JP2014064467A - Self-cooling power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は盤内に冷却ファンが設置されず、盤内における空気の対流により盤内の自冷式電力変換器及び変圧器等を自然冷却する自冷式電力変換装置に関する。 The present invention relates to a self-cooling power converter that naturally cools a self-cooling power converter, a transformer, and the like in the panel by convection of air in the panel without a cooling fan installed in the panel.
従来、風冷式の電力変換装置として特許文献1、2、3に記載されたものがある。特許文献1には、盤内に収められた電力変換器の冷却効果を高めて電力変換器の出力容量を増大させるために、次のように構成した点が記載されている。すなわち、盤内の区画室の上部に電力変換器を設置し、この電力変換器の背面側に電力変換器の冷却フィンを包み天井の排気口へ通じる風洞と天井の排気口へ連通した排気通風路とを設け、さらに区画室上面と電力変換器との間にそれぞれ区画室から吸引し風洞へ送風する電力変換器冷却用冷却ファンと排気通路へ送風するトランス冷却用冷却ファンとを並列して設けると共に、トランス冷却用冷却ファンの送風の一部が風洞へ送られるように風洞の下方の開口をトランス冷却用冷却ファンの一部に被るように拡げるようにしたものである。
Conventionally, there are air-cooled power conversion devices described in
特許文献2には、変圧器装置の上に無停電電源装置を積み重ねた配置にする場合でも、装置の信頼性を低下させずに変圧器の寸法が大きくなるのを回避できるようにするため、次のように構成した点が記載されている。すなわち、変圧器冷却ファンを収納した変圧器装置箱の上に、電力変換器冷却ファンを収納した無停電電源装置箱を積み重ね、電力変換器冷却ファンの運転で、変圧器装置箱に収納した各種変圧器を冷却できるように、無停電電源装置箱の底板の吸気孔と変圧器装置箱の天井部の排気孔とを一致した位置に開口させたものである。
In
特許文献3には、キュービクル内に収納している複数の電力変換器を直列で冷却する際の冷却ファンの寿命を短縮させず、制御回路用冷却ファンを省略できるようにするため、次のように構成した点が記載されている。すなわち、複数組の電力変換器と、該各電力変換器を制御する制御回路とを仕切板で分離して設置し、電力変換器用冷却ファンの吸気側に複数の電力変換器の略半数設置し、残余の電力変換器は電力変換器用冷却ファンの排気側に設置したものである。
In
特許文献1、2、3のいずれも強制空冷方式でファンにより外気を盤内に積極的に引き込むので、塵埃などによる影響がある場合がある。また、この塵埃対策のためにエアフィルタを設けるなどの対応が必要になり、定期的なファンの交換と、エアフィルタの保守点検、清掃作業が必要であった。
In any of
本発明は、定期的なファンの交換と、エアフィルタの保守点検、清掃作業が極力省略できる自冷式電力変換装置を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the self-cooling type | mold power converter device which can abbreviate | omit periodic fan replacement | exchange, an air filter maintenance inspection, and a cleaning operation as much as possible.
本発明は、前記目的を達成するため、請求項1に対応する発明は、盤内に、少なくとも自冷式電力変換器の主回路と、変圧器と、リアクトルと、コンデンサと、前記電力変換器の制御回路とを収納し、これらが電気的に接続される自冷式電力変換装置において、前記盤内に上下方向に設置され、内部空間を仕切り、その背面側の底部側に前記変圧器を、その上部側に前記リアクトル、前記電力変換器の主回路を構成する半導体素子を冷却するヒートパイプを収納する第1の用品収納室並びにその内部空間仕切りの正面側に前記自冷式電力変換器の制御回路を収納する第2の用品収納室を形成するものであって、下部に開口部を有する仕切り体と、前記盤を構成する互いに対向する壁面であって、その底部側に形成した外気を内部に取り込む吸気口並びに天井部に形成した前記盤内の空気を自然対流により排気可能な排気口と、前記盤内であって前記変圧器及び前記リアクトルからの放熱が前記ヒートパイプに伝わらないようにする仕切りダクトと、を具備し、前記変圧器の発熱により前記第1の用品収納室内に生ずる自然対流による冷却風が前記変圧器及び前記リアクトルを冷却して前記排気口から放出されると共に、前記第2の用品収納室内の空気の自然対流により前記電力変換器の制御回路を冷却するようにした自冷式電力変換装置である。
In order to achieve the above object, the invention corresponding to
本発明によれば、塵埃等の影響を最小限にすることができ、定期的なファンの交換と、エアフィルタの保守点検、清掃作業が極力省略できる自冷式電力変換装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a self-cooling power conversion device that can minimize the influence of dust and the like, and can eliminate periodic fan replacement, air filter maintenance, and cleaning as much as possible. it can.
図1は、本発明の自冷式電力変換装置の概略の回路図ある。自冷式電力変換器の主回路(例えばIGBTユニットからなるインバータ)1と、変圧器2と、直流側ブレーカ3と、開閉器4と、交流側ブレーカ5と、リアクトル6と、コンデンサ7と、直流電流検出器8と、交流電流検出器9と、位相制御回路21と電力制御回路22を含む制御回路20、その他から成っている。このような自冷式電力変換装置は、入力側例えば太陽電池30に接続され、出力側は交流電力系統40に接続される。
FIG. 1 is a schematic circuit diagram of the self-cooling power conversion device of the present invention. A main circuit (for example, an inverter made of an IGBT unit) 1 of the self-cooling type power converter, a
図2及び図3は、それぞれ図1の自冷式電力変換装置の概略構成を示す斜視図及び図1の自冷式電力変換装置の縦断面図である。具体的には。密閉された盤10内に、少なくとも自冷式電力変換器の主回路(図1の1)と、変圧器2と、リアクトル6と、コンデンサ7と、電力変換器の制御回路20とを収納し、これらが図1のように電気的に接続されたものであって、以下のように構成されている。
2 and 3 are a perspective view showing a schematic configuration of the self-cooling power conversion device of FIG. 1 and a longitudinal sectional view of the self-cooling power conversion device of FIG. 1, respectively. In particular. In the sealed
ほぼ直方体状であって縦長の盤10内に上下方向に設置され、内部空間を仕切り、その背面側の底部側に変圧器2を、その上部側にリアクトル6、電力変換器の主回路1を構成する半導体素子を冷却するヒートパイプ15を収納する第1の用品収納室(主回路換気エリア)11並びにその内部空間仕切りの正面側に自冷式電力変換器の主回路1及びその下部側に電力変換器の制御回路20を収納する第2の用品収納室(制御/基板エリア)12を形成するものであって、下部に開口部141を有する仕切り体14と、盤10を構成する互いに対向する壁面であって、その底部側に形成した外気を内部に取り込む吸気口12、13並びに天井部に形成した前記盤内の空気を自然対流により排気可能な排気口142とを具備したものである。
It is a substantially rectangular parallelepiped and is installed vertically in a vertically
このような構成において、変圧器2の発熱により第1の用品収納室11内に生ずる自然対流による冷却風が変圧器2及びリアクトル6を冷却して排気口142から放出されると共に、第2の用品収納室12内の空気の自然対流により電力変換器の制御回路及び前記電力変換器の主回路1を冷却することができ、これにより従来必要としていた冷却ファン及び吸気口のフィルタを設けなくてもすむという効果が得られる。
In such a configuration, cooling air by natural convection generated in the first article storage chamber 11 due to heat generated by the
盤10内は前述したように仕切り体14で第2の用品収納室12と、第1の用品収納室11に仕切られている。制御回路20を構成する位相制御回路21と電力制御回路22を含む基板、入出力回路等の発熱量が小さく、積極的な冷却を必要としない制御エリヤを盤内比較的熱を出さないが、塵埃による影響を受けやすい用品を扉裏面及び仕切り体14の正面側の第2の用品収納室12に設置してある。
As described above, the inside of the
一方、ヒートパイプ(変換器用放熱器)15、変圧器2、リアクトル6などの発熱量が大きく積極的な換気を行い冷却する必要があり、比較的塵埃に強い用品を仕切り体14の背面側の第1の用品収納室11に配置し通風経路を分離することで、発熱量が大きく積極的な換気を行い冷却する耐環境性能を向上させることが可能となる。
On the other hand, it is necessary to cool the heat pipe (converter radiator) 15,
従来は前述したように冷却ファンによる強制空冷を行っており、通風経路も以上のような分離もないので塵埃の多い環境では装置に悪影響を及ぼしていた。また、頻繁なエアフィルタの交換も必要であり、保守にかかる費用も大きかった。 Conventionally, forced air cooling by a cooling fan is performed as described above, and the ventilation path is not separated as described above, so that the apparatus is adversely affected in a dusty environment. Also, frequent air filter replacement was necessary, and maintenance costs were high.
本発明は、以上述べた構成以外に次のような特徴がある。すなわち、盤10内であって変圧器2及びリアクトル6からの放熱がヒートパイプ15に伝わらないようにする仕切りダクト16を備えている。
The present invention has the following features in addition to the configuration described above. That is, a
図4(a)は、カバー16内にヒートパイプ15収納した状態を示し、図4(b)はカバー16を外した状態のヒートパイプ15と電力変換器の主回路1を示している。電力変換器の主回路1を構成している半導体の内部とヒートパイプ1の内部には、純水が循環できるようになっており、これによって電力変換器の主回路1を構成している半導体自体を冷却している。
4A shows a state in which the
また、第1の用品収納室11内であって用品収納室を構成する壁面と、変圧器2の上下方向の外周面の間を仕切り、変圧器2の放熱により発生する対流空気が変圧器2の外周面に沿って上昇するように、変圧器2の外周面との間に隙間が形成されるようにした風向体17を備えている。
Further, the wall of the first article storage chamber 11 that constitutes the article storage chamber is separated from the outer peripheral surface of the
さらに盤10は、この内部の空気が煙突効果で対流が可能な構成例えば盤内部高さを1000mmを超えるようにし、第1の用品収納室11内はダクトのような作用をするようになっている。
Further, the
以上述べた構成を基本とし、屋外又は屋内、屋外及び屋内のいずれにも設置できるように、盤の構成にすることもできる。 Based on the above-described configuration, the panel can be configured so that it can be installed outdoors, indoors, outdoors or indoors.
以上述べた盤構成は、図面に示すように内側配設する枠部材を直方体状に組み合わせた枠体と、この枠体の外側に複数の側板を貼り合わせたものとなっているが、これに限らず複数の側板同士を結合したような構成であってもよい。 The panel configuration described above is a frame in which frame members arranged inside are combined in a rectangular parallelepiped shape as shown in the drawing, and a plurality of side plates are bonded to the outside of the frame. The configuration is not limited, and a plurality of side plates may be combined.
1…主回路、2…変圧器、3…直流側ブレーカ、4…開閉器、5…交流側ブレーカ、6…リアクトル、7…コンデンサ、8…直流電流検出器、9…交流電流検出器、10…盤、11…第1の用品収納室、12…第2の用品収納室、12、13…吸気口、14…仕切り体、15…ヒートパイプ、16…仕切りダクト、16…カバー、17…風向体、20…制御回路、21…位相制御回路、22…電力制御回路、30…太陽電池、40…交流電力系統、141…開口部、142…排気口
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記盤内に上下方向に設置され、内部空間を仕切り、その背面側の底部側に前記変圧器を、その上部側に前記リアクトル、前記電力変換器の主回路を構成する半導体素子を冷却するヒートパイプを収納する第1の用品収納室並びにその内部空間仕切りの正面側に前記自冷式電力変換器の制御回路を収納する第2の用品収納室を形成するものであって、下部に開口部を有する仕切り体と、
前記盤を構成する互いに対向する壁面であって、その底部側に形成した外気を内部に取り込む吸気口並びに天井部に形成した前記盤内の空気を自然対流により排気可能な排気口と、
前記盤内であって前記変圧器及び前記リアクトルからの放熱が前記ヒートパイプに伝わらないようにする仕切りダクトと、
を具備し、前記変圧器の発熱により前記第1の用品収納室内に生ずる自然対流による冷却風が前記変圧器及び前記リアクトルを冷却して前記排気口から放出されると共に、前記第2の用品収納室内の空気の自然対流により前記電力変換器の制御回路を冷却するようにしたことを特徴とする自冷式電力変換装置。 In the panel, at least the main circuit of the self-cooling power converter, the transformer, the reactor, the capacitor, and the control circuit of the power converter are housed, and the self-cooling power in which these are electrically connected In the conversion device,
Heat that is installed vertically in the panel, partitions the internal space, cools the transformer on the bottom side on the back side, the reactor on the top side, and the semiconductor elements that constitute the main circuit of the power converter A first product storage chamber for storing the pipe and a second product storage chamber for storing the control circuit of the self-cooling type power converter on the front side of the internal space partition; A partition having
An air inlet that takes in outside air that is formed on the bottom side of the wall surface that constitutes the board and that is formed on the bottom side thereof, and an air outlet that is capable of exhausting air in the board formed on the ceiling by natural convection,
A partition duct that prevents heat dissipation from the transformer and the reactor from being transmitted to the heat pipe in the panel;
Cooling air generated by natural convection generated in the first article storage chamber due to heat generated by the transformer is cooled by the transformer and the reactor and discharged from the exhaust port, and the second article storage. A self-cooling type power converter, wherein a control circuit of the power converter is cooled by natural convection of indoor air.
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