JP2009296836A - 機器冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 乱流の発生を防止する。
【解決手段】 筐体２には、空気導入口２０と、これと離れた位置にあるファン２２とが設けられ、これらの間に空気流通路が形成されている。空気流通路は、空気導入口２０からから始まり、途中で複数の分岐空気流通路に分岐し、その後に各分岐空気流通路が合流してファン２２に向かう。各分岐空気流通路内にＩＧＢＴ３８、３８ａが配置されている。ＩＧＢＴ３８、３８ａの間に、これらを冷却してきた空気をファン２２側に向かわせる案内部材４８、４８ａが設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電気機器や電子機器において使用される部品を冷却する機器冷却装置に関し、特に空気冷却するものに関する。

例えば無停電電源装置等に用いられている電力変換装置は、商用交流電力を直流電力に変換するコンバータと、このコンバータから出力される直流電力を所望の周波数の交流電力に変換するインバータとを有している。これらコンバータとインバータとの間には直流メインコンデンサが配置され、互いに接続されたコンバータの出力側とインバータとの間に接続されている。コンバータやインバータには、例えばＩＧＢＴのように損失によって発熱する発熱部品が用いられている。この無停電電源装置の回路全体の損失を減少させるために、発熱部品を冷却する必要があった。この冷却構造としては、例えば特許文献１に開示されたようなものがある。

特許文献１の技術では、筐体の内部を遮蔽板で仕切り、遮蔽板の一方の面側にある筐体の一部に空気導入口を形成し、遮蔽板の他方の面側にファンを設け、遮蔽板に複数の空気流通口を間隔をおいて設けてある。遮蔽板の一方の面側に導入された空気が遮蔽板の各空気流通口を通って遮蔽板の他方の面側に導入され、ファンによって筐体内から排出するように構成されている。遮蔽板の一方の面側の各空気流通口の付近にそれぞれ発熱部品が配置され、空気によって冷却される。

特開２００６−８７２１２号公報

特許文献１の技術によれば、それぞれ発熱部品を冷却することができるが、例えば遮蔽板の他方の面における空気流通口の近傍に発熱部品を配置し、かつ各空気流通口から遮蔽板の他方の面側に流入し、各発熱部品を冷却した空気が合流して、ファンによって排気されるようにすることがある。このような場合、各発熱部品を冷却した空気が衝突して乱流を発生させ、空気が流れにくくなり、圧力損失が悪化することがある。

本発明は、冷却空気が合流する際に乱流を発生させにくい機器冷却装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様の機器冷却装置は、筐体を有している。筐体は、例えば電気機器または電子機器を収容するものである。筐体は、空気流入手段を有している。空気流入手段は、例えば筐体に設けた空気導入口とすることができる。空気流入手段は、空気導入口の他に空気を強制的に導入する空気強制導入手段、例えば空気導入用のファンを備えることもできる。空気流入手段は、１つだけ設けることもできるし、異なる位置にそれぞれ設けることもできる。筐体内において、空気流入手段と離れた位置に、空気排出手段が設けられている。空気排出手段としては、例えば筐体に設けた空気排出口とすることができ、この空気排出口から空気を強制的に排出するための強制排出手段、例えばファンを備えるものとすることもできる。空気流入手段と空気排出手段との間には、複数の空気流通路が形成されている。各空気流通路は、合流して前記空気排出手段に向かう。各空気流通路内に電気部品が配置されている。電気部品としては、自身が発熱するものや、他のものが発生した熱に晒されたくないものを使用することができる。前記空気流通路の合流位置に案内部材が設けられている。案内部材は、前記空気流通路を流れてきた空気を、前記空気排出手段側に向かわせるように案内する。

このように構成すると、空気流通路を通過した空気は、案内部材が設けられていない場合、互いに衝突して乱流を発生させるが、案内部材が設けられているので、各空気流通路を流通した空気は、案内部材によって案内され互いに衝突することはない。従って、乱流が発生せず、空気が円滑に流れ、圧力損失が悪化することはない。

前記各空気流通路は、ほぼ同一直線上に位置し、前記合流位置は前記直線上に位置するものとすることができる。この場合、前記案内部材は、前記各空気流通路に対して斜めに配置されて前記空気を前記直線の同一側方に案内し、前記各案内部材の前記側方側の端部はほぼ接近して位置している。

さらに、各案内部材の前記側方側の端部には、前記案内部材と反対側に直線状に伸びる直線状部を形成することもできる。

本発明の他の態様の機器空気冷却装置も筐体を有している。筐体は、内部が区画壁によって第１及び第２の部屋に実質的に区画されている。前記区画壁には第１及び第２の部屋を連通させる空気流通口が、前記区画壁の長さ方向に沿って間隔をおいて少なくとも２つ形成されている。第１の部屋には空気流入手段が設けられ、第２の部屋には空気排出手段が設けられている。空気流入手段及び空気排出手段は、先に述べた態様における空気流入手段及び空気排出手段と同一のものである。第２の部屋内における前記空気流通口を介して第１の部屋から第２の部屋に流入した空気を前記空気流通口の間で合流させる少なくとも２つの空気流通路をそれぞれ形成するように、少なくとも２つの空気流通路形成手段が、第２の部屋内の前記各空気流通口の付近に設けられている。前記各空気流通路内に少なくとも２つの放熱体が配置されている。前記各空気流通路の合流位置において、案内手段が、前記各空気流通路を流れた空気を、前記各空気流通路の側方に案内する。

このように構成された機器冷却装置では、各空気流通路を流れて放熱体を冷却した空気は、合流位置で案内部材によって側方に案内されるので、衝突することはなく、乱流を発生させることはない。

前記案内部材は、前記各空気流通路に対して斜めに配置されて前記空気を前記各空気流通路の同一側方に案内するものとすることができる。この場合、前記各案内部材の前記側方側の端部はほぼ接近して位置している。

さらに、前記各案内部材の前記側方側の端部には、前記案内部材と反対側に直線状に伸びる直線状部を構成することもできる。

上記の態様において、前記各放熱体には、それぞれ要冷却の電気部品を配置することができる。この場合、これら電気部品は、前記区画壁を貫通して第１の部屋側に突出している。第１の部屋側における前記電気部品の間に別の電気部品が配置されている。前記別の電気部品と、前記電気部品とは、第１の部屋に配置された接続具によって接続されている。前記接続具は、前記電気部品間に位置する板状の絶縁物と、この絶縁物の前記区画壁側に設けられた導体と、前記絶縁物の前記別の電気部品側の面に設けられた別の導体とによって、構成されている。

さらに、前記電気部品は、製流用及びインバータ用の半導体装置であり、前記別の電気部品は、平滑用コンデンサとすることができる。

以上のように、本発明によれば、空気の乱流の発生を防止でき、圧力損失の悪化を防止することができる。

本発明の１実施形態の機器冷却装置は、例えば無停電電源装置や溶接機等の電気機器に実施されたもので、図１に示すように、筐体２を有している。筐体２は、例えば縦長の直方体状に構成されている。筐体２は、間隔を隔てて配置された主壁４、６と、これら主壁４、６の上端部を繋ぐ上壁８と、主壁４、６の下端部を繋ぐ下壁１０とを、備えている。さらに、主壁４、６の両側端部をそれぞれ繋ぐ側壁も有している。

上壁８における主壁４、６方向の中途から下壁１０方向に向けて区画壁１２が伸延している。これによって、筐体２の内部は、第１及び第２の部屋、例えば部屋１４、１６に区画されている。なお、区画壁１２の先端は、下壁１０には到達しておらず、区画壁１２の先端と下壁１０との間に、空気流通口１８が形成されている。

主壁４の下部には、空気流入手段、例えば、空気導入口２０が、複数上下方向に形成されている。なお、これら空気導入口２０に対応する部屋１４内の位置に部屋１４内に空気を流入させるためのファンを設けることもできる。

部屋１６内の上壁８には、空気排出手段、例えばファン２２が設けられている。ファン２２は、上壁８に形成した空気排出口２４に取り付けられている。なお、空気導入口２０側にファンを設けた場合、ファン２２を省略することも可能である。

部屋１６の下壁１０上には、無停電電源装置や溶接機等に使用される変圧器２６が配置されている。この変圧器２６は、ファン２２を駆動することによって空気導入口２０から部屋１４に流入し、空気流通口１８を介して部屋１６に流入し、ファン２２によって排出される空気によって冷却される。

変圧器２６よりも上部の区画壁１２上には、上下方向に間隔をあけて２つの貫通孔２８、２８ａが形成されている下方にある貫通孔２８には、空気流通路形成手段、例えばダクト３２が設けられている。ダクト３２は、部屋１６側に位置するように貫通孔２８に取り付けられている。ダクト３２は貫通孔２８よりも一回り小さい開口を有し、この開口の上部に放熱体３４が取り付けられ、開口が空気流入口３６となる。放熱体３４は、ダクト３２の上部開口から一部が突出している。従って、空気流入口３６から流入した空気が放熱体３４の間を抜けて、空気流出口３７から上方に向かう空気流通路が形成されている。

同様に、上方にある貫通孔２８ａにも、空気流通路形成手段、例えばダクト３２ａが設けられ、これは、放熱体３４ａ、空気流入口３６ａ、空気流出口３７ａを有している。但し、空気流入口３６ａは、上壁８側に位置し、空気流出口３７ａが下方に位置している。空気流入口３６ａから流入した空気が放熱体３４ａの間を抜けて、空気流出口３７ａから下方に向かう空気流通路が形成されている。これらダクト３２、３２ａは、同一直線上に位置し、ダクト３２、３２ａの空気流出口３７、３７ａは、間隔をおいて対向し、空気流出口３７、３７ａから流出した空気は、これらの中間で合流する。

図２に示すように、各貫通孔２８、２８ａ、各ダクト３２、３２ａは、横方向に複数、例えば３個ずつ設けられている。各ダクト３２の放熱体３４には、コンバータ構成用の半導体スイッチング素子、例えばＩＧＢＴ３８が、図１に示すように取り付けられ、部屋１４側に突出している。コンバータは、例えば変圧器２６によって変圧された三相交流電圧を整流するものである。この整流された三相交流電圧は、部屋１４に設けた複数の平滑用コンデンサ４０によって直流化される。また、各ダクト３２ａの放熱体３４ａには、インバータ構成用の半導体スイッチング素子、例えばＩＧＢＴ３８ａが、ＩＧＢＴ３８と同様に取り付けられ、平滑用コンデンサ４０から供給される直流化された電圧を高周波電圧に変換する。各平滑用コンデンサ４０は、間隔をあけて配置されている。

これら各ＩＧＢＴ３８、３８ａ、平滑用コンデンサ４０を接続するために、部屋１４側に区画壁１２に接近して、平行導体板４２が配置されている。平行導体板４２は、絶縁物で形成された板状体４４、４４ａの区画壁１２側と、これの反対側とに、それぞれ導体４６、４６ａを形成したものである。もし平行導体板４２を使用せずに通常の接続ラインでＩＧＢＴ３８、３８ａ、平滑用コンデンサ４０を接続すると、接続ラインがリアクタとして作用して、ＩＧＢＴ３８、３８ａがオフになる瞬間にＩＧＢＴ３８、３８ａに接続ラインによるリアクタから電流が流れ、ノイズが発生する。このノイズの発生を阻止するためには、ＩＧＢＴ３８、３８ａの間の接続距離はできる限り短く、かつ接続ラインにはリアクタンスの少ないものを使用するのが望ましい。そのため、平行導体板４２を使用している。

通常、ダクト３２ａは、ダクト３２と同様に上方から空気が抜けるように配置するが、平行導体板４２を設けた関係上、ダクト３２ａは、ダクト３２と逆向きに取り付けて、空気流入口３６ａが上方に位置するようにしている。そのため、上述したように空気流出口３７、３７ａが対向しており、空気流出口３７、３７ａから流出した空気は、これらの中間で衝突し、乱流を発生させる。この乱流の発生を防止するために、空気流出口３７、３７ａの間の空気の合流位置には、案内部材４８、４８ａが設けられている。

案内部材４８は、空気流出口３７に対して斜めに配置された板状体で、その基端が区画壁１２に固定され、先端が主壁６側に向かって斜め上方に位置している。案内部材４８ａは、空気流出口３７ａに対して斜めに配置された板状体で、その基端が区画壁１２に固定され、先端が主壁６側に向かって斜め下方に位置している。これら案内部材４８、４８ａの先端が互いに接し、側面形状が三角形をなしている。これら案内部材４８、４８ａの互いに接した先端から、主壁８側に向かって直線状部５０が主壁８に対して垂直に伸びている。直線状部５０は、ダクト３２、３２ａの背面付近まで伸びていて、変圧器２６を通過してきた空気の流れを阻害することはない。空気流出口３７から流出した空気は、案内部材４８、直線状部５０に案内されて、変圧器２６を冷却してきた空気と円滑に合流し、空気流出口３７ａから流出した空気は、案内部材４８ａ、直線状部５０に案内されて、変圧器２６を冷却してきた空気と円滑に合流し、空気流出口３７、３７ａから流出した空気が衝突して乱流を生成することはない。

なお、筐体２内には、上述した以外の電気部品も配置されているが、それらについては図示を省略している。

このように構成された機器冷却装置では、ファン２２を駆動すると、空気導入口２０、２０から空気が流入し、空気流入口１８を介して部屋１６に入り、上述したように変圧器２６を冷却して、ファン２２によって筐体２の外部に排出される。一方、部屋１４内の空気の一部は、空気流入口３６を介してダクト３２内に入り、放熱体３４の間を通過して、放熱体３４に取り付けられているＩＧＢＴ３８を冷却する。また、部屋１４内の空気の残りのものは、各平滑コンデンサ４０の間、平滑コンデンサ４０と主壁４との間、平行導体板４２を通過して、これらを冷却した後、空気流入口３６ａからダクト３２ａ内に入り、放熱体３４ａの間を通過して、放熱体３４ａに取り付けられているＩＧＢＴ３８ａを冷却する。

ダクト３２、３２ａの空気流出口３７、３７ａから流出した空気は、案内部材４８、４８ａ、直線状部５０によって案内されて向きを変えて、変圧器２６を冷却してきた空気と円滑に合流し、ファン２２によって筐体２の外部に排出される。従って、空気流出口３７、３７ａから流出した空気による乱流は発生しない。なお、直線状部５０によって案内された空気の一部は、筐体２の主壁６に衝突し、これを冷却するので、筐体２全体が高温になることを防止できる。また、空気導入口２０から流入した空気が、分岐されて、その一方が変圧器２６を冷却し、他方がＩＧＢＴ３８、３８ａを冷却するので、温度が低い空気によって、これらを冷却することができ、放熱効果が高く、筐体２内の回路の損失を小さくすることができる。また、図示していないが、平滑用コンデンサ４０と下壁１０との間に配置されている部品も、空気導入口２０から流入した空気によって冷却されるし、変圧器２６の上方に位置する図示していない部品も、変圧器２６の間を通過してきた空気によって冷却される。

上記の実施形態では、案内部材４８、４８ａは、板状体を用いて、両者で側面形状がほぼ三角形となるように構成したが、図３（ａ）に示すように、主壁６側に凸な半円状の側面形状を持つ案内部材１４８を使用することもできる。この場合、案内部材１４８の中央に主壁６側に向かう直線状部１５０を設けており、ダクト３２、３２ａの流出口３７、３７ａから流出した空気は、案内部材１４８の凸面に沿って主壁６側に向かう。また、図３（ｂ）に示すように、主壁６側に凹にそれぞれ形成した円弧状の案内部材２４８、２４８ａを使用することもできる。この場合、案内部材２４８、２４８ａの主壁６側の端部に一体に直線状部２５０、２５０ａを設け、両者を接触させて配置してあり、ダクト３２、３２ａの流出口３７、３７ａから流出した空気は、案内部材１４８の凸面に沿って主壁６側に向かう。或いは、図３（ｃ）に示すように円弧状の案内部材２４８、２４８ａの設置位置を主壁６側にずらせ、かつ案内部材２４８、２４８ａの間隔を図３（ｂ）の場合よりも広げて、ダクト３２、３２ａの流出口３７、３７ａから流出した空気が案内部材２４８、２４８ａの凸面側を通過して、直線状部２５０、２５０ａの間を通るようにすることもできる。

上記の実施形態では、直線状部５０、１５０、２５０、２５０ａを設けた例を示したが、これらを除去することもできる。また、上記の実施形態では、ファン２２を上壁８に設けたが、場合によっては主壁６に設けることもできる。また、上記の実施形態では、変圧器２６を下壁１０側に設けたが、上壁８側に設けることもできる。この場合、空気流入口１８は不要である。

上記の実施形態では、発熱部品であるＩＧＢＴ３８、３８ａを冷却するように構成したが、発熱部品を冷却した各空気が流れ、それら空気が合流する場合に、これら空気の合流する付近に熱に弱い部品を互いに接近させて配置する場合にも、上述したような案内部材を配置することによって、これら熱に弱い部品の温度上昇を防止することができる。

上記の実施形態では、縦長の筐体２を使用したが、これに限ったものではなく、例えば筐体２を横倒しにした状態で使用することもできる。また、上記の実施形態では、区画壁１２の上下に間隔をおいて配置された空気流入口３６、３６ａを通過した空気が合流する位置に案内部材２８を設けたが、これに限ったものはなく、例えば筐体の対向する２つの壁面にそれぞれ空気流入口を設け、これら２つの空気流入口から流入した空気が合流する位置に、これら空気流入口とは異なる別の位置に形成した空気排出用のファンが設けられている方向を向くように案内部材を設けることもできる。

本発明の１実施形態の機器冷却装置の縦断側面図である。 図１の機器冷却装置の一部の背面図である。 図１の機器冷却装置に使用する案内部材の変形例を示す図である。

符号の説明

２ 筐体
１２ 区画壁
２０ 空気導入口
２２ ファン（空気排出手段）
３４ 放熱体
３６ ３６ａ 空気流入口
３８ ３８ａ ＩＧＢＴ（電気部品）

Claims (8)

1. 空気流入手段と、これと離れた位置にある空気排出手段と、複数の空気流通路とを、有し、前記各空気流通路を通過した空気が合流して前記空気排出手段に向かう筐体と、
   前記各空気流通路内に配置された電気部品と、
   前記各空気流通路の合流位置に設けられ、前記各空気流通路を流れてきた空気を、前記空気排出手段側に向かわせるように案内する案内部材とを、
   有する機器冷却装置。
2. 請求項１記載の機器冷却装置において、前記各空気流通路は、ほぼ同一直線上に位置し、前記合流位置は前記直線上に位置し、前記案内部材は、前記各空気流通路に対して斜めに配置されて前記空気を前記直線の同一側方に案内し、前記各案内部材の前記側方側の端部はほぼ接近して位置している機器冷却装置。
3. 請求項２記載の機器冷却装置において、前記各案内部材の前記側方側の端部には、前記案内部材と反対側に直線状に伸びる直線状部が形成されている機器冷却装置。
4. 内部が区画壁によって第１及び第２の部屋に実質的に区画され、前記区画壁には第１及び第２の部屋を連通させる空気流通口が、前記区画壁の長さ方向に沿って間隔をおいて少なくとも２つ形成され、第１の部屋には空気流入手段が設けられ、第２の部屋には空気排出手段が設けられている筐体と、
   第２の部屋内における前記空気流通口を介して第１の部屋から第２の部屋に流入した空気を前記空気流通口の間で合流させる少なくとも２つの空気流通路をそれぞれ形成するように第２の部屋内の前記各空気流通口の付近に設けられた少なくとも２つの空気流通路形成手段と、
   前記各空気流通路内に配置された少なくとも２つの放熱体と、
   前記各空気流通路の合流位置において、前記各空気流通路を流れた空気を、前記各空気流通路の側方に案内する案内手段とを、
   具備する機器冷却装置。
5. 請求項４記載の機器冷却装置において、前記案内部材は、前記各空気流通路に対して斜めに配置されて前記空気を前記各空気流通路の同一側方に案内し、前記各案内部材の前記側方側の端部はほぼ接近して位置している機器冷却装置。
6. 請求項５記載の機器冷却装置において、前記各案内部材の前記側方側の端部には、前記案内部材と反対側に直線状に伸びる直線状部が形成されている機器冷却装置。
7. 請求項４記載の機器冷却装置において、前記各放熱体には、それぞれ要冷却の電気部品が配置され、これら電気部品は、前記区画壁を貫通して第１の部屋側に突出し、第１の部屋側における前記電気部品の間に別の電気部品が配置され、前記別の電気部品と、前記電気部品とは、第１の部屋に配置された接続具によって接続され、前記接続具は、前記電気部品間に位置する板状の絶縁物と、この絶縁物の前記区画壁側に設けられた導体と、前記絶縁物の前記別の電気部品側の面に設けられた別の導体とによって、構成されている機器冷却装置。
8. 請求項７記載の機器冷却装置において、前記電気部品は、製流用及びインバータ用の半導体装置であり、前記別の電気部品は、平滑用コンデンサである機器冷却装置。
   

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