JP2004281489A

JP2004281489A - 自冷式電力変換装置

Info

Publication number: JP2004281489A
Application number: JP2003067565A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Takahashi; 伸広高橋
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-03-13
Filing date: 2003-03-13
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】エアフィルタを用いることなく、冷却性能を向上させ、装置の小型化を可能とする自冷式電力変換装置を提供する。
【解決手段】筐体内部に収納した電気用品を外気により冷却するように構成された自冷式電力変換装置において、前記変換装置の筐体に設けた吸気口部位及び前記変換装置の屋根に設けた排気口部位に外気の風圧により動作する風圧式シャッタを設けているので、冷却性能の向上により装置の小型化と保守・メンテナンスの必要性を最小限に抑えることができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自冷式電力変換装置に係わり、特に電力用半導体素子、素子冷却用のヒートパイプ式冷却器等の電気用品を備えた自冷式電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電力用変換装置は電力用半導体素子の大容量化・高速化に伴い発熱損失が増大する傾向にある。このため電力用半導体素子用冷却装置の冷却効率の向上を図り、発熱損失の増大に対応し、電力用変換装置の大型化を避けることが重要な技術課題となっている。
【０００３】
図６に示すように、従来の自冷式電力変換装置１は、通常屋外に設置されており、冷却器、電力用半導体素子、導体などの電気用品２を収納した筐体３と、屋根４から構成されている。ファン等の強制冷却系を持たない自然対流により冷却を行う自冷式電力変換装置の場合、装置の通電により筐体内部の電力用半導体素子等の電気用品２の発熱を図示しない冷却器より放熱し、この放熱により加熱された筐体内部の空気が上昇気流を発生することで、筐体内部に流れが生ずる。この流れにより筐体内外での圧力差が生じることで、筐体面に設けた吸気口５より外気が流入し屋根４の軒下に設けた排気口６より排出されるというサイクルを繰り返すことで電気用品２の冷却が行われる。
【０００４】
ところで、ファン等の強制冷却機構を持つ屋外用の電力変換装置の場合は、吸気口にエアフィルタ等を設けることが一般的であるが、ファン等の強制冷却系を持たない電力変換装置の場合は、圧力損失が増加し冷却性能への影響が避けられないため、必ずしもエアフィルタを設けるものではない。
以上のように構成された電力変換装置はインバータや整流器等の用途に多く使われており、電力分野では必要不可欠な装置となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来の自冷式電力変換装置では、吸気の圧力損失の増加に伴い装置の冷却性能の低下が避けられないため、エアフィルタ等を設けることが困難であった。また、エアフィルタを設けた場合、冷却性能を維持するためには換気口面積を拡大する必要があるが、これでは装置の大型化が避けられなかった。
【０００６】
また特許文献１に記載のように、箱体本体の上部のカバー側面に吸気口を設け、この吸気口と直角位置に排気口を設け、上記カバーの排気口に逆流防止シャッタを取り付けた箱体の通風装置が提案されているが、この箱体を屋外に設置した場合は、シャッタ開状態で吸排気口より雨水が浸入するという不具合があり、またシャッタの開閉とファンの動作を連動するため、強制冷却式が採られており、装置の大型化が避けられなかった。
【０００７】
【特許文献１】
特開平３−１７５４８４号公報
【０００８】
本発明は、上記情況に対処するためになされたもので、その課題は、エアフィルタを用いることなく、冷却性能を向上させ、装置の小型化を可能とする自冷式電力変換装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、請求項１記載の発明は、筐体内部に収納した電気用品を外気により冷却するように構成された自冷式電力変換装置において、前記変換装置の筐体の側面に設けた吸気口部位及び前記変換装置の屋根の軒下に設けた排気口部位に外気の風圧により動作する風圧式シャッタを設けたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、筐体内部に収納した電気用品を外気により冷却するように構成された自冷式電力変換装置において、前記変換装置の筐体の側面に設けた吸気口部位及び前記変換装置の屋根の内部に外気の風圧により動作する風圧式ダンパを設けたことを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、筐体内部に収納した電気用品を外気により冷却するように構成された自冷式電力変換装置において、前記変換装置の筐体の側面に設けた吸気口部位及び前記変換装置の屋根の内部にダクトを形成し、このダクトに外気の風圧により動作する風圧式シャッタを設けたことを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、筐体内部に収納した電気用品を外気により冷却するように構成された自冷式電力変換装置において、前記変換装置の筐体の側面に設けた吸気口部位及び前記変換装置の屋根の内部にダクトを形成し、このダクトに外気の風圧により動作する風圧式ダンパを設けたことを特徴とする。
【００１３】
請求項１ないし４記載の発明によると、ダンパ及びシャッタはエアフィルタと同等の性能を有するので、装置の小型化と保守・メンテナンスを最小限に抑えることができる。
【００１４】
請求項５記載の発明は、筐体内部に収納した電気用品を外気により冷却するように構成された自冷式電力変換装置において、前記変換装置の筐体の側面に設けた吸気口部位及び前記変換装置の屋根の内部に複数のダクトを設けたことを特徴とする。
請求項５記載の発明によると、複数のダクトによる煙突効果により冷却性能を向上させることができる。
【００１５】
請求項６記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の自冷式電力変換装置において、前記風圧式シャッタ及びダンパは開閉動作の設定値を調節できる調節機構を有することを特徴とする。
請求項６記載の発明によると、シャッタ及びダンパの開閉動作の設定値を調節できるので、適正な風量とすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図を参照して説明する。
図１は本発明の第１実施形態の自冷式電力変換装置の概略図であり、同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は風圧式シャッタの開状態、同図（ｃ）は風圧式シャッタの閉状態を示す図である。
【００１７】
図に示すように、本実施形態は、自冷式電力変換装置１の屋根の軒下に設けた排気口６に外気の風圧により動作する風圧式シャッタ７を設けた構成に特徴がある。
【００１８】
屋外に設置される電力変換装置の場合は、吸気口５を筐体３の側面に設け、排気口６を屋根４の軒下に設けた構造とすることが多い。またこれらの吸排気口においては、強制風冷の場合にはエアフィルタを設ける。しかしながら、自然冷却の電力変換装置において、エアフィルタなどを設けると、装置の冷却効率が低下するために換気面積を拡大する必要が生じることから装置の大型化が避けられなかった。
【００１９】
そこで、本実施形態では外気の風圧により開閉する風圧式シャッタ７を設けている。外気の流速が排気の流速を上回ると風圧によりシャッタが閉となることで、エアフィルタの役割と代替が可能となる。すなわち、通常風圧式シャッタ７は図１（ｂ）に示すように、シャッタ部７ａは開状態となっているが、排気の流速より流入する外気の流速が大きくなった場合は図１（ｃ）に示すようにシャッタ部７ａは閉状態となるように構成されている。この風圧式シャッタ７の開閉動作の設定値は限定されるものではなく、また外気が装置全ての面方向から吹きつけることは無いため、風圧式シャッタ７を屋根の軒下部分に複数設置することで、全ての風圧式シャッタ７が閉じることはなく冷却性能への影響を無くすことができる。
【００２０】
上述したように、本実施形態によると、換気面積を拡大する必要がないことから、装置の大型化を避けることができる。また、風圧式シャッタ７は外気の風圧により動作する機構であればよく、その形状や構造は本実施形態のように限定するものではない。
【００２１】
図２は本発明の第２実施形態の自冷式電力変換装置の概略図であり、同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は屋根排気口部の側面図、同図（ｃ）は屋根排気口の正面図である。
【００２２】
図に示すように、本実施形態は、屋外に設置される自冷式電力変換装置１の屋根４の軒下に設けた排気口８部位に風圧により開閉する風圧式ダンパ１１を設けた構成に特徴がある。
【００２３】
第１実施形態のように屋外に設置される自冷式電力変換装置１では、冷却性能が低下するためエアフィルタを設けることが困難であるので、外気の風圧により開閉する風圧式シャッタを設けているが、本実施例もこの風圧式シャッタと同等の機能を有する風圧式ダンパ９を設けることで、エアフィルタの役割を代替可能としたものである。
【００２４】
すなわち、風圧式ダンパ９は図２（ｂ）に示すように、通常開状態となっており、筐体３内より加熱された空気が排気されているが、排気の流速より流入する外気の流速が大きくなった場合、図２（ｃ）の点線で示すように閉状態となるように構成されている。この風圧式ダンパ９の開閉動作の設定値は限定されるものではなく、また外気が装置全ての面方向から吹きつけることは無いため、風圧式ダンパ９を複数設置することで、全ての風圧式ダンパ９が閉じることはなく冷却性能への影響を無くすことができる。
【００２５】
したがって、本実施形態によると、換気面積を拡大する必要がないことから、装置の大型化を避けることができる。また風圧式ダンパは外気の風圧により動作する機構であればよく、その形状や構造を本実施形態のように限定するものではない。
【００２６】
図３は、本発明の第３実施形態の自冷式電力変換装置の概略図であり、同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は屋根部の拡大図である。
図に示すように本実施形態は、屋外に設置される電力変換装置１の屋根４の内部に設けたダクト部１０に風圧により開閉する風圧式シャッタ７を設けた構成に特徴がある。
【００２７】
本実施形態は上記のように、ダクト部１０を設けることでダクトによる煙突効果で冷却性能が向上し、且つダクト部１０に設けた風圧式シャッタ７により塵埃の侵入を抑制するためエアフィルタを設ける必要が無く、換気面積の拡大の必要も無いので、装置の大型化を避けることができる。更に屋根４内部はダクト部１０があるため、屋根内部に空気の断熱層１１が形成される。この断熱層１１により太陽輻射熱による装置内部の温度上昇を抑制する効果もある。風圧式シャッタ７は通常開放した状態となっているが、排気の流速より流入する外気の流速が大きくなった場合閉じる機構となっている。また風圧式シャッタの開閉動作の設定値は限定されるものではなく、その形状や構造は本実施形態のように限定されるものではない。なお、外気が装置全ての面方向から吹きつけることは無いため、風圧式シャッタ７を複数設置することで、全ての風圧式シャッタ７が閉じることはなく冷却性能への影響を無くすことができる。
【００２８】
図４は本発明の第４実施形態の自冷式電力変換装置の概略図であり、同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は屋根部の拡大図である。
図に示すように、本実施形態は、屋外に設置される自冷式電力変換装置１の屋根４内部に設けたダクト部１０に風圧により開閉する風圧式ダンパ１２を設けた構成に特徴がある。
【００２９】
本実施形態は上記のように、ダクト部１０を設けることでダクトによる煙突効果で冷却性能が向上し、且つダクト部に設けた風圧式ダンパ１２がエアフィルタの代替となり換気面積の拡大の必要も無いので、装置の大型化を避けることができる。更に屋根４内部はダクト部１０があるため、屋根内部に空気の断熱層１１が形成されるため、太陽輻射熱による装置内部の温度上昇を抑制する効果もある。風圧式ダンパ１２は通常開放した状態となっているが、排気の流速より流入する外気の流速が大きくなった場合閉じる機構となっている。また風圧式ダンパの開閉動作の設定値は限定されるものではなく、その形状や構造は本実施形態のように限定されるものではない。なお、外気が装置全ての面方向から吹きつけることは無いため、風圧式ダンパ１２を複数設置することで、全ての風圧式ダンパ１２が閉じることはなく冷却性能への影響を無くすことができる。
【００３０】
図５は本発明の第５実施形態の自冷式電力変換装置の概略図であり、同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は屋根内部に設置されるダクトの斜視図である。
図に示すように、本実施形態は、屋外に設置される自冷式電力変換装置１の屋根４内部に複数のダクト１３を設けた構造に特徴がある。
【００３１】
本実施形態は上記したように、複数のダクト１３を設けることでダクトによる煙突効果で上昇気流の流速が増し冷却性能が向上する。これに加えてダクト１３の形状はノズルに似た形状となるため逆方向からの外気の流入に対する損失は大きくなり外気の流入を抑制し、かつダクト１３による煙突効果で排気の流速が増加することで冷却性能が向上し装置の小型化を図ることができる。また上昇した空気がスムーズに外部に排出するようにダクト１３は複数設けかつ各ダクト１３間はある間隔を持たせて配置する。なお、本実施形態は装置内部にダクト１３を設けることにあり、その形状、構造、数量を限定するものではない。
【００３２】
本発明の第６実施形態を図１を参照して説明する。
本実施形態は図１（ｂ）および（ｃ）に示す風圧式シャッタ及び風圧式ダンパの調節機構に関するものである。
【００３３】
風圧式シャッタ７は図１（ｂ）に示すように通常開状態にあるが、外気の流入によりシャッタ７に生じる風圧が排気による圧力より大きくなると図１（ｃ）に示すように閉状態になる特性を持っている。このシャッタ７の可動する軸部分にバネ等の調節機構を設け、冷却風量が適正になるようにシャッタ７の動作設定値を可変する構成としたものである。
【００３４】
一般的に、砂埃が生じる風速は５．５ｍ／ｓ〜８．０ｍ／ｓと定義されるため、シャッタの動作設定風速は５．０ｍ／ｓ以上に設定すると砂埃等の筐体内への侵入を防ぐことができる。風圧式ダンパにも本実施形態と同様の調節機構を持たせることで、本実施形態と同様の効果が得られる。なお、調節機構についてはその形状・材質を限定するものではない。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、自然対流により冷却を行う自冷式電力変換装置において、エアフィルタと同等の性能を有するダンパ及びシャッタを設けることで、冷却性能の向上が図られ装置の小型化を実現するとともに、保守・メンテナンスの必要性を最小限に抑えられる自冷式電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の自冷式電力変換装置の概略図。
【図２】本発明の第２実施形態の自冷式電力変換装置の概略図。
【図３】本発明の第３実施形態の自冷式電力変換装置の概略図。
【図４】本発明の第４実施形態の自冷式電力変換装置の概略図。
【図５】本発明の第５実施形態の自冷式電力変換装置の概略図。
【図６】従来の自冷式電力変換装置の概念図。
【符号の説明】
１…自冷式電力変換装置、２…電気用品、３…筐体、４…屋根、５…吸気口、６…排気口、７…風圧式シャッタ、７ａ…シャッタ部、８…屋根排気口、９…風圧式ダンパ、１０…ダクト、１１…断熱層、１２…風圧式ダンパ、１３…ダクト。

Claims

筐体内部に収納した電気用品を外気により冷却するように構成された自冷式電力変換装置において、前記変換装置の筐体の側面に設けた吸気口部位及び前記変換装置の屋根の軒下に設けた排気口部位に外気の風圧により動作する風圧式シャッタを設けたことを特徴とする自冷式電力変換装置。
筐体内部に収納した電気用品を外気により冷却するように構成された自冷式電力変換装置において、前記変換装置の筐体の側面に設けた吸気口部位及び前記変換装置の屋根の内部に外気の風圧により動作する風圧式ダンパを設けたことを特徴とする自冷式電力変換装置。
筐体内部に収納した電気用品を外気により冷却するように構成された自冷式電力変換装置において、前記変換装置の筐体の側面に設けた吸気口部位及び前記変換装置の屋根の内部にダクトを形成し、このダクトに外気の風圧により動作する風圧式シャッタを設けたことを特徴とする自冷式電力変換装置。
筐体内部に収納した電気用品を外気により冷却するように構成された自冷式電力変換装置において、前記変換装置の筐体の側面に設けた吸気口部位及び前記変換装置の屋根の内部にダクトを形成し、このダクトに外気の風圧により動作する風圧式ダンパを設けたことを特徴とする自冷式電力変換装置。
筐体内部に収納した電気用品を外気により冷却するように構成された自冷式電力変換装置において、前記変換装置の筐体の側面に設けた吸気口部位及び前記変換装置の屋根の内部に複数のダクトを設けたことを特徴とする自冷式電力変換装置。
請求項１ないし４のいずれかに記載の自冷式電力変換装置において、前記風圧式シャッタ及びダンパは開閉動作の設定値を調節できる調節機構を有することを特徴とする自冷式電力変換装置。