JP6797541B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器に関し、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。

モータを変速可能とするインバータを有するファン装置を備えた熱交換器が知られている（例えば、特許文献１参照）。この熱交換器は、インバータを介してモータの動作を制御するインバータ制御部を有しており、該インバータ制御部はインバータに接続されている。インバータ制御部がインバータを制御することにより、インバータはモータを所望の回転速度で回転させることができるので、熱交換器は液体を効率良く冷却することができる。

また、熱交換器は、通常、排水管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と、出口温度の測定値に基づいて、モータの動作の制御信号（例えば、モータの始動信号若しくは停止信号、またはモータの回転速度の指令値など）をインバータ制御部に出力する温度制御部を有している。温度制御部は、信号ケーブルを介してインバータ制御部に接続されており、インバータ制御部には、温度制御部から出力された制御信号が入力される。インバータ制御部は、この制御信号に基づいて、モータの動作（例えば、モータの始動若しくは停止、またはモータの回転速度）を制御する。

特表２０１１−５１７７５８号公報

従来の熱交換器では、通常、インバータおよびインバータ制御部は、モータとは離間して配置された制御盤に収容されている。例えば、インバータおよびインバータ制御部が収容された制御盤は、熱交換器本体の側面に設置されるか、または熱交換器本体とは離間した位置に設置される。

温度制御部を、インバータおよびインバータ制御部が収容された制御盤に収容してもよい。しかしながら、温度制御部は、冷却システム全体に係わる、熱交換器以外の機器の温度制御を行う場合もあるので、インバータおよびインバータ制御部が収容される制御盤とは別の制御盤に配置されることが多い。したがって、従来の熱交換器では、インバータ、インバータ制御部、および温度制御部のために、単独のまたは複数の制御盤を用意する必要があり、また、モータとインバータ制御部との間の配線、および／または温度制御部とインバータ制御部との間の配線が長くなる。その結果、熱交換器が配置された冷却システム全体の製造コストが高くなっていた。さらに、モータとインバータ制御部との間の配線、および／または温度制御部とインバータ制御部との間の配線が長くなると、電気的ノイズなどが増加して、温度制御部、インバータ制御部及びこれら制御部の周辺機器に悪影響を与えていた。したがって、モータ、インバータ、およびインバータ制御部がユニット化された熱交換器が望まれている。特に、モータ、インバータ、およびインバータ制御部だけでなく、温度制御部もユニット化された熱交換器が好ましい。

ファン装置のファンが回転することにより、空気は、熱交換器本体の内部に導入され、ファン装置を通って熱交換器本体の外部に排出される。インバータおよびインバータ制御部が収容された制御盤（または、インバータ、インバータ制御部、および温度制御部が収容された制御盤）がモータを収容するモータケーシングの側面に取り付けられている場合は、ファンの回転によって発生した空気の流れが制御盤に衝突して、空気の円滑な流れが妨害される。その結果、空気の流れ抵抗が増加して、熱交換器の消費電力が増加してしまう。

そこで、本発明は、ファンの回転により発生した空気の流れを妨害せずに、モータ、インバータ、およびインバータ制御部を簡易な構成でユニット化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。

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、ファンケーシング内に配置されたファンと、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、前記モータが収容された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が収容されたインバータケーシングと、を備え、前記インバータケーシングおよび前記モータケーシングは、一つのモータ制御ケーシングとして一体化されていて、前記ファン、前記モータケーシング、および前記インバータケーシングは鉛直方向に配列されており、前記モータケーシングは、前記インバータケーシングと前記ファンの間に位置し、前記インバータケーシングは、前記モータケーシングの上側に位置し、前記ファンケーシング内に配置されたファンは、前記モータケーシングの下側に位置し、前記ファンは、前記モータの回転軸に固定されたハブと、前記ハブから放射状に延びる複数の翼とを有し、前記モータケーシングの幅および前記インバータケーシングの幅は、前記ハブの幅以下であることを特徴とする熱交換器である。

本発明の好ましい態様は、前記熱交換器本体から前記液体を排出する排出管と、前記排出管を流れる前記液体の温度である出口温度を測定する温度センサと、前記出口温度の測定値に基づいて、前記モータの動作の制御信号を前記インバータ制御部に出力する温度制御部と、をさらに備え、前記温度制御部は、前記インバータケーシングに収容されていることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記インバータケーシングの幅は、前記モータケーシングの幅以下であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記インバータケーシングの上方に配置された日よけ板をさらに備えることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記インバータケーシングの上壁の上面に取り付けられた断熱材をさらに備えることを特徴とする。

本発明によれば、ファンの回転により発生した空気の流れがモータケーシングおよびインバータケーシングが一体化されたモータ制御ケーシングにほとんど衝突しないように、モータ制御ケーシングを構成することができるので、ファン装置を通過する空気の流れが妨害されない。したがって、空気は、円滑にファン装置を通過することができる。さらに、モータケーシングに収容されたモータからファンまで延びるモータの回転軸がインバータケーシングを通過しないように、モータ制御ケーシングを構成することができるので、複雑な構造を有するインバータケーシングを製作する必要がない。したがって、簡易な構成で、モータ、インバータ、およびインバータ制御部をユニット化することができる。特に、温度制御部がインバータケーシングに収容されている場合は、モータ、インバータ、およびインバータ制御部だけでなく、温度制御部もユニット化することができる。

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。 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、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）に示される枠体の内部空間を蛇行する冷却管を示す模式図である。 一実施形態に係るファン装置の断面図である。 図４に示されるファン装置の模式図である。 他の実施形態に係るファン装置の模式図である。 さらに他の実施形態に係るファン装置の断面図である。 さらに他の実施形態に係るファン装置の断面図である。 さらに他の実施形態に係るファン装置の断面図である。

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。
図１は、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に示される冷却塔は、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に示される冷却塔は、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、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。特に説明しない本実施形態の構成は、図１に示される冷却塔の構成と同一であるため、その重複する説明を省略する。

図２に示される冷却塔の導入管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、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の他端に接続される。本実施形態でも、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、この冷却塔には、水をコイル管２０に散布するための散水管２２を有する。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に示される冷却塔は、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、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）に示される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）に示されるラジエータは、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が取り付けられた枠体３３と、ファン装置１とを備える。

図３（ｂ）に示されるように、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。本実施形態でも、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が取り付けられた枠体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。

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に示されるラジエータは、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、一実施形態に係るファン装置１の断面図である。図４では、ファンケーシング１８の図示を省略している。このファン装置１は、図１または図２に示される冷却塔、または図３に示される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、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の末端に固定されることにより、モータ７にファン５が直接連結される。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に示されるファン装置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に収容される。より具体には、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。

一実施形態では、温度制御部５２を、インバータ制御部５１とは離間してインバータ室２８に配置してもよい。この場合、温度制御部５２は、信号ケーブルを介してインバータ制御部５１に接続され、温度制御部５２が出力するモータ７の動作の制御信号は、該信号ケーブルを介してインバータ制御部５１に送られる。熱交換器が配置される冷却システム全体の構成次第では、インバータ制御部５１のみをインバータケーシング５４のインバータ室２８に配置して、温度制御部５２をインバータケーシング５４とは離間して配置された制御盤に配置してもよい。この場合も、温度制御部５２は、信号ケーブルを介してインバータ制御部５１に接続され、温度制御部５２が出力するモータ７の動作の制御信号は、該信号ケーブルを介してインバータ制御部５１に送られる。

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に示されるように、インバータケーシング５４とモータケーシング５３とが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ので、ファン５の回転により発生した空気の流れがモータ制御ケーシング１７にほとんど衝突しない。したがって、ファン５の回転により発生した空気の流れが妨害されないので、空気は、円滑にファン装置１を通過することができる。さらに、モータケーシング５３に収容されたモータ７からファン５まで延びるモータ７の回転軸６がインバータケーシング５４を通過しないので、複雑な構造を有するインバータケーシング５４を製作する必要がない。したがって、簡易な構成で、モータ７、インバータ８、およびインバータ制御部５１をユニット化することができる。特に、図４に示されるファン装置１では、温度制御部５４がインバータケーシング５４に収容されているので、モータ７、インバータ８、およびインバータ制御部５１だけでなく、温度制御部５２もユニット化することができる。以下では、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を備えたファン装置１の好ましい実施形態がより詳細に説明される。

図４に示されるように、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に示されるように、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に示したモータ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。

図４に示されるモータ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。

本実施形態では、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とが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。したがって、モータ７、インバータ８、およびインバータ制御部５１がユニット化される。その結果、インバータ８およびインバータ制御部５１を収容した制御盤を独立して用意する必要がなく、さらに、モータ７とインバータ制御部５１との間の配線を短くすることできる。その結果、熱交換器の製造コストを低減することができるとともに、電気的ノイズなどがインバータ制御部５１および周辺機器に与える悪影響を低減することができる。

さらに、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に収容されているので、モータ７、インバータ８、およびインバータ制御部５１だけでなく、温度制御部５２もユニット化される。その結果、インバータ８、インバータ制御部５１、および温度制御部５２を収容する単独のまたは複数の制御盤を用意する必要がなく、さらに、インバータ制御部５１と温度制御部５２との間の配線を短くすることができる。したがって、熱交換器が配置される冷却システム全体の製造コストを低減することができるとともに、電気的ノイズなどがインバータ制御部５１、温度制御部５２、およびこれら制御部の周辺機器に与える悪影響を低減することができる。

さらに、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は、鉛直方向に配列されている。したがって、ファン５の回転により発生した空気の流れは、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にほとんど衝突しないので、モータ制御ケーシング１７によって空気の流れが妨害されない。すなわち、空気は円滑にファン装置１を通過することができる。その結果、熱交換器の消費電力を低減することができる。

インバータケーシング５４がモータケーシング５３とファン５との間に位置する場合は、モータケーシング５３に収容されるモータ７の回転軸６がインバータケーシング５４を通過しなければならない。この場合、回転軸６がインバータケーシング５４に接触しないように、インバータケーシング５４をドーナツ形状に形成する必要がある。

さらに、空気が熱交換器本体３，３２の内部で液体と熱交換を行うと、空気の温度と湿度が上昇する。高温で高湿度の空気がインバータケーシング５４の内部に浸入すると、インバータケーシング５４の内部に結露水が発生する。したがって、インバータケーシング５４がドーナツ形状を有する場合は、回転軸６とモータケーシング５３との隙間だけでなく、インバータケーシング５４とモータケーシング５３との間の隙間も封止しなければならない。その結果、インバータケーシング５４の構造が複雑になる。

さらに、ドーナツ形状のインバータケーシング５４にインバータ基板８ａを配置するために、インバータ基板８ａの中央部に大きな貫通孔を形成する必要がある。この場合、インバータ基板８ａ上に配置されるインバータ８の構成要素（例えば、パワー素子５０など）の配置に制約が生じる。その結果、インバータ８を収容するインバータケーシング５４の大きさが増大してしまう。

本実施形態では、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との間に位置するように、モータ制御ケーシング１７が構成されているので、モータケーシング５３に収容されたモータ７からファン５まで延びる回転軸６がインバータケーシング５４を通過しない。したがって、複雑な構造を有するインバータケーシング５４を製作する必要がない。例えば、円筒形状を有するインバータケーシング５４を用いることができる。その結果、簡易な構成で、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をユニット化することができる。さらに、インバータ基板８ａに貫通孔を形成する必要がないので、インバータ基板８ａの大きさを小さくすることができる。その結果、インバータケーシング５４の大きさを小さくすることができる。

図５は、図４に示されるファン装置１の模式図である。図５では、モータ制御ケーシング１７の一部を構成するモータケーシング５３の幅Ｘｂは、ファン５のハブ１６の幅Ｘａよりも小さく、さらに、モータ制御ケーシング１７の一部を構成するインバータケーシング５４の幅Ｘｃは、モータケーシング５３の幅Ｘｂと同一である。

ファン５の回転により発生する気流は、ファン５の翼１４によって形成される。一方で、ファン５のハブ１６は、気流の発生に寄与しない。したがって、モータケーシング５３の幅Ｘｂ、およびインバータケーシング５４の幅Ｘｃをファン５のハブ１６の幅Ｘａ以下にすることにより、モータケーシング５３およびインバータケーシング５４が一体化されたモータ制御ケーシング１７に衝突する気流の量をさらに低減することができる。インバータケーシング５４の幅Ｘｃは、好ましくは、モータケーシング５３の幅Ｘｂ以下である。この構成により、モータケーシング５３の半径方向外側を通過した気流が、インバータケーシング５４に衝突しないので、空気は円滑にファン装置１を通過することができる。

図６は、他の実施形態に係るファン装置１の模式図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図４および図５を参照して説明したファン装置１の構成と同一であるため、その重複する説明を省略する。

図６に示されるファン装置１でも、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が鉛直方向に配列されており、さらに、モータケーシング５３は、ファン５とインバータケーシング５４との間に位置する。インバータケーシング５４はモータケーシング５３に連結されている。しかしながら、本実施形態に係るファン装置１は、インバータケーシング５４がモータケーシング５３の下側に位置しており、ファン５がモータケーシング５３の上側に位置している点で、図４および図５参照して説明されたファン装置１と異なる。

本実施形態でも、モータケーシング５３に収容されたモータ７からファン５まで延びる回転軸６がインバータケーシング５４を通過しない。したがって、図４および図５を参照して説明されたファン装置１のモータ制御ケーシング１７と同様に、簡易な構成で、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をユニット化することができる。さらに、ファン５の回転により発生した空気の流れがモータケーシング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にほとんど衝突しない。したがって、熱交換器の消費電力を低減することができる。

本実施形態でも、モータケーシング５３の幅Ｘｂおよびインバータケーシングの幅Ｘｃは、好ましくは、ファン５のハブ１６の幅Ｘａ以下である。さらに、インバータケーシング５４の幅Ｘｃは、好ましくは、モータケーシング５３の幅Ｘｂ以下である。

図４および図５に示されるファン装置１を備えた熱交換器では、作業員は、熱交換器本体３，３２（図１、図２、および図３（ａ）参照）の外部からモータ７、インバータ８、インバータ制御部５１、または温度制御部５２をメンテナンスすることができる。一方で、図６に示されるファン装置１を備えた熱交換器では、作業員は、モータ７、インバータ８、インバータ制御部５１、または温度制御部５２をメンテナンスするために、熱交換器本体３，３２の内部に入る必要がある。したがって、図４および図５に示されるファン装置１は、図６に示されるファン装置１と比較して、メンテナンス作業を実行しやすい。

図７は、さらに他の実施形態に係るファン装置１の断面図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図４に示したファン装置１の構成と同様であるため、その重複する説明を省略する。

図７に示されるファン装置１では、モータ制御ケーシング１７の内部を隔壁２９によって、モータ室２７とインバータ室２８に区画することにより、上述したモータケーシング５３とインバータケーシング５４とが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、モータ制御ケーシング１７の内部は、隔壁２９によりモータ室２７とインバータ室２８に区画されており、モータ室２８が形成されている部分が上述した実施形態におけるモータケーシング５３に相当し、インバータ室２８が形成されている部分が上述した実施形態におけるインバータケーシング５４に相当する。本実施形態では、モータ制御ケーシング１７は円筒形状を有し、インバータ室２８はモータ室２７の上側に位置する。図示はしないが、インバータ室２８をモータ室２７の下側に位置させ、ファン５をモータ室２７の上側に位置させてもよい。

モータ制御ケーシング１７の側壁１７ｂには、電源ケーブル孔１７ａが形成されており、この電源ケーブル孔１７ａ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１７ａを通っている。隔壁２９には、モータケーブル孔２９ａが形成されており、このモータケーブル孔２９ａ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。電源ケーブル孔１７ａは、上述した実施形態におけるインバータケーシング５４の側壁５４ｂに形成された電源ケーブル孔５４ａに相当する。モータケーブル孔２９ａは、上述した実施形態におけるインバータケーシング５４の底壁貫通孔５４ｄ、および該底壁貫通孔５４ｄに連通するモータケーシング５３の上壁貫通孔５３ｂに相当する。

本実施形態でも、モータケーシング５３とインバータケーシング５４とが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ので、簡易かつコンパクトな構成で、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をユニット化することができる。さらに、ファン５の回転により発生した空気の流れがモータ制御ケーシング１７にほとんど衝突しない。したがって、熱交換器の消費電力を低減することができる。モータ制御ケーシング１７の幅Ｘｄは、ハブ１６の幅Ｘａ以下であるのが好ましい。

図８は、さらに他の実施形態に係るファン装置１を示す断面図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図４に示されるファン装置１の構成と同様であるため、その重複する説明を省略する。

図８に示されるファン装置１は、モータ制御ケーシング１７の一部を構成するインバータケーシング５４の上方に配置された日よけ板８０を有する。熱交換器を屋外に設置することがある。この場合、インバータケーシング５４が直射日光にさらされるので、インバータケーシング５４の温度が上昇してしまう。インバータケーシング５４の上方に日よけ板８０を設けることにより、インバータケーシング５４に照射される直射日光の量を低減することができる。その結果、直射日光によるインバータケーシング５４の温度上昇を抑制することができる。

日よけ板８０は、インバータケーシング５４の上壁５４ｅの上面に固定されたリブ８１によって支持される。日よけ板８０を一つのリブ８１によって支持してもよいし、複数のリブによって支持してもよい。日よけ板８０は、金属から構成されてもよいし、プラスチックなどの樹脂から構成されてもよい。ファン５の回転によって発生した空気の流れを妨害しないように、日よけ板８０の幅Ｘｅは、モータケーシング５３の幅Ｘｂおよびインバータケーシング５４の幅Ｘｃ（図５参照）以下であるのが好ましい。本実施形態では、日よけ板８０の幅Ｘｅは、モータケーシング５３の幅Ｘｂおよびインバータケーシング５４の幅Ｘｃと同一である。なお、日よけ板８０を図７に示されるモータ制御ケーシング１７の上方に配置してもよい。この場合、日よけ板８０の幅Ｘｅは、好ましくは、モータ制御ケーシング１７の幅Ｘｄ（図７参照）以下である。

図９は、さらに他の実施形態に係るファン装置１を示す断面図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図４に示されるファン装置１の構成と同様であるため、その重複する説明を省略する。

図９に示されるファン装置１は、モータ制御ケーシング１７の一部を構成するインバータケーシング５４の上壁５４ｅの上面に取り付けられた断熱材８５を有する。この断熱材８５は、インバータケーシング５４の上壁５４ｅ全体を覆っている。断熱材８５は、ねじなどの固定具（図示せず）により、インバータケーシング５４の上壁５４ｅに固定されてもよいし、接着剤を用いてインバータケーシング５４の上壁５４ｅに貼り付けられてもよい。断熱材８５により、直射日光の照射による熱がインバータケーシング５４に伝達されることが防止される。したがって、直射日光によるインバータケーシング５４の温度上昇を抑制することができる。断熱材８５は、断熱性能を有する樹脂などから構成される。このような断熱材８５は、市場で入手可能である。なお、断熱材８５を図７に示されるモータ制御ケーシング１７の上壁の上面に取り付けてもよい。

図示はしないが、図８に示される日よけ板８０と図９に示される断熱材８５の両方をファン装置１が有していてもよい。

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
２９ 隔壁
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
４０ 蓋
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
７０ 軸シール
８０ 日よけ板
８１ リブ
８５ 断熱材

Claims (5)

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、ファンケーシング内に配置されたファンと、
   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、
   前記モータが収容された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が収容されたインバータケーシングと、を備え、
   前記インバータケーシングおよび前記モータケーシングは、一つのモータ制御ケーシングとして一体化されていて、
   前記ファン、前記モータケーシング、および前記インバータケーシングは鉛直方向に配列されており、
   前記モータケーシングは、前記インバータケーシングと前記ファンの間に位置し、
   前記インバータケーシングは、前記モータケーシングの上側に位置し、
   前記ファンケーシング内に配置されたファンは、前記モータケーシングの下側に位置し、
   前記ファンは、前記モータの回転軸に固定されたハブと、前記ハブから放射状に延びる複数の翼とを有し、
   前記モータケーシングの幅および前記インバータケーシングの幅は、前記ハブの幅以下であることを特徴とする熱交換器。
2. 前記熱交換器本体から前記液体を排出する排出管と、
   前記排出管を流れる前記液体の温度である出口温度を測定する温度センサと、
   前記出口温度の測定値に基づいて、前記モータの動作の制御信号を前記インバータ制御部に出力する温度制御部と、をさらに備え、
   前記温度制御部は、前記インバータケーシングに収容されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記インバータケーシングの幅は、前記モータケーシングの幅以下であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
4. 前記インバータケーシングの上方に配置された日よけ板をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
5. 前記インバータケーシングの上壁の上面に取り付けられた断熱材をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。

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