(57)【要約】【課題】筐体内に配置される発熱体や筐体内の冷却空間に配置される基板上に実装された発熱体をも適正に冷却できる筐体内発熱体冷却装置およびパワーエレクトロニクス機器を提供することである。【解決手段】筐体１１に複数のスリット２４からなる吸気口１６を設け、各々のスリット１４は冷却媒体の反排気側から排気側に向かって形成される。これにより、吸気口１６であるスリット２４からの冷却媒体は噴流として筐体１１の内部に流入し、筐体１１内の発熱体１２にほぼまんべんなく衝突する。そして、冷却媒体は排気ファン１８により排気口１７から外部に排気される。従って、筐体内１１の発熱体１２を適正に冷却できる。【選択図】　図１
2004088023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体を収納し発熱体の冷却媒体を吸気する吸気口と発熱体と熱交換を終えた冷却媒体を排気する排気口とを備えた筐体と、前記排気口の近傍に設置され発熱体と熱交換を終えた冷却媒体を強制排気する排気ファンと、筐体に複数のスリットを前記冷却媒体の反排気側から排気側に向かって備えたことを特徴とする筐体内発熱体冷却装置。
【請求項２】
発熱体を収納し発熱体の冷却媒体を吸気する吸気口と発熱体と熱交換を終えた冷却媒体を排気する排気口とを備えた筐体と、前記排気口の近傍に設置され発熱体と熱交換を終えた冷却媒体を強制排気する排気ファンと、前記発熱体を囲んで前記冷却媒体の排気側を除く周囲に形成され前記冷却媒体を取り込むための複数のスリットが前記冷却媒体の反排気側から排気側に向かって設けられた囲い体とを備えたことを特徴とする筐体内発熱体冷却装置。
【請求項３】
複数個の発熱体を収納し発熱体の冷却媒体を吸気する吸気口と発熱体と熱交換を終えた冷却媒体を排気する排気口とを備えた筐体と、前記排気口の近傍に設置され発熱体と熱交換を終えた冷却媒体を強制排気する排気ファンと、前記筐体内に発熱体を実装した基板を収納する冷却空間および前記冷却媒体の流路を形成する仕切板と、前記冷却媒体の流路側には直線フィンを有しその反対側は前記冷却空間に面し発熱体が取り付けられるヒートシンクと、前記筐体の下部に設置される発熱体を囲んで前記冷却媒体の排気側を除く周囲に形成され前記冷却媒体を取り込むための複数のスリットが前記冷却媒体の反排気側から排気側に向かって設けられた囲い体とを備えたことを特徴とする筐体内発熱体冷却装置。
【請求項４】
複数個の発熱体を収納し発熱体の冷却媒体を吸気する吸気口と発熱体と熱交換を終えた冷却媒体を排気する排気口とを備えた筐体と、前記排気口の近傍に設置され発熱体と熱交換を終えた冷却媒体を強制排気する排気ファンと、前記筐体内に発熱体を実装した基板を収納する冷却空間および前記冷却媒体の流路を形成する仕切板と、前記冷却媒体の流路側には直線フィンを有しその反対側は前記冷却空間に面し発熱体が取り付けられるヒートシンクと、前記仕切り板に設けられ前記冷却空間内の前記基板に対して垂直方向に冷却媒体を取り込む冷却媒体流入孔と、前記仕切り板に設けられ前記冷却空間内で熱交換を終えた冷却媒体を前記排気口側に排気する冷却媒体流出孔とを備えたことを特徴とする筐体内発熱体冷却装置。
【請求項５】
複数個の発熱体を収納し発熱体の冷却媒体を吸気する吸気口と発熱体と熱交換を終えた冷却媒体を排気する排気口とを備えた筐体と、前記排気口の近傍に設置され発熱体と熱交換を終えた冷却媒体を強制排気する排気ファンと、前記筐体内に発熱体を実装した基板を収納する冷却空間および前記冷却媒体の流路を形成する仕切板と、前記冷却媒体の流路側には直線フィンを有しその反対側は前記冷却空間に面し発熱体が取り付けられるヒートシンクと、前記ヒートシンクの直線フィンに前記冷却媒体を導くための流路を形成する仕切板の曲がり部の近傍に所定の間隔を保って設けられた相似形状の複数個の案内板とを備えたことを特徴とする筐体内発熱体冷却装置。
【請求項６】
前記複数個の案内板は、前記仕切板に近接する案内板と前記仕切板との間隔を最小とし、漸次、仕切板から遠くなるにつれて案内板間の間隔が大きくなるように配置したことを特徴とする請求項５記載の筐体内発熱体冷却装置。
【請求項７】
複数個の発熱体を収納し発熱体の冷却媒体を吸気する吸気口と発熱体と熱交換を終えた冷却媒体を排気する排気口とを備えた筐体と、前記排気口の近傍に設置され発熱体と熱交換を終えた冷却媒体を強制排気する排気ファンと、前記筐体内に発熱体を実装した基板を収納する冷却空間および前記冷却媒体の流路を形成する仕切板と、前記冷却媒体の流路側には直線フィンを有しその反対側は前記冷却空間に面し発熱体が取り付けられるヒートシンクと、前記筐体の下部に設置される発熱体を囲んで前記冷却媒体の排気側を除く周囲に形成され前記冷却媒体を取り込むための複数のスリットが前記冷却媒体の反排気側から排気側に向かって設けられた囲い体と、前記仕切り板に設けられ前記冷却空間内の前記基板に対して垂直方向に冷却媒体を取り込む冷却媒体流入孔と、前記仕切り板に設けられ前記冷却空間内で熱交換を終えた冷却媒体を前記排気口側に排気する冷却媒体流出孔とを備えたことを特徴とする筐体内発熱体冷却装置。
【請求項８】
複数個の発熱体を収納し発熱体の冷却媒体を吸気する吸気口と発熱体と熱交換を終えた冷却媒体を排気する排気口とを備えた筐体と、前記排気口の近傍に設置され発熱体と熱交換を終えた冷却媒体を強制排気する排気ファンと、前記筐体内に発熱体を実装した基板を収納する冷却空間および前記冷却媒体の流路を形成する仕切板と、前記冷却媒体の流路側には直線フィンを有しその反対側は前記冷却空間に面し発熱体が取り付けられるヒートシンクと、前記筐体の下部に設置される発熱体を囲んで前記冷却媒体の排気側を除く周囲に形成され前記冷却媒体を取り込むための複数のスリットが前記冷却媒体の反排気側から排気側に向かって設けられた囲い体と、前記ヒートシンクの直線フィンに前記冷却媒体を導くための流路を形成する仕切板の曲がり部の近傍に所定の間隔を保って設けられた相似形状の複数個の案内板とを備えたことを特徴とする筐体内発熱体冷却装置。
【請求項９】
前記複数個の案内板は、前記仕切板に近接する案内板と前記仕切板との間隔を最小とし、漸次、仕切板から遠くなるにつれて案内板間の間隔が大きくなるように配置したことを特徴とする請求項８記載の筐体内発熱体冷却装置。
【請求項１０】
前記仕切り板に設けられ前記冷却空間内の前記基板に対して垂直方向に冷却媒体を取り込む冷却媒体流入孔と、前記仕切り板に設けられ前記冷却空間内で熱交換を終えた冷却媒体を前記排気口側に排気する冷却媒体流出孔とを備えたことを特徴とする請求項９記載の筐体内発熱体冷却装置。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の筐体内発熱体冷却装置と、パワーエレクトロニクス機器を構成する発熱体構成要素とを備え、前記発熱体構成要素は発熱量および大きさに応じて、前記ヒートシンク、前記基板、前記筐体の下部に配置されたことを特徴とするパワーエレクトロニクス機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筐体内に収納された電気機器を冷却する筐体内発熱体冷却装置およびパワーエレクトロニクス機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、電気機器を筐体内に収納して構成される装置においては、電気機器が発熱体となることから、筐体内に発熱体冷却装置が設けられ発熱体である電気機器を冷却するようにしている。図１１はそのような従来の発熱体冷却装置の構成図である。図１１（ａ）は内部構成図、図１１（ｂ）はＸ−Ｘ線での断面図である。
【０００３】
筐体１１には複数個の電気機器が収納され一つの装置を構成している。電気機器は発熱体１２であり、電気機器の大きさや発熱量に応じて筐体１１内に適切に配置される。図１１では筐体１１の下部に発熱体１２ａとしてのトランスが配置され、直線フィン１３を備えたヒートシンク１４には電力変換器を構成する電気素子が発熱体１２ｂとして配置され、基板１５には発熱体１２ｂよりも発熱量が少ない発熱体１２ｃが配置される。
【０００４】
筐体１１の下部には、発熱体１の冷却媒体を吸気するための吸気口１６が設けられ、筐体１１の上部には、発熱体１２と熱交換を終えた冷却媒体を排気する排気口１７が設けられている。また、排気口１７の近傍には、発熱体と熱交換を終えた冷却媒体を強制排気する排気ファン１８が設置されている。
【０００５】
さらに、筐体１１の内部には、仕切板１９ａ、１９ｂ、１９ｃにより冷却空間２０および冷却媒体の流路２１が形成され、冷却空間２０内には発熱体１２ｃを実装した基板１５が収納されると共に、ヒートシンク１４に取り付けられた発熱体１２ｂが位置するように構成されている。基板１５に実装された発熱体１２ｃは発熱量は少ないが、一般に数多くの発熱体１２ｃが実装される。ヒートシンク１４は冷却媒体の流路２１側に直線フィン１３を有し、その反対側に発熱体１２ｂが取り付けられ冷却空間２０に位置するようになっている。
【０００６】
ここで、吸気口１６より流入した冷却媒体（冷却空気）は、矢印で示すように、発熱体１２ａおよび流路２１を通りヒートシンク１４に向かい排気口１７から流出する。従って、発熱体１２ａは近傍を通過する流入空気に放熱し、ヒートシンク１４に配置された発熱体１２ｂは直線フィン１３間を流れる空気に放熱する。ヒートシンク１４の背面に配される基板１５に実装される発熱体１２ｃは一般に弱い対流により筐体１１から外気へ放熱する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ヒートシンク１４に配置された発熱体１２ｂはその直線フィン１３により広い伝熱面積と直線フィン１３間を流れる冷却空気により十分に冷却されることが多いが、吸気口１６近くに置かれるようなヒートシンク１４を伴わない発熱体１２ａやヒートシンク１４の背面側の冷却空間２０に置かれた基板１５上に実装された発熱体１２ｃは、冷却が十分とは言い難い場合が多い。
【０００８】
すなわち、吸気口１６近くに配置された発熱体１２ａでは筐体１１との間によどみ領域２２ａが発生し冷却空気が十分に行き渡らない。また、ヒートシンク１４にも部分的によどみ領域２２ｂが発生するので、ヒートシンク１４の冷却効率が落ちることがある。基板１５に実装された発熱体１２ｃの発熱量は少ないが数の多いので、よどみ領域２２ｂが発生すると冷却が十分とは言えない場合が発生する。
【０００９】
例えば、吸気口１６の近傍に置かれるトランスなどは、その全表面に渡って冷却空気が流れるわけではなく、また、空気流速も十分でない場合が多いので、温度上昇は大きくなり易い。また、基板１５上に実装されるコンデンサなどは、ほとんど発熱はしないものの許容温度の低いマイコンなどが実装されているので冷却が十分でないという問題が生じている。
【００１０】
本発明の目的は、筐体内に配置される発熱体や筐体内の冷却空間に配置される基板上に実装された発熱体をも適正に冷却できる筐体内発熱体冷却装置およびパワーエレクトロニクス機器を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る筐体内発熱体冷却装置は、発熱体を収納し発熱体の冷却媒体を吸気する吸気口と発熱体と熱交換を終えた冷却媒体を排気する排気口とを備えた筐体と、前記排気口の近傍に設置され発熱体と熱交換を終えた冷却媒体を強制排気する排気ファンと、筐体に複数のスリットを前記冷却媒体の反排気側から排気側に向かって備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項１の発明に係る筐体内発熱体冷却装置においては、筐体に複数のスリットからなる吸気口を設け、各々のスリットは冷却媒体の反排気側から排気側に向かって形成される。これにより、吸気口であるスリットからの冷却媒体は噴流として筐体の内部に流入し、筐体内の発熱体にほぼまんべんなく衝突する。そして、冷却媒体は排気ファンにより排気口から外部に排気される。従って、筐体内の発熱体を適正に冷却できる。
【００１３】
請求項２の発明に係る筐体内発熱体冷却装置は、発熱体を収納し発熱体の冷却媒体を吸気する吸気口と発熱体と熱交換を終えた冷却媒体を排気する排気口とを備えた筐体と、前記排気口の近傍に設置され発熱体と熱交換を終えた冷却媒体を強制排気する排気ファンと、前記発熱体を囲んで前記冷却媒体の排気側を除く周囲に形成され前記冷却媒体を取り込むための複数のスリットが前記冷却媒体の反排気側から排気側に向かって設けられた囲い体とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明に係る筐体内発熱体冷却装置においては、
筐体内の発熱体を囲んで、冷却媒体の排気側を除く周囲に囲い体を設ける。そして、囲い体には冷却媒体を取り込むための複数のスリットを、冷却媒体の反排気側から排気側に向かって設ける。これにより、吸気口からの冷却媒体は囲い体のスリットより噴流として囲い体の内部に流入し、囲い体内部の発熱体にほぼまんべんなく衝突する。そして、冷却媒体は排気ファンにより排気口から外部に排気される。従って、筐体内の発熱体を適正に冷却できる。
【００１５】
請求項３の発明に係る筐体内発熱体冷却装置は、複数個の発熱体を収納し発熱体の冷却媒体を吸気する吸気口と発熱体と熱交換を終えた冷却媒体を排気する排気口とを備えた筐体と、前記排気口の近傍に設置され発熱体と熱交換を終えた冷却媒体を強制排気する排気ファンと、前記筐体内に発熱体を実装した基板を収納する冷却空間および前記冷却媒体の流路を形成する仕切板と、前記冷却媒体の流路側には直線フィンを有しその反対側は前記冷却空間に面し発熱体が取り付けられるヒートシンクと、前記筐体の下部に設置される発熱体を囲んで前記冷却媒体の排気側を除く周囲に形成され前記冷却媒体を取り込むための複数のスリットが前記冷却媒体の反排気側から排気側に向かって設けられた囲い体とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項３の発明に係る筐体内発熱体冷却装置においては、筐体の下部に設置される発熱体を囲んで、冷却媒体の排気側を除く周囲に囲い体を設ける。そして、囲い体には冷却媒体を取り込むための複数のスリットを、冷却媒体の反排気側から排気側に向かって設ける。これにより、吸気口からの冷却媒体は囲い体のスリットより噴流として囲い体の内部に流入し、囲い体内部の発熱体にほぼまんべんなく衝突する。そして、冷却媒体は流路およびヒートシンクを通って排気ファンにより排気口から外部に排気される。従って、筐体の吸気口近傍に配置される発熱体を適正に冷却できる。
【００１７】
請求項４の発明に係る筐体内発熱体冷却装置は、複数個の発熱体を収納し発熱体の冷却媒体を吸気する吸気口と発熱体と熱交換を終えた冷却媒体を排気する排気口とを備えた筐体と、前記排気口の近傍に設置され発熱体と熱交換を終えた冷却媒体を強制排気する排気ファンと、前記筐体内に発熱体を実装した基板を収納する冷却空間および前記冷却媒体の流路を形成する仕切板と、前記冷却媒体の流路側には直線フィンを有しその反対側は前記冷却空間に面し発熱体が取り付けられるヒートシンクと、前記仕切り板に設けられ前記冷却空間内の前記基板に対して垂直方向に冷却媒体を取り込む冷却媒体流入孔と、前記仕切り板に設けられ前記冷却空間内で熱交換を終えた冷却媒体を前記排気口側に排気する冷却媒体流出孔とを備えたことを特徴とする。
【００１８】
請求項４の発明に係る筐体内発熱体冷却装置においては、冷却空間内の基板に対して垂直方向に冷却媒体を取り込む冷却媒体流入孔を仕切板に設けると共に、冷却空間内で熱交換を終えた冷却媒体を排気口側に排気する冷却媒体流出孔を仕切板に設ける。これにより、吸気口からの冷却媒体は、流路を通ってヒートシンクに向かうと共に冷却媒体流入孔を通って基板に平行に冷却媒体が流れる。従って、基板近傍から伴流が生じ冷却空間内の基板に実装された発熱体を適正に冷却できる。
【００１９】
請求項５の発明に係る筐体内発熱体冷却装置は、複数個の発熱体を収納し発熱体の冷却媒体を吸気する吸気口と発熱体と熱交換を終えた冷却媒体を排気する排気口とを備えた筐体と、前記排気口の近傍に設置され発熱体と熱交換を終えた冷却媒体を強制排気する排気ファンと、前記筐体内に発熱体を実装した基板を収納する冷却空間および前記冷却媒体の流路を形成する仕切板と、前記冷却媒体の流路側には直線フィンを有しその反対側は前記冷却空間に面し発熱体が取り付けられるヒートシンクと、前記ヒートシンクの直線フィンに前記冷却媒体を導くための流路を形成する仕切板の曲がり部の近傍に所定の間隔を保って設けられた相似形状の複数個の案内板とを備えたことを特徴とする。
【００２０】
請求項５の発明に係る筐体内発熱体冷却装置においては、ヒートシンクの直線フィンに対して冷却媒体を導くための流路を形成する仕切板の曲がり部の近傍に、所定の間隔を保って相似形状の複数個の案内板を設ける。これにより、吸気口からの冷却媒体は、流路を通ってヒートシンクに向かい、曲がり部の案内板により案内されてヒートシンクヘ流入する。従って、ヒートシンクによどみ領域が発生しないので冷却効率が低下することがない。
【００２１】
請求項６の発明に係る筐体内発熱体冷却装置は、請求項５の発明において、前記複数個の案内板は、前記仕切板に近接する案内板と前記仕切板との間隔を最小とし、漸次、仕切板から遠くなるにつれて案内板間の間隔が大きくなるように配置したことを特徴とする。
【００２２】
請求項６の発明に係る筐体内発熱体冷却装置においては、請求項５の発明の作用に加え、吸気口からの冷却媒体は、流路を通ってヒートシンクに向かい、曲がり部の案内板により案内されてヒートシンクヘ流入する。この場合、仕切板に近い案内板ほど間隔が狭くなっているので、冷却媒体の流れはヒートシンクの表面に対して剥離することなく流れる。従って、ヒートシンクでの冷却効率が低下することがない。
【００２３】
請求項７の発明に係る筐体内発熱体冷却装置は、複数個の発熱体を収納し発熱体の冷却媒体を吸気する吸気口と発熱体と熱交換を終えた冷却媒体を排気する排気口とを備えた筐体と、前記排気口の近傍に設置され発熱体と熱交換を終えた冷却媒体を強制排気する排気ファンと、前記筐体内に発熱体を実装した基板を収納する冷却空間および前記冷却媒体の流路を形成する仕切板と、前記冷却媒体の流路側には直線フィンを有しその反対側は前記冷却空間に面し発熱体が取り付けられるヒートシンクと、前記筐体の下部に設置される発熱体を囲んで前記冷却媒体の排気側を除く周囲に形成され前記冷却媒体を取り込むための複数のスリットが前記冷却媒体の反排気側から排気側に向かって設けられた囲い体と、前記仕切り板に設けられ前記冷却空間内の前記基板に対して垂直方向に冷却媒体を取り込む冷却媒体流入孔と、前記仕切り板に設けられ前記冷却空間内で熱交換を終えた冷却媒体を前記排気口側に排気する冷却媒体流出孔とを備えたことを特徴とする。
【００２４】
請求項７の発明に係る筐体内発熱体冷却装置においては、筐体の下部に設置される発熱体を囲んで、冷却媒体の排気側を除く周囲に冷却媒体を取り込むための複数のスリットを有した囲い体を設け、さらに、冷却空間内の基板に対して垂直方向に冷却媒体を取り込む冷却媒体流入孔を仕切板に設けると共に、冷却空間内で熱交換を終えた冷却媒体を排気口側に排気する冷却媒体流出孔を仕切板に設ける。これにより、吸気口からの冷却媒体は囲い体のスリットより噴流として囲い体の内部に流入し、囲い体内部の発熱体にほぼまんべんなく衝突して冷却し、さらに、流路を通ってヒートシンクに向かうと共に冷却媒体流入孔を通って基板に平行に冷却媒体が流れる。従って、筐体の吸気口近傍に配置される発熱体を適正に冷却でき、冷却空間内の基板に実装された発熱体を適正に冷却できる。
【００２５】
請求項８の発明に係る筐体内発熱体冷却装置は、複数個の発熱体を収納し発熱体の冷却媒体を吸気する吸気口と発熱体と熱交換を終えた冷却媒体を排気する排気口とを備えた筐体と、前記排気口の近傍に設置され発熱体と熱交換を終えた冷却媒体を強制排気する排気ファンと、前記筐体内に発熱体を実装した基板を収納する冷却空間および前記冷却媒体の流路を形成する仕切板と、前記冷却媒体の流路側には直線フィンを有しその反対側は前記冷却空間に面し発熱体が取り付けられるヒートシンクと、前記筐体の下部に設置される発熱体を囲んで前記冷却媒体の排気側を除く周囲に形成され前記冷却媒体を取り込むための複数のスリットが前記冷却媒体の反排気側から排気側に向かって設けられた囲い体と、前記ヒートシンクの直線フィンに前記冷却媒体を導くための流路を形成する仕切板の曲がり部の近傍に所定の間隔を保って設けられた相似形状の複数個の案内板とを備えたことを特徴とする。
【００２６】
請求項８の発明に係る筐体内発熱体冷却装置においては、筐体の下部に設置される発熱体を囲んで、冷却媒体の排気側を除く周囲に冷却媒体を取り込むための複数のスリットを有した囲い体を設け、さらに、ヒートシンクの直線フィンに対して冷却媒体を導くための流路を形成する仕切板の曲がり部の近傍に、所定の間隔を保って相似形状の複数個の案内板を設ける。これにより、吸気口からの冷却媒体は囲い体のスリットより噴流として囲い体の内部に流入し、囲い体内部の発熱体にほぼまんべんなく衝突して冷却し、さらに、冷却媒体は流路を通ってヒートシンクに向かい、曲がり部の案内板により案内されてヒートシンクヘ流入する。従って、筐体の吸気口近傍に配置される発熱体を適正に冷却でき、ヒートシンクによどみ領域が発生しないので冷却効率が低下することがない。
【００２７】
請求項９の発明に係る筐体内発熱体冷却装置は、請求項８の発明において、前記複数個の案内板は、前記仕切板に近接する案内板と前記仕切板との間隔を最小とし、漸次、仕切板から遠くなるにつれて案内板間の間隔が大きくなるように配置したことを特徴とする。
【００２８】
請求項９の発明に係る筐体内発熱体冷却装置においては、請求項８の発明の作用に加え、吸気口からの冷却媒体は、流路を通ってヒートシンクに向かい、曲がり部の案内板により案内されてヒートシンクヘ流入する。この場合、仕切板に近い案内板ほど間隔が狭くなっているので、冷却媒体の流れはヒートシンクの表面に対して剥離することなく流れる。従って、ヒートシンクでの冷却効率が低下することがない。
【００２９】
請求項１０の発明に係る筐体内発熱体冷却装置は、請求項９の発明において、前記仕切り板に設けられ前記冷却空間内の前記基板に対して垂直方向に冷却媒体を取り込む冷却媒体流入孔と、前記仕切り板に設けられ前記冷却空間内で熱交換を終えた冷却媒体を前記排気口側に排気する冷却媒体流出孔とを備えたことを特徴とする。
【００３０】
請求項１０の発明に係る筐体内発熱体冷却装置においては、請求項９の発明の作用に加え、冷却空間内の基板に対して垂直方向に冷却媒体を取り込む冷却媒体流入孔を仕切板に設けると共に、冷却空間内で熱交換を終えた冷却媒体を排気口側に排気する冷却媒体流出孔を仕切板に設けるので、吸気口からの冷却媒体は、流路を通ってヒートシンクに向かうと共に冷却媒体流入孔を通って基板に平行に冷却媒体が流れ、基板近傍から伴流が生じ冷却空間内の基板に実装された発熱体を適正に冷却する。
【００３１】
請求項１１の発明に係るパワーエレクトロニクス機器は、請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の筐体内発熱体冷却装置と、パワーエレクトロニクス機器を構成する発熱体構成要素とを備え、前記発熱体構成要素は発熱量および大きさに応じて、前記ヒートシンク、前記基板、前記筐体の下部に配置されたことを特徴とする。
【００３２】
請求項１１の発明に係るパワーエレクトロニクス機器においては、パワーエレクトロニクス機器を構成する発熱体構成要素からの発熱を適正に放熱できる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る筐体内発熱体冷却装置の内部構成図である。図１に示すように、筐体１１には発熱体１２が収納されており、吸気口１６から吸気された冷却媒体は発熱体１２と熱交換を終え排気口１７から排気される。排気口１７の近傍には排気ファン１８が設置されており、この排気ファン１８により、発熱体１２と熱交換を終えた冷却媒体を強制排気するようになっている。また、吸気口１６は複数のスリット２４で形成されており、この複数のスリット２４は筐体１１の下部の側面に、冷却媒体の反排気側から排気側に向かって形成されている。
【００３４】
すなわち、スリット２４は冷却媒体の排気側（図１では上側）を除く筐体１１の側面に形成され、このスリット２４は冷却媒体の反排気側から排気側に向かって縦長に設けられる。この場合、スリット１３の幅はＢとし、スリット２４と発熱体１２との距離をＨとしたものを示している。
【００３５】
冷却媒体は筐体１１のスリット２４より噴流として筐体１１の内部に流入し、筐体１１の内部の発熱体１２にほぼまんべんなく衝突する。そして、冷却媒体は排気ファン１８により排気口１７から外部に排気される。
【００３６】
いま、スリット２４からの噴流の平均流速をｕ、空気の動粘性係数をν、プラントル数をＰｒ、熱伝導率をλｆとすると、レイノルズ数Ｒｅｂは下記の（１）式となる。
【００３７】
Ｒｅｂ＝ｕＢ／ν　…（１）
スリット噴流の衝突点中心の熱伝達率αは例えばＨ≦４Ｂでは下記の（２）式で示される。ここで、Ｂはスリット２４の幅、Ｈはスリット２４と発熱体１２ａとの距離である。
【００３８】
α＝Ｏ．５３５＊Ｒｅｂ０．５＊Ｐｒ０・４＊λｆ／Ｂ　…（２）
このようにスリット幅Ｂを狭くし、流速を上げると熱伝達率αは上昇し、温度上昇が小さくなることがわかる。
【００３９】
第１の実施の形態によれば、筐体１１の排気側を除く周囲に、反排気側から排気側に向かう複数のスリット２４を設けているので、排気ファン１８により筐体１１内部に吸引された空気（冷却媒体）はスリット２４から噴流として流出し、発熱体１２に衝突する。従って、筐体１１の内部に設置される発熱体１２の表面の熱伝達率が大きくなり温度上昇は小さくなる。
【００４０】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図２は本発明の第２の実施の形態に係る筐体内発熱体冷却装置の内部構成図である。この第２の実施の形態は、図１１に示した従来例に対し、筐体１１の下部に設置される発熱体１２ａを囲んでスリット噴流を取り込む囲い体２３を追加して設けたものである。図１１に示した構成要素と同一要素には同一符号を付し重複する記載は省略する。
【００４１】
図２に示すように、筐体１１の下部に設置される発熱体１２ａには囲い体２３が設けられる。この囲い体２３は、冷却媒体の排気側（図２では上側）を除く周囲に形成される。囲い体２３の周囲には冷却媒体を取り込むための複数のスリット２４が設けられる。このスリット２４は冷却媒体の反排気側から排気側に向かって縦長に設けられる。この場合、図１に示した第１の実施の形態と同様に、スリット１３の幅はＢとし、スリット２４と発熱体１２ａとの距離をＨとしたものを示している。従って、第１の実施の形態と同様に、（１）式および（２）式より、スリット幅Ｂを狭くし、流速を上げると熱伝達率αは上昇し、温度上昇が小さくなる。
【００４２】
図３は、図２のＹ−Ｙ線での断面図である。吸気口１６から筐体１１に取り込まれた冷却媒体は、囲い体２３の正面部だけでなく囲い体２３の周囲に回り込む。これは、冷却媒体はスリット２４を通ることにより冷却媒体の流速が大きくなるからである。このようにして、吸気口１６からの冷却媒体は囲い体２３のスリット２４より噴流として囲い体２３の内部に流入し、囲い体２３の内部の発熱体１２ａにほぼまんべんなく衝突する。そして、冷却媒体は流路２１およびヒートシンク１４を通って排気ファン１８により排気口１７から外部に排気される。このように、冷却媒体はスリット２４から噴流として流出し発熱体１２に衝突するので、筐体１１の内部に設置される発熱体１２の表面の熱伝達率が大きくなり温度上昇は小さくなる。
【００４３】
以上の説明では、複数の発熱体１２ａ〜１２ｃを筐体１１内に収納した場合について説明したが、１個の発熱体１２を筐体１１内に収納し、その発熱体１２の周囲にスリット２４を有する囲い体２３を設けるようにしてもよい。
【００４４】
第２の実施の形態によれば、吸気口１６側に設けた発熱体１２ａに対して、排気側を除く周囲に囲い体２３を配置し、反排気側から排気側に向かう複数のスリット２４を囲い体２３に設ける。これにより、排気ファン１８により筐体１１内部に吸引された空気（冷却媒体）はスリット２４から噴流として流出し、発熱体１２ａに衝突する。その後、空気（冷却媒体）は排気側に向かう。従って、筐体１１の下部に設置される発熱体１２ａの表面の熱伝達率が大きくなり温度上昇は小さくなる。
【００４５】
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。図４は本発明の第３の実施の形態に係る筐体内発熱体冷却装置の内部構成図である。この第３の実施の形態は図１１に示した従来例に対し、仕切り板１９ａに冷却媒体を取り込む冷却媒体流入孔２５ａを設け、仕切り板１９ｂに熱交換を終えた冷却媒体を排気する冷却媒体流出孔２５ｂを設けたものである。図１１に示した構成要素と同一要素には同一符号を付し重複する記載は省略する。
【００４６】
図４において、冷却媒体流入孔１９ａは、吸気口１６から熱媒体１２ａを通ってヒートシンク１４に向かう冷却媒体の流路２１および基板１５を収納する冷却空間２０を形成する仕切板１９ａに設けられる。すなわち、基板１５に対し垂直でない仕切板１９ａに、基板１５に対し垂直な面２６を設け、基板１５に平行にスリット（冷却媒体流入孔）２５ａを設ける。
【００４７】
これにより、冷却媒体流入孔２５ａから噴流が流出し、冷却媒体流入孔２５ａは冷却空間２０内の基板１５に対して垂直方向に冷却媒体を取り込むことになり、基板１５の近傍に速い流れが生じる。そして、冷却空間２０内で熱交換を終えた冷却媒体は、仕切板１９ｂに設けられた冷却媒体流出孔２５ｂを通って排気口１７側に排気される。
【００４８】
第３の実施の形態によれば、冷却空間２０内の基板１５に対して垂直方向に冷却媒体を取り込むので、基板１５の表面の熱伝達率が大きくなり、基板１５の温度上昇は小さくなる。また基板１５上に実装されたコンデンサ等は、ほとんど発熱しないが、許容温度の低いマイコンの部品にも速い流れがぶつかり十分に冷却できる。
【００４９】
次に、本発明の第４の実施の形態を説明する。図５は本発明の第４の実施の形態に係る筐体内発熱体冷却装置の内部構成図である。この第４の実施の形態は、図１１に示した従来例に対し、流路２１を形成する仕切板１９ａの曲がり部２７の近傍に、所定の間隔を保って相似形状の複数個の案内板２８を設けたものである。図１１に示した構成要素と同一要素には同一符号を付し重複する記載は省略する。
【００５０】
図５において、吸気口１６からの冷却媒体は発熱体１２ａを通り、仕切板１９ａ、１９ｃで形成される流路２１に案内されてヒートシンク１４に向かう。この流路２１のヒートシンク１４に流入する直前の曲がり部２７に、曲がり部２７の内周壁に所定の間隔を保って複数個の相似形状の案内板２８ａ、２８ｂを配置する。これにより、案内板２８ａ、２８ｂを通過した後の冷却媒体は、ヒートシンク１４の根元部で流れが剥離し難くなり、この近傍の直線フィン１３の熱伝達率が増加する。従って、発熱体１２ｂの温度上昇を下げることができる。
【００５１】
第４の実施の形態によれば、案内板２８ａ、２８ｂにより冷却媒体をヒートシンク１４に垂直方向から流入させるので、ヒートシンク１４の根元部での流れに剥離がなくなり、直線フィン１３の熱伝達率が増加し、ヒートシンク１４に取り付けられた冷却空間２０内の発熱体１２ｂの温度上昇を防止することができる。
【００５２】
次に、本発明の第５の実施の形態を説明する。図６は本発明の第５の実施の形態に係る筐体内発熱体冷却装置の内部構成図である。この第５の実施の形態は、図５に示した第４の実施の形態に対し、仕切板１９ａから遠くなるにつれて案内板２８ａ、２８ｂ間の間隔が大きくなるように複数個の案内板２８ａ、２８ｂを配置したものである。図５に示した構成要素と同一要素には同一符号を付し重複する記載は省略する。
【００５３】
図６において、仕切板１９ａに近接する案内板２８ａと仕切板１９ａとの間隔ｘ１と、案内板２８ａ、２８ｂ間の間隔ｘ２との関係は、ｘ１＜ｘ２である。また、３枚目の案内板２８ｃを設け、案内板２８ｂ、２８ｃ間の間隔をｘ３としたときには、ｘ１＜ｘ２＜ｘ３の関係となる。このように、複数個の案内板２８は、仕切板１９ａに近接する案内板２８ａと仕切板１９ａとの間隔ｘ１を最小とし、漸次、仕切板１９ａから遠くなるにつれて案内板２８間の間隔が大きくなるように配置する。なお、この場合、仕切板１９ａから最も遠い案内板２８と仕切板９ｃ（もしくは筐体１１の内面）との間隔が最大となるようにする。
【００５４】
第５の実施の形態によれば、曲がり部２７の内周側ほど冷却媒体の流れに剥離が生じるため、仕切板１９ａに近い案内板２８との間隔を狭くすることにより、曲がり部２７の内周側の冷却媒体の流れが剥離しにくくなる。従って、熱伝達率が増加し、ヒートシンク１４に取り付けられた発熱体１２ｂの温度上昇を下げることができる。
【００５５】
次に、本発明の第６の実施の形態を説明する。図７は本発明の第６の実施の形態に係る筐体内発熱体冷却装置の内部構成図である。この第６の実施の形態は、図２に示した第２の実施の形態に対し、仕切り板１９ａに冷却媒体を取り込む冷却媒体流入孔２５ａを設け、仕切り板１９ｂに熱交換を終えた冷却媒体を排気する冷却媒体流出孔２５ｂを設けたものである。図２に示した構成要素と同一要素には同一符号を付し重複する記載は省略する。
【００５６】
図７において、吸気口１６から筐体１１に取り込まれた冷却媒体は、囲い体２３の正面部だけでなく囲い体２３の周囲に回り込み、囲い体２３のスリット２４より噴流として囲い体２３の内部に流入する。そして、発熱体１２ａを冷却した冷却媒体は流路２１に流れる
流路２１に流れ込んだ冷却媒体の一部は、仕切板１９ａに設けられた冷却媒体流入孔２５ａから冷却空間２０に噴流として流出する。
【００５７】
冷却媒体流入孔２５ａは垂直面２６にスリット上に形成されているので、冷却空間２０内の基板１５に対して垂直方向に冷却媒体を取り込むことになり、基板１５の近傍に速い流れが生じる。そして、冷却空間２０内で熱交換を終えた冷却媒体は、仕切板１９ｂに設けられた冷却媒体流出孔２５ｂを通って排気口１７側に排気される。
【００５８】
一方、流路２１に流れ込んだ冷却媒体の一部は、ヒートシンク１４を流れヒートシンク１４に取り付けられた発熱体１２ｂを冷却して排気ファン１８により排気口１７から外部に排気される。
【００５９】
第６の実施の形態によれば、吸気口１６側に設けた発熱体１２ａに対して、排気側を除く周囲に囲い体２３を配置すると共に、冷却媒体の流路２１を形成する仕切板１９ａに冷却媒体流入孔２５ａを設けたので、ヒートシンク１４に流れる通風抵抗が減少し冷却冷媒の流量が増加する。従って、囲い体２３のスリット２４から流速の大きい噴流が流出し、発熱体１２ａに衝突するため発熱体１２ａの温度上昇を下げることができ、また、冷却空間２０内の基板１５に実装された発熱体１２ｃも適正に冷却できる。
【００６０】
次に、本発明の第７の実施の形態を説明する。図８は本発明の第７の実施の形態に係る筐体内発熱体冷却装置の内部構成図である。この第７の実施の形態は、図２に示した第２の実施の形態に対し、流路２１を形成する仕切板１９ａの曲がり部２７の近傍に、所定の間隔を保って相似形状の複数個の案内板２８を設けたものである。図２に示した構成要素と同一要素には同一符号を付し重複する記載は省略する。
【００６１】
図８において、吸気口１６から筐体１１に取り込まれた冷却媒体は、囲い体２３の正面部だけでなく囲い体２３の周囲に回り込み、囲い体２３のスリット２４より噴流として囲い体２３の内部に流入する。そして、発熱体１２ａを冷却した冷却媒体は流路２１に流れる。
【００６２】
流路２１に流れ込んだ冷却媒体は、仕切板１９ａ、１９ｃで形成される流路２１に案内されてヒートシンク１４に向かう。この流路２１のヒートシンク１４に流入する直前の曲がり部２７に、曲がり部２７の内周壁に所定の間隔を保って複数個の相似形状の案内板２８ａ、２８ｂを配置する。これにより、案内板２８ａ、２８ｂを通過した後の冷却媒体は、ヒートシンク１４に垂直に流入するように案内されるので、ヒートシンク１４の根元部で流れが剥離し難くなり、この近傍の直線フィン１３の熱伝達率が増加する。従って、発熱体１２ｂの温度上昇を下げることができる。
【００６３】
第７の実施の形態によれば、吸気口１６側に設けた発熱体１２ａに対して、排気側を除く周囲に囲い体２３を配置すると共に、案内板２８ａ、２８ｂにより冷却媒体をヒートシンク１４に垂直方向から流入させるので、筐体１１の下部に設置される発熱体１２ａを適正に冷却できると共に、ヒートシンク１４に取り付けられた冷却空間２０内の発熱体１２ｂも適正に冷却できる。
【００６４】
次に、本発明の第８の実施の形態を説明する。図９は本発明の第８の実施の形態に係る筐体内発熱体冷却装置の内部構成図である。この第８の実施の形態は、図８に示した第７の実施の形態に対し、仕切板１９ａから遠くなるにつれて案内板２８ａ、２８ｂ間の間隔が大きくなるように複数個の案内板２８ａ、２８ｂを配置したものである。図８に示した構成要素と同一要素には同一符号を付し重複する記載は省略する。
【００６５】
図９において、吸気口１６から筐体１１に取り込まれた冷却媒体は、囲い体２３の正面部だけでなく囲い体２３の周囲に回り込み、囲い体２３のスリット２４より噴流として囲い体２３の内部に流入する。そして、発熱体１２ａを冷却した冷却媒体は流路２１に流れる。流路２１に流入した冷却媒体の一部は、仕切板１９ａから遠くなるにつれて案内板２８間の間隔が大きくなるように配置された複数の案内板２８に案内されて、ヒートシンク１４を流れ排気ファン１８により排気口１７から排気される。
【００６６】
第８の実施の形態によれば、吸気口１６側に設けた発熱体１２ａに対して、排気側を除く周囲に囲い体２３を配置すると共に、案内板２８ａ、２８ｂの間隔を仕切板１９ａから遠くなるにつれて大きくなるように配置するので、筐体１１の下部に設置される発熱体１２ａを適正に冷却できると共に、ヒートシンク１４の熱伝達率をさらに向上させることができヒートシンク１４に取り付けられた発熱体１２ｂを適正に冷却できる。
【００６７】
次に、本発明の第９の実施の形態を説明する。図１０は本発明の第９の実施の形態に係る筐体内発熱体冷却装置の内部構成図である。この第９の実施の形態は、図９に示した第８の実施の形態に対し、仕切り板１９ａに冷却媒体を取り込む冷却媒体流入孔２５ａを設け、仕切り板１９ｂに熱交換を終えた冷却媒体を排気する冷却媒体流出孔２５ｂを設けたものである。図９に示した構成要素と同一要素には同一符号を付し重複する記載は省略する。
【００６８】
図１０において、吸気口１６から筐体１１に取り込まれた冷却媒体は、囲い体２３の正面部だけでなく囲い体２３の周囲に回り込み、囲い体２３のスリット２４より噴流として囲い体２３の内部に流入する。そして、発熱体１２ａを冷却した冷却媒体は流路２１に流れる。
【００６９】
流路２１に流入した冷却媒体の一部は、仕切板１９ａから遠くなるにつれて案内板２８間の間隔が大きくなるように配置された複数の案内板２８に案内されて、ヒートシンク１４を流れ排気ファン１８により排気口１７から排気される。一方、流路２１に流入した冷却媒体の一部は、仕切板１９ａに設けられた冷却媒体流入孔２５ａから冷却空間２０に噴流が流出し、冷却媒体流入孔２５ａは冷却空間２０内の基板１５に対して垂直方向に冷却媒体を取り込むことになり、基板１５の近傍に速い流れが生じる。そして、冷却空間２０内で熱交換を終えた冷却媒体は、仕切板１９ｂに設けられた冷却媒体流出孔２５ｂを通って排気口１７側に排気される。
【００７０】
第９の実施の形態によれば、第８の実施の形態の効果に加え、仕切板１９ａに近い案内板２８との間隔を狭くすることにより、ヒートシンク１４への冷却媒体の流れが剥離しにくくなる。従って、熱伝達率が増加し、ヒートシンク１４に取り付けられた発熱体１２ｂの温度上昇を下げることができる。
【００７１】
以上述べた第２の実施の形態乃至第９の実施の形態のいずれかの筐体内発熱体冷却装置に対し、パワーエレクトロニクス機器を構成する発熱体構成要素を発熱体として装着し、パワーエレクトロニクス機器を構成する。この場合、パワーエレクトロニクス機器を構成する発熱体構成要素の発熱量および大きさに応じて、ヒートシンク１４、基板１５、筐体１１の下部に発熱体構成要素を配置する。
【００７２】
パワーエレクトロニクス機器としては、無停電電源装置や電力変換装置等があり、パワーエレクトロニクス機器を構成する発熱体構成要素としては、トランス、リアクトル、インバータ、コンバータ、半導体素子例えばＩＧＢＴ、コンデンサ、抵抗、マイコン等がある。
【００７３】
そして、例えば、ヒートシンクに半導体素子を配置し、吸気口の近傍にトランスはリアクトルを配置し、基板上にコンデンサ、発熱はほとんどしないものの許容温度の低いマイコンなどが十分冷却できるようになり、温庫上昇を下げることができる。
【００７４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、筐体の吸気口近傍に配置される発熱体、ヒートシンクに取り付けられた発熱体、さらには基板上に実装された発熱体をも適正に冷却できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る筐体内発熱体冷却装置の内部構成図。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る筐体内発熱体冷却装置の内部構成図。
【図３】図２のＹ−Ｙ線での断面図。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る筐体内発熱体冷却装置の内部構成図。
【図５】本発明の第４の実施の形態に係る筐体内発熱体冷却装置の内部構成図。
【図６】本発明の第５の実施の形態に係る筐体内発熱体冷却装置の内部構成図。
【図７】本発明の第６の実施の形態に係る筐体内発熱体冷却装置の内部構成図。
【図８】本発明の第７の実施の形態に係る筐体内発熱体冷却装置の内部構成図。
【図９】本発明の第８の実施の形態に係る筐体内発熱体冷却装置の内部構成図。
【図１０】本発明の第９の実施の形態に係る筐体内発熱体冷却装置の内部構成図。
【図１１】従来の発熱体冷却装置の構成図。
【符号の説明】
１１…筐体、１２…発熱体、１３…直線フィン、１４…ヒートシンク、１５…基板、１６…吸気口、１７…排気口、１８…排気ファン、１９…仕切板、２０…冷却空間、２１…流路、２２…よどみ領域、２３…囲い体、２４…スリット、２５ａ…冷却媒体流入孔、２５ｂ…冷却媒体流出孔、２６…垂直面、２７…曲がり部、２８…案内板
【図１】
2004088023.tif 000003
【図２】
2004088023.tif 000004
【図３】
2004088023.tif 000005
【図４】
2004088023.tif 000006
【図５】
2004088023.tif 000007
【図６】
2004088023.tif 000008
【図７】
2004088023.tif 000009
【図８】
2004088023.tif 000010
【図９】
2004088023.tif 000011
【図１０】
2004088023.tif 000012
【図１１】
2004088023.tif 000013