JP2014090640A - 電力変換装置の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で、天井部にメンテナンススペースのない場所であっても、側面に排気用ファンを設置し、電力変換装置が必要とする風量を確保する。
【解決手段】筐体に半導体電力変換ユニットを収納した変換器盤と、該変換器盤と連通し、その側面側に配置された制御盤と、前記変換器盤の正面に形成された冷却風吸気部と、前記変換器盤の上面に配設され、前記制御盤と連通した排気用ダクトと、前記制御盤の側面に配設された排気用ファンと、前記変換器盤の内部に、前記冷却風吸気部で吸気された冷却風を前記半導体電力変換ユニットを介して前記制御盤に供給する風洞とを備え、前記冷却風吸気部から前記風洞を介し、前記排気用ファンに至る第１の冷却風通路と、前記冷却風吸気部から前記排気用ダクトを介し、前記排気用ファンに至る第２の冷却風通路とを形成したことを特徴とする電力変換装置の冷却装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、筐体内に配置した電力変換装置を冷却する電力変換装置の冷却装置に関する。

半導体電力変換装置では、主回路を構成する半導体電力変換ユニットと、主回路等の発熱機器を冷却する部分と、制御プリント板の電気機器で構成した制御ユニットを冷却する部分とを、それぞれ個別の盤（筐体）に分離して収納するようにしている。

特に、発熱量の多い主回路を収納する盤（筐体）では、正面に吸気口を設けて天井に設置した排気用ファンで排気する強制換気方式を採用している（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１に記載の従来例では、正面の吸気口から導入した冷却風により半導体電力変換ユニットが強制風冷され、その排気が天井に設置された排気用ファンで排気されるようにした構成が開示されている。

特開２００７−７４８６５号公報

上記特許文献１に記載された従来例にあっては、筐体の上面に排気用ファンを設置している。このとき、排気用ファンと設置場所の設備の天井部との間には、排気用ファンの直径１／２以上のメンテナンススペースを空ける必要がある。このスペースを確保できない場合には、排気用ファンの吐出風量が低下してしまう。

だが、近年の電力変換装置は小型化及び省スペース化が求められているため、設置場所にスペース上の余裕がない場合が多くある。このようなときには、筐体の上面と設置場所の設備の天井部との間に、上記のメンテナンススペースを確保することができないため、冷却効率が低下してしまう。

そこで、排気用ファンを筐体の側面に設置することがある。しかし、その場合、冷却風が筐体の正面の吸気口から導入され、筐体の内部を通過して側面の排気用ファンへ至り、外部へ排気されるまでの筐体内の風路において、大きな圧力損失が生じてしまい、半導体電力変換ユニットの冷却に必要とする風量を確保できないという未解決の課題があった。

大きな圧力損失が生じる原因としては、電力変換装置が必要とする風量に対して、筐体内の風路の断面積が小さいことが挙げられる。
また、排気用ファンが筐体の側面に配置されていることにより、筐体内の風路が途中で曲げられ、圧力損失が増加してしまうことも原因である。

そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、スペースに余裕がない設置場所においても、簡易な構成で必要な風量を確保することができる電力変換装置の冷却装置を提供することを目的としている。

前記の目的を達成するために、本発明によれば、筐体に半導体電力変換ユニットを収納した変換器盤と、該変換器盤と連通し、その側面側に配置された制御盤と、前記変換器盤の正面に形成された冷却風吸気部と、前記変換器盤の上面に配設され、前記制御盤と連通した排気用ダクトと、前記制御盤の側面に配設された排気用ファンと、前記変換器盤の内部に、前記冷却風吸気部で吸気された冷却風を前記半導体電力変換ユニットを介して前記制御盤に供給する風洞とを備え、前記冷却風吸気部から前記風洞を介し、前記排気用ファンに至る第１の冷却風通路と、前記冷却風吸気部から前記排気用ダクトを介し、前記排気用ファンに至る第２の冷却風通路とを形成したことを特徴とする電力変換装置の冷却装置とする。

また、本発明によれば、上記の構成において、前記排気用ダクトと対向する位置に前記排気用ファンが配設されていることを特徴とする電力変換装置の冷却装置とする。
また、本発明によれば、上記の構成において、前記風洞と対向する位置に前記排気用ファンが配設されていることを特徴とする電力変換装置の冷却装置とする。

また、前記の目的を達成するために、本発明によれば、筐体に半導体電力変換ユニットを収納した変換器盤と、該変換器盤と連通し、その右側面側に配置された第１の制御盤と、前記変換器盤と連通し、その左側面側に配置された第２の制御盤と、前記変換器盤の正面に形成された冷却風吸気部と、前記変換器盤の上面に配設され、前記第１及び第２の制御盤と連通した排気用ダクトと、前記第１の制御盤の側面に配設された第１の排気用ファンと、前記第２の制御盤の側面に配設された第２の排気用ファンと、前記変換器盤の内部に、前記冷却風吸気部で吸気された冷却風を前記半導体電力変換ユニットを介して前記第１及び第２の制御盤に供給する風洞とを備え、前記冷却風吸気部から前記風洞を介し、前記第１の排気用ファンに至る第１の冷却風通路と、前記冷却風吸気部から前記排気用ダクトを介し、前記第１の排気用ファンに至る第２の冷却風通路と、前記冷却風吸気部から前記風洞を介し、前記第２の排気用ファンに至る第３の冷却風通路と、前記冷却風吸気部から前記排気用ダクトを介し、前記第２の排気用ファンに至る第４の冷却風通路とを形成したことを特徴とする電力変換装置の冷却装置とする。

また、本発明によれば、上記の構成において、前記排気用ダクトと対向する位置に前記第１及び第２の排気用ファンが配設されていることを特徴とする電力変換装置の冷却装置とする。

また、本発明によれば、上記の構成において、前記風洞と対向する位置に前記第１及び第２の排気用ファンが配設されていることを特徴とする電力変換装置の冷却装置とする。

本発明により、スペースに余裕がない設置場所においても、簡易な構成で必要な風量を確保することができる電力変換装置の冷却装置を実現することができる。

本発明の実施例を示す正面図である。 本発明の実施例を示す右側面図である。

以下に、図面を参照しながら、本発明の実施の一形態について説明する。ただし、以下の記載は、あくまでも本発明の例示であり、これに限定されるものではない。つまり、当分野で通常の知識を有する者によって、本発明の技術的思想内で多くの変形実施を行うことが可能である。

〔本発明の実施例の構成〕
以下、図１及び２により、本発明の実施例の構成を説明する。
図１は、本発明の実施例を示す正面図である。図２は、本発明の実施例を示す右側面図である。１は筐体、２ａ及び２ｂは変換器盤、３ａ及び３ｂは制御盤、４ａ及び４ｂは半導体電力変換ユニット、５は冷却風吸気口、６ｇ及び６ｈは排気用ファン、７は排気用ファン収納部、８は盤内風洞、９は排気用ダクト、１０ｃ〜１０ｆは連通部、１１は冷却風である。

筐体１（盤）は、直方体形状に形成されている。この筐体１は、半導体電力変換ユニット４ａ及び４ｂを収納する変換器盤２ａ及び２ｂと、この半導体電力変換ユニット４ａ及び４ｂを制御する機器を収納した制御盤３ａ及び３ｂとから構成されている。

筐体１の略中央部には、変換器盤２ａ及び２ｂが整列配置されている。変換器盤２ａ及び２ｂの正面部には、４つの冷却風吸気口５が形成されている。
変換器盤２ａの左側面側には、制御盤３ａが配設されている。変換器盤２ｂの右側面側には、制御盤３ｂが配設されている。

制御盤３ｂの右側面部には、排気用ファン６ｇ及び６ｈが直列に配設されている。なお、排気用ファン６ｇ及び６ｈは、制御盤３ｂの内部に形成された排気用ファン収納部７に収納されている。

変換器盤２ａ及び２ｂは、その内部において、連通部１０ｃによって連通されている。また、変換器盤２ｂと制御盤３ｂとは、連通部１０ｄによって連通されている。
ここで、変換器盤２ａ及び２ｂの内部において、半導体電力変換ユニット４ａ及び４ｂの上部に、連通部１０ｃを介して連通部１０ｄに至る盤内風洞８が形成されている。

また、変換器盤２ａ及び２ｂには、その上面部に排気用ダクト９が形成されている。排気用ダクト９は、その内部において、連通部１０ｅによって連通されている。さらに、排気用ダクト９は、連通部１０ｆによって制御盤３ｂ内部に形成された排気用ファン収納部７に連通されている。なお、排気用ダクト９は、盤内風洞８と通じている。

さらに、排気用ファン６ｇは、排気用ダクト９又は盤内風洞８と対向する位置に配置されている。つまり、排気用ファン６ｇは、その垂直方向の位置が、排気用ダクト９又は盤内風洞８と同程度となるように配置されている。

〔本発明の実施例の動作〕
以下、本発明の実施例の動作を説明する。
制御盤３ｂの右側面部に形成された排気用ファン６ｇ及び６ｈが回転駆動することにより、筐体内が負圧となる。これにより、変換器盤２ａ及び２ｂの正面部に形成された冷却風吸気口５から冷却風１１が吸気される。

この冷却風１１は、変換器盤２ａ及び２ｂの下部側から上昇し、半導体電力変換ユニット４ａ及び４ｂを冷却し、連通部１０ｃを介して盤内風洞８を通過し、さらに連通部１０ｄを通じて制御盤３ｂ内部の排気用ファン収納部７に至り、排気用ファン６ｇ及び６ｈへ到達する第１の冷却風通路を形成する。

また、冷却風１１は、変換器盤２ａ及び２ｂの下部側から上昇し、半導体電力変換ユニット４ａ及び４ｂを冷却し、連通部１０ｅを介して排気用ダクト９を通過し、さらに連通部１０ｆを通じて制御盤３ｂ内部の排気用ファン収納部７に至り、排気用ファン６ｇ及び６ｈへ到達する第２の冷却風通路を形成する。

〔本発明の実施例の効果〕
かくして本発明の実施例によれば、排気用ダクト９を追加し、この排気用ダクト９を通過する第２の冷却風通路を形成したことにより、排気用ファン６ｇ及び６ｈを側面に設置した場合であっても、半導体電力変換ユニット４ａ及び４ｂの冷却に必要な風量を確保することができる。

排気用ファン６ｇ及び６ｈを側面に設置した場合には、盤内風洞８を通過する第１の冷却風通路のみでは、半導体電力変換ユニット４ａ及び４ｂの冷却に必要な風量が不足してしまう。何故なら、必要とする風量に対して、盤内風洞８の断面積が小さく、また、排気用ファン６ｇ及び６ｈを側面に設置したことによって風路が曲がり、圧力損失が増加してしまうからである。

それに対し、本発明の実施例では、排気用ダクト９を追加し、第１の冷却風通路に加えて第２の冷却風通路を形成して全体の風量を増加させたことにより、排気用ファン６ｇ及び６ｈを側面に設置した場合であっても、半導体電力変換ユニット４ａ及び４ｂの冷却に必要な風量を確保することができる。

これにより、電力変換装置の設置スペースに余裕がなく、高さ制限があり、天井部にメンテナンススペースを設けることができない場合であっても、排気用ファン６ｇ及び６ｈを側面に設置し、半導体電力変換ユニット４ａ及び４ｂの冷却に必要な風量を確保することができる。

このとき、排気用ファン６ｇ及び６ｈを側面に設置しているため、メンテナンスを行う際には、排気用ファン６ｇ及び６ｈの取り出し及び交換が容易となり、メンテナンス性の向上を図ることができる。

また、排気用ファン６ｇは、排気用ダクト９又は盤内風洞８と対向する位置となるように配置されている。このように、排気用ファン６ｇと排気用ダクト９又は盤内風洞８との垂直方向の位置を同程度とすることにより、冷却風の風路の曲げを少なくして、風路の距離を短くすることができる。そのため、圧力損失を防止し、より大きな風量を確保することができる。

なお、上記実施例では、排気用ファン６ｇ及び６ｈ並びに排気用ファン収納部７が制御盤３ｂの内部に形成されている場合について説明したが、これに限定されるものではない。制御盤３ｂではなく、制御盤３ａに排気用ファン６ｇ及び６ｈ並びに排気用ファン収納部７を配設し、筐体１の正面から左側面部へ至る第１の冷却風通路及び第２の冷却風通路を形成することもできる。

さらに、制御盤３ａ及び３ｂの両方にそれぞれ排気用ファン６ｇ及び６ｈ並びに排気用ファン収納部７を配設し、筐体１の右側面部へ至る第１の冷却風通路及び第２の冷却風通路に加えて、筐体１の左側面部へ至る第３の冷却風通路及び第４の冷却風通路を形成することもできる。この場合には、さらに冷却効率を向上させることができる。

また、上記実施例では、筐体１の正面側に４つの冷却風吸気口５を形成した場合について説明したが、これに限定されるものではない。横長の１つ乃至３つ又は５つ以上の冷却風吸気口を形成するようにしてもよい。

１ 筐体
２ａ、ｂ 変換器盤
３ａ、ｂ 制御盤
４ａ、ｂ 半導体電力変換ユニット
５ 冷却風吸気口
６ｇ、ｈ 排気用ファン
７ 排気用ファン収納部
８ 盤内風洞
９ 排気用ダクト
１０ｃ、ｄ、ｅ、ｆ 連通部
１１ 冷却風

Claims (6)

1. 筐体に半導体電力変換ユニットを収納した変換器盤と、
   該変換器盤と連通し、その側面側に配置された制御盤と、
   前記変換器盤の正面に形成された冷却風吸気部と、
   前記変換器盤の上面に配設され、前記制御盤と連通した排気用ダクトと、
   前記制御盤の側面に配設された排気用ファンと、
   前記変換器盤の内部に、前記冷却風吸気部で吸気された冷却風を前記半導体電力変換ユニットを介して前記制御盤に供給する風洞とを備え、
   前記冷却風吸気部から前記風洞を介し、前記排気用ファンに至る第１の冷却風通路と、
   前記冷却風吸気部から前記排気用ダクトを介し、前記排気用ファンに至る第２の冷却風通路とを形成したことを特徴とする電力変換装置の冷却装置。
2. 請求項１に記載の電力変換装置の冷却装置において、
   前記排気用ダクトと対向する位置に前記排気用ファンが配設されていることを特徴とする電力変換装置の冷却装置。
3. 請求項１または２に記載の電力変換装置の冷却装置において、
   前記風洞と対向する位置に前記排気用ファンが配設されていることを特徴とする電力変換装置の冷却装置。
4. 筐体に半導体電力変換ユニットを収納した変換器盤と、
   該変換器盤と連通し、その右側面側に配置された第１の制御盤と、
   前記変換器盤と連通し、その左側面側に配置された第２の制御盤と、
   前記変換器盤の正面に形成された冷却風吸気部と、
   前記変換器盤の上面に配設され、前記第１及び第２の制御盤と連通した排気用ダクトと、
   前記第１の制御盤の側面に配設された第１の排気用ファンと、前記第２の制御盤の側面に配設された第２の排気用ファンと、
   前記変換器盤の内部に、前記冷却風吸気部で吸気された冷却風を前記半導体電力変換ユニットを介して前記第１及び第２の制御盤に供給する風洞とを備え、
   前記冷却風吸気部から前記風洞を介し、前記第１の排気用ファンに至る第１の冷却風通路と、
   前記冷却風吸気部から前記排気用ダクトを介し、前記第１の排気用ファンに至る第２の冷却風通路と、
   前記冷却風吸気部から前記風洞を介し、前記第２の排気用ファンに至る第３の冷却風通路と、
   前記冷却風吸気部から前記排気用ダクトを介し、前記第２の排気用ファンに至る第４の冷却風通路とを形成したことを特徴とする電力変換装置の冷却装置。
5. 請求項４に記載の電力変換装置の冷却装置において、
   前記排気用ダクトと対向する位置に前記第１及び第２の排気用ファンが配設されていることを特徴とする電力変換装置の冷却装置。
6. 請求項４または５に記載の電力変換装置の冷却装置において、
   前記風洞と対向する位置に前記第１及び第２の排気用ファンが配設されていることを特徴とする電力変換装置の冷却装置。