JP2018153036A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱のためのファンに外部の物が付着することを抑制する電力変換装置を得ること。【解決手段】電力変換装置１は、筐体と、筐体の内部に位置し、直流電力から交流電力への変換と交流電力から直流電力への変換との一方又は双方を行うことができる電力変換部と、筐体の内部に位置し、電力変換部において発生した熱を筐体の外部に放出するためのダクトと、電力変換部において発生した熱をダクトの内部に放出する放熱部と、ダクトの内部に位置するファン５と、電力変換部が電力の変換を行う場合にファン５を運転させ、電力変換部が電力の変換を停止した場合にファン５の運転を停止させ、かつファン５が運転を停止した後に電力変換部が電力の変換を行っていない場合にファン５を運転させる制御部１２とを有する。【選択図】図３

Description

本発明は、電力の変換を行う電力変換装置に関する。

従来、コンバータ回路及びインバータ回路を含み、直流電力から交流電力への変換と交流電力から直流電力への変換との一方又は双方を行うことができる電力変換部を有する電力変換装置が普及している。電力変換部が電力の変換を行う場合、電力のすべては変換されないので、電力変換部において熱が発生する。

電力変換部において発生した熱により電力変換部が有するコンバータ回路及びインバータ回路に不具合が生じる場合があるので、発生した熱を電力変換装置の外部に放散する必要がある。一般的には、電力変換装置の内部に外気を取り込んで、空気を内部で循環させて外部に放散させることで内部の冷却を行う。内部に外気を取り込むために電力変換装置が屋外に設置される場合、電力変換装置の外部の物が電力変換装置の内部に侵入する可能性がある。電力変換装置の内部に侵入する物の一例は、水分又は埃である。また、電力変換装置が海岸の近くに設置された場合、塩分を含んだ外気により電力変換装置の内部や内部に配置された部品が腐食する恐れが高くなる。

例えば、電力変換部において発生した熱を熱交換器により外部に放散するパワーコンディショナが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１は、パワーコンディショナの内部の空気を吸入し、外部から吸入した空気に放熱させて温度を低下させ、内部に排出する熱交換器を備えることで、内部を密閉させ、外気を内部に取り込まないようにしたパワーコンディショナを開示している。

特開２０１６−１０３８７６号公報

しかしながら、外気を吸入するためにファンが用いられる場合、ファンは、電力変換部が電力の変換を行う場合に運転し、電力変換部が電力の変換を停止した場合に運転を停止する。電力変換装置が海岸の近くに設置された場合、電力変換部が電力の変換を行わない期間が比較的長く継続すれば、水分又は埃に含まれる塩がファンの軸に付着し、付着した塩によりファンが運転することができなくなる場合がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、放熱のためのファンに外部の物が付着することを抑制する電力変換装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、筐体と、前記筐体の内部に位置し、直流電力から交流電力への変換と交流電力から直流電力への変換との一方又は双方を行うことができる電力変換部と、前記筐体の内部に位置し、前記電力変換部において発生した熱を前記筐体の外部に放出するためのダクトと、前記電力変換部において発生した熱を前記ダクトの内部に放出する放熱部と、前記ダクトの内部に位置するファンと、前記電力変換部が電力の変換を行う場合に前記ファンを運転させ、前記電力変換部が電力の変換を停止した場合に前記ファンの運転を停止させ、かつ前記ファンが運転を停止した後に前記電力変換部が電力の変換を行っていない場合に前記ファンを運転させる制御部とを有することを特徴とする。

本発明は、放熱のためのファンに外部の物が付着することを抑制することができるという効果を奏する。

実施の形態１にかかる電力変換装置の一部の斜視図 実施の形態１にかかる電力変換装置のひとつの断面を模式して示す図 実施の形態１にかかる電力変換装置の一部を示す図 実施の形態１にかかる電力変換装置が有する制御部を構成する少なくとも一部の構成要素が処理回路によって実現される場合の処理回路を示す図 実施の形態１にかかる電力変換装置が有する制御部の少なくとも一部の機能がプロセッサによって実現される場合のプロセッサを示す図 実施の形態２にかかる電力変換装置の一部を示す図 実施の形態２にかかる電力変換装置が有する制御部の動作の手順を示すフローチャート

以下に、本発明の実施の形態にかかる電力変換装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる電力変換装置１の一部の斜視図である。電力変換装置１は、筐体２を有する。例えば、筐体２は金属によって構成されている。図１では、筐体２は直方体の物であると示されている。更に言うと、図１では、筐体２について直方体の辺の部分のみが示されている。

電力変換装置１は、第１の脚３ａと第２の脚３ｂとを更に有し、第１の脚３ａ及び第２の脚３ｂは筐体２の底面に取り付けられている。図１では、第１の脚３ａ及び第２の脚３ｂはいずれも、直方体の物であると示されている。更に言うと、図１では、第１の脚３ａ及び第２の脚３ｂについてはいずれも直方体の辺の部分のみが示されている。第１の脚３ａ及び第２の脚３ｂが地面又は基礎に固定されることにより、電力変換装置１は地面又は基礎に固定される。基礎は例えばコンクリートによって形成されており、第１の脚３ａ及び第２の脚３ｂは例えばボルトによって地面又は基礎に固定される。

電力変換装置１は、筐体２の内部に位置し、直流電力から交流電力への変換と交流電力から直流電力への変換との一方又は双方を行うことができる電力変換部を更に有する。電力変換部は、図１には示されておらず、図２に示されている。電力変換装置１は、筐体２の内部に位置し、電力変換部において発生した熱を筐体２の外部に放出するためのダクト４を更に有する。図１では、ダクト４は直方体の物であると示されている。更に言うと、図１では、ダクト４について直方体の辺の部分のみが示されている。ダクト４の吸気口４ａは、筐体２の底面の側に位置する。電力変換装置１は、ダクト４の内部に位置するファン５を更に有する。ファン５の一例は、プロペラファンである。

図２は、実施の形態１にかかる電力変換装置１のひとつの断面を模式して示す図である。上述の通り、電力変換装置１は電力変換部６を有する。電力変換部６は、直流電力から交流電力への変換と交流電力から直流電力への変換との一方又は双方を行うための回路を含む電気回路部７を有する。電気回路部７は、基板に複数の回路が取り付けられたものであって、図示されていないコンバータ回路及びインバータ回路を含む。

電力変換部６は、コンバータ回路から出力される電圧の上昇又は降下を行うための第１のリアクトル８と、インバータ回路から出力される電圧のフィルタリングを行う第２のリアクトル９と、半導体素子１０とを更に有する。第１のリアクトル８及び第２のリアクトル９は、電気回路部７の外部に位置する。半導体素子１０は、例えば電力を電力変換装置１の外部に出力する状態と出力しない状態とを切り換えるスイッチング素子であって、電気回路部７に含まれる。

電力変換装置１は、電力変換部６において発生した熱をダクト４の内部に放出する放熱部１１を更に有する。例えば、放熱部１１はアルミニウム又は銅によって形成された放熱フィンである。放熱部１１の少なくとも一部はダクト４の内部に位置し、放熱部１１は電力変換部６が含まれる空間とダクト４が含まれる空間とを隔てる。実施の形態１では、電力変換部６に含まれる第１のリアクトル８、第２のリアクトル９及び半導体素子１０が放熱部１１に接しており、放熱部１１は、第１のリアクトル８、第２のリアクトル９及び半導体素子１０において発生した熱をダクト４の内部に放出する。

筐体２の一部は電力変換装置１の背面に位置する背面カバー２ａであり、ダクト４は筐体２の底面から背面カバー２ａまで延びている。電気回路部７は、ダクト４の内部に位置するファン５の運転を制御する制御部を更に有する。制御部は、図１及び図２には示されておらず、図３に示されている。制御部は、電力の変換も制御する。制御部の制御によりファン５が運転すると、電力変換装置１の外部の空気が、ダクト４の吸気口４ａからダクト４の内部に取り込まれ、ダクト４の排気口４ｂの側に進み、ダクト４の排気口４ｂから電力変換装置１の外部に排出される。図２における矢印は、空気がダクト４の内部を進む際の空気の進む向きを示している。

上述の通り、放熱部１１の少なくとも一部はダクト４の内部に位置し、電力変換部６に含まれる第１のリアクトル８、第２のリアクトル９及び半導体素子１０が放熱部１１に接している。ファン５が運転することにより電力変換装置１の外部の空気がダクト４の内部に取り込まれてダクト４の内部を移動して電力変換装置１の外部に排出される際、空気は放熱部１１を通過する。そのため、電力変換部６において発生した熱は、ダクト４の内部を移動する空気によって電力変換装置１の外部に排出される。

図３は、実施の形態１にかかる電力変換装置１の一部を示す図である。電力変換装置１は、ファン５の運転と電力の変換とを制御する制御部１２と、制御部１２に電力を供給する電源部１３とを有する。制御部１２は、電気回路部７に含まれる。制御部１２はファン５と接続されており、電源部１３は制御部１２を介してファン５にも電力を供給する。

制御部１２は、ファン５の運転について以下の通りに制御する。つまり、制御部１２は、電力変換部６が電力の変換を行う場合にファン５を運転させ、電力変換部６が電力の変換を停止した場合にファン５の運転を停止させる。制御部１２は、ファン５が運転を停止した後に電力変換部６が電力の変換を行っていない場合にファン５を運転させる。つまり、ファン５は、電力変換部６が電力の変換を行う場合に運転し、電力変換部６が電力の変換を停止した場合に運転を停止し、かつ運転を停止した後に電力変換部６が電力の変換を行っていない場合に運転する。

例えば、制御部１２は、電力変換部６が電力の変換を停止した場合にファン５の運転を停止させ、ファン５が運転を停止してからあらかじめ決められた時間が経過した後に電力変換部６が電力の変換を行っていない場合にファン５を運転させる。つまり、ファン５は、電力変換部６が電力の変換を停止した場合に運転を停止し、運転を停止してからあらかじめ決められた時間が経過した後に電力変換部６が電力の変換を行っていない場合に運転する。

更に言うと、制御部１２は、電力変換部６が電力の変換を停止した場合にファン５の運転を停止させ、ファン５が運転を停止してからあらかじめ決められた時間が経過した後に電力変換部６が電力の変換を行っていない場合に、定期に又は不定期にファン５をあらかじめ決められた時間運転させる。つまり、ファン５は、電力変換部６が電力の変換を停止した場合に運転を停止し、運転を停止してからあらかじめ決められた時間が経過した後に電力変換部６が電力の変換を行っていない場合に、定期に又は不定期にあらかじめ決められた時間運転する。要するに、電力変換部６が電力の変換を停止している場合、制御部１２はファン５を運転させる。

上述の通り、実施の形態１にかかる電力変換装置１では、制御部１２の制御により、ファン５は、電力変換部６が電力の変換を行う場合に運転し、電力変換部６が電力の変換を停止した場合に運転を停止し、かつ運転を停止した後に電力変換部６が電力の変換を行っていない場合に運転する。ファン５が、電力変換部６が電力の変換を停止した場合に運転を一度停止した後に運転するので、電力変換部６が電力の変換を停止した後に、ファン５により電力変換装置１の外部の空気がダクト４の吸気口４ａからダクト４の内部に取り込まれてダクト４の内部を移動して排気口４ｂから電力変換装置１の外部に排出される。

そのため、電力変換装置１がたとえ海岸の近くに配置されても、電力変換装置１の外部の水分又は埃がダクト４の排気口４ｂからダクト４の内部に侵入してファン５に付着することは抑制される。ファン５がプロペラファンである場合、電力変換装置１の外部の水分又は埃がファン５の軸に付着することは抑制されるので、水分又は埃に含まれる塩がファン５の軸に付着することは抑制され、付着した塩によりファン５が運転することができなくなる事態を回避することができる可能性が高くなる。

すなわち、実施の形態１にかかる電力変換装置１は、電力変換装置１の外部の物が放熱のためのファン５に付着することを抑制することができるという効果を奏する。

電力変換部６が電力の変換を行うか否かにかかわらず、ファン５が運転し続けることにより、電力変換装置１の外部の物がファン５に付着することを抑制することもできる。その場合、電力変換部６で熱が発生しない期間においてファン５は停止することなく運転し続けることになり、ファン５の運転にかかる電力が無駄に消費されることになる。電力変換装置１では、ファン５は、運転し続けるのではなく、電力変換部６が電力の変換を停止した場合に運転を停止する。そのため、電力変換装置１は、ファン５が停止することなく運転し続ける場合に比べて、ファン５の運転にかかる電力の消費を抑制することができる。

図４は、実施の形態１にかかる電力変換装置１が有する制御部１２を構成する少なくとも一部の構成要素が処理回路４１によって実現される場合の処理回路４１を示す図である。つまり、制御部１２の機能の少なくとも一部は、処理回路４１によって実現されてもよい。

処理回路４１は、専用のハードウェアである。処理回路４１は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化されたプロセッサ、並列プログラム化されたプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、又はこれらを組み合わせたものである。制御部１２の一部は、残部とは別個の専用のハードウェアであってもよい。

図５は、実施の形態１にかかる電力変換装置１が有する制御部１２の少なくとも一部の機能がプロセッサ５２によって実現される場合のプロセッサ５２を示す図である。つまり、制御部１２の少なくとも一部の機能は、メモリ５１に格納されるプログラムを実行するプロセッサ５２によって実現されてもよい。プロセッサ５２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、又はＤＳＰ（Digital Signal Processor）である。図５には、メモリ５１も示されている。

制御部１２の少なくとも一部の機能がプロセッサ５２によって実現される場合、当該一部の機能は、プロセッサ５２と、ファームウェアにより実現される。ファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ５１に格納される。プロセッサ５２は、メモリ５１に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、制御部１２の少なくとも一部の機能を実現する。

すなわち、制御部１２の少なくとも一部の機能がプロセッサ５２によって実現される場合、電力変換装置１は、制御部１２の少なくとも一部によって実行されるステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ５１を有する。メモリ５１に格納されるプログラムは、制御部１２の少なくとも一部が実行する手順又は方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。

メモリ５１は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）等の不揮発性もしくは揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク又はＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等である。

また、メモリ５１は、例えばフラッシュメモリとしてプロセッサ５２に内蔵されてもよい。

制御部１２の複数の機能について、当該複数の機能の一部を専用のハードウェアで実現し、当該複数の機能の残部をファームウェアで実現してもよい。このように、制御部１２の複数の機能は、ハードウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせによって実現することができる。

実施の形態２．
図６は、実施の形態２にかかる電力変換装置１Ａの一部を示す図である。電力変換装置１Ａは、制御部１２を除き、実施の形態１にかかる電力変換装置１が有するすべての構成要素を有すると共に、時刻を示すタイマ１４と、電力変換部６の運転の状況を示す情報を記憶する記憶部１５とを有する。記憶部１５の一例は、ＥＥＰＲＯＭである。また、記憶部１５は前述のプロセッサ５２に内蔵されていてもよい。電力変換装置１Ａは、電力変換装置１が有する制御部１２に代えて、制御部１２Ａを有する。実施の形態２では、実施の形態１と相違する部分を主に説明する。

制御部１２Ａは、電力変換部６が電力の変換を開始した時刻と電力変換部６が電力の変換を停止した時刻とをタイマ１４が示す時刻をもとに特定し、電力変換部６が電力の変換を開始した時刻の情報と電力変換部６が電力の変換を停止した時刻の情報とを記憶部１５に格納する。つまり、記憶部１５は、電力変換部６が電力の変換を開始した時刻の情報と電力変換部６が電力の変換を停止した時刻の情報とを記憶する。

電力変換装置１Ａは、電力変換部６が電力の変換を停止してから第１の時間が経過した後にファン５を第２の時間運転させる装置である。電力変換装置１Ａは、ユーザが第１の時間を特定する第１の情報と第２の時間を特定する第２の情報とを入力するための入力部１６を更に有する。例えば、入力部１６はタッチパネルであって屋内に設置される。電力変換装置１Ａは、入力部１６が用いられて入力された情報を受け付ける受付部１７を更に有する。受付部１７によって受け付けられた情報は、制御部１２Ａによって記憶部１５に格納される。

図７は、実施の形態２にかかる電力変換装置１Ａが有する制御部１２Ａの動作の手順を示すフローチャートである。制御部１２Ａは、電力変換部６が電力の変換を行っているか否かを判定する（Ｓ１）。制御部１２Ａは、電力変換部６が電力の変換を行っていると判定した場合（Ｓ１でＹｅｓ）、ファン５を運転させる（Ｓ２）。制御部１２Ａは、電力変換部６が電力の変換を停止したと判定した場合（Ｓ１でＮｏ）、ファン５の運転を停止させる（Ｓ３）。

制御部１２Ａは、記憶部１５が記憶している電力変換部６の運転の状況を示す情報とタイマ１４が示す時刻とをもとに、ファン５が運転を停止してから第１の時間が経過したか否かを判定する（Ｓ４）。制御部１２Ａが、ファン５が運転を停止してから第１の時間が経過していないと判定した場合（Ｓ４でＮｏ）、制御部１２ＡはステップＳ４の動作を繰り返す。制御部１２Ａは、ファン５が運転を停止してから第１の時間が経過したと判定した場合（Ｓ４でＹｅｓ）、ファン５を第２の時間運転させる（Ｓ５）。つまり、ファン５が運転を停止してから第１の時間が経過した場合、ファン５は第２の時間運転する。

上述の通り、実施の形態２にかかる電力変換装置１Ａでは、制御部１２Ａの制御により、ファン５は、電力変換部６が電力の変換を行う場合に運転し、電力変換部６が電力の変換を停止した場合に運転を停止し、かつ運転を停止した後に電力変換部６が電力の変換を行っていない場合に運転する。ファン５が、電力変換部６が電力の変換を停止したことに伴って運転を停止した後に運転するので、電力変換装置１Ａがたとえ海岸の近くに配置されても、電力変換装置１Ａの外部の水分又は埃がダクト４の排気口４ｂからダクト４の内部に侵入してファン５に付着することは抑制される。ひいては、水分又は埃に含まれる塩がファン５に付着することは抑制され、付着した塩によりファン５が運転することができなくなる事態を回避することができる可能性が高くなる。

すなわち、実施の形態２にかかる電力変換装置１Ａは、電力変換装置１Ａの外部の物が放熱のためのファン５に付着することを抑制することができるという効果を奏する。

上述した実施の形態２では、第１の時間を特定する第１の情報と第２の時間を特定する第２の情報とは、入力部１６によって入力され、受付部１７によって受け付けられ、記憶部１５に記憶される。そのため、ユーザは、入力部１６を用いることにより、第１の時間及び第２の時間を任意に設定することができる。なお、第１の時間及び第２の時間の一方又は双方は固定された時間であってもよい。例えば、固定された第１の時間を特定する第１の情報と固定された第２の時間を特定する第２の情報とが、記憶部１５に記憶されていてもよい。

また、上述した実施の形態２では、制御部１２Ａが、記憶部１５が記憶している電力変換部６の運転の状況を示す情報とタイマ１４が示す時刻とをもとに、ファン５が運転を停止してから第１の時間が経過したか否かを判定する。しかしながら、タイマ１４が、記憶部１５が記憶している電力変換部６の運転の状況を示す情報をもとに、ファン５が運転を停止してから第１の時間が経過したか否かを判定してもよい。

制御部１２Ａ、タイマ１４、入力部１６及び受付部１７を構成する少なくとも一部の構成要素は、図４を用いて説明した処理回路４１と同等の処理回路によって実現されてもよい。制御部１２Ａ、タイマ１４、入力部１６及び受付部１７の少なくとも一部の機能は、図５を用いて説明したプロセッサ５２と同様にプロセッサによって実現されてもよい。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略又は変更することも可能である。

１，１Ａ 電力変換装置、２ 筐体、２ａ 背面カバー、３ａ 第１の脚、３ｂ 第２の脚、４ ダクト、４ａ 吸気口、４ｂ 排気口、５ ファン、６ 電力変換部、７ 電気回路部、８ 第１のリアクトル、９ 第２のリアクトル、１０ 半導体素子、１１ 放熱部、１２，１２Ａ 制御部、１３ 電源部、１４ タイマ、１５ 記憶部、１６ 入力部、１７ 受付部、４１ 処理回路、５１ メモリ、５２ プロセッサ。

Claims (3)

1. 筐体と、
   前記筐体の内部に位置し、直流電力から交流電力への変換と交流電力から直流電力への変換との一方又は双方を行うことができる電力変換部と、
   前記筐体の内部に位置し、前記電力変換部において発生した熱を前記筐体の外部に放出するためのダクトと、
   前記電力変換部において発生した熱を前記ダクトの内部に放出する放熱部と、
   前記ダクトの内部に位置するファンと、
   前記電力変換部が電力の変換を行う場合に前記ファンを運転させ、前記電力変換部が電力の変換を停止した場合に前記ファンの運転を停止させ、かつ前記ファンが運転を停止した後に前記電力変換部が電力の変換を行っていない場合に前記ファンを運転させる制御部と
   を備えることを特徴とする電力変換装置。
2. 前記制御部は、前記電力変換部が電力の変換を停止してから第１の時間が経過した後に前記ファンを第２の時間運転させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記第１の時間を特定する第１の情報と前記第２の時間を特定する第２の情報とを受け付ける受付部を更に備え、
   前記制御部は、前記受付部によって受け付けられた前記第１の情報及び前記第２の情報をもとに前記ファンの運転を制御する
   ことを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。

Images