JP2015228775A - 電動機の冷却装置用制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】流路の汚損程度を推定可能であり、省エネルギー効果を発揮することのできる電動機の冷却装置用制御装置を提供する。【解決手段】送風機により冷却風を送風して電動機を強制冷却する熱交換式空気冷却方式の冷却装置を制御する電動機の冷却装置用制御装置であって、電動機の負荷電流と冷却風の温度と冷却風の送風量と電動機の温度上昇値との関係に関する実機又は実機モデルによる測定データに基づいて、電動機の温度が所定値を超えないように送風すべき冷却風の風量を求め、送風機の回転数を制御することにより冷却風の風量を制御する風量制御装置と、熱交換式空気冷却装置の一次側冷却水温と二次側冷却風温度の関係から熱交換式空気冷却装置内の一次側冷却水系統への水垢付着による効率低下を推定する推定部を備えたことを特徴とする電動機の冷却装置用制御装置。【選択図】図１
Description
本発明は、送風機により電動機を強制通風冷却する冷却装置用制御装置の改良に関するものである。
工場など周辺環境の悪いところに設置された電動機を効率的に冷却するために、電動機内に冷却風を送り、電動機から排出された冷却風を熱交換式の空気冷却器で冷却して送風機を通して再度、電動機の冷却風とする循環式冷却装置が広く産業用に使われている。
電動機の負荷に応じて銅損が変化することから、電動機の状況に応じて必要な冷却風量は異なる。一方、送風機の消費電力は送風量の概ね３乗に比例するため、電動機負荷に応じて冷却風量を適切に抑えることは大きな省エネルギー効果を得られる。
このため、電動機の負荷電流などから発生熱量を推定し冷却風の送風機を駆動する電動機の速度を制御する装置が考案され広く用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
しかしながら、熱交換式の空気冷却器の一次側冷却水路への水垢の付着など伝熱面の汚れは熱交換器の効率を著しく低下させる要因となるため、定期的な清掃メンテナンスが必要となる。従来は、伝熱面の汚れを運転中に定量的に測定することが難しいためメンテナンス間隔を合理的に決定できず、設備稼働率とメンテナンスコストの最適化が図られていなかった。
また、省エネルギーのために冷却風量を最適化している制御装置においては、空気冷却装置の効率低下は、結局冷却風の温度上昇をもたらすため冷却風量を増すことになり、本来の目的である送風機用電動機の省エネルギーに反する結果となっている。
そこで、本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、流路の汚損程度を推定可能であり、省エネルギー効果を発揮することのできる電動機の冷却装置用制御装置を提供する。
本発明の一態様によれば、送風機により冷却風を送風して電動機を強制冷却する熱交換式空気冷却方式の冷却装置を制御する電動機の冷却装置用制御装置であって、前記電動機の負荷電流と前記冷却風の温度と前記冷却風の送風量と前記電動機の温度上昇値との関係に関する実機又は実機モデルによる測定データに基づいて、前記電動機の温度が所定値を超えないように送風すべき前記冷却風の風量を求め、前記送風機の回転数を制御することにより前記冷却風の風量を制御する風量制御装置と、前記熱交換式空気冷却装置の一次側冷却水温と二次側冷却風温度の関係から前記熱交換式空気冷却装置内の一次側冷却水系統への水垢付着による効率低下を推定する推定部を備えたことを特徴とする電動機の冷却装置用制御装置が提供される。
本発明によれば、流路の汚損程度を推定可能であり、省エネルギー効果を発揮することのできる電動機の冷却装置用制御装置を実現することが可能となる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付す。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係る電動機の冷却装置用制御装置の全体構成を示す概略図である。
図１は、本発明の実施形態に係る電動機の冷却装置用制御装置の全体構成を示す概略図である。
図１に示すように、電動機の冷却装置用制御装置１００は、冷却対象の電動機1に冷却風排出管２を介して、熱交換式空気冷却器３が接続している。熱交換式空気冷却器３の一端側には、送風機４が接続している。送風機４は、冷却風吹入管５を介して電動機1に接続している。冷却風吹入管５には、冷却風温度検出器９が配設されている。送風機４は、送風機用電動機１３で駆動される。送風機用電動機１３は、可変速駆動装置１２を介して回転速度指令を出力する送風機用電動機制御装置１１によって駆動制御される。また、冷却風温度検出器９の出力は、送風機用電動機制御装置１１に取り込まれている。
電動機1と送風機用電動機制御装置１１は、それぞれ負荷電流検出器１０で負荷電流が検出されている。
熱交換式空気冷却器３の他端側には、冷却水取入管６と冷却水吐出管８が接続している。冷却水取入管６には、冷却水温度検出器７が配設されている。冷却水温度検出器７の出力は、空気冷却器効率推定器１４に取り込まれている。さらに、空気冷却器効率推定器１４の出力は、送風機用電動機制御装置１１に取り込まれている。
以上のように構成された電動機の冷却装置用制御装置１００において、空気冷却器効率推定器１４は、冷却風温度検出器９と冷却対象の電動機１の負荷電流検出器１０から最適な冷却風量を計算する。
さらに、送風機用電動機制御装置１１は、基準とする冷却風基準温度と冷却風温度検出器９で検出する実際の冷却風温度と、熱交換式空気冷却器3の一次側冷却水取入管６に設けられた冷却水温度検出器７から得られた冷却水温度の関係から、熱交換式空気冷却器３の効率、すなわち一次側冷却水路の伝熱面の汚れの程度を推定することができる。
＜推定原理＞
以下に、本実施形態における推定原理について詳述する。
以下に、本実施形態における推定原理について詳述する。
熱交換器の伝熱量をＱとすると、全伝熱面の熱通過率が一定とおくと以下の式が成り立つことが広く知られている。
ここで、
Ｋ：熱通過率
Ｆ：伝熱面積
t1：冷却対象の電動機から熱交換器に戻ってくる冷却排気温度
t1’：熱交換器に入っていく一次側冷却水の温度
t2：熱交換器から送り出す冷却風温度
t2’：熱交換器から出ていく一次側冷却排水の温度
とする。
Ｋ：熱通過率
Ｆ：伝熱面積
t1：冷却対象の電動機から熱交換器に戻ってくる冷却排気温度
t1’：熱交換器に入っていく一次側冷却水の温度
t2：熱交換器から送り出す冷却風温度
t2’：熱交換器から出ていく一次側冷却排水の温度
とする。
一方、熱交換器の熱通過率Ｋは、一次側冷却媒体と伝熱面の間の熱伝達係数をα、二次側冷却媒体と伝熱面の間の熱伝達係数をα’、伝熱面自体の熱伝導度をλ、伝熱面の肉厚をδとおくと、以下の式で表すことが出来る。
したがって、熱交換式空気冷却器の一次側冷却水路の伝熱面が汚れることにより熱伝達係数αが小さくなり、熱交換器の熱通過率Ｋも低下し、伝熱量Ｑが小さくなり、結果として電動機、熱交換式の空気冷却器、送風機からなる循環冷却風系統内の冷却風温度は上昇し、上記伝熱量の式および電動機や送風機、風管等からの放熱も増えてバランスする。
ここで、送風機用電動機制御装置１１は、冷却対象の電動機１の負荷電流検出器１０から電動機１で発生する熱量を予測している。その結果、冷却風温度検出器９で測定したt2により、空気の比熱、循環系統の容積から決まる熱容量から冷却排気温度t1を計算することが出来る。
また、水の比熱が大きいことから、一般に熱交換式空気冷却器の一次側の冷却水温上昇は比較的小さく、一次側の冷却水温度自体が支配的であることから、冷却水温度検出器７で測定したt1’が判れば概ねt2’も同様と見なすことが出来る。
したがって、これらの情報から伝熱量Ｑの式、熱通過率Ｋの式を逆算することにより、熱交換式空気冷却器の一次側冷却水路の熱伝達係数αを求め、伝熱面の汚れの程度と初期設計値からの変化からメンテナンスの必要な時期を決めることが出来る。伝熱面の汚れが初期設定値から所定値を超えて変化した場合、メンテナンスのためのアラームを発するのが好適である。
なお、ここでは、冷却排気温度t1を計算で求めていたが、直接または間接的にt1を測定しても同様の効果を得ることが出来る。
また、ここでは、冷却排水温度t2’を冷却水温度t1’と同等とみなしたが、直接または間接的にt2’を測定しても同様の効果を得ることが出来る。
また、一次側冷却水の温度がほぼ一定とみなせるならば、冷却水温度検出器７を省略して定数を用いても同様の効果を得ることが出来る。
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、熱交換式空気冷却器の一次側冷却媒体を水の代わりに空気に置き換えたものである。
次に、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、熱交換式空気冷却器の一次側冷却媒体を水の代わりに空気に置き換えたものである。
図２は、第２の実施形態に係る電動機の冷却装置用制御装置の全体構成を示す概略図である。
図２に示すように、第２の実施形態に係る電動機の冷却装置用制御装置１１０は、冷却対象の電動機1に冷却風排出管２を介して、熱交換式空気冷却器３が接続している。熱交換式空気冷却器３の一端側には、送風機４が接続している。送風機４は、冷却風吹入管５を介して電動機1に接続している。冷却風吹入管５には、冷却風温度検出器９が配設されている。送風機４は、送風機用電動機１３で駆動される。送風機用電動機１３は、可変速駆動装置１２を介して回転速度指令を出力する送風機用電動機制御装置１１によって駆動制御される。また、冷却風温度検出器９の出力は、送風機用電動機制御装置１１に取り込まれている。
電動機1と送風機用電動機制御装置１１は、それぞれ負荷電流検出器１０で負荷電流が検出されている。
熱交換式空気冷却器３の他端側には、一次側気温検出器７ａが接続している。一次側気温検出器７ａの出力は、空気冷却器効率推定器１４に取り込まれている。さらに、空気冷却器効率推定器１４の出力は、送風機用電動機制御装置１１に取り込まれている。
以上のように構成された電動機の冷却装置用制御装置１１０において、空気冷却器効率推定器１４は、冷却風温度検出器９と冷却対象の電動機1の負荷電流検出器１０から最適な冷却風量を計算する。
さらに、送風機用電動機制御装置１１は、基準とする冷却風基準温度と冷却風温度検出器９で検出する実際の冷却風温度と、熱交換式空気冷却器３の一端側に設けられた一次側気温検出器７ａから得られた温度の関係から、熱交換式空気冷却器３の効率、すなわち一次側冷却水路の伝熱面の汚れの程度を推定することができる。
周辺環境の悪いところに設置された電動機を効率的に冷却するためのシステムであるため、一次側冷却媒体を空気とした場合は、特に熱交換器の一次側冷却風路の汚損は激しいと考えられる。第２の実施形態によれば、熱交換器式空気冷却器の一次側媒体を空気とした場合であっても、伝熱面の汚れの程度を推定することができる。
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、冷却風の温度測定を熱交換器式空気冷却器の出側ではなく入側で行うものである。
次に、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、冷却風の温度測定を熱交換器式空気冷却器の出側ではなく入側で行うものである。
図３は、第３の実施形態に係る電動機の冷却装置用制御装置の全体構成を示す概略図である。
図３に示すように、電動機の冷却装置用制御装置１２０は、冷却対象の電動機1に冷却風排出管２を介して、熱交換式空気冷却器３が接続している。熱交換式空気冷却器３の一端側には、送風機４が接続している。送風機４は、冷却風吹入管５を介して電動機1に接続している。冷却風排出管２には、冷却排気温度検出器９ａが配設されている。送風機４は、送風機用電動機１３で駆動される。送風機用電動機１３は、可変速駆動装置１２を介して回転速度指令を出力する送風機用電動機制御装置１１によって駆動制御される。また、冷却排気温度検出器９ａの出力は、送風機用電動機制御装置１１に取り込まれている。
電動機1と送風機用電動機制御装置１１は、それぞれ負荷電流検出器１０で負荷電流が検出されている。
熱交換式空気冷却器３の他端側には、冷却水取入管６と冷却水吐出管８が接続している。冷却水取入管６には、冷却水温度検出器７が配設されている。冷却水温度検出器７の出力は、空気冷却器効率推定器１４に取り込まれている。さらに、空気冷却器効率推定器１４の出力は、送風機用電動機制御装置１１に取り込まれている。
以上のように構成された電動機の冷却装置用制御装置１２０において、空気冷却器効率推定器１４は、冷却排気温度検出器９ａと冷却対象の電動機１の負荷電流検出器１０から最適な冷却風量を計算する。
さらに、送風機用電動機制御装置１１は、基準とする冷却風基準温度と冷却排気温度検出器９ａで検出する実際の冷却風温度と、熱交換式空気冷却器３の一次側冷却水取入管６に設けられた冷却水温度検出器7から得られた冷却水温度の関係から、熱交換式空気冷却器３の効率、すなわち一次側冷却水路の伝熱面の汚れの程度を推定することができる。
第３の実施形態によれば、冷却風の温度測定を熱交換器式空気冷却器の入側で行うことにより、伝熱面の汚れの程度を推定することができる。
本発明の実施形態によれば、流路の汚損程度を推定可能であり、省エネルギー効果を発揮することのできる電動機の冷却装置用制御装置を実現することが可能となる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１００，１１０，１２０・・・冷却装置用制御装置
１・・・電動機
２・・・冷却風排出菅
３・・・熱交換式空気冷却器
４・・・送風機
５・・・冷却風吹入管
６・・・冷却水取入管
７・・・冷却水温度検出器
７ａ・・・一次側気温検出器
８・・・冷却水吐出管
９・・・冷却風温度検出器
９ａ・・・冷却排気温度検出器
１０・・・負荷電流検出器
１１・・・送風機用電動機制御装置
１２・・・可変速駆動装置
１３・・・送風機用電動機
１４・・・空気冷却器効率推定器
１・・・電動機
２・・・冷却風排出菅
３・・・熱交換式空気冷却器
４・・・送風機
５・・・冷却風吹入管
６・・・冷却水取入管
７・・・冷却水温度検出器
７ａ・・・一次側気温検出器
８・・・冷却水吐出管
９・・・冷却風温度検出器
９ａ・・・冷却排気温度検出器
１０・・・負荷電流検出器
１１・・・送風機用電動機制御装置
１２・・・可変速駆動装置
１３・・・送風機用電動機
１４・・・空気冷却器効率推定器
Claims (5)
- 送風機により冷却風を送風して電動機を強制冷却する熱交換式空気冷却方式の冷却装置を制御する電動機の冷却装置用制御装置であって、
前記電動機の負荷電流と前記冷却風の温度と前記冷却風の送風量と前記電動機の温度上昇値との関係に関する実機又は実機モデルによる測定データに基づいて、前記電動機の温度が所定値を超えないように送風すべき前記冷却風の風量を求め、前記送風機の回転数を制御することにより前記冷却風の風量を制御する風量制御装置と、
前記熱交換式空気冷却装置の一次側冷却水温と二次側冷却風温度の関係から前記熱交換式空気冷却装置内の一次側冷却水系統への水垢付着による効率低下を推定する推定部を備えたことを特徴とする電動機の冷却装置用制御装置。 - 前記冷却風の温度測定を前記熱交換式空気冷却装置の出側で行うことを特徴とする請求項１記載の電動機の冷却装置用制御装置。
- 前記熱交換式空気冷却装置の一次側冷却水路の熱伝達係数αを算出し、伝熱面の汚れが初期設定値から所定値を超えて変化した場合、メンテナンスのためのアラームを発することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電動機の冷却装置用制御装置。
- 送風機により冷却風を送風して電動機を強制冷却する熱交換式空気冷却方式の冷却装置を制御する電動機の冷却装置用制御装置であって、
前記電動機の負荷電流と前記冷却風の温度と前記冷却風の送風量と前記電動機の温度上昇値との関係に関する実機又は実機モデルによる測定データに基づいて、前記電動機の温度が所定値を超えないように送風すべき前記冷却風の風量を求め、前記送風機の回転数を制御することにより前記冷却風の風量を制御する風量制御装置と、
前記熱交換式空気冷却装置の一次側冷却風温度と二次側冷却風温度の関係から前記熱交換式空気冷却装置内の一次側冷却風路への塵埃付着による効率低下を推定する推定部を備えたことを特徴とする電動機の冷却装置用制御装置。 - 前記冷却風の温度測定を前記熱交換式空気冷却器の入側で行うことを特徴とする請求項１又は請求項４記載の電動機の冷却装置用制御装置。
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- 2014-06-02 JP JP2014114409A patent/JP6220732B2/ja active Active
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