DE112016006713T5

DE112016006713T5 - Klimatisierungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112016006713T5
Application number: DE112016006713.5T
Authority: DE
Inventors: Daisuke Abe; Jun Someya
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-04-07
Filing date: 2016-04-07
Publication date: 2018-12-27
Also published as: CN108885017A; JPWO2017175345A1; US20190041070A1; JP6818743B2; US10895389B2; WO2017175345A1; CN108885017B

Abstract

Eine Klimatisierungsvorrichtung umfasst einen Kältemittelkreis, in dem ein Kompressor, ein erster Wärmetauscher, eine Ausdehnungseinheit, ein zweiter Wärmetauscher und eine erste Kühleinheit mit einem Kühlmittelpfad durch ein Rohr miteinander verbunden sind und durch den Kältemittel strömt, eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, den Betrieb des Kompressors zu steuern, und ein Wärme erzeugendes Element aufweist, ein Wärmeübertragungselement, das ein mit dem Wärme erzeugenden Element verbundenes proximales Ende und ein mit der ersten Kühleinheit verbundenes distales Ende aufweist und von dem Wärme erzeugenden Element erzeugte Wärme überträgt, und eine zweite Kühleinheit, die zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende des Wärmeübertragungselements verbunden ist und das Wärmeübertragungselement kühlt, und wobei die erste Kühleinheit das Wärmeübertragungselement unter Verwendung des Kältemittels kühlt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Klimatisierungsvorrichtung, die ein in einer Steuerung vorgesehenes Wärme erzeugendes Element kühlt.
Stand der Technik
Eine Platine, eine elektrische Komponente und andere Komponenten zur Steuerung des Betriebs einer herkömmlichen Klimatisierungsvorrichtung sind in einem Kasten für elektrische Komponenten untergebracht und in einer Außeneinheit vorgesehen. Dadurch, dass die Platine, die elektrische Komponente und andere Komponenten in dem Kasten für elektrische Komponenten untergebracht sind, wird verhindert, dass sie Regenwasser oder anderem durch einen Lufteinlass, einen Luftauslass oder einen anderen in der Außeneinheit vorgesehenen Teil in die Außeneinheit eindringenden Material ausgesetzt werden. Die elektrische Komponente, die ein Wärme erzeugendes Element ist, das eine große Menge an Wärme erzeugt, wie z. B. ein Leistungsmodul, wird zur Unterbindung einer thermischen Zerstörung gekühlt. Ein Beispiel für ein System zum Kühlen des wärmeerzeugenden Elements ist ein Luftkühlungssystem. Bei dem Luftkühlungssystem ist beispielsweise ein großer Kühlkörper oder eine ähnliche Vorrichtung an dem wärmeerzeugenden Element angebracht, und somit wird eine gewisse Menge an von der elektrischen Komponente abgeführter Wärme sichergestellt. Der Kühlkörper ist in einem zwischen dem Lufteinlass und dem Luftauslass ausgebildeten Luftkanal installiert. Der Kühlkörper wird von durch den Luftkanal strömender Luft gekühlt, und der gekühlte Kühlkörper kühlt die elektrische Komponente. Bei dem Luftkühlungssystem muss die Größe des Kühlkörpers bei Erhöhung der Menge an erzeugter Wärme vergrößert werden. Somit wird die Menge an zu verwendendem metallischem Material, das zur Erzeugung des Kühlkörpers erforderlich ist, erhöht, so dass die Herstellungskosten für die Klimatisierungsvorrichtung erhöht werden.
Die Patentschrift 1 offenbart eine Klimatisierungsvorrichtung, bei der ein Kältemittelkühlungssystem sowie ein Luftkühlungssystem als ein System zum Kühlen eines wärmeerzeugenden Elements eingesetzt werden. Bei der Patentschrift 1 sind ein Kältemittelrohr eines Kältemittelkreises und eine Leistungsplatine, die in einem Kasten für elektrische Komponenten untergebracht sind, mit einem Kältemittelmantel, der zwischen dem Kältemittelrohr und der Leistungsplatine angeordnet ist, miteinander verbunden, und die Temperatur des durch das Kältemittelrohr strömenden Kältemittels wird dahingehend gesteuert, weniger als die Temperatur der Leistungsplatine zu betragen. Dann wird von der Leistungsplatine erzeugte Wärme an das Kältemittel abgeführt, und somit wird die Leistungsplatine gekühlt. Gemäß der Beschreibung zielt die Patentschrift 1 darauf ab, das Ansteigen der Temperatur der Leistungsplatine zu unterbinden.
Liste bekannter Schriften
Patentliteratur
Patentliteratur 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2011-99577
Kurzdarstellung der Erfindung
Technisches Problem
Bei der Klimatisierungsvorrichtung, die in der Patentschrift 1 offenbart wird, wird das Kältemittel jedoch beim Abführen der von dem wärmeerzeugenden Element erzeugten Wärme an das Kältemittel erwärmt. Somit ist beispielsweise während des Kühlbetriebs die Kühlkapazität für das Kühlen eines klimatisierten Raums verringert. Dadurch verringert sich der Betriebswirkungsgrad der Klimatisierungsvorrichtung.
Die vorliegende Erfindung erfolgte zur Lösung des oben beschriebenen Problems und stellt eine Klimatisierungsvorrichtung bereit, die von einem Wärme erzeugenden Element erzeugte Wärme abführt und gleichzeitig eine Verringerung des Betriebswirkungsgrads unterbindet.
Lösung des Problems
Eine Klimatisierungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst einen Kältemittelkreis, in dem ein Kompressor, ein erster Wärmetauscher, eine Ausdehnungseinheit, ein zweiter Wärmetauscher und eine erste Kühleinheit mit einem Kühlmittelpfad durch ein Rohr miteinander verbunden sind und durch den Kältemittel strömt, eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, den Betrieb des Kompressors zu steuern, und ein Wärme erzeugendes Element aufweist, ein Wärmeübertragungselement, das ein mit dem Wärme erzeugenden Element verbundenes proximales Ende und ein mit der ersten Kühleinheit verbundenes distales Ende aufweist und von dem Wärme erzeugenden Element erzeugte Wärme überträgt, und eine zweite Kühleinheit, die zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende des Wärmeübertragungselements verbunden ist und das Wärmeübertragungselement kühlt, und wobei die erste Kühleinheit das Wärmeübertragung Element unter Verwendung des Kältemittels kühlt.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Wärmeübertragungselement, das die durch das Wärme erzeugende Element erzeugte Wärme überträgt, von der zweiten Kühleinheit eher als von der ersten Kühleinheit gekühlt, die Wärme unter Verwendung des Kältemittels kühlt. Somit wird eine Last an der ersten Kühleinheit zum Kühlen des Wärme erzeugenden Elements reduziert. Dadurch ist die Klimatisierungsvorrichtung in der Lage, von dem Wärme erzeugenden Element erzeugte Wärme abzuführen und gleichzeitig eine Verringerung des Betriebswirkungsgrads zu unterbinden.
Figurenliste

[1] 1 ist ein Schaltbild, das eine Klimatisierungsvorrichtung 1 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
[2] 2 ist eine Querschnittsvorderansicht, die eine Außeneinheit 2 bei der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
[3] 3 ist eine Querschnittseitenansicht, die die Außeneinheit 2 bei der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
[4] 4 ist eine Draufsicht, die die Außeneinheit 2 bei der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
[5] 5 ist ein Schemadiagramm, das ein Wärmeübertragungselement 20 bei der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
[6] 6 ist ein Schemadiagramm, das eine Bewegung der Wärme in dem Wärmeübertragungselement 20 bei der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
[7] 7 ist ein weiteres Schemadiagramm, das eine Bewegung der Wärme in dem Wärmeübertragungselement 20 bei der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
[8] 8 ist ein Schaltbild, das eine Klimatisierungsvorrichtung 100 gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Ausführungsform 1
Im Folgenden wird eine Klimatisierungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist ein Schaltbild, das eine Klimatisierungsvorrichtung 1 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Klimatisierungsvorrichtung 1 wird unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Gemäß der Darstellung in 1 umfasst die Klimatisierungsvorrichtung 1 eine Außeneinheit 2 und eine Inneneinheit 3. Die Außeneinheit 2 ist draußen installiert und weist einen Kompressor 4, eine Strömungspfadumstelleinheit 9, einen ersten Wärmetauscher 5, eine erste Kühleinheit 30, ein Außengebläse 5a, einen Speicher 8, einen Saugdrucksensor 11, einen Auslassdrucksensor 12 und eine Steuerung 10 auf. Die Inneneinheit 3 ist in einem Innenraum installiert und weist eine Ausdehnungseinheit 6, einen zweiten Wärmetauscher 7 und ein Innengebläse 7a auf. Der Kompressor 4, die Strömungspfadumstelleinheit 9, der erste Wärmetauscher 5, die Ausdehnungseinheit 6, der zweite Wärmetauscher 7, der Speicher 8 und die erste Kühleinheit 30 sind dahingehend durch ein Rohr 1b miteinander verbunden, einen Kältemittelkreis 1a zu bilden, durch den Kältemittel strömt.
Der Kompressor 4 komprimiert das Kältemittel. Die Strömungspfadumstelleinheit 9 stellt die Richtungen, in denen das Kältemittel durch den Kältemittelkreis 1a strömt, um. Die Strömungspfadumstelleinheit 9 stellt um, ob das von dem Kompressor 4 ausgelassene Kältemittel zu dem ersten Wärmetauscher 5 oder dem zweiten Wärmetauscher 7 strömt. Mit diesem Betrieb wird entweder ein Kühlbetrieb oder ein Heizbetrieb durchgeführt. Der erste Wärmetauscher 5 gestattet beispielsweise einen Wärmeaustausch zwischen Außenluft und dem Kältemittel. Das Außengebläse 5a führt dem ersten Wärmetauscher 5 Außenluft zu. Die Ausdehnungseinheit 6 dehnt das Kältemittel aus und reduziert den Druck des Kältemittels und ist beispielsweise ein elektromagnetisches Expansionsventil mit einem einstellbaren Öffnungsgrad. Der zweite Wärmetauscher 7 gestattet beispielsweise einen Wärmeaustausch zwischen Innenluft und dem Kältemittel. Das Innengebläse 7a führt dem zweiten Wärmetauscher 7 Innenluft zu. Der Speicher 8 speichert das Kältemittel in einem flüssigen Zustand. Die erste Kühleinheit 30 weist einen Kältemittelströmungspfad auf und kühlt ein gekühltes Zielobjekt.
Der Saugdrucksensor 11 ist auf der Einströmungsseite des Speichers 8 vorgesehen und misst den Druck des Kältemittels, das in den Kompressor 4 gesaugt wird. Der Auslassdrucksensor 12 ist auf der Auslassseite des Kompressors 4 vorgesehen und misst den Druck des Kältemittels, das aus dem Kompressor 4 ausgelassen wird. Die Steuerung 10 weist einen Mikrocomputer (nicht gezeigt), der den Betrieb der Klimatisierungsvorrichtung 1 steuert, und ein Wärme erzeugendes Element 10a, das Wärme erzeugt, wie z. B. ein Leistungsmodul, auf. Das Wärme erzeugende Element 10a ist beispielsweise eine Treiberschaltung, die den Kompressor 4 ansteuert, und ein Umstellelement und eine andere Komponente, die in der Treiberschaltung enthalten ist, erzeugen Wärme. Die Steuerung 10 ist beispielsweise in einem Kasten für elektrische Komponenten untergebracht. Die Steuerung 10 steuert den Betrieb des Kompressors 4 auf Basis des von dem Saugdrucksensor 11 gemessenen Drucks und des von dem Auslassdrucksensor 12 gemessenen Drucks.
2 ist eine Querschnittsvorderansicht, die die Außeneinheit 2 bei Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt, und 3 ist eine Querschnittseitenansicht, die die Außeneinheit 2 bei Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. Gemäß der Darstellung in 2 umfasst die Klimatisierungsvorrichtung 1 ferner ein Wärmeübertragungselement 20 und eine zweite Kühleinheit 40, und sowohl das Wärmeübertragungselement 20 als auch die zweite Kühleinheit 40 sind in der Außeneinheit 2 vorgesehen. Die Außeneinheit 2 weist beispielsweise ein Gehäuse mit einer Form eines viereckigen Rohrs auf. In der Außeneinheit 2 ist das Außengebläse 5a an einem oberen Abschnitt vorgesehen, die Steuerung 10 ist an einem unteren Abschnitt vorgesehen, und der erste Wärmetauscher 5 ist zwischen dem Außengebläse 5a und der Steuerung 10 angeordnet. Darüber hinaus ist der erste Wärmetauscher 5 gemäß der Darstellung in 3 an Innenwänden auf vier Seiten der Außeneinheit 2 befestigt. Gemäß der Darstellung in 2 und 3 sind Lufteinlässe 2a, durch die Außenluft 60 gesaugt wird, in den vier Seiten der Außeneinheit 2 ausgebildet, und ein Luftauslass 2b, durch den die Außenluft 60 ausgeblasen wird, ist in einem am weitesten oben befindlichen Abschnitt ausgebildet. Die Außenluft 60 wird durch die Lufteinlässe 2a in die Außeneinheit 2 gesaugt und einem Wärmeaustausch mit dem Kältemittel in dem ersten Wärmetauscher 5 unterzogen. Die Außenluft 60, die dem Wärmeaustausch unterzogen wird, steigt auf und wird durch den Luftauslass 2b hindurch aus der Außeneinheit 2 ausgeblasen.
4 ist eine Draufsicht, die die Außeneinheit 2 bei Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. Gemäß der Darstellung in 2 und 4 ist das Wärme erzeugende Element 10a der Steuerung 10 mit einem proximalen Ende des Wärmeübertragungselements 20 verbunden, und das Wärmeübertragungselement 20 erstreckt sich nach oben. Die erste Kühleinheit 30 ist mit einem ersten Verbindungsabschnitt 22 des Wärmeübertragungselements 20 an einem distalen Ende verbunden, und die zweite Kühleinheit 40 ist mit einem zweiten Verbindungsabschnitt 23 des Wärmeübertragungselements 20 zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende verbunden. Das Rohr 1b des Kältemittelkreises 1a erstreckt sich von der ersten Kühleinheit 30 aus. Die zweite Kühleinheit 40 ist in einem Luftpfad vorgesehen, durch den die Außenluft 60 strömt.
5 ist ein Schemadiagramm, das das Wärmeübertragungselement 20 bei der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. Gemäß der Darstellung in 5 ist das Wärmeerzeugungselement 10a mit dem proximalen Ende des Wärmeübertragungselements 20 verbunden, die erste Kühleinheit 30 ist mit dem distalen Ende des Wärmeübertragungselements 20 verbunden, und das Wärmeübertragungselement 20 überträgt von dem Wärme erzeugenden Element 10a erzeugte Wärme. Gemäß obiger Beschreibung sind das Wärme erzeugende Element 10a und das Wärmeübertragungselement 20 thermisch miteinander gekoppelt, und Wärme wird zwischen dem Wärme erzeugenden Element 10a und dem Wärmeübertragungselement 20 übertragen. Das Wärme erzeugende Element 10a und das proximale Ende des Wärmeübertragungselements 20 sind mit einer Metallplatte 21, die zwischen dem Wärme erzeugenden Element 10a und dem proximalen Ende angeordnet ist, miteinander verbunden.
Die zweite Kühleinheit 40 ist zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende des Wärmeübertragungselements 20 verbunden und kühlt das Wärmeübertragungselement 20. Bei Ausführungsform 1 ist die zweite Kühleinheit 40 ein Kühlkörper mit mehreren Rippen. Gemäß obiger Beschreibung ist die zweite Kühleinheit 40 in dem Luftpfad vorgesehen, durch den die Außenluft 60 strömt. Mit dieser Konfiguration wird der Kühlkörper durch die durch den Luftpfad hindurchströmende Außenluft 60 gekühlt, und der gekühlte Kühlkörper kühlt das Wärmeübertragungselement 20. Dadurch wird die Wärme, die von dem Wärme erzeugenden Element 10a erzeugt und zu dem Wärmeübertragungselement 20 übertragen wird an die Außenluft 60 abgeführt. Gemäß obiger Beschreibung sind die zweite Kühleinheit 40 und das Wärmeübertragungselement 20 thermisch miteinander gekoppelt, und zwischen der zweiten Kühleinheit 40 und dem Wärmeübertragungselement 20 wird Wärme übertragen.
Die erste Kühleinheit 30 ist mit dem distalen Ende des Wärmeübertragungselements 20 verbunden und kühlt das Wärmeübertragungselement 20 unter Verwendung des Kältemittels. Die erste Kühleinheit 30 ist mit einem Wärmeisolationsmaterial 31 bedeckt, das Wärme der ersten Kühleinheit 30 isoliert. Mit dieser Konfiguration unterbindet die erste Kühleinheit 30, dass das durch das Rohr 1b strömende Kältemittel einem Wärmeaustausch mit Luft unterzogen wird. Die Wärme, die von dem Wärme erzeugenden Element 10a erzeugt und zu dem Wärmeübertragungselement 20 übertragen wird, wird von der ersten Kühleinheit 30 an das durch das Rohr 1b hindurchströmende Kältemittel abgeführt. Gemäß obiger Beschreibung sind die erste Kühleinheit 30 und das Wärmeübertragungselement 20 thermisch miteinander gekoppelt, und zwischen der ersten Kühleinheit 30 und dem Wärmeübertragungselement 20 wird Wärme übertragen.
Als Nächstes wird das Wärmeübertragungselement 20 genauer beschrieben. Das Wärmeübertragungselement 20 ist ein rohrförmiges Teil mit einem hohlen Abschnitt 20a, in dem ein flüchtiges Arbeitsfluid eingeschlossen ist, wie z. B. ein Wärmerohr, und das distale Ende ist oberhalb des proximalen Endes positioniert. Das Wärmeübertragungselement 20 wird an einem Ende erwärmt und an dem anderen Ende gekühlt, so dass ein Zyklus erzeugt wird, bei dem das Arbeitsfluid zur Übertragung von Wärme verdampft und kondensiert wird. Bei Ausführungsform 1 wird das Wärmeübertragungselement 20 an dem proximalen Ende, das an dem unteren Ende positioniert ist, durch das Wärme erzeugende Element 10a erwärmt.
Darüber hinaus wird das Wärmeübertragungselement 20 an dem distalen Ende, das bei dem oberen Ende positioniert ist, von der ersten Kühleinheit 30 gekühlt und wird zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende von der zweiten Kühleinheit 40 gekühlt. Mit diesem Betrieb nimmt das erwärmte Arbeitsfluid an dem proximalen Ende Wärme auf und verdampft und das verdampfte Arbeitsfluid im gasförmigen Zustand steigt zu dem distalen Ende hinauf. Dann wird das Arbeitsfluid, das in dem gasförmigen Zustand zu dem distalen Ende hin aufsteigt, von der zweiten Kühleinheit 40 zunächst gekühlt und kondensiert. Das in einen flüssigen Zustand kondensierte Arbeitsfluid fällt aufgrund der Schwerkraft zu dem proximalen Ende. Das Kältemittel in dem gasförmigen Zustand, das selbst bei Kühlung von der zweiten Kühleinheit 40 noch nicht kondensiert worden ist, steigt weiter auf und erreicht die erste Kühleinheit 30. Dann wird das Arbeitsfluid in dem gasförmigen Zustand von der ersten Kühleinheit 30 gekühlt und kondensiert. Das in einen flüssigen Zustand kondensierte Arbeitsfluid fällt aufgrund der Schwerkraft zu dem proximalen Ende. Dadurch wird in dem Wärmeübertragungselement 20 Wärme übertragen.
Als Nächstes wird der Betrieb bei jedem Betriebsmodus der Klimatisierungsvorrichtung 1 beschrieben. Zunächst wird der Kühlbetrieb beschrieben. Beim Kühlbetrieb wird das in den Kompressor 4 gesaugte Kältemittel von dem Kompressor 4 komprimiert und in einem gasförmigen Zustand mit hoher Temperatur und hohem Druck ausgelassen. Das in dem gasförmigen Zustand mit hoher Temperatur und hohem Druck aus dem Kompressor 4 ausgelassene Kältemittel strömt durch die Strömungspfadumschalteinheit 9 in den ersten Wärmetauscher 5 und wird dahingehend einem Wärmeaustausch mit von dem Außengebläse 5a zugeführter Außenluft unterzogen, in dem ersten Wärmetauscher 5 kondensiert und verflüssigt zu werden. Das kondensierte Kältemittel in dem flüssigen Zustand strömt in die Ausdehnungseinheit 6 und wird in der Ausdehnungseinheit 6 in einen zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Zustand ausgedehnt und druckentlastet. Dann strömt das Kältemittel in dem zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Zustand in den zweiten Wärmetauscher 7 und wird dahingehend einem Wärmeaustausch mit von dem Innengebläse 7a zugeführter Innenluft unterzogen, in dem zweiten Wärmetauscher 7 verdampft und in einen gasförmigen Zustand überführt zu werden. Zu diesem Zeitpunkt ist die Innenluft gekühlt und eine Kühlung wird durchgeführt. Das verdampfte Kältemittel in einem gasförmigen Zustand strömt durch die Strömungspfadumschalteinheit 9 in den Speicher 8 und strömt dann in die erste Kühleinheit 30. Zu diesem Zeitpunkt kühlt die erste Kühleinheit 30 das Wärmeübertragungselement 20. Dann wird das Kältemittel in den Kompressor 4 gesaugt.
Als Nächstes wird der Heizbetrieb beschrieben. Beim Heizbetrieb wird das in den Kompressor 4 gesaugte Kältemittel von dem Kompressor 4 komprimiert und in einem gasförmigen Zustand mit hoher Temperatur und hohem Druck ausgelassen. Das in dem gasförmigen Zustand mit hoher Temperatur und hohem Druck aus dem Kompressor 4 ausgelassene Kältemittel strömt durch die Strömungspfadumschalteinheit 9 in den zweiten Wärmetauscher 7 und wird dahingehend einem Wärmeaustausch mit von dem Innengebläse 7a zugeführter Innenluft unterzogen, in dem zweiten Wärmetauscher 7 kondensiert und verflüssigt zu werden. Zu diesem Zeitpunkt ist die Innenluft erwärmt und eine Erwärmung wird durchgeführt. Das kondensierte Kältemittel in dem flüssigen Zustand strömt in die Ausdehnungseinheit 6 und wird in der Ausdehnungseinheit 6 in einen zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Zustand ausgedehnt und druckentlastet. Dann strömt das Kältemittel in dem zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Zustand in den ersten Wärmetauscher 5 und wird dahingehend einem Wärmeaustausch mit von dem Außengebläse 5a zugeführter Außenluft unterzogen, in dem ersten Wärmetauscher 5 verdampft und in einen gasförmigen Zustand überführt zu werden. Das verdampfte Kältemittel in einem gasförmigen Zustand strömt durch die Strömungspfadumschalteinheit 9 in den Speicher 8 und strömt dann in die erste Kühleinheit 30. Zu diesem Zeitpunkt kühlt die erste Kühleinheit 30 das Wärmeübertragungselement 20. Dann wird das Kältemittel in den Kompressor 4 gesaugt.
6 ist ein Schemadiagramm, das eine Bewegung der Wärme in dem Wärmeübertragungselement 20 bei der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. Als Nächstes wird eine Bewegung der Wärme in dem Wärmeübertragungselement 20 beschrieben. Zunächst wird ein Fall, in dem eine Menge an von dem Wärme erzeugenden Element 10a erzeugter Wärme gering ist, beschrieben. Gemäß der Darstellung in 6 wird von dem Wärme erzeugenden Element 10a geleitete Wärme von dem Arbeitsfluid an dem proximalen Ende des Wärmeübertragungselements 20 absorbiert und steigt zusammen mit dem verdampften Arbeitsfluid in dem hohlen Abschnitt 20a des Wärmeübertragungselements 20 auf (durchgezogener Pfeil). Die aufgestiegene Wärme wird von der zweiten Kühleinheit 40 absorbiert und an das Innere der Außeneinheit 2 abgeführt. Mit diesem Betrieb fällt das kondensierte Arbeitsfluid (gestrichelter Pfeil) und das Wärme erzeugende Element 10a wird gekühlt. Die aufgestiegene Wärme wird von der zweiten Kühleinheit 40 absorbiert und steigt somit nicht weiter in dem hohlen Abschnitt 20a des Wärmeübertragungselements 20 auf.
7 ist ein weiteres Schemadiagramm, das eine Bewegung der Wärme in dem Wärmeübertragungselement 20 bei der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. Als Nächstes ist der Fall, in dem eine Menge an von dem Wärme erzeugenden Element 10a erzeugter Wärme groß ist, beschrieben. Gemäß der Darstellung in 7 wird von dem Wärme erzeugenden Element 10a geleitete Wärme von dem Arbeitsfluid an dem proximalen Ende des Wärmeübertragungselements 20 absorbiert und steigt zusammen mit dem erwärmten und verdampften Arbeitsfluid in dem hohlen Abschnitt 20a des Wärmeübertragungselements 20 auf (durchgezogener Pfeil). Ein Teil der aufgestiegenen Wärme wird von der zweiten Kühleinheit 40 absorbiert und an das Innere der Außeneinheit 2 abgeführt. Zu diesem Punkt fällt ein Teil des kondensierten Arbeitsfluids (gestrichelter Pfeil). Die Wärme, die nicht von der zweiten Kühleinheit 40 absorbiert worden ist, steigt zusammen mit dem Arbeitsfluid in dem hohlen Abschnitt 20a des Wärmeübertragungselements 20 auf (durchgezogener Pfeil). Dann wird die Wärme von der ersten Kühleinheit 40 absorbiert und an das durch das Rohr 1b hindurchströmende Kältemittel abgeführt. Mit diesem Betrieb fällt das kondensierte Arbeitsfluid (gestrichelter Pfeil) und das Wärme erzeugende Element 10a wird gekühlt.
Gemäß Ausführungsform 1 wird das Wärmeübertragungselement 20, das die von dem Wärme erzeugenden Element 10a erzeugte Wärme leitet, von der zweiten Kühleinheit 40 eher als von der ersten Kühleinheit 30, die Wärme unter Verwendung des Kältemittels kühlt, gekühlt. In dem Fall, in dem die Menge an von dem Wärme erzeugenden Element 10a erzeugter Wärme gering ist, ist es möglich, Wärme lediglich mit der zweiten Kühleinheit 40 abzuführen. Andererseits wird in dem Fall, in dem die Menge an von dem Wärme erzeugenden Element 10a erzeugter Wärme groß ist, die Wärme zunächst bei der zweiten Kühleinheit 40 abgeführt und dann bei der ersten Kühleinheit 30 abgeführt. Wie oben beschrieben wird, wird die Last an der ersten Kühleinheit 30 zum Kühlen des Wärme erzeugenden Elements 10a reduziert. Infolgedessen ist beispielsweise die Menge an an das Kältemittel abgeführter Wärme geringer als bei einer herkömmlichen Klimatisierungsvorrichtung mit nur einer Kältemittelkühleinheit zum Abkühlen von Wärme unter Verwendung von Kältemittel. Somit ist es beispielsweise während des Kühlbetriebs möglich, eine Reduzierung der Kühlkapazität für das Kühlen eines klimatisierten Raums zu unterbinden. Dadurch ist die Klimatisierungsvorrichtung 1 in der Lage, von dem Wärme erzeugenden Element 10a erzeugte Wärme abzuführen und gleichzeitig eine Verringerung des Betriebswirkungsgrads zu unterbinden.
Darüber hinaus ist das Wärmeübertragungselement 20 ein rohrförmiges Teil mit dem hohlen Abschnitt 20a, in dem das Arbeitsfluid eingeschlossen ist, und das distale Ende ist oberhalb des proximalen Endes positioniert. In dem Fall, in dem die Menge an von dem Wärme erzeugenden Element 10a erzeugter Wärme gering ist, wird die von dem Wärme erzeugenden Element 10a übertragene Wärme von dem Arbeitsfluid an dem proximalen Ende des Wärmeübertragungselements 20 absorbiert und steigt zusammen mit dem verdampften Arbeitsfluid in dem hohlen Abschnitt 20a des Wärmeübertragungselements 20 auf. Die aufgestiegene Wärme wird von der zweiten Kühleinheit 40 absorbiert und abgeführt. Wie oben beschrieben wird, ist es in dem Fall, in dem die Menge an von dem Wärme erzeugenden Element 10a erzeugter Wärme gering ist, möglich, Wärme nur mit der zweiten Kühleinheit 40 abzuführen. Darüber hinaus wird in dem Fall, in dem die Menge an von dem Wärme erzeugenden Element 10a erzeugter Wärme groß ist, die Wärme zunächst von der zweiten Kühleinheit 40 absorbiert und die Wärme, die nicht von der zweiten Kühleinheit 40 absorbiert worden ist, steigt zusammen mit dem Arbeitsfluid weiter in dem hohlen Abschnitt 20a des Wärmeübertragungselements 20 auf. Dann wird die Wärme von der ersten Kühleinheit 30 absorbiert und an das durch das Rohr 1b hindurchströmende Kältemittel abgeführt. Wie oben beschrieben wird, wird die Last an der ersten Kühleinheit 30 zum Kühlen des Wärme erzeugenden Elements 10a reduziert.
Bei Ausführungsform 1 wurde der Fall, in dem das Wärmeübertragungselement 20 ein Wärmerohr ist, dargestellt, jedoch ist das Wärmeübertragungselement 20 nicht auf ein Wärmerohr beschränkt und kann beispielsweise eine Metallplatte oder ein anderes Teil sein. Das Wärmeübertragungselement 20 muss nur derart konfiguriert sein, dass von dem Wärme erzeugenden Element 10a erzeugte Wärme in der Reihenfolge zweite Kühleinheit 40 und erste Kühleinheit 30 geleitet wird. Darüber hinaus wurde bei Ausführungsform 1 der Fall, in dem das distale Ende des Wärmeübertragungselements 30 oberhalb des proximalen Endes positioniert ist, dargestellt, jedoch ist das Wärmeübertragungselement 20 nicht auf die Konfiguration des Falls beschränkt und muss lediglich derart konfiguriert sein, dass die von dem Wärme erzeugenden Element 10a erzeugte Wärme eher zu der zweiten Kühleinheit 40 als zu der ersten Kühleinheit 30 geleitet wird.
Darüber hinaus ist ferner das Wärmeisolationsmaterial 31, mit dem die erste Kühleinheit 30 versehen ist und das die Wärme der ersten Kühleinheit 30 isoliert, enthalten. Mit dieser Konfiguration unterbindet die erste Kühleinheit 30 einen Wärmeaustausch des durch das Rohr 1b strömenden Kältemittels mit der Luft.
Des Weiteren ist die erste Kühleinheit 30 auf der Saugseite des Kompressors 4 vorgesehen. Das Kältemittel mit niedriger Temperatur in einem gasförmigen Zustand strömt auf der Saugseite des Kompressors 4. Mit dieser Konfiguration ist das Entstehen einer Temperaturdifferenz zwischen dem Wärmeübertragungselement 20 und dem Kältemittel wahrscheinlich. Somit verbessert sich die Kühlkapazität der ersten Kühleinheit 30.
Bei einer herkömmlichen Klimatisierungsvorrichtung, bei der ein Kältemittelkühlungssystem eingesetzt wird, beträgt die Temperatur eines Wärme erzeugenden Elements etwa 85 °C und die Temperatur des Kältemittels auf der Saugseite des Kompressors beträgt etwa 10 °C. Wie oben beschrieben wird, entsteht eine Temperaturdifferenz von 75 °C zwischen der Temperatur des Wärmeerzeugenden Elements und des Kältemittels. Somit kann, wenn das Wärme erzeugende Element von dem Kältemittel auf der Saugseite des Kompressors gekühlt werden soll, eine Taukondensation in einer Steuerung mit dem Wärme erzeugenden Element auftreten. Wenn eine Taukondensation in der Steuerung auftritt, kann das Taukondenswasser an einer in der Steuerung vorgesehenen Ladeeinheit anhaften, was zu einem Problem führt. Bei der herkömmlichen Klimatisierungsvorrichtung ist eine Kühleinheit, die das Kältemittel verwendet, in einem Abschnitt installiert, in dem das Kältemittel mit einer relativ hohen Temperatur in einem gasförmigen Zustand strömt, wie z. B. zwischen einem Kondensator und einer Ausdehnungseinheit, so dass die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des Wärme erzeugenden Elements und der Temperatur des Kältemittels reduziert wird und eine Taukondensation vermieden wird. Da die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des Wärme erzeugenden Elements und der Temperatur des Kältemittels jedoch gering ist, ist die Wärmeabführungsleistung dementsprechend geringwertig. Darüber hinaus entsteht die Notwendigkeit der Einstellung der Temperatur des Kältemittels, und somit werden die Kosten erhöht.
Andererseits befindet sich die erste Kühleinheit 30 bei Ausführungsform 1 von dem Wärme erzeugenden Element 10a weg. Somit tritt, selbst wenn die erste Kühleinheit 30 auf der Saugseite des Kompressors 4 vorgesehen ist, Taukondensation, die von der ersten Kühleinheit 30 erzeugt werden kann, nicht in der Steuerung 10 mit dem Wärme erzeugenden Element 10a auf. Somit ist die Auswirkung der Taukondensation auf die Steuerung 10 sehr gering, und es ist nicht nötig, die Temperatur des Kältemittels einzustellen, so dass eine Reduzierung der Kosten möglich ist.
Weiterhin wird die zweite Kühleinheit 40 als ein Kühlkörper beschrieben. Mit dieser Konfiguration wird zu dem Wärmeübertragungselement 20 geleitete Wärme an die Luft abgeführt. Die zweite Kühleinheit 40 kann auch ein Peltier-Element sein, das einen Strom an einen Verbindungsabschnitt von zwei Arten von Metallen anlegt und Wärme von einem Metall auf ein anderes Metall bewegt. Wie oben beschrieben wird, ist die zweite Kühleinheit 40 nicht auf einen Kühlkörper beschränkt und muss lediglich mit einem anderen Kühlsystem als einem Kältemittelkühlsystem konfiguriert sein. Darüber hinaus kann die zweite Kühleinheit 40 eine Kombination aus einem Kühlkörper und einem Peltier-Element sein. Wie oben beschrieben wird, kann die Anzahl an Komponenten eine beliebige Anzahl sein und die Arten von Komponenten können beliebige Arten sein, solange bei der zweiten Kühleinheit 40 ein anderes Kühlsystem als ein Kältemittelkühlsystem eingesetzt wird.
Das Wärme erzeugende Element 10a kann ein Leistungsmodul sein, für das SiC verwendet wird. Mit dieser Konfiguration ist die Steuerung 10 mit dem Wärme erzeugenden Element 10a zum Betrieb bei einer hohen Temperatur in der Lage. Ein derartiges Wärme erzeugendes Element 10a ist selbst in dem Fall, in dem die Menge an von dem Wärme erzeugenden Element 10a erzeugter Wärme groß ist und die Menge an an das Kältemittel abgeführter Wärme aufgrund einer unzulänglichen Menge an dem in dem Rohr 1b eingeschlossenen Kältemittel reduziert ist, wirksam.
Ausführungsform 2
8 ist ein Schaltbild, das eine Klimatisierungsvorrichtung 100 gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt. Ausführungsform 2 unterscheidet sich von Ausführungsform 1 in der Position, an der die erste Kühleinheit 30 in dem Kältemittelkreis 1a vorgesehen ist. Bei Ausführungsform 2 werden denselben Abschnitten wie jenen bei Ausführungsform 1 dieselben Bezugszeichen verliehen und auf die Beschreibung der Abschnitte wird verzichtet, und hauptsächlich werden lediglich die Unterschiede zur Ausführungsform 1 beschrieben.
Wie in 8 dargestellt wird, weist die Außeneinheit 2 der Klimatisierungsvorrichtung 100 einen Bypasskreis 101c, eine erste Kältemitteldurchsatzrateneinstelleinheit 151, eine zweite Kältemitteldurchsatzrateneinstelleinheit 152 und einen Bypasstemperatursensor 113 auf. Der Bypasskreis 101c verbindet die Saugseite des Kompressors 4 und einen Abschnitt zwischen dem ersten Wärmetauscher 5 und der Ausdehnungseinheit 6. Die erste Kältemitteldurchsatzrateneinstelleinheit 151 ist in dem Bypasskreis 101c vorgesehen, stellt die Durchsatzrate des durch den Bypasskreis 101c strömenden Kältemittels ein und ist beispielsweise ein elektromagnetisches Expansionsventil mit einem einstellbaren Öffnungsgrad. Die zweite Kältemitteldurchsatzrateneinstelleinheit 152 ist in dem Bypasskreis 101c und stromaufwärts der ersten Kältemitteldurchsatzrateneinstelleinheit 151 vorgesehen, stellt die Durchsatzrate des durch den Bypasskreis 101c strömenden Kältemittels ein und ist beispielsweise ein elektromagnetisches Expansionsventil mit einem einstellbaren Öffnungsgrad.
Die erste Kühleinheit 30 ist in dem Bypasskreis 101c und zwischen der ersten Kältemitteldurchsatzrateneinstelleinheit 151 und der zweiten Kältemitteldurchsatzrateneinstelleinheit 152 vorgesehen. Der Bypasstemperatursensor 113 ist in dem Bypasskreis 101c und zwischen der ersten Kühleinheit 30 und der zweiten Kältemitteldurchsatzrateneinstelleinheit 152 vorgesehen und misst die Temperatur des durch den Bypasskreis 101c hindurchströmenden Kältemittels.
Eine Steuerung 110 stellt den Öffnungsgrad der ersten Kältemitteldurchsatzrateneinstelleinheit 151 und der zweiten Kältemitteldurchsatzrateneinstelleinheit 152 derart ein, dass die von dem Bypasstemperatursensor 113 gemessene Temperatur auf eine vorbestimmte Temperatur gebracht wird. Die vorbestimmte Temperatur liegt beispielsweise zwischen einem oberen Bypasstemperaturgrenzwert und einem unteren Bypasstemperaturgrenzwert und ist auf eine Temperatur, wie z. B. eine Temperatur, bei der das Auftreten von Taukondensation unwahrscheinlich ist, und eine zum Kühlen des Wärme erzeugenden Elements 10a erforderliche Temperatur festgelegt.
Gemäß Ausführungsform 2 sind weiterhin der Bypasskreis 101c, der die Saugseite des Kompressors 4 und den Abschnitt zwischen dem ersten Wärmetauscher 5 und der Ausdehnungseinheit 6 verbindet, die erste Kältemitteldurchsatzrateneinstelleinheit 151 und die zweite Kältemitteldurchsatzrateneinstelleinheit 152, die in dem Bypasskreis 101c vorgesehen sind und jeweils die Durchsatzrate des durch den Bypasskreis 101c hindurchströmenden Kältemittels einstellen, und der Bypasstemperatursensor 113, der die Temperatur des durch den Bypasskreis 101c hindurchströmenden Kältemittels misst, enthalten, die erste Kühleinheit 30 ist zwischen der ersten Kältemitteldurchsatzrateneinstelleinheit 151 und der zweiten Kältemitteldurchsatzrateneinstelleinheit 152 vorgesehen, und die Steuerung 110 stellt die erste Kältemitteldurchsatzrateneinstelleinheit 151 und die zweite Kältemitteldurchsatzrateneinstelleinheit 152 derart ein, dass die von dem Bypasstemperatursensor 113 gemessene Temperatur zwischen dem oberen Bypasstemperaturgrenzwert und dem unteren Bypasstemperaturgrenzwert liegt. Mit dieser Konfiguration werden im Gegensatz zur Ausführungsform 1 selbst in dem Fall, in dem das Vorsehen der ersten Kühleinheit 30 auf der Saugseite des Kompressors 4 schwierig ist, dieselben vorteilhaften Wirkungen von Ausführungsform 1 erzielt.
Bezugszeichenliste
1 Klimatisierungsvorrichtung 1a Kältemittelkreis 1b Rohr 2 Außeneinheit 2a Lufteinlass 2b Luftauslass 3 Inneneinheit 4 Kompressor 5 erster Wärmetauscher 5a Außengebläse 6 Ausdehnungseinheit 7 zweiter Wärmetauscher 7a Innengebläse 8 Speicher 9 Strömungspfadumschalteinheit 10 Steuerung 10a Wärme erzeugendes Element 11 Saugdrucksensor 12 Auslassdrucksensor 20 Wärmeübertragungselement 20a hohler Abschnitt 21 Metallplatte 22 erster Verbindungsabschnitt 23 zweiter Verbindungsabschnitt 30 erste Kühleinheit 31 Wärmeisolationsmaterial 40 zweite Kühleinheit 60 Außenluft 100 Klimatisierungsvorrichtung 101c Bypasskreis 110 Steuerung 113 Bypasstemperatursensor 151 erste Kältemitteldurchsatzrateneinstelleinheit 152 zweite Kältemitteldurchsatzrateneinstelleinheit

Claims

Klimatisierungsvorrichtung, die Folgendes umfasst: einen Kältemittelkreis, in dem ein Kompressor, ein erster Wärmetauscher, eine Ausdehnungseinheit, ein zweiter Wärmetauscher und eine erste Kühleinheit mit einem Kühlmittelpfad durch ein Rohr miteinander verbunden sind und durch den Kältemittel strömt; eine Steuerung, die konfiguriert ist, den Betrieb des Kompressors zu steuern, und ein Wärme erzeugendes Element aufweist; ein Wärmeübertragungselement, das ein mit dem Wärme erzeugenden Element verbundenes proximales Ende und ein mit der ersten Kühleinheit verbundenes distales Ende aufweist und von dem Wärme erzeugenden Element erzeugte Wärme überträgt; und eine zweite Kühleinheit, die zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende des Wärmeübertragungselements verbunden ist und das Wärmeübertragungselement kühlt, wobei die erste Kühleinheit das Wärmeübertragungselement unter Verwendung des Kältemittels kühlt.
Klimatisierungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Wärmeübertragungselement ein rohrförmiges Teil mit einem hohlen Abschnitt, in dem ein Arbeitsfluid eingeschlossen ist, umfasst und das distale Ende oberhalb des proximalen Endes positioniert ist.
Klimatisierungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die ferner ein Wärmeisolationsmaterial umfasst, das an der ersten Kühleinheit vorgesehen ist und die Wärme der ersten Kühleinheit isoliert.
Klimatisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, wobei die erste Kühleinheit auf einer Saugseite des Kompressors vorgesehen ist.
Klimatisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, die ferner Folgendes umfasst: einen Bypasskreis, der eine Saugseite des Kompressors und einen Abschnitt zwischen dem ersten Wärmetauscher und der Ausdehnungseinheit verbindet; eine erste Kältemitteldurchsatzrateneinstelleinheit und eine zweite Kältemitteldurchsatzrateneinstelleinheit, die an dem Bypasskreis vorgesehen sind und jeweils eine Durchsatzrate des durch den Bypasskreis strömenden Kältemittels einstellen; und einen Bypasstemperatursensor, der eine Temperatur des durch den Bypasskreis strömenden Kältemittels misst, wobei die erste Kühleinheit zwischen der ersten Kältemitteldurchsatzrateneinstelleinheit und der zweiten Kältemitteldurchsatzrateneinstelleinheit vorgesehen ist, und die Steuerung konfiguriert ist, die erste Kältemitteldurchsatzrateneinstelleinheit und die zweite Kältemitteldurchsatzrateneinstelleinheit derart einzustellen, dass die von dem Bypasstemperatursensor gemessene Temperatur zwischen einem Bypasstemperaturobergrenzschwellwert und einem Bypasstemperaturuntergrenzschwellwert liegt.
Klimatisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, wobei die zweite Kühleinheit einen Kühlkörper umfasst.
Klimatisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, wobei die zweite Kühleinheit ein Peltier-Element umfasst.