JPH03194396A

JPH03194396A - 温度制御装置

Info

Publication number: JPH03194396A
Application number: JP1293707A
Authority: JP
Inventors: Naomichi Shito; 市東　直道
Original assignee: TOKYO JIDO KIKO KK
Current assignee: TOKYO JIDO KIKO KK
Priority date: 1989-11-11
Filing date: 1989-11-11
Publication date: 1991-08-26
Also published as: JPH0571880B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、例えば冷却塔の冷却水のような制御媒体の温
度を自動制御するために送風ファンの回転数を比例的ま
たは連続的に変化させることが可能な温度制御装置に関
する。

（従来技術）従来この種の制御媒体の温度制御方式の概略構成として
第１図（Ａ）および（Ｂ）のような無段減速機を利用し
たもの考えられて来た。しかし、動力の伝達方式につい
ても、更に具体的な変速制御方式についても、単なる着
想の域を脱せず、実用化に至らなかった。

第１図（Ａ）はその構成図を示す。図中１は冷却塔、２
は散水器、３は充填材、４は水槽、５は冷却水の入口配
管、６は出口配管、７は空気流である。原理は加熱され
ている冷却水を散水器１２で散布し、下からの空気流７
によって冷却水を冷却処うとするものである。

１０は無段減速機、１１は送風電動機、１２は歯車減速
機、１３は送風ファン、１４は電源、１５はコンピュー
タ、１６はセンサである。

ここではコンピュータ１５で処理し、無段減速機１０に
変速信号を与え送風ファン１３の回転数を制御せんとす
るものである。

〔問題点〕

この種の思想自体は従来から当業者が幾度となくｉＰは
祇で来たが、いずれも着想の域を脱せず、現実には実用
化に失敗し、商品化に到らなかった。

その理由は、次の二つの点に大きな原因があった。

その第一の理由は、無段減速機１０が送風ファンのよう
な大きな慣性の負荷に耐えられずに伝達部が短期に破損
することであり、第二の理由は変速機を具体的に如何な
る構成で自動制御するのかに対する解決策が得られなか
った点にある。

例えば従来から周知の無段減速機１０で説明する。

第１図（Ｂ）は金属摩擦式の変速機の断面図であり、静
止摩擦駆動方式の一例である。同図では軸中心から半面
側の断面図のみが描かれている。図中Ａは入力軸、Ｂは
出力軸、Ｃは太陽車で固定側車Ｃ８と移動側車Ｃ２とで
、遊星車ＥをバネＤで常時挾み込み、一方遊星車Ｅとキ
ャリヤＦが連動する。

Ｇは変速比制御部で、固定リングＧ２と移動カムＧ、で
挾み込み遊星車Ｅを放射方向に移動可能にしている。こ
の構造では遊星車Ｅが可変遊星の役目を果し、移動カム
Ｇ、の操作でこの割れ目の間隔により変速比が制御され
る。

しかし、この種の金属車ＣおよびＥ間の摩擦伝達方式を
送風機の如き大慣性負荷に適用すると、次の現象が生ず
る。

送風機では入力軸Ａから出力軸Ｂに動力伝達するときは
、遊星車では７点を支点として接触点Ｘを接線方向に回
動し、これによりＹ点より出力を取出すため、トルク伝
達は潤滑油中の粘性抗力でスムースに伝達される。しか
し逆に大慣性負荷では主電動機１１を停止したとき、或
いは停止しないでも特に移動車Ｇ、で減速側に操作した
ときに、負荷側に慣性が残っているため、本来動力伝達
が行われず、出力軸Ｂ側から入力軸Ａ側に動力が伝達さ
れる。この逆伝達の際には遊星車Ｅは支点を７点として
Ｙ点が作用点となるため、本来の伝達点であるＸ点では
変則的な外力を受ける結果、潤滑油による粘性伝達が適
切に作用せず、遊星車りと太陽車Ｃの各金属接触面に瞬
時に損傷が発生し、これが繰り返すことにより短期にス
クラップ化することに起因していた。

さらに、この無段減速機１０のもつ本来欠点に加え、更
に第二の理由として無段減速機１１の変速比を具体的に
如何なる方式で制御するかの両面の技術が確立されるに
到らなかったため、送風機の機械式変速制御は行われて
来なかった。

〔目　的〕

この発明は、大慣性ファンの駆動に際し上述した様な金
属と金属との点接触による動力伝達を行わせずに、ベル
トによる線ないし面接触による動力伝達方式として増減
速型ベルト変速機を用いて安定伝達を達成させ、これを
基本に制御媒体を含めて、帰還閉ループを形成し該制御
媒体の温度を高精度に調節するための温度制御装置を提
供することを目的としている。

〔問題点を解決するための技術的手段〕本発明の温度制
御装置では、送風ファンの回転数を無段変速機で変速し
該送風ファンの風量に応じて制御媒体の温度を調節する
温度制御装置において、上記送風ファンで冷却された制
御媒体の温度検出器と、この検出器を温度信号に応じて
所定の変速比例出力信号をパイロット電動制御機に供給
する自動制御調節器と、変速ベルトを固定および摺動プ
ーリ間で挟持させたプーリ装置を動力入力軸および中間
軸とに設は該入力軸のプーリ装置は上記パイロット電動
制御機と連動させた増減速型ベルト変速機と、上記中間
軸の回転動力をファンスタックに設けた上記送風ファン
に伝達する減速機と更に上記送風ファンとによって第一
の帰還閉ループを形成させたものである。

〔作　用〕

このような自動制御ループの運転に際しては、制御系の
操作端に相当する送風電動変速機自体の信頼側、制御追
従性の良否によって、高精度システムの現実の有無で決
定されるが、この発明では、主動力の伝達が大慣性負荷
に対して高耐久性の機械式ベルト変速機で、また変速比
の制御が純電気式のサーボ調節器でそれぞれ構成したの
で、両者の利点ないし効果が温度制御に際してそのまま
発揮されるため、結果的に耐久性の高い連続安定動作と
しかも高精度の温度制御とが同時に実現される。

〔実施例〕

第２図に於いて、両吸込式直交流冷却塔１０を一実施例
としてその部分断面図を示しである。同図中、１１は水
槽、１２は空気吸込口ルーバ、１３は充填材、１４はエ
リミネータ、１５は隔壁であり、さらにこれ等の上部に
は冷却水が入口配管１７から散水槽１６に供給されてい
る。さらに中央部には円筒状ファンスタック２４が組み
付けてあり、その上部に空気吹出口２０が設けられ、そ
の間に送風ファン２１と歯車減速機２２が放射状に組込
まれたパイプステー２３の中心部に設置される。

さらにファンスタック２４に隣接した上面板２５には、
誘導電動機２７と、パイロット電動制御機２９と、これ
等の電動機２７および制御機２９を一体組み付けした増
減速型ベルト変速機２８とで構成する可変動力機構２６
が設置されている。またこの変速機２８の回転出力は、
カップリング３０および伝達体３１によって歯車減速機
２２に連結される。また、変速機２８は、ベルト・プー
リ間の摩擦熱を防熱するため、冷却用空気導入口３５か
ら配管３６を介して伝達機２８の密閉室を循環した後、
排気口３７から防出される機構を有し、ベルト寿命率の
向上を図っている。

４０および４１は、供給電力および制御信号用の配線で
ある。

第３図は、増減速型ベルト変速機２８の構成図である。

この変速機２８は、枠体４５と蓋体４６とで湿り空気の
侵入を防ぐため密閉室が形成され、内部には、電動機回
転軸すなわち入力軸５１と、中間回転軸５２とには、そ
れぞれ変速ベルト５３を挟持するための固定プーリ５４
ａ、５５ａおよび摺動プーリ５４ｂ。

５５ｂとからなる一対のプーリ装置５４．５５が装着さ
れている。駆動側プーリ装置５４には、摺動プーリ５４
ｂに取り付けや羽根車５６ｂと、渦巻型ケーシング５６
ａとからなる渦巻遠心ブロワ装置５６が取り付けられ、
ケーシング５６ａの一部は配管３６′　と連通し、第２
図に示す導入配管３６と連通している。これによって室
内に防熱空気を導入し、排出口３７から吐出させている
。パイロット電動制御機２９は、調節巻上ネジ５７と連
結し、この調節巻上ネジ５７の正転ないし逆転の回動に
伴って、案内環５８が上下し、これによって固定プーリ
５４ａと摺動プーリ５４ａの間隔を調節し、変速比を制
御している。

このパイロット電動制御機２９とプーリ装置５４の間に
介在する可逆電動機７９、調節巻上ネジ５７、案内環５
８は、サーボ調節系に於いては電気・機械信号の変換機
能を果している。

すなわち、プーリ装置５４と可変ベルト５３との接触周
円半径が変化すると、単にバネ力で挟持されている従動
側でもその接触周円半径が変化し、二〇協動動作によっ
て変速比が制御される。ベルト交換保守のため、中間軸
５２を二つのベアリング５９ａ、５９ｂによって片持支
持させ一端を自由端にしており、蓋体４６を枠体４５か
ら分離可能な構造とし、さらにこれに伴って、軸支承体
６０は枠体４５に対してスライド調整が可能なように、
ボルト６２による調節機構および長穴６１を有している
。

本発明では、上述のように第一段伝達機に増減速型ベル
ト変速機を、また第二段に電源速比の減速機をそれぞれ
組合せている。ここで増減速型ベルト変速機とは、電動
機の入力回転数より増速すにしか変速できない無段減速
機とは異っている。

このような増減速型ベルト変速機と減速機の組合せは、
次の相乗効果が働き、大慣性の負荷に対しても充分に安
定かつ有利な伝達機として働くことが判明した。

第１に、大慣性負荷では、運転中にパイロット電動制ｊ
Ｂ機からの減速指令時に、負荷のもつ大きな慣性動力が
逆伝達されても、ベルト自体のもつ弾性力と、従動側プ
ーリ装置のスプリングの回速、ベルト・プーリ間のスリ
ップとの三つの作用でそのストレスを回速できる利点が
あり、このことが大慣性負荷を連続運転する際の耐久性
を保証している点が挙げられる。

第２に、増減速型変速機と減速機の組合では、特に増速
領域にて、−旦ブーリ装置５４．５５が入力回転数を増
速させておき乍ら、再び減速機２２で減速させることを
行わせるため大変無駄のように思れるが、このことが機
器の小型化、経済化、保守の簡易化に有利に作用してい
る。

第１の点から述べると、電動機２７の停止時は第４図で
も明らかなように接触器４Ｒが停止するのでパイロット
電動制御機２９も停止（後述する）している。そこで送
風ファン２１から減速機２２を経て加わる逆方向の回動
力は単にベルト５３を伝わって電動機２７のロータを回
動する程度であると考えられるが、運転中の減速指令時
はファンがまだ指令前の高速慣性を維持し、一方でパイ
ロット電動制御機２９が強引にベルト５３をスプリング
５５ｃと共に作用しながら電動機２９も入カブーリ５４
に大きな回動力を与えている。従って必然的に指令前の
負荷の高速慣性力と電動機回動力との間の速度のストレ
スがこの場合でもベルトおよびプーリの線ないし面接触
部に直接加わることになる。この場合ベルト伝達はネオ
プレン等の合成ゴムを主体とじている弾性力がこのスト
レスを吸収し、さらに吸収し得ないときはプーリ・スプ
リング５５ｃの回速によりベルト・プーリ間にスリップ
が発生し、ベルト材質が摩耗することがあってもこの速
度ストレスを吸収する作用がある。このことは、先に述
べた金属摩擦減速機とはその原理を根本的に相異してお
り、金属の伝達車自体に損傷を招くような事態は本発明
ではなく、ベルトが消耗品となることを積極的に利用し
た保証機能が働くのである。

更に第２の有利な条件として小型化、経済化が達成され
る。すなわち、送風ファンはそれ自体の特性として、そ
の軸馬力Ｗは回転数Ｎの三乗に比例し、最大増速時に最
大動力が必要となるので、このときの伝達馬力を基準に
ベルト変速機および減速機の容量を選定すれば良い。す
なわち、通常ベルト伝達体では、その伝達馬力Ｗｏを一
定にすると、その馬力は回転数Ｎとベルト張力Ｔの積（
Ｎ　−Ｔ）に比例するので、増速機として働く伝達機を
用いると回転数Ｎが多いのでその分だけベルトに加わる
張力Ｔは小さくて済む。すなわち初段の伝達機はベルト
もプーリも極めて小型でかつ安価なものが使用できるこ
とを意味している。このことは塔体頂上に配置する関係
上、塔体自体の構造も簡易化し、保守も容易化するため
その経済効果は大きい。

第４図は、冷却水温の自動制御調節装置のブロック回路
接続図である。冷却塔１０の冷却水出口６５に温度検出
器６７が設けられ、サーボ調節器７０に接続される。サ
ーボ調節器７０は、ブリッジ入力回路７１、演算増幅器
７２、フィルタ７３、演算増幅器７４、正帰還回路７５
、不感帯回路７６、増速および減速側出力スイッチ回路
７７および７８から構成されている。

また、この出力スイッチ回路７７および７８は、その接
点７７ａおよび７８ａを介してパイロット電動制御機２
９に接続されている。一方、パイロット電動制御機２９
は増減速型ベルト変速機２８内の入力軸側プーリ装置５
４と連結している。冷却水温の検出器６７と、サーボ調
節Ｈ７０と、パイロット電動制御器２９、ベルト変速器
２８、減速機２２および送風ファンは第一の帰還回路を
形成している。このリバーシブル電動機７９を有するパ
イロット電動制御機２９への電力供給機８′およびＴ′
は、送風電動機２７への三相供給電力線８３のＳおよび
Ｔ端子から供給されている。一方、この電力線８３には
起動停止制御回路８０と低温部制御回路８１が接続され
ている。

このサーボ調節器７０の動作は、次の通りである。

起動スイッチＳＷを押圧すると常閉接点２Ｒ３を介して
リレー３Ｒが動作し、接点３Ｒ１で自己保持すると共に
サーボ調節器７０の電源（図示を省略）が投入され、サ
ーボ調節器７０は作動するが、パイロット電動制御機２
９は接点４Ｒ２が開放されているので動作しない。次に
冷却水の温度がサーボ調節器７０の比例動作領域内の温
水に維持している間は、低温領域制御用の機械式温度検
出器６８の接点が閉成しているので、低温部制御回路８
１が接点３Ｒ１の閉成で作動し、このとき接点３Ｒ２が
閉成しておりリレー４Ｒが付勢される。従って送風電動
機２７が二接点４Ｒ１を経て作動する。これと同時にイ
ンタロツタ接点４Ｒ２の閉成によってパイロット電動制
御機２９が動作し正常な比例制御動作を行う。第３．４
図から明白な通りパイロット電動制御機２９には可逆電
動機７９と歯車減速機が内蔵されその電動機７９の一部
はサーボ調節器７０の信号に応じ調整巻上リード５８を
正転又は逆転させながら変速プーリ５４の摺動プーリ５
４ｂをスプリング５５ジ回路７１とも連動し、このブリ
ッジ回路７１内にて変速比の状態が可変抵抗器で検出さ
れてサーボ調節系の第二の帰還回路が構成され、ファン
回転数を任意に変速制御する。

なお、調整巻上リード５７をプーリ装置５４に設置され
た例を示したが他の型式でも良く、可逆電動機７９と一
体に組み込んでも良い。

このとき、外気湿球温度が一定してれば冷却水温が上昇
すると送風ファンの回転数は上昇するがパイロット電動
制御機２９のハイ・リミットスイッチＨ，Ｌ、が閉成し
ても、送風ファンは最増速状態で連続運転する。また冷
却水温が低下したときには、ロー・リミット・スイッチ
Ｌ、Ｌ、が閉成してリレー１Ｒが閉成しても、リレー３
Ｒはまだ接点２Ｒ２によって励磁されているので、送風
電動機２７は回転を持続し送風ファン２１は最低速で回
動する。

このとき、冷却水温が冬期の如く、さらに降下すると、
液封入式の入口水もしくは出口水温検出器６８が作動し
、リレー４Ｒが消勢して、主電動機２７を停止させるこ
とができるようになっている。

すなわち、冷却水温度がサーボ調節器７０の比例帯領域
内の温度レンジでは送風ファン回転数をその温度に応じ
て比例制御し、比例帯領域以下の温度になると主電動機
２７の自動発停制御に切り換え得るように構成している
。

次に、本装置を全停させるときは、停止スイッチＳＷを
押圧し、リレー２Ｒを付勢し、接点２Ｒ１，２Ｒ２が反
転し、これと同時にサーボ調節器７０のブリッジ入力回
路７１の接点（図示せず）を作動し、減速出力スイッチ
回路７８のみが動作する信号を送出する。すると、パイ
ロット電動制御機２９は、この減速指令を受け、いずれ
ロー・リミット・スイッチトルが閉成し、リレーＩＲが
消勢し、接点ＩＲＩが開路してリレー３Ｒが消勢して調
節器７０は動作を停止し、さらにその接点３Ｒ２を経て
リレー４Ｒが停止する。すなわち、起動停止制御回路８
０はこのように緩起動制御を行っており、停止時にベル
ト５３が最減速状態で停止させており、保守の容易性を
達成し、同時に、次の再起動時には常時送風ファンが最
低速、すなわち先に述べた動力三乗低減法則の原理によ
り最軽負荷状態から起動させている。このため、特に起
動の際には、リアクトル起動機などの補助機器設備が不
要になる利点がある。なお、上述した起動停止制御回路
８０に於いて行った緩起動制御並びにブロワ装置５６は
、いずれも単なるベルト保護対策であって前者は起動時
のベルト衝撃の回送のためであり、後者はｌ￥擦熱によ
るベルト材質の軟弱化による切断防止対策であり、本願
発明の要旨である完全自動化への耐久性向上のための補
助対策に過ぎず直接的には発明の要旨と関係はない。

〔他の実施例〕

第５図は、本発明の他の実施例冷却塔送風装置の部分構
成図で、第１図に示す減速機２２に、ベルト３１′、定
速比プーリ８５および８６で構成したベルト減速機８５
を使用している。この方式は先に述べた様に、減速指令
時に大慣性負荷側から戻る回動力と電動機からの回動力
の相互の差によるストレスをこの減速機２９のベルト３
１′　も積極的に吸収する性質が出てくるため、このス
トレスに対してはより優れた効果を有し、その分だけ、
増減速側ベルト変速のヘルドの摩耗が減る利点がある。

［本発明の効果］従来大馬力・大慣性の送風ファンを用いて制御媒体を冷
却することは多数行われているが、送風ファンの回転数
の制御が困難であったため、三方弁等を用いたバイパス
流量制御によって結果的に制御媒体の温度制御を行う方
法等が大部分であった。このため温度の乱れが大きく、
高精度の調節を期待することが不可能であった。しかし
本発明によれば、主動力の伝達を大慣性負荷に対して極
めて安定した耐久性を持つ増減速型ベルト変速機で実行
し、−尤度速比の制御には純電気式サーボ調節器で構成
したので、それぞれの長所を充分に発揮した、高信頼、
高精度の温度制御系が実現する。

特に機械部分として増減速型ベルト変速機を用いたこと
は大慣性ファンの起動衝撃、減速制御指令時に生ずる送
風ファンと電動機との両者の間の速度差によるストレス
等を充分に吸収し、長時間の連続責務を達成でき、しか
も小型化が可能なことから送風ファンの制御に有利であ
る。またこのベルト変速機にパイロット電動制御機を連
結させているので、制御系からみると増減速型ベルト変
速機が一つの操作端としてまとめることができ、サーボ
調節器により遠隔自動制御がほぼ理想的な構成で達成さ
れる結果、従来不可能とされて来た送風ファンによる温
度制御が現実のものとなり、例えば大容量の冷凍機の凝
縮器側の温度制御も安定化するため冷凍機自体の高効率
運転が実現し省エネルギー化が達成されるなど、その派
生的な工業価値は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は、従来単なる着想として考えられた送風
装置を冷却塔に適用した場合の構成図を、また同図（Ｂ
）はそこに使用され無段減速機の一例の部分断面図を示
し、第２図は、本発明の一実施例冷却塔の外観概要図を示し
、第３図は、同冷却塔に使用される増減速型ヘルド変速機
の部分断面図を示し、第４図は、同冷却塔用の送風電動機および同ヘルド変速
機を制御するだめのサーボ制御回路系の結線図を、さら
に第５図は、本発明の他の実施例冷却塔の部分構成概要
図をそれぞれ示している。図中、１０・・・冷却塔、２１・・・送風ファン、２２・・・
定速化減速機、２７・・・主送風電動機、２８・・・増
減速型ベルト変速機、２９・・・パイロット電動制御機
、５１・・・入力回転軸、５２・・・中間回転軸、７０
・・・サーボ調節回路、８０・・・起動停止制御回路、
８１・・・低温部制御回路。第関（Ａ）第図（Ｂ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）送風ファン回転数を無段変速機で変速し該送風フ
ァンの風量に応じて制御媒体の温度を調節する温度制御
装置において、上記送風ファンで冷却された制御媒体の
温度検出器と、この検出器の温度信号に応じて所定変速
比の比例出力信号をパイロット電動制御機に供給する自
動制御調節器と、変速ベルトを固定および摺動プーリ間
で挟持させたプーリ装置を動力入力および中間軸とに設
け、該入力軸のプーリ装置は上記パイロット電動制御機
と連動させた増減速型ベルト変速機と、上記中間軸の回
転動力をファンスタックに設けた上記送風ファンに伝達
する減速機と、更に上記送風ファンとによって第一の帰
還閉ループを形成させてなる温度制御装置。
（２）上記パイロット電動制御機は、可逆電動機の正逆
転動作に応じて上記プーリ装置の変速比を制御すると共
に、上記自動制御調節器は上記可逆動機の回動出力を動
力伝達体を介して上記自動制御調節器の入力回路に連結
する第二の帰還回路を形成したサーボ調節器を有してな
る特許請求の範囲第１項記載の温度制御装置。
（３）上記自動制御調節器は、上記送風ファンの停止時
に上記調節器から上記パイロット電動制御機への変速指
令を阻止して減速指令を強制的に供給し、最減速状態で
のみ上記送風ファンの回動を停止させる起動停止制御回
路を有してなる特許請求の範囲第２項記載の温度制御装
置。
（４）上記自動制御調節器は、上記制御媒体の過冷却時
に上記送風ファンを停止し、復帰時に起動する発停制御
回路を有してなる特許請求の範囲第２項記載の温度制御
装置。