(57)【要約】【課題】循環流路を備える循環装置において、液体を循環流路に循環させながら空間内に保持される液体の質量を略一定に保つことができる構成を提供する。【解決手段】循環装置１は、液体を保持する空間を形成する容器８と、この容器８から液体を導出して再び容器８に戻す循環流路２と、循環流路２に存在する液体の温度に応じて循環流路２の容積を変更する容積変更手段５を備えている。そして、循環流路２は、流路壁の一部が、他の部分に対して移動可能な可動壁であるピストン５ｂとなっており、循環流路２内の液体の温度を検出する温度検出手段４と、温度検出手段４により検出された温度に応じて、容積変更手段５を制御する制御手段６を備える。これにより、液体の温度変化に関わらず、液体の温度に応じて循環流路２の容積を変更し、循環流路２内の液体の質量を略一定に保つことにより、容器２内の液体の質量を略一定に保つことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度に応じて比重が変化する液体を保持する空間から液体を導出して再び前記空間に戻す循環流路と、
前記循環流路内に存在する液体の温度に応じて前記循環流路の容積を変更する容積変更手段とを備える循環装置。
【請求項２】
請求項１に記載した循環装置において、
前記循環流路の流路壁の一部は、他の部分に対して相対的に移動することができる可動壁であり、前記容積変更手段は、前記循環流路内の前記液体の温度に応じて前記可動壁を移動させることで前記循環流路の容積を変更することを特徴とする循環装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載した何れか１つの循環装置において、
液体の気泡を除去する気泡除去手段を備え、
前記容積変更手段は、前記循環流路の特定の部位に存在する液体に作用を及ぼすことで、または前記循環流路の特定の部位に存在する液体から作用を受けることで、前記循環流路の容積を変更し、
前記気泡除去手段は、前記特定の部位より前記循環流路における流れの上流側に位置することを特徴とする循環装置。
【請求項４】
請求項１から３に記載した何れか１つの循環装置において、
前記循環流路内の液体の温度を検出する温度検出手段と、
前記循環流路内の液体の温度を変更する温度変更手段と、
前記温度検出手段により検出された温度に応じて、前記容積変更手段と前記温度変更手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする循環装置。
【請求項５】
請求項４に記載した循環装置において、
前記温度変更手段は前記循環流路に設けられ、
前記温度検出手段は、前記温度変更手段の前記循環流路における流れの上流側と下流側に設けられることを特徴とする循環装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液体を保持する空間から液体を導出して再び空間に戻す循環流路を備える循環装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
従来より、液体、例えば、温度に伴い比重が変化する液体であるＡＴＦ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｆｌｕｉｄ）の試験装置において、液体の循環を模擬するために、循環装置が使用されている。
この試験装置においては、近年、液体を保持する空間を模擬する容器内の液体の質量を一定に保つ要求が生じている。
【０００３】
この要求に対し、容器内の液体の質量を検出し制御する方法が考えられる。しかし、この制御方法によると質量を検出するセンサが別途必要となり、コストの増加を招く。更に、容器、循環流路の配設態様によっては、容器内の液体の質量を正確に測定できない場合も多く、この制御手法は積極的に採用しづらい。
なお、複数の液面フロートスイッチ、および補給タンク内の液体を用いることで容器内の液体の液面の位置を略一定とし、体積を一定に保つ循環装置（特許文献１参照）が知られており、この循環装置を用いることにより、容器内の液面の変動を抑えることができる。しかし、容器内の液体の体積を一定に保つだけでは、温度変化に伴い液体の比重が変化するため、容器内の液体の質量を一定に保つことはできず、従来例では、上記要求に応えることはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２１４９８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、液体を保持する空間から液体を導出して再び空間に戻す循環流路を備える循環装置において、液体を循環流路に循環させながら空間内に保持される液体の質量を略一定に保つことができる構成を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（請求項１の手段）
請求項１の手段によれば、循環装置は、温度に応じて比重が変化する液体を保持する空間から液体を導出して再び空間に戻す循環流路と、循環流路内に存在する液体の温度に応じて循環流路の容積を変更する容積変更手段とを備えている。
【０００７】
これにより、温度変化による循環流路内の液体の質量の変動を防ぐことができる。つまり、液体の温度が高くなった場合、液体の比重が小さくなるため、循環流路の容積を大きくすることにより、循環流路内の液体の質量を略一定の質量に保つことができる。同様に、液体の温度が低くなった場合、液体の比重が大きくなるため、循環流路の容積を小さくすることにより、循環流路内の液体の質量を略一定の質量に保つことができる。よって、液体の総質量（空間内の液体の質量＋循環流路内の液体の質量）は一定であるため、循環流路内の液体の質量を略一定に保つことにより、空間内の液体の質量を略一定に保つことができる。
以上により、液体を循環流路に循環させながら、空間内に保持される液体の質量を略一定に保つことができる。
【０００８】
（請求項２の手段）
請求項２の手段によれば、循環流路の流路壁の一部は、他の部分に対して相対的に移動することができる可動壁であり、容積変更手段は、循環流路内の液体の温度に応じて可動壁を移動させることで循環流路の容積を変更する。
これにより、既設の循環装置が存在する時に、流路壁の一部を可動壁とすることで、請求項１の作用効果を奏する循環装置を構成することができる。このため、低コストで請求項１の作用効果を奏する循環装置を提供することができる。
【０００９】
（請求項３の手段）
請求項３の手段によれば、循環装置は、液体の気泡を除去する気泡除去手段を備え、容積変更手段は、循環流路の特定の部位に存在する液体に作用を及ぼすことで、または循環流路の特定の部位に存在する液体から作用を受けることで、循環流路の容積を変更し、気泡除去手段は、特定の部位より循環流路における流れの上流側に位置する。
【００１０】
気泡が混入すると、見かけ上、液体の比重が小さくなる。このため、気泡を含まない状態を想定して容積変更手段の動作特性を設定した場合、液体が気泡を含むと、正確な制御が困難となる。一方、液体が気泡を含む状態で容積変更手段の動作特性を決定することは煩雑であり困難である。そこで、液体が気泡を含んだ場合でも、特定の部位の上流側で気泡を除去することで、容積変更手段の動作特性に基づいて、循環流路内の液体の質量を略一定に保つ制御を正確に行うことができ、空間内に貯留される液体の質量を略一定に保つことができる。
【００１１】
（請求項４の手段）
請求項４の手段によれば、循環装置は、循環流路内の液体の温度を検出する温度検出手段と、循環流路内の液体の温度を変更する温度変更手段と、温度検出手段により検出された温度に応じて、容積変更手段と温度変更手段を制御する制御手段とを備える。
これにより、液体の温度を変更する需要に応えることができる。
【００１２】
（請求項５の手段）
請求項５の手段によれば、温度変更手段は循環流路に設けられ、温度検出手段は、温度変更手段の循環流路における流れの上流側と下流側に設けられる。
これにより、循環流路における流れの上流側と下流側双方の温度に基づき、容積変更手段を制御することができる。このため、温度変更手段の循環流路における流れの上流側と下流側で液体の温度が異なる場合でも、循環流路内の液体の質量を略一定に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】液体循環装置の構成図である。
【図２】変形例の要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施形態の循環装置は、温度に応じて比重が変化する液体を保持する空間から液体を導出して再び空間内に戻す循環流路と、循環流路に存在する液体の温度に応じて循環流路の容積を変更する容積変更手段を備えている。そして、循環流路は、流路壁の一部が、他の部分に対して移動することのできる可動壁となっており、可動壁より循環流路の流れ上流側に気泡除去手段を備えている。さらに、実施形態の循環装置は、循環流路内の液体の温度を検出する温度検出手段と、循環流路内の液体の温度を変更する温度変更手段と、温度検出手段により検出された温度に応じて、容積変更手段と温度変更手段を制御する制御手段とを備える。
【実施例】
【００１５】
［実施例の構成］
実施例の循環装置の構成を図１に基づいて説明する。
循環装置は、例えば、ＡＴＦの試験装置において、液体の循環を模擬するために使用されるものである。
循環装置１は、以下に詳説する循環流路２、温度変更手段３、温度検出手段４、容積変更手段５、制御手段６および気泡除去手段７を備える。
なおＡＴＦ等の模擬される液体（以下、模擬液体と呼ぶ。）を貯留して保持する空間として、図１には容器８が設けられている。
【００１６】
循環流路２は、容器８から模擬液体を導出して再び容器８に戻すものであり、循環流路２の途中には、循環ポンプ９が配設されている。循環ポンプ９により模擬液体は、循環流路２の内部を満たした状態で、循環流路２を流れる。
【００１７】
温度変更手段３は、容器８の底部に配されているヒータ１１と循環流路２の模擬液体の流れ方向において循環ポンプ９の下流側に配されている熱交換器１２を有する。
ヒータ１１の供給熱量は一定に固定されており、動作させることにより模擬液体の温度を上昇させることができる。
熱交換器１２は、循環流路２の一部を構成する部分と、循環流路２を構成しない冷媒が流れる流路（図示せず。）とを有し、高温の模擬液体から低温の冷媒へ熱を移動させることで、模擬液体が冷却される。また、熱交換器１２は、冷媒の供給量を変えることで冷却能力を変更することができる。
【００１８】
温度検出手段４は、例えば熱電対であって、循環流路２の液体の流れ方向において熱交換器１２の上流側と下流側にそれぞれ配されている（以下、熱交換器１２の上流側の温度検出手段を熱電対４ａ、熱交換器１２の下流側の温度検出手段を熱電対４ｂとする。）。そして、熱電対４ａ、４ｂの先端はそれぞれ循環流路２内の模擬液体に晒されており、熱電対４ａは熱交換器１２の上流側の温度Ｔ１を検出し、熱電対４ｂは熱交換器１２の下流側の温度Ｔ２を検出する。
【００１９】
容積変更手段５は、シリンダ５ａに対し摺動可能なピストン５ｂと、ピストン５ｂを駆動する駆動手段５ｃとを有し、熱電対４ａと熱交換器１２の間に配設されている。
シリンダ５ａとピストン５ｂによって区画される内部空間５ｄは、循環流路２の一部を構成し、ピストン５ｂは、循環流路２の他の部分に対して相対的に移動可能な可動壁となっている。
駆動手段５ｃは、サーボモータ（図示せず。）とラック・アンド・ピニオン機構（図示せず。）とを有し、ピストン５ｂをシリンダ５ａの軸方向に移動させて、内部空間５ｄに存在する模擬液体に作用を及ぼしながら内部空間５ｄの容積を変更する。
【００２０】
制御手段６は、制御処理や演算処理を行うＣＰＵ、制御プログラムや各種データを保存する記憶装置（ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリ）等の機能を有する周知のマイクロコンピュータを含んでいる。
そして、制御手段６は、容器８内に存在する模擬液体の質量（以下、容器側質量Ｍａと呼ぶ。）を略一定に保つことを目的として容積変更手段５による質量制御を行うとともに、容器８内の模擬液体の温度を略一定に保ったり、ステップ状に変化させたりすることを目的として温度変更手段３による温度制御を行う。
【００２１】
まず、制御手段６は、循環流路２に存在する模擬液体の質量（以下、流路側質量Ｍｂと呼ぶ。）を制御対象として容積変更手段５による質量制御を行う。つまり、循環装置１の全体に保持されている模擬液体の全質量は容器側、流路側質量Ｍａ、Ｍｂの和に等しく、揮発したり、抜き出されたりして循環装置１の外部に流出しない限り一定である。そこで、制御手段６は、直接的に容器側質量Ｍａを略一定に保つ質量制御を行うのではなく、流路側質量Ｍｂを略一定に保つことにより間接的に容器側質量Ｍａを略一定に保つ質量制御を行う。
【００２２】
より具体的に、制御手段６は、熱電対４ａ、４ｂによる温度Ｔ１、Ｔ２の検出値に基づき容積変更手段５のピストンを駆動操作することで、内部空間５ｄの容積を変化させて流路側質量Ｍｂを略一定に保つように制御する。
そして、制御手段６は、流路側質量Ｍｂを略一定に保つ制御を行うため、容積変更手段５の動作特性として、例えば、ピストン５ｂの基準位置からの変位量（以下、ストロークと呼ぶ。）と温度Ｔ１、Ｔ２との相関を記憶している。
【００２３】
ここで、ピストンのストロークと温度Ｔ１、Ｔ２との相関は、以下のような考え方に基づくストロークの目標値の算出が可能となるように設定されている。
すなわち、循環流路２に存在する模擬液体の比重は、熱交換器１２を境として上、下流側で互いに異なるため、流路側質量Ｍｂの全体の変動は、熱交換器の上、下流側で分けて考える必要がある。そこで、熱交換器１２の上、下流側の質量の変動をそれぞれ温度Ｔ１、Ｔ２に基づき個別に求め、個別に求めた変動分の和（流路側質量Ｍｂの全体の変動）を内部空間５ｄの容積変化により吸収して相殺することができるようにストロークの目標値を求める。
【００２４】
つまり、制御手段６は、流路側質量Ｍｂが略一定となるようにピストンのストロークを予め温度Ｔ１、Ｔ２に関連付け動作特性として記憶しておく。そして、制御手段６は、温度Ｔ１、Ｔ２の検出値を動作特性に当てはめることでストロークの目標値を求め、このストロークの目標値を実現するように駆動手段に指令を与えることで、流路側質量Ｍｂを略一定に保つ。
【００２５】
次に、制御手段６は、容器８内の模擬液体の温度を略一定に保ったり、ステップ状に変化させたりすることを目的として温度変更手段３による温度制御を行う。
ここで、容器８内の模擬液体の温度は、温度Ｔ１に略一致するので、制御手段６は、温度Ｔ１を制御対象として温度変更手段３による温度制御を行う。
より、具体的に、熱交換器１２を動作させた場合、温度Ｔ１を所定の目標値とすべく、熱交換器１２における冷媒の供給量を操作して冷却能力を制御している。
【００２６】
気泡除去手段７は、内部空間５ｄの上流側に設けられている。気泡除去手段７は、例えば、周知の構成の遠心分離型の脱泡装置である。
ここで、容積変更手段５の動作特性は、模擬液体が気泡を含まない状態を想定して設定されているため、内部空間５ｄに存在する模擬液体に気泡が含まれると、正確な質量制御が困難となる。このため、内部空間５ｄに気泡を含まない状態の模擬液体を存在させる必要があり、気泡除去手段７により内部空間５ｄの上流側で気泡を除去しておく。
この結果、模擬液体に気泡が含まれていても内部空間５ｄの上流側で気泡を除去することができるので制御手段６により正確な質量制御を行うことができ、容器側質量Ｍａを略一定に保つことができる。
【００２７】
［実施例の効果］
循環装置１は、容器８から模擬液体を導出して再び容器８に戻す循環流路２と、循環流路２内に存在する模擬液体の温度Ｔ１、Ｔ２に応じて循環流路２の容積を変更する容積変更手段５とを備えている。
これにより、模擬液体の温度変化による流路側質量Ｍｂの変動を防ぐことができる。つまり、温度Ｔ1、Ｔ２が高くなった場合、循環流路２内に存在する模擬液体の比重が小さくなるため、循環流路２の容積を大きくすることにより、流路側質量Ｍｂを略一定に保つことができる。同様に、温度Ｔ1、Ｔ２が低くなった場合、循環流路２内に存在する模擬液体の比重が大きくなるため、循環流路２の容積を小さくすることにより、流路側質量Ｍｂを略一定に保つことができる。よって、模擬液体の総質量（容器側質量Ｍａ＋流路側質量Ｍｂ）は一定であるため、流路側質量Ｍｂを略一定に保つことにより、容器側質量Ｍａを略一定に保つことができる。
【００２８】
また、循環流路２の流路壁の一部は、他の部分に対して相対的に移動することができるピストン５ｂであり、温度Ｔ１、Ｔ２に応じてピストン５ｂを移動させることで循環流路２の容積を変更する。
これにより、既設の循環装置が存在する時に、既設の流路壁の一部をピストン５ｂとすることにより、低コストで実施例の循環装置１を設けることができる。
【００２９】
循環装置１は、模擬液体の気泡を除去する気泡除去手段７を備える。
また、容積変更手段５は、内部空間５ｄの容積を変更することで、循環流路２の容積を変更する。
さらに、気泡除去手段７は、内部空間５ｄより循環流路２における流れの上流側に位置する。
これにより、模擬液体が気泡を含んだ場合でも、内部空間５ｄの上流側で気泡を除去することで、容積変更手段５の動作特性に基づいて、容器側質量Ｍａの質量制御を正確に行うことができる。
【００３０】
循環装置１は、循環流路２内の模擬液体の温度Ｔ１、Ｔ２を検出する温度検出手段４と、温度Ｔ１を変更する温度変更手段３と、温度Ｔ1、Ｔ２の検出値に応じて、容積変更手段５と温度変更手段３を制御する制御手段６とを備える。
これにより、模擬液体の温度Ｔ１を変更する需要に応えることができる。
【００３１】
また、温度変更手段３は、循環流路２に設けられ、温度検出手段４は、温度変更手段３の循環流路２における流れの上流側と下流側に設けられ、上流側、下流側それぞれの温度Ｔ１、Ｔ２を検出する。
これにより、温度Ｔ１、Ｔ２に基づき、容積変更手段５を制御することができる。このため、温度Ｔ１、Ｔ２が互いに異なる場合でも、容器側質量Ｍａを略一定に保つことができる。
【００３２】
［変形例］
本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形例を考えることができる。
例えば、実施例によれば、容積変更手段５は、可動壁としてのピストン５ｂを駆動手段５ｃにより駆動して内部空間５ｄの容積を変更することで流路側質量Ｍｂを略一定に保つものであったが、容積変更手段５の態様はこのようなものに限定されない。例えば、図２に示すように、流路壁の一部を、蛇腹状の側壁１５ａを有して軸方向に伸縮可能な有底蛇腹体１５で構成し、さらに、蛇腹状の側壁１５ａにおいて内壁部と外壁部とを熱膨張率が互いに異なる金属から構成することで、容積変更手段５を設けてもよい。
【００３３】
この場合、側壁１５ａは、有底蛇腹体１５内に導入された模擬液体の温度に応じて、外力を与えなくても軸方向に伸縮する。このため、制御手段６による制御を行わなくても、循環流路２の特定の部位に存在する模擬液体に作用を及ぼすことで、または循環流路２の特定の部位に存在する液体から作用を受けることで、循環流路２の容積を変更することができる。
【００３４】
また、実施例によれば、温度変更手段３による温度制御を、熱交換器１２の冷却能力を変更することで実現していたが、循環流路２を迂回するバイパス流路を設け、模擬液体を熱交換器１２側に向かう本流からバイパス流路側に分流し、バイパス流路に分流される模擬液体の比率を変更することで冷却能力を変更してもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１      循環装置
２      循環流路
５      容積変更手段
【図１】
2014229203.tif 000003
【図２】
2014229203.tif 000004