JPWO2013046778A1 - 制御盤 - Google Patents

Abstract

外部に対して閉鎖空間１９を形成するとともに上部に排気口１７を備え前面の開口部を開閉する扉１３を備えた盤筐体７、背面にベース板１を有し発熱機器を収納した機器ユニット１１、ベース板１を奥側にして複数の機器ユニット１１を互いに並べて装着することで複数のベース板１が板面延在方向に互いに組み合わさって形成した盤筐体７内を前後方向に区画する隔壁１８、ベース板１の奥側において盤筐体７の上下方向に通じかつ盤筐体７の排気口１７に連通した垂直方向通風路２０、機器ユニット１１毎に隔壁１８の前後を連通する通気口４、及び各機器ユニット１１の前面位置において扉１３に設けた吸気口１４を備えたものであり、冷却効果が高くかつ製造が容易な制御盤を提供することができる。

Description

この発明は、インバータ等の高発熱機器を収納した制御盤の換気構造に関わるものである。

制御盤は運転時に通電することで、収納した母線や機器が発熱する。絶縁物や収納機器は周囲温度が高温になると寿命の低下あるいは故障の原因となるため、装置の安定動作及び信頼性確保のために各種の方法で制御盤内を換気し冷却する。換気冷却の方法は、大きく分けて自然換気方式とファンや空調機による強制換気方式があり、冷却能力は自然換気に比べ強制換気の方が能力は高くなるが、経済性の観点では自然換気が安価である。

従来の制御盤として、特許文献１（特開平６−１６５３２１号）に記載したものがあり、発熱機器の換気のためコントロールセンタのユニット（モータ等のコントロールセンタ負荷側機器を制御するための複数の制御機器群を一塊のユニットに構成したもの）の発熱機器上部に位置するように、ユニット側面板に排気導出フードを取付けた構造を提供しているが、発熱機器上部に換気ファンが設けられているインバータなど、機器のメンテナンスを必要とする場合、ユニット側面板に排気導出フードが取り付けられている構造では、取付けねじの取り外しなど、ユニットを盤に収納した状態のまま排気導出フードを取り外すことが困難で、機器のメンテナンスをする場合にはユニットを盤から取り外す必要がある。

また、従来の制御盤として、特許文献２（特開２００９−１９４９６３号）に記載したものがあり、コントロールセンタユニットの換気のために、ユニット収納スペースと配線ダクト間を仕切る板に通気口を設け、配線ダクトを兼ねた換気ダクトに排気する構造を提供しているが、換気ダクトが配線ダクトを兼ねる構造のため、換気能力が配線量に影響を受けやすい問題がある。
特開平６−１６５３２１号 特開２００９−１９４９６３号

上述した従来の制御盤では、換気性能を向上するために、換気ファンを設けたり、制御盤の筐体製作時に形成した垂直の配線ダクトを換気ダクトに使用したりしていた。

換気ファンを使用する場合は、部品点数が増え製造コストが高くなるとともに、ファン使用による消費エネルギー増加、ファン寿命の制約による保守費用の増加という問題があった。
また、制御盤の筐体製作時に形成した配線ダクトを使用する場合は、筐体の構成が複雑になるため製造工数が多くかかり製造コストが高くなるとともに、配線が多い場合は冷却能力が低くなるという問題があった。

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、製造が容易で冷却性能の高い制御盤を得ることを目的とするものである。

この発明に係る制御盤は、外部に対して閉鎖空間を形成するとともに上部に排気口を備え、かつ前方部から内部にアクセス可能な開口部とこの開口部前面を開閉する扉を備えた筐体、背面にベース板を有し発熱機器を収納した機器ユニット、前記ベース板を奥側にして複数の前記機器ユニットを前記開口部から前記筐体の奥に向かって所定位置まで挿入し互いに並べて装着することで、前記筐体内の所定位置において、前記複数のベース板が前記ベース板の板面延在方向に互いに組み合わさって形成した前記筐体内を前後方向に区画する隔壁、前記ベース板の奥側において筐体の上下方向に通じかつ前記筐体の排気口に連通した垂直方向通風路、前記機器ユニット毎に隔壁の前後を連通する通気口、前記各機器ユニット前面位置において前記扉に設けた吸気口を備えるように構成したものである。

この発明によれば、制御盤内に複数のユニットを装着することで冷却用の通風路を形成するようにしたため、製造が容易で冷却性能の高い制御盤を得ることができる効果がある。

この発明の実施の形態１に係る制御盤のユニットの構成の一例を示す正面図である。 この発明の実施の形態１を示す図で、図１の断面Ｘ−Ｘを示す側断面図である。 この発明の実施の形態１に係る制御盤の筐体とユニット取付板の構成の一例を示す正面図である。 この発明の実施の形態１に係る制御盤において図１のユニットを盤内に装着した状態の一例を示す正面図である。 この発明の実施の形態１に係る図４の断面Ｙ−Ｙの構成を示す側断面図である。 この発明の実施の形態２に係る制御盤の事例を示す図で、図４のＹ−Ｙ断面に相当する側断面図である。 この発明の実施の形態２に係る制御盤の事例を示す図で、図４の断面Ｚ−Ｚに相当する断面平面図である。 この発明の実施の形態２に係る制御盤の事例を示す図で、図４のＷ−Ｗ断面に相当する水平断面図である。 この発明の実施の形態３に係る制御盤の事例を示す側断面図である。 この発明の実施の形態４に係る制御盤の事例を示す側断面図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図１乃至図５に基いて説明する。図１は、この発明の実施の形態１の制御盤のユニットの構成を示すもので、ベース板１は通気口４と盤筐体７へユニットを固定するためのユニット取付穴６を設け、前記通気４に排気できかつ発熱機器上に位置し、排気導出フード２をフード取付ねじ５によりユニット正面より付け外しが可能なように、ベース板１に取り付けている。

図２は、図１の断面Ｘ−Ｘを示す側断面図であり、例えば高発熱機器であるインバータ３の熱が上部に配置された排気導出フード２により、通気口４を経由してベース板１の後部に向かって排出可能な構成であることを示す。

図３は、後述の扉１３を開放した状態で、制御盤の盤筐体７および盤前記筐体７内に装着したユニット取付板８の取付状態を示す正面図であり、ユニット取付板８には、ユニット固定穴９とユニット取付板固定穴１０を設け、ユニット取付板固定穴１０を貫通するねじにより、盤筐体７に固定している。なお、ここで制御盤の前方からみた前記ユニット取付板８の前記機器ユニット１１の取付面を、制御盤の前方からみた「盤筐体内の所定位置」とする。

図４は、後述の扉１３を開放した状態で、制御盤の盤筐体７内部のユニット取付板８に、図１に示す機器ユニット１１を横３列、上下２段に取り付けた状態を示す正面図である。前記各機器ユニット１１は前記ユニット取付板８に設けた前記複数のユニット取付穴６を介して前記ユニット取付板８に装着されることで、ベース板１の板面延在方向に互いに突き合わせ状態で組み合わさることで、前記機器ユニット１１の２段分の高さと盤筐体７の左右間の幅全面に渡る隔壁１８を形成し、前記ユニット取付板８の奥に前記機器ユニット１１のベース板１と盤筐体７の側面及び後面に囲われて垂直方向に連通する空間（すなわち、垂直方向通風路２０）を形成する。
なお、盤筐体７の外部と閉鎖空間１９を形成するための扉１３などについては、図５および図６で説明する。

図５は、図４のＹ−Ｙ断面を示す側断面図である。図４では、盤筐体７の奥行き方向にみて略中央に設けたユニット取付板８の前面側のみに機器ユニット１１を２段装着した状態を示している。この場合、制御盤の前後方向のうち片面のみを使用したものであるため片面形の制御盤と称する。
この片面形制御盤において、盤筐体７の外部との閉鎖空間１９を設けるため、上部に扉前面と連通する換気ファン１５を配した扉１３を盤正面側に取付けている。なお図５では、扉１３は、上下に３分割してそれぞれの扉１３を独立して開閉可能としている。最上部の扉１３は、上段機器ユニット１１のベース板の上端付近から上部において盤筐体７の前面を開閉する。中段と下段の扉１３は、上下２段の機器ユニット１１の両者の境付近の前面部付近に分割部を有し、盤筐体７の前面（すなわち開口部２２）をそれぞれ開閉する。

また、制御盤の裏面側には裏面カバー１２を取付けており、図５では盤筐体７の上端から下端まで盤筐体７の後部全面を閉鎖している。
図５では、盤筐体７の奥行き方向の略中央部において前記盤筐体７の上下方向に間隔をおいて上中下の３段に、かつ盤筐体７の左右（図５の紙面奥行き方向）に配置したユニット取付板８に機器ユニット１１をベース板１を装着している。前記ユニット取付板８の上段と中段間に上段の機器ユニット１１を、前記ユニット取付板８の中段と下段間に下段の機器ユニット１１を装着し、全体として見れば、前記ユニット取付板８の前面側に前記ベース板１による隔壁１８を形成し、前記ベース板１が盤筐体７内の空間を制御盤の前後方向に仕切っている。前記複数のベース板１による隔壁１８と前記盤筐体の両側面壁と前記裏面カバー１２にて前記盤筐体７の上下方向に連通する垂直のダクト状空間（すなわち垂直方向通風路２０）を形成している。

扉１３には、前記各機器ユニット１１下部の前面位置に、吸気のための制御盤の前面に向けて開口した吸気口１４があり、前記吸気口１４から吸気した空気は前記インバータ３により暖められ、前記機器ユニット１１の排気導出フード２により前記ベース板１の前記通気口４を連通して、前記ベース板１により制御盤の後側に形成された垂直方向に連通する空間に排出され、その後この垂直に連通した空間（すなわち垂直方向通風路２０）の煙突効果により上方に移動し、その後、前記換気ファン１５にて前記扉１３に形成した排気口１７を通して制御盤外に排気される。

上記のように、実施の形態１の発明においては、機器ユニット１１のベース板１を盤筐体７内でユニット取付板８上に並べて配置することで盤筐体７内で隔壁１８を構成し、容易に垂直方向通風路２０を形成することができる。
また、片面構成とすることで、前面操作方式で冷却性能の高い薄型制御盤を容易に製造できる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２を図６乃至図８に基いて説明する。図６は実施の形態１と同様に、図４のＹ−Ｙ断面を示す側断面図である。図６においては、盤筐体７の前面・後面に開口を設け、扉１３で前記盤筐体７の前後面の開口を開閉する。扉１３を上中下の３段に分割している点は前記実施の形態１と同じである。実施の形態１では、盤筐体７の奥行き方向にみて略中央に設けたユニット取付板８の前面側のみに機器ユニット１１を２段装着し制御盤の前後方向のうち片面のみを使用した片面形の制御盤であるのに対し、この実施の形態２の制御盤では制御盤の前後方向の両面から盤筐体７の開口部２２を通して機器ユニット１１を装着したものであり、両面形制御盤と称する。

図６の両面形制御盤においては、盤筐体７の外部に対して閉鎖空間を設けるため、扉１３の外部と連通する換気ファン１５を配した上段扉１３を盤正面および裏面側に取付けている。前記盤筐体７の前後方向の略中央に、前後方向に所定の距離を置いてユニット取付板８を上下方向に対して２列で、かつ盤筐体７の上下方向に所定の間隔を置いて上・中・下の３段に、さらに盤筐体７の両側方向（盤の幅方向）に左右間を跨いだ状態で配置している。制御盤の正面側と裏面側から前記盤筐体７内に装着した前記機器ユニット１１の前記ベース板１が、前記盤筐体７内の空間を制御盤の前後方向に仕切るため、前記盤筐体７の奥行き方向の略中央部に、制御盤の上部に配置し上段扉１３に形成した排気口１７を通して排気する換気ファン１５に連通した煙突状の閉鎖空間１９（すなわち垂直方向通風路２０）を構成している。
上記ユニット取付板８の、前面側の機器ユニット１１取付面及び後面側の機器ユニット１取付面を制御盤の前方からみた「盤筐体内の所定位置」とする。
前記各機器ユニット１１下方部の前面（制御盤の後側ユニットの場合は後面）を覆う扉１３には吸気のための吸気口１４を設けており、制御盤の正面および裏面の前記吸気口１４から吸気した空気は高発熱機器であるインバータ３により暖められ、上下段の前記各機器ユニット１１の排気導出フード２から前記ベース板１の前記通気口４を連通して、前記「換気ファン１５に連通した煙突状の閉鎖空間」（すなわち垂直方向通風路２０）に排気され、煙突効果により制御盤の上方に移動し、その後、前記扉１３面に形成した排気口１７を経由して前記換気ファン１５にて制御盤外に排気される。

図７は、図４の断面Ｚ−Ｚ、さらには両面形制御盤の盤筐体７の水平断面を示す断面平面図であり、盤筐体７の両側に配置した断面がコの字状の支柱２１の形状と配置を示している。
図において、盤筐体７は制御盤の前後方向の略中心に対して対称かつ盤左右方向の中心線に対して対称となる向きに、コの字断面の支柱２１を盤筐体７の上下端の枠部を連結する長さで配置している。コの字断面の支柱２１にはユニット取付板８を取り付けるユニット取付板固定穴１０を設けている。コの字の形状は図８で示す両面形の場合に、ユニット取付板８を制御盤の前後から前記コの字形の支柱２１の前後面に取付けることを考慮したものであり、片面に限定する場合はＬ字形や平板形状でも良い。また前記コの字の支柱２１の前後方向の位置については、必ずしも盤筐体７の前後方向の略中心に合致する必要は無く、前記機器ユニット１１の制御盤の奥行き方向の大きさに応じて、制御盤の略中央部から前後方向に適宜ずらして配置してもよい。

図８は、両面形制御盤の場合の図４のＷ−Ｗ断面を示す水平断面図であり、盤筐体７に制御盤の前面および裏面側から、ユニット取付板８の両端部に設けたユニット取付板固定穴１０を用いて、ねじ（図示せず）によりユニット取付板８を盤筐体７のコの字断面の支柱２１の前後面に固定した状態を示す。前記ユニット取付板８には、前記機器ユニット１１の前記ベース板１を制御盤の前後から挟む形で取り付ける。この取り付けは、前記ベース板１に設けたユニット取付穴６と、前記ユニット取付板８に設けたユニット固定穴９との相互間を貫通するねじにより前記ユニット取付板８に固定している。このようにして、前記機器ユニット１１を上下・左右に複数並べて配置することにより、複数の前記ベース板１によって、制御盤の奥行き方向のほぼ中間に、盤筐体７の上下方向に連通する空間を構成する。この空間は垂直方向の通風路であり、ここにインバータ３により暖められた空気が排気され、温められた空気は上下に連通する空間の煙突効果により上昇し、その後前記換気ファン１５を通して、制御盤外に排気される。

上記のように、実施の形態２の発明においては、機器ユニット１１のベース板１を制御盤の前後方向から盤筐体７内でユニット取付板８上に上下方向に２列に並べて配置することで、盤筐体７内で隔壁を構成し、容易に通風路を形成することができる。
また、両面構成とすることで、制御機器の収納効率が高く冷却性能の高い薄型制御盤を容易に製造できる。

実施の形態３．
図９は、制御盤上部において換気ファン１５にて前後方向に排気する図６の構成に対して、更に盤上方に排気する換気ファン１５を設けた構成を示すものである。発熱機器（インバータ３等）の発熱量が大きい場合には、制御盤の前後方向に加えて、制御盤の上方に向けても換気可能にした構成を示す。また排気の方向に制約がある場合に盤前後方向または上方のいずれかに向けて選択的に排出するものであってもよい。
このような構成にすることで、構成を複雑にすることなく放熱効果を向上させた制御盤を得ることができる。

実施の形態４．
図１０は、図９の換気ファン１５の代わりに換気ファンの無い、開口部だけの排気口１７を設けた構成を示す。発熱機器（インバータ３等）の発熱量が小さい場合に、換気ファン１５を用いず排気口１７を設けて、経済的に換気することが可能となる。
このような構成にすることで、構成を複雑にすることなく、省エネ・省資源効果の高い簡単な構成で、放熱効果を向上させた制御盤を得ることができる。

上記説明では、主にインバータを収納した制御盤について説明したが、インバータ以外でも発熱の大きいパワーエレクトロ二クス機器を収納した制御盤であってもこの発明を利用できることは言うまでもない。
また、上記で説明した制御盤とは、通常の機器の運転制御を行う制御盤の他、電力の開閉制御を行う、いわゆるスイッチギヤも、広い意味で制御盤としてこの発明を利用できることも言うまでもない。
また、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を適宜、変形、省略することができることも言うまでもない。
なお、図１〜図１０の各図中、同一符合は同一または相当部分を示す。

１ ベース板、
２ 排気導出フード、
３ インバータ（高発熱機器）、
４ 通気口、
５ フード取付けねじ、
６ ユニット取付穴、
７ 盤筐体、
８ ユニット取付板、
９ ユニット固定穴、
１０ ユニット取付板固定穴、
１１ ユニット、
１２ 裏面カバー、
１３ 扉、
１４ 吸気口、
１５ 換気ファン（排気ファン）、
１６ 空気の流れ、
１７ 排気口、
１８ 隔壁、
１９ 閉鎖空間、
２０ 垂直方向通風路、
２１ 支柱、
２２ 開口部。

この発明に係る制御盤は、外部に対して閉鎖空間を形成するとともに上部に排気口を備え、かつ前方部から内部にアクセス可能な開口部とこの開口部前面を開閉する扉を備えた盤筐体、背面にベース板を有し発熱機器を収納した機器ユニット、前記ベース板を奥側にして複数の前記機器ユニットを前記開口部から前記盤筐体の奥に向かって所定位置まで挿入し互いに上下方向に並べて装着することで、前記盤筐体内の所定位置において、前記複数のベース板が前記ベース板の板面延在方向に互いに突き合わせ状態で組み合わさって形成した前記盤筐体内を前後方向に区画する隔壁、前記ベース板の奥側において前記盤筐体の上下方向に通じかつ前記盤筐体の前記排気口に連通した垂直方向通風路、前記機器ユニット毎に前記隔壁の前後を連通する通気口、前記各機器ユニットの前面位置において前記扉に設けた吸気口を少なくとも備えて構成したものである。

この発明によれば、外部に対して閉鎖空間を形成するとともに上部に排気口を備え、かつ前方部から内部にアクセス可能な開口部とこの開口部前面を開閉する扉を備えた盤筐体、背面にベース板を有し発熱機器を収納した機器ユニット、前記ベース板を奥側にして複数の前記機器ユニットを前記開口部から前記盤筐体の奥に向かって所定位置まで挿入し互いに上下方向に並べて装着することで、前記盤筐体内の所定位置において、前記複数のベース板が前記ベース板の板面延在方向に互いに突き合わせ状態で組み合わさって形成した前記盤筐体内を前後方向に区画する隔壁、前記ベース板の奥側において前記盤筐体の上下方向に通じかつ前記盤筐体の前記排気口に連通した垂直方向通風路、前記機器ユニット毎に前記隔壁の前後を連通する通気口、前記各機器ユニットの前面位置において前記扉に設けた吸気口を少なくとも備えて構成したため、製造が容易で冷却性能の高い制御盤を得ることができる効果がある。

Claims (6)

1. 外部に対して閉鎖空間を形成するとともに上部に排気口を備え、かつ前方部から内部にアクセス可能な開口部とこの開口部前面を開閉する扉を備えた盤筐体、背面にベース板を有し発熱機器を収納した機器ユニット、前記ベース板を奥側にして複数の前記機器ユニットを前記開口部から前記盤筐体の奥に向かって所定位置まで挿入し互いに並べて装着することで、前記盤筐体内の所定位置において、前記複数のベース板が前記ベース板の板面延在方向に互いに組み合わさって形成した前記盤筐体内を前後方向に区画する隔壁、前記ベース板の奥側において盤筐体の上下方向に通じかつ前記盤筐体の排気口に連通した垂直方向通風路、前記機器ユニット毎に隔壁の前後を連通する通気口、前記各機器ユニット前面位置において前記扉に設けた吸気口を少なくとも備えて構成したことを特徴とする制御盤。
2. 外部に対して閉鎖空間を形成するとともに上部に排気口を備え、かつ前方部及び後方部から内部にアクセス可能な開口部とこの開口部前面を開閉する扉を備えた盤筐体背面に、ベース板を有し発熱機器を収納したユニットを、前記ベース板を奥側にして複数の前記ユニットを前記開口部から前記盤筐体の奥に向かって所定位置まで挿入し互いに並べて装着することで、前記盤筐体内の所定位置において前記複数のベース板が前記ベース板の板面延在方向に互いに組み合わさって形成した前記盤筐体内を前後方向に区画する隔壁、前記ベース板の奥側において形成した盤筐体の上下方向に通じかつ前記盤筐体の排気口に連通した垂直方向通風路、前記ユニット毎に隔壁の前後を連通する通気口、前記各機器ユニット前面位置において前記扉に設けた吸気口を少なくとも備えて構成したことを特徴とする制御盤。
3. ユニットのベース板に通気口を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の制御盤。
4. ユニットの発熱体の上部に通気口に連通する排気導出フードを設けたことを特徴とする請求項３に記載の制御盤。
5. 盤筐体上部の排気口は盤筐体の前方又は後方、あるいは前後方向、または上部に開口部を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の制御盤。
6. 盤筐体上部の排気口に排気ファンを設置したことを特徴とする請求項５に記載の制御盤。

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