JP6706754B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池などの外部直流電源から得られた直流電力を交流電力に変換する電
力変換装置に関し、特に、湿気侵入抑制構成の電力変換装置に関する。

太陽光発電システム用の電力変換装置（パワーコンディショナと称する）は、その筐体
内に、電力変換回路として、太陽電池が発電する直流電力を入力として昇圧回路で昇圧し
、商用電力系統と実質的に同期した所定の交流電力にインバータ回路で変換し、この変換
された交流電力を商用電力系統へ重畳可能とする回路を収容している。この電力変換回路
には、半導体のスイッチング素子やリアクトル等の発熱部品を備えており、それらの発熱
する熱はヒートシンクの基板部に熱伝導状態に取り付けられ、ヒートシンクの放熱フィン
から放熱される仕組みである（特許文献１）。

特開２０１２−１６４８７８号公報

このような電力変換装置は、屋外設置式と屋内設置式があるが、屋内設置式において、
邪魔にならない場所として、浴室に隣接する部屋、例えば脱衣室や洗面室の壁の上部に設
置されることが多々ある。通常、ミラーやミラー付き洗面台は、脱衣室や洗面室と浴室と
の間の壁の反対側の壁に設置されるため、電力変換装置は脱衣室や洗面室の浴室側の壁の
上部に設置される。このため、浴室の出入り口ドアを開けたとき、浴室から湯気（外気に
触れて気体の温度が低下し凝結した水滴と水蒸気の混相）が一時に脱衣室や洗面室へ流出
し、これが電力変換装置に降り掛かる。

電力変換装置は、特許文献１のように筐体内に各種の電気回路を収容している。また、
筐体内にヒートシンクを収容している形態がある。いずれの形態においても、筐体内の電
気回路の部品やヒートシンクの放熱促進用空気流通部として、筐体の下壁に多数の小孔や
スリット等で形成した空気流入部を備え、筐体の上壁に多数の小孔やスリット等で形成し
た空気流出部を備える。

電力変換装置が太陽光発電システムから直流が入力される形態では、太陽光が現れる昼
間は電力変換装置が正規の動作を行い、電力変換装置の筐体内の温度が上昇するため、筐
体内とヒートシンクの多数のフィン間では、下方から上方へ流れる上昇気流が形成され、
電気回路部品の放熱が促進される。一方、太陽光が出ていない夜間は電力変換装置による
電力変換動作が行われないため、電力変換装置の筐体内の温度は低く、またヒートシンク
の温度も低い。このため、下壁の空気流入部から上壁の空気流出部へ向かって積極的に流
れる上昇気流は形成され難い。

電力変換装置が動作しているとき、及び電力変換装置が停止しているときも、浴室の出
入り口ドアを開けたとき浴室から脱衣所や洗面所へ一時に流出する湯気は、主として電力
変換装置の筐体の下壁の空気流入部から筐体内に流入し、筐体内の電気回路部品に付着し
、これら電気回路部品の劣化や漏電が懸念される。

本発明は、電力変換装置が動作しているときは、筐体内の電気回路部品の放熱促進が確
保され、浴室の出入り口ドアを開けたときの一時の流出湯気が電力変換装置の筐体内へ流
入し難いように障害となる部材を設け、湯気によって生じることが懸念される筐体内の電
気回路部品の劣化や漏電を抑制することができる技術を提供するものである。

本発明の電力変換装置は、太陽電池などの直流電源から得られた直流電力を交流電力に
変換する電力変換回路が筐体内に収容され、前記筐体の下壁に空気流入部を備え、前記筐
体の上壁に空気流出部を備える電力変換装置において、
前記空気流入部の下方に間隔を存して前記下壁と対向する部材を設けることを特徴とす
る。

本発明の他の電力変換装置は、太陽電池などの直流電源から得られた直流電力を交流電
力に変換する電力変換回路が筐体内に収容され、前記筐体の下壁に空気流入部を備え、前
記筐体の上壁に空気流出部を備える電力変換装置において、前記空気流入部の下方に間隔
を存して前記下壁と対向する下側板と、前記空気流入部の左右の一方側の前記下壁から前
記下側板まで延びる側方板を有する部材を備え、前記側方板は、前記下側板に折りたたみ
可能に設けたことを特徴とする。

本発明によれば、電力変換装置が動作しているときは、筐体内の電気回路部品の放熱促
進が確保され、浴室の出入り口ドアを開けたとき等のように、一時の流出湯気が生じると
きは、部材が湯気をブロックして空気流入部への湯気の侵入を抑制し、湯気が電力変換装
置の筐体内へ流入し難いようになるため、通常は電力変換装置の動作が確保され、浴室か
ら流出した湯気による筐体内の電気回路部品の劣化や漏電を抑制することができる。

本発明に係る電力変換装置の蓋体を開けたときの状態を示す正面視の説明図である。 本発明に係る電力変換装置の横断面による説明図である。 本発明に係る電力変換装置の回路構成図である。 本発明に係る電力変換装置の上面図である。 本発明に係る電力変換装置の底面図である。 本発明に係る電力変換装置に部材を取り付けた状態の正面斜視図である。 本発明に係る部材の斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る電力変換装置の底面図である。 本発明に係る部材の取付支柱が係止した状態図である。 本発明に係る部材の取付支柱が係止した状態を示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係る部材であり、（イ）は部材の正面図、（ロ）は部材の上面図である。

本実施形態は、太陽電池などの外部直流電源から得られた直流電力を交流電力に変換す
る電力変換回路が筐体内に収容され、前記筐体の下壁に空気流入部を備え、前記筐体の上
壁に空気流出部を備える電力変換装置において、
前記空気流入部の下方に間隔を存して前記下壁と対向する部材を設けることを特徴とす
る電力変換装置である。
以下にその実施例を図に基づき説明する。実施例は、筐体内に電力変換回路とヒートシ
ンクを収容した形態で示している。

図１及び図２に示すように、本実施形態に係る電力変換装置１は、太陽電池ＰＶなどの
外部の直流電源から得られた直流電力を交流電力に変換する電力変換回路ＩＮＶを構成す
る電気回路部品６が筐体２内に収容されている。筐体２は、金属製の本体３と金属製の蓋
体４によって構成し、本体３は、鋼板の一方の面がカラー塗装されたカラー鋼板で構成さ
れ、カラー塗装された面を外側として、上壁３Ａ、下壁３Ｂ、左壁３Ｃ、右壁３Ｄ、及び
背壁３Ｅで囲まれ前面開口３Ｆを有する矩形状の箱を構成する。蓋体４は、鋼板の一方の
面がカラー塗装されたカラー鋼板で構成され、カラー塗装された面を外側とし、本体３の
前面開口３Ｆを塞ぐように取り付けネジによって本体３に着脱自在に取り付ける。なお、
蓋体４は、本体３の左壁３Ｃまたは右壁３Ｄにヒンジによって開閉自在とすることもでき
る。

図３には電力変換回路ＩＮＶの構成を示しており、電力変換回路ＩＮＶは、太陽電池Ｐ
Ｖで発電した直流電力を、直流用リアクトルＬ１、スイッチング素子Ｓ１、ダイオードＤ
１、平滑用のコンデンサＣ１を含む昇圧回路ＢＳで所定電圧に昇圧し、昇圧回路ＢＳで昇
圧した電力を複数のスイッチング素子Ｓ２で構成する直流・交流変換回路ＤＡで商用電力
系統ＧＲＩＤの周波数に同期する正弦波交流に変換し、交流用リアクトルＬ２、コンデン
サＣ２を含むローパスフィルタＬＰＦで高周波成分をカットまたは充分に減衰させた状態
で、リレー接点ＲＹを介して商用電力系統ＧＲＩＤへ出力する構成である。昇圧回路ＢＳ
、直流・交流変換回路ＤＡ及びリレー接点ＲＹは、制御回路ＣＰによって動作が制御され
る構成である。

本体３内には電力変換回路ＩＮＶが収容されており、図２に示すように、電力変換回路
ＩＮＶを構成する複数の電気回路部品６を取り付けるためのシャーシ５が、本体３内で背
壁３Ｅに並行配置となるように所定の間隔を存して背壁３Ｅに取り付けられる。
電力変換回路ＩＮＶを構成する電気部品のうち、直流用リアクトルＬ１、交流用リアク
トルＬ２、コンデンサＣ１やコンデンサＣ２等の大きな部品以外の主たる電気回路部品６
は、大きな平面積を有するプリント配線基板で構成するメイン基板７に配置され、直流用
リアクトルＬ１、交流用リアクトルＬ２、コンデンサＣ１やコンデンサＣ２等も、メイン
基板７に形成される配線パターンと電気的に接続される。

図１及び図２に示すように、本体３内には、ヒートシンク８の隣りにリアクトル収容部
９を上下方向に設ける。電力変換回路ＩＮＶの中の直流用リアクトルＬ１と交流用リアク
トルＬ２は、リアクトル収容部９において、背壁３Ｅにネジ等の固定具にて取り付ける支
持板１０の前面側に、ネジ等の固定具にて上下配置状態に取り付ける。

図１及び図２に示すように、本体３内には、リアクトル収容部９の反対側に端子台１１
を配置するために、シャーシ５の一部を後方に窪ませた平坦な端子台配置部５Ａを形成し
ており、ここに端子台１１が取り付けられている。

端子台１１は、電力変換回路ＩＮＶと太陽電池ＰＶとの接続端子、電力変換回路ＩＮＶ
と商用電力系統ＧＲＩＤとの接続端子、アース端子、及び自立端子を含むものであり、端
子台１１と電力変換回路ＩＮＶとの接続線１３が、シャーシ５の一部の窓から視認できる
。

前記自立端子は、商用電力系統ＧＲＩＤが災害等により動作不能状態になったとき、太
陽電池ＰＶで発電した直流電力を電力変換回路ＩＮＶで変換した交流電力で以って、家屋
内の電気器具を動作させるための非常時用コンセント接続用である。

本体３の背壁３Ｅ及び下壁３Ｂには、太陽電池ＰＶ、商用電力系統ＧＲＩＤ、及び非常
時用コンセントとの配線が端子台１１に接続されるために、配線用開口１２が端子台１１
に対応して形成される。

コンデンサＣ１とコンデンサＣ２は、それぞれ単一構成のもの、または複数の小コンデ
ンサで群構成されるものとし、これらが端子台１１よりも上方側の空間部に配置される。

電力変換回路ＩＮＶの中でスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２は発熱して高温となるため、そ
の発熱を放散するために、一つまたは別個のパッケージに収容される形態でモジュール化
される。これをＩＰＭ（インテリジェントパワーモジュール）と称する。

ＩＰＭは、アルミニウム等の熱伝導良好なヒートシンク８に取り付ける。図２に示すよ
うに、ヒートシンク８は、基板部８Ａと基板部８Ａから左右に並行して上下方向に延出し
た複数の放熱フィン８Ｂを有し、放熱フィン８Ｂの中間部以下が本体３の背壁３Ｅに形成
する開口３Ｅ１に臨む状態で、本体３内でシャーシ５と背壁３Ｅとの間に位置するように
、背壁３Ｅにネジ等の固定具にて取り付ける。筐体２の下壁である本体３の下壁３Ｂに空
気流入部１５を備え、筐体２の上壁である本体３の上壁３Ａに空気流出部１６を備える。

図５に示すように、空気流入部１５は、電力変換回路ＩＮＶの電気回路部品の放熱用と
して、多数の小孔で形成された第１空気流入孔１５Ａと、放熱フィン８Ｂ間へ流入するよ
うに多数のスリットで形成した第２空気流入孔１５Ｂとを備える。
また、図４に示すように、空気流出部１６は、電力変換回路ＩＮＶの電気回路部品の放
熱用として、多数の小孔で形成された第１空気流出孔１６Ａと、放熱フィン８Ｂ間から流
出する空気用として多数のスリットで形成した第２空気流出孔１６Ｂとを備える。

前記ＩＰＭは、その裏側のアルミニウム等の金属製放熱面が、ヒートシンク８の基板部
８Ａの前面に熱伝導状態にネジ等の固定具にて取り付けられ、ＩＰＭの発熱は、基板部８
Ａから放熱フィン８Ｂへ伝達され、放熱フィン８Ｂ間を上昇する空気によって放熱される
。

ダイオードＤ１も発熱が大きい場合は、ＩＰＭと同様に、パッケージに収容される形態
でモジュール化し、ヒートシンク８の基板部８Ａの前面に熱伝導状態に、ネジ等の固定具
にて取り付ける。なお、ダイオードＤ１は、ＩＰＭに含めてパッケージするようにすれば
、ヒートシンク８の基板部８Ａへの取り付け作業も容易となる。

電力変換回路ＩＮＶは、太陽電池ＰＶから電力変換回路ＩＮＶへの入力電流を検出する
入力側電流センサＣＴ１を備え、電力変換回路ＩＮＶの出力電流を検出する出力側電流セ
ンサＣＴ２を備える。入力側電流センサＣＴ１と出力側電流センサＣＴ２は、共通化を図
るため、直流電流及び交流電流の両方の検出に用いることができるホール素子式の電流セ
ンサであり、メイン基板７に取り付けるサブ基板７１、７２にそれぞれ取り付けられてい
る。

図６は、部材１７を設けた電力変換装置１を示す。蓋体４の前面（正面）下部には、本
体３内に配置したコントロールパネル部３０が臨む操作窓が設けられている。コントロー
ルパネル部３０には、電力変換装置１の発電電力や積算電力などの表示部と、運転及び停
止スイッチ操作部などが配置されている。

図６に示すように、部材１７は、空気流入部１５の下方に間隔を在して設けられ下壁３
Ｂと対向し、空気流入部１５を下方から覆う下側覆板１８（下側板）と、空気流入部１５
をその左右の一方側から覆い、下壁（側）から下壁板（側）にのびる側方覆板１９（側方
板）を有する。図示の場合は、浴室の出入り口が電力変換装置１の左側に位置する場合の
形態であるため、側方覆板１９は空気流入部１５の左側を覆う状態である。

部材１７の具体的な一つの構成として、部材１７は合成樹脂製であり、下側覆板１８と
側方覆板１９は平板形状であり、側方覆板１９の下端は下側覆板１８の上面に当接してお
り、下側覆板１８と側方覆板１９が、空気流入部１５の左側から空気流入部１５へ流入し
ようとする湯気の障壁となる（湯気をブロックする）。

この場合、平面視において、空気流入部１５の全体の平面積に対して下側覆板１８の平
面積が同等若しくは若干大きく、下側覆板１８によって空気流入部１５の全体がカバーさ
れる大きさであり、下側覆板１８と側方覆板１９を含む部材１７が取付状態において邪魔
にならない大きさとして、平面視において空気流入部１５の全体が部材１７によって覆わ
れ、且つ本体３の下壁３Ｂの範囲内に収まる大きさである。尚、下側覆板１８は、平面視
において下壁３Ｂに収まらなくとも良く、側方覆板１９を用いない場合には、下側覆板１
８は浴室の出入り口のある方向に下壁３Ｂから突出していても良い。

このように部材１７は前方が大きく開いているため、電力変換装置１が動作していると
きは、筐体２内の電気回路部品６は発熱し、その熱によってヒートシンク８の温度が上昇
しており、電力変換装置１の周囲の空気は、空気流入部１５から筐体２内に流入し、空気
流出部１６から流出する空気の流れが促進される。このため、電力変換装置１が動作して
いるときは、筐体２内の電気回路部品６の放熱が良好に行われる。
図示のものは、浴室の出入り口から遠い側である空気流入部１５の右側が開いており、
この部分からも空気流入部１５への空気の流入が促進される。

一方、浴室の出入り口から一時に流出する湯気が空気流入部１５へ流入する経路には、
下側覆板１８と側方覆板１９が存在するため、これが湯気の流れの障壁となり、湯気が空
気流入部１５へ一時に流入することが抑制され、筐体２内の電気回路部品６の保護ができ
る。

部材１７は、ネジなどの固定具によって本体３に固定する方式でもよいが、浴室の出入
り口に対する位置が、空気流入部１５の左右のいずれの位置であっても、部材１７の上記
抑制機能を発揮させるために、側方覆板１９の位置が左側に位置する状態と右側に位置す
る状態に変更し易くする。このため、部材１７が本体３に対して１８０度取り付け位置を
反転できるように、部材１７が本体３に着脱可能に構成している。

その一つの構成として、図６及び図７等に示すように、下側覆板１８の左右部分には取
付支柱２０Ａ、２０Ｂが前後に配置されている。左右いずれかの取付支柱２０Ａ、２０Ｂ
に覆板２０Ｃが取り付けられている。図示のものは、電力変換装置１の左側に浴室の出入
り口が存在する場合に適用するために、左側の取付支柱２０Ａ、２０Ｂに覆板２０Ｃが取
り付けられている。取付支柱２０Ａ、２０Ｂは、その先端部に外向きのかぎ状の係止部２
１を形成しており、取付支柱２０Ａ、２０Ｂの有する弾性を利用して、係止部２１が空気
流入部１５の左右端部に弾性係止することにより、部材１７が空気流入部１５に着脱可能
に支持される。

これによって、側方覆板１９が浴室の出入り口側に位置するようにするために、係止部
２１を空気流入部１５の端部から外し、本体３に対して部材１７を１８０度回転した状態
で、取付支柱２０Ａ、２０Ｂの有する弾性を利用して、係止部２１が空気流入部１５の端
部に弾性係止することができる。

また、取付支柱２０Ａ、２０Ｂの先端部を本体３の下壁３Ｂにネジ止めする形態とし、
本体３に対して部材１７を１８０度回転した状態で、再びネジによって取付支柱２０Ａ、
２０Ｂの先端を本体３の下壁３Ｂに固定する方式でもよい。

更に他の構成として、側方覆板１９は、左右配置の前後の取付支柱２０Ａ、２０Ｂに覆
板２０Ｃが着脱自在に取り付けられる構成とし、左側の取付支柱２０Ａ、２０Ｂに取り付
けた覆板２０Ｃを取り外して、右側の取付支柱２０Ａ、２０Ｂに取り付ける方式でもよい
。

空気流入部１５は、図５及び図６に示すように、第１空気流入孔１５Ａと第２空気流入
孔１５Ｂとに区分した形態でもよいが、図８に示すように、本体３の下壁３Ｂに貫通形成
する矩形状の一つの空気流入孔とした形態でもよい。いずれの形態であっても、空気流入
部１５に流入する空気中の塵埃の吸い込み除去として、空気流入部１５の全体を覆うよう
に空気フィルタ２２が、本体３の下壁３Ｂの内側周縁に取り付けられる。

空気流入部１５が図８に示すような一つの空気流入孔とした形態の場合も、図９及び図
１０に示すように、部材１７は、左右の取付支柱２０Ａ、２０Ｂの有する弾性を利用して
、係止部２１が空気流入部１５の左右端部に弾性係止することにより、部材１７が空気流
入部１５に着脱可能に支持される。また、左右の取付支柱２０Ａ、２０Ｂは、ネジによっ
て本体３の下壁３Ｂに着脱可能に取り付ける構成でもよい。

電力変換装置１が浴室に隣接する洗面室等に設置する場合は、浴室から流出する湯気か
ら電力変換装置１を保護する上で部材１７は有効であるが、浴室から離れた部屋や廊下等
の壁に電力変換装置１を設置する場合は、部材１７が必要ない。このため、上記の構成の
他に、電力変換装置１に対して部材１７を容易に着脱できるようにするための一つの構成
を図１１に示す。

図１１において、（ロ）のように、下側覆板１８に対して、軸機構２３によって側方覆
板１９とそれの向かい側の取付支柱２０Ａ、２０Ｂが折りたたみ可能な構成である。図１
１（イ）のように、側方覆板１９とそれの向かい側の取付支柱２０Ａ、２０Ｂが下側覆板
１８から立ち上がった状態を保持するように、軸機構２３に設けるようにすれば、その立
ち上がった状態を保持できる。

上記実施形態は、下側覆板１８と側方覆板１９が別個に形成したものを結合したが、下
側覆板１８と側方覆板１９を一体の可撓性板状部材で形成し、側方覆板１９を下側覆板１
８に折りたたみ可能に構成する形態でもよい。

外部の直流電源として、太陽電池を取り上げたが、この他に燃料電池、風力発電機、波
動発電機などが適用できる。

１ 電力変換装置
２ 筐体
３ 本体
３Ａ 上壁
３Ｂ 下壁
４ 蓋体
６ 電気回路部品
８ ヒートシンク
１５ 空気流入部
１６ 空気流出部
１７ 部材
１８ 下側覆板
１９ 側方覆板
２０Ａ 取付支柱
２０Ｂ 取付支柱
２０Ｃ 覆板
ＩＮＶ 電力変換回路
ＰＶ 太陽電池

Claims (1)

1. 太陽電池などの直流電源から得られた直流電力を交流電力に変換する電力変換回路が筐体内に収容され、前記筐体の下壁に空気流入部を備え、前記筐体の上壁に空気流出部を備える電力変換装置において、
   前記空気流入部の下方に間隔を存して前記下壁と対向する下側板と、前記空気流入部の左右の一方側の前記下壁から前記下側板まで延びる側方板を有する部材を備え、前記側方板は、前記下側板に折りたたみ可能に設けたことを特徴とする電力変換装置。

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