JP2016063713A - パワーコンディショナ - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成によって、ヒートシンクによる放熱性能を従来よりも高めることが可能なパワーコンディショナを提供する。【解決手段】パワーコンディショナＡに具備されたヒートシンク４の複数のフィン４１のうち、筐体１の側壁部１０ｃ寄りのフィン４１は、筐体１の幅方向中央部寄りのフィン４１よりも下端部の高さが高くなるように形成されて、側壁部寄りのフィン４１の下方には、空間部５が形成されており、筐体１の側壁部１０ｃには、空間部５に対向する追加の通気孔１５が設けられ、この追加の通気孔１５および下壁部１０ｂの通気孔１２ｂの双方を介して空間部５への外気の流入が可能とされている。【選択図】 図５

Description

本発明は、たとえばソーラパネルなどにおいて発電された直流電力を所定周波数の交流電力に変換し、商用系統に連系させるなどの用途に用いられるパワーコンディショナに関する。

パワーコンディショナとしては、たとえば特許文献１に記載されているように、インバータ回路やその他の電気回路を構成する各種の電気部品を、筐体内の前側部分に収容し、かつ前記電気部品から熱を受けるヒートシンクを、前記筐体内の後側部分に収容したものがある。ヒートシンクは、上下方向に延びて筐体の左右横幅方向に並んだ放熱用の複数のフィンを有している。筐体の下壁部および上壁部には、外気を筐体内のヒートシンクの配置箇所に流入出させるための複数の通気孔が設けられている。
パワーコンディショナの電気回路には、通電時において多くの熱を発生させる電気部品（リアクトルなど）が多数使われており、この熱が筐体内に籠った状態になると、電気部品に悪影響が及ぶ。パワーコンディショナを屋外設置型として構成する場合には、筐体のうち、各種の電気部品が収容されている部分の気密性を高める必要があるため、筐体内に熱が籠り易い。
これに対し、前記構成によれば、通気孔を介して筐体内に流入した外気をヒートシンクに作用させることにより、ヒートシンクからの放熱を促進することが可能である。したがって、筐体内に熱が籠ることは抑制される。

しかしながら、前記従来技術においては、ヒートシンクによる放熱性能は未だ十分であるとはいえない。たとえば、コンデンサは高温環境下では使用寿命が短くなる。このため、電気部品の使用寿命、ひいてはパワーコンディショナの使用寿命を長くする観点からしても、ヒートシンクによる放熱性能をさらに高めることが要望される。この場合、構造の煩雑化や製造コストの大幅な上昇などは極力回避することも要望される。

特開２０１３−１９８１７５号公報

本発明は、前記したような事情のもとで考え出されたものであり、簡易な構成によって、ヒートシンクによる放熱性能を従来よりも高めることが可能なパワーコンディショナを提供することを、その課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

本発明により提供されるパワーコンディショナは、電気部品から熱を受けるヒートシンクと、このヒートシンクを内部に収容する筐体と、を備えており、前記ヒートシンクは、上下高さ方向に延び、かつ前記筐体の左右幅方向に間隔を隔てて並んだ放熱用の複数のフィンを有しており、前記筐体の下壁部および上壁部には、前記筐体内の前記ヒートシンクの配置箇所に外気を流入出させるための通気孔が設けられている、パワーコンディショナであって、前記複数のフィンのうち、前記筐体の側壁部寄りのフィンは、前記筐体の幅方向中央部寄りのフィンよりも下端部の高さが高くなるように形成されて、前記側壁部寄り
のフィンの下方には、空間部が形成されており、前記筐体の側壁部には、前記空間部に対向する追加の通気孔が設けられ、この追加の通気孔および前記下壁部の通気孔の双方を介して前記空間部への外気の流入が可能とされていることを特徴としている。

このような構成によれば、次のような効果が得られる。
第１に、筐体の上壁部の通気孔に加えて、筐体の側壁部には追加の通気孔が設けられているため、これら通気孔のトータルの開口面積を無理なく大きくし、筐体内への空気流入量を多くすることができる。
第２に、ヒートシンクが温度上昇して筐体内の空気が上昇する現象を生じた際には、前記空間部においてもそのような現象を生じることとなるが、前記空間部には追加の通気孔が対向しているため、前記現象の影響を追加の通気孔に直接的に及ぼすことができる。このことにより、追加の通気孔から筐体内への空気流入を促進することができる。
第３に、筐体の下壁部の通気孔を通過した外気が空間部を上向きに流れる場合において、その流速が比較的速い場合には、ベンチュリ効果により、外気を追加の通気孔から筐体内に積極的に引き込む作用も期待できる。
第４に、追加の通気孔から筐体内に外気が流入した場合、この空気は空間部の広い幅領域に拡がりながら上昇していく効果が期待できる。追加の通気孔の間近に放熱用のフィンが存在したのでは、追加の通気孔を通過した空気はフィンに衝突してそのまま狭い幅で上昇するが、本発明によれば、そのようなことが回避される。したがって、追加の通気孔から筐体内に流入した空気を、ヒートシンクの比較的広い幅領域に効率良く作用させることが可能となる。
このようなことから、本発明によれば、ヒートシンクを利用した放熱量を多くし、従来よりも放熱性能を高めることができる。その結果、電気部品が高温雰囲気に晒されることが抑制され、電気部品の使用寿命、ひいてはパワーコンディショナの使用寿命を長くすることができるといった利点が得られる。
一方、本発明においては、ヒートシンクの一部の形状に工夫を施し、かつ筐体に追加の通気孔を設けることにより、前記した利点が得られるものであって、その構造は簡易である。特殊または高価な部品・機器類を用いる必要もない。したがって、製造コストを廉価にすることが可能である。ヒートシンクについては、従来よりも小サイズ、かつ軽量にすることも可能である。

本発明において、好ましくは、前記追加の通気孔は、上下高さ方向に延びた長孔状とされている。

このような構成によれば、追加の通気孔は、筐体内における空気の流れ方向と同方向に延びた形態となるため、追加の通気孔から筐体内に流入する空気流量を、より多くする効果が得られる。

本発明において、好ましくは、前記ヒートシンクは、前記複数のフィンの基部に繋がったプレート状の本体部を有しており、かつこの本体部のうち、前記筐体の側壁部寄り領域は、中央部寄り領域よりも下端部の高さが高くされ、前記本体部の前記側壁部寄り領域の下方も空間部として形成されている。

このような構成によれば、ヒートシンクの本体部の下方も空間部とされているため、その分だけ空間部の容積をより大きくし、この空間部に対向して設けられる追加の通気孔の開口面積を大きくするといったことが可能となる。また、ヒートシンクの小サイズ化、および軽量化を図ることもできる。

本発明において、好ましくは、複数の電気部品が実装された回路基板、およびこの回路基板の左右両側に配された一対のリアクトルを有しており、前記ヒートシンクとして、前
記回路基板に対向配置されたメインヒートシンク、および前記一対のリアクトルにそれぞれ対向配置された左右一対のサブヒートシンクを有しており、前記一対のサブヒートシンクのそれぞれの下端部は、前記メインヒートシンクの下端部よりも高い高さに設定されていることにより、前記一対のサブヒートシンクの下方には、前記空間部が形成されている。

このような構成によれば、一対のリアクトルに対応する左右一対のサブヒートシンクについての放熱性能を高めることができるため、各リアクトルから発せられる熱量が多いにも拘わらず、この熱を筐体外部へ適切に逃がすことが可能となる。もちろん、前記回路基板からの熱は、メインヒートシンクを利用して筐体外部へ適切に逃がすことが可能である。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。

本発明に係るパワーコンディショナの一例を示す斜視図である。 図１に示すパワーコンディショナの分解斜視図である。 図１に示すパワーコンディショナの平面断面図である。 図１に示すパワーコンディショナの背面部分の分解斜視図である。 図１に示すパワーコンディショナのヒートシンクが設けられた箇所の背面断面図である。 本発明の他の例を示す要部背面図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。

図１に示すパワーコンディショナＡは、たとえば家屋の外壁などに壁掛け状態に取り付けられて使用される屋外設置型であり、既存のパワーコンディショナと同様に、ソーラパネルなどにおいて発電された直流電力を５０Ｈｚまたは６０Ｈｚなどの所定周波数の交流電力に変換し、商用系統に連系させる機能を有するものである。

このパワーコンディショナＡは、フロントパネル２によって前面部が塞がれる筐体１を備えている。筐体１は、筐体前部１Ａと筐体後部１Ｂとに区分されており、図２および図３に示すように、筐体前部１Ａの内部には、インバータ回路やその他の電気回路を構成する各種の電気部品３が収容されている。筐体前部１Ａは、電気部品３の保護を図るべく雨水などが容易に浸入しない構成とされている。筐体後部１Ｂの内部には、ヒートシンク４が収容されている。

ヒートシンク４としては、メインヒートシンク４Ａ、および左右一対のサブヒートシンク４Ｂが設けられている。図３に示すように、筐体前部１Ａ内においては、インバータ回路基板３０（本発明でいう回路基板の一例）が筐体１の左右幅方向の略中央部に配され、かつその左右両側にリアクトル３１が配されている。これに対応し、メインヒートシンク４Ａは、インバータ回路基板３０に対向配置されており、このインバータ回路基板３０から熱を受ける。一対のサブヒートシンク４Ｂは、一対のリアクトル３１に対向配置されており、これらリアクトル３１から熱を受ける。

ヒートシンク４（４Ａ，４Ｂ）は、プレート状の本体部４０と、この本体部４０から筐体１の背面方向に向けて突出する放熱用の複数のフィン４１とを有している。複数のフィン４１は、上下高さ方向に延び、かつ筐体１の左右幅方向に略一定の間隔で並んでいる。
ただし、図４および図５に示すように、メインヒートシンク４Ａは、その上下高さ寸法が比較的大きくされて表面積の増大化が図られているのに対し、サブヒートシンク４Ｂは、そのような構成とはされていない。具体的には、サブヒートシンク４Ｂは、その上端部の高さはメインヒートシンク４Ａと略同一高さであるが、サブヒートシンク４Ｂの下端部の高さ（厳密には、フィン４１および本体部４０の下端部４１ａ，４０ａの高さ）は、メインヒートシンク４Ａの下端部４４の高さよりも高くされている。このことにより、サブヒートシンク４Ｂのフィン４１および本体部４０の下方には、空間部５が形成されている。

図２および図４に示すように、筐体後部１Ｂは、上壁部１０ａおよび左右両側壁部１０ｃを有するフレーム１０Ａと、背板部１０ｄおよび下壁部１０ｂを有するパネル材１０Ｂとを組み合わせて構成されており、これらは筐体前部１Ａの背面側に組み付けられる。なお、筐体前部１Ａの背面側には、ハーネス引き出し用のガイド部１１も設けられている。

筐体後部１Ｂの上壁部１０ａおよび下壁部１０ｂには、複数の通気孔１２ａ，１２ｂが広い領域にわたって設けられている。これらの通気孔１２ａ，１２ｂは、図５に示すように、上壁部１０ａおよび下壁部１０ｂに設けられた開口部１３ａ，１３ｂを、メッシュ部材１４ａ，１４ｂによって塞ぐことにより形成されている。各側壁部１０ｃには、複数の追加の通気孔１５が設けられている。追加の通気孔１５は、側壁部１０ｃの下部寄りであって、空間部５に対向する配置に設けられている。追加の通気孔１５の形状は、上下方向に延びる長孔状とされている。この追加の通気孔１５も、通気孔１２ａ，１２ｂと同様に、メッシュ部材を配した構成とすることができる。

次に、前記したパワーコンディショナＡの作用について説明する。

まず、パワーコンディショナＡの運転中には、複数の電気部品３から多くの熱が発生するが、これらの熱はヒートシンク４に伝導し、このヒートシンク４を介して放熱される。この放熱は、筐体後部１Ｂ内の温度が高くなった空気が上昇して上壁部１０ａの通気孔１２ａから外部へ流出することに伴い、外気が下壁部１０ｂの通気孔１２ｂおよび側壁部１０ｃの追加の通気孔１５から筐体後部１Ｂ内に流入し、ヒートシンク４に作用することにより行なわれる。

筐体後部１Ｂ内への外気の流入は、通気孔１２ｂに加えて、追加の通気孔１５を介しても行なわれるために、これらのトータルの開口面積を無理なく大きくし、筐体後部１Ｂ内への空気流入量を多くすることが可能である。また、温度が高くなった空気が上昇する現象は空間部５においても生じるが、この空間部５には追加の通気孔１５が対向している。このため、前記現象の影響が追加の通気孔１５に直接的に及ぶこととなり、追加の通気孔１５から空間部５への外気の流入が促進される。また、通気孔１２ｂを通過した外気が空間部５を上向きに流れる場合、その流速が比較的速いと、ベンチュリ効果によって外気が追加の通気孔１５から空間部５に積極的に引き込まれる作用も発生する。外気が追加の通気孔１５から空間部５に流入すると、この空気は空間部５の広い幅領域に拡がりながら上昇していく効果が期待できる。追加の通気孔１５から筐体後部１Ｂ内に流入した外気が、たとえば側壁部１０ｃに沿って狭い幅で上昇するだけは、サブヒートシンク４Ｂの広い範囲に空気を効率よく作用させることができないが、本実施形態によれば、そのような不具合も回避することが可能である。

さらに、追加の通気孔１５は、上下方向に延びた長孔状であり、筐体後部１Ｂ内における空気の流れ方向と同一方向に延びて開口しているため、追加の通気孔１５から筐体後部１Ｂ内への空気流入量を、より多くすることが可能である。

このようなことから、サブヒートシンク４Ｂによる放熱量を多くすることができる。複数の電気部品３のうち、リアクトル３１は、最も多くの熱を発生させる電気部品の１つに該当するが、このリアクトル３１から発せられる熱は、サブヒートシンク４Ｂによって効率よく放熱されるために、その構成は合理的であり、筐体前部１Ａ内に熱が籠ることを好適に解消することが可能である。その結果、コンデンサなどの熱に弱い電気部品の使用寿命を長くすることができる効果が得られる。

一方、本実施形態のパワーコンディショナＡは、サブヒートシンク４Ｂの上下幅をメインヒートシンク４Ａよりも短くして空間部５を設け、かつ筐体１の側壁部１０ｃに追加の通気孔１５を設けた簡易な構成の手段が適用されたものである。このため、製造コストの低減化を図ることもできる。また、サブヒートシンク４Ｂの小サイズ化により、軽量化が図れ、さらには一層のコスト低減を図ることができる。

図６は、本発明の他の実施形態を示している。同図において、前記実施形態と同一または類似の要素には、前記実施形態と同一の符号を付している。

図６に示す実施形態においては、サブヒートシンク４Ｂのフィン４１の下端部４１ａについては、メインヒートシンク４Ａの下端部４４の高さよりも高くしているものの、サブヒートシンク４Ｂの本体部４０の下端部４０ａについては、メインヒートシンク４Ａの下端部４４と同様な高さとされている。
本実施形態においても、サブヒートシンク４Ｂのフィン４１の下方には、本発明が意図する空間部５を形成することが可能であり、本発明の技術的範囲に包摂される。本実施形態によれば、サブヒートシンク４Ｂの本体部４０のサイズを大きくできるために、サブヒートシンク４Ｂの前面側に多くの電気機器を熱伝導可能な状態に取り付けることが可能となる（たとえば、サブヒートシンク４Ｂの前面側の上部にはリアクトル３１を設け、かつ下部には他の電気機器を設けるといったことが可能となる）。

本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係るパワーコンディショナの各部の具体的な構成は、本発明の意図する範囲内において種々に設計変更自在である。

ヒートシンクは、複数のヒートシンク（メインヒートシンク４Ａおよびサブヒートシンク４Ｂ）に分割されたものである必要はなく、全体が一体的に繋がって形成されたヒートシンクであってもよい。また、必ずしもヒートシンクの左右両側領域のそれぞれの下方に空間部を設けなくてもよく、ヒートシンクの左側領域の下方のみ、あるいは右側領域の下方のみに空間部を設けた構成としてもよい。ヒートシンクの放熱用のフィンの具体的なサイズ、数、配列ピッチなどは限定されない。

本発明でいう筐体とは、ヒートシンクを内部に収容している筐体であり、電気部品を収容する筐体または筐体部分に対し、一体または別体のいずれであってもかまわない。
追加の通気孔は、上下方向に延びた長孔状に代えて、円形または矩形などの非長孔状に形成することもできる。追加の通気孔の具体的な数なども問わない。

Ａ パワーコンディショナ
１ 筐体
１０ａ 上壁部（筐体の）
１０ｂ 下壁部（筐体の）
１０ｃ 側壁部（筐体の）
１２ａ，１２ｂ 通気孔
１５ 追加の通気孔
３ 電気部品
３０ インバータ回路基板（回路基板）
３１ リアクトル
４（４Ａ） メインヒートシンク
４（４Ｂ） サブヒートシンク
４０ 本体部（ヒートシンクの）
４１ フィン（ヒートシンクの放熱用の）
５ 空間部

Claims (4)

1. 電気部品から熱を受けるヒートシンクと、このヒートシンクを内部に収容する筐体と、を備えており、
   前記ヒートシンクは、上下高さ方向に延び、かつ前記筐体の左右幅方向に間隔を隔てて並んだ放熱用の複数のフィンを有しており、
   前記筐体の下壁部および上壁部には、前記筐体内の前記ヒートシンクの配置箇所に外気を流入出させるための通気孔が設けられている、パワーコンディショナであって、
   前記複数のフィンのうち、前記筐体の側壁部寄りのフィンは、前記筐体の幅方向中央部寄りのフィンよりも下端部の高さが高くなるように形成されて、前記側壁部寄りのフィンの下方には、空間部が形成されており、
   前記筐体の側壁部には、前記空間部に対向する追加の通気孔が設けられ、この追加の通気孔および前記下壁部の通気孔の双方を介して前記空間部への外気の流入が可能とされていることを特徴とする、パワーコンディショナ。
2. 請求項１に記載のパワーコンディショナであって、
   前記追加の通気孔は、上下高さ方向に延びた長孔状とされている、パワーコンディショナ。
3. 請求項１または２に記載のパワーコンディショナであって、
   前記ヒートシンクは、前記複数のフィンの基部に繋がったプレート状の本体部を有しており、かつこの本体部のうち、前記筐体の側壁部寄り領域は、中央部寄り領域よりも下端部の高さが高くされ、前記本体部の前記側壁部寄り領域の下方も空間部として形成されている、パワーコンディショナ。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載のパワーコンディショナであって、
   複数の電気部品が実装された回路基板、およびこの回路基板の左右両側に配された一対のリアクトルを有しており、
   前記ヒートシンクとして、前記回路基板に対向配置されたメインヒートシンク、および前記一対のリアクトルにそれぞれ対向配置された左右一対のサブヒートシンクを有しており、
   前記一対のサブヒートシンクのそれぞれの下端部は、前記メインヒートシンクの下端部よりも高い高さに設定されていることにより、前記一対のサブヒートシンクの下方には、前記空間部が形成されている、パワーコンディショナ。

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