JP2018098867A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】盤内の低耐水性物に対する水分の影響を抑制し、通気冷却部の冷却効率や盤内の取り扱い性，収納効率に貢献可能な電力変換装置を提供する。
【解決手段】電気部品２１が収容される盤１が２面以上配列された列盤構成体１０の天井部１０ｄの外面側に、筐体状の風洞体３を設ける。風洞体３内においては、風洞仕切壁３１により互いに仕切られた風洞吸気部３２および風洞送気部３３と、風洞仕切壁３１において盤配列方向の一方側に設けられた通気冷却部４と、風洞体底部３ｅの風洞吸気部３２側と盤１内とを連通した吸気口５１と、風洞体底部３ｅの風洞送気部３３側と盤１内とを連通した送気口５２と、各盤天井部１１ｄの吸気口５１と送気口５２との間から盤１内方向に突出、および盤配列方向に延在した盤内仕切壁６と、盤内仕切壁６と盤底部１１ｅとの間に形成された通気用間隙６１と、を備えたものとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば種々の電力設備等に適用されている電力変換装置に関するものである。

種々の電力設備等で適用されている電力変換装置としては、例えば筐体状の盤（例えば閉鎖形配電盤）を所定方向に複数個配列した列盤構成（所定方向に並べて配置した構成）のものが知られている。各盤内には、種々の電気部品（例えば半導体素子ユニット（ＩＧＢＴ等），変圧器，リアクトル等が挙げられ）等が収容される。

電気部品が発熱性を有する場合には、例えば、電力変換装置の各盤内に配置された冷媒循環式の熱交換器や、当該熱交換器により冷却された空気を盤内に通気させる通風機等、を備えた通気冷却部を適用することにより、盤内の温度上昇を抑制することが可能である（例えば特許文献１）。熱交換器においては、盤内に配設された配管路（循環用パイプ等）を介して、電力変換装置外の冷媒循環装置が接続され、当該冷媒循環装置の冷媒（冷却水等）を循環できるように構成されたものが挙げられる。

通気冷却部の冷却効率を高める手法としては、例えば盤内の天井部側等の熱が溜まり易い箇所に当該通気冷却部を配置したり、当該通気冷却部の設置個数の増加や大型化すること等も挙げられる。電力変換装置とは異なる技術分野ではあるが、筐体内を仕切壁により仕切って通気経路を形成する手法も知られている（例えば特許文献２）。

特開２０１３−７１４８２号公報 特開２００６−６４７５２号公報

前述のように盤内に通気冷却部を配置すると、その通気冷却部により冷却された冷却空気の温度に応じて、当該通気冷却部近辺に結露等の水分が発生し得る。このような場合、盤内の電気部品や絶縁物等（以下、単に低耐水性物と適宜称する）において、水分の影響が発生しないように対策することが必要となる。

また、通気冷却部による冷却効率を高めるには、当該通気冷却部の設置個数を増加したり大型化することが考えられるが、各盤内の取り扱い性（例えば通気冷却部，電気部品，循環路等のメンテナンス性，組立性等）や収納効率（省スペース性等）が妨げられないように対策することが必要となる。

本発明は、盤内の低耐水性物に対する水分の影響を抑制し、通気冷却部の冷却効率や盤内の取り扱い性，収納効率に貢献可能な電力変換装置を提供することにある。

この発明に係る電力変換装置は、かかる技術的課題に鑑みてなされたものであって、その一態様は、電気部品が収容される盤が２面以上配列された列盤構成体と、列盤構成体天井部の外面側に形成された筐体状の風洞体と、風洞体内を垂直方向に延在、および盤配列方向に延在した風洞仕切壁と、風洞体内において風洞仕切壁により互いに仕切られた風洞吸気部および風洞送気部と、風洞仕切壁において盤配列方向の一方側に設けられた通気冷却部と、風洞体底部の風洞吸気部側において各盤と対向する位置にそれぞれ形成され、当該盤内と風洞吸気部とを連通した吸気口と、風洞体底部の風洞送気部側において各盤と対向する位置にそれぞれ形成され、当該盤内と風洞送気部とを連通した送気口と、各盤天井部の吸気口と送気口との間から盤内方向に突出、および盤配列方向に延在した盤内仕切壁と、盤内仕切壁と盤底部との間に形成された通気用間隙と、を備え、通気冷却部は、風洞吸気部から風洞送気部に通気する方向に吹出す通風機、および当該通風機の通気する方向に位置した熱交換器を備えた、ことを特徴とする。

前述の一態様において、各吸気口および各送気口のうち少なくとも何れか一方の開口面積が、通気冷却部に近づくに連れて小さくなることを特徴とするものでも良い。また、風洞体底部と通気冷却部との間に排水パンが設けられたことを特徴とするものでも良い。また、列盤構成体が複数個配列されたことを特徴とするものでも良い。また、熱交換器は、盤内に配設された循環路を介して、列盤構成体の外側の冷媒循環装置により冷媒が循環することを特徴とするものでも良い。

以上示したように本発明によれば、盤内の低耐水性物に対する水分の影響を抑制し、通気冷却部の冷却効率や盤内の取り扱い性，収納効率に貢献可能となる。

本実施形態の電力変換装置の一例を説明するための概略図。 風洞体３において天井部３ｄを取り除き内部を臨んだ概略図。 列盤構成体１０および風洞体３において盤側面部１１ｃａ側を取り除き内部を臨んだ概略図。 列盤構成体１０および風洞体３において盤正面部１１ａ側を取り除き内部を臨んだ概略図。 一般的な電力変換装置の概略図。 図５の部分説明図（（Ａ）は上面側から臨んだ図、（Ｂ）は盤側面部１１ｃａ側を取り除き内部を臨んだ図、（Ｃ）は盤正面部側を取り除き内部を臨んだ図）。

本発明の実施形態の電力変換装置は、盤（例えばパネル状や柱状の盤枠を複数個組み付けて成る筐体状の盤）が２面以上配列された列盤構成体を備えたものであり、単に各盤内に熱交換器を配列した構成とは全く異なるものである。

すなわち、本実施形態の電力変換装置は、風洞仕切壁により互いに仕切られた風洞吸気部および風洞送気部を有し当該風洞体の一端側に通風冷却部を有した風洞体が、列盤構成体天井部の外面側に備えられたものであり、各盤内が、各盤天井部の吸気口と送気口との間から盤内方向に突出、および盤配列方向に延在した盤内仕切壁によって仕切られた構成である。

一般的な電力変換装置９の場合、例えば図５，図６に示すように２面以上の盤９ａ（図５，図６では６つの盤９ａａ〜９ａｆ；以下、単に盤９ａと適宜称する）を配列して列盤構成体９０を形成し、各盤９ａ内の盤底部９１ｅ側に通気冷却部９ｂを配置（図６では、通風機９ｂａ，熱交換器９ｂｂを有した通気冷却部９ｂを２個配置）し、その通気冷却部９ｂの上方側に電気部品や絶縁物等の低耐水性物９ｃ（図６では半導体素子ユニット９ｃａ，リアクトル９ｃｂ，変圧器９ｃｃ；以下、単に低耐水性物９ｃと適宜称する）を多段状に配置した構成が挙げられる。そして、電力変換装置９の外周側に設置された冷媒循環装置９ｄの冷媒を熱交換器９ｂｂに循環（循環路９ｅ等を介して循環）し、その通気冷却部９ｂによって冷却された冷却空気を各盤９ａ内に通気（例えば図６の点線矢印のように通気）させせることにより、各盤９ａ内の温度上昇を抑制することが図られている。

しかしながら、図５，図６のように通気冷却部９ｂを各盤９ａ内の盤底部９１ｅ側に配置した構成では、例えば盤９ａ内の天井部９１ｄ側等のように熱が溜まって温度上昇し易い箇所（以下、単に温度上昇箇所と適宜称する）は、通気冷却部９ｂとの間の距離が大きくなると、冷却が不十分となる虞がある。通気冷却部９ｂの設置個数を増加したり大型化して冷却効率が高くなる可能性はあるが、各盤９ａ内の収納スペースが狭くなったり複雑化（例えば熱交換器に接続される循環路の増加や、当該接続箇所の増加等により複雑化）し、取り扱い性（例えば電気部品や循環路等のメンテナンス性，組立性等）や収納効率（省スペース性等）が妨げられる虞がある。

また、図５，図６のように、低耐水性物９ｃに対して冷却空気を直接的に吹き付ける構成（冷却空気の吹出し方向に低耐水性物９ｃが位置する構成）では、その冷却空気の温度が低く結露等の水分が発生し得る場合に、低耐水性物９ｃにおいて当該水分による影響（例えば電気部品の故障や絶縁物の絶縁劣化等）が発生することも考えられる。なお、例えば図５，図６のように通気冷却部９ｂを各盤９ａ内の盤底部側に配置した構成であれば、当該通気冷却部９ｂを各盤９ａ内の天井部側に配置した構成（例えば結露等の水分が低耐水性物９ｃに対して滴下し得る構成）と比較して、低耐水性物９ｃに対する水分の影響を抑制できる可能性はあるものの、前述のように冷却が不十分になったり、各盤９ａの取り扱い性や収納効率が妨げられる虞が生じる。

一方、本実施形態の電力変換装置のように、列盤構成体天井部の外面側に備えられた風洞体内に通気冷却部が配置されているため、低耐水性物に対して冷却空気が直接的に吹き付けられることを抑制でき、例えば通気冷却部の冷却空気により結露等の水分が発生し得る場合であっても、各盤内の低耐水性物に対する当該水分の影響を抑制できる。

また、風洞体が、例えば盤内の天井部側等の温度上昇箇所から比較的近くに位置するため、当該温度上昇箇所を十分冷却することが可能となる。例えば図５，図６と比較すると、熱交換器と当該熱交換器周辺との温度差が大きくなり、より速やかな熱交換を実現したり小型化に貢献できる可能性がある。

また、風洞体底部と対向して位置する各盤内には、各々の送気口を介して、風洞送気部から冷却空気が送気されて通気する構成であるため、例えば図５，図６のような構成（各盤９ａに通気冷却部９ｂをそれぞれ設置したような構成）にしなくても、十分冷却することができ、各盤の取り扱い性や収納効率に貢献可能となる。各盤内に送気された冷却空気は、盤内の熱（電気部品等から発生した熱）を吸熱し、盤内仕切壁と盤底部との間に形成された通気用間隙を通過して、それぞれの吸気口を介して風洞吸気部に吸気され、通気冷却部の熱交換器によって冷却されることとなる。

本実施形態の電力変換装置は、前述のように列盤構成体天井部の外面側に備えられた風洞体内に通気冷却部が配置され、当該通気冷却部の冷却空気を各盤内に送気して通気できる構成であれば、種々の分野（例えば電力変換装置盤等の閉鎖形配電盤の分野）の技術常識を適宜適用して設計変形することが可能であり、その一例として以下に示すものが挙げられる。

≪本実施形態による電力変換装置の一例≫
図１〜図４は、例えば電力設備に適用可能な本実施形態による電力変換装置Ａを説明するものである。電力変換装置Ａにおいては、所望の電気部品や絶縁物等の低耐水性物２１を収容可能な盤１を所定方向に２以上配列（図１〜図４では３つの盤１ａ〜１ｃを配列；以下、それぞれを単に盤１と適宜称する）して構成された列盤構成体１０を備えている。盤１においては、例えばパネル状や柱状の盤枠複数個を略箱状に組み付けてなり、当該盤１内が、盤正面部１１ａ，盤背面部１１ｂ，盤側面部１１ｃａ，１１ｃｂ，盤天井部１１ｄ，盤底部１１ｅによって囲繞された構成となっている。

列盤構成体１０の天井部１０ｄの外面側には、当該天井部１０ｄ（各盤１の天井部１１ｄ）を覆うように、筐体状（図１〜図４では通気冷却部４の形状に合わせて盤１ａ側が膨張した形状）の風洞体３が設けられる。この風洞体３内には、当該風洞体３内を垂直方向に延在、および盤配列方向に延在（盤１ａ〜１ｃに渡って延在）した風洞仕切壁３１が設けられ、この風洞仕切壁３１によって、風洞体３内が風洞吸気部３２と風洞送気部３３とに仕切られた構成となっている。また、風洞仕切壁３１における盤配列方向の一方側（図１〜図４では盤１ａと対向する位置側）には、通風機４１と熱交換器４２とを有した通気冷却部４が設けられている。この通気冷却部４は、風洞吸気部３２から取り込んだ空気を冷却し、その冷却空気を風洞送気部３３に送気して各盤１内を通気できる構成であれば、特に限定されるものではない。

図１〜図４の通気冷却部４の場合、風洞吸気部３２側に位置する通風機４１と、風洞送気部３３側に位置する熱交換器４２と、の間に風洞仕切壁３１が介在している。また、当該介在箇所の風洞仕切壁３１には通気孔（図示省略）が穿設され、風洞吸気部３２側から取り込んだ空気が風洞送気部３３側に吹出せるように構成されている。また、熱交換器４２が、通風機４１による空気の吹出し方向に配置されており、当該吹出された空気を冷却できる構成となっている。熱交換器４２によって冷却された冷却空気は、風洞送気部３３内から、後述の送気口５２を介して各盤１内に送気されることとなる。

通気冷却部４と、風洞体３の底部３ｅと、の間には排水パン４３が介在し、通気冷却部４の周囲に発生し得る結露等の水分を捕集（例えば滴下された水分を捕集）できるように構成されている。この排水パン４３に捕集された水分は、例えば排水管路（図３では盤１内に配設された排水管路）４３ａ等を介して風洞体３の外部に排水することが可能である。熱交換器４２においては、例えば電力変換装置Ａの外側に設置された冷媒循環装置４４が、循環路（図４では盤内に配設された循環路）４５を介して接続され、当該冷媒循環装置４４の冷媒（冷却水等）を循環できるように構成されている。

風洞体３の底部３ｅの風洞吸気部３２側において各盤１と対向する位置には、当該盤１内と風洞吸気部３２とを連通した吸気口５１（図１〜図４では吸気口５１ａ〜５１ｃ；以下、単に吸気口５１と適宜称する）が形成されている。また、風洞体３の底部３ｅの風洞送気部３３側において各盤１と対向する位置には、当該盤１内と風洞送気部３３とを連通した送気口５２（図１〜図４では送気口５２ａ〜５２ｃ；以下、単に送気口５２と適宜称する）が形成されている。

各盤１においては、当該盤１の天井部１１ｄの吸気口５１と送気口５２との間から盤１内方向に突出、および盤配列方向に延在した盤内仕切壁６が設けられている。この盤内仕切壁６は、盤１内を吸気口５１側と送気口５２側とに仕切り、当該盤内仕切壁６の突出方向側先端（図示下端）が盤底部１１ｅから所定距離を隔てた形状であり、当該突出方向側先端と盤底部１１ｅとの間に通気用間隙６１を形成した構成となっている。

《電力変換装置の動作例》
以上示したような電力変換装置Ａにおいて、通気冷却部４を稼動（通風機４１を稼動し、熱交換器４２に冷媒を循環）させると、通気冷却部４は風洞吸気部３２から取り込んだ空気を冷却し、その冷却空気を風洞送気部３３に吹出す（図中では点線矢印で示すように水平方向に吹出す）。その吹出された冷却空気は、送気口５２を介して各盤１内の風洞送気部３３側に送気（図中では点線矢印で示すように盤底部１１ｅ側方向に送気）され、通気用間隙６１を通過して各盤１内の風洞吸気部３２側に移動しながら、盤１内の熱（電気部品等から発生した熱）を吸熱する。そして、当該熱を吸熱した空気は、吸気口５１を介して風洞吸気部３２に吸気（図中では点線矢印で示すように盤天井部１１ｄ側方向に吸気）され、通気冷却部４に取り込まれて熱交換器４２により冷却されることとなる。

《吸気口５１，送気口５２の変形例》
吸気口５１，送気口５２の形状や個数等は、目的に応じて適宜設計することが可能なものであるが、例えば以下に示すように設計することが挙げられる。

例えば、各吸気口５１は、風洞吸気部３２と盤１内の風洞吸気部３２側とがそれぞれ連通した構成であれば、特に限定されるものではないが、例えば図示するように、開口面積が通気冷却部４に近づくに連れて小さくなるように設定（例えば通気冷却部４からの距離や、対応する盤１内の容積等に応じて、適宜設定）することが挙げられる。これにより、吸気口５１を介して各盤１内から吸気される空気がそれぞれ均等になるように設定することができる。

また、各送気口５２においては、風洞送気部３３と盤１内の風洞送気部３３側とがそれぞれ連通した構成であれば、特に限定されるものではないが、例えば図示するように、開口面積が通気冷却部に近づくに連れて小さくなるように設定することが挙げられる。これにより、送気口５２を介して各盤１内に送気される冷却空気がそれぞれ均等になるように設定することができる。

このように吸気口５１または／および送気口５２の開口面積を適宜設定することにより、各盤１における冷却効率の差を小さく抑制することも可能となる。

以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変更等が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変更等が特許請求の範囲に属することは当然のことである。

例えば図１〜図４の電力変換装置Ａでは、一つの列盤構成体１０を有した構成が示されているが、目的に応じて複数個の列盤構成体１０を所定方向に配列し、各列盤構成体１０の天井部１０ｄの外面側にそれぞれ風洞体３を設け、各風洞体３内の通気冷却部４によって各盤１内を通気できる構成にしても良く、当該電力変換装置Ａと同様の作用効果を奏することとなる。また、通気冷却部４は、風洞吸気部３２から風洞送気部３３に通気する方向に吹出す通風機４１、および当該通風機４１の通気する方向（吹出し方向）に位置した熱交換器４２を備えたものであれば、種々の設計変更することが可能であり、例えば熱交換器４２を複数個備えたものであっても良い。また、列盤構成体１０と風洞体３とは、別体構成でも一体構成でも良い。また、各盤１内や風洞体３内においては、通気性を向上させるように適宜設計変更しても良く、例えば通気ガイドを適宜設置することが挙げられる。

Ａ…電力変換装置
１（１ａ〜１ｃ）…盤
１０…列盤構成体
２１…低耐水性物（電気部品，絶縁物等）
３…風洞体
３１…風洞仕切壁
３２…風洞吸気部
３３…風洞送気部
４…通気冷却部
４１…通風機
４２…熱交換器
４３…排水パン
４４…冷媒循環装置
５１（５１ａ〜５１ｃ）…吸気口
５２（５２ａ〜５２ｃ）…送気口
６…盤内仕切壁
６１…通気用間隙

Claims (5)

1. 電気部品が収容される盤が２面以上配列された列盤構成体と、
   列盤構成体天井部の外面側に形成された筐体状の風洞体と、
   風洞体内を垂直方向に延在、および盤配列方向に延在した風洞仕切壁と、
   風洞体内において風洞仕切壁により互いに仕切られた風洞吸気部および風洞送気部と、
   風洞仕切壁において盤配列方向の一方側に設けられた通気冷却部と、
   風洞体底部の風洞吸気部側において各盤と対向する位置にそれぞれ形成され、当該盤内と風洞吸気部とを連通した吸気口と、
   風洞体底部の風洞送気部側において各盤と対向する位置にそれぞれ形成され、当該盤内と風洞送気部とを連通した送気口と、
   各盤天井部の吸気口と送気口との間から盤内方向に突出、および盤配列方向に延在した盤内仕切壁と、
   盤内仕切壁と盤底部との間に形成された通気用間隙と、を備え、
   通気冷却部は、風洞吸気部から風洞送気部に通気する方向に吹出す通風機、および当該通風機の通気する方向に位置した熱交換器を備えた、
   ことを特徴とする電力変換装置。
2. 各吸気口および各送気口のうち少なくとも何れか一方の開口面積が、通気冷却部に近づくに連れて小さくなることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
3. 風洞体底部と通気冷却部との間に排水パンが設けられたことを特徴とする請求項１または２記載の電力変換装置。
4. 列盤構成体が複数個配列されたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の電力変換装置。
5. 熱交換器は、盤内に配設された循環路を介して、列盤構成体の外側の冷媒循環装置により冷媒が循環することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の電力変換装置。

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