特許第6797541号(P6797541)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6797541
(24)【登録日】2020年11月20日
(45)【発行日】2020年12月9日
(54)【発明の名称】熱交換器
(51)【国際特許分類】
   F28F 27/00 20060101AFI20201130BHJP
   F28C 3/06 20060101ALI20201130BHJP
   F28F 25/06 20060101ALI20201130BHJP
   H02K 11/33 20160101ALI20201130BHJP
【FI】
   F28F27/00 501A
   F28C3/06
   F28F25/06 Z
   H02K11/33
【請求項の数】5
【全頁数】16
(21)【出願番号】特願2016-70299(P2016-70299)
(22)【出願日】2016年3月31日
(65)【公開番号】特開2017-180978(P2017-180978A)
(43)【公開日】2017年10月5日
【審査請求日】2018年9月21日
【審判番号】不服-1744(P-1744/J1)
【審判請求日】2020年2月7日
(73)【特許権者】
【識別番号】000000239
【氏名又は名称】株式会社荏原製作所
(73)【特許権者】
【識別番号】503164502
【氏名又は名称】荏原冷熱システム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100118500
【弁理士】
【氏名又は名称】廣澤 哲也
(74)【代理人】
【識別番号】100091498
【弁理士】
【氏名又は名称】渡邉 勇
(72)【発明者】
【氏名】中村 謙人
(72)【発明者】
【氏名】大山 敦
(72)【発明者】
【氏名】大高 誠
(72)【発明者】
【氏名】高橋 要
(72)【発明者】
【氏名】北村 正史
【合議体】
【審判長】 山崎 勝司
【審判官】 塚本 英隆
【審判官】 松下 聡
(56)【参考文献】
【文献】 特開2014−87728(JP,A)
【文献】 特開2004−15956(JP,A)
【文献】 特開2000−56442(JP,A)
【文献】 特表2011−517758(JP,A)
【文献】 特開2009−278810(JP,A)
【文献】 特開平10−75583(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F28F 27/00
F25B 1/00
F25B 13/00
F24F 5/00
F24F 11/00-11/89
(57)【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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に記載の熱交換器。
【請求項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に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特表2011−517758号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
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。
【0007】
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。
【0008】
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。
【0009】
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。
【課題を解決するための手段】
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【発明の効果】
【0013】
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。
【図面の簡単な説明】
【0014】
図1】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】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4】一実施形態に係るファン装置の断面図である。
図5図4に示されるファン装置の模式図である。
図6】他の実施形態に係るファン装置の模式図である。
図7】さらに他の実施形態に係るファン装置の断面図である。
図8】さらに他の実施形態に係るファン装置の断面図である。
図9】さらに他の実施形態に係るファン装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
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。
【0057】
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。
【0058】
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。
【0059】
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。
【0060】
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。
【0061】
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。
【0062】
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。
【符号の説明】
【0063】
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
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9