JP5614756B2 - 多系統冷却システム - Google Patents

Description

本発明は、冷却水タンクから複数の被冷却部にそれぞれ異なる温度に冷却した冷却水を供給して冷却を行う複数の冷却系統を備える多系統冷却システムに関する。

従来、冷却水が収容された冷却水タンクからレーザ加工機等の被冷却機器に冷却水を供給する冷却装置であって、特に、二つの独立した冷却系統を備える多系統冷却装置は知られており、例えば、特許文献１には、２系統の循環水経路を備えたレーザ加工機用冷却装置が開示されている。

同文献１に開示されるレーザ加工機用冷却装置は、循環ポンプをその経路中に備え、レーザ加工機を構成する機器のうち、発熱量の大きいものを冷却する第１の循環水経路と、循環ポンプより能力の低い循環ポンプをその経路中に備え、第１の循環水経路により冷却するものの発熱量よりも小さい発熱量の機器を冷却する第２循環水経路と、からなる２系統の循環水経路を備えたレーザ加工機用冷却装置であって、第１の循環水経路と第２循環水経路とを繋ぐバイパス経路を備え、第１の循環水経路中の循環ポンプによる循環によって、第２の循環水経路中に残留しているガスを除去するようにした構成を備えている。

特開平１０−３３５７２０号公報

しかし、上述した従来（特許文献１）のレーザ加工機用冷却装置をはじめ、多系統の給水系統を備える冷却装置は、次のような問題点があった。

第一に、レーザ加工機等の特定の被冷却機器における複数の被冷却部を冷却する際には、流量等の給水条件をはじめ、異なる温度の冷却水が要求される場合がある。この場合、設定温度が異なるため、相互に干渉しない独立した温度制御を行う複数の異なる給水系統が必要となる。即ち、基本的には、冷却手段となる冷却装置が複数台分必要となるため、部品点数が大幅に増加し、これに伴うコストアップ及び大型化を招く。

第二に、各給水系統における設定温度の差が大きい場合には、各給水系統の独立性を確保し、相互の干渉を排除することが、熱損失を低減して、より効率的動作の観点からも望ましいが、設定温度の差が小さい場合には、むしろ相互の干渉を有効に利用することも考えられる。しかし、従来の冷却装置は、被冷却部の要求する冷却条件を考慮した冷却原理の最適化の観点からは必ずしも十分であるとは言えず、消費電力の無用な増加、更には省エネルギ性の低下を招きやすい。

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多系統冷却システムの提供を目的とするものである。

本発明は、上述した課題を解決するため、冷却水Ｗが収容された冷却水タンク２から複数の被冷却部Ｒｍ，Ｒｓ…にそれぞれ異なる温度に冷却した冷却水Ｗ…を供給して冷却を行う複数の冷却系統を備える多系統冷却システム１を構成するに際して、冷却水タンク２の内部に、隙間Ｓを介して配した二枚の仕切壁材４ｐ，４ｑの組合わせにより構成し、下端を冷却水タンク２の底面に当接させるとともに、上端を冷却水タンク２の上端よりも下方に位置させた断熱仕切壁４により仕切り、かつ上方を開放した複数の小タンク部２ｍ，２ｓ…を設け、各小タンク部２ｍ，２ｓ…と各被冷却部Ｒｍ，Ｒｓ…をそれぞれ接続して複数の冷却系統３ｍ，３ｓ…を構成するとともに、他の冷却系統３ｓ…の設定温度Ｔｓｓ…よりも低い設定温度Ｔｍｓを設定し、かつ冷却部５により冷却を行う一つの冷却系統（主冷却系統）３ｍと、冷却部５により冷却された主冷却系統３ｍの冷却水Ｗから分岐した一部の冷却水Ｗｐ…が各小タンク部２ｓ…に供給されることにより冷却を行う他の冷却系統（副冷却系統）３ｓ…とを設けたことを特徴とする。

この場合、発明の好適な態様により、冷却系統３ｍ，３ｓ…は、被冷却部Ｒｍ，Ｒｓ…を冷却した後の冷却水Ｗ…を小タンク部２ｍ，２ｓ…に戻す循環系により構成することができる。なお、冷却系統３ｍ，３ｓ…における最大の設定温度Ｔｓｓと最低の設定温度Ｔｍｓの差は、１５〔℃〕以下に選定することが望ましい。また、断熱仕切壁４は、各仕切壁材４ｐ，４ｑの角度を異ならせることにより少なくとも上側と下側の断熱性能を異ならせるとともに、副冷却系統３ｓにおける小タンク部２ｓに冷却水Ｗｐ，Ｗを供給する配管Ｌｍｒ，Ｌｓｒの少なくとも接続高さを当該断熱性能に対応して選定することができる。なお、断熱仕切壁４は、隙間Ｓに断熱部材６を収容して構成することもできる。さらに、断熱仕切壁４には、下端辺の所定位置に切欠部を形成することにより一又は二以上の通水孔部４ｑｘ，４ｐｘ，４ｐｙ，４ｑｙを設けることができるとともに、副冷却系統３ｓにおける小タンク部２ｓに対して、複数の位置から流入する各冷却水Ｗ，Ｗｐが内部で撹拌されるように、当該複数の位置における配管Ｌｍｒ，Ｌｓｒの接続位置及び／又は接続高さを選定することができる。

また、主冷却系統３ｍは、被冷却部Ｒｍに供給する冷却水Ｗの温度（検出温度）Ｔｍｄを検出し、検出温度Ｔｍｄが設定温度Ｔｍｓになるように、冷却部５の冷却能力をフィードバック制御することができる。一方、副冷却系統３ｓには、冷却部５により冷却された主冷却系統３ｍの冷却水Ｗから分岐した一部の冷却水Ｗｐの流量を調整する流量調整回路（第一流量調整回路）Ｍ１，Ｍ１ｅを設けることができる。他方、主冷却系統３ｍに接続した被冷却部Ｒｍから小タンク部２ｍに戻る冷却水Ｗから分岐した一部の冷却水Ｗを副冷却系統３ｓにおける小タンク部２ｓに供給するとともに、当該一部の冷却水Ｗの流量を調整する第二流量調整回路Ｍ２を設けることができる。この際、副冷却系統３ｓは、被冷却部Ｒｓに供給する冷却水Ｗの温度（検出温度）Ｔｓｄを検出し、検出温度Ｔｓｄが設定温度Ｔｓｓになるように、第一流量調整回路Ｍ１，Ｍ１ｅ及び／又は第二流量調整回路Ｍ２をフィードバック制御することができる。

このような構成を有する本発明に係る多系統冷却システム１によれば、次のような顕著な効果を奏する。

（１） 冷却水タンク２の内部に、断熱仕切壁４により仕切り、かつ上方を開放した複数の小タンク部２ｍ，２ｓ…を設けるとともに、他の冷却系統３ｓ…の設定温度Ｔｓｓ…よりも低い設定温度Ｔｍｓを設定し、かつ冷却部５により冷却を行う一つの主冷却系統３ｍと、冷却部５により冷却された主冷却系統３ｍの冷却水Ｗから分岐した一部の冷却水Ｗｐ…が各小タンク部２ｓ…に供給されることにより冷却を行う他の副冷却系統３ｓ…とを設けたため、複数の冷却系統を設ける場合であっても、少なくとも冷却水タンク２と冷却部５はそれぞれ一つで足りる。したがって、特に大型部品の点数削減を図ることができ、システム全体のコストダウン及び小型化を実現できる。

（２） 主冷却系統３ｍの低い温度の冷却水Ｗを各副冷却系統３ｓ…に供給して相対的な温度差を作り出すようにしているため、副冷却系統３ｓ…は冷却部を含まない受動的な温度制御系を構成すれば足りる。したがって、被冷却部Ｒｍ，Ｒｓ…の要求する冷却条件を考慮した冷却原理の最適化を図ることができ、消費電力の削減、更には省エネルギ性の向上に寄与できる。

（３） 断熱仕切壁４は、隙間Ｓを介して配した二枚の仕切壁材４ｐ…の組合わせにより構成したため、冷却水タンク２内における各小タンク部２ｍ，２ｓ…の相互間における熱損失防止（断熱性向上）を図れるとともに、簡易な構成により容易に断熱性を高めることができる。

（４） 好適な態様により、冷却系統３ｍ，３ｓ…における最大の設定温度Ｔｓｓと最低の設定温度Ｔｍｓの差を１５〔℃〕以下に選定すれば、本発明に係る多系統冷却システム１に基づく有効な作用効果を確実に享受できる。

（５） 好適な態様により、断熱仕切壁４を構成するに際し、各仕切壁材４ｐ，４ｑの角度を異ならせることにより少なくとも上側と下側の断熱性能を異ならせるとともに、副冷却系統３ｓにおける小タンク部２ｓに冷却水Ｗｐ，Ｗを供給する配管Ｌｍｒ，Ｌｓｒの少なくとも接続高さを当該断熱性能に対応して選定するようにすれば、冷却水Ｗｐ，Ｗの条件及び状態等に対応して最適な接続高さを選定できるため、熱損失等を最小限に抑えることができる。

（６） 好適な態様により、隙間Ｓに断熱部材６を収容して構成すれば、各小タンク部２ｍ，２ｓ…の容積を犠牲にすることなく断熱性をより高めることができる。この場合、断熱部材６を収容しなくても十分に断熱効果があり、断熱性能を確保できるが、冷却水タンク２が小さく、仕切壁材４ｐ…間を広くできない場合等においては、必要により断熱部材６を用いることができる。

（７） 好適な態様により、断熱仕切壁４に、下端辺の所定位置に切欠部を形成することにより一又は二以上の通水孔部４ｑｘ，４ｐｘ，４ｐｙ，４ｑｙを設ければ、小タンク部２ｓ側に別途設けるドレン部が不要となり、構成の単純化及びコストダウンに寄与できる。

（８） 好適な態様により、副冷却系統３ｓにおける小タンク部２ｓに対して、複数の位置から流入する冷却水Ｗ，Ｗｐが内部で撹拌されるように、当該複数の位置における配管Ｌｍｒ，Ｌｓｒの接続位置及び／又は接続高さを選定すれば、冷却水Ｗ温度の均等化及び安定化に寄与できる。

（９） 好適な態様により、主冷却系統３ｍにおいて、被冷却部Ｒｍに供給する冷却水Ｗの温度（検出温度）Ｔｍｄを検出し、検出温度Ｔｍｄが設定温度Ｔｍｓになるように、冷却部５の冷却能力をフィードバック制御するようにすれば、主冷却系統３ｍは、いわば一般的な汎用性の高い冷却装置として構成可能となり、システム１全体の低コスト化及び小型化に寄与できるとともに、高い安定性及び信頼性を確保できる。

（１０） 好適な態様により、副冷却系統３ｓに、冷却部５により冷却された主冷却系統３ｍの冷却水Ｗから分岐した一部の冷却水Ｗｐの流量を調整する第一流量調整回路Ｍ１，Ｍ１ｅを設ければ、冷却水Ｗｐの流量を可変調整することにより、小タンク部２ｓの冷却水Ｗに対する温度制御を容易に行うことができる。

（１１） 好適な態様により、主冷却系統３ｍに接続した被冷却部Ｒｍから小タンク部２ｍに戻る冷却水Ｗから分岐した一部の冷却水Ｗを副冷却系統３ｓにおける小タンク部２ｓに供給するとともに、当該一部の冷却水Ｗの流量を調整する第二流量調整回路Ｍ２を設ければ、当該一部の冷却水Ｗの流量を可変調整することにより、小タンク部２ｓの冷却水Ｗに対する昇温時の温度制御を容易に行うことができる。

（１２） 好適な態様により、副冷却系統３ｓにおいて、被冷却部Ｒｓに供給する冷却水Ｗの温度（検出温度）Ｔｓｄを検出し、検出温度Ｔｓｄが設定温度Ｔｓｓになるように、第一流量調整回路Ｍ１，Ｍ１ｅ及び／又は第二流量調整回路Ｍ２をフィードバック制御するようにすれば、降温時の温度制御及び／又は昇温時の温度制御が可能になるため、冷却水Ｗの温度に対する制御応答性、更には制御性をより高めることができる。

本発明の好適実施形態に係る多系統冷却システムの原理的構成図、 同多系統冷却システムに用いる冷却水タンクの一部を破断した平面図、 同冷却水タンクに設けた断熱仕切壁の構成部品の部分斜視図、 同多系統冷却システムの具体的な回路構成図、 本発明の変更実施形態に係る多系統冷却システムの原理的系統図、 本発明の他の変更実施形態に係る多系統冷却システムに用いる各種冷却水タンクの断面側面図、 本発明の他の変更実施形態に係る多系統冷却システムに用いる一部配管を含む冷却水タンクの断面側面図、 本発明の他の変更実施形態に係る多系統冷却システムに用いる一部配管を含む冷却水タンクの断面側面図、 本発明の他の変更実施形態に係る多系統冷却システムに用いる一部配管を含む冷却水タンクの断面側面図、 本発明の他の変更実施形態に係る多系統冷却システムに用いる冷却水タンクの断面側面図、 同冷却水タンクの断面平面図、 本発明の他の変更実施形態に係る多系統冷却システムの一部を示す具体的な回路構成図、 本発明の他の変更実施形態に係る多系統冷却システムの一部を示す具体的な回路構成図、

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、本実施形態に係る多系統冷却システム１の構成について、図１〜図４を参照して具体的に説明する。

最初に、多系統冷却システム１の原理的構成について、図１を参照して説明する。多系統冷却システム１は、基本的に、冷却水Ｗが収容された冷却水タンク２から二つの被冷却部Ｒｍ，Ｒｓにそれぞれ異なる温度に冷却した冷却水Ｗ…を供給して冷却を行う二つの冷却系統３ｍ，３ｓを備えて構成する。

二つの被冷却部Ｒｍ，Ｒｓは一台の被冷却機器Ｒの内部に備えている。例示の場合、一方の被冷却部Ｒｍの冷却を行う冷却水Ｗに対する要求温度は＋２１〔℃〕、他方の被冷却部Ｒｓの冷却を行う冷却水Ｗに対する要求温度は＋２６〔℃〕である。したがって、被冷却機器Ｒには、一方の被冷却部Ｒｍに対して冷却水Ｗが供給される冷却水入口及び被冷却部Ｒｍにより熱交換された使用後の冷却水Ｗが排出される冷却水出口とを有するとともに、他方の被冷却部Ｒｓに対して冷却水Ｗが供給される冷却水入口及び被冷却部Ｒｓにより熱交換された使用後の冷却水Ｗが排出される冷却水出口とを有する。

一方、多系統冷却システム１は、単一の冷却水タンク２を備える。この冷却水タンク２は、上端を開放し、全体を直方体形に形成する。なお、冷却水タンク２には、上端に着脱する蓋体２Ｃ（図４）が付属する。また、冷却水タンク２の内部には、断熱仕切壁４を設ける。この断熱仕切壁４は、冷却水タンク２の内部空間を仕切り、上方が開放される二つの小タンク部２ｍ，２ｓを形成する。この断熱仕切壁４は、図１〜図３に示すように、隙間Ｓを介して配する二枚の仕切壁材４ｐ，４ｑの組合わせにより構成する。即ち、仕切壁材４ｐ，４ｑは、図３に示すように、それぞれステンレス材等の材料を用いた矩形のプレート部材をＬ形に折曲して形成し、図２に示すように、冷却水タンク２の一つの隅部を囲むように、冷却水タンク２の内壁面に溶接等により固定する。

これにより、冷却水タンク２の二つの内壁面と断熱仕切壁４により平面視が長方形となる小タンク部２ｓが構成されるとともに、平面視がＬ形となる他の小タンク部２ｍが構成される。例示の場合、図２に示すように、小タンク部２ｓの容積は小タンク部２ｍの容積に対して概ね１／４程度となる。このような小タンク部２ｓ，２ｍの容積（容積比率）は小タンク部２ｍと２ｓ間の温度差等を考慮して任意に設定できる。なお、二枚の仕切壁材４ｐと４ｑの間隔は概ね１０〔ｍｍ〕前後が望ましい。また、図１に示すように、断熱仕切壁４（仕切壁材４ｐ，４ｑ）の下端は冷却水タンク２の底面に当接させるとともに、断熱仕切壁４の上端は、冷却水タンク２の上端よりも下方に位置させる。これにより、小タンク部２ｓの上端開口から溢れた冷却水Ｗは、他方の小タンク部２ｍの内部に流入可能となる。

このように、断熱仕切壁４を、隙間Ｓを介して配した二枚の仕切壁材４ｐ，４ｑの組合わせにより構成すれば、冷却水タンク２内における各小タンク部２ｍ，２ｓの相互間における熱損失防止（断熱性向上）を図れるとともに、簡易な構成により容易に断熱性を高めることができる利点がある。具体的には、一枚の場合、小タンク部２ｍと２ｓ間おける確保できる温度差は、３〔℃〕程度であるが、二枚にすることにより、小タンク部２ｍと２ｓ間おいて、少なくとも１０〔℃〕程度の温度差を確保できる。

さらに、二つの冷却系統３ｍ，３ｓにおいて、一方の（一つの）冷却系統３ｍは、小タンク部２ｍを被冷却部Ｒｍに接続する基本的な構成を備える。この冷却系統３ｍは、主冷却系統３ｍとなり、設定温度Ｔｍｓは、他の冷却系統３ｓの設定温度Ｔｓｓよりも低く設定する。即ち、例示の場合、設定温度Ｔｍｓは２１〔℃〕、設定温度Ｔｓｓは２６〔℃〕に設定する。したがって、設定温度ＴｍｓとＴｓｓの差は５〔℃〕となる。このように、冷却系統３ｍ，３ｓにおける最大の設定温度Ｔｓｓと最低の設定温度Ｔｍｓの差は１５〔℃〕以下に選定することが望ましい。なお、被冷却部Ｒｍ，Ｒｓにおける負荷の大きさが小さい場合等では、この差が１５〔℃〕を越えても可能であるが、この差を１５〔℃〕以下に選定することにより、本発明に係る多系統冷却システム１に基づく有効な作用効果を確実に享受できる利点がある。

主冷却系統３ｍは、図１に示すように、小タンク部２ｍに設けた流出口に、冷却水Ｗを送り出す圧送ポンプ７ｍの吸入口を接続するとともに、この圧送ポンプ７ｍの吐出口に冷却部５の流入口を接続する。この冷却部５の流出口は多系統冷却システム１の一方の冷却水出口となり、この冷却水出口は一方の被冷却部Ｒｍの冷却水入口に接続する。さらに、被冷却部Ｒｍの冷却水出口は多系統冷却システム１の冷却水戻口を介して小タンク部２ｍに設けた流入口に接続する。これにより、小タンク部２ｍの冷却水Ｗが送出ポンプ７ｍにより送り出され、冷却部５により冷却された後、多系統冷却システム１から被冷却部Ｒｍに供給されるとともに、被冷却部Ｒｍを冷却した後、再び、多系統冷却システム１の小タンク部２ｍに戻される循環系が構成される。

一方、他方の（残りの）冷却系統３ｓは、小タンク部２ｓを被冷却部Ｒｓに接続する基本的な構成を備える。この冷却系統３ｓは、副冷却系統３ｓとなり、冷却部５により冷却された主冷却系統３ｍの冷却水Ｗから分岐した一部の冷却水Ｗｐが小タンク部２ｓに供給されることにより冷却を行う。したがって、副冷却系統３ｓは、図１に示すように、小タンク部２ｓに設けた流出口に、冷却水Ｗを送り出す圧送ポンプ７ｓの吸入口を接続するとともに、この圧送ポンプ７ｓの吐出口は多系統冷却システム１の他方の冷却水出口となり、この冷却水出口は他方の被冷却部Ｒｓの冷却水入口に接続する。また、被冷却部Ｒｓの冷却水出口は多系統冷却システム１の冷却水戻口を介して小タンク部２ｓに設けた流入口に接続する。これにより、小タンク部２ｓの冷却水Ｗが送出ポンプ７ｓにより送り出され、多系統冷却システム１から被冷却部Ｒｓに供給されるとともに、被冷却部Ｒｓを冷却した後、再び、多系統冷却システム１の小タンク部２ｓに戻される循環系が構成される。さらに、上述した冷却部５の下流側に分岐部８を設け、この分岐部８の分岐側を、電動バルブ（制御バルブ）等の可変流量バルブ９を用いた流量調整回路（第一流量調整回路）Ｍ１を介して小タンク部２ｓに接続する。

他方、多系統冷却システム１はコントローラ１０を備える。コントローラ１０には設定部１１が付属し、設定温度Ｔｍｓ，Ｔｓｓ等の各種設定を行うことができる。コントローラ１０は、多系統冷却システム１全体の制御を司る機能を備える。したがって、本発明に関連して、コントローラ１０の制御出力ポートには、少なくとも上述した冷却部５及び可変流量バルブ９を接続するとともに、冷却部５の下流側に接続した水温センサ１２ｍ及び圧送ポンプ７ｓの下流側に接続した水温センサ１２ｓを、コントローラ１０の入力ポートに接続する。この場合、水温センサ１２ｍは、多系統冷却システム１における一方の冷却水出口から一方の被冷却部Ｒｍに供給する冷却水Ｗの温度を検出するとともに、水温センサ１２ｓは、多系統冷却システム１における他方の冷却水出口から他方の被冷却部Ｒｓに供給する冷却水Ｗの温度を検出する。コントローラ１０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、多系統冷却システム１に係わる一連の制御（シーケンス制御）を実行する。したがって、コントローラ１０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。

これにより、被冷却部Ｒｍに供給する冷却水Ｗの温度（検出温度）Ｔｍｄは水温センサ１２ｍにより検出され、検出温度Ｔｍｄが設定温度Ｔｍｓになるように、コントローラ１０により冷却部５の冷却能力がフィードバック制御される主冷却系統３ｍが構成される。したがって、主冷却系統３ｍは、いわば一般的な汎用性の高い冷却装置として構成でき、システム１全体の低コスト化及び小型化に寄与できるとともに、高い安定性及び信頼性を確保できる利点がある。また、被冷却部Ｒｓに供給する冷却水Ｗの温度（検出温度）Ｔｓｄは水温センサ１２ｓにより検出され、検出温度Ｔｓｄが設定温度Ｔｓｓになるように、コントローラ１０により分岐した冷却水Ｗｐ…の流量がフィードバック制御される副冷却系統３ｓが構成される。したがって、副冷却系統３ｓは、冷却水Ｗｐの流量を可変可能な電動バルブ等の可変流量バルブの追加により容易に構成できる利点がある。

さらに、図４には、多系統冷却システム１の、より具体化した回路構成を示す。同図中、図１と同一部分には同一符号を付してその構成を明確にした。冷却部５は、一般的な冷凍サイクルＣを構成しており、熱交換器を用いた冷却器３１の二次側を圧送ポンプ７ｍの吐出口と多系統冷却システム１における冷却水出口間に接続する。冷凍サイクルＣは、圧縮機３２，凝縮器３３及び電子膨張弁３４を順次接続し、圧縮機３２と電子膨張弁３４間に冷却器３１の一次側を接続する。これにより、冷媒が循環する冷媒循環回路を有する冷凍サイクルＣが構成される。なお、図中、３３ｆは凝縮器３３を空冷する凝縮器ファン、３５は冷媒ストレーナ、３６は高圧圧力スイッチ、３７は吸入温度センサ、３８は吐出管温度センサ、３９は凝縮冷媒温度センサ、４０は冷却器入口冷媒温度センサ、４１は圧縮機インバータをそれぞれ示す。コントローラ１０は、冷却部５の冷却能力を制御する機能を備えているが、この冷却能力の制御は、圧縮機インバータ４１に制御信号を付与し、圧縮機３２の回転数を制御することにより行われる。その他、冷却水タンク２において、２１は液面レベル計、２２はドレインバルブ、２３はストレーナをそれぞれ示すとともに、冷却系統３ｍ，３ｓにおいて、２４ｍ，２４ｓは水圧計、２５ｍ，２５ｓはバイパスバルブをそれぞれ示す。

次に、本実施形態に係る多系統冷却システム１の動作（機能）について、図１〜図４を参照して説明する。

まず、多系統冷却システム１の運転を開始することにより、冷却部５（冷凍サイクルＣ）及び圧送ポンプ７ｍ，７ｓが作動する。これにより、主冷却系統３ｍでは、小タンク部２ｍの冷却水Ｗが圧送ポンプ７ｍにより送り出され、冷却部５（冷却器３１）により冷却された後、被冷却部Ｒｍに供給されるとともに、被冷却部Ｒｍを冷却した冷却水Ｗは被冷却部Ｒｍから小タンク部２ｍに戻される。この際、被冷却部Ｒｍに供給される冷却水Ｗの温度は、水温センサ１２ｍにより検出され、検出温度Ｔｍｄとしてコントローラ１０に付与される。また、コントローラ１０には設定温度Ｔｍｓ（２１〔℃〕）が設定されているため、検出温度Ｔｍｄが設定温度Ｔｍｓになるように、冷却部５の冷却能力がフィードバック制御される。即ち、圧縮機インバータ４１を介して圧縮機３２の回転数が可変制御される。

他方、副冷却系統３ｓでは、小タンク部２ｓの冷却水Ｗが圧送ポンプ７ｓを介して被冷却部Ｒｓに供給され、被冷却部Ｒｓを冷却した冷却水Ｗは被冷却部Ｒｓから小タンク部２ｓに戻される。この場合、分岐部８により分岐された冷却水Ｗｐ、即ち、冷却部５（冷却器３１）により冷却された冷却水Ｗの一部の冷却水Ｗｐが可変流量バルブ９を介して小タンク部２ｓに供給され、小タンク部２ｓの冷却水Ｗは、温度の低い冷却水Ｗｐにより冷却されることになる。この際、小タンク部２ｓには冷却水Ｗｐが供給されるため、小タンク部２ｓから溢れる冷却水Ｗは、小タンク部２ｓの上端開口から他方の小タンク部２ｍに流入する。一方、被冷却部Ｒｓに供給される冷却水Ｗの温度は、水温センサ１２ｓにより検出され、検出温度Ｔｓｄとしてコントローラ１０に付与される。また、コントローラ１０には設定温度Ｔｓｓ（２６〔℃〕）が設定されているため、検出温度Ｔｓｄが設定温度Ｔｓｓになるように、分岐した冷却水Ｗｐの流量がフィードバック制御される。即ち、可変流量バルブ９の開度が可変制御される。

よって、このような本実施形態に係る多系統冷却システム１によれば、冷却水タンク２の内部に、断熱仕切壁４により仕切り、かつ上方を開放した二つの小タンク部２ｍ，２ｓを設けるとともに、他の冷却系統３ｓの設定温度Ｔｓｓよりも低い設定温度Ｔｍｓを設定し、かつ冷却部５により冷却を行う一つの主冷却系統３ｍと、冷却部５により冷却された主冷却系統３ｍの冷却水Ｗから分岐した一部の冷却水Ｗｐが小タンク部２ｓに供給されることにより冷却を行う他の副冷却系統３ｓとを設けたため、二つの冷却系統を設ける場合であっても、少なくとも冷却水タンク２と冷却部５はそれぞれ一つで足りる。したがって、特に大型部品の点数削減を図ることができ、システム全体のコストダウン及び小型化を実現できる。また、主冷却系統３ｍの低い温度の冷却水Ｗを副冷却系統３ｓに供給して相対的な温度差を作り出すようにしているため、副冷却系統３ｓは冷却部を含まない受動的な温度制御系を構成すれば足りる。したがって、被冷却部Ｒｍ，Ｒｓの要求する冷却条件を考慮した冷却原理の最適化を図ることができ、消費電力の削減、更には省エネルギ性の向上に寄与できる。

次に、本発明の変更実施形態に係る多系統冷却システム１について、図５〜図１３を参照して説明する。

図５に示す変更実施形態は、冷却水タンク２の内部に、二つの（二個所の）断熱仕切壁４，４により仕切り、かつ上方を開放した三つの小タンク部２ｍ，２ｓ，２ｓを設け、各小タンク部２ｍ，２ｓ，２ｓと各被冷却部Ｒｍ，Ｒｓ，Ｒｓをそれぞれ接続して三つの冷却系統３ｍ，３ｓ，３ｓを構成するとともに、他の冷却系統３ｓ，３ｓの設定温度Ｔｓｓ，Ｔｓｓよりも低い設定温度Ｔｍｓを設定し、かつ冷却部５により冷却を行う一つの主冷却系統３ｍと、冷却部５により冷却された主冷却系統３ｍの冷却水Ｗから二系統に分岐した一部の冷却水Ｗｐ，Ｗｐが二つの各小タンク部２ｓ，２ｓにそれぞれ供給されることにより冷却を行う他の二つの副冷却系統３ｓ，３ｓとを設けたものである。このように、図５に示す変更実施形態は、図１の実施形態に対して副冷却系統３ｓをさらに一つ増やし、全体の冷却系統３ｍ，３ｓ…を三つにしたものであり、全体の冷却系統３ｍ，３ｓ…の数は任意に選定可能である。なお、図５において、図１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、その詳細な説明を省略する。

図６に示す変更実施形態は、冷却水タンク２における特に断熱仕切壁４の変更例を示す。図６（ａ）は、断熱仕切壁４を、二枚の仕切壁材４ｐ，４ｑを組合わせて構成した際の隙間Ｓに、別途の断熱部材６を収容したものである。例示の断熱部材６は、隙間Ｓに充填可能なゴム素材等により形成した空気袋を用いることにより空気層を介在させたものであり、このような断熱部材６を追加することにより、各小タンク部２ｍ，２ｓの容積を犠牲にすることなく断熱性をより高めることができる。この場合、断熱部材６を収容しなくても十分に断熱効果があり、断熱性能を確保できるが、冷却水タンク２が小さく、仕切壁材４ｐ…間を広くできない場合等においては、必要により断熱部材６を用いることができる。なお、断熱部材６としては、冷却水Ｗに影響を与えない断熱板等の各種断熱部材６を利用することができる。また、図６（ｂ）は、断熱仕切壁４を、三枚の仕切壁材４ｐ，４ｑ，４ｒの組合わせにより構成したものであり、二枚の仕切壁材４ｐ，４ｑの組合わせよりも断熱性を高めることができるとともに、簡易な構成により容易に断熱性を高めることができる。このように、仕切壁材４ｐ…は任意の枚数を組み合わせることができる。いずれの変更例であっても、冷却水タンク２内における各小タンク部２ｍ，２ｓ…の相互間における熱損失防止（断熱性向上）を図ることができる。

図７に示す変更実施形態は、冷却水タンク２における断熱仕切壁４の変更例及び小タンク部２ｓに対する配管の接続位置の変更例を示す。この変更例は、断熱仕切壁４を、離間した一対の仕切壁材４ｐ，４ｑにより構成する点は、図１に示した基本の実施形態と同様であるが、各仕切壁材４ｐ，４ｑをそれぞれ傾斜させて配することにより、仕切壁材４ｐと４ｑ間における上側の間隔を広くし、かつ下側の間隔を狭くしたものである。これにより、小タンク部２ｓから見て上側の断熱性能が高くなり、かつ下側の断熱性能が低くなる。一方、小タンク部２ｓには、被冷却部Ｒｓにより熱交換された温度の高い冷却水Ｗを戻す配管Ｌｓｒが接続されるとともに、冷却器３１により冷却された冷却水Ｗのうち一部の冷却水Ｗｐを分岐し、さらに可変流量バルブ９（流量調整回路Ｍ１）を介して供給するための配管Ｌｍｒが接続される。したがって、この場合、例えば、温度の低い冷却水Ｗｐを供給する配管Ｌｍｒを小タンク部２ｓの上側位置に接続すれば、反対側の小タンク部２ｍ側から受ける影響をより回避することが可能になるとともに、温度の高い冷却水Ｗを戻す配管Ｌｓｒを小タンク部２ｓの下側位置に接続すれば、小タンク部２ｍ側の影響を積極的に受けることにより熱交換可能となる。

図８は、図７の変更例を示す。この変更例は、図７に示した断熱仕切壁４の上下を反転させたものであり、各仕切壁材４ｐ，４ｑをそれぞれ傾斜させて配することにより、仕切壁材４ｐと４ｑ間における上側の間隔を狭くし、かつ下側の間隔を広くしたものである。これにより、小タンク部２ｓから見て上側の断熱性能が低くなり、かつ下側の断熱性能が高くなる。したがって、この場合には、図７の場合とは反対に、温度の低い冷却水Ｗｐを供給する配管Ｌｍｒを小タンク部２ｓの下側位置に接続すれば、反対側の小タンク部２ｍ側から受ける影響をより回避することが可能になるとともに、温度の高い冷却水Ｗを戻す配管Ｌｓｒを小タンク部２ｓの上側位置に接続すれば、小タンク部２ｍ側の影響を積極的に受けることにより熱交換可能となる。

図７及び図８のように、断熱仕切壁４を、高さ位置に応じて異なる断熱性能となるように構成すれば、配管Ｌｍｒ，Ｌｓｒの接続位置（接続高さ）を、冷却水Ｗｐ，Ｗの条件及び状態等に対応して最適な接続高さに選定可能となり、熱損失等を最小限に抑えることができる。

図９に示す変更実施形態は、冷却水タンク２における小タンク部２ｓに接続する配管の接続位置の変更例を示す。上述したように、小タンク部２ｓには、被冷却部Ｒｓにより熱交換された温度の高い冷却水Ｗを戻す配管Ｌｓｒが接続されるとともに、冷却器３１により冷却された冷却水Ｗのうち一部の冷却水Ｗｐを分岐し、さらに可変流量バルブ９を介して供給するための配管Ｌｍｒが接続されるため、例えば、図９に示すように、各配管ＬｍｒとＬｓｒの位置関係（接続位置及び／又は接続高さ）を設定すれば、冷却水Ｗ，Ｗｐの流入時には、温度の高い冷却水Ｗと冷却された冷却水Ｗｐを衝突させ、或いはスパイラル状に流入させるなどにより温度の高い冷却水Ｗと冷却された冷却水Ｗｐを撹拌させることが可能となり、冷却水Ｗ温度の均等化及び安定化に寄与できる。

図１０（及び図１１）に示す変更実施形態は、冷却水タンク２における断熱仕切壁４の他の変更例を示す。この変更例は、断熱仕切壁４、即ち、仕切壁材４ｐ，４ｑの下端辺における一個所又は二個所以上に切欠部を形成し、これにより、小タンク部２ｓの通水孔部４ｐｘ，４ｑｘ，４ｐｙ，４ｑｙを設けたものである。このような通水孔部４ｐｘ…，４ｐｙ…を設けることにより、メンテナンス時や洗浄時には、小タンク部２ｓ内部の冷却水Ｗを、この通水孔部４ｐｘ…，４ｐｙ…を通して小タンク部２ｍ側に排出した後、小タンク部２ｍのドレン部５１を通して外部に排水できる。したがって、小タンク部２ｓ側に別途設けるドレン部が不要となり、構成の単純化及びコストダウンに寄与できる。

図１２及び図１３に示す変更実施形態は、多系統冷却システム１における回路の変更例を示す。図１２は、図４に示した回路に対して、第二流量調整回路Ｍ２を追加したものであり、この第二流量調整回路Ｍ２により、被冷却部Ｒｍから戻る高温の冷却水Ｗの一部を分岐して小タンク部２ｓに供給することができる。この場合、第二流量調整回路Ｍ２は、可変流量バルブ５２と配管Ｌｍｔにより構成することができる。これにより、副冷却系統３ｓにおいては、前述した、被冷却部Ｒｓに供給する冷却水Ｗの温度（検出温度）Ｔｓｄを水温センサ１２ｓにより検出し、検出温度Ｔｓｄが設定温度Ｔｓｓになるように、コントローラ１０により分岐した冷却水Ｗｐ…の流量をフィードバック制御、即ち、第一流量調整回路Ｍ２をフィードバック制御する基本形態に加え、検出温度Ｔｓｄが設定温度Ｔｓｓになるように、第一流量調整回路Ｍ１及び第二流量調整回路Ｍ２の双方をフィードバック制御することが可能となる。したがって、降温時の温度制御及び昇温時の温度制御が可能になるため、冷却水Ｗの温度に対する制御応答性、更には制御性をより高めることができる。

図１３は、図４における可変流量バルブ９の代わりに、定流量バルブ５３と、三方弁を有する可変流量バルブ５４とを接続して構成した第一流量調整回路Ｍ１ｅを設けたものである。図４に示した可変流量バルブ９のみを用いた場合には、可変流量バルブ９の調整により被冷却部Ｒｍに供給される冷却水Ｗの流量が変動してしまうが、図１３の第一流量調整回路Ｍ１ｅを用いれば、可変流量バルブ５４により冷却水Ｗｐの流量を可変した場合であっても、被冷却部Ｒｍに供給する冷却水Ｗの流量を一定に維持できる。即ち、安定した規定量に維持することができる。なお、可変流量バルブ５４により配管Ｌｍｒを通して小タンク部２ｓに供給する流量を調整した際における余分な冷却水Ｗｐは、配管Ｌｒｒを通して小タンク部２ｍに戻す（逃がす）ことができる。

また、図１３には、被冷却部Ｒｍに供給する冷却水Ｗの流量を制御する流量制御回路Ｍ３を付設する場合を仮想線により示す。この流量制御回路Ｍ３は、被冷却部Ｒｍに供給する冷却水Ｗの流量を流量計５５により検出するとともに、この検出した流量（検出流量）に基づいて、コントローラ１０は、圧送ポンプ７ｍに制御信号を付与し、検出流量が予め設定した目標流量となるように制御する機能を備える。したがって、流量制御回路Ｍ３を設ける場合、第一流量調整回路Ｍ１ｅと組合わせることにより、より緻密な制御が可能になる。さらに、流量制御回路Ｍ１ｅに第一流量調整回路Ｍ１ｅを兼用させることも可能である。したがって、この場合には、流量制御回路Ｍ３を、図４に示した可変流量バルブ９を用いた第一流量調整回路Ｍ１と組合わせることも可能である。なお、図６〜図１３において、図１〜図５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。

以上、好適実施形態及び変更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，数量，数値，素材，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、冷却水タンク２の内部に、断熱仕切壁４により仕切り、かつ上方を開放した複数の小タンク部２ｍ，２ｓ…を設けるとは、小タンク部２ｍ，２ｓ…を予め製作し、各小タンク部２ｍ，２ｓ…の上端を連結管等により連結して一体化した構造も含まれる概念である。一方、冷却系統３ｍ，３ｓ…は、被冷却部Ｒｍ，Ｒｓ…を冷却した後の冷却水Ｗ…を小タンク部２ｍ，２ｓ…に戻す循環系により構成した場合を示したが、冷却水Ｗを循環させることなく廃棄する非循環式に構成する場合を排除するものではない。さらに、冷却部５は、冷凍サイクルＣを用いたが、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手段を用いてもよい。なお、冷凍サイクルＣ及びサーモモジュール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」も含む概念である。また、冷却水Ｗとは、水道水をはじめ不凍液等の冷却可能な液体を含み、基本的には冷却液と同一の概念である。

本発明に係る多系統冷却システム１は、レーザ加工機をはじめ、複数系統により冷却水を供給する各種被冷却機器の冷却に利用できる。

１：多系統冷却システム，２：冷却水タンク，２ｍ：小タンク部，２ｓ…：小タンク部，３ｍ：冷却系統（主冷却系統），３ｓ…：冷却系統（副冷却系統），４：断熱仕切壁，４ｐ…：仕切壁材，４ｑｘ：通水孔部，４ｐｘ：通水孔部，４ｐｙ：通水孔部，４ｑｙ：通水孔部，５：冷却部，６：断熱部材，Ｗ…：冷却水，Ｗｐ：分岐した一部の冷却水，Ｒｍ：被冷却部，Ｒｓ…：被冷却部，Ｔｍｓ：設定温度，Ｔｓｓ…：設定温度，Ｔｍｄ：検出温度，Ｔｓｄ…：検出温度，Ｓ：隙間，Ｍ１：流量調整回路（第一流量調整回路），Ｍ２：第一流量調整回路，Ｍ３：第二流量調整回路，Ｌｍｒ：配管，Ｌｓｒ：配管

Claims (11)

1. 冷却水が収容された冷却水タンクから複数の被冷却部にそれぞれ異なる温度に冷却した冷却水を供給して冷却を行う複数の冷却系統を備える多系統冷却システムであって、前記冷却水タンクの内部に、隙間を介して配した二枚の仕切壁材の組合わせにより構成し、下端を前記冷却水タンクの底面に当接させるとともに、上端を前記冷却水タンクの上端よりも下方に位置させた断熱仕切壁により仕切り、かつ上方を開放した複数の小タンク部を設け、各小タンク部と各被冷却部をそれぞれ接続して複数の冷却系統を構成するとともに、他の冷却系統の設定温度よりも低い設定温度を設定し、かつ冷却部により冷却を行う一つの冷却系統（主冷却系統）と、前記冷却部により冷却された主冷却系統の冷却水から分岐した一部の冷却水が各小タンク部に供給されることにより冷却を行う他の冷却系統（副冷却系統）とを設けたことを特徴とする多系統冷却システム。
2. 前記冷却系統は、前記被冷却部を冷却した後の冷却水を前記小タンク部に戻す循環系により構成することを特徴とする請求項１記載の多系統冷却システム。
3. 前記冷却系統における最大の設定温度と最低の設定温度の差は、１５〔℃〕以下に選定することを特徴とする請求項１又は２記載の多系統冷却システム。
4. 前記断熱仕切壁は、各仕切壁材の角度を異ならせることにより少なくとも上側と下側の断熱性能を異ならせるとともに、前記副冷却系統における小タンク部に冷却水を供給する配管の少なくとも接続高さを当該断熱性能に対応して選定してなることを特徴とする請求項１，２又は３記載の多系統冷却システム。
5. 前記断熱仕切壁は、前記隙間に断熱部材を収容して構成することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の多系統冷却システム。
6. 前記断熱仕切壁は、下端辺の所定位置に切欠部を形成することにより一又は二以上の通水孔部を設けてなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の多系統冷却システム。
7. 前記副冷却系統における前記小タンク部に対して、複数の位置から流入する各冷却水が内部で撹拌されるように、当該複数の位置における配管の接続位置及び／又は接続高さを選定してなることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の多系統冷却システム。
8. 前記主冷却系統は、前記被冷却部に供給する冷却水の温度（検出温度）を検出し、前記検出温度が設定温度になるように、前記冷却部の冷却能力をフィードバック制御することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の多系統冷却システム。
9. 前記副冷却系統は、前記冷却部により冷却された主冷却系統の冷却水から分岐した一部の冷却水の流量を調整する流量調整回路（第一流量調整回路）を備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の多系統冷却システム。
10. 前記主冷却系統に接続した前記被冷却部から小タンク部に戻る冷却水から分岐した一部の冷却水を前記副冷却系統における小タンク部に供給するとともに、当該一部の冷却水の流量を調整する第二流量調整回路を備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の多系統冷却システム。
11. 前記副冷却系統は、前記被冷却部に供給する冷却水の温度（検出温度）を検出し、前記検出温度が設定温度になるように、前記第一流量調整回路及び／又は前記第二流量調整回路をフィードバック制御することを特徴とする請求項９又は１０記載の多系統冷却システム。

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