JP2009168267A - 冷却塔用送風機 - Google Patents

Abstract

【課題】 減速機に摩擦伝動機構を用いて、羽根車の適切な回転速度を実現しつつ減速機をコンパクト化でき、電動機と羽根車を同一軸線上に配置しても羽根車を十分に低い回転数で回転させられ、騒音発生も抑えられる冷却塔用送風機を提供する。
【解決手段】 羽根車３０を適正な回転数とする減速機２０として遊星ローラ式の摩擦伝動減速機構を用いると共に、電動機１０と減速機２０の各出力軸、及び羽根車３０の回転中心を同一軸線上に配置し、電動機１０の回転出力を減速機２０の各ローラ間の摩擦伝動で減速することから、動作に伴う減速機２０からの衝撃音等の発生はなく、騒音を低く抑えられると共に、電動機１０と減速機２０をコンパクトにまとめられ、冷却塔６０の通風路内で抵抗となるこれら電動機１０及び減速機２０の羽根車３０軸方向への投影面積を極小とすることができ、通風抵抗を低減して送風性能を高められ、冷却塔６０の効率向上が図れる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、冷却塔内への冷却用外気の通風に用いる冷却塔用送風機に関し、特に、電動機と羽根車間に介在する減速機に摩擦伝動機構を採用した冷却塔用送風機に関する。

一般に、工場や空気調和設備などで循環使用する水の冷却を目的として屋外に設置される冷却塔では、冷却塔内部の熱交換部において、送風機の作動に伴って外部から取込まれる空気（外気）と循環水とを、直接あるいは間接的に熱交換させ、冷却を行う仕組みとなっている。

こうした冷却塔で用いられる送風機は、通常、羽根車を電動機で回転駆動するものであり、従来から、羽根車と電動機との間に何らかの駆動力伝達機構を介在させたもの、あるいは、羽根車を電動機に直結して直接駆動させるものがそれぞれ利用されていた。多くは、電動機の出力軸回転数をこれより低い羽根車の適正回転数に適合させるために、電動機と羽根車とを減速機を介して連結し、駆動力を伝達する仕組みとなっていた。こうした減速機としては、主に、羽根車側と電動機側にプーリをそれぞれ配してプーリ間にベルトを巻掛けたベルト伝動機構や、歯車列による歯車伝動機構が用いられていた。

このような冷却塔送風機における減速機の例として、特開２００４−１８３７９０号公報や実公平７−２９４２３号公報に記載されるものがある。
特開２００４−１８３７９０号公報 実公平７−２９４２３号公報

従来の冷却塔用送風機は前記各特許文献に記載されるような構成の減速機を有しており、電動機の回転速度を減速して羽根車を適切な速度で回転させられる。しかしながら、歯車伝動機構を用いたものは、歯同士の噛合いにより騒音が生じやすく、特に起動時や停止時において著しかった。加えて、構造が複雑となることで機構全体が高コストになるという課題を有していた。

また、ベルト伝動機構を用いたものは、発生騒音を小さくでき、減速比固定の場合は装置のコストも小さく抑えられるものの、ベルトや軸受等のメンテナンスの頻度が大であり、その手間とコストが大きくなるという課題を有していた。さらに、減速比が変えられる変速機能を備えるものは機構が複雑となって、装置コストも上昇するという課題を有していた。

本発明は前記課題を解消するためになされたもので、減速機として摩擦伝動機構を用いて、羽根車の適切な回転速度を実現しつつ減速機をコンパクト化でき、電動機と羽根車を同一軸線上に配置しても羽根車を十分に低い回転数で回転させられ、騒音発生も抑えられる冷却塔用送風機を提供することを目的とする。

本発明に係る冷却塔用送風機は、冷却塔の冷却用外気の通風路における熱交換部より上流側又は下流側の所定箇所に配設され、押込通風又は誘引通風により熱交換部に外気を導く冷却塔用送風機において、送風機羽根車駆動用の電動機が、冷却塔における外気通路の入口側又は出口側の開口所定箇所に、電動機出力軸を冷却塔内部側に向け、所定の減速機を介して前記羽根車に回転駆動力を伝達可能として配設され、前記減速機が、前記電動機の出力軸先端部に取付けられるか又は前記出力軸先端部に直接形成される太陽ローラと、当該太陽ローラの周囲に回動自在に配置され、太陽ローラ外周面に対し転動しつつ太陽ローラ周りを公転する複数の遊星ローラと、当該各遊星ローラを回動自在に支持しつつ遊星ローラの公転に一致して回動するキャリアと、各遊星ローラに内周面が接触する外輪ローラとを備える遊星ローラ式の摩擦伝動減速機構とされ、前記減速機の出力軸が、前記キャリア又は外輪ローラに一体化され、前記電動機の出力軸と同一軸線上に配置されてなり、前記羽根車のハブ部が、前記減速機の出力軸先端部に連結固定され、羽根車が減速機出力軸と一体に回動可能として配設されるものである。

このように本発明によれば、送風機の羽根車を適正な回転数で回転させるための減速機として遊星ローラ式の摩擦伝動減速機構を用いると共に、電動機の出力軸と減速機の出力軸、並びに羽根車の回転中心を同一軸線上に配置し、電動機の回転出力を減速機の常時接触している各ローラ間の摩擦伝動で減速することにより、減速動作に伴う減速機からの衝撃音等の発生はなく、騒音を低く抑えられると共に、電動機と減速機をコンパクトにまとめられ、冷却塔の通風路内で抵抗となるこれら電動機及び減速機の羽根車軸方向への投影面積を極小とすることができ、通風抵抗を低減して送風性能を高められ、冷却塔の効率向上が図れる。また、減速機が機構として消耗や劣化等を生じにくく、送風機に対するメンテナンスの手間を大幅に削減可能となり、冷却塔の運転コストの低減も図れる。

また、本発明に係る冷却塔用送風機は必要に応じて、前記減速機が、前記太陽ローラ、遊星ローラ、キャリア、及び外輪ローラをそれぞれ収容すると共に、前記出力軸を先端部露出状態で回動自在に支持するハウジングを備えてなり、当該ハウジング内部に、太陽ローラと遊星ローラ間、並びに遊星ローラと外輪ローラ間に介在して前記各ローラ間の摩擦伝動状態を維持しつつ各摺動部分を潤滑するトラクションフルードが所定量充填され、前記減速機の出力軸をハウジングに対し回動自在に軸支する軸受部が、ハウジング内部から前記トラクションフルードを導入可能とされてなり、前記トラクションフルードを軸受部の互いに近接して相対移動する各部材間に流入させて潤滑状態とするものである。

このように本発明によれば、減速機の出力軸を軸支する軸受部に対し、ローラ機構部分の潤滑や駆動力伝達用としてハウジング内に充填されるトラクションフルードを、ハウジング内から軸受部側へ流通させ、軸受部における潤滑にトラクションフルードを用いることにより、軸受部に専用のグリース等の潤滑剤を供給する必要が無く、ローラ側と共通のトラクションフルードのメンテナンスのみで対応でき、軸受部に対し注油、給脂等定期的なメンテナンスを行う必要が無くなり、メンテナンス頻度を低下させてコストダウンが図れると共に、軸受部における潤滑剤減損の危険性を回避でき、潤滑性能の低下を防いで信頼性を高められる。

（本発明の第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態を図１ないし図６に基づいて説明する。図１は本実施形態に係る冷却塔用送風機を含む冷却塔の概略構成図、図２は本実施形態に係る冷却塔用送風機を含む冷却塔の正面図及び背面図、図３は本実施形態に係る冷却塔用送風機の平面図、図４は本実施形態に係る冷却塔用送風機の底面図、図５は本実施形態に係る冷却塔用送風機の右側面図及び左側面図、図６は本実施形態に係る冷却塔用送風機における減速機の概略断面図である。

前記各図に示すように、本実施形態に係る冷却塔用送風機１は、直交流式の熱交換部６１を有して誘引通風型とされる冷却塔６０の通風路における排気側開口部に配設されるものであり、冷却塔６０の排気側開口部中央に配置される電動機１０と、この電動機１０と一体に配設されて電動機１０の出力軸１１の回転を減速して後段側へ伝達する減速機２０と、この減速機２０の出力軸端に取付けられて回転駆動される羽根車３０とを備える構成である。なお、循環水と外気との間で熱交換を行わせる熱交換部６１や、この熱交換部６１の上下に配設される上部水槽、下部水槽など、冷却塔６０の他部分、並びに、電動機１０と接続されて電動機１０の駆動制御を行う制御系については、公知の構成であり、詳細な説明を省略する。

前記電動機１０は、減速機２０と一体化された状態で、冷却塔６０の排気側開口部中央に配置され、回動する出力軸１１を冷却塔６０内部側に向けた状態で支持される構成であり、この電動機１０の出力軸１１を減速機２０の入力部分に連結して、減速機２０を介して羽根車３０を回転駆動する仕組みである。

前記減速機２０は、ハウジング２５の中心部に回動自在に配設される太陽ローラ２１と、この太陽ローラ２１の周囲に配置される複数の遊星ローラ２２と、遊星ローラ２２を取囲む外輪ローラ２３とを備える、いわゆる遊星ローラ式の摩擦伝動減速機構とされてなり、ハウジング２５上部に一体に取付けられる電動機１０と共に冷却塔６０の排気側開口の支持部６２上に固定配設される構成である。

この減速機２０では、太陽ローラ２１を入力部とされて電動機１０の出力軸１１とカップリング２６を介して連結される一方、各遊星ローラ２２を太陽ローラ２１周囲で転動可能に支持するキャリア２４を出力部として回動自在に配置し、このキャリア２４に一体形成された出力軸２４ａ先端部をハウジング２５外に露出させ、羽根車３０のハブ部３２と連結固定している。

減速機２０のハウジング２５内には、トラクションフルードが充填されており、太陽ローラ２１と遊星ローラ２２間、及び、遊星ローラ２２と外輪ローラ２３間にもそれぞれトラクションフルードが入り込む状態となる。トラクションフルードは、通常は潤滑や冷却を促進する性状を示す一方、ローラ間などの加えられる圧力の高い状況ではローラ同士の摩擦伝動状態を阻害せず、駆動力の伝達を確実なものとする公知の性質を有するものである。

前記羽根車３０は、複数枚の羽根３１をハブ部３２を中心に放射状配置で連結して一体化し、ハブ部３２の冷却塔内部に面する側には通風抵抗を減らすためのカバー３３を取付けた公知の構成であり、詳細な説明を省略する。この羽根車３０は、中心のハブ部３２を減速機２０の出力軸２４ａに取付けられ、減速機２０を介して電動機１０による駆動を受け、出力軸２４ａと一体に回転する。

電動機１０や減速機２０の外径は、羽根車３０におけるカバー３３外径より小さくされており、電動機１０と減速機２０は、カバー３３の範囲内に収ってその外側の羽根車３０の送風領域にははみ出さず、空気流に対し抵抗を与えない仕組みである。

次に、前記構成に基づく冷却塔用送風機の動作状態について説明する。公知の冷却塔同様に、通常の冷却塔運転状態では、熱交換媒体として冷凍機や空気調和機器等で熱を吸収し温まった冷却対象の循環水が所定の循環経路から取出されて熱交換部６１内側に流通し、熱交換後再び循環経路に戻る過程が繰返されている。そして、送風機１による誘引通風で熱交換部６１に横方向から外気が導入され、循環水は熱交換部６１において外気と熱交換して冷却される一方、熱交換後の外気は熱交換部６１から送風機１を経て冷却塔６０上方に排気される。

この運転状態では、負荷の状況（循環水温、循環水量他）に応じたＯＮ・ＯＦＦ等、所定の制御下で電動機１０が動作し、電動機１０の出力軸１１が回転する。電動機１０と羽根車３０間に介在する減速機２０では、電動機１０の駆動により出力軸１１と一体の太陽ローラ２１が回転するのに伴い、太陽ローラ２１と接触する遊星ローラ２２が、固定の外輪ローラ２３との接触による一部拘束を受け、太陽ローラ２１と外輪ローラ２３に対し転動（自転）しつつ、太陽ローラ２１周囲を回転（公転）する。この結果、遊星ローラ２２は、これを支持するキャリア２４と共に、太陽ローラ２１の回転中心軸と同じ軸線を中心として、太陽ローラ２１の回転方向と同じ方向に回転することとなる。ここで、キャリア２４の回転は、電動機出力軸１１の回転に対し、太陽ローラ２１の外径と外輪ローラ２３の内径から求められる減速比で減速されたものとなる。

減速機２０においては、太陽ローラ２１と遊星ローラ２２、及び外輪ローラ２３が常時接触し、これら相互の摩擦により駆動力が伝達されることで、運転中、特に起動時や停止時における歯車のような部品同士の衝突等が無く、減速機２０から生じる騒音はベルト伝動の場合と同様に小さい。

減速機２０の減速機構による減速を経て、電動機出力軸１１より低い回転数で出力軸２４ａ及びこれと一体の羽根車３０が回転し、送風が実行されることとなる。羽根車３０の回転数が減速機２０により十分小さく抑えられているため、羽根車３０から発生する騒音も小さい。

このように、本実施形態に係る冷却塔用送風機では、羽根車３０を適正な回転数で回転させるための減速機２０として遊星ローラ式の摩擦伝動減速機構を用いると共に、電動機１０の出力軸１１と減速機２０の出力軸２４ａ、並びに羽根車２０の回転中心を同一軸線上に配置し、電動機１０の回転出力を減速機２０の常時接触している各ローラ間の摩擦伝動で減速することから、減速動作に伴う減速機２０からの衝撃音等の発生はなく、騒音を低く抑えられると共に、電動機１０と減速機２０をコンパクトにまとめられ、冷却塔６０の通風路内で抵抗となるこれら電動機１０及び減速機２０の羽根車３０軸方向への投影面積を極小とすることができ、通風抵抗を低減して送風性能を高められ、冷却塔６０の効率向上が図れる。また、減速機２０が機構として消耗や劣化等を生じにくく、送風機全体に対するメンテナンスの手間を大幅に削減可能となり、冷却塔６０の運転コストの低減も図れる。

（本発明の第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態を図７ないし図１１に基づいて説明する。図７は本実施形態に係る冷却塔用送風機の正面図及び背面図、図８は本実施形態に係る冷却塔用送風機の平面図、図９は本実施形態に係る冷却塔用送風機の底面図、図１０は本実施形態に係る冷却塔用送風機の右側面図及び左側面図、図１１は本実施形態に係る冷却塔用送風機における減速機の概略断面図である。

前記各図に示すように、本実施形態に係る冷却塔用送風機２は、前記第１の実施形態同様、電動機１０と、減速機４０と、羽根車３０とを備える一方、異なる構成として、電動機１０の出力軸１１に直接太陽ローラ４１を取付け、電動機１０と減速機４０とを直結した構成を有するものである。

前記減速機４０は、所定のハウジング４５内に、電動機１０の出力軸１１先端部に取付けられる太陽ローラ４１と、この太陽ローラ４１の周囲に配置される複数の遊星ローラ４２と、遊星ローラ４２を取囲む外輪ローラ４３とを備える、前記第１の実施形態同様の遊星ローラ式摩擦伝動減速機構とされる構成である。この減速機４０では、前記第１の実施形態におけるキャリア２４を出力部として用いる構成と異なり、各遊星ローラ４２を取囲む外輪ローラ４３を出力部として回動自在に配置し、この外輪ローラ４３に一体化された出力軸４３ａをハウジング４５外に露出させ、羽根車３０のハブ部３２と連結固定している。一方、遊星ローラのキャリア４４はハウジング４５の一部を兼ねる構造となって固定されており、各遊星ローラ４２が太陽ローラ４１周りに公転することはない。

この減速機４０が、冷却塔６０の排気側開口中央の支持部６２上に固定配設され、減速機４０上部に一体に取付けられた電動機１０と共に冷却塔６０の排気側開口中央に配設される構成は、前記第１の実施形態と同じである。

減速機４０のハウジング４５内には、前記第１の実施形態同様、トラクションフルードが充填されており、太陽ローラ４１と遊星ローラ４２間、及び、遊星ローラ４２と外輪ローラ４３間にそれぞれトラクションフルードが入り込んで潤滑や冷却等に用いられる状態となっている。本実施形態では、これに加えて、トラクションフルードがハウジング４５の最下部まで達する仕組みとなっている。そして、減速機４０の出力軸４３ａをハウジング４５に対し回動可能に軸支する軸受部４６が、その軸受機構内にトラクションフルードを導入する構成であり、軸受部４６の互いに近接状態で相対移動する各部材間にトラクションフルードを流入させて潤滑する仕組みとなっている。

本実施形態に係る冷却塔用送風機の運転状態では、電動機１０の出力軸１１が回転すると、減速機４０で電動機出力軸１１と一体の太陽ローラ４１が回転するのに伴い、太陽ローラ４１と接触する遊星ローラ４２が、太陽ローラ４１に対し位置を変えずにそのまま転動（自転）することで、同じく接触状態にある回動自在な外輪ローラ４３を転動させ、外輪ローラ４３に回転を伝達することとなる。

こうして、外輪ローラ４３は、太陽ローラ４１の回転中心軸と同じ軸線を中心として、太陽ローラ４１の回転方向と逆方向に回転することとなる。外輪ローラ４３の回転は、電動機出力軸１１の回転に対し、太陽ローラ４１の外径と外輪ローラ４３の内径との割合から決る減速比で減速されたものとなる。この減速機４０においては、前記第１の実施形態同様、各ローラ相互の摩擦により駆動力が伝達されることで、運転中に生じる騒音はベルト伝動の場合と同様に小さい。

このように、本実施形態に係る冷却塔用送風機においては、電動機１０の出力軸１１に直接太陽ローラ４１を取付け、電動機１０と減速機４０とを直結する構成としていることから、送風機全体の軸方向寸法を小型化できる上、部品点数も削減でき、装置コストの低減が図れる。

また、減速機４０の出力軸４３ａを軸支するハウジング４５の軸受部４６における潤滑剤として、トラクションフルードをハウジング４５内から軸受部４６に流通可能として用いることから、軸受部４６に別途グリース等の潤滑剤を供給する必要が無く、ローラ側と共通のトラクションフルードのメンテナンスのみで対応でき、軸受部４６のみに対する注油、給脂等定期的なメンテナンスを行う必要が無くなり、メンテナンス頻度を低下させてコストダウンが図れると共に、潤滑性能の低下を防いで信頼性を高められる。

なお、前記各実施形態に係る冷却塔用送風機においては、減速機２０、４０の機構を摩擦伝動とすることで騒音発生を抑える構成としているが、この他、電動機のインバータによる駆動制御を組合わせて、起動時や停止時、電動機を可変周波数制御で回転数を少しずつ変化させるようにして駆動する構成とすることもでき、よりスムーズに起動、停止が行われ、減速機を含む送風機全体からの騒音発生をより一層小さくすることができる。

また、前記各実施形態に係る冷却塔用送風機においては、減速機２０、４０の各ローラにおける他ローラと接触する外周面や内周面を単純な円筒面形状として形成する構成としているが、これに限らず、太陽ローラや遊星ローラの外周面、外輪ローラの内周面をテーパ面として形成する構成とすることもでき、ローラをテーパ形状に応じた所定の軸方向へ押圧すれば、ローラの接触面同士の接触圧も生じさせられることにより、減速機の製造で各ローラを所定の接触圧で当接させて摩擦伝動可能な状態として組立てる工程が、一般的な方法、すなわち、部品を一旦加熱又は冷却して物理的に組合せ可能な寸法状態としての組立て（焼ばめ・冷やしばめ）によらずに、そのまま準備作業無しに部品同士を組合わせて減速機を組立てることができ、ローラ間に適切な接触圧を生じさせる状態が容易に得られ、製造工程を簡略化してコストダウンが図れる。

本発明の第１の実施形態に係る冷却塔用送風機を含む冷却塔の概略構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る冷却塔用送風機の正面図及び背面図である。 本発明の第１の実施形態に係る冷却塔用送風機の平面図である。 本発明の第１の実施形態に係る冷却塔用送風機の底面図である。 本発明の第１の実施形態に係る冷却塔用送風機の右側面図及び左側面図である。 本発明の第１の実施形態に係る冷却塔用送風機における減速機の概略断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る冷却塔用送風機の正面図及び背面図である。 本発明の第２の実施形態に係る冷却塔用送風機の平面図である。 本発明の第２の実施形態に係る冷却塔用送風機の底面図である。 本発明の第２の実施形態に係る冷却塔用送風機の右側面図及び左側面図である。 本発明の第２の実施形態に係る冷却塔用送風機における減速機の概略断面図である。

符号の説明

１、２ 送風機
１０ 電動機
１１ 出力軸
２０、４０ 減速機
２１、４１ 太陽ローラ
２２、４２ 遊星ローラ
２３、４３ 外輪ローラ
２４、４４ キャリア
２４ａ、４３ａ 出力軸
２５、４５ ハウジング
２６ カップリング
３０ 羽根車
３１ 羽根
３２ ハブ部
３３ カバー
４６ 軸受部
６０ 冷却塔
６１ 熱交換部
６２ 支持部

Claims (2)

1. 冷却塔の冷却用外気の通風路における熱交換部より上流側又は下流側の所定箇所に配設され、押込通風又は誘引通風により熱交換部に外気を導く冷却塔用送風機において、
   送風機羽根車駆動用の電動機が、冷却塔における外気通路の入口側又は出口側の開口所定箇所に、電動機出力軸を冷却塔内部側に向け、所定の減速機を介して前記羽根車に回転駆動力を伝達可能として配設され、
   前記減速機が、前記電動機の出力軸先端部に取付けられるか又は前記出力軸先端部に直接形成される太陽ローラと、当該太陽ローラの周囲に回動自在に配置され、太陽ローラ外周面に対し転動しつつ太陽ローラ周りを公転する複数の遊星ローラと、当該各遊星ローラを回動自在に支持しつつ遊星ローラの公転に一致して回動するキャリアと、各遊星ローラに内周面が接触する外輪ローラとを備える遊星ローラ式の摩擦伝動減速機構とされ、
   前記減速機の出力軸が、前記キャリア又は外輪ローラに一体化され、前記電動機の出力軸と同一軸線上に配置されてなり、
   前記羽根車のハブ部が、前記減速機の出力軸先端部に連結固定され、羽根車が減速機出力軸と一体に回動可能として配設されることを
   特徴とする冷却塔用送風機。
2. 前記請求項１に記載の冷却塔において、
   前記減速機が、前記太陽ローラ、遊星ローラ、キャリア、及び外輪ローラをそれぞれ収容すると共に、前記出力軸を先端部露出状態で回動自在に支持するハウジングを備えてなり、
   当該ハウジング内部に、太陽ローラと遊星ローラ間、並びに遊星ローラと外輪ローラ間に介在して前記各ローラ間の摩擦伝動状態を維持しつつ各摺動部分を潤滑するトラクションフルードが所定量充填され、
   前記減速機の出力軸をハウジングに対し回動自在に軸支する軸受部が、ハウジング内部から前記トラクションフルードを導入可能とされてなり、前記トラクションフルードを軸受部の互いに近接して相対移動する各部材間に流入させて潤滑状態とすることを
   特徴とする冷却塔用送風機。

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