JPWO2016075986A1 - パワーコンディショナ - Google Patents

Abstract

パワーコンディショナ（１０）は、放熱部材（２０）、複数の回路基板（３１，３２，３３，３４）、および、装着用補助板（５０）を備える。複数の回路基板（３１，３２，３３，３４）には、それぞれに電気的発熱素子を含むパワーコンディショナ回路が形成されている。放熱部材（２０）の表面には、複数の回路基板（３１，３２，３３，３４）が実装されている。放熱部材（２０）の裏面には、複数の放熱フィン（２２）が配列されている。放熱部材（２０）は、放熱性の高い材料からなる。装着用補助板（５０）は、放熱部材（２０）の裏面側に固定され、壁への装着用の貫通孔（５４１，５４２）が設けられている。装着用補助板（５０）は、放熱部材（２０）よりも剛性が高い。

Description

本発明は、家屋等の壁に取り付けて利用するパワーコンディショナに関する。

現在、太陽光発電、燃料電池発電が一般家庭にも多く採用されてきている。太陽光発電、燃料電池発電は、直流電力系である。一方、商用電源は交流電力系である。

したがって、太陽光発電や燃料電池発電と商用電源とを利用する家庭には、直流電力系と交流電力系とを連結するパワーコンディショナを装備する必要がある。パワーコンディショナは、例えば、特許文献１に示す集電箱のような形状からなり、家屋の壁に設置される。

特許文献１に記載の集電箱では、筐体の裏面に複数の放熱フィンと装着用治具とが配置されている。装着治具は、筐体の横方向の両端に配置されている。複数の放熱フィンは、２つの装着治具間に、所定間隔を空けて配列されている。

また、従来のパワーコンディショナでは、図８に示すように、パワーコンディショナを壁に装着する構成も用いられている。図８は、従来のパワーコンディショナの裏面側の形状を示す平面図である。

従来のパワーコンディショナ１０Ｐの放熱部材２０Ｐの裏面には、複数の放熱フィン２２Ｐが配置されている。複数の放熱フィン２２Ｐは長尺状である。複数の放熱フィン２２Ｐは、長尺方向がパワーコンディショナ１０Ｐの縦方向に平行になるように配置されている。複数の放熱フィン２２Ｐは、パワーコンディショナ１０Ｐの横方向の両端に配置された脚部を除き、略全面に配置されている。放熱部材２０Ｐの裏面には、さらに、突起２９Ｐが配置されている。突起２９Ｐには、鉤状孔２９０Ｐが設けられている。

パワーコンディショナ１０Ｐを壁に設置して固定する際には、壁に設けられた装着用のフック部材を鉤状孔２９０Ｐに嵌合させる。

特開２０１２−２４４７７０号公報

しかしながら、パワーコンディショナや集電箱は、重いものが殆どである。したがって、特許文献１に示す構成では、装着用治具を或程度以上に大きく強固なものにしなければ、装着後に集電箱が壁から落下してしまう。このため、装着用治具は集電箱の裏面に大きな面積を要するものとなる。したがって、放熱フィンの配置可能な面積が小さくなり、放熱効率を上げることができない。

また、図８に示す構造においても、パワーコンディショナ１０Ｐの重さに耐えうるためには、壁に設けられた装着用のフック部材およびこれが嵌合する鉤状孔２９０Ｐを大きくしなければならない。したがって、鉤状孔２９０Ｐが設けられる突起２９Ｐも大きくなり、放熱部材２０Ｐの裏面に示す割合が大きくなる。このように、突起２９Ｐが大きくなると、放熱フィンの配置可能な面積が小さくなり、放熱効率を上げることができない。

この発明の目的は、確実且つ強固に壁に装着でき、且つ放熱効率の良好なパワーコンディショナを提供することにある。

この発明のパワーコンディショナは、電気的発熱素子を含むパワーコンディショナ回路が形成された回路基板と、表面に回路基板が実装され、裏面に複数の放熱フィンが配列された放熱部材と、放熱部材の裏面側に固定され、壁への装着用の孔が設けられ、放熱部材よりも剛性の高い装着用補助板とを備える。

この構成では、放熱部材の裏面に、壁への装着用の孔が直接形成されていない。これにより、放熱フィンの配置面積を広くすることができる。また、放熱部材よりも剛性の高い装着補助板に装着用の孔を形成するため、放熱部材に直接形成するよりも、小型、薄型であっても、必要の強度を得ることができる。したがって、パワーコンディショナの大きさを大きくすることなく、確実且つ強固にパワーコンディショナを壁に装着することができる。

また、この発明のパワーコンディショナでは、次の構成であることが好ましい。複数の放熱フィンは、放熱部材の裏面を平面視して、第１方向に延びる長尺状であり、第１方向に直交する第２方向に間隔を空けて配列されている。放熱部材は、複数の放熱フィンの配列の方向の両端に、脚部を備える。装着用補助板は、脚部に対して複数箇所で固定されている。放熱フィンと装着用補助板との間には空隙を有する。

この構成では、放熱フィンから装着用補助板に、直接熱が伝導しないので、装着用補助板から壁への熱伝導を抑えることができる。これにより、長時間使用による壁面へのダメージを低下させることができる。この際、装着用補助板は、放熱部材の脚部に対して複数箇所で固定されているので、放熱フィンが装着用補助板から離間していても、所定の固定強度を得ることができる。

また、この発明のパワーコンディショナでは、放熱部材の裏面を平面視して、複数の放熱フィンの少なくとも１つには、装着用補助板に当接する突起を備え、装着用補助板は、突起にも固定されているとよい。

この構成では、パワーコンディショナをさらに強固に壁に装着することができる。

また、この発明のパワーコンディショナでは、突起は、放熱部材の裏面を平面視した略中央を通る放熱フィンに一体形成されていることが好ましい。

この構成では、パワーコンディショを平面視した端のみでなく中央でも、装着用補助板と放熱部材が固定される。これにより、パワーコンディショナの荷重による装着用補助板に係る力を装着用補助板の全体に分散することができる。これにより、機械的な強度を保ちながら、装着用補助板の更なる薄型が可能になる。

また、この発明のパワーコンディショナでは、装着用補助板は、凹凸部を備えることが好ましい。

この構成では、放熱部材と装着用補助板との固定の機械的強度を保ちながら、放熱フィンと装着用補助板との間の空気流を多くすることができる。これにより、放熱効率がさらに向上する。

この発明によれば、放熱効率を低下させることなく、パワーコンディショナを、確実且つ強固に壁に装着できる。

本発明の実施形態に係るパワーコンディショナの分解斜視図である。 本発明の実施形態に係るパワーコンディショナの裏面を正面視した平面図である。 本発明の実施形態に係るパワーコンディショナを壁に設置する状態での天面図および天面視した構成図である。 本発明の実施形態に係るパワーコンディショナを壁に設置する状態での側面図である。 本発明の実施形態に係るパワーコンディショナの機能ブロック図である。 本発明の実施形態に係るパワーコンディショナを壁に設置した状態を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係るパワーコンディショナを壁に設置した状態での側面図である。 従来のパワーコンディショナの裏面側の形状を示す平面図である。

本発明の実施形態に係るパワーコンディショナについて、図を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係るパワーコンディショナの分解斜視図である。図２は、本発明の実施形態に係るパワーコンディショナの裏面を正面視した平面図である。図２（Ａ）は装着用補助板を外した状態を示し、図２（Ｂ）は装着用補助板を装着した状態を示す。図３は、本発明の実施形態に係るパワーコンディショナを壁に設置する状態での天面図および天面視した構成図である。図４は、本発明の実施形態に係るパワーコンディショナを壁に設置する状態での側面図である。図５は、本発明の実施形態に係るパワーコンディショナの機能ブロック図である。図６は、本発明の実施形態に係るパワーコンディショナを壁に設置した状態を示す斜視図である。図７は、本発明の実施形態に係るパワーコンディショナを壁に設置した状態での側面図である。なお、図１から図４、図６、図７では、パワーコンディショナの蓋の図示を省略している。また、図６における太線はケーブルを示す。

まず、本実施形態に係るパワーコンディショナ１０の機能ブロックの構成について、図５を参照して説明する。

パワーコンディショナ１０は、ＰＶコンバータＦ３１、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータＦ３２、双方向型ＤＣ／ＡＣインバータＦ３３１、ＡＣラインフィルタＦ３３２、システムコントローラＦ３４を備える。

ＰＶコンバータＦ３１、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータＦ３２、および双方向型ＤＣ／ＡＣインバータＦ３３１は、ＨＶＤＣ（高圧直流）バスに接続されている。ＡＣラインフィルタＦ３３２は、双方向型ＤＣ／ＡＣインバータＦ３３１と商用電源の系統との間に接続されている。ＰＶコンバータＦ３１は、光発電パネル９１に接続されている。双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータＦ３２は、蓄電池９２に接続されている。なお、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータをさらに備え、燃料電池に接続してもよい。また、システムコントローラＦ３４は、ＨＶＤＣバスの電圧をモニタしながら、ＰＶコンバータＦ３１、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータＦ３２、双方向型ＤＣ／ＡＣインバータＦ３３１の動作を制御する。

パワーコンディショナ１０を構成する各回路機能部には、通電や駆動によって発熱する回路素子が含まれている。特に、ＰＶコンバータＦ３１、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータＦ３２、双方向型ＤＣ／ＡＣインバータＦ３３１、ＡＣラインフィルタＦ３３２には、大電流が流れるので、これらの回路機能部では発熱量が大きくなる。したがって、パワーコンディショナ１０には、後述する放熱部材２０が必要である。

このような回路構成からなるパワーコンディショナ１０は、図１から図４に示す構造からなる。

パワーコンディショナ１０は、放熱部材２０、回路基板３１，３２，３３，３４、枠体４０、および装着用補助板５０を備える。

放熱部材２０は、主板２１、放熱フィン２２、および脚部２２Ｅｄを備える。主板２１、放熱フィン２２、および脚部２２Ｅｄは一体形成されている。放熱部材２０は、熱伝導率の高い材料からなる。熱伝導率の高い材料を用いることによって、効果的な放熱が可能になる。例えば、放熱部材２０の材料は、アルミニウムＡｌを主成分とする合金である。

主板２１は、平面視して矩形である。主板２１の天面２１１は平坦である。主板２１の底面２１２には、複数の放熱フィン２２および脚部２２Ｅｄが形成されている。複数の放熱フィン２２および脚部２２Ｅｄは、主板２１における互いに対向する第１側面２１３および第２側面２１４に平行な方向（本発明の第１方向）に延びる長尺形状である。複数の放熱フィン２２は、主板における天面２１１、底面２１２、第１側面２１３、および第２側面２１４に直交し、互いに対向する第３側面２１５および第４側面２１５に平行な方向（本発明の第２方向）に沿って間隔をおいて配置されている。

２つの脚部２２Ｅｄは、複数の放熱フィン２２の配列方向（第２方向）の両端に、それぞれ配置されている。脚部２２Ｅｄの高さ（主板２１に直交する方向の長さ）は、放熱フィン２２の高さ（主板２１に直交する方向の長さ）よりも高い。２つの脚部２２Ｅｄにおける放熱フィン２２と反対側の側面は、第１側面２１３および第２側面２１４とそれぞれ面一になっている。脚部２２Ｅｄの幅は、放熱フィン２２の幅よりも広い。ただし、脚部２２Ｅｄの幅は、後述の装着用補助板５０を固定可能な程度であればよく、できる限り狭い方が好ましい。脚部２２Ｅｄの幅を狭くすることによって、放熱フィン２２を配置する領域を広くでき、放熱効率を向上させることができる。

放熱部材２０には、第１挿通孔２３および第２挿通孔２４が設けられている。

第１挿通孔２３は、平面視して第１側面２１３側の脚部２２Ｅｄの領域内に設けられている。第１挿通孔２３は、互いに挿通する孔２３１，２３２からなる。孔２３１は、天面２１１に開口している。孔２３２は、第１側面２１３に開口している。この構成により、第１挿通孔２３は、放熱部材２０の天面２１１に一方の開口を有し、途中で略直角に曲がり、第１側面２１３に他方の開口を有する貫通孔である。さらに、第１挿通孔２３は、底面２１２にも開口している。

第２挿通孔２４は、平面視して第２側面２１４側の脚部２２Ｅｄの領域内に設けられている。第２挿通孔２４は、互いに挿通する孔２４１，２４２からなる。孔２４１は、天面２１１に開口している。孔２４２は、第２側面２１４に開口している。この構成により、第２挿通孔２４は、放熱部材２０の天面２１１に一方の開口を有し、途中で略直角に曲がり、第２側面２１４に他方の開口を有する貫通孔である。さらに、第２挿通孔２４は、底面２１２にも開口している。

これら、第１挿通孔２３および第２挿通孔２４は、図６、図７に示すように、パワーコンディショナ１０を壁Ｗａｌｌに設置する際の取手として利用される。また、図７に示すように、回路基板３１，３２，３３，３４に接続するケーブルを外部に引き回すための孔としても利用される。

放熱部材２０には、放熱部材２０を平面視した略中央に突起２５に設けられている。突起２５は、平面視して円形となるように配置された円柱形状である。突起２５を円柱とすることによって、空気抵抗が低くなり、突起２５を設けることによる放熱効率の低下を抑制できる。突起２５は、放熱部材２０を平面視した略中央を通る放熱フィン２２に対して一体形成されている。突起２５は、後述のネジ留め用の孔２６１を形成し、ネジ留め時の機械的強度を得られる範囲で、できる限り小さく形成されている。突起２５は、脚部２２Ｅｄと同じ高さ（主板２１に直交する方向の長さ）で形成されている。

放熱部材２０には、ネジ留め用の孔２６１，２６２が形成されている。ネジ留め用の孔２６１は、突起２５に設けられている。ネジ留め用の孔２６２は、脚部２２Ｅｄに複数箇所設けられている。この際、放熱部材２０を平面視した各角部の近傍に、少なくともネジ留め用の孔２６２を設けることが好ましい。

回路基板３１，３２，３３，３４は、放熱部材２０における主板２１の天面２１１に実装されている。回路基板３１には、ＰＶコンバータＦ３１を構成する回路素子およびコネクタ３１１が実装されている。回路基板３２には、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータＦ３２を構成する回路素子およびコネクタ３２１が実装されている。回路基板３３には、双方向型ＤＣ／ＡＣインバータＦ３３１およびＡＣラインフィルタＦ３３２を構成する回路素子およびコネクタ３３１が実装されている。回路基板３４には、システムコントローラＦ３４を構成する回路素子が実装されている。

これら回路基板３１，３２，３３，３４が駆動および通電によって発熱する。この熱は、放熱部材２０に伝導され、その殆どが放熱フィン２２によって放熱される。

枠体４０は、放熱部材２０の天面２１１側に設置されている。枠体４０には、図示していないが、放熱用のスリットが複数設けられている。この放熱用のスリットからも或程度放熱される。枠体４０は、放熱部材２０の第１、第２、第３、第４側面２１３，２１４，２１５，２１６に沿って配置されている。すなわち、枠体４０は、回路基板３１，３２，３３，３４を内部に含むように配置されている。枠体４０における放熱部材２０と反対側の開口は、図示しない蓋によって覆われている。この際、蓋の内側に絶縁性の保護シートを配置するとよい。この際、保護シートは、透光性が低く、コネクタのみが露出する形状であると、作業性および安全性から好ましい。

装着用補助板５０は、外形が略矩形の主板５１を備える。主板５１を平面視した形状は、放熱部材２０を平面視した形状と略同じである。主板５１は、鋼等の剛性の高い材料からなる。主板５１の剛性は、放熱部材２０の剛性よりも高ければよい。ただし、剛性が高いほど、主板５１の厚みを薄くすることができる。

主板５１には、切り込み５１３，５１４が設けられている。切り込み５１３は、装着用補助板５０を放熱部材２０の裏面に固定した状態で、第１挿通孔２３と重なる位置に配置されている。切り込み５１４は、装着用補助板５０を放熱部材２０の裏面に固定した状態で、第２挿通孔２４と重なる位置に配置されている。

主板５１には、貫通孔５３１，５３２が形成されている。貫通孔５３１，５３２は、主板５１における第２方向に沿って間隔をおいて配置されている。貫通孔５３１，５３２は、主板５１における第２方向の中央位置を挟むように配置されている。貫通孔５３１，５３２は、所定の高さ（第１方向の長さ）および所定の幅（第２方向の長さ）を有する。貫通孔５３１，５３２の高さおよび幅は、壁に取り付けられた装着用のフック部材６３（図７参照）の形状、および、装着用補助板５０に要求される機械的強度に基づいて決定されている。

貫通孔５３１の縁には、貫通孔５３１を部分的に覆う庇５４１が形成されており、貫通孔５４１の縁には、貫通孔５４１を部分的に覆う庇５４２が形成されている。これら庇５４１，５４２を設けることによって、フック部材６３への固定強度および固定状態の安定性を向上させることができる。また、庇５４１，５４２を設けることによって、パワーコンディショナ１０をフック部材６３に容易に掛けることができる。

主板５１には、さらに、絞り加工による凹凸部５１０が設けられている。凹凸部５１０は、放熱部材２０と装着用補助板５０との間の空気流を加味して所定の形状に形成されている。

主板５１には、ネジ留め用の孔５６１，５６２が形成されている。ネジ留め用の孔５６１，５６２は、主板５１における凹凸部５１０のない領域に形成されている。ネジ留め用の孔５６１は、主板５１を平面視した略中央の位置に配置されている。ネジ留め用の孔５６２は、主板５１の第２方向の両端辺付近に配置されている。

装着用補助板５０は、凹凸部５１０によって、突起する側を放熱部材２０と反対側になるように、放熱部材２０の裏面側に固定される。この際、装着用補助板５０のネジ留め用の孔５６１と放熱部材２０のネジ留め用の孔２６１が重なり、装着用補助板５０のネジ留め用の孔５６２と放熱部材２０のネジ留め用の孔２６２が重なる。ネジ留め用の孔５６１と放熱部材２０のネジ留め用の孔２６１にはネジが螺合する。ネジ留め用の孔５６２と放熱部材２０のネジ留め用の孔２６２にはネジが螺合する。これにより、装着用補助板５０は、放熱部材２０の裏面に強固に固定される。

このようなパワーコンディショナ１０は、図６、図７に示すように、壁Ｗａｌｌに装着されて、固定される。

壁Ｗａｌｌの壁面には、壁側治具６０が設置されている。壁側治具６０は、主体６１、受け板６２、およびフック部材６３を備える。壁側治具６０は、剛性の高い材料からなる。主体６１、受け板６２、およびフック部材６３は一体形成されている。主体６１は、壁面に当接して固定されている。受け板６２は、主体６１の平板面に対して直交する方向に延びる平板である。受け板６２には、図示しない複数の通気孔が形成されている。複数の通気孔は、パワーコンディショナ１０を設置した状態で、放熱フィン２２の間の空間と重なっている。フック部材６３は、主体６１の平板面から突出して湾曲しながら延びる形状である。

パワーコンディショナ１０は、装着用補助板５０の貫通孔５３１，５３２をフック部材６３に嵌合させることによって、壁側治具６０、すなわち壁Ｗａｌｌに固定される。

この際、パワーコンディショナ１０は、放熱部材２０の第４側面２１６側が受け板６２に当接して支えられる。したがって、パワーコンディショナ１０は、壁Ｗａｌｌに対して安定して固定される。この際、受け板６２の複数の通気孔とパワーコンディショナ１０の放熱フィン２２の間の空間とは重なっているので、空気流が阻害されず、放熱効果の低下を抑制できる。

このような構成とすることによって、放熱部材２０に壁Ｗａｌｌへの装着用の貫通孔を設けなくても、パワーコンディショナ１０を壁Ｗａｌｌに固定することができる。この際、装着用補助板５０の剛性が放熱部材２０の剛性よりも高いので、貫通孔の周りの部材の厚みを薄くすることができる。したがって、放熱部材２０に貫通孔を設けるよりも小さな領域や薄い厚みで装着用補助板５０に貫通孔を設けても、所望とする壁Ｗａｌｌへの固定強度を得ることができる。したがって、パワーコンディショナ１０を薄くすることができる。

また、放熱部材２０の脚部２２Ｅｄの高さが放熱フィン２２の高さよりも高いので、放熱フィン２２は、装着用補助板５０に接触しない。これにより、放熱フィン２２から装着用補助板５０に直接熱伝導することを防止できる。したがって、パワーコンディショナ１０の長時間使用による壁面へのダメージを低下させることができる。

この際、装着用補助板５０は、放熱部材２０の脚部２２Ｅｄに対して複数箇所で固定されているので、放熱フィン２２が装着用補助板５０から離間していても、必要な固定強度を得ることができる。

また、上述の構成では、放熱部材２０および装着用補助板５０を平面視した略中央においても放熱部材２０と装着用補助板５０は固定されている。これにより、固定によって装着用補助板５０に係るパワーコンディショナ１０による荷重を、装着用補助板５０の全面に分散して受けることができる。これにより、装着用補助板５０を介してパワーコンディショナ１０を壁Ｗａｌｌに固定する状態の機械的強度をさらに向上できる。したがって、装着用補助板５０を薄くでき、パワーコンディショナ１０をさらに薄くすることができる。この際、装着用補助板５０と放熱部材２０との固定位置は、パワーコンディショナ１０を平面視して、第２方向の中央で且つ第１方向に延びる直線に対して線対称であることが好ましい。

また、上述の構成では、絞り加工による凹凸部５１０が装着用補助板５０に設けられており、凹凸部５１０と異なる複数の位置で装着用補助板５０が放熱部材２０に固定されている。これにより、放熱フィン２２と装着用補助板５０との間の空気の流れを向上させることができる。したがって、放熱効率をさらに向上させることができる。

１０，１０Ｐ：パワーコンディショナ
２０：放熱部材
２１：主板
２２：放熱フィン
２２Ｅｄ：脚部
２３：第１挿通孔
２４：第２挿通孔
２９Ｐ：突起
３１，３２，３３，３４：回路基板
４０：枠体
５０：装着用補助板
５１：主板
６０：壁側治具
６１：主体
６２：受け板
６３：フック部材
９１：光発電パネル
９２：蓄電池
２１１：天面
２１２：底面
２１３：第１側面
２１４：第２側面
２１５：第３側面
２１６：第４側面
２６１，２６２：ネジ留め用の孔
２９０Ｐ：鉤状孔
３１１，３２１，３３１：コネクタ
５１０：凹凸部
５１３，５１４：切り込み
５３１，５３２：貫通孔
５４１，５４２：庇
Ｆ３１：ＰＶコンバータ
Ｆ３２：双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ
Ｆ３３１：双方向型ＤＣ／ＡＣインバータ
Ｆ３３２：ＡＣラインフィルタ
Ｆ３４：システムコントローラ

Claims (5)

1. 電気的発熱素子を含むパワーコンディショナ回路が形成された回路基板と、
   表面に前記回路基板が実装され、裏面に複数の放熱フィンが配列された放熱部材と、
   前記放熱部材の裏面側に固定され、壁への装着用の孔が設けられ、前記放熱部材よりも剛性の高い装着用補助板と、
   を備える、パワーコンディショナ。
2. 前記複数の放熱フィンは、前記放熱部材の裏面を平面視して、第１方向に延びる長尺状であり、前記第１方向に直交する第２方向に間隔を空けて配列されており、
   前記放熱部材は、前記複数の放熱フィンの前記配列の方向の両端に、脚部を備え、
   前記装着用補助板は、前記脚部に対して複数箇所で固定されており、
   前記放熱フィンと前記装着用補助板との間には空隙を有する、
   請求項１に記載のパワーコンディショナ。
3. 前記放熱部材の裏面を平面視して、前記複数の放熱フィンの少なくとも１つには、前記装着用補助板に当接する突起を備え、
   前記装着用補助板は、前記突起にも固定されている、
   請求項２に記載のパワーコンディショナ。
4. 前記突起は、前記放熱部材の裏面を平面視した略中央を通る放熱フィンに一体形成されている、
   請求項３に記載のパワーコンディショナ。
5. 前記装着用補助板は、凹凸部を備える、
   請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のパワーコンディショナ。

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