DE69603435T2

DE69603435T2 - Verfahren zur Flüssigkeitskühlung eines Wechselrichters

Info

Publication number: DE69603435T2
Application number: DE69603435T
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Kawaguchi; Susumu Shimizu; Tsutomu Takada
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1995-10-09
Filing date: 1996-10-09
Publication date: 2000-02-24
Anticipated expiration: 2016-10-10
Also published as: DE69603435D1; JP3327317B2; EP0768592B1; EP0768592A1; US6000912A; JPH09107683A

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Flüssigkeitskühlung einer Inverter- bzw. Wechselrichtervorrichtung mit einem Flüssigkeitskühlmechanismus in einem Steuerkasten, der die Drehgeschwindigkeit einer Pumpe oder von ähnlichem mit der Wechselrichtervorrichtung steuert.

Beschreibung des Standes der Technik

Die Fig. 1A und 1B der beigefügten Zeichnungen zeigen einen herkömmlichen Steuerkasten zur Steuerung der Drehgeschwindigkeit der Pumpe mit einer Inverter- bzw. Wechselrichtervorrichtung. Wie in den Fig. 1A und 1B gezeigt besitzt der Steuerkasten eine Wechselrichtervorrichtung 1, eine Schutzvorrichtung 5, wie beispielsweise ein. Erdungsfehlerunterbrecher und eine Steuervorrichtung 6, wie beispielsweise Hilfsrelais, die in einem Konsolengehäuse 3 aufgenommen sind, welches auf einem Konsolenchassis befestigt ist.
Das Konsolenchassis 4 besitzt eine Vielzahl von Löchern 8, die darin zum Durchlaß von elektrischen Leistungskabeln dorthindurch definiert sind. Eine Wärmesenke bzw. ein Wärmeableitelement 12 ist an der Außenseite des Konsolenchassis 4 montiert. Die Wechselrichtervorrichtung 1, die, eine Wärmequelle ist, ist mechanisch mit dem Wärmeableitelement 12 gekoppelt, welches die von der Inverter- bzw. Wechselrichtervorrichtung 1 erzeugte Wärme durch Finnen des Wärmeableitelementes 12 in die Atmosphäre abstrahlt. Daher ist die in dem Konsolengehäuse 3 aufgenommene Wechselrichtervorrichtung 1 durch das Wärmeableitelement 12 luftgekühlt.
Wenn die Ausgangsleistung der luftgekühlten Wechselrichtervorrichtung 1 höher wird, strahlt die Wechselrichtervorrichtung 1 eine größere Wärmemenge ab, und fordert, daß das Wärmeableitelement 12 größer ist. Da die Wechselrichtervorrichtung 1 tatsächlich relativ klein ist, ist der Einbauraum, in dem die Wechselrichtervorrichtung 1 am Wärmeableitelement 12 angebracht ist, klein im Vergleich zur Ausgangsleistung der Wechselrichtervorrichtung 1, wie aus der Proportion der Größe der Wechselrichtervorrichtung 1 zur Größe des Wärmeableitelements 12 in den Fig. 1A und 1B zu sehen. Bei der Größenproportion, wie sie in den Fig. 1A und 1B gezeigt ist, kann die von der Wechselrichtervorrichtung 1 erzeugte Wärme nicht gleichmäßig auf die gesamte Oberfläche des Wärmeableitelementes 12 übertragen werden und kann daher nicht ausreichend von dem Wärmeableitelement 12 dissipiert bzw. abgeleitet werden, was eine übermäßige Steigerung der Temperatur der Wechselrichtervorrichtung 1 zur Folge hat.
Zur vollständigen Ableitung der von einer Wechselrichtervorrichtung erzeugten Wärme kann die Wechselrichtervorrichtung durch eine wassergekühlte Wärmesenke bzw. ein wassergekühltes Wärmeableitelement wassergekühlt werden. Die Fig. 2A und 2B der beigefügten Zeichnungen zeigen einen Steuerkasten mit einem Wasserkühlungswärmeableit element 2. Der in den Fig. 2A und 2B gezeigte Steuerkasten ist im wesentlichen ähnlich dem in den Fig. 1A und 1B gezeigten Steuerkasten, außer dem Wasserkühlungswärmeableitelement 2, welches an einer Außenseite des Konsolenchassis 4 befestigt ist.
Die von der Wechselrichtervorrichtung 1 erzeugte Wärme wird in die Atmosphäre abgestrahlt, und zwar durch Kühlwasser, welches in dem Wasserkühlungswärmeableitelement 2 fließt. Insbesondere hat das Wasserkühlungswärmeableitelement 2 ein darin angeordnetes Kühlrohr 21 und einen Einlaßanschluß 22 und einen Auslaßanschluß 23. Das Kühlwasser wird durch einen Einlaßanschluß 22 in das Kühlrohr 21 eingeführt und wird aus dem Kühlrohr 21 durch den Auslaßanschluß 23 ausgelassen. Eine Schutzvorrichtung 5 und eine Steuervorrichtung 6 sind auch in einem Konsolengehäuse 3 aufgenommen.
Das Wasserkühlungswärmeableitelement 2 ist bezüglich der Größe kleiner als das Luftkühlungswärmeableitelement 12, wie es in den Fig. 1A und 1B gezeigt ist. Jedoch kann das relativ kleine Wasserkühlungswärmeableitelement 2 ausreichend die Wärme von der Wechselrichtervorrichtung 1 in die Atmosphäre um den Steuerkasten herum abführen.
Wenn die Temperatur des Wasserkühlungswärmeableitelementes 2 geringer als die Lufttemperatur in dem Steuerkasten oder die Temperatur der Atmosphäre ist, dann wird die in dem und um den Steuerkasten herum vorhandene Feuchtigkeit in Tautropfen kondensiert, die dazu tendieren, das Konsolenchassis 4 zu korrodieren und die auch nachteilig die elektrischen Komponenten im Steuerkasten beeinflussen. Wenn das Wasserkühlungswärmeableitelement 2 direkt auf dem Konsolenchassis 4 installiert wird, dann wird die Wärme des Wasserkühlungswärmeableitelementes 2 auf das Konsolenchassis 4 übertragen. Wenn daher die Temperatur des Wasserkühlungswärmeableitelementes 2 geringer ist als die Lufttemperatur im Steuerkasten oder die Temperatur der Atmosphäre, dann wird die in dem und um den Steuerkasten herum vorhandene Feuchtigkeit in Tautropfen an den inneren und äußeren Flächen des Steuerchassis 4 kondensiert.
Die Fig. 3A und 3B der beigefügten Zeichnungen zeigen Steuerkastenstrukturen zur Verhinderung von Feuchtigkeitskondensation auf einem Steuerkastenchassis. In Fig. 3A ist ein Wasserkühlungswärmeableitelement 2 von einem Konsolenchassis 4 durch einen Abstandhalter 9 beabstandet und ist mit dem Konsolenchassis 4 durch einen Bolzen bzw. eine Schraube 7, beabstandet vom Abstandhalter 9, verbunden. In Fig. 3B ist das Wasserkühlungswärmeableitelement 2 von einem Konsolenchassis 4 durch einen Abstandhalter 9 beabstandet und mit dem Konsolenchassis 4 durch einen Bolzen bzw. eine Schraube verbunden, die sich durch den Abstandhalter 9 erstreckt. In jeder der in den Fig. 3A und 3B gezeigten Strukturen ist eine Wärmequelle, wie beispielsweise eine Wechselrichtervorrichtung mit dem Wasserkühlungswärmeableitelement 2 verbunden, um die von der Wärmequelle erzeugte Wärme an das Wasserkühlungswärmeableitelement 2 zu übertragen, welches die Wärme aus dem Steuerkasten herausbringt. Da das Wasserkühlungswärmeableitelement 2 außerhalb des Steuerkastens positio niert ist, wobei ein Freiraum zwischen dem Konsolenchassis 4 und dem Wasserkühlungswärmeableitelement 2 gelassen wird, wird die Wärme des Wasserkühlungswärmeableitelementes 2 im wesentlichen nicht auf das Konsolenchassis 4 übertragen. Als eine Folge findet keine Feuchtigkeitskondensation an den Innen- und Außenseiten des Konsolenchassis 4 statt. Auch wenn Feuchtigkeit an dem Wasserkühlungswärmeableitelement 2 kondensiert wird, findet das kondensierte Wasser nicht seinen Weg in den Steuerkasten.
Jedoch sprechen die in den Fig. 3A und 3B gezeigten Strukturen nicht das Problem an, wie Tautropfen zu entfernen sind, die auf eine Feuchtigkeitskondensation auf der Oberfläche des Wasserkühlungswärmeableitelementes 2 erzeugt werden, und auch nicht das Problem der Feuchtigkeitskondensation an der Wechselrichtervorrichtung, die an dem Wasserkühlungswärmeableitelement 2 befestigt ist und an den Verbindungsteilen der Drähte und Kabel, die mit der Wechselrichtervorrichtung verbunden sind.
Die mechanische Struktur einer allgemeinen Inverter- bzw. Wechselrichtervorrichtung, die in einem Steuerkasten aufgenommen ist, ist in den Fig. 4A und 4B der beigefügten Zeichnungen gezeigt. Wie in den Fig. 4A und 4B gezeigt, besitzt die Wechselrichtervorrichtung eine Rahmenanordnung, die einen Harz- bzw. Plastikrahmen 113 aufweist, der sich um eine Kupferplatte 115 herum erstreckt. Die Rahmenanordnung trägt eine Grundplatte bzw. -platine 114, die durch eine Harzform 116 umkapselt ist. Die Grundplatte bzw. -platine 114 trägt darauf verschiedene elektronische Komponenten, die erforderlich sind, um die Wechselrichtervorrichtung und die Leistungshalbleitervorrichtungen für die Wechselrichtervorrichtung zu steuern. Solche elektronischen Komponenten weisen einen Steuerleistungsversorgungskondensator 110 auf, einen Steuerleistungsversorgungstransformator 111 und eine Steuer-CPU bzw. eine zentrale Steuerverarbeitungseinheit 112, die auf der Grundplatte bzw. -platine 114 befestigt sind und vollständig oder teilweise zur Wärmeabstrahlung freigelegt sind. Leistungsversorgungsanschlüsse 120 sind auch auf der Grundplatte 114 aufgebaut bzw. freigelegt. Die Wechselrichtervorrichtung weist auch eine Zwischenspannungsplatine bzw. -platte 117 auf, die Kondensatoren 119 trägt. Die Zwischenspannungsplatte bzw. -platine 117 ist an der Grundplatte bzw. -platine 114 durch Schrauben 118 befestigt.
Fig. 5 der beigefügten Zeichnungen zeigt den Steuerleistungsversorgungskondensator 110, der auf der Grundplatine 114 befestigt ist. Wie in Fig. 5 gezeigt, sind die Kondensatoranbringungsanschlüsse 121, die mit dem Steuerleistungsversorgungskondensator 110 verbunden sind, an der Grundplatine 114 angebracht und werden teilweise durch die Harzform 116 umkapselt. Insofern als die Kondensatoranbringungsanschlüsse 121 nicht vollständig von der Harzform 116 umkapselt werden können, um die Wärme von dem Steuerleistungsversorgungskondensator 110 abzustrahlen, sind die oberen Teile der Kondensatoranbringungsanschlüsse 121 freigelegt.
Fig. 6 der beigefügten Zeichnungen veranschaulicht die Steuer-CPU bzw. zentrale Steuerverarbeitungseinheit 112, die auf der Grundplatine 114 befestigt ist. Wie in Fig. 6 gezeigt ist die Steuer-CPU 112 teilweise durch die Harzform 116 umkapselt. Die Steuer-CPU 112 hat Steuer- CPU-Anschlüsse 125, die mit der Grundplatine 114 verbunden sind. Da die Steuer-CPU 112 Wärme erzeugt, ist sie vollständig durch eine Kupferplatte 115 zur Wärmeabstrahlung abgedeckt.
Fig. 7A und 7B der beigefügten Zeichnungen zeigen die Leistungsversorgungsanschlüsse 120 im Detail. Wie in den Fig. 7A und 7B gezeigt, ist eine Anschlußanbringungsschiene 124 direkt auf der Grundplatine 114 befestigt und besitzt eine Vielzahl von Schraubenlöchern, die in einer Oberseite davon definiert sind. Die Leistungsversorgungsanschlüsse 120, die von der Druckbauart sind, sind an der Anschlußanbringungsschiene 124 durch jeweilige Schrauben 123 angebracht, die in die jeweiligen Schraubenlöcher geschraubt sind. Die Anschlußanbringungsschiene 124 besitzt Unterteilungswände 122, die integral mit dem Harzrahmen 113 zur Trennung der Leistungsversorgungsanschlüsse 120 voneinander gegossen sind. Leistungsversorgungsdrähte 126 sind mit den jeweiligen Leistungsversorgungsanschlüssen 120 verbunden.
Wenn die Temperatur des zum Wasserkühlungswärmeableitelement geleiteten Kühlwassers gering ist, ist die Temperatur der Kupferplatte 115, wie in Fig. 4 gezeigt, nahe an der Temperatur der Oberfläche des Wärmeableitelementes, d. h. an der Temperatur des Kühlwassers, welches durch das Wärmeableitelement fließt. Da die Harzform 116 auf die Temperatur der Kupferplatte 115 abgekühlt wird, ist die Temperatur der Grundplatine 114 auch nahe an der Temperatur des Kühlwassers. Der Steuerleistungsversorgungskondensator 110 wird auf einen übermäßigen gekühlten Zustand abgekühlt, und zwar durch die Kondensatoranbringungsanschlüsse 121, die mit der Grundplatine 114 verbunden sind. In ähnlicher Weise wird wie in Fig. 6 gezeigt die Steuer-CPU 112 auf einen übermäßig gekühlten Zustand abgekühlt, und zwar durch die Steuer-CPU-Anschlüsse 125, die mit der Grundplatine 114 verbunden sind. Wie darüber hinaus in den Fig. 7A und 7B gezeigt, werden die Leistungsversorgungsanschlüsse 120 auf einen übermäßig abgekühlten Zustand durch die Schrauben 123 und die Anschlußanbringungsschiene 124 abgekühlt, die mit der Grundplatine 114 verbunden ist.
Wie oben beschrieben hat das Kühlwasser seinen Kühleffekt auf die verschiedenen elektronischen Komponenten der Wechselrichtervorrichtung, wenn die Temperatur des an das Wasserkühlungswärmeableitelement gelieferten Kühlwassers gering ist. Als eine Folge werden die verschiedenen elektronischen Komponenten gekühlt. Wenn die Oberflächentemperatur der verschiedenen elektronischen Komponenten oder damit verbundenen Drähte geringer als der Taupunkt wird, dann wird Feuchtigkeit auf den und um die elektronischen Komponenten herum kondensiert, was dazu tendiert, die Isolierfähigkeit davon zu behindern, oder einen Kurzschluß zwischen den elektronischen Komponenten oder in dem Leistungsversorgungssystem zu erzeugen. Ein solches Isolierungsversagen oder ein Kurzschluß kann möglicherweise zu einem schweren Unfall führen.
Insbesondere in Fig. 5 wird die Feuchtigkeit auf dem und um den Steuerleistungsversorgungskondensator 110 herum kondensiert, was Tautropfen erzeugt, die auf die Kondensatoranbringungsanschlüsse 121 tropfen, wodurch ein Kurzschluß zwischen den Kondensatoranbringungsanschlüssen 121 bewirkt wird.
In Fig. 6 wird die Feuchtigkeit auf der und um die Wärmeabstrahlungskupferplatte der Steuer-CPU 112 kondensiert, was Tautropfen erzeugt, die auf die Harzform 116 tropfen und sich darüber verbreiten. Die verbreiteten Tautropfen bewirken einen Kurzschluß zwischen den Stiften der nahe beiliegenden Verbinder, was eine Fehlfunktion der Steuer-CPU 112 zur Folge hat.
In den Fig. 7A und 7B wird die Feuchtigkeit auf dem und um die Schrauben 123 herum und auf der Anschlußanbringungsschiene 124 kondensiert, was Tautropfen erzeugt, die auf den Unterteilungswänden 122 gesammelt werden, wobei dadurch ein Kurzschluß in dem Leistungsversorgungssystem erzeugt wird. Da die mit den Leistungsversorgungsanschlüssen 120 verbundenen Drähte 126 ein Wärmeleiter sind, werden die Drähte 126 selbst gekühlt, was eine Verschlechterung der Isolierung der Drähte 126 zur Folge hat.
Wenn ein Teil einer Flüssigkeit, die unter Druck durch die Pumpe geliefert wird, deren Drehgeschwindigkeit durch die Wechselrichtervorrichtung gesteuert wird, als das Kühlwasser verwendet wird, dann ist es schwierig, die Temperatur des Kühlwassers zu steuern, da die Pumpe einen großen Bereich von alternativen Flüssigkeiten handhaben kann, die einen breiten Temperaturbereich haben. Außer wenn die Temperatur des Kühlwassers genau gesteuert wird, kann jedoch die Wechselrichtervorrichtung möglicherweise einen schweren Unfall bzw. ein schweres Versagen aufgrund der Feuchtigkeitskondensation wie oben beschrieben erleiden. Wenn beispielsweise die Pumpe Leitungswasser handhabt bzw. transportiert, dann hat dieses unterschiedliche Temperaturen im Sommer und im Winter. Wenn die Pumpe Grundwasser handhabt, dann ist seine Temperatur auch im Sommer sehr gering, und es ist wahrscheinlich, daß die Wechselrichtervorrichtung übermäßig gekühlt wird.
In Wirklichkeit sind daher fast alle Wechselrichtervorrichtungen, die zur Steuerung von allgemeinen Pumpen verwendet werden, durch Strahlung oder durch einen Ventilator luftgekühlt.
Wie oben beschrieben kann das Wasserkühlungswärmeableitelement zuverlässig die von den Leistungshalbleitervorrichtungen erzeugte Wärme abführen, kann jedoch möglicherweise die elektronischen Komponenten und/oder die damit verbundenen Leiter oder Drähte übermäßig abkühlen. Daher erfordert das Wasserkühlungswärmeableitelement, daß die Temperatur des Kühlwassers gesteuert wird, um keine Feuchtigkeitskondensation zu bewirken und im Hinblick auf die Umgebungstemperatur und/oder die Feuchtigkeit bestimmt wird. Während die Temperatur des Kühlwassers gesteuert werden kann, wenn das Kühlwasser von einer externen Quelle geliefert wird, ist es nahezu unmöglich, die Temperatur des Kühlwassers zu steuern, wenn es Teil einer Flüssigkeit ist, die von der Pumpe handgehabt wird, die von der Wechselrichtervorrichtung selbst gesteuert wird.
Fig. 8 der beigefügten Zeichnungen zeigt einen Flüssigkeitskühlmechanismus zur Kühlung einer Wechselrichtervorrichtung mit einer Flüssigkeit, die von einer Pumpe handgehabt wird, deren Drehgeschwindigkeit von der Wechselrichtervorrichtung gesteuert wird. Wie in Fig. 8 gezeigt besitzt die Pumpe 8 einen Auslaßanschluß, der mit einem Rückschlagventil 81 verbunden ist. Ein Teil einer Flüssigkeit, die von der Pumpe 8 ausgelassen wird, wird zwischen dem Auslaßanschluß und einer Primärseite des Rückschlagventils 81 durch eine Leitung 82 in einen Einlaßanschluß 22 eines Rohres 21 eingeführt, welches sich durch ein Wärmeableitelement 2 erstreckt. Die Flüssigkeit, die durch das Rohr 21 fließt, wird dann von dem Wasserkühlungswärmeableitelement 2 durch einen Auslaßanschluß 23 des Rohrs 21 ausgelassen und kehrt durch ein Rückleitungsrohr 84 zu einem kurzen Rohr 83 zurück, welches mit einem Ansauganschluß der Pumpe 8 verbunden ist.
Weitere Informationen, die sich auf den Stand der Technik beziehen, sind zu finden in US 3,656,540 A, die ein Verfahren und ein System zur Ableitung der Wärme offenbart, die von elektronischen Komponenten erzeugt wird, insbesondere von Motorsteuerungsthyristoren (silizium-gesteuerte Gleichrichter) die bei Motorsteuerschaltungen bei cryogenischen Installationen verwendet werden. Ein Teil des gekühlten Strömungsmittels, welches in der Installation bzw. der Vorrichtung zirkuliert wird, wird von seinem Zirkulations- oder Laufpfad abgeleitet und wird ver wendet, um die Leistungsthyristoren zu steuern, die bei Frequenzinvertern bzw. Wechselrichtern und ähnlichen elektronischen Schaltungen eingesetzt werden, die verwendet werden, um die Geschwindigkeiten von Kompressormotoren von solchen Aufbauten zu steuern. Der Thyristor kann in einem Zerstäuber oder einem Verdampfer des cryogenischen Aufbaus montiert werden, der vorzugsweise eine Kühleinheit oder ein System zur Niedertemperaturgleichrichtung von Luft oder anderen Gasmischungen ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Flüssigkeitskühlung einer Inverter- bzw. Wechselrichtervorrichtung vorzusehen, und zwar mit einem Flüssigkeitskühlmechanismus in einem Steuerkasten, während verhindert wird, daß die Wechselrichtervorrichtung und die damit verbundenen Drähte übermäßig gekühlt werden und eine Feuchtigkeitskondensation bewirken.
Um das obige Ziel zu erreichen, ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Kühlung einer Wechselrichtervorrichtung vorgesehen, die auf einem Wärmeableitelement mit einer Kühlflüssigkeit befestigt ist, wobei es den Schritt der Regulierung der Flußrate der Kühlflüssigkeit aufweist, die an das Wärmeableitelement geliefert wird, und zwar mit einem Flußregulierungsmechanismus basierend auf der Temperatur des Wärmeableitelementes, die von einer Temperaturdetektiervorrichtung detektiert wird, um dadurch die Temperatur des Wärmeableitelements in einem vorbestimmten Bereich zu halten.
Die Temperaturdetektiervorrichtung kann einen Temperatursensor aufweisen, der an dem Wärmeableitelement befestigt ist, und der Flußregulierungsmechanismus kann ein elektromagnetbetätigtes Ventil aufweisen, welches basierend auf der Temperatur des Wärmeableitelementes zu öffnen und zu schließen ist, die von dem Temperatursensor detektiert wird.
Alternativ kann die Temperaturdetektiervorrichtung eine wärmeempfindliche Einheit aufweisen, die eine Substanz speichert, die mit der Wärme zusammenziehbar und ausdehnbar ist, wobei die wärmeempfindliche Einheit an dem Wärmeableitelement befestigt ist, und der Flußregulierungsmechanismus kann ein Temperaturregulierungsventil aufweisen, welches basierend auf dem Zusammenziehen und der Ausdehnung der Substanz zu öffnen und zu schließen ist.
Weiter kann die Temperaturdetektiervorrichtung alternativ eine wärmeempfindliche Einheit aufweisen, die eine Substanz speichert, die mit der Wärme zusammenziehbar und ausdehnbar ist, wobei die wärmeempfindliche Einheit in einem Flußdurchlaß der Kühlflüssigkeit angeordnet ist, der mit dem Wärmeableitelement verbunden ist, und der Flußregulierungsmechanismus kann ein Temperaturregulierungsventil aufweisen, welches basierend auf dem Zusammenziehen und der Ausdehnung der Substanz selektiv zu öffnen und zu schließen ist.
Die Kühlflüssigkeit kann durch eine Pumpe ausgelassen werden, die durch eine Wechselrichtervorrichtung gesteu ert wird, und das Verfahren kann weiter die Schritte aufweisen, einen Teil der Kühlflüssigkeit, die von der Pumpe ausgelassen wird, von einer Verbindung zwischen einem Auslaßanschluß der Pumpe und einem damit verbundenen Rückschlagventil zum Wärmeableitelement zu liefern und die Kühlflüssigkeit vom Wärmeableitelement zur Pumpe zurückzuleiten.
Der Flußregulierungsmechanismus kann bei einer ersten Temperatur zu öffnen sein und bei einer zweiten Temperatur zu schließen sein, wobei die erste Temperatur größer ist als die zweite Temperatur, und wobei die zweite Temperatur größer ist als die Temperatur der atmosphärischen Luft oder der Temperatur einer Atmosphäre, in der das Wärmeableitelement gelegen ist.
Alternativ kann der Flußregulierungsmechanismus bei einer ersten Temperatur zu öffnen sein und bei einer zweiten Temperatur zu schließen sein, wobei die erste Temperatur größer ist als die Temperatur der atmosphärischen Luft oder die Temperatur einer Atmosphäre, in der das Wärmeableitelement gelegen ist, und die Temperatur der atmosphärischen Luft oder die Temperatur einer Atmosphäre, in der das Wärmeableitelement gelegen ist, ist dabei größer als die zweite Temperatur.
Weiter kann alternativ der Flußregulierungsmechanismus bei einer ersten Temperatur zu öffnen sein und bei einer zweiten Temperatur zu schließen sein, wobei die erste Temperatur größer ist als die zweite Temperatur und wobei die zweite Temperatur größer ist als der Taupunkt bei ei ner zulässigen Feuchtigkeit bei der Temperatur der atmosphärischen Luft oder der Temperatur einer Atmosphäre, in der das Wärmeableitelement gelegen ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zur Kühlung einer Wechselrichtervorrichtung vorgesehen, die auf einem Wärmeableitelement befestigt ist, wobei eine Kühlflüssigkeit durch eine Vielzahl vom Pumpen ausgelassen wird, die von der Wechselrichtervorrichtung gesteuert werden, wobei das Verfahren den Schritt aufweist, die Flußrate der Kühlflüssigkeit zu regeln, die von einem gemeinsamen Durchlaß geliefert wird, der mit den Auslaßanschlüssen der Pumpen verbunden ist, und zwar zum Wärmeableitelement mit einem Flußregulierungsmechanismus, der nur geöffnet wird, wenn die Temperatur des Wärmeableitelementes höher ist als eine voreingestellte Temperatur, und wenn die Pumpen arbeiten, und der nur geschlossen ist, wenn die Temperatur des Wärmeableitelementes geringer ist als die voreingestellte Temperatur oder wenn die Pumpen inaktiv sind.
Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung offensichtlich, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gesehen wird, die bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beispielhaft veranschaulichen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1A ist eine horizontale Querschnittsansicht eines herkömmlichen Steuerkastens;
Fig. 1B ist eine vertikale Querschnittsansicht des in Fig. 1A gezeigten herkömmlichen Steuerkastens;
Fig. 2A ist eine horizontale Querschnittsansicht des Wasserkühlungssteuerkastens;
Fig. 2B ist eine vertikale Querschnittsansicht des in Fig. 2A gezeigten Wasserkühlungssteuerkastens;
Fig. 3A ist eine vertikale Querschnittsansicht eines verbesserten Steuerkastens;
Fig. 3B ist eine vertikale Querschnittsansicht eines weiteren verbesserten Steuerkastens;
Fig. 4A ist eine Vorderansicht einer Inverter- bzw. Wechselrichtervorrichtung;
Fig. 4B ist eine Seitenansicht der in Fig. 4A gezeigten Wechselrichtervorrichtung;
Fig. 5 ist eine Seitenansicht eines Steuerleistungsversorgungskondensators, der auf einer Grundplatte bzw. Grundplatine in der in Fig. 4A gezeigten Wechselrichtervorrichtung befestigt ist;
Fig. 6 ist eine Seitenansicht einer Steuer-CPU bzw. zentralen Steuerverarbeitungseinheit, die auf der Grundplatine der in Fig. 4A gezeigten Wechselrichtervorrichtung befestigt ist;
Fig. 7A ist eine Ansicht von Leistungsversorgungsanschlüssen der in Fig. 4A gezeigten Wechselrichtervorrichtung;
Fig. 7B ist eine Seitenansicht der Leistungsversorgungsanschlüsse, die auf der Grundplatine der in Fig. 4A gezeigten Wechselrichtervorrichtung befestigt sind;
Fig. 8 ist eine schematische Ansicht eines Flüssigkeitskühlungsmechanismuses zur Kühlung einer Wechselrichtervorrichtung mit einer Flüssigkeit, die durch eine Pumpe handgehabt wird, deren Drehgeschwindigkeit durch die Wechselrichtervorrichtung gesteuert wird;
Fig. 9 ist eine schematische Ansicht eines Flüssigkeitskühlungsmechanismuses zur Kühlung einer Wechselrichtervorrichtung, welcher ein Verfahren gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ausführt;
Fig. 10 ist ein Diagramm, welches ein Temperaturmuster zeigt, in dem die Temperatur eines Wärmeableitelementes mit der Zeit variiert, und zwar ansprechend auf den Betrieb eines elektromagnetbetätigten Ventils des in Fig. 9 gezeigten Flüssigkeitskühlungsmechanismuses;
Fig. 11 ist eine schematische Ansicht eines Flüssigkeitskühlungsmechanismuses zur Kühlung einer Wechselrichtervorrichtung, welcher ein Verfahren gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ausführt;
Fig. 12A ist eine Querschnittsansicht eines Temperatursteuerventils, wenn es geschlossen ist;
Fig. 12B ist eine Querschnittsansicht des Temperatursteuerventils, wenn es offen ist;
Fig. 13 ist eine, schematische Ansicht eines Flüssigkeitskühlmechanismuses zur Kühlung einer Wechselrichtervorrichtung, der ein Verfahren gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ausführt;
Fig. 14 ist eine schematische Ansicht eines Flüssigkeitskühlungsmechanismuses zur Kühlung von zwei Wechselrichtervorrichtungen in einem Wasserversorgungssystem mit zwei Pumpen;
Fig. 15 ist eine schematische Ansicht einer Verbesserung des in Fig. 14 gezeigten Flüssigkeitskühlungsmechanismuses;
Fig. 16A und 16B sind Diagramme, die andere Temperaturmuster zeigen, in der die Temperatur eines Wärmeableitelementes mit der Zeit variiert, und zwar ansprechend auf den Betrieb eines elektromagnetbetätigten Ventils;
Fig. 17A ist eine Vorderansicht von zwei Wechselrichtervorrichtungen, die auf einem einzelnen Wärmeableitelement montiert sind, um durch einen Flüssigkeitskühlungsmechanismus gekühlt zu werden;
Fig. 17B ist eine Seitenansicht der zwei Wechselrichtervorrichtungen, die auf dem einzelnen Wärmeableitelement montiert sind, das in Fig. 17A gezeigt ist;
Fig. 18 ist eine Seitenansicht, die eine Temperaturverteilung der in den Fig. 17A und 17B gezeigten Wechselrichtervorrichtungen zeigt.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Fig. 9 zeigt schematisch einen Flüssigkeitskülungsmechanismus zur Kühlung einer Wechselrichtervorrichtung, der ein Verfahren gemäß eines ersten Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung ausführt.
Wie in Fig. 9 gezeigt besitzt ein Wärmeableitelement bzw. eine Wärmesenke 2 ein Kühlrohr 21, welches sich dorthindurch erstreckt, und einen Einlaßanschluß 22 und einen Auslaßanschluß 23 besitzt. Eine (nicht gezeigte) Inverter- bzw. Wechselrichtervorrichtung, die als eine Wärmequelle dient, ist fest an dem Wärmeableitelement 2 befestigt. Eine Pumpe 8 besitzt eine Auslaßanschluß 8A der mit einem Rückschlagventil 81 verbunden ist. Ein Teil der Flüssigkeit, die von der Pumpe 8 ausgelassen wird, wird als eine Kühlflüssigkeit eingeführt, und zwar von zwischen dem Auslaßanschluß 8A und einer Primärseite des Rückschlagventils 81 durch eine Leitung 82 in den Einlaßanschluß 22 des Kühlrohrs 21. Die Flüssigkeit, die durch das Rohr 21 fließt, wird dann vom Wärmeableitelement 2 durch den Auslaßanschluß 23 des Rohrs 21 ausgestoßen, und kehrt durch ein Rückleitungsrohr 84 zu einem kurzen Rohr 83 zurück, welches mit einem Ansauganschluß 8B der Pumpe 8 verbunden ist. Ein elektromagnetbetätigtes Ventil 101 ist dem Rückleitungsrohr 84 angeordnet, um den Strömungsmittelfluß im Rückleitungsrohr 84 zu steuern. Das elektromagnetbetätigte Ventil 101 kann selektiv durch einen Steuerkasten 10 geöffnet und geschlossen werden, und zwar basierend auf der Temperatur des Wärmeableitelementes 2, die durch einen Temperatursensor 102 detektiert wird, der an dem Wärmeableitungselement 2 angebracht ist.
Fig. 10 zeigt ein Temperaturmuster, in dem die Temperatur des Wärmeableitelementes 2 mit der Zeit variiert, und zwar ansprechend auf den Betrieb des elektromagnetbetätigten Ventils 101. Die in Fig. 10 gezeigte Kurvendarstellung besitzt eine Horizontalachse, die die Zeit darstellt, und eine vertikale Achse, die die Temperatur darstellt. In Fig. 10 zeigt die Linie (D) die Temperatur der Flüssigkeit an, die geliefert wird, um das Wärmeableitelement 2 zu kühlen, d. h. die Flüssigkeit, die von der Pumpe 8 geliefert wird, die Linie (A) zeigt die Temperatur der atmosphärischen Luft oder der Temperatur der Atmosphäre, in der sich das Wärmeableitelement 2 befindet, die Linie (B) zeigt die Temperatur, bei der das elektromagnetbetätigte Ventil 101 geschlossen wird, und die Linie (C) zeigt die Temperatur, bei der das elektromagnetbetätigte Ventil 101 geöffnet wird.
Wenn die Pumpe 8 betrieben wird, wird begonnen, die von der Wechselrichtervorrichtung 1 erzeugte Wärme zum Wärmeableitelement 2 zu übertragen, und zwar am Punkt 1. Da das elektromagnetbetätigte Ventil 101 geschlossen ist, absorbiert das Wärmeableitelement 2 die Wärme und seine Temperatur steigt mit der Zeit. Wenn die Temperatur des Wärmeableitelementes 2 die Linie (C) am Punkt 2 erreicht, wird die Temperatur von dem Temperatursensor 102 detektiert, der ein Signal an den Steuerkasten 10 sendet, um das elektromagnetbetätigte Ventil 101 zu öffnen.
Wenn das elektromagnetbetätigte Ventil 101 geöffnet ist, beginnt die von der Pumpe 8 ausgelassene Flüssigkeit, durch das Kühlrohr 21 zu fließen. Die durch das Kühlrohr 21 fließende Flüssigkeit absorbiert die umgebende Wärme von dem Wärmeableitelement 2, dessen Temperatur nun beginnt von der Linie (C) zur Linie (B) abzufallen. Wenn die Temperatur des Wärmeableitelementes 2 die Linie (B) an einem Punkt 3 erreicht, wird die Temperatur vom Temperatursensor 102 detektiert, der ein Signal an den Steuerkasten 10 sendet, um das elektromagnetbetätigte Ventil 101 zuschließen. Wenn das elektromagnetbetätigte Ventil 101 geschlossen ist, hört die von der Pumpe 8 ausgelassene Flüssigkeit auf, durch das Kühlrohr 21 zu fließen. Die Wärme des Wärmeableitelementes 2 wird nicht von der Flüssigkeit absorbiert, und die Temperatur des Wärmeableitelementes 2 beginnt zu steigen. Wenn die Temperatur des Wärmeableitelementes 2 die Linie (C) wiederum an einem Punkt 4 erreicht, wird die Temperatur vom Temperatursensor. 102 detektiert, und der Steuerkasten 10 öffnet das elektromagnetbetätigte Ventil 101. Darauffolgend wird das elektromagnetbetätigte Ventil 101 an einem Punkt 5 geschlossen und dann an einem Punkt 6 in der gleichen Weise wie oben beschrieben geöffnet. Entsprechend wird die Temperatur des Wärmeableitelementes 2 in einem Bereich gehalten, der höher ist als die Temperatur der atmosphärischen Luft oder die Temperatur der Atmosphäre, in der das Wärmeableitelement 2 gelegen ist. Die Temperatur der Oberfläche des Wärmeableitelementes 2 ist somit höher als der Taupunkt, was eine Feuchtigkeitskondensation auf dem Wärmeableitelement 2 und der Wechselrichtervorrichtung verhindert. Es wird verhindert daß die Wechselrichtervor richtung und daher ihre elektronischen Komponenten übermäßig gekühlt werden. Da die zur Kühlung der Wechselrichtervorrichtung verwendete Flüssigkeit in einem großen Temperaturbereich verwendet werden kann, kann eine Flüssigkeit mit einer relativ geringen Temperatur bei dem Flüssigkeitskühlungsmechanismus verwendet werden, und daher kann eine von der Pumpe ausgelassene Flüssigkeit bei dem Flüssigkeitskühlungsmechanismus verwendet werden.
Fig. 11 zeigt schematisch einen Flüssigkeitskühlungsmechanismus zur Kühlung einer Wechselrichtervorrichtung, der ein Verfahren gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ausführt.
Wie in Fig. 11 gezeigt besitzt ein Wärmeableitelement 2 ein Kühlrohr 21, welches sich dadurch erstreckt, und einen Einlaßanschluß 22 und einen Auslaßanschluß 23 hat. Eine (nicht gezeigte) Inverter- bzw. Wechselrichtervorrichtung, die als eine Wärmequelle dient, ist fest auf dem Wärmeableitelement 2 befestigt. Eine Pumpe 8 besitzt einen Auslaßanschluß 8A, der mit einem Rückschlagventil 81 verbunden ist. Ein Teil einer Flüssigkeit, die von der Pumpe 8 ausgelassen wird, wird als eine Kühlflüssigkeit von zwischen dem Auslaßanschluß 8A und einer Primärseite des Rückschlagventils 81 durch eine Leitung 82 zum Einlaßanschluß 22 des Kühlrohrs 21 eingeleitet. Die Flüssigkeit, die durch das Rohr 21 fließt, wird dann aus dem Wärmeableitelement 2 durch den Auslaßanschluß 23 des Rohrs 21 ausgelassen und kehrt durch ein Rückleitungsrohr 84 zu einem kurzen Rohr 83 zurück, welches mit einem Ansauganschluß 8B der Pumpe 8 verbunden ist. Die obige Struktur ist die gleiche wie die entsprechende in Fig. 9 gezeigte Struktur.
Ein Temperaturregulierungsventil 9 ist mit dem Auslaßanschluß 23 verbunden. Das Temperaturregulierungsventil 9 kann selektiv ansprechend auf die Temperatur abhängige Expansion bzw. Ausdehnung eines darin angeordneten Wachses geöffnet und geschlossen werden. Insbesondere wie in Fig. 12A gezeigt, besitzt das Temperaturregulierungsventil 9 eine wärmeempfindliche Einheit 92, die in einem Ventilgehäuse angeordnet ist und mit einem Wachs gefüllt ist, welches sich mit der Wärme ausdehnt. Die wärmeempfindliche Einheit 92 ist auf einem Halter 91 befestigt, der in ein Ende des Ventilgehäuses geschraubt ist. Der Halter 91 besitzt eine Vielzahl von kleinen Löchern 90, die darin entlang seiner Außenumfangskante definiert sind. Wenn die Temperatur des Wachses steigt, dehnt es sich aus und drückt auf eine Spindel 93, die mit der wärmeempfindlichen Einheit 92 verbunden ist. Ein Ventilkörper 95 ist am äußersten Ende der Spindel 93 befestigt und wird normalerweise gegen einen Ventilsitz 94 durch eine Feder 96 gehalten. Der Ventilsitz 94 besitzt eine zentrale Öffnung, die normalerweise vom Ventilsitz 94 geschlossen wird. Die Feder 96 besitzt ein Ende, welches gegen den Ventilkörper 95 gehalten wird, und ein entgegengesetztes Ende, welches gegen einen Federhalter 97 gehalten wird, der in das ändere Ende des Ventilgehäuses geschraubt ist. Der Federhalter 97 besitzt ein darin definiertes mittleres Loch 98. Das Ventilgehäuse besitzt mit Außengewinde versehene Enden 99, jeweils zur Anbringung an dem Wärmeableitelement 2.
In Fig. 12A ist das Temperaturregulierungsventil 9 gezeigt, wenn es geschlossen ist, wenn das Wachs zusammengezogen ist, und wenn der Ventilkörper 95 gegen den Ventilsitz 94 unter der Vorspannung der Feder 96 gehalten wird.
Wenn die Temperatur des Wachses steigt, dehnt es sich aus und drückt auf die Spindel 93, um den Ventilkörper 95 vom Ventilsitz 94 abzuheben. Wie nun in Fig. 12B gezeigt, fließt Flüssigkeit aus den Löchern 90 in dem Halter 91 in das Ventilgehäuse durch die zentrale Öffnung im Ventilsitz 94 und dann aus dem Ventilgehäuse durch das zentrale Loch 98 im Federhalter 97.
Das Temperaturregulierungsventil 9 arbeitet in der gleichen Weise wie das elektromagnetbetätigte Ventil 101, um die Temperatur des Wärmeableitelementes 2 in dem in Fig. 10 gezeigten Temperaturmuster zu steuern. Beim Temperaturregulierungsventil 9 sind die wärmeempfindliche Einheit 92 und der Ventilkörper 95 integral miteinander als eine Einheit kombiniert, und es ist daher relativ kompakt und klein. Das Temperaturregulierungsventil 9 kann direkt die Temperatur des Wärmeableitelementes 2 am Auslaßanschluß 23 davon detektieren. Daher ist kein getrennter Temperatursensor erforderlich. Weiterhin enthebt das Temperaturregulierungsventil 9 die Notwendigkeit irgendeines externen Steuerkastens, wie beispielsweise des in Fig. 9 gezeigten Steuerkastens 10, und daher auch einer Leistungsversorgung und damit assoziierten Drähten, die anderenfalls von dem elektromagnetbetätigten Ventil und dem Steuerkasten erfordert würden. Daher ist der in Fig. 11 gezeigte Flüssigkeitskühlmechanismus relativ einfach in der Anordnung.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel stehen die Temperatur, bei der das elektromagnetbetätigte Ventil 101 geöffnet wird, wie von der Linie (C) in Fig. 10 angezeigt, die Temperatur, bei der elektromagnetbetätigte Ventil 101 geschlossen wird, wie von der Linie (B) in Fig. 10 angezeigt, und die Temperatur der atmosphärischen Luft oder die Temperatur der Atmosphäre, in der sich das Wärmeableitelement 2 befindet, wie von der Linie (A) in Fig. 10 angezeigt, wie folgt miteinander in Beziehung:
(C) > (B) > (A).
Daher wird die Temperatur des Wärmeableitelementes 2 in einem Bereich gehalten, der höher ist als die Temperatur der atmosphärischen Luft oder der Temperatur der Atmosphäre, im der sich das Wärmeableitelement 2 befindet. Die Temperatur der Oberfläche des Wärmeableitelementes 2 ist somit höher als der Taupunkt, was eine Feuchtigkeitskondensation am Wärmeableitelement 2 und der Wechselrichtervorrichtung verhindert.
Fig. 13 zeigt schematisch einen Flüssigkeitskühlungsmechanismus zur Kühlung einer Wechselrichtervorrichtung, der ein Verfahren gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ausführt.
Der in Fig. 13 gezeigte Flüssigkeitskühlungsmechanismus ist ähnlich dem in Fig. 11 gezeigten Flüssigkeitskühlungsmechanismus, außer daß ein Temperaturregulierungsventil eine wärmeempfindliche Einheit 9A aufweist, die an dem Wärmeableitelement 2 befestigt ist, und eine Ventileinheit 9B zur selektiven Öffnung zum Verschluß des Rückleitungsrohrs 84 basierend auf der Temperatur des Wärmeableitelementes 2, wie sie von der wärmeempfindlichen Einheit 9A detektiert wird. Andere strukturelle und funktionelle Details des in Fig. 13 gezeigten Flüssigkeitskühlungsmechanismuses sind die gleichen wie jene des in Fig. 11 gezeigten Flüssigkeitskühlungsmechanismuses. Der in Fig. 13 gezeigte Flüssigkeitskühlungsmechanismus arbeitet in der gleichen Weise, wie der in Fig. 11 gezeigte Flüssigkeitskühlungsmechanismus.
Da das Wärmeableitelement 2 selbst eine relativ große thermische Kapazität hat, fällt seine Temperatur nicht sofort ab, wenn Kühlflüssigkeit beginnt, durch das Kühlrohr 21 zu fließen. Daher wird verhindert, daß die wärmeempfindliche Einheit 9A, die an dem Wärmeableitelement 2 befestigt ist, zu empfindlich ist, und daher wird verhindert, daß die Ventileinheit 9B oft geöffnet und geschlossen wird.
Fig. 14 zeigt schematisch einen Flüssigkeitskühlungsmechanismus zur Kühlung von zwei Wechselrichtervorrichtungen in einem Wasserversorgungssystem mit zwei Pumpen.
Das in Fig. 14 gezeigte Wasserversorgungssystem ist eine Wasserversorgungseinrichtung von kleiner Größe zur Liefe rung von Wasser an ein gewöhnliches Mehrfamilienhaus oder ähnliches. Wie in Fig. 14 gezeigt, besitzt das Wasserversorgungssystem ein Paar von Pumpen 8-1, 8-2, ein Paar von Rückschlagventilen 81-1, 81-2, die mit den jeweiligen Auslaßanschlüssen der Pumpen 8-1, 8-2 verbunden sind, ein gemeinsames Auslaßrohr 87, welches mit den Sekundärseiten der Rückschlagventile 81-1, 81-2 verbunden ist, und einen Drucktank 86, der mit dem Auslaßrohr 87 verbunden ist. Das Auslaßrohr 87 ist in Zweigrohre verzweigt, die mit den Anwendern verbunden sind. Der Druck des ausgelassenen Wassers im Auslaßrohr 87 wird durch einen (nicht gezeigten) Drucksensor detektiert und wird mit einem Zielwasserdruck verglichen, der von den Pumpen 8-1, 8-2 auszulassen ist. Basierend auf dem Vergleichsergebnis werden die Pumpen 8-1, 8-2 durch jeweilige Inverter- bzw. Wechselrichtervorrichtungen 1-1, 1-2 gesteuert, um Wasser unter konstantem Druck auszulassen. Die Wasserversorgungseinrichtung von kleiner Größe zur Lieferung von Wasser an ein gewöhnliches Mehrfamilienhaus oder ähnliches muß nicht die Pumpen 8-1, 8-2 spät in der Nacht betätigen, da die Anzahl der Anwender, die das gelieferte Wasser verbrauchen, sehr klein ist. Bei solch einer Wasserverbrauchszeitzone werden die Pumpen 8-1, 8-2 nicht betätigt, jedoch Wasser, welches unter Druck in dem Drucktank gespeichert wird, hält den erwünschten Wasserdruck in den Zweigrohren, die mit den Anwendern verbunden sind.
Die Wechselrichtervorrichtungen 1-1, 1-2 sind an entgegengesetzten Seiten einer einzelnen Wärmesenke 2 befestigt. Ein Teil des Wassers, welches aus den Pumpen 8-1, 8-2 ausgelassen wird, wird als Kühlwasser zu einem Ein laßanschluß 22 eines Kühlrohrs 21 in dem Wärmeableitelemente 2 von einer Leitung 82 geliefert, die mit einer Verbindung zwischen zwei elektromagnetbetätigten Ventilen 101-1, 101-2 verbunden ist, die jeweils mit Verbindungen zwischen den Auslaßanschlüssen der Pumpen 8-1, 8-2 und den Rückschlagventilen 81-1, 81-2 verbunden sind. Das Kühlwasser, welches durch das Kühlrohr 21 gelaufen ist, fließt in ein Rückleitungsrohr 84, welches mit einem Auslaßanschluß 23 des Kühlrohrs 21 verbunden ist, und fließt dann durch Rückleitungsrohre 84-1, 84-2, die mit dem Auslaßrohr 84 verbunden sind, zu den Einlaßrohren 85-1, 85- 2, die jeweils mit den Einlaßanschlüssen der Pumpen 8-1, 8-2 verbunden sind.
Daher kann ein Teil des Wassers, welches unter Druck von den Pumpen 8-1, 8-2 ausgelassen wird, als Kühlwasser geliefert werden, um das Wärmeableitelement 2 von Wärme zu befreien, die von den Wechselrichtervorrichtungen 1-1, 1- 2 erzeugt werden, wenn sie die Pumpen 8-1. 8-2 steuern. Während die Pumpen 8-1, 8-2 nicht arbeiten, wird kein Kühlwasser zum Wärmeableitelement 2 geliefert, da die Pumpen 8-1, 8-2 nicht arbeiten, und zwar auch wenig die Temperatur des Wärmeableitelementes 2 aufgrund einer Steigerung der Umgebungstemperatur im Sommer oder beispielsweise direkter Aussetzung gegenüber Sonnenlichts steigt, wodurch die elektromagnetbetätigten Ventile 101- 1, 101-2 geöffnet werden.
Insofern als die Wechselrichtervorrichtungen 1-1, 1-2 nur Wärme erzeugen, wenn die Pumpen 8-1, 8-2 betrieben werden, wird das Kühlwasser automatisch von den Pumpen 8-1, 8-2 nur an das Wärmeableitelement 2 geliefert, wenn die Wechselrichtervorrichtungen 1-1, 1-2 zu kühlen sind. Jedoch ist der Flüssigkeitskühlungsmechanismus, der in dem in Fig. 14 gezeigten Wasserversorgungsystem vorgesehen ist, relativ unökonomisch, da so viele elektromagnetbetätigte Ventile 101-1, 101-2 wie die Anzahl der Pumpen erforderlich sind, und da ein komplexes Rohrleitungssystem notwendig ist, welches mit den Auslaßanschlüssen der Pumpen 8-1, 8-2 verbunden ist.
Fig. 15 zeigt schematisch eine Verbesserung des in Fig. 14 gezeigten Flüssigkeitskühlungsmechanismuses. Der verbesserte in Fig. 15 gezeigte Flüssigkeitskühlungsmechanismus ist ausgelegt, um die obigen Nachteile des in Fig. 14 gezeigten Flüssigkeitskühlungsmechanismuses zu erleichtern.
Wie in Fig. 15 gezeigt weicht der verbesserte Flüssigkeitskühlungsmechanismus von dem in Fig. 14 gezeigten Flüssigkeitskühlungsmechanismus dahingehend ab, daß die elektromagnetbetätigten Ventile 101-1, 101-2 weggelassen werden, und daß ein einzelnes elektromagnetbetätigtes Ventil 101 zwischen dem Auslaßrohr 87 und der Leitung 82 angeschlossen ist.
Während die Pumpen 8-1, 8-2 nicht arbeiten wird das elektromagnetbetätigte Ventil 101 geöffnet, wenn die Temperatur des Wärmeableitelementes 2 aufgrund einer Steigerung der Umgebungstemperatur im Sommer oder beispielsweise aufgrund einer direkten Aussetzung gegenüber Sonnenlicht steigt, was die Auslaß- und Einlaßanschlüsse der Pumpen 8-1, 8-2 in Verbindung miteinander durch die Rückschlagventile 81-1, 81-2, das elektromagnetbetätigte Ventil 101, das Kühlrohr 21, das Auslaßrohr 84, die Rückleitungsrohre 84-1, 84-2 und die Einlaßrohre 85-1, 85-2 bringt. Wenn dies geschieht, kehrt das unter Druck in dem Drucktank 86 gespeicherte Wasser zurück durch das elektromagnetbetätigte Ventil 101, das Kühlrohr 21, das Auslaßrohr 84, die Rückleitungsrohre 84-1, 84-2 und die Einlaßrohre 85-1, 85-2 zu den Einlaßanschlüssen der Pumpen 8-1, 8-2. Entsprechend wird der Druck im Drucktank 86 abgesenkt, was bewirkt, daß die Pumpen 8-1, 8-2 beginnen zu arbeiten. Wenn die Pumpen 8-1, 8-2 arbeiten, steigt der Druck im Drucktank 86 und liefert Kühlwasser zum Kühlrohr 21, um die Temperatur des Wärmeableitelementes 2 abzusenken. In diesem Fall werden die Pumpen 8-1, 8-2 wiederholt betätigt und abgestoppt.
Um das obige kurze Anlaufen (shortcoming) zu vermeiden, wird das elektromagnetbetätigte Ventil 101 nur geöffnet, wenn die Temperatur des Wärmeableitelementes 2 höher ist als eine voreingestellte Temperatur, und wenn die Pumpen 8-1, 8-2 arbeiten, und es wird nur geschlossen, wenn die Temperatur des Wärmeableitelementes 2 geringer ist als die voreingestellte Temperatur, oder wenn die Pumpen 8-1, 8-2 abgeschaltet werden. Wenn das elektromagnetbetätigte Ventil 101 so gesteuert wird, werden die Pumpen 8-1, 8-2 nicht wiederholt betätigt und gestoppt. Der in Fig. 15 gezeigte Flüssigkeitskühlungsmechanismus ist relativ wirtschaftlich, da das einzelne elektromagnetbetätigte Ventil 101 die Lieferung des Kühlwassers an das Wärmeableitelement 2 steuern kann, auch wenn die zwei Pumpen 8- 1, 8-2 eingesetzt Werden. In den in den Fig. 14 und 15 gezeigten Flüssigkeitskühlungsmechanismen stehen die Temperatur, bei der das elektromagnetbetätigte Ventil oder die Ventile geöffnet werden, die Temperatur, bei der das elektromagnetbetätigte Ventil oder die Ventile geschlossen werden, und die Temperatur der atmosphärischen Luft, oder die Temperatur der Atmosphäre, in der das Wärmeableitelement 2 gelegen ist, miteinander, wie in Fig. 10 gezeigt, in Beziehung. Da jedoch die zulässige Temperatur für die Leistungshalbleitervorrichtungen der Inverter- bzw. Wechselrichtervorrichtung eine gewisse Grenze hat, können die in Fig. 10 gezeigten Temperatureinstellungen nicht zugelassen werden, wenn die Temperatur der atmosphärischen Luft oder die Temperatur der Atmosphäre, in der das Wärmeableitelement 2 gelegen ist, relativ hoch ist.
Wenn die Temperatur der atmosphärischen Luft oder die Temperatur der Atmosphäre, in der das Wärmeableitelement 2 gelegen ist, relativ hoch ist, wie in Fig. 16A gezeigt, darin kann die Temperatur, bei der das elektromagnetbetätigte Ventil 101 geschlossen wird, wie von der Linie (B) gezeigt, geringer sein als die Temperatur bei der das elektromagnetbetätigte Ventil 101 geöffnet wird, wie durch die Linie (c) angezeigt, und geringfügig höher als die Temperatur des Taupunktes der atmosphärischen Luft oder die Temperatur der Atmosphäre, in der das Wärmeableitelement 2 gelegen ist, wie von der Linie (8) angezeigt. Wenn daher die Temperatur des Wärmeableitelementes 2 unter die Temperatur der atmosphärischen Luft oder die Temperatur der Atmosphäre sinkt, in der das Wärmeab leitelement 2 gelegen ist, findet keine Feuchtigkeitskondensation auf dem Wärmeableitelement 2 und der Wechselrichtervorrichtung statt, da die Temperatur des Wärmeableitelementes 2 höher ist als der Taupunkt.
Wie in Fig. 16B gezeigt, kann die Temperatur, bei der das elektromagnetbetätigte Ventil 101 geschlossen wird, wie von der Linie (B) angezeigt, geringfügig geringer sein als der Taupunkt, wie von der Linie (E) angezeigt, und zwar mit einer zulässigen relativen Feuchtigkeit bei der Temperatur der atmosphärischen Luft oder der Temperatur der Atmosphäre, in der das Wärmeableitelement 2 gelegen ist. Gemäß des in Fig. 16B gezeigten Temperaturmusters tritt lokalisierte Feuchtigkeitskondensation am Wärmeableitelement 2 und der Wechselrichtervorrichtung auf, wenn die Temperatur des Wärmeableitelementes 2 unter den Taupunkt fällt. Jedoch können die erzeugten Tautropfen schnell verdampft werden, wenn die Wechselrichtervorrichtung wieder aufgeheizt wird. Wenn keine Feuchtigkeitskondensation zulässig werden sollte, dann sollten die Gebiete des Wärmeableitelementes 2 und der Wechselrichtervorrichtung, wo Feuchtigkeit dazu tendiert, zu kondensieren, durch ein Wärme isolierendes Material geschützt werden. Das in Fig. 16B gezeigte Temperaturmuster gestattet, daß die Temperatur, bei der das elektromagnetbetätigte Ventil 101 geöffnet wird, wie von der Linie (C) angezeigt, und die Temperatur, bei der das elektromagnetbetätigte Ventil 101 geschlossen wird, wie von der Linie (B) angezeigt, weit voneinander abweichen. Daher wird verhindert, daß das elektromagnetbetätigte Ven til oder die Ventile oft geöffnet und geschlossen werden, und sie haben daher eine verlängerte Dienstlebensdauer.
Fig. 17A und 17B zeigen zwei Wechselrichtervorrichtungen, die auf einem einzigen Wärmeableitelement montiert sind, um durch einen Flüssigkeitskühlungsmechanismus gemäß des in Fig. 16B gezeigten Temperaturmusters gekühlt zu werden. Wie in den Fig. 17A und 17B gezeigt sind zwei Wechselrichtervorrichtungen 1-1, 1-2 auf den jeweiligen entgegengesetzten Seiten eines einzelnen Wärmeableitelementes 2 befestigt, und ein Temperatursensor 102 ist an einer Position eingebaut, die von den Leistungstransistorvorrichtungen der Wechselrichtervorrichtungen 1-1, 1-2 beabstandet ist, die als eine Wärmequelle dienen. Wenn sich das Kühlrohr 21 durch das Wärmeableitelement 2 erstreckt, wie in Fig. 17A, wenn die Temperatur, bei der das elektromagnetbetätigte Ventil 101 geschlossen wird, wie von der Linie (B) angezeigt, geringfügig geringer sein als der Taupunkt, wie von der Linie (E) angezeigt, und zwar mit einer zulässigen relativen Feuchtigkeit bei der Temperatur der atmosphärischen Luft oder der Temperatur der Atmosphäre, in der das Wärmeableitelement 2 gelegen ist, wird dann die Feuchtigkeit auf einem Gebiet 22A (in Fig. 17B gestrichelt gezeigt) nahe dem Einlaßanschluß 22 des Kühlrohrs 21 in dem Wärmeableitelement 2 kondensiert.
Wie in Fig. 18 gezeigt ist die Temperaturverteilung über dem Wärmeableitelement 2 derart, daß die Temperatur in der Nachbarschaft der Mitte des Wärmeableitelementes 2 und der Leistungshalbleitervorrichtungen in den Wechsel richtervorrichtungen am höchsten ist, und progressiv in der Richtung weg von der Mitte des Wärmeableitelementes 2 und den Leistungshalbleitervorrichtungen geringer ist. Da der Einlaßanschluß 22 am weitesten entfernt von den Leistungshalbleitervorrichtungen positioniert ist, und direkt durch die Temperatur des Kühlwassers beeinflußt wird, tendiert die Temperatur eines Gebietes 21B (in Fig. 18 schraffiert gezeigt) nahe dem Einlaßanschluß 22, unter den Taupunkt abgesenkt zu werden, wenn die Temperatur der. Oberseite des Wärmeableitelementes 2 von der Temperatur abfällt, bei der das elektromagnetbetätigte Ventil 101 geöffnet wird, wie von der Linie (C) angezeigt, und zwar auf die Temperatur, bei der das elektromagnetbetätigte Ventil 101 geschlossen wird, wie von der Linie (B) angezeigt. Um eine Feuchtigkeitskondensation im Gebiet 21B zu vermeiden, wird das Wärme isolierende Material im Gebiet 21B angebracht. Das Wärme isolierende Material beeinflußt nicht nachteilig die Absorption der Wärme der Wechselrichtervorrichtungen durch das Wärmeableitelement 2, da die Temperatur des Gebietes 21B relativ gering ist, und zwar aufgrund dessen, daß es nahe am Einlaßanschluß 22 positioniert ist.
In den veranschaulichten Ausführungsbeispielen werden das elektromagnetbetätigte Ventil oder die Ventile und das Temperaturregulierungsventil bei einer gewissen Temperatur geöffnet und bei einer weiteren gewissen Temperatur geschlossen. Jedoch können diese Ventile kontinuierlich bezüglich ihrer Öffnung eingestellt werden, und zwar abhängig von der Temperatur, die von dem Temperatursensor oder der wärmeempfindlichen Einheit detektiert werden.

Claims

1. Verfahren zum Kühlen einer Inverter- bzw. Wechselrichtervorrichtung angebracht auf einem Wärmeableitelement (2) mit einer Kühlflüssigkeit gekennzeichnet durch

Detektieren einer Temperatur in dem Wärmeableitelement (2) durch eine Temperaturdetektiervorrichtung (92; 102)

Regulieren einer Strömungsrate von Kühlflüssigkeit geliefert an das Wärmeableitelement (2) mit einem Strömungsreguliermechanismus (9; 101) basierend auf der erwähnten Temperatur des Wärmeableitelements (2); und

Halten der Temperatur in dem Wärmeableitelement (2) in einem vorbestimmtem Bereich.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturdetektiervorrichtung (92, 102) einen Temperatursensor (102) aufweist, und zwar angebracht auf dem Wärmeableitelement (2), und wobei der Strömungsreguliermechanismus (9; 101) ein elektromagnetbetätigtes Ventil (101) aufweist, welches sich selektiv öffnen und schließen läßt, und zwar basierend auf der durch den Temperatursensor (102) detektierten Temperatur des Wärmeableitelements (2).

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturdetektiervorrichtung (92; 102) ei ne wärmeempfindliche Einheit (92) aufweist, die eine mit der Wärme kontrahierbare und expandierbare Substanz speichert, daß die wärmeempfindliche Einheit (92) auf dem Wärmeableitelement (2) angebracht ist, und daß der Strömungsreguliermechanismus (9; 101) ein Temperaturregulierventil (9) aufweist, welches selektiv zu öffnen und zu schließen ist, und zwar basierend auf der Zusammenziehung und der Ausdehnung der erwähnten Substanz.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturdetektiervorrichtung (92; 102) eine wärmeempfindliche Einheit (92) aufweist, die eine mit der Wärme zusammenziehbare und ausdehnbare Substanz aufweist, daß die wärmeempfindliche Einheit (92) in einem Strömungsdurchlaß der Kühlflüssigkeit angeordnet ist, die mit dem Wärmeableitelement (2) verbunden ist, und daß der Strömungsmittelreguliermechanismus (9; 101) ein Temperaturregulierventil (9) aufweist, welches selektiv basierend auf der Zusammenziehung und der Ausdehnung der Substanz zu öffnen und zu schließen ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlfüssigkeit eine durch eine Pumpe (8) abgegebene ist, die durch die Wechselrichtervorichtung (1) gesteuert wird, wobei ferner die folgenden Schritte vorgesehen sind:

Liefern eines Teils der von der Pumpe (8) abgegebenen Kühlflüssigkeit an eine Verbindung zwischen einem Auslaßanschluß (8A) der Pumpe (8) und einem Rückschlagventil (81), welches damit verbunden ist, und zwar an das Wärmeableitelement (2), und Rückführung der Kühlflüssigkeit von dem Wärmeableitelement (2) an die Pumpe (8).

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsreguliermechanismus (9; 101) bei einer ersten Temperatur zu öffnen ist und bei einer zweiten Temperatur schließbar ist und daß die erste Temperatur größer als die zweite Temperatur ist und daß die zweite Temperatur größer ist als die Temperatur der atmosphärischen Luft in der das Wärmeableitelement (2) angeordnet ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsreguliermechanismus (9; 101) bei einer ersten Temperatur zu öffnen und bei einer zweiten Temperatur schließbar ist, daß die erste Temperatur größer ist als die Temperatur der atmosphärischen Luft, in der das Wärmeableitelement (2) angeordnet ist, und daß die Temperatur der atmosphärischen Luft, in der das Wärmeableitelement (2) angeordnet ist, größer ist als die erwähnte zweite Temperatur.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsreguliermechanismus (9; 101) bei einer ersten Temperatur zu öffnen und bei einer zweiten Temperatur schließbar ist, daß die erste Temperatur größer ist als die zweite Temperatur und daß die zweite Temperatur größer ist als der Tau punkt mit einer zulässigen Feuchtigkeit bei der Temperatur der atmosphärischen Luft, in der das Wärmeableitelement. (2) angeordnet ist.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit durch eine Vielzahl von Pumpen (8-1, 8-2) geliefert wird, und zwar gesteuert durch die Wechselrichtervorrichtung (1), daß die Strömung von Kühlflüssigkeit von einem gemeinsamen Durchlaß (87) geliefert wird, und zwar verbunden mit den Auslaßanschlüssen der Pumpen (8-1, 8-2) an das Wärmeableitelement; und daß eine Strömungsrate mit einem Strömungsreguliermechanismus (101) reguliert wird, der nur dann geöffnet wird, wenn die Temperatur des Wärmeableitelements (2) höher als eine voreingestellte Temperatur ist und die Pumpen (8-1, 8- 2) in Betrieb sind und daß der Reguliermechanismus nur dann geschlossen ist, wenn eine der Temperatur(en) des Wärmeableitelements (2) geringer ist als die voreingestellte Temperatur und die Pumpen (8-1, 8-2) deaktiviert sind.

10. Verfahren flach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselrichtervorrichtung (1) in einem Steuerkasten (3) untergebracht ist, und zwar zusammen mit Schutzvorrichtungen (5) und Steuervorrichtungen (6).