KR20070044073A

KR20070044073A - 액체 냉각 장치의 온도 제어 장치

Info

Publication number: KR20070044073A
Application number: KR1020077007671A
Authority: KR
Inventors: 테츠오 나카타
Original assignee: 다이킨 고교 가부시키가이샤
Priority date: 1999-12-14
Filing date: 2000-12-14
Publication date: 2007-04-26
Also published as: US20030079485A1; EP2172650A2; EP1239156A1; US6779354B2; EP1239156A4; CN1175960C; JP4626000B2; WO2001044662A1; KR100718447B1; EP2172650A3; CN1402813A; JP2001165058A; KR100718448B1; KR20020070457A

Abstract

본 발명은 오일 펌프(12)에 의해 공작 기계(1)의 냉각 오일이 순환하는 냉각 오일 순환 회로(8)와, 압축기(15), 응축기(16), 감압 기구(17) 및 냉매와의 열교환에 의해 냉각 오일 순환 회로(8) 중의 냉각 오일을 냉각하는 증발기(18)를 차례로 접속하여 구성되는 냉동 회로(20)와, 압축기(15)의 모터(14)의 운전 주파수를 제어하는 인버터(28)를 포함하는 오일 조화기(7)에 관한 것으로서, 오일 펌프(12)에 의한 쓸데없는 에너지 소비를 억제하는 것을 목적으로, 압축기(15)의 운전이 정지되었을 때에, 그 모터(14)의 운전 주파수를 제어하는 인버터(28)의 출력을 오일 펌프(12)의 모터(11)로 절환하여 접속하고, 오일 펌프(12)에 의한 냉각 오일의 순환량을 가변하여, 공작 기계(1)의 휴지 등에 의해 그 발열량이 감소할 때에, 오일 펌프(12)에 의한 냉각 오일의 순환량을 감소시켜, 오일 펌프(12)에 의한 저에너지화를 도모한다.

온도 제어, 가변, 인버터, 순환 펌프, 오일 펌프

Description

액체 냉각 장치의 온도 제어 장치{TEMPERATURE CONTROL DEVICE OF LIQUID COOLING DEVICE}

도 1은 본 발명의 제1 실시예의 제어 유니트에 있어서 인버터의 출력을 압축기와 순환 펌프의 사이에서 절환하여 접속하기 위해 수행되는 신호 처리 동작의 한쪽 절반부를 도시한 플로우 챠트이다.

도 2는 신호 처리 동작의 다른 쪽 절반부를 도시한 플로우 챠트이다.

도 3은 제어 유니트에서 인버터의 출력을 압축기와 히터의 사이에서 절환하여 접속하기 위해 수행되는 신호 처리 동작을 도시한 플로우 챠트이다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예의 전체 구성을 도시한 도면이다.

도 5는 인버터 절환 회로를 개략적으로 도시한 전기 회로도이다.

도 6은 오일 조화기(oil conditioner)의 제어 유니트에 있어서의 온도 제어부의 구성을 도시한 도면이다.

도 7은 인버터를 압축기와 히터의 사이에서 절환할 때의 제어 유니트에 있어서의 온도 제어부의 구성을 도시한 도 6에 상당하는 도면이다.

도 8은 인버터 출력을 압축기와 히터의 사이에서 절환할 때의 온도, 인버터 출력의 변화를 도시한 타이밍 챠트이다.

도 9는 제2 실시예를 도시한 도 4에 상당하는 도면이다.

도 10은 제3 실시예를 도시한 도 4에 상당하는 도면이다.

본 발명은 공작 기계 등의 기기에 사용되는 냉각액을 냉동 회로를 이용하여 대략 일정 온도로 유지하는 액체 냉각 장치의 온도 제어 장치에 관한 것으로서, 특히, 저에너지화를 달성하기 위한 기술에 관한 것이다.

종래부터, 공작 기계 등의 기기의 냉각액을 순환시켜서 냉각하기 위한 액체 냉각 장치로서, 예를 들어, 일본특허공개공보 평2-104994호에 개시되어 있는 바와 같이, 모터로 구동시키는 순환 펌프에 의해 기기의 냉각액이 순환하는 냉각액 순환 회로와, 압축기, 응축기, 감압 기구 및 증발기를 차례로 접속한 냉동 회로를 설치하고, 증발기에서의 액체 냉매의 증발을 이용하여 냉각액을 냉각함과 함께 기기의 작동에 따라 발열의 변화가 있어도 냉각액의 온도가 대략 일정 온도가 되도록 압축기를 인버터에 의해 가변 용량 제어하도록 하는 기술이 공지되어 있다.

그런데, 상기 종래 기술에서는, 기기의 냉각액을 순환시키는 순환 펌프에 일정 유량의 냉각액을 토출하는 정격 유량 펌프가 이용되고, 그 정격 유량은 기기가 최대 성능에서 작동할 때에도 충분한 냉각 능력 등이 확보될 수 있는 유량으로 설정되어 있고, 상기 순환 펌프가 상시 운전되도록 되어 있다. 즉 기기의 휴지(休止) 등에 의해 그 발열량이 감소한 상태로 되어 기기에 대해 냉각한 정격 유량의 냉각액을 보낼 필요가 없고, 윤활 등에 필요한 최소 유량의 냉각액을 보내기만 해 도 좋은 경우가 있지만, 그 경우에서도 순환 펌프의 운전이 정격 유량으로 계속된다. 이 때문에, 순환 펌프에 의한 쓸데없는 에너지 소비가 행해지고 있는 것으로 되고, 개량의 여지가 있었다.

또한, 상기 냉각액의 온도 제어시에 압축기가 정지할 때에는, 그것에 따라 인버터도 불필요하게 되고, 그러한 인버터를 유효하게 이용하는 것이 바람직하다.

본 발명은 이러한 여러 문제점을 해결하고자 함으로써서, 그 제1 목적은 상기와 같이 기기의 냉각액이 순환하는 냉각액 순환 회로와, 냉매를 순환시키는 냉동 회로를 포함하는 액체 냉각 장치에 있어서, 그 순환 펌프의 제어 태양을 개량하는 것에 의해 순환 펌프에 의한 쓸데없는 에너지 소비를 억제하는 것이다.

또한, 본 발명의 제2 목적은 상기 액체 냉각 장치에 있어서, 그 압축기의 운전 주파수를 제어하기 위한 인버터의 제어 태양을 개량하는 것에 의해 인버터를 유효하게 이용하도록 하는 것이다.

상기 제1 및 제2 목적을 달성하기 위해서 청구항 1의 발명은, 기기의 작동 상태 또는 작동 환경 상태에 따라, 순환 펌프에 의한 냉각액의 순환량을 가변하도록 했고, 인버터의 출력을 압축기의 모터와 순환 펌프의 모터의 어느 일방에 접속하고, 또한 타방에는 인버터를 경유하지 않은 통상의 전원을 접속하도록 절환하도록 했다.

구체적으로 상기 발명은, 도 4, 도 6, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 모터(11)로 구동되는 순환 펌프(12)에 의해 기기(1)의 냉각액이 순환하는 냉각액 순환 회로(8)와, 모터(14)로 구동되어 가스 냉매를 압축하는 압축기(15), 가스 냉매를 응축하는 응축기(16), 액체 냉매를 감압하는 감압 기구(17) 및 냉매와의 열교환에 의해 상기 냉각액 순환 회로(8) 중의 냉각액을 냉각하는 증발기(18)를 차례대로 접촉하여 구성되는 냉동 회로(20)를 포함하는 액체 냉각 장치에 관한 것이다.

그리고 상기 순환 펌프(12)에 의한 냉각액의 순환량을 상기 기기(1)의 작동 상태 또는 작동 환경 상태에 기초하여 가변시키는 냉각액 순환량 제어 수단(27)이 제공된다.

상기 구성에 의해, 모터(11)의 구동에 의해 순환 펌프(12)가 작동하여 기기(1)의 냉각액이 냉각액 순환 회로(8)를 순환하는 것과 함께, 그 도중에서 냉동 회로(20)의 증발기(18)에 의해 냉매와 열교환하여 냉각된다. 그리고 냉각액 순환량 제어 수단(27)에 의해, 상기 냉각액 순환 회로(8)에 있어서의 냉각액의 순환량이 상기 기기(1)의 작동 상태 또는 작동 환경 상태에 따라서 변경된다. 이 때문에, 예를 들어 기기(1)의 휴지기 등에 의해 그 발열량이 감소한 상태로 되어, 기기(1)에 대해서 냉각한 정격 유량의 냉각액을 보낼 필요가 없고, 윤활 등에 필요한 최소 유량의 냉각액을 보내기만 해도 좋을 때에는, 순환 펌프(12)에 의한 냉각액의 순환량이 감소하도록 변경된다. 이 경우에 순환 펌프(12)의 쓸데없는 에너지 소비를 억제하여 에너지 저감을 꾀할 수 있다.

또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 순환 펌프(12)는, 냉각액의 토출량이 가변되는 가변 용량 펌프로 하고, 냉각액 순환량 제어 수단(27)은, 상기 가변 용량 펌프의 토출량을 제어함으로써 유량을 가변시키는 것으로 해도 좋다.

이렇게 하면, 가변 용량 펌프의 냉각액의 토출량을 제어함으로써 냉각액의 유량을 가변시킬 수 있고, 냉각액 순환량 제어 수단(27)을 용이하게 구체화할 수 있다.

그리고 순환 펌프(12)의 모터(11)의 극수를 바꾸는 극 변경 수단을 제공하고, 냉각액 순환량 제어 수단(27)은 상기 극 변경 수단에 의해 상기 모터(11)의 극수를 제어함으로써 유량을 가변시키는 구성으로 할 수도 있다.

이러한 구성에서, 극 변경 수단에 의해 순환 펌프(12)의 모터(11)의 극수가 적어지도록 제어하면, 그 순환 펌프(12)에 의한 냉각액의 순환량을 감소시킬 수 있고, 냉각액 순환량 제어 수단(27)을 구체화할 수 있다.

도 4 및 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 순환 펌프(12)의 모터(11)의 운전 주파수를 바꾸는 인버터(28, 28P)를 제공하고, 냉각액 순환량 제어 수단(27)은, 상기 인버터(28, 28P)에 의해 모터(11)의 운전 주파수를 제어함으로써 유량을 가변시키는 구성으로 할 수도 있다.

이러한 구성에 의하면, 인버터(28, 28P)에 의해 모터(11)의 운전 주파수가 낮아지도록 제어하면, 그 순환 펌프(12)에 의한 냉각액의 순환량을 감소시킬 수 있고, 냉각액 순환량 제어 수단(27)을 구체화할 수 있다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 인버터(28)는 압축기(15)의 모터의 운전 주파수를 제어하는 구성으로 하고, 기기(1)의 작동 상태 또는 작동 환경 상태에 따라 상기 인버터(28)의 출력을, 압축기(15)의 모터(14)와 순환 펌프(12)의 모 터(11)로 절환하는 절환 수단(33)을 제공해도 좋다.

이러한 구성에 의하면, 절환 수단(33)에 의해 인버터(28)의 출력이 기기(1)의 작동 상태 또는 작동 환경 상태에 따라서 압축기(15)의 모터(14)와 순환 펌프(12)의 모터(11)로 절환되는데, 예를 들면, 평상시에 인버터(28)의 출력은 압축기(15)의 모터(14)에 사용되고, 순환 펌프(12)의 모터(11)에는 인버터(28)를 경유하지 않은 통상의 전원이 공급된다. 한편, 기기(1)의 휴지기 등에서와 같이 냉각액의 순환량이 감소할 때에는, 인버터(28)의 출력은 압축기(15)의 모터(14)로부터 순환 펌프(12)의 모터(11)로 절환되고, 압축기(15)의 운전이 정지되는 것과 함께, 순환 펌프(12)의 운전이 인버터(28)에 의해 제어된다. 이와 같이 동일한 하나의 인버터(28)를 압축기(15) 또는 순환 펌프(12)로 절환하므로, 압축기(15)의 정지시에 불필요하게 되어 있는 인버터(28)를 순환 펌프(12)의 운전에 유효하게 이용할 수 있고, 두 개의 인버터의 출력을 압축기(15) 및 순환 펌프(12)에 각각 독립하여 접속하는 경우에 비하여, 필요한 인버터의 개수를 저감하여 비용 저감을 도모함과 함께, 인버터의 출력에 의해 순환 펌프(12)를 통상 운전할 때의 인버터 효율만큼의 전력 손실을 저감하는 것이 가능하다.

또한, 상기 냉각액 순환량 제어 수단(27)은, 순환 펌프(12)의 운전 모드로 하고, 냉각액의 유량을 일정하게 하는 정격 유량 모드와, 냉각액의 유량을 가변시키는 가변 유량 모드를 구비하고 있어서, 양 유량 모드를 기기(1)의 작동 상태 또는 작동 환경 상태에 따라 절환하도록 구성되어 있는 것으로 해도 좋다.

이러한 구성에서는, 정격 유량 모드와 가변 유량 모드가 기기(1)의 작동 상 태 또는 작동 환경 상태에 따라 절환되는데, 예를 들면 통상 운전시에는 정격 유량 모드가 선택되어 냉각액의 유량이 일정하게 유지되는 한편, 기기(1)의 휴지 상태 등에서는 가변 유량 모드가 선택되어 냉각액의 유량이 가변된다. 따라서, 순환 펌프(12)의 운전 상태를 용이하게 절환하는 것이 가능하다.

상기 기기(1)의 작동 상태 또는 작동 환경 상태는, 기기(1)측으로부터 전송된 신호, 냉각액의 온도, 기기(1)의 작동 온도, 환경 온도 중에서 적어도 하나를 포함하고 있는 것으로 해도 좋다. 이러한 구성에서, 기기(1)의 작동 상태 또는 작동 환경 상태의 바람직한 예를 구체화할 수 있다.

상기 기기(1)는 냉각액으로서의 오일을 이용하는 공작 기계 또는 산업 기계로 한다. 이러한 구성에서, 상기 발명의 효과가 유효하게 발휘되는 최적의 기기(1)가 얻어진다.

＜실시예＞

본 발명을 실시하기 위한 최적의 형태를 실시예로서 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

[제1 실시예]

도 4에는 본 발명의 제1 실시예의 전체 구성이 도시되어 있는데, 공작물(도시되지 않음)에 대해서 소정의 기계 가공을 행하는 기기로서 예를 들어 복합 공작 기계(machining center)로 구성되는 공작 기계(1)가 도시되어 있다. 이 공작 기계(1)는, 밀링 커터나 드릴 커터 등의 커터(도시되지 않음) 등을 선단에 장착하기 위한 주축부(2)와, 이 주축부(2)에 대해서 기계 가공 등에 의해 발생하는 열부하를 흡수하여 그 온도를 일정하게 유지하기 위한 냉각 오일(냉각액)이 흐르는 오일 배관(3)과, 이 냉각 오일을 저장하는 저장부(4)와, 공작 기계(1)의 작동을 제어하기 위한 주기(主機) 제어 유니트(5)를 포함한다.

상기 공작 기계(1)의 냉각 오일을 냉각하기 위한 액체 냉각 장치로서의 오일 조화기(7)에는 냉각 오일을 순환시키는 냉각 오일 순환 회로(8)가 제공되고, 이 냉각 오일 순환 회로(8)의 상류단은 입구 포트(9)를 거쳐 상기 공작 기계(1)의 저장부(4)에, 그리고 하류단은 출구 포트(10)를 거쳐서 오일 배관(3)의 상류단에 각각 직렬로 접속되어 있다. 냉각 오일 순환 회로(8)에는, 전동 모터로 구성되는 펌프 모터(11)에 의해 회전 구동되어 냉각 오일을 강제 순환시키기 위한 오일 펌프(12; 순환 펌프)가 배설(配設)되어 있고, 공작 기계(1)의 주축부(2)로부터 오일 배관(3)을 지나 저장부(4)내로 복귀한 냉각 오일을 오일 펌프(12)에 의해 흡인하여 저장부(4)로부터 오일 조화기(7)의 입구 포트(9)를 거쳐서 냉각 오일 순환 회로(8)로 유입시킴과 함께 오일 펌프(12)로부터 토출된 냉각 오일을 냉각 오일 순환 회로(8)로부터 출구 포트(10)를 거쳐서 재차 공작 기계(1)의 주축부(2)에 공급하도록 순환시킨다.

상기 오일 조화기(7)에는, 상기 냉각 오일을 냉각하기 위한 냉각 장치(13)와, 냉각 오일을 가열하기 위한 가열 수단으로서의 전기 히터(24)가 제공되어 있다. 상기 냉각 장치(13)는, 전동 모터로 구성되는 압축기 모터(14)에 의해 구동되어 가스 냉매를 압축하는 압축기(15)와, 이 압축기(15)로부터 토출된 가스 냉매를 냉각하여 응축액화하는 응축기(16)와, 이 응축기(16)로부터의 액체 냉매를 감압하 는 감압 기구로서의 모세관(17)과, 이 모세관(17)에 의해 감압된 액체 냉매를 증발시키는 증발기(18)와, 이 증발기(18)로부터 압축기(15)로 복귀하는 냉매에서 기체와 액체를 분리하기 위한 어큐뮬레이터(19)를 차례로 접속하여 구성되는 냉동 회로(20)를 포함하고 있다. 상기 응축기(16)에는, 전동 모터로 구성되는 팬 모터(21)에 의해 구동되어 응축기(16)로 송풍하는 전동 송풍 수단으로서의 전동 팬(22)이 구비되어 있고, 상기 증발기(18)에서의 냉매와의 열교환에 의해 냉각 오일 순환 회로(8) 중의 냉각 오일을 냉각하도록 되어 있다.

또한, 상기 전기 히터(24)는, 상기 냉동 회로(20)의 증발기(18)에 대응하는 부분과 출구 포트(10) 사이의 냉각 오일 순환 회로(8)에 배치되어, 예를 들어 공작 기계(1)의 운전 개시시 등에 오일 조화기(7)로부터 공작 기계(1)로 보내어진 냉각 오일을 히터(24)에 의해 가열함으로써, 공작 기계(1)를 난기(暖機)하도록 하고 있다.

상기 오일 조화기(7)에는, 상기 압축기(15)의 모터(14), 오일 펌프(12)의 모터(11), 전기 히터(24) 및 전동 팬(22)의 모터(21)를 제어하기 위한 제어 유니트(26)가 내장되어 있다. 이 제어 유니트(26)에는, 상기 주기 제어 유니트(5)가 신호의 수신이 가능하도록 접속되어 있다. 또한, 후술하는 바와 같이(도 6 참조), 제어 유니트(26)에 대해서, 공작 기계(1)의 주축부(2)의 온도(공작 기계(1)의 작동 온도)를 검출하는 주기 온도 서미스터(TH1; thermistor)와, 상기 냉각 오일 순환 회로(8)의 출구 포트(10) 근처의 냉각 오일의 온도를 검출하는 출구 오일 온도 서미스터(TH2)와, 오일 조화기(7)의 내부의 분위기 온도를 검출하는 공기 온도 서미 스터(TH3)와, 냉각 오일 순환 회로(8)의 입구 포트(9) 근처의 냉각 오일의 온도를 검출하는 입구 오일 온도 서미스터(TH4)의 각 검출 신호가 입력되어 있다. 또한, 상기 출구 오일 온도 서미스터(TH2)는, 주기(1)에 있어서 오일 배관(3)의 상류 단부 근처에 배치되고, 주축부(2)로부터 나와서 오일 배관(3)으로 흐르는 냉각 오일의 온도를 검출하도록 되는 경우도 있다.

상기 제어 유니트(26)에는, 냉각 오일의 온도를 제어하기 위한 온도 제어부(27)와, 전원 주파수를 변경할 수 있는 인버터(28)를 포함하고 있다. 상기 온도 제어부(27)는, 공작 기계(1)의 작동 상태 또는 작동 환경 상태로 하고, 후술하는 바와 같은 주기 제어 유니트(5)로부터의 모드 선택을 위한 온/오프 신호의 조합이나, 모드 선택 지령 신호, 서미스터(TH1) 내지 서미스터(TH4)의 출력 신호에 기초하여, 냉각 오일의 순환량을 가변시키는 냉각 오일 순환량 제어 수단을 구성하고 있다.

그리고 상기 인버터(28)의 출력은 인버터 절환 회로(29)에 의해 상기 오일 펌프(12), 압축기(15), 전동 팬(22)의 각 모터(11, 14, 21) 또는 전기 히터(24) 중 어느 것에 택일적으로 절환되어 접속된다. 상기 절환 회로(29)는, 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 압축기(15), 오일 펌프(12), 히터(24) 및 팬(22)마다 각각 한 쌍씩 제공된 제1 및 제2의 두 종류의 릴레이(30, 30, 31, 31, ...)를 구비하고, 각 제1 릴레이(30)의 가동 접점(30a)은 상용 전원에, 온 접점(30b)은 제2 릴레이(31)의 제1 접점(31b)에 각각 접속되어 있다. 한편, 제2 릴레이(31) 각각의 제2 접점(31c)은 상기 인버터(28)에, 그리고 가동 접점(31a)은 대상 기기(압축기(15), 오 일 펌프(12), 히터(24) 또는 팬(22))에 각각 접속되어 있고, 이러한 총 여덟 개의 릴레이(30, 30, 31, 31, ...)를 온도 제어부(27)에 의해 절환 제어함으로써, 오일 펌프(12), 압축기(15), 전동 팬(22)의 각 모터(11, 14, 21) 또는 전기 히터(24)의 어느 하나의 대상 기기에 인버터(28)의 출력을 택일적으로 접속하고, 나머지 세 개의 대상 기기에는 상용 전원을 접속하도록 하고 있다. 예를 들어, 압축기(15)에 대응하는 제1 및 제2 릴레이(30, 31)에 대해서만, 그 제2 릴레이(31)의 가동 접점(31a)을 제2 접점(31c)에, 그리고 제1 릴레이(30)의 가동 접점(30a)을 온 접점(30b)에 각각 절환할 때에, 압축기(15)에 인버터(28)의 출력을 접속하여 압축기 모터(14)의 운전 주파수를 제어하는 한편, 다른 대상 기기(오일 펌프(12), 전동 팬(22) 또는 전기 히터(24)에는 상용 전원을 접속하여 그것들을 상용 전원으로 작동시키도록 하고 있다.

도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 제어 유니트(26)의 온도 제어부(27)는, 상기 오일 펌프(12)의 운전 모드를, 냉각 오일의 유량이 일정하게 되도록 정격 유량으로 운전하는 정격 유량 모드 또는 냉각 오일의 유량이 가변되도록 가변 유량으로 운전하는 가변 유량 모드로 절환하는 모드 절환 결정부(33; 절환 수단)와, 이 모드 절환부(33)에 의해 가변 유량 모드로 절환될 때에 인버터(28)에 대해 펌프 모터(11)의 주파수 지령 또는 속도 지령을 연산하기 위한 지령치 연산부(34)와, 이 지령치 연산부(34)에 대해 가변 유량 모드 운전의 내용, 구체적으로는 예를 들어 오일 펌프(12)의 펌프 모터(11)의 운전 주파수, 냉각 오일의 유량, 운전 주파수의 상용 전원 주파수에 대한 비율(상용 전원 주파수에 대한 비율), 운전 주파수의 상 용 전원 주파수에 대한 저감 비율(상용 전원 주파수에 대한 저감 비율) 등을 기억하는 가변 유량 모드 운전 내용 기억부(35)를 포함하고 있다.

상기 모드 절환 결정부(33)는, 오일 펌프(12)의 운전 모드를 선택하기 위해 주기 제어 유니트(5)로부터 전송된 복수 개의 온/오프 신호의 조합이 외부 신호로서 입력되는 복수 개의 모드 선택 신호 입력 포트(도시되지 않음)를 구비하며, 이러한 복수 개의 입력 포트의 신호의 조합을, 미리 기억한 내용 테이블을 참조함으로써 운전 모드를 선택한다. 예를 들면, 모드 선택 신호 입력 포트가 두 개인 경우, 하기의 표 1에 도시된 바와 같이 각 포트의 온/오프 신호의 조합에 따라 유량 모드가 결정된다. 표 1에서 가변 유량 모드 1 내지 가변 유량 모드 3은 서로 냉각 오일의 유량을 서로 상이하게 한 것이다.

모드 선택 신호		모드
1	2	모드
오프	오프	정격 유량 모드
오프	온	가변 유량 모드 1
온	오프	가변 유량 모드 2
온	온	가변 유량 모드 3

또한, 상기 모드 절환 결정부(33)에 입력시킨 외부 신호로서는, 상기와 같은 주기 제어 유니트(5)로부터 전송된 복수 개의 온/오프 신호의 조합 이외에, 주기 제어 유니트(5)로부터 통신에 의해 전송된 모드 선택 지령 신호나, 상기 각 온도 서미스터(TH1) 내지 서미스터(TH4)의 출력 신호이어도 좋다.

또한, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 가변 유량 모드 운전 내용 기억부(35)를, 제어 유니트(26)의 온도 제어부(27)가 아니라 주기 제어 유니트(5)에 제공하고, 이 주기 제어 유니트(5)에 있어서 가변 유량 모드 운전 내용 기억부(35)로부터 제어 유니트(26)의 온도 제어부(27)의 지령치 연산부(34)에 대해서, 오일 펌프(12)의 펌프 모터(11)의 운전 주파수, 냉각 오일의 유량, 상용 전원에 대한 주파수 비율, 상용 전원 주파수에 대한 저감 비율 등의 각 신호를 통신에 의해 전송하도록 변경하는 구성으로 할 수도 있다.

여기에서, 상기 제어 유니트(26)에 있어서, 인버터(28)의 출력을 압축기(15)의 압축기 모터(14) 또는 오일 펌프(12)의 펌프 모터(11)와의 사이에서 절환하여 접속하기 위해 수행되는 신호 처리 동작에 대해서 도 1 및 도 2에 의해 설명하기로 한다. 우선, 도 1에 도시된 단계(S1)에 있어서, 온도 제어부(27)에 제공되어 있는 복수 개의 모드 선택 신호 입력 포트의 각 신호를 외부 신호로서 독출하고, 다음 단계(S2)에서는, 독출한 복수 개의 신호의 조합을 내부 테이블과 대조하여 운전 모드의 후보를 결정한다.(표 1 참조)

단계(S3)에서는, 상기 단계(S2)에서 결정한 모드 후보가 현재의 운전 모드와 동일한지 동일하지 않은지를 판정하고, 이 판정이 "예"일 때에는 단계(S4)로 이행하고, 현재의 운전 모드가 정격 유량 모드인지 아닌지를 판정한다. 이 판정이 "아니오"일 때에는 그대로 단계(S1)로 복귀하지만, 판정이 "예"일 때에는, 단계(S5)로 진행하여 냉각 오일에 대해서 온도 제어의 연산을 수행하고, 다음 단계(S6)에서 인버터(28)에 운전 지령을 출력한 후에 단계(S1)로 복귀한다.

한편, 상기 단계(S3)의 판정이 "아니오"일 때에는, 단계(S7)에서 현재의 운전 모드가 정격 유량 모드인지 아닌지를 판정한다. 이 판정이 "아니오"일 때에는 단계(S8)로 진행하고, 상기 단계(S3)에서 결정된 모드 후보가 정격 유량 모드인지 아닌지를 판정한다. 이 판정이 "아니오"일 때에는, 단계(S9)로 진행하여, 가변 유량 모드 운전 내용 기억부(35)에 기억되어 있는 가변 유량 운전 모드의 내용을 독출하고, 단계(S10)에서 상기 독출한 가변 유량 운전 모드의 내용을 지령치 연산부(34)로 넘기고, 단계(S11)에서 상기 모드 후보를 현재의 운전 모드로 변경한 후에 상기 단계(S1)로 복귀한다.

또한, 상기 단계(S8)의 판정이 "예"일 때에는, 단계(S12)에서 인버터(28)에 정지 지령을 출력하고, 단계(S13)에서, 절환 회로(29) 중 오일 펌프(12)에 대응하는 제2 릴레이(31)의 절환에 의해 인버터(28)와 오일 펌프(12) 사이의 회로를 차단하고, 단계(S14)에서 오일 펌프(12)에 대응하는 제1 릴레이(30)의 절환에 의해 상용 전원과 오일 펌프(12) 사이의 회로를 접속하고, 단계(S15)에서 압축기(15)에 대응하는 제2 릴레이(31)의 절환에 의해 인버터(28)와 압축기(15) 사이의 회로를 접속한 후에, 상기 단계(S11)로 진행한다.

이것에 대해, 상기 단계(S7)의 판정이 "예"일 때에는, 단계(S16)으로 진행하여 냉각 오일에 대한 제어 대상 온도와 그 제어 목표 온도와의 차이가 기정치(旣定値)보다도 작은지 아닌지를 판정한다. 이것은 잔류 열량에 의한 주기(1)의 손상이나 정밀도 이상을 보호하기 위해 수행하는 것이고, 이 판정이 "아니오"일 때에는 그대로 단계(S1)로 복귀한다. 단계(S16)의 판정이 "예"일 때에는, 단계(S17)로 진행하고, 인버터(28)가 운전중인지 아닌지를 판정한다. 여기에서 판정이 "아니오" 즉 비운전중일 때에는 그대로 단계(S19)로 진행하고, 판정이 "예" 즉 운전중일 때에는, 단계(S18)에서 인버터(28)로 정지 지령을 보낸 후, 단계(S19)로 진행한다. 이 단계(S19)에서는, 압축기(15)에 대응하는 제2 릴레이(31)의 절환에 의해 인버터(28)와 압축기(15) 사이의 회로를 차단하고, 단계(S20)에서 오일 펌프(12)에 대응하는 제1 릴레이(30)의 절환에 의해 상용 전원과 오일 펌프(12) 사이의 회로를 차단한다. 다음의 단계(S21)에서 당해 오일 펌프(12)에 대응하는 제2 릴레이(31)의 절환에 의해 인버터(28)와 오일 펌프(12) 사이의 회로를 접속하고, 단계(S22)로 진행하여 가변 유량 모드 운전 내용 기억부(35)에 기억되어 있는 가변 유량 운전 모드의 내용을 독출하고, 단계(S23)에서 상기 독출한 가변 유량 운전 모드의 내용을 지령치 연산부(34)로 넘기고, 단계(S24)에서 인버터(28)로 운전 지령을 출력한 후에 상기 단계(S11)로 진행한다.

본 실시예에 있어서는, 상기 단계(S1, S2)에 의해, 공작 기계(1)의 작동 상태 또는 작동 환경 상태로서, 공작 기계(1)측의 주기 제어 유니트(5)로부터의 모드 선택을 위한 온/오프 신호의 조합을 검출하도록 하고 있다.

또한, 단계(S21) 내지 단계(S24)에 의해, 상기 오일 펌프(12)에 의한 냉각 오일의 순환량을 주기 제어 유니트(5)로부터의 모드 선택을 위한 온/오프 신호의 조합(공작 기계(1)의 작동 상태 또는 작동 환경 상태)에 기초하여 가변시키도록 구성되어 있다.

따라서, 본 실시예에 있어서는, 예를 들면, 공작 기계(1)가 운전되고 있는 평상시에는, 공작 기계(1)측의 주기 제어 유니트(5)로부터 오일 조화기(7)측의 제어 유니트(26)의 온도 제어부(27)로 입력되는 모드 선택을 위한 온/오프 신호는, 정격 유량 모드를 표시하는 조합으로 되고(표 1의 예시와 같이 양 신호가 모두 오프 상태), 오일 조화기(7)에 있어서의 오일 펌프(12)의 펌프 모터(11)가 상용 전원에 접속되어 오일 펌프(12)가 정격 유량 모드에서 운전되고, 냉각 오일이 냉각 오일 순환 회로(8)와 공작 기계(1)의 오일 배관(3) 및 저장부(40)의 사이에서 강제 순환된다. 한편, 압축기(15)에 인버터(28)가 접속되어, 당해 인버터(28)에 의해 압축기(15)의 운전 주파수가 제어된다. 이 압축기(15)에 의해 냉매가 압축되고, 이 압축된 가스 냉매는 응축기(16)에서 냉각되어 응축 액화하고, 이 액체 냉매는 모세관(17)에서 감압된 후에 증발기(18)에서 증발하고, 이 증발기(18)에서 이루어지는 냉매와의 열교환에 의해 상기 냉각 오일 순환 회로(8) 중의 냉각 오일이 냉각된다. 이상 설명된 구성에 의해, 공작 기계(1)의 주축부(2)로부터 오일 배관(3)을 거쳐 저장부(4)내로 복귀한 냉각 오일이 저장부(4)로부터 오일 조화기(7)의 입구 포트(9)를 거쳐 오일 펌프(12)에 흡인되어 토출되며, 이 오일 펌프(12)로부터 토출된 냉각 오일은 증발기(18)에서 냉각된 후에 냉각 오일 순환 회로(8)로부터 출구 포트(10)를 거쳐 재차 공작 기계(1)의 주축부(2)로 공급되고, 이렇게 함으로써 주축부(2)에서 생긴 열부하를 흡수하여 그 온도가 일정하게 유지된다.

이것에 대해서, 예를 들면 공작 기계(1)의 휴지 등으로 인해 그 발열량이 감소한 상태로 되면, 이 공작 기계(1)에 대해 냉각한 정격 유량의 냉각 오일을 보낼 필요가 없고, 윤활 등에 필요한 최소 유량의 냉각 오일을 보내기만 해도 좋게 된다. 이 때에는, 상기 주제어 유니트(5)로부터의 온/오프 신호의 조합은 가변 유량 모드로 되고, 상기 압축기(15) 및 오일 펌프(12)에 각각 접속되어 있는 제1 및 제2 릴레이(30, 31)가 절환되어, 인버터(28)와 압축기(15) 사이의 회로가 차단되고 압축기(15)의 운전이 정지된다. 또한, 오일 펌프(12)와 상용 전원 사이의 회로가 차단되고, 그것 대신에 인버터(28)와 오일 펌프(12) 사이의 회로가 접속된다. 이렇게 함으로써, 오일 펌프(12)는 인버터(28)에 의해 가변 유량 모드에서 운전되어, 필요 최소량의 냉각 오일이 냉각 오일 순환 회로(8)와 공작 기계(1)의 오일 배관(3) 및 저장부(4)의 사이에서 강제 순환된다. 이와 같이 오일 펌프(12)를 가변 유량 모드에서 운전함으로써, 그 오일 펌프(12)에 의한 냉각 오일의 순환량을 감소시키는 것이 가능하고, 오일 펌프(12)의 쓸데없는 에너지 소비를 억제하여 저에너지화를 도모할 수 있다.

또한, 동일한 한 개의 인버터(28)의 출력을 압축기(15) 또는 오일 펌프(12)로 절환하므로, 압축기(15)의 정지시에 필요없어지는 인버터(28)를 오일 펌프(12)의 운전에 유효하게 이용할 수가 있고, 두 개의 인버터의 출력을 각각 독립하여 압축기(15) 및 오일 펌프(12)에 접속하는 경우(후술하는 제2 실시예)에 비해, 필요한 인버터(28)의 개수를 저감하여 비용 절감을 도모할 수 있으며, 또한 인버터(28)의 출력에 의해 오일 펌프(12)를 상용 전원을 이용하는 것과 동일하게 하여 평상시 운전할 때의 인버터 효율만큼의 전력 손실을 저감할 수 있다.

이상의 설명에서는, 인버터(28)의 출력을 압축기(15)와 오일 펌프(12) 사이에서 절환하도록 하고 있지만, 이 인버터(28)의 출력을 압축기(15)와 히터(24) 사이에서 절환하도록 해도 좋다. 즉 도 7에는 인버터(28)의 출력을 압축기(15)와 히터(24)의 사이에서 절환하는 경우의 제어 유니트(26)의 온도 제어부(27)의 구성이 도시되어 있고, 이 온도 제어부(27)는, 인버터 절환 회로(29)에 있어서 압축기(15) 및 히터(24)에 대응하는 제1 및 제2 릴레이(30, 31)로 절환 지령을 출력하는 모드 절환 결정부(33)와, 제어 대상 온도 및 온도 목표치에 기초하여 온도 제어의 연산을 행하여 그 연산 결과에 대응하는 주파수를 인버터(28)로 출력하는 온도 제어 연산부(41)를 포함하고 있다. 상기 제어 대상 온도는 주기 온도, 출구 오일 온도 및 입구 오일 온도의 각 서미스터(TH1, TH2, TH4)에 의해 각각 검출된 주기 온도, 출구 오일 온도 혹은 입구 온도, 또는 상기 세 개의 온도 및 공기 온도 서미스터(TH3)에 의해 검출된 공기 온도 중에서 두 개의 온도차 중 어느 하나로 되어 있다.

그리고 인버터(28)의 출력을 압축기(15)와 히터(24)의 사이에서 절환하기 위해 수행하는 신호 처리 동작을 도 3에 의해 설명하면, 시작 후의 최초의 단계(T1)에 있어서, 운전 모드를, 압축기(15)를 인버터(28)에 의해 운전 제어하는 압축기 인버터 운전 모드로 초기화한다. 이어서 단계(T2)에서 상기 압축기 인버터 운전 모드가 현재 수행되고 있는지 아닌지를 판정하고, 이 판정이 "예"일 때에는, 단계(T3)으로 진행하여 상기 온도 제어 대상에 대해 현재의 온도를 취득하고, 다음의 단계(T4)에서 상기 취득한 현재의 온도가 히터 제어 이행 임계치(< 목표 온도)보다도 낮은지 아닌지를 판정한다. 이 판정이 "아니오"일 때에는 후술하는 단계(T14)로 진행하지만, 판정이 "예"일 때에는 단계(T5) 내지 단계(T9)의 히터 인버터 운전 모드로의 이행을 수행한다. 즉 우선, 단계(T5)에서 인버터(28)가 압축기(15)로 출력하는 것을 정지하고, 다음의 단계(T6)에서 인버터(28)의 출력을 히터(24)로 절환하고, 단계(T7)에서 온도 제어 연산부(41)에서의 연산을 초기화하고, 단계(T8)에서 온도 제어 연산을 수행하고, 최후의 단계(T9)에서 인버터(28)로 출력 지령을 보낸 후, 단계(T2)로 돌아간다.

이것에 대해서, 상기 단계(T2)의 판정이 "아니오"일 때에는, 단계(T10)로 진행하여 현재의 온도가 압축기 제어 이행 임계치(> 목표 온도) 보다도 높은지 아닌지를 판정한다. 이 판정이 "아니오"일 때에는 상기 단계(T8)로 진행하지만, "예"일 때에는 단계(T1) 내지 단계(T15)의 압축기 인버터 운전 모드로 이행시킨다. 우선, 단계(T11)에 있어서 인버터(28)가 히터(24)로 출력하는 것을 정지하고, 다음의 단계(T12)에서 인버터(28)의 출력을 압축기(15)로 절환하고, 단계(T13)에서 온도 제어 연산부(41)에서의 연산을 초기화하고, 단계(T14)에서 온도 제어 연산을 수행하며, 최후의 단계(T15)에서 인버터(28)로 출력 지령을 보낸 후에, 단계(T2)로 돌아간다.

따라서, 이 예의 경우, 도 8에 도시된 바와 같이, 온도 제어 대상(주기 온도, 출구 오일 온도 혹은 입구 오일 온도, 또는 이상 세 개의 온도 및 공기 온도 중에서 두 개의 온도차 중 어느 하나)의 현재의 온도가 압축기 제어 이행 임계치보다도 높을 때에는, 인버터(28)의 출력이 압축기(15)에 접속되어, 압축기(15)를 인버터(28)에 의해 운전 제어하는 압축기 인버터 운전 모드가 수행된다.

한편, 온도 제어 대상의 현재의 온도가 히터 제어 이행 임계치 보다도 낮을 때에는, 인버터(28)의 출력이 히터(24)로 절환되어 접속되고, 이 히터(24)를 인버터(28)에 의해 제어하는 히터 인버터 운전 모드가 수행된다. 이와 같이 인버터(28)의 출력을 히터(24)에 사용함으로써, 히터(24)를 온/오프 제어하는 것에 비해, 온도 제어 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 각 예에서는, 인버터(28)의 출력을 압축기(15)와 오일 펌프(12) 또는 히터(24)로 절환하여 접속하도록 하고 있지만, 인버터(28)의 출력을 압축기(15)와 전동 팬(22)으로 절환하여 접속하도록 해도 좋다.

[제2 실시예]

도 9에는 본 발명의 제2 실시예가 도시되어 있는데(또한, 이하의 각 실시예에서는 도 1 내지 도 8과 동일한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.), 상기 제1 실시예에서 한 개의 인버터(28)를 압축기(15)와, 오일 펌프(12) 또는 히터(24)(또는 송풍 팬(22))로 절환하여 접속하도록 하고 있는 것에 대해, 제2 실시예는 그러한 압축기(15)와, 오일 펌프(12) 및 히터(24)에 각각 전용 인버터를 접속하도록 한 구성이다.

즉 제2 실시예에서는, 압축기(15)의 압축기 모터(14)에 압축기용 인버터(28C)가, 그리고 오일 펌프(12)의 펌프 모터(11)에는 펌프용 인버터(28P)가, 히터(24)에는 히터용 인버터(28H)가 각각 접속되어 있고, 이러한 인버터(28C, 28P, 28H)는 제어 유니트(26)의 온도 제어부(27)에 의해 제어된다. 그리고 이러한 각 인버터(28C, 28P, 28H)의 제어는, 상기 제1 실시예와 같이 한 개의 인버터(28)가 접속된 때에 수행되는 것과 동일하게 수행된다.

따라서, 본 실시예에 있어서는, 냉각 장치(13)의 압축기(15)의 운전 주파수가 압축기용 인버터(28C)에 의해 제어된다. 또한, 오일 조화기(7)의 냉각 오일 순환 회로(8)에 있어서의 오일 펌프(12)는 펌프용 인버터(28P)에 의해 제어되고, 공작 기계(1)의 휴지 등에 의해 그 발열량이 감소한 상태로 되어, 공작 기계(1)에 대해 냉각한 정격 유량의 냉각 오일을 보낼 필요가 없고, 윤활 등에 필요한 최소 유량의 냉각 오일을 보내기만 해도 좋을 때에는, 주기 제어 유니트(5)로부터의 모드 선택을 위한 온/오프 신호의 조합이 가변 유량 모드로 되고, 상기 펌프용 인버터(28P)에 의해 오일 펌프(12)가 가변 유량 모드로 운전되어, 냉각 오일의 순환량이 감소하도록 제어된다. 이러한 구성으로, 오일 펌프(12)의 쓸데없는 에너지 소비를 억제하여 저에너지화를 도모할 수 있다.

그리고 히터(24)에 대해서는 히터용 인버터(28H)에 의해 제어되어, 온도 제어 성능을 향상시킬 수 있다.

[제3 실시예]

도 10에는 제3 실시예가 도시되어 있는데, 상기 제2 실시예에서 오일 펌프(12)의 펌프 모터(11)가 인버터(28H)에 의해 제어되고 있는 것에 대해서, 제3 실시예는 오일 펌프(12) 자체를 가변 용량형으로 한 구성이다.

즉 본 실시예에서, 오일 펌프(12)는 냉각 오일의 토출량이 가변인 예를 들어, 사판식(斜板式) 가변 용량 펌프로 구성되고, 이 펌프(12)의 펌프 모터(11)에는 상용 전원만이 인가된다. 또한, 오일 펌프(12)의 경사각(또는 펌프 유량)을 변화시키는 제어기(43)가 제공되어 있고, 이 제어기(43)에 대해 제어 유니트(26)의 온도 제어부(27)로부터 사판각(또는 펌프 유량)의 지령 신호를 출력함으로써, 오일 펌프(12)에 의한 냉각 오일의 순환량을 공작 기계(1)의 주기 제어 유니트(5)로부터의 모드 선택의 신호 조합(공작 기계(1)의 작동 상태 또는 작동 환경 상태)에 기초하여 가변시키도록 하고 있다. 그 이외의 다른 구성은 상기 제2 실시예와 동일하고, 따라서 그 경우도 제2 실시예와 동일한 작용 효과가 얻어진다.

그리고 상기 제2 실시예에 있어서의 오일 펌프(12)(사판식 가변 용량 펌프)를 제1 실시예와 동일한 통상의 오일 펌프(12)로 하고, 그 대신에 펌프 모터(11)의 극수를 증감 변경하는 극 변경 회로를 제공하여, 이 극 변경 회로에 의해 펌프 모터(11)의 극수를 제어함으로써 냉각 오일의 유량을 가변으로 해도 좋고, 동일한 작용 효과가 얻어진다.

또한, 전술한 실시예에서는, 복합 공작 기계로 구성되는 공작 기계(1)의 냉각 오일의 온도를 제어하는 오일 조화기(7)에 대해서 설명했지만, 본 발명은 그 이외의, NC 선반, 연삭기, NC 전용기 등의 공작 기계나, 성형기, 프레스기 등의 산업 기계, 혹은 그 이외의 각종 기기의 냉각액의 온도를 제어하는 경우에 대해서도 적용할 수 있다.

본 발명은, 순환 펌프에 의해 기기의 냉각액을 순환시키는 것과 함께, 그 기기의 냉각액을 냉동 회로의 냉매와의 열교환에 의해 대략 일정 온도로 유지하고, 그 냉동 회로에 있어서의 압축기의 모터의 운전 주파수를 인버터에 의해 제어하는 시스템에 있어서, 기기의 발열량이 감소할 때에 순환 펌프에 의한 냉각액의 순환량을 감소시킴과 함께, 인버터를 작동 정지시키지 않고 사용할 수 있고, 순환 펌프에 의한 저에너지화와 인버터의 유효 이용화를 촉진시킬 수 있는 점에서 산업상의 이 용 가능성이 높다.

Claims

모터(11)로 구동되는 순환 펌프(12)에 의해 기기(1)의 냉각액이 순환하는 냉각액 순환 회로(8)와,

모터(14)로 구동되어 가스 냉매를 압축하는 압축기(15), 가스 냉매를 응축하는 응축기(16), 액체 냉매를 감압하는 감압 기구(17) 및 냉매와의 열교환에 의해 상기 냉각액 순환 회로(8) 중의 냉각액을 냉각하는 증발기(18)를 차례로 접속하여 구성되는 냉동 회로(20)를 포함하는 액체 냉각 장치에 있어서,

상기 순환 펌프(12)의 모터(11)의 운전 주파수 또는 상기 압축기(15)의 모터(14)의 운전 주파수를 변경하는 인버터(28)와,

상기 인버터(28, 28P)에 의해 상기 순환 펌프(12)의 모터(11)의 운전 주파수를 제어함으로써, 상기 순환 펌프(12)에 의한 냉각액의 순환량을 상기 기기(1)의 작동 상태 또는 작동 환경 상태에 기초하여 가변시키는 냉각액 순환량 제어 수단(27)과,

기기(1)의 작동 상태 또는 작동 환경 상태에 따라서 상기 인버터(28)의 출력을 압축기(15)의 모터(14)와 순환 펌프(12)의 모터(11)의 어느 일방에 접속하고, 또한 타방에는 인버터를 경유하지 않은 통상의 전원을 접속하도록 절환하는 절환 수단(33)을 제공하는, 액체 냉각 장치의 온도 제어 장치.
제1항에 있어서,

냉각액 순환량 제어 수단(27)은, 순환 펌프(12)의 운전 모드로 하며, 냉각액의 유량을 일정하게 하는 정격 유량 모드와, 냉각액의 유량을 가변시키는 가변 유량 모드를 구비하고 있어서, 양 유량 모드를 기기(1)의 작동 상태 또는 작동 환경 상태에 따라서 절환하도록 구성되어 있는, 액체 냉각 장치의 온도 제어 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

기기(1)의 작동 상태 또는 작동 환경 상태는, 기기(1)측으로부터 보내어진 신호, 냉각액의 온도, 기기(1)의 작동 온도, 환경 온도 중 적어도 한 개를 포함하고 있는, 액체 냉각 장치의 온도 제어 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

기기(1)는 냉각액으로서 오일을 이용하는 공작 기계 또는 산업 기계인, 액체 냉각 장치의 온도 제어 장치.
제3항에 있어서,

기기(1)는 냉각액으로서 오일을 이용하는 공작 기계 또는 산업 기계인, 액체 냉각 장치의 온도 제어 장치.