JP2011502907A - エレベータ構成要素を冷却する対流空気流を伴う熱電温度制御 - Google Patents

Abstract

エレベータシステムの構成要素は、熱電加熱および熱電冷却とともに自然対流空気流を用いて冷却される。昇降路内を上昇する空気は、冷却空気ダクト（２０）および暖気ダクト（２２）へと流れる。空気が冷却空気ダクト（２０）および暖気ダクト（２２）を通って垂直方向上方へと流れる際に、熱電モジュール（１４）によって、冷却空気ダクト（２０）内の空気が冷却され、暖気ダクト（２２）内の空気が加熱される。冷却空気ダクト（２０）内の冷却空気流は、エレベータ構成要素（１２）に沿って循環し、暖気ダクト（２２）内のより速い暖気流によって共通排出ダクト（２８）内へと上方に引き込まれる。

Description

本発明は、エレベータシステムに関し、特に、エレベータシステムの構成要素を望ましい作動温度範囲内に維持するように、熱電加熱および熱電冷却を用いる温度制御システムに関する。

本願は、本願と同日に出願され、同時継続中である、”Thermoelectric thermal management system for energy storage system in a regenerative elevator”および”Thermoelectric thermal management for drive circuitry and hoist motors in an elevator system”を参照しており、上記出願は、本願の参考になるものである。

エレベータシステムの周囲状態は、例えば、湿度が約９５％まで及び、温度が０℃以下から約４５℃までの範囲にある。エレベータシステムの構成要素は、該システムの機械室や昇降路に位置しており、そのような場所では空調が行われていないため温度はさらに変動する。

従来は、ファンを用いた空気冷却を用いて、エレベータを駆動するために用いられるパワーエレクトロニクス（動力電子機器回路）や巻上機などのエレベータシステムの構成要素を冷却していた。このファンを用いた受動的冷却は、効果が限定的であり、また、騒音源となるため、騒音を抑制しなければならない。

エレベータシステムの温度制御システムは、熱電装置とともに自然対流空気流を用いて、電気エネルギー貯蔵装置、モータドライブエレクトロニクスあるいはエレベータ巻上機などのエレベータ構成要素を冷却または加熱する。温度制御システムは、暖気ダクトおよび冷却空気ダクトを有し、該ダクトは、上昇する空気流を下端の入口で受ける。暖気ダクトおよび冷却空気ダクトは、上端の出口において互いに接続されている。熱電装置は、暖気ダクトを流れる空気を加熱し、かつ冷却空気ダクトを流れる空気を冷却するように配置される。エレベータ構成要素は、冷却空気ダクトを流れる空気によって冷却されるように配置される。

対流空気流とともに熱電冷却、加熱装置を用いるエレベータ構成要素の温度制御システムの概略図。

図１に示す温度制御システム１０は、自然対流空気流を用いてエレベータの構成要素１２の冷却を行うとともに、熱電モジュール１４により空気の冷却および加熱を行う。温度制御システム１０は、特に、空気流がより温かい昇降路の上方部分における利用に適している。

温度制御システム１０は、空気ファンネル（煙突）１６、セパレータ１８、冷却空気ダクト２０、暖気ダクト２２、冷却空気排出ポート２４，暖気排出ポート２６、および共通排出ダクト２８を備える。温度制御システム１０は、昇降路内の暖気がシステム１０の下端部において空気ファンネル１６に流入するように、垂直方向に取り付けられている。入口からの空気流は、セパレータ１８によって２つの流路へと分流される。一方の流路は、冷却空気ダクト２０に連通し、他方の流路は、暖気ダクト２２に連通している。

熱電モジュール１４は、冷却空気ダクト２０と暖気ダクト２２との間に配設される。熱電モジュール１４の冷却面３０は、冷却空気ダクト２０を通って上方に流れる空気を冷却する。これと同時に、熱電モジュール１４の冷却面と対向する加熱面３２は、暖気ダクト２２を通って流れる空気と接触する。加熱面３２は、熱電モジュール１４のヒートシンクのように機能して、暖気ダクト２２を通流する空気に熱を伝える。その結果、暖気ダクト２２を通流する暖気は、暖気排出ポート２６に向かって流れるにつれて加速する。

冷却空気ダクト２０内を通流する空気は、熱電モジュール１４の冷却面３０によって冷却された後、エレベータ構成要素１２を通って流れ、次いで、冷却空気排出ポート２４に向かって上方に流れる。

暖気ダクト２２内の暖気流は、暖気排出ポート２６から共通排出ダクト２８へと流れる。暖気排出ポート２６からの暖気流は、ベンチュリ効果により、冷却空気排出ポート２４へと流れる冷却空気を吸い込む。

共通排出ダクト２８は、建物の外部において換気口に接続されてもよく、あるいは、排出ダクト２８を通る空気をさらに上方へと引き込む建物の換気システムに接続されていてもよい。

冷却空気ダクト２０において冷却空気流を冷却する一方で、暖気ダクト２２において暖気流を加熱することにより、流速に差が生じ、これにより、エレベータ構成要素１２を通して排出ダクト２８へと冷却空気を上方に引き込むようにベンチュリ効果が促進される。ベンチュリ効果および垂直方向の対流空気流を利用することにより、ファンを用いることなく、あるいはファンを限定的に使用して、エレベータ構成要素１２の温度制御が実現する。その結果、エレベータに利用される別の冷却システムに伴う騒音を排除することができる。

エレベータ構成要素１２は、例えば、再生モードで作動する際にエレベータ駆動システムによって生成される電気エネルギーを蓄積するために用いられる電気エネルギー貯蔵システムの一部とすることができる。構成要素は、エネルギー貯蔵システムとともに用いられる回路、バッテリまたはコンデンサであってもよい。したがって、温度制御システム１０は、同時継続中の特許出願である、”Thermoelectric thermal management system for energy storage system in a regenerative elevator”に記載された温度管理システムの一部として用いることができる。

バッテリなどの構成要素の場合、低い周囲温度では、バッテリを冷却するよりも、むしろ加熱する方が有益である。温度制御システム１０は、熱電モジュール１４への電流の方向を反転させることにより、構成要素を加熱モードで作動し得る。この場合、ダクト２０，２２の機能は、逆転し、暖気がダクト２０を通って流れ、冷却空気がダクト２２を通って流れる。

他の実施例では、熱電モジュール１４の冷却面３０は、エレベータ構成要素１２と物理的に接触する。この場合、エレベータ構成要素１２の温度は、伝導によって制御され、熱は、強制対流または自然対流によって加熱面から放出される。同様の形態をエレベータ構成要素１２の加熱のために用いてもよく、この場合、加熱面３２がエレベータ構成要素１２と物理的に接触する。

別の実施例では、エレベータ構成要素１２は、エレベータ巻上機、モータドライブあるいはエレベータシステムの再生エレクトロニクスであってもよい。したがって、温度制御システム１０は、同時継続中の特許出願である、”Thermoelectric thermal management for drive circuitry and hoist motors in an elevator system”に記載されたシステムの一部として使用することができる。

概略的に示した図では、エレベータ構成要素１２は冷却空気ダクト２０内に配置されているため、空気はエレベータ構成要素１２の全ての面に沿って循環する。また、他の実施例では、エレベータ構成要素１２の面のうち１つの面あるいはいくつかの面を冷却空気ダクト２０内の空気流に曝すようにしてもよい。

冷却に必要な複数の構成要素を有するシステムでは、いくつかの構成要素を、冷却空気ダクト２０内を通流する冷却空気に曝すことによって冷却するように配置してもよい。また、温度の均一性を確実にするために、冷却空気ダクト２０によって画定される経路に沿って付加的な熱電モジュールを配設してもよい。

冷却空気ダクト２０および暖気ダクト２２は、セパレータ１８を有する共通の空気ファンネル１６から空気を受けるように図示されているが、ダクト２０，２２の各入口に対して、独立した空気ファンネルの入口をそれぞれ設けてもよい。

図示していないが、冷却空気ダクト２０および暖気ダクト２２は、互いに熱的に絶縁されており、そのため、冷却空気ダクト２０を通流する空気と暖気ダクト２２を通流する空気との間の温度差が維持される。この温度差により、２つの空気流の気流速度が異なり、これによって、冷却空気を共通排出ダクト２８内へと上方に引き込むことが助長される。

温度制御システム１０は、大きなファンを用いることなく、空気流に冷却作用をもたらすものであるが、ある場合には、空気流を推進させるために小さなファンを用いてもよい。常にファンを作動させる必要はなく、必要な場合だけファンを作動させてもよい。温度制御システム１０は、ファンを用いることなく、または必要な場合にだけ小さいファンを用いて、騒音を著しく低減させることができ、かつファンの作動によって生じ得るエネルギー損失を減少させることができる。

好ましい実施例を参照して本発明を説明したが、当業者であれば、本発明の範囲を逸脱することなく、種々の変更および修正がなされることを理解されるであろう。

１０ 温度制御システム
１２ エレベータ構成要素
１４ 熱電モジュール
１６ 空気ファンネル
１８ セパレータ
２０ 冷却空気ダクト
２２ 暖気ダクト
２４ 冷却空気排出ポート
２６ 暖気排出ポート
２８ 共通排出ダクト
３０ 冷却面
３２ 加熱面

Claims (23)

1. 自然対流空気流を集めるように配置された空気ファンネルと、
   前記空気流を第１の流路および第２の流路へと分流させるセパレータと、
   第１の流路に配設された冷却面と、第２の流路に配設された加熱面と、を有する熱電装置と、
   第１および第２の流路の一方に配置されたエレベータシステムの構成要素と、
   第１および第２の流路の上端に接続された排出ダクトと、
   を備えるエレベータシステムの温度制御システム。
2. 第１および第２の流路は、空気ファンネルから排出ダクトまで実質的に垂直方向上方へと延びていることを特徴とする請求項１に記載の温度制御システム。
3. 第２の流路からの暖気流が第１の流路から冷却空気流を排出ダクトへと引き込むように、第１および第２の流路は排出ダクトに接続されていることを特徴とする請求項２に記載の温度制御システム。
4. 前記構成要素は、少なくとも部分的に第１の流路に配置されることを特徴とする請求項１に記載の温度制御システム。
5. 前記構成要素は、冷却面および加熱面の一方と接触するように配置されることを特徴とする請求項１に記載の温度制御システム。
6. 第１および第２の流路の一方内の空気が熱電装置を通り、次いで構成要素を通るように、前記構成要素が配置されることを特徴とする請求項１に記載の温度制御システム。
7. 空気ファンネルは、エレベータシステムの昇降路の上端に配置されることを特徴とする請求項１に記載の温度制御システム。
8. 空気ファンネルと排出ダクトの間で延びるとともに、第１の流路を画定する冷却空気ダクトと、
   空気ファンネルと排出ダクトの間で延びるとともに、第２の流路を画定する暖気ダクトと、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の温度制御システム。
9. 冷却空気ダクトは、空気ファンネルから排出ダクトへと実質的に垂直方向上方へと延びることを特徴とする請求項８に記載の温度制御システム。
10. 暖気ダクトは、空気ファンネルから排出ダクトへと実質的に垂直方向上方へと延びることを特徴とする請求項８に記載の温度制御システム。
11. 下端に入口を有し、かつ上端に出口を有する暖気ダクトと、
    下端に入口を有し、かつ上端に出口を有する冷却空気ダクトと、
    暖気ダクト内の空気を加熱するとともに、冷却空気ダクト内の空気を冷却するように配置された熱電装置と、
    熱電装置によって冷却されるように配置されたエレベータ構成要素と、
    を備え、
    暖気ダクトから流出した空気が冷却空気ダクトからの空気を上方に引き込むように、冷却空気ダクトの出口は、暖気ダクトの出口に対して配置されることを特徴とするエレベータシステムの温度制御システム。
12. 暖気ダクトの入口および冷却空気ダクトの入口は、ファンネルから空気を受けることを特徴とする請求項１１に記載の温度制御システム。
13. 前記入口の各々は、エレベータシステムの昇降路内で上方に流れる空気を受けるように配置されることを特徴とする請求項１１に記載の温度制御システム。
14. 前記入口の各々は、昇降路の上端部分に配置されることを特徴とする請求項１３に記載の温度制御システム。
15. エレベータ構成要素は、冷却空気ダクト内で熱電装置よりも上方に配置されることを特徴とする請求項１１に記載の温度制御システム。
16. 暖気ダクトの出口および冷却空気ダクトの出口に接続される排出ダクトをさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の温度制御システム。
17. エレベータ構成要素を冷却する方法であって、
    昇降路内を上方に流れる空気を集めるステップと、
    上方に流れる空気を冷却空気ダクトおよび暖気ダクトに導くステップと、
    冷却空気ダクトを流れる空気を熱電装置で冷却するステップと、
    冷却空気ダクトを流れる空気でエレベータ構成要素を冷却するステップと、
    を含むことを特徴とするエレベータの構成要素を冷却する方法。
18. 冷却空気ダクト内を流れる空気を排出ダクトへと上方に引き込むステップをさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 前記引き込むステップが、空気を冷却空気ダクトから排出ダクト内に引き込むように、冷却空気ダクトの出口に沿って暖気ダクトから暖気流を導くことを含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
20. 空気は、冷却空気ダクトおよび暖気ダクトを通って実質的に上方に流れることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
21. 前記空気を集めるステップが、昇降路の下端部においてなされることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
22. 冷却空気ダクトおよび暖気ダクトは、互いに熱的に絶縁されていることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
23. エレベータ構成要素は、熱電装置と接触することを特徴とする請求項１７に記載の方法。

Images