JP6088678B2 - 無停電電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、無停電電源装置に関する。

一般的に、交流電力をコンバータにより直流電力に変換し、変換した直流電力をインバータにより交流電力に変換して負荷に供給する無停電電源装置がある。このような無停電電源装置を盤内に収納し、冷却ファンによる強制風冷を行なう無停電電源装置（ＵＰＳ：Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ）が知られている。さらに同種の無停電電源装置で、負荷に供給する電流に比例して冷却ファンへの供給電力を可変することで、運転効率を向上させるようにした技術が知られている。（例えば、特許文献１）

特開２０１０−０７４９４０号公報

前記特許文献１に記載された技術は、負荷に供給される電流値に応じて冷却ファンの運転状態を可変している。したがって、負荷の運転状況が同じでも、無停電電源装置自体が設置されている場所の温度環境が異なる場合など、実際に冷却動作が必要な度合いが必ずしも考慮されているとは言い難い。

本発明の目的は前記実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、無駄な電力の消費を避け、必要に応じた冷却動作を実現することが可能な無停電電源装置を提供することにある。

本発明の一態様に係る無停電電源装置は、筐体内に収納された無停電電源装置であって、交流電力を直流電力に変換するコンバータと、前記コンバータの出力する直流電力の一部を蓄電する蓄電池と、前記コンバータまたは前記蓄電池の出力する直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記筐体内を冷却する冷却ファンと、前記コンバータに入力される交流電力と前記インバータから出力される交流電力を切換えて、前記冷却ファンに電力を供給する電源として、通常時に、前記コンバータに入力される交流電力を選択し、停電時に、前記インバータから出力される交流電力を選択する電源選択手段と、前記コンバータ及び前記インバータの少なくとも一方で発生する熱を電力に変換する熱電変換手段と、前記電源選択手段により選択された交流電力に加え、前記熱電変換手段で得た電力を前記冷却ファンに供給するファン駆動制御手段とを具備したことを特徴とする。

本発明によれば、無駄な電力の消費を避け、必要に応じた冷却動作を実現することが可能な無停電電源装置を提供できる。

第１の実施形態に係る無停電電源装置の回路構成を示すブロック図。 第２の実施形態に係る無停電電源装置の回路構成を示すブロック図。

以下、図面を参照して実施形態について詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る無停電電源装置（ＵＰＳ）１０の機能回路の構成を示すブロック図である。無停電電源装置１０は筐体内に設けられた盤形式の装置である。バイパス入力電源１１からの交流電源が、無停電電源装置１０内の無瞬断切換回路１２に直接与えられる。

一方、交流入力電源１３からの交流電源が、無停電電源装置１０でコンバータ１４により直流に整流される。コンバータ１４の出力する直流電源は、インバータ１５及び蓄電池１６に与えられる。インバータ１５は、コンバータ１４または蓄電池１６からの直流の電力を再度交流の電力に変換した上で、前記無瞬断切換回路１２に与える。

前記無瞬断切換回路１２は、詳細は図示しないが、例えば半導体スイッチとコンタクタとを含み、バイパス入力電源１１からの交流電力、またはインバータ１５の出力する交流電力を選択的に無瞬断に切換えて、後段の図示しない負荷に出力する。

具体的には、この無停電電源装置１０の故障時、すなわちコンバータ１４またはインバータ１５の故障時に、バイパス入力電源１１からの電力を選択して切換え、後段の負荷に出力する。

またコンバータ１４に入力される電力、及びインバータ１５の出力する電力は、電源切換回路１７にも与えられる。この電源切換回路１７は、通常時には交流入力電源１３からの電力を、停電時はインバータ１５の出力する電力を切換えて選択し、可変速駆動回路１８に与える。

この可変速駆動回路１８にはまた、無停電電源装置１０の筐体の吸気口近傍に設置された吸気温度センサ１９、前記コンバータ１４のヒートシンクに設置された温度センサ２０、及び前記インバータ１５のヒートシンクに設置された温度センサ２１からの各検出信号が纏めて入力される。

可変速駆動回路１８は、電源切換回路１７から与えられる電力を用い、前記各センサ１９〜２１での検出信号に応じた回転速度で強制空冷用ファン２２を駆動し、無停電電源装置１０の筐体内を冷却する。

次に前記実施形態の動作を説明する。
停電が生じていない通常時、交流入力電源１３からの交流電力がコンバータ１４で直流電力に変換され、蓄電池１６を充電する一方で、インバータ１５で再度交流化され、無瞬断切換回路１２で選択されて後段の負荷に供給される。

このとき電源切換回路１７は、コンバータ１４に入力される交流電力を選択して可変速駆動回路１８に動作電力として供給する。
可変速駆動回路１８は、吸気温度センサ１９での検出温度により無停電電源装置１０の筐体内で加熱されていない吸気の温度を、コンバータヒートシンク温度センサ２０、及びインバータヒートシンク温度センサ２１からの各検出温度により無停電電源装置１０の筐体内の発熱源となるコンバータ１４及びインバータ１５の各温度を直接認識することで、必要に応じた回転速度で強制空冷用ファン２２を駆動し、無停電電源装置１０の筐体内を換気して冷却させる。

停電が生じた非常時には、それまで蓄電池１６に充電されていた直流電力がインバータ１５で交流化され、無瞬断切換回路１２で選択されて後段の負荷に供給される。

このとき電源切換回路１７は、インバータ１５の出力する交流電力を選択して可変速駆動回路１８に動作電力として供給する。

可変速駆動回路１８は、吸気温度センサ１９での検出温度により無停電電源装置１０の筐体内で加熱されていない吸気の温度を、コンバータヒートシンク温度センサ２０、及びインバータヒートシンク温度センサ２１からの各検出温度により無停電電源装置１０の筐体内の発熱源となるコンバータ１４及びインバータ１５の各温度を直接認識することで、必要に応じた回転速度で強制空冷用ファン２２を駆動し、無停電電源装置１０の筐体内を換気して冷却させる。

またコンバータ１４またはインバータ１５が故障するか、あるいは無停電電源装置１０のメンテナンス作業によりコンバータ１４及びインバータ１５の少なくとも一方が正常に動作しない場合、無瞬断切換回路１２がバイパス入力電源１１から供給される交流電力を選択して切換え、後段の負荷に供給する。

このとき、コンバータ１４及びインバータ１５の少なくとも一方が機能していないために、電源切換回路１７は可変速駆動回路１８への給電を行なわず、強制空冷用ファン２２による無停電電源装置１０の筐体内の冷却は実行されない。

このように本実施形態では、可変速駆動回路１８が電源切換回路１７から供給される電力を用い、特にコンバータヒートシンク温度センサ２０と、インバータヒートシンク温度センサ２１の各検出温度に応じて強制空冷用ファン２２の回転速度を適切に調整することにより、冷却対象となるコンバータ１４及びインバータ１５の温度を勘案して無駄な電力の消費を避け、必要に応じた冷却動作を実現することができる。

（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態に係る無停電電源装置（ＵＰＳ）３０の機能回路の構成を示すブロック図である。無停電電源装置３０内の個々の構成について、前記図１で示したものと同一部分には同一符号を付加して、重複する説明を省略する。

無瞬断切換回路１２が後段の負荷に対して出力する交流電力の電流値が検出され、その検出結果が可変速駆動回路１８に与えられる。

また、前記コンバータ１４及びインバータ１５のヒートシンクに近接して熱電変換素子を用いた熱電交換部３１が設けられる。この熱電交換部３１は、例えばゼーベック効果を利用して無停電電源装置３０の筐体内で発生する熱を電力に変換するものであり、ここで発生した直流の電力は電力回生回路３２により回収され、交流化されて前記電源切換回路１７に与えられる。

電源切換回路１７は、電力回生回路３２から供給される電力と、通常時には交流入力電源１３からの電力を、停電時はインバータ１５の出力する電力を切換えて選択し、可変速駆動回路１８に与える。

可変速駆動回路１８は、電源切換回路１７から与えられる電力を用い、前記無瞬断切換回路１２が負荷に電力を供給する際の検出電流に応じた回転速度で強制空冷用ファン２２を駆動し、無停電電源装置１０の筐体内を冷却する。

次に前記実施形態の動作を説明する。
停電が生じていない通常時、交流入力電源１３からの交流電力がコンバータ１４で直流電力に変換され、蓄電池１６を充電する一方で、インバータ１５で再度交流化され、無瞬断切換回路１２で選択されて後段の負荷に供給される。

このとき電源切換回路１７は、コンバータ１４に入力される交流電力を選択する。また合わせてコンバータ１４及びインバータ１５で発生した熱の一部が前記熱電交換部３１及び電力回生回路３２により回収され、交流入力電源１３からの交流電力に重畳して電源切換回路１７に与えられる。電源切換回路１７は、これらの電力を可変速駆動回路１８に動作電力として供給する。

可変速駆動回路１８は、無瞬断切換回路１２から負荷への電流値により必要に応じた回転速度で強制空冷用ファン２２を駆動し、無停電電源装置１０の筐体内を換気して冷却させる。

停電が生じた非常時には、それまで蓄電池１６に充電されていた直流電力がインバータ１５で交流化され、無瞬断切換回路１２で選択されて後段の負荷に供給される。

このとき電源切換回路１７は、インバータ１５の出力する交流電力を選択する。またこの際、コンバータ１４及びインバータ１５で発生した熱の一部が前記熱電交換部３１及び電力回生回路３２により回収され、途絶している交流入力電源１３からの交流電力に代えて電源切換回路１７に与えられる。電源切換回路１７は、選択したインバータ１５からの交流電力に電力回生回路３２からの電力を重畳して可変速駆動回路１８に動作電力として供給する。

可変速駆動回路１８は、無瞬断切換回路１２から負荷への電流値により必要に応じた回転速度で強制空冷用ファン２２を駆動し、無停電電源装置１０の筐体内を換気して冷却させる。

またコンバータ１４またはインバータ１５が故障するか、あるいは無停電電源装置１０のメンテナンス作業によりコンバータ１４及びインバータ１５の少なくとも一方が正常に動作しない場合、無瞬断切換回路１２がバイパス入力電源１１から供給される交流電力を選択して切換え、後段の負荷に供給する。

このとき、コンバータ１４及びインバータ１５の少なくとも一方が機能していないために、電源切換回路１７は可変速駆動回路１８への給電を行なわず、強制空冷用ファン２２による無停電電源装置１０の筐体内の冷却は実行されない。

このように本実施形態では、冷却対象で発生する熱を積極的に回収して、冷却動作を実行する強制空冷用ファン２２に供給するものとしたので、無駄な電力の消費を避け、必要に応じた冷却動作を実現することができる。

なお前記第１の実施形態で説明した構成と前記第２の実施形態で説明した構成とを組合せ、前記図１の電源切換回路１７に対して前記図２の熱電交換部３１及び電力回生回路３２を付加するような構成とすることも考えられる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…無停電電源装置、１１…バイパス入力電源、１２…無瞬断切換回路、１３…交流入力電源、１４…コンバータ、１５…インバータ、１６…蓄電池、１７…電源切換回路、１８…可変速駆動回路、１９…吸気温度センサ、２０…コンバータヒートシンク温度センサ、２１…インバータヒートシンク温度センサ、２２…強制空冷用ファン、３０…無停電電源装置、３１…熱電交換部、３２…電力回生回路。

Claims (1)

1. 筐体内に収納された無停電電源装置であって、
   交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
   前記コンバータの出力する直流電力の一部を蓄電する蓄電池と、
   前記コンバータまたは前記蓄電池の出力する直流電力を交流電力に変換するインバータと、
   前記筐体内を冷却する冷却ファンと、
   前記コンバータに入力される交流電力と前記インバータから出力される交流電力を切換えて、前記冷却ファンに電力を供給する電源として、通常時に、前記コンバータに入力される交流電力を選択し、停電時に、前記インバータから出力される交流電力を選択する電源選択手段と、
   前記コンバータ及び前記インバータの少なくとも一方で発生する熱を電力に変換する熱電変換手段と、
   前記電源選択手段により選択された交流電力に加え、前記熱電変換手段で得た電力を前記冷却ファンに供給するファン駆動制御手段と
   を具備したことを特徴とする無停電電源装置。

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