JP5549480B2 - 変圧器の冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、筐体内に配置した変圧器を冷却する変圧器の冷却装置に関する。

半導体電力変換装置において、主回路を構成する半導体ユニット、主回路変圧器等の発熱機器を冷却する部分、及び比較的熱に弱い制御プリント板の電機機器で構成した制御ユニットを冷却する部分とを、それぞれ３つの盤（筐体）に分離して収納するようにしている。特に、発熱量の多い主回路変圧器を収納する盤（筐体）は、少なくとも正面に吸気口を設けて天井ファンで排気する強制換気方式を採用している（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載の従来例では、変圧器を収納した盤の天井に排気ファンを前後方向の中央部で変圧器に上方から対向するように配置し、盤の正面下部に吸気口を設ける。そして、盤内底部の背面側に送風ファンと組み合わせた導風ダクトを配備し、この導風ダクトに変圧器の背面に向けて開口部を形成し、吸気口を通じて盤内に取り込んだ外気の一部を導風ダクトの送風口から変圧器の背面に向けて分流送風するようにしている。

また、筐体内を上部空間及び下部空間に仕切るとともに、冷却ファンにより発生する冷却風が上部空間及び下部空間相互で流通するのを阻止する筐体内部空間仕切部材となる変圧器側絶縁板と、筐体側絶縁支持部材と、吸気整流板とを設け、さらに冷却ファンの回転により筐体内に発生する冷却風を変圧器のコイルの外周部を包囲する筒状絶縁物内へ導き、変圧器のコイルを冷却するようにした変圧器盤も知られている（例えば特許文献２参照）。

特開２００９−３０３３５４号公報 特開２００９−７６８２５号公報

ここで、上記特許文献１及び２に記載された従来例にあっては、変圧器を収納する筐体の正面側からのみ空気をとりこみ、筐体内に取込んだ冷却風を変圧器の回りを通って上方に配置した冷却ファンで外部に排気する強制換気方式となっている。
しかしながら、上記特許文献１及び２に記載された従来例にあっては、ともに筐体の正面から取込んだ冷却風を変圧器の回りに案内するために、送風ファン及び導風ダクトや変圧器のコイルの外周部を包囲する筒状絶縁物及びこの筒状絶縁部の下部に冷却風を案内する導風機構を必要とし、構成が複雑となるとともに、筐体が大形化するという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、簡易な構成で、変圧器を効率よく冷却することができる変圧器の冷却装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の一の形態に係る変圧器の冷却装置は、変圧器を収納した筐体と、該筐体内に前記変圧器の周囲を前後に仕切って当該変圧器の背面側に風洞部を形成する仕切板と、前記風洞部に対向して前記筐体の上面に配置された排気用天井ファンと、前記筐体の正面における前記変圧器の巻線部に対向する位置にのみ形成された冷却風吸気口とを備え、前記仕切板は、前記変圧器の上面と筐体の上面との間に配設された上部仕切板部と、該上部仕切板部の両側部から前記変圧器の側面を通って前記筐体の後面側及び下面側に延長する側面仕切板部とで構成され、前記排気用天井ファンは、ファン中心軸線が前記変圧器の巻線部の背面側を通るように配置され、前記冷却風吸気口から前記変圧器の巻線部を通じ、さらに前記風洞部を通じて前記排気用天井ファンに至る冷却風通路のみを形成したことを特徴としている。
この構成によると、冷却風吸気口から前記変圧器の巻線部を通じ当該巻線部の背面側の風洞部を通じて前記排気用天井ファンに至る冷却風通路のみを形成して、変圧器の巻線部に流速の大きな冷却風を通すことができ、変圧器の冷却効率を向上させることができる。

また、変圧器の周囲を上部仕切板部及び側面仕切板部で覆って、変圧器の幅に対応する幅の風洞部を形成することができ、冷却風吸気口から吸気された冷却風が変圧器の巻線部のみを通過することになり、変圧器の冷却効率をより向上させることができる。

さらに、変圧器の周囲を上部仕切板部及び側面仕切板部で覆って、筐体を前後に分割することができ、冷却風吸気口から吸気された冷却風が変圧器の巻線部のみを通過することになり、変圧器の冷却効率をより向上させることができる。

また、排気用天井ファンで変圧器の巻線部を通って背面側に達する冷却風を確実に排気することができる。

また、本発明の他の形態に係る変圧器の冷却装置は、記排気用天井ファンは幅方向に複数台並列に設置されていることを特徴としている。
この構成によると、複数台の排気用天井ファンで変圧器の巻線を通った冷却風を排気することができ、冷却風の風量を高めて変圧器の冷却効率を向上させることができる。

本発明によれば、変圧器の周囲に変圧器の背面側に風洞部を形成する仕切板を設け、この風洞部に対向する筐体の上面に排気用天井ファンを設けるとともに、筐体の正面側における変圧器の巻線に対向する位置にのみ冷却風吸気口を設けるだけの簡易な構成で、冷却風吸気口から前記変圧器の巻線部を通じ、さらに風洞部を通じて前記排気用天井ファンに至る冷却風通路のみを形成して、変圧器の巻線部に流速の大きな冷却風を通すことができ、変圧器の冷却効率を向上させることができるという効果が得られる。

本発明の第１の実施形態を示す図であって、(ａ)は正面図、(ｂ)は正面板を取り外した正面図、(ｃ)は(ａ)のＡ−Ａ線上の断面図、（ｄ）は（ａ）のＢ−Ｂ線上の断面図である。 本発明の第２の実施形態を示す図であって、(ａ)は正面図、(ｂ)は正面板を取り外した正面図、(ｃ)は(ａ)のＣ−Ｃ線上の断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施形態を示す図である。図中、１は筐体（盤）であって、この筐体１は、前面板１ａ、後面板１ｂ、上面板１ｃ、底面板１ｄ、左側面板１ｅ及び右側面板１ｆとで直方体形状に形成されている。この筐体１内の略中央部に３相の主回路変圧器２が三相の巻線Ｌｕ、Ｌｖ及びＬｗを幅方向に並列させた状態で収納されている。主回路変圧器２は筐体１の底面板１ｄに固定されている。
筐体１の前面板１ａは上下２段で幅方向に３列の開閉扉３を備えており、下段の開閉扉３の主回路変圧器２の巻線Ｌｕ、Ｌｖ及びＬｗの下側に対向する位置に冷却風吸気口４ｕ、４ｖ及び４ｗが形成されている。これら冷却風吸気口４ｕ〜４ｗのそれぞれは、網状部材５で覆われている。

また、筐体１の内部における主回路変圧器２の上部と筐体１の上面板１ｃとの間に仕切板６が配置されている。この仕切板６は、上部仕切板部６ａとこれに連接する側部仕切板部６ｂ及び６ｃとで平面から見て主回路変圧器２の後半部を囲むＵ字形状に形成されている。
上部仕切板部６ａは、筐体１の前後方向の中間位置における主回路変圧器２の上部と筐体１の上面板１ｃとの間に幅方向に延長して配設されている。また、側部仕切板部６ｂ及び６ｃは、上部仕切板部６ａの左右両端から後方に筐体１の後面板１ｂまで左右側面板１ｅ及び１ｆと平行に延長し、且つ筐体１の底面板１ｄまで延長して主回路変圧器２の巻線Ｌｕ及びＬｗの側面を半分程度覆うように配設されている。

そして、仕切板６の上部仕切板部６ａと側部仕切板部６ｂ及び６ｃと主回路変圧器２の背面側とで風洞部７が形成されている。
また、筐体１の上面板１ｔの風洞部７に対向する位置に、２つの排気用天井ファン８ａ，８ｂが配設されている。これら排気用天井ファン８ａ，８ｂのそれぞれは、ファン中心軸線Ｌｆが主回路変圧器２の背面位置より僅かに背面側となるように幅方向に所定距離だけ離れて上面板１ｃに配設されている。

次に、上記第１の実施形態の動作を説明する。
排気用天井ファン８ａ及び８ｂが仕切板６で囲まれる風洞部７の上方に配置されているので、これら排気用天井ファン８ａ及び８ｂを回転させることにより、筐体１の前面板１ａに配設された冷却風吸気口４ｕ〜４ｗから外気が冷却風として筐体１内に取込まれる。
筐体１内に取り込まれた冷却風は、主回路変圧器２の後半部が仕切板６の上部仕切板部６ａと側部仕切板部６ｂ及び６ｃとで囲まれており、これら仕切板６と主回路変圧器２の背面部とで風洞部７が形成されている。そして、風洞部７の上部側に排気用天井ファン８ａ，８ｂが設けられているで、排気用天井ファン８ａ，８ｂで吸引される冷却風は、図１（ｃ）及び（ｄ）に示すように、冷却風吸気口４ｕ、４ｖ及び４ｗから主回路変圧器２の巻線Ｌｕ、Ｌｖ及びＬｗの周囲を通って風洞部７に入り、この風洞部７から排気用天井ファン８ａ及び８ｂ至る冷却風通路が形成されて強制空冷が行われる。

このとき、冷却風吸気口４ｕ〜４ｗから吸気される冷却風の風量及び風速は排気用天井ファン８ａ及び８ｂで排気される冷却風の風量及び風速と略等しくなり、これら冷却風吸気口４ｕ〜４ｗから吸気された冷却風の全量が主回路変圧器２の巻線Ｌｕ〜Ｌｗの周囲を通って排気用天井ファン８ａ及び８ｂによって外部に排気される。このため、主回路変圧器２の巻線Ｌｕ〜Ｌｗの周囲を通る冷却風の風量及び風速を上げることができ、主回路変圧器２を十分に冷却して冷却効果を向上させることができる。

しかも、上記効果を得るための構成が、筐体１の主回路変圧器２に対向する前面板１ｆに冷却風吸気口４ｕ〜４ｗを設けるとともに、主回路変圧器２の後半部を囲む仕切板６を配置して、主回路変圧器２背面側に風洞部７を形成し、この風洞部７の上部側に排気用天井ファン８ａ，８ｂを設けるだけの簡易な構成で効果的な冷却風通路を形成することができる。これにより、主回路変圧器２は強制空冷を前提とした設定を行うことができ、小型化が可能となる。また、冷却風を筐体１の正面側に設けた冷却風吸気口４ｕ〜４ｗからのみ吸気するので、筐体１の背面側に吸気口を設ける必要がなく、筐体１の背面側に吸気用スペースを設ける必要がないことから図１（ｃ）及び（ｄ）に示すように筐体１の背面側を壁等の接触させる配置することが可能となる。
したがって、主回路変圧器２を収納した筐体１の小型化及び設置スペースの縮小化が可能となる。

また、仕切板６の側部仕切板部６ｂ及び６ｃによって主回路変圧器２の側面を囲むので、風洞部７の幅が主回路変圧器２の幅と略等しくなり、冷却風通路の幅を略一定とすることができ、冷却風の管路抵抗を少なくして、層流状態で冷却風を通すことが可能となり、主回路変圧器２で熱交換して熱を帯びた冷却風を良好に排出することができる。
なお、上記第１の実施形態においては、仕切板６の側部仕切板部６ｂ，６ｃが筐体１の左右側面板１ｅ，１ｆと平行に形成されている場合について説明したが、これに限定されるものではなく、平面から見て上部仕切板部６ａから筐体１の後面板１ｂと左右側面板１ｅ及び１ｆとの境界位置又はその近傍まで斜めに延長させるようにしてもよく、要は主回路変圧器２の背面側に風洞部７が形成されればよいものである。

次に、本発明の第２の実施形態を図２について説明する。
この第２の実施形態では、仕切板６の形状を変更したものである。
すなわち、第２の実施形態では、前述した第１の実施形態における図１の構成において、仕切板６の側部仕切板部６ｂ及び６ｃが省略され、これらに代えて図２（ｂ）及び（ｃ）に示すように、上部仕切板部６ａの両側端に筐体１の左右側面板１ｅ，１ｆに達するとともに、主回路変圧器２の側面を通って底面板１ｄに達する側部仕切板部６ｄ及び６ｅを形成したことを除いては前述した図１と同様の構成を有する。したがって、図１との対応部分には同一符号を付し、その詳細説明はこれを省略する。

この第２の実施形態によれば、仕切板６の上部仕切板部６ａ及び側部仕切板部６ｄ及び６ｅと主回路変圧器２とによって筐体１が前後に仕切られ、その後半部が風洞部７となる。このため、図２（ｃ）に示すように、排気用天井ファン８ａ，８ｂを回転駆動することにより、冷却風吸気口４ｕ〜４ｗから主回路変圧器２の巻線Ｌｕ〜Ｌｗの周囲を通り、風洞部７から排気用天井ファン８ａ，８ｂに達する冷却風通路が形成され、前述した第１の実施形態同様の作用効果を得ることができる。この場合、仕切板６が上部仕切板部６ａ及び側部仕切板部６ｄ及び６ｅとで平板状に形成することができるので、仕切板６の構成を簡易化することができる。

なお、上記第１及び第２の実施形態においては、筐体１の正面側に３つの冷却風吸気口４ｕ〜４ｗを形成した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、横長の１つ又は２つの冷却風吸気口を形成するようにしてもよく、さらに４つ以上の冷却風吸気口を設けるようにしてもよい。
また、上記第１及び第２の実施形態においては、変圧器として主回路変圧器を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、筐体１に任意の変圧器を収納する場合に本発明を適用することができる。

１…筐体、１ａ…前面板、１ｂ…後面板、１ｃ…上面板、１ｄ…底面板、１ｅ…左側面板、１ｆ…右側面板、２…主回路変圧器、３…開閉扉、４ｕ〜４ｗ…冷却風吸気口、６…仕切板、６ａ…上部仕切板部、６ｂ〜６ｅ…側部仕切板部、７…風洞部、８ａ，８ｂ…排気用天井ファン

Claims (2)

1. 変圧器を収納した筐体と、
   該筐体内に前記変圧器の周囲を前後に仕切って当該変圧器の背面側に風洞部を形成する仕切板と、
   前記風洞部に対向して前記筐体の上面に配置された排気用天井ファンと、
   前記筐体の正面における前記変圧器の巻線部に対向する位置にのみ形成された冷却風吸気口とを備え、
   前記仕切板は、前記変圧器の上面と筐体の上面との間に配設された上部仕切板部と、該上部仕切板部の両側部から前記変圧器の側面を通って前記筐体の後面側及び下面側に延長する側面仕切板部とで構成され、
   前記排気用天井ファンは、ファン中心軸線が前記変圧器の巻線部の背面側を通るように配置され、
   前記冷却風吸気口から前記変圧器の巻線部を通じ、さらに前記風洞部を通じて前記排気用天井ファンに至る冷却風通路のみを形成した
   ことを特徴とする変圧器の冷却装置。
2. 前記排気用天井ファンは幅方向に複数台並列に設置されていることを特徴とする請求項１に記載の変圧器の冷却装置。

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