JP2005241025A - 熱交換器及びこれを備えた制御盤 - Google Patents

Abstract

【課題】高効率的に熱交換を行うことができる熱交換器などを提供する。
【解決手段】熱交換器２０は、内部に熱交換室２１ａが形成された中空状の本体２１であって、その一方端部及び他方端部、並びにこれらの間の中央部にそれぞれ、閉塞空間内と接続した接続口を有する本体２１と、本体２１の中央部の接続口２１ｃから熱交換室２１内に閉塞空間内部の第１流体を供給する第１供給装置１２と、本体２１内をその一方端側から他方端側に貫通して設けられ、内部を閉塞空間外部の第２流体が流通する管状の流通部材２３と、流通部材２３の一方端に接続し、流通部材２３内に第２流体を供給する第２供給装置２４とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、閉塞空間内の第１流体と当該閉塞空間外部の第２流体との間で熱交換を行わせて、当該第１流体の温度を調整する熱交換器、及びこの熱交換器を備えた制御盤に関する。

一般に、工作機械などの機械，装置は、その動作部の作動を制御する制御機器を収納した制御盤を備えている。この制御盤は、その内部温度が制御機器の発熱により上昇するため、冷却装置としての熱交換器を有しており、この熱交換器によって内部温度が一定範囲内に保たれている。これは、内部温度が上昇すると、制御機器からの放熱量が減少し、当該制御機器が所定温度以上となって正常に動作しなくなる恐れがあるからである。そして、このような熱交換器として、従来、例えば、特開２０００−２８３６６５号公報に開示されたものがある。

この熱交換器５０は、図３に示すように、上部及び下部が開口し、内部が中空になった円筒状の本体５１と、本体５１の上部開口部を閉塞する第１閉塞板５２と、本体５１の下部開口部を閉塞する第２閉塞板５３と、上下方向に沿って本体５１内に配置された複数の流通管５４と、第１閉塞板５２の上部に固設された第１カバー体５５と、第２閉塞板５３の下部に固設された第２カバー体５６などから構成される。

前記本体５１の内部空間は、熱交換室５１ａとして機能するものであり、また、本体５１の上部側外周面及び下部側外周面には、熱交換室５１ａ内と連通する第１接続管５１ｂ及び第２接続管５１ｃが接続されている。

前記第１接続管５１ｂは、制御盤外部の空気を供給する適宜供給源に接続しており、当該供給源から第１接続管５１ｂを介して熱交換室５１ａ内に外部空気が供給され、当該熱交換室５１ａ内から第２接続管５１ｃを介して排出される。

前記第１閉塞板５２及び第２閉塞板５３は、上下に貫通した複数の貫通穴５２ａ，５３ａを備えており、各貫通穴５２ａに前記各流通管５４の上端部が、各貫通穴５３ａに前記各流通管５４の下端部がそれぞれ嵌挿されて支持されている。

前記第１カバー体５５は、下部が開口し、各流通管５４の上端開口部と連通した第１内部空間５５ａを備える円筒状の部材から構成されており、当該第１カバー体５５の外周面には、第１内部空間５５ａ内と連通する第３接続管５５ｂが接続されている。

前記第２カバー体５６は、上部及び下部が開口し、各流通管５４の下端開口部と連通した第２内部空間５６ａを備える円錐状の部材から構成されており、当該第２カバー体５６の下部は第４接続管５６ｂとして機能する。

前記第３接続管５５ｂ及び第４接続管５６ｂは、それぞれ制御盤の内部と連通し、第４接続管５６ｂは、制御盤内部の空気を供給する供給装置に接続しており、当該供給装置によって、第４接続管５６ｂから第２内部空間５６ａを介して各流通管５４内に内部空気が供給され、当該各流通管５４内を流通した後、第３接続管５５ｂから第１内部空間５５ａを介して排出される。このようにして、制御盤内部の空気が、当該制御盤内と流通管５４との間で循環する。

このように構成された熱交換器５０では、熱交換室５１ａ内において、当該熱交換室５１ａ内に供給され、下方に向けて流動する制御盤外部の空気と、各流通管５４内に供給され、上方に向けて流動する制御盤内部の空気との間で熱交換が行われ、これにより、制御盤内の空気が冷却される。

具体的には、制御盤外部の空気は徐々に温度上昇しつつ移動し、制御盤内部の空気は、徐々に温度低下しつつ、制御盤外部の空気の移動方向とは逆方向（即ち、制御盤外部の空気の高温側から低温側）に移動する。

特開２０００−２８３６６５号公報

ところで、近年、工作機械などの機械，装置においては、その制御内容が複雑，高度化し、より多くの制御機器が制御盤内に設けられるとともに、この制御機器の処理能力（例えば、ＣＰＵの処理周波数）も高くなっているため、当該制御機器からの全発熱量は増加する傾向にある。

また、前記機械，装置のコンパクト化も進み、制御盤では、制御機器を高集積に配置することで、そのコンパクト化が図られているため、制御盤外壁などからの自然放熱量が減少して、発生した熱が内部にこもり易くなっている。

このため、制御盤内部の温度上昇を抑えるべく、熱交換器５０の熱交換効率には、更に高いのものが要求されている。

本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、高効率的に熱交換を行うことができる熱交換器及びこれを備えた制御盤の提供をその目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、
閉塞空間内の第１流体と該閉塞空間外部の第２流体との間で熱交換を行わせて、該第１流体の温度を調整する熱交換器において、
内部に熱交換室が形成された中空状の本体であって、その一方端部及び他方端部、並びにこれらの間の中央部にそれぞれ、前記閉塞空間内と接続した接続口を有する本体と、
前記本体の中央部の接続口から前記熱交換室内に前記第１流体を供給する第１供給手段と、
前記本体内をその一方端側から他方端側に貫通して設けられ、内部を前記第２流体が流通する管状の流通部材と、
前記流通部材の一方端に接続し、該流通部材内に前記第２流体を供給する第２供給手段とを備えてなることを特徴とする熱交換器に係る。

この発明によれば、第１供給手段によって閉塞空間内の第１流体が本体中央部の接続口から本体（熱交換室）内に供給され、供給された第１流体は、熱交換室内を本体の一方端側及び他方端側に向けて流動し、当該一方端部及び他方端部の各接続口から前記閉塞空間内に排出される。このようにして、閉塞空間内の第１流体が、当該閉塞空間内と熱交換室内との間で循環する。

また、第２供給手段によって閉塞空間外部の第２流体が流通部材の一方端から当該流通部材内に供給され、供給された第２流体は、流通部材内を一方端側から他方端側に向けて流動した後、当該他方端から排出される。

これにより、熱交換室内において、当該熱交換室内に供給され、本体の一方端側及び他方端側に向けてそれぞれ流動する第１流体と、流通部材内に供給され、その一方端側から他方端側に向けて流動する第２流体との間で熱交換が行われ、当該第１流体の温度が調整される。

即ち、第１流体を冷却する場合には、第２流体は徐々に温度上昇しつつ移動し、第１流体は、その一部が徐々に温度低下しつつ、第２流体の移動方向とは逆方向（第２流体の中温側から低温側）に移動し、残りが徐々に温度低下しつつ、第２流体の移動方向と同方向（第２流体の中温側から高温側）に移動する。

一方、第１流体を加熱する場合には、第２流体は徐々に温度低下しつつ移動し、第１流体は、その一部が徐々に温度上昇しつつ、第２流体の移動方向とは逆方向（第２流体の中温側から高温側）に移動し、残りが徐々に温度上昇しつつ、第２流体の移動方向と同方向（第２流体の中温側から低温側）に移動する。

上述のように、従来の熱交換器では、制御盤内部の空気を、制御盤外部の空気の高温側から低温側へと移動させていたため、制御盤外部の空気の高温側において（熱交換室内に供給当初は）、さほど熱交換が行われていないものと思われる。

これに対し、本発明では、閉塞空間内の第１流体を、閉塞空間外部の第２流体の中温側から低温側及び高温側に移動させているため、熱交換室内に供給当初から一定レベルで熱交換が行われるとともに、第１流体を冷却する場合には第２流体の中温側から低温側への移動において、第１流体を加熱する場合には第２流体の中温側から高温側への移動において、特に効率的に熱交換が行われるものと思われる。この結果、熱交換効率（熱交換量）が従来に比べて改善する（多くなる）。

また、本発明は、前記熱交換器を有する制御盤であって、
前記制御盤は、閉塞空間を有し、該閉塞空間内に制御機器が収納される筐体を備えてなり、
前記熱交換器は、その本体が前記筐体に付設され、該本体の各接続口が該筐体内部と接続されてなることを特徴とする制御盤に係る。

この発明によれば、熱交換器によって、工作機械といった機械，装置の制御盤の筐体内部の空気が、上記のようにして効率的に冷却される。これにより、処理能力の高い、より多くの制御機器が制御盤（筐体）内に設けられ、当該制御機器からの全発熱量が増加したり、制御盤（筐体）のコンパクト化が図られ、発生した熱が内部にこもり易くなっても、筐体内部の温度上昇が効果的に抑制される。

斯くして、本発明に係る熱交換器によれば、温度調整を行う第１流体を、第２流体の中温部付近に供給して、当該中温側から低温側及び高温側に移動させることで、高効率的に熱交換を行うことができるので、従来に比べて熱交換効率を改善することができる。

また、このような熱交換器を制御盤に設ければ、制御盤内の空気を効果的に冷却することができるので、好都合である。

以下、本発明の具体的な実施形態について、添付図面に基づき説明する。尚、図１は、本発明の一実施形態に係る制御盤の概略構成を示した断面図である。

図１に示すように、本例の制御盤１は、例えば、工作機械に設けられるものであり、閉塞空間を備え、主軸装置や送り装置、工具交換装置、パレット交換装置といった工作機械各動作部の作動を制御する制御機器１１が当該閉塞空間内に収納された筐体１０と、筐体１０内の空気を冷却する熱交換器２０などから構成される。

前記筐体１０は、その上端部，中央部及び下部の側壁にそれぞれ開口する接続口１０ａ，１０ｂ，１０ｃを有しており、当該中央部の接続口１０ｂには、筐体１０内部の空気（第１流体）を熱交換器２０側に供給するファン（第１供給手段）１２が設けられている。

前記熱交換器２０は、内部に熱交換室２１ａが形成された中空状の本体２１と、内部が中空の部材から構成され、本体２１下面に配設される下部部材２２と、本体２１内を上下に貫通して配置され、下端部が下部部材２２内に接続した複数の流通管２３と、制御盤１（筐体１０）外部の空気（第２流体）を下部部材２２内に供給するファン（第２供給手段）２４とから構成されており、本体２１及び下部部材２２は、筐体１０の側壁にそれぞれ付設されている。

前記本体２１は、上下方向に細長く形成されており、その上端部，中央部及び下端部には、筐体１０の各接続口１０ａ，１０ｂ，１０ｃとそれぞれ連通した接続口２１ｂ，２１ｃ，２１ｄが形成されている。前記下部部材２２は、その側面に開口する開口部２２ａを備えており、この開口部２２ａに前記ファン２４が配設される。

また、本体２１の上端面及び下端面には、複数の貫通穴２１ｅ，２１ｆが形成され、下部部材２２の上面には、本体２１下端面の各貫通穴２１ｆと接続した複数の貫通穴２２ｂが形成されており、各貫通穴２１ｅに前記各流通管２３の上端部が、各貫通穴２１ｆ，２２ａに前記各流通管２３の下端部がそれぞれ嵌挿されて支持されている。

以上のように構成された本例の制御盤１によれば、ファン１２によって、筐体１０内の空気が筐体１０中央部の接続口１０ｂ及び本体２１中央部の接続口２１ｃを介して熱交換室２１ａ（本体２１）内に供給され、供給された筐体１０内の空気は、熱交換室２１ａ内を本体２１の上端側及び下端側に向けて流動する。この後、本体２１上端側に向かって流動した内部空気は、当該上端部の接続口２１ｂ及び筐体１０上端部の接続口１０ａを介して熱交換室２１ａ内から筐体１０内に排出される。一方、本体２１下端側に向かって流動した内部空気は、当該下端部の接続口２１ｄ及び筐体１０下部の接続口１０ｃを介して熱交換室２１ａ内から筐体１０内に排出される。このようにして、筐体１０内の空気が、当該筐体１０内と熱交換室２１ａ内との間で循環する。

また、ファン２４によって、筐体１０外部の空気が開口部２２ａから下部部材２２内に供給され、供給された外部空気は、各流通管２３内を下端部側から上端部側に向けて流通した後、当該流通管２３から排出される。

これにより、熱交換室２１ａ内において、当該熱交換室２１ａ内に供給され、本体２１の上端側及び下端側に向けてそれぞれ流動する筐体１０内の空気と、各流通管２３内に供給され、その下端側から上端側に向けて流動する筐体１０外部の空気との間で熱交換が行われ、当該筐体１０内の空気が冷却される。

即ち、筐体１０外部の空気は徐々に温度上昇しつつ移動し、筐体１０内の空気は、その一部が徐々に温度低下しつつ、外部空気の移動方向とは逆方向（外部空気の中温側から低温側）に移動し、残りが徐々に温度低下しつつ、外部空気の移動方向と同方向（外部空気の中温側から高温側）に移動する。

ところで、上述のように、従来の熱交換器５０では、制御盤内部の空気を、制御盤外部の空気の高温側から低温側へと移動させていたため、制御盤外部の空気の高温側において（熱交換室５１ａ内に供給当初は）、さほど熱交換が行われていないものと思われる。

これに対し、本例の熱交換器２０では、筐体１０内の空気を、筐体１０外部の空気の中温側から低温側及び高温側に移動させているため、熱交換室２１ａ内に供給当初から一定レベルで熱交換が行われるとともに、外部空気の中温側から低温側への移動において、特に効率的に熱交換が行われるものと思われる。この結果、熱交換効率（熱交換量）が従来に比べて改善する（多くなる）。

このように、本例の制御盤１によれば、従来に比べて熱交換効率の優れた熱交換器２０を備えているので、当該制御盤１内の空気を効果的に冷却することができ、好都合である。また、処理能力の高い、より多くの制御機器１１を制御盤１（筐体１０）内に設けたこによって当該制御機器１１からの全発熱量が増加したり、制御盤１（筐体１０）のコンパクト化を図ったことによって発生した熱が内部にこもり易くなっても、筐体１０内部の温度上昇を効果的に抑制することができる。

因みに、本例の熱交換器２０を、従来の熱交換器５０に対応させて構成した、図２に示すような熱交換器３１において、制御盤３０外部の空気温度と制御盤３０内部の空気温度との間の温度差（即ち、制御盤３０内部の上昇温度）は、平均約１０．９℃であったのに対し、本例の熱交換器２０では、制御盤１内部の上昇温度は、平均約８℃であった。制御盤１（３０）内の全発熱量が等しいとすると、本例の熱交換器２０の方が従来のものに比べて２．９℃分だけ効率的に熱交換されたことになる。即ち、１０．９℃÷８℃＝１．３６２５から、熱交換効率が３６％向上したと言える。

尚、図２に示した熱交換器３１は、ファン１２が筐体１０上端部の接続口１０ａに配設され、これに伴い、筐体１０中央部の接続口１０ｂ及び本体２１中央部の接続口２１ｃが廃止された点で、図１の熱交換器２０と異なるものであり、熱交換室２１ａの上端部と下端部との間の長さや供給管２３の本数などは同一である。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の採り得る具体的な態様は、何らこれに限定されるものではない。

上例では、熱交換器２０を制御盤１に設けた例について説明したが、当該熱交換器２０は、熱交換を行う必要のある各種の機械，装置に設けることができる。また、制御盤１についても、工作機械の制御盤１に限られず、各種の機械，装置の制御盤に適用することができる。

また、熱交換させるための流体は、熱交換器２０を設けた機械，装置によって異なるものであり、上例のように空気などの気体であっても、水や油などの液体であっても良い。

また、上例では、空気を冷却する場合について説明したが、当該熱交換器２０は、流体を加熱する場合に用いることもできる。

本発明の一実施形態に係る制御盤の概略構成を示した断面図である。 本実施形態の熱交換器を従来の熱交換器に対応させて構成したものを備える制御盤を示した断面図である。 従来例に係る熱交換器の概略構成を示した断面図である。

符号の説明

１ 制御盤
１０ 筐体
１１ 制御機器
１２ ファン
２０ 熱交換器
２１ 本体
２２ 下部部材
２３ 流通管
２４ ファン

Claims (2)

1. 閉塞空間内の第１流体と該閉塞空間外部の第２流体との間で熱交換を行わせて、該第１流体の温度を調整する熱交換器において、
   内部に熱交換室が形成された中空状の本体であって、その一方端部及び他方端部、並びにこれらの間の中央部にそれぞれ、前記閉塞空間内と接続した接続口を有する本体と、
   前記本体の中央部の接続口から前記熱交換室内に前記第１流体を供給する第１供給手段と、
   前記本体内をその一方端側から他方端側に貫通して設けられ、内部を前記第２流体が流通する管状の流通部材と、
   前記流通部材の一方端に接続し、該流通部材内に前記第２流体を供給する第２供給手段とを備えてなることを特徴とする熱交換器。
2. 前記請求項１記載の熱交換器を有する制御盤であって、
   前記制御盤は、閉塞空間を有し、該閉塞空間内に制御機器が収納される筐体を備えてなり、
   前記熱交換器は、その本体が前記筐体に付設され、該本体の各接続口が該筐体内部と接続されてなることを特徴とする制御盤。

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