WO2022201543A1 - エレベータの制御盤 - Google Patents

Abstract

エレベータの制御盤（１３）は、発熱素子１を有する複数の発熱モジュール（２）と、複数の発熱モジュール（２）が重力方向に並んで搭載されたベース板（５）と、ベース板（５）に上部が露出するように埋め込まれたヒートパイプ（１０）と、ヒートパイプ（１０）のベース板（５）からの露出部に設けられた第１フィン（６）と、を備えたものである。エレベータの制御盤（１３）は、複数の発熱モジュール（２）のベース板（５）への搭載面の反対側の面のうち、複数の発熱モジュール（２）のうち最も上に位置する上部発熱モジュール（２ａ）の搭載面に対向する部分に、第２フィン（７）が設けられていることを特徴とする。

Description

エレベータの制御盤

　本開示は、エレベータの制御盤に関するものである。

　エレベータの動作制御に用いる制御盤を冷却するための技術として、例えば、特許文献１にはヒートパイプ式冷却装置に関する技術が開示されている。特許文献１に記載のヒートパイプ式冷却装置は、被除熱対象物である主回路素子等の発熱モジュールからの熱を上部の放熱フィンまで輸送するヒートパイプを備えるものである。

日本特許第６３１５７０４号公報

　特許文献１に記載の従来技術においては、重力方向に複数配置された発熱モジュールのうち最も上に位置する発熱モジュールのみが発熱した場合、熱がヒートパイプの下部に封入された液体状態の作動媒体に伝わってヒートパイプが機能するまでに時間を要する。このため、従来技術においては、例えば、エレベータの動作の立ち上がり時において、発熱モジュールが一時的に急激に高温になってしまうという課題があった。

　本開示は、上記のような課題を解決するためのものである。本開示の目的は、発熱モジュールの急激な温度上昇を抑制することを可能とするエレベータの制御盤を得ることである。

　本開示に係るエレベータの制御盤は、発熱素子を有する複数の発熱モジュールと、複数の発熱モジュールが重力方向に並んで搭載されたベース板と、ベース板に上部が露出するように埋め込まれたヒートパイプと、ヒートパイプのベース板からの露出部に設けられた第１フィンと、を備えたものである。本開示に係るエレベータの制御盤は、複数の発熱モジュールのベース板への搭載面の反対側の面のうち、複数の発熱モジュールのうち最も上に位置する発熱モジュールの搭載面に対向する部分に、第２フィンが設けられていることを特徴とする。

　本開示に係るエレベータの制御盤によれば、発熱モジュールの急激な温度上昇を抑制することが可能となる。

実施の形態１によるエレベータの制御盤を示す斜視図である。 実施の形態１によるエレベータの制御盤を示す断面模式図である。 従来のヒートパイプ式冷却装置における発熱モジュールの温度と時間との関係を示すグラフである。 実施の形態１における上部発熱モジュールの温度と時間との関係と、従来技術における上部発熱モジュールの温度と時間との関係と、を比較して示すグラフである。 実施の形態１の第１変形例を示す断面模式図である。 実施の形態１の第２変形例を示す断面模式図である。

　以下、実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。なお、各図において共通または対応する要素には、同一の符号を付すものとし、本開示では、重複する説明を簡略化または省略する。なお、本開示は、以下に説明する実施の形態に限定されるものではなく、以下の実施の形態によって開示される構成のあらゆる組合せおよび変形例を含み得るものである。

実施の形態１．
　図１は、実施の形態１によるエレベータの制御盤を示す斜視図である。図２は、実施の形態１によるエレベータの制御盤を示す断面模式図である。エレベータの制御盤は、エレベータの昇降動作を制御するために用いられるものである。以下、本実施の形態に係るエレベータの制御盤を、符号を付して「制御盤１３」と表記する。

　制御盤１３は、発熱素子１を有する複数の発熱モジュール２を備える。発熱素子１は、動作時に発熱する平板型素子である。発熱素子１に供給される電流量は、エレベータの動きに応じて変動する。発熱素子１の発熱量は、エレベータの動きに応じて変動する。発熱モジュール２は、複数の発熱素子１を有するモジュールである。発熱モジュール２には、例えば、各種のインバータ等が該当する。

　制御盤１３は、複数の発熱モジュール２が搭載されるベース板５を備える。ベース板５は、金属製の板状の部材である。発熱素子１の発熱は、発熱モジュール２とベース板５との接触面側へ伝わる。複数の発熱モジュール２は、ベース板５上において重力方向に並べて配置されている。なお、発熱モジュール２の数が多い場合は、当該発熱モジュール２は、図１に示すように、重力方向と垂直な方向にも並べて配置される。

　上述したように、発熱素子１の発熱量は、エレベータの動きに応じて変動する。このため、エレベータの動き次第では、複数の発熱モジュール２のうちの何れか特定の発熱モジュール２に発熱が集中する場合がある。以降、本実施の形態では、発熱素子１の発熱と発熱モジュール２の発熱とは、同意として取り扱う。

　ベース板５に搭載された複数の発熱モジュール２のうち、重力方向の最も上に位置する発熱モジュール２を、上部発熱モジュール２ａとする。また、ベース板５に搭載された複数の発熱モジュール２のうち、重力方向の最も下に位置する発熱モジュール２を、下部発熱モジュール２ｂとする。

　制御盤１３は、複数のヒートパイプ１０を備える。一例として、制御盤１３は、複数のヒートパイプ１０を備える。制御盤１３は、ヒートパイプ１０の長手方向が重力方向と平行となるように設置される。ヒートパイプ１０は、重力方向に沿ってベース板５を貫通するように設置される。

　ヒートパイプ１０の長さは、ベース板５の重力方向における長さよりも長い。ヒートパイプ１０は、ベース板５に、上部が露出するように埋め込まれている。なお、ヒートパイプ１０の下端は、ベース板５の下端よりも下方に位置していてもよいし上方に位置していてもよい。

　ヒートパイプ１０は、密閉された中空の管である。ヒートパイプ１０の内部には、少量の作動媒体１１が封入されている。作動媒体１１は、通常、液体状態である。本実施の形態において、上部発熱モジュール２ａは、ヒートパイプ１０の内部の作動媒体１１から、重力方向において、離れた位置に配置されている。上部発熱モジュール２ａは、ヒートパイプ１０内の液溜りよりも上方に位置している。

　下部発熱モジュール２ｂの下端は、ヒートパイプ１０の内部の作動媒体１１の液面１２よりも下方に位置している。すなわち、下部発熱モジュール２ｂの一部は、重力方向において作動媒体１１と重なる位置にある。

　制御盤１３は、作動媒体１１から離れた上部発熱モジュール２ａの発熱量よりも作動媒体１１に近い下部発熱モジュール２ｂの発熱量の方が大きくなるように構成されていることが望ましい。

　ヒートパイプ１０のベース板５からの露出部には、複数枚の第１フィン６が設けられている。発熱モジュール２で発生した熱は、ベース板５を介してヒートパイプ１０に伝わる。ヒートパイプ１０に伝わった熱は、ヒートパイプ１０の上部へと輸送されて第１フィン６に伝わる。第１フィン６は、発熱モジュール２からの熱を放出する放熱フィンとして機能する。

　第１フィン６は、当該第１フィン６の平面部がヒートパイプ１０の長手方向に対して垂直となるように配置される。同様の向きに揃えられた複数の第１フィン６は、ヒートパイプ１０の長手方向に並べて配置される。複数のヒートパイプ１０のそれぞれは、複数の第１フィン６を貫通する。

　また、本実施の形態に係る制御盤１３は、複数の第２フィン７を備えることを特徴としている。第２フィン７は、第１フィン６と同様に、放熱フィンとして機能する部材である。第２フィン７は、ベース板５の、発熱モジュール２の搭載面の反対側の面に取り付けられている。第２フィン７は、当該第２フィン７の平面部がベース板５の平面部と垂直になるように設けられている。複数の第２フィン７は、ベース板５の厚み方向および重力方向に対して垂直な方向に並んで配置されている。

　第２フィン７は、重力方向において上部発熱モジュール２ａと重なる位置に設けられる。第２フィン７は、複数の発熱モジュール２のベース板５への搭載面の反対側の面のうち、上部発熱モジュール２ａの搭載面に対向する部分に、設けられている。

　なお、第２フィン７は、ベース板５と一体成型されていてもよい。また、第２フィン７を備えるヒートシンクを、ベース板５に取り付けてもよい。

　本実施の形態において、ベース板５は、発熱モジュール２からの熱をヒートパイプ１０および第２フィン７に伝える必要がある。このため、ベース板５は、比較的熱伝導率の大きい銅またはアルミ等によって形成されていることが好ましい。一例として、ベース板５の材料には、低コスト且つ軽量なアルミが採用される。

　また、制御盤１３は、例えば、第１フィン６および第２フィン７を冷却するファン８を備えていてもよい。一例として、制御盤１３は、複数のファン８および当該ファン８の通風路を形成するダクト９を備える。

　ダクト９は、ファン８による送風が第１フィン６と第２フィン７とのフィン間を通るように通風路を形成する。ファン８は、ダクト９によって形成された通風路の一端側に設けられる。ファン８により発生する風が、第１フィン６および第２フィン７のフィン間を通り、各フィンの表面を冷却する。これにより、各フィンによる放熱が促進される。なお、ファン８の個数は、１つでも複数でもよい。

　ここで、発熱モジュール２の冷却過程について説明する。発熱モジュール２からの熱は、ベース板５を介してヒートパイプ１０に伝わる。ヒートパイプ１０に伝わった熱は、当該ヒートパイプ１０の下部に溜まっている液体状態の作動媒体１１に伝わる。液体状態の作動媒体１１は、発熱モジュール２の発熱によって温められ、沸騰あるいは蒸発する。蒸気となった作動媒体１１は、ヒートパイプ１０の管内で上方に上る。

　蒸気がヒートパイプ１０の第１フィン６が設けられている部分まで到達すると、当該蒸気が蓄えた熱は、ヒートパイプ１０を介して第１フィン６に伝わる。第１フィン６に伝わった熱は、空気中に放熱される。ヒートパイプ１０の内部で熱を奪われた蒸気は、凝縮されて液体状態の作動媒体１１に戻る。低温の液体状態になった作動媒体１１は、ヒートパイプ１０の内壁を伝ってヒートパイプ１０内の下部に戻る。液体状態の作動媒体１１は、再び発熱モジュール２から熱を貰って蒸発する。このように、ヒートパイプ１０に封入された作動媒体１１が、蒸発と凝縮とを繰り返すことによって、発熱モジュール２が冷却される。

　従来のヒートパイプ式冷却装置は、上述した第２フィン７を備えていないものである。比較例として、従来のヒートパイプ式冷却装置における発熱モジュールの温度変化について説明する。図３は、従来のヒートパイプ式冷却装置における発熱モジュール２の温度と時間との関係を示すグラフである。図３においては、上部発熱モジュール２ａのみが発熱した場合を実線で、下部発熱モジュール２ｂが発熱した場合を破線で、それぞれ示している。

　図３の破線で示す下部発熱モジュール２ｂが発熱する条件では、発熱箇所がヒートパイプ１０内の作動媒体１１に近いため、発熱の立ち上がりと共にヒートパイプ１０が機能し始める。発熱モジュール２の最大温度は、飽和時の温度と同等となる。

　一方、図３の実線で示す上部発熱モジュール２ａのみが発熱する条件では、ヒートパイプ１０が機能するまでの間、一時的に発熱モジュール２の温度が急激に上昇してしまう。ヒートパイプ１０が機能するまでの間とは、すなわち、熱が作動媒体１１に伝わって、当該作動媒体１１が蒸発して凝縮され、冷たい液体状態の作動媒体１１が下降してくるまでの間を意味する。これは、上部発熱モジュール２ａからの熱が作動媒体１１に伝わるまでに時間を要するためである。図３の実線で示す例において、上部発熱モジュール２ａの最大温度は、ヒートパイプ１０が機能し始める直前の温度となる。この温度は飽和時の温度よりも高くなる。

　このように、従来のヒートパイプ式冷却装置においては、上部発熱モジュール２ａのみが発熱した場合、上部発熱モジュール２ａは、すぐには冷却されず、一時的に急激な温度上昇をしてしまっていた。発熱モジュール２を適切に動作させるためには、飽和時までにおける最大温度を許容温度以下とする必要がある。従来技術においては、上部発熱モジュール２ａのみが発熱した場合において、発熱の立ち上がり時における急激な温度上昇を抑制することが求められていた。

　このような課題を解決するために、本実施の形態に係る制御盤１３は、上述した第２フィン７を備えることを特徴としている。第２フィン７が設けられている制御盤１３によれば、上部発熱モジュール２ａのみが発熱した場合における急激な温度上昇を抑制することが可能となる。

　本実施の形態における、上部発熱モジュール２ａのみが発熱した場合の冷却過程について説明する。上部発熱モジュール２ａで発生した熱は、ベース板５に伝わる。ベース板５に伝わった熱の一部は、従来技術と同様に、ヒートパイプ１０へと伝わる。また、残りの熱は、ベース板５から第２フィン７へと伝わる。第２フィン７へ伝わった熱は、第２フィン７のフィン間を流れる空気へと放熱される。本実施の形態では、上部発熱モジュール２ａで発生した熱の一部を第２フィン７に逃がすことで、上部発熱モジュール２ａの最大温度を低減することが可能となる。

　図４は、実施の形態１における上部発熱モジュール２ａの温度と時間との関係と、従来技術における上部発熱モジュール２ａの温度と時間との関係と、を比較して示すグラフである。図４においては、第２フィン７が無い従来の場合を実線で、第２フィン７が有る本実施の形態の場合を破線で、それぞれ示している。

　第２フィン７を設けることによって、熱の一部が当該第２フィン７へ逃げ、ベース板５から作動媒体１１への伝熱量を低減することができる。これにより、ヒートパイプ１０が機能し始める直前の最大温度を低減することが可能となる。

　例えば、第２フィン７の放熱面積が大きい場合、ヒートパイプ１０への伝熱量が小さくなり、上部発熱モジュール２ａで発生した熱の大部分が第２フィン７へ伝わることも考えられる。この場合、ヒートパイプ１０は機能せずに、立ち上がり時の急激な温度上昇も生じず、飽和時の温度と最大温度とが同等になる。このように、第２フィン７が大きい場合にも、上部発熱モジュール２ａの急激な温度上昇が抑制される。

　下部発熱モジュール２ｂは、低温となって凝縮した作動媒体１１がヒートパイプ１０の管壁を伝って降りてくることで冷却される。低温となった作動媒体１１が上部から下降して下部発熱モジュール２ｂに到達する経路の途中にある上部発熱モジュール２ａが高温である場合、作動媒体１１はこの上部発熱モジュール２ａによって蒸発を開始する可能性がある。すなわち、低温の液体状態の作動媒体１１が下部発熱モジュール２ｂの位置まで戻らない可能性がある。本実施の形態では、第２フィン７によって上部発熱モジュール２ａを冷却して低温にすることが可能であるため、このような可能性を低減することができる。

　ファン８による送風方向は、第２フィン７を通過後に第１フィン６を通過するようにしてもよいし、逆に第１フィン６を通過後に第２フィン７を通過するようにしてもよい。特に、ファン８による送風方向は、第２フィンを通過した後に前記第１フィンを通過するように構成することが望ましい。本構成によれば、第２フィン７およびベース板５の発熱モジュール２の搭載面の反対側の面に、冷たい風を効果的に当てることができる。本構成によれば、第２フィン７による上部発熱モジュール２ａの冷却効果をより効果的に得ることができる。

　また、図５は、実施の形態１の第１変形例を示す断面模式図である。図５は、制御盤１３を第２フィン７の位置で重力方向に垂直に切った断面を模式的に示している。本変形例では、複数の第２フィン７が並ぶ方向において、少なくとも１つの発熱素子１と、少なくとも１つの第２フィン７と、が互いに重なる位置に配置されている。本変形例の構成によれば、発熱素子１から第２フィン７までの距離を短くすることができる。これにより、熱抵抗が低減され、上部発熱モジュール２ａの温度を効率よく低減することが可能となる。

　また、図６は、実施の形態１の第２変形例を示す断面模式図である。図６は、制御盤１３を第２フィン７の位置で重力方向に垂直に切った断面を模式的に示している。本変形例では、複数の第２フィン７が並ぶ方向において、少なくとも１つの第２フィン７が、ヒートパイプ１０と重ならないように配置されている。すなわち、複数の第２フィン７が並ぶ方向において、複数のヒートパイプ１０の間に第２フィン７の少なくとも１つが配置されている。

　ヒートパイプ１０が機能し始めるまでの間、当該ヒートパイプ１０の内部の大部分は気体が占めている。気体の熱伝導率は、固体金属等に比べて極端に小さい。このため、上部発熱モジュール２ａから第２フィン７までの伝熱を考えた場合、ヒートパイプ１０を介すると熱抵抗が大きくなってしまう。そこで、本変形例のような構成を採用することで、上部発熱モジュール２ａから第２フィン７までの熱抵抗を低減するとよい。これにより、上部発熱モジュール２ａの温度を効率よく低減することが可能となる。

　本開示に係るエレベータの制御盤は、例えば、エレベータの昇降動作を制御するために利用される。

　１　発熱素子、　２　発熱モジュール、　２ａ　上部発熱モジュール、　２ｂ　下部発熱モジュール、　５　ベース板、　６　第１フィン、　７　第２フィン、　８　ファン、　９　ダクト、　１０　ヒートパイプ、１１　作動媒体、　１２　液面、　１３　制御盤

Claims (6)

1. 　発熱素子を有する複数の発熱モジュールと、
   　前記複数の発熱モジュールが重力方向に並んで搭載されたベース板と、
   　前記ベース板に上部が露出するように埋め込まれたヒートパイプと、
   　前記ヒートパイプの前記ベース板からの露出部に設けられた第１フィンと、
   　を備えたエレベータの制御盤において、
   　前記複数の発熱モジュールの前記ベース板への搭載面の反対側の面のうち、前記複数の発熱モジュールのうち最も上に位置する発熱モジュールの搭載面に対向する部分に、第２フィンが設けられていることを特徴とするエレベータの制御盤。
2. 　前記第１フィンおよび前記第２フィンを冷却するファンと、
   　前記ファンによる送風が前記第１フィンと前記第２フィンとのフィン間を通るように通風路を形成するダクトと、
   　をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のエレベータの制御盤。
3. 　前記複数の発熱モジュールのうち最も上に位置する発熱モジュールは、前記ヒートパイプ内の液溜りよりも上方に位置することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエレベータの制御盤。
4. 　前記ファンの送風方向を、前記第２フィンを通過した後に前記第１フィンを通過するように構成したことを特徴とする請求項２に記載のエレベータの制御盤。
5. 　前記第２フィンは複数設けられ、
   　少なくとも１つの前記発熱素子と少なくとも１つの前記第２フィンとが、前記第２フィンが並ぶ方向において互いに重なる位置に配置されることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載のエレベータの制御盤。
6. 　前記第２フィンは複数設けられ、
   　前記ヒートパイプは複数設けられ、
   　少なくとも１つの前記第２フィンは、前記第２フィンが並ぶ方向において、前記ヒートパイプ同士の間に配置されることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載のエレベータの制御盤。

Images