JP7247489B2 - リアクトルユニットおよび電力変換装置 - Google Patents

Description

この発明は、リアクトルユニットおよび電力変換装置に関し、特に、リアクトルを取り囲むように配置された風洞を備えるリアクトルユニットおよび電力変換装置に関する。

従来、リアクトルを取り囲むように配置された風洞を備えるリアクトルユニットおよび電力変換装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、環状の磁路を形成するコア（鉄芯）にコイルが巻き回されたリアクトルと、リアクトルを取り囲むよう配置された整流部材（風洞）と、を備えたリアクトルユニットが開示されている。上記特許文献１のリアクトルユニットでは、リアクトルと整流部材との間に、冷却用の空気が流れる流路が形成されている。また、上記特許文献１のリアクトルユニットは、筐体内に設けられており、筐体の下部および上部には、それぞれ、空気の流入口および流出口が形成されている。

特開２０１３－１９１６２３号公報

ここで、上記特許文献１には明記されていないが、上記特許文献１のような従来の筐体内には、リアクトル以外に電子部品等が設けられている場合がある。この場合のように、筐体内にリアクトル以外に電子部品等が設けられている筐体では、リアクトルを冷却することにより高温になった空気が筐体の上部に形成された流出口に到達するまでの間に筐体内に設けられる電子部品に熱的に影響を及ぼす場合がある。したがって、上記特許文献１のような従来のリアクトルユニットが設けられた筐体では、たとえば、リアクトルを筐体内の上部に配置させるか、または、高温になった空気を筐体外に排気するための排気ダクトを別途設けるか等の対策を行う必要があると考えられる。

しかしながら、比較的重量が大きいリアクトルを筐体内の上部に配置させる場合、リアクトルを支えるための高強度の柱や梁等の構造が別途必要になる。また、排気ダクトを別途設ける場合、排気ダクトを設置するためのスペースが必要になるとともに、排気ダクトの表面から筐体内への放熱が生じないように排気ダクトを構成する必要がある。このため、上記特許文献１のような従来のリアクトルユニットは、電子部品とともに筐体内に設ける場合に、リアクトルを冷却して高温になった空気がリアクトルユニットとともに筐体内に設けられる電子部品に及ぼす熱的な影響を低減するために、筐体内における配置が制限されたり筐体内の構成が複雑になるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、リアクトルを冷却して高温になった空気が周囲に及ぼす熱的な影響を低減しながら、筐体内における配置が制限されたり筐体内の構成が複雑になるのを抑制することが可能なリアクトルユニットおよび電力変換装置を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面によるリアクトルユニットは、平面視において、第１方向に延びる第１の辺と、第１の辺と直交するように第２方向に延びる第２の辺と、を含むリアクトルと、平面視において、第１の辺に沿って延びる辺と第２の辺に沿って延びる辺とを含み、リアクトルの側面を取り囲むように配置された略矩形状の風洞と、風洞の上方または下方のいずれか一方から空気を取り込み、他方から空気を排出させるためのファンと、風洞において空気の下流側である出口近傍または空気の上流側である入口近傍のいずれかに設けられ、風洞の一方から取り込まれる空気または他方から排出される空気を冷却するための空気冷却部と、を備え、リアクトルは、上下方向に延びる部分を有するコアと、コアの周りを水平方向に巻き回されたコイルと、を含み、風洞の内壁の少なくとも一部には、平面視において、コイルの角部におけるコイルと内壁との間の離間距離と、コイルの角部以外における離間距離とが略等しくなるように、離間距離調整部材が設けられている。なお、入口近傍とは、入口そのものと、入口の付近との両方を含む。また、出口近傍とは、出口そのものと、出口の付近との両方を含む。

この発明の第１の局面によるリアクトルユニットでは、上記のように、リアクトルを取り囲むように配置された風洞において空気の下流側である出口近傍または空気の上流側である入口近傍のいずれかに風洞の一方から取り込まれる空気または他方から排出される空気を冷却するための空気冷却部が設けられる。これにより、上記出口近傍に空気冷却部が設けられている場合、リアクトルから発生した熱により暖められ風洞の他方から排出される空気を、上記出口近傍において空気冷却部により冷却した状態でリアクトルユニットの外部に排出することができる。また、上記入口近傍に空気冷却部が設けられている場合、風洞の一方から取り込まれる空気を、上記入口近傍において空気冷却部により冷却した状態で風洞内に取り込むことができるので、風洞内に取り込まれた冷却された空気によりリアクトルから発生した熱により暖められた風洞内の空気を冷却した状態でリアクトルユニットの外部に排出することができる。その結果、リアクトルから発生した熱により暖められた空気の温度を低下させた状態で、リアクトルユニットの外部に排出することができるので、リアクトルを冷却して高温になった空気が周囲に及ぼす熱的な影響を低減しながら、リアクトルユニットが設けられる筐体内における配置が制限されたり筐体内の構成が複雑になるのを抑制することができる。
また、上記第１の局面によるリアクトルユニットでは、上記のように、リアクトルは、上下方向に延びる部分を有するコアと、コアの周りを水平方向に巻き回されたコイルと、を含み、風洞の内壁の少なくとも一部には、平面視において、コイルの角部におけるコイルと内壁との間の離間距離と、コイルの角部以外における離間距離とが略等しくなるように、離間距離調整部材が設けられている。これにより、巻き回されたコイルが平面視で矩形状ではない場合でも、コイルと内壁との間の離間距離を、コイルの角部とコイルの角部以外とにおいて、容易に略等しくすることができる。その結果、コイルと内壁との間を通過する空気の流れを、風洞の広範囲に渡って均一化することができるので、リアクトルを効率的に冷却することができる。

上記第１の局面によるリアクトルユニットにおいて、好ましくは、空気冷却部は、熱交換器を含む。このように構成すれば、熱交換器により、暖められた空気と冷却された媒体との間で熱交換を行うことができるので、リアクトルから発生する熱により暖められた空気を容易に冷却することができる。

上記空気冷却部が熱交換器を含む構成において、好ましくは、熱交換器は、上記出口近傍に設けられ、リアクトルから発生する熱により暖められ風洞から排出される空気を冷却するように構成されている。このように構成すれば、リアクトルユニットから排出される空気を上記出口近傍側で冷却することができるので、リアクトルから発生した熱により暖められた空気を確実に冷却した状態でリアクトルユニットから排出することができる。

この場合、好ましくは、ファンは、上記出口近傍に設けられる熱交換器よりも空気の下流側、または、熱交換器が設けられない上記入口近傍のいずれかに設けられている。このように構成すれば、ファンを通過する空気が、リアクトルから発生する熱により暖められた空気よりも低温となるので、ファンが高温の空気に晒されることによるファンの劣化を抑制することができる。

上記熱交換器が風洞において空気の下流側である出口近傍に設けられる構成において、好ましくは、風洞は、リアクトルの側面を覆うように配置される第１部分と、第１部分と接続されるとともに、リアクトルの上記出口側の面のうち、熱交換器が設けられる部分以外を覆うように配置される第２部分とを含む。このように構成すれば、リアクトルから発生する熱により暖められた空気が熱交換器を経由せずにリアクトルユニットの外部に排出されるのを抑制することができるので、第１部分と接続され熱交換器が設けられる部分以外を覆うように配置される第２部分を設けない場合と比較して、リアクトルユニットから高温の空気が排出されるのを抑制することができる。

上記熱交換器が風洞において空気の下流側である出口近傍に設けられる構成において、好ましくは、ファンは、風洞の上方に配置されており、熱交換器は、ファンと風洞との間に配置されている。このように構成すれば、ファンおよび熱交換器が風洞の上方に配置されるので、リアクトルおよびリアクトルを取り囲むように設けられる風洞をリアクトルユニットにおいて最下部に配置させることができる。その結果、リアクトルをリアクトルユニットの上部に配置させる場合と比較して、比較的重量が大きいリアクトルを支えるための高強度の構造が多くなるのを抑制することができる。

この場合、好ましくは、熱交換器とリアクトルとの間に設けられ、熱交換器において結露した水を受けて貯留するための結露水貯留部をさらに備える。このように構成すれば、リアクトルから発生する熱により暖められた空気が熱交換器において結露して、結露した水が熱交換器の下方に落下した場合でも、熱交換器とリアクトルとの間に設けられた結露水貯留部により結露した水を受けて貯留することができる。その結果、結露した水がリアクトルに接触することにより、リアクトルに錆が生じたり、リアクトルを含む電気回路がショートしてしまうのを抑制することができる。

上記第１の局面によるリアクトルユニットにおいて、好ましくは、風洞の内壁には、乱流を発生することが可能な突起が設けられている。このように構成すれば、乱流が発生した部分では、規則正しく流れる層流と比較して、伝達される熱量が増加するので、リアクトルからの放熱を促進することができる。

上記第１の局面によるリアクトルユニットにおいて、好ましくは、風洞の内壁は、放射冷却を促進する黒色の部分を含む。このように構成すれば、高温になったリアクトルから放射される熱放射（電磁波）の殆どが、広範囲の波長の電磁波を吸収する黒色の部分によって吸収されるので、リアクトルからの放熱を促進することができる。

上記目的を達成するために、この発明の第２の局面による電力変換装置は、リアクトルユニットと、リアクトルユニットを収納する筐体とを備え、リアクトルユニットは、平面視において、第１方向に延びる第１の辺と、第１の辺と直交するように第２方向に延びる第２の辺と、を含むリアクトルと、平面視において、第１の辺に沿って延びる辺と第２の辺に沿って延びる辺とを含み、リアクトルの側面を取り囲むように配置された略矩形状の風洞と、風洞の上方または下方のいずれか一方から空気を取り込み、他方から空気を排出させるためのファンと、風洞において空気の下流側である出口近傍または空気の上流側である入口近傍のいずれかに設けられ、風洞の一方から取り込まれる空気または他方から排出される空気を冷却するための空気冷却部とを含み、リアクトルユニットは、筐体の下部に配置されており、リアクトルは、上下方向に延びる部分を有するコアと、コアの周りを水平方向に巻き回されたコイルと、を含み、風洞の内壁の少なくとも一部には、平面視において、コイルの角部におけるコイルと内壁との間の離間距離と、コイルの角部以外における離間距離とが略等しくなるように、離間距離調整部材が設けられている。

この発明の第２の局面による電力変換装置では、上記のように、筐体の下部に配置されたリアクトルユニットにおいて、リアクトルを取り囲むように配置された風洞において空気の下流側である出口近傍または空気の上流側である入口近傍のいずれかに風洞の一方から取り込まれる空気または他方から排出される空気を冷却するための空気冷却部が設けられる。これにより、筐体の下部に配置されたリアクトルユニットにおいて、リアクトルから発生した熱により暖められた空気の温度を低下させた状態でリアクトルユニットの外部に排出することができる。すなわち、リアクトルユニットは、リアクトルを冷却して高温になった空気が周囲に及ぼす熱的な影響を低減しながら、リアクトルユニットが設けられる筐体内における配置が制限されるのが抑制されているので、比較的重量の大きいリアクトルを備えるリアクトルユニットを筐体の下部に配置させることができる。
また、上記第２の局面による電力変換装置では、上記のように、リアクトルは、上下方向に延びる部分を有するコアと、コアの周りを水平方向に巻き回されたコイルと、を含み、風洞の内壁の少なくとも一部には、平面視において、コイルの角部におけるコイルと内壁との間の離間距離と、コイルの角部以外における離間距離とが略等しくなるように、離間距離調整部材が設けられている。これにより、巻き回されたコイルが平面視で矩形状ではない場合でも、コイルと内壁との間の離間距離を、コイルの角部とコイルの角部以外とにおいて、容易に略等しくすることができる。その結果、コイルと内壁との間を通過する空気の流れを、風洞の広範囲に渡って均一化することができるので、リアクトルを効率的に冷却することができる。

上記第２の局面による電力変換装置において、好ましくは、筐体に収納され、筐体の上部に配置される電子部品をさらに備え、空気冷却部は、熱交換器を含み、熱交換器によって冷却され風洞からリアクトルユニットの上方または下方のいずれか一方に排出された空気によって電子部品が冷却されるとともに、電子部品を冷却した空気がリアクトルユニットの上方または下方のいずれか他方から風洞の内部に還流されるように構成されている。このように構成すれば、リアクトルを冷却するための構成と電子部品を冷却するための構成とを共通化することができる。また、筐体内で空気を循環させるために、筐体を密閉構造とすることができる。その結果、筐体内と筐体外との間で空気を流入および流出させるための孔を設けるための工程が必要ないので、製造工程が増加するのを抑制することができるとともに、筐体内への埃等の侵入を抑制するためのフィルタ等を設ける必要がないので、部品点数が増加するのを抑制することができる。

本発明によれば、上記のように、リアクトルを冷却して高温になった空気が周囲に及ぼす熱的な影響を低減しながら、筐体内における配置が制限されたり筐体内の構成が複雑になるのを抑制することができる。

本発明の一実施形態によるリアクトルユニットを備える電力変換装置の全体構成を示した模式図である。 本発明の一実施形態によるリアクトルユニットの概観を示した斜視図である。 図２の５００－５００線に沿った断面図である。 図２の６００－６００線に沿った断面図である。 本発明の一実施形態によるリアクトルユニットが備える熱交換器の模式図である。 本発明の一実施形態によるリアクトルユニットにおける風洞の拡大断面図である。 本発明の一実施形態によるリアクトルユニットにおける空気の流れを説明するための模式図である。 本発明の変形例によるリアクトルユニットを説明するための模式図（１）である。 本発明の変形例によるリアクトルユニットを説明するための別の模式図（２）である。 本発明の変形例によるリアクトルユニットを説明するための断面図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

図１～図７を参照して、本発明の一実施形態によるリアクトルユニット３０を備えた電力変換装置１００の構成について説明する。電力変換装置１００は、発電電力の制御等を行うためのＰＣＳ（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）である。図１に示すように、電力変換装置１００は、筐体１０と、電子部品２０と、リアクトルユニット３０と、を備えている。

筐体１０は、電子部品２０、リアクトルユニット３０等を収容するための筐体である。電子部品２０は、たとえば、パワースタック（主回路）や制御回路等を構成する部品である。リアクトルユニット３０は、ＰＣＳ用の比較的大型のリアクトル３１を含む。電子部品２０およびリアクトルユニット３０は、それぞれ、筐体１０の上部および下部に配置されている。なお、以下の説明では、筐体１０の上下方向、左右方向および奥行き方向を、それぞれ、Ｚ方向、Ｘ方向およびＹ方向とする。また、筐体１０の上方向（上側）および下方向（下側）を、それぞれ、Ｚ１方向（Ｚ１側）およびＺ２方向（Ｚ２側）とする。

図２に示すように、リアクトルユニット３０は、リアクトル３１と、風洞３２と、ファン３３と、熱交換器３４と、トレイ３５（図７参照）と、を備えている。なお、熱交換器３４は、特許請求の範囲の「空気冷却部」の一例である。また、トレイ３５は、特許請求の範囲の「結露水貯留部」の一例である。

図３に示すように、リアクトル３１は、コア（鉄芯）３１ａと、３つのコイル３１ｂと、を含む。コア３１ａは、水平方向（Ｘ方向）に延びるコア上部３１ａｕおよびコア下部３１ａｌと、上下方向（Ｚ方向）に延びる３つのコア柱部３１ａｍと、を有する。コア上部３１ａｕおよびコア下部３１ａｌは、それぞれ、３つのコア柱部３１ａｍの上側（Ｚ１側）および下側（Ｚ２側）に配置されている。また、３つのコア柱部３１ａｍは、Ｘ方向に並ぶように互いに離間して配置されている。３つのコイル３１ｂは、それぞれ、３つのコア柱部３１ａｍの周りを水平方向（Ｘ方向およびＹ方向）に巻き回されるように配置されている。なお、図４に示すように、コイル３１ｂは、Ｘ方向に延びる部分と、Ｙ方向に延びる部分と、Ｘ方向とＹ方向とが切り換わる角部３１ｂｃと、を含む。すなわち、コイル３１ｂは、上下方向（Ｚ方向）から見て、角部３１ｂｃが湾曲した形状（矩形状ではない形状）となっている。

図２に示すように、風洞３２は、板状に形成され、リアクトル３１の側面を取り囲むように配置されている。風洞３２は、側面部分３２ａと、上面部分３２ｂと、を含む。側面部分３２ａは、リアクトル３１の側面を覆うように配置されている。側面部分３２ａのＸ方向の一方側には、リアクトル３１の端子３１ｃを風洞３２の外部に露出させるための開口３２ｄが形成されている。風洞３２は、たとえば、断熱性の樹脂である。なお、側面部分３２ａおよび上面部分３２ｂは、それぞれ、特許請求の範囲の「第１部分」および「第２部分」の一例である。

図４に示すように、側面部分３２ａは、リアクトル３１を取り囲むように、Ｘ方向の一方側および他方側に配置される部分と、Ｙ方向の一方側および他方側に配置される部分と、を有する。側面部分３２ａは、上下方向（Ｚ方向）から見て、略矩形状に設けられている。

本実施形態では、風洞３２の内壁３２ｃには、平面視において（Ｚ方向から見て）、コイル３１ｂの角部３１ｂｃにおけるコイル３１ｂと内壁３２ｃとの間の離間距離Ｌ１と、コイル３１ｂの角部３１ｂｃ以外における離間距離Ｌ２とが略等しくなるように、離間距離調整部材３６が設けられている。具体的には、離間距離調整部材３６は、調整部材３６ａと、調整部材３６ｂと、を含む。調整部材３６ａは、側面部分３２ａの角（Ｘ方向に延びる部分とＹ方向に延びる部分とが接続される部分）に配置される。調整部材３６ａは、Ｚ方向から見て、直角二等辺三角形状を有し、頂角が内壁３２ｃの角と接触するとともに、底辺とコイル３１ｂの角部３１ｂｃとの離間距離Ｌ１が離間距離Ｌ２と略等しくなるように配置されている。調整部材３６ｂは、３つのコア柱部３１ａｍの周りに巻き回されるコイル３１ｂの角部３１ｂｃ同士に対応する位置に配置される。調整部材３６ｂは、Ｚ方向から見て、二等辺三角形状を有し、底面が内壁３２ｃのＸ方向に延びる部分と接触するとともに、二等辺のそれぞれと、２つのコイル３１ｂの角部３１ｂｃとの離間距離Ｌ１が離間距離Ｌ２と略等しくなるように配置されている。離間距離調整部材３６は、風洞３２の内壁３２ｃに対してボルト止めされている。離間距離調整部材３６は、たとえば、断熱性の樹脂である。

図６に示すように、本実施形態では、風洞３２の内壁３２ｃには、乱流を発生することが可能な突起が設けられている。具体的には、内壁３２ｃは、風洞３２内を通過する空気Ａに乱流を発生させるように波型に形成されている。また、風洞３２の内壁３２ｃは、放射冷却を促進する黒色の部分を含む。具体的には、内壁３２ｃは、広範囲の波長の熱放射（電磁波）を吸収するように黒色に塗装されている。

図２に示すように、本実施形態では、上面部分３２ｂは、側面部分３２ａと接続されるとともに、リアクトル３１の上方側（Ｚ１側）の熱交換器３４が設けられる部分以外を覆うように配置されている。具体的には、上面部分３２ｂは、リアクトル３１の上方側（Ｚ１側）に設けられる。上面部分３２ｂの中央部には熱交換器３４の水平方向（Ｘ方向およびＹ方向）の面積に対応するように空気Ａの出口３２ｆ（後述する）としての開口が形成されている。熱交換器３４は、出口３２ｆの部分を覆うように上面部分３２ｂの上側（Ｚ１側）に設けられている。また、上面部分３２ｂのＸ方向の一方側の端部および他方側の端部は、それぞれ、側面部分３２ａのＸ方向の一方側および他方側に配置される部分と接続されている。上面部分３２ｂのＹ方向の一方側の端部および他方側の端部は、それぞれ、側面部分３２ａのＹ方向の一方側および他方側に配置される部分と接続されている。

図７に示すように、ファン３３は、風洞３２の上方（Ｚ１側）に配置されている。ファン３３は、風洞３２の下方（Ｚ２側）から空気Ａを取り込み、風洞３２内を上下方向（Ｚ方向）に通過した空気Ａを風洞３２の上方（Ｚ１側）に排出させるように構成されている。すなわち、ファン３３は、吸い込み式のファンである。また、リアクトルユニット３０では、風洞３２において、下側（Ｚ２側）および上側（Ｚ１側）が、それぞれ、空気Ａの上流側および下流側となる。また、風洞３２の下側（Ｚ２側）および上側（Ｚ１側）にそれぞれ、空気Ａの入口３２ｅおよび出口３２ｆが設けられる。

熱交換器３４は、ファン３３と風洞３２との間に配置されている。すなわち、熱交換器３４は、風洞３２において空気Ａの下流側である出口３２ｆ近傍に設けられている。図５に示すように、熱交換器３４は、熱交換部３４ａと、液体循環機構３４ｂと、を含む。熱交換部３４ａは、上下方向（Ｚ方向）に空気Ａを通過させるための空気通過部３４ａｐと、水平方向に液体Ｗを通過させるための液体通過部３４ａｑと、を有する。空気通過部３４ａｐと液体通過部３４ａｑとは、隣り合うように配置されている。液体循環機構３４ｂは、液体通過部３４ａｑに冷却用の液体Ｗを例えば矢印の向きに循環させるように構成されている。

本実施形態では、図７に示すように、熱交換器３４は、風洞３２の他方（Ｚ１側）から排出される空気Ａ２を冷却するように構成されている。詳細には、熱交換器３４は、リアクトル３１から発生する熱により暖められ風洞３２から排出される空気Ａを冷却するように構成されている。なお、図７では、熱交換器３４とファン３３とを区別するために、熱交換器３４のブロックには斜線を付している。

具体的には、ファン３３が駆動されることにより、風洞３２の下側（Ｚ２側）に配置された空気Ａの入口３２ｅから風洞３２内に空気Ａ１が取り込まれる。空気Ａ１は、風洞３２内において、内壁３２ｃとリアクトル３１との間に形成された隙間を、Ｚ２側からＺ１側に向かって通過する。空気Ａ１は、風洞３２内を通過する間に、リアクトル３１から発生する熱により暖められ空気Ａ１よりも高温の空気Ａ２となる。空気Ａ２は、風洞３２の上側（Ｚ１側）に配置された空気Ａの出口３２ｆから熱交換器３４の熱交換部３４ａ（図５参照）に侵入する。

図５に示すように、液体循環機構３４ｂは、筐体１０の外部に設けられた冷却装置（図示しない）から、上流側チューブ３４ｂｘを介して、冷却された液体Ｗ１を液体通過部３４ａｑに供給する。なお、冷却装置では、液体Ｗ１は、空気Ａ２よりも低温となるように構成されている。そして、空気通過部３４ａｐを通過する空気Ａと、液体通過部３４ａｑを通過する冷却用の液体Ｗとの間で熱交換が行われる。熱交換が行われて暖められた液体Ｗ２は、下流側チューブ３４ｂｙを介して、冷却装置に戻される。そして、液体Ｗ２は、冷却装置により冷却されて、液体Ｗ１として再び液体通過部３４ａｑに供給される。

図７に示すように、熱交換部３４ａ（図５参照）において熱交換が行われた空気Ａ２は、空気Ａ２よりも低温の空気Ａ３となって、熱交換器３４の上方（Ｚ１側）に排出される。そして、熱交換器３４により冷却された空気Ａ３は、熱交換器３４の上方（Ｚ１側）に設けられたファン３３を通過して、リアクトルユニット３０の上方（Ｚ１側）に排出される。

ここで、本実施形態では、熱交換器３４によって冷却され風洞３２からリアクトルユニット３０の上方（Ｚ１側）に排出された空気Ａによって電子部品２０（図１参照）が冷却されるとともに、電子部品２０を冷却した空気Ａがリアクトルユニット３０の下方（Ｚ２側）から風洞３２の内部に還流されるように構成されている。具体的には、図１に示すように、リアクトルユニット３０の上方（Ｚ１側）に排出された空気Ａ３（図７参照）は、筐体１０内において、上方（Ｚ１側）に移動する。上方（Ｚ１側）に移動した空気Ａ３は、筐体１０内の上部に配置された電子部品２０の近傍を通過する。電子部品２０は、熱交換器３４により冷却された空気Ａ３（図７参照）により冷却される。空気Ａ３（図７参照）は、電子部品２０を冷却することにより、空気Ａ３（図７参照）よりも低温の空気Ａ１（図７参照）となる。空気Ａ３（図７参照）は、筐体１０の上部を通過した後、空気Ａ１（図７参照）となって下方（Ｚ２側）に移動する。そして、空気Ａ１（図７参照）は、風洞３２の下側（Ｚ２側）に配置された空気Ａの入口３２ｅから風洞３２内に再び取り込まれる。

図７に示すように、トレイ３５は、熱交換器３４とリアクトル３１との間に設けられる。本実施形態では、トレイ３５は、熱交換器３４において結露した水を受けて貯留するように構成されている。具体的には、図５に示すように、熱交換器３４の熱交換部３４ａでは、リアクトル３１から発生した熱により暖められた空気Ａ２が、空気Ａ２よりも低温の冷却用の液体Ｗ１が通過する液体通過部３４ａｑに接触するため、液体通過部３４ａｑの表面において結露が生じる場合がある。この場合、結露した水は、熱交換器３４から下方（Ｚ２側）に落下する。そして、落下した水を、熱交換器３４の下方（Ｚ２側）に設けられたトレイ３５が受け止めて貯留する。なお、トレイ３５に貯留された水は、リアクトル３１から発生した熱により暖められた空気Ａ２により蒸発するので、トレイ３５に貯留される水は所定の量を越えない。

（実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、上記のように、リアクトル３１を取り囲むように配置された風洞３２において空気Ａの下流側（Ｚ１側）である出口３２ｆ近傍に風洞３２の他方（Ｚ１側）から排出される空気Ａ２を冷却するための熱交換器３４が設けられる。これにより、リアクトル３１から発生した熱により暖められ風洞３２の他方から排出される空気Ａ２を、出口３２ｆ近傍において熱交換器３４により冷却した状態でリアクトルユニット３０の外部に排出することができる。その結果、リアクトル３１から発生した熱により暖められた空気Ａ２の温度を低下させた状態で、リアクトルユニット３０の外部に排出することができるので、リアクトル３１を冷却して高温になった空気Ａが周囲に及ぼす熱的な影響を低減しながら、リアクトルユニット３０が設けられる筐体１０内における配置が制限されたり筐体１０内の構成が複雑になるのを抑制することができる。また、熱交換器３４は、暖められた空気Ａ２と冷却された媒体との間で熱交換を行うことができるので、リアクトル３１から発生する熱により暖められた空気Ａ２を容易に冷却することができる。

また、本実施形態では、上記のように、熱交換器３４を、出口３２ｆ近傍に設け、リアクトル３１から発生する熱により暖められ風洞３２から排出される空気Ａ２を冷却するように構成する。これにより、リアクトルユニット３０から排出される空気Ａを出口３２ｆ近傍側で冷却することができるので、リアクトル３１から発生した熱により暖められた空気Ａ２を確実に冷却した状態でリアクトルユニット３０から排出することができる。

また、本実施形態では、上記のように、ファン３３を、出口３２ｆ近傍に設けられる熱交換器３４よりも空気Ａの下流側（Ｚ１側）に設ける。これにより、ファン３３を通過する空気Ａが、リアクトル３１から発生する熱により暖められた空気Ａよりも低温となるので、ファン３３が高温の空気Ａに晒されることによるファン３３の劣化を抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、風洞３２は、リアクトル３１の側面を覆うように配置される側面部分３２ａと、側面部分３２ａと接続されるとともに、リアクトル３１の出口３２ｆ側（Ｚ１側）の面のうち、熱交換器３４が設けられる部分以外を覆うように配置される上面部分３２ｂとを含む。これにより、リアクトル３１から発生する熱により暖められた空気Ａが熱交換器３４を経由せずにリアクトルユニット３０の外部に排出されるのを抑制することができるので、側面部分３２ａと接続され熱交換器３４が設けられる部分以外を覆うように配置される上面部分３２ｂを設けない場合と比較して、リアクトルユニット３０から高温の空気Ａが排出されるのを抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、ファン３３を、風洞３２の上方（Ｚ１側）に配置させ、熱交換器３４を、ファン３３と風洞３２との間に配置させる。これにより、ファン３３および熱交換器３４が風洞３２の上方に配置されるので、リアクトル３１およびリアクトル３１を取り囲むように設けられる風洞３２をリアクトルユニット３０において最下部に配置させることができる。その結果、リアクトル３１をリアクトルユニット３０の上部に配置させる場合と比較して、比較的重量が大きいリアクトル３１を支えるための高強度の構造が多くなるのを抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、リアクトルユニット３０は、熱交換器３４とリアクトル３１との間に設けられ、熱交換器３４において結露した水を受けて貯留するためのトレイ３５を備える。これにより、リアクトル３１から発生する熱により暖められた空気Ａ２が熱交換器３４において結露して、結露した水が熱交換器３４の下方（Ｚ２側）に落下した場合でも、熱交換器３４とリアクトル３１との間に設けられたトレイ３５により結露した水を受けて貯留することができる。その結果、結露した水がリアクトル３１に接触することにより、リアクトル３１に錆が生じたり、リアクトル３１を含む電気回路がショートしてしまうのを抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、リアクトル３１は、上下方向（Ｚ方向）に延びる部分を有するコア３１ａと、コア３１ａの周りを水平方向（Ｘ方向およびＹ方向）に巻き回されたコイル３１ｂと、を含む。そして、風洞３２の内壁３２ｃに、平面視において、コイル３１ｂの角部３１ｂｃにおけるコイル３１ｂと内壁３２ｃとの間の離間距離Ｌ１と、コイル３１ｂの角部３１ｂｃ以外における離間距離Ｌ２とが略等しくなるように、離間距離調整部材３６を設ける。これにより、巻き回されたコイル３１ｂが平面視で矩形状ではない場合でも、コイル３１ｂと内壁３２ｃとの間の離間距離Ｌを、コイル３１ｂの角部３１ｂｃとコイル３１ｂの角部３１ｂｃ以外とにおいて、容易に略等しくすることができる。その結果、コイル３１ｂと内壁３２ｃとの間を通過する空気Ａの流れを、風洞３２の広範囲に渡って均一化することができるので、リアクトル３１を効率的に冷却することができる。

また、本実施形態では、上記のように、風洞３２の内壁３２ｃに、乱流を発生することが可能な突起を設ける。これにより、乱流が発生した部分では、規則正しく流れる層流と比較して、伝達される熱量が増加するので、リアクトル３１からの放熱を促進することができる。

また、本実施形態では、上記のように、風洞３２の内壁３２ｃは、放射冷却を促進する黒色の部分を含む。これにより、高温になったリアクトル３１から放射される熱放射（電磁波）の殆どが、広範囲の波長の電磁波を吸収する黒色の部分によって吸収されるので、リアクトル３１からの放熱を促進することができる。

また、本実施形態では、上記のように、電力変換装置１００は、リアクトルユニット３０と、リアクトルユニット３０を収納する筐体１０と、を備える。そして、リアクトルユニット３０を、筐体１０の下部に配置させる。これにより、筐体１０の下部に配置されたリアクトルユニット３０において、リアクトル３１から発生した熱により暖められた空気Ａ２の温度を低下させた状態でリアクトルユニット３０の外部に排出することができる。すなわち、リアクトルユニット３０は、リアクトル３１を冷却して高温になった空気Ａが周囲に及ぼす熱的な影響を低減しながら、リアクトルユニット３０が設けられる筐体１０内における配置が制限されるのが抑制されているので、比較的重量の大きいリアクトル３１を備えるリアクトルユニット３０を筐体１０の下部に配置させることができる。

また、本実施形態では、上記のように、電力変換装置１００は、筐体１０に収納され、筐体１０の上部に配置される電子部品２０を備える。そして、電力変換装置１００を、熱交換器３４によって冷却され風洞３２からリアクトルユニット３０の上方（Ｚ１側）に排出された空気Ａ３によって電子部品２０が冷却されるとともに、電子部品２０を冷却した空気Ａ１がリアクトルユニット３０の下方（Ｚ２側）から風洞３２の内部に還流されるように構成する。これにより、リアクトル３１を冷却するための構成と電子部品２０を冷却するための構成とを共通化することができる。また、筐体１０内で空気Ａを循環させるために、筐体１０を密閉構造とすることができる。その結果、筐体１０内と筐体１０外との間で空気Ａを流入および流出させるための孔を設けるための工程が必要ないので、製造工程が増加するのを抑制することができるとともに、筐体１０内への埃等の侵入を抑制するためのフィルタ等を設ける必要がないので、部品点数が増加するのを抑制することができる。

［変形例］
今回開示された実施形態は、全ての点で例示であり制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、熱交換器３４を、ファン３３と風洞３２との間に配置させた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、図８（Ａ）に示す変形例によるリアクトルユニット３０Ａのように、熱交換器３４を、ファン３３に対して、風洞３２とは反対側に配置させてもよい。

また、上記実施形態では、ファン３３を、出口３２ｆ近傍に設けられる熱交換器３４よりも空気Ａの下流側に設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、図８（Ｂ）に示す変形例によるリアクトルユニット３０Ｂのように、ファン３３を、熱交換器３４が設けられない空気Ａの入口３２Ｂｅ近傍に設けてもよい。図８に示すように、リアクトルユニット３０Ｂでは、風洞３２Ｂは、リアクトル３１の下方（Ｚ２側）の入口３２Ｂｅ以外の部分を覆うように設けられた下面部分３２Ｂｇを含む。

また、上記実施形態では、ファン３３を、風洞３２の下方（Ｚ２側）から空気Ａを取り込み、風洞３２内を上下方向（Ｚ方向）に通過した空気Ａを風洞３２の上方（Ｚ１側）に排出させた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、図８（Ｃ）、図８（Ｄ）および図８（Ｅ）に示す変形例によるリアクトルユニット３０Ｃ、３０Ｄおよび３０Ｅのように、ファン３３を、風洞３２Ｃ（３２Ｅ）の上方（Ｚ１側）から空気Ａを取り込み、風洞３２Ｃ（３２Ｅ）内を上下方向（Ｚ方向）に通過した空気Ａを風洞３２Ｃ（３２Ｅ）の下方（Ｚ２側）に排出させてもよい。なお、図８（Ｃ）、図８（Ｄ）および図８（Ｅ）に示すように、リアクトルユニット３０Ｃ、３０Ｄおよび３０Ｅは、それぞれ、リアクトルユニット３０、３０Ａおよび３０Ｂの構成を上下逆さまに構成したものに相当する。

また、上記実施形態では、熱交換器３４を、風洞３２において空気Ａの下流側である出口３２ｆ近傍に設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、図９に示す変形例によるリアクトルユニット２３０のように、熱交換器２３４を、風洞２３２において空気Ａの上流側である入口２３２ｅ近傍に設けてもよい。また、熱交換器を、風洞において空気Ａの下流側である出口近傍および空気Ａの上流側である入口近傍のいずれにも設けてもよい。

図９に示すように、リアクトルユニット２３０では、リアクトル３１から発生する熱により暖められ空気を、熱交換器２３４により冷却され風洞２３２内に取り込まれた空気Ａ２０２により冷却するように構成されている。具体的には、リアクトルユニット２３０では、熱交換器２３４が風洞２３２の入口２３２ｅ近傍に設けられている。ファン３３を駆動させることにより、熱交換器２３４を通過した空気Ａ１は、熱交換器２３４によって、空気Ａ１よりも低温の空気Ａ２０２となる。空気Ａ２０２は、入口２３２ｅから風洞２３２内に取り込まれる。空気Ａ２０２は、風洞２３２内において、リアクトル３１から発生する熱により暖められ空気と混合されることにより、リアクトル３１から発生する熱により暖められた風洞２３２内の空気を冷却する。空気Ａ２０２は、風洞２３２内の空気を冷却した分だけ暖められ、空気Ａ２０２よりも高温の空気Ａ２０３となって、風洞２３２の出口２３２ｆから風洞２３２の外部に排出される。

また、上記実施形態では、離間距離調整部材３６として、風洞３２の側面部分３２ａの角に配置される調整部材３６ａと、３つのコア柱部３１ａｍの周りに巻き回されるコイル３１ｂの角部３１ｂｃ同士に対応する位置に配置される調整部材３６ｂとを備えた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、図１０の変形例によるリアクトルユニット３３０に示すように、離間距離調整部材３６として、風洞３２の側面部分３２ａの角に配置される調整部材３６ａのみを設けるように構成してもよい。また、離間距離調整部材３６を設けないように構成してもよい。

また、上記実施形態では、内壁３２ｃを、風洞３２内を通過する空気Ａに乱流を発生させるように波型に形成させた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、内壁３２ｃを、たとえば、凹凸形状や三角形状等、波型以外の形状に形成してもよい。また、内壁３２ｃに、乱流を発生することが可能な突起を設けないように構成してもよい。

また、上記実施形態では、内壁３２ｃを、広範囲の波長の熱放射（電磁波）を吸収するように黒色に塗装させた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、塗装以外の方法により、内壁３２ｃが黒色の部分を含むようにしてもよい。たとえば、風洞３２の素材として、黒色の樹脂を使用することにより、風洞３２の内壁３２ｃが黒色となるように構成してもよい。

また、上記実施形態では、リアクトルユニット３０を、空気Ａを通過させるための空気通過部３４ａｐと、空気通過部３４ａｐと隣り合うように配置され、液体Ｗを通過させるための液体通過部３４ａｑとを有する熱交換部３４ａと、液体通過部３４ａｑに冷却用の液体Ｗを循環させる液体循環機構３４ｂとを含む熱交換器３４を備えるように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、リアクトル３１から発生した熱により暖められた空気Ａ２を冷却することが可能な他の構成の熱交換器を用いるように構成してもよい。また、本発明では、特許請求の範囲の「空気冷却部」として、熱交換器以外（たとえば、ペルチェ素子を用いた冷却装置等）を用いるように構成にしてもよい。

また、上記実施形態では、リアクトルユニット３０を、熱交換器３４において結露した水を受けて貯留するためのトレイ３５を備えるように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、リアクトルユニットを、熱交換器において結露した水を受けて貯留するためのトレイを備えないように構成してもよい。

また、上記実施形態では、電力変換装置１００を、ＰＣＳとして構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、電力変換装置を、ＵＰＳ (Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ)として構成してもよい。

１０ 筐体
２０ 電子部品
３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ、３０Ｅ、２３０、３３０ リアクトルユニット
３１ リアクトル
３１ａ コア
３１ｂ コイル
３１ｂｃ （コイルの）角部
３２、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄ、３２Ｅ、２３２ 風洞
３２ａ 側面部分（第１部分）
３２ｂ 上面部分（第２部分）
３２ｃ （風洞の）内壁
３２ｅ、３２Ｂｅ、２３２ｅ （風洞における空気の）入口
３２ｆ、２３２ｆ （風洞における空気の）出口
３３ ファン
３４、２３４ 熱交換器（空気冷却部）
３５ トレイ（結露水貯留部）
３６（３６ａ、３６ｂ） 離間距離調整部材
１００ 電力変換装置
Ａ（Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ２０２、Ａ２０３） 空気
Ｌ（Ｌ１、Ｌ２） （コイルと内壁との間の）離間距離
Ｗ（Ｗ１、Ｗ２） （冷却用の）液体

Claims (11)

1. 平面視において、第１方向に延びる第１の辺と、前記第１の辺と直交するように第２方向に延びる第２の辺と、を含むリアクトルと、
   平面視において、前記第１の辺に沿って延びる辺と前記第２の辺に沿って延びる辺とを含み、前記リアクトルの側面を取り囲むように配置された略矩形状の風洞と、
   前記風洞の上方または下方のいずれか一方から空気を取り込み、他方から前記空気を排出させるためのファンと、
   前記風洞において前記空気の下流側である出口近傍または前記空気の上流側である入口近傍のいずれかに設けられ、前記風洞の一方から取り込まれる空気または他方から排出される空気を冷却するための空気冷却部と、を備え、
   前記リアクトルは、上下方向に延びる部分を有するコアと、前記コアの周りを水平方向に巻き回されたコイルと、を含み、
   前記風洞の内壁の少なくとも一部には、平面視において、前記コイルの角部における前記コイルと前記内壁との間の離間距離と、前記コイルの角部以外における前記離間距離とが略等しくなるように、離間距離調整部材が設けられている、リアクトルユニット。
2. 前記空気冷却部は、熱交換器を含む、請求項１に記載のリアクトルユニット。
3. 前記熱交換器は、前記出口近傍に設けられ、前記リアクトルから発生する熱により暖められ前記風洞から排出される空気を冷却するように構成されている、請求項２に記載のリアクトルユニット。
4. 前記ファンは、前記出口近傍に設けられる前記熱交換器よりも前記空気の下流側、または、前記熱交換器が設けられない前記入口近傍のいずれかに設けられている、請求項３に記載のリアクトルユニット。
5. 前記風洞は、前記リアクトルの側面を覆うように配置される第１部分と、前記第１部分と接続されるとともに、前記リアクトルの前記出口側の面のうち、前記熱交換器が設けられる部分以外を覆うように配置される第２部分とを含む、請求項３または４に記載のリアクトルユニット。
6. 前記ファンは、前記風洞の上方に配置されており、
   前記熱交換器は、前記ファンと前記風洞との間に配置されている、請求項３～５のいずれか１項に記載のリアクトルユニット。
7. 前記熱交換器と前記リアクトルとの間に設けられ、前記熱交換器において結露した水を受けて貯留するための結露水貯留部をさらに備える、請求項６に記載のリアクトルユニット。
8. 前記風洞の内壁には、乱流を発生することが可能な突起が設けられている、請求項１～７のいずれか１項に記載のリアクトルユニット。
9. 前記風洞の内壁は、放射冷却を促進する黒色の部分を含む、請求項１～８のいずれか１項に記載のリアクトルユニット。
10. リアクトルユニットと、
    前記リアクトルユニットを収納する筐体とを備え、
    前記リアクトルユニットは、
    平面視において、第１方向に延びる第１の辺と、前記第１の辺と直交するように第２方向に延びる第２の辺と、を含むリアクトルと、
    平面視において、前記第１の辺に沿って延びる辺と前記第２の辺に沿って延びる辺とを含み、前記リアクトルの側面を取り囲むように配置された略矩形状の風洞と、
    前記風洞の上方または下方のいずれか一方から空気を取り込み、他方から前記空気を排出させるためのファンと、
    前記風洞において前記空気の下流側である出口近傍または前記空気の上流側である入口近傍のいずれかに設けられ、前記風洞の一方から取り込まれる空気または他方から排出される空気を冷却するための空気冷却部とを含み、
    前記リアクトルユニットは、前記筐体の下部に配置されており、
    前記リアクトルは、上下方向に延びる部分を有するコアと、前記コアの周りを水平方向に巻き回されたコイルと、を含み、
    前記風洞の内壁の少なくとも一部には、平面視において、前記コイルの角部における前記コイルと前記内壁との間の離間距離と、前記コイルの角部以外における前記離間距離とが略等しくなるように、離間距離調整部材が設けられている、電力変換装置。
11. 前記筐体に収納され、前記筐体の上部に配置される電子部品をさらに備え、
    前記空気冷却部は、熱交換器を含み、
    前記熱交換器によって冷却され前記風洞から前記リアクトルユニットの上方または下方のいずれか一方に排出された空気によって前記電子部品が冷却されるとともに、前記電子部品を冷却した空気が前記リアクトルユニットの上方または下方のいずれか他方から前記風洞の内部に還流されるように構成されている、請求項１０に記載の電力変換装置。

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