(57)【要約】      （修正有）【課題】流量計を用いずに流量の算定を行うことで、低コストかつ高追随性の温調装置を提供する。【解決手段】圧縮機１１、凝縮器１２、膨脹弁１３、熱交換器３を有し冷媒を循環させる冷凍回路１と、負荷２９から還流した循環液を熱交換器３を介して冷却または加熱し、所定の温度目標に近づいた循環液をポンプ２２を用いて２９負荷に供給する循環液回路２と、熱交換器３において交換される熱量を制御することで循環液の温度を制御する制御部とを備えた温調装置において、制御部は循環液の流量をポンプ２２の回転数と電流値に基づいて算出する第１演算部を備え、算出した算出流量を表示部に表示させることを特徴とする温調装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、凝縮器、膨脹弁、熱交換器を有し冷媒を循環させる冷凍回路と、
負荷から還流した循環液を前記熱交換器を介して冷却または加熱し、所定の目標温度に近づいた前記循環液をポンプを用いて前記負荷に供給する循環液回路と、
前記熱交換器において交換される熱量を制御することで前記負荷に供給される前記循環液の温度を制御する制御部とを備えた温調装置において、
前記制御部は前記循環液の流量を前記ポンプの回転数と電流値に基づいて算出する第１演算部を備え、
前記算出した算出流量を表示部に表示させることを特徴とする温調装置。
【請求項２】
設定された回転数に前記ポンプの回転数を可変とする駆動機構を更に備えたことを特徴とする、請求項１の温調装置。
【請求項３】
前記負荷から前記熱交換器に至る還流部に設けられた第１温度センサと、前記熱交換器から前記負荷に至る供給部に設けられた第２温度センサとを更に備え、前記制御部は、
前記第１温度センサから出力される単位時間に対する温度の変化と当該単位時間における前記算出流量に基づいて、前記負荷の熱負荷の変動値を算出し、算出された前記熱負荷の変動値に応じて前記熱交換器における冷却制御量を算出する第２演算部と、
前記第２温度センサの検出値が前記所定の目標温度となるようにフィードバック制御により前記冷却制御量を補正する第３演算部とを有することを特徴とする、請求項２の温調装置。
【請求項４】
前記循環液の目標流量値を設定するための流量設定手段を更に備え、前記制御部は前記算出流量が前記目標流量値に近づくように前記ポンプの回転数のフィードバック制御を行う請求項１、２または３に記載の温調装置。
【請求項５】
前記表示部は前記循環液の目標流量値、算出流量、目標温度、前記第１および第２温度センサが検出した循環液の現在温度を表示し、この表示部が液晶ディスプレイによって構成されていることを特徴とする請求項３もしくは４に記載の温調装置。
【請求項６】
前記液晶ディスプレイは前記算出流量の経時変化と循環液の温度の経時変化とを互いに関連付けてグラフで表示することを特徴とする請求項５の温調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温調装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
加工機等の工作機械や半導体製造装置の産業機械では加工精度等の品質の高度化、安定化を目的として高度な温度管理が要求されている。この温度管理が必要とされる部位に一定温度の循環液を定常的に流し、循環液との熱交換による冷却または加熱により温度制御をおこなう温度管理方法がある。
【０００３】
前記循環液は産業機械との熱交換後に、冷媒ガスと熱交換を行い、所定の温度にまで冷却または加熱され再び産業機械に送られる際には一定の温度に管理される。
この循環液の温度を一定に保つために冷凍機の操作量を出口側循環液（負荷に送られる直前）の温度によるフィードバック制御により決定する方法が一般的にとられている。
【０００４】
しかし、前記方法はフィードバック制御であるから、温度の変化や目標値の変化があった際の追随性が悪く、温度制御の精度を高めるために様々な方法が提案されている。例えば、次に挙げるような特許文献のようにフィードバック制御を用いる方法や、一時的に循環液の流量を増加させる方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＪＰ２０１１−１７９７５７  Ａ（要約）
【特許文献２】ＪＰ２００７−１０１００６  Ａ（要約）
【発明の概要】
【０００６】
負荷変動に対する高追随性を実現するためには循環液の流量の物理量の把握が必須であり、別途温調装置に流量データが取り込めるような流量計を設置しなければならず、コストの増大に繋がる。また、循環液の流量が変化すると、温度の変化は抑制できるが、一定流量で使い続けたい使用者にとっては好ましくない。
【０００７】
また、高追随性を目的としていない一般的な温調装置であっても、装置使用者が必要とする循環液の流量に調整するために装置使用者が温調装置の外に別途、バルブと流量計を用意し、バルブ開度を調整して流量調整を行った後に、装置を使用しているのが実情である。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、流量計を用いずに循環液の流量の算定を行うことで、低コストかつ高追随性の温調装置を提供することである。
【０００９】
本発明の温調装置は圧縮機、凝縮器、膨脹弁、熱交換器を有し冷媒を循環させる冷凍回路と、
負荷から還流した循環液を前記熱交換器を介して冷却または加熱し、所定の目標温度に近づいた前記循環液をポンプを用いて前記負荷に供給する循環液回路と、
前記熱交換器において交換される熱量を制御することで前記負荷に供給される前記循環液の温度を制御する制御部とを備えた温調装置において、
前記制御部は前記循環液の流量を前記ポンプの回転数と電流値に基づいて算出する第１演算部を備え、
前記算出した算出流量を表示部に表示させることを特徴とする温調装置。
【００１０】
循環液の流量はポンプ回転数とポンプ電流を変数とする関数で成り立っており、流量をＦ、ポンプ回転数をＮ、ポンプ電流をＩとすると
Ｆ＝ｆ（Ｎ）Ｉ＋ｇ（Ｎ）
となる。
関数ｆ、ｇはポンプの種類と循環液の種類によって定まる。
この関係に従って循環液の流量を算出し、表示することで、温調装置の使用者は別途、流量計を用意することなく循環液の流量を知ることができる。したがって、低コストとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の温調装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図２】同装置の制御構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
好ましくは、設定された回転数に前記ポンプの回転数を可変とする駆動機構を更に備えたことを特徴とする温調装置。
回転数が可変のポンプを採用した場合、流量の調整を行う際に別途バルブを用意することなく、温調装置に表示されている流量に応じてポンプの設定回転数を変化させることで所望の流量に調整することが可能である。
【００１３】
好ましくは、前記負荷から前記熱交換器に至る還流部に設けられた第１温度センサと、前記熱交換器から前記負荷に至る供給部に設けられた第２温度センサとを更に備え、前記制御部は、
前記第１温度センサから出力される単位時間に対する温度の変化と当該単位時間における前記算出流量に基づいて、前記負荷の熱負荷の変動値を算出し、算出された前記熱負荷の変動値に応じて前記熱交換器における冷却制御量を算出する第２演算部と、
前記第２温度センサの検出値が前記所定の目標温度となるようにフィードバック制御により前記冷却制御量を補正する第３演算部とを有することを特徴とする。
【００１４】
この場合、流量計を用いずとも、この算出流量と２つの温度センサにより検出した温度変化に基づく演算によって熱負荷に変動があった際に正確な変動熱量を算出することが可能となり、追随性の高い温度制御が可能となる。
【００１５】
好ましくは、前記循環液の目標流量値を設定するための流量設定手段を更に備え、前記制御部は前記算出流量が前記目標流量値に近づくように前記ポンプの回転数のフィードバック制御を行う。
この回転数の調整は人間が手動で設定値を入力して調整してもよいが、所望の流量値になるように自動制御されるようになっていれば人間の手による回転数調整の手間が省けるため、より望ましい。
【００１６】
好ましくは、前記表示部は前記目標流量値、算出流量、目標温度、前記第１および第２温度センサが検出した循環液の現在温度を表示し、この表示部が液晶ディスプレイによって構成されている。
更に好ましくは、前記液晶ディスプレイは前記算出流量の経時変化と循環液の温度の経時変化とを互いに関連付けてグラフで表示することを特徴とする。
また、循環液温度、流量ともに温調装置内部の構成機器により取得できるため、表示部に液晶ディスプレイを採用し、温度や流量の経時変化をグラフ表示できるようになっていれば、エラー時等、緊急時に素早く過去の状態変化を把握できるようになり、より望ましい。
【実施例】
【００１７】
以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。
全体構成：
図１に示すように、本温調装置は、フロンなどの冷媒が循環する冷凍回路１と、ブラインなどのクーラント（循環液）が循環する負荷側の循環液回路２と、前記冷凍回路１および循環液回路２に接続された制御部４（図２）とを備える。本装置は、前記冷凍回路１の冷媒と循環液回路２のクーラントとを熱交換器３において熱交換させて、所定の温度のクーラントで循環液回路２の負荷２９を冷却または加熱するものである。
【００１８】
冷凍回路：
前記冷凍回路１は、メイン回路Ｍおよびバイパス回路１４を備える。
メイン回路Ｍは、圧縮機１１と、凝縮器１２と、電子膨張弁１３と、熱交換器３とを、導管により順次ループ状に接続して構成されている。
【００１９】
メイン回路Ｍでは、熱交換器３（蒸発器）において気体となった冷媒は、圧縮機１１で圧縮されて凝縮器１２に圧送され、凝縮器１２の冷却ファン（図示せず）等により冷却されて液化する。凝縮器１２で冷却、液化された冷媒は電子膨張弁１３を通って低圧化された状態で熱交換器３に送られ、ここで再び気化して熱を奪うことで熱交換器３内のクーラントを冷却する。このように、冷凍回路１のメイン回路Ｍは、矢印Ｘ１に示すように、熱交換器３からの冷媒が、圧縮機１１に導入されて圧縮された後、前記凝縮器１２および電子膨張弁１３を経て前記熱交換器３に還流するように構成されている。なお、電子膨張弁１３は、通過する冷媒を膨張させて冷媒の圧力を低下させて熱交換器３に導入するためのものである。    
【００２０】
バイパス回路１４は、前記凝縮器１２と並列に設けられている。すなわち、矢印Ｘ２に示すように、圧縮機１１からの冷媒の一部を凝縮器１２および電子膨張弁１３を通らずに熱交換器３に導入することを可能とするものである。バイパス回路１４には、該バイパス回路１４を通って熱交換器３に導入される冷媒の流量を調整するための制御弁１５が設けられている。この制御弁１５は、圧縮機１１からの冷媒の一部を凝縮器１２を通ることなく、高温のままで熱交換器３に導くためのものである。
【００２１】
前記循環液回路２は負荷２９から還流した循環液が、負荷２９に供給される供給部２５において所定の目標温度に近づくように、前記熱交換器３を介して前記循環液を冷却または加熱する。前記ポンプ２２は駆動機構２３により回転数が可変で、前記循環液を循環液回路２内で循環させ、前記負荷２９に前記循環液を供給する。なお、熱交換器３とポンプ２２との間にはタンク２１が設けられていてもよい。
【００２２】
前記循環液回路２には、第１および第２温度センサＳ１，Ｓ２が設けられている。
第１温度センサＳ１は前記負荷２９から前記熱交換器３に至る還流部２４に設けられ、第２温度センサＳ２は前記熱交換器３を経て前記ポンプ２２から前記負荷２９に至る供給部２５に設けられている。なお、第１および第２センサＳ１およびＳ２は各々、前記負荷２９からの出口付近および負荷２９への入口付近に配置するのが好ましい。
【００２３】
本温調装置は前記熱交換器３において交換される熱量を制御することで前記循環液の温度を制御する図２の制御部４を備える。前記制御部４は第１、第２および第３演算部４１，４２，４３を備える。
前記第１演算部４１は前記循環液の流量を前記ポンプ２２の回転数と電流値に基づいて算出する。前記算出された算出流量は表示部５により表示される。
【００２４】
第２演算部４２は前記第１温度センサＳ１（図１）から出力される単位時間に対する温度の変化と当該単位時間における前記算出流量に基づいて、前記負荷の熱負荷の変動値を算出し、算出された前記熱負荷の変動値に応じて前記熱交換器３における冷却制御量を算出する。
第３演算部４３は前記第２温度センサＳ２（図１）の検出値が前記目標温度となるようにフィードバック制御により前記冷却制御量を補正する。
【００２５】
前記表示部５は前記目標流量値、算出流量、目標温度、前記第１および第２温度センサＳ１，Ｓ２が検出した循環液の現在温度を表示し、この表示部５が液晶ディスプレイによって構成されている。本実施例の場合、前記液晶ディスプレイはたとえばタッチパネルであり、前記循環液の目標流量値を設定するための流量設定手段などの入力設定手段を構成してもよい。なお、各設定手段はオフラインの機械的な手段であってもよい。
【００２６】
前記制御部４は前記算出流量が前記目標流量値に近づくように、前記ポンプ２２の回転数のフィードバック制御を行う。
【００２７】
なお、前記液晶ディスプレイは前記算出流量の経時変化と循環液の温度の経時変化とを互いに関連付けてグラフで表示する。
【００２８】
つぎに、本実施例における温調方法の一例について簡単に説明する。
まず、オペレータは目標流量値および負荷２９に流入する循環液の目標温度を液晶ディスプレイ５（図２）から予め設定し、運転を開始ないし続行させる。
【００２９】
運転中に、図２の前記制御部４がポンプ２２の駆動機構２３からポンプ２２の回転数および電流値を取込み、前述のように、これらの値に基づいて、第１演算部４１が循環液の流量（算出流量）を算出する。この算出流量は表示部５に表示される。
【００３０】
同運転中に、前記制御部４は第１および第２温度センサＳ１，Ｓ２で検出された第１および第２現在温度を取込み、この値を表示部５に表示する。
【００３１】
ついで、第２演算部４２は前記第１温度センサＳ１から出力される単位時間に対する温度の変化と当該単位時間における前記算出流量に基づいて、前記負荷２９の熱負荷の変動値を算出する。たとえば、単位時間（微少時間）における温度の変化と算出流量の積を求め、これを累積する（積分する）ことで、負荷２９における熱負荷の変動値を算出する。
なお、熱負荷とは空調用語で、所定の温度を保つとき必要とする熱量（顕熱負荷）、水分（潜熱負荷）の総量をいい、暖房負荷と冷房負荷とがある。
【００３２】
その後、第２演算部４２は前記熱負荷の変動値に応じて前記熱交換器３における冷却制御量を算出する。
「冷却制御量」なる文言は「冷凍回路１による循環液の冷却の度合」つまり、「熱交換器３において交換されるであろう熱量」を意味し、たとえば、「バイパスの制御弁１５や圧縮機１１の回転数を制御することにより負荷２９側の循環液を冷却する度合い」を意味する。
すなわち、前記制御部４は所期の冷却制御量が得られるように、前記制御弁１５の開度を調整したり、あるいは、圧縮機１１の回転数を制御する。
【００３３】
一方、第３演算部４３は前記第２温度センサＳ２の検出値が所定の目標温度となるようにフィードバック制御により前記冷却制御量を補正する。前記制御部４は前記補正された冷却制御量で循環液を冷却できるように、つまり、前記検出値が前記目標温度となるように、前記制御弁１５の開度をリアルタイムに微調整したり、あるいは、圧縮機１１の回転数を微調整する。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は産業機械や工作機械などの温調装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１：冷凍回路
１１：圧縮機  １２：凝縮器  １３：電子膨張弁  １４：バイパス回路  １５：制御弁
２：循環液回路
２１：タンク  ２２：ポンプ  ２３：駆動機構  ２４：還流部  ２５：供給部  ２９：負荷
３：熱交換器 
４：制御部
４１：第１演算部  ４２：第２演算部  ４３：第３演算部
５：表示部（液晶ディスプレイ（流量設定手段））
Ｍ：メイン回路
Ｓ１：第１温度センサ  Ｓ２：第２温度センサ
【図１】
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【図２】
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