多系統冷却装置及びその給水設定方法
【課題】 必要な流量及び水圧を確保しつつ全体の電力消費低減により省エネルギ性を高めるとともに、全体のコストダウン及び小型化を実現する。
【解決手段】 冷却液タンク２からメイン圧送ポンプ６により共有送水ラインＬｏに送出された冷却水Ｗを少なくとも二系統に分岐し、一方の冷却水Ｗをメイン給水系統３のメイン送水ラインＬｍを通して被冷却物Ｍに供給し、かつ他方の冷却水Ｗをサブ圧送ポンプ８により送出することによりサブ給水系統４のサブ送水ラインＬｓを通して被冷却物Ｍに供給するとともに、サブ送水ラインＬｓとメイン送水ラインＬｍ間に接続した流量設定回路９によりサブ送水ラインＬｓの流量を設定し、また、メイン送水ラインＬｍと冷却液タンク２間に接続した水圧設定回路１０によりメイン送水ラインＬｍの水圧を設定する。
【解決手段】 冷却液タンク２からメイン圧送ポンプ６により共有送水ラインＬｏに送出された冷却水Ｗを少なくとも二系統に分岐し、一方の冷却水Ｗをメイン給水系統３のメイン送水ラインＬｍを通して被冷却物Ｍに供給し、かつ他方の冷却水Ｗをサブ圧送ポンプ８により送出することによりサブ給水系統４のサブ送水ラインＬｓを通して被冷却物Ｍに供給するとともに、サブ送水ラインＬｓとメイン送水ラインＬｍ間に接続した流量設定回路９によりサブ送水ラインＬｓの流量を設定し、また、メイン送水ラインＬｍと冷却液タンク２間に接続した水圧設定回路１０によりメイン送水ラインＬｍの水圧を設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却液が収容された冷却液タンクからメイン給水系統及びサブ給水系統により被冷却物に冷却水を供給する多系統冷却装置及びその給水設定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷却液が収容された冷却液タンクからレーザ加工機等の被冷却物に冷却水を供給する冷却装置であって、特にメイン給水系統及びサブ給水系統の二つの独立した給水系統を備える多系統冷却装置は知られており、例えば、特許文献１には、２系統の循環水経路を備えたレーザ加工機用冷却装置が開示されている。
【０００３】
同文献１に開示されるレーザ加工機用冷却装置は、循環ポンプをその経路中に備え、レーザ加工機を構成する機器のうち、発熱量の大きいものを冷却する第１の循環水経路と、循環ポンプより能力の低い循環ポンプをその経路中に備え、第１の循環水経路により冷却するものの発熱量よりも小さい発熱量の機器を冷却する第２循環水経路と、からなる２系統の循環水経路を備えたレーザ加工機用冷却装置であって、第１の循環水経路と第２循環水経路とを繋ぐバイパス経路を備え、第１の循環水経路中の循環ポンプによる循環によって、第２の循環水経路中に残留しているガスを除去するようにした構成を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３３５７２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述した従来（特許文献１）のレーザ加工機用冷却装置は、次のような問題点があった。
【０００６】
第一に、レーザ加工機等の特定の被冷却物を冷却する場合、主要部分を冷却する第１の系統は、冷却水の流量を確保することが求められ、かつ水圧に対しては一定の制限が必要になるとともに、主要部分以外の一部の狭い機構等を冷却する第２の系統は、流量はさほど重要ではなく、冷却水の水圧を確保することが求められる場合があるため、各系統では要求される給水条件を満たす独立した設計が必要になる。特に、要求される揚程をそれぞれ満足させる必要があることから圧送ポンプが大型化しやすい。この結果、全体の電力消費も大きくなるなど、省エネルギ性に劣る。
【０００７】
第二に、各給水系統には異なる給水条件が要求され、相互に干渉しない独立した２系統の異なる給水系統が必要となることから、冷却器及び回路部品を含む独立した給水系統が２系統（２台）分必要となる。結局、部品の共有化ができないため、部品点数が増加し、これに伴うコストアップ及び大型化を招きやすい。
【０００８】
本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した多系統冷却装置及びその給水設定方法の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る多系統冷却装置１は、上述した課題を解決するため、冷却液Ｗが収容された冷却液タンク２から第一の給水条件により冷却水Ｗを被冷却物Ｍに供給するメイン給水系統３と、冷却液タンク２から第二の給水条件により冷却水Ｗを被冷却物Ｍに供給するサブ給水系統４とを備えてなる多系統冷却装置であって、冷却液タンク２からメイン圧送ポンプ６により冷却水Ｗを共有送水ラインＬｏに送出する共有系統５と、共有送水ラインＬｏに送出された冷却水Ｗを少なくとも二系統に分岐する分岐部７と、分岐した一方の冷却水Ｗをメイン送水ラインＬｍを通して被冷却物Ｍに供給するメイン給水系統３と、分岐した他方の冷却水Ｗをサブ圧送ポンプ８により送出することにより、サブ送水ラインＬｓを通して被冷却物Ｍに供給するサブ給水系統４と、サブ送水ラインＬｓとメイン送水ラインＬｍ間に接続して当該サブ送水ラインＬｓの流量Ｑｗを設定可能な流量設定回路９と、メイン送水ラインＬｍと冷却液タンク２間に接続して当該メイン送水ラインＬｍの水圧Ｐｗを設定可能な水圧設定回路１０とを備えてなることを特徴とする。
【００１０】
一方、本発明に係る多系統冷却装置１の給水設定方法は、上述した課題を解決するため、冷却液Ｗが収容された冷却液タンク２から第一の給水条件によりメイン給水系統３を介して被冷却物Ｍに冷却水Ｗを供給するとともに、冷却液タンク２から第二の給水条件によりサブ給水系統４を介して被冷却物Ｍに冷却水Ｗを供給するに際し、冷却液タンク２からメイン圧送ポンプ６により共有送水ラインＬｏに送出された冷却水Ｗを少なくとも二系統に分岐し、分岐した一方の冷却水Ｗをメイン給水系統３のメイン送水ラインＬｍを通して被冷却物Ｍに供給し、かつ分岐した他方の冷却水Ｗをサブ圧送ポンプ８により送出することにより、サブ給水系統４のサブ送水ラインＬｓを通して被冷却物Ｍに供給するとともに、サブ送水ラインＬｓとメイン送水ラインＬｍ間に接続した流量設定回路９によりサブ送水ラインＬｓの流量Ｑｗを目標流量値Ｑｗｓに設定し、この後、メイン送水ラインＬｍと冷却液タンク２間に接続した水圧設定回路１０によりメイン送水ラインＬｍの水圧Ｐｗを目標水圧値Ｐｗｍに設定するようにしたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、好適な態様により、多系統冷却装置１には、メイン給水系統３から被冷却物Ｍに供給された冷却水Ｗを冷却液タンク２に戻すメイン戻りラインＬｍｒ，及びサブ給水系統４から被冷却物Ｍに供給された冷却水Ｗを冷却液タンク２に戻すサブ戻りラインＬｓｒを設けることができる。さらに、共有送水ラインＬｏには、当該共有送水ラインＬｏを流れる冷却水Ｗを冷却する冷却器１１を接続することができる。他方、サブ送水ラインＬｓと冷却液タンク２間には、水圧制限用のリリーフバルブ１２を接続することもできる。
【発明の効果】
【００１２】
このような本発明に係る多系統冷却装置１及びその給水設定方法によれば、次のような顕著な効果を奏する。
【００１３】
（１） サブ給水系統４におけるサブ圧送ポンプ８の揚程を小さくできるとともに、メイン給水系統３とサブ給水系統４間の融通性を高めることができる。したがって、特にサブ圧送ポンプ８の小型化が可能になるとともに、サブ給水系統４の余力をメイン給水系統３に利用するなどにより、冷却水Ｗに対する利用の高効率化及び最適化を図ることができる。この結果、必要な流量Ｑｗ及び水圧Ｐｗを確保しつつ全体の電力消費低減により省エネルギ性を高めることができる。
【００１４】
（２） 冷却液タンク２からメイン圧送ポンプ６により共有送水ラインＬｏに送出された冷却水Ｗを少なくとも二系統に分岐し、一方の冷却水Ｗをメイン給水系統３のメイン送水ラインＬｍを通して被冷却物Ｍに供給し、かつ他方の冷却水Ｗをサブ圧送ポンプ８により送出することによりサブ給水系統４のサブ送水ラインＬｓを通して被冷却物Ｍに供給するとともに、サブ送水ラインＬｓとメイン送水ラインＬｍ間に接続した流量設定回路９によりサブ送水ラインＬｓの流量Ｑｗを設定し、また、メイン送水ラインＬｍと冷却液タンク２間に接続した水圧設定回路１０によりメイン送水ラインＬｍの水圧Ｐｗを設定するようにしたため、給水系統の全体における一部の共有化及び相互間の融通性向上により、全体の小型化及び軽量化、更にはコストダウンを実現できる。
【００１５】
（３） 好適な態様により、共有送水ラインＬｏに当該共有送水ラインＬｏを流れる冷却水Ｗを冷却する冷却器１１を接続すれば、メイン給水系統３とサブ給水系統４に対する冷却器１１の実質的な共有化が可能になるため、冷却器の数量半減に伴うコストダウン及び小型化に寄与できる。
【００１６】
（４） 好適な態様により、サブ送水ラインＬｓと冷却液タンク２間に水圧制限用のリリーフバルブ１２を接続すれば、サブ送水ラインＬｓの水圧を制限できるため、サブ給水系統４から冷却水Ｗが供給される被冷却物Ｍ側における一部の狭い（細かい）機構等を高水圧に対して保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の好適実施形態に係る多系統冷却装置及びこの多系統冷却装置により冷却される被冷却物の回路構成図、
【図２】同多系統冷却装置の給水設定方法を用いた設定手順を説明するためのフローチャート、
【図３】同多系統冷却装置及び比較例に係る一般的な多系統冷却装置の動作条件及び性能（ポンプ消費電力）を対比して示す原理回路図及び実験データ表、
【図４】同好適実施形態に係る多系統冷却装置の特性図、
【図５】本発明の変更実施形態に係る多系統冷却装置の一部回路構成図、
【図６】本発明の他の変更実施形態に係る多系統冷却装置の一部回路構成図、
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、本発明に係る好適実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【００１９】
まず、本実施形態に係る多系統冷却装置１の構成について、図１を参照して具体的に説明する。
【００２０】
図１中、１は本実施形態に係る多系統冷却装置の全体構成を示すとともに、Ｍはこの多系統冷却装置１に接続した被冷却物Ｍを示す。なお、例示の被冷却物Ｍはレーザ加工機Ｍｏであり、メイン負荷Ｍｍとサブ負荷Ｍｓを有する。この場合、メイン負荷Ｍｍは発振器等の主要部分が冷却対象となる負荷を想定し、サブ負荷Ｍｓは一部の狭い機構等の主要部分以外の特定部分を想定している。
【００２１】
多系統冷却装置１は、冷却液Ｗを収容する冷却液タンク２を備え、この冷却液タンク２には共有送水ラインＬｏの上流端を接続する。共有送水ラインＬｏの下流端は分岐部７となり、この分岐部７にはメイン送水ラインＬｍの上流端及びサブ送水ラインＬｓの上流端をそれぞれ接続する。これにより、共有送水ラインＬｏを通る冷却水Ｗは、分岐部７によりメイン送水ラインＬｍとサブ送水ラインＬｓに分岐される。さらに、メイン送水ラインＬｍの下流端及びサブ送水ラインＬｓの下流端は、それぞれ多系統冷却装置１における吐出口２１ｍ及び２１ｓに接続する。これにより、メイン送水ラインＬｍ側がレーザ加工機Ｍｏに冷却水Ｗを供給するメイン給水系統３となり、サブ送水ラインＬｓ側がレーザ加工機Ｍｏに冷却水Ｗを供給するサブ給水系統４となるとともに、共有送水ラインＬｏ側が冷却液タンク２からメイン圧送ポンプ６により冷却水Ｗを送出する共有系統５となる。
【００２２】
また、冷却液タンク２には、メイン戻りラインＬｍｒの下流端及びサブ戻りラインＬｓｒの下流端を接続するとともに、メイン戻りラインＬｍｒの上流端及びサブ戻りラインＬｓｒの上流端は、それぞれ多系統冷却装置１における戻り口２２ｍ及び２２ｓに接続する。これにより、メイン給水系統３からレーザ加工機Ｍｏに供給された冷却水Ｗは、メイン戻りラインＬｍｒを通して冷却液タンク２に戻されるとともに、サブ給水系統４からレーザ加工機Ｍｏに供給された冷却水Ｗは、サブ戻りラインＬｓｒを通して冷却液タンク２に戻される。
【００２３】
そして、共有送水ラインＬｏには、冷却液タンク２の冷却水Ｗを当該共有送水ラインＬｏに送水するメイン圧送ポンプ６を接続する。メイン圧送ポンプ６は、メイン給水系統３及びサブ給水系統４の双方の流量を確保するとともに、特に、サブ給水系統４の供給状態に拘わらずメイン給水系統３で要求される流量Ｑｗ（目標流量値Ｑｗｍ）を確保できる圧送ポンプを用いる。例示のメイン圧送ポンプ６は、インバータ駆動であり、出力は３．２〔ｋＷ〕である。
【００２４】
さらに、メイン圧送ポンプ６の下流側における共有送水ラインＬｏには、当該共有送水ラインＬｏを流れる冷却水Ｗを冷却する冷却器１１を接続する。この冷却器１１は冷凍サイクルＣを構成する熱交換器を用いる。冷凍サイクルＣは、圧縮機２５，凝縮器２６及び膨張弁２７を順次接続し、圧縮機２５と膨張弁２７間に冷却器１１を接続する。これにより、冷媒が循環する冷媒循環回路を有する冷凍サイクルＣが構成される。このように、共有送水ラインＬｏに、当該共有送水ラインＬｏを流れる冷却水Ｗを冷却する冷却器１１を接続すれば、メイン給水系統３とサブ給水系統４に対する冷却器１１の実質的な共有化が可能になるため、冷却器の数量半減に伴うコストダウン及び小型化に寄与できる。なお、２６ｆは凝縮器２６を空冷する凝縮器ファン、２８はメイン圧送ポンプ６の下流側の共有送水ラインＬｏに接続した水圧計を示す。
【００２５】
一方、サブ送水ラインＬｓには、冷却水Ｗを当該サブ送水ラインＬｓを通して送水するサブ圧送ポンプ８を接続する。サブ圧送ポンプ８は、サブ給水系統４の流量のみを確保できれば足りるため、メイン圧送ポンプ６に対して出力の小さい小型の圧送ポンプを用いる。特に、必要流量（例えば、３０〔Ｌ／ｍｉｎ〕）時に、目標水圧値Ｐｗｓ（例えば、０．８〔ＭＰａ〕）を確保できる大きさを選定する。例示のサブ圧送ポンプ８は、出力が０．４〔ｋＷ〕である。なお、２９はサブ送水ラインＬｓに接続した水圧計を示すとともに、３０はサブ送水ラインＬｓに接続した流量計を示す。また、メイン送水ラインＬｍ側も、ポンプを接続しない点を除き、サブ送水ラインＬｓ側と同様に構成できる。３１及び３２はメイン送水ラインＬｍに接続した水圧計及び流量計を示す。
【００２６】
他方、サブ圧送ポンプ８の下流側のサブ送水ラインＬｓとメイン送水ラインＬｍ間には、流量調整バルブ等を用いた流量設定回路９を接続する。流量設定回路９はサブ送水ラインＬｓとメイン送水ラインＬｍ間を接続するバイパス回路として機能するとともに、このバイパス回路の流量を可変調整する機能を有する。この場合、サブ圧送ポンプ８を接続したサブ送水ラインＬｓ側の水圧が高くなるため、冷却水Ｗは、サブ送水ラインＬｓからメイン送水ラインＬｍに流れる。したがって、この流量設定回路９によりバイパスする冷却水Ｗの流量を可変調整することにより、サブ送水ラインＬｓの流量Ｑｗを設定することができる。
【００２７】
さらに、メイン送水ラインＬｍと冷却液タンク２（メイン戻りラインＬｍｒ）間には、流量調整バルブ等を用いた水圧設定回路１０を接続する。水圧設定回路１０はメイン送水ラインＬｍと冷却液タンク２（メイン戻りラインＬｍｒ）間を接続するバイパス回路として機能するとともに、このバイパス回路の流量を可変調整する機能を有する。したがって、この水圧設定回路１０によりバイパスする冷却水Ｗの流量を可変調整することにより、メイン送水ラインＬｍの水圧Ｐｗを設定することができる。
【００２８】
次に、本実施形態に係る多系統冷却装置１の給水設定方法について、図１を参照しつつ図２に示すフローチャートに従って説明する。
【００２９】
今、図１に示すレーザ加工機Ｍｏに対して新たに多系統冷却装置１を設置する場合を想定する。通常、レーザ加工機Ｍｏを冷却する場合、発振器等の主要部分に対しては、メイン給水系統３から十分な流量の冷却水Ｗを供給して冷却を行うとともに、主要部分以外の一部の特定部分に対しては、流量はさほど必要としないが冷却水Ｗの水圧を確保できる別途のサブ給水系統４から冷却水Ｗを供給して冷却を行っている。これにより、メイン給水系統３から供給される冷却水Ｗによっては十分に冷却を行うことができない一部の狭い（細かい）機構等の特定部分における冷却を確保している。
【００３０】
図１中、Ｍｍはレーザ加工機Ｍｏの主要部分の負荷（メイン負荷）の流量抵抗を等価的に示す。このメイン負荷Ｍｍに対してはメイン給水系統３から冷却水Ｗが供給される。なお、例示のメイン負荷Ｍｍにおける給水条件は、流量目標値Ｑｗｍが１７０〔Ｌ／ｍｉｎ〕（揚程５０〔ｍ〕）以上、水圧目標値Ｐｗｍが０．５〔ＭＰａ〕である。また、Ｍｓはレーザ加工機Ｍｏの特定部分の負荷（サブ負荷）の流量抵抗を等価的に示す。このサブ負荷Ｍｓに対してはサブ給水系統３から冷却水Ｗが供給される。なお、例示のサブ負荷Ｍｓにおける給水条件は、流量目標値Ｑｗｓが２０〔Ｌ／ｍｉｎ〕（揚程８０〔ｍ〕）以上、水圧目標値Ｐｗｍが０．８〔ＭＰａ〕以上である。
【００３１】
以下、設置及び設定の手順について説明する。まず、レーザ加工機Ｍｏに多系統冷却装置１を接続する（ステップＳ１）。この場合、多系統冷却装置１の吐出口２１ｍを、開閉バルブ２４ｍを介してレーザ加工機Ｍｏにおけるメイン負荷Ｍｍの上流側に接続するとともに、このメイン負荷Ｍｍの下流側を、開閉バルブ２５ｍを介して多系統冷却装置１の戻り口２２ｍに接続する。また、多系統冷却装置１の吐出口２１ｓを、開閉バルブ２４ｓを介してサブ負荷Ｍｓの上流側に接続するとともに、サブ負荷Ｍｓの下流側を、開閉バルブ２５ｓを介して多系統冷却装置１の戻り口２２ｓに接続する。そして、流量設定回路９及び水圧設定回路１０はいずれも初期状態、即ち、遮断状態にする（ステップＳ２）。
【００３２】
次いで、多系統冷却装置１の運転スイッチをＯＮにして運転を開始する（ステップＳ３）。多系統冷却装置１の運転時には、メイン圧送ポンプ６及びサブ圧送ポンプ８の作動により、冷却液タンク２に収容された冷却液Ｗは、共有送水ラインＬｏを通って分岐部７に至り、分岐部７により一方のメイン送水ラインＬｍと他方のサブ送水ラインＬｓに分岐する。一方のメイン送水ラインＬｍに流入した冷却水Ｗは、このメイン送水ラインＬｍを通り、吐出口２１ｍからレーザ加工機Ｍｏのメイン負荷Ｍｍに供給されるとともに、他方のサブ送水ラインＬｓに流入した冷却水Ｗは、サブ圧送ポンプ８により送出され、サブ送水ラインＬｓを通り、吐出口２１ｓからレーザ加工機Ｍｏのサブ負荷Ｍｓに供給される。この際、共有送水ラインＬｏを流れる冷却水Ｗは、冷却器１１により冷却（熱交換）される。また、メイン負荷Ｍｍに供給された冷却水Ｗは、当該メイン負荷Ｍｍにより加熱（熱交換）され、使用後の冷却水Ｗは、メイン戻りラインＬｍｒを通して冷却液タンク２に戻されるとともに、サブ負荷Ｍｓに供給された冷却水Ｗは、当該サブ負荷Ｍｓにより加熱（熱交換）され、使用後の冷却水Ｗは、サブ戻りラインＬｓｒを通して冷却液タンク２に戻される。
【００３３】
今、このような運転状態において、サブ送水ラインＬｓの流量Ｑｗが４０〔Ｌ／ｍｉｎ〕、メイン送水ラインＬｍの流量Ｑｗが１６０〔Ｌ／ｍｉｎ〕であった場合を想定する。この場合、前述したように、サブ送水ラインＬｓの流量Ｑｗに対する給水条件、即ち、目標流量値Ｑｗｓは、２０〔Ｌ／ｍｉｎ〕以上であるが、サブ送水ラインＬｓ側における流量Ｑｗの確保は、さほど重要ではないため、流量設定回路９により流量を可変調整し、２０〔Ｌ／ｍｉｎ〕分をサブ送水ラインＬｓからメイン送水ラインＬｍにバイパスさせ、サブ送水ラインＬｓの流量Ｑｗを２０〔Ｌ／ｍｉｎ〕に設定する（ステップＳ４，Ｓ５）。このときの流量Ｑｗは流量計３０により確認できる。なお、サブ送水ラインＬｓの水圧Ｐｗに対する給水条件、即ち、目標水圧値Ｐｗｓは、０．８〔Ｌ／ｍｉｎ〕以上であるが、目標水圧値Ｐｗｓについては、予め、サブ圧送ポンプ８の出力選定により確保される。
【００３４】
このように、流量設定回路９の可変調整により、サブ送水ラインＬｓの流量Ｑｗを最適化できるとともに、同時に、メイン送水ラインＬｍの流量Ｑｗを１６０〔Ｌ／ｍｉｎ〕から１８０〔Ｌ／ｍｉｎ〕へ増加させることができる。したがって、メイン送水ラインＬｍ側の流量Ｑｗに余裕を持たせることができるとともに、使用時の目減り防止にも寄与できる。一方、メイン送水ラインＬｍの流量Ｑｗの増加により、メイン送水ラインＬｍ側の水圧Ｐｗも上昇する（ステップＳ６，Ｓ７）。メイン送水ラインＬｍ側の目標水圧値Ｐｗｍは、０．５〔ＭＰａ〕であるため、流量Ｑｗの増加により水圧が０．６〔ＭＰａ〕まで上昇したとすれば、水圧設定回路１０により流量を可変調整し、メイン送水ラインＬｍの冷却水Ｗの一部を冷却液タンク２に戻すことにより、メイン送水ラインＬｍの水圧Ｐｗを０．５〔ＭＰａ〕に設定する（ステップＳ８，Ｓ９）。このときの水圧Ｐｗは水圧計３１により確認できる。以上により給水設定が終了する（ステップＳ１０）。
【００３５】
なお、図３には、本実施形態に係る多系統冷却装置（実施装置）１及び比較例に係る一般的な多系統冷却装置（比較装置）１ｘにおける動作状態及びポンプ消費電力を対比して示す。図３（ａａ）及び（ａｂ）は、実施装置１の原理回路図及び実験データ表をそれぞれ示し、図３（ｂａ）及び（ｂｂ）は、比較装置１ｘの原理回路図及び実験データ表をそれぞれ示す。比較装置１ｘは、完全に独立した二つの給水系統、即ち、冷却液タンク２とメイン負荷Ｍｍ（図示を省略）を接続するメイン送水ラインＬｍｘにメイン圧送ポンプ６ｘを接続したメイン給水系統３ｘ，及び冷却液タンク２とサブ負荷Ｍｓ（図示を省略）を接続するサブ送水ラインＬｓｘにサブ圧送ポンプ８ｘを接続したサブ給水系統４ｘを備えている。また、Ｖｍ及びＶｓは、共に流量又は水圧を制限するリリーフバルブである。さらに、図４には実施装置１の特性図を示す。
【００３６】
実施装置１と比較装置１ｘを比較すれば、いずれもメイン負荷及びサブ負荷に対する給水条件を満たしている。即ち、いずれもメイン負荷に対する流量が１７０〔Ｌ／ｍｉｎ〕以上の給水条件を満たしているとともに、サブ負荷に対する流量が２０〔Ｌ／ｍｉｎ〕以上の給水条件を満たしている。この場合、実施装置１では、比較装置１ｘのサブ圧送ポンプ８ｘに対して出力を１／４程度まで小型化（０．４〔ｋＷ〕）した、より小型のサブ圧送ポンプ８を用いており、結果的に、サブ圧送ポンプ８の消費電力は半分以下になっているとともに、メイン圧送ポンプ６を含めた全体の消費電力も１０〔％〕程度低減していることを確認できる。
【００３７】
このように、本実施形態に係る給水設定方法によれば、サブ給水系統４におけるサブ圧送ポンプ８の揚程を小さくできるとともに、メイン給水系統３とサブ給水系統４間の融通性を高めることができる。したがって、特にサブ圧送ポンプ８の小型化が可能になるとともに、サブ給水系統４の余力をメイン給水系統３に利用するなどにより、冷却水Ｗに対する利用の高効率化及び最適化を図ることができる。この結果、必要な流量Ｑｗ及び水圧Ｐｗを確保しつつ全体の電力消費低減により省エネルギ性を高めることができる。また、冷却液タンク２からメイン圧送ポンプ６により共有送水ラインＬｏに送出された冷却水Ｗを少なくとも二系統に分岐し、一方の冷却水Ｗをメイン給水系統３のメイン送水ラインＬｍを通して被冷却物Ｍに供給し、かつ他方の冷却水Ｗをサブ圧送ポンプ８により送出することによりサブ給水系統４のサブ送水ラインＬｓを通して被冷却物Ｍに供給するとともに、サブ送水ラインＬｓとメイン送水ラインＬｍ間に接続した流量設定回路９によりサブ送水ラインＬｓの流量Ｑｗを設定し、さらに、メイン送水ラインＬｍと冷却液タンク２間に接続した水圧設定回路１０によりメイン送水ラインＬｍの水圧Ｐｗを設定するようにしたため、給水系統の全体における一部の共有化及び相互間の融通性向上により、全体の小型化及び軽量化、更にはコストダウンを実現できる。
【００３８】
次に、本発明の変更実施形態に係る多系統冷却装置１について、図５及び図６を参照して説明する。
【００３９】
図５は、図１に示した多系統冷却装置１のサブ圧送ポンプ８の下流側におけるサブ送水ラインＬｓとメイン戻りラインＬｍｒ（冷却液タンク２）間に、水圧制限用のリリーフバルブ１２を接続したものである。サブ圧送ポンプ８により送出される冷却水Ｗは、前述したように、被冷却物Ｍの主要部分以外の一部の狭い機構等のサブ負荷Ｍｓに供給されるため、水圧Ｐｗを確保する必要がある。しかし、反面、その構造上、水圧Ｐｗが高くなり過ぎることは悪影響も生じやすい。そのため、水圧制限用のリリーフバルブ１２を接続し、例えば、リミッタ値を０．９〔ＭＰａ〕に設定することにより、水圧Ｐｗを０，８〜０．９〔ＭＰａ〕に制限し、サブ負荷Ｍｓ側における一部の狭い（細かい）機構等を高水圧に対して保護することができる。
【００４０】
図６は、図１に示した多系統冷却装置１に対してコントローラ５１による制御系を追加したものである。５１ｓはコントローラ５１に接続した操作部を示す。図１に示した多系統冷却装置１に備える流量設定回路９及び水圧設定回路１０は、いわば手動操作を想定したものであるが、図６に示す多系統冷却装置１は、コントローラ５１からの制御信号により駆動制御可能な流量設定回路９及び水圧設定回路１０を用いたものである。したがって、水圧計２９，３１及び流量計３０，３２はコントローラ５１に対して検出信号を付与可能なタイプを用いる。この多系統冷却装置１によれば、操作部５１ｓの自動給水設定ボタンのＯＮによりコントローラ５１の自動設定モードが起動する。これにより、コントローラ５１は、水圧計２９，３１及び流量計３０，３２からの検出信号を監視しつつ、図２に示したフローチャートに従って流量設定回路９及び水圧設定回路１０を駆動制御し、給水設定を自動で行う。このため、コントローラ５１は、マイコン（マイクロコンピュータ）を搭載、即ち、ＣＰＵ及びメモリ等を内蔵したコンピュータ機能を有し、多系統冷却装置１の全体の制御を司る機能に加えて、自動設定モードを実行するシーケンス制御プログラムを格納している。
【００４１】
以上、好適実施形態及び変更実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，数量，数値，手法等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。
【００４２】
例えば、多系統冷却装置１として、メイン給水系統３とサブ給水系統４の二系統を備えるタイプを示したが、さらに、給水系統を追加して三系統以上で構成してもよい。この場合、例示したメイン給水系統３とサブ給水系統４の二系統を基本として他の給水系統を追加することができる。また、メイン戻りラインＬｍｒとサブ戻りラインＬｓｒを設けて冷却水Ｗを循環させる循環式に構成した場合を示したが、冷却水Ｗを循環させることなく廃棄する非循環式に構成する場合を排除するものではない。一方、共有送水ラインＬｏに、当該共有送水ラインＬｏを流れる冷却水Ｗを冷却する冷却器１１を接続した場合を示したが、メイン戻りラインＬｍｒとサブ戻りラインＬｓｒを合流させ、この合流させたラインに冷却器１１を接続するなど、他の接続形態を排除するものではない。なお、冷却器１１は、冷凍サイクルＣを用いたが、ペルチェ素子を利用したサーモモジュール等の他の冷却器の使用であってもよい。また、冷凍サイクルＣ及びサーモモジュールは冷却器又は加熱器として機能させることができるため、本発明における「冷却」とは「加熱」も含む概念である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明に係る多系統冷却装置１及びその給水設定方法は、レーザ加工機をはじめ、複数系統により冷却液を供給する各種被冷却物の冷却に利用できる。
【符号の説明】
【００４４】
１：多系統冷却装置，２：冷却液タンク，３：メイン給水系統，４：サブ給水系統，５：共有系統，６：メイン圧送ポンプ，７：分岐部，８：サブ圧送ポンプ，９：流量設定回路，１０：水圧設定回路，１１：冷却器，１２：リリーフバルブ，Ｗ：冷却液，Ｍ：被冷却物，Ｌｏ：共有送水ライン，Ｌｍ：メイン送水ライン，Ｌｓ：サブ送水ライン，Ｌｍｒ：メイン戻りライン，Ｌｓｒ：サブ戻りライン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却液が収容された冷却液タンクからメイン給水系統及びサブ給水系統により被冷却物に冷却水を供給する多系統冷却装置及びその給水設定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷却液が収容された冷却液タンクからレーザ加工機等の被冷却物に冷却水を供給する冷却装置であって、特にメイン給水系統及びサブ給水系統の二つの独立した給水系統を備える多系統冷却装置は知られており、例えば、特許文献１には、２系統の循環水経路を備えたレーザ加工機用冷却装置が開示されている。
【０００３】
同文献１に開示されるレーザ加工機用冷却装置は、循環ポンプをその経路中に備え、レーザ加工機を構成する機器のうち、発熱量の大きいものを冷却する第１の循環水経路と、循環ポンプより能力の低い循環ポンプをその経路中に備え、第１の循環水経路により冷却するものの発熱量よりも小さい発熱量の機器を冷却する第２循環水経路と、からなる２系統の循環水経路を備えたレーザ加工機用冷却装置であって、第１の循環水経路と第２循環水経路とを繋ぐバイパス経路を備え、第１の循環水経路中の循環ポンプによる循環によって、第２の循環水経路中に残留しているガスを除去するようにした構成を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３３５７２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述した従来（特許文献１）のレーザ加工機用冷却装置は、次のような問題点があった。
【０００６】
第一に、レーザ加工機等の特定の被冷却物を冷却する場合、主要部分を冷却する第１の系統は、冷却水の流量を確保することが求められ、かつ水圧に対しては一定の制限が必要になるとともに、主要部分以外の一部の狭い機構等を冷却する第２の系統は、流量はさほど重要ではなく、冷却水の水圧を確保することが求められる場合があるため、各系統では要求される給水条件を満たす独立した設計が必要になる。特に、要求される揚程をそれぞれ満足させる必要があることから圧送ポンプが大型化しやすい。この結果、全体の電力消費も大きくなるなど、省エネルギ性に劣る。
【０００７】
第二に、各給水系統には異なる給水条件が要求され、相互に干渉しない独立した２系統の異なる給水系統が必要となることから、冷却器及び回路部品を含む独立した給水系統が２系統（２台）分必要となる。結局、部品の共有化ができないため、部品点数が増加し、これに伴うコストアップ及び大型化を招きやすい。
【０００８】
本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した多系統冷却装置及びその給水設定方法の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る多系統冷却装置１は、上述した課題を解決するため、冷却液Ｗが収容された冷却液タンク２から第一の給水条件により冷却水Ｗを被冷却物Ｍに供給するメイン給水系統３と、冷却液タンク２から第二の給水条件により冷却水Ｗを被冷却物Ｍに供給するサブ給水系統４とを備えてなる多系統冷却装置であって、冷却液タンク２からメイン圧送ポンプ６により冷却水Ｗを共有送水ラインＬｏに送出する共有系統５と、共有送水ラインＬｏに送出された冷却水Ｗを少なくとも二系統に分岐する分岐部７と、分岐した一方の冷却水Ｗをメイン送水ラインＬｍを通して被冷却物Ｍに供給するメイン給水系統３と、分岐した他方の冷却水Ｗをサブ圧送ポンプ８により送出することにより、サブ送水ラインＬｓを通して被冷却物Ｍに供給するサブ給水系統４と、サブ送水ラインＬｓとメイン送水ラインＬｍ間に接続して当該サブ送水ラインＬｓの流量Ｑｗを設定可能な流量設定回路９と、メイン送水ラインＬｍと冷却液タンク２間に接続して当該メイン送水ラインＬｍの水圧Ｐｗを設定可能な水圧設定回路１０とを備えてなることを特徴とする。
【００１０】
一方、本発明に係る多系統冷却装置１の給水設定方法は、上述した課題を解決するため、冷却液Ｗが収容された冷却液タンク２から第一の給水条件によりメイン給水系統３を介して被冷却物Ｍに冷却水Ｗを供給するとともに、冷却液タンク２から第二の給水条件によりサブ給水系統４を介して被冷却物Ｍに冷却水Ｗを供給するに際し、冷却液タンク２からメイン圧送ポンプ６により共有送水ラインＬｏに送出された冷却水Ｗを少なくとも二系統に分岐し、分岐した一方の冷却水Ｗをメイン給水系統３のメイン送水ラインＬｍを通して被冷却物Ｍに供給し、かつ分岐した他方の冷却水Ｗをサブ圧送ポンプ８により送出することにより、サブ給水系統４のサブ送水ラインＬｓを通して被冷却物Ｍに供給するとともに、サブ送水ラインＬｓとメイン送水ラインＬｍ間に接続した流量設定回路９によりサブ送水ラインＬｓの流量Ｑｗを目標流量値Ｑｗｓに設定し、この後、メイン送水ラインＬｍと冷却液タンク２間に接続した水圧設定回路１０によりメイン送水ラインＬｍの水圧Ｐｗを目標水圧値Ｐｗｍに設定するようにしたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、好適な態様により、多系統冷却装置１には、メイン給水系統３から被冷却物Ｍに供給された冷却水Ｗを冷却液タンク２に戻すメイン戻りラインＬｍｒ，及びサブ給水系統４から被冷却物Ｍに供給された冷却水Ｗを冷却液タンク２に戻すサブ戻りラインＬｓｒを設けることができる。さらに、共有送水ラインＬｏには、当該共有送水ラインＬｏを流れる冷却水Ｗを冷却する冷却器１１を接続することができる。他方、サブ送水ラインＬｓと冷却液タンク２間には、水圧制限用のリリーフバルブ１２を接続することもできる。
【発明の効果】
【００１２】
このような本発明に係る多系統冷却装置１及びその給水設定方法によれば、次のような顕著な効果を奏する。
【００１３】
（１） サブ給水系統４におけるサブ圧送ポンプ８の揚程を小さくできるとともに、メイン給水系統３とサブ給水系統４間の融通性を高めることができる。したがって、特にサブ圧送ポンプ８の小型化が可能になるとともに、サブ給水系統４の余力をメイン給水系統３に利用するなどにより、冷却水Ｗに対する利用の高効率化及び最適化を図ることができる。この結果、必要な流量Ｑｗ及び水圧Ｐｗを確保しつつ全体の電力消費低減により省エネルギ性を高めることができる。
【００１４】
（２） 冷却液タンク２からメイン圧送ポンプ６により共有送水ラインＬｏに送出された冷却水Ｗを少なくとも二系統に分岐し、一方の冷却水Ｗをメイン給水系統３のメイン送水ラインＬｍを通して被冷却物Ｍに供給し、かつ他方の冷却水Ｗをサブ圧送ポンプ８により送出することによりサブ給水系統４のサブ送水ラインＬｓを通して被冷却物Ｍに供給するとともに、サブ送水ラインＬｓとメイン送水ラインＬｍ間に接続した流量設定回路９によりサブ送水ラインＬｓの流量Ｑｗを設定し、また、メイン送水ラインＬｍと冷却液タンク２間に接続した水圧設定回路１０によりメイン送水ラインＬｍの水圧Ｐｗを設定するようにしたため、給水系統の全体における一部の共有化及び相互間の融通性向上により、全体の小型化及び軽量化、更にはコストダウンを実現できる。
【００１５】
（３） 好適な態様により、共有送水ラインＬｏに当該共有送水ラインＬｏを流れる冷却水Ｗを冷却する冷却器１１を接続すれば、メイン給水系統３とサブ給水系統４に対する冷却器１１の実質的な共有化が可能になるため、冷却器の数量半減に伴うコストダウン及び小型化に寄与できる。
【００１６】
（４） 好適な態様により、サブ送水ラインＬｓと冷却液タンク２間に水圧制限用のリリーフバルブ１２を接続すれば、サブ送水ラインＬｓの水圧を制限できるため、サブ給水系統４から冷却水Ｗが供給される被冷却物Ｍ側における一部の狭い（細かい）機構等を高水圧に対して保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の好適実施形態に係る多系統冷却装置及びこの多系統冷却装置により冷却される被冷却物の回路構成図、
【図２】同多系統冷却装置の給水設定方法を用いた設定手順を説明するためのフローチャート、
【図３】同多系統冷却装置及び比較例に係る一般的な多系統冷却装置の動作条件及び性能（ポンプ消費電力）を対比して示す原理回路図及び実験データ表、
【図４】同好適実施形態に係る多系統冷却装置の特性図、
【図５】本発明の変更実施形態に係る多系統冷却装置の一部回路構成図、
【図６】本発明の他の変更実施形態に係る多系統冷却装置の一部回路構成図、
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、本発明に係る好適実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【００１９】
まず、本実施形態に係る多系統冷却装置１の構成について、図１を参照して具体的に説明する。
【００２０】
図１中、１は本実施形態に係る多系統冷却装置の全体構成を示すとともに、Ｍはこの多系統冷却装置１に接続した被冷却物Ｍを示す。なお、例示の被冷却物Ｍはレーザ加工機Ｍｏであり、メイン負荷Ｍｍとサブ負荷Ｍｓを有する。この場合、メイン負荷Ｍｍは発振器等の主要部分が冷却対象となる負荷を想定し、サブ負荷Ｍｓは一部の狭い機構等の主要部分以外の特定部分を想定している。
【００２１】
多系統冷却装置１は、冷却液Ｗを収容する冷却液タンク２を備え、この冷却液タンク２には共有送水ラインＬｏの上流端を接続する。共有送水ラインＬｏの下流端は分岐部７となり、この分岐部７にはメイン送水ラインＬｍの上流端及びサブ送水ラインＬｓの上流端をそれぞれ接続する。これにより、共有送水ラインＬｏを通る冷却水Ｗは、分岐部７によりメイン送水ラインＬｍとサブ送水ラインＬｓに分岐される。さらに、メイン送水ラインＬｍの下流端及びサブ送水ラインＬｓの下流端は、それぞれ多系統冷却装置１における吐出口２１ｍ及び２１ｓに接続する。これにより、メイン送水ラインＬｍ側がレーザ加工機Ｍｏに冷却水Ｗを供給するメイン給水系統３となり、サブ送水ラインＬｓ側がレーザ加工機Ｍｏに冷却水Ｗを供給するサブ給水系統４となるとともに、共有送水ラインＬｏ側が冷却液タンク２からメイン圧送ポンプ６により冷却水Ｗを送出する共有系統５となる。
【００２２】
また、冷却液タンク２には、メイン戻りラインＬｍｒの下流端及びサブ戻りラインＬｓｒの下流端を接続するとともに、メイン戻りラインＬｍｒの上流端及びサブ戻りラインＬｓｒの上流端は、それぞれ多系統冷却装置１における戻り口２２ｍ及び２２ｓに接続する。これにより、メイン給水系統３からレーザ加工機Ｍｏに供給された冷却水Ｗは、メイン戻りラインＬｍｒを通して冷却液タンク２に戻されるとともに、サブ給水系統４からレーザ加工機Ｍｏに供給された冷却水Ｗは、サブ戻りラインＬｓｒを通して冷却液タンク２に戻される。
【００２３】
そして、共有送水ラインＬｏには、冷却液タンク２の冷却水Ｗを当該共有送水ラインＬｏに送水するメイン圧送ポンプ６を接続する。メイン圧送ポンプ６は、メイン給水系統３及びサブ給水系統４の双方の流量を確保するとともに、特に、サブ給水系統４の供給状態に拘わらずメイン給水系統３で要求される流量Ｑｗ（目標流量値Ｑｗｍ）を確保できる圧送ポンプを用いる。例示のメイン圧送ポンプ６は、インバータ駆動であり、出力は３．２〔ｋＷ〕である。
【００２４】
さらに、メイン圧送ポンプ６の下流側における共有送水ラインＬｏには、当該共有送水ラインＬｏを流れる冷却水Ｗを冷却する冷却器１１を接続する。この冷却器１１は冷凍サイクルＣを構成する熱交換器を用いる。冷凍サイクルＣは、圧縮機２５，凝縮器２６及び膨張弁２７を順次接続し、圧縮機２５と膨張弁２７間に冷却器１１を接続する。これにより、冷媒が循環する冷媒循環回路を有する冷凍サイクルＣが構成される。このように、共有送水ラインＬｏに、当該共有送水ラインＬｏを流れる冷却水Ｗを冷却する冷却器１１を接続すれば、メイン給水系統３とサブ給水系統４に対する冷却器１１の実質的な共有化が可能になるため、冷却器の数量半減に伴うコストダウン及び小型化に寄与できる。なお、２６ｆは凝縮器２６を空冷する凝縮器ファン、２８はメイン圧送ポンプ６の下流側の共有送水ラインＬｏに接続した水圧計を示す。
【００２５】
一方、サブ送水ラインＬｓには、冷却水Ｗを当該サブ送水ラインＬｓを通して送水するサブ圧送ポンプ８を接続する。サブ圧送ポンプ８は、サブ給水系統４の流量のみを確保できれば足りるため、メイン圧送ポンプ６に対して出力の小さい小型の圧送ポンプを用いる。特に、必要流量（例えば、３０〔Ｌ／ｍｉｎ〕）時に、目標水圧値Ｐｗｓ（例えば、０．８〔ＭＰａ〕）を確保できる大きさを選定する。例示のサブ圧送ポンプ８は、出力が０．４〔ｋＷ〕である。なお、２９はサブ送水ラインＬｓに接続した水圧計を示すとともに、３０はサブ送水ラインＬｓに接続した流量計を示す。また、メイン送水ラインＬｍ側も、ポンプを接続しない点を除き、サブ送水ラインＬｓ側と同様に構成できる。３１及び３２はメイン送水ラインＬｍに接続した水圧計及び流量計を示す。
【００２６】
他方、サブ圧送ポンプ８の下流側のサブ送水ラインＬｓとメイン送水ラインＬｍ間には、流量調整バルブ等を用いた流量設定回路９を接続する。流量設定回路９はサブ送水ラインＬｓとメイン送水ラインＬｍ間を接続するバイパス回路として機能するとともに、このバイパス回路の流量を可変調整する機能を有する。この場合、サブ圧送ポンプ８を接続したサブ送水ラインＬｓ側の水圧が高くなるため、冷却水Ｗは、サブ送水ラインＬｓからメイン送水ラインＬｍに流れる。したがって、この流量設定回路９によりバイパスする冷却水Ｗの流量を可変調整することにより、サブ送水ラインＬｓの流量Ｑｗを設定することができる。
【００２７】
さらに、メイン送水ラインＬｍと冷却液タンク２（メイン戻りラインＬｍｒ）間には、流量調整バルブ等を用いた水圧設定回路１０を接続する。水圧設定回路１０はメイン送水ラインＬｍと冷却液タンク２（メイン戻りラインＬｍｒ）間を接続するバイパス回路として機能するとともに、このバイパス回路の流量を可変調整する機能を有する。したがって、この水圧設定回路１０によりバイパスする冷却水Ｗの流量を可変調整することにより、メイン送水ラインＬｍの水圧Ｐｗを設定することができる。
【００２８】
次に、本実施形態に係る多系統冷却装置１の給水設定方法について、図１を参照しつつ図２に示すフローチャートに従って説明する。
【００２９】
今、図１に示すレーザ加工機Ｍｏに対して新たに多系統冷却装置１を設置する場合を想定する。通常、レーザ加工機Ｍｏを冷却する場合、発振器等の主要部分に対しては、メイン給水系統３から十分な流量の冷却水Ｗを供給して冷却を行うとともに、主要部分以外の一部の特定部分に対しては、流量はさほど必要としないが冷却水Ｗの水圧を確保できる別途のサブ給水系統４から冷却水Ｗを供給して冷却を行っている。これにより、メイン給水系統３から供給される冷却水Ｗによっては十分に冷却を行うことができない一部の狭い（細かい）機構等の特定部分における冷却を確保している。
【００３０】
図１中、Ｍｍはレーザ加工機Ｍｏの主要部分の負荷（メイン負荷）の流量抵抗を等価的に示す。このメイン負荷Ｍｍに対してはメイン給水系統３から冷却水Ｗが供給される。なお、例示のメイン負荷Ｍｍにおける給水条件は、流量目標値Ｑｗｍが１７０〔Ｌ／ｍｉｎ〕（揚程５０〔ｍ〕）以上、水圧目標値Ｐｗｍが０．５〔ＭＰａ〕である。また、Ｍｓはレーザ加工機Ｍｏの特定部分の負荷（サブ負荷）の流量抵抗を等価的に示す。このサブ負荷Ｍｓに対してはサブ給水系統３から冷却水Ｗが供給される。なお、例示のサブ負荷Ｍｓにおける給水条件は、流量目標値Ｑｗｓが２０〔Ｌ／ｍｉｎ〕（揚程８０〔ｍ〕）以上、水圧目標値Ｐｗｍが０．８〔ＭＰａ〕以上である。
【００３１】
以下、設置及び設定の手順について説明する。まず、レーザ加工機Ｍｏに多系統冷却装置１を接続する（ステップＳ１）。この場合、多系統冷却装置１の吐出口２１ｍを、開閉バルブ２４ｍを介してレーザ加工機Ｍｏにおけるメイン負荷Ｍｍの上流側に接続するとともに、このメイン負荷Ｍｍの下流側を、開閉バルブ２５ｍを介して多系統冷却装置１の戻り口２２ｍに接続する。また、多系統冷却装置１の吐出口２１ｓを、開閉バルブ２４ｓを介してサブ負荷Ｍｓの上流側に接続するとともに、サブ負荷Ｍｓの下流側を、開閉バルブ２５ｓを介して多系統冷却装置１の戻り口２２ｓに接続する。そして、流量設定回路９及び水圧設定回路１０はいずれも初期状態、即ち、遮断状態にする（ステップＳ２）。
【００３２】
次いで、多系統冷却装置１の運転スイッチをＯＮにして運転を開始する（ステップＳ３）。多系統冷却装置１の運転時には、メイン圧送ポンプ６及びサブ圧送ポンプ８の作動により、冷却液タンク２に収容された冷却液Ｗは、共有送水ラインＬｏを通って分岐部７に至り、分岐部７により一方のメイン送水ラインＬｍと他方のサブ送水ラインＬｓに分岐する。一方のメイン送水ラインＬｍに流入した冷却水Ｗは、このメイン送水ラインＬｍを通り、吐出口２１ｍからレーザ加工機Ｍｏのメイン負荷Ｍｍに供給されるとともに、他方のサブ送水ラインＬｓに流入した冷却水Ｗは、サブ圧送ポンプ８により送出され、サブ送水ラインＬｓを通り、吐出口２１ｓからレーザ加工機Ｍｏのサブ負荷Ｍｓに供給される。この際、共有送水ラインＬｏを流れる冷却水Ｗは、冷却器１１により冷却（熱交換）される。また、メイン負荷Ｍｍに供給された冷却水Ｗは、当該メイン負荷Ｍｍにより加熱（熱交換）され、使用後の冷却水Ｗは、メイン戻りラインＬｍｒを通して冷却液タンク２に戻されるとともに、サブ負荷Ｍｓに供給された冷却水Ｗは、当該サブ負荷Ｍｓにより加熱（熱交換）され、使用後の冷却水Ｗは、サブ戻りラインＬｓｒを通して冷却液タンク２に戻される。
【００３３】
今、このような運転状態において、サブ送水ラインＬｓの流量Ｑｗが４０〔Ｌ／ｍｉｎ〕、メイン送水ラインＬｍの流量Ｑｗが１６０〔Ｌ／ｍｉｎ〕であった場合を想定する。この場合、前述したように、サブ送水ラインＬｓの流量Ｑｗに対する給水条件、即ち、目標流量値Ｑｗｓは、２０〔Ｌ／ｍｉｎ〕以上であるが、サブ送水ラインＬｓ側における流量Ｑｗの確保は、さほど重要ではないため、流量設定回路９により流量を可変調整し、２０〔Ｌ／ｍｉｎ〕分をサブ送水ラインＬｓからメイン送水ラインＬｍにバイパスさせ、サブ送水ラインＬｓの流量Ｑｗを２０〔Ｌ／ｍｉｎ〕に設定する（ステップＳ４，Ｓ５）。このときの流量Ｑｗは流量計３０により確認できる。なお、サブ送水ラインＬｓの水圧Ｐｗに対する給水条件、即ち、目標水圧値Ｐｗｓは、０．８〔Ｌ／ｍｉｎ〕以上であるが、目標水圧値Ｐｗｓについては、予め、サブ圧送ポンプ８の出力選定により確保される。
【００３４】
このように、流量設定回路９の可変調整により、サブ送水ラインＬｓの流量Ｑｗを最適化できるとともに、同時に、メイン送水ラインＬｍの流量Ｑｗを１６０〔Ｌ／ｍｉｎ〕から１８０〔Ｌ／ｍｉｎ〕へ増加させることができる。したがって、メイン送水ラインＬｍ側の流量Ｑｗに余裕を持たせることができるとともに、使用時の目減り防止にも寄与できる。一方、メイン送水ラインＬｍの流量Ｑｗの増加により、メイン送水ラインＬｍ側の水圧Ｐｗも上昇する（ステップＳ６，Ｓ７）。メイン送水ラインＬｍ側の目標水圧値Ｐｗｍは、０．５〔ＭＰａ〕であるため、流量Ｑｗの増加により水圧が０．６〔ＭＰａ〕まで上昇したとすれば、水圧設定回路１０により流量を可変調整し、メイン送水ラインＬｍの冷却水Ｗの一部を冷却液タンク２に戻すことにより、メイン送水ラインＬｍの水圧Ｐｗを０．５〔ＭＰａ〕に設定する（ステップＳ８，Ｓ９）。このときの水圧Ｐｗは水圧計３１により確認できる。以上により給水設定が終了する（ステップＳ１０）。
【００３５】
なお、図３には、本実施形態に係る多系統冷却装置（実施装置）１及び比較例に係る一般的な多系統冷却装置（比較装置）１ｘにおける動作状態及びポンプ消費電力を対比して示す。図３（ａａ）及び（ａｂ）は、実施装置１の原理回路図及び実験データ表をそれぞれ示し、図３（ｂａ）及び（ｂｂ）は、比較装置１ｘの原理回路図及び実験データ表をそれぞれ示す。比較装置１ｘは、完全に独立した二つの給水系統、即ち、冷却液タンク２とメイン負荷Ｍｍ（図示を省略）を接続するメイン送水ラインＬｍｘにメイン圧送ポンプ６ｘを接続したメイン給水系統３ｘ，及び冷却液タンク２とサブ負荷Ｍｓ（図示を省略）を接続するサブ送水ラインＬｓｘにサブ圧送ポンプ８ｘを接続したサブ給水系統４ｘを備えている。また、Ｖｍ及びＶｓは、共に流量又は水圧を制限するリリーフバルブである。さらに、図４には実施装置１の特性図を示す。
【００３６】
実施装置１と比較装置１ｘを比較すれば、いずれもメイン負荷及びサブ負荷に対する給水条件を満たしている。即ち、いずれもメイン負荷に対する流量が１７０〔Ｌ／ｍｉｎ〕以上の給水条件を満たしているとともに、サブ負荷に対する流量が２０〔Ｌ／ｍｉｎ〕以上の給水条件を満たしている。この場合、実施装置１では、比較装置１ｘのサブ圧送ポンプ８ｘに対して出力を１／４程度まで小型化（０．４〔ｋＷ〕）した、より小型のサブ圧送ポンプ８を用いており、結果的に、サブ圧送ポンプ８の消費電力は半分以下になっているとともに、メイン圧送ポンプ６を含めた全体の消費電力も１０〔％〕程度低減していることを確認できる。
【００３７】
このように、本実施形態に係る給水設定方法によれば、サブ給水系統４におけるサブ圧送ポンプ８の揚程を小さくできるとともに、メイン給水系統３とサブ給水系統４間の融通性を高めることができる。したがって、特にサブ圧送ポンプ８の小型化が可能になるとともに、サブ給水系統４の余力をメイン給水系統３に利用するなどにより、冷却水Ｗに対する利用の高効率化及び最適化を図ることができる。この結果、必要な流量Ｑｗ及び水圧Ｐｗを確保しつつ全体の電力消費低減により省エネルギ性を高めることができる。また、冷却液タンク２からメイン圧送ポンプ６により共有送水ラインＬｏに送出された冷却水Ｗを少なくとも二系統に分岐し、一方の冷却水Ｗをメイン給水系統３のメイン送水ラインＬｍを通して被冷却物Ｍに供給し、かつ他方の冷却水Ｗをサブ圧送ポンプ８により送出することによりサブ給水系統４のサブ送水ラインＬｓを通して被冷却物Ｍに供給するとともに、サブ送水ラインＬｓとメイン送水ラインＬｍ間に接続した流量設定回路９によりサブ送水ラインＬｓの流量Ｑｗを設定し、さらに、メイン送水ラインＬｍと冷却液タンク２間に接続した水圧設定回路１０によりメイン送水ラインＬｍの水圧Ｐｗを設定するようにしたため、給水系統の全体における一部の共有化及び相互間の融通性向上により、全体の小型化及び軽量化、更にはコストダウンを実現できる。
【００３８】
次に、本発明の変更実施形態に係る多系統冷却装置１について、図５及び図６を参照して説明する。
【００３９】
図５は、図１に示した多系統冷却装置１のサブ圧送ポンプ８の下流側におけるサブ送水ラインＬｓとメイン戻りラインＬｍｒ（冷却液タンク２）間に、水圧制限用のリリーフバルブ１２を接続したものである。サブ圧送ポンプ８により送出される冷却水Ｗは、前述したように、被冷却物Ｍの主要部分以外の一部の狭い機構等のサブ負荷Ｍｓに供給されるため、水圧Ｐｗを確保する必要がある。しかし、反面、その構造上、水圧Ｐｗが高くなり過ぎることは悪影響も生じやすい。そのため、水圧制限用のリリーフバルブ１２を接続し、例えば、リミッタ値を０．９〔ＭＰａ〕に設定することにより、水圧Ｐｗを０，８〜０．９〔ＭＰａ〕に制限し、サブ負荷Ｍｓ側における一部の狭い（細かい）機構等を高水圧に対して保護することができる。
【００４０】
図６は、図１に示した多系統冷却装置１に対してコントローラ５１による制御系を追加したものである。５１ｓはコントローラ５１に接続した操作部を示す。図１に示した多系統冷却装置１に備える流量設定回路９及び水圧設定回路１０は、いわば手動操作を想定したものであるが、図６に示す多系統冷却装置１は、コントローラ５１からの制御信号により駆動制御可能な流量設定回路９及び水圧設定回路１０を用いたものである。したがって、水圧計２９，３１及び流量計３０，３２はコントローラ５１に対して検出信号を付与可能なタイプを用いる。この多系統冷却装置１によれば、操作部５１ｓの自動給水設定ボタンのＯＮによりコントローラ５１の自動設定モードが起動する。これにより、コントローラ５１は、水圧計２９，３１及び流量計３０，３２からの検出信号を監視しつつ、図２に示したフローチャートに従って流量設定回路９及び水圧設定回路１０を駆動制御し、給水設定を自動で行う。このため、コントローラ５１は、マイコン（マイクロコンピュータ）を搭載、即ち、ＣＰＵ及びメモリ等を内蔵したコンピュータ機能を有し、多系統冷却装置１の全体の制御を司る機能に加えて、自動設定モードを実行するシーケンス制御プログラムを格納している。
【００４１】
以上、好適実施形態及び変更実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，数量，数値，手法等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。
【００４２】
例えば、多系統冷却装置１として、メイン給水系統３とサブ給水系統４の二系統を備えるタイプを示したが、さらに、給水系統を追加して三系統以上で構成してもよい。この場合、例示したメイン給水系統３とサブ給水系統４の二系統を基本として他の給水系統を追加することができる。また、メイン戻りラインＬｍｒとサブ戻りラインＬｓｒを設けて冷却水Ｗを循環させる循環式に構成した場合を示したが、冷却水Ｗを循環させることなく廃棄する非循環式に構成する場合を排除するものではない。一方、共有送水ラインＬｏに、当該共有送水ラインＬｏを流れる冷却水Ｗを冷却する冷却器１１を接続した場合を示したが、メイン戻りラインＬｍｒとサブ戻りラインＬｓｒを合流させ、この合流させたラインに冷却器１１を接続するなど、他の接続形態を排除するものではない。なお、冷却器１１は、冷凍サイクルＣを用いたが、ペルチェ素子を利用したサーモモジュール等の他の冷却器の使用であってもよい。また、冷凍サイクルＣ及びサーモモジュールは冷却器又は加熱器として機能させることができるため、本発明における「冷却」とは「加熱」も含む概念である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明に係る多系統冷却装置１及びその給水設定方法は、レーザ加工機をはじめ、複数系統により冷却液を供給する各種被冷却物の冷却に利用できる。
【符号の説明】
【００４４】
１：多系統冷却装置，２：冷却液タンク，３：メイン給水系統，４：サブ給水系統，５：共有系統，６：メイン圧送ポンプ，７：分岐部，８：サブ圧送ポンプ，９：流量設定回路，１０：水圧設定回路，１１：冷却器，１２：リリーフバルブ，Ｗ：冷却液，Ｍ：被冷却物，Ｌｏ：共有送水ライン，Ｌｍ：メイン送水ライン，Ｌｓ：サブ送水ライン，Ｌｍｒ：メイン戻りライン，Ｌｓｒ：サブ戻りライン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却液が収容された冷却液タンクから第一の給水条件により冷却水を被冷却物に供給するメイン給水系統と、前記冷却液タンクから第二の給水条件により冷却水を被冷却物に供給するサブ給水系統とを備えてなる多系統冷却装置であって、前記冷却液タンクからメイン圧送ポンプにより冷却水を共有送水ラインに送出する共有系統と、前記共有送水ラインに送出された冷却水を少なくとも二系統に分岐する分岐部と、分岐した一方の冷却水をメイン送水ラインを通して前記被冷却物に供給するメイン給水系統と、分岐した他方の冷却水をサブ圧送ポンプにより送出することにより、サブ送水ラインを通して被冷却物に供給するサブ給水系統と、前記サブ送水ラインと前記メイン送水ライン間に接続して当該サブ送水ラインの流量を設定可能な流量設定回路と、前記メイン送水ラインと前記冷却液タンク間に接続して当該メイン送水ラインの水圧を設定可能な水圧設定回路とを備えてなることを特徴とする多系統冷却装置。
【請求項２】
前記メイン給水系統から被冷却物に供給された冷却水を前記冷却液タンクに戻すメイン戻りライン，及び前記サブ給水系統から被冷却物に供給された冷却水を前記冷却液タンクに戻すサブ戻りラインを備えることを特徴とする請求項１記載の多系統冷却装置。
【請求項３】
前記共有送水ラインには、当該共有送水ラインを流れる冷却水を冷却する冷却器を接続することを特徴とする請求項１又は２記載の多系統冷却装置。
【請求項４】
前記サブ送水ラインと冷却液タンク間には、水圧制限用のリリーフバルブを接続することを特徴とする請求項１，２又は３記載の多系統冷却装置。
【請求項５】
冷却液が収容された冷却液タンクから第一の給水条件によりメイン給水系統を介して被冷却物に冷却水を供給するとともに、前記冷却液タンクから第二の給水条件によりサブ給水系統を介して被冷却物に冷却水を供給するための多系統冷却装置の給水設定方法であって、前記冷却液タンクからメイン圧送ポンプにより共有送水ラインに送出された冷却水を少なくとも二系統に分岐し、分岐した一方の冷却水をメイン給水系統のメイン送水ラインを通して前記被冷却物に供給し、かつ分岐した他方の冷却水をサブ圧送ポンプにより送出することにより、サブ給水系統のサブ送水ラインを通して前記被冷却物に供給するとともに、前記サブ送水ラインと前記メイン送水ライン間に接続した流量設定回路により前記サブ送水ラインの流量を目標流量値に設定し、この後、前記メイン送水ラインと前記冷却液タンク間に接続した水圧設定回路により前記メイン送水ラインの水圧を目標水圧値に設定することを特徴とする多系統冷却装置の給水設定方法。
【請求項６】
前記共有送水ラインを流れる冷却水は、冷却器により冷却することを特徴とする請求項５記載の多系統冷却装置の給水設定方法。
【請求項１】
冷却液が収容された冷却液タンクから第一の給水条件により冷却水を被冷却物に供給するメイン給水系統と、前記冷却液タンクから第二の給水条件により冷却水を被冷却物に供給するサブ給水系統とを備えてなる多系統冷却装置であって、前記冷却液タンクからメイン圧送ポンプにより冷却水を共有送水ラインに送出する共有系統と、前記共有送水ラインに送出された冷却水を少なくとも二系統に分岐する分岐部と、分岐した一方の冷却水をメイン送水ラインを通して前記被冷却物に供給するメイン給水系統と、分岐した他方の冷却水をサブ圧送ポンプにより送出することにより、サブ送水ラインを通して被冷却物に供給するサブ給水系統と、前記サブ送水ラインと前記メイン送水ライン間に接続して当該サブ送水ラインの流量を設定可能な流量設定回路と、前記メイン送水ラインと前記冷却液タンク間に接続して当該メイン送水ラインの水圧を設定可能な水圧設定回路とを備えてなることを特徴とする多系統冷却装置。
【請求項２】
前記メイン給水系統から被冷却物に供給された冷却水を前記冷却液タンクに戻すメイン戻りライン，及び前記サブ給水系統から被冷却物に供給された冷却水を前記冷却液タンクに戻すサブ戻りラインを備えることを特徴とする請求項１記載の多系統冷却装置。
【請求項３】
前記共有送水ラインには、当該共有送水ラインを流れる冷却水を冷却する冷却器を接続することを特徴とする請求項１又は２記載の多系統冷却装置。
【請求項４】
前記サブ送水ラインと冷却液タンク間には、水圧制限用のリリーフバルブを接続することを特徴とする請求項１，２又は３記載の多系統冷却装置。
【請求項５】
冷却液が収容された冷却液タンクから第一の給水条件によりメイン給水系統を介して被冷却物に冷却水を供給するとともに、前記冷却液タンクから第二の給水条件によりサブ給水系統を介して被冷却物に冷却水を供給するための多系統冷却装置の給水設定方法であって、前記冷却液タンクからメイン圧送ポンプにより共有送水ラインに送出された冷却水を少なくとも二系統に分岐し、分岐した一方の冷却水をメイン給水系統のメイン送水ラインを通して前記被冷却物に供給し、かつ分岐した他方の冷却水をサブ圧送ポンプにより送出することにより、サブ給水系統のサブ送水ラインを通して前記被冷却物に供給するとともに、前記サブ送水ラインと前記メイン送水ライン間に接続した流量設定回路により前記サブ送水ラインの流量を目標流量値に設定し、この後、前記メイン送水ラインと前記冷却液タンク間に接続した水圧設定回路により前記メイン送水ラインの水圧を目標水圧値に設定することを特徴とする多系統冷却装置の給水設定方法。
【請求項６】
前記共有送水ラインを流れる冷却水は、冷却器により冷却することを特徴とする請求項５記載の多系統冷却装置の給水設定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１６３６９８（Ｐ２０１１−１６３６９８Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８６３３（Ｐ２０１０−２８６３３）
【出願日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【出願人】（０００１０３９２１）オリオン機械株式会社 (450)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【出願人】（０００１０３９２１）オリオン機械株式会社 (450)
【Ｆターム（参考）】
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