(57)【要約】【課題】  冷却用の液体が循環経路を流れているか否かを正確に判断する。【解決手段】  水冷装置の水タンク４の側壁１４に取り付けられた本体部１８の下面の開口２２から本体部１８内に水通路２０が伸び、開口２２から熱交換機１２の水が供給される。排水管２８は、開口２２よりも離れた位置で水通路２０と連通し、水タンク４に水を排出する。水検出器３０が、水通路２０における排水管２８周辺での水の有無を検出する。水抜き管３２は排水管２８よりも開口２２に近い位置で水通路２０と連通し、排水管２８に向かう水の一部を水タンク４に抜く。水抜き管３２の内縦断面積は、排水管２８の内縦断面積よりも小さくされている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
天井壁と底壁と側壁とで囲まれた液体タンクを有し、前記液体タンク内の液体をポンプによって被冷却体に供給し、前記被冷却体を冷却することによって昇温された前記液体を熱交換手段によって冷却して前記液体タンクに戻すことを繰り返す液冷装置において、
前記液体タンクの側壁に取り付けられ、前記側壁に対して垂直な下面を有する本体部と、
前記本体部の前記下面に開口した開口を有し、この開口から前記本体部内に伸び、先端が閉じられ、前記開口から内部に前記熱交換手段を通過した液体が供給される液体通路と、
前記本体部に設けられ、前記開口よりも離れた前記液体タンクの前記天井壁側の位置で前記液体通路と連通し、前記側壁を貫通して、前記液体タンクに、前記液体通路中の前記液体を排出する排出路と、
前記本体部に設けられ、前記液体通路における前記排出管に対向する位置に取り付けられ、前記液体の有無を検出し、その検出結果を出力する液体検出手段と、
前記本体部に設けられ、前記排出路よりも前記開口に近い下方位置で前記液体通路と連通し、前記側壁を貫通して、前記液体通路内を前記排出管に向かう前記液体の一部を前記液体タンクに抜く液体抜き路とを具備し、
前記液体抜き路の内縦断面積が、前記排出路の内縦断面積よりも小さい
液冷装置。
【請求項２】
請求項１記載の液冷装置において、前記排出路と前記液体抜き路とは、各中心軸線が上下に一致する液冷装置。
【請求項３】
請求項２記載の液冷装置において、前記排出路と前記液体抜き路とが、前記液体通路に対して垂直に交差する液冷装置。
【請求項４】
請求項２記載の液冷装置において、前記排出路が前記液体通路に対して垂直に交差し、前記液体抜き路が前記液体通路に対して前記液体タンク内の液体側に向けて傾斜して交差する液冷装置。
【請求項５】
請求項１乃至４いずれか記載の液冷装置において、前記液体抜き路の長さが、前記排出路の長さよりも長い液冷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体、例えば水を使用して、被冷却体、例えば発熱体を冷却する液冷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶接機のように熱を発生する負荷を用いた電気機器の場合、電気機器の温度上昇を抑える方法として、液体、例えば水を用いて電気機器を冷却することが行われている。この場合、例えば特許文献１に示されているように、ポンプによってタンク内の水に電気機器に相当する被冷却体を通過させて、被冷却体を冷却し、被冷却体を通過した水は熱交換機で冷却し、再びタンクに戻すことを、循環して行う。このような冷却装置では、水を循環させている関係上、循環路内の水の量を管理する必要がある。そのため、特許文献１では、タンク内に保護筒を設け、保護筒内に水位センサを収容し、タンクが傾いても、タンク内の水位を検出するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１０５７６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
冷却装置では、冷却水が循環していないと、被冷却体の温度が上昇し続け、最悪の場合、被冷却体が破壊される可能性がある。特許文献１の技術では、タンク内の水位を検出することができるが、例えばポンプ等の故障によって水がタンク内に滞留していることを検出することはできない。そこで、水が流れていることを検出するために、タンク、ポンプ、被冷却体、熱交換機からなる循環系路において、例えばポンプの出口付近に水車型の流量センサを取り付け、その水車型の流量センサの回転状態を検出することが考えられる。しかし、この水車型の流量センサでは、例えば異物が循環経路に混入していると、この異物によって水車型のセンサの回転が止められ、流量ゼロと誤検出されることがある。特に、流量ゼロと検出された場合、被冷却体である電気機器を停止させるように構成している場合、誤検出による電気機器の停止によって、作業が中断されることがある。
【０００５】
本発明は、冷却用の液体が循環経路を流れているか否かを正確に判断することができる液冷装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様の液冷装置は、液体タンク内の液体をポンプによって被冷却体に供給し、前記被冷却体を冷却することによって昇温された前記液体を熱交換手段によって冷却して前記液体タンクに戻すことを繰り返す。液体タンクは天井壁と底壁と側壁とで囲まれたものである。液体としては、例えば水をそのまま使用することもできるし、例えば沸点の調整や劣化の防止用の物質を添加した水溶液や不凍液とすることもできるし、オイルを使用することもできる。被冷却体としては、発熱するもの、例えば電気溶接機で使用するコイルや、高周波加熱装置の加熱コイルを使用することができる。前記液体タンクの側壁に本体部が取り付けられている。本体部は、前記側壁に対して垂直な下面を有している。前記本体部内に液体通路が設けられている。液体通路は、前記本体部の前記下面に開口した開口を有し、この開口から前記本体部内に伸び、その先端が閉じられている。前記開口から内部に前記熱交換手段を通過した液体が供給される。前記本体部に排出路が設けられている。排出路は、前記開口よりも離れた液体タンクの天井壁に近い上部位置で前記液体通路と連通し、前記側壁を貫通して、前記液体タンクに、前記液体通路中の前記液体を排出する。前記本体部に液体検出手段が設けられている。液体検出手段は、前記液体通路における前記排出管に対向する位置に取り付けられ、前記液体の有無を検出し、その検出結果を出力する。液体検出手段としては、例えば発光素子と受光素子とを備えた光電型のものを使用することができる。前記本体部に液体抜き路が設けられている。液体抜き路は、前記排出路よりも下方位置で前記液体通路と連通し、前記側壁を貫通して、前記液体通路を前記排出管に向かう前記液体の一部を前記液体タンクに抜く。
【０００７】
このように構成された液冷装置では、液体通路の開口から液体が連続的に供給されていると、前記液体抜き路の内縦断面積が、前記排出路の内縦断面積よりも小さいので、液体抜き通路での液体の抵抗が大きく、流体通路の液体は全てが液体抜き通路から抜けず、液体の一部だけが液体抜き路から液体タンクに抜かれ、残りの液体は、液体排出路まで供給され、液体排出路からタンクに排出される。液体排出路に液体があるとき、液体通路は液体検出に充分な液体で満たされており、液体検出手段によって液体が検出され、連続的に液体が液体排出路から液体タンクに流れていることを検出できる。液体通路の開口から液体の供給が停止されると、液体の自重によって液体排出路付近の液体も液体抜き路から抜け、液体排出路及び液体通路内の液体が液体抜き路から抜け、液体通路内の液体が無くなり、液体検出手段が液体を検出しなくなる。その結果、液体が液体排出路から液体タンクに流れていないことが検出される。これによって、流量検出手段を使用しなくても、液体が流れているか否かを検出できる。
【０００８】
排出路と液体抜き通路とは、各中心軸線を上下に一致させることができる。もし排水路と液体抜き通路の中心軸線が左右にずれていると、排出路と液体抜き通路の配管経路が長くなるので、液体の抵抗が増加して、液体が抜けるのに必要な時間が長くなるが、排出路と液体抜き通路との中心軸線が一致していると配管経路を短くでき、液体が抜けるのに要する時間を短くできる。
【０００９】
さらに、前記排出路と前記液体抜き路とを、前記液体通路に対して垂直に交差するように構成することもできる。この場合、本体部の側壁を液体通路に対して垂直に交差するように穴あけすることによって排出路と液体抜き通路との取付ができ、加工が容易になる。
【００１０】
或いは、前記排出路を前記液体通路に対して垂直に交差させ、前記液体抜き路を前記液体通路に対して前記液体タンク内の液体側に向けて傾斜して交差させることもできる。このように構成すると、排出路と液体抜き路とにおける液体の出口の高低差を大きくでき、液体が停止した際に、位置エネルギーの差がおおきくなることによって、液体抜き路から液体タンク内により速く液体を抜くことができる。
【００１１】
上記の態様において、前記液体抜き路の長さを前記排出路の長さよりも長くすることもできる。このように構成すると、液体抜き路での液体の抵抗を大きくすることができ、液体排出路に液体があるとき、液体検出手段によって液体をより確実に検出できる。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明によれば、冷却用の液体が循環経路を流れているか否かを正確に判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第一実施形態の液冷装置の主要部の縦断面図である。
【図２】図１の液冷装置の概略構成図である。
【図３】本発明の第二実施形態の液冷装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の第一実施形態の液冷装置は、例えば電気機器、例えば電気溶接機や高周波誘導加熱装置に設けられた水冷装置であって、上記電気機器が備える被冷却体、例えば発熱体、具体的には高周波コイル、変圧器等を冷却する。
【００１５】
この水冷装置は、図２に示すように、液体、例えば水を貯留した液体タンク、例えば水タンク４を備えている。水タンク４は、天井壁１６と底壁１７と４つの側壁１４とで囲まれた、例えば直方体状、具体的には立方体状をなしている。水タンク４の１つの側壁１４の天井壁１６の近辺に上下に２つの入口１４ａ、１４ｂが形成され、これら入口１４ａ、１４ｂの下方に出口６が形成されている。詳細は後述するが、入口１４ａ、１４ｂは、その中心軸が上下に直線上に並んで形成されている。水タンク４の出口６から水（水タンク４内の水を符号２で示してある）をポンプ８によって吸引して、被冷却体１０を通過させて、被冷却体１０を冷却する。この冷却によって昇温した水は、熱交換手段、例えば熱交換機１２に供給されて、冷却され、後述する水の入口部を経由して水タンク４に戻される。水タンク４、ポンプ８、被冷却体１０及び熱交換機１２によって形成された循環経路を水が循環して、連続的に被冷却体１０を冷却する。
【００１６】
水タンク４における熱交換機１２からの水の入口部は、図１に示すように、水タンク４の１つの側壁１４の天井壁１６付近に設けられている。入口部は、本体部１８を有し、本体部１８は、例えば直方体状に形成され、その一つの側面が側壁１４に接触した状態で、側壁１４に取り付けられている。
【００１７】
この本体部１８の下面の中央から、本体部の内部に向かって直線状に液体通路、例えば水通路２０が形成されている。水通路２０の先端は、本体部１８の上面近傍まで伸びており、その先端で閉じられている。水通路２０の下面における開口２２には、ホース接続具２４が取り付けられている。このホース接続具２４にホース２６が接続され、このホース２６は熱交換機１２に接続されている。
【００１８】
開口２２から水通路２０に沿って離れた位置、例えば水通路２０の先端付近の本体部１８の側壁１４側に、液体排出路、例えば排水管２８が取り付けられている。排水管２８は、水通路２０と交差、例えば直交した状態で水通路２０と連通し、側壁１４の上側の入口１４ａを通過して水タンク４内に侵入している円筒状のものである。ポンプ８が正常に作動している間、熱交換機１２から供給された水２は、水通路２０及び排水管２８を介して水タンク４内に連続して供給され、水冷装置内を水が循環する。
【００１９】
本体部１８における側壁１４と反対側の面から水通路２０内に、排水管２０と対向する位置に液体検出手段、例えば水検出器３０が侵入して、取り付けられている。水検出器３０は、その先端に発光素子（図示せず）と受光素子（図示せず）とを有し、発光素子が排水管２８内に光を放射し、その放射された光を排水管２８内の水で反射した光を受光素子が受けるように、これら発光素子と受光素子とが排水管２８と対向するように設けられている。従って、水通路２０内を水が流れ、排水管２８から水タンク４内に水が供給されている間、受光素子は水で反射された光を受けるが、水が排水管２８内や水通路２０の先端付近に存在しない場合、受光素子は水で反射された光を受けず、水が排水管２８内や水通路２０の先端付近に存在しないことを検出する。この水検出器の検出結果は、この水冷装置の制御装置（図示せず）に供給されている。
【００２０】
排水管２８よりも水通路２０に沿って開口２２に近い下方位置の本体部１８の側壁１４側に、液体抜き管、例えば水抜き管３２が取り付けられている。水抜き管３２は、水通路２０と交差、例えば直交した状態で水通路２０と連通して、側壁１４の下側の入口１４ｂを通過して水タンク４内に侵入している円筒状のものである。排水管２８と水抜き管３２とは、その中心軸が上下に直線上に並んで平行に取り付けられており、中心軸が左右にずれていない。従って、排水管２８と水抜き管３２との配管距離は、不必要に長くなく、これらを水が抜けるのに要する時間は、不必要に長くない。排水管２８と水抜き管３２とは、水タンク４の水面よりも上方に位置している。水抜き管３２の内縦断面積は、排水管２８の内縦断面積よりも小さく形成されている。また、その長さを適切に選択し、例えばこの実施形態では排水管２８よりも水抜き管３２の長さを長く形成して、排水管２８よりも水抜き管２８での水の抵抗を大きくしている。このように長さと内縦断面積を選択することにより、水抜き管３２の方が排水管２８よりも水の抵抗を大きくしたので、熱交換機１２を通過してポンプ８の吸引力で汲み上げられた水は、その一部が下側にある水抜き管３２から水タンク４内に抜けるが、大半は上側にある排水管２８まで移動される。ポンプ８が正常に動作している限り、排水管２８まで水通路２０を介して水は供給されて、装置内を循環する。なお、側壁１４の水の入口１４ａ、１４ｂは、上側の入口１４ａが下側の入口１４ｂよりも大きく、それぞれ外縦断面積と内縦断面積が異なる排水管２８、水抜き管３２を用いてもよく、上下の入口１４ａ、１４ｂの大きさが同じで、外縦断面積が等しく、内縦断面積が異なる排水管２８、水抜き管３２を用いてもよい。排水管２８及び水抜き管３２は、水通路２０に対して直交するように配置されているので、側壁１４の入口１４ａ、１４ｂも、水通路２０に対して直交するように側壁１４を加工すればよいので、その加工が容易になる。
【００２１】
このように構成された水冷装置では、この水冷装置が正常に動作している状態では、図１に矢印で示すように、熱交換機１２からの水が水通路２０、水抜き管３２及び排水管２８を介して水タンク４に連続的に供給され続けている。この間、水は排水管２８を通過するので、排水管２８と対向する位置にある水検出器３０付近が水で満たされ続けることになり、水検出器３０によって水が検出されている。即ち、水が排水管２８を流れていることを、水の有無のみを検出する水検出器３０によって検出することができる。
【００２２】
何らかの原因で水の移動が停止し、水通路２０内の先端付近で水が留まった状態となることがある。このとき、水抜き管３２を設けていないと、排水管２８の内部に水が残留し、この残留した水を水検出器３０が検出し、実際には水が流れていないのに水が流れていると誤検出する。しかし、この実施形態では、水抜き管３２を設けてあるので、排水管２８付近、即ち水検出器３０付近の水は、水の停止時から即座に水の自重によって水抜き管３２から水タンク４内に抜けて、水検出器３０付近の水が無くなるので、水検出器３０は水を検出しなくなる。そのため、水の流れが停止したこと、即ち水の循環の異常を迅速に検出することができる。
【００２３】
なお、ポンプ８が正規の能力を発揮できずに、排水管２８まで水が到達できず、水抜き管３２のみから水タンク４内に水が供給されている場合も、水検出器３０が水を検出できないので、ポンプ８の能力低下による異常を検出できる。
【００２４】
水検出器３０が異常を検出した場合、制御装置によってこの水冷装置を直ちに停止させることが考えられる。しかし、異常検出の原因が、水タンク４、ポンプ８、被冷却体１０、熱交換機１２、水タンク４の間を繋いでいるホースが折れ曲がったり、このホースを作業員が踏んでいたりしたことである場合、すぐに正常な状態に戻すことができる。水検出器３０が異常を検出した場合、直ちに水冷装置を停止させていると、すぐに復旧できる原因であるにも拘わらず、被冷却体１０を使用している電気機器によって行われている作業も中断され、作業能率が低下するし、水冷装置及び電気機器の再起動を頻繁に行わなければならない。また、水による被冷却体１０の冷却停止が短時間であれば、被冷却体１０が直ちに異常温度まで温度上昇することもなく、被冷却体１０を使用している電気器機器を直ちに停止させる必要も無い。そこで、水検出器３０が異常を検出したとき、その異常を制御装置が視覚的及び（または）聴覚的に報知し、例えば制御装置に付属する表示装置での異常表示及び（または）制御装置に付属する鳴動装置の作動で、異常を通知し、作業員による確認を促すように構成されている。
【００２５】
また、制御装置にタイマーを備え、水検出器３０が異常を検出したときからタイマーを起動し、予め定めた時間、例えば水の供給が停止されたときから被冷却体１０の温度が異常になると推測される時間よりも短く設定した時間にわたって、水検出器３０が異常を検出していると、被冷却体１０が破損する可能性があるので、上記設定時間以上、水検出器３０が異常を検出していると、被冷却体１０を備えた電気機器を制御装置が停止させるように構成することもできる。なお、被冷却体１０を備えた電気機器の種類によっては、安全上の理由によって、水検出器３０が異常を検出すると、直ちに被冷却体１０を備えた電気機器を制御装置によって停止させることもできる。
【００２６】
本発明の第二実施形態を図３に示す。第一の実施形態において、水が、水タンク４から、ポンプ８、被冷却体１０、熱交換機１２を経て水タンク４に戻る循環経路を流れていても、水が蒸発した結果、水量が減っていたり、ポンプ８の異常によって水の流量が少なくなったりしたとき、被冷却体１０が充分に冷却されず、過熱されることがある。そこで、図３に示すように被冷却体１０の水の出口に温度センサ３４を設け、被冷却体１０を冷却し終わった水の温度を検出し、水の温度と水検出器３０による水の有無の検出結果とを制御装置に供給し、水検出器３０が異常を検出するか、温度センサ３４の温度検出結果が予め定めた許容温度以上となって異常と判断されると、制御装置が表示装置への異常を表示及び（または）鳴動装置の作動を行い、被冷却体１０を備えた電気機器の停止を行う。
【００２７】
なお、被冷却体１０の水の入口にも温度センサを設け、２つの温度センサの出力の差によって温度差を求めて、被冷却体１０の温度を検出することもできる。この被冷却体１０の温度が制御装置に供給され、予め定めた被冷却体の許容温度と比較され、温度異常であるか判断される。
【００２８】
また、上述したような原因により被冷却体１０が充分に冷却されない場合、一定時間内の温度上昇、即ち温度勾配が大きくなる。そこで、温度勾配を制御装置によって算出し、この温度勾配が予め定めた許容温度勾配以上になったとき、即ち温度勾配の異常が検出されたとき、或いは水検出器３０が異常を検出したとき、被冷却体１０を備えた電気機器を停止させることもできる。この場合、温度勾配の異常を優先する。
【００２９】
また、被冷却体１０の出口での温度センサ３４による温度検出、被冷却体１０の入口及び出口での温度検出結果に基づく被冷却体１０の温度検出及び温度勾配の検出のうち、いずれか２つを使用するか、全てを使用し、かつ水検出器３０とを組み合わせることもできる。この場合も、視覚的及びまたは聴覚的報知を行うこともできる。組合せを行う場合、水検出器３０による異常検出の場合、水が循環していない旨の報知、温度センサ３４による異常検出の場合、水不足の旨を報知、温度勾配以上の場合、被冷却体１０の過熱の旨の報知というように異常の内容に応じた報知を行うようにすることもできる。このような報知に代えて、被冷却体１０を使用した電気機器の停止を行うようにしてもよいし、このような報知に加えて電気機器の停止も行うようにすることもできる。
【００３０】
上記の各実施形態では、液体として水を使用したが、これに代えて例えば沸点の調整や劣化の防止用の物質を添加した水溶液を使用することもできるし、オイルを使用することもできる。上記の実施形態では、液体タンク４が直方体状のものを使用したが、これに限ったものではなく、例えば立方体状のものを使用することもできる。いずれの場合でも、液体タンクの側壁に本体部１８の一面が接触するように本体部１８が取り付けられる。上記の実施形態では、水抜き管３２の長さを排水管２８の長さよりも長くしたが、水抜き管３２の内縦断面積を適宜選択して水の流れる抵抗を増加させることにより、その長さを排水管２８と同じ或いはより短い長さにすることもできる。但し、水の抵抗が増えすぎると、水抜き管３２から水が抜けにくくなり、水の循環以上の際の検出時間が増えることを考慮する必要がある。本実施形態では、排水管２８と水抜き管３２とがそれぞれ水通路２０に対して直交して交差させ、各管を上下に平行に並べた例を示したが、水抜き管２８を水通路２０に対してタンク４内の水に向かって下方に傾斜するように配置してもよい。このようにすると、排水管２８と水抜き管２８との水の出口の高低差が大きくなるため、水が停止した際に、位置エネルギーの差によって、水抜き管３２から水タンク４内により速く水を抜くことができる。
【符号の説明】
【００３１】
２  水タンク（液体タンク）
８  ポンプ
１０  被冷却体
１２  熱交換機（熱交換手段）
１８  本体部
２０  水通路（液体通路）
２８  排水管（排出路）
３０  水検出器（液体検出手段）
３２  水抜き管（液体抜き路）
【図１】
2014070781.tif 000003
【図２】
2014070781.tif 000004
【図３】
2014070781.tif 000005