラフはレーザ加工機９側の総瞬時電力値を示す。
一方、本冷却設備では、レーザ加工機９を使用している時は図６と変わらないが、レーザ加工機９を一時停止させたスタンバイ状態時に消費電力が大幅に減る(図５)。図１の第一冷凍機２から図２の第二冷凍機４に切り替えることによって、冷凍機側の瞬時電力は、図５のごとく11kW〜12kWから2kW〜4kWまで大幅にダウンした。尚、第一冷凍機２から第二冷凍機４に切替えても、ポンプ３５は稼動させたままとする。
図５は、レーザ加工機９を立ち上げた後、レーザ加工機９による加工を一時停止させ、加工中断させた待機状態にある。レーザ加工機９は種火がついたままで、いつでもレーザ加工ができるスタンバイ状態にある。ちなみに、５分〜１６分の時間帯は、第二冷凍機４から第一冷凍機２に切り替えて戻した時の瞬時電力で、レーザ加工機９による加工を一時停止しているにもかかわらず、11kW〜12kWに増えてしまった。１６分過ぎに、再び手動スイッチ７で第一冷凍機２から第二冷凍機４への運転に切替えると、冷凍機側の瞬時電力が再び2kW〜4kWにまで大幅ダウンした。尚、図５は、黒色折れ線グラフがポンプ３５,第二ポンプ５５を含めた第一冷凍機２,第二冷凍機４側の総瞬時電力値を示し、薄い灰色折れ線グラフがレーザ加工機９側の総瞬時電力値を示す。
次に、上述したレーザ加工機用冷却設備を用いた一実施例を説明する。図１,図２のような第一冷凍機２と冷却液装置３と第二冷凍機４と冷却液補助機器５と手動スイッチ７とを備えた冷却設備になっている。
従来技術の第一冷凍機２と冷却液装置３しかない設備では、レーザ加工機９の立ち上げ後、レーザ加工機９側の瞬時電力が、図６のごとく、使っていない時に約5kWで、レーザ加工機９による加工を行うと、15kW〜20kWのピーク値に達した。しかるに、第一冷凍機２側の瞬時電力は、レーザ加工機９による加工の有無を問わず、11kW〜12kWと殆ど変らなかった。図６で、黒色折れ線グラフはポンプ３５を含めた冷凍機側の総瞬時電力値を示し、灰色折れ線グラフはレーザ加工機９側の総瞬時電力値を示す。
一方、本冷却設備では、レーザ加工機９を使用している時は図６と変わらないが、レーザ加工機９を一時停止させたスタンバイ状態時に消費電力が大幅に減る(図５)。図１の第一冷凍機２から図２の第二冷凍機４に切り替えることによって、冷凍機側の瞬時電力は、図５のごとく11kW〜12kWから2kW〜4kWまで大幅にダウンした。尚、第一冷凍機２から第二冷凍機４に切替えても、ポンプ３５は稼動させたままとする。
図５は、レーザ加工機９を立ち上げた後、レーザ加工機９による加工を一時停止させ、加工中断させた待機状態にある。レーザ加工機９は種火がついたままで、いつでもレーザ加工ができるスタンバイ状態にある。ちなみに、５分〜１６分の時間帯は、第二冷凍機４から第一冷凍機２に切り替えて戻した時の瞬時電力で、レーザ加工機９による加工を一時停止しているにもかかわらず、11kW〜12kWに増えてしまった。１６分過ぎに、再び手動スイッチ７で第一冷凍機２から第二冷凍機４への運転に切替えると、冷凍機側の瞬時電力が再び2kW〜4kWにまで大幅ダウンした。尚、図５は、黒色折れ線グラフがポンプ３５,第二ポンプ５５を含めた第一冷凍機２,第二冷凍機４側の総瞬時電力値を示し、薄い灰色折れ線グラフがレーザ加工機９側の総瞬時電力値を示す。
上記実施例で用いた冷却設備は、第一冷凍機２と冷却液装置３を備えた既存の冷却設備に、第二冷凍機４と冷却液補助機器５と制御盤６と手動スイッチ７とを付加した冷却設備である。図５,図６のレーザ加工機９は同機種で、通常、出力が4kWの汎用機械であるのに対し、ステンレス鋼板の板厚がMAX6mm程度のものとする出力2kWの機械を用いた。第一冷凍機２の出力は7.5kW、第二冷凍機４の出力が1.1kW、ポンプ３５の出力が3.75kW、第二ポンプ５５の出力が0.2kWであった。第二冷凍機４の出力は、第一冷凍機２の出力の１／２以下(より好ましくは１／４以下)に設定するのが好ましい。省エネ効果を十分発揮させることができるからである。
上記実施例では、第二冷凍機４が温度計Ｔ１の上限温度設定値TＵ２９℃でオンになり、下限温度設定値TＤ２７℃でオフになるオンオフ制御とした。
上記実施例では、第二冷凍機４が温度計Ｔ１の上限温度設定値TＵ２９℃でオンになり、下限温度設定値TＤ２７℃でオフになるオンオフ制御とした。
図５,図６では瞬時電力値で示したが、電流値でいえば以下のごとくであった。レーザ加工機９を立ち上げた後、レーザ加工機９による加工を進める状態下、及び加工を一時停止させたスタンバイ状態下で、図１の第一冷凍機２が働いている冷凍機側の総電流値は40A〜50Aであった。レーザ加工機９をスタンバイ状態にして、第一冷凍機２から第二冷凍機４への運転に切替えると、冷凍機側の総電流値は15Aまで下がった。
このように構成したレーザ加工機用冷却設備は、インバータのない第一冷凍機２であっても、レーザ加工機９による加工を一時停止させる間、従来、発生していた冷凍機側の大きな消費電力を簡単に抑えることができる。レーザ加工機９を立ち上げた後、レーザ加工作業を終え、レーザ加工機９による加工を一時停止させ、待機状態に保つ時間帯において、手動スイッチ７で図１の第一冷凍機２から図２の第二冷凍機４への運転に切替えることによって、冷凍機側のこれまでの大きな消費電力費を大幅に低減できる。朝の仕事始めにレーザ加工機９を立ち上げたら、そのままスタンバイ状態で停止させ、いつでも直ぐに使用できる状態を確保しながら、冷凍機側の総消費電力費を従来に比し低く抑えることができる。
市場にはインバータのない第一冷凍機２を用いたレーザ加工機用冷却設備が未だ数多く存在している。本発明の冷却設備を採用することによって、レーザ加工機９がスタンバイ状態で待機停止した時間帯の冷凍機側の消費電力を大幅に減らすことができるようになる。
市場にはインバータのない第一冷凍機２を用いたレーザ加工機用冷却設備が未だ数多く存在している。本発明の冷却設備を採用することによって、レーザ加工機９がスタンバイ状態で待機停止した時間帯の冷凍機側の消費電力を大幅に減らすことができるようになる。
また、本冷却設備は、インバータの取付け改造工事よりも工事が容易で、且つ設備コストを低く抑えることができる。イニシャルコスト,ランニングコストの低減、加えて、環境面からも極めて有益な省エネを図ることができるなど優れた効果を発揮する。
本発明のレーザ加工機用冷却設備は、一日のうちで稼動時間が少なく、断続的にしかレーザ加工機９を使用しない企業であれば、冷凍機側の消費電力コストを激減させることが可能で、特に有益となる。
本発明のレーザ加工機用冷却設備は、一日のうちで稼動時間が少なく、断続的にしかレーザ加工機９を使用しない企業であれば、冷凍機側の消費電力コストを激減させることが可能で、特に有益となる。
さらに、圧縮機２１がインバータ制御される冷凍機でも、圧縮機２１の制御できる回転数には限界があり、低負荷領域に入るとバイパス管２７の回路を開いて対応せざるを得ないエネルギロスの問題があった。これに対し、本発明のレーザ加工機用冷却設備では、低負荷領域に対応させた冷凍能力の第二冷凍機４を設置させることで、難なく解決できる。レーザ加工機９のスタンバイ状態下の種火を冷却コントロールできる小型の第二冷凍機４を設置すれば足りる。
さらにいえば、従来型のレーザ加工機用冷却設備では、レーザ加工機９を立ち上げた後、スタンバイ状態で待機停止させた時間帯で、大型の冷凍機をオンオフ制御することは難しかったが、本発明の冷却設備は、第二冷凍機４が第一冷凍機２に比べて小型化しているので、第二冷凍機４を楽にオンオフ制御することが容易になっている。
このように、本発明のレーザ加工機用冷却設備は、上述した数々の優れた効果を発揮し極めて有益である。
このように、本発明のレーザ加工機用冷却設備は、上述した数々の優れた効果を発揮し極めて有益である。
尚、本発明においては前記実施形態に示すものに限られず、目的,用途に応じて本発明の範囲で種々変更できる。第一冷凍機２,冷却液装置３,第二冷凍機４,冷却液補助機器５,制御盤６,スイッチ７等の形状,大きさ,個数等は用途に合わせて適宜選択できる。実施形態ではインバータなしの第一冷凍機２を用いたが、インバータ付き第一冷凍機２を採用したレーザ加工機用冷却設備とすることも勿論できる。圧縮機２１がインバータ制御される冷凍機でも、圧縮機２１の制御できる回転数には限界があり、第二冷凍機４側に切替えることによって消費電力を減らす効果を得る。
２ 第一冷凍機
２Ｓ 第一冷凍サイクル
２４ 熱交換器
３ 冷却液装置
３０ タンク
３２ 配管
３５ ポンプ
３９ 冷却液
４ 第二冷凍機
４Ｓ 第二冷凍サイクル
４４ 第二熱交換器
５ 冷却液補助機器
５２ 第二配管
５５ 第二ポンプ
７ スイッチ(手動スイッチ)
９ レーザ加工機
９１ 熱交換部位
Ｔ１ 温度計
２Ｓ 第一冷凍サイクル
２４ 熱交換器
３ 冷却液装置
３０ タンク
３２ 配管
３５ ポンプ
３９ 冷却液
４ 第二冷凍機
４Ｓ 第二冷凍サイクル
４４ 第二熱交換器
５ 冷却液補助機器
５２ 第二配管
５５ 第二ポンプ
７ スイッチ(手動スイッチ)
９ レーザ加工機
９１ 熱交換部位
Ｔ１ 温度計
Claims (1)
- レーザ加工機(9)を冷却する冷却液用配管(32)途中に、該配管内の冷却液(39)から熱を奪う熱交換器(24)を配して第一冷凍サイクル(2S)を形成する第一冷凍機(2)と、タンク(30)内の冷却液(39)を前記熱交換器(24)に供給して冷却し、該熱交換器(24)を出た冷却液(39)がレーザ加工機(9)の熱交換部位(91)を通った後、タンク(30)に戻るように前記配管(32)を配設すると共に、該配管の経路途中に該冷却液(39)を圧送するポンプ(35)を設けた冷却液装置(3)と、を備えるレーザ加工機用冷却設備において、
前記タンク(30)から導いた第二配管(52)又は前記配管(32)から枝分かれした第二配管(52)の途中に、該第二配管内の冷却液(39)から熱を奪う第二熱交換器(44)を配して第二冷凍サイクル(4S)を形成し、且つ冷凍能力を前記第一冷凍機(2)の冷凍能力よりも小さくした第二冷凍機(4)と、
前記第二熱交換器(44)に冷却液(39)を供給して冷却し、該第二熱交換器(44)を出た冷却液(39)がタンク(30)に戻るように前記第二配管(52)を配設し、且つ該第二配管(52)の経路途中に該冷却液(39)を圧送する第二ポンプ(55)を設けた冷却液補助機器(5)と、
該第二冷凍機(4)と前記第一冷凍機(2)との切替運転を行うスイッチ(7)と、をさらに具備し、
レーザ加工機を立ち上げた後、レーザ加工機(9)による加工を一時停止し、加工負荷をかけない待機状態時に、該スイッチ(7)で前記第一冷凍機(2)から該第二冷凍機(4)への運転に切替えられるようにし、且つ前記第二冷凍機(4)の冷凍能力を前記第一冷凍機(2)の冷凍能力の１／２以下にし、さらに前記第二配管(52)内の冷却液温度を測定する温度計(T1)を設けて、前記スイッチ(7)で前記第一冷凍機(2)から切り替えられた前記第二冷凍機(4)が、前記温度計(T1)の上限温度設定値(T Ｕ )でオンになり、下限温度設定値（T Ｄ ）でオフになるオンオフ制御されるようにしたことを特徴とするレーザ加工機用冷却設備。
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