JPH11290723A - 冷却遠心分離機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 通常の１００Ｖ１５Ａの電源容量で使用可能
とする。 【解決手段】 加速後の定常回転数とされる設定回転数
Ｎ１に対して、この回転数Ｎ１よりも低い所定の回転数
Ｎ２を定める。回転数Ｎ２は、その回転数Ｎ２を得るた
めに必要なモータ駆動電流と冷凍機の電流との合計が１
５Ａ以内に収まる最高の回転数とする。そして、ロータ
の回転数ＮがＮ１に達するまでの加速中、Ｎ１からＮ２
までの区間について、冷凍機の作動を禁止する。これに
より、ロータの加速中に冷凍機が作動したとしても、電
源電流は１５Ａを超えることがなく、通常の１００Ｖ１
５Ａの電源容量で使用することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、１００Ｖ１５Ａ
の条件内で使用することの可能な冷却遠心分離機に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】冷却遠心分離機は、遠心処理する試料を
装着したロータが高速で回転したときの発生する空気と
の摩擦熱で試料が熱変性しないように、ロータを収容す
るロータ室内の温度が設定温度以上になったときに冷凍
機を作動させてロータ室内を冷却し試料の熱変性を防止
することを目的として設計されている。すなわち、冷却
遠心分離機は、ロータ室内の温度を検出し、この検出し
たロータ室内の温度と設定温度とを比較し、ロータ室内
の温度が設定温度を超えている場合に冷凍機を作動さ
せ、ロータ室内の温度を下げる温度制御回路を備えてい
る。

【０００３】従来の冷却遠心分離機では、ロータの回転
をスタートさせると、これと同時に冷凍機の制御回路も
作動する。ロータが回転し始めると、ロータと空気との
摩擦により温度上昇が始まり、ロータ室内の温度が設定
温度を超えれば冷凍機が作動し、ロータ室内を冷却す
る。通常、ロータ室内の温度は冷却遠心分離機のロータ
室の蓋を開閉することでほゞ室温に近く上昇してしま
い、通常設定される設定温度（４〜１０℃）を超えてし
まっている。このため、ロータが回転指令を受けるとほ
ゞ同時に冷凍機の電源も通電され、冷却を開始する。す
なわち、通常、冷凍機はロータの加速中に作動する。

【０００４】一方、冷却遠心分離機には、高速性能が要
求されている。また、使用者（生化学分野の研究者な
ど）は実験時間の短縮を希望しており、そのために加速
時間（設定回転数に達するまでの加速時間）の短縮も要
求されている。急加速を行えば、駆動源であるモータは
大きな出力を要求されるため、当然ながら加速時のモー
タ駆動電流（加速電流）は大きくなる。この加速電流は
回転数が高くなればほゞ比例して大きくなる。そして、
時間の経過と共にロータの回転数が設定回転数に達すれ
ば、すなわち加速期間が過ぎて定常回転数になれば、モ
ータ駆動電流は加速時の最大電流値の約１／２〜１／３
になる。特に、近年高速モータの技術が進歩し、インバ
ータ制御のインダクションモータが使用されるようにな
って、この傾向は顕著になっている。

【０００５】ここで、この冷却遠心分離機への電源容量
は、ロータの加速中に冷凍機が作動した場合を想定して
決定される。すなわち、ロータの加速中に冷凍機が作動
すると、冷凍機の始動時には大きな電流が流れるので、
加速電流にこの電流がプラスされ、そのときの電源電流
は瞬時に過大となる。この場合の最大電流を想定し、こ
の最大電流を確保し得る値として、冷却遠心分離機への
電源容量を決定する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
冷却遠心分離機が必要とする電源容量は１００Ｖ１５Ａ
（日本において壁などに設置される通常の電源コンセン
トの容量）を上回っており、要求される電源容量をもっ
た電源設備を準備しなければならない。この電源設備は
設置者（冷却遠心分離機の使用者）が準備していた。こ
の１００Ｖ１５Ａを上回る電源設備は、特別に設置しな
ければならず、高価な設備費用を要する。特に、２００
Ｖの電源や三相電源は、新たに設置する場合は高額とな
る。また、使用者が冷却遠心分離機の設置場所を変更し
ようとしたとき、電源設備も移動しなければならず、こ
のため設置場所の変更を思いどおり行うことができない
といいう問題も生じていた。

【０００７】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、その目的とするところは、特別な電源
設備を必要とせず、通常の１００Ｖ１５Ａの電源容量で
使用することの可能な、高性能の冷却遠心分離機を提供
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、この発明は、ロータの回転数が設定回転数に
達するまでの加速中、設定回転数からこの設定回転数よ
りも低い所定の回転数までの区間について、冷凍機の作
動を禁止する冷凍機作動禁止手段を設けたものである。
この発明によれば、ロータの回転数が設定回転数（第１
の設定回転数）に達するまでの加速中、設定回転数（第
１の設定回転数）からこの設定回転数よりも低い所定の
回転数（第２の設定回転数）までの区間において、ロー
タ室内の温度が設定温度を超えたとしても冷凍機は作動
されない。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態に基づ
き詳細に説明する。 〔原理〕実施の形態の説明に入る前に本発明の原理につ
いて説明する。本発明では、図１に示すように、加速後
の定常回転数とされる設定回転数（第１の設定回転数）
Ｎ１に対して、この回転数Ｎ１よりも低い所定の回転数
（第２の設定回転数）Ｎ２を定める。第２の設定回転数
Ｎ２は、その回転数Ｎ２を得るために必要なモータ駆動
電流と冷凍機の電流との合計が１５Ａ以内に収まる最高
の回転数とする。図１に示すＩはモータ駆動電流の変化
を示し、Ｎはロータの回転数の変化を示す。なお、冷凍
機の駆動電流は、モータの加速特性には関係しないで一
定の消費パターンをとることが分かっている。

【００１０】そして、ロータの回転数Ｎが第１の設定回
転数Ｎ１に達するまでの加速中、第１の設定回転数Ｎ１
から第２の設定回転数Ｎ２までの区間について、冷凍機
の作動を禁止する。すなわち、ロータの回転がスタート
してからその回転数Ｎが第２の回転数Ｎ２に達するまで
の区間は冷凍機の作動を許可し、第２の回転数Ｎ２から
第１の回転数Ｎ１に達するまでの区間は冷凍機の作動を
禁止し、第１の回転数Ｎ１に達した以降は冷凍機の作動
を許可する。

【００１１】これにより、ロータの加速中に冷凍機が作
動したとしても、電源電流は１５Ａを超えることがな
く、通常の１００Ｖ１５Ａの電源容量で使用することが
可能となる。このため、特別な電源設備を必要とせず、
電源設備の設備投資が不要となる。また、通常の１００
Ｖ１５Ａのコンセントで使用することができるので、使
用者が冷却遠心分離機を任意な場所に移動することがで
き、設置場所の変更を思いどおり行うことができるよう
になる。また、最大電流の流れる加速時に冷凍機の電流
を制御することができるので、冷凍機の電流の分モータ
の加速特性を強くすることができる。

【００１２】図１において、第２の設定回転数Ｎ２は、
ロータ毎に空気摩擦が異なり、またロータの質量による
熱容量によっても異なり、かつモータの加速特性によっ
て加速にどれだけ時間がかかるかによっても異なってく
る。そこで、冷却遠心分離機の機種毎にその機種で使用
できる全てのロータについて第２の設定回転数Ｎ２を実
験的に求めておき、ロータ室内に収容されるロータの種
類に応じた第２の設定回転数Ｎ２を使用する。これによ
り、冷却遠心分離機を１００Ｖ１５Ａの条件内で使用で
きるロータの種類を増やすことができるようになり、自
由度が拡がる。

【００１３】なお、ロータの加速中には冷凍機を作動さ
せないという方式が考えられるが、この方式ではロータ
加速中のロータ室内の温度上昇を抑えることができな
い。これに対して、本発明では、加速中に第２の設定回
転数Ｎ２まで冷凍機を作動させることができるので、ロ
ータ室内の温度上昇を抑えることができる。

【００１４】〔実施の形態〕図２はこの発明の一実施の
形態を示す冷却遠心分離機のブロック図である。同図に
おいて、１はロータ室内（図示せず）の温度Ｔpvを検出
する温度センサ、２はロータ室内に収容されたロータ
（図示せず）の回転数Ｎを検出する回転センサ、３はロ
ータ室内に収容されたロータの種類を検出するロータセ
ンサ、４，５，６は増幅器、７は温度設定用電源、８は
ダイオード、９は冷凍機、１０は冷凍機制御リレー、１
１は冷凍機制御リレー１０のリレー接点である。

【００１５】また、１２は増幅器４を介して入力される
温度センサ１からのロータ室内温度Ｔpvとダイオード８
を介して入力される温度設定用電源７からの設定温度Ｔ
spとを比較し、ロータ室内温度Ｔpvが設定温度Ｔspを超
えた場合に増幅器６を介して冷凍機制御リレー１０に駆
動指令を送る比較回路、１３はＣＰＵ、１４はＲＯＭ、
１５はＲＡＭ、１６は出力インターフェイスである。

【００１６】この実施の形態では、冷却遠心分離機の機
種毎にその機種で使用できる全てのロータについて第２
の設定回転数Ｎ２を実験的に求めておき、これをＲＯＭ
１４に書き込んでいる。また、第１の設定回転数Ｎ１に
ついても、ＲＯＭ１４あるいはＲＡＭ１５に書き込んで
ある。また、ＣＰＵ１３は、回転センサ２が検出するロ
ータの回転数Ｎおよびロータセンサ３が検出するロータ
室内に収容されたロータの種類を入力とし、ＲＯＭ１４
およびＲＡＭ１５にアクセスしながら所定の処理動作を
行う。

【００１７】図３はこの冷却遠心分離機における特徴的
な動作を説明するためのフローチャートである。

【００１８】今、この冷却遠心分離機に電源が投入され
たとする。すると、比較回路１２がロータ室内温度Ｔpv
と設定温度Ｔspとを比較し（ステップ３０１）、ロータ
室内温度Ｔpvが設定温度Ｔspよりも高ければ（Ｔsp＜Ｔ
pv）、増幅器６を介して冷凍機制御リレー１０へ駆動指
令を送る。ここで、ＣＰＵ１３は、回転センサ２からの
ロータの回転数Ｎに基づいてロータが回転しているか否
かをチェックする（ステップ３０２）。この場合、まだ
電源を投入しただけでロータの回転をスタートさせてい
ないので、ロータは回転していない（停止中）と判断さ
れる。

【００１９】ＣＰＵ１３は、ステップ３０２でロータが
停止中であれば、出力インターフェイス１６を介して冷
凍機制御リレー１０へ冷凍機駆動許可指令を送る。これ
により、比較回路１２からの駆動指令が有効とされ、冷
凍機制御リレー１０はそのリレー接点１１をオンとす
る。これにより、冷凍機９へ電源が供給され、冷凍機９
が作動する（ステップ３０３）。この冷凍機９の作動に
よって、ロータ室内が冷却され、ロータ室内温度Ｔpvが
設定温度Ｔsp以下となると（Ｔsp≧Ｔpv）、ステップ３
０１の「ＮＯ」に応じて比較回路１２より冷凍機制御リ
レー１０へ駆動停止指令が出され、リレー接点１１がオ
フとされて、冷凍機９が停止する（ステップ３０４）。

【００２０】これにより、ロータ室内の予備冷却（試料
が許容する温度以下で且つ試料が凍結しない温度に冷や
しておく）が行われる。ロータは通常アルミニウムやス
テンレススチールなど金属で製作されており、ある容積
をもっているのでその熱容量は大きい。したがって、一
度目的とする温度に冷やされておれば、ロータが設定回
転数Ｎ１に到達するまでの加速時間のような短時間の間
には、空気摩擦で発熱しても試料に有害な温度にまでロ
ータ室内温度は上昇しない。

【００２１】しかし、予備冷却中、ロータ室の蓋を開閉
するなどすると、ロータの回転をスタートさせたときに
ロータ室内温度が十分に冷えていない場合がある。この
場合、ロータの加速中、ロータ室内温度Ｔpvが設定温度
Ｔspを超え（Ｔsp＜Ｔpv）。、比較回路１２から増幅器
６を介して冷凍機制御リレー１０へ駆動指令が送られる
ことがある。この場合、ＣＰＵ１３は、ロータが回転し
ていることを確認し（ステップ３０２のＹＥＳ）、加速
中であることを確認のうえ（ステップ３０５のＮＯ）、
ステップ３０６へ進む。

【００２２】ステップ３０６において、ＣＰＵ１３は、
ロータセンサ３からのロータの種類に応じた当該機種の
第２の設定回転数Ｎ２を読み出し、この第２の設定回転
数Ｎ２とロータの実回転数Ｎとを比較する。ここで、Ｎ
≦Ｎ２であれば、冷凍機作動禁止区間ではないと判断
し、出力インターフェイス１６を介して冷凍機制御リレ
ー１０へ冷凍機駆動許可指令を送る。これにより、比較
回路１２からの駆動指令が有効とされ、冷凍機９が作動
する（ステップ３０７）。

【００２３】これに対して、Ｎ＞Ｎ２であれば、冷凍機
作動禁止区間にあると判断し、出力インターフェイス１
６を介して冷凍機制御リレー１０へ冷凍機駆動禁止指令
を送る。これにより、比較回路１２からの駆動指令が無
効とされ、冷凍機９は作動しない。

【００２４】ロータの回転数Ｎが第１の設定回転数Ｎ１
に達し、定常回転とされていれば、ロータの回転数に関
係なく冷凍機９の作動が許可される（ステップ３０５，
３０６）。このときのモータ駆動電流Ｉは小さく、冷凍
機９が作動しても、その電源電流は１５Ａを超えること
がない。

【００２５】なお、この実施の形態ではロータの種類に
応じて第２の設定回転数Ｎ２を変えるようにしたが、機
種によっては使用できるロータの種類が少ないので、ロ
ータの種類に応じて第２の設定回転数Ｎ２を変えなくて
もよい場合もある。この場合、ロータセンサ３が不要と
なり、制御回路が簡単になり、冷却遠心分離機のコスト
を低減することができるという経済効果がある。

【００２６】また、この実施の形態において、図１はロ
ータの加速特性が遅い場合を示している。ロータをゆっ
くり加速させることによって、モータ駆動電流Ｉは小さ
くて済み、第２の設定回転数Ｎ２を高くすることができ
る。ロータの加速特性が速い場合に同様によて適用する
ことができる。この場合、第２の設定回転数Ｎ２が低く
なり、冷凍機作動禁止区間が拡がる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように本
発明によれば、ロータの回転数が設定回転数に達するま
での加速中、設定回転数からこの設定回転数よりも低い
所定の回転数までの区間において、ロータ室内の温度が
設定温度を超えたとしても冷凍機は作動されることがな
いので、設定回転数よりも低い所定の回転数をその回転
数を得るために必要なモータ駆動電流と冷凍機の電流と
の合計が１５Ａ以内に収まる最高の回転数とすることに
より、特別な電源設備を必要とせず、高性能の冷却遠心
分離機を通常の１００Ｖ１５Ａの電源容量で使用するこ
とができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１はこの発明の基本原理を説明するための
図である。

【図２】 この発明の一実施の形態を示す冷却遠心分離
機のブロック図である。

【図３】 この冷却遠心分離機における特徴的な動作を
説明するためのフローチャートである。

【符号の説明】

１…温度センサ、２…回転センサ、３…ロータセンサ、
４，５，６…増幅器、７…温度設定用電源、８…ダイオ
ード、９…冷凍機、１０…冷凍機制御リレー、１１…リ
レー接点、１２…比較回路、１３…ＣＰＵ、１４…ＲＯ
Ｍ、１５…ＲＡＭ、１６…出力インターフェイス。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータを収容するロータ室内の温度を検
   出し、この検出したロータ室内の温度と設定温度とを比
   較し、ロータ室内の温度が設定温度を超えている場合に
   冷凍機を作動させ、ロータ室内の温度を下げる温度制御
   手段を備えた冷却遠心分離機において、 前記ロータの回転数が設定回転数に達するまでの加速
   中、前記設定回転数からこの設定回転数よりも低い所定
   の回転数までの区間について、前記冷凍機の作動を禁止
   する冷凍機作動禁止手段を備えたことを特徴とする冷却
   遠心分離機。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記設定回転数より
   も低い所定の回転数は、その回転数を得るために必要な
   モータ駆動電流と前記冷凍機の電流との合計が所定電流
   値以内に収まる最高の回転数とされていることを特徴と
   する冷却遠心分離機。
3. 【請求項３】 請求項１において、前記設定回転数より
   も低い所定の回転数は、前記ロータ室に収容されるロー
   タの種類によって異なることを特徴とする冷却遠心分離
   機。
4. 【請求項４】 請求項２において、前記所定電流値が１
   ５Ａとされていることを特徴とする冷却遠心分離機。