JP6318199B2 - 電力電子機器用筐体 - Google Patents

Description

本発明は、電力電子機器用筐体に関し、より詳細には、冷却媒体である空気の流れを調節して電力電子機器用筐体の内部が均一に冷却されるようにする電力電子機器用筐体に関する。

電力電子機器の筐体は、熱を発生する多数の内部機器を含み、空気により内部機器を強制冷却する構造を有する。

図１は従来の強制冷却方式の電力電子機器用筐体１０の構造を示す構成図である。

図示されているように、電力電子機器用筐体１０は、内部に電力電子機器１２を収容する機器収容空間１４を複数層備え、各層の機器収容空間１４と連通する排気ダクト１６を備える。

一方、各機器収容空間１４の前面には外部の空気を導入するための流入部が備えられ、前記排気ダクト１６の上部には前記排気ダクト１６の内部の熱気を排出するための放熱ファン１８が備えられる。

電力電子機器用筐体１０は、外部の空気を導入して内部機器を冷却する方式であり、排気ダクト１６の内部の圧力は、放熱ファン１８の作動によって低くなる。排気ダクト１６の内部の圧力が低くなると、各機器収容空間１４の空気が、排気ダクト１６に吸い込まれる。各機器収容空間１４の空気が排気ダクト１６に吸い込まれるにつれて各機器収容空間１４の圧力が低くなるため、また外部の空気が各機器収容空間１４に流入部を介して流入され、冷却される構造である。

しかしながら、排気ダクト１６の内部の圧力は、放熱ファン１８との距離に応じて差が生じる。より具体的には、放熱ファン１８と近接した上部の負圧が、放熱ファン１８から遠い下部の負圧よりも大きくなる。

換言すれば、機器収容空間１４と放熱ファン１８との距離が長くなるにつれて機器収容空間１４に流入される空気の流量と流速が減少し、冷却効果が低下する。そのため、電力電子機器用筐体１０が全体的に均一な冷却効果を発揮できないという問題があった。

現在、放熱ファンが電力電子機器用筐体１０の上部に設置された場合、電力電子機器用筐体１０の下部に位置する機器収容空間１４の冷却効果を増加させるために放熱ファン１８の容量を増加させる方法を取っている。この場合、電力電子機器用筐体１０の上部に位置する機器収容空間１４には、必要のない過剰な冷却が行われることになり、放熱ファン１８の容量増加のために高仕様の放熱ファン１８が必要となり、これは、余計な価格上昇とノイズ増加をもたらすことになる。

本発明は、複数の機器収容空間に外気を導入して強制冷却する方式の電力電子機器用筐体において、各機器収容空間の空気の流量と流速を個別に調節できるようにすることで、電力電子機器を効率よく冷却できるようにすることを目的とする。

このような目的を達成するための本発明に係る電力電子機器用筐体は、電力電子機器が収容される複数層の機器収容空間と、各層の機器収容空間の排気側に備えられる連結ダクトと、を含み、前記連結ダクトは、前記機器収容空間に連結される流入口と、排出口と、を備え、設置される層に応じて前記排出口の面積を異ならせて各層に備えられる連結ダクトの流れ抵抗を異ならせることにより、各連結ダクトを通過する流量と流速を調節することを特徴とする電力電子機器用筐体を提供する。

前記電力電子機器用筐体は、前記機器収容空間で発生する熱を放出するための排気ダクトと、前記排気ダクトの内部の熱気を排出するための放熱ファンと、をさらに含み、前記連結ダクトの排出口は、前記排気ダクトに連結されることが好ましい。

前記連結ダクトは、前記排出口の面積が調節可能であることが好ましい。

前記連結ダクトの前記排出口は、ヒンジで連結され、コの字状の断面を有する一対の調節片からなることができる。

また、本発明に係る電力電子機器用筐体は、電力電子機器が収容される複数層の機器収容空間と、各層の機器収容空間の排気側に備えられる連結ダクトと、を含み、前記連結ダクトは、内部の流れ抵抗を調節するためのダンパを備え、設置される層に応じて前記ダンパによる流れ抵抗を異ならせることにより、各連結ダクトを通過する流量と流速を調節することを特徴とする。

前記ダンパは、角度を調節して開度率を調節することが好ましい。

本発明による電力電子機器用筐体は、外気を導入して機器収容空間に収容された電力電子機器を冷却する構造を有しており、この際、各層の機器収容空間の空気の流れを個別に調節できるようにすることで、全体的に均一な冷却効果を得ることができる。

本発明による電力電子機器用筐体は、連結ダクトを用いて各層の冷却量を調節できることから、放熱ファンの冷却効果が各層に均一に伝達されるように構成したり、各層別に相違する冷却効果を提供することができる。

従来の強制冷却方式の電力電子機器用筐体の構造を示す構成図である。 本発明の第１実施形態による電力電子機器用筐体の構造を示す構成図である。 本発明の第１実施形態による電力電子機器用筐体に備えられる連結ダクトを示す断面図である。 本発明の第２実施形態による電力電子機器用筐体の構造を示す構成図である。 本発明の第２実施形態による電力電子機器用筐体に備えられる連結ダクトを示す断面図である。 本発明の第３実施形態による電力電子機器用筐体の構造を示す構成図である。 本発明の第３実施形態による電力電子機器用筐体に備えられる連結ダクトを示す斜視図である。

本明細書および特許請求の範囲に使用された用語や単語は、通常的且つ辞書的な意味に限定して解釈してはならず、発明者は、自分の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に即して、本発明の技術的思想にかなう意味と概念に解釈すべきである。また、本明細書に記載の実施形態と図面に図示されている構成は、本発明の最も好ましい一つの実施形態に過ぎず、本発明の技術的思想を全て代弁するものではないため、本出願時点においてこれらを代替できる様々な均等物と変形例があり得ることを理解すべきである。

図２は本発明の第１実施形態による電力電子機器用筐体１００の構造を示す構成図であり、図３は本発明の第１実施形態による電力電子機器用筐体１００に備えられる連結ダクトを示す断面図である。

図２を参照すると、本発明の第１実施形態による電力電子機器用筐体１００は、電力電子機器１２が収容される複数層の機器収容空間１２０と、前記機器収容空間１２０で発生する熱を放出するための排気ダクト１６０と、前記排気ダクト１６０の内部の熱気を排出するための放熱ファン１８０と、各層の機器収容空間１２０と前記排気ダクト１６０を連結する連結ダクト１４０‐１、１４０‐２、１４０‐３、１４０‐４、１４０‐５、１４０‐６と、を含む。

本実施形態は、各層に備えられる連結ダクト１４０‐１、１４０‐２、１４０‐３、１４０‐４、１４０‐５、１４０‐６の流れ抵抗を異ならせることにより、各連結ダクト１４０‐１、１４０‐２、１４０‐３、１４０‐４、１４０‐５、１４０‐６を通過する冷却用空気の流量と流速を調節できるようにすることを特徴とする。本実施形態では、連結ダクト１４０‐１、１４０‐２、１４０‐３、１４０‐４、１４０‐５、１４０‐６がそれぞれ有する排出口１４４の開口面積を異ならせることにより、流れ抵抗を異ならせることが可能に構成されている。

上述のように、排気ダクト１６０の内部は、放熱ファン１８０との距離に応じて圧力が変化するが、本発明は、このような圧力の差によって発生する冷却効果の差を、前記連結ダクト１４０‐１、１４０‐２、１４０‐３、１４０‐４、１４０‐５、１４０‐６を用いて相殺するためのものである。

本発明に適用される連結ダクト１４０‐１、１４０‐２、１４０‐３、１４０‐４、１４０‐５、１４０‐６は、機器収容空間１２０に連結される流入口１４２と、排気ダクト１６０に連結される排出口１４４と、を備え、前記機器収容空間１２０の空気が、前記連結ダクト１４０‐１、１４０‐２、１４０‐３、１４０‐４、１４０‐５、１４０‐６を介してのみ排気ダクト１６０に流れるように構成されている。

このような構造において、連結ダクト１４０‐１、１４０‐２、１４０‐３、１４０‐４、１４０‐５、１４０‐６が有する流れ抵抗を変化させると、連結ダクト１４０‐１、１４０‐２、１４０‐３、１４０‐４、１４０‐５、１４０‐６を通過する空気の流量と流速を調節することができ、結果として、各層の機器収容空間１２０の冷却効果を個別に調節することができる。

第１実施形態は、様々な種類の連結ダクト１４０‐１、１４０‐２、１４０‐３、１４０‐４、１４０‐５、１４０‐６を用いて、各層の空気の流量と流速を調節することを特徴とする。

図示されているように、第１実施形態による連結ダクト１４０‐１、１４０‐２、１４０‐３、１４０‐４、１４０‐５、１４０‐６は、流入口１４２と、排出口１４４と、を備える。流入口１４２は、機器収容空間１２０に連結される。排出口１４４は、排気ダクト１６０に連結される。このような構造において、流入口１４２の開口面積は同一にし、排出口１４４の開口面積を調節することで各連結ダクト１４０‐１、１４０‐２、１４０‐３、１４０‐４、１４０‐５、１４０‐６の流れ抵抗を異ならせるようにしている。すなわち、各層において、流入口１４２は機器収容空間１２０と連通しており、排出口１４４は排気ダクト１６０と連通している。そして、各連結ダクト１４０‐１、１４０‐２、１４０‐３、１４０‐４、１４０‐５、１４０‐６それぞれの流入口１４２の開口面積が同一となるように構成されている。一方で、各連結ダクト１４０‐１、１４０‐２、１４０‐３、１４０‐４、１４０‐５、１４０‐６それぞれの排出口１４４の開口面積が異なるように構成されている。

図示しているように、放熱ファン１８０が排気ダクト１６０の上端に備えられる形態では、各層の排出口１４４の開口面積が上層に向かって狭くなるようにすることで、相対的に大きい負圧が発生する上層に向かって流れ抵抗が大きくなるようにし、これにより、各層を流れる空気の流量と流速を均一に調節することができる。

図示している実施形態は、連結ダクト１４０‐１、１４０‐２、１４０‐３、１４０‐４、１４０‐５、１４０‐６の流入口側の流入角度を１５度ずつ異ならせて６種類形成させたものを示しているが、排出口側の排出角度で差があるようにしてもよく、角度の差と種類の個数は、必要に応じて、適切に変更してもよい。

図４は本発明の第２実施形態による電力電子機器用筐体１００の構造を示す構成図であり、図５は本発明の第２実施形態による電力電子機器用筐体１００に備えられる連結ダクトを示す断面図である。

先ず、図５を参照すると、本発明の第２実施形態による電力電子機器用筐体１００に適用される連結ダクト１５０は、内部に、流れ抵抗を調節するダンパ１５２を備える。

第１実施形態の場合、様々な種類の連結ダクト１４０‐１、１４０‐２、１４０‐３、１４０‐４、１４０‐５、１４０‐６を備えて、各層に、互いに異なる種類の連結ダクトを設置することにより、各層の冷却効果を調節する形態を有している。第２実施形態は、各層に同一の連結ダクト１５０を適用し、且つ各連結ダクト１５０のダンパ１５２を調節することにより流れ抵抗を異ならせることを特徴とする。

図５に図示されているように、連結ダクト１５０の内部には、角度調節が可能になるようにヒンジ軸１５４に連結されたダンパ１５２が備えられ、ダンパ１５２の角度を調節することで各連結ダクト１５０の開度率を調節できるようにしている。すなわち、本実施形態では、連結ダクト１５０を流れる空気の方向に対するダンパ１５２の角度が変更可能に構成されている。本実施形態では、ダンパ１５２の角度を変更することで連結ダクト１５０を流れる空気の流れ抵抗を調節可能に構成されている。

図４に図示されているように、下層の連結ダクトの場合、開度率を最大にし、上層に向かって開度率が減少するようにすることで、各機器収容空間１２０に導入される空気の流量と流速が全体的に均一になるように調節することができる。すなわち、本実施形態では、各層に設けられた連結ダクト１５０のうち、放熱ファン１８０から近い層に設けられた連結ダクト１５０ほど、ダンパ１５２によって調節される開度率が小さくなるように構成されている。

図６は本発明の第３実施形態による電力電子機器用筐体１００の構造を示す構成図であり、図７は本発明の第３実施形態による電力電子機器用筐体１００に備えられる連結ダクトを示す斜視図である。

先ず、図７を参照すると、本発明の第３実施形態による連結ダクト１７０は、機器収容空間１２０に連結される流入口１７２と、排気ダクト１６０に連結される排出口１７４と、を備え、且つ排出口１７４の開口面積を調節可能にしたことを特徴とする。上述の第２実施形態と同様に、単一の連結ダクト１７０を用いて空気の流れ抵抗を調節できるようにしている。

図示されているように、本実施形態に適用される連結ダクト１７０は、流入口１７２を形成する連結ダクト本体１７０ａと、前記連結ダクト本体１７０ａにヒンジで連結される一対の調節片１７０ｂと、を含む。前記調節片１７０ｂは、コの字状の断面を有し、互いに噛み合う形態に配置され、前記調節片１７０ｂ同士の間隔を調節することで排出口１７４の開口面積を調節することができる。すなわち、本実施形態では、連結ダクト１７０の排出口１７４の開口面積を調節可能な調節片１７０ｂを備えている。そして、調節片１７０ｂは、互いに対向して一対設けられると共にそれぞれの間で排出口１７４を形成するように構成されている。

図６を参照すると、本発明の第３実施形態による電力電子機器用筐体１００は、連結ダクト１７０を用いて、各機器収容空間１２０が排気ダクト１６０に連通されるように設置し、且つ各層別に調節片１７０ｂ同士の間隔を調節することで、各層の機器収容空間１２０において空気の流れが均一となるようにする。

図示しているように、複数層に設けられた調節片１７０ｂのうち上層に設けられた調節片１７０ｂほど調節片１７０ｂ同士の間隔が狭くなるように調節することで、上層の連結ダクトを通過する空気の流れ抵抗を増加させることができる。これにより、各層の機器収容空間１２０に外気が均一に導入され循環されることができる。したがって、電力電子機器用筐体１００の内部を全体的に均一に冷却することができる。

通常、各層の電力電子機器で発生する発熱量が類似しており、電力電子機器用筐体１００の内部の各機器収容空間１２０が放熱ファン１８０の距離とは無関係に均一な空気の流れを有するように構成するものと説明した。

しかしながら、各層に設置される電力電子機器で発生する発熱量が相違する場合もあり得る。この場合、各層の電力電子機器の冷却に必要な空気の流量と流速が各層ごとに異なる。このような場合にも上述の実施形態を適用し、発熱量が多い層に設置される連結ダクトの流れ抵抗を相対的に小さくし、発熱量が少ない層に設置される連結ダクトの流れ抵抗を相対的に大きくする方式で、各層に必要な空気の流量と流速を調節することができる。

上述の実施形態は、すべての面において例示的であって限定的ではないと理解すべきであり、本発明の範囲は、上述の詳細な説明よりも後述の特許請求の範囲により示される。また、後述の特許請求の範囲の意味および範囲は、勿論、その等価概念から導き出されるすべての変更および変形可能な形態が本発明の範囲に含まれると解釈すべきである。

１００ ：電力電子機器筐体
１２ ：電力電子機器
１２０ ：機器収容空間
１６０ ：排気ダクト
１８０ ：放熱ファン
１４０ ：連結ダクト
１４２ ：流入口
１４４ ：排出口
１５２ ：ダンパ
１５４ ：ヒンジ軸

Claims (4)

1. 電力電子機器が収容される複数層の機器収容空間と、
   前記機器収容空間で発生する熱を放出するための排気ダクトと、
   前記排気ダクトの内部の熱気を排出するための放熱ファンと、
   各層の前記機器収容空間の排気側に備えられる複数の連結ダクトと、を含み、
   前記複数の連結ダクトの各々は、前記機器収容空間のうちの一層に連結される流入口と、前記排気ダクトに連結される排出口と、を備え、
   設置される層に応じて前記排出口の開口面積を異ならせ、かつ前記複数の連結ダクトの前記流入口の流入角度を、隣接する連結ダクトの流入角度とは異ならせるように構成することで、各層に備えられる前記連結ダクトの各々の流れ抵抗を異ならせ、各連結ダクトを通過する空気の流量と流速を調節する、電力電子機器用筐体。
2. 前記連結ダクトは、前記排出口の前記開口面積が調節可能であることを特徴とする、請求項１に記載の電力電子機器用筐体。
3. 前記連結ダクトの前記排出口は、ヒンジで連結され、コの字状の断面を有する一対の調節片からなることを特徴とする、請求項２に記載の電力電子機器用筐体。
4. 前記連結ダクトのひとつの流入角度が、他のすべての連結ダクトの流入角度と異なっていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力電子機器用筐体。

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