JP2016063714A - 電気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】屋外設置に対応し得るように筐体の気密性を高めた構造を採用する場合であっても、ファンを利用した電気部品の冷却を効率良く、かつ適切に行なうことが可能な電気装置を提供する。【解決手段】コンデンサ３ａおよびリアクトル３ｂを含む複数の電気部品３を内部に収容する筐体１と、複数の電気部品３に空冷用の送風を行なうためのファン４と、を備えている、電気装置Ａであって、ファン４は、筐体１内に配され、かつ筐体１内の空気が筐体１内において略一定の経路で循環する空気循環経路８を形成するように設けられており、コンデンサ３ａは、空気循環経路８のうち、リアクトル３ｂよりも空気流れ方向上流側の位置に配され、コンデンサ３ａの位置を通過した後の空気が、リアクトル３ｂに作用するように構成されている。【選択図】 図４

Description

本発明は、パワーコンディショナなどの電気装置に関する。

たとえば、パワーコンディショナは、太陽光パネルなどを用いた発電設備で発電された直流電力を交流電力に変換する電気回路を構成する各種の電気部品が、筐体内に収容された構成とされている。パワーコンディショナの運転時には、各種の電気部品から多くの熱が発生する。電気部品としては、ソーラパネル側からコンバータ回路への入力電圧に含まれる高周波成分の除去や、インバータ回路からの出力電圧に含まれる高周波を成分除去するために用いられるリアクトルがあるが、このリアクトルからの発生熱量は、とくに多い。各電気部品から発せられた熱が筐体内に籠ると、多くの電気部品に悪影響が及ぶ。このため、ヒートシンクを用いて電気部品からの熱を放熱させるようにしているのが一般的である。ただし、このような手段を用いただけでは、筐体内の温度上昇を十分に抑制することが難しいのが実情である。たとえば、直流電力の平滑化に用いられるコンデンサ（電解コンデンサ）は、高温環境下では使用寿命が短くなる特性をもつため、筐体内の温度上昇はできる限り抑制することが望まれる。

そこで、従来においては、たとえば特許文献１に記載されているように、ファンを利用して筐体内に外気を送り込み、各電気部品を冷却する手段がある。

しかしながら、前記従来の手段においては、筐体の正面部分や上下両面部分などに、外気流入用および流出用の複数の通気孔を設ける必要がある。このため、前記従来の手段は、屋内設置型には適用可能であるものの、屋外設置型には実質的に適用することはできない。前記した複数の通気孔が設けられたパワーコンディショナを屋外に設置したのでは、各通気孔から筐体内に雨水などが容易に浸入し、パワーコンディショナが故障する虞が大きい。
これを解消する手段としては、たとえば筐体に通気孔を設けないようにして、筐体の気密性を高めることが考えられるが、単に、そのようにしただけでは、ファンを駆動させた際に、筐体内の空気がファンによって単に攪拌されるに過ぎないこととなる。これでは、各電気部品を効率よく冷却することは困難である。ファンも電気部品の１つであり、熱を発生させるため、設計がまずい場合には、却って筐体内の温度を上昇させる可能性もでてくる。

特開２０１１−２１０７６９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、屋外設置に対応し得るように筐体の気密性を高めた構造を採用する場合であっても、ファンを利用した電気部品の冷却を効率良く、かつ適切に行なうことが可能な電気装置を提供することを、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電気装置は、コンデンサおよびリアクトルを含む複数の電気部品を内部に収容する筐体と、前記複数の電気部品に空冷用の送風を行なうためのファンと、を備えている、電気装置であって、前記ファンは、前記筐体内に配され、かつ前記筐体内の空気が前記筐体内において略一定の経路で循環する空気循環経路を形成するように設けられており、前記コンデンサは、前記空気循環経路のうち、前記リアクトルよりも空気流れ方向上流側の位置に配され、前記コンデンサの位置を通過した後の空気が、前記リアクトルに作用するように構成されていることを特徴としている。
本発明に係る電気装置は、屋外設置型のパワーコンディショナとして構成することができる。

このような構成によれば、次のような効果が得られる。
まず、コンデンサおよびリアクトルの特性を説明すると、コンデンサは、熱に比較的弱く、できる限り高温に晒されないようにすることが望ましい。一方、リアクトルは、熱発生量がかなり多い電気部品である。このため、リアクトルの位置を通過して高温となった空気がコンデンサの位置に直ちに到達してコンデンサを温度上昇させるといったことは、適切に回避することが望まれる。
これに対し、本発明によれば、ファンから送風される空気は、まずコンデンサの位置を通過し、かつその後にリアクトルの位置に到達する。したがって、リアクトルによって加熱される前の空気を利用してコンデンサを適切に冷却し得るとともに、コンデンサを通過した後の空気を利用してリアクトルを適切に冷却することができる。リアクトルを通過した後の空気は、その後にファンの吸気側に戻されるが、この過程において前記空気に温度低下を生じさせることにより、高温の空気がコンデンサの位置に送られるといった不具合も好適に回避することが可能である。
このようなことから、本発明によれば、コンデンサが高温に晒されることを抑制し、その使用寿命を長くできるように、複数の電気部品の冷却を好適に行なうことが可能である。
前記した複数の電気部品の冷却は、筐体内の空気を筐体内において略一定の経路で循環させることにより行なわせているため、外気を筐体内に流入出させるための多数の通気孔を筐体の各所に設ける必要はない。したがって、筐体については、雨水などが容易に浸入しない気密性が比較的高い構造とし、屋外設置に適切に対応できるようにすることが可能である。

本発明において、好ましくは、前記ファンから前記リアクトルの設置箇所に空気流が到達するまでの空気流れ経路長よりも、前記リアクトルの設置箇所から前記ファンに空気流が戻されるまでの空気流れ経路長の方が長くなるように構成されている。

このような構成によれば、リアクトルの設置箇所に到達して温度上昇を生じた空気がファンに戻される間において、この空気の温度を大幅に低下させることが可能であり、ファンからコンデンサの設置箇所に送られる空気の温度を低くする上で、より好ましいものとなる。

本発明において、好ましくは、前記筐体は、上壁部、下壁部、および左右の側壁部を有する正面視略矩形枠状の周壁部を具備しており、前記ファンは、前記筐体内の正面視略中央部に配され、かつ前記上壁部および下壁部のいずれか一方の壁部に向けて送風を行なうように設けられており、前記空気循環経路は、前記ファンからの送風により生じた空気流が前記一方の壁部に衝突して左右に分かれてから前記筐体内の左右両側方に向けて進行した後に、前記筐体内の左側領域および右側領域のそれぞれにおいて前記ファンの送風方向とは反対方向に進行してから前記ファンの吸気側に戻るようになっており、前記コンデンサは、前記ファンと前記一方の壁部との間に配されており、かつ前記リアクトルは、前記コンデンサの左右両側方または左右いずれかの一側方に配されている。

このような構成によれば、簡易な構成により、筐体内の空気を略一定の経路で循環させ、かつこの空気流を利用してコンデンサおよびリアクトルなどを適切かつ有効に冷却することができる。

本発明において、好ましくは、前記複数の電気部品が組み込まれている領域の背面側には、ヒートシンクが設けられており、前記筐体内において発生した熱を前記ヒートシンクを介して外部へ放熱可能とされている。

このような構成によれば、筐体内に熱が籠ることを防止する上でより好ましいものとなる。電気部品の冷却に利用される筐体内の空気の温度を効果的に下げる効果も期待できる。

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。

本発明に係る電気装置の一例に相当するパワーコンディショナの斜視図である。 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内部構造を示す平面断面図である。 （ａ）は、図１に示すパワーコンディショナの内部構造の正面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す構造の作用を模式的に示す正面図である。 本発明の他の例を模式的に示す正面図である。

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および図２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、本発明でいう電気装置の一例に該当する。このパワーコンディショナＡは、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、および筐体１の背面部に組み付けられる補助筐体５を備えている。筐体１内には、電源回路、コンバータ回路、インバータ回路、出力回路などを構成する各種の電気部品３、および電気部品３を冷却するためのファン４が収容されている。電気部品３としては、複数のコンデンサ（電解コンデンサ）３ａ（３）、および一対のリアクトル３ｂ（３）がある。複数のコンデンサ３ａは、直流電力の平滑化を図るためのものであり、一対のリアクトル３ｂは、ソーラパネル側からコンバータ回路への入力電圧に含まれる高周波成分の除去、ならびにインバータ回路からの出力電圧に含まれる高周波の成分を図るためのものである。

図２および図３に示すように、筐体１の背面部には、複数のフィン６０を有する複数のヒートシンク６（６ａ，６ｂ）が設けられている。複数の電気部品３を搭載した基板３０やリアクトル３ｂなどは、ヒートシンク６への効率のよい熱伝導を生じるようにヒートシンク６に直接または間接的に取り付けられている。ヒートシンク６は、筐体１の背面部の広い範囲にわたって対面するように設けられており、筐体１内の熱をできる限り効率よく放熱可能な構成とされている。

図２に示すように、補助筐体５は、このヒートシンク６を覆うためのものであり、上壁部５０ａおよび左右両側壁部５０ｂを有するフレーム５０と、背面板部５１ａおよび下壁部５１ｂを有する背面パネル５１とを組み合わせたものである。これらの部材には、複数の通気孔５２ａ〜５２ｃが設けられており、ヒートシンク６を冷却するための空気（外気）が補助筐体５内に流入出可能となっている。補助筐体５の内部には、通気孔５２ａ〜５２ｃから雨水などが浸入する虞があるため、ヒートシンク６は耐水性に優れたものとされている。

筐体１は、その内部に電気部品３を収容するものであるため、補助筐体５とは異なり、その内部にはできる限り外部から内部への雨水などの浸入が生じ難い構造とされている。筐体１の内部と補助筐体５の内部との間は、筐体１の背板部やヒートシンク６などを介して仕切られており、補助筐体５内に浸入した水が筐体１内にさらに浸入することは適切に防止されている。

図４（ａ）に示すように、ファン４は、筐体１内の正面視略中央部に取り付けられている。この取り付け手段としては、筐体１内に固定して設けられた薄板状などのブラケット７０にファン４を取り付ける手段を適用することができる（図３も参照）。ファン４は、筐体１の上壁部１０ａに向けて送風を行なうように設けられている。このことにより、図４（ｂ）に模式的に示すような空気循環経路８が筐体１内に形成されるようになっている。
すなわち、ファン４から上向きの送風により生じた空気流は、上壁部１０ａの内面に衝突して左右に分かれてから筐体１の左右の側壁部１０ｃ，１０ｄに向けて進行する。次いで、前記空気流は、筐体１内の左側領域１０Ｌおよび右側領域１０Ｒのそれぞれにおいて下向きに進行してから下壁部１０ｂまたは下壁部１０ｂ近傍に到達してからファン４の下側の吸気側領域に戻る。空気循環経路８は、基本的には、前記したような空気循環を生じるものである。実際には、後述するように、空気流はコンデンサ３ａやリアクトル３ｂなどの電気部品３や各種のブラケットなどに当たるために、前記した流れとは異なる流れを生じる部分もあるが、このような空気流れは、前記した基本的な空気循環量と比較すると僅かであり、例外的なものとして無視することが可能である。

複数のコンデンサ３ａの少なくとも一部は、ファン４と上壁部１０ａとの間に配されており、ファン４からの送風を直接または殆ど直接受けることが可能に設けられている。これに対し、一対のリアクトル３ｂは、複数のコンデンサ３ａの左右両側方に配されている。空気循環経路８において、複数のコンデンサ３ａは各リアクトル３ｂよりも空気流れ方向上流に位置している。
さらに、空気循環経路８においては、ファン４からリアクトル３ｂの設置箇所に空気流が到達するまでの空気流れ経路長Ｌａよりも、リアクトル３ｂの設置箇所からファン４に空気流が戻されるまでの空気流れ経路長Ｌｂの方が長くなるように構成されている。この構成は、ファン４が筐体１の略中央部に位置するのに対し、リアクトル３ｂは、筐体１の上下高さ方向の中心線ＣＬよりも上側の領域に配置されていることによって簡易に実現されている。

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、ファン４を駆動させた際には、図４（ｂ）の矢印で示すような経路で筐体１内の空気が循環することとなる。ここで、複数のコンデンサ３ａに対しては、ファン４から直接または略直接的に送風がなされ、リアクトル３ｂを未だ通過していない比較的温度が低い空気流を利用して各コンデンサ３ａを冷却することができる。コンデンサ３ａは、既述したとおり、高温に晒されるとその使用寿命が短期化し易いが、本実施形態によれば、そ
のような不具合を適切に抑制することが可能である。

次いで、各コンデンサ３ａの設置箇所を通過した空気流は、左右一対のリアクトル３ｂの設置箇所に到達してリアクトル３ｂの冷却に好適に利用される。リアクトル３ｂからの発生熱量は、かなり多いが、前記した空気流によってリアクトル３ｂが好適に冷却される。その後、リアクトル３ｂの設置箇所を通過した空気流は、リアクトル３ｂよりも下方に存在する他の電気部品３に作用しつつファン４の吸気側に戻されるが、この過程において、前記空気流の温度を低下させることができる。リアクトル３ｂの設置箇所からファン４に空気流が戻されるまでの空気流れ経路長Ｌｂは、長くされているために、空気流の温度低下幅を大きくすることが可能である。加えて、筐体１内の熱は、ヒートシンク６を介して外部に逃がすことが可能とされているために、前記した空気流の温度低下をより促進することが可能である。したがって、空気流が高温のまま筐体１内において循環してコンデンサ３ａに作用するといったことが好適に解消され、コンデンサ３ａに対しては、温度低下を生じた空気流を作用させ続けることができることとなる。その結果、コンデンサ３ａが高温雰囲気に晒されることをより適切に防止することが可能となる。また、コンデンサ３ａ以外の電気部品３についても、熱損傷などを生じないように保護することができる。

前記した電気部品３の冷却は、筐体１内の空気を筐体１内において略一定の経路で循環させることにより行なわせている。このため、筐体１に外気の流入出用の通気孔を設ける必要はない。その結果、筐体１については、気密性が比較的高く、雨水などが容易に内部に浸入しない構造とすることが可能であり、屋外設置用途にも好適なものとすることが可能である。

図５は、本発明の他の実施形態を模式的に示す正面図である。
同図に示す実施形態においては、筐体１内の空気を所定の略一定の経路で循環させることをより促進するためのガイド９が、筐体１内に設けられている。ガイド９は、たとえば金属板などを用いて構成されている。
このような構成によれば、空気が流れる経路を、ガイド９を利用して規制することができる。したがって、空気循環経路８をより的確に形成することが可能となる。本実施形態から理解されるように、本発明においては、筐体内に空気循環経路を形成するための補助手段として、空気流を規制するためのガイド部材を用いた構成とすることもできる。

本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係る電気装置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。

上述した実施形態においては、ファン４からの送風が上向きになされて筐体１の上壁部１０ａに空気流が衝突するように構成されているが、本発明はこれに限定されない。本発明においては、上述した実施形態とは反対に、ファン４からの送風が下向きになされて筐体１の下壁部１０ｂに空気流が衝突するように構成してもよい。この場合、ファン４と下壁部１０ｂとの間にコンデンサ３ａが配され、かつその側方にリアクトル３ｂが配されることとなる。

ファンの具体的な種類や構造は、限定されない。また、ファンをたとえば横並び状あるいは縦並び状に複数設けるといったことも可能である。本発明は、熱に弱いコンデンサをリアクトルよりも低い温度の空気流で優先的に冷却しようとするものであり、コンデンサやリアクトル以外の電気部品については、空気循環経路のいずれの位置に配されるかを問うものではない。なお、コンデンサが複数存在する場合、好ましくは、全てのコンデンサがリアクトルよりも空気流れ方向の上流側に配されることが好ましいものの、やはりこれに限定されず、一部のコンデンサについては、リアクトルの下流側に位置する構成とされていてもよい。この場合であっても、リアクトルの上流側に位置するコンデンサについて
は、効率のよい冷却を図り、その使用寿命を長くし得るという効果が得られるからである。
本発明でいう電気装置とは、筐体内に複数の電気部品が収容された装置であり、パワーコンディショナに限定されるものではない。

Ａ パワーコンディショナ（電気装置）
１ 筐体
１０ａ 上壁部（筐体の）
１０ｂ 下壁部（筐体の）
１０ｃ，１０ｄ 左右の側壁部（筐体の）
１０Ｌ 左側領域（筐体内の）
１０Ｒ 右側領域（筐体内の）
３ 電気部品
３ａ（３） コンデンサ
３ｂ（３） リアクトル
４ ファン
６ ヒートシンク
８ 空気循環経路

Claims (5)

1. コンデンサおよびリアクトルを含む複数の電気部品を内部に収容する筐体と、
   前記複数の電気部品に空冷用の送風を行なうためのファンと、
   を備えている、電気装置であって、
   前記ファンは、前記筐体内に配され、かつ前記筐体内の空気が前記筐体内において略一定の経路で循環する空気循環経路を形成するように設けられており、
   前記コンデンサは、前記空気循環経路のうち、前記リアクトルよりも空気流れ方向上流側の位置に配され、前記コンデンサの位置を通過した後の空気が、前記リアクトルに作用するように構成されていることを特徴とする、電気装置。
2. 請求項１に記載の電気装置であって、
   前記ファンから前記リアクトルの設置箇所に空気流が到達するまでの空気流れ経路長よりも、前記リアクトルの設置箇所から前記ファンに空気流が戻されるまでの空気流れ経路長の方が長くなるように構成されている、電気装置。
3. 請求項１または２に記載の電気装置であって、
   前記筐体は、上壁部、下壁部、および左右の側壁部を有する正面視略矩形枠状の周壁部を具備しており、
   前記ファンは、前記筐体内の正面視略中央部に配され、かつ前記上壁部および下壁部のいずれか一方の壁部に向けて送風を行なうように設けられており、
   前記空気循環経路は、前記ファンからの送風により生じた空気流が前記一方の壁部に衝突して左右に分かれてから前記筐体内の左右両側方に向けて進行した後に、前記筐体内の左側領域および右側領域のそれぞれにおいて前記ファンの送風方向とは反対方向に進行してから前記ファンの吸気側に戻るようになっており、
   前記コンデンサは、前記ファンと前記一方の壁部との間に配されており、かつ前記リアクトルは、前記コンデンサの左右両側方または左右いずれかの一側方に配されている、電気装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の電気装置であって、
   前記複数の電気部品が組み込まれている領域の背面側には、ヒートシンクが設けられており、前記筐体内において発生した熱を前記ヒートシンクを介して外部へ放熱可能とされている、電気装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の電気装置であって、
   装置全体が屋外設置型のパワーコンディショナとして構成されている、電気装置。

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