チラー熱管理

産業用チラーは、プロセスの再現性と反復性を高める目的で、液体冷却機器やツールを使用して閉ループで一定温度の流体を循環させるために主に使用されます。

再循環チラーが一定の温度を維持する方法について

熱管理モジュールとして、標準タイプの既製の熱管理コントローラを使用できます。コントローラは、さまざまなオプションが備えられたものを複数のメーカーから入手できます。コントローラはすべて温度表示機能を備え、パネルマウント式で、測温抵抗体(RTD)または熱電対からの温度入力を受け入れます。また、さまざまな通信オプションも利用できます。多くのコントローラには、PID（比例積分微分制御）オートチューン機能という便利な機能が内蔵されています。これにより、ユーザーはコントローラにシステム障害に対する最適な応答を計算させることができます。障害は、異なるプロセス負荷、セットポイントの変更、ノイズといった形で発生します。オートチューニングの完了後、ユーザーは、プロセス流体の温度がプロセス制御の範囲内であることを確認するために、チューニングパラメータに調整を行う必要がある場合があります。これにより、必ずしもツールでチラーを調整する作業が完了されるわけではありません。オートチューニング機能は、評価対象の1つの動作点で温度コントローラを調整しようとするため、注意する必要があります。

PLCを使用することで、より要求の厳しい制御環境のニーズを満たす柔軟性が得られます。これにより、圧力、流量、周囲温度などのプロセス温度に関連しないプロセス測定や、ポンプの過負荷、安全シャットダウンなどの重要なイベントをアダプティブ制御方式にシームレスに統合することができます。PLCは、データ収集と通信の手段も提供します。これらは、無数の通信オプションを介してホストシステムに簡単に接続できます。

さまざまなフィールドバス接続(Profibus、DeviceNet、Lonworksなど)と、非独占的なシリアルおよびイーサネットリンクが利用可能です。これにより、ユーザーはチラーをツールとより適切に統合できます。熱管理は多くの産業プロセスにとって重要な機能ですが、温度の安定性は一部のプロセスにとって重要です。安定性の向上は、一般にコストの増加と相関しています。

多くのアプリケーションでは、指定された熱負荷において所定の設定温度の±0.5°Cまでの安定した温度が求められます。このレベルの安定性は、リザーバー内の温度を測定し、冷凍システムの開閉弁を循環させることによって達成できます。(図3を参照)。熱管理モジュールの基本的なPIDアルゴリズムは、必要に応じて開閉弁を循環させます。リザーバーは、ツールからの熱負荷の変化による小さな温度変化の影響を軽減するのに役立つ一定温度の液体を供給します。

リザーバーは、ツールに供給される液体の温度を一定に保つのに役立ちますが、ツールから戻る液体の急激な温度上昇も防ぎます。これらの変化は、異なる熱負荷に起因するものです。たとえば、動作中のレーザーは、液体に300Wの一定した熱負荷を5分間加える場合があります。その後、レーザー出力は500 Wで5分間動作し、次の5分間で300 Wに下がります。このサイクルは何度も繰り返される可能性があります。熱負荷を67%増やすと、チラーに戻る液体温度が急激に変化します。リザーバー内の液体温度の変化は遅いため、熱管理モジュールはこれらの変化に応答するのが遅くなります。

動的プロセスでは、冷蔵システムの出口およびリザーバの前で液体の温度を測定することにより、温度の安定性を高めることができます。(図4を参照)。熱管理モジュールは、液体温度の急上昇を確認して、それに対応できます。ツールに供給される液体温度の安定性は、測定ポイントを変更するだけで2倍になります。(図5を参照。)

チラーが開閉バルブ(冷蔵ソレノイドバルブなど)を使用して±0.5°Cの安定性を実現するように設計されている場合、安定性をさらに高めるとサイクルの頻度が高くなり、バルブの寿命が短くなることに注意してください。この問題は、既製の熱管理コントローラで自動調整機能を使用している場合に発生する可能性があります。そのため、チラーは、プロセスを制御するために必要な安定性のみを提供する必要があります。

チラーの熱管理に関連したよくある別の問題は、チラーとツールの間の環境温度または周囲温度の損失です。これは通常、プロセス流体が室温よりもはるかに高温または低温であり、チラーとツールの間にかなりの距離や配管がある場合に発生します。チラーがツール本体とは異なる階にある場合もあります。たとえば、チラーから出る15°Cの流体は、室内の空気によって流体の温度が上昇するため、ツールに到達するまでに20°Cまで上昇する可能性があります。このプロセスでは、20°Cではなく15°Cの一定温度で液体をツールに供給する必要があります。この問題の場合、5°Cの熱管理モジュールにオフセットを入力できます。チラーの設定温度は15°Cと入力されていますが、実際にはチラーは10°Cに制御されます。このプロセスに求められるな15°Cの液体を確保し、チラーはディスプレイまたは通信を通じて15°Cの値を伝達します。

温度に敏感なプロセスには、医療機器、一部のレーザー、半導体装置で使用されるプロセスなど、数多くあります。再循環チラーの場合、ある一定の熱負荷における指定の設定温度の±0.1°Cまでの安定性は珍しくありません。ただし、前述のように、チラーコンポーネントまたは開発のコストが増加する可能性があるため、特定のプロセスにこのレベルの安定性が本当に必要かどうか確認することをお勧めします。熱管理モジュールのPIDアルゴリズムは、冷蔵システムの開閉バルブまたは調節バルブのいずれかを制御します。調節バルブは通常の場合、ステッパーバルブであり、動作点でよりきめ細かい制御を行います。また、開閉バルブのようなバルブの寿命にわたる特定のサイクル数に限定されません。調節バルブは、開閉バルブと比較して、完全に開閉するのに時間がかかります。したがって、設定値が段階的に変化すると、チラーが新規の設定温度に上昇するのに時間がかかります。

複数の液体ループを制御したり、熱負荷の変化が大きな広範囲の温度で動作したりする場合、チラーの熱管理が複雑になる可能性があります。この場合、PLCとOITが使用されます。これは、PLCとOITが、複数のコントロールデバイスを制御し、複数のPIDループを持つようにプログラムできるためです。これらのデバイスは、専用に作成されたプログラムによってのみ制限されるため、究極の柔軟性を提供します。

要約すると、システムの動作点と必要な安定性を慎重に決定することが重要です。これらの項目を誤って指定すると、ツールの温度が制御不能になったり、不要なコストが追加されたりする可能性があります。経験豊富なチラーメーカーは、正確な入力に基づき、適切なカスタムチラーやは標準のチラーを提供することができます。

RS232通信を活用する

顧客満足度をワンランク高めることが将来的に求められます。サービスが組織のシームレスな一部になることが、お客様に求められています。冷却システムと再循環チラーは、本質的に、内部センサーと制御装置を介してシステム全体のステータスに関する重要な情報を測定します。このため、冷却システムとチラーを効果的に使用して、RS232インターフェースを介してシステムの問題を伝達できます。この有益な情報は、システム全体における機器の保守と保全に役立ちます。

最も単純な形式では、RS232を使用して基本的なチラー機能を制御し、システムに障害がないかどうかを確認できます。ほとんどの人は、RS232を使用してユニットの電源をオンまたはオフにし、セットポイントなどの基本機能を制御するだけです。ただし、チラーのほぼすべての機能はRS232インターフェースを介して利用できるため、その機能はそれよりもはるかに優れています。

複数の液体ループを制御したり、熱負荷の変化が大きな広範囲の温度で動作したりする場合、チラーの熱管理が複雑になる可能性があります。この場合、PLCとOITが使用されます。これは、PLCとOITが、複数のコントロールデバイスを制御し、複数のPIDループを持つようにプログラムできるためです。これらのデバイスは、専用に作成されたプログラムによってのみ制限されるため、究極の柔軟性を提供します。

要約すると、システムの動作点と必要な安定性を慎重に決定することが重要です。これらの項目を誤って指定すると、ツールの温度が制御不能になったり、不要なコストが追加されたりする可能性があります。経験豊富なチラーメーカーは、正確な入力に基づき、適切なカスタムチラーやは標準のチラーを提供することができます。

たとえば、Boydの再循環チラーは、圧力変化を監視して通知することができます。システムを設置して動作させると、液体側の既存の圧力測定値を取得し、液体側の圧力を常に監視するための基準点として使用できます。配管の問題、腐食、フィルターの詰まりなどにより、機器に一定期間または数日間にわたって圧力が突然増減する傾向が見られる場合は、潜在的な問題が発生する前に警告が表示されます。

ゆっくりとした、しかし着実な温度変化も、将来的な問題の兆候です。システムが通常の運転中に温度を維持する能力を徐々に失っている場合は、冷却されている電子部品が過熱しているか、内部障害のために動作していない、あるいはチラーの性能が低下している可能性があります。Boydのチラーは、1/100度の小さな温度変化を測定し、RS232インターフェースを介してそれらを伝達する機能を備えています。

始動時システムテスト、またはチラーの測定および制御機能を使用して定期的に実行できるテストの開発は、ダウンタイムが発生する前に問題を特定するための非常に効果的な方法です。チラーの一体型センサーとRS232インターフェースを使用して温度、圧力、その他のパラメータを測定することで、追加の温度センサーと圧力センサーを統合するコストと複雑さを回避し、障害やシステムの問題の早期診断と修復を可能にして、コストとダウンタイムを低減できます。

まず、RS232通信ソフトウェアをダウンロードして、ハードドライブにコピーしましょう。ひとつのフォルダ（デスクトップなど）に抽出します。KodiakPCHost.cabファイルを解凍しないでください。ファイアウォールのため、setup.exrの名前をsetup.exeに変更してください。setup.exeファイルを実行します。システム上のファイルがインストールしようとしているファイルよりも新しいというメッセージがポップアップで表示される場合は、最新のファイルを保持するよう選択します。その後、com 1ポートが9600ボー、8データビット、1ストップビット、パリティなしに設定されていることを確認します。ソフトウェアフロー制御も使用しないでください。WinZipを使用してzipファイルを抽出する場合、バージョンは9.0以上でなければならない点にご注意ください。プログラムは、メイン画面とコントロールを表すシンプルなインターフェースです。ダウンロードを許可するには、ポップアップ ブロックをオフにする必要があります。

Learn more about Recirculating Chillers where can implement intelligent system controls like RS323 Communications.