JPH0571880B2 - - Google Patents

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アンのよ
うな慣性の大きな負荷装置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
利用したものが考えられて来た。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
至らなかつた。

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２で散
布し、下からの空気流７によつて冷却水を冷却処
理し出口６に返えすものである。空気流７の風量
を連続的に変化させるため送風機を変速制御しよ
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は送風フアン、１４は電源、１
５はコンピユータ、１６はセンサである。

ここではコンピユータ１５で処理し、無段減速
機１０に変速信号を与え送風フアン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
く行つて来たが、いずれも着想の域を脱せず、現
実には実用化に失敗し、商品化に到らなかつた。
その理由は、次の二つの点に大きな原因があつ
た。

その第一の理由は、無段減速機１０が送風フア
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つた点にある。

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C₁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とキヤリヤ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G₁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G₁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Ｚ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
いでも特に移動カムG₁で減速側に操作したとき
に、負荷側に慣性が残つているため、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Ｚ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Ｅ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
ツ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１０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つたため、送風機
の機械式変速制御は行われて来なかつた。

〔目的〕

この発明は、制御媒体の温度を変化させる負荷
装置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負荷装置で調節され
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ツ
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挾持させたプ
ーリ装置を入力および中間軸に設けると共に、該
プーリ装置の一方の上記摺動プーリに直接連結し
て上記固定プーリに対して該摺動プーリを上下動
させて変速制御させる上記パイロツト電動制御機
を有する増減速型ベルト変速機と、上記中間軸の
回転動力を上記負荷装置に伝達する減速機と、更
に上記負荷装置とによつ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
信頼性、制御追従性の良否によつて、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てある。同
図中、１１は水槽、１２は空気吸込口ルーバ、１
３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
央部には円筒状フアンスタツク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
の間に送風フアン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。

さらにフアンスタツク２４に隣接した上面板２
５には、誘導電動機２７と、パイロツト電動制御
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、カツプリング
３０および伝達体３１によつて歯車減速機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を介して変速機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つている。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を挾持するための固定プーリ５４ａ，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５４ｂに取り
付けや羽根車５６ｂと、渦巻型ケーシング５６ａ
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。
これによつて室内に防熱空気を導入し、排出口３
７から吐出させている。パイロツト電動制御機２
９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つて、案内
環５８が上下し、これによつて固定プーリ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。

このパイロツト電動制御機２９とプーリ装置５
４の間に介在する可逆電動機７９、調節巻上ネジ
５７、案内環５８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、単にバネ力で挾持
されている従動側でもその接触周円半径が変化
し、この協動動作によつて変速比が制御される。
ベルト変換保守のため、中間軸５２を二つのベア
リング５９ａ，５９ｂによつ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、さらにこれに伴つて、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６
１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、また第二段に定減速比の減
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
る方向にも、減速する方向に中間軸５２を変速で
きるものをいう。従つて単に入力に対しても減速
方向にしか変速できない無段減速機とは異つてい
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、運転中にパイロツト
電動制御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
逃、ベルト・プーリ間のスリツプと三つの作用で
そのストレスを回逃できる利点があり、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、
特に増減領域にて、一旦プーリ装置５４，５５が
入力回転数を増速させておき乍ら、再び減速機２
２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
のでパイロツト電動制御機２９も停止（後述す
る）している。そこで送風フアン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５
３を伝わつて電動機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
アンがまだ指令前の高速慣性を維持し、一方でパ
イロツト電動制御機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
入力プーリ５４に大きな回動力を与えている。従
つ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し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の回逃によりベルト・プー
リ間にスリツプが発生し、ベルト材質が摩耗する
ことがあつ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、送風フアンはそれ自体の
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W₀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
ツ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、ブリツ
ジ入力回路７１、演算増幅器７２、フイルタ７
３、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ツチ回路７７
および７８から構成されている。また、この出力
スイツチ回路７７および７８は、その接点７７ａ
および７８ａを介してパイロツト電動制御機２９
に接続されている。一方、パイロツト電動制御機
２９は増減速型ベルト変速機２８内の入力軸側プ
ーリ装置５４と連結している。冷却水温の検出器
６７と、サーボ調節器７０と、パイロツト電動制
御器２９、ベルト変速器２８、減速機２２および
送風フア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を有するパイロツト電
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８
３には起動停止制御回路８０と低温部制御回路８
１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。起動スイツチSWを押圧すると常閉接点２Ｒ
２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、パイロツト電動制御機２９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８１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。従つて送風電動機２７が三接点４Ｒ１を経
て作動する。これと同時にインタロツク接点４Ｒ
２の閉成によつてパイロツト電動制御機２９が動
作し正常な比例制御動作を行う。第３，４図から
明白な通りパイロツト電動制御機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
ネジ５７を正転又は逆転させながら変速プーリ５
４の摺動プーリ５４ｂをスプリング５５ｃに抗し
て移動させて変速制御をするのに使われる。また
この電動機７９は更に動力伝達体即ち歯車減速機
をブリツジ回路７１とも連動し、このブリツジ回
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、
フアン回転数を任意に変速制御する。

なお、調節巻上ネジ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アンの回転数は上昇するが
パイロツト電動制御機２９のハイ・リミツトスイ
ツチH.L.が閉成しても、送風フアンは最増速状
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・リミツト・スイツチL.L.が閉成して
リレー１Ｒが閉成しても、リレー３Ｒはまだ接点
２Ｒ２によつ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アン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つてい
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アン回転数
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、停止スイツ
チSWを押圧し、リレー２Ｒを付勢し、接点２Ｒ
１，２Ｒ２が反転し、これと同時にサーボ調節器
７０のブリツジ入力回路７１の接点（図示せず）
を作動し、減速出力スイツチ回路７８のみが動作
する信号を送出する。すると、パイロツト電動制
御機２９は、この減速指令を受け、いずれロー・
リミツト・スイツチL.Lが閉成し、リレー１Ｒが
消勢し、接点１Ｒ１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８０はこのように緩起動制御を
行つており、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アンが最低速、
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に於いて行つた緩起動制
御並びにブロワ装置５６は、いずれも単なるベル
ト保護対策であつて前者は起動時のベルト衝撃の
回逃のためであり、後者は摩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３１′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ベルトの摩耗が減る利
点がある。

〔本発明の効果〕

従来大馬力・大慣性の送風フアンを用いて制御
媒体を冷却することは多数行われているが、送風
フアンの回転数の制御が困難であつたため、三方
弁等を用いたバイパス流量制御によつて結果的に
制御媒体の温度制御を行う方法等が大部分であつ
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つた。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、一方変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アンの起動衝撃、減速制御指
令時に生ずる送風フア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
とから送風フアンの制御に有利である。またこの
ベルト変速機にパイロツ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
送風フア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ベルト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
同ベルト変速機を制御するた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…送風フアン、２２
…定速比減速機、２７…主送風電動機、２８…増
減速型ベルト変速機、２９…パイロツト電動制御
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、８
１…低温部制御回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 無段変速機で変速して負荷装置の制御媒体を
   所定の温度に調節する温度制御装置において、上
   記負荷装置で調節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ツ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
   プーリ間で挾持させたプーリ装置を入力および中
   間軸に設けると共に、該プーリ装置の一方の上記
   摺動プーリに直接連結して上記固定プーリに対し
   て該摺動プーリを上下動させて変速制御させる上
   記パイロツト電動制御機を有する増減速型ベルト
   変速機と、上記中間軸の回転動力を上記負荷装置
   に伝達する減速機と、更に上記負荷装置とによつ
   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 上記パイロツト電動制御機は、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、上記負荷装置が送風
   フアンであつて上記送風フアンの停止時に上記調
   節器から上記パイロツ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ア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
   却時に上記送風フアンを停止し、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３
   項記載の温度制御装置。