JP7258222B2 - 電力装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、電力装置に関する。

筐体内に収納された電気機器（例えば、電力変換ユニット）を有する電力装置等は、発熱しやすい電気機器を冷却するために水冷式の冷却ユニットを備える場合がある。冷却ユニットは、電気機器の周囲に引き回された配管からなる水路を備えている。配管内に冷媒となる冷却水を流すことにより、電気機器を冷却する。

ここで、例えば配管内に異物が混入してしまい、配管内で冷却水が適正に流れなくなってしまうことが想定される。このような事象に鑑み、配管内の冷却水の流れを視認するためのさまざまな技術が提案されている。
例えば、配管の内部を外部から視認するための窓が設けられた技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
また、配管内に設けられ、流体の圧力を受けて回転する羽根車を備えた技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、単に窓を設けた場合、水路内の流体（冷却水）が透明であると配管内の流体の状態を確認しづらい可能性があった。羽根車等を設けると、その分製造コストが嵩むという課題があった。

日本国特表２０１９－５２５１９２号公報 日本国特開２０１０－５５０３号公報

本発明が解決しようとする課題は、確実に内部の流体の状態を確認できるとともに、安価に製造できる電力装置を提供することである。

実施形態の電力装置は、装置筐体と、複数の電気機器と、複数の冷却ユニットと、１つの第１配管及び１つの第２配管と、を備える。複数の電気機器は、装置筐体に収容されている。複数の冷却ユニットは、装置筐体内に設けられ、複数の電気機器を各々別々に冷却する。第１配管及び第２配管は、装置筐体内に設けられ、液体冷媒が流れる。各冷却ユニットは、ヒートシンクと、供給管と、排出管と、を備える。ヒートシンクは、電気機器に設けられ、水路が設けられている。供給管は、一端がヒートシンクに接続されるとともに他端が第１配管に接続され、ヒートシンクの水路に液体冷媒を供給する。排出管は、一端がヒートシンクに接続されるとともに他端が第２配管に接続され、ヒートシンクの水路から液体冷媒を排出する。第１配管及び第２配管の少なくともいずれか一方は、流体確認配管である。流体確認配管は、配管本体と、確認窓と、確認プレートと、を備える。配管本体は、水平方向に沿って配置され、内部に液体冷媒が流れる。確認窓は、配管本体の周壁のうちの上部に設けられ、配管本体の外部から配管本体の内部を視認可能である。確認プレートは、配管本体の内周面で、かつ確認窓と並んで回動自在に設けられるとともに、自重で垂れ落ちており、液体冷媒の圧力を受けて確認窓を塞ぐように起き上る。

実施形態の電力装置を示す概略構成図。 実施形態の冷却ユニットを示す概略構成図。 図１のＡ－Ａ線に沿う断面図。 実施形態の供給側流体確認配管を示す一部拡大斜視図。 図４のＢ－Ｂ線に沿う断面図。 図５のＣ部拡大図。 実施形態の各流体確認配管内に冷却水が流れている場合の作用説明図。 実施形態の各流体確認配管内に冷却水が流れていない場合の作用説明図。

以下、実施形態の流体確認配管及び電力装置を、図面を参照して説明する。

図１は、電力装置１の概略構成図である。
図１に示すように、電力装置１は、電力装置筐体（請求項における装置筐体の一例）２と、電力装置筐体２内に収納された電気機器３及び電気機器３を冷却するための冷却ユニット４と、電力装置筐体２に設けられ、冷却ユニット４に接続された流体確認配管５Ａ，５Ｂ（供給側流体確認配管５Ａ、排出側流体確認配管５Ｂ）と、を備える。
以下の説明では、電力装置１をフロアＦ上に設置した状態での上下方向及び水平方向を、それぞれ単に上下方向、水平方向と称して説明する。

電力装置筐体２の内部は、上下方向や水平方向に延びる複数の仕切板６によって区画されている。区画された各部屋７に電気機器３が配置されている。このうち、特に発熱量の大きい半導体素子８が設けられている電気機器３に接するように、冷却ユニット４が設けられている。半導体素子８は、例えばこれら半導体素子８の厚さ方向に沿って複数並んで配置されている。

図２は、図１の冷却ユニット４を拡大した図である。
図１、図２に示すように、冷却ユニット４は、半導体素子８に接する水冷方式のヒートシンク（水冷ヒートシンク）１０と、ヒートシンク１０に接続された入口配管１１及び出口配管１２と、入口配管１１に接続された供給配管１３と、出口配管１２に接続された排出配管１４と、供給配管１３に接続された供給側接続管１６と、排出配管１４に接続された排出側接続管１７と、を備える。これら各管１１～１７は、請求項における冷媒配管の一例である。

ヒートシンク１０は、例えばアルミプレートにより板状に形成されたものである。ヒートシンク１０は、各半導体素子８を挟んで厚さ方向両側に配置されている。ヒートシンク１０の内部には、図示しない水路が蛇行しながら引き回されている。このようなヒートシンク１０の面方向一側面に設けられた入口ポート１０ａに、入口配管１１の一端が接続されている。ヒートシンク１０の面方向他側面に設けられた出口ポート１０ｂに、出口配管１２の一端が接続されている。

入口配管１１の他端に、供給配管１３が接続されている。出口配管１２の他端に、排出配管１４が接続されている。
ここで、供給配管１３及び排出配管１４は、半導体素子８やヒートシンク１０の厚さ方向に沿って延びている。各ヒートシンク１０から延びる入口配管１１の他端や出口配管１２の他端は、供給配管１３及び排出配管１４の延在方向に並ぶ形になる。供給配管１３及び排出配管１４の一端側に、各ヒートシンク１０から延びる入口配管１１の他端や出口配管１２の他端が纏めて接続される。このようなヒートシンク１０、入口配管１１、出口配管１２、供給配管１３、及び排出配管１４は、それぞれ連通されている。

図１、図２に示すように、供給配管１３、及び排出配管１４の他端側は、各部屋７の外側に向かって屈曲延出されている。供給配管１３の他端は、接手１５を介して供給側接続管１６の一端１６ａに接続されている。排出配管１４の他端は、接手１５を介して排出側接続管１７の一端１７ａに接続されている。

各接続管１６，１７は、各部屋７の外側付近に配置され、上下方向に沿って延びている。各接続管１６，１７は、各々供給配管１３、排出配管１４に連通されている。各接続管１６，１７の他端１６ｂ，１７ｂは、電力装置筐体２の下部に至るまで延出されている。供給側接続管１６の他端１６ｂに、供給側流体確認配管５Ａが接続されている。排出側接続管１７の他端１７ｂに、排出側流体確認配管５Ｂが接続されている。

図３は、図１のＡ－Ａ線に沿う断面図である。図４は、供給側流体確認配管５Ａ（排出側流体確認配管５Ｂ）の一部拡大斜視図である。図５は、図４のＢ－Ｂ線に沿う断面図である。
図１、図３から図５に示すように、各流体確認配管５Ａ，５Ｂは、電力装置筐体２の下部に配置されている。２つの流体確認配管５Ａ，５Ｂは同一構成であるので、以下の説明では、２つの流体確認配管５Ａ，５Ｂのうち、供給側流体確認配管５Ａついてのみ説明し、排出側流体確認配管５Ｂについては同一符号を付して説明を省略する。必要に応じて排出側流体確認配管５Ｂについて説明する。

供給側流体確認配管５Ａは、水平方向に沿って延びる配管本体２０と、配管本体２０の周壁２０ａに設けられた確認窓２１と、配管本体２０の内周面２０ｂに設けられた確認プレート２２と、を備える。
供給側流体確認配管５Ａの配管本体２０における周壁２０ａのうちの上部に、供給側接続管１６の他端１６ｂが接続されている。一方、排出側流体確認配管５Ｂの配管本体２０における周壁２０ａのうちの上部に、排出側接続管１７の他端１７ｂが接続されている。
供給側流体確認配管５Ａの配管本体２０と、供給側接続管１６とは、連通されている。排出側流体確認配管５Ｂの配管本体２０と、排出側接続管１７とは、連通されている。

確認窓２１は、配管本体２０の周壁２０ａのうちの上部で、かつ各接続管１６，１７を避けた位置に設けられている。確認窓２１は、配管本体２０の周壁２０ａに、厚さ方向に貫通形成された貫通孔２１ａと、この貫通孔２１ａに差し込まれた円柱状の閉塞部２１ｂと、からなる。

閉塞部２１ｂは、透明な材質で形成されている。閉塞部２１ｂは、例えばアクリル樹脂により形成されている。閉塞部２１ｂは、貫通孔２１ａに例えば接着等により固定されている。これにより、貫通孔２１ａと閉塞部２１ｂとの間のシール性を確保しつつ、確認窓２１を介して配管本体２０の外部から配管本体２０の内部を視認できる。

閉塞部２１ｂは、貫通孔２１ａにシール性を確保しつつ固定されていればよく、接着による固定に限られない。例えば、貫通孔２１ａ及び閉塞部２１ｂにテーパねじを形成し、貫通孔２１ａに閉塞部２１ｂを締結固定するようにしてもよい。この際、テーパねじにシールテープ等を用いてもよい。

図６は、図５のＣ部拡大図である。
図５、図６に示すように、確認プレート２２は、連結部２４によって配管本体２０の内周面２０ｂに回動自在に支持されている。
確認プレート２２は、一方向に長い板状に形成されている。確認プレート２２の長手方向一端に、連結部２４が取り付けられている。

連結部２４は、配管本体２０の内周面２０ｂに固定されたブラケット２５と、確認プレート２２に固定された支持プレート２６と、これらブラケット２５と支持プレート２６とを連結する連結ピン２７と、を備える。
ブラケット２５は、Ｃ字状に形成されており、配管本体２０の内周面２０ｂに固定されるベース部２５ａと、ベース部２５ａにおける配管本体２０の周方向両端から立ち上がる２つの側壁２５ｂと、を備える。２つの側壁２５ｂに、連結ピン２７が挿通されるピン孔２５ｃが形成されている。

支持プレート２６は、２つの側壁２５ｂの間に介在される。支持プレート２６は、この支持プレート２６の面方向とブラケット２５の２つの側壁２５ｂの対向方向とが一致するように配置される。支持プレート２６の面方向両側面２６ａには、支持プレート２６を面方向に貫通するピン孔２６ｂが形成される。このピン孔２６ｂにも連結ピン２７が挿通される。

これにより、連結ピン２７を介してブラケット２５と支持プレート２６とが回動自在に連結される。この結果、確認プレート２２は、連結ピン２７を中心に回動する。連結ピン２７は、各ピン孔２５ｃ，２６ｂに挿通されることで、配管本体２０の周方向に沿うように配置されるので、確認プレート２２は、配管本体２０の長手方向（軸方向）に回動（揺動）する。確認プレート２２は、外力が作用しない自然状態では、自重で上下方向に長くなるように垂れ落ちている。

このような確認プレート２２は、配管本体２０内を流れる後述する冷却水の流れ方向に対し、確認窓２１の上流側にこの確認窓２１と並んで配置される。確認プレート２２の確認窓２１側の一面２２ａには、配管本体２０と異なる色彩が施されている。この色彩は、作業者が視認しやすい色彩が好ましい。例えば暗所でも目立ちやすい蛍光色等が好ましい。

次に、図７、図８に基づいて、各流体確認配管５Ａ，５Ｂの作用について説明する。
図７、図８は、各流体確認配管５Ａ，５Ｂの作用説明図であり、図７は、冷却水が流れている状態を示し、図８は、冷却水が流れていない状態を示す。
まず、供給側流体確認配管５Ａの配管本体２０に図示しない冷却水を供給すると、供給側接続管１６、供給配管１３、入口配管１１、ヒートシンク１０、出口配管１２、排出配管１４、排出側接続管１７及び排出側流体確認配管５Ｂの配管本体２０の順に冷却水が流れる（図２、図３における矢印Ｙｒ参照）。

すなわち、供給側接続管１６の他端１６ｂは、請求項における冷媒配管の液体冷媒が流れ込む入口に相当する。排出側接続管１７の他端１７ｂは、請求項における冷媒配管の液体冷媒が排出される出口に相当する。このように、各部に冷却水が行き渡ることにより、ヒートシンク１０を介して半導体素子８の冷却が促進される。

図７に示すように、確認プレート２２は、冷却水の流れ方向（図７における矢印Ｙ１参照）に対し、確認窓２１の上流側に確認窓２１と並んで配置されている。このため、確認プレート２２は、各流体確認配管５Ａ，５Ｂの配管本体２０内に冷却水が流れると、この冷却水の圧力を受けて連結ピン２７を中心に回動し、確認窓２１を塞ぐように起き上がる（図７における矢印Ｙ２参照）。

この状態のとき、作業者が外側から確認窓２１を覗くと、作業者は、確認窓２１を介して確認プレート２２を確認できる。確認プレート２２を確認することにより、配管本体２０内を冷却水が適正に流れていることが確認できる。
確認プレート２２が起き上がると、確認窓２１側に確認プレート２２の一面２２ａが向かれる。この一面２２ａには、配管本体２０と異なる色彩が施されているので、作業者は確認プレート２２を確認しやすい。

これに対し、例えば、供給側流体確認配管５Ａの配管本体２０、供給側接続管１６、供給配管１３、入口配管１１、ヒートシンク１０、出口配管１２、排出配管１４、排出側接続管１７及び排出側流体確認配管５Ｂの配管本体２０のいずれかが異物等により詰まると、各配管本体２０に冷却水が適正に流れず、冷却水の流れが止まってしまう。

このような場合、図８に示すように、確認プレート２２に冷却水の圧力が作用されず、確認プレート２２は自重により垂れ落ちたままである。このため、作業者が外側から確認窓２１を覗いても、作業者は、確認窓２１を介して確認プレート２２を確認することができない。この結果、作業者は、供給側流体確認配管５Ａの配管本体２０、供給側接続管１６、供給配管１３、入口配管１１、ヒートシンク１０、出口配管１２、排出配管１４、排出側接続管１７及び排出側流体確認配管５Ｂの配管本体２０のいずれかが異物等による詰まりが生じていることを判断できる。

このように、上述の電力装置１は、各流体確認配管５Ａ，５Ｂを備える。流体確認配管５Ａ，５Ｂは、水平方向に沿って延びる配管本体２０と、配管本体２０の周壁２０ａに設けられた確認窓２１と、配管本体２０の内周面２０ｂに設けられた確認プレート２２と、を備える。このため、供給側流体確認配管５Ａの配管本体２０、供給側接続管１６、供給配管１３、入口配管１１、ヒートシンク１０、出口配管１２、排出配管１４、排出側接続管１７及び排出側流体確認配管５Ｂの配管本体２０のいずれかに異物等による詰まりが生じていないか否かを確実に確認できる。また、配管本体２０の内周面２０ｂに、確認プレート２２を回動自在に設けるだけなので、安価に各流体確認配管５Ａ，５Ｂを製造できる。

確認プレート２２の確認窓２１側の一面２２ａには、配管本体２０と異なる色彩が施されている。確認プレート２２は、起き上がると確認窓２１側に一面２２ａが向かれる。このため、作業者は容易に確認プレート２２を確認することができる。この結果、供給側流体確認配管５Ａの配管本体２０、供給側接続管１６、供給配管１３、入口配管１１、ヒートシンク１０、出口配管１２、排出配管１４、排出側接続管１７及び排出側流体確認配管５Ｂの配管本体２０内での冷却水の流れをより容易に確認できる。

上述の実施形態では、各流体確認配管５Ａ，５Ｂは、電力装置１に採用された場合について説明した。しかしながらこれに限られるものではなく、さまざまな装置に各流体確認配管５Ａ，５Ｂを適用することができる。各流体確認配管５Ａ，５Ｂの配管本体２０を水平方向に沿って配置できればよい。

上述の実施形態では、冷却ユニット４は、冷却水を冷媒として用いるいわゆる水冷方式である場合について説明した。しかしながらこれに限られるものではなく、冷媒は流体であればよい。例えば気体を用いることも可能である。流体に応じて確認プレート２２の重量を変更することが望ましい。気体を冷媒とした場合、確認プレート２２の重量を比較的軽くすると確認プレート２２がなびきやすく（起き上がりやすく）なる。

上述の実施形態では、各流体確認配管５Ａ，５Ｂにおける配管本体２０の内周面２０ｂに、連結部２４を介して確認プレート２２が回動自在に支持されている場合について説明した。しかしながらこれに限られるものではなく、連結部２４は、自重により確認プレート２２が垂れ落ちた状態になり、この状態から確認プレート２２が流体の圧力を受けて確認窓２１を塞ぐように起き上る範囲で確認プレート２２を回動自在に支持できればよい。

上述の実施形態では、確認プレート２２の一面２２ａに、配管本体２０と異なる色彩が施されている場合について説明した。しかしながらこれに限られるものではなく、確認プレート２２の両面に、配管本体２０と異なる色彩が施されていてもよい。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、流体確認配管５Ａ，５Ｂは、水平方向に沿って延びる配管本体２０と、配管本体２０の周壁２０ａに設けられた確認窓２１と、配管本体２０の内周面２０ｂに設けられた確認プレート２２と、を備えるので、配管本体２０内の冷却水の流れを容易に確認できる。また、配管本体２０の内周面２０ｂに、確認プレート２２を回動自在に設けるだけなので、安価に各流体確認配管５Ａ，５Ｂを製造できる。

確認プレート２２の確認窓２１側の一面２２ａには、配管本体２０と異なる色彩が施されているので、作業者は容易に確認プレート２２を確認することができる。この結果、配管本体２０内での冷却水の流れをより容易に確認できる。

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、発明の要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。

１…電力装置、２…電力装置筐体（装置筐体）、３…電気機器、４…冷却ユニット、５Ａ…供給側流体確認配管（流体確認配管、第１配管）、５Ｂ…排出側流体確認配管（流体確認配管、第２配管）、８…半導体素子（電気機器）、１０…ヒートシンク、１１…入口配管（供給管）、１２…出口配管（排出管）、１３…供給配管（供給管）、１４…排出配管（排出管）、１６…供給側接続管（供給管）、１６ｂ…他端、１７…排出側接続管（排出管）、１７ｂ…他端、２０…配管本体、２０ａ…周壁、２１…確認窓、２２…確認プレート、２２ａ…一面

Claims (2)

1. 装置筐体と、
   前記装置筐体に収容された複数の電気機器と、
   前記装置筐体内に設けられ、前記複数の電気機器を各々別々に冷却する複数の冷却ユニットと、
   前記装置筐体内に設けられ、液体冷媒が流れる１つの第１配管及び１つの第２配管と、
   を備え、
   各前記冷却ユニットは、
   前記電気機器に設けられ、水路が設けられたヒートシンクと、
   一端が前記ヒートシンクに接続されるとともに他端が前記第１配管に接続され、前記ヒートシンクの前記水路に前記液体冷媒を供給するための供給管と、
   一端が前記ヒートシンクに接続されるとともに他端が前記第２配管に接続され、前記ヒートシンクの前記水路から前記液体冷媒を排出するための排出管と、
   を備え、
   前記第１配管及び前記第２配管の少なくともいずれか一方は、流体確認配管であり、
   前記流体確認配管は、
   水平方向に沿って配置され、内部に前記液体冷媒が流れる配管本体と、
   前記配管本体の周壁のうちの上部に設けられ、前記配管本体の外部から前記配管本体の内部を視認可能な確認窓と、
   前記配管本体の内周面で、かつ前記確認窓と並んで回動自在に設けられるとともに、自重で垂れ落ちており、前記液体冷媒の圧力を受けて前記確認窓を塞ぐように起き上る確認プレートと、
   を備える
   電力装置。
2. 前記確認プレートの少なくとも前記確認窓側の一面の色彩は、前記配管本体の色彩と異なる
   請求項１に記載の電力装置。

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