JP2018023209A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】屋内、特に湯気が発生する脱衣場に設置する電力変換装置において、湯気の進入を防止かつ筐体内部を効率的に冷却する。【解決手段】直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路を収容する筐体とを備えた電力変換装置において、前記筐体の下面は前記筐体の下方から内部への空気の流入を防ぐように閉じられ、前記筐体の下面とは異なる面に前記インバータ回路が収納される前記筐体内部に通じる通気孔を有し、前記インバータ回路により温度が上昇した空気が自然対流により前記通気孔を介して排出されることで湯気の進入を抑止し、かつ筐体内部を効率的に冷却する。【選択図】図１

Description

本発明は、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置に関する。

近年、太陽電池、蓄電池、燃料電池などの直流電源から出力される直流電力を交流電力
に変換し、変換した交流電力を商用電力系統へと供給する電力変換装置が普及し、需要家
に設けられるようになっている。

この様な電力変換装置は、直流電源の出力する直流電力の電圧を所望の電圧に昇圧する
コンバータ回路、コンバータ回路が昇圧した直流電力を交流電力に変換するインバータ回
路、及びコンバータ回路やインバータ回路の動作を制御するための制御回路を有しており
、これらの電気回路が筐体内に収容されている。

コンバータ回路やインバータ回路は、スイッチング素子やリアクトルを含み、スイッチ
ング素子を高周波でＯＮ／ＯＦＦ動作させることで動作する。スイッチング素子を高周波
でＯＮ／ＯＦＦ動作させると、スイッチングロスやリアクトルの抵抗成分などによりスイ
ッチ素子やリアクトルが発熱することになる。この発熱によってスイッチング素子や筐体
内の温度が上昇すると、スイッチング素子の破損や制御回路の動作不良へとつながるので
、筐体に収容されるスイッチング素子やリアクトルなどの前記発熱体を冷却し筐体内の温
度を下げることが望ましい。

特許文献１には、コンバータ回路、インバータ回路、及び制御回路などを備えこれらの
電気回路を筐体内へと収容した面掛けタイプの電力変換装置が開示されている。また、特
許文献１には、筐体内の温度を下げるために、筐体の下部に吸気孔を設けて空気を吸気し
、内部の発熱体に筐体外の冷たい空気を当てて冷却し、筐体の上面と側面上部に設けた排
気孔を介して発熱体によって暖められた空気を排気する構造が開示されている。

国際公開第２０１４／０３８０４７号

一方、電力変換装置は、コンバータ回路やインバータ回路のスイッチング素子のＯＮ／
ＯＦＦ動作による高周波音やリアクトルに交流電流が流れて起こる振動に起因する音がユ
ーザーにとっては煩わしく感じる場合がある。このため、普段ユーザーが多くの時間を過
ごすことになる空間（例えば、リビングや寝室）よりは、浴室に隣設される脱衣所や洗面
所のように普段ユーザーの使用時間が短い空間に電力変換装置を置くことができればユー
ザーは電力変換装置から生じる音に煩わされることが無くなる。

しかしながら、特許文献１に記載の面掛けタイプの電力変換装置を脱衣所や洗面所に設
置（例えば浴室入り口の上部など）する場合、脱衣所内の浴室のドアを開閉する時に漏れ
る湯気（外気に触れて気体の温度が低下し凝結した水滴と水蒸気の混相）が電力変換装置
の下方に設けられた吸気孔により内部へ吸い込まれ、この湯気が筐体内の電気回路に付着
し、電気回路部品の劣化や漏電を引き起し故障の原因になってしまう虞がある。

本発明は上記に鑑みて為されたものであって、湯気による電気回路部品の劣化や漏電に
よる電力変換装置の故障を抑制し、例えば、浴室の入り口付近などに設置可能な電力変換
装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の電力変換装置は、直流電力が供給されて当該直流
電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路が収容された筐体と、
を備えた電力変換装置において、前記筐体の下面は前記筐体の下方から前記インバータ回
路が収容された筐体内部への空気の流入を防ぐように閉じられ、前記筐体の下面とは異な
るいずれかの面に前記インバータ回路が収納された前記筐体内部に空気が通じるように設
けられた通気孔を有し、前記インバータ回路を構成する部品の発熱により温度が上昇した
空気が自然対流により前記通気孔を介して排出される、ことを特徴とする。

本発明は、湯気による電気回路部品の劣化や漏電による電力変換装置の故障を抑制するこ
とを可能とする。

本実施形態に係る電力変換装置の蓋体、収容される基板を省略した本体および取付板の分解斜視図である。 本実施形態に係る電力変換装置の回路構成図である。 本実施形態に係る電力変換装置の下面を除いた説明図である。 本実施形態に係る電力変換装置の蓋体を除いた前面図である。 本実施形態に係る電力変換装置の６面図である。（ａ）平面図、（ｂ）左側面図、（ｃ）前面図、（ｄ）右側面図、（ｅ）背面図、（ｆ）下面図

本実施形態は、太陽電池や蓄電池、燃料電池などの直流電源から得られた直流電力を交
流電力に変換するインバータ回路が筐体内に収容され、当該インバータ回路が発する熱を
放熱することを目的とする自然対流による冷却を実現するための通気孔を備える電力変換
装置において、湯気が発生する脱衣場や洗面場に当該電力変換装置を設置する場合の当該
電力変換装置内部への湯気侵入による故障を防ぐために筐体下部が閉じられ、かつ自然対
流が起こるに足りる十分な吸気と排気の実現が可能な通気孔を備える筐体の構造に係るも
のである。以下にその実施形態を図に基づき説明する。実施形態は、筐体内にインバータ
回路とヒートシンクを収容した形態で示している。

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し、変換した交流電力を商用電力
系統ＧＲＩＤへ供給する。電力変換装置１を構成する電気回路部品は筐体２内部に収容さ
れている。

筐体２は、金属製の本体３と金属製の蓋体４によって構成されている。図１に示すよう
に、筐体２は建物の壁などに設置された取付板１２によって建物の壁に配置することが可
能に構成されている。具体的には、取付板１２は、壁などに取り付けられた状態で正面側
に突出するフック１２Ａを有している。このフック１２Ａが、筐体２の背面に設けられる
取付部３Ｃ３に引っ掛けられて筐体２が壁に取り付けられる。本体３は、鋼板の一方の面
がカラー塗装されたカラー鋼板で構成され、カラー塗装された面を外側として、上面３Ａ
、下面３Ｂ、及び背面３Ｃで囲まれ前面開口３Ｄを有するコ字状に形成される。

図５（ａ）に示すように、筐体２（本体３）の上面３Ａは、放熱フィン９Ｂ間から流出
する空気用として多数のスリット状の第１通気孔１５を備える。図５（ｆ）に示すように
、本体３の下面３Ｂは放熱フィン９Ｂ間へ流入するように多数のスリット状の第１通気孔
１５を有しているが、下面３Ｂは筐体２の下方から筐体２内部への空気の流入は防ぐよう
に閉じられている。図５（ｅ）に示すように、本体３の背面３Ｃは、後述する放熱フィン
９Ｂ間へ流入するように多数のスリット３Ｃ１で形成した第１通気孔１５を備える。また
、背面３Ｃには、太陽電池ＰＶ、商用電力系統ＧＲＩＤの配線が接続されるための配線用
開口３Ｃ２が形成される。

本実施形態では、本体３を構成する上面３Ａ、下面３Ｂ、背面３Ｃをそれぞれの記号で
表記しているが、別々の部材であることを限定する意味ではなく、全てが一体化もしくは
２つ以上の面が一体化の場合も本発明に含むことができる。

また、蓋体４は、前面３Ｅと左面３Ｆ、右面３Ｇが一体化されたコ字状に形成されてい
る。蓋体４は、鋼板の一方の面がカラー塗装されたカラー鋼板で構成され、カラー塗装さ
れた面を外側とし、本体３の前面開口３Ｄを塞ぐように取り付けネジによって本体３に着
脱自在に取り付ける。また、蓋体４の夫々の面には、筐体２内部に空気が通じるように設
けられた多数の小孔からなる第２通気孔１６が設けられている。

本実施形態は、蓋体４が前面３Ｅ、右面３Ｇおよび左面３Ｆが一体化である場合を説明
しているが、この形を限定する意味ではない。この本体３の前面開口３Ｄに設置する蓋体
４は本体３の前面開口３Ｄの形状に合わせて１つの面で構成もしくは２つ以上の面で構成
することも可能である。

図２には電力変換装置１の構成を示しており、昇圧回路ＢＳ、インバータ回路ＩＮＶ、
ローパスフィルタＬＰＦ、リレーＲＹを有している。昇圧回路ＢＳは、直流用リアクトル
Ｌ１、スイッチング素子、ダイオード、平滑用のコンデンサＣ１を含み、太陽電池ＰＶな
ど外部の直流電源から得られた直流電力の電圧を所望の電圧に昇圧する。

インバータ回路ＩＮＶは、複数のスイッチング素子で構成するブリッジ回路で構成され
る。インバータ回路ＩＮＶは、昇圧回路ＢＳで昇圧した直流電力を商用電力系統ＧＲＩＤ
の周波数に同期する正弦波交流に変換する。変換された交流電力は、交流用リアクトルＬ
２、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ＲＹを介して商用電力系統ＧＲＩＤへ供給される。

昇圧回路ＢＳ、インバータ回路ＩＮＶ及びリレーＲＹは、制御回路ＣＰによって動作が
制御される構成である。インバータ回路ＩＮＶや昇圧回路ＢＳなどの太陽電池ＰＶにより
発電されて商用電力系統へ供給される電力が通る回路は主回路とも呼ばれ、主回路を構成
する直流電力や交流電力が供給される配線（ライン）やコンデンサＣ１、Ｃ２などの電気
部品はメイン基板７（第１基板）に実装される。制御回路は、サブ基板８（第２基板）に
実装（配置）される。

電力変換装置１を構成する電気回路部品のうち、直流用リアクトルＬ１、交流用リアク
トルＬ２等の大きな部品以外の主たる電気回路部品６（例えば、コンデンサＣ１やコンデ
ンサＣ２等）は、プリント配線基板で構成するメイン基板７に配置される。また、直流用
リアクトルＬ１、交流用リアクトルＬ２、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。

以下、電力変換装置１（昇圧回路ＢＳやインバータ回路ＩＮＶ、ローパスフィルタＬＰ
Ｆ、リレーＲＹなど）を構成する電気回路部品の筐体２への配置について説明する。

図３に示すように、電力変換装置１を構成する複数の電気回路部品６を取り付けるため
のヒートシンク９が、背面３Ｃと平行配置となるように取り付けられる。

具体的には、ヒートシンク９は、アルミニウム等の熱伝導良好な素材からなり、基盤部
９Ａと基盤部９Ａから左右に並行して上下方向（前面⇔背面方向）に延出した複数の放熱
フィン９Ｂを有し、放熱フィン９Ｂが本体３の背面３Ｃに形成するスリット３Ｃ１から覗
く状態で、本体３内でシャーシ５と背面３Ｃとの間に位置するように、背面３Ｃにネジ等
の固定具にて取り付ける。

ヒートシンク９の基盤部９Ａには、特に発熱の大きい昇圧回路ＢＳやインバータ回路Ｉ
ＮＶのスイッチング素子をモジュール化したＩＰＭ（インテリジェントパワーモジュール
）１１や直流用リアクトルＬ１、交流用リアクトルＬ２が載置され、基盤部９Ａ及び放熱
フィン９Ｂを介して熱を放出する。

直流用リアクトルＬ１と交流用リアクトルＬ２は、基盤部９Ａの左側に、ネジ等の固定
具にて上下配置状態に取り付けられ、その右側にＩＰＭ１１が取り付けられている。

メイン基板７はスペーサを介してヒートシンク９の基盤部９Ｂと間隔をあけて略平行に
配置される。メイン基板７には、孔が設けられ、ＩＰＭ１１がその孔を通ってメイン基板
７の前面３Ｅ側へ突出するような形になっている。

サブ基板８は、メイン基板７と間隔をあけてこのメイン基板７を覆うシャーシ５（基板
取付部材）を介してネジ等の固定具にて固定される。このように配置することによりメイ
ン基板７、サブ基板８が略平行に配置されることになる。また、サブ基板８には孔が設け
られており、サブ基板８の孔に対応するシャーシ５の位置にも孔が形成され、これらの孔
からＩＰＭ１１が覗くようになっている。尚、本実施形態における各電気回路部品の配置
は一例であり、配置を限定する意味ではない。

このように電力変換装置１が構成されることにより、電力変換装置１を構成する電気回
路部品６の発熱により筐体２内部の温度が上昇すると、蓋体４の下側に形成される第２通
気孔１６から吸入された空気が電力変換装置１（インバータ回路ＩＮＶや昇圧回路ＢＳ）
を構成する電気回路部品６を通って、蓋体４の上側に形成される第２通気孔１６から排出
される自然対流を引き起こす。これにより、筐体内部の温度よりも相対的に低温の外気と
電気回路部品６とが熱交換され電気回路部品６（発熱体）が冷却される。

尚、第２通気孔１６は２列の小孔郡を上下２つ、前面３Ｅ、左面３Ｆ、右面３Ｇの夫々
に設置されているが、設置数や設置場所に制限を設ける意図ではなく、１箇所のみもしく
は複数個所に設置してもよい。

以上のように、本実施形態では、筐体２の下面３Ｂは筐体２の下方からインバータ回路
ＩＮＶが収容された筐体２内部への空気の流入を防ぐように閉じられているため、お風呂
場などの隣接する脱衣所などに設置したとしても、お風呂場から湧き上がる湯気が筐体２
内部へ流入することを抑制することができる。

また、本実施形態では、自然対流による緩やかな流れで空気を下側の第２通気孔から中
へ取り入れて冷却し、上側の第２通気孔を介して外へ排気しているため、湯気が筐体内に
入ることを抑制することができつつも、冷却に必要な外気を取り入れることができる。

また、本実施形態では、メイン基板７に孔が設けられているため、筐体内部で生じた自
然対流がこの孔を通ってメイン基板７の表裏の空気が混ざって冷却効果が高まる。

また、サブ基板８は、メイン基板７と間隔をあけてメイン基板７を覆うシャーシ５を介
して固定され、メイン基板７とサブ基板８とが略平行に配置されている。このため、筐体
内部で生じた自然対流がメイン基板７とサブ基板８によって上下方向に流れるように整理
され冷却効果が高まる。

また、本実施形態では、メイン基板７に加えてサブ基板８及びシャーシ５にも孔が設け
られているため、筐体内部で生じた自然対流がこの孔を通ってメイン基板７、サブ基板８
およびシャーシ５の表裏の空気が混ざって冷却効果が高まる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、以上の説明は本発明の理解を容易にす
るためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱すること
なく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。

例えば、上面３Ａには第２通気孔１６を設けていないが、湯気が入らない場合は、第２
通気孔１６を設けても良い。

また、背面３Ｃを建物の壁に取り付けられる取付板１２を用いて取り付けたが、天井な
どに設けられた取付板１２などにより天井と脱着自在としても良い。あるいは、天井から
筐体を吊って固定する方法も可能である。天井に筐体を固定する方法はこの限りでない。

本実施形態では電気回路部品を配置する一つの例を示しているが、各部品の配置はこの
限りではない。発熱する電気回路部品同士を近隣に設置しないなど、効率的な放熱を目的
とするならどのような配置でもよい。

本実施形態では脱衣所や洗面所に当該電力変換装置を設置する場合の例を開示している
が、設置場所はこの限りではない。屋内かつ密閉された空間でなければ、どの場所でも設
置可能である。

１ 電力変換装置
２ 筐体
３ 本体
３Ａ 上面
３Ｂ 下面
３Ｃ 背面
３Ｃ１ スリット
３Ｃ２ 配線用開口
３Ｃ３ 取付部
３Ｄ 前面開口
３Ｅ 前面
３Ｆ 左面
３Ｇ 右面
４ 蓋体
５ シャーシ
６ 電気回路部品
７ メイン基板
８ サブ基板
９ ヒートシンク
１１ ＩＰＭ
１２ 取付板
１５ 第１通気孔
１６ 第２通気孔
ＢＳ 昇圧回路
Ｃ１ コンデンサ
Ｃ２ コンデンサ
ＧＲＩＤ 商用電力系統
ＩＮＶ インバータ回路
Ｌ１ 直流用リアクトル
Ｌ２ 交流用リアクトル
ＬＰＦ ローパスフィルタ
ＰＶ 太陽電池
ＲＹ リレー

Claims (5)

1. 直流電力が供給されて当該直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、
   前記インバータ回路が収容された筐体と、を備えた電力変換装置において、
   前記筐体の下面は前記筐体の下方から前記インバータ回路が収容された筐体内部への空
   気の流入を防ぐように閉じられ、
   前記筐体の下面とは異なるいずれかの面に前記インバータ回路が収納された前記筐体内
   部に空気が通じるように設けられた通気孔を有し、
   前記インバータ回路を構成する部品の発熱により温度が上昇した空気が自然対流により
   前記通気孔を介して排出される、
   ことを特徴とする電力変換装置。
2. 前記筐体には、前記直流電力、或いは前記交流電力が供給されるラインが配置される第
   １基板が収容され、前記第１基板には孔が設けられていることを特徴とする請求項１に記
   載の電力変換装置。
3. 前記筐体には、前記インバータ回路を制御するための制御回路が配置される第２基板が
   前記第１基板と略平行に配置され、前記第１基板と前記第２基板は孔が設けられているこ
   とを特徴とする請求項１乃至請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記第２基板は、前記第１基板と間隔をあけて当該第１基板を覆う基板取付部材を介して
   固定される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。
5. 前記筐体の背面は建物に取り付け可能に構成されていることを特徴とする請求項１乃至
   ４記載の電力変換装置。

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