(57)【要約】【課題】冷却性能および防水性能を確保できる冷却装置を提供する。【解決手段】冷却装置13は、通気路58，77、ファン54，67および通気路形成部61，80を備える。通気路58，77は、吸気口59，78および排気口60，79を有し、熱源83が配置される。ファン54，67は、通気路58，77内で吸気口59，78と熱源83との間に配置され、吸気口59，78から空気を取り込んで排気口60，79に向けて送り出す。通気路形成部61，80は、通気路58，77内で吸気口59，78とファン54，67との間に設けられ、通気路58，77内に吸気口59，78からファン54，67に向かって上昇する上昇通路部58a，77aを形成する。【選択図】図１
2019165160.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気口および排気口を有し、熱源が配置される通気路と；
前記通気路内で前記吸気口と前記熱源との間に配置され、前記吸気口から空気を取り込んで前記排気口に向けて送り出すファンと；
前記通気路内で前記吸気口と前記ファンとの間に設けられ、前記通気路内に前記吸気口から前記ファンに向かって上昇する上昇通路部を形成する通気路形成部と；
を具備することを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記通気路形成部は、前記通気路の下側を閉塞する隔壁を有する
ことを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の冷却装置と；
前記熱源として発熱部品または発熱部品に熱的に接続された放熱部品を有する電力変換部と；
を具備することを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
蓄電池モジュールと；
請求項１または２記載の冷却装置と；
前記熱源として発熱部品またはこの発熱部品に熱的に接続された放熱部品を有する電力変換部と；
を具備することを特徴とする蓄電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、熱源を冷却する冷却装置、この冷却装置を備えた電力変換装置および蓄電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば太陽光発電モジュールなどを備える発電システムや商用電力を供給する系統電源などと接続される電力変換装置と蓄電池装置とが別体形の蓄電池システムまたは一体形の蓄電池システムがある。この蓄電池システムは、太陽光発電システムの発電電力を蓄電したり、系統電源の料金が安い夜間などの時間帯に電力を蓄電したりして、必要時に蓄電した電力を負荷に供給するように構成されている。
【０００３】
そして、電力変換装置や一体形の蓄電池システムでは、交流電力と直流電力との変換を行う電力変換回路を備えている。この電力変換回路の部品にはリアクトルやスイッチング素子などの発熱量の大きい発熱部品やこの発熱部品に熱的に接続された放熱部品などの熱源が含まれるため、この熱源を冷却するために冷却装置が用いられる。
【０００４】
冷却装置は、冷却性能を確保するためにファンを用いており、このファンで筐体内に外気を取り込んで熱源を冷却することが可能となるが、外気とともに雨水などが取り込まれ、ファンなどの防水性能が低下するおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２３１６４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、冷却性能および防水性能を確保できる冷却装置、電力変換装置および蓄電池システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の冷却装置は、通気路、ファンおよび通気路形成部を備える。通気路は、吸気口および排気口を有し、熱源が配置される。ファンは、通気路内で吸気口と熱源との間に配置され、吸気口から空気を取り込んで排気口に向けて送り出す。通気路形成部は、通気路内で吸気口とファンとの間に設けられ、通気路内に吸気口からファンに向かって上昇する上昇通路部を形成する。
【発明の効果】
【０００８】
実施形態の冷却装置によれば、冷却性能および防水性能を確保することが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態を示す冷却装置の概略図である。
【図２】同上冷却装置を用いた電力変換装置の正面側から見た断面斜視図である。
【図３】同上電力変換装置の背面側から見た断面斜視図である。
【図４】同上電力変換装置の背面側から見た斜視図ある。
【図５】同上電力変換装置の正面側から見た斜視図である。
【図６】第２の実施形態を示す蓄電池システムの正面側から見た断面斜視図である。
【図７】同上蓄電池システムの正面側から見た斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、第１の実施形態を、図１ないし図５を参照して説明する。
【００１１】
図２ないし図５に電力変換装置（パワーコンディショナ）10を示す。この電力変換装置10は、蓄電池モジュールを備えた蓄電池装置と組み合わせて、例えば住宅などに設置される別体形の蓄電池システムに用いられる。そして、電力変換装置10は、例えば系統電源の電力を交流から直流に変換して蓄電池装置に蓄電し、必要時に蓄電池装置に蓄電した電力を直流から交流に変換して負荷へと供給するように構成されている。
【００１２】
電力変換装置10は、筐体11、この筐体11内に収納される電力変換部12、およびこの電力変換部12が有する発熱部品を冷却する冷却装置13を備えている。
【００１３】
そして、筐体11は、主ケース15、この主ケース15の前面側に配置される前面カバー16、および主ケース15の背面側に配置される背面ケース17を備えている。
【００１４】
主ケース15は、背面部20、上面部21、下面部22、および左右の側面部23，24を有し、前面側が開口した箱状に形成されている。背面部20の中央領域には、左右方向に沿って横長の開口部25が形成されている。下面部22には、例えば系統電源および負荷が接続される分電盤や蓄電池装置などとの配線が挿通される図示しない配線部が設けられている。
【００１５】
前面カバー16は、主ケース15の前端に図示しないパッキングを介して取り付けられている。
【００１６】
背面ケース17は、背面部26、上面部27、下面部28、および左右の側面部29，30を有し、前面側が開口した箱状に形成されている。背面ケース17の前端側が主ケース15の背部側に固定されて一体化されている。左右の側面部29，30には、前後方向に長いスリット状で上下方向に並んだ複数の通気口31，32が形成されている。下面部28にも、前後方向に長いスリット状で左右方向に並んだ複数の通気口33が形成されている。そして、背面ケース17は、住宅の壁面に取り付けるための壁面取付部材としても機能する。
【００１７】
主ケース15と前面カバー16との間に第１の空間35が形成され、主ケース15と背面ケース17との間に第２の空間36が形成されている。これら第１の空間35と第２の空間36とは、主ケース15の背面部20が仕切板として機能して区画形成されている。
【００１８】
また、電力変換部12は、例えば系統電源の電力を交流から直流に変換して蓄電池装置に蓄電し、必要時に蓄電池装置に蓄電した電力を直流から交流に変換して負荷へと供給する電力変換装置12の主回路である電力変換回路40を備えている。電力変換回路40は、交流電力を直流電力に変換するコンバータ、および直流電力を交流電力に変換するインバータなどを備えている。これらコンバータおよびインバータは、電力変換を行う電界効果トランジスタなどの複数のスイッチング素子41や、変換する電力の脈流を平滑したり昇圧する複数のリアクトル42を備えている。これらスイッチング素子41およびリアクトル42は、電力変換回路40を構成する他の部品よりも発熱量が大きく、冷却することが好ましい発熱部品43である。
【００１９】
電力変換回路40は、交流電力の入出力を行う交流入出力基板、交流電力と直流電力の変換を行う電力変換基板、制御を行う制御基板などを含む複数の基板44を備えている。これら基板44は、複数の基板取付部材45によってそれぞれ支持され、筐体11の第１の空間35に配置されている。そして、電力変換回路40は筐体11の第１の空間35に配置されるが、複数のリアクトル42は筐体11の第２の空間36に配置されている。
【００２０】
複数の基板44のうち、電力変換を行う基板44aには複数のスイッチング素子41が接続されている。複数のスイッチング素子41は、基板44aの下縁から突出した状態に配置されている。基板44aは、主ケース15の背面部20の開口部25の上側で背面部20に対向して配置されている。この基板44aに接続されている複数のスイッチング素子41が背面部20の開口部25に対向する位置に配置されている。さらに、基板44aと主ケース15の背面部20（基板取付部材45）との間には熱伝導性に優れた放熱シート46が介在されている。放熱シート46は、複数のスイッチング素子41が接続された接続箇所の近傍であって上側に配置されている。
【００２１】
また、図１ないし図３に示すように、冷却装置13は、筐体11の第２の空間36に配置されている。冷却装置13は、リアクトル42用の冷却ユニット50と、スイッチング素子41用の冷却ユニット51とを備えている。
【００２２】
冷却ユニット50は、通気路部材53、およびファン54を備えている。通気路部材53は、背面部55、上面部56、および下面部57を有し、左右方向に長く、前面側および両端面側が開口されている。通気路部材53は、主ケース15の背面部20の背面側に左右方向に沿って取り付けられている。通気路部材53内には左右方向に沿って通気路58が形成されている。通気路58（通気路部材53）の一端側に吸気口59が形成され、他端側に排気口60が形成されている。吸気口59および排気口60は、全体が開口されていてもよいし、例えば前後方向に長いスリット状で上下方向に並んだ形状でもよい。
【００２３】
通気路58内に沿って複数のリアクトル42が配置されている。これらリアクトル42は、通気路部材53の背面部55に取り付けられ、主ケース15からは離反されている。
【００２４】
通気路58で吸気口59とリアクトル42との間には、吸気口59から空気を取り込んで排気口60に向けて送風するファン54が配置されている。
【００２５】
通気路58内で吸気口59とファン54との間には、通気路58を上下方向に屈曲または蛇行させる通気路形成部61が設けられている。通気路形成部61は、吸気口59に対向する位置で通気路58の上側を閉塞する隔壁62、およびこの隔壁62とファン54との間で通気路58の下側を閉塞する隔壁63を備えている。そして、これら隔壁62，63によって、通気路58の吸気口59からファン54までの間が上下方向に屈曲または蛇行され、その通気路58の吸気口59からファン54までの間にファン54へ向かって上昇する上昇通路部58aが形成されている。
【００２６】
通気路58の吸気口59は、背面ケース17の左側の側面部29に設けられている通気口31のうちの上部領域の通気口31に対向されている。ファン54により、その上部領域の通気口31を通じて外気が通気路58内に取り込まれる。したがって、上部領域の通気口31は、通気路58内に外気を取り込む吸気口31aとして機能する。
【００２７】
通気路58の排気口60は、背面ケース17の右側の側面部30に設けられている通気口32のうちの上部領域の通気口32に対向されている。ファン54により、通気路58内から排気される空気が上部領域の通気口32から外部に排気される。したがって、上部領域の通気口32は、通気路58からの空気を排気する排気口32aとして機能する。
【００２８】
また、冷却ユニット51は、放熱部品65、通気路部材66およびファン67を備えている。
【００２９】
放熱部品65は、例えばアルミニウムなどの金属製で、平板状のベース部68、このベース部68の背面側から突設された複数のフィン部69、ベース部68の前面側から突設された突部70を有している。複数のフィン部69は、左右方向に沿って長く、上下方向に並んで設けられている。そして、放熱部品65は、突部70が主ケース15の背面部20の開口部25に嵌合された状態で、ベース部68が背面部20の背面側に固定されている。放熱部品65の突部70は、背面部20の開口部25から第１の空間35に突出され、複数のスイッチング素子41の背面側に対向配置されている。スイッチング素子41は、熱伝導性に優れた放熱キャップ71が装着され、放熱部品65にねじ72で締め付け固定される固定板73によって放熱部品65の突部70に圧接され、熱的に接続されている。したがって、発熱部品43である複数のスイッチング素子41に接続された放熱部品65が筐体11の第２の空間36に配置されている。
【００３０】
通気路部材66は、背面部74、上面部75、および下面部76を有し、左右方向に長く、前面側および両端面側が開口されている。通気路部材66は、主ケース15の背面部20の背面側に左右方向に沿って取り付けられている。通気路部材66内には、左右方向に沿って通気路77が形成されている。通気路77（通気路部材66）の一端側に吸気口78が形成され、他端側に排気口79が形成されている。吸気口78および排気口79は、全体が開口されていてもよいし、例えば前後方向に長いスリット状で上下方向に並んだ形状でもよい。
【００３１】
通気路77内に沿って放熱部品65が配置されている。通気路77の吸気口78と放熱部品65との間には、吸気口78から空気を取り込んで排気口79に向けて送風するファン67が配置されている。
【００３２】
通気路77内で吸気口78とファン67との間には、通気路77を上下方向に屈曲または蛇行させる通気路形成部80が設けられている。通気路形成部80は、吸気口78に対向する位置で通気路77の上側を閉塞する隔壁81、およびこの隔壁81とファン67との間で通気路77の下側を閉塞する隔壁82を備えている。そして、これら隔壁81，82によって、通気路77の吸気口78からファン67までの間が上下方向に屈曲または蛇行され、その通気路77の吸気口78からファン67までの間にファン67へ向かって上昇する上昇通路部77aが形成されている。
【００３３】
通気路77の吸気口78は、背面ケース17の右側の側面部30に設けられている通気口32のうちの下部領域の通気口32に対向されている。ファン67により、その下部領域の通気口32を通じて外気が通気路77に取り込まれる。したがって、下部領域の通気口32は、外気を取り込む吸気口32bとして機能する。
【００３４】
通気路77の排気口79は、背面ケース17の左側の側面部29に設けられている通気口31のうちの下部領域の通気口31に対向されている。ファン67により、通気路77内から排気される空気が下部領域の通気口31から外部に排気される。したがって、下部領域の通気口31は、通気路77からの空気を排気する排気口31bとして機能する。
【００３５】
冷却装置13は、電力変換装置10の動作時に発熱するリアクトル42、およびスイッチング素子41からの熱が伝達される放熱部品65を熱源83とし、これら熱源83を冷却する。
【００３６】
そして、冷却装置13、および通気口31，32，33を有する背面ケース17により、筐体11の第２の空間36と筐体11の外部を通気する通気構造84が構成されている。
【００３７】
そして、電力変換装置10の動作時、発熱するスイッチング素子41やリアクトル42を冷却装置13によって冷却する。
【００３８】
図２に示すように、冷却装置13の冷却ユニット50のファン54が回転することにより、筐体11の外部の外気が背面ケース17の吸気口31aおよび通気路部材53の吸気口59から吸気して通気路58内に取り込まれ、通気路58内のリアクトル42が冷却される。リアクトル42との熱交換で暖められた空気は、通気路部材53の排気口60および背面ケース17の排気口32aを通じて筐体11の外部に排気される。
【００３９】
このとき、ファン54によって吸気口59から通気路58内に取り込まれる空気は、隔壁62によって通気路58内の下側に導かれた後に、隔壁62によって通気路58内の上側に導かれ、この隔壁62の上側を通じてファン54に至る。すなわち、ファン54によって吸気口59から通気路58内に取り込まれる空気は、ファン54に向かって上昇する上昇通路部58aを経て流れる。
【００４０】
そのため、例えば雨水などが背面ケース17の吸気口31aを通じて通気路部材53の吸気口59に取り込まれたとしても、通気路58の吸気口59とファン54との間に上昇通路部58aが介在することにより、空気は上昇通路部58aを上昇してファン54に至るが、雨水は重力によって上昇通路部58aを上昇できず、空気と雨水とが分離され、雨水がファン54に到達するのが防止される。
【００４１】
吸気口59とファン54とが直接対向しないように隔壁62，63が存在することでも、雨水がファン54に到達するのが防止される。
【００４２】
しかも、隔壁63が通気路58の下側を閉塞しているため、吸気口59付近で通気路58内への侵入が阻止された雨水が通気路58の下側に流れても、雨水がファン54に流れ込むのが防止される。
【００４３】
また、冷却装置13の冷却ユニット51のファン67が回転することにより、筐体11の外部の外気が背面ケース17の吸気口32bおよび通気路部材66の吸気口78から吸気して通気路77内に取り込まれ、通気路77内の放熱部品65が冷却される。放熱部品65には、複数のスイッチング素子41が発生する熱が伝達されている。放熱部品65との熱交換で暖められた空気は、通気路部材66の排気口79および背面ケース17の排気口31bを通じて筐体11の外部に排気される。
【００４４】
このとき、ファン67によって吸気口78から通気路77内に取り込まれる空気は、隔壁81によって通気路77内の下側に導かれた後に、隔壁82によって通気路77内の上側に導かれ、この隔壁82の上側を通じてファン67に至る。すなわち、ファン67によって吸気口78から通気路77内に取り込まれる空気は、ファン67に向かって上昇する上昇通路部77aを経て流れる。
【００４５】
そのため、例えば雨水などが背面ケース17の吸気口32bを通じて通気路部材66の吸気口78に取り込まれたとしても、通気路77の吸気口78とファン67との間に上昇通路部77aが介在することにより、空気は上昇通路部77aを上昇してファン67に至るが、雨水は重力によって上昇通路部77aを上昇できず、空気と雨水とが分離され、雨水がファン67に到達するのが防止される。
【００４６】
吸気口78とファン67とが直接対向しないように隔壁81，82が存在することでも、雨水がファン67に到達するのが防止される。
【００４７】
しかも、隔壁82が通気路77の下側を閉塞しているため、吸気口78付近で通気路77内への侵入が阻止された雨水が通気路77の下側に流れても、雨水がファン67に流れ込むのが防止される。
【００４８】
また、第２の空間36内の温度が上昇すると、自然対流によって、背面ケース17の両側面部29，30の通気口31，32から第２の空間36内の暖まった空気が排気されるとともに、背面ケース17の下面部28の通気口33から外気が第２の空間36に流入し、第２の空間36が冷却される。
【００４９】
さらに、吸気口59とファン54とが直接対向しないように隔壁62，63が存在することでも、雨水がファン54に到達するのが防止される。
【００５０】
しかも、隔壁63が通気路58の下側を閉塞しているため、吸気口59付近で通気路58内への侵入が阻止された雨水が通気路58の下側に流れても、雨水がファン54に流れ込むのが防止される。
【００５１】
そして、第１の実施形態の電力変換装置10によれば、筐体11の内部に第１の空間35と第２の空間36とを区画形成し、第１の空間35に電力変換回路40を配置し、第２の空間36に発熱部品43であるリアクトル42や、発熱部品43であるスイッチング素子41に熱的に接続された放熱部品65を配置しているため、発熱部品43から電力変換回路40の他の部品への熱的影響を低減することができる。
【００５２】
さらに、第２の空間36に冷却装置13を配置することにより、発熱部品43であるリアクトル42や発熱部品43であるスイッチング素子41に熱的に接続された放熱部品65を効果的に冷却でき、発熱部品43から電力変換回路40の他の部品への熱的影響をより確実に低減することができる。
【００５３】
そして、冷却装置13では、通気路58，77の吸気口59，78とファン54，67との間に上昇通路部58a，77aが介在することにより、空気は上昇通路部58a，77aを上昇してファン54，67に至るが、雨水は重力によって上昇通路部58a，77aを上昇できず、空気と雨水とが分離され、雨水がファン54，67に到達するのを防止できる。したがって、冷却装置13は、冷却性能および防水性能を維持することができる。
【００５４】
さらに、吸気口59，78とファン54，67とが直接対向しないように隔壁62，63および81，82が存在することでも、雨水がファン54，67に到達するのを防止できる。
【００５５】
なお、隔壁62，63および81，82は、本実施形態よりも多数用い、通気路58，77の上下方向の屈曲回数を多くしてもよい。
【００５６】
しかも、隔壁63，82が通気路58，77の下側を閉塞しているため、吸気口59，78付近で通気路58，77内への侵入が阻止された雨水が通気路58，77の下側に流れても、雨水がファン54，67に流れ込むのを防止できる。
【００５７】
次に、図６および図７に第２の実施形態を示す。
【００５８】
図６および図７に蓄電池システム90を示す。この蓄電池システム90は、上述した電力変換装置（パワーコンディショナ）10の構成・機能および蓄電池装置の構成・機能を一体に備えるものである。なお、第１の実施形態で説明した電力変換装置10が備える構成と同じ構成については同じ符号を用いて、その構成・機能についての説明を省略する。
【００５９】
蓄電池システム90は、筐体91、この筐体91の下部領域に収納される複数の蓄電池モジュール92、筐体91の上部領域に収納される電力変換部12および冷却装置13を備える。
【００６０】
そして、筐体91は、前面部93、上面部94、底面部95、左右の側面部96，97、および背面部98を有し、底面部95の両端側に設置用の台座99が取り付けられている。右側の側面部97には、例えば系統電源および負荷が接続される分電盤などとの配線が挿通される配線挿通部100が設けられている。
【００６１】
筐体91内の上部領域には、前側に第１の空間35が形成されているとともに、後側に第２の空間36が形成されている。これら第１の空間35と第２の空間36とは区画部材103によって区画形成されている。
【００６２】
また、蓄電池モジュール92は、上下方向に長い直方体形状に形成された蓄電池本体105、およびこの蓄電池本体105の上部に設けられた端子台106などを備えている。蓄電池本体105には、例えばリチウムイオン電池などの充放電可能な二次電池が用いられている。そして、蓄電池モジュール92は、筐体91の下部領域に収納され、端子台106に接続される配線によって電力変換部12に電気的に接続されている。
【００６３】
また、電力変換部12および冷却装置13は、上述した電力変換装置10と同様の構成を有している。
【００６４】
すなわち、電力変換部12は、電力変換を行う電力変換回路40、この電力変換回路40に接続され電力変換に伴って発熱する発熱部品43であるスイッチング素子41およびリアクトル42などを備えている。電力変換回路40は第１の空間35に配置され、発熱部品43であるリアクトル42や発熱部品43であるスイッチング素子41に熱的に接続された放熱部品65は第２の空間36に配置される。
【００６５】
冷却装置13は、冷却ユニット50，51を備えている。そして、蓄電池システム90の動作時、発熱するスイッチング素子41やリアクトル42を冷却装置13によって冷却する。
【００６６】
そして、第２の実施形態の蓄電池システム90によれば、冷却装置13を備えるため、上述した冷却装置13の作用効果を得ることができる。
【００６７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６８】
10    電力変換装置
12    電力変換部
13    冷却装置
43    発熱部品
54，67    ファン
58，77    通気路
58a，77a  上昇通路部
59，78    吸気口
60，79    排気口
61，80    通気路形成部
63，82    隔壁
65    放熱部品
83    熱源
90    蓄電池システム
92    蓄電池モジュール
【図１】
2019165160.tif 000003
【図２】
2019165160.tif 000004
【図３】
2019165160.tif 000005
【図４】
2019165160.tif 000006
【図５】
2019165160.tif 000007
【図６】
2019165160.tif 000008
【図７】
2019165160.tif 000009