JPH10144838A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】長期に亘って絶縁特性を維持することのできる
電力変換装置を得ること。 【解決手段】ステージ室10ｃ及び風胴室10ｄと冷却室10
ｅの間の隔壁10ａの後部の上下に取り付けられた冷却フ
ァン３の間に対して、容量の小さい除湿ファン11を設け
る。冷却ファン３の吐出側（冷却室10ｅ側）には、ダン
パ12を設け、装置の稼動が停止すると、ダンパ12と除湿
ファン11を駆動して、箱体10の内部の空気を緩やかに循
環させながら、除湿器５で除湿する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電力変換装置に係
り、特にその冷却手段に特徴を有する電力変換装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】図19は、従来の電力変換装置の一例を示
す平面図、図20は図19の前面図、図21は図20の左側面図
である。図19及び図20と図21において、箱体10の中間部
の左側には、この箱体10を左右に仕切る隔壁10ａが縦設
され、この隔壁10ａの中間部には、箱体10の右側を前後
に仕切る隔壁10ｂが縦設されている。

【０００３】この隔壁10ｂの前方に形成されたステージ
室10ｃには、６本の絶縁支柱２が前後に２列に立設さ
れ、これらの絶縁支柱２の間に上下に等間隔に６段に横
設された棚２ａの上面に対して、半導体ステージ１が挿
入され固定されている。

【０００４】絶縁支柱２は、ガラス繊維入りエポキシ樹
脂材で角筒状に製作され、各半導体ステージ１には、電
力用半導体素子としてのＧＴＯやコンデンサ及び抵抗器
などが組み込まれ、引出自在となっている。半導体ステ
ージ１の後部には、隔壁10ｂに対して、後述する冷却空
気が通過する詳細省略した開口部が形成されている。

【０００５】隔壁10ａの後部の左側面には、冷却ファン
３が上下に取り付けられ、隔壁10ａの左側に形成された
冷却器室10ｅには、水冷式の熱交換器４が縦に設けられ
ている。この熱交換器４の下端の後部には、この熱交換
器４に冷却水を供給する配管７と排出用の配管８の前端
が接続され、これらの配管７，８は、箱体10の底部から
箱体11の後端に配設され、箱体10の後端に固定された図
示しない管継手に接続されている。

【０００６】熱交換器４の前方の左側には、ペルティエ
効果を利用した除湿素子が図示しないファンとともに組
み込まれた除湿器５が上下に収納され、Ｌ字形の支え金
具で箱体10の左端に下端が固定されている。

【０００７】上下の除湿器５の下部には、除湿用ドレン
管６の上部が接続され、この除湿用ドレン管６の下部
は、箱体10の左側に形成された冷却器室10ｅの下端を後
方に配設され、箱体10の後端に設けられた図示しない管
継手に接続されている。隔壁10ａの前端には、冷却風流
入口９が図19及び図21に示すように縦に形成されてい
る。

【０００８】このように構成された電力変換装置におい
ては、この装置の運転中は、冷却ファン３によって吐出
された空気は、冷却器室10ｅに流入する。すると、この
空気は、熱交換器４を通過し、この熱交換器４で冷却さ
れた空気は、冷却風流入口９からステージ室10ａに流入
する。

【０００９】この空気は、通電や半導体素子のオン・オ
フによって加熱された半導体ステージ１によって加熱さ
れた後、ステージ室10ｃの後部に形成された風胴室10ｄ
に流入し、冷却ファン３で再び吸入され、冷却器室10ｅ
に排出されて、熱交換器４で冷却される。

【００１０】この過程において、熱交換器４を通過した
空気は、除湿器５によって湿度が少なくとも70％以下に
なるように除湿される。この結果結露して滴下した水
は、除湿用配管６によって外部に排出される。

【００１１】このようにして、例えば、雨季において
も、絶縁支柱２の表面の結露を防ぎ、この結露に伴う上
下のステージ１の間の耐電圧特性が維持されている。

【００１２】なお、定期点検の場合のように、電力変換
装置が停止したときには、熱交換器４への冷却水の供給
や冷却ファン３への通電も停止される。但し、除湿器５
だけには通電される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
構成された電力変換装置においては、運転停止中には冷
却ファン３による空気の循環が行われないので、内部は
除湿器５の周囲の空気だけしか除湿されない。

【００１４】すると、例えば、特に冬季においては、徐
々に冷却する半導体ステージとともに冷却する内部の空
気は湿度が上がり、絶縁支柱２の表面で結露するおそれ
がある。その状態でもし運転すると、上下の半導体ステ
ージ１の間に印加される電圧によって、絶縁支柱２の表
面で微弱な放電が発生するおそれがある。

【００１５】運転再開後の温度上昇によって内部の湿度
が下がると、この放電は停止することも考えられるが、
設備の長い間に亘る稼動中における運転・停止の繰り返
しの度に上述した微弱な沿面放電が繰り返されると、ト
ラッキングが形成され、長期に亘る稼動中に付着した塵
埃によってトラッキングが進展し、放電電荷量が次第に
増え、その結果絶縁支柱２の沿面の耐電圧特性が低下す
るおそれがある。そこで、本発明の目的は、長期に亘っ
て絶縁特性を維持することのできる電力変換装置を得る
ことである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、箱体内を区画する隔壁の片側に冷却器と除湿器を収
納する冷却・除湿室が設けられ、隔壁の他側に半導体ス
テージを収納するステージ室が設けられ、冷却・除湿室
の冷却空気を隔壁に形成された流出口からステージ室に
供給し箱体内を循環させる冷却ファンが隔壁に設けられ
た電力変換装置において、隔壁に設けられ半導体ステー
ジへの通電停止により駆動される循環ファンと、冷却フ
ァンの吐出風量を抑制するダンパを備えたことを特徴と
する。

【００１７】また、請求項２に記載の発明の電力変換装
置は、箱体内を区画する隔壁の片側に設けられ冷却器と
除湿器を収納する冷却・除湿室と、隔壁の他側に設けら
れ半導体ステージを収納するステージ室と、隔壁に設け
られ冷却・除湿室の冷却空気を隔壁に形成された流出口
からステージ室に供給し箱体内を循環させる可変速ファ
ンとを備えたことを特徴とする。

【００１８】また、請求項３に記載の発明の電力変換装
置は、箱体内を区画する隔壁の片側に設けられ冷却器及
びこの冷却器の凝縮液を貯留するドレンパンを収納する
冷却室と、隔壁の他側に設けられ半導体ステージを収納
するステージ室と、箱体の外部に設けられ冷却器に供給
する冷媒の温度を制御する冷媒温度制御装置とを備えた
ことを特徴とする。

【００１９】また、請求項４に記載の発明は、箱体内を
区画する隔壁の片側に冷却器と除湿器を収納する冷却・
除湿室が設けられ、隔壁の他側に半導体ステージを収納
するステージ室が設けられ、冷却・除湿室の冷却空気を
隔壁に形成された流出口からステージ室に供給し箱体内
を循環させる冷却ファンが隔壁に設けられた電力変換装
置において、半導体ステージへの通電停止により駆動さ
れ冷却ファンの吐出風量を抑制する第１のダンパと、半
導体ステージへの通電停止により流出口を流出する冷却
空気の流量を抑制する第２のダンパとを備えたことを特
徴とする。

【００２０】また、請求項５に記載の発明の電力変換装
置は、箱体内を区画する隔壁の片側に設けられ冷却器と
除湿器を収納する冷却室と、隔壁の他側に設けられ半導
体ステージを収納するステージ室と、このステージ室の
外壁に設けられステージ室から分流する冷却空気を除湿
する除湿器を収納するバイパスダクトとを備えたことを
特徴とする。

【００２１】さらに、請求項６に記載の発明の電力変換
装置は、箱体内を区画する隔壁の片側に設けられ冷却器
と除湿器を収納する冷却・除湿室と、隔壁の他側に設け
られ半導体ステージを収納するステージ室と、このステ
ージ室とこのステージ室に隣接する風胴室を区画する第
２の隔壁と、この第２の隔壁に設けられた循環ファン
と、風胴室に収納される除湿器とを備えたことを特徴と
する。

【００２２】このような手段によって、請求項１に記載
の発明においては、半導体ステージへの通電が停止する
と、この停止に従って駆動される循環ファンによって箱
体内の冷却空気を循環させて、この冷却空気を除湿す
る。

【００２３】また、請求項２に記載の発明においては、
半導体ステージへの通電が停止すると、この停止に従っ
て低速で回転される可変速ファンによって箱体内の冷却
空気を循環させて、この冷却空気を除湿する。

【００２４】また、請求項３に記載の発明においては、
半導体ステージへの通電中には、冷媒温度制御装置によ
って箱体内の冷却空気を露点温度に制御し、箱体内の冷
却空気の水分を冷却器の表面で結露させてこの冷却空気
を除湿する。

【００２５】また、請求項４に記載の発明においては、
半導体ステージへの通電が停止すると、第１のダンパと
第２のダンパを作動させて箱体内の冷却空気の循環流量
を低下させて除湿器で除湿する。

【００２６】また、請求項５に記載の発明においては、
半導体ステージへの通電が停止すると、可変速ファンを
低速に切り換えて、ステージ室からバイパスダクトに分
流した冷却空気をバイパスダクトの内部の除湿器で除湿
する。

【００２７】さらに、請求項６に記載の発明において
は、半導体ステージへの通電が停止すると、循環ファン
を駆動し、ステージ室と風胴室との間を環流する冷却空
気を風胴室の除湿器で除湿する。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の電力変換装置の一
実施形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の
電力変換装置の第１の実施形態を示す図で、請求項１に
対応し、従来の技術で示した図19に対応する図である。
また、図２は、図１の前面図で、同じく図20に対応する
図、図３は図２の左側面図で、同じく図21に対応する図
である。

【００２９】図１及び図２，図３において、従来の技術
で示した図19，図20及び図21と異るところは、隔壁10ａ
の中間部の後部に対して、一対の除湿ファン11を設け、
冷却ファン３の出口側にダンパ12を以下説明するように
設けたことで、他は図19，図20及び図21と同一である。
したがって、この図19，図20及び図21と同一要素には、
同一符号を付して説明を省略する。

【００３０】図１，図２及び図３において、隔壁10ａの
中間部には、上下の冷却ファン３の間に対して、小形の
除湿ファン11が図３に示すように左右に対称的に取り付
けられている。

【００３１】この除湿ファン11は、この電力変換装置の
運転が停止すると運転に切り換えられるように接続され
ている。また、冷却ファン３の出口側には、この電力変
換装置の運転の停止によって作動するダンパ12が取り付
けられている。

【００３２】このように構成された電力変換装置におい
ては、この装置の運転停止時には、除湿ファン11の回転
とダンパ12の作動によって、内部の空気は除湿器５で除
湿されながら、内部を循環するので、たとえ夏の雨季や
冬季においても、絶縁支柱２の表面における結露を防ぐ
ことができ、絶縁支柱２の表面の耐電圧特性を長期に亘
って維持することができる。

【００３３】次に、図４は、本発明の電力変換装置の第
２の実施形態を示す平面図で、前述した第１の実施形態
で示した図１に対応し、請求項２に対応する図、図５
は、図４の前面図で、同じく図２に対応する図、図６
は、図５の左側面図で、同じく図３に対応する図であ
る。

【００３４】図４，図５及び図６において、第１の実施
形態で示した図１，図２及び図３と異るところは、図
１，図２及び図３で示した冷却ファン３の代りに、可変
速ファン13を採用し、ダンパ12と除湿ファン11は省いた
（すなわち、従来の技術で示した図17，図18及び図19と
同じ）ことで、他の部分の構成も従来の技術及び第１の
実施形態と同一である。

【００３５】このように構成された電力変換装置におい
ては、この装置の運転を停止した場合には、可変速ファ
ン13を低速に切り換えて運転することで、少ない電力で
内部の空気を循環して除湿器５で除湿する。

【００３６】なお、この場合には、箱体10の内部に湿度
計を設置し、この湿度計の検出値に従って、可変速ファ
ン13の回転数を制御して、運転停止時における消費電力
の節減を図ってもよい。

【００３７】次に、図７は、本発明の電力変換装置の第
３の実施形態を示す平面図で、前述した実施形態の図１
及び図４に対応し、請求項３に対応する図、図８は、図
７の前面図で、同じく図２及び図５に対応する図、図９
は、図８の左側面図で、同じく図３及び図６に対応する
図である。

【００３８】図７，図８及び図９において、前述した実
施形態の図１及び図４と異るところは、熱交換器４の下
側に対して、この熱交換器４を通過し冷却される空気の
結露で滴下した水滴を受けるドレンパン４ａを設け、こ
のドレンパン４ａに流下し貯留された水を排出するドレ
ン配管４ｂを配設するとともに、外部から供給される冷
却水の温度を制御する冷却水温度制御装置15を設けたこ
とである。

【００３９】さらに、ステージ室10ｃには、このステー
ジ室10ｃの温度と湿度を検出し、この温度と湿度からス
テージ室10ｃの露点温度を算出する（例えば、大気圧中
における湿り空気線図から、温度25℃、湿度80％のとき
の露点温度21℃を算出する。）露点温度演算装置16が設
置され、この露点温度演算装置16の出力信号線16ａは、
冷却水温度制御装置15に接続されている。

【００４０】このように構成された電力変換装置におい
ては、露点温度演算装置16で演算された演算結果は、信
号線16ａを介して冷却水温度制御装置15に入力される。
すると、この冷却水温度制御装置15では、冷却水の温度
を制御して、熱交換器４の出口側から送り出される冷却
空気の温度を露点温度に制御し、この冷却空気中の水分
を熱交換器４の表面で結露させることで冷却空気を除湿
する。

【００４１】したがって、このように構成された電力変
換装置においても、ステージ室10ｃに縦設された絶縁支
柱２の表面における結露を防ぎ、この結露に伴う耐電圧
特性の低下を長期に亘って防ぐことができる。

【００４２】次に、図10は、本発明の電力変換装置の第
４の実施形態を示す平面図で、前述した実施形態で示し
た図１，図４及び図７に対応し、請求項４に対応する図
である。

【００４３】また、図11は、図10の前面図で、同じく図
２，図５及び図８に対応する図、同じく図12は、図11の
左側面図で、図３，図６及び図９に対応する図である。
図10，図11及び図12において、前述した図１〜３及び図
４〜６並びに図７〜９と異るところは、冷却ファン３の
吹出側に対して、図１〜図３と同様に角度調整可能なダ
ンパ12を設け、冷却風流入口９の流入側にも開閉角度調
整可能なダンパ14を設けたことで、他は、前述した実施
形態と同一である。

【００４４】このように構成された電力変換装置におい
ては、この装置の運転が停止された場合には、ダンパ12
の角度を調整して熱交換器14に送り込む風量を抑制する
とともに、冷却風流入口９側のダンパ14の角度を絞るこ
とで、ステージ室10ｃに流入する冷却空気量すなわち箱
体10の内部を循環する空気を制御し、この循環空気を除
湿器５で除湿する。これらの制御で、ステージ室10ｃの
内部の温度を露点以下に制御することで、絶縁支柱２の
表面における結露を防ぐ。

【００４５】また、図13は、本発明の電力変換装置の第
５の実施形態を示す平面図で、前述した実施形態で示し
た図１，図４及び図７と図10に対応し、請求項５に対応
する図である。

【００４６】同じく、図14は、図13の前面図で、前述し
た実施形態の図２，図５及び図８と図11に対応する図、
同じく、図15は図14の左側面図で、前述した実施形態の
図３，図６及び図９と図12に対応する図である。

【００４７】図13，図14及び図15において、前述した実
施形態で示した図１〜図12と異るところは、箱体10Ａの
右側に対して、ステージ室10ｃと風胴室10ｄに形成され
た図示しない開口部のフランジに前後端が接続されたバ
イパスダクト17を設け、このバイパスダクト17の中央部
の上側に対して、凸部17ａを形成し、下側に凸部17ｂを
形成し、これらの凸部17ａ，17ｂの内部に除湿器５を対
称的に収納したことで、図１〜図12において熱交換器10
ｅに収納した除湿器５を移動した構成となっている。

【００４８】このように構成された電力変換装置におい
ては、この装置の運転停止中は、可変速ファン13を低速
に切り換えて、ステージ室10ｃに流入した空気の一部を
バイパスダクト17に導き、除湿器５で除湿することで、
絶縁支柱２の表面の結露を防ぐ。

【００４９】次に、図16は、本発明の電力変換装置の第
６の実施形態を示す平面図で、前述した実施形態で示し
た図１，図４，図７，図10及び図13に対応し、請求項６
に対応する図、図17は、図16の前面図で、同じく図２，
図５，図８及び図11，図14に対応する図、図18は、図17
の左側面図で、同じく図３，図６，図９，図12及び図15
に対応する図である。

【００５０】図16，図17及び図18において、前述した実
施形態で示した図１〜図15と異るところは、隔壁10ｂの
左右に対して、小形の循環ファン11を設けたことと、除
湿器５を風胴室10ｄに移したことで、冷却風流入口９の
流入側にダンパ14が設けられている点は、第３の実施形
態で示した図10及び第６の実施形態で示した図16と同一
である。

【００５１】このように構成された電力変換装置におい
ても、この装置の運転が停止中には、冷却ファン３の吹
出側のダインパ12を閉じるとともに、左右の循環ファン
11を逆向きに駆動し、図16に示した右側の循環ファン11
でステージ室10ｃの内部の空気を風胴室10ｄに排出し、
この風胴室10ｄの内部の除湿器５で除湿された空気を左
側の循環ファン11でステージ室10ｃに供給することで、
絶縁支柱２の表面における結露を防ぐことができる。

【００５２】

【発明の効果】以上、請求項１に記載の発明によれば、
半導体ステージへの通電が停止すると、この停止に従っ
て駆動される循環ファンによって箱体内の冷却空気を循
環させて、この冷却空気を除湿したので、長期に亘って
絶縁特性を維持することのできる電力変換装置を得るこ
とができる。

【００５３】また、請求項２に記載の発明によれば、半
導体ステージへの通電が停止すると、この停止に従って
低速で回転される可変速ファンによって箱体内の冷却空
気を循環させて、この冷却空気を除湿したので、長期に
亘って絶縁特性を維持することのできる電力変換装置を
得ることができる。

【００５４】また、請求項３に記載の発明によれば、半
導体ステージへの通電中には、冷媒温度制御装置によっ
て箱体内の冷却空気を露点温度に制御し、箱体内の冷却
空気の水分を冷却器の表面で結露させてこの冷却空気を
除湿したので、長期に亘って絶縁特性を維持することの
できる電力変換装置を得ることができる。

【００５５】また、請求項４に記載の発明によれば、半
導体ステージへの通電が停止すると、第１のダンパと第
２のダンパを作動させて箱体内の冷却空気の循環流量を
低下させて除湿器で除湿したので、長期に亘って絶縁特
性を維持することのできる電力変換装置を得ることがで
きる。

【００５６】また、請求項５に記載の発明によれば、半
導体ステージへの通電が停止すると、可変速ファンを低
速に切り換えて、ステージ室からバイパスダクトに分流
した冷却空気をバイパスダクトの内部の除湿器で除湿し
たので、長期に亘って絶縁特性を維持することのできる
風冷式電力変換装置を得ることができる。

【００５７】さらに、請求項６に記載の発明によれば、
半導体ステージへの通電が停止すると、循環ファンを駆
動し、ステージ室と風胴室との間を環流する冷却空気を
風胴室の除湿器で除湿したので、長期に亘って絶縁特性
を維持することのできる電力変換装置を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電力変換装置の第１の実施形態を示す
平面図。

【図２】図１の前面図。

【図３】図２の左側面図。

【図４】本発明の電力変換装置の第２の実施形態を示す
平面図。

【図５】図４の前面図。

【図６】図５の左側面図。

【図７】本発明の電力変換装置の第３の実施形態を示す
平面図。

【図８】図７の前面図。

【図９】図８の左側面図。

【図１０】本発明の電力変換装置の第４の実施形態を示
す平面図。

【図１１】図10の前面図。

【図１２】図11の左側面図。

【図１３】本発明の電力変換装置の第５の実施形態を示
す平面図。

【図１４】図13の前面図。

【図１５】図14の左側面図。

【図１６】本発明の電力変換装置の第６の実施形態を示
す平面図。

【図１７】図16の前面図。

【図１８】図17の左側面図。

【図１９】従来の電力変換装置の一例を示す平面図。

【図２０】図19の前面図。

【図２１】図20の左側面図。

【符号の説明】

１…半導体ステージ、２…絶縁支柱、３…冷却ファン、
４…熱交換器、５…除湿器、６…除湿用ドレン管、７，
８…配管、９…冷却風流入口、10，10Ａ，10Ｂ…箱体、
10ａ，10ｂ…隔壁、10ｃ…ステージ室、10ｄ…風胴室、
10ｅ…冷却器室、11…除湿ファン、12，14…ダンパ、13
…可変速ファン、15…冷却水温度制御装置、16…露点温
度演算装置、17…バイパスダクト。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 箱体内を区画する隔壁の片側に冷却器と
   除湿器を収納する冷却・除湿室が設けられ、前記隔壁の
   他側に半導体ステージを収納するステージ室が設けら
   れ、前記冷却・除湿室の冷却空気を前記隔壁に形成され
   た流出口から前記ステージ室に供給し前記箱体内を循環
   させる冷却ファンが前記隔壁に設けられた電力変換装置
   において、前記隔壁に設けられ前記半導体ステージへの
   通電停止により駆動される循環ファンと、前記冷却ファ
   ンの吐出風量を抑制するダンパを備えたことを特徴とす
   る電力変換装置。
2. 【請求項２】 箱体内を区画する隔壁の片側に設けられ
   冷却器と除湿器を収納する冷却・除湿室と、前記隔壁の
   他側に設けられ半導体ステージを収納するステージ室
   と、前記隔壁に設けられ前記冷却・除湿室の冷却空気を
   前記隔壁に形成された流出口から前記ステージ室に供給
   し前記箱体内を循環させる可変速ファンとを備えた電力
   変換装置。
3. 【請求項３】 箱体内を区画する隔壁の片側に設けられ
   冷却器及びこの冷却器の凝縮液を貯留するドレンパンを
   収納する冷却室と、前記隔壁の他側に設けられ半導体ス
   テージを収納するステージ室と、前記箱体の外部に設け
   られ前記冷却器に供給する冷媒の温度を制御する冷媒温
   度制御装置とを備えた電力変換装置。
4. 【請求項４】 箱体内を区画する隔壁の片側に冷却器と
   除湿器を収納する冷却・除湿室が設けられ、前記隔壁の
   他側に半導体ステージを収納するステージ室が設けら
   れ、前記冷却・除湿室の冷却空気を前記隔壁に形成され
   た流出口から前記ステージ室に供給し前記箱体内を循環
   させる冷却ファンが前記隔壁に設けられた電力変換装置
   において、前記半導体ステージへの通電停止により駆動
   され前記冷却ファンの吐出風量を抑制する第１のダンパ
   と、前記半導体ステージへの通電停止により前記流出口
   を流出する前記冷却空気の流量を抑制する第２のダンパ
   とを備えたことを特徴とする電力変換装置。
5. 【請求項５】 箱体内を区画する隔壁の片側に設けられ
   冷却器と除湿器を収納する冷却室と、前記隔壁の他側に
   設けられ半導体ステージを収納するステージ室と、この
   ステージ室の外壁に設けられ前記ステージ室から分流す
   る前記冷却空気を除湿する除湿器を収納するバイパスダ
   クトとを備えた電力変換装置。
6. 【請求項６】 箱体内を区画する隔壁の片側に設けられ
   冷却器と除湿器を収納する冷却・除湿室と、前記隔壁の
   他側に設けられ半導体ステージを収納するステージ室
   と、このステージ室とこのステージ室に隣接する風胴室
   を区画する第２の隔壁と、この第２の隔壁に設けられた
   循環ファンと、前記風胴室に収納される除湿器とを備え
   た電力変換装置。