JP6772081B2 - 熱交換器 - Google Patents

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本発明は、熱交換器に係り、特に、冷却塔またはラジエータなどの空冷式または水冷式の熱交換器に関する。
従来から、空調設備やプラントなどで使用される液体(例えば、冷却水)を冷却するための冷却システムに、冷却塔またはラジエータなどの熱交換器が用いられている。このような熱交換器は、熱交換器本体と、該熱交換器本体に液体を導入する導入管、および熱交換器本体から液体を排出する排水管と、熱交換器本体の内部に外気を導入するためのファン装置を有している。ファン装置は、モータと、該モータの回転軸に連結されたファンとを有し、モータによってファンを回転させることにより熱交換器本体の内部に空気が導入される。導入管から熱交換器本体に導入された液体は、該熱交換器本体に導入された空気と熱交換を行うことにより冷却される。冷却された液体は、熱交換器本体から排水管を通って排出される。熱交換器本体の内部に導入され、液体と熱交換を行った空気は、ファン装置を通って熱交換器本体から排出される。
ファンモータを変速可能とするインバータ装置を有するファン装置を備えた熱交換器が知られている。特許文献1には、冷却塔のファンモータの回転速度をインバータ装置により制御する技術が開示されている。インバータ装置を構成するインバータ回路は、通常スイッチング素子とその周辺回路により構成され、インバータ装置は、スイッチング素子を含む主回路のスイッチングの際に生じる熱を冷却する必要があり、インバータ装置は、それらの熱を冷却用ファンやヒートシンクなどにより冷却している。
特開平5−340690号公報
上述したように、インバータ装置は、スイッチング素子を含む回路のスイッチングの際に生じる熱を冷却するために冷却用ファンにより冷却している。冷却塔及びインバータ装置は屋外に設置されることが多く、直射日光を受ける場所に設置された場合には、インバータ装置が高温となり故障の原因となる可能性がある。また、インバータ装置が高温により故障しないよう、インバータ装置は冷却塔システム全体を制御する制御装置と共に制御盤に設置され、制御盤をファンにより空冷するなどさらに電力を消費している。
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、冷却塔またはラジエータなどの熱交換器が備えているファンの駆動により生じる熱交換器本体の外部から内部に向かう空気の流れを利用してインバータ装置およびモータを空冷することにより、インバータ装置用の空冷用ファンやモータ用の空冷用ファンを削除することができ、余分な設備及び電力を使用することなくインバータ装置およびモータを冷却することができる熱交換器を提供することを目的とする。
上述の目的を達成するため、本発明の一態様は、液体と空気との間で熱交換を行う熱交換器本体に空気を導入するためのファン装置を備えた熱交換器であって、前記ファン装置は、モータと、前記モータの回転軸に固定されたファンと、前記モータを変速可能とするインバータと、前記インバータを介して前記モータの動作を制御するインバータ制御部と、前記モータを収容するモータケーシングと、前記インバータおよび前記インバータ制御部を収容するインバータケーシングとを一体化したモータ制御ケーシングと、前記ファンを収容するとともに前記熱交換器本体に接続されるファンケーシングと、前記ファンケーシングと前記モータ制御ケーシングとを接続して前記モータ制御ケーシングを保持する保持部材と、前記保持部材に設けられるとともに前記モータ制御ケーシングの外周側に配置され、前記熱交換器本体の外部から内部に向かって流れる空気を前記モータ制御ケーシングに沿って流すようにガイドするガイド板とを備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ガイド板の内側側面が前記モータ制御ケーシングに一定の間隔をもつように構成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ガイド板は、円筒状のガイド板、複数の円弧状セグメントからなるガイド板または円筒の一部を半径方向に切り取った略円筒状のガイド板からなることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ガイド板の内側側面が前記モータ制御ケーシングの周辺に多角形状をなすように構成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ガイド板は、多角形筒状のガイド板、複数の板状セグメントを接触させてもしくは間隔をあけて略多角形筒状に配列したガイド板または多角形筒の一部を半径方向に切り取った略多角形筒状のガイド板からなることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ガイド板の最下点の鉛直方向の延長線が、前記ファンが気流を発生する水平方向の有効点と一致していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ガイド板の半径方向の内側側面は、鉛直線に対して所定の角度で半径方向内方に傾いていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ガイド板の半径方向の外側側面は、鉛直線に対して所定の角度で半径方向外方に傾いていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ガイド板の上面の半径方向の内端と前記モータ制御ケーシングの側面との距離は、所定の値であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ガイド板の上面の鉛直方向の位置は、前記モータ制御ケーシングにおける温度が最も高い側面の位置と略同一であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ガイド板の下面の鉛直方向の位置は、前記ファンに近接した位置であって前記ファンに接触しない位置であることを特徴とする。
本発明は、以下に列挙する効果を奏する。
(1)冷却塔またはラジエータなどの熱交換器が備えているファンの駆動により生じる熱交換器本体の外部から内部に向かう空気の流れを利用してインバータ装置およびモータを空冷することにより、インバータ装置用の空冷用ファンやモータ用の空冷用ファンを削除することができ、余分な設備及び電力を使用することなくインバータ装置およびモータを冷却することができる。
(2)空冷用ファン等の外扇ファンや多数のフィンを持たない冷却構造とすることができ、製造コストを低減することができる。
(3)熱交換器が備えているファンの駆動により生じる熱交換器本体の外部から内部に向かう空気の流れを利用してインバータ装置およびモータを効率的に冷却することができるため、インバータ装置およびモータの小型化による放熱面積の減少に対応できる。
(4)ガイド板により気流の循環を防ぐことができ、送風効率を改善することができる。
図1は、本発明の熱交換器である冷却塔の一実施形態を示す模式図である。 図2は、本発明の熱交換器である冷却塔の他の実施形態を示す模式図である。 図3(a)は、本発明の熱交換器であるラジエータの一実施形態を示す模式図であり、図3(b)は、図3(a)に示す枠体の内部空間を蛇行する冷却管を示す模式図である。 図4は、図1乃至図3に示すファン装置の断面図である。 図5は、図4に示すファン装置の平面図である。 図6(a),(b)は、モータ制御ケーシングとガイド板との関係を示す平面図である。 図7(a),(b),(c)は、ガイド板の形状例を示す斜視図である。 図8(a),(b),(c)は、ガイド板の別の形状例を示す斜視図である。 図9(a),(b)は、ガイド板を設置しない場合(図9(a))とガイド板を設置した場合(図9(b))におけるファン装置の周囲および熱交換器本体内の空気の流れ(気流)を模式的に示す図である。 図10は、ガイド板の詳細を示す模式的断面図である。
以下、本発明に係る熱交換器の実施形態を図1乃至図10を参照して説明する。図1乃至図10において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図1は、本発明の熱交換器である冷却塔の一実施形態を示す模式図である。図1に示す冷却塔は、冷却塔本体(熱交換器本体)3と、冷却塔本体3の内部に配置された充填材2と、冷却塔本体3の上部に取り付けられたファン装置1を備えている。ファン装置1の詳細な構成は後述する。ファン装置1のファンケーシング18内に配置されたファン5をモータ7によって回転させると、冷却塔本体3の側面に設けられたルーバ15を通って、空気が冷却塔本体3に導入される。冷却塔本体3に導入された空気は、ファン装置1を通って冷却塔から排出される。
冷却塔は、冷却塔本体3を貫通して延びる導入管10を有しており、液体(例えば、冷却水)は、この導入管10を通って冷却塔本体3に導入される。導入管10の末端には、充填材2の上方に位置する放出口10aが形成されており、この放出口10aから液体が充填材2に放出される。充填材2に放出された液体は充填材2の内部を流れ落ち、ファン装置1によって冷却塔本体3に導入された空気と接触する。これにより、液体と空気との間で熱交換が行われ、液体が冷却される。
冷却された液体は、冷却塔本体3の下部に設けられた水槽12に集められ、該水槽12に接続された排水管11から冷却塔本体3の外部に排出される。排水管11には、該排水管11を流れる液体の温度である出口温度を測定する温度センサ19が取り付けられている。図1に示す冷却塔は、液体が空気により直接的に冷却される水冷式の熱交換器であり、開放形冷却塔と称される。
図2は、本発明の熱交換器である冷却塔の他の実施形態を示す模式図である。図2に示す冷却塔は、冷却塔本体(熱交換器本体)3と、冷却塔本体3の内部に配置されたコイル管20と、冷却塔本体3の上部に取り付けられたファン装置1を備えている。図2に示す冷却塔の導入管10は、冷却塔本体3の内部に配置されたコイル管20の一端に接続されており、液体を冷却塔本体3から排出する排水管11は、コイル管20の他端に接続されている。本実施形態においても、排水管11には、液体の出口温度を測定する温度センサ19が取り付けられている。液体は、導入管10からコイル管20に流入し、コイル管20から排水管11に流出する。さらに、図2に示す冷却塔は、水をコイル管20に散布するための散水管22を備えている。散水管22は、冷却塔の外部からコイル管20の上方まで延びており、散水管22の末端には、水を散布する散水口22aが形成されている。散水管22の散水口22aから散布された水は、コイル管20の表面に接触することにより、該コイル管20を流れる液体と熱交換を行う。これにより、コイル管20を流れる液体が冷却される。
散水管22の散水口22aから散布された水は、ファン装置1によって冷却塔本体3に導入された空気によって冷却される。コイル管20に接触して流れ落ちた水は、水槽12に集められ、該水槽12に接続された散水ドレン管25から冷却塔の外部に排出される。図2に示す冷却塔は、コイル管20を流れる液体が散水管22から散布された水により冷却される水冷式の熱交換器であり、密閉形冷却塔と称される。
図3(a)は、本発明の熱交換器であるラジエータの一実施形態を示す模式図であり、図3(b)は、図3(a)に示す枠体の内部空間を蛇行する冷却管を示す模式図である。図3(a)に示すラジエータは、ラジエータ本体(熱交換器本体)32と、液体が流れる冷却管30(図3(b)参照)が取り付けられた枠体33と、ラジエータ本体32の上部に取り付けられたファン装置1とを備えている。
図3(b)に示すように、枠体33内に設置された冷却管30の一端は、ラジエータ本体32に液体を導入する導入管10に接続されており、冷却管30の他端は、ラジエータ本体32から液体を排出する排水管11に接続されている。本実施形態においても、排水管11には、液体の出口温度を測定する温度センサ19が取り付けられている。冷却管30は、該冷却管30の直管部30aが鉛直方向に延びるように、枠体33の内部空間を蛇行している。冷却管30は、該冷却管30の直管部30aが水平方向に延びるように、枠体33の内部空間を蛇行してもよい。枠体33は、ラジエータ本体32の側面に形成された開口に嵌め込まれて、ラジエータ本体32に固定されている。図示はしないが、冷却管30が取り付けられている枠体33は、ラジエータ本体32の上面または下面に形成された開口に嵌め込まれてもよい。
図3(a),(b)に示すように構成されたラジエータにおいて、ファン装置1のファン5をモータ7によって回転させると、蛇行する冷却管30の間に形成された隙間を通って、空気がラジエータ本体32に導入される。冷却管30には、通常、放熱フィン(図示せず)が取り付けられ、冷却管30を流れる液体の熱は放熱フィンに伝達される。ラジエータの冷却管30を流れる液体は、冷却管30および放熱フィンを介して、ファン装置1によってラジエータ本体32の内部に導入された空気と熱交換を行う。これにより、冷却管30を流れる液体が冷却される。図3(a),(b)に示すラジエータは、冷却管30を流れる液体が空気により冷却される空冷式の熱交換器である。
図4は、図1乃至図3に示すファン装置1の断面図である。図4に示すファン装置1は、図1または図2に示す冷却塔または図3に示すラジエータなどの熱交換器に設けられる。ファン装置1は、ファン5と、該ファン5を回転させるモータ7と、モータ7を変速可能とするインバータ8と、インバータ8を介してモータ7の動作を制御するインバータ制御部51を備えている。ファン5は、中心部にあるハブ16と、このハブ16から放射状に延びる複数の翼14を有している。ファン5のハブ16がモータ7の回転軸6の端部に固定されることにより、ファン5がモータ7に直接連結される。さらに、ファン装置1は、温度センサ19が出力する出口温度の測定値に基づいて、モータ7の動作の制御信号(例えば、モータ7の始動信号若しくは停止信号、またはモータ7の回転速度の指令値など)をインバータ制御部51に出力する温度制御部52を有している。
インバータ制御部51は、インバータ8を構成するパワー素子(例えば、IGBTなどのスイッチング素子)50などが配置されたインバータ基板8a上に配置されている。一実施形態では、インバータ制御部51をインバータ8から離して配置してもよい。インバータ制御部51がインバータ8のパワー素子50のスイッチング動作を制御することで、モータ7の回転速度、すなわちファン5の回転速度を制御する。
温度センサ19は、信号ケーブル45を介して温度制御部52に接続されており、温度センサ19が出力する出口温度の測定値は、信号ケーブル45を介して温度制御部52に入力される。インバータ制御部51は、温度制御部52から出力された制御信号に基づいて、モータ7の動作(すなわち、モータ7の始動もしくは停止、またはモータ7の回転速度)を制御する。温度制御部52は、モータ7を始動させる始動温度と、出口温度の測定値を収束させる所定の目標温度と、モータ7を停止させる停止温度を予め記憶している。温度制御部52は、出口温度の測定値が始動温度よりも高くなった場合に、モータ7の始動信号(制御信号)をインバータ制御部51に出力し、これにより、インバータ制御部51は、インバータ8を介してモータ7を始動させる。
モータ7の始動後、温度制御部52は、出口温度の測定値を目標温度に一致させるためのモータ7の回転速度の指令値(制御信号)をインバータ制御部51に出力する。温度制御部52は、図示しない演算装置(例えば、CPU)を有しており、該演算装置が出口温度の測定値を目標温度に一致させるためのモータ7の回転速度の指令値を演算する。温度制御部52から出力されたモータ7の回転速度の指令値を受け取ったインバータ制御部51は、該指令値に基づいて、インバータ8を制御し、モータ7の回転速度を増加または減少させる。さらに、温度制御部52は、出口温度の測定値が停止温度よりも低くなった場合に、モータ7の停止信号(制御信号)をインバータ制御部51に出力し、これにより、インバータ制御部51は、インバータ8を介してモータ7を停止させる。
図4に示すファン装置1は、モータ7が収容されたモータケーシング53と、インバータ8およびインバータ制御部51が収容されたインバータケーシング54とを有している。インバータケーシング54とモータケーシング53とは、一つのモータ制御ケーシング17として一体化されている。より具体的には、インバータケーシング54をモータケーシング53に連結することにより、モータ制御ケーシング17が構成される。モータ7は、モータケーシング53の内部に形成されたモータ室27に収容され、インバータ8およびインバータ制御部51は、インバータケーシング54の内部に形成されたインバータ室28に収容される。
本実施形態では、温度制御部52もインバータケーシング54に収容されている。より具体的には、温度制御部52は、インバータ制御部51に内蔵されている。この場合は、モータ7の動作の制御信号を演算するために温度制御部52に設けられる演算装置の機能と、制御信号に基づいてモータ7の動作を制御するためにインバータ制御部51に設けられる演算装置の機能と、を有する共通の演算装置(例えば、CPU)をインバータ制御部51(または温度制御部52)が有していてもよい。共通の演算装置は、温度センサ19から出力された出口温度の測定値に基づいて、モータ7の動作の制御信号を演算し、この制御信号に基づいたモータ7の動作制御をインバータ8を介して実行する。共通の演算装置により、モータ7の動作を制御する場合は、ファン装置1の製造コスト(すなわち、熱交換器の製造コスト)を低減することができる。
本実施形態では、モータケーシング53およびインバータケーシング54は、円筒容器形状を有する。さらに、モータ7の回転軸6がモータケーシング53を貫通する軸貫通部には、回転軸6とモータケーシング53との間の隙間を封止する軸シール70が配置されている。
図4に示すように、ファン5、およびモータケーシング53とインバータケーシング54とが一体化されたモータ制御ケーシング17は、鉛直方向に配列されている。より具体的には、インバータケーシング54は、ファン5、モータケーシング53、およびインバータケーシング54が鉛直方向に配列されるように、モータケーシング53に連結されている。これにより、モータ7、インバータ8、インバータ制御部51、および温度制御部52がユニット化される。さらに、モータケーシング53がインバータケーシング54とファン5の間に位置するように、モータケーシング53は、インバータケーシング54に連結されている。本実施形態では、インバータケーシング54は、モータケーシング53の上側に位置しており、ファン5は、モータケーシング53の下側に位置している。
インバータケーシング54の側壁54bには、電源ケーブル孔54aが形成されており、この電源ケーブル孔54aを通って、電源(図示せず)からインバータ8に電力を供給する電源ケーブル42が延びる。さらに、温度センサ19から温度制御部52まで延びる信号ケーブル45は、この電源ケーブル孔54aを通っている。インバータケーシング54の底壁54cには、底壁貫通孔54dが形成され、モータケーシング53の上壁53aには、インバータケーシング54の底壁貫通孔54dに連通する上壁貫通孔53bが形成されている。本実施形態では、インバータケーシング54の底壁貫通孔54dの直径は、モータケーシング53の上壁貫通孔53bの直径と同一である。これら底壁貫通孔54dと上壁貫通孔53bを通って、インバータ8からモータ7に電力を供給するモータケーブル46が延びる。
モータ7は、誘導モータであってもよいが、モータ7は、永久磁石が配置されたロータと、該ロータと対向して配置されたステータとを有するPMモータ(Permanent Magnet Motor)であるのが好ましい。特に、図4に示すように、モータ7は、ロータ43の内部に永久磁石41が配置されたIPMモータ(Interior Permanent Magnet Motor)であるのが好ましい。PMモータ(特に、IPMモータ)は高効率を有するので、モータ7を小型化することができる。
ロータ43は、回転軸6に固定されており、ステータ44は、モータケーシング53の内面に固定されている。図4に示すモータ7は、ステータ44がロータ43の半径方向外側に配置されたラジアルギャップ型モータである。図示はしないが、モータ7は、ステータとロータが軸方向に沿って配列されたアキシャルギャップ型モータであってもよい。モータ7の回転軸6は、鉛直方向に離間してモータケーシング53に配置された2つの軸受35,36によって回転可能に支持されている。上側軸受35は、モータ室27の上面に取り付けられ、下側軸受36はモータ室27の下面に取り付けられている。
図4に示すように、ファン装置1は、ファン5を収容するとともに熱交換器本体(冷却塔本体3又はラジエータ本体32)に接続されるファンケーシング18と、ファンケーシング18とモータ制御ケーシング17とを接続してモータ制御ケーシング17を保持する保持部材55と、保持部材55に設けられるとともにモータ制御ケーシング17の外周側に配置されたガイド板56とを備えている。ガイド板56は、熱交換器本体(冷却塔本体3又はラジエータ本体32)の外部から内部に向かって流れる空気をモータ制御ケーシング17に沿って流すようにガイドする機能を有している。図4に示すように、ガイド板56は逆三角形の断面形状を有している。
図5は、図4に示すファン装置1の平面図である。図5に示すように、モータ制御ケーシング17の周囲を囲むように円筒状のガイド板56が設置されている。ファンケーシング18とモータ制御ケーシング17とを接続してモータ制御ケーシング17を保持する保持部材55は、円筒状のファンケーシング18に架け渡されている長尺の2本の保持部材55aと、長尺の2本の保持部材55a間に架け渡されている短尺の2本の保持部材55bと、モータ制御ケーシング17を保持部材55a,55bに接続している4本の保持部材55cとから構成されている。ガイド板56は4本の保持部材55cによって保持されている。
図6(a),(b)は、モータ制御ケーシング17とガイド板56との関係を示す平面図である。
図6(a)に示す例においては、ガイド板56の内側側面56aがモータ制御ケーシング17に一定の間隔をもつように構成されている。図示例では、ガイド板56は円筒状に形成されており、内側側面56aがモータ制御ケーシング17に一定の間隔をもっている。
図6(b)に示す例においては、ガイド板56の内側側面56aがモータ制御ケーシング17の周辺に多角形状をなすように構成されている。図示例では、ガイド板56は八角筒状に形成されており、内側側面56aがモータ制御ケーシング17の周辺に八角形状をなしている。
このように、ガイド板56の内側側面56aがモータ制御ケーシング17に一定の間隔をもつように構成することにより、モータ制御ケーシングの周囲全体において外部から内部に向かって流れる空気をモータ制御ケーシング17に沿って流すようにガイドすることができ、インバータ装置およびモータを効率的に冷却することができる。
図7(a),(b),(c)は、ガイド板56の形状例を示す斜視図である。
図7(a)に示す例においては、ガイド板56は円筒状のガイド板からなっている。
図7(b)に示す例においては、ガイド板56は、複数(図示例では4個)の円弧状セグメントS1,S2,S3,S4からなっており、円弧状セグメントS1〜S4は略円筒状に配列されて一つのガイド板56を形成する。
図7(c)に示す例においては、ガイド板56は円筒の一部を半径方向に切り取った略円筒状のガイド板からなっている。
図7(a),(b),(c)に示すガイド板56は、いずれも、逆三角形の断面形状を有し、かつ内側側面56aがモータ制御ケーシング17に一定の間隔をもつように構成されている。
このように、ガイド板を円筒状で構成することにより、モータ制御ケーシングの周囲全体において均等に外部から内部に向かって流れる空気をモータ制御ケーシング17に沿って流すようにガイドすることができ、インバータ装置およびモータを効率的に冷却することができる。
また、ガイド板の製造コストまたはガイド板をファンケーシングへ接続する際の組立コストを踏まえ、図7(a),(b),(c)に示すガイド板56の何れかを適宜選択すればよい。
図8(a),(b),(c)は、ガイド板56の別の形状例を示す斜視図である。
図8(a)に示す例においては、ガイド板56は多角筒状のガイド板からなっている。
図8(b)に示す例においては、ガイド板56は、複数(図示例では8枚)の板状セグメントS1,S2,S3,S4,S5,S6,S7,S8からなっており、板状セグメントS1〜S8は略多角形筒状に配列されて一つのガイド板56を形成する。
図8(c)に示す例においては、ガイド板56は多角形筒の一部を半径方向に切り取った略多角形筒状のガイド板からなっている。
図8(a),(b),(c)に示すガイド板56は、いずれも、逆三角形の断面形状を有し、かつ内側側面56aがモータ制御ケーシング17の周辺に多角形状をなすように構成されている。
このように、ガイド板を多角筒状で構成することにより、安価な平板でガイドを製作可能としつつ、モータ制御ケーシング周囲に外部から内部に向かって流れる空気をモータ制御ケーシングに沿ってガイドすることができ、インバータ装置及びモータを効率的に冷却することができる。
また、ガイド板の製造コストまたはガイド板をファンケーシングへ接続する際の組立コストを踏まえ、図8(a),(b),(c)に示すガイド板56の何れかを適宜選択すればよい。
図9(a),(b)は、ガイド板を設置しない場合(図9(a))とガイド板を設置した場合(図9(b))におけるファン装置1の周囲および熱交換器本体内の空気の流れ(気流)を模式的に示す図である。
熱交換器では抵抗体(熱交換部分)にファンが強制通風することで空気との熱交換を行う。抵抗体(熱交換部分)を通過する際の圧力損失により、熱交換器本体内は負圧となる。翼14が無い部分では気流が発生しない為、翼14が無い部分は熱交換器本体の外部側から内部側に向かう流れとなる。翼14がある部分では、気流は一般的に半径に比例した速度で外側に流れる。気流の速度は、大きさと向きをもったベクトルとして表されるため、図9(a),(b)では矢印の長さで気流の速度の大きさを示し、矢印の向きで気流の速度の向きを示している。
ガイド板56の最下点Lpの鉛直方向の延長線が、翼14が気流を発生する水平方向の有効点Epと一致している。すなわち、ガイド板56の最下点Lpが翼14の回転軸側端部の鉛直方向の延長線上となるように構成している。ガイド板56の最下点Lpが翼14の回転軸側端部に位置することで、熱交換器本体の内部側に向かう気流と外部側に向かう気流が衝突することがないため、熱交換器本体の内部側に向かう流れの全てをモータ制御ケーシング17に沿って流すことができる。モータ制御ケーシング17の周囲に気流が集まることで流速が増加し、モータ制御ケーシング17の冷却量を増加させることができる。
図10は、ガイド板56の詳細を示す模式的断面図である。図10に示すように、ガイド板56の最下点Lpの鉛直線VL上に翼14が気流を発生する水平方向の有効点Epが位置している。ガイド板56の半径方向の内側側面56aは、鉛直線VLに対して所定の角度θ1で半径方向内方に傾いている。ガイド板56の内側側面56aが鉛直線VLに対して半径方向内方に傾いているため、ガイド板56の半径方向内側の流れは、矢印で示すように拡大流れとなる。拡大する角度が低ければモータ制御ケーシング17の周囲に気流が集まらず、高すぎれば急拡大による抵抗となる。その為、角度θ1は、拡大流れの場合のダクトの設計における、空気抵抗が生じない上限値である15度程度の角度が好ましい。このように、角度θ1を15度程度とすることにより、気流に対して抵抗とならない為、発生する気流をモータ制御ケーシング17の冷却に有効に用いることができる。
また、図10に示すように、ガイド板56の半径方向の外側側面56bは、鉛直線VLに対して所定の角度θ2で半径方向外方に傾いている。角度θ2は、0度を超え15度以内の範囲が好ましい。気流のモータ側面への廻り込みと熱交換器(冷却塔またはラジエータ)に必要なファンの能力とを踏まえて適宜角度を決定する。このように、角度θ2を0度を超え15度以内の範囲とすることにより、ファンの吐出し側の流れを外側に押し出すことで、気流の循環を防止する。これにより、熱交換後の温まった空気がモータ周囲に流れることを防止できるとともに送風機効率の改善を図ることができる。
ガイド板56の上面の半径方向の内端とモータ制御ケーシング17の側面との距離D(図4参照)は、所定の値である。上記距離Dは、狭いほど流速が速くなるが、狭すぎる場合は騒音源となり、また、気流抵抗が大きくなることで流量は低下する。最適な距離は空気の速度(熱伝達率)と流量をもとに試験より定める。このように、ガイド板56の上面の半径方向の内端とモータ制御ケーシング17の側面との距離Dを最適な距離とすることにより、空気の速度と流量を最適な速度と流量とすることができ、排熱量を最大にすることができる。
ガイド板56の上面の鉛直方向の位置は、モータ制御ケーシング17における温度が最も高い側面の位置と略同一である。図4に示す実施形態においては、ガイド板56の上面の鉛直方向の位置は、インバータ制御部51と略同一である。これにより、冷却が必要なインバータ制御部周りでの空気速度を増加させることで効率的な冷却を行うことができる。
なお、ガイド板56の上面の鉛直方向の位置は、パワー素子50の位置と同一であってもよく、モータ制御ケーシング17の側面の温度を試験により測定し、温度が最も高い側面の位置とすればよい。
また、ガイド板56の下面の鉛直方向の位置は、ファンに近接した位置であってファンに接触しない位置である。すなわち、ガイド板56の下端を翼14の近傍に位置させることで、生じる気流の2方向の流れをより正確に2分することにより、熱交換後の温まった空気がモータ周囲に流れることを防止できるとともに送風機効率の改善を図ることができる。
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。
1 ファン装置
2 充填材
3 冷却塔本体
5 ファン
6 回転軸
7 モータ
8 インバータ
10 導入管
11 排水管
12 水槽
14 翼
15 ルーバ
16 ハブ
17 モータ制御ケーシング
18 ファンケーシング
19 温度センサ
20 コイル管
22 散水管
25 散水ドレン管
27 モータ室
28 インバータ室
30 冷却管
32 ラジエータ本体
33 枠体
35 上側軸受
36 下側軸受
41 永久磁石
42 電源ケーブル
43 ロータ
44 ステータ
45 信号ケーブル
46 モータケーブル
50 パワー素子
51 インバータ制御部
52 温度制御部
53 モータケーシング
54 インバータケーシング
55,55a,55b,55c 保持部材
56 ガイド板
70 軸シール
Lp 最下点
Ep 有効点
θ1,θ2 角度
VL 鉛直線
D 距離

Claims (11)

  1. 液体と空気との間で熱交換を行う熱交換器本体に空気を導入するためのファン装置を備えた熱交換器であって、
    前記ファン装置は、
    モータと、
    前記モータの回転軸に固定されたファンと、
    前記モータを変速可能とするインバータと、
    前記インバータを介して前記モータの動作を制御するインバータ制御部と、
    前記モータを収容するモータケーシングと、前記インバータおよび前記インバータ制御部を収容するインバータケーシングとを一体化したモータ制御ケーシングと、
    前記ファンを収容するとともに前記熱交換器本体に接続されるファンケーシングと、
    前記ファンケーシングと前記モータ制御ケーシングとを接続して前記モータ制御ケーシングを保持する保持部材と、
    前記保持部材に設けられるとともに前記モータ制御ケーシングの外周側に配置され、前記熱交換器本体の外部から内部に向かって流れる空気を前記モータ制御ケーシングに沿って流すようにガイドするガイド板とを備えたことを特徴とする熱交換器。
  2. 前記ガイド板の内側側面が前記モータ制御ケーシングに一定の間隔をもつように構成されていることを特徴とする請求項1記載の熱交換器。
  3. 前記ガイド板は、円筒状のガイド板、複数の円弧状セグメントからなるガイド板または円筒の一部を半径方向に切り取った略円筒状のガイド板からなることを特徴とする請求項2記載の熱交換器。
  4. 前記ガイド板の内側側面が前記モータ制御ケーシングの周辺に多角形状をなすように構成されていることを特徴とする請求項1記載の熱交換器。
  5. 前記ガイド板は、多角形筒状のガイド板、複数の板状セグメントを接触させてもしくは間隔をあけて略多角形筒状に配列したガイド板または多角形筒の一部を半径方向に切り取った略多角形筒状のガイド板からなることを特徴とする請求項4記載の熱交換器。
  6. 前記ガイド板の最下点の鉛直方向の延長線が、前記ファンが気流を発生する水平方向の有効点と一致していることを特徴とする請求項2乃至5のいずれか一項に記載の熱交換器。
  7. 前記ガイド板の半径方向の内側側面は、鉛直線に対して所定の角度で半径方向内方に傾いていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の熱交換器。
  8. 前記ガイド板の半径方向の外側側面は、鉛直線に対して所定の角度で半径方向外方に傾いていることを特徴とする請求項7記載の熱交換器。
  9. 前記ガイド板の上面の半径方向の内端と前記モータ制御ケーシングの側面との距離は、所定の値であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載の熱交換器。
  10. 前記ガイド板の上面の鉛直方向の位置は、前記モータ制御ケーシングにおける温度が最も高い側面の位置と略同一であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一項に記載の熱交換器。
  11. 前記ガイド板の下面の鉛直方向の位置は、前記ファンに近接した位置であって前記ファンに接触しない位置であることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか一項に記載の熱交換器。
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