(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータを収容するロータ室内の温度を検出し、この検出したロータ室内の温度と設定温度とを比較し、ロータ室内の温度が設定温度を超えている場合に冷凍機を作動させ、ロータ室内の温度を下げる温度制御手段を備えた冷却遠心分離機において、
前記ロータの種類を検出するロータセンサと、
前記冷却遠心分離機の機種毎にその機種で使用できるロータについて定められたそのロータの加速後の定常回転数とされる第１の設定回転数よりも低い第２の設定回転数を記憶するメモリと、
前記ロータセンサにより検出されたロータの種類に応じた第２の設定回転数を前記メモリより読み出す手段と、
前記ロータの回転数が前記第１の設定回転数に達するまでの加速中、前記メモリから読み出された前記ロータの種類に応じた第２の設定回転数から前記第１の設定回転数までの区間について、前記冷凍機の作動を禁止する冷凍機作動禁止手段と
を備えたことを特徴とする冷却遠心分離機。
【請求項２】
請求項１に記載された冷却遠心分離機において、前記第２の設定回転数は、その回転数を得るために必要なモータ駆動電流と前記冷凍機の電流との合計が所定電流値以内に収まる最高の回転数とされていることを特徴とする冷却遠心分離機。
【請求項３】
請求項２に記載された冷却遠心分離機において、前記所定電流値が１５Ａとされていることを特徴とする冷却遠心分離機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、１００Ｖ１５Ａの条件内で使用することの可能な冷却遠心分離機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
冷却遠心分離機は、遠心処理する試料を装着したロータが高速で回転したときの発生する空気との摩擦熱で試料が熱変性しないように、ロータを収容するロータ室内の温度が設定温度以上になったときに冷凍機を作動させてロータ室内を冷却し試料の熱変性を防止することを目的として設計されている。
すなわち、冷却遠心分離機は、ロータ室内の温度を検出し、この検出したロータ室内の温度と設定温度とを比較し、ロータ室内の温度が設定温度を超えている場合に冷凍機を作動させ、ロータ室内の温度を下げる温度制御回路を備えている。
【０００３】
従来の冷却遠心分離機では、ロータの回転をスタートさせると、これと同時に冷凍機の制御回路も作動する。ロータが回転し始めると、ロータと空気との摩擦により温度上昇が始まり、ロータ室内の温度が設定温度を超えれば冷凍機が作動し、ロータ室内を冷却する。
通常、ロータ室内の温度は冷却遠心分離機のロータ室の蓋を開閉することでほゞ室温に近く上昇してしまい、通常設定される設定温度（４〜１０℃）を超えてしまっている。このため、ロータが回転指令を受けるとほゞ同時に冷凍機の電源も通電され、冷却を開始する。すなわち、通常、冷凍機はロータの加速中に作動する。
【０００４】
一方、冷却遠心分離機には、高速性能が要求されている。また、使用者（生化学分野の研究者など）は実験時間の短縮を希望しており、そのために加速時間（設定回転数に達するまでの加速時間）の短縮も要求されている。急加速を行えば、駆動源であるモータは大きな出力を要求されるため、当然ながら加速時のモータ駆動電流（加速電流）は大きくなる。この加速電流は回転数が高くなればほゞ比例して大きくなる。そして、時間の経過と共にロータの回転数が設定回転数に達すれば、すなわち加速期間が過ぎて定常回転数になれば、モータ駆動電流は加速時の最大電流値の約１／２〜１／３になる。特に、近年高速モータの技術が進歩し、インバータ制御のインダクションモータが使用されるようになって、この傾向は顕著になっている。
【０００５】
ここで、この冷却遠心分離機への電源容量は、ロータの加速中に冷凍機が作動した場合を想定して決定される。すなわち、ロータの加速中に冷凍機が作動すると、冷凍機の始動時には大きな電流が流れるので、加速電流にこの電流がプラスされ、そのときの電源電流は瞬時に過大となる。この場合の最大電流を想定し、この最大電流を確保し得る値として、冷却遠心分離機への電源容量を決定する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の冷却遠心分離機が必要とする電源容量は１００Ｖ１５Ａ（日本において壁などに設置される通常の電源コンセントの容量）を上回っており、要求される電源容量をもった電源設備を準備しなければならない。この電源設備は設置者（冷却遠心分離機の使用者）が準備していた。この１００Ｖ１５Ａを上回る電源設備は、特別に設置しなければならず、高価な設備費用を要する。特に、２００Ｖの電源や三相電源は、新たに設置する場合は高額となる。また、使用者が冷却遠心分離機の設置場所を変更しようとしたとき、電源設備も移動しなければならず、このため設置場所の変更を思いどおり行うことができないといいう問題も生じていた。
【０００７】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、特別な電源設備を必要とせず、通常の１００Ｖ１５Ａの電源容量で使用することの可能な、高性能の冷却遠心分離機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、この発明は、ロータを収容するロータ室内の温度を検出し、この検出したロータ室内の温度と設定温度とを比較し、ロータ室内の温度が設定温度を超えている場合に冷凍機を作動させ、ロータ室内の温度を下げる温度制御手段を備えた冷却遠心分離機において、ロータの種類を検出するロータセンサと、冷却遠心分離機の機種毎にその機種で使用できるロータについて定められたそのロータの加速後の定常回転数とされる第１の設定回転数よりも低い第２の設定回転数を記憶するメモリと、ロータセンサにより検出されたロータの種類に応じた第２の設定回転数をメモリより読み出す手段と、ロータの回転数が第１の設定回転数に達するまでの加速中、メモリから読み出されたそのロータの種類に応じた第２の設定回転数から第１の設定回転数までの区間について、冷凍機の作動を禁止する冷凍機作動禁止手段とを設けたものである。
この発明によれば、ロータの回転数が第１の設定回転数（定常回転数）に達するまでの加速中、そのロータの種類に応じた第２の設定回転数（定常回転数よりも低い所定の回転数）から第１の設定回転数（定常回転数）までの区間において、ロータ室内の温度が設定温度を超えたとしても冷凍機は作動されない。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施の形態に基づき詳細に説明する。
〔原理〕
実施の形態の説明に入る前に本発明の原理について説明する。本発明では、図１に示すように、加速後の定常回転数とされる設定回転数（第１の設定回転数）Ｎ１に対して、この回転数Ｎ１よりも低い所定の回転数（第２の設定回転数）Ｎ２を定める。第２の設定回転数Ｎ２は、その回転数Ｎ２を得るために必要なモータ駆動電流と冷凍機の電流との合計が１５Ａ以内に収まる最高の回転数とする。図１に示すＩはモータ駆動電流の変化を示し、Ｎはロータの回転数の変化を示す。なお、冷凍機の駆動電流は、モータの加速特性には関係しないで一定の消費パターンをとることが分かっている。
【００１０】
そして、ロータの回転数Ｎが第１の設定回転数Ｎ１に達するまでの加速中、第１の設定回転数Ｎ１から第２の設定回転数Ｎ２までの区間について、冷凍機の作動を禁止する。すなわち、ロータの回転がスタートしてからその回転数Ｎが第２の回転数Ｎ２に達するまでの区間は冷凍機の作動を許可し、第２の回転数Ｎ２から第１の回転数Ｎ１に達するまでの区間は冷凍機の作動を禁止し、第１の回転数Ｎ１に達した以降は冷凍機の作動を許可する。
【００１１】
これにより、ロータの加速中に冷凍機が作動したとしても、電源電流は１５Ａを超えることがなく、通常の１００Ｖ１５Ａの電源容量で使用することが可能となる。このため、特別な電源設備を必要とせず、電源設備の設備投資が不要となる。また、通常の１００Ｖ１５Ａのコンセントで使用することができるので、使用者が冷却遠心分離機を任意な場所に移動することができ、設置場所の変更を思いどおり行うことができるようになる。また、最大電流の流れる加速時に冷凍機の電流を制御することができるので、冷凍機の電流の分モータの加速特性を強くすることができる。
【００１２】
図１において、第２の設定回転数Ｎ２は、ロータ毎に空気摩擦が異なり、またロータの質量による熱容量によっても異なり、かつモータの加速特性によって加速にどれだけ時間がかかるかによっても異なってくる。そこで、冷却遠心分離機の機種毎にその機種で使用できる全てのロータについて第２の設定回転数Ｎ２を実験的に求めておき、ロータ室内に収容されるロータの種類に応じた第２の設定回転数Ｎ２を使用する。これにより、冷却遠心分離機を１００Ｖ１５Ａの条件内で使用できるロータの種類を増やすことができるようになり、自由度が拡がる。
【００１３】
なお、ロータの加速中には冷凍機を作動させないという方式が考えられるが、この方式ではロータ加速中のロータ室内の温度上昇を抑えることができない。これに対して、本発明では、加速中に第２の設定回転数Ｎ２まで冷凍機を作動させることができるので、ロータ室内の温度上昇を抑えることができる。
【００１４】
〔実施の形態〕
図２はこの発明の一実施の形態を示す冷却遠心分離機のブロック図である。同図において、１はロータ室内（図示せず）の温度Ｔpvを検出する温度センサ、２はロータ室内に収容されたロータ（図示せず）の回転数Ｎを検出する回転センサ、３はロータ室内に収容されたロータの種類を検出するロータセンサ、４，５，６は増幅器、７は温度設定用電源、８はダイオード、９は冷凍機、１０は冷凍機制御リレー、１１は冷凍機制御リレー１０のリレー接点である。
【００１５】
また、１２は増幅器４を介して入力される温度センサ１からのロータ室内温度Ｔpvとダイオード８を介して入力される温度設定用電源７からの設定温度Ｔspとを比較し、ロータ室内温度Ｔpvが設定温度Ｔspを超えた場合に増幅器６を介して冷凍機制御リレー１０に駆動指令を送る比較回路、１３はＣＰＵ、１４はＲＯＭ、１５はＲＡＭ、１６は出力インターフェイスである。
【００１６】
この実施の形態では、冷却遠心分離機の機種毎にその機種で使用できる全てのロータについて第２の設定回転数Ｎ２を実験的に求めておき、これをＲＯＭ１４に書き込んでいる。また、第１の設定回転数Ｎ１についても、ＲＯＭ１４あるいはＲＡＭ１５に書き込んである。また、ＣＰＵ１３は、回転センサ２が検出するロータの回転数Ｎおよびロータセンサ３が検出するロータ室内に収容されたロータの種類を入力とし、ＲＯＭ１４およびＲＡＭ１５にアクセスしながら所定の処理動作を行う。
【００１７】
図３はこの冷却遠心分離機における特徴的な動作を説明するためのフローチャートである。
【００１８】
今、この冷却遠心分離機に電源が投入されたとする。すると、比較回路１２がロータ室内温度Ｔpvと設定温度Ｔspとを比較し（ステップ３０１）、ロータ室内温度Ｔpvが設定温度Ｔspよりも高ければ（Ｔsp＜Ｔpv）、増幅器６を介して冷凍機制御リレー１０へ駆動指令を送る。ここで、ＣＰＵ１３は、回転センサ２からのロータの回転数Ｎに基づいてロータが回転しているか否かをチェックする（ステップ３０２）。この場合、まだ電源を投入しただけでロータの回転をスタートさせていないので、ロータは回転していない（停止中）と判断される。
【００１９】
ＣＰＵ１３は、ステップ３０２でロータが停止中であれば、出力インターフェイス１６を介して冷凍機制御リレー１０へ冷凍機駆動許可指令を送る。これにより、比較回路１２からの駆動指令が有効とされ、冷凍機制御リレー１０はそのリレー接点１１をオンとする。これにより、冷凍機９へ電源が供給され、冷凍機９が作動する（ステップ３０３）。この冷凍機９の作動によって、ロータ室内が冷却され、ロータ室内温度Ｔpvが設定温度Ｔsp以下となると（Ｔsp≧Ｔpv）、ステップ３０１の「ＮＯ」に応じて比較回路１２より冷凍機制御リレー１０へ駆動停止指令が出され、リレー接点１１がオフとされて、冷凍機９が停止する（ステップ３０４）。
【００２０】
これにより、ロータ室内の予備冷却（試料が許容する温度以下で且つ試料が凍結しない温度に冷やしておく）が行われる。ロータは通常アルミニウムやステンレススチールなど金属で製作されており、ある容積をもっているのでその熱容量は大きい。したがって、一度目的とする温度に冷やされておれば、ロータが設定回転数Ｎ１に到達するまでの加速時間のような短時間の間には、空気摩擦で発熱しても試料に有害な温度にまでロータ室内温度は上昇しない。
【００２１】
しかし、予備冷却中、ロータ室の蓋を開閉するなどすると、ロータの回転をスタートさせたときにロータ室内温度が十分に冷えていない場合がある。この場合、ロータの加速中、ロータ室内温度Ｔpvが設定温度Ｔspを超え（Ｔsp＜Ｔpv）。、比較回路１２から増幅器６を介して冷凍機制御リレー１０へ駆動指令が送られることがある。この場合、ＣＰＵ１３は、ロータが回転していることを確認し（ステップ３０２のＹＥＳ）、加速中であることを確認のうえ（ステップ３０５のＮＯ）、ステップ３０６へ進む。
【００２２】
ステップ３０６において、ＣＰＵ１３は、ロータセンサ３からのロータの種類に応じた当該機種の第２の設定回転数Ｎ２を読み出し、この第２の設定回転数Ｎ２とロータの実回転数Ｎとを比較する。ここで、Ｎ≦Ｎ２であれば、冷凍機作動禁止区間ではないと判断し、出力インターフェイス１６を介して冷凍機制御リレー１０へ冷凍機駆動許可指令を送る。これにより、比較回路１２からの駆動指令が有効とされ、冷凍機９が作動する（ステップ３０７）。
【００２３】
これに対して、Ｎ＞Ｎ２であれば、冷凍機作動禁止区間にあると判断し、出力インターフェイス１６を介して冷凍機制御リレー１０へ冷凍機駆動禁止指令を送る。これにより、比較回路１２からの駆動指令が無効とされ、冷凍機９は作動しない。
【００２４】
ロータの回転数Ｎが第１の設定回転数Ｎ１に達し、定常回転とされていれば、ロータの回転数に関係なく冷凍機９の作動が許可される（ステップ３０５，３０６）。このときのモータ駆動電流Ｉは小さく、冷凍機９が作動しても、その電源電流は１５Ａを超えることがない。
【００２６】
また、この実施の形態において、図１はロータの加速特性が遅い場合を示している。ロータをゆっくり加速させることによって、モータ駆動電流Ｉは小さくて済み、第２の設定回転数Ｎ２を高くすることができる。ロータの加速特性が速い場合にも同様にして適用することができる。この場合、第２の設定回転数Ｎ２が低くなり、冷凍機作動禁止区間が拡がる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように本発明によれば、ロータの回転数が第１の設定回転数（定常回転数）に達するまでの加速中、そのロータの種類に応じた第２の設定回転数（定常回転数よりも低い所定の回転数）から第１の設定回転数（定常回転数）までの区間において、ロータ室内の温度が設定温度を超えたとしても冷凍機は作動されることがないので、第２の設定回転数をその回転数を得るために必要なモータ駆動電流と冷凍機の電流との合計が１５Ａ以内に収まる最高の回転数とすることにより、特別な電源設備を必要とせず、高性能の冷却遠心分離機を通常の１００Ｖ１５Ａの電源容量で使用することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１はこの発明の基本原理を説明するための図である。
【図２】  この発明の一実施の形態を示す冷却遠心分離機のブロック図である。
【図３】  この冷却遠心分離機における特徴的な動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１…温度センサ、２…回転センサ、３…ロータセンサ、４，５，６…増幅器、７…温度設定用電源、８…ダイオード、９…冷凍機、１０…冷凍機制御リレー、１１…リレー接点、１２…比較回路、１３…ＣＰＵ、１４…ＲＯＭ、１５…ＲＡＭ、１６…出力インターフェイス。
【図１】
0003863285.tif 000002
【図２】
0003863285.tif 000003
【図３】
0003863285.tif 000004