(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠心機ボウル（３７）および圧縮冷却装置（３０）を含む実験用遠心機（２０）であって、前記圧縮冷却装置（３０）は、冷媒を用いた冷却サイクル（４１）を備え、
前記冷却サイクル（４１）は、
前記遠心機ボウル（３７）のまわりに配置される蒸発器（３５）と、
凝縮器（３３）と、
前記凝縮器（３３）の前段に配置される圧縮機（３１）とを含み、
前記冷却サイクル（４１）は少なくとも１つの制御可能な第１のスロットル装置（３９）を前記蒸発器（３５）の上流に含み、前記第１のスロットル装置（３９）は、冷媒の流量を調整するために動作し、
前記実験用遠心機（２０）の前記遠心機ボウル（３７）の実温度（Ｔ）を検出するための第１の装置（５１）が、設けられ、
前記圧縮機は供給される電力が制御可能に構成され、
前記実験用遠心機（２０）は、予め定めることが可能である前記遠心機ボウル（３７）の公称温度（ＴＫ）に適合され、
前記公称温度（ＴＫ）について＋／−５Ｋの許容範囲を予め定めることが可能であり、
前記実験用遠心機は、さらに、圧縮冷却装置（３０）の始動で、前記制御可能な第１のスロットル装置（３９）を、予め定められる冷媒の流量に調整するようにされ、および、
前記遠心機ボウル（３７）における実温度（Ｔ）を前記制御可能な圧縮機（３１）を介して前記許容範囲内に下げ、その後、前記実温度（Ｔ）が前記許容範囲にあり、前記実温度（Ｔ）が前記制御可能な第１のスロットル装置（３９）を介して調整される間、前記圧縮機に供給される電力を一定に保持するようにされることにおいて特徴付けられる、実験用遠心機（２０）。
【請求項２】
第２および第３の装置（４７、４９）を含む少なくとも１つの装置が、前記冷却サイクル（４１）における前記冷媒の第１および第２の温度（ＴＶＥ、ＴＶＡ）を検出するために、および／または前記遠心機ボウル（３７）における前記公称温度（ＴＫ）を検出するために、設けられ、
前記冷媒の前記第１の温度（ＴＶＥ）を検出するための第２の装置（４７）は、前記冷却サイクル（４１）において前記蒸発器（３５）の上流に設けられ、前記第２の温度（ＴＶＡ）を検出するための第３の装置（４９）は、前記蒸発器（３５）の下流に設けられることにおいて特徴付けられる、請求項１に記載の実験用遠心機（２０）。
【請求項３】
前記圧縮機（３１）は供給される電力が制御可能であり、および／または、
バイパス（４３）が前記冷却サイクル（４１）において前記凝縮器（３３）をブリッジするために構成されることにおいて特徴付けられる、請求項２に記載の実験用遠心機（２０）。
【請求項４】
検出された前記第１、第２および公称温度（ＴＶＥ、ＴＶＡ、ＴＫ）の少なくとも１つを入力値として用い、制御可能な前記第１のスロットル装置（３９）、制御可能な前記バイパス（４３）、および制御可能な前記圧縮機（３１）を含む群からの要素の少なくとも１つを制御し調整する調整装置（６０）が設けられることにおいて特徴付けられる、請求項３に記載の実験用遠心機（２０）。
【請求項５】
前記実温度（Ｔ）を予め定められる期間（ｔｄ）において検出するための装置が設けられ、少なくとも２秒である期間（ｔｄ）が調節可能であることにおいて特徴付けられる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の実験用遠心機（２０）。
【請求項６】
前記制御可能な第１のスロットル装置は電子制御噴射弁（３９）として構成されることにおいて特徴付けられる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の実験用遠心機。
【請求項７】
前記実験用遠心機（２０）は、粗い調整および微細な調整のために構成される調整機構を含み、
前記調整機構は前記圧縮機（３１）を第１の粗い調整ステップにおいて制御し、
前記圧縮機（３１）を調整することを伴わない前記制御可能な第１のスロットル装置（３９）を介する調整が、第２の微細な調整ステップにおいて実行されることにおいて特徴付けられる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の実験用遠心機（２０）。
【請求項８】
前記調整機構は、前記実験用遠心機（２０）の前記遠心機ボウル（３７）の公称温度（ＴＫ）は予め定めることが可能であり、前記実験用遠心機の前記遠心機ボウル（３７）の実温度（Ｔ）は検出可能であるように行なわれ、
前記公称温度（ＴＫ）についての許容範囲を予め定めることが可能であり、前記許容範囲は大きくても＋／−５Ｋであり、
前記実温度（Ｔ）は、前記圧縮冷却装置（３０）の始動で前記圧縮機を介して前記許容範囲に下げることが可能であり、
前記実温度（Ｔ）が前記許容範囲にあり、したがって、前記実温度（Ｔ）が前記制御可能な第１のスロットル装置（３９）を介して調整可能である間、前記圧縮機に供給される電力は一定に維持可能であることにおいて特徴付けられる、請求項７に記載の実験用遠心機（２０）。
【請求項９】
前記調整機構は前記実温度（Ｔ）を考慮するように構成されることにおいて特徴付けられる、請求項８に記載の実験用遠心機（２０）。
【請求項１０】
遠心機ボウル（３７）を伴う実験用遠心機（２０）の圧縮冷却装置（３０）を制御し調整する方法であって、
前記圧縮冷却装置（３０）は、冷却サイクル（４１）、蒸発器（３５）、凝縮器（３３）および圧縮機（３１）を含み、
制御可能な第１のスロットル装置（３９）が、前記蒸発器（３５）の上流で、前記圧縮冷却装置（３０）の前記冷却サイクル（４１）において冷媒の流量を調整するために用いられ、
前記圧縮機はその供給量に関して制御可能であり、
前記遠心機ボウル（３７）の公称温度（ＴＫ）が予め定められ、
前記実験用遠心機（２０）の前記遠心機ボウル（３７）の実温度（Ｔ）が判断され、
前記公称温度（ＴＫ）について大きくても＋／−５Ｋの許容範囲が予め定められ、
前記制御可能な第１のスロットル装置（３９）は、前記圧縮冷却装置（３０）の始動で、予め定められる冷媒の流量に調節され、
前記遠心機ボウル（３７）における実温度（Ｔ）を前記制御可能な圧縮機（３１）を介して前記許容範囲に下げ、
その後、前記実温度（Ｔ）が前記許容範囲にあり、前記実温度（Ｔ）が前記制御可能な第１のスロットル装置（３９）を介して調整される間、前記圧縮機に供給される電力を一定に保持するようにされることにおいて特徴付けられる、方法。
【請求項１１】
前記実温度（Ｔ）が、予め定められる期間（ｔｄ）において判断され、
前記期間（ｔｄ）は、少なくとも２秒であり、および/または、
前記制御可能な第１のスロットル装置（３９）は、前記期間（ｔｄ）中の前記実温度（Ｔ）が増大または減少すると、開閉を調整されることにおいて特徴付けられる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記公称温度（ＴＫ）についての許容範囲は、大きくても＋／−３Ｋであり、
前記実温度（Ｔ）は、前記許容範囲内にあるとき、前記制御可能な第１のスロットル装置（３９）を介して調整されることにおいて特徴付けられる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記実温度（Ｔ）が、一定期間の間、前記許容範囲内にある状態になるまで、前記圧縮機（３１）は供給される電力がある期間にわたって調整されることにおいて特徴付けられる、請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記冷却サイクル（４１）における前記冷媒の第１および第２の温度（ＴＶＥ、ＴＶＡ）は、
ａ）前記蒸発器（３５）の上流、および
ｂ）前記蒸発器（３５）の下流で判断され、
前記制御可能な第１のスロットル装置（３９）の調整は、前記冷却サイクル（４１）における前記蒸発器（３５）の上流の前記冷媒の第１の温度（ＴＶＥ）と前記冷却サイクル（４１）における前記蒸発器（３５）の下流の前記冷媒の第２の温度（ＴＶＡ）との差が０Ｋと５Ｋとの間にあるように行なわれることにおいて特徴付けられる、請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記冷却サイクル（４１）における前記冷媒の第１の温度（ＴＶＥ）は、前記蒸発器（３５）の上流で判断され、予め定められる最小温度（ＴＶＥｍｉｎ）を下回るとき、前記第１の温度（ＴＶＥ）は、少なくとも：
ｉ）前記圧縮機（３１）の供給量を下げる手段、
ｉｉ）前記冷却サイクル（４１）において前記凝縮器（３３）を回避するバイパス（４３）を開き、調整する手段、および
ｉｉｉ）前記圧縮冷却装置（３０）の前記冷却サイクル（４１）において冷媒の流量を増大するために前記制御可能な第１のスロットル装置（３９）を調整する手段のいずれか１つを介して前記最小温度（ＴＶＥｍｉｎ）に再び到達されることにおいて特徴付けられる、請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
温度に関する遮断値が前記許容範囲より上に規定され、
前記実温度（Ｔ）で前記遮断値に到達すると、前記圧縮機（３１）は供給される電力が下方に調整されるかもしくはスイッチを切られ、または前記制御可能な第１のスロットル装置（３９）を閉じる方向に作動させることにおいて特徴付けられる、請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
電子制御噴射弁（３９）が前記制御可能な第１のスロットル装置のために用いられることにおいて特徴付けられる、請求項１０〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記制御可能な第１のスロットル装置（３９）は、膨張要素として作用することにおいて特徴付けられる、請求項１に記載の実験用遠心機（２０）。
【請求項１９】
前記圧縮機（３１）は、周波数制御可能であることにおいて特徴付けられる、請求項３に記載の実験用遠心機（２０）。
【請求項２０】
前記バイパスは、制御可能な第２のスロットル装置（４５）を介して調整可能に構成されることにおいて特徴付けられる、請求項３に記載の実験用遠心機（２０）。
【請求項２１】
前記実験用遠心機は、前記期間（ｔｄ）における前記実温度（Ｔ）が上昇すると、前記制御可能な第１のスロットル装置（３９）を開き、前記期間（ｔｄ）における前記実温度（Ｔ）が下降すると、前記制御可能な第１のスロットル装置（３９）を閉めるように調整するように設けられることにおいて特徴付けられる、請求項５に記載の実験用遠心機（２０）。
【請求項２２】
前記調整機構は、前記制御可能な第１のスロットル装置（３９）も前記第１の粗い調整ステップにおいて制御することにおいて特徴付けられる、請求項７に記載の実験用遠心機（２０）。
【請求項２３】
前記期間（ｔｄ）は、少なくとも５秒であることにおいて特徴付けられる、請求項５に記載の実験用遠心機（２０）。
【請求項２４】
前記期間（ｔｄ）は、少なくとも１０秒であることにおいて特徴付けられる、請求項５に記載の実験用遠心機（２０）。
【請求項２５】
前記期間（ｔｄ）は、少なくとも５秒であることにおいて特徴付けられる、請求項１１に記載の方法。
【請求項２６】
前記期間（ｔｄ）は、少なくとも１０秒であることにおいて特徴付けられる、請求項１１に記載の方法。
【請求項２７】
前記公称温度（ＴＫ）についての許容範囲は、大きくても＋／−１．５Ｋであることにおいて特徴付けられる、請求項１２に記載の方法。
【請求項２８】
制御可能な圧縮機（３１）が用いられ、前記圧縮機（３１）は、前記実温度（Ｔ）が前記許容範囲を超えるかまたは下回るとき、前記実温度（Ｔ）が前記許容範囲内に戻るように制御されることにおいて特徴付けられる、請求項１２に記載の方法。
【請求項２９】
前記一定期間は、前記期間（ｔｄ）の６０倍であることにおいて特徴付けられる、請求項１３に記載の方法。
【請求項３０】
前記一定期間は、前記期間（ｔｄ）の２４倍であることにおいて特徴付けられる、請求項１３に記載の方法。
【請求項３１】
前記一定期間は、前記期間（ｔｄ）の１２倍であることにおいて特徴付けられる、請求項１３に記載の方法。
【請求項３２】
前記実温度（Ｔ）が、一定期間の間、前記許容範囲になるまでの期間にわたって前記圧縮機（３１）が調整された後、前記実温度（Ｔ）が前記許容範囲にあり前記実温度（Ｔ）が前記制御可能な前記第１のスロットル装置（３９）によって制御される間、前記圧縮機に供給される電力は一定に保持されるようにされることにおいて特徴付けられる、請求項１３に記載の方法。
【請求項３３】
前記制御可能な第１のスロットル装置（３９）の調整は、前記冷却サイクル（４１）における前記蒸発器（３５）の上流の前記冷媒の第１の温度（ＴＶＥ）と前記冷却サイクル（４１）における前記蒸発器（３５）の下流の前記冷媒の第２の温度（ＴＶＡ）との差が、０Ｋと３Ｋとの間であるように行なわれることにおいて特徴付けられる、請求項１４に記載の方法。
【請求項３４】
前記制御可能な第１のスロットル装置（３９）の調整は、前記冷却サイクル（４１）における前記蒸発器（３５）の上流の前記冷媒の第１の温度（ＴＶＥ）と前記冷却サイクル（４１）における前記蒸発器（３５）の下流の前記冷媒の第２の温度（ＴＶＡ）との差が、０Ｋと１Ｋとの間であるように行なわれることにおいて特徴付けられる、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、請求項１のプリアンブルに従う遠心機、ならびに請求項５に記載の遠心機の圧縮機冷却装置を制御および調整する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特に、非常に高速回転する実験用遠心機における遠心分離中においては、遠心機ボウルにおける遠心機ロータの回転中に空気摩擦および散逸される電力の導入を介して熱が生じる。遠心機ボウルは、遠心機にかけられる材料が出るのを防ぐために、蓋で閉じられているので、導入された熱は容易に散逸させることが可能ではなく、最終的に、遠心機にかけられている材料において温度における上昇を引起こす。
【０００３】
温度上昇は望ましくなく、なぜならば、それは遠心機にかけられるサンプルの破壊や無駄に至る場合があるからである。典型的には、サンプルは、規定された温度、たとえば適用例によって、摂氏４度、摂氏２２度または摂氏３７度の温度に維持されなければならない。したがって、遠心機にかけられる材料の温度の上昇を防ぐための手段が過去において既に取られており、典型的には間接的な冷却が用いられている。この間接的な冷却のため、ロータは、典型的には遠心機ボウルにおいて遠心機カバー下に囲まれ、冷却チャネルなどは設けられない。したがって、空気が遠心機ボウル内で循環するのみである。冷却は、ボウルの外側に沿って、またはボウルの壁部において流される、第２の媒体を介して与えられるのみである。したがって、典型的には、管および熱交換器を伴う圧縮機冷却装置が設けられ、それを介して特別な冷媒（冷却材とは異なり、なぜならば、冷却材は、たとえば自動車の冷却水サイクルにおいて流されるが、冷媒は、冷却サイクルを通過するとき、典型的には液体から気体への相変化を通過し、およびこの冷媒は、さらに、材料が周囲温度以下である温度に冷却されるよう温度制御することを容易にするからである）が、たとえば螺線状に遠心機ボウルと接触する、冷媒サイクルを形成する導管を通って流され、これはボウルの側壁および基部を意味し、熱を散逸させるためにボウルに沿って走る。このタイプの圧縮機冷却装置は、さらに、サンプル材料を雰囲気の温度より下の温度に冷却することを容易にする。
【０００４】
圧縮機冷却装置１は、典型的には、遠心機ボウル５のまわりを導管として走る蒸発器３、圧縮機７、凝縮器９、および膨張要素１１（図１参照）を含む。したがって、膨張要素１１は最も高い負荷、したがって遠心機ロータの最大速度の場合のために構成され（示されず）、膨張要素は（圧縮機が停止される際の冷媒サイクルの高圧側と低圧側との間における圧力均衡要素であり）、毛細管またはサーモスタット噴射弁１１として構成されることは既に公知である。
【０００５】
蒸発器３の後の圧力制御される温度検出１３との組合せにおいて、サーモスタットに制御される噴射弁（ＴＥＶ）１１は、冷媒を、冷却サイクル１５において、流量において、蒸発器入口ＶＥで、判断された温度の関数として自動的に増大するかまたは絞るために用いられる。したがって、噴射弁を作動させるために、サーモスタットに制御される噴射弁１１のばね１７上に直接伝導される正圧が生成されるよう、冷媒を蒸発器出口ＶＡで非常に加熱することが必要である。より正確には、特定の温度が蒸発器出口ＶＡで与えられる。ＴＥＶ１１のセンサ１３が蒸発器出口ＶＡに取付けられ、冷媒は蒸発器出口で与えられる。蒸発器出口ＶＡでの温度に基づいて、冷媒は対応の圧力を有し、それは、次いで、ＴＥＶ１１に影響を与え、ＴＥＶ１１が開くかまたは閉じるように、ばねの再設定力を打ち消す。
【０００６】
さらなる制御要素、たとえば周波数に制御される圧縮機７は、他の負荷の場合を、部分的であるが非精密に制御することを容易にする。
【０００７】
冷媒を過熱することが、サーモスタットに制御される噴射弁１１が機能するために必要であるので、蒸発器性能はその全体を用いることが可能ではなく、蒸発器表面の約９５％のみを用いることが可能である。必要とされる過熱のため、約７Ｋの温度差が蒸発器入口ＶＥと蒸発器出口ＶＡとの間に与えられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
遠心機におけるそのような公知の圧縮機冷却装置１の別の本質的な欠点は、圧縮機７は、かなり非精密に、およびある限界内でしかパワー制御することができず、圧縮機７は、さまざまな部分的な負荷の場合および低い負荷の場合においても完全にスイッチを切られなければならないかもしれない、という点である。
【０００９】
しかしながら、これは終始可能ではなく、なぜならば、圧縮機７は典型的には内部の油循環を保証するために最小の稼働時間を有するからである。逆もまた同じく、始動中の圧縮機７の駆動モータの増大した加熱、および高圧側と低圧側との間の必要とされる圧力均衡または圧力差低減のため、ある最小の遮断時間がそのような圧縮機７に対して与えられる。したがって、圧縮機７を介しての可制御性は、特に低パワー領域において厳しく制限される。
【００１０】
さらなる欠点は、圧縮機冷却装置１の圧縮機７の始動中または停止中に振動が発生される、ということである。振動は、遠心機の運転パラメータに影響を及ぼし、遠心機の停止後、ロータにおいて再混合速度を増大し、実験設備および遠心機に近くに配置される同様のものなどに影響を与える。最後に、圧縮機７を頻繁にオン／オフすることは、その耐用寿命を低減する。
【００１１】
したがって、この発明は、これらの欠点を克服または緩和することを目的とする。特に、圧縮機冷却装置を伴う遠心機は、単純で費用効果的な態様において構成され、高い制御品質および低い振動を有するものとする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的は、請求項１に記載の遠心機、および請求項５に記載の方法で達成される。有利な実施の形態は従属請求項において規定される。
【００１３】
この発明に従う遠心機は、特に実験用遠心機であり、それは、遠心機ボウル、ならびに冷却サイクル、蒸発器、圧縮機、および凝縮器を伴う圧縮機冷却装置を含み、冷却サイクルは、電子噴射弁として有利に構成される、冷媒の流量の制御のための少なくとも１つ制御可能なスロットル装置を含むことにおいて特徴付けられる。制御可能なスロットル装置は、さらに、圧縮機が停止されるときに冷却サイクルの高圧側と低圧側との間の圧力均衡化要素として動作することを有利に規定することが可能である。
【００１４】
制御可能、これは、外部において制御可能なスロットル装置を意味し、この発明によれば、冷媒の流量を制御する直接的な外部制御オプションがあるスロットル装置、したがって冷却サイクル外部から影響を受けることが可能である制御リンクである。制御は、さらに、ＴＥＶ１１を設けられるが、これは、しかしながら、冷却サイクル１５の外部からではなく、ＴＥＶ１１に直接影響を及ぼしＴＥＶ１１を調整するセンサ１３によって制御される。
【００１５】
有利には、この発明に従う制御オプションは電子的に与えられるが、しかしながら、さらに、油圧および／または空気圧制御オプションなども実現可能である。しかしながら、サーモスタットの噴射弁はこの発明に従って制御可能なスロットル装置ではなく、なぜならば、それらは直接的な外部制御を与えることが可能ではなく、要素は、温度に誘導された圧力上昇に応答してばねに抗して受動的に反応するからである。
【００１６】
遠心機の圧縮機冷却装置は冷却サイクルにおいて制御可能なスロットル装置を含むので、圧縮機冷却装置は、多くの負荷の場合について、圧縮機それ自体を制御する必要なく、直接制御されることが可能である。したがって、圧縮機冷却装置は、引起こす振動がはるかにより少なく、より長い耐用寿命を有する。加えて、冷媒を過熱することを促進することはもはや必要とされず、したがって、完全な蒸発器長さを用いることが可能である。これは蒸発器の伝熱面を増大し、より高い冷却能を促進し、冷却装置の全体的効率を改善する。これは、遠心機ボウルにおいて、より低い冷却温度を達成するのを助け、および／または所望の低い冷却温度をより高い遠心分離能力に対して達成することも可能である。さらに、遠心機ボウルにおける所望の温度をより迅速に達成することが可能である。他方、より低いパワーを伴う圧縮機を、蒸発器の予め定められる冷却能に対してさえ用いることが可能であり、それは、必要な設置空間を低減し、または周波数制御可能な圧縮機を、より低い周波数、したがってより低いパワーで動作させることが可能であり、それは、同じ冷却能に対して全体的なエネルギ要件を低減する。さらに、制御精度が増大され、所望の公称値からのより小さな偏差を達成するのを助ける。
【００１７】
有利な実施の形態においては、冷媒サイクルにおいて冷媒の温度を検出するための、および／または遠心機ボウルにおける温度を検出するための、少なくとも１つの装置が設けられる。有利には、遠心機ボウルにおける温度を検出するための装置、冷媒サイクルにおいて蒸発器の上流において蒸発器入口で冷媒の温度を検出するための装置、および蒸発器の後で温度を検出するための装置が設けられる。有利には、最後の温度測定装置は蒸発器出口に配置され、なぜならば、そうでなければ、温度は、蒸発器の最適利用が与えられないようにさらに蒸発器に向かって配置される位置における過熱のために非精密に測定されるのみかもしれないからである。したがって、はるかにより精密な制御を容易にすることが可能である。
【００１８】
「温度を検出するための装置」は、したがって、温度を判断することが可能である物理的パラメータを判断するすべての装置である。これらはたとえば圧力センサまたは温度センサであり、温度センサは、より費用効果的であり、したがって有利に用いられる。
【００１９】
有利には、圧縮機は、その供給量を調整するように制御可能であり、有利にはパワー制御可能であり、特に周波数制御可能であり、それは、グリッド周波数に対して増大される周波数で圧縮機冷却装置の始動を通して所望の温度に到達するための修正時間を実質的に低減する。
【００２０】
代替的に、またはそれに加えて、バイパスを、冷却サイクルにおいて、凝縮器にブリッジするために設けることが可能であり、バイパスは特に制御可能に構成される。制御可能なスロットル装置をこの調整に対して用いることも可能である。
【００２１】
この発明に従う制御可能なスロットル装置は、継続的に制御可能な絞り弁および不連続的に制御可能な絞り弁として形成することが可能である。
【００２２】
特に、オプションの制御要素は、継続的に可変なスロットル装置、継続的に可変な供給流量を伴う圧縮機、継続的に可変なバイパス弁として構成されるとき、全負荷スペクトルは、パワー急上昇なしで、非常に効率的で迅速に応答する態様においてカバーされることが可能である。
【００２３】
調整装置は、特に有利なのは、特にプログラマブルな電子機器（例えばマイクロコントローラ）として構成され、それらは、検出された温度の少なくとも１つを入力変数として用い、要素の制御可能なスロットル装置、制御可能なバイパスおよび制御可能な圧縮機の少なくとも１つを制御および調整し、なぜならば、特に効果的な制御および調整ルーチンを次いで用いることが可能であるからである。
【００２４】
独立した特許権保護が、この発明に従う、遠心機ボウルを伴う遠心機の圧縮機冷却装置を制御および／または調整するための方法に対して主張され、圧縮機冷却装置は、冷却サイクル、蒸発器、圧縮機および凝縮器を含み、制御可能なスロットル装置は、圧縮機冷却装置の冷却サイクルにおいて冷媒の流量を調整するために用いられることにおいて特徴付けられる。したがって、有利には、この発明に従う遠心機はこの方法に対して用いられる。
【００２５】
有利な実施の形態においては、遠心機の遠心機ボウルの公称温度が予め定められ、遠心機の遠心機ボウルの実温度が判断される。この前後関係では、有利には、実温度の傾向は、温度変化に対してより迅速に応答できるように、および公称値の付近での偏差を最小限にするために、予め定められる傾向期間に対して判断される。有利には、傾向期間は、少なくとも２秒、有利には少なくとも５秒、特に少なくとも１０秒である。他方、それからの有利な偏差を設けることも可能であり、それらは、全体的な遠心機システムのサイズおよびパワーの関数である。
【００２６】
予め定められる公称温度についての許容範囲が規定され、それは大きくても＋／−５Ｋであり、有利には大きくても＋／−３Ｋであり、特に＋／−１．５Ｋである。次いで、制御が著しく改善され得るのは、次いで、実温度が規定された許容範囲内にあるときに実温度が制御可能なスロットル装置によってしか調整されないときである。この調整は特に感度がよい。許容範囲「内」は、この前後関係においては、許容範囲の境界における温度が含まれることを意味する。さらに、制御が改善され得るのは、実温度が許容範囲内にないときに実温度が圧縮機を介してしか制御されないときである。
【００２７】
制御可能な圧縮機は許容範囲外で（粗い制御）を制御することに対して用いられることが有利に規定される。許容範囲を出ると、圧縮機は、実温度が許容範囲内に戻るように、遠心機ボウルにおいて測定された実温度によって調整される。
【００２８】
粗い調整および微細な調整（以下参照）を組合わせるこの方法を介して、圧縮機のパワーは特に有利に用いられ、低い負荷範囲において、特に、さらに、高い内側ボウル温度に対して、圧縮機のスイッチを切り、および再び戻すことは、実質的に防がれ、なぜならば、圧縮機は、本質的に、実温度が許容範囲に到達するまで実温度を調整することに対して用いられるのみであるからである。
【００２９】
特に有利には、制御可能なスロットル装置は、圧縮機冷却装置が始動されると、経験的に判断された冷媒の流量に設定され、実温度は、圧縮機を介して、予め定められる許容範囲内へと下げられる。有利には、少なくとも冷却プロセスの開始において、対応の遠心機に対して最適として判断される制御可能なスロットル装置の位置は、最大の冷却に対して用いられ、有利には、後で、最適の蒸発器充填に対して、ある位置に調節されるものとする。この前後関係では、実温度が、経験的に判断された期間の間、有利には傾向期間の何倍か、有利には４０倍、より有利には２６倍、最も有利には１２倍、たとえば少なくとも２分の間、許容範囲内にある状態になるまで、圧縮機はある期間の間のみ調整され、その後、実温度が許容範囲にあり、制御可能なスロットル装置を介して公称温度に調整される限り、圧縮機のパワーは一定に保たれることが特に規定されることは特に有利である。したがって、圧縮機冷却装置を始動すると、粗い制御のみが第１のステップにおいて圧縮機を介して与えられ、微細な調整が、その後、制御可能なスロットル装置を介して一定の圧縮機のパワーで実行されることが保証される。
【００３０】
あるパラメータが、冷却時間、したがって公称温度への冷却が実行される時間に関して与えられる場合、さらに、圧縮機のパワーおよび／または冷媒の流量は、したがって、制御可能なスロットル装置を介して制御することが可能である。しかしながら、さらに、既に粗い調整中において、したがって同時に、制御可能な圧縮機および制御可能なスロットル装置を介して、微細な調整を開始することも実現可能である。
【００３１】
さらに、公称温度または許容範囲より上の早期の遮断値を与えることが可能である。したがって、このタイプの調整プロセスが現在の実温度値を正の温度範囲から公称の温度値に向かって迅速に収束させる現象が考慮に入れられる。可能な限り、負の温度に向かって狭い許容範囲を超えないようにするために、早期の遮断値が導入され、これは、許容範囲の中間に有利に配置される実際の公称値が実温度値によって到達される前に、圧縮機はたとえば既に下方に調整されるかもしくはスイッチを切られるか、または制御可能なスロットル装置を閉じる方向に作動させることを意味する。これはシステムの慣性に抗する反対の調整である。
【００３２】
冷媒の温度が、冷却サイクルにおいて、蒸発器の上流の一方側において、有利には蒸発器出口で、および蒸発器の下流の他方側において、有利には蒸発器出口で、判断され、制御可能なスロットル装置の調整は、冷却サイクルにおける蒸発器の上流の冷媒の温度と冷却サイクルにおける蒸発器の下流の冷媒の温度との差が０Ｋと５Ｋとの間、有利には０Ｋと３Ｋとの間、特に０Ｋと１Ｋとの間にあるように行なわれるとき、さらに有利である。記載された範囲限界はしたがって許容可能な値である。したがって、蒸発器は特に効果的な態様において用いられ、なぜならば、大きな熱を与えるために先行の解決策において必要とされる約７Ｋの温度差はもはや必要とされないからである。同時に、液体冷媒を伴う蒸発器の流通およびしたがって液体の遮断状態が防がれる。０Ｋより大きい差が調整されるとき、冷媒は完全に蒸発することが保証され、なぜならば、小量の過熱が与えられるという点で正の差が生じるからである。
【００３３】
さらに、冷却サイクルにおける冷媒の温度が蒸発器の上流で判断されるとき、特に有利であり、予め定められる温度を下回るとき、この予め定められる温度は、少なくとも：ｉ）圧縮機の供給量を低減する手段、ｉｉ）冷却サイクルにおいて凝縮器を回避するバイパスを開き、調整する手段、およびｉｉｉ）圧縮機冷却装置の冷却サイクルにおいて冷媒の流量を増大するために調整可能なスロットル装置を制御する手段の１つを介して再び到達される。予め定められる温度は、用いられる冷媒および蒸発器入口と圧縮機入口との間の幾何学的条件の関数であり、たとえば摂氏−１８度である。これは、圧縮機が真空範囲に入り、オイル戻が失敗することを効果的に防ぐ。したがって、変形ｉｉｉ）において、予め定められる温度を下回るとき、スロットル装置は再び開かれなければならない。
【００３４】
代替的に、または加えて、以下の特徴を遠心機の振動のさらなる低減に対して用いることが可能である：
−有利に低い重心を有する、および／または大きな配置表面を必要とする、水平の主軸を伴う圧縮機の使用
−往復動ピストン圧縮機のように最小速度を有利に必要としない、および／または周波数インバータで下方に向かって停止へと調整することが可能である、回転する圧縮機の使用。加えて、振動する質量が省略されるという利点がある
−遠心機の枠に対して特に鉛直に設置された圧縮機の弾性支持の使用であり、その支持は、圧縮機の重心より上に有利に配置される。
【００３５】
独立した保護が、先に記載された特徴を有する圧縮機を伴う遠心機の実施の形態に対する圧縮機冷却装置の構成にかかわらず主張される。
【００３６】
この発明の特徴は、そうではないと述べられない限り、すべて互いと所望のように組合わせ可能である。
【００３７】
この発明の特徴および利点は、続いて、図面を参照して、実施の形態に基づく、より多くの詳細において記載される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】公知の圧縮機冷却装置のブロック図を示す。
【図２】この発明に従う遠心機を上面図で示す。
【図３】この発明に従う遠心機の圧縮機冷却装置のブロック図を示す。
【図４】この発明に従う方法に従う制御のブロック図を示す。
【図５】一方は、ＴＥＶを伴う公知の圧縮機冷却装置を伴い、他方は、ＥＥＶを伴うこの発明に従う圧縮機冷却装置を伴う、２つの遠心機の最大冷却能の比較を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
図２は、この発明に従う遠心機２０の斜視図を概略的に示す。遠心機は実験用遠心機２０として構成され、圧縮機２７を伴う圧縮機冷却装置２５のためのカバー（図示せず）を伴うハウジング２１、遠心機ボウル３７およびロータ２８のための蓋２３、ならびに基板２９を含む。
【００４０】
図１および図３は、公知の圧縮機冷却装置１を超える、この発明に従う圧縮機冷却装置３０の相違を図示する。
【００４１】
さらに、この発明に従う圧縮機冷却装置３０は、周波数制御可能な圧縮機３１、凝縮器３３、遠心機ボウル３７のまわりの間接的な冷却のために配置される蒸発器３５、および膨張要素３９を含む。
【００４２】
図１において図示される公知の圧縮機冷却装置１は、蒸発器３の出口ＶＡでセンサ１３と接続される圧力導入口１７を含む膨張要素１１として構成されるサーモスタット噴射弁（ＴＥＶ）を含む。過熱に達すると、正圧がセンサ１３において蒸発器出口ＶＡで発生され、正圧はＴＥＶ１１のばねの圧力に抗して作用し、したがってＴＥＶ１１を開く。したがって、ＴＥＶ１１は受動的な調整の要素であるのみであり、なぜならば、外部可制御性はたとえば電子機器を介して与えられないからであり、したがって、蒸発器は、与えられなければならない過熱のため、その全体を用いることは可能ではない。
【００４３】
それとは逆に、図３において図示される圧縮機冷却装置３０は、ＴＥＶの代りに、電子噴射弁（ＥＥＶ）３９として構成される制御可能なスロットル装置３９を含む。さらに、冷却サイクル４１は、凝縮器３３にブリッジするためにバイパス４３を有する。バイパス４３は、さらに、電子噴射弁４５を設けられる。代替的に、さらに、別個の制御要素を、継続的に調節可能な制御要素３９および４５の代りに設けることが可能である。
【００４４】
さらに、３つの装置４７、４９、５１が、蒸発器３５の上流の温度ＴＶＥを検出するために、蒸発器３５の出口ＶＡで温度ＴＶＡを検出するために、および遠心機ボウル３７において温度Ｔを検出するために、設けられる。
【００４５】
図４は、この発明に従う方法に従う制御を概略的に図示する。
オペレータによって遠心機ボウルに対して予め定められた公称温度ＴＫを考慮する調整装置６０が用いられることは明らかである。蒸発器３５において、温度ＴＶＥは入口ＶＥで検出され、温度ＴＶＡは出口ＶＡで検出され、調整装置６０に与えられる。さらに、実温度Ｔがボウル３７で検出され、調整装置６０に与えられる。実温度Ｔの温度展開の傾向は、この発明に従って構成された遠心機２０に対して、１０秒の経験的に判断された傾向期間ｔｄにわたって判断されるが、より長い期間、およびより短い期間も、実現可能である。さらに、＋／−１．５Ｋの許容範囲が、遠心機ボウル３７に対する公称温度ＴＫに対して規定される。調整装置６０はＥＥＶ３９、圧縮機３１および任意でバイパス４５を制御する。
【００４６】
圧縮機冷却装置３０の制御および調整は以下のように与えられる。
遠心機２０の冷却装置３０を始動するとき、ＥＥＶ３９は、経験的に判断された冷媒の流量に調節され、実温度Ｔは、圧縮機３１の速度を制御することを介して予め定められる許容範囲まで下げられる。圧縮機３１の速度はしたがって最大に保持されるか、または公称温度ＴＫへの予め定められる冷却時間が所望される場合は、圧縮機は対応の速度で保持される。加えて、圧縮機冷却装置３０の慣性を考慮するために早期の遮断時間を用いることが可能であり、および／または圧縮機３１の速度は、粗い調整中において、経験的に判断された関数を介して下げられる。
【００４７】
有利には、少なくとも冷却プロセスの開始において、対応の遠心機２０に対して最適として判断される制御可能な絞り装置３９の位置は、最大の冷却に対して用いられ、任意で、後で、最適の蒸発器充填に対して、ある位置に更新されるものとする。
【００４８】
ボウル３７における実温度Ｔが予め定められる期間（例えば１分）の間許容範囲にとどまるまで、圧縮機速度を介する粗い調整が実行される。したがって、実温度Ｔが公称温度ＴＫを下回るとき、圧縮機３１のパワーは、したがって実温度Ｔがもう一度公称温度ＴＫに達するか、それを超えるまで、周波数を低減することによって低減される。公称温度ＴＫを超える場合、圧縮機３１の周波数は再び増大される。この反復プロセスは、公称温度Ｔがたとえば少なくとも１分のタイムスパンの間公称温度ＴＫの許容範囲内にとどまるまで継続され、これは少なくとも６つの傾向期間ｔｄの間を意味する。
【００４９】
その後、したがって実温度が許容範囲にあり、公称温度が制御可能なスロットル装置３９を介して調整される限り、圧縮機速度は一定に保たれる。
【００５０】
その後、圧縮機冷却装置２０を始動すると、第１のステップが粗い調整を圧縮機３１を介して排他的に与え、その後、制御可能なスロットル装置３９を介する一定の圧縮機速度での微細な調整が与えられることが保証される。
【００５１】
制御可能なスロットル装置３９をセンター位置に調節し、圧縮機３１の速度を、それに従って、粗い調整中において、または粗い調整と微細な調整との間において、適合させて、スロットル装置３９の調整能力を微細な調整中において最適の態様で用いることができるようにすることを規定することが可能である。しかしながら、微細な調整中において、したがって実温度Ｔが許容範囲内にある期間においては、圧縮機３１の能力において変化が与えられないことが重要である。
【００５２】
後の微細な調整中において、冷却能は、ＥＥＶ３９単独を介して調整されるのみである。したがって、調整は傾向に従って実行され、これは、傾向期間ｔｄにおける実温度の傾向が減少するとき、ＥＥＶ３９が下方に調整されることを意味し、したがって、冷媒の流量は低減される。傾向が増大する場合、電子噴射弁３９は、より多くの冷媒が蒸発器３５に与えられるように、上方に調整される。
【００５３】
しかしながら、この発明は、粗い調整（圧縮機だけを介する調整）および微細な調整（スロットル装置だけを介する調整）が互いから独立して実行されることに限定されない。重複、したがって圧縮機およびスロットル装置の同時の調整が生じることを規定することも可能である。
【００５４】
加えて、蒸発器３５の入口ＶＥでの温度ＴＶＥの予め定められる下限値ＴＶＥｍｉｎが監視され、温度ＴＶＥｍｉｎを下回るとき、判断された温度ＴＶＥが再び予め定められる温度ＴＶＥｍｉｎより大きくなるまで、ＥＥＶ３９はさらに開かれる。これは、圧縮機３１が真空範囲に入る防ぐことを防ぐ。
【００５５】
加えて温度ＴＶＡ−ＴＶＥの差が、継続的に監視される。この差は、一方では蒸発器３５への負荷を最大限にするために、およびそうでなければその液体冷媒が圧縮機３１に達するのを防ぐために、０Ｋおよび１Ｋの範囲にあるべきである。この差ＴＶＡ−ＴＶＥを下回る場合、ＥＥＶ３９はさらに閉じられ、および／または、圧縮機周波数が低減される。
【００５６】
この発明に従う方法は蒸発器の最大利用を容易にする。したがって、蒸発器の冷却能を増大させることが可能であり、この発明に従う遠心機２０の場合では、したがって遠心機のロータのパワーを増大することを容易にする公知の圧縮機冷却装置と比較して、約５％より多い熱が散逸される。極値では、ロータを介する熱発生における５％の増大が許容可能であり、ロータは、したがって、遠心分離力を高める、より高速の速度範囲において動作することが可能である。
【００５７】
図５はこの発明に従う方法との組合せにおいてこの発明に従う遠心機２０の有利な動作を図示し、それは単純化目的のために与えられ、圧縮機周波数は全稼働時間にわたって一定（最大）のままであり、スロットル装置で制御された。実温度Ｔの曲線のグラフ表現から、ボウル空気の温度の調整はこの発明に従ってはるかにより継続的に実行されること、およびより低い終端温度を用いることが可能であることが明らかである。
【００５８】
冷却能に関して記載された利点に加えて、サンプルは、特定の温度ではるかにより精密に保持することが可能であり、それは、特に、敏感なサンプルまたは問題になる温度影響に対して、非常に有利である。
【００５９】
全体として、この発明は以下の利点を有することが十分に理解される：
−遠心機のロータキャビティ／蒸発器のより効率的な利用
−遠心機のより多くのエネルギ効率的な機能
−より低パワーの圧縮機を用いるオプション、またはより低い電力引込みおよびしたがって省エネルギを与える、予め定められる冷却能を得るために、圧縮機をより低い周波数で駆動することが可能である
−圧縮機は、始動頻度がより少なく、送電網における負荷ピークおよび消費を最小限にする
−圧縮機を、最適の動作点で、より頻繁に、より低速度で動作させることが可能であり、それは動作音を低減する
−高圧側と低圧側との間の制御された圧力平衡のオプションは、圧縮機の始動電流を低減する。ＥＥＶを圧縮機の停止中に開いて、高圧側と低圧側との間の圧力均衡を加速して、負荷範囲においてより高い制御品質に達することが可能である
−ロータボウルにおける温度、およびしたがってサンプル温度の、より精密な調整。
【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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