JP2017184417A - Power converter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽電池などの外部直流電源から得られた直流電力を交流電力に変換する電
力変換装置に関する。
The present invention relates to a power conversion device that converts DC power obtained from an external DC power source such as a solar cell into AC power.
太陽光発電システム用の電力変換装置(パワーコンディショナと称する)は、その筐体
内に、電力変換回路として、太陽電池が発電する直流電力を入力として昇圧回路で昇圧し
、商用電力系統と実質的に同期した所定の交流電力にインバータ回路で変換し、この変換
された交流電力を商用電力系統へ重畳可能とする回路を収容している。この電力変換回路
には、半導体のスイッチング素子やリアクトル等の発熱部品を備えており、それらの発熱
する熱はヒートシンクの基板部に熱伝導状態に取り付けられ、ヒートシンクの放熱フィン
から放熱される仕組みである(特許文献1)。
A power conversion device (referred to as a power conditioner) for a photovoltaic power generation system boosts a DC power generated by a solar cell as a power conversion circuit in a casing with a booster circuit as a power conversion circuit. Is converted into predetermined AC power synchronized with the inverter circuit by an inverter circuit, and the converted AC power can be superimposed on the commercial power system. This power conversion circuit is equipped with heat-generating components such as semiconductor switching elements and reactors, and the heat generated by these heat sources is attached to the heat sink substrate in a heat-conducting state and is dissipated from the heat sink fins of the heat sink. Yes (Patent Document 1).
このような電力変換装置は、建造物の壁に配置されることになるが、生活空間の邪魔に
ならないように、省スペース化が求められているところ、電力変換装置は、筐体内に多数
の各種回路やリアクトル等の比較的大型でかつ発熱部品を収容しており、また、その発熱
に対処するためのヒートシンクをある程度の備える必要があるため、小型化にも限りがあ
り、生活空間において邪魔になることが多かった。
Such a power conversion device is arranged on the wall of a building. However, there is a demand for space saving so as not to disturb the living space. It is relatively large and contains heat generating parts such as various circuits and reactors, and it is necessary to provide a certain amount of heat sink to deal with the heat generation. It was often.
上記課題に鑑み本発明はなされてものであり、直流電力を交流電力に変換する電力変換
回路と、前記電力変換回路が発する熱を放熱するヒートシンクと、を備える電力変換装置
において、前記ヒートシンクは、前記電力変換回路の発熱部品が熱伝導状態に所定面に配
置される基盤部と、前記所定面の裏面から伸びる放熱フィンとを有し前記電力変換回路が
背面側に前記放熱フィンが前面側になるように建造物の壁に取付可能に構成されることを
特徴とする。
In view of the above problems, the present invention may be made, and in a power conversion device including a power conversion circuit that converts DC power into AC power and a heat sink that dissipates heat generated by the power conversion circuit, the heat sink includes: A heat generating component of the power conversion circuit has a base portion disposed on a predetermined surface in a heat conducting state, and a heat radiation fin extending from the back surface of the predetermined surface, the power conversion circuit on the back side and the heat radiation fin on the front side It is comprised so that attachment to the wall of a building is possible.
本発明の電力変換装置は、各種回路や部品からなる前記電力変換回路が背面側に前記放
熱フィンが前面側になるように、且つ前記電力変換回路の少なくとも一部を前記建造物の
前記壁の内部に位置させるように前記壁に取付可能に構成されるものであるので、前面側
に張り出す部分が少なくなり、省スペース化が図れると共に、ヒートシンクによる放熱機
能を確保することができる。
The power conversion device of the present invention is configured such that the power conversion circuit composed of various circuits and components is on the back side and the radiating fin is on the front side, and at least a part of the power conversion circuit is formed on the wall of the building. Since it is configured to be attachable to the wall so as to be positioned inside, a portion projecting to the front surface side is reduced, space can be saved, and a heat dissipation function by a heat sink can be secured.
本実施形態は、太陽電池などの外部の直流電源から得られた直流電力を交流電力に変換
する電力変換回路が収容され、当該電力変換回路が発する熱を放熱するためのヒートシン
クを備える電力変換装置において、ヒートシンク側を家屋等の建造物の壁外部に位置させ
ると共に、当該電力変換回路の少なくとも一部を建造物の壁内部に位置させる構造に係る
ものである。以下にその実施例を図に基づき説明する。
The present embodiment includes a power conversion circuit that converts DC power obtained from an external DC power source such as a solar cell into AC power, and includes a heat sink that dissipates heat generated by the power conversion circuit. The heat sink side is located outside the wall of a building such as a house, and at least a part of the power conversion circuit is located inside the wall of the building. The embodiment will be described below with reference to the drawings.
図1及び図2に示すように、本実施形態に係る電力変換装置1には、太陽電池PVなど
の外部の直流電源から得られた直流電力を交流電力に変換する電力変換回路INVを構成
する電気回路部品6が内部に収容される。
As shown in FIG.1 and FIG.2, the
本体3内には電力変換回路INVが収容されており、図2に示すように、電力変換回路
INVを構成する複数の電気回路部品6を取り付けるためのシャーシ5が、支柱部材12
を介して熱伝導状態にヒートシンク8の基盤部8Aに取り付けられる。
A power conversion circuit INV is accommodated in the
Is attached to the
図3には電力変換回路INVの構成を示しており、電力変換回路INVは、太陽電池P
Vで発電した直流電力を、直流用リアクトルL1、スイッチング素子S1、ダイオードD
1、平滑用のコンデンサC1を含む昇圧回路BSで所定電圧に昇圧し、昇圧回路BSで昇
圧した電力を複数のスイッチング素子S2で構成する直流・交流変換回路DAで商用電力
系統GRIDの周波数に同期する正弦波交流に変換し、交流用リアクトルL2、コンデン
サC2を含むローパスフィルタLPFで高周波成分をカットまたは充分に減衰させた状態
で、リレー接点RYを介して商用電力系統GRIDへ出力する構成である。昇圧回路BS
、直流・交流変換回路DA及びリレー接点RYは、制御回路CPによって動作が制御され
る構成である。
FIG. 3 shows the configuration of the power conversion circuit INV. The power conversion circuit INV is a solar cell P
DC power generated by V is converted into a DC reactor L1, a switching element S1, and a diode D.
1. The voltage is boosted to a predetermined voltage by a booster circuit BS including a smoothing capacitor C1, and the power boosted by the booster circuit BS is synchronized with the frequency of the commercial power grid GRID by a DC / AC converter circuit DA composed of a plurality of switching elements S2. Is converted into a sine wave alternating current and output to the commercial power system GRID via the relay contact RY in a state where the high frequency component is cut or sufficiently attenuated by the low pass filter LPF including the AC reactor L2 and the capacitor C2. . Booster circuit BS
The operation of the DC / AC conversion circuit DA and the relay contact RY is controlled by the control circuit CP.
電力変換回路INVを構成する電気部品のうち、直流用リアクトルL1、交流用リアク
トルL2、コンデンサC1やコンデンサC2等の大きな部品以外の主たる電気回路部品6
は、大きな平面積を有するプリント配線基板に配置され、直流用リアクトルL1、交流用
リアクトルL2、コンデンサC1やコンデンサC2等も、メイン基板7に形成される配線
パターンと電気的に接続される。
Among the electric components constituting the power conversion circuit INV, main
Are arranged on a printed wiring board having a large plane area, and the DC reactor L1, the AC reactor L2, the capacitor C1, the capacitor C2, and the like are also electrically connected to the wiring pattern formed on the
また、電力変換回路INVは、太陽電池PVから電力変換回路INVへの入力電流を検
出する入力側電流センサCT1を備え、電力変換回路INVの出力電流を検出する出力側
電流センサCT2を備える。入力側電流センサCT1と出力側電流センサCT2は、共通
化を図るため、直流電流及び交流電流の両方の検出に用いることができるホール素子式の
電流センサであり、メイン基板7に取り付けるサブ基板71、72にそれぞれ取り付けら
れている。
The power conversion circuit INV includes an input-side current sensor CT1 that detects an input current from the solar battery PV to the power conversion circuit INV, and includes an output-side current sensor CT2 that detects an output current of the power conversion circuit INV. The input-side current sensor CT1 and the output-side current sensor CT2 are hall element type current sensors that can be used for detection of both DC current and AC current for common use, and are
端子台11は、電力変換回路INVと太陽電池PVとの接続端子、電力変換回路INVと
商用電力系統GRIDとの接続端子、アース端子、及び自立端子を含むものであり、端子
台11と電力変換回路INVとの接続線13を備える。
The
前記自立端子は、商用電力系統GRIDが災害等により動作不能状態になったとき、太陽
電池PVで発電した直流電力を電力変換回路INVで変換した交流電力で以って、家屋内
の電気器具を動作させるための非常時用コンセント接続用である。
When the commercial power system GRID becomes inoperable due to a disaster or the like, the self-supporting terminal can be used to connect the appliances in the house with the AC power converted by the power conversion circuit INV from the DC power generated by the solar battery PV. For emergency outlet connection to operate.
筐体2には、太陽電池PV、商用電力系統GRID、及び非常時用コンセントとの配線が
端子台11に接続されるために、配線用開口12が端子台11に対応して形成される。コ
ンデンサC1とコンデンサC2は、それぞれ単一構成のもの、または複数の小コンデンサ
で群構成される構成であってよい。
In the
電力変換回路INVの中でスイッチング素子S1、S2は発熱して高温となるため、そ
の発熱を放散するために、一つまたは別個のパッケージに収容される形態でモジュール化
される。これをIPM(インテリジェントパワーモジュール)と称する。
Since the switching elements S1 and S2 generate heat and become high temperature in the power conversion circuit INV, in order to dissipate the generated heat, they are modularized in a form accommodated in one or separate packages. This is called an IPM (intelligent power module).
IPMは、アルミニウム等の熱伝導良好なヒートシンク8に取り付ける。図2に示すよう
に、ヒートシンク8は、基盤部8Aと基盤部8Aに対して略垂直方向であって互いが略平
行に位置するように演出された複数の放熱フィン8Bを有する。
The IPM is attached to a
蓋体4は、少なくとも放熱フィン8Bを覆うように備えられる。蓋体4は、ヒートシンク
8からの放熱を促すため外部から空気を流入、流出させるための空気孔4Aを備える(図
4)。蓋体4が放熱フィン8B(発熱部分)を覆うことにより、放熱フィン8B(発熱部
分)へのユーザのアクセスを抑制することができる。
The lid 4 is provided so as to cover at least the
続いて、図4および図5に基づき、本発明に係る電力変換装置の取り付けについて説明
する。図2に示したように、ヒートシンク8の基盤部8Aにおいて、一方の側面(所定面
)には、電気回路部品6等の電力変換回路INVおよびIPM(発熱部品)が設置され、
他方の側面(所定面の裏面)には複数の放熱フィン8Bが形成される(伸びている)。こ
の電力変換回路INV側は筐体2に収容されるように位置し、放熱フィン8Bは蓋体4に
て収容されるように位置する。
Then, the attachment of the power converter device which concerns on this invention is demonstrated based on FIG. 4 and FIG. As shown in FIG. 2, in the
A plurality of
図4に示すように、蓋体4は、放熱フィン8B間へ空気を流入させて放熱させるためのス
リット状に形成された空気孔4Aを備える。空気孔4Aは、蓋体4の平面側、底面側およ
び左右側面側に適宜設けられる。なお、以下の説明においては、ヒートシンク8側を前面
側とし、電力変換回路INV側を背面側として説明する。
As shown in FIG. 4, the lid body 4 includes air holes 4 </ b> A formed in a slit shape for allowing air to flow between the
蓋体4は、本発明に係る電力変換装置1を操作し、状態を確認するための操作表示部2
2を備える。ここで、操作表示部22は、ヒートシンク8の高さより低い位置(下方)に
備えるのが望ましい。ヒートシンク8が発する熱により、蓋体4内には上昇気流が発生し
ているため、ヒートシンク8より低い位置に操作表示部22を位置させることで、その熱
の影響を受け難くでき、操作表示部22およびこれに連結する配線等の熱による劣化を防
ぐことができる。
The lid 4 operates the
2 is provided. Here, it is desirable to provide the
筐体2には、筐体2内部の電力変換回路INVや特にIPMが発する熱を放熱するため
の放熱孔2Aを備える。後述するように、背面側にあたる筐体2は、家屋等の建造物の壁
内部に収容されるように設置されるものであるため、筐体2内部に虫や小動物が入り込む
ことによる故障や誤動作の発生を防ぐため、放熱孔2Aは、網状部材やフィルター部材と
いった侵入防止部を備えるのがよい。
The
また、筐体2の上壁の放熱孔2A上方にはダクト9が設けられる。ダクトには放熱孔2
Aから放出される電気回路部品6を放熱する際に暖められた空気が導かれる。ダクトへ侵
入した空気はダクトに沿って、電力変換装置が配置される壁の電力変換装置の上方へ設け
られた壁の開口へと導かれ電力変換装置の放熱が促進される。
A duct 9 is provided above the
When the
図5に示すように、電力変換装置1の背面側は、建造物の壁部材に形成された開口30
Aに挿入されるように設置される。設置部30は、筐体2を挿入収容するための開口30
Aと、ヒートシンク8の基盤部8Aとをビス止め等により建造物の壁に取り付けて固定す
るためのネジ穴等を備えた取付手段30Bとからなる。このように、電力変換回路が背面
側に放熱フィンが前面側になるように電力変換装置が建造物の壁に取り付けられる。
As shown in FIG. 5, the back side of the
It is installed to be inserted into A. The installation unit 30 has an opening 30 for inserting and housing the
A and mounting means 30B provided with screw holes and the like for attaching and fixing the
取付手段30Bは別部材として備えてもよいし、壁内部における家屋等の間柱が使用で
きる場合は、その間柱を取付手段30Bとしてもよい。また、本説明においては特に図示
しないが、ヒートシンク8の基盤部8Aは、内部機器の発熱により高温になり得るため、
取付手段30Bへの取り付けにおいては、断熱性を有する部材を介して取り付けされるこ
とが望ましい。
The attachment means 30B may be provided as a separate member, and when a pillar such as a house inside the wall can be used, the pillar may be used as the attachment means 30B. Although not particularly illustrated in the present description, the
In the attachment to the attachment means 30B, it is desirable to attach via the member which has heat insulation.
設置された電力変換装置1は、図5に示すように、蓋体4側、つまり正面側が壁外部に
露出し、背面側が壁内部に収容されるように設置される。このように、壁外部にあたる室
内側に張り出る部分は、蓋体4に係る正面側部分だけであるので、従来の屋内設置型電力
変換装置と比較して、室内利用者にとって邪魔にならず、省スペース化を図ることができ
る。
As shown in FIG. 5, the installed
充分な放熱による冷却機能を得るために、ヒートシンク8の少なくとも放熱フィン8B
は、図4および図5に示すように、壁内部に位置させるようにせず、壁外部に位置するよ
うにさせるのが望ましい。また、ヒートシンク8(の基盤部8A)は空間30A全面を覆
う程度のものとするのが望ましい。このようにすることで、電力変換回路が壁の内側へ位
置すると共に、基盤部8Aによって開口を塞いで密閉構造にすることができるので、例え
ば浴室の近くなど湿度の高い部屋に置くことも可能になる。
In order to obtain a cooling function by sufficient heat radiation, at least the
As shown in FIG. 4 and FIG. 5, it is desirable not to be located inside the wall but to be located outside the wall. Further, it is desirable that the heat sink 8 (the
これまでの説明および図5においては、本発明に係る電力変換装置1の背面側にあたる
筐体2を壁内部に完全に収容する構成としているが、必ずしもこのように筐体2全体を壁
内部に位置させる必要はない。設置する建築物の壁部材の厚みや壁内部の空間の広さ等を
勘案し、適宜設定すればよい。尚、放熱の許す限りであればヒートシンク8のフィン8B
が壁の内部に位置することも問題はない。
In the description so far and FIG. 5, the
It is not a problem that is located inside the wall.
以上の説明において、壁とは、風雨が建築物内部に侵入することを防止するために設け
られている部材であれば何でもよく、複数の板状ないし柱上部材から成り内部に空間を有
するものであってもよいし、コンクリート等で埋められ一枚板状になっているものなどを
含む。
In the above description, the wall may be any member provided to prevent wind and rain from entering the building, and is composed of a plurality of plate-like or columnar members and has a space inside. It may be, or it may be one that is buried in concrete or the like and is in the form of a single plate.
その壁内部とは、上記のような壁の一部に設けられた開口を有する一定の空間であれば
よく、また、壁外部とは、その壁内部とした一定の空間外のことであってよい。
The inside of the wall may be a certain space having an opening provided in a part of the wall as described above, and the outside of the wall is outside the certain space defined as the inside of the wall. Good.
操作表示部22は、正面カバー20に備えるとしているが、これに限られない。正面カ
バー20は、ヒートシンク8の放熱フィン8Bを覆うためだけとし、操作表示部22は別
途、正面カバー20の外に備えてもよい。
Although the
外部直流電源として、太陽電池を取り上げたが、この他に燃料電池、風力発電機、波動
発電機などが本発明に適用できる。
Although a solar cell is taken up as the external DC power supply, a fuel cell, a wind power generator, a wave power generator, and the like can be applied to the present invention.
1・・・・・電力変換装置
2・・・・・筐体
2A・・・・放熱孔
4・・・・・蓋体
4A・・・・空気孔
6・・・・・電気回路部品
8・・・・・ヒートシンク
9・・・・・ダクト
INV・・・電力変換回路
PV・・・・太陽電池
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記電力変換回路が発する熱を放熱するヒートシンクと、を備える電力変換装置におい
て、
前記ヒートシンクは、前記電力変換回路の発熱部品が熱伝導状態に所定面に配置される
基盤部と、前記所定面の裏面から伸びる放熱フィンとを有し、
前記電力変換回路が背面側に前記放熱フィンが前面側になるように、且つ前記電力変換
回路の少なくとも一部を建造物の壁内部に位置させるように前記壁に取付可能に構成され
ることを特徴とする電力変換装置。 A power conversion circuit for converting DC power into AC power;
In a power converter comprising a heat sink that dissipates heat generated by the power converter circuit,
The heat sink includes a base portion on which a heat generating component of the power conversion circuit is disposed on a predetermined surface in a heat conducting state, and a heat radiation fin extending from the back surface of the predetermined surface,
The power conversion circuit is configured to be attachable to the wall so that the heat radiating fin is on the front side and at least a part of the power conversion circuit is located inside the wall of the building. A power conversion device.
変換装置。 The power converter according to claim 1, wherein the heat sink is positioned outside the wall.
前記操作部又は表示部を、前記ヒートシンクの高さより低い位置としたことを特徴とす
る請求項1又は請求項2に記載の電力変換装置。 An operation unit for operating the power conversion device or a display unit for displaying a state is provided.
The power converter according to claim 1, wherein the operation unit or the display unit is positioned lower than a height of the heat sink.
前記筐体に、前記電力変換回路が発する熱を放熱するものであって、内部への異物の侵
入を防ぐ侵入防止部を備えた放熱孔を設けたことを特徴とする請求項1乃至請求項3に記
載の電力変換装置。 A housing for accommodating the power conversion circuit;
The heat dissipation hole provided with the intrusion prevention part which radiates the heat | fever which the said power conversion circuit emits in the said housing | casing, and prevents the penetration | invasion of the foreign material to an inside is provided. 4. The power conversion device according to 3.
記載の電力変換装置。 The power converter according to any one of claims 1 to 4, further comprising a lid that covers the heat radiation fin.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016067205A JP2017184417A (en) | 2016-03-30 | 2016-03-30 | Power converter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016067205A JP2017184417A (en) | 2016-03-30 | 2016-03-30 | Power converter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017184417A true JP2017184417A (en) | 2017-10-05 |
Family
ID=60006549
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016067205A Pending JP2017184417A (en) | 2016-03-30 | 2016-03-30 | Power converter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2017184417A (en) |
-
2016
- 2016-03-30 JP JP2016067205A patent/JP2017184417A/en active Pending
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Legal Events
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