(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータにより駆動され試料を保持するロータと、
前記モータを駆動する電力を供給する遠心用インバータと、
前記ロータを収容するチャンバと、
前記チャンバの温度を検出する温度センサと、
前記チャンバを冷却しコンプレッサを有する冷凍機と、
前記コンプレッサに電力を供給するコンプレッサ用インバータと、
前記コンプレッサに組み込まれ前記コンプレッサ用インバータからの給電により可変速制御されるコンプレッサ用モータと、
設定された遠心分離運転条件に基づき、前記遠心用インバータと前記コンプレッサ用インバータを制御する制御装置を有する遠心分離機において、
前記制御装置は、
前記コンプレッサ用モータの回転数が所定回転数より大きい場合には、設定温度と前記温度センサの検出温度に基づいて前記コンプレッサ用モータをフィードバック制御し、前記コンプレッサ用モータの回転数が所定回転数より低くなった場合には、前記コンプレッサの冷却機能をオン又はオフする間欠制御を行うことを特徴とする遠心分離機。
【請求項２】
前記所定回転数と比較する前記コンプレッサ用モータの回転数は、前記設定温度と前記温度センサの検出温度との差から前記制御装置が演算した前記コンプレッサ用モータを回転させるべき回転数であることを特徴とする請求項１に記載の遠心分離機。
【請求項３】
前記演算は、ＰＩＤ演算であることを特徴とする請求項２に記載の遠心分離機。
【請求項４】
設定温度を入力可能な入力部を有し、
前記制御装置は、入力された設定温度から前記ロータを設定温度にするための目標制御温度を設定し、前記目標制御温度と前記温度センサの検出温度に基づいて前記コンプレッサ用モータをフィードバック制御することを特徴とする請求項１に記載の遠心分離機。
【請求項５】
前記制御装置は、前記間欠制御において、前記温度センサの検出温度が前記目標制御温度より高い場合であって、前記コンプレッサ用モータの回転数が設定された最小連続回転数よりも大きい時に、前記コンプレッサの冷却機能をオンにすることを特徴とする請求項４に記載の遠心分離機。
【請求項６】
前記制御装置は、前記間欠制御において、所定時間連続で前記温度センサの検出温度が前記目標制御温度よりも高い場合は、前記間欠制御を終了し、前記フィードバック制御に移行することを特徴とする請求項４又は５に記載の遠心分離機。
【請求項７】
前記温度センサは、前記チャンバ下部の金属部に接触するように配設したことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の遠心分離機。
【請求項８】
前記制御装置は、前記コンプレッサ用モータの回転数が所定回転数より低い状態が所定時間以上続いたか否か及び前記コンプレッサ用モータの回転数が設定された最小連続回転数に到達したか否かを監視し、前記所定回転数より低い状態が所定時間以上続いたか又は前記回転数が前記最小連続回転数に到達したと判断した場合に、前記コンプレッサの冷却機能をオン又はオフする間欠制御を行うことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の遠心分離機。
【請求項９】
前記制御装置は、前記間欠制御において、前記コンプレッサ用モータをオンオフ制御することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の遠心分離機。
【請求項１０】
前記間欠制御では、
前記コンプレッサ用モータをオフする際には、少なくとも最小オフ時間に渡ってオフを維持することを特徴とする請求項９に記載の遠心分離機。
【請求項１１】
エバポレータと、
前記コンプレッサが圧縮した冷媒を前記エバポレータに供給する送り通路と、
前記エバポレータから前記コンプレッサへの戻り通路と、
前記送り通路から前記戻り通路を短絡することにより、前記エバポレータをバイパスさせるバイパス通路と、
前記バイパス通路中に設けられたバルブとを有し、
前記制御装置は、前記間欠制御において、前記バルブをオンオフ制御することを特徴とする請求項５から８のいずれか一項に記載の遠心分離機。
【請求項１２】
前記制御装置は、前記バルブをオフ制御する際に、前記コンプレッサ用モータを最小連続回転数で回転するよう制御することを特徴とする請求項１１に記載の遠心分離機。
【請求項１３】
前記制御装置は、前記間欠制御において、前記バルブをオンオフ制御すると共に、前記コンプレッサ用モータを連続運転又は断続運転するよう制御することを特徴とする請求項１２に記載の遠心分離機。
【請求項１４】
前記制御装置は、前記コンプレッサ用モータを断続運転する制御において、前記バルブのオン時間を前記断続運転の間隔よりも短く制御することを特徴とする請求項１３に記載の遠心分離機。
【請求項１５】
前記ロータの温度制御開始時に、前記温度センサの検出温度をフィードバック情報とし、前記目標制御温度と前記温度センサの検出温度との差から演算で求めた回転数が前記最小連続回転数より高い場合は、
前記ロータの設定回転数と前記ロータの設定可能最大回転数との比率から求まる係数を最大連続回転数に掛け算した回転数を前記コンプレッサ用モータの設定回転数にすることを特徴とする請求項５に記載の遠心分離機。
【請求項１６】
前記ロータの温度制御開始時に、前記温度センサの検出温度をフィードバック情報とし前記目標制御温度と前記温度センサの検出温度との差から演算で求めた回転数が前記最小連続回転数より高い場合は、
あらかじめ登録されているロータの風損係数と運転中のロータの回転速度からロータの発熱量を算出した値を係数として最大連続回転数に掛け算した回転数を前記コンプレッサ用モータの設定回転数にすることを特徴とする請求項５に記載の遠心分離機。
【請求項１７】
前記バイパス通路の一部に絞り部を設けたことを特徴とする請求項１１に記載の遠心分離機。
【請求項１８】
前記バルブは流量を可変に調整できる可変バルブであって、流量を調整することにより絞り部として機能させることを特徴とする請求項１１に記載の遠心分離機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、様々な電源事情に対して構成を変更せずに対応でき、小形化・低騒音化を達成すると共に高精度な温度制御を実現した遠心分離機に関する。
【背景技術】
【０００２】
遠心分離機、とりわけ高速冷却遠心機と呼ばれる種類に属する遠心分離機は、高速回転するロータを低温（例えば４℃）に冷却保持し、短時間にロータ加速・減速する能力が必要な実験室用或いは製造工程のルーチン作業に広く使用される。このような遠心分離機は、チューブ・ボトルに入れた分離・沈殿させる試料をロータに保持させて、チャンバ内のクラウンにセットされたロータを所定の回転数まで加速した後に整定させ、しかる後に減速停止して遠心分離した試料を得る装置である。  
【０００３】
従来の高速冷却遠心機では、試料の遠心分離時間がさほど長くないことが多く、ロータの加速・減速時間を短縮して分離・沈殿物の収集能率を向上させることが重要であり、加減速時間が短いことが特に要求される。また、遠心分離運転中に分離・沈殿させる試料は、生化学的活性の低下・温度による劣化を防ぐために、遠心分離運転中はロータに保持された試料を低温（例えば４℃）に高精度に保持する能力が求められる。さらに、設置スペースが小さく小形であることが重要であり、研究・実験室などの静かな周囲環境で使用されるため運転音が静かであることも重要である。
【０００４】
一方、遠心分離機の仕向け先（配送先）は全世界に及ぶため、各国での電源事情が様々であり、従来から一つの設計仕様で電源の電圧・周波数・給電容量に対応できるような構成とされている。出願人により現在販売されている製品の一般的な構成としては、ロータの加速・減速するためのモータはインバータによる可変速制御が行われ、試料を低温に保持する冷凍ユニットのコンプレッサモータとラジエータ通風ファンは共に単相誘導モータによるＯＮ・ＯＦＦ制御が行われる。
【０００５】
コンプレッサを、インバータ制御による可変速コンプレッサとする技術は特許文献１により提案されている。特許文献１では、ロータを回転駆動するモータの力行・電源回生運転に際し、電源から給電或いは電源に戻す電流を高力率でかつ高調波電流を低減させた電流波形とするものである。また、特許文献２に示す技術は、供給される電源周波数が６０Ｈｚの地域で、冷却ファンの回転数を５０Ｈｚ時の回転数と同等になるように低減し、電源周波数が変わることにより冷却ファンから発する騒音レベルが変動しないようにするものである。また、特許文献３に示す技術は、冷凍ユニットのコンプレッサモータＯＮ・ＯＦＦ制御を行う遠心分離機において、高圧側配管と低圧側配管側をつなぐパイパス配管と開閉器を設け、コンプレッサを停止した際に開閉器を開き、高圧側配管と低圧側配管圧力差を短時間でなくし、コンプレッサの再起動に必要な圧力条件を作るようにした遠心分離機が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２４６３５１号公報
【特許文献２】特開平６−１７０２８２号公報
【特許文献３】特開平５−２２８４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来、仕向け先毎の電源電圧への対応については、できる限り一つの設計仕様で対応させるため、通常電源電圧への整合が困難である遠心用モータ制御、コンプレッサ用モータ制御、ラジエータファン等のために遠心分離機の電源入力部に単巻トランスを設け、この単巻トランスのタップを切替えて遠心分離機の機内動作電圧に合わせていた。しかしながら接続電源の電流容量が様々であるため、給電容量が小さい場合には給電容量を超えないようにロータ加速時の遠心用モータの電流を、電流容量の最も小さい電源仕様に合わせてロータの加速を鈍くするか、或いは、ロータの加速に電源容量を振り向けるためにロータの加速が終了するまでの間、冷凍機のコンプレッサ用モータの動作を停めてロータが回転に伴う風損で温められてしまうのを容認するようにしていた。しかしながらこのような制御方法を採用すると、遠心分離機本来の機能を低下させていることになってしまう。
【０００８】
従来の電源周波数への対応に関しては、電源周波数が変化するとモータの回転数が変わり冷却能力に違いが生じるコンプレッサ用モータ及びラジエータ通風ファンを用いている。この際、コンプレッサ用モータでは回転数の低下により冷媒循環量が低下する５０Ｈｚ電源でも冷凍能力が十分確保できるように、能力が大きいものを組み込んでいる。また、同様にラジエータ通風ファンでは回転数の低下によりラジエータの放熱量が低下する５０Ｈｚ電源でも放熱が十分確保できるように大形のファンを装備している。しかしながらこれらを６０Ｈｚ電源で使用する際には、これらのモータやファンの回転数が上昇することにより発生する動作音が大きくなる。これらの音を下げるために防音・遮音などの装備を組み込んで製品化している製品もある。これはロータ駆動用のモータの冷却ファン、制御装置冷却ファンでも事情は同様である。
【０００９】
従来のロータの温度制御においては、コンプレッサ用モータの回転数は電源周波数に依存する単一の回転数とし、コンプレッサ用モータのＯＮ及びＯＦＦの制御を行っている。この制御では回転中のロータの大きな温度脈動や、ロータの風損損失が低い領域での温度制御精度の低下がある。この対策として、インバータ制御による可変速コンプレッサを利用したものがあるが、連続可変速運転だけでなく間欠ＯＮ・ＯＦＦ運転が必要な制御の場合は、ロータの風損損失が低い連続可変速運転と間欠ＯＮ・ＯＦＦ運転の境界領域でのロータの温度制御性が悪くなり、依然として高精度な温度制御が実現できていなかった。
【００１０】
本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的はロータの温度を測定する温度センサの検出温度をフィードバックして、ロータ目標制御温度と温度センサの検出温度との差からコンプレッサ用モータを高精度に制御することができる遠心分離機を提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、コンプレッサ用モータのオンオフ制御に伴う回転中のロータの大きな温度脈動を防止することができる遠心分離機を提供することにある。
【００１２】
本発明のさらに他の目的は、ロータの風損損失が低い領域においても高精度な温度制御精度が得られる遠心分離機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願において開示される発明のうち代表的なものの特徴を説明すれば次の通りである。
【００１４】
本発明の一つの特徴によれば、モータにより駆動され試料を保持するロータと、モータを駆動する電力を供給する遠心用インバータと、ロータを収容するチャンバと、チャンバの温度を検出する温度センサと、チャンバを冷却しコンプレッサを有する冷凍機と、コンプレッサに電力を供給するコンプレッサ用インバータと、コンプレッサに組み込まれコンプレッサ用インバータからの給電により可変速制御されるコンプレッサ用モータと、設定された遠心分離運転条件に基づき遠心用インバータとコンプレッサ用インバータを制御する制御装置を有する遠心分離機において、制御装置はコンプレッサ用モータの回転数が所定回転数より大きい場合には、設定温度と温度センサの検出温度に基づいてコンプレッサ用モータをフィードバック制御し、コンプレッサ用モータの回転数が所定回転数より低くなった場合にはコンプレッサの冷却機能をオン又はオフする間欠制御を行うように構成した。所定回転数と比較するコンプレッサ用モータの回転数は、設定温度と温度センサの検出温度との差から制御装置が演算したコンプレッサ用モータを回転させるべき回転数であって、演算方法として例えばＰＩＤ演算を用いる。温度センサは、チャンバ下部の金属部に接触するように設けると好ましい。
【００１５】
本発明の他の特徴によれば、設定温度を入力可能な入力部を有し、制御装置は入力された設定温度からロータを設定温度にするための目標制御温度を設定し、目標制御温度と温度センサの検出温度に基づいてコンプレッサ用モータをフィードバック制御する。また制御装置は、間欠制御において、温度センサの検出温度が目標制御温度より高い場合であって、コンプレッサ用モータの回転数が設定された最小連続回転数よりも大きい時に、コンプレッサの冷却機能をオンにする。さらに制御装置は、間欠制御において、所定時間連続で温度センサの検出温度が目標制御温度よりも高い場合は間欠制御を終了し、フィードバック制御に移行するようにした。温度センサは、チャンバ下部の金属部に接触するように配設すると良い。
【００１６】
本発明の他の特徴によれば、制御装置は、コンプレッサ用モータの回転数が所定回転数より低い状態が所定時間以上続いたか否か及びコンプレッサ用モータの回転数が設定された最小連続回転数に到達したか否かを監視し、所定回転数より低い状態が所定時間以上続いたか又は回転数が最小連続回転数に到達したと判断した場合に、コンプレッサの冷却機能をオン又はオフする間欠制御を行う。また制御装置は、間欠制御において、コンプレッサ用モータをオンオフ制御する。この間欠制御では、コンプレッサ用モータをオフする際には、少なくとも最小オフ時間に渡ってオフを維持する。
【００１７】
本発明の他の特徴によれば、エバポレータと、コンプレッサが圧縮した冷媒をエバポレータに供給する送り通路と、エバポレータからコンプレッサへの戻り通路と、送り通路から戻り通路を短絡することによりエバポレータをバイパスさせるバイパス通路と、バイパス通路中に設けられたバルブとを有し、制御装置は、間欠制御において、バルブをオンオフ制御する。また制御装置は、バルブをオフ制御する際に、コンプレッサ用モータを最小連続回転数で回転するよう制御する。さらに、制御装置は間欠制御において、バルブをオンオフ制御すると共に、コンプレッサ用モータを連続運転又は断続運転するよう制御する。さらに、制御装置は、コンプレッサ用モータを断続運転する制御において、バルブのオン時間を断続運転の間隔よりも短く制御する。
【００１８】
本発明の他の特徴によれば、ロータの温度制御開始時に温度センサの検出温度をフィードバック情報とし、目標制御温度と温度センサの検出温度との差から演算回転数が最小連続回転数より高い場合は、ロータの設定回転数とロータの設定可能最大回転数との比率から求まる係数を最大連続回転数に掛け算した回転数をコンプレッサ用モータの設定回転数にする。ロータの温度制御開始時に、温度センサの検出温度をフィードバック情報とし目標制御温度と温度センサの検出温度との差から演算回転数が最小連続回転数より高い場合は、あらかじめ登録されているロータの風損係数と運転中のロータの回転速度からロータの発熱量を算出した値を係数として最大連続回転数に掛け算した回転数をコンプレッサ用モータの設定回転数にする。
【００１９】
本発明の他の特徴によれば、バイパス通路の一部に絞り部を設けた。尚、バルブは流量を可変に調整できる可変バルブとして、流量を調整することにより絞り部として機能させるように構成しても良い。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１の発明によれば、遠心分離機において、制御装置は、コンプレッサ用モータの回転数が所定回転数より大きい場合には、設定温度と温度センサの検出温度に基づいてコンプレッサ用モータをフィードバック制御し、コンプレッサ用モータの回転数が所定回転数より低くなった場合には、コンプレッサの冷却機能をオン又はオフする間欠制御を行うので、ロータの風損損失が低い領域でも温度制御精度が高い遠心分離機を実現できる。
請求項２の発明によれば、コンプレッサ用モータの回転数は制御装置による演算で求めるので、検出温度に応じて精度良くコンプレッサ用モータの回転数を求めることができる。
請求項３の発明によれば、演算はＰＩＤ演算であるので比例・積分・微分項からなる温度フィードバック制御を用いて精度良く回転室の温度制御を行うことができる。
請求項４の発明によれば、制御装置は目標制御温度と温度センサの検出温度に基づいてコンプレッサ用モータをフィードバック制御するので、目標制御温度に達するように精度良く回転室の温度制御を行うことができる。
請求項５の発明によれば、間欠制御において、温度センサの検出温度が目標制御温度より高い場合であって、コンプレッサ用モータの回転数が設定された最小連続回転数よりも大きい時に、冷凍機の冷却機能をオンにするので、ロータの冷却不足が生ずる恐れが無い遠心分離機を実現できる。
請求項６の発明によれば、間欠制御中に検出温度が目標制御温度よりも高い場合は、フィードバック制御に移行するので、冷却不足状態が生ずることなく効果的に回転室を冷却することができる。
請求項７の発明によれば、温度センサはチャンバ下部の金属部に接触するように配設したので、エバポレータの温度変化に対してレスポンス良く応答することができ、精度の高い冷却特性を有する遠心分離機を実現できる。
請求項８の発明によれば、所定回転数より低い状態が所定時間以上続いたか又は回転数が最小連続回転数に到達したと判断した場合に、冷凍機をオン又はオフする間欠制御に移行させるので、コンプレッサ用モータをオフした際の目標制御温度への温度再上昇を所定時間以上確保できるように十分に冷却することができる。
【００２１】
請求項９の発明によれば、間欠制御において、コンプレッサ用モータをオンオフ制御するので、回転室の冷却が弱くても良い状態であっても精度良い遠心分離機を実現できる。
請求項１０の発明によれば、コンプレッサ用モータをオフする際には、少なくとも最小オフ時間に渡ってオフ状態を維持するので、コンプレッサのオイル潤滑も十分行われ、サクション管と吐出管の間で圧力差が所定値以下でＯＮとなりコンプレッサの長寿命化が期待できる。
請求項１１の発明によれば、送り通路から戻り通路を短絡することによりエバポレータをバイパスさせるバイパス通路と、バイパス通路中に電気的に開閉制御が可能なバルブを設けたので、コンプレッサを停止させるだけなくバルブを断続的にオン又はオフしながら冷却能力を調整することができる。
請求項１２の発明によれば、バルブをオフ制御する際に、コンプレッサ用モータを最小連続回転数で回転するよう制御するので、コンプレッサを止めることなく冷却状態を維持することができる。
請求項１３の発明によれば、間欠制御において、バルブをオンオフ制御すると共に、冷凍機のコンプレッサ用モータを連続運転又は断続運転するので、コンプレッサ用モータを停止させた際の再起動禁止時間の制約を減少又は無くすことができる。
請求項１４の発明によれば、コンプレッサ用モータを断続運転する制御において、バルブのオン時間を断続運転の間隔よりも短く制御するので、コンプレッサの再起動禁止時間の制約を減少又は無くすことができる。
請求項１５の発明によれば、演算回転数が最小連続回転数より高い場合は、ロータの設定回転数とロータの設定可能最大回転数との比率から求まる係数を最大連続回転数に掛け算した回転数をコンプレッサ用モータの設定回転数にするので、過大な回転数でＰＩＤ制御が始まることによる一時過渡的なロータ温度の低下を防止できる。
請求項１６の発明によれば、演算回転数が最小連続回転数より高い場合は、あらかじめ登録されているロータの風損係数と運転中のロータの回転速度からロータの発熱量を算出した値を係数として最大連続回転数に掛け算した回転数をコンプレッサ用モータの設定回転数にするので、過大な回転数でＰＩＤ制御が始まることによる一時過渡的なロータ温度の低下を防止できる。
【００２２】
請求項１７の発明によれば、キャピラリの入口側と戻り通路とを結ぶバイパス通路に絞り部を設けたので、バイパス通路の小さい断面積部分を通過した冷媒が戻り通路内で気化することが可能となり、コンプレッサに戻る際には冷媒を気化状態とすることができ、コンプレッサの寿命の低下を防止できる。
請求項１８の発明によれば、絞り部はバイパス通路に設けられ、流路を開閉又は絞るようにしたバルブ手段であるので、バルブ手段の開閉を制御することによりエバポレータへの冷媒の送出を効果的に調整することができる。
【００２３】
本発明の上記及び他の目的ならびに新規な特徴は、以下の明細書の記載及び図面から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施例に係る遠心分離機の全体構成の概略を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例に係る遠心分離機のブロック図である。
【図３】本発明の実施例に係る遠心分離機の交流電源電流の分配パラメータを設定する手段の表示・操作画面を示した図である。
【図４】本発明の実施例に係る遠心分離機の制御装置に記憶される交流電源電流の分配パラメータ例を示した表である。
【図５】本発明の実施例に係る遠心分離機でＲ２２Ａ４形ロータを加速・整定・減速停止時のロータとコンプレッサ用モータの回転数及び電流の関係を実測例で示した図である。
【図６】本発明の実施例に係る遠心分離機でＲ１０Ａ３形ロータを加速・整定・減速停止時のロータとコンプレッサ用モータの回転数及び電流の関係を実測例で示した図である。
【図７】本発明の第２の実施例に係る遠心分離機において、ロータの種類と電力分配の関係を説明するための図である。
【図８】本発明の第３の実施例に係る遠心分離機のブロック図であり、三相交流電源に接続する場合を示す。
【図９】本発明の第４の実施例に係る遠心分離機でＲ２２Ａ４形ロータを２２０００ｍｉｎ−１で回転させ、試料の温度を４℃に冷却維持する制御に温度センサ４０ａを用いた場合の実測例を示した図である。
【図１０】本発明の第４の実施例に係る遠心分離機でＲ２２Ａ４形ロータを２２０００ｍｉｎ−１で回転させ、試料の温度を４℃に冷却維持する制御に温度センサ４０ｂを用いた場合の実測例を示した図である。
【図１１】本発明の第４の実施例に係る遠心分離機でＲ２２Ａ４形ロータを１００００ｍｉｎ−１で回転させ、試料の温度を４℃に冷却維持する制御を実測例で示した図である。
【図１２】本発明の第４の実施例に係る遠心分離機でＲ１０Ａ３形ロータを７８００ｍｉｎ−１で回転させ、試料の温度を４℃に冷却維持する制御を実測例で示した図である。
【図１３】本発明の第４の実施例に係る遠心分離機でＲ２２Ａ４形ロータを１００００ｍｉｎ−１で回転させ、試料の温度を４℃に冷却維持する途上で、回転数を１２０００ｍｉｎ−１に変更させた制御を実測例で示した図である。
【図１４】ロータ３１の最大回転数に対する設定回転数との比率とコンプレッサ用モータ１３の制御開始時の初期回転数の関係を示す図である。
【図１５】遠心分離機でＲ２２Ａ４形ロータの各回転数における温度センサ４０ａの目標制御温度と風損の関係を示す図である。
【図１６】遠心分離機でＲ１０Ａ３形ロータの各回転数における温度センサ４０ａの目標制御温度と風損の関係を示す図である。
【図１７】ＰＩＤ制御に移行する直前２分間の温度センサ４０ａの測温値が減少する温度時間変化率（℃／秒）とＩ（積分項）の初期値との関係を示す図である。
【図１８】遠心分離機に使用するロータ３１の種類と凝縮機ファン１８の回転数との関係の組み合わせ例を示した表である。
【図１９】本発明の第５の実施例に係る遠心分離機の整定時のコンプレッサ用モータ１３の制御と回転室内温度との関係の一例を示す図である。
【図２０】本発明の第５の実施例に係る遠心分離機の整定時のＰＩＤ制御とＯＮ・ＯＦＦ制御時の目標制御温度の設定の手順を示すフローチャートである。
【図２１】本発明の第５の実施例の変形例に係るコンプレッサ用モータ１３の制御例を示すための図である。
【図２２】本発明の第６の実施例によるコンプレッサ用モータ１３のフィードバック制御からＯＮ・ＯＦＦ制御への移行例を示す図である。
【図２３】本発明の第６の実施例の変形例によるコンプレッサ用モータ１３のフィードバック制御からＯＮ・ＯＦＦ制御への移行例を示す図である。
【図２４】本発明の第６の実施例の変形例２によるコンプレッサ用モータ１３のフィードバック制御からＯＮ・ＯＦＦ制御への移行例を示す図である。
【図２５】本発明の第６の実施例の変形例３によるコンプレッサ用モータ１３のフィードバック制御からＯＮ・ＯＦＦ制御への移行例を示す図である。
【図２６】本発明の第６の実施例に係る遠心分離機３０１のブロック図である。
【図２７】本発明の第６の実施例に係る遠心分離機３０１のバルブ３６０を用いた温度制御例を示す図である。
【図２８】本発明の第６の実施例の変形例に係る遠心分離機３０１のバルブ３６０を用いた温度制御例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２５】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。なお、以下の図において同一の部分には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。
【００２６】
図１は本発明の実施例に係る遠心分離機１の全体構成の概略を示す断面図である。遠心分離機１は、本体内部に回転室４８を備え、回転室の下方には駆動源である遠心用モータ９が設けられる。遠心用モータ９は、インバータによる可変速制御が可能な高周波誘導モータ或いはブラシレスマグネット同期モータが用いられる。遠心用モータ９の下部には、出力軸（モータ軸）の回転数を検出するための回転センサ２４が設けられ、側方には遠心用モータ９を冷却するためのＤＣファン２５が設けられる。遠心用モータ９から上方へチャンバ３２の内部にまで延びる出力軸（モータ軸）の先端部にはロータ３１が着脱可能に装着される。チャンバ３２は、上部に円形の開口部を有する略円筒形の容器である。チャンバ３２の上側の開口部は、断熱材を内包したドア４３が設けられ、ロータ３１の回転室を開閉可能に構成する。遠心分離機１の運転時には、図示していないロック機構でドア４３が開かないようにロックされる。
【００２７】
チャンバ３２の外周には、配管されたエバポレータ（蒸発器）３３が巻装され、その周囲は発泡剤などの適切な断熱材３４で断熱される。冷媒を循環供給するために冷媒を圧縮するコンプレッサ３５はコンプレッサ用モータ１３を有し、吐出管３６から圧縮した冷媒を凝縮機（コンデンサ）３７に供給し、冷媒は凝縮機３７において凝縮機ファン１８からの風で放熱・冷却され液化し、キャピラリ３８を通してチャンバ３２の外周に巻きつけられたエバポレータ３３の下部に送られる。ロータ３１の回転時の風損により回転室４８内で発生する熱は、エバポレータ３３内で冷媒が蒸発する際の気化熱により奪われ、気化された冷媒はエバポレータ３３の上部から排出されサクション管４２を介してコンプレッサ３５に戻る。ロータ３１を収容するチャンバ３２の底部の金属部に接する部分には温度センサ４０ａが設けられ、ロータ３１の温度を間接的に検出する。さらに遠心用モータ９の出力軸を貫通させる貫通穴を塞ぐためのゴム製のシールラバー４１には、その内部に温度センサ４０ｂ（破線で図示）が埋め込まれ、ロータ３１の温度を間接的に検出するのに用いられる。ここで、本実施例では温度センサ４０ａと温度センサ４０ｂの２つが設けられるが、必ずしも２つ必要な訳ではなくいずれか一方でも良い。また、他の場所に温度センサを設けても良いが、ロータ３１の温度に間接的な検出にあたりその精度が変わってくるので注意が必要である。
【００２８】
遠心分離機１の内部には後述する制御装置を収容するための制御ボックス２９が設けられる。制御装置は、図示しないマイクロコンピュータ、タイマー、記憶装置等を含んで構成され、遠心用モータ９の回転制御、回転室４８の温度制御のための冷却機の運転制御を含め、遠心分離機１の全体の制御を行う。よって制御ボックス２９の内部には各種の電気機器や電子回路が含まれ、動作時に各機器や回路が発熱する。そのため冷却用としてＤＣファン２６が設けられ、制御装置の通電時にはＤＣファン２６によって冷却風が電気機器や電子回路に送られる。制御装置２０には温度センサ４０ａの検出温度がフィードバックされ、ロータ３１内の試料が設定された目標温度になるようにコンプレッサ３５内のコンプレッサ用モータ１３の回転数が制御される。以上のように、遠心分離機１においては、ＤＣファン２５、ＤＣファン２６、遠心用モータ９、コンプレッサ用モータ１３、凝縮機ファン１８の５つの電気駆動のモータが含まれるが、本発明に於いては、遠心用モータ９、コンプレッサ用モータ１３、凝縮機ファン１８の3つの電気駆動のモータが特に発明に関与する。
【００２９】
遠心分離機１の上部には入力部である操作パネル２１が設置される。操作パネル２１は、例えばタッチ式の液晶表示パネルとすると好ましい。操作パネル２１によって、試料を保持するロータ３１の運転回転数（回転速度）設定、運転時間設定、冷却温度設定などの遠心運転条件の入力が行われ、各種情報の表示が行われる。
【００３０】
図２は、本発明の実施例に係る遠心分離機のブロック図である。これらは点線で示すように制御ボックス２９の内部に収容される。図２の構成において、単相の交流電源２２に接続された給電ライン２には、双方向コンバータ４、単方向コンバータ５、整流器１５、及び、直流電源６が主に接続される。双方向コンバータ４は、電流波形を絶縁しながら計測可能な遠心用モータ電流センサ１９を介して電力の順変換時には昇圧コンバータとして動作して交流電源２２の電力を直流電力に変換する。電力の逆変換時には降圧コンバータとして動作して直流電力を交流電力に変換し交流電源２２に電力を回生するものであって高力率である。双方向コンバータ４の直流電力供給端は平滑コンデンサ７を介して遠心用インバータ８に接続される。遠心用インバータ８の逆変換端子は高周波誘導モータ或いはブラシレスマグネット同期モータ等から成るロータ３１を回転駆動する遠心用モータ９に接続される。この双方向コンバータ４の構成と動作は出願人が特開平７−２４６３５１号公報で詳細を開示したものと同様であり、交流側は交流電源２２に接続され、直流側は平滑コンデンサ７に接続され、双方向コンバータ４を構成する複数の整流素子に逆方向並列にバイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ、ＦＥＴ等のスイッチング素子を接続して構成される。尚、双方向コンバータ４はそのような構成だけでなく、その他の公知の構成による双方向コンバータを用いても良い。
【００３１】
直流電力供給端に直流電力を供給し遠心用モータ９を加速するときは、双方向コンバータ４の昇圧機能により電源電圧のピーク値より高い一定の直流電圧に昇圧しながら通過電流は電源電圧波形の正弦波形と等しく位相が同期した電流波形とし受電力率を改善する。遠心用モータ９を回生減速するときは双方向コンバータ４の降圧機能により交流電源２２の電源電圧にほぼ等しく電圧波形に倣わせながら直流電力供給端の電圧を降圧し通過電流は電源電圧波形のサイン波形と等しく流れる方向が逆の電流波形とし逆潮流力率の改善をし、交流電源２２に電力を戻す。双方向コンバータ４と遠心用インバータ８の間には、充電電圧を絶縁しながら測定する電圧センサ４４が平滑コンデンサ７と並列に設けられる。電圧センサ４４の出力は、入力コントロールライン２３を介して制御装置２０に伝達され、制御装置によってモニタされるとともに制御動作に活用される。
【００３２】
給電ライン２は直流電源６にも接続され、直流電源６の直流定電圧出力端からは、ＤＣファン２５、ＤＣファン２６のＯＮ・ＯＦＦを制御するコントロールスイッチ１０、１４を介してそれぞれ遠心用モータ９を冷却するＤＣファン２５及び制御ボックス２９を冷却するＤＣファン２６が接続される。また、直流電源６の直流定電圧出力端は制御装置２０に接続される。この直流電源６としてはスイッチング方式の安定化電源を用いることができ、交流電源２２の広範囲な電源電圧に対応可能である。このように本実施例では各ファンをＡＣファンではなくてＤＣファンを用いることにより、電源電圧・周波数にかかわらず一定な回転数が得られるようにすることができ、一定の冷却能力が確実に得られるように構成される。
【００３３】
単方向コンバータ５は、電流波形を絶縁しながら計測可能なコンプレッサ用モータ電流センサ２８を介して交流電源２２に接続され、交流電源２２の電力を高力率で直流電力に変換する。単方向コンバータ５の直流電力供給端は、平滑コンデンサ１１を設けてコンプレッサ用インバータ１２に接続される。コンプレッサ用インバータ１２の逆変換端子は、高周波誘導モータ或いはＤＣブラシレスマグネット同期モータ等から成るコンプレッサ用モータ１３に接続される。単方向コンバータ５は、直流電力供給端から平滑コンデンサ１１に直流電力を供給し昇圧機能により交流電源２２のピーク値より数１０Ｖ高い直流電圧に昇圧しながら通過電流は電源電圧波形のサイン波形と等しく位相が同期した電流波形とし受電力率を改善する。平滑コンデンサ１１の充電電圧はコンプレッサ用インバータ１２へ供給され、コンプレッサ用インバータ１２で交流電圧値変換されてコンプレッサ用モータ１３を駆動する。コンプレッサ用モータ１３の回転数は交流電圧の周波数に依存し、その最大許容回転数は１２０Ｈｚ弱、即ち７２００ｍｉｎ−１弱である。コンプレッサ用モータ１３は常に冷媒を圧縮する反力を受けており、電源供給を遮断すると直ちに減速停止するので回生電力を生じさせることはできない。従って、遠心用モータ９の回路のような双方向コンバータのような双方向変換機能は必要とされない。単方向コンバータ５とコンプレッサ用インバータ１２の間には、平滑コンデンサ１１の充電電圧を絶縁しながら測定する電圧センサ４５が設けられる。電圧センサ４５の出力は、出力コントロールライン２７を介して制御装置２０に伝達され、制御装置によってモニタされるとともに制御動作に活用される。  
【００３４】
交流電源２２は給電ライン３を介して整流器１５にも給電され、整流器１５の直流出力端から平滑コンデンサ１６を介して凝縮機ファン用インバータ１７に接続される。凝縮機ファン用インバータ１７の出力端には高周波誘導モータ或いはブラシレスマグネット同期モータ等から成る凝縮機ファン１８が接続される。前述した遠心用モータ９及びコンプレッサ用モータ１３の所要電力は最大で通常２〜４ｋＷ程度であるが、直流電源６及び凝縮機ファン１８の所要電力は合計１００Ｗ程度であり、昇圧動作による力率改善機能は必要ない。また、電源高調波の抑制が必要ならば、電源入力部にリアクトル等を介在させれば良い。なお、電源高調波の更なる低減が必要なら力率改善機能を付加しても良い。
【００３５】
制御装置２０の出力コントロールライン２７からは、双方向コンバータ４が昇圧コンバータ動作か又は降圧コンバータ動作の動作選択、コントロールスイッチ１０、１４のＯＮ・ＯＦＦ制御によるＤＣファン２５、２６の回転・停止の選択信号が出力される。遠心用インバータ８、コンプレッサ用インバータ１２、凝縮機ファン用インバータ１７に遠心用モータ９、コンプレッサ用モータ１３と凝縮機ファン１８のそれぞれには、電源電圧の変化を吸収し且つこれらのモータの回転状態に応じた適切な印加電圧となるよう例えばＰＷＭ方式の電圧フィードバック制御するための信号が出力される。遠心用インバータ８には出力電圧・出力周波数制御による遠心用モータ９のＯＮ・ＯＦＦを含む回転数の可変速制御信号が出力され、コンプレッサ用モータ１３、凝縮機ファン１８へも上記と同様な制御のためにそれぞれコンプレッサ用インバータ１２、凝縮機ファン用インバータ１７にもＯＮ・ＯＦＦを含む回転数の可変速制御がなされる。これらのモータの制御方法は制御装置２０によって実行され、公知のＶＶＶＦ制御あるいはセンサ付またはセンサレスベクトル制御技術と同様のものであり、モータの回転数に応じて適切な電圧とスベリまたは同期周波数を与え駆動する。
【００３６】
凝縮機ファン用インバータ１７の整流器１５には高価な昇圧機能を用いずに交流電源２２の様々な電圧に対応するため、凝縮機ファン１８の動作電圧を交流電源２２の最小電圧とし、交流電源２２の他の高い電圧に対応するためにＰＷＭ方式の電圧フィードバック制御する安価な構成とする。凝縮機ファン用インバータ１７には電流波形を絶縁しながら計測可能な電流センサ４７と電圧センサ４６が設けられ、入力コントロールライン２３を介して制御装置２０に信号が入力されており、制御装置２０から凝縮機ファン用インバータ１７の電流及び平滑コンデンサ１６の電圧がモニタできる。
【００３７】
制御装置２０の入力コントロールライン２３からは、交流電源２２のライン電圧を検出し交流電源２２の電圧の変化を吸収して制御装置２０が遠心用インバータ８、コンプレッサ用インバータ１２、凝縮機ファン１８のそれぞれを電圧フィードバック制御するための電圧センサ３０の電圧モニタ入力、双方向コンバータ４の入力部に設けられ双方向コンバータ４に流れる電流を検出する遠心用モータ電流センサ１９の電流モニタ入力、単方向コンバータ５の入力部に設けられ単方向コンバータ５に流れる電流を検出するコンプレッサ用モータ電流センサ２８の電流モニタ入力、遠心用モータ９の回転数を検出する回転センサ２４の信号が入力される。電圧センサ３０は、交流電源２２の電圧を測定する
【００３８】
制御装置２０には、試料を遠心分離するロータ３１の種類、運転回転数設定、運転時間設定、冷却温度設定などの遠心運転条件を入力し設定値を記憶するための操作パネル２１が設けられる。制御装置は設定値に従って、接続する交流電源２２に対する電源電流の分配パラメータを操作パネル２１に出力する。また、制御装置２０には設定された電源電圧と許容電流定格をパラメータとして記憶することができる。この操作パネル２１の表示内容を図３を参照して説明する。
【００３９】
本発明が適用される高速冷却遠心機は、２００Ｖ系を入力電圧としており、交流電源２２の定格電源電圧は、例えば単相交流では仕向け国によって２００Ｖ，２０８Ｖ，２２０Ｖ，２３０Ｖ又は２４０Ｖがある。また、三相交流の場合は４００Ｖである。ただし、この三相交流の場合はパワーグランドＰＥと各ライン間の電圧を使用するので実際には２３０Ｖが各相間の電圧となる。電圧変動幅は、通常その電圧下限は−１５％、その電圧上限は＋１０％であり、１７０Ｖ〜２６４Ｖの電源電圧範囲に対応する必要がある。一方の交流電源２２の定格給電容量は、例えば単相交流では３０Ａ、２４Ａ、２３Ａ、２２Ａ、２１Ａ、三相交流では３０Ａ、１５Ａである。電源周波数は５０Ｈｚと６０Ｈｚが存在し、電源周波数の違いに依る特性への影響はないが、その他の制御で分別して活用することがあり電源周波数も一応選択する。これらの電源パラメータを操作パネル２１の操作画面から入力設定し記憶する。
【００４０】
図３は、電源パラメータを定格電圧２００Ｖ、周波数５０Ｈｚ、定格電流３０Ａ、単相交流に設定した際の操作パネル２１の表示例を示したものである。定格電圧は仕向先の電源に合わせてＩｎｐｕｔ  ｖｏｌｔａｇｅ欄１３０、周波数はＦｒｅｑｕｅｎｃｙ欄１３１、電源相数はＰｈａｓｅ欄１３２、定格電流はＭａｘ．  Ｃｕｒｒｅｎｔ欄１３３のそれぞれの設定項目ごとに用意されている数字の所にチェックマーク１３４を入れ、ＯＫボタン１３５を選択するとこれらの設定値が制御装置２０に含まれる記憶手段に記憶される。この設定作業は例えば遠心分離機の製造者が工場出荷時に行うが、製品出荷後に中継ハブでの仕向け先の変更、或いは現地にて設置作業者が工場出荷時の設定と異なる電源に接続する場合にも行う。この設定された定格電流に基づいて、制御装置２０は遠心用モータ９への電力供給とコンプレッサ用モータ１３への電力供給の分配比を決定する。
【００４１】
この例では、総入力電力が２００Ｖ×３０Ａで６０００Ｗであるから、分配パラメータはコンプレッサ用モータ１３用に２４００Ｗの消費電力の固定値を６０００Ｗから差し引き、残りの電力でロータ３１を加速する制御を行うから遠心用モータ９の消費電力は３６００Ｗとなり、遠心用モータ９の加速時は、遠心用モータ電流センサ１９の通過電流が１８Ａ、コンプレッサ用モータ１３の回転数が５８Ｈｚ（５８Ｈｚは６０倍して３４８０ｍｉｎ−１に相当）になるように制御装置２０が出力コントロールライン２７を介して遠心用インバータ８及びコンプレッサ用インバータ１２を制御する。ロータ３１の加速整定後は、遠心用モータ９の消費電力が少なくなるため、コンプレッサ用モータ１３の回転数は６５Ｈｚに引き上げてロータ３１の冷却能力を強めて運転制御する。
【００４２】
ここで、コンプレッサ用モータ１３に分配された２４００Ｗはコンプレッサ用モータ１３を５８Ｈｚで運転するときの最大の消費電力であり、この回転数５８Ｈｚは、コンプレッサ用モータ１３が加速期間中にロータ３１を余分に過熱しない回転数である。なお、コンプレッサ用モータ１３の消費電力はエバポレータ３３の吸熱量が大きいほど大きくなる。
【００４３】
図４は、本実施例に係る遠心分離機１の交流電源電流の分配パラメータの例を示すもので、これらはあらかじめ制御装置２０の記憶手段に、例えばテーブル形式で格納される。ここでは、各定格電源電圧・定格給電容量、許容入力電力の組み合わせと、それに対応する分配パラメータが含まれ、これは図３の画面操作の結果に対する分配パラメータのファクタと決定例でもある。図３で設定された条件は、定格電圧単相２００Ｖ時、定格電流３０Ａの場合の例であり、この例以外に同じ騒音・冷却条件下で遠心分離機を稼働させることができる条件の各パラメータが記憶される。
【００４４】
例えば、交流電源２２の定格電圧が２４０Ｖ定格電流２１Ａの場合は、許容入力電力が５０４０Ｗとなる。この際、遠心用モータ９の入力電力は２６４０Ｗに設定され、制御装置２０は遠心用モータ電流センサ１９の出力が１１．００Ａになるように遠心用インバータ８にスベリ指令を出力する。これらの項番１から６は使用ロータ３１のファミリが異なりロータが冷え難いため凝縮機ファン１８の回転数は５４Ｈｚとしている。
【００４５】
項番５に示すように定格電圧三相４００Ｖ（上述の通り実際には２３０Ｖが各相間の電圧）、定格電流が１５Ａ／相（各１相当り）の場合の例は、計算上の許容入力電力は６９００Ｗになるが遠心用モータ９の入力電力は遠心用モータ電流センサ１９の電源定格電流の１５Ａに抑えられ３４５０Ｗとされる。項番６に示すように定格電流が３０Ａ／相（各１相当り）の場合の例は、計算上の許容入力電力は１３８００Ｗになるが遠心用モータ９の入力電力は加速時の駆動トルクの制限などにより３９００Ｗが最大であるとし遠心用モータ電流センサ１９の電源定格電流は１６．９５Ａに抑えられる。このように、各定格電源電圧・定格給電容量、許容入力電力の組み合わせによって予め遠心用モータ９とコンプレッサ用モータ１３の回転数が設定されており、しかもロータ３１の加速時と整定後に分けて設定される。
【００４６】
もちろん、本発明になる遠心分離機は、騒音・冷却条件は上記に限る必要はなく、従い分配パラメータも上記にとらわれずに様々に設定可能で、設定値に従い様々な交流電源２２の電源事情で遠心分離機の最大能力とマッチさせて運転可能である。
【００４７】
なお、ロータ３１が識別できると後述の風損、慣性モーメント、最大回転速度が自動的に決まるため本実施例の実現に特に好都合である。このロータ３１の識別は、特開平１１−１５６２４５号公報に開示されているようなロータ識別装置による自動取得でも良いし、操作パネル２１からユーザが手動設定することよっても良い。
【００４８】
図５は、上記で決定された分配パラメータに従って制御装置２０が、出願人が販売する高速冷却遠心機で使用している最高回転数２２０００ｍｉｎ−１、慣性モーメント０．０１４１ｋｇ・ｍ２の比較的高速回転で低慣性モーメントのＲ２２Ａ４形ロータを加速し、２２０００ｍｉｎ−１で整定したのち減速させた動作の実測例を示したものである。
【００４９】
ロータ３１、遠心用モータ９の回転数１００（左縦軸：回転数２５０００ｍｉｎ−１目盛）、コンプレッサ用モータ１３の回転数１０１（右縦軸：回転数（Ｈｚ）目盛）、遠心用モータ電流センサ１９の出力１０２（右縦軸：電流（Ａ）目盛）、コンプレッサ用モータ電流センサ２８の出力１０３（右縦軸：電流（Ａ）目盛）にて示す。１０４は、遠心用モータ電流センサ１９とコンプレッサ用モータ電流センサ２８の出力の合算電流値（右縦軸：電流（Ａ）目盛）である。この場合、凝縮機ファン１８、ＤＣファン２５とＤＣファン２６の消費電力は合計１００Ｗ程度であるので、合算電流値１０４は、遠心分離機全体の消費電流にほぼ等しい。
【００５０】
ライン１００で示すようにＲ２２Ａ４形ロータ３１を加速開始後に約４５秒でロータ３１が２２０００ｍｉｎ−１の整定回転数に到達するまでは、回転数１０１で示すようにコンプレッサ用モータ１３の回転数をロータ３１冷却の熱平衡状態となる回転数５８Ｈｚに制御される。この回転数５８Ｈｚでは合算電流値１０４で示すように加速中のロータ３１を不用意に温めることない上、ロータ３１の加速のために一時的に増加する遠心分離機全体の消費電流をほぼ３０Ａ弱で一定に保つことが可能となる。Ｒ２２Ａ４形ロータを加速開始後ロータ３１が２２０００ｍｉｎ−１の整定回転数に到達するまでは、ライン１０２で示すように遠心用モータ電流センサ１９の通過電流が約１８Ａ、遠心用モータ９の入力電力で約３６００Ｗになるように制御装置２０が遠心用モータ電流センサ１９の出力をフィードバック信号とし遠心用インバータ８にスベリ指令を出力している。一方、ライン１０３で示すようにコンプレッサ用モータ１３の入力電力として最大約１２Ａ、約２４００Ｗの消費電力と合わせて、制御装置２０は交流電源２２からの入力電力として２００Ｖ時電流約３０Ａの約６０００Ｗの設定電源容量定格以内で動作し、遠心分離機が最大の能力を発揮している。
【００５１】
このとき、単方向コンバータ５の通過電流が一定の電流になるようにコンプレッサ用モータ１３の回転数を細かく制御する定電流制御方法も実施可能であるが、この方法では回転数の応答が悪く通過電流の安定化が困難であり、むしろコンプレッサ用モータ１３の回転数をあらかじめ定めた回転数に保つ方が結果としての定電流特性は勝り異音発生も無い結果が得られている。
【００５２】
Ｒ２２Ａ４形ロータが２２０００ｍｉｎ−１の整定回転数に到達した後は、コンプレッサ用モータ１３の回転数を、例えば６５Ｈｚに引き上げてロータ３１を強力に冷却する。このコンプレッサ用モータ１３の回転数６５Ｈｚは、コンプレッサ３５から発生する騒音が遠心分離機の規定騒音値限度、例えば５８ｄＢ以下になるような回転数であり、遠心分離機１から発する騒音を適切に抑えている。
【００５３】
Ｒ２２Ａ４形ロータが２２０００ｍｉｎ−１の整定状態からこの場合は約３６秒で減速停止する際はライン１０２で示すようにロータ３１減速時の遠心用モータ電流センサ１９の出力はマイナスになり、ライン１０４で示すようにロータ３１の減速回生制動時に発生する電気エネルギーは双方向コンバータ４の逆潮流機能により交流電源２２あるいは、コンプレッサ用モータ１３が動作中のときは単方向コンバータ５からコンプレッサ用インバータ１２を介してコンプレッサ用モータ１３に吸収される。従って、本実施例の遠心分離機１では、いわゆる減速回生放電抵抗器を搭載する必要が全く無いので、遠心分離機１の小形化が可能になり省スペースが実現できる。さらに、ロータの運転とロータの冷却は全く独立してそれぞれを最適に制御でき、さらに、受電力率が高いので、高速回転するロータ３１を強力に冷却しかつ短時間に加速・減速する性能が得られ、電源高調波を低減できる。ライン１０２で示すようにロータ３１の停止間際に一時電流が増えているのは、滑らかな減速により遠心分離したサンプルの舞い上がりなどの乱れを防ぐために直流制動動作するためである。
【００５４】
通常遠心分離機は慣性モーメント、最高回転数の異なる様々なロータとの組合せがありこれにも対応する必要がある。図６は、本発明になる遠心分離機により図５と同じ制御方法により、出願人が販売する高速冷却遠心機で使用している最高回転数１００００ｍｉｎ−１、慣性モーメント０．２７７ｋｇ・ｍ２の比較的低速回転で高慣性モーメントなＲ１０Ａ３形ロータを約１００秒で加速し、１００００ｍｉｎ−１で整定したのち約９０秒で減速停止したときの、図５と同様の特性を表示したものである。ライン１１０（左縦軸：回転数２５０００ｍｉｎ−１目盛）は遠心用モータ９の回転数、ライン１１１（右縦軸：回転数（Ｈｚ）目盛）はコンプレッサ用モータ１３の回転数、ライン１１２（右縦軸：電流（Ａ）目盛）は遠心用モータ電流センサ１９の出力、ライン１１３（右縦軸：電流（Ａ）目盛）はコンプレッサ用モータ電流センサ２８の出力である。ライン１１４（右縦軸：電流（Ａ）目盛）は遠心用モータ電流センサ１９とコンプレッサ用モータ電流センサ２８の出力の合算電流値を示したものである。
【００５５】
制御装置２０は交流電源２２からの入力電力として２００Ｖ時電流約３０Ａの約６０００Ｗの電源容量定格以内で動作し、ロータ３１の慣性モーメント値にかかわらず本実施例の遠心分離機は最大の能力を発揮していることが理解できるであろう。次に、凝縮機ファン１８の回転数の制御に関する選択・設定について説明する。
【００５６】
凝縮機ファン１８の回転数の制御選択範囲はこの例の場合０Ｈｚから６０Ｈｚであり、消費電力は最大で７５Ｗ程度であるから遠心分離機全体の電力の消費にはさほど影響ないが、回転数を増やすと騒音には大きな影響を及ぼすため、ロータ３１の冷却能力が確保できるかぎり回転数を低く抑える必要がある。
【００５７】
図１５はＲ２０Ａ４形ロータの目標制御温度と風損の大きさを示すグラフである。図１６はＲ１０Ａ３形ロータの目標制御温度と風損の大きさを示すグラフである。図１５で、１７０〜１７２は、Ｒ１０Ａ３形ロータを各設定温度に冷やす際の目標制御温度であり、ライン１７３はロータ３１の回転数と風損の大きさの関係を示すものである。ここで目標制御温度が４℃の時のロータ３１の違いによる目標制御温度の違いは、図１５のライン１７０、１７３と図１６のライン１７５、１７８を比較してわかるように、Ｒ２２Ａ４形小容量高速回転ロータは表面積が小さく風損発熱源が集中しており、風損が小さいにもかかわらず冷却には大きな冷力が必要であり、一方、Ｒ１０Ａ３形大容量低速回転ロータは表面積が大きく風損発熱源が広いため風損が大きいにもかかわらず冷却には小さな冷力で済む。  
【００５８】
さらに一般的に、大容量のロータは風損低減のため外面をカバーで覆う部材が必要なものが多く、回転中のこのカバー変形により風切り音が発生するため騒音が大きい傾向がある。これらの要因を考慮して、回転中のロータ３１の所要冷力と発生騒音の関係から図１８に示すように、遠心分離に使用するロータ３１の種類に対応して凝縮機ファン１８の回転数の上限値を自動的に選択して設定する。なお、図１８において、Ｒ１５Ａは出願人が販売する高速冷却遠心機で使用している最高回転数１５０００ｍｉｎ−１、慣性モーメント０．１２４７ｋｇ・ｍ２の比較的中速回転で中慣性モーメントのロータである。
【００５９】
もちろん、冷却能力、騒音への影響が大きい凝縮機ファン１８の設定回転数は上述の分配パラメータの決定ファクタに加えてよいし、コンプレッサ用モータ１３の回転数や遠心用モータ９の回転数に応じて所要冷力との関係で凝縮機ファン１８の回転数を適宜変更するように構成しても良い。
【００６０】
以上、本実施例によれば遠心分離機１を電源電圧に依存しない構成としたので、単巻きトランスが不要となり仕向け先の電圧に合ったタップに切換える必要がなく、製品の小形化でき生産性が向上する。また、電源周波数に依存しない構成とするとともに、主な騒音源となるコンプレッサ用モータと凝縮機ファンを可変速制御として適切な回転数で運転するようにしたので防音・遮音性に優れた遠心分離機を実現できる。仕向け先の給電容量に合わせてロータ加速時の電流を調整するように設定・記憶し、この内容に基づいて機器がほぼ最大給電可能電流値付近で動作するよう制御するので、常にその電源事情で最大の性能が発揮できる。
【実施例２】
【００６１】
次に図７を用いて、装着されるロータ３１の種類に応じて遠心用モータ９への電力供給とコンプレッサ用モータ１３への電力供給の分配比を変更する制御について説明する。図７に示すような、ロータ３１の種類と分配パラメータをテーブル形式にて記憶装置にあらかじめ格納し、制御装置２０は装着されたロータ３１を識別し、記憶装置から読み出した分配パラメータに従って遠心用インバータ８とコンプレッサ用インバータ１２への電力供給を制御する。
【００６２】
制御装置２０は交流電源２２からの入力電力として２００Ｖ時電流約３０Ａの約６０００Ｗの電源容量定格以内で動作する場合の例であり、項番１のＲ２２Ａ４形小容量高速回転ロータは加速時間は短いが冷却するのに大きな冷力が必要であるから、加速時遠心用モータ９の電力を３３５０Ｗ程度に絞る。一方、コンプレッサ用モータ１３の回転数を６４Ｈｚと高速にして冷却能力を十分に確保する。
【００６３】
項番３のＲ１０Ａ３形大容量低速回転ロータは、加速時間は長いが冷却するのに大きな冷力は必要ないので、加速時には遠心用モータ９の電力への分配を高めて３９００Ｗ程度に増やして加速時間を短縮する。一方、コンプレッサ用モータ１３の回転数を５０Ｈｚと低速にして冷却能力は縮小している。項番２はＲ１５Ａ形中容量中速回転ロータであるため、コンプレッサ用モータ１３の回転数と加速時遠心用モータ９の電力を項番１と３の中間に定めている。なお、交流電源５２の定格電圧、定格電流が異なる他の電源事情の場合には、上記の思想に基づき予め分配パラメータを決めて、記憶装置に格納しておくと良い。
【００６４】
このように、仕向け先の給電容量と装着されるロータ３１の種類に応じて、コンプレッサ用モータ１３の回転数と加速時の遠心用モータ９の電力をロータ３１の加速時間・冷却特性に合わせて適切に分配されるように分配パラメータを設定・記憶してあり、この内容に基づいて遠心用モータ９への電力供給とその他のモータへの電力供給の分配比を決定し制御するので、常にその電源事情で最良の性能が発揮できる。
【実施例３】
【００６５】
次に図８を用いて本発明の第３の実施例を説明する。図８の遠心分離機のブロック図において図１で示した第一の実施例と異なるところは、電源として三相交流電源を用いることであり、給電ライン２と給電ライン３が交流電源５２の異なる相に接続されることにある。その他の同じ参照符号を付している部分は、図１で示した第一の実施例のブロック図と同一である。
【００６６】
遠心分離機がロータ３１を所定の最高回転数で整定制御中に、例えば４℃の温度に冷却維持する場合がより大きな消費電力となり、大気中でロータ３１を回転させる遠心分離機の場合、通常遠心用モータ９で消費される電力はほぼコンプレッサ用モータ１３で消費される電力に等しく１ｋＷから２ｋＷ程度になる。なお、これらの電力にこれらの駆動力に変換する効率を掛け算した値がロータ３１で発生する風損に等しい。一方、直流電源６の消費電力と凝縮機ファン１８の消費電力は共におおよそ５０Ｗから１００Ｗ程度であるから、給電ライン２と給電ライン３の消費電力はほぼ等しく、これらの給電ラインを交流電源５２の三相交流の異なる相に接続すると消費電力が偏ること無く良いバランスが取れる。図１のように給電ライン２と給電ライン３をまとめて交流電源２２に接続するのを図８のように分離して接続し直す、或いはその逆への接続の変更は極めて容易であるので、汎用性のある接続の仕方である。
【００６７】
第三の実施例に係る遠心分離機では、大容量の遠心用モータ９のコンバータとなる双方向コンバータ４は交流電源２２の力率を改善して２６４Ｖ電源電圧のピーク電圧に約１０Ｖを加算した直流電圧になるように昇圧制御される。平滑コンデンサ７に充電される直流出力電圧は約３８５Ｖに一定電圧に制御されるので、遠心用モータ９のインバータ回路は交流電源２２の供給電圧の変動に対して安定した回転制御ができる。同様にしてコンプレッサ用モータ１３も大容量であり、コンプレッサ用モータ１３に電力を供給する単方向コンバータ５も同様に、１７０Ｖ〜２６４Ｖの電源電圧変動や５０Ｈｚ、６０Ｈｚの電源周波数の変化にも対応しているので、コンプレッサ用モータ１３も安定に制御される。
【００６８】
チャンバ３２を冷却する能力は、コンプレッサ３５のコンプレッサ用モータ１３の回転数に依存するのはもちろんであるが、この他に凝縮機３７を冷却する凝縮機ファン１８の風量によっても大きく左右される。特に、使用する電源周波数環境５０Ｈｚと６０Ｈｚとで、遠心分離機の騒音と最大冷却能力が異なるという問題があり、例えばＡＣファンタイプの凝縮機ファン１８は、電源周波数５０Ｈｚの場合は１時間あたりの風量は１８００リューベで騒音約５０．６ｄＢであり、電源周波数６０Ｈｚの場合は風量２０４０リューベで騒音５４．３ｄＢであり、電源周波数６０Ｈｚの方が風量は１０数％増えるが騒音も３から４ｄＢ程度大きくなる。
【００６９】
遠心用モータ９や制御ボックス２９を冷却するＡＣファンも同様で、電源周波数５０Ｈｚよりも６０Ｈｚの方が風量、騒音が大きい。従ってチャンバ３２を冷却する能力は、凝縮機ファン１８の回転数が高い６０Ｈｚの方が５０Ｈｚに比べて大きいため、５０Ｈｚの場合、遠心分離機の回転室４８の最大冷却能力は小さく騒音も小さく、電源６０Ｈｚの場合、遠心分離機の回転室４８の最大冷却能力は大きいが騒音も大きい。直流電源６の直流電圧は例えば２４Ｖであり電源電圧が１７０Ｖ〜２６４Ｖに変動してもＤＣ２４Ｖを供給するので、ＤＣファン２５、ＤＣファン２６は一定の回転数を保ち風量・風圧は変化しないから電源電圧・周波数に依存せずまた騒音が変わることなく遠心用モータ９や制御ボックス２９を冷却することができる。
【００７０】
以上説明したように、第三の実施例では電源電圧・周波数フリーな構成とし、接続される電源電圧と許容電流定格を設定記憶した結果により分配パラメータを決定し遠心分離機を動作させるようにしたので、接続される交流電源の電圧が様々に異なっていても単巻トランスを用意する必要が無く、電源周波数５０Ｈｚと６０Ｈｚの違いによる能力・騒音の違いをなくし最適となる最大冷却能力と騒音特性を備える遠心分離機を実現できた。さらに、単相交流への接続だけではなく、遠心用モータ９の双方向コンバータ４とコンプレッサ用モータ１３の単方向コンバータ５で受電する相を異ならせる、いわゆるマルチフェイズ電源への接続が容易に変更可能な構成としたので、各相あたりの使用電流が低減でき、交流電源の電源インピーダンスが高い場合にも運転が可能となる。
【実施例４】
【００７１】
次に、遠心分離機１のロータ３１の温度制御において、ロータ３１の風損損失の大小にかかわらず速かに目標の設定温度にロータ３１の温度を近づけ、その後高精度な温度制御を得るための動作について説明する。
【００７２】
従来の温度制御方式はチャンバ３２の温度を温度センサ４０ｂで検出してコンプレッサ用モータ１３を間欠制御（ＯＮ・ＯＦＦ制御）するため、ロータ３１内の試料の温度を所望の目標温度に制御するのにオーバーシュート・アンダーシュートを繰返してチャンバ３２のロータ３１側の表面温度を脈動させるように構成している。この際の温度制御時に発生する誤差を補うため、予め実験等により求めておいたロータ３１回転時の温度センサ４０ｂの目標温度（目標制御温度）とロータ３１内の試料温度の差である温度補正値を用いて高精度化を実現している。しかしながら、従来のコンプレッサ３５のＯＮ・ＯＦＦ制御では、ＯＮ・ＯＦＦ切替え時に発生する騒音、及び交流電源２２の瞬時電圧低下などを伴う他、チャンバ３２室内の温度を脈動させながらロータ３１を温度制御していたので、温度変動に幅が発生するため温度制御のさらなる高精度化が長年の課題であった。ロータ３１の温度検出手段として、放射温度計等をロータ３１の回転室４８内に設け、直接ロータ３１の底面部の温度を測定し、これを目標制御温度としてロータ３１を所望の温度制御・維持そる方法もあるが、本発明の実施例では、チャンバ３２の温度をサーミスタ等の温度センサ４０ａ、４０ｂで間接的に測定する方法にて、以下説明する。  
【００７３】
温度補正値はロータ３１の運転回転数、試料の維持温度の他に、ロータの種類・形状毎に風損による発生量とチャンバ３２とロータ３１間の熱交換量が異なるため、予めロータ種類・運転回転数・試料の維持温度毎に温度補正値を定め操作パネル２１又は制御装置２０に記憶しておき、ロータ３１の種類の他に運転・温度制御条件にあった温度補正値を用いて温度制御の精度向上を図っている。
【００７４】
昨今、エアコンや冷蔵庫などの民生機器では、冷凍機のコンプレッサ用モータ１３をコンプレッサ用インバータ１２によって可変速運転する技術が普及しており、遠心分離機への適用も検討され始めているが、遠心分離機は、試料維持温度が−２０℃から４０℃と広範囲であることや、ロータの回転数やロータの種類によって風損による損失が数１００Ｗ程度から２ｋＷの範囲で大きく変化するため、インバータ方式の冷凍機を適用するにあたり民生機器とは全く異なる温度制御技術が必要となる。ここで図１５、図１６を用いてロータの種類、回転数と風損の関係を説明する。図１５は日立工機株式会社製のＲ２０Ａ４形ロータの各回転数における温度センサ４０ａの目標制御温度と風損の関係を示す図である。横軸はロータ３１の回転数（ｍｉｎ−１）である。ここでロータ３１の風損１７３（単位Ｗ）は、右側縦軸に対応するもので、ロータ３１の風損は回転数にほぼ比例して増加し、近似式とするとロータの回転数のほぼ２．８乗に比例する。
【００７５】
インバータ方式の冷凍機を採用して従来の温度センサ４０ｂの検出温度と設定された目標温度との差から、比例・積分・微分項からなるいわゆる温度フィードバックＰＩＤ制御方式を採用しても、前述のように運転条件によってロータの発熱量が大きく異なる。ロータ３１の回転数と目標制御温度との関係は、１７０〜１７２の通りであり、１７０はロータ３１を２０℃に冷やす時の目標制御温度曲線であり、１７１は１０℃に冷やす時の目標制御温度曲線、１７２は４℃に冷やす時の目標制御温度である。１７０〜１７２により理解できるようにロータ３１の回転数が上昇すると風損が上昇するので、目標制御温度を低めに設定する必要がある。このように、比例・積分・微分項の配分となるＰＩＤ制御パラメータは温度制御条件によって最適値が大きく異なり、ＰＩＤ制御パラメータの適正値を一様に定めるのは困難である。従って、コンプレッサ用モータ１３の回転数を単にＰＩＤ制御するだけでは制御温度のハンチングが生じ易いので制御温度の更なる精度向上が望めないため、ロータ温度の好ましくない上下の温度差を抑え、温度制御精度を向上させる必要がある。
【００７６】
そこで第四の実施例では、制御装置２０はチャンバ３２の底部に設けた温度センサ４０ａの検出温度をフィードバックし、ロータ３１内の試料が設定された目標温度になるようにコンプレッサ３５内のコンプレッサ用モータ１３の回転数を制御する。ここで、凝縮機３７の放熱のために風を送る凝縮機ファン１８の回転数は、前述のように５０Ｈｚで制御されている。
【００７７】
図１６は出願人が販売するロータであるＲ１０Ａ３形ロータの各回転数における温度センサ４０ａの目標制御温度と風損の関係を示す図である。Ｒ１０Ａ３形ロータは、図１５で例示したＲ２０Ａ４形ロータよりも大型であってロータ径が大きい。従って、回転数の上昇に伴うロータ３１の風損１７８（単位Ｗ）の上昇度合いは、図１５の風損１７３よりも大きくなる。しかしながら、Ｒ１０Ａ３形ロータの表面積が大きいため、チャンバ３２の冷却によって、Ｒ２０Ａ４形ロータよりも冷却効果が高くなる。従って、ロータ３１の回転数と目標制御温度との関係は、１７５〜１７７の通りであり、１７５はロータ３１を２０℃に冷やす時の目標制御温度曲線であり、１７６は１０℃に冷やす時の目標制御温度曲線であり、１７７は４℃に冷やす時の目標制御温度である。目標制御温度１７０〜１７２により理解できるようにロータ３１の回転数が上昇すると風損が上昇するので、目標制御温度を低くする
【００７８】
図９は本実施例の遠心分離機１において、ロータ３１として前出のＲ２２Ａ４形ロータを回転数２２０００ｍｉｎ−１、試料の温度を４℃に温度制御したときの、コンプレッサ用モータ１３の回転数（単位Ｈｚ）１５０と、温度センサ４０ａによる測定された温度１５１と、ロータ３１の底面温度１５２（単位℃）を示したものである。横軸はロータ３１を回転させてからの経過時間である。
【００７９】
このロータの場合、ロータ３１を回転数２２０００ｍｉｎ−１において４℃に冷やすための目標制御温度は、図１５のライン１７２からわかるように−１２．７℃となる。この際のコンプレッサ用モータ１３の制御回転数は、図９の０〜５００秒付近の範囲に示すように、ロータ３１の加速段階では５８Ｈｚとし、ロータ３１が２２０００ｍｉｎ−１で整定した以降は６５Ｈｚとする。このように制御することによって、時間の経過に伴い温度センサ４０ａの検出温度が低下し、経過時間６５０秒付近で目標制御温度より０．５℃高い−１２．２℃に達すると、温度センサ４０ａの検出温度と目標制御温度からフードバック制御によりコンプレッサ用モータ１３の回転数を制御する。図１７のＰＩＤ制御開始時のＩ（積分項）の初期値は、例えばＰＩＤ制御に移行する直前２分間の温度センサ４０ａの測温値が減少する温度時間変化率（℃／秒）で決めることができる。
【００８０】
図１７を用いてフィードバック制御の一例として、ＰＩＤ制御を用いた場合について説明する。ＰＩＤ制御開始時のＩ（積分項）の初期値は、例えばＰＩＤ制御に移行する直前２分間の温度センサ４０ａの測温値が減少する温度時間変化率（℃／秒）で決めることができる。例えば図１７では、温度センサ４０ａの測温値が減少する温度時間変化率が２分間で約１．２℃であるから、ＰＩＤ制御のＩ項の初期値として５０Ｈｚが代入される。ここでＰＩＤ制御のＰとＩとＤの和をコンプレッサ周波数にするが、ＰとＤは演算の都度、新たな値を決めるのに対し、Ｉは時間軸に沿って積算するので、初期値として入れておくとその後の制御のオフセットのような効果がでる。この制御操作により、ＰＩＤ移行時にコンプレッサ用モータ１３の回転数を高く維持し、温度センサ４０ａが速やかに、滑らかに制御目標温度に近づく。この理由は、測温値が減少する温度時間変化率が大きい程ロータ３１の冷却が速いので、ＰＩＤ制御移行時のＩを小さく設定し、逆の場合は大きく設定し、いずれの場合も、コンプレッサ用モータ１３の回転数制御に変曲点を設けて、温度センサ４０ａが速やかに制御目標温度に近づくようにしている。
【００８１】
以上のように制御することにより、コンプレッサ用モータ１３のＰＩＤ演算により算出される演算回転数は、当初若干の回転数のオーバーシュート・アンダーシュートを伴うものの、最終的には約４８Ｈｚの回転数に落ち着き、これ以降コンプレッサ用モータ１３の回転数制御は安定する。この間、ロータ３１の試料の温度にほぼ一致するロータ３１の底面温度１５２の時間経過は、制御開始時に２６℃であったものが滑らかに下降し、正確に４℃にて維持される。
【００８２】
図１０は、従来の遠心分離機でＲ２２Ａ４形ロータを２２０００ｍｉｎ−１で回転させ、試料の温度を４℃に冷却したときの、コンプレッサ用モータ１３の回転数（単位Ｈｚ）１５３、ロータ３１の底面温度（単位℃）１５５、温度センサ４０ｂの測定温度値１５４の時間経過を示したものである。図９の本実施例と異なり、従来の遠心分離機では温度センサ４０ａの替わりにシールラバー４１内に設けられた温度センサ４０ｂを用いて温度制御を行っている。その場合は温度制御目標が異なるため、温度センサ４０ｂの冷却目標温度を図９の−１２．７℃から−７℃に変更したこと以外は図９で示した実測例と異なるところはない。
【００８３】
図１０から明らかなように、従来のコンプレッサ用モータ１３の制御回転数は、時間が経過してもオーバーシュート・アンダーシュートを繰り返し回転数が収束安定しないためコンプレッサ３５から発生する騒音が変動し、ロータ３１の底面温度は脈動が継続するため温度制御精度が低下する。この原因は、温度センサ４０ｂがシールラバー４１に覆われているためコンプレッサ用モータ１３の回転数の変化によるエバポレータ３３の温度変化に対する遅れ、時定数などのレスポンスが悪いためである。したがって、本実施例による温度制御を行うには、図１０のように温度センサ４０ｂを用いて行うのではなく、図９のように温度センサ４０ａを用いて行うと良い。この理由は温度センサ４０ａがチャンバ３２の金属部に接触し設けられているためのエバポレータ３３の温度変化に対してレスポンス良く応答するからである。
【００８４】
図１１は、遠心分離機１でロータ３１として前出のＲ２２Ａ４形ロータを回転数１００００ｍｉｎ−１で回転させ、ロータ３１内の試料の温度を４℃に温度制御したときの、コンプレッサ用モータ１３の回転数（単位Ｈｚ）１５６、温度センサ４０ａの測定温度（単位℃）１５７、ロータ３１の試料の温度にほぼ一致するロータ３１の底面温度（単位℃）１５８の時間経過を示したものである。この条件では、ロータ３１の風損は、図９の場合の１１％程度で１００Ｗ未満となり、温度制御動作の進行に伴い測定温度１５７に対応した回転数１５６が最小連続回転数、例えば本実施例の場合１５Ｈｚを下回ったら、コンプレッサ用モータ１３の回転数制御はＰＩＤ連続回転数制御から２０ＨｚのＯＮ及びＯＦＦの制御となる。通常、コンプレッサ用モータ１３においては、定格や安定性の関係から連続回転できる最大回転数（最大連続回転数）と最小回転数（最小連続回転数）が設定されている。ここで、間欠制御の際の連続回転数を２０Ｈｚとして、コンプレッサ用モータ１３の最小連続回転数よりも高く設定する。コンプレッサ用モータ１３をＯＮ・ＯＦＦ制御する際のそれぞれの回転数、すなわち発停回転数は、本発明ではＯＮ時２０Ｈｚ、ＯＦＦ時０（ゼロ）Ｈｚである。
【００８５】
連続回転できる最小回転数を１５Ｈｚとし、ＯＮ・ＯＦＦ制御時のＯＮ時回転数２０Ｈｚよりも低く設定しているため、最小連続制御時の吸熱量とＯＮ・ＯＦＦ間欠制御時の吸熱量間の吸熱量守備範囲がオーバーラップしており、低速の連続回転数制御とＯＮ・ＯＦＦ間欠制御間で制御状態の行き来があっても温度制御性特性が良好になる。このコンプレッサ用モータ１３のＯＮ及びＯＦＦの繰り返し制御に伴い、温度センサ４０ａの測定温度１５７は小幅に脈動するが、ロータ３１の底面温度１５８は変動がなく高精度で安定した温度制御となっていることが理解できるであろう。
【００８６】
温度センサ４０ａの目標制御温度は約−１℃であり、コンプレッサ用モータ１３の回転数は温度制御開始当初１００〜３００秒付近は６５Ｈｚにあり、ＰＩＤ制御により温度センサ４０ａの温度が−０．５℃になると１５Ｈｚまで連続制御で回転数が低下する。しかし、コンプレッサ用モータ１３が１５Ｈｚの最小連続回転数であっても連続運転すると温度センサ４０ａの測定温度１５７がさらに低下するため、目標制御温度が約−１℃より２度低下した−３℃でコンプレッサ用モータ１３をＯＦＦにし、コンプレッサ用モータ１３のＯＮ・ＯＦＦ制御に移行する。そして温度センサ４０ａの測定温度１５７が上昇に転じ目標制御温度より１度高い０℃になると、コンプレッサ用モータ１３を再びＯＮにする。このＯＮ・ＯＦＦ制御は、目標制御温度に対して＋１度のオーバーに対してＯＦＦ状態からＯＮ動作へ、一方、−１度のアンダーに対してＯＮ動作からＯＦＦ状態に切換え制御し、ＯＦＦ状態からＯＮ動作への移行時には最低６０秒のＯＦＦ状態の状態確保（最小オフ時間）、逆のＯＮ動作からＯＦＦ状態への移行時には最小３０秒ＯＮ状態の状態確保（最小オン時間）を伴う。これは、コンプレッサ３５のオイル潤滑上の理由からで、サクション管４２と吐出管３６の間で圧力差が所定値以下でＯＮ、圧力差が所定値以上でＯＦＦする必要があるからである。
【００８７】
図１２は、遠心分離機１でロータ３１として前出のＲ１０Ａ３形ロータを回転数７８００ｍｉｎ−１で回転させ、ロータ３１内の試料の温度を４℃に温度制御したときの、コンプレッサ用モータ１３の回転数（単位Ｈｚ）１５９、温度センサ４０ａの測定温度（単位℃）１６０、ロータ３１の試料の温度にほぼ一致するロータ３１の底面温度（単位℃）１６１の時間経過を示したものである。温度センサ４０ａの制御温度目標は、おおよそ−２℃である。この条件では、ロータ３１の風損は６３０Ｗ程度となり、コンプレッサ用モータ１３の回転数１５９で示すように温度制御動作の進行に伴いコンプレッサ用モータ１３の回転数１５９は連続制御回転数の下限値となる１５Ｈｚ強の連続回転数制御となる。この回転数は、図９の場合のＯＮ・ＯＦＦ制御時のＯＮ時回転数２０Ｈｚよりも低いため、低速の連続回転数制御と２０Ｈｚ、ＯＮ・ＯＦＦ制御との間の吸熱量範囲がオーバーラップしている、低速の連続回転数制御とＯＮ・ＯＦＦ制御と狭間の領域の制御性が良好になる。
【００８８】
図１３は、遠心分離機１でＲ２２Ａ４形ロータを１００００ｍｉｎ−１で回転させ、試料の温度を４℃に冷却維持する途上で、回転数を１２０００ｍｉｎ−１に設定変更した場合の温度制御を実測例で示した図である。図１１とは逆に、コンプレッサ用モータ１３の回転数（単位Ｈｚ）１６２で示すように温度制御動作の進行に伴いコンプレッサ用モータ１３の回転数（単位Ｈｚ）１６３の制御は２０ＨｚのＯＮ・停止ＯＦＦ制御からＰＩＤ連続回転数制御となる。温度センサ４０ａの目標制御温度は当初約−１℃であり、回転数の設定変更後は約−２℃である。図１１と同様にコンプレッサ用モータ１３の回転数１６２は温度制御開始当初の０〜２００秒程度までは６５Ｈｚにあり、ＰＩＤ制御による連続回転数制御により１５Ｈｚまで連続制御で回転数が低下した後にＯＮ・ＯＦＦ制御に移行する。
【００８９】
この後約２０００秒付近で、ロータ３１の回転数が１００００ｍｉｎ−１から１２０００ｍｉｎ−１に設定回転数変更タイミング１７４で増速されると、ロータ３１の風損が若干増加する。よって、コンプレッサ用モータ１３の回転数が２５ＨｚでＯＮ状態にあるとき１８０秒以上温度センサ４０ａの検出温度が新しい目標制御温度−２℃を０．５℃上回る状態が継続してしまうので、制御装置２０はコンプレッサ用モータ１３を連続回転のＰＩＤ制御に移行する。この後の制御の状況は図１２での説明と同様である。
【００９０】
連続回転のＰＩＤ制御に移行後の初期コンプレッサ用モータ１３の回転数１６２は、約１９００〜２３００秒付近に示すように３０Ｈｚとし、過大な回転数からのＰＩＤ制御開始により一時過渡的にロータ３１の温度が低下してしまうのを防止している。この関係をまとめて示すと図１４のようになり、目標制御温度と温度センサ４０ａの検出温度が数度程度の所定値範囲内に接近している場合、ＰＩＤ制御開始時の初期コンプレッサ用モータ１３の回転数は、ロータ３１の設定可能最大回転数に対する設定回転数との比率から求まる係数を、コンプレッサ用モータ１３の所定最大連続回転数に掛け算した回転数として設定され再変更される。最大回転数に対する設定回転数との比率（％）が６５％以下の場合は、コンプレッサ用モータ１３の回転数（Ｈｚ）は全て３０Ｈｚに設定される。例えば最大回転数２２，０００ｒｐｍのロータ３１の設定回転数が１２０００ｒｐｍの場合は、最大回転数の５４．５％になるので、図１４から６５％以下の３０ＨｚがＰＩＤ制御開始時の初期コンプレッサ用モータ１３の回転数に再設定される。
【００９１】
なお、ＰＩＤ制御開始時の初期コンプレッサ用モータ１３の回転数はロータ３１の風損に依存するので、あらかじめ登録されているロータ群の風損係数と運転中のロータ３１の回転速度からロータの発熱量を算出した値を係数として、コンプレッサ用モータ１３の最大連続回転数に掛け算した回転数に再設定することでも良い。
【実施例５】
【００９２】
次に本発明の第５の実施例に係る遠心分離機の整定時のコンプレッサ用モータ１３の制御方法を図１９〜２１を用いて説明する。これらの制御は、可変速コンプレッサを用いた複数の温度制御手段（初期動作、ＰＩＤ制御、ＯＮ・ＯＦＦ制御）を有する遠心分離機において、温度制御に用いる基準温度を温度制御手段に応じて複数設けたものである。図１９はコンプレッサ用モータ１３の制御と回転室４８内温度との関係の一例を示す図であって、回転室４８内が十分冷却されてＯＮ・ＯＦＦ制御にて冷却が行われている状態から、ＰＩＤ制御に移行される際の状態を示している。この際、制御装置２０は冷凍機によってロータ３１を設定温度にすべく回転室４８内を目標制御温度２０３となるように冷却する。
【００９３】
可変速コンプレッサは、最低３０秒連続ＯＮ及び最低６０秒連続ＯＦＦというコンプレッサ用モータ１３の動作時間の制約が設けられている。これは、コンプレッサ３５のオイル潤滑上の理由からで、サクション管４２と吐出管３６の間で圧力差が所定値以下となるまでＯＮにできないことと、圧力差が所定値以上でＯＦＦにする必要があるからである。そのため、従来のＯＮ・ＯＦＦ制御では回転室４８内の温度が目標制御温度より高くなっても、制約されている時間を経過しないとコンプレッサ用モータ１３を再起動させることができず、矢印２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃで示すように設定温度２０３ａよりも高い回転室４８内の温度になってしまう懸念があった。反対に、ＰＩＤ制御に切り替えた後の可変速コンプレッサの制御では、コンプレッサ用モータ１３を連続ＯＮして目標制御温度付近に近付けるように制御するため、動作時間の制約の影響を受けずに、ＯＮ・ＯＦＦ制御よりも回転室４８内の温度が一様であった。
【００９４】
発明者らの検討によると、これら２つの温度制御モード（ＯＮ・ＯＦＦ制御、ＰＩＤ制御）において回転室４８内を制御するための目標制御温度を同じとしてしまうと、温度制御後のサンプル温度に誤差が生じるということがわかった。また、目標制御温度２０３が同じであっても室温等の条件によって温度制御モードが切り換わってしまうことがあり、回転室４８内の温度を制御するために目標制御温度を一律では定めるべきではないということがわかった。そこで、第５の実施例においては、ロータ３１の回転が整定して、回転室４８内の温度が十分冷えた状態における可変速コンプレッサの温度制御において、温度制御モード毎の温度制御に用いる目標制御温度（基準制御温度）を温度制御モードに応じて補正するか、あるいは複数設けるように構成した。
【００９５】
制御装置２０は、温度センサ４０ａによる検出温度に基づきコンプレッサ用モータ１３を適切な回転速度で維持するよう駆動させるＰＩＤ制御と、温度センサによる検出温度に基づきコンプレッサ用モータ１３を所定の回転速度で断続運転するＯＮ・ＯＦＦ制御の２つの運転モードを有する。この際、回転室４８内の温度を制御するための目標制御温度２０３は、ロータ３１がロータ３１の種類ごとに定めた所定の値より高い回転速度の時は温度制御モード１（ＰＩＤ制御）にて目標制御温度を決定・登録し（設定温度２０３ｂ）、ロータ３１がロータの種類ごとに定めた所定の値より低い回転速度の時は温度制御モード２（ＯＮ・ＯＦＦ制御）にて目標制御温度を決定・登録し（設定温度２０３ａ）、コンプレッサ用モータ１３を運転させるようにした。
【００９６】
このような制御は、回転室４８内の温度を制御するための目標制御温度または制御閾値がＰＩＤ制御またはＯＮ・ＯＦＦ制御のどちらで決定されたのかを一緒に制御装置２０内の図示しないマイコンに登録する。登録された温度は、以下のようにして調整される。
（１）ＰＩＤ制御で目標制御温度が決定されマイコンに登録されたが、ロータ運転中にＯＮ・ＯＦＦ制御となった場合は、目標制御温度より１℃低い温度を制御閾値とする（設定温度２０３ｂに対する設定温度２０３ａ）。
（２）ＯＮ・ＯＦＦ制御で制御閾値が決定されマイコンに登録されたが、ロータ運転中にＰＩＤ制御となった場合は、制御閾値より１℃高い温度を目標制御温度とする（設定温度２０３ｂに対する設定温度２０３ａ）。
このように制御することによってＰＩＤ制御とＯＮ・ＯＦＦ制御で制御閾値が所定温度（ここでは１℃）だけ違うことになり、回転室４８内温度を目標制御温度により近い、精度の高い温度管理を行うことができる。尚、設定温度２０３ａと２０３ｂの温度差は１℃だけでなく、ロータ３１の種類や目標制御温度２０３に応じて適宜設定すれば良い。
【００９７】
図２０は本発明の第５の実施例に係る遠心分離機の整定時のＰＩＤ制御とＯＮ・ＯＦＦ制御時の目標制御温度の設定の手順を示すフローチャートである。作業者が回転室４８にロータ３１をセットしてドア４３を閉め、操作パネル２１にて遠心分離の設定回転数、遠心分離時間、設定温度等を入力して遠心分離運転を開始させると、制御装置２０は装着されたロータ３１の型式を識別し、記憶装置から読み出した分配パラメータに従って目標制御温度と、整定時において可変速コンプレッサをＰＩＤ制御するかＯＮ・ＯＦＦ制御するかの情報に従い、コンプレッサ用モータ１３の運転をする。この運転中において図１９によるフローチャートの手順が実行され、制御装置２０は、稼働中の冷凍機がＰＩＤ制御中かＯＮ・ＯＦＦ制御中のいずれであるかを判断する（ステップ２１０）。ＰＩＤ制御の場合は、設定されている目標制御温度を使ってＰＩＤ制御を行い（ステップ２１１）、ステップ２１０に戻る。ここでＯＮ・ＯＦＦ制御の場合は、上述の記憶手段から読み出された目標制御温度を−１℃だけ補正した補正値を目標制御としてＯＮ・ＯＦＦ制御を行い（ステップ２１２）、ステップ２１０に戻る。このように本実施例では、ＯＮ・ＯＦＦ制御の際に回転室４８の温度が高めになってしまうことを目標制御温度を−１℃だけ補正して制御したので、精度の高い温度管理を行うことができる。
【００９８】
第５の実施例の変形例として、ＯＮ・ＯＦＦ制御の際の精度を更に高めるようにすることも可能である。これは、可変速コンプレッサＯＮ・ＯＦＦによる回転室４８内の温度制御において、回転室４８内の温度を測定して目標制御温度との偏差を時間積分し、コンプレッサのＯＮ・ＯＦＦに伴う毎回の温度ハンチングの都度、正の偏差の積分値と負の偏差の積分値が同等または所定の比率になるタイミングでコンプレッサ用モータ１３をＯＮまたはＯＦＦすることにより実現できる。図２１は目標制御温度２２０に対してコンプレッサを２２２のようにＯＮ・ＯＦＦ制御することにより積算面積によるコンプレッサ用モータ１３の制御を行うものである。
【００９９】
図２１は本発明の第５の実施例の変形例に係るコンプレッサ用モータ１３の制御例を示すための図である。ここでは、可変速コンプレッサＯＮ・ＯＦＦによる回転室４８内の温度制御において、回転室４８内温度を測定して目標制御温度２２０との偏差を時間積分し、コンプレッサＯＮ・ＯＦＦに伴う毎回の温度ハンチングの都度、正の偏差の積分値と負の偏差の積分値が同等または所定の比率になるタイミングでコンプレッサをＯＮまたはＯＦＦする。具体的には、ＯＮ・ＯＦＦ制御で回転室４８内の温度を制御する場合は、以下のようにして温度制御を行う。
回転室４８内の温度と制御閾値との偏差を積分し、図２１に示すように正の偏差の積分値をＰ０とする。さらに、コンプレッサＯＦＦ時の正の偏差の積分値をｐ１、コンプレッサＯＮ時の正の偏差の積分値をｐ２とする。同様に、負の偏差の積分値をＮ０とし、コンプレッサＯＮ時の負の偏差の積分値をｎ１、コンプレッサＯＦＦ時の負の偏差の積分値をｎ２とする。
そして正の偏差の積分値Ｐ０と負の偏差の積分値Ｎ０が同等となるよう可変速コンプレッサを以下のように制御する。
（１）コンプレッサがＯＮしている時においては、Ａ×Ｐ０  ≦ｎ１  となった時にコンプレッサをＯＦＦにする（Ａは所定の係数）。
（２）コンプレッサがＯＦＦしている時においては、Ａ’×Ｎ０  ＜ｐ１  となった時にコンプレッサをＯＮにする（Ａ’は所定の係数）。
（３）上記（１）と（２）の制御を繰り返すことにより、ハンチングする回転室４８内温度の平均値を目標制御温度２２０に近づけることができるので、ロータ温度の制御精度を向上できる。
【０１００】
本実施例によれば、室温等の条件の変化で温度制御モードが切り換わっても回転室４８内の温度を制御するための温度を自動調整することができる。これにより、従来の制御で生じていた温度制御モードによるサンプル温度の誤差が軽減できる。また、目標制御温度と回転室４８内温度との偏差から算出した積分値より可変速コンプレッサの動作を制御することで、機械的制約の影響を軽減した高精度の温度制御が可能となり、サンプル温度を『設定温度±２℃』以内に保持することが期待できる。
【実施例６】
【０１０１】
次に図２２〜図２５を用いて本発明の第６の実施例における、フィードバック制御（又はＰＩＤ制御）からＯＮ・ＯＦＦ制御への切替制御の具体的な仕方を説明する。図２２は第６の実施例によるコンプレッサ用モータ１３のフィードバック制御からＯＮ・ＯＦＦ制御への移行例を示す図である。図２２（１）は制御の目標温度に対する温度センサ４０ａの測定温度２３１の状態を示す図である。図２２（２）はその時のコンプレッサ用モータ１３の回転数２３２であって、制御装置２０は回転数２３２が、所定の周波数、即ち最小連続回転数（下限値）より大きい切替基準回転数、ここでは２０Ｈｚ）を下回る時間が時間ｔ１１において所定時間Ｔ１に達したらフィードバック制御からＯＮ・ＯＦＦ制御に移行してコンプレッサ用モータ１３の断続運転をする。ここでＴＲは冷凍機の起動禁止時間であって、本来では測定温度２３１が目標制御温度をこえた時間ｔ１２において点線２３３のようにコンプレッサ用モータ１３を再起動するのが理想的であるが、冷凍機の起動禁止時間ＴＲが経過していないため、経過するまで待機して時間ｔ１３においてコンプレッサ用モータ１３を再起動させる。再起動をさせた時のコンプレッサの回転数は切替基準回転数たる２０Ｈｚである。その後、コンプレッサの再起動により時間ｔ１４において測定温度２３１が再び目標制御温度を下回ったらコンプレッサを停止させる。以降同様の制御を繰り返し、切替基準回転数より高くなって且つ起動禁止時間ＴＲが経過したらコンプレッサ用モータ１３を再起動させる。このように制御することによって、フィードバック制御からＯＮ・ＯＦＦ制御に移行する時にあまり温度変化することなく移行することができる。
【０１０２】
図２３は第６の実施例の変形例によるコンプレッサ用モータ１３のフィードバック制御からＯＮ・ＯＦＦ制御への移行例を示す図である。図２３（１）は制御の目標温度に対する温度センサ４０ａの測定温度２４１の状態を示す図である。図２３（２）はその時のコンプレッサ用モータ１３の回転数２４２であって、制御装置２０は回転数２４２が、最小連続回転数（下限値、１５Ｈｚ）に達したまま所定時間Ｔ１経過したら、時間ｔ２１においてフィードバック制御からＯＮ・ＯＦＦ制御に移行してコンプレッサ用モータ１３の断続運転をする。ここでＴＲは冷凍機の起動禁止時間であって、本来では測定温度２４１が目標制御温度をこえた時間ｔ２２においてコンプレッサ用モータ１３を再起動するのが理想的であるが、冷凍機の起動禁止時間ＴＲが経過していないため、経過するまでまって時間ｔ２３においてコンプレッサ用モータ１３を再起動させる。再起動をさせた時のコンプレッサの回転数は最小連続回転数の１５Ｈｚではなく切替基準回転数たる２０Ｈｚである。その後、コンプレッサの再起動により時間ｔ２４において測定温度２４１が再び目標制御温度を下回ったらコンプレッサを停止させる。以降同様の制御を繰り返し、切替基準回転数より高くなって且つ起動禁止時間ＴＲが経過したらコンプレッサ用モータ１３を再起動させる。このように制御することによって、フィードバック制御からＯＮ・ＯＦＦ制御に移行する時にあまり温度変化することなく移行することができる。
【０１０３】
図２４は第６の実施例の第２変形例によるコンプレッサ用モータ１３のフィードバック制御からＯＮ・ＯＦＦ制御への移行例を示す図である。図２４（１）は制御の目標制御温度に対する温度センサ４０ａの測定温度２５１の状態を示す図である。図２４（２）はその時のコンプレッサ用モータ１３の回転数２５２であって、制御装置２０は回転数２５２が、所定の周波数、即ち最小連続回転数（下限値）より大きい切替基準回転数、ここでは２０Ｈｚ）を下回り、測定温度が目標制御温度−１℃以下になったら、時間ｔ３１においてフィードバック制御からＯＮ・ＯＦＦ制御に移行してコンプレッサ用モータ１３を停止させる。ここでＴＲは冷凍機の起動禁止時間であって、本来では測定温度２５１が再び目標制御温度に到達した時間ｔ３２においてコンプレッサ用モータ１３を再起動するのが理想的であるが、冷凍機の起動禁止時間ＴＲが経過していないため、経過するまで待って時間ｔ３３においてコンプレッサ用モータ１３を再起動させる。再起動をさせた時のコンプレッサの回転数は切替基準回転数たる２０Ｈｚである。その後、コンプレッサの再起動により時間ｔ３４において測定温度２５１が再び目標制御温度を下回ったらコンプレッサを停止させる。以降同様の制御を繰り返し、切替基準回転数より高くなって且つ起動禁止時間ＴＲが経過したらコンプレッサ用モータ１３を再起動させる。このように制御することによって、フィードバック制御からＯＮ・ＯＦＦ制御に移行する時にあまり温度変化することなく移行することができる。
【０１０４】
図２５は第６の実施例の第３変形例によるコンプレッサ用モータ１３のフィードバック制御からＯＮ・ＯＦＦ制御への移行例を示す図である。図２５（１）は制御の目標温度に対する温度センサ４０ａの測定温度２６１の状態を示す図である。図２５（２）はその時のコンプレッサ用モータ１３の回転数２６２であって、制御装置２０は回転数２６２が、最小連続回転数（下限値）たる１５Ｈｚに達したら、最小連続回転数にコンプレッサ用モータ１３の運転を継続させ、測定温度が目標制御温度−１℃以下になったら、時間ｔ４１においてフィードバック制御からＯＮ・ＯＦＦ制御に移行してコンプレッサ用モータ１３を停止させる。ここでＴＲは冷凍機の起動禁止時間であって、本来では測定温度２６１が再び目標制御温度に到達した時間ｔ４２においてコンプレッサ用モータ１３を再起動するのが理想的であるが、冷凍機の起動禁止時間ＴＲが経過していないため、経過するまで待って時間ｔ４３においてコンプレッサ用モータ１３を再起動させる。再起動をさせた時のコンプレッサの回転数は切替基準回転数たる２０Ｈｚである。その後、コンプレッサの再起動により時間ｔ４４において測定温度２６１が再び目標制御温度を下回ったらコンプレッサを停止させる。以降同様の制御を繰り返し、切替基準回転数より高くなって且つ起動禁止時間ＴＲが経過したらコンプレッサ用モータ１３を再起動させる。このように制御することによって、フィードバック制御からＯＮ・ＯＦＦ制御に移行する時にあまり温度変化することなく移行することができる。
【実施例７】
【０１０５】
図２６は  本発明の第７の実施例に係る遠心分離機３０１の全体構成の概略を示す断面図である。ここで図１で説明した遠心分離機１と同一の部分には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。
【０１０６】
チャンバ３２の外周には、配管されたエバポレータ（蒸発器）３３が巻装される。冷媒を循環供給するために冷媒を圧縮するコンプレッサ３５はコンプレッサ用モータ１３を有し、吐出管３６から圧縮した冷媒を凝縮機（コンデンサ）３７に供給し、冷媒は凝縮機３７で放熱・冷却されて液化し、送り通路３３７、キャピラリ３３８を通してエバポレータ３３の下部に送られる。エバポレータ３３では冷媒が気化する際に回転室４８の熱を吸熱することで回転室４８を冷却し、気化した冷媒はエバポレータ３３の上部から排出され戻り通路（サクション管）３４２ａ、３４２ｂを介してコンプレッサ３５に戻る。ここで本実施例では凝縮機３７から送り通路３３７を通ってキャピラリ３３８に至る通路の途中に、分岐手段３３７ｃを設け、送り通路３３７から戻り通路３４２との間を短絡するバイパス通路３６１（３６１ａ、３６１ｂ）を設けた。バイパス通路３６１中に、制御ボックス２９中に配置される制御装置２０によって電気的に制御可能なバルブ３６０を設けることにより、バイパス通路３６１は、冷媒の流れる方向からみてバルブ３６０の上流側通路３６１ａと下流側通路３６１ｂに分けられる。下流側通路３６１ｂは、戻り通路３４２に設けられた分岐手段３４２ｃに接続される。ここで、分岐手段３３７ｃ、３４２ｃはＴ型分岐管やその他の三分岐管等を用いることができる。このようにバイパス通路３６１（３６１ａ、３６１ｂ）を設けることにより液化された冷媒がキャピラリ３３８とエバポレータ３３を通過することをバイパスさせることが可能となる。バルブ３６０は、“開”又は“閉”の２段階に制御できる開閉式の電磁バルブで構成するが、バルブの開口面積を０から最大まで段階的に又は連続的に可変できるように構成した流量調整式の可変電磁バルブで構成しても良い。バルブ３６０は、冷凍機の通常運転時においては閉鎖されているが、回転室４８が十分冷えて冷凍機のフィードバック制御（ＰＩＤ制御）からＯＮ・ＯＦＦ制御に移行された際に、制御装置２０によって適宜開放又は閉鎖される。
【０１０７】
チャンバ３２の底部の金属部に接する部分には温度センサ４０ａが設けられ、ロータ３１の温度を間接的に検出する。制御装置２０は温度センサ４０ａの出力を用いて、バルブ３６０の閉鎖と開放を制御する。ここでバルブ３６０を開放すると冷媒がほとんどエバポレータ３３には行かないので、回転室４８は冷えないことになる。このバイパス通路３６１を利用して、コンプレッサ用モータ１３のＯＮ・ＯＦＦ制御をする際にコンプレッサ用モータ１３を停止させないで、又は停止させた上でバルブ３６０のＯＮ（開放）とＯＦＦ（閉鎖）制御を行い、回転室４８が目標制御温度で精度良く冷却されるようにした。
【０１０８】
冷媒を液体の状態のままでコンプレッサ３５に供給してしまうと、コンプレッサ３５の寿命の低下、もしくは破損してしまう可能性があるので、コンプレッサ３５の運転上の条件として、コンプレッサ３５に供給される冷媒は気化（気体）の状態で供給する方が好ましい。そこで、本実施例においては、バイパス通路３６１の内部に絞り部を設けて、冷媒の気化を促進させる構成とした。絞り部の形状は任意であって、通路の一部に流路を絞って断面面積を小さくした部分を形成しても良いし、バルブ３６０又はその他の絞りによって開口断面積を絞るように形成しても良いし、通路を形成する配管そのものの内径を小さくすることによって絞りとしても良い。本実施例ではバイパス通路３６１の内、バルブ３６０から戻り通路３４２までの下流側通路３６１ｂの断面積（内径）をキャピラリ３３８の断面積（内径）より大きくし、戻り通路（Ｂ）３４２ｂの断面積より小さくした。具体的には、下流側通路３６１ｂの内径の直径は１．８ｍｍで長さは３００ｍｍである。一方、キャピラリ３３８の内径の直径は１．５ｍｍで長さは３ｍに設定されている。バイパス通路３６１の上流側通路３６１ａの内径は、冷媒がスムーズに流れるように吐出管３６などと同じ程度の内径（９．５ｍｍ）とした。
【０１０９】
本実施例において制御装置２０のコントロールによりバルブ３６０が開かれると、凝縮機３７を出て送り通路３３７に流れる冷媒の大部分は、分岐手段３３７ｃにおいて流路抵抗の少ないバイパス通路３６１のほうに流れるようになり、下流側通路３６１ｂを通過した冷媒は、上流側通路３６１ａよりも内径が小さく（断面積が小さく）構成された下流側通路３６１ｂ内を通過し、分岐手段３４２ｃにて戻り通路３４２に合流したのちに気化し、戻り通路（Ｂ）３４２ｂを通ってコンプレッサ３５に戻る。これにより、従来では、高圧側の吐出管３６内の圧力と戻り通路（Ｂ）３４２ｂの圧力とが均衡する時間が、従来は約２分程度かかっていたのが約２０秒程度に短縮することができ、かつ気化した冷媒をコンプレッサ５０に供給することができ、コンプレッサの寿命を低下させることなく、短時間で高圧側の吐出管３６内の圧力と戻り通路３４２の圧力とが均衡することができるので、コンプレッサの再起動時までの時間を短縮することができる。
【０１１０】
尚、バルブ３６０を挿入する位置は図２６で示した位置だけでなく、分岐手段３３７ｃ又は分岐手段３４２ｃに三方弁等の電磁式の切替弁を設けるようにしても良い。また、バイパス通路３６１に設ける場合のバルブ３６０の形式は、電磁式のものだけに限られずに、制御装置２０によって開閉の制御できるならばその他のバルブや開閉手段であっても良い。例えば、本実施例では、バイパス通路の内径を小さくすることにより通路の最小断面積を調整するようにしたが、他の方法としてバイパス通路３６１の上流側通路３６１ａと下流側通路３６１ｂを同じ内径にし、バルブ３６０として流量を調節できるようにものに置き換えて、バルブ３６０の開度を制御装置２０によって制御することで冷媒の流量を調整し、液化された冷媒を気化してコンプレッサ３５に戻すようにしても良い。
【０１１１】
また、本実施例では分岐手段３３７ｃをキャピラリ３３８の上流側近傍に設けたが、分岐手段３３７ｃを設ける位置はここだけに限られずに、凝縮機３７を用いない場合はコンプレッサ３５からキャピラリ３３８までの間のいずれかの位置に設けるようにすれば良い。さらに、バルブ３６０に代えて又は加えて、キャピラリ３３８側通路又は戻り通路（Ａ）３４２ａ中に電磁的に開閉制御可能なバルブを設けるようにしても良い。さらに、コンプレッサ用のモータはインバータモータでなくても良い。
【０１１２】
図２７は本発明の第７の実施例に係る遠心分離機３０１のバルブ３６０を用いた温度制御例を示す図である。（１）〜（３）の各グラフは時間軸（横軸）を合わせて図示している。図２７（１）は回転室４８の目標制御温度と温度センサ４０ａによる測定温度３７１の状態を示すグラフであり、（２）はコンプレッサの回転数３７２を示すグラフであり、（３）はバルブ３６０のＯＮ又はＯＦＦの制御状態を示すグラフである。バルブ３６０がＯＮとはバルブが開かれてバイパス通路３６１が導通される状態を示し、ＯＦＦとはバルブが閉じられてバイパス通路３６１が閉鎖される状態を示す。制御装置２０は回転室４８の測定温度３７１に従ってフィードバック制御によりコンプレッサの回転数３７２を低下させるが、矢印３７２ａにおいて最小連続回転数（下限値）たる１５Ｈｚに達したら、最小連続回転数にコンプレッサ用モータ１３の運転を継続させ、最小連続回転数（下限値、１５Ｈｚ）に達したまま所定時間Ｔ１経過したら、時間ｔ５１においてフィードバック制御からバルブ３６０のＯＮ・ＯＦＦ制御に移行する。この際、第５の実施例と異なりコンプレッサ用モータ１３は最小連続回転数（下限値、１５Ｈｚ）又は、最小連続回転数より少し高い回転数（例えば２０Ｈｚ程度）にて断続運転を続ける。その後、バルブ３６０のＯＮにより時間ｔ５２において測定温度３７１が再び目標制御温度にまで上昇したらバルブ３６０のＯＦＦにしてコンプレッサ３５からの冷媒をエバポレータ３３に送出する。以降同様の制御を繰り返し、目標制御温度より低くなったらバルブ３６０をＯＮにし（時間ｔ５３、ｔ５５、ｔ５７）、目標制御温度より高くなったらバルブ３６０をＯＦＦにする（時間ｔ５４、ｔ５６、ｔ５８）。この際の、バルブ３６０のＯＮ・ＯＦＦ間隔に関しては時間的な制約はほとんどない。このように制御することによって、コンプレッサ用モータ１３を停止させることなく、目標温度制御をバルブ３６０の開閉だけで実現することができる。
【０１１３】
図２８は本発明の第７の実施例の変形例に係る遠心分離機３０１のバルブ３６０を用いた温度制御例を示す図である。（１）〜（３）の各グラフは時間軸（横軸）を合わせて図示している。図２８（１）は回転室４８の目標制御温度と温度センサ４０ａによる測定温度３８１の状態を示すグラフであり、（２）はコンプレッサの回転数３８２を示すグラフであり、（３）はバルブ３６０のＯＮ又はＯＦＦの制御状態を示すグラフである。本実施例では図２７のようにコンプレッサ３５の稼働状態のままバルブ３６０のＯＮ・ＯＦＦ制御をするのではなく、コンプレッサ３５のＯＮ・ＯＦＦ制御とバルブ３６０のＯＮ・ＯＦＦ制御を併用することにある。制御装置２０は回転室４８の測定温度３８１に従ってフィードバック制御によりコンプレッサの回転数３８２を低下させるが、矢印３８２ａにおいて最小連続回転数（下限値）たる１５Ｈｚに達したら、最小連続回転数にコンプレッサ用モータ１３の運転を継続させ、最小連続回転数（下限値、１５Ｈｚ）に達したまま所定時間Ｔ１経過したら、時間ｔ６１においてフィードバック制御からコンプレッサのＯＮ・ＯＦＦ制御に移行する。この際、バルブ３６０を時間ｔ６１から短い時間ＴＢだけＯＮすることにより凝縮機３７からキャピラリ３３８に至る送り通路とサクション管（戻り通路）３４２との配管内の圧力差がなくなる（均圧する）ようにした。次に、時間ｔ６２において測定温度３８１が再び目標制御温度にまで上昇したらコンプレッサを再起動（ＯＮ）する。次に、時間ｔ６３において測定温度３８１が再び目標制御温度にまで低下したらコンプレッサを停止（ＯＦＦ）させと同時にバルブ３６０を時間ｔ６３から短い時間ＴＢだけＯＮする。以降同様の制御を繰り返し、目標制御温度より高くなったらコンプレッサをＯＮにし（時間ｔ６４、ｔ６６、ｔ６８）、目標制御温度より低くなったらコンプレッサをＯＦＦにする（時間ｔ６５、ｔ６７）。尚、バルブ３６０開放させる所定時間ＴＢは、送り通路と戻り通路との配管内の圧力差がなくなる時間とすれば良く、例えば約３０秒で良い。このように配管内の圧力差がなくすることにより、コンプレッサの再起動禁止時間の制約を減少させる、又は、無くすことができる。
【０１１４】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１１５】
１  遠心分離機      ２  給電ライン      ３  給電ライン
４  双方向コンバータ      ５  単方向コンバータ      ６  直流電源
７  平滑コンデンサ      ８  遠心用インバータ      ９  遠心用モータ
１０  コントロールスイッチ      １１  平滑コンデンサ
１２  コンプレッサ用インバータ      １３  コンプレッサ用モータ
１４  コントロールスイッチ      １５  整流器      １６  平滑コンデンサ
１７  凝縮機ファン用インバータ      １８  凝縮機ファン
１９  遠心用モータ電流センサ      ２０  制御装置      ２１  操作パネル
２２  交流電源      ２３  入力コントロールライン      ２４  回転センサ
２５  ＤＣファン      ２６  ＤＣファン      ２７  出力コントロールライン
２８  コンプレッサ用モータ電流センサ      ２９  制御ボックス
３０  電圧センサ      ３１  ロータ      ３２  チャンバ
３３  エバポレータ      ３４  断熱材      ３５  コンプレッサ
３６  吐出管      ３７  凝縮機      ３８  キャピラリ      ３９  給電ライン
４０ａ  温度センサ      ４０ｂ  温度センサ      ４１  シールラバー
４２  サクション管      ４３  ドア      ４４、４５、４６  電圧センサ
４７  インバータ１７用電流センサ      ４８  回転室      ５２  交流電源
１００  遠心用モータ９の回転数
１０１  コンプレッサ用モータ１３の回転数
１０２  遠心用モータ電流センサ１９の出力
１０３  コンプレッサ用モータ電流センサ２８の出力
１０４  遠心用モータ電流センサ１９とコンプレッサ用モータ電流センサ２８の出力の合算電流値
１１０  遠心用モータ９の回転数
１１１  コンプレッサ用モータ１３の回転数
１１２  遠心用モータ電流センサ１９の出力
１１３  コンプレッサ用モータ電流センサ２８の出力
１１４  遠心用モータ電流センサ１９とコンプレッサ用モータ電流センサ２８の出力の合算電流値
１２０  コンプレッサ３５の入力電力      １２１  コンプレッサ３５の冷却能力
１３０  Ｉｎｐｕｔ  ｖｏｌｔａｇｅ欄    １３１  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ欄
１３２  Ｐｈａｓｅ欄                    １３３  Ｍａｘ．  Ｃｕｒｒｅｎｔ欄
１３４  チェックマーク                  １３５  ＯＫボタン
１５０、１５３、１５６、１６０、１６２  コンプレッサ用モータ１３の回転数
１５１、１５７、１６０  温度センサ４０ａの温度
１５２、１５５、１５８、１６１、１６３、１６４  ロータ３１の底面温度
１５４  温度センサ４０ｂの温度          １７０、１７１、１７２  目標制御温度
１７３、１７８  風損                    １７４  設定回転数変更タイミング
１７５、１７６、１７７  目標制御温度    ２０３、２２０  目標制御温度
２０３ａ、２０３ｂ  設定温度            ２３１  測定温度
２３２、２４２、２５２、２６２  コンプレッサ用モータ１３の回転数
２４１、２５１、２６１  測定温度
３０１  遠心分離機                      ３３７  送り通路
３３７ｃ  分岐手段                      ３３８  キャピラリ
３４２  戻り通路                        ３４２ａ  戻り通路（Ａ）
３４２ｂ  戻り通路（Ｂ）                ３４２ｃ  分岐手段
３６０  バルブ                          ３６１  バイパス通路
３６１ａ  （バイパス通路の）上流側通路
３６１ｂ  （バイパス通路の）下流側通路
３７１  測定温度                        ３７２  回転数
３８１  測定温度                        ３８２  回転数
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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