(57)【要約】【課題】電装ユニットの構成部品についてもコンパクトに配置して占有面積を低減すると共に、メンテナンス性を向上させるようにしたガスタービン発電装置を提供する。【解決手段】ガスタービン発電装置の発電電力をインバータを介して任意の周波数の交流電流に変換する電装ユニット４０において、冷却ファン４０ａによって吸引された空気が通過する空気通路が形成されるヒートシンク４０６の空気通路と反対側の戴置面４０６ｂ側に、電装ユニット４０の構成部品、即ち、インバータ４００の１２個のスイッチング素子４００ａ１，４００ｂ１と、ＤＣ−ＤＣコンバータと、端子台４１２と、コンデンサ４００ｃとを載置すると共に、ヒートシンク４０６を筐体の前面側から引き出し自在に構成した。【選択図】図５
2006046296.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン・エンジンと、前記エンジンに接続される発電機とからなり、少なくとも前記エンジンと発電機を収容する筐体とを備えたガスタービン発電装置において、前記発電機が発電した電力をインバータを介して任意の周波数の交流電流に変換して外部の電気負荷に供給する電装ユニットを、
ａ．前記筐体の前面側に配置されて空気を吸引する冷却ファン、
ｂ．前記冷却ファンによって吸引された空気が通過する空気通路が形成されるヒートシンク、
ｃ．前記ヒートシンクの前記空気通路に面する面と反対側の戴置面側に戴置され、前記インバータを構成する複数個のスイッチング素子、
ｄ．前記複数個のスイッチング素子よりも前記空気通路における空気の流れにおいて下流に相当する位置で前記戴置面側に戴置され、前記インバータに接続されるＤＣ−ＤＣコンバータ、
ｅ．前記戴置面側に戴置され、前記インバータの複数個のスイッチング素子を後段のＬＣフィルタに接続する端子、
および
ｆ．前記戴置面側に戴置され、前記スイッチング素子によって変換された出力を平滑するコンデンサ、
から構成すると共に、前記ヒートシンクを前記筐体の前面側から引き出し自在に構成したことを特徴とするガスタービン発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はガスタービン発電装置に関し、より具体的にはその中の電装ユニットの配置構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンプレッサとタービンを同軸に配した１軸型などのガスタービン・エンジンと、それに接続される発電機とからなり、それらを筐体（ハウジング）に収容したガスタービン発電装置は良く知られており、本出願人も例えば下記の特許文献１において提案している。その特許文献１に記載の技術にあっては、エンジン、発電機など発電装置の全体を筐体内にコンパクトに収容して占有スペースを低減すると共に、メンテナンス性の向上を図っている。
【０００３】
また、この種のガスタービン発電装置には発電機が発電した電力を任意の周波数の交流電流に変換して外部の電気負荷に供給する電装ユニットが設けられるが、その中の電力変換器（ＡＣ−ＡＣコンバータ）などは放熱を必要とすることから、従来、例えば特許文献２記載の技術のように、電力変換器の内部にヒートシンクを設け、変換器の下部の入口開口から導入した冷却空気でヒートシンクを冷却することが提案されている。
【特許文献１】特開２００４−０８４５７６号公報
【特許文献２】特開２００３−１２０３２９号公報（段落００３６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１記載の技術のように発電装置の全体をコンパクトに収容してメンテナンス性を高めるに止まらず、その中の電装ユニットについても、その構成部品をコンパクトに収容して占有面積を低減しつつメンテナンス性を向上させるのが望ましいが、その場合、特許文献２記載の技術のようにヒートシンクを構成部品の内部に配置する構成にすると、コンパクト性とメンテナンス性の向上の点で限界がある。
【０００５】
従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、電装ユニットの構成部品についてもコンパクトに配置して占有面積を低減すると共に、メンテナンス性を向上させるようにしたガスタービン発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した課題を解決するために、請求項１にあっては、ガスタービン・エンジンと、前記エンジンに接続される発電機とからなり、少なくとも前記エンジンと発電機を収容する筐体とを備えたガスタービン発電装置において、前記発電機が発電した電力をインバータを介して任意の周波数の交流電流に変換して外部の電気負荷に供給する電装ユニットを、前記筐体の前面側に配置されて空気を吸引する冷却ファン、前記冷却ファンによって吸引された空気が通過する空気通路が形成されるヒートシンク、前記ヒートシンクの前記空気通路に面する面と反対側の戴置面側に戴置され、前記インバータを構成する複数個のスイッチング素子、前記複数個のスイッチング素子よりも前記空気通路における空気の流れにおいて下流に相当する位置で前記戴置面側に戴置され、前記インバータに接続されるＤＣ−ＤＣコンバータ、前記戴置面側に戴置され、前記インバータの複数個のスイッチング素子を後段のＬＣフィルタに接続する端子、および前記戴置面側に戴置され、前記スイッチング素子によって変換された出力を平滑するコンデンサから構成すると共に、前記ヒートシンクを前記筐体の前面側から引き出し自在に構成した。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１に係るガスタービン発電装置にあっては、冷却ファンによって吸引された空気が通過する空気通路が形成されるヒートシンクの空気通路に面する面と反対側の戴置面側に、インバータの複数個のスイッチング素子と、ＤＣ−ＤＣコンバータと、ＬＣフィルタに接続する端子と、コンデンサとを配置するようにしたので、換言すれば、電装ユニットを構成する部品のほとんどをヒートシンクの上に配置するようにしたので、電装ユニットをコンパクトに配置して占有面積を低減することができる。
【０００８】
さらに、それら電装ユニットの構成部品が戴置されたヒートシンクを筐体の前面側から引き出し自在に構成にしたので、メンテナンス性を向上させることができる。また、冷却ファンも同様に筐体の前面側に配置したので、冷却ファンの交換が容易となってメンテナンス性を一層向上させることができる。
【０００９】
また、それら電装ユニットの構成部品を冷却ファンによって吸引された空気が通過する空気通路に面する面と反対側の戴置面に戴置される如く構成したので、効果的に放熱させることができる。さらに、比較的放熱要求量が小さいＤＣ−ＤＣコンバータを、スイッチング素子の下流側に配置したので、その放熱要求量も満足させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、添付図面に即してこの発明に係るガスタービン発電装置を実施するための最良の形態について説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は、この発明の第１実施例に係るガスタービン発電装置を全体的に示す斜視図、図２は図１に示す装置を筐体に収容した状態で示す縮小斜視図である。
【００１２】
図１および図２において、符号１０はガスタービン発電装置（以下単に「発電装置」という）を示す。発電装置１０は図１に示すようにパッケージフレーム１２で囲われ、それにサイドプレート１４、リアプレート１６、ドア（一方の図示省略）２０およびルーフ（図示せず）などが取り付けられ、図２に示すような直方体の筐体（ハウジング）２２が形成される。発電装置１０はこのように筐体（ハウジング）２２を備え、その中に収容される。
【００１３】
図２に示す如く、筐体２２はその内部空間を隔壁２４で重力方向において上下に分割され、よって形成される上部空間には、コンプレッサとタービン（共に図示せず）を同軸に配置した、円筒状のガスタービン・エンジン（以下単に「エンジン」という）２６が横置き（タービンなどの回転軸の方向が水平方向となる）に収容される。
【００１４】
エンジン２６には、その回転出力によって駆動される発電機３０が接続される。エンジン２６と発電機３０の間には、エンジン２６に吸気を導入するための吸気通路３２が設けられ、図示しない適宜なシール材を介してエンジン２６の吸気口と気密に接続される。また、エンジン２６において、発電機３０が接続される側とは反対側の端部には、排気ダクト（図示せず）が配置され、図示しない適宜なシール材を介してエンジン２６の排気口と気密に接続される。尚、図２においてエンジン２６と発電機３０の図示を省略した。
【００１５】
また、筐体２２の下部空間において、上部空間に配置されたエンジン２６と対角をなす位置には、燃料圧縮用のコンプレッサ３４が配置される。燃料圧縮用コンプレッサ３４は、天然ガスや都市ガスなどの気体燃料を圧縮し、図示しない燃料供給路を介してエンジン２６に供給する。
【００１６】
また、筐体２２の下部空間において、エンジン２６の直下にはエンジン２６に吸気を導入するための吸気ダクト３６（図２に示す）が配置されると共に、さらにその下方には、電装ユニット４０が配置される。図１に示す如く、電装ユニット４０は発電機３０に電気的に接続され、発電機３０の発電した電力を任意の周波数の交流電流に変換し、外部の電気機器（図示せず）に供給する。
【００１７】
電装ユニット４０は冷却ファン４０ａを４個備え、ユニット内の温度に応じて冷却ファン４０ａの動作（回転数）を制御し、過剰な温度上昇を防止する。さらに、電装ユニット４０は、その他の冷却ファン群（全て図示せず）の動作を制御すると共に、外部の電気機器からの電力供給の要求に応じ、エンジン２６の回転数を制御する。
【００１８】
尚、上記したその他の冷却ファン群、吸気ダクト３６あるいは排気ダクトならびにエンジン２６などの詳細は本出願人が先に提案した特許文献１に詳細に記載されているので、この明細書ではそれらの説明は省略する。
【００１９】
次いで、電装ユニット４０について詳細に説明する。
【００２０】
前記した如く、電装ユニット４０は発電機３０が発電した電力をインバータを介して任意の周波数の交流電流に変換して外部の負荷に供給するように動作するが、図３に示す回路図を参照して電装ユニット４０の主要構成部品である、そのインバータ４００について最初に説明する。
【００２１】
図示の如く、インバータ４００は主として、コンバータ部４００ａとインバータ部４００ｂから構成される。コンバータ部４００ａは６個の正負用のスイッチング素子４００ａ１からなり、発電機３０の三相結線を通じて出力される発電電力（交流）を入力して公知のスイッチング素子４００ａ１の作用によって直流に変換する。これら６個のスイッチング素子４００ａ１は全て、ＩＧＢＴ（Insulated-Gate Bipolar Transistor）からなる。
【００２２】
スイッチング素子４００ａ１で直流に変換されたコンバータ部４００ａの出力はコンデンサ４００ｃで平滑された後、インバータ部４００ｂに入力される。インバータ部４００ｂも６個の正負用のスイッチング素子４００ｂ１からなり、そこで入力は素子４００ｂ１のスイッチング作用によって適宜な周波数の交流に再び変換され、スイッチング作用による高周波成分を除去するためのＬＣフィルタ（回路）４００ｄおよびコンタクタ４００ｅを介して外部の照明などの電気負荷４０２に供給される。
【００２３】
インバータ部４００ｂの６個のスイッチング素子４００ｂ１も、同様にＩＧＢＴからなる。尚、コンタクタ４００ｅは、ガスタービン発電装置１０を電気負荷４０２に電気的に接続・遮断するための装置（スイッチ）である。
【００２４】
さらに、コンバータ部４００ａの出力は、インバータ４００に接続されるＤＣ−ＤＣコンバータ４０４を介して適宜な電圧に降圧され、操作パネルのインディケータ（図示せず）などの補機の電力として供給される。
【００２５】
電装ユニット４０が上記のような回路構成を備えるとき、コンバータ部４００ａ、インバータ部４００ｂおよびＤＣ−ＤＣコンバータ４０４は比較的発熱量が大きいことから、ヒートシンクなどを設けて放熱する必要があるが、特許文献２記載の技術のようにヒートシンクをそれらの内部あるいはその付近に個別に配置すると、大型化せざるを得ない。そこで、この実施例にあっては、１個のヒートシンク４０６のみ設けると共に、その上部にスイッチング素子４００ａ１などを戴置（搭載）するようにした。
【００２６】
以下、図４以降を参照して説明すると、図４はヒートシンク４０６の斜視図、図５はその上にスイッチング素子４００ａ１などの構成部品を戴置した状態での電装ユニット４０の斜視図、図６は図５に示す電装ユニット４０の平面図、および図７はその拡大側面図である。
【００２７】
図示の如く、ヒートシンク４０６は、大略ボックス状を呈し、下部が空洞に形成され、４個の冷却ファン４０ａによって吸引された冷却用の空気が矢印で示す方向に通過する空気通路４０６ａが形成されると共に、空気通路４０６ａに面する面と反対側の面（表面）は平坦とされ、そこに上記した構成部品が戴置される戴置面４０６ｂが形成される。ヒートシンク４０６は具体的には２個のヒートシンクを接合して製作される。
【００２８】
尚、ヒートシンク４０６の空気通路４０６ａを流れた空気は、リアプレート１６に穿設された排出孔（図示せず）を介して筐体２２の外部に放出される。
【００２９】
図５から図７に示す如く、コンバータ部４００ａのスイッチング素子４００ａ１は戴置面４０６ｂ側、より具体的にはその中央付近に６個並列して戴置面４０６ｂに直接接触するように戴置されると共に、その付近に対をなすようにインバータ部４００ｂのスイッチング素子４００ｂ１も同様に６個並列して戴置面４０６ｂに直接接触するように戴置される。
【００３０】
コンバータ部４００ａおよびインバータ部４００ｂ、より正確にはそれらのスイッチング素子４００ａ１，４００ｂ１の付近には、コンデンサ４００ｃが戴置面４０６ｂ側、より具体的にはその鉛直方向において上方の位置に戴置される。コンデンサ４００ｃはスイッチング素子４００ａ１，４００ｂ１の個数（合計１２個）に対して半分の６個が設けられると共に、正負極からなるバスバー４１０ａ，４１０ｂを介してそれらスイッチング素子に接続される。
【００３１】
図８は負極（−）側のバスバー４１０ａを、図９は正極（＋）側のバスバー４１０ｂを示す拡大部分斜視図である。尚、図９で符号４１０ｃは絶縁紙を示す（左端のコンデンサ４００ｃを除去して示す）。図示の如く、バスバー４１０は、２枚の銅板に絶縁紙を間に挟んで構成され、プレート状を呈する。
【００３２】
また、コンバータ部４００ａおよびインバータ部４００ｂ、より正確にはそれらのスイッチング素子４００ａ１，４００ｂ１の付近には、端子台（端子）４１２ａ，４１２ｂが２個、戴置面４０６ｂ側、より具体的にはその鉛直方向において同様に上方の位置に戴置される。
【００３３】
端子台４１２ａは、バスバー４１４ａ，４１４ｂ，４１４ｃを介してコンバータ部４００ａのスイッチング素子４００ａ１とそれぞれ接続される。また、端子台４１２ｂは、バスバー４１４ｄ，４１４ｅ，４１４ｆを介してインバータ部４００ｂのスイッチング素子４００ｂ１とそれぞれ接続される。各バスバーの周囲にはそれぞれホール素子からなる電流センサ４１６が設けられ、各バスバーを流れる電流に比例した出力を生じる。
【００３４】
一方、端子台４１２ａは、図１に示す如く、コンバータ部４００ａの電流制御性向上を意図して設置されたＡＣＬ（交流用インダクタ）４２０にケーブル４２２を介して接続されると共に、ＡＣＬ４２０はケーブル４２４を介して発電機３０に接続される。
【００３５】
また、端子台４１２ｂは、ＬＣフィルタ４００ｄにケーブル４２６を介して接続されると共に、ＬＣフィルタ４００ｄはコンタクタ４００ｅにケーブル４３０を介して接続され、コンタクタ４００ｅから外部の電気負荷４０２（図３）に供給される。尚、図１で、ＬＣフィルタ４００ｄとコンタクタ４００ｅをケース内に収容された状態で示す。
【００３６】
さらに、図７に示す如く、端子台４１２の下部には、ＤＣ−ＤＣコンバータ４０４が、スイッチング素子４００ａ１，４００ｂ１よりも空気通路４０６ａにおける空気（冷却空気）の流れにおいて下流に相当する位置において、戴置面４０６ｂ側に、より具体的には戴置面４０６ｂに直接接触するように戴置（配置）される。
【００３７】
図５などにおいて符号４３２，４３４は第１、第２のカバーの一部を示す。図１０は、図５に示す電装ユニット４０に第１、第２のカバー４３２，４３４を取り付けた状態を示す、電装ユニット４０の縮小斜視図である。図１０に示す如く、第１のカバー４３２はヒートシンク４０６の全体を覆い、電装ユニット４０の各部品を保護する。第２のカバー４３４は端子台４１２（図１０で図示省略）の上部付近のみを覆うように、第１のカバー４３２と別体に取り付けられる。
【００３８】
また、図１０に示す如く、ヒートシンク４０６は、その両側下端部が筐体２２に固定されたガイドレール４３６に係合され、ガイドレール４３６に沿って移動自在に構成される。それにより、図２に示す如く、電装ユニット４０は、ガイドレール４３６を介して筐体２２の前面側から引き出し自在に構成される。
【００３９】
この実施例に係るガスタービン発電装置にあって、電装ユニット４０は上記の如く、ヒートシンク４０６を１個で構成すると共に、冷却ファン４０ａによって吸引された空気（冷却空気）が通過する空気通路４０６ａが形成されるヒートシンク４０６の空気通路４０６ａに面する面と反対側の戴置面側４０６ｂに、インバータ４００の複数個のスイッチング素子４００ａ１，４００ｂ１と、ＤＣ−ＤＣコンバータ４０４と、ＬＣフィルタ４００ｄなどに接続する端子台（端子）４１２と、コンデンサ４００ｃとを配置するようにしたので、換言すれば、電装ユニット４０を構成する部品のほとんどをヒートシンク４０６の上に配置するようにしたので、電装ユニット４０を、冷却性を確保しつつ、コンパクトに配置して占有面積を低減することができる。
【００４０】
さらに、それら電装ユニット４０の構成部品が戴置されたヒートシンク４０６、換言すれば電装ユニット４０を筐体２２の前面側からガイドレール４３６を介して引き出し自在に構成にしたので、引き出した後、第２のカバー４３４を外せば、端子台４１２などに速やかにアクセスすることができるので、メンテナンス性を向上させることができる。また、冷却ファン４０ａも同様に筐体２２の前面側に配置したので、冷却ファン４０ａの交換が容易となってメンテナンス性を一層向上させることができる。
【００４１】
また、それら電装ユニットの構成部品を冷却ファン４０ａによって吸引された空気が通過する空気通路４０６ａに面する面と反対側、換言すればその直近の戴置面４０６ｂに戴置される如く構成したので、スイッチング素子などの構成部品を効果的に放熱させることができる。さらに、比較的放熱要求量が小さいＤＣ−ＤＣコンバータ４０４は、スイッチング素子４００ａ１，４００ｂ１の下流側に配置したので、その放熱も支障なく行うことができる。また、コンデンサ４００ｃや端子台４１２を戴置面４０６ｂから上方位置に置くようにしたので、電装ユニット４０の横方向長さを減少させることができる。
【００４２】
さらに、１２個のスイッチング素子４００ａ１，４００ｂ１を並列に配置すると共に、コンデンサ４００ｃはその半分の個数だけ設けてプレート状のバスバー４１０で接続、換言すれば、スイッチング素子をコンデンサ４００ｃの集合体に接続するようにしたので、両端に配置するスイッチング素子にサージが発生するような不都合を回避することができる。
【００４３】
さらに、端子台４１２をスイッチング素子４００ａ１，４００ｂ１に接続するバスバー４１４に電流センサ４１６を直接取り付けるように構成したので、その取付台を不要とすることができる。
【００４４】
また、上記の如く構成したことで、発電装置１０の全体としても、コンパクト性およびメンテナンス性を向上できると共に、一層の静粛化を図ることができる。
【００４５】
このように、この実施例にあっては、ガスタービン・エンジン２６と、前記エンジンに接続される発電機３０とからなり、少なくとも前記エンジンと発電機を収容する筐体２２とを備えたガスタービン発電装置１０において、前記発電機が発電した電力をインバータ４００を介して任意の周波数の交流電流に変換して外部の電気負荷４０２に供給する電装ユニット４０を、前記筐体の前面側に配置されて空気を吸引する冷却ファン４０ａ、前記冷却ファンによって吸引された空気が通過する空気通路４０６ａが形成されるヒートシンク４０６、前記ヒートシンクの前記空気通路に面する面と反対側の戴置面４０６ｂ側に戴置され、前記インバータ４００を構成する複数個のスイッチング素子４００ａ１，４００ｂ１、前記複数個のスイッチング素子よりも前記空気通路における空気の流れにおいて下流に相当する位置で前記戴置面４０６ｂ側に戴置され、前記インバータに接続されるＤＣ−ＤＣコンバータ４０４、前記戴置面４０６ｂ側に戴置され、前記インバータの複数個のスイッチング素子を後段のＬＣフィルタ４００ｄに接続する端子（より具体的には端子台）４１２、および前記戴置面４０６ｂ側に戴置され、前記スイッチング素子によって変換された出力を平滑するコンデンサ４００ｃから構成すると共に、前記ヒートシンク４０６を前記筐体２２の前面側から引き出し自在に構成した。
【００４６】
尚、上記において、コンデンサ４００ｃあるいは端子台４１２を戴置面４０６ｂの鉛直方向において上方の位置に配置するようにしたが、下方の位置、例えば、戴置面４０６ｂに凹部を形成してそこに埋設するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】この発明の第１実施例に係るガスタービン発電装置を全体的に示す斜視図である。
【図２】図１に示す装置を筐体に収容した状態で示す縮小斜視図である。
【図３】図１などに示す電装ユニットの主要構成部品である、インバータの回路図である。
【図４】図１などに示す電装ユニットの内部に配置されるヒートシンクの斜視図である。
【図５】図４に示すヒートシンクの上に、図３に示すインバータの、スイッチング素子などの構成部品が戴置された状態での電装ユニットを示す斜視図である。
【図６】図５に示す電装ユニットの平面図である。
【図７】図５に示す電装ユニットの拡大側面図である。
【図８】図５などに示す、インバータのスイッチング素子をコンデンサに接続するバスバーの中の負極（−）側のそれを示す拡大斜視図である。
【図９】同様に、図５などに示す、インバータのスイッチング素子をコンデンサに接続するバスバーの中の正極（＋）側のそれを示す拡大斜視図である。
【図１０】図５に示す電装ユニットにカバーを取り付けた状態を示す、電装ユニットの縮小斜視図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０      ガスタービン発電装置
２２      筐体（ハウジング）
２６      ガスタービン・エンジン
３０      発電機
４０      電装ユニット
４０ａ    冷却ファン
４００      インバータ
４００ａ    コンバータ部
４００ａ１  コンバータ部のスイッチング素子
４００ｂ    インバータ部
４００ｂ１  インバータ部のスイッチング素子
４００ｃ    コンデンサ
４００ｄ    ＬＣフィルタ（回路）
４０２      電気負荷
４０４      ＤＣ−ＤＣコンバータ
４０６      ヒートシンク
４０６ａ    空気通路
４０６ｂ    戴置面
４１２      端子台（端子）
【図１】
2006046296.tif 000003
【図２】
2006046296.tif 000004
【図３】
2006046296.tif 000005
【図４】
2006046296.tif 000006
【図５】
2006046296.tif 000007
【図６】
2006046296.tif 000008
【図７】
2006046296.tif 000009
【図８】
2006046296.tif 000010
【図９】
2006046296.tif 000011
【図１０】
2006046296.tif 000012