JP2008086062A - 強制風冷式電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小形で信頼性を高める。
【解決手段】電力変換装置の本体部６を風洞５ａ内に設けるとともに、換気扇９，１０をパッケージ５内の本体部５ｂ内の風洞５ａ外に設け、換気扇９，１０を可変速制御する可変速制御部１１，１２にファンを設けず、その冷却体１３，１４が風洞５ａ内に位置するように設け、この冷却体１３，１４を換気扇９，１０からの冷却風により冷却する。
【選択図】図１

Description

この発明は、強制風冷式半導体応用装置である強制風冷式電力変換装置に関するものである。

半導体応用装置は大きな発熱量を伴い、その冷却のために、強制風冷が一般的である。その送風機は、発熱量の大きさに応じて選定され、数１０ｋＷ以上であれば、有圧換気扇が用いられることも一般的である。この発明は、有圧換気扇を可変速制御してその冷却効果を高めることについてのものである。その背景となるのは、半導体応用装置を屋外用プラントパッケージ等に収納するためであり、そのために半導体応用装置をできるだけ小形化したいためである。

送風機を可変速制御することは、通常のことであり、特に特長のあることではない。しかし、半導体応用装置を冷却する送風機を可変速制御することは、あまり例がない。その理由は、送風機は大きな容量のものでも１ｋＷ以下であり、可変速制御による省エネ効果が少ないこと、また送風機が停止すれば、半導体応用装置は致命的な状態に陥るが、可変速制御する装置自体が半導体応用装置であって、ファンを持っているためであり、送風機の容量域の可変速制御部のファンには、あまり連続運転の実績がないためと思われる。ただし、可変速制御部を自然空冷で問題がない程度にディレーティングするために枠上の可変速制御部をファンレスで適用することはあった。図３は可変速制御部の内部構成図を示し、可変速制御部１は本体部（インバータ部）２、本体部２に取り付けられた冷却体（ヒートシンク）３、及び冷却体３に送風するファン４から構成されていた。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。
特開２００５−３９８９０号公報

ところで、半導体応用装置の一つである電力変換装置は、遠隔地に設置され、無人運転で長時間連続運転されることがある。このような電力変換装置において、強制風冷に用いる有圧換気扇は、電源周波数によりその風量特性が異なり、その差は動作点によっては５０％ほどの違いが生じることがある。電力変換装置においては、電源周波数がそれほどまでの違いとなって現れる部分はない。動作点によっては風量に５０％の差が生じるということは、同一の換気扇で電源周波数が５０Ｈｚの地域と６０Ｈｚの地域の全地域に対応することができないということになる。即ち、５０Ｈｚの地域では送風機を１台のところを２台にするか、あるいはさらに大容量のものにする必要がある。しかし、２台にするにしても、大容量化するにしても、電力変換装置の構造を変え、外形を大きくする必要がある。
又、仮に送風機の種類を２倍にすると、実際価格のみならず、管理面でのデメリットなどもあり、風量が小さい場合で標準化することが一般的である。又、電力変換装置を５０Ｈｚに合わせて設計し、６０Ｈｚに適用しても機能的には問題ないが、６０Ｈｚのときは騒音が大きくなることも重大な問題である。電力変換装置を屋外用プラントパッケージ（又はユニットハウス）内に収納して屋外使用するとなると、電力変換装置はできるだけ小形化した方がよい。又、従来の可変速制御部１では、長時間連続運転の実績が少ないファン４を設けていたので、この可変速制御部１を組み込んだ電力変換装置も信頼性を疑われることになった。

この発明は上記のような課題を解決するために成されたものであり、小形で信頼性の高い電力変換装置を得ることを目的とする。

この発明の請求項１に係る強制風冷式電力変換装置は、パッケージ内の風洞内に設けられた電力変換装置の本体部と、パッケージ内に設けられた電力変換装置の換気扇と、換気扇を可変速制御するとともに、ファンを有さず、冷却体が風洞内に位置するように設けられ、換気扇からの冷却風により冷却体が冷却される可変速制御部とを備えたものである。

請求項２に係る強制風冷式電力変換装置は、パッケージ内の風洞内に設けられた電力変換装置の本体部と、パッケージ内に設けられた電力変換装置の換気扇と、換気扇を可変速制御するとともに、パッケージの吸気側に設けられた扉の内面側に設けられ、ファンを有さず、冷却体が換気扇の駆動により扉内を通過する冷却風により冷却される可変速制御部とを備えたものである。

以上のようにこの発明の請求項１によれば、換気扇を可変速制御部により可変速制御しているので、冷却効率が向上するとともに、騒音が低減され、電力変換装置を小形化することができる。又、可変速制御部の冷却体を風洞内に位置させ、換気扇からの冷却風により冷却するようにし、可変速制御部にファンを設けないので、電力変換装置の信頼性を向上することができる。

又、請求項２によれば、換気扇を可変速制御部により可変速制御しているので、冷却効率が向上するとともに、騒音が低減され、電力変換装置を小形化することができる。又、可変速制御部をパッケージの扉の内面側に設け、その冷却体を扉内を通過する冷却風により冷却するようにし、可変速制御部にファンを設けないので、電力変換装置の信頼性を向上することができる。さらに、可変速制御部がパッケージの吸気側に設けられた扉の内面側に設けられているので、換気扇の低速運転を行うことにより、可変速制御部の廃熱によりパッケージ内の結露を除去することができる。

実施最良形態１
以下、この発明を実施するための最良の形態を図面とともに説明する。図１はこの発明の実施最良形態１による半導体応用装置である電力変換装置の縦断正面図であり、直流又は交流電力を入力され、所望の電圧、周波数の交流電力を出力するものである。図において、５はパッケージであり、その中央には風洞５ａが設けられ、風洞５ａ内には電力変換装置の本体部６が設けられ、風洞５ａの外周にはヒートシンク７が設けられる。この本体部６とヒートシンク７により電力変換盤８が構成され、電力変換盤８はパッケージ５の風洞５ａを含む本体部５ｂ内に収納される。本体部５ｂの上部には風路５ｃ，５ｄが形成される。

又、パッケージ５の本体部５ｂにおける風洞５ａ以外の部分の上部の風路５ｃ，５ｄには換気扇９，１０が下方に向けて設けられ、風洞５ａの上部には換気扇９，１０を可変速制御する可変速制御部１１，１２が設けられる。可変速制御部１１，１２はファンを有さず、かつ冷却体１３，１４が風洞５ａ内に位置するように設けられる。

上記構成において、換気扇９，１０を駆動すると、冷却風は風路５ｃ，５ｄの通風孔５ｅ，５ｆから矢印に示すように流入し、本体部５ｂ内に入り、ヒートシンク７を冷却して風洞５ａ内に入り、本体部６及び可変速制御部１１，１２の冷却体１３，１４を冷却した後、風路５ｃ，５ｄを通って通風孔５ｅ，５ｆから外部に排出される。

実施最良形態１においては、換気扇９，１０を可変速制御部１１，１２により可変速制御するので、冷却効率が向上し、電力変換装置を小形にすることができるとともに、周波数を自由に変えることができるので、５０Ｈｚ，６０Ｈｚに容易に対応することができ、騒音も低減することができる。又、実施最良形態１においては、可変速制御部１１，１２のファンを除去し、可変速制御部１１，１２を換気扇９，１０により冷却するようにした。電力変換装置は長時間の連続運転をすることはあっても、短時間の繰り返し運転は行わない。可変速制御部１１，１２の始動時には、換気扇９，１０は始動せず、冷却風は無いが、可変速制御部１１，１２の冷却体１３，１４の熱時定数より短い時間は自然空冷で問題はない。

上記したように、可変速制御部１１，１２は風洞５ａの上部に設け、それぞれの冷却体１３，１４は風洞５ａ内に落とし入れている。電力変換装置は大きく、可変速制御部１１，１２は非常に小さいので、可変速制御部１１，１２の設置場所は多いが、ノイズに対する考慮は必要であり、冷却も考慮して風洞５ａ内に位置させる。又、可変速制御部１１，１２には冷却体１３，１４を落とし入れるような仕組みが標準的にある。また、可変速制御部１１，１２はファンを取り外し易いようになっている。換気扇９，１０は風洞５ａ外に設けたが、換気扇９，１０は大きいので、パッケージ５内の風洞５ａ以外の部分に設けた方が全体として小形になる。

実施最良形態１によれば、換気扇９，１０を可変速制御部１１，１２により可変速制御するので、冷却効率が向上するとともに、騒音が低減され、電力変換装置を小形化することができる。又、可変速制御部１１，１２の冷却体１３，１４を風洞５ａ内に位置させ、換気扇９，１０からの冷却風により冷却するようにし、可変速制御部１１，１２にファンを設けないので、信頼性を向上することができる。さらに、大きさが大きい換気扇９，１０をパッケージ５内の風洞５ａ外に設けたので、全体的に小形にすることができる。

なお、実施最良形態１においては、電力変換装置を屋外でパッケージ５内に設けたが、屋内に設けることも可能である。パッケージ５は１種類で、小形のものでよく、価格、納期面でもメリットが大きい。

実施最良形態２
図２は実施最良形態２による電力変換装置の縦断正面図であり、パッケージ１５の中央には風洞15ａが設けられ、風洞１５ａ内には電力変換装置の本体部６が設けられ、風洞１５ａの外周にはヒートシンク７が設けられる。本体部６とヒートシンク７により電力変換盤８が構成され、電力変換盤８はパッケージ１５の風洞１５ａを含む本体部１５ｂ内に収納される。本体部１５ｂの上部には、風路１５ｃ，１５ｄが形成される。

又、風洞１５ａ内の上部には換気扇９，１０が上方に向けて設けられる。また、パッケージ１５の本体部１５ｂの両側部には吸気孔１６ａ，１７ａを有する扉１６，１７が設けられ、扉１６，１７の内面側には換気扇９，１０を可変速制御する可変速制御部１１，１２が設けられる。可変速制御部１１，１２はファンを有さず、冷却体１３，１４を扉１６，１７側にして設けられる。

上記構成において、換気扇９，１０を駆動すると、冷却風は扉１６，１７の吸気孔１６ａ，１７ａから矢印に示すように流入し、扉１６，１７内を冷却体１３，１４を冷却しながら通流し、パッケージ１５の本体部１５ｂ内に流入し、ヒートシンク７を冷却して風洞１５ａ内に入り、本体部６を冷却した後、風路１５ｃ，１５ｄを通って通風孔１５ｅ，１５ｆから流出する。

実施最良形態２においては、実施最良形態１と換気扇９，１０及び可変速制御部１１，１２の取付位置が異なる。電力変換装置は通常長時間連続運転が行われるが、保守時は夜間になることが多く、屋外設置の場合は結露の対策が必要となる。しかし、可変速制御部１１，１２のこの程度の容量では装置系列の小容量域では体格が小さい上に部品がモールド化され、たとえ結露があってもダメージは少ない。実施最良形態２の構成では、可変速制御部１１，１２がパッケージ１５の本体部１５ｂ内の吸気側に設けられているので、可変速制御部１１，１２により換気扇９，１０の低速運転を行うと、吸気流量が少なく、少ないながらも、可変速制御部１１，１２の廃熱により吸気風の温度が上がる。従って、暫くこのような吸気運転を行うことにより、パッケージ１５内の結露の除去を行う。その上で通常風量に設定を戻し、電力変換装置の運転を開始する。又、換気扇９，１０以外の部分の保守の場合でも、換気扇９，１０を低速運転して冷却風を流しておけば、結露が生じることは無い。

実施最良形態２によれば、換気扇９，１０を可変速制御部１１，１２により可変速制御するので、冷却効率が向上するとともに、騒音が低減され、電力変換装置を小形化することができる。又、可変速制御部１１，１２をパッケージ１５の扉１６，１７の内面側に設け、その冷却体１３，１４を扉１６，１７内を通過する冷却風により冷却するようにし、可変速制御部１１，１２にファンを設けないので、信頼性を向上することができる。さらに、可変速制御部１１，１２をパッケージ１５の本体部１５ｂ内の吸気側に設けられているので、換気扇９，１０の低速運転を行うことにより、可変速制御部１１，１２の廃熱によりパッケージ１５内の結露を除去することができる。

なお、扉１６，１７を開くと、可変速制御部１１，１２の操作部が手前側になり、操作を容易に行うことができる。

この発明の実施最良形態１による電力変換装置の縦断正面図である。 実施最良形態１による電力変換装置の縦断正面図である。 従来の可変速制御部の構成図である。

符号の説明

５，１５…パッケージ
５ａ，１５ａ…風洞
５ｂ，６，１５ｂ…本体部
９，１０…換気扇
１１，１２…可変速制御部
１３，１４…冷却体
１６，１７…扉
１６ａ，１７ａ…吸気孔

Claims (2)

1. パッケージ内の風洞内に設けられた電力変換装置の本体部と、パッケージ内に設けられた電力変換装置の換気扇と、換気扇を可変速制御するとともに、ファンを有さず、冷却体が風洞内に位置するように設けられ、換気扇からの冷却風により冷却体が冷却される可変速制御部とを備えたことを特徴とする強制風冷式電力変換装置。
2. パッケージ内の風洞内に設けられた電力変換装置の本体部と、パッケージ内に設けられた電力変換装置の換気扇と、換気扇を可変速制御するとともに、パッケージの吸気側に設けられた扉の内面側に設けられ、ファンを有さず、冷却体が換気扇の駆動により扉内を通過する冷却風により冷却される可変速制御部とを備えたことを特徴とする強制風冷式電力変換装置。

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