JP4769117B2 - ボルテックスチューブにおける温度、風量制御装置。 - Google Patents

Description

本発明は、ボルテックスチューブにおいて、吐出されている冷風または熱風の温度を制御する装置にかかり、特に所望の温度の冷風または熱風を迅速に効率良く得る装置に関するものである。

液化気体や冷凍機を使用せずに冷風を得る装置としてボルテックス装置が知られており、特に大気汚染を嫌う場合や装置の小型化が要求される用途に使用されている。また高温の発熱体を使用せずに熱風を得ることができるところから、ボルテックスチューブは引火の危険を伴わない高度の安全性が要求される熱源としても使用されている。

ボルテックスチューブは、一方向へ伸びる熱風管と反対方向へ伸びる冷風噴出口とを有し、その中間に位置するゼネレータより熱風管内へ高速で旋回する気流を送入すると、その内部に生ずる気圧勾配により温度差が生まれ、熱風管の先端より熱風を噴出すると同時に、熱風管内を逆流した冷風が冷風噴出口から噴出する。

ゼネレータに供給する気体の圧力が一定であれば、熱風管の先端に設けた絞り弁を操作して、熱風の噴出量を変化させると、冷風の噴出量は熱風噴出量と相補的関係で変化する。即ち、熱風量を絞るほど熱風の温度は上昇すると共に、冷風量が増して冷風温度は常温に近づく。逆に熱風量を増すほどに熱風温度は低下し、冷風量は減少して冷風温度は低下する。そして、ゼネレータに供給する気体の圧力を高めると、冷風及び熱風の噴出量の合計値が増大し、熱風と冷風との温度差は大きくなる。

冷風の温度を制御する例として、特許文献１に半導体試料のためにその温度を制御する装置が示されており、この装置では電空レギュレータを用いてゼネレータへ供給する圧縮電気の圧力を冷風の温度に基づいて制御している。
特開平１０−１３５３１５号公報

特許文献１に記載された装置は、検査条件がほぼ一定している場合には、冷風の温度を一定に維持することができる。しかし、幾通りかの温度条件について検査を実施したい場合には、熱風管端の絞り弁の開度を調節しないと冷風の温度の選択範囲が狭く、かつ冷風温度の如何によっては冷風量が少かったり、冷風量が多過ぎてエネルギの利用効率が悪化する。

しかも、絞り弁の開度を調節した後に電空レギュレータの自動制御によって冷風温度を調節すれば、冷風温度が設定値に安定するまでに数分以上を有するので、所望の温度条件下で必要な冷風量が得られる絞り弁開度を求めるのに長時間を要する。従って温度条件を頻繁に変化させなければならない検査には不向きである。

よって、本発明は、ボルテックスチューブにおいて、使用する冷風または熱風の指定された温度条件下で、高いエネルギの利用効率が得られる温度制御装置を実現しようとするものである。

本発明は、ボルテックスチューブのゼネレータへの圧縮気体の供給路に設けたれ電空レギュレータと、上記ボルテックスチューブの熱風管端に設けた電動比例制御弁と、上記ボルテックスチューブの冷風噴出口または熱風管端に設けた温度センサと、この温度センサの検出温度と設定温度とを比較して制御信号を得る温度調節計と、この温度調節計の制御信号を上記で電空レギュレータ及び上記電動比例制御弁の各制御回路に交互に供給するシーケンス回路とを有する。ここで、上記温度センサは、冷風を利用する場合には冷風噴出口に設け、熱風を利用する場合には熱風管端に設ける。

更に、冷風を利用する場合には上記ボルテックスチューブの冷風噴出口に風量センサを設け、熱風を利用する場合には上記ボルテックスチューブの熱風管端に風量センサを設けて、これらの検出風量と設定風量とを風量調節計で比較して得た風量制御信号を、上記シーケンス回路に導入して上記電空レギュレータ及び上記電動比例制御弁を交互に自動調整する。ここで、上記風量センサは、冷風を利用する場合には冷風噴出口に設け、熱風を利用する場合には熱風管端に設ける。

上述のように、利用する冷風または熱風の温度を設定するに当り、ゼネレータの入口の電空レギュレータだけでなく、熱風管端の電動比例制御弁をも制御しているので、選択できる温度範囲が拡がり、かつ熱風管端の絞り弁を操作しながら温度を調節するのに較べて、簡単かつ迅速に目的とする温度に到達させることができる。さらに、圧縮空気の利用効率を高めるために利用する冷風または熱風の風量を適正に制御することは、特許文献１に示されているような電空レギュレータのみによる温度制御では至難事であるが、本発明のように電動比例制御弁の追加と風量センサの検出風量信号の利用とにより、容易にこの制御を実施することができる。

ボルテックスチューブのゼネレータへの圧縮空気の供給管路中に電空レギュレータを設け、熱風管の先端に電動比例制御弁を設け、冷風噴出管に温度センサ及び風量センサを設け、各サンサの検出信号をそれぞれ設定値と比較して温度制御信号及び風量制御信号を得る。そしてシーケンス回路は、第１のシーケンスでは風量制御信号により電空レギュレータを調節して所定の風量を得、第２のシーケンスでは温度制御信号により電動比例制御弁を調節して所定の温度を得、第３のシーケンスでは温度制御信号により電空レギュレータの再調節し、以後、第２及び第３のシーケンスの動作を反覆した後に第１のシーケンスに戻り、第２及び第３のシーケンスを反覆する。なお、シーケンスの切換えは、温度または風量の検出値が定常状態に達する度に、或いは一定時間経過する度に行う。

図１において、ボルテックスチューブ１は、圧縮空気が圧縮空気源２から管路３を経てゼネレータ４に供給され、ゼネレータ４が生じた高速旋回気流が熱風管５内に送り込まれ、熱風管５の先端に設けた手動調節弁６を経て熱風が噴出すると共に、ゼネレータ４の熱風管５とは反対方向に指向した冷風噴出管７より冷風が噴出する。

通常は管路３の途中にゼネレータへ供給される圧縮空気の圧力を調節するために手動調節弁が設けられるが、特許文献１に示された装置では、この手動調節弁の代りに電空レギュレータ８が設けられ、冷風噴出管より噴出する冷風の温度をセンサ９で検出し、その温度信号を温度調節計１０へ導いてその温度設定器１１の設定温度と比較し、得られた温度制御信号を駆動回路１２に供給して、電空レギュレータ８の弁の開度を自動制御している。

本発明においては熱風管５の先端に電動比例制御弁１３を取付けるが、このとき手動調節弁６は取外すか或いは全開状態にしておく。そして、上述の電空レギュレータ８の駆動回路１２と電動比例制御弁１３の駆動回路１４とを、温度調節計１０の温度制御信号に基づいてシーケンス回路１５により次の態様で動作させる。

先ず、温度設定器１１を所望の冷風温度に設定すると共に、電空レギュレータ８の吐出側の圧力を適当と思われる任意の値に仮設定し、ゼネレータ４へ圧縮空気の供給を開始する。
（１）シーケンスの第１段では、温度調節計１０の温度制御信号により電動比例制御弁１３の調節が行われ、これにより冷風温度が目標値へ向って変化する。そして冷風温度が安定状態に達した時点では、仮設定された電空レギュレータ８の弁開度のもとでは、ボルテックスチューブ１における冷風と熱風の配分量が最適状態になる。
（２）シーケンスの第２段では、第１段目で自動調節された電動比例制御弁１３の弁開度をそのまま固定し、温度調節計１０の温度制御信号により電空レギュレータ８の調節が行われ、仮設定されていた弁開度が適切な方向に変更される。

シーケンスの第２段で決定された電空レギュレータ８の弁開度のもとでは、第１段で得た電動比例制御弁１３の弁開度が必ずしも理想的な値ではなくなってくるので、その場合には第１段と第２段とを交互にくり返して実施する。このシーケンスの切換えには、温度センサ９による検出温度が定常状態に達したことが検知される度に行う方法と、一定時間ごとに行う方法とがある。

図２において、ボルテックスチューブ１の冷風噴出管７に、温度センサ９と共に風量センサ１６を設け、検出された風量信号を風量調節計１７へ導く。風量調節計１７は風量設定器１８を有し、風量信号をその風量設定値と比較して、得られた風量制御信号をシーケンス回路１５を経て電空レギュレータ８の駆動回路１２及び電動比例制御弁１３の駆動回路１４を次の態様で動作させる。

先ず、温度設定器１１及び風量設定器１８を所望の冷風温度及び風量にそれぞれ設定し、電動比例制御弁１３を閉状態に設定し、電空レギュレータ８を吐出側の圧力が適当と思われる値になるように仮設定し、その上でゼネレータ４へ圧縮空気の供給を開始する。
（１）シーケンスの第１段では、風量調節計１７の風量制御信号により、電空レギュレータ８が制御され、設定風量が得られるようにゼネレータ４への供給空気圧が制御される。
（２）シーケンスの第２段では、電空レギュレータ８の吐出圧力はそのままに固定され、温度調節計１０の温度制御信号により電動比例制御弁１３の自動調節が行われ、冷風温度が設定値へ向って変化する。
（３）シーケンスの第３段では、電動比例制御弁１３の弁開度がそのままに固定され、温度調節計１０の温度制御信号により電空レギュレータ８が制御され、その吐出圧力の修正が行われる。

上述のシーケンス第２段及び第３段の反覆により冷風温度が設定値に安定すると、再びシーケンスの第１段に戻り風量制御信号に基づく電空レギュレータ８の吐出圧力が修正されシーケンスの２段および第３段を反覆して最終的には冷風の温度及び風量が最も少い圧縮空気の使用量のもとで得られる状態に到達する。

図３に示すように、温度センサ９を電動比例制御弁１３の熱風噴出口１９に設けてその温度信号を温度調節計１０に導入し、その温度制御信号をシーケンス回路１５で電空レギュレータ制御回路１２と電動比例制御弁１４とに交互に供給することによって、速やかに所望温度の熱風を得ることができる。

図３に点線で示すように、熱風噴出口１９に更に風量センサ１６を設け、その風量信号から風量調節計１７において風量制御信号を得て、シーケンス回路１５により実施例２と同じ順序のシーケンス動作を営ませることにより、所望の温度及び風量の熱風を容易に得ることができる。

上述のように、本発明によるときは所望の温度への調節操作が容易かつ迅速に行うことができるので、特に利用温度を頻繁に変更しなければならない用途に適し、更に使用風量を調節して圧縮空気の利用効率を高めることも可能である。よって、ボルテックスチューブが従来使用されていた用途に加えて、更にその利用範囲を拡大することができる。

本発明の実施例１のブロック図である。 本発明の実施例２のブロック図である。 本発明の実施例３及び４のブロック図である。

符号の説明

１ ボルテックスチューブ
２ 圧縮空気源
３ 圧縮空気供給管路
４ ゼネレータ
５ 熱風管
６ 手動調節弁
７ 冷風噴出口
８ 電空レギュレータ
９ 温度センサ
１０ 温度調節計
１１ 温度設定器
１２ 駆動回路
１３ 電動比例制御弁
１４ 駆動回路
１５ シーケンス回路
１６ 風量センサ
１７ 風量調節計
１８ 風量設定器
１９ 熱風噴出口

Claims (7)

1. ボルテックスチューブの旋回気流を発生するゼネレータの圧縮気体供給路に設けた電空レギュレータと、上記ゼネレータから上記旋回気流が供給される熱風管の先端の熱風噴出口に設けた電動比例制御弁と、上記熱風噴出口または上記熱風管の基端の冷風噴出口に設けた温度センサと、この温度センサの温度信号を設定温度と比較して温度制御信号を得る温度調節計と、上記電空レギュレータ及び上記電動比例制御弁の各駆動回路を上記温度制御信号に基いて交互に制御するシーケンス回路とよりなるボルテックスチューブにおける温度制御装置。
2. 請求項１において、上記シーケンス回路は、上記電空レギュレータの駆動回路及び上記電導比例制御弁の駆動回路の制御動作の切換えを、上記温度センサの温度信号が定常状態に到達する度に行うよう構成されていることをと特徴とするボルテックスチューブにおける温度制御装置。
3. 請求項１において、上記シーケンス回路は、上記電空レギュレータの駆動回路及び上記電導比例制御弁の駆動回路の制御動作の切換えを、所定の時間経過後に行うよう構成されていることを特徴とするボルテックスチューブにおける温度制御装置。
4. ボルテックスチューブの旋回気流を発生するゼネレータの圧縮気体供給路に設けた電空レギュレータと、上記ゼネレータから上記旋回気流が供給される熱風管の先端の熱風噴出口に設けた電動比例制御弁と、上記熱風噴出口または上記熱風管の基端の冷風噴出口に設けた温度センサと、この温度センサの温度信号を設定温度と比較して温度制御信号を得る温度調節計と、上記両噴出口のうちの上記温度センサのある側に設けた風量センサと、この風量センサの風量信号を設定風量と比較して風量制御信号を得る風量調節計と、上記電空レギュレータ及び上記電動比例制御弁の各駆動回路を制御するシーケンス回路とよりなり、このシーケンス回路は、上記風量制御信号に基いて上記電空レギュレータの駆動回路を制御する第１のシーケンス段階及び上記温度制御信号に基いて上記電空レギュレータの駆動回路と上記電動比例制御弁の駆動回路とを交互に制御する第２のシーケンス段階を交互に生ずるよう構成されていることを特徴とする温度、風量制御装置。
5. 請求項４において、シーケンス回路は、第１のシーケンス段階と第２のシーケンス段階の切換えを所定の時間経過後に行なうよう構成されていることを特徴とするボルテックスチューブにおける温度、風量制御装置。
6. 請求項４において、シーケンス回路は、第２のシーケンス段階における上記温度制御信号に基づく上記電空レギュレータの駆動回路の制御と上記温度制御信号に基づく上記電動比例制御弁の制御との切換えを、上記温度センサの温度信号が定常状態に達する度に行うよう構成されていることを特徴とするボルテックスチューブにおける温度、風量制御装置。
7. 請求項４において、シーケンス回路は、第２のシーケンス段階における上記温度制御信号に基づく上記電空レギュレータの駆動回路と上記温度制御信号に基づく上記電動比例制御弁の制御との切換えを、所定の時間経過後に行なうよう構成されていることを特徴とするボルテックスチューブにおける温度、風量制御装置。
   

Images