CN107860243B

CN107860243B - 热交换器

Info

Publication number: CN107860243B
Application number: CN201710584621.2A
Authority: CN
Inventors: 北村正史; 大高诚; 高桥要; 秋山雄平
Original assignee: Ebara Refrigeration Equipment and Systems Co Ltd
Current assignee: Ebara Refrigeration Equipment and Systems Co Ltd
Priority date: 2016-09-21
Filing date: 2017-07-18
Publication date: 2020-08-14
Anticipated expiration: 2037-07-18
Also published as: CN207066179U; JP6769798B2; JP2018048763A; CN107860243A

Abstract

本发明的目的在于提供一种热交换器，其利用通过风扇的驱动所产生的风的流动，对变频装置进行风冷，来减少变频装置或者所述控制板的风冷用风扇等，由此不使用多余的设备以及电力，就能够冷却变频装置。在热交换器主体的壳体(H)安装变频单元(IVU)，该变频单元(IVU)具备：能够使马达(7)变速的变频器(8)、经由变频器(8)控制马达(7)的动作的变频控制部(51)、以及收纳变频器(8)和变频控制部(51)的外壳(52)，在壳体(H)形成开口部(h)，利用借助由风扇装置(3)形成的负压通过开口部(h)被吸入到热交换器主体内的空气的流动，对变频单元(IVU)进行冷却。

Description

热交换器

技术领域

本发明涉及热交换器，特别是涉及冷却塔或者散热器(radiator)等的风冷式或者水冷式的热交换器。

背景技术

以往，在用于对空调设备、机械设备(plant)等中使用的液体(例如，冷却水)进行冷却的冷却系统中，使用冷却塔或者散热器等的热交换器。这样的热交换器具有：热交换器主体、向该热交换器主体导入液体的导入管、从热交换器主体排出液体的排水管、以及用于向热交换器主体的内部导入外部空气的风扇装置。风扇装置具有：马达、和与该马达的旋转轴连结的风扇，通过马达使风扇旋转，由此向热交换器主体的内部导入空气。从导入管导入到热交换器主体的液体，与导入到该热交换器主体的空气进行热交换，由此被冷却。冷却后的液体从热交换器主体通过排水管而被排出。导入到热交换器主体的内部而与液体进行了热交换的空气，通过风扇装置而从热交换器主体排出。

公知一种具备风扇装置的热交换器，该风扇装置具有能够使风扇马达变速的变频装置。在专利文献1中公开了一种由变频装置控制冷却塔的风扇马达的旋转速度的技术。构成变频装置的变频电路通常由开关元件及其周边电路构成，变频装置需要对包括开关元件的主电路的开关时产生的热进行冷却，变频装置利用冷却用风扇、散热器(heat sink)等对这些热进行冷却。

专利文献1：日本特开平5-340690号公报

如上所述，变频装置为了对包括开关元件的电路的开关时产生的热进行冷却，而利用冷却用风扇进行冷却。冷却塔以及变频装置大多设置于室外，在设置于受日光直射的场所的情况下，变频装置成为高温，从而有可能成为故障的原因。另外，为了不使变频装置因高温而发生故障，将变频装置与控制冷却塔系统整体的控制装置一起设置于控制板，利用风扇对控制板进行风冷等而进一步消耗电力。

发明内容

本发明是鉴于上述的情况所做出的，目的在于提供一种热交换器，其利用通过冷却塔或者散热器等热交换器所具备的风扇的驱动所产生的空气的流动，对变频装置(变频单元)进行风冷，由此能够去除变频装置用的风冷用风扇或者设置有变频装置的控制板用的风冷用风扇，并且能够不使用多余的设备以及电力而对变频装置进行冷却。

为了实现上述目的，本发明的热交换器具备：热交换器主体，其在液体与空气之间进行热交换；风扇装置，其具有马达和风扇，用于向所述热交换器主体导入空气，所述热交换器的特征在于，在所述热交换器主体的壳体安装变频单元，该变频单元具备：能够使所述马达变速的变频器、经由该变频器控制所述马达的动作的变频控制部、以及收纳所述变频器和所述变频控制部的外壳，在所述壳体形成开口部，利用空气的流动对所述变频单元进行冷却，该空气的流动是借助由所述风扇装置形成的负压而通过所述开口部被吸入到所述热交换器主体内的空气的流动。

本发明的优选方式的特征在于，将所述变频单元安装于所述壳体的顶板或者侧板。

本发明的优选方式的特征在于，将所述变频单元经由管道安装于所述壳体的顶板或者侧板。

本发明的优选方式的特征在于，所述开口部形成于将所述变频单元安装于所述壳体的安装部或者该安装部附近。

本发明的优选方式的特征在于，所述空气的流动形成于所述变频单元的外壳的周围。

本发明的优选方式的特征在于，所述变频单元的外壳在外表面具备多个翅片，所述空气的流动形成于相邻接的翅片之间的通路。

本发明的优选方式的特征在于，在所述变频单元的外壳的外侧以包围该外壳的方式设置引导板，所述空气的流动形成于所述引导板与所述外壳之间的通路。

本发明的优选方式的特征在于，所述变频单元的外壳为外部空气无法进入的密闭构造。

本发明的优选方式的特征在于，所述热交换器为将百叶板安装于所述壳体的侧面的冷却塔，将所述变频单元安装于非所述百叶板的安装面的侧面。

本发明的优选方式的特征在于，所述热交换器为将具备散热片的冷却管安装于所述壳体的侧面的散热器，将所述变频单元安装于非所述冷却管的安装面的侧面。

本发明起到以下列举的效果。

(1)利用借助冷却塔或者散热器等热交换器所具备的风扇的驱动所产生的空气的流动，对变频装置(变频单元)进行风冷，由此能够去除变频装置用的风冷用风扇或者设置有变频装置的控制板用的风冷用风扇，不使用多余的设备以及电力就能够对变频装置进行冷却。

(2)将变频装置安装于热交换器主体的壳体的适当位置并进行风冷，由此能够容易地访问变频装置的操作显示器，另外，能够选择容易进行变频装置的维护的场所来设置。

(3)由于变频装置的外壳为外部空气无法进入的密闭构造，因此能够防止伴随借助负压被吸入到热交换器主体内的空气的流动所携带的水分进入变频装置的外壳。

(4)在热交换器为将百叶板安装于壳体的侧面的冷却塔的情况下，由于将变频装置安装于非百叶板的安装面的侧面，因此不会因变频装置而妨碍吸入到冷却塔内的空气的流动。

(5)在热交换器为将具备散热片的冷却管安装于壳体的侧面的散热器的情况下，由于将变频装置安装于非冷却管的安装面的侧面，因此不会因变频装置而妨碍吸入到散热器内的空气的流动。

附图说明

图1是表示本发明的热交换器亦即冷却塔的一个实施方式的示意图。

图2是表示本发明的热交换器亦即冷却塔的其他实施方式的示意图。

图3(a)是表示本发明的热交换器亦即散热器的一个实施方式的示意图，图3(b)是表示在图3(a)所示的框体的内部空间蜿蜒的冷却管的示意图。

图4是图1～图3(a)、图3(b)所示的风扇装置的剖视图。

图5(a)、图5(b)是表示将本发明的变频单元安装于热交换器主体(冷却塔主体或者散热器主体)的壳体的实施方式的示意图。

图6(a)、图6(b)、图6(c)是表示将本发明的变频单元安装于热交换器主体(冷却塔主体或者散热器主体)的壳体的顶板或者侧板的安装方法的示意图。

图7是表示在安装于热交换器主体的壳体的变频单元的外壳的外侧，以包围外壳的方式设置有引导板的实施方式的示意图。

附图标记说明：1…冷却塔主体；2…填充件；3…风扇装置；5…风扇；6…旋转轴；7…马达；8…变频器；10…导入管；11…排水管；12…水槽；13…枢毂；14…叶片；15…百叶板；17…马达外壳；19…温度传感器；18…风扇外壳；20…盘管；22…洒水管；25…洒水排放管；31…散热器主体；32…冷却管；32a…直管部；33…框体；42…电源线缆；45…信号线缆；46…马达线缆；50…功率元件；51…变频控制部；52…外壳；53…温度控制部；55…管道；H…壳体；h…开口部；IVU…变频单元；TP…顶板；SP…侧板；ST…阶梯。

具体实施方式

以下，参照图1～图7，对本发明的热交换器的实施方式进行说明。在图1～图7中，对相同或者相当的构成要素标注相同的附图标记，并省略重复的说明。

图1是表示本发明的热交换器亦即冷却塔的一个实施方式的示意图。图1所示的冷却塔具备：冷却塔主体(热交换器主体)1、配置于冷却塔主体1的壳体H的内部的填充件2、以及安装于冷却塔主体1的上部的风扇装置3。风扇装置3的详细的结构详见后述。若借助马达7使配置于风扇装置3的风扇外壳18内的风扇5旋转，则空气通过设置于冷却塔主体1的壳体H的侧面的百叶板15而导入到冷却塔主体1。导入到冷却塔主体1的空气通过风扇装置3而从冷却塔排出。

冷却塔具有贯通冷却塔主体1的壳体H延伸的导入管10，液体(例如，冷却水)通过该导入管10被导入到冷却塔主体1。在导入管10的末端形成有位于填充件2的上方的排出口10a，液体从该排出口10a排出到填充件2。排出到填充件2的液体在填充件2的内部流下，并与由风扇装置3导入到冷却塔主体1的空气接触。由此在液体与空气之间进行热交换，从而液体被冷却。

冷却后的液体汇集到设置于冷却塔主体1的下部的水槽12，并从与该水槽12连接的排水管11向冷却塔主体1的外部排出。在排水管11安装有温度传感器19，用于对在该排水管11流动的液体的温度亦即出口温度进行测定。图1所示的冷却塔为液体由空气直接冷却的水冷式热交换器，被称为开放式冷却塔。

图2是表示本发明的热交换器亦即冷却塔的其他实施方式的示意图。图2所示的冷却塔具备：冷却塔主体(热交换器主体)1、配置于冷却塔主体1的壳体H的内部的盘管20、以及安装于冷却塔主体1的上部的风扇装置3。图2所示的冷却塔的导入管10与配置于冷却塔主体1的内部的盘管20的一端连接，从冷却塔主体1排出液体的排水管11与盘管20的另一端连接。在本实施方式中，也在排水管11安装有测定液体的出口温度的温度传感器19。液体从导入管10流入盘管20，从盘管20流出至排水管11。此外，该冷却塔具备用于将水散布于盘管20的洒水管22。洒水管22从冷却塔的外部延伸至盘管20的上方，在洒水管22的末端形成有散布水的洒水口22a。从洒水管22的洒水口22a散布的水与盘管20的表面接触，从而与在该盘管20流动的液体进行热交换。由此在盘管20流动的液体被冷却。

从洒水管22的洒水口22a散布的水被由风扇装置3导入到冷却塔主体1的空气冷却。与盘管20接触而流下的水汇集于水槽12，并从与该水槽12连接的洒水排放管25向冷却塔的外部排出。图2所示的冷却塔为在盘管20流动的液体被从洒水管22散布的水冷却的水冷式热交换器，被称为密闭式冷却塔。

图3(a)是表示本发明的热交换器亦即散热器的一个实施方式的示意图，图3(b)是表示在图3(a)所示的框体的内部空间蜿蜒的冷却管的示意图。图3(a)所示的散热器具备：散热器主体(热交换器主体)31；框体33，其安装于散热器主体31的壳体H，并且配置有供液体流动的冷却管32(参照图3(b))；以及风扇装置3，其安装于散热器主体31的上部。

如图3(b)所示，设置于框体33内的冷却管32的一端，连接于向散热器主体31导入液体的导入管10，冷却管32的另一端连接于从散热器主体31排出液体的排水管11。在本实施方式中，也在排水管11安装有测定液体的出口温度的温度传感器19。冷却管32以该冷却管32的直管部32a沿铅垂方向延伸的方式在框体33的内部空间蜿蜒。冷却管32也可以以该冷却管32的直管部32a沿水平方向延伸的方式在框体33的内部空间蜿蜒。框体33嵌入在散热器主体31的壳体H的侧面形成的开口，并固定于散热器主体31。虽未图示，但安装有冷却管32的框体33也可以嵌入在散热器主体31的壳体H的上表面或下表面形成的开口。

在图3(a)所示的散热器中，若借助马达7使风扇装置3的风扇5旋转，则空气通过形成于蜿蜒的冷却管32之间的间隙被导入到散热器主体31。在冷却管32通常安装有散热片(未图示)，在冷却管32流动的液体的热被传递至散热片。在散热器的冷却管32流动的液体经由冷却管32以及散热片，与由风扇装置3导入到散热器主体31的内部的空气进行热交换。由此在冷却管32流动的液体被冷却。图3(a)、图3(b)所示的散热器为在冷却管32流动的液体被空气冷却的风冷式热交换器。

图4是图1～图3(a)、图3(b)所示的风扇装置3的剖视图。在图4中，省略收纳风扇5的风扇外壳18的图示。图4所示的风扇装置3设置于图1或者图2所示的冷却塔、或者图3(a)、图3(b)所示的散热器等热交换器。风扇装置3具备风扇5和使该风扇5旋转的马达7。马达7收纳于马达外壳17。风扇5具有枢毂13和从该枢毂13以放射状延伸的多个叶片14。将风扇5的枢毂13固定于马达7的旋转轴6的端部，由此风扇5直接连结于马达7。

风扇装置3具备：变频器8，其能够使马达7变速；变频控制部51，其经由变频器8来控制马达7的动作；以及变频单元IVU(变频装置)，其具有收纳变频器8和变频控制部51的外壳52。

变频单元IVU与收纳风扇5的风扇外壳18、收纳马达7的马达外壳17构成为被物理地分离的独立单元。在变频单元IVU的外壳52形成有电源线缆孔52a，从电源(未图示)向变频器8供给电力的电源线缆42通过该电源线缆孔52a而延伸。在变频单元IVU设置有温度控制部53，该温度控制部53基于温度传感器19输出的出口温度的测定值，将马达7的动作的控制信号(例如，马达7的启动信号或停止信号、或者马达7的旋转速度的指令值等)输出至变频控制部51。从温度传感器19延伸至温度控制部53的信号线缆45通过上述电源线缆孔52a。在变频单元IVU的外壳52形成有线缆孔52b，在马达外壳17形成有线缆孔17a。从变频器8向马达7供给电力的马达线缆46，从变频器8通过线缆孔52b、17a向马达7延伸。变频单元IVU的电源线缆孔52a以及线缆孔52b由密封部件密闭。因此变频单元IVU的外壳52成为外部空气无法进入的密闭构造。马达外壳17的线缆孔17a同样也由密封部件密闭。

变频控制部51配置于变频基板8a上，该变频基板8a配置有构成变频器8的功率元件(例如，IGBT等开关元件)50等。在一个实施方式中，也可以将变频控制部51配置为与变频器8分离。变频控制部51控制变频器8的功率元件50的开关动作，从而控制马达7的旋转速度、即风扇5的旋转速度。

温度传感器19经由信号线缆45而与温度控制部53连接，温度传感器19输出的出口温度的测定值，经由信号线缆45而输入至温度控制部53。变频控制部51基于从温度控制部53输出的控制信号，控制马达7的动作(即，马达7的启动或停止、或者马达7的旋转速度)。温度控制部53预先存储使马达7启动的启动温度、使出口温度的测定值收敛的规定的目标温度、以及使马达7停止的停止温度。温度控制部53在出口温度的测定值高于启动温度的情况下，将马达7的启动信号(控制信号)向变频控制部51输出，由此变频控制部51经由变频器8使马达7启动。

在马达7启动后，温度控制部53将用于使出口温度的测定值与目标温度一致的马达7的旋转速度的指令值(控制信号)输出至变频控制部51。温度控制部53具有未图示的运算装置(例如CPU)，该运算装置对用于使出口温度的测定值与目标温度一致的马达7的旋转速度的指令值进行运算。接收到从温度控制部53输出的马达7的旋转速度的指令值的变频控制部51，基于该指令值，控制变频器8，使马达7的旋转速度增加或者减少。此外，温度控制部53在出口温度的测定值比停止温度低的情况下，将马达7的停止信号(控制信号)输出至变频控制部51，由此变频控制部51经由变频器8而使马达7停止。变频单元IVU在功率元件50的主电路进行开关时产生热，因此需要进行冷却。

接下来，对图4所示的变频单元IVU的设置方法进行说明。

在本发明中，变频单元IVU与收纳风扇5的风扇外壳18、收纳马达7的马达外壳17构成为物理上分离的独立单元。因此能够将变频单元IVU单独地安装于热交换器主体(冷却塔主体1或散热器主体31)的壳体H。

图5(a)、图5(b)是表示将本发明的变频单元IVU安装于热交换器主体(冷却塔主体1或散热器主体31)的壳体H的实施方式的示意图。图5(a)表示将变频单元IVU安装于热交换器主体(冷却塔主体1或散热器主体31)的壳体H的顶板TP的情况，图5(b)表示将变频单元IVU安装于热交换器主体(冷却塔主体1或散热器主体31)的壳体H的侧板SP的情况。

在图5(a)所示的例子中，变频单元IVU安装于位于壳体H的上表面的顶板TP，该安装位置为设置有收纳风扇5的风扇外壳18的区域以外，并且能够利用阶梯ST访问的顶板TP上的区域，从而能够容易地访问设置于变频单元IVU的操作显示器(未图示)，另外，在通过修理等更换变频单元IVU时也能够容易地访问。

在图5(b)所示的例子中，变频单元IVU安装于位于壳体H的侧面的侧板SP，该安装位置以不妨碍吸入到热交换器主体内的空气流动的方式，安装于非百叶板15(图1以及图2)的安装面的侧板或者非冷却管32(图3(a)、图3(b))的安装面的侧板SP上的区域。另外，由于安装于侧板SP，因此能够容易地访问设置于变频单元IVU的操作显示器(未图示)，此外，在通过修理等更换变频单元IVU时也能够容易地访问。

如图5(a)、图5(b)所示，在变频单元IVU连接有电源线缆42，变频单元IVU和马达7由马达线缆46连接。

图6(a)、图6(b)、图6(c)是表示将本发明的变频单元IVU安装于热交换器主体(冷却塔主体1或者散热器主体31)的壳体H的顶板TP或者侧板SP的安装方法的示意图。

在图6(a)所示的例子中，在壳体H的顶板TP形成开口部h，将变频单元IVU在开口部h安装于顶板TP。变频单元IVU的外壳52在外表面具备多个翅片52f。根据图6(a)所示的构成，从而能够利用借助由风扇装置3形成的负压通过开口部h被吸入到热交换器主体内的空气的流动，对变频单元IVU进行冷却。上述空气的流动形成于变频单元IVU的外壳52的周围，而且形成于相邻接的翅片52f之间的通路。

在图6(b)所示的例子中，在壳体H的侧板SP形成开口部h，将变频单元IVU在开口部h安装于侧板SP。变频单元IVU的外壳52在外表面具备多个翅片52f。根据图6(b)所示的构成，从而能够利用借助由风扇装置3形成的负压而通过开口部h被吸入到热交换器主体内的空气的流动，对变频单元IVU进行冷却。上述空气的流动形成于变频单元IVU的外壳52的周围，而且形成于相邻接的翅片52f之间的通路。

在图6(c)所示的例子中，在壳体H的顶板TP形成开口部h，在该开口部h设置管道55，将变频单元IVU经由管道55安装于顶板TP。变频单元IVU的外壳52在外表面具备多个翅片52f。根据图6(c)所示的构成，从而能够利用借助由风扇装置3形成的负压而通过管道55以及开口部h被吸入到热交换器主体内的空气的流动，对变频单元IVU进行冷却。另外，通过将变频单元IVU向上方抬升，从而能够使设置于变频单元IVU的操作显示器(未图示)靠近操作者，使访问变得容易。此外能够防止雨水向冷却塔主体1或散热器主体31侵入。另外，在图6(c)中，虽然在顶板TP设置管道55，但是也可以在侧板SP设置管道55。

图7是表示在安装于热交换器主体的壳体H的变频单元IVU的外壳52的外侧，以包围外壳52的方式设置有引导板的实施方式的示意图。如图7所示，在热交换器主体的壳体H的顶板TP形成开口部h，在开口部h设置漏斗状的引导板56。引导板56以包围变频单元IVU的外壳52的方式配置。引导板56由圆筒状部56a、倒圆锥状部56b以及管状部56c构成，管状部56c的下端部与顶板TP的开口部h连接。变频单元IVU由从引导板56延伸的支承件56s支承。根据图7所示的构成，能够利用借助由风扇装置3形成的负压而通过开口部h被吸入到热交换器主体内的空气的流动，对变频单元IVU进行冷却。上述空气的流动形成于引导板56与变频单元IVU的外壳52之间的通路，而且形成于相邻接的翅片52f之间的通路，因此能够利用变频单元IVU的侧面的空气的流动，进一步对变频单元IVU进行冷却。另外在图7中，虽然在顶板TP设置有引导板56，但是也可以在侧板SP设置引导板56。

在图6(a)、图6(b)、图6(c)以及图7所示的实施方式中，在包括变频单元IVU的功率元件50在内的变频器8运转时，风扇装置3运转而使风扇5旋转，因此热交换器主体内成为负压。借助该负压形成通过形成于壳体H的开口部h而吸入到热交换器主体内的空气的流动。即，能够利用由风扇装置3形成的热交换器主体内的负压，在变频单元IVU的外壳52的周围形成空气的流动。因此不使用变频单元IVU的风冷用风扇或者设置有变频单元IVU的控制板用的风冷用风扇，就能够对变频单元IVU进行冷却。开口部h形成于将变频单元IVU安装于壳体H的安装部或者该安装部附近。页可以将变频单元IVU直接安装于开口部h，还可以经由管道55等进行安装。

另外，如上述那样，变频单元IVU的电源线缆孔52a以及线缆孔52b利用密封部件而成为外部空气无法进入的密闭构造，因此能够防止伴随因负压而吸入到热交换器主体内的空气的流动所携带的水分进入变频单元IVU的外壳。

上述的实施方式以具有本发明所属技术领域的常识的人能够实施本发明为目的进行了记载。只要是本领域技术人员，则当然能够实施上述实施方式的各种变形例，本发明的技术思想也能够适用于其他实施方式。因此本发明不限定于所记载的实施方式，而应视为依据权利要求书所定义的技术思想的最广范围。

Claims

1.一种热交换器，具备：热交换器主体，其在液体与空气之间进行热交换；风扇装置，其具有马达和风扇，用于向所述热交换器主体导入空气，所述热交换器的特征在于，

在所述热交换器主体的壳体安装变频单元，该变频单元具备：能够使所述马达变速的变频器、经由该变频器控制所述马达的动作的变频控制部、以及收纳所述变频器和所述变频控制部的外壳，

在所述壳体形成开口部，利用空气的流动对所述变频单元进行冷却，该空气的流动是借助由所述风扇装置形成的负压而通过所述开口部被吸入到所述热交换器主体内的空气的流动。

2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，

将所述变频单元安装于所述壳体的顶板或者侧板。

3.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，

将所述变频单元经由管道安装于所述壳体的顶板或者侧板。

4.根据权利要求1～3中的任一项所述的热交换器，其特征在于，

所述开口部形成于将所述变频单元安装于所述壳体的安装部或者该安装部附近。

5.根据权利要求1～3中的任一项所述的热交换器，其特征在于，

所述空气的流动形成于所述变频单元的外壳的周围。

6.根据权利要求1～3中的任一项所述的热交换器，其特征在于，

所述变频单元的外壳在外表面具备多个翅片，所述空气的流动形成于相邻接的翅片之间的通路。

7.根据权利要求1～3中的任一项所述的热交换器，其特征在于，

在所述变频单元的外壳的外侧以包围该外壳的方式设置引导板，所述空气的流动形成于所述引导板与所述外壳之间的通路。

8.根据权利要求1～3中的任一项所述的热交换器，其特征在于，

所述变频单元的外壳为外部空气无法进入的密闭构造。

9.根据权利要求1～3中的任一项所述的热交换器，其特征在于，

所述热交换器是将百叶板安装于所述壳体的侧面的冷却塔，将所述变频单元安装于非所述百叶板的安装面的侧面。

10.根据权利要求1～3中的任一项所述的热交换器，其特征在于，

所述热交换器是将具备散热片的冷却管安装于所述壳体的侧面的散热器，将所述变频单元安装于非所述冷却管的安装面的侧面。