(57)【要約】【課題】インバータを備える熱風ファンにおいて、半導体変調ロスを低減することができる技術を提供することを課題とする。【解決手段】始業運転時にはＴａがＴｃｇ以下であり、ＳＴ０４へ進む。第１印加電圧が選択された（ＳＴ０４）。この状態で、インバータにより周波数一定、出力電圧可変の条件で、インバータによる熱風ファンの運転（始業運転）を実施する（ＳＴ０５）。運転を続けると、熱風温度Ｔａが時間経過と共に上昇する。ＳＴ０３でＴａがＴｃｇを超えたら、ＳＴ０６に進む。第２印加電圧が選択される。印加電圧は７０％程度に下げられる。【効果】印加電圧を下げることで、半導体変調ロスを低減することができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数制御及び電圧制御が行えるインバータにより運転が制御される熱風ファンにおいて、
前記インバータに供給される印加電圧を変更する変圧器と、
前記熱風ファンに吸引される熱風の温度を検出する温度検出手段と、
この温度検出手段で検出した温度が高いほど前記印加電圧を下げるようにして前記熱風の温度に応じて前記変圧器を制御する変圧器制御部と、を備えていることを特徴とする熱風ファン。
【請求項２】
前記熱風ファンは、熱風循環式乾燥炉の循環ファンであることを特徴とする請求項１記載の熱風ファン。
【請求項３】
前記インバータでは、周波数は一定で、電圧を変化させる制御を実施することを特徴とする請求項２記載の熱風ファン。
【請求項４】
前記変圧器制御部では、前記熱風が常温であるときに使用する第１印加電圧と、前記熱風が前記常温より高温の所定の温度であるときに使用する第２印加電圧との切替えを実施することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の熱風ファン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータにより運転が制御される熱風ファンに関する。
【背景技術】
【０００２】
送風ファンの風量を制御するために、送風ファンにインバータを備えることが推奨される（例えば、特許文献１（図１）参照。）。
【０００３】
特許文献１を次図に基づいて説明する。
図６は従来の技術の基本原理を説明する図であり、塗装用乾燥炉１００は、熱風を発生するバーナ１０１と、熱風を循環させる送風ファン１０２とを備えている。バーナ１０１の供給熱量の増減に伴って、送風ファン１０２の送風量が増減される。このときに、送風ファン１０２はインバータ１０３により回転速度が増減される。
【０００４】
インバータ１０３で周波数を変化させることで、回転速度を容易に制御することができる。
ところで、最も単純な送風量の増減は、バルブやダンパーを開閉して行われてきた。しかし、バルブやダンパーを絞って風量を減少させても、送風ファン１０２の軸動力（軸力とも言う。）は、それ程小さくならない。結果、モータで消費する電力量が嵩む。
この点、インバータ１０３であれば、モータの消費電力を減らすことができるという利点がある（詳細後述）。
【０００５】
インバータ１０３の詳細を次に説明する。
図７に示すように、変調半導体素子１０５が、インバータ制御部１０６で制御される。
すなわち、供給電源は、変調半導体素子１０５で周波数変換などの処置がなされ、モータ１０７へ供給される。このモータ１０７で送風ファン１０２が駆動される。
【０００６】
周知の通りに、ファンにおいて、回転速度は周波数に比例し、送風量は回転速度に比例し、軸動力は回転速度の三乗に比例する。
したがって、回転速度を落とすことで、モータの消費電力を大幅に減らすことができる。
【０００７】
このような理由により、送風ファンでは、省エネルギー対策の切り札として、インバータ制御は広く採用されている。
本発明者らも、同様の対策を大型の熱風ファンに適用した。しかし、期待した程には省エネルギー効果が得られなかった。そこで、設備を詳細に検証した。結果、変調半導体素子１０５が発熱し、いわゆる半導体変調ロスが発生していることが分かった。
【０００８】
半導体変調ロスを低減することで、さらなる省エネルギー効果が得られと知見し、本発明を完成するに至った。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−２７６９６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、インバータを備える熱風ファンにおいて、半導体変調ロスを低減することができる技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に係る発明は、周波数制御及び電圧制御が行えるインバータにより運転が制御される熱風ファンにおいて、
前記インバータに供給される印加電圧を変更する変圧器と、
前記熱風ファンに吸引される熱風の温度を検出する温度検出手段と、
この温度検出手段で検出した温度が高いほど前記印加電圧を下げるようにして前記熱風の温度に応じて前記変圧器を制御する変圧器制御部と、を備えていることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係る発明では、熱風ファンは、熱風循環式乾燥炉の循環ファンであることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に係る発明では、インバータで、周波数は一定で、電圧を変化させる制御を実施することを特徴とする。
【００１４】
請求項４に係る発明では、変圧器制御部で、熱風が常温であるときに使用する第１印加電圧と、熱風が常温より高温の所定の温度であるときに使用する第２印加電圧との切替えを実施することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に係る発明では、変圧器制御部で、インバータに供給される印加電圧を制御する。空気は高温になると密度が小さくなるため、モータ負荷が小さくなる。そのために、高温時に印加電圧を下げても、熱風ファンの運転に支障がでない。
印加電圧を下げることで、半導体変調ロスを低減することができる。
【００１６】
請求項２に係る発明では、熱風ファンは、熱風循環式乾燥炉の循環ファンである。熱風循環式乾燥炉の循環ファンは大型であり、駆動モータの消費電力も大きい。このような循環ファンに本発明を適用すれば、大きな省エネルギー効果が得られる。
【００１７】
請求項３に係る発明では、インバータで、周波数は一定で、電圧を変化させる制御を実施する。
熱風循環式乾燥炉では、炉内を僅かに正圧に保って外からゴミが侵入することを防いでいる。仮に、周波数を変えると、回転速度が変化し、風量が変化する。この変化の過程において、エアバランスが崩れる危険が大きい。
【００１８】
周波数を一定にすることで、風量を一定にすることができ、エアバランスの崩れを未然に防止することができる。
したがって、本発明は熱風循環式乾燥炉の循環ファンに好適である。
【００１９】
請求項４に係る発明では、変圧器制御部で、熱風が常温であるときに使用する第１印加電圧と、熱風が常温より高温の所定の温度であるときに使用する第２印加電圧との切替えを実施する。
熱風の温度の変化に応じて連続的に印加電圧を制御することは望ましいことであるが、変圧器制御部が高価になる。
本発明では、２段切替のみであるから、廉価な変圧器制御部が採用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る熱風ファンを備える熱風循環式乾燥炉の原理図である。
【図２】変圧器及び変調半導体素子の配置図である。
【図３】空気温度とファン出力との相関図である。
【図４】図３の利用法を説明する図である。
【図５】熱風ファンの運転フロー図である。
【図６】従来の技術の基本原理を説明する図である。
【図７】従来のインバータ制御を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
【実施例】
【００２２】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、熱風循環式乾燥炉１０は、乾燥対象物である車体１１を囲うトンネル型炉体１２と、この炉体１２から熱風を導出し、フィルタ１３で浄化し、加熱部１４で加熱し、熱風ファン１５で炉体１２へ戻す風通路１６と、炉体１２の内部温度を測定する温度センサ１７の温度情報に基づいて加熱部１４の出力を制御する加熱制御部１８と、熱風ファン１５に吸引される熱風の温度を検出する温度検出手段１９と、この温度検出手段１９で検出した温度に応じて作動する変圧器２０と、この変圧器２０から出力される印加電圧を、さらに電圧制御するインバータ２１と、このインバータ２１で制御され熱風ファン１５を駆動するファンモータ２２とからなる。
【００２３】
ファンモータ２２は、廉価な誘導電動機でもよいが、スリップが起こらない同期電動機であればなおよい。スリップが起こらなければ、正確な回転速度制御が行える。
【００２４】
変圧器２０は、図２に示すように、鉄心２３と一次巻線２４と二次巻線２５とからなるトランス２６を主要素とし、二次巻線２５の一端から延ばした第１線２７に第１スイッチ２８を介在させ、二次巻線２５の途中から延ばした第２線２９に第２スイッチ３１を介在させ、第２巻線２９の他端を第１スイッチ２８の二次側に結線してなる。第１スイッチ２８及び第２スイッチ３１は、変圧器制御部３２で制御される。
【００２５】
供給電源は、変圧器２０で変圧される。この変圧器２０の出力電圧を、インバータ２１に印加される印加電圧と呼ぶ。
インバータ２１は、変調半導体素子３４を主要素とする。変調半導体素子３４はインバータ制御部３５で制御される。好ましくは電圧の平準化を図るためにコンデンサ３６を付設する。インバータ２１の出力がファンモータ（図１、符号２２）に印加される。
【００２６】
本発明者らは、発明の完成過程で、熱風ファンを用いて、空気温度とファン軸力との関係を調べた。結果を図３に示す。
図３に示すように、空気温度が高まる程、ファン軸力が小さくなることが分かった。
【００２７】
次に、図３で得た相関図と乾燥炉の運転条件との関連を調べた。
図４に示すように、乾燥炉での通常運転における熱風温度は６５〜７５℃である。この温度範囲ではファン軸力は５５〜６０％（空気温度が０℃のときを１００％とした場合）であった。
【００２８】
乾燥作業が、朝８時〜夕方４時まで行われるとすると、夕方４時から翌朝８時までは休みとなる。
冬場であれば、早朝の大気温度が０℃近くまで下がる。そこで、図４の横軸で０〜６５℃の範囲で始業運転が行われる。この間は、ファン軸力が６０〜１００％になる。
【００２９】
この図から、始業運転ではファン軸力１００％に対応できるようにインバータへの印加電圧（第１印加電圧と言う）を決める。
一方、通常運転では、ファン軸力が５５〜６０％であるから、ファン軸力６０％に対応できるようにインバータへの印加電圧（第２印加電圧と言う）を決める。
【００３０】
以上の説明に基づき、熱風ファンの運転法を次に説明する。
図５に示すように、ＳＴ（ステップ番号。以下同じ）０１で、切換温度Ｔｃｇを設定する。Ｔｃｇは、常温より高温の所定の温度であり、例えば通常運転における最低温度を参考に決定する。Ｔｃｇは、６５℃又は安全を見て６０℃とする。
【００３１】
次に、ＳＴ０２で、熱風温度Ｔａを読込む。具体的には、図１の温度検出手段１９で温度を検出し、図２の変圧器制御部３２へ送る。
【００３２】
変圧器制御部３２では、ＴａがＴｃｇ以下であるか否かをしらべる（ＳＴ０３）。
図４において始業運転時にはＴａがＴｃｇ以下であり、ＳＴ０４へ進む。
図２で変圧器制御部３２は、第１スイッチ２８を閉じ、第２スイッチ３１を開く。すなわち、第１印加電圧が選択された（ＳＴ０４）。この状態で、インバータにより周波数一定、出力電圧可変の条件で、インバータによる熱風ファンの運転（始業運転）を実施する（ＳＴ０５）。
【００３３】
ＳＴ０５での運転を続けると、熱風温度Ｔａが時間経過と共に上昇する。
ＳＴ０３でＴａがＴｃｇを超えたら、ＳＴ０６に進む。
そして、図２で変圧器制御部３２は、２秒程度、第１スイッチ２８と第２スイッチ３１を閉じる。その後、第１スイッチ２８を開く。すなわち、第２印加電圧が選択される。印加電圧は７０％程度に下げられる。この低い第２印加電圧を前提に、インバータにより周波数一定、出力電圧可変の条件で、インバータによる熱風ファンの運転（通常運転）を実施する（ＳＴ０５）。
【００３４】
インバータによる省エネルギー効果に、印加電圧を下げたことによる半導体変調ロスの軽減効果が加わり、大幅な省エネルギー効果が得られる。
【００３５】
なお、熱風ファンは、実施例で述べた循環ファンの他、大型ヘアドライヤのように、外気を吸い込み、ヒータで加熱し、噴出する形態のワンパスドライヤにも適用できる。ワンパスドライヤ等であれば、風量の変動は問題にならないので、インバータで周波数制御及び出力電圧制御の両方を実施させることができる。
【００３６】
すなわち、熱風ファンは、用途によって、インバータにより周波数及び出力電圧の両方を制御する形態、周波数のみを制御する形態、出力電圧のみを制御する形態の何れかとすることができる。
【００３７】
また、図２のトランス２６を、可変トランスに変更することもできる。可変トランスであれば、図４の横軸に対応して、連続的に印加電圧を変更することができる。
【００３８】
しかし、本実施例のように、第１スイッチ２８、第２スイッチ３１の形態であれば、変圧器制御部３２が単純化でき、装置のコストアップを抑えることができる。第３スイッチ、第４スイッチを追加することもできる。
【００３９】
尚、乾燥対象物は、車体の他、家電等の箱物、減速機ケース等のケース類であってもよく、種類は限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、インバータを備えた熱風循環式乾燥炉に好適である。
【符号の説明】
【００４１】
１０…熱風循環式乾燥炉、１５…熱風ファン、１９…温度検出手段、２０…変圧器、２１…インバータ、２２…ファンモータ、３２…変圧器制御部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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