(57)【要約】【課題】  電源装置における電解コンデンサのメーカー推奨寿命より長命となる最適寿命を精度良く推定する方法の提供。【解決手段】  ステップＳ２で電解コンデンサの表面の最高温度部を特定し、この最高温度部にコードレスメモリー式小型温度測定器（温度メモリーボタン）を直付けして表面温度の実測を開始する。この温度測定が所定時間行われると、小型温度測定器を取り出してステップＳ４の「アレニウスの寿命計算による最適寿命推定」の作業に移行する。測定した温度データをコンピュータに取り込み、アレニウスの寿命計算式に代入して最適寿命を算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電源電圧を平滑する電解コンデンサを有する電源装置の前記電解コンデンサの表面温度を、当該電解コンデンサに直付けしたコードレスメモリー式小型温度測定器で測定し、当該小型温度測定器でメモリーした温度測定データをアレニウスの寿命計算式に代入して、前記電解コンデンサの最適寿命を推定することを特徴とする電源装置の寿命推定方法。
【請求項２】
入力電源電圧を平滑する電解コンデンサを有する電源装置の前記電解コンデンサ表面の最高温度部を表面温度計で特定する工程と、前記電解コンデンサの最高温度部の表面温度をコードレスメモリー式小型温度測定器で測定する工程と、前記小型温度測定器を前記電源装置から取り出してメモリーされた温度測定データをコンピュータでデータ処理して電解コンデンサの最適寿命を算出する工程と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の電源装置の寿命推定方法。
【請求項３】
入力電源電圧を平滑する電解コンデンサを有し、冷却装置で冷却される電源装置における前記電解コンデンサの表面温度を、当該電解コンデンサに直付けしたコードレスメモリー式小型温度測定器で測定することで電源装置の負荷温度試験および負荷電流測定試験を行い、その試験結果から前記冷却装置の冷却効果を判断して、電源装置の長寿命化対策を検討することを特徴とする電源装置の寿命管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種電気設備に使用される電源装置の最適寿命を推定する方法および電源装置の長寿命化対策を検討するための寿命管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種の制御盤（配電盤など）には、電力変換装置などの電源装置が配備される。この電源装置に使用される電解コンデンサは、例えばＡＣ１００Ｖの入力電源電圧をＤＣ２４Ｖの出力電源電圧に平滑する。通常において、電源装置の寿命は、電解コンデンサの寿命に大きく依存する。アルミ電解コンデンサの場合、有底のケース内に電解液を封入して、ケースの開口をパッキン（ゴム弾性体）で封口している。この電解コンデンサにおいては、周囲温度により電解液が気化してガス圧が上昇し、パッキンの中を拡散してガス抜け等価直列抵抗が増加するため、発熱量が大きくなりガスアップを促進させ、静電容量が低下する。電解液の拡散は、周囲温度に大きく依存し、電解コンデンサの電気的特性の経時変化と周囲温度との関係は、アレニウスの化学反応速度論に近似する。このことから電解コンデンサの寿命を、次式（１）のアレニウスの寿命計算式で推定するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【数１】
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なお、式（１）において、Ｌは寿命時間（Ｈ）、Ｌｓは規定寿命（Ｈ）、Ｋは定数、Ｔは使用時の環境温度である使用温度（℃）、Ｔｓは使用時の環境温度の最高値である規定寿命温度（℃）である。定数Ｋは、通過リップル電流による発熱分に関連する寿命の補正係数である。
【特許文献１】特開平０８−３２２１４１号公報（第０００３段）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
電解コンデンサを備えた電源装置の使用環境、稼働状況は様々であり、電源装置の寿命推定値も様々である。電解コンデンサの推定寿命を上記式（１）で求めているが、使用温度Ｔはどのよう部位の温度を計測するか、どのような方法で計測するかで、使用温度Ｔの計測値が変わり、寿命推定値が変動する。一般の電源装置は、放熱板に組み込まれており、電源装置内が非絶縁部位で密集しているために、電解コンデンサの実温度を計測することが事実上困難である。そこで、電源装置の寿命推定は、電源装置のメーカー推奨に頼っているのが現状である。
【０００４】
しかし、メーカー推奨の推定寿命は、安全面から（実際の最適寿命より）短命であるのが実情である。例えば、２４Ｖ電源装置のアルミ電解コンデンサのメーカー推奨の推定寿命は７〜８年で、この推定寿命７〜８年を目安に電解コンデンサを新品と取り替え、電源装置の冷却装置などの保守点検、修繕を行うようにしている。このようなメーカー推奨の寿命推定は、ユーザー側にとっては寿命管理が容易になり便利であるが、早め早めに繰り返し行われる部品交換がユーザー側に大きな経済的負担を強いることになる。
【０００５】
本発明は、斯かる実情に鑑みてなされたもので、電源装置における電解コンデンサのメーカー推奨寿命より長命となる最適寿命を精度良く推定する方法と、この寿命推定方法を利用して長寿命化を検討するに好適な寿命管理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記目的を達成するため、入力電源電圧を平滑する電解コンデンサを有する電源装置の電解コンデンサ表面温度を、電解コンデンサに直付けしたコードレスメモリー式小型温度測定器で測定し、この小型温度測定器でメモリーした温度測定データをアレニウスの寿命計算式に代入して、電解コンデンサの最適となる寿命を推定することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は、上記電解コンデンサ表面の最高温度部を表面温度計で特定する工程と、特定した電解コンデンサの最高温度部の表面温度をコードレスメモリー式小型温度測定器で測定する工程と、小型温度測定器を電源装置から取り出してメモリーされた温度測定データをコンピュータでデータ処理して電解コンデンサの最適となる寿命を算出する工程とで、電解コンデンサの最適寿命を推定することができる。
【０００８】
ここで、電源装置は、ＡＣ１００ＶをＤＣ２４Ｖに平滑するアルミ電解コンデンサを備えた２４Ｖ電源装置などであり、各種の制御盤に冷却装置と共に配備される。コードレスメモリー式小型温度測定器は、温度メモリーボタンの名称で市販されている小型温度測定器が適用できる。温度メモリーボタンは、１円硬貨より一回り大きな円形薄型ボタン形状を成し、電源装置の電解コンデンサ表面に直付けすることができる。制御盤に配備された電源装置にコードレスの温度メモリーボタンを取り付けるため、制御盤の扉を閉じた状態で温度測定ができ、盤内の短絡事故の心配がない。電源装置の電解コンデンサ表面に温度メモリーボタンを直付けすることで、電解コンデンサの実温度が精度良く計測される。この場合、電解コンデンサ表面の最高温度部を表面温度計で特定して、この最高温度部の温度を温度メモリーボタンで計測して、電解コンデンサの実温度とすることが、電解コンデンサの寿命を安定かつ正確に推定する上で望ましい。
【０００９】
温度メモリーボタンを電源装置から取り出し、コンピュータで温度メモリーボタンにメモリーされた温度測定データを読み込み、読み込んだデータをアレニウスの寿命計算式に代入することで、電解コンデンサの最適となる寿命が推定できる。推定できる最適寿命は、電解コンデンサ表面温度の直接的な実測値に基づくことから、メーカー推奨の寿命より確実に長命であり、電解コンデンサの長寿命化対策に有効利用できる。
【００１０】
また、本発明においては、入力電源電圧を平滑する電解コンデンサを有し、冷却装置で冷却される電源装置における電解コンデンサの表面温度を、電解コンデンサに直付けしたコードレスメモリー式小型温度測定器で測定することで、電源装置の負荷温度試験および負荷電流測定試験を行い、その試験結果から冷却装置の冷却効果を判断して、電源装置の長寿命化対策を検討することができる。
【００１１】
電源装置における電解コンデンサの寿命は、周囲温度に大きく依存し、アレニウスの寿命計算式によると、周囲温度が１０℃増減変動することで推定寿命が半減或いは倍増する。そのため、電源装置を備えた制御盤には、電源装置を常時に冷却する冷却装置が配備される。この冷却装置は、制御盤の盤内温度を調整するもので、盤外の空気取入れ口のフィルタの詰まりや、冷却ファンの性能低下などの要因で冷却効果が変動して、電解コンデンサの寿命に影響を及ぼす。この冷却装置の冷却効果の良し悪しを、電解コンデンサの実温測定値と、電源装置の負荷温度試験および負荷電流測定試験の結果から判断すれば、如何にすれば電解コンデンサの寿命を延ばすことができるかが分かり、電源装置の長寿命化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電源装置の寿命を決める電解コンデンサの表面温度をコードレスメモリー式小型温度測定器で測定し、測定した温度データをコンピュータでアレニウスの寿命計算式に代入することで、電解コンデンサの最適となる寿命を推定するようにしたので、推定寿命がメーカー推奨寿命より確実に長く、かつ、より高い正確性をもって推定できる。そのため、電源装置の寿命に伴う部品交換の周期延長が図れ、電源装置のユーザー側の経済的負担が軽減されるという優れた効果を奏し得る。
【００１３】
また、冷却装置による電解コンデンサの冷却効果を、電解コンデンサの実温測定値と電源装置の負荷温度試験および負荷電流測定試験の結果から判断すれば、如何にすれば電解コンデンサの寿命を延ばすことができるかが分かり、適切でより経済的な電源装置の長寿命化を実行することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図３を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明方法を説明するためのフロー図である。図２は、寿命推定の実施対象である制御盤１の概要を示す。制御盤１は、縦長箱形の本体２を備える。本体２の前面下部にフィルタ３が設置され、フィルタ３を通して外気が冷却風として本体２内に導入される。本体２の裏面上部に冷却ファン４が設置される。本体２の内部の最上段に電源装置１０が配備され、その下段に制御モジュール１２、１２と入出力カード１３が配置され、これらモジュールの周辺に冷却装置３０が配備される。冷却装置３０は、フィルタ３、冷却ファン４、５などで構成され、電源装置１０および制御モジュール１２、１２を適温に冷却する。
【００１６】
電源装置１０は、放熱板に変圧器や電解コンデンサなどの部品を組み付けたブロック体で、例えば上部に電解コンデンサ１１を配備する。電源装置１０の寿命は電解コンデンサ１１の寿命で決められる。電源装置１０が２４Ｖ電源装置の場合、メーカー推奨の電解コンデンサ寿命は約７年である。この電解コンデンサ１１の本発明方法による寿命推定は、図１の上段にある最適寿命推定フローＦ１のように行う。
【００１７】
最適寿命推定は、フローＦ１のステップＳ１に示すように電源装置１０を含む制御盤１の修繕到達時期において開始する（スタート）。この開始に先立ち、ステップＳ２で制御盤１の扉を開き、電源装置１０の電源を開放する。電源装置１０を取り外して、試験室にて電解コンデンサ１１を露呈させ、電源装置１０に仮設電源を供給する。次に表面温度計（図示せず）により、電源装置１０の内部に複数個ある電解コンデンサ１１の表面温度の高いものを特定（２〜３個特定）する。特定された電解コンデンサ１１の最高温度部に、図２の概略図で示すようにコードレスメモリー式小型温度測定器２０を強力な両面テープなどで直付けする。電源装置１０を制御盤１に取り付け、電源を復旧し制御盤１の扉を閉じれば、ステップ３の実機温度試験の準備が整う。小型温度測定器２０による実測の開始と停止は予めコンピュータで、小型温度測定器２０に設定しておくことで可能となる。この温度測定が所定時間行われると、制御盤１の扉を開き、電源装置１０から小型温度測定器２０を取り出して、ステップＳ４の「アレニウスの寿命計算による最適寿命推定」の作業に移行する。
【００１８】
小型温度測定器２０がメモリーした温度測定データの最高値が５２℃であった場合、この温度は電解コンデンサ１１の表面の最高温度であり、コンデンサ実働時の実測値として使用できる。この５２℃の温度データをコンピュータに取り込み、前述した（１）式のアレニウスの寿命計算式の使用温度Ｔに代入すると、算出される最適寿命は９．０年である。したがって、メーカー推奨の修繕周期としての寿命７年が２年延長されることになる。これは電解コンデンサ１１の温度測定を、限りなく実測値に近似させて測定した結果であり、７年で修繕あるいは部品交換していたものが２年延期でき、ユーザーの経済的負担が大幅に軽減できる。
【００１９】
以上の最適寿命推定の作業において、電解コンデンサ１１の表面温度をコードレスメモリー式小型温度測定器２０で計測することが、次の点で有利である。すなわち、表面温度計や小型測温抵抗体による温度測定も可能であるが、これらは準備品が必要でコスト高になる。その点、温度メモリーボタンで知られるコードレスメモリー式小型温度測定器２０は、単品がそのまま使用できて総合的にコスト安である。また、小型温度測定器２０はコードレスゆえに電源装置内部短絡の心配なくして使用でき、制御盤１の扉を閉じて実働する電解コンデンサ１１の実温度が測定できる。
【００２０】
本発明方法で推定される電解コンデンサ１１の最適寿命は、図１下段の長寿命化検討フローＦ２に基づいて長命化を図るための検討ができる。この長命化は、図２の制御盤１においては冷却装置３０の冷却効果を判断することで行う。
【００２１】
図１のステップＳ５の負荷温度試験は、電源装置１０の電源を開放後、電源装置１０を取り外して、試験室にて模擬負荷（図示せず）を接続する。この試験により、電源装置１０の負荷に対する温度試験値が得られる。次に制御盤１に電源装置１０を取り付け、電流計にて実機負荷電流を測定する。この実機負荷電流値とステップＳ３で得られた電解コンデンサ１１の最高温度により、実機負荷電流に対する電解コンデンサ１１の温度が明確になる。このデータを電源装置１０の負荷温度試験値と比較すれば、電源装置１０の冷却効果が判断できる。得られたデータにより図１のステップＳ６の冷却効果を判断する。例えば、負荷温度試験値＋１０℃以内であれば、冷却効果「良」と判断する。
【００２２】
図１のステップＳ６で冷却効果が悪く、寿命に影響する「否」と判断された場合、ステップＳ８の冷却対策の検討を行う。まず、図３の楕円内記載に示すように、コンデンサの温度が上昇する原因を特定する必要がある。「負荷が高い」、「空調設定温度が高い」、「冷却ファンの性能低下」、「フィルタの詰まり」の要因を調査し検証する。
【００２３】
「負荷が高い」検証、図１のステップＳ５の負荷温度試験と実機負荷電流測定値により電源装置１０が過負荷状態となっていないか検証する。
【００２４】
「空調設定温度が高い」検証、制御盤１が設置される室内の空調温度と電解コンデンサ１１の温度との関係を調査する。空調の温度セット変化により、電解コンデンサ１１の温度が低下するか検証する。
【００２５】
「冷却ファンの性能低下」検証、制御盤１の内部温度分布および電解コンデンサ１１の温度と冷却ファンの性能との関係を調査する。温度分布の測定は、電解コンデンサ１１の温度測定に使用した小型温度測定器２０により測定する。冷却ファンの性能向上およびファン追加により、電解コンデンサ１１の温度が低下するか検証する。
【００２６】
「フィルタの詰まり」検証、制御盤１の前面にあるフィルタ３の影響による電解コンデンサ１１の温度との関係を調査する。フィルタの性能回復および仕様変更により、電解コンデンサ１１の温度が低下するか検証する。
【００２７】
上記、４つの検証結果を基に、図１の「冷却対策検討および修繕コスト判定」のステップＳ８に移行する。検証結果から有効な冷却効果対策を選択し、冷却装置３０の修繕コストが電源装置修繕費用より安価であれば「可」と判定してステップＳ３に戻り、「否」と判定すればステップＳ７に戻る。
【００２８】
ステップＳ７で「電解コンデンサの長寿命化を検討」をする。従来からの推定寿命である７〜８年の間に、電解コンデンサの開発技術は進歩しており、高性能・長寿命化された電解コンデンサが多数開発される。数世代前の電解コンデンサから高性能・長寿命化された電解コンデンサに置き換えられないか検討する。ここで、電解コンデンサの性能向上対策が電源装置修繕費用より安価であると判断すれば、「可」と判定してステップＳ９に移行して「長寿命化の工事」を実施する。ステップＳ７で「否」と判定すると、ステップＳ１０に移行して「最適寿命周期で工事実施」を実施する。
【００２９】
なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明を説明するための寿命推定フロー図である。
【図２】電源装置を有する制御盤の概要を示す正面図である。
【図３】電解コンデンサの寿命劣化要因例を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    制御盤
３    フィルタ
４    冷却ファン
１０    電源装置
１１    電解コンデンサ
１２    制御モジュール
１３    入出力カード
２０    コードレスメモリー式小型温度測定器、温度メモリーボタン
３０    冷却装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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