(57)【要約】【課題】冷却能力を落とすことなく、埃、雨水等の侵入を防止する冷却構造及びそれを用いた電力変換装置を提供する。【解決手段】盤枠２と、盤枠２を仕切る仕切り８ａ、８ｂと、仕切り８ａ、８ｂを貫通し、仕切り８ａ、８ｂより上方側に放熱部７を有するヒートパイプ９と、仕切り８ａ、８ｂより下方側に配設された電気部品６とを有し、更に、外部と直接連通する吸気口４及び排気口５を、仕切り８ａ、８ｂより上方側の扉３ａに設け、放熱部７が設けられた部分と電気部品６が設けられた部分とを連通する連通口１１、１２を仕切り８ａ、８ｂに設け、吸気側となる連通口１１にガイド板１０を設けることで、外部からの空気の流れを、盤枠２の内部全体へ導いて、ヒートパイプ９による吸放熱だけではなく、導かれた空気の自然対流により、電気部品６の冷却を行うようにした冷却構造及びそれを用いた電力変換装置。【選択図】　図２
2004071594.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、前記筐体を仕切る仕切りと、前記仕切りを貫通し、前記仕切りより上方側に放熱部を有するヒートパイプと、前記仕切りより下方側に配設された発熱部とを有し、前記発熱部の発熱を、前記ヒートパイプの下部で吸熱し、その上部の前記放熱部にて放熱することで、前記発熱部の冷却を行なう冷却構造において、
外部と直接連通する吸気口及び排気口を、前記仕切りより上方側における前記筐体に設け、前記放熱部が設けられた部分と前記発熱部が設けられた部分とを連通する連通口を前記仕切りに設け、吸気側となる前記連通口にガイド板を設けたことを特徴とする冷却構造。
【請求項２】
請求項１記載の冷却構造において、
前記ガイド板が、外部からの空気の流れを、前記筐体の内部全体に導くような形状を有することを特徴とする冷却構造。
【請求項３】
電気部品により電力の特性を変換する電力変換装置において、
発熱部となる前記電気部品を、請求項１又は請求項２記載の冷却構造を用いて冷却することを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートパイプにて冷却を行なう冷却構造及びその冷却構造を用いた電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヒートパイプは、その内部に有する冷媒の気化熱を利用することで、冷却対象物からの熱量を吸熱し、ヒートパイプの上部に設けられたフィン等の放熱部にて放熱することで、気化された冷媒を液体へ凝縮して、再び吸熱することができるようにする冷却機構を有するものである。ヒートパイプを用いた冷却構造を有するものとしては、例えば、電力変換装置等がある。
【０００３】
電力変換装置は、使用目的に合うように、電源と負荷の間で、電圧、電流、周波数、位相、相数等の特性うち、１つ以上を変換する装置である。電力変換には様々な電気部品が用いられており、近年では、制御の高度化に伴い、半導体素子のスイッチ動作等を用いる半導体電力変換装置が多く使用されている。
【０００４】
半導体素子等の電気部品は、電力変換を行なう際に損失等により発熱する。通常は、発熱により電気部品が損傷を受けないように、外部から空気を取り込んで冷却を行なっており、効率良く冷却するため、電気部品に放熱用のフィン等を設けて、電気部品を冷却する。特に、電気部品の発熱量が多い場合、ヒートパイプを用いて、より効率良く冷却を行なうようにしている。ヒートパイプを用いた冷却構造を有する従来の電力変換装置を、図４に示して説明する。
【０００５】
図４は、従来の電力変換装置の概略を示すもので、図４（ａ）は外観の正面図、図４（ｂ）は内部の正面図である。
【０００６】
図４（ａ）に示すように、従来の電力変換装置は、筐体が上側盤２１ａと下側盤２１ｂの２つの部分から構成されており、各々に独立した扉２３ａ、２３ｂを有している。更に、扉２３ａ、２３ｂ毎に吸気口２４ａ及び排気口２５ａ、吸気口２４ｂ及び排気口２５ｂを有している。
【０００７】
図４（ｂ）に示すように、電力変換装置の内部は、筐体を構成する盤枠２２が、仕切り２８ａ、２８ｂにより上下に仕切られることで、上側盤２１ａと下側盤２１ｂとが構成されている。下側盤２１ｂの部分には、電力変換のための半導体素子やその他の電気部品等を実装する電気部品２６が配置されており、仕切り２８ａ、２８ｂを鉛直方向に貫通するように、ヒートパイプ２９が設けられ、その上部側にフィン等の放熱部２７を有している。つまり、ヒートパイプ２９は、放熱部２７を有する部分が、仕切り２８ａ、２８ｂより上部側の上側盤２１ａ側に配置され、吸熱部となるヒートパイプ２９の下部は、仕切り２８ａ、２８ｂより下部側の下側盤２１ａ側に配置されており、更に、その下方側に電気部品２６が配置される。
【０００８】
上記冷却構造では、半導体素子等を有する電気部品２６で発生した熱を、電気部品２６に接触する図示していない受熱部を介してヒートパイプ２９の下部へ吸熱する。又は、発熱量の多い半導体素子等を、ヒートパイプ２９の下部へ直接配設する構成として、発生した熱をヒートパイプ２９の下部で直接吸熱する。ヒートパイプ２９の下部で吸熱した熱により、ヒートパイプ２９内部の冷媒が気化され、気化された冷媒がヒートパイプ２９上部の放熱部２７で放熱されることで、気化された冷媒が凝縮されて液体へ戻り、再び吸熱可能な状態となる。そのため、放熱部２７は冷却する必要が有り、通常は過冷却しないように、外部から導入された空気の自然対流を用いて冷却している（自冷式）。従って、放熱部２７の冷却のために、上側盤２１ａの扉２３ａには外気を導く吸気口２４ａと、暖められた空気を排出する排気口２５ａが設けられている。このように、電気部品２６での発熱を、ヒートパイプ２９の放熱部２７へ伝熱させ、放熱部２７を冷却することで、電気部品２６の温度上昇を防いでいる。
【０００９】
又、従来の電力変換装置では、放熱部２７のための吸排気口２４ａ、２５ａのみならず、電気部品２６のための吸排気口２４ｂ、２５ｂも別途設けられている。これは、電力変換のための半導体素子等の発熱量が大きく、ヒートパイプ２９を設け、放熱部２７で放熱したとしても、下側盤２１ｂの電気部品２６での放熱量が、依然として全体の放熱量の約４０％もあるため、電気部品２６が設けられた下側盤２１ｂにも吸気口２４ｂ、排気口２５ｂを設けることが、効率的に冷却できるためである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示す従来の電力変換装置では、半導体素子やその他の電気部品を収納している下側盤２１ｂに、吸気口２４ｂ、排気口２５ｂがあるため、以下の問題点がある。
（１）吸気口２４ｂ等から埃が入りやすくなるため、電気部品等に埃が堆積する。
（２）屋外に設置された場合、吸気口２４ｂ等から雨水が入りやすくなるため、電気部品等が濡れる。
（３）屋外に設置された場合、吸気口２４ｂ、排気口２５ｂが、積雪によって塞がり、下側盤２１ｂの冷却ができず、内部の電気部品の温度が上がるおそれがある。
【００１１】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、冷却能力を落とすことなく、埃、雨水等の侵入を防止する冷却構造及びそれを用いた電力変換装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明に係る冷却構造は、筐体と、前記筐体を仕切る仕切りと、前記仕切りを貫通し、前記仕切りより上方側に放熱部を有するヒートパイプと、前記仕切りより下方側に配設された発熱部とを有し、前記発熱部の発熱を、前記ヒートパイプの下部で吸熱し、その上部の前記放熱部にて放熱することで、前記発熱部の冷却を行い、外部と直接連通する吸気口及び排気口を、前記仕切りより上方側における前記筐体に設け、前記放熱部が設けられた部分と前記発熱部が設けられた部分とを連通する連通口を前記仕切りに設け、吸気側となる前記連通口にガイド板を設けたことを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決する本発明に係る冷却構造は、前記ガイド板が、外部からの空気の流れを、前記筐体の内部全体に導くような形状を有することを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決する本発明に係る電力変換装置は、電力の特性を変換し、発熱部となる電気部品を、上記いずれかの冷却構造を用いて冷却することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態の一例を示す電力変換装置の概略であり、図１（ａ）は外観の正面図、図１（ｂ）は内部の正面図である。
又、図２（ａ）は電力変換装置の内部の側面図、図２（ｂ）は、図１（ｂ）のＡ−Ａ線矢視図である。
【００１６】
図１（ａ）に示すように、本発明に係る電力変換装置は、上側盤１ａと下側盤１ｂの２つの部分から構成されており、各々の部分に独立した扉３ａ、３ｂを有している。更に、後述する仕切り８ａ、８ｂより上方側の上側盤１ａの扉３ａのみに吸気口４及び排気口５を設けた。
【００１７】
図１（ｂ）に示すように、本発明に係る電力変換装置の内部は、筐体を構成する盤枠２が、仕切り８ａ、８ｂにより上下に仕切られることで上側盤１ａと下側盤１ｂとが構成されている。下側盤１ｂの部分には、半導体素子やその他の電気部品等を実装する電気部品６が配置されており、仕切り８ａ、８ｂを鉛直方向に貫通するように、ヒートパイプ９が設けられ、その上部側にフィン等の放熱部７を有している。つまり、ヒートパイプ９は、放熱部７を有する部分が、仕切り８ａ、８ｂより上部側の上側盤１ａ側に配置され、吸熱部となるヒートパイプ９の下部は、仕切り８ａ、８ｂより下部側の下側盤１ａ側に配置されており、更に、その下方側に発熱部となる電気部品６が配置される。
【００１８】
上記冷却構造では、半導体素子等を有する電気部品６で発生した熱を、電気部品６に接触する図示していない受熱部を介してヒートパイプ９の下部へ吸熱する。又は、発熱量の多い半導体素子等を、ヒートパイプ９の下部へ直接配設する構成として、発生した熱をヒートパイプ９の下部で直接吸熱する。ヒートパイプ９の下部で吸熱した熱により、ヒートパイプ９内部の冷媒が気化され、気化された冷媒がヒートパイプ９上部の放熱部７で放熱されることで、気化された冷媒が凝縮されて液体へ戻り、再び吸熱可能な状態となる。そのため、放熱部７は冷却する必要が有り、通常は過冷却しないように、外部から導入された空気の自然対流を用いて冷却している（自冷式）。従って、放熱部７の冷却のために、上側盤１ａの扉３ａには外気を導く吸気口４と、暖められた空気を排出する排気口５が設けられている。このように、電気部品６等での発熱を、ヒートパイプ９の放熱部７へ伝熱させ、放熱部７を自然冷却することで、電気部品６の温度上昇を防いでいる。
【００１９】
又、詳細は後述する図２において説明するが、仕切り８ａ、８ｂには、複数の貫通口が設けられており、吸気側となる貫通口の下側盤１ｂ側には、空気の流れを適切な方向に導くためのガイド板１０が設けられている。これは電気部品６が配置されている下側盤１ｂへ、埃や雨水等が入らないように、外気と連通する吸排気口４、５を上側盤１ａ側のみに設け、下側盤１ｂ側に外気と連通する吸排気口を設けない替わりに、上側盤１ａと下側盤１ｂとを仕切る仕切り８ａ、８ｂに貫通口を複数設けて、吸気口４から上側盤１ａへ入ってきた空気を、貫通口及びガイド板１０を用いて、下側盤１ｂ側の電気部品６へ導くようにするものである。
【００２０】
図２（ａ）の本発明に係る電力変換装置の側面図に示すように、仕切り８ａ、８ｂには、放熱部７のある上側盤１ａ側から電気部品６のある下側盤１ｂへ貫通する貫通口１１、１２が複数設けられており、これが装置内部での吸気口、排気口の役割を果たす。つまり、装置内部の仕切り８ａ、８ｂに下側盤１ｂ用の吸排気口を設けることで、直接外気と連通する下側盤１ｂでの吸気口、排気口は不要とした。又、ガイド板１０を吸気側となる貫通口１１の下側に垂直に設けることで、外部から入ってきた空気の流れを、電気部品６側へ導くようにすることができる。
【００２１】
例えば、本実施例の場合、自然対流により、図２（ａ）の矢印に示すような空気の流れになり、外部から吸気口４を通して入る空気は、温度が低く、重いため、貫通口１１、更に扉３ｂとガイド板１０の間を通って下方に移動し、電気部品６の熱を奪い（下側盤１ｂ内を冷却して）、その後、空気の温度の上昇とともに、貫通口１２を通って上側盤１ａに移動し、放熱部７で更に熱を奪って、装置全体を冷却して、最後は排気口５から外部へ出ていく。このように、下側盤１ｂに、吸気口、排気口を設けなくても、下側盤１ｂに配設された電気部品６を冷却することができることとなる。又、吸気口４、排気口５は、上側盤１ａに設けられ、高い位置に配置されるため、積雪等により出入口が塞がれることもなく、冷却能力が落ちるおそれがない。
【００２２】
図２（ｂ）に示すように、吸気側となる２つの矩形状の貫通口１１は、仕切り８ａ（及び８ｂ）の平面上の両端部側に、複数配置されたヒートパイプ９の全幅より長く設けられ、又、排気側となる２つの矩形状の貫通口１２は、仕切り８ａ（及び８ｂ）の平面上の中心側寄りに、貫通口１１と略同じ幅で設けられている。貫通口１１、１２の位置、大きさ、数、形状等は、電気部品６、ヒートパイプ９等の大きさ、形状に応じて適切なものを選択する。例えば、本実施例では、貫通口１１、１２に対して、ヒートパイプ９が垂直な位置関係になるように設けたが、平行な位置関係になるように設けてもよい。図２（ｂ）では、貫通口１１、１２とヒートパイプ９との位置関係を示すために、ヒートパイプ９を点線で示した。
【００２３】
図３は、本発明の実施形態の他の一例を示す電力変換装置の概略を示すもので、電力変換装置の内部の側面図である。
【００２４】
図３に示す本発明に係る電力変換装置の構造は、図１、図２に示した電力変換装置と略同等である。しかしながら、図３に示す実施例においては、下側盤１ｂ内の電気部品６が大きく、仕切り８ａ、８ｂに設けた吸気側となる貫通口１１がより内側にある場合、装置内部の空気の流れを適切に制御するため、ガイド板１３の形状を、図３に示すように、屈曲部を有し、その一部に斜面を有するものとした。このように、装置内部の部品等の設置状況に応じて、ガイド板１３の形状を適切なものとすることで、装置内の空気の流れを、装置内部の全体に行き渡るようにすることができる。
【００２５】
なお、上記実施例における、下側盤１ｂ内に設けたガイド板１０、１３の材質は、鋼板、絶縁物を問わず用いることができる。又、上記実施例では、本発明に係る冷却構造を用いたものとして、電力変換装置を例に挙げて説明を行なったが、本発明に係る冷却構造を用いるものとして、電力変換装置に限定するものではなく、ヒートパイプを用いる冷却構造を有するものであれば、他の装置に適用してもよい。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１又は請求項２に係る発明によれば、筐体と、前記筐体を仕切る仕切りと、前記仕切りを貫通し、前記仕切りより上方側に放熱部を有するヒートパイプと、前記仕切りより下方側に配設された発熱部とを有し、前記発熱部の発熱を、前記ヒートパイプの下部で吸熱し、その上部の前記放熱部にて放熱することで、前記発熱部の冷却を行なう冷却構造において、外部と直接連通する吸気口及び排気口を、前記仕切りより上方側における前記筐体に設け、前記放熱部が設けられた部分と前記発熱部が設けられた部分とを連通する連通口を前記仕切りに設け、吸気側となる前記連通口にガイド板を設けたので、下側盤の吸気口、排気口を不要とすることができ、埃や雨水等が直接侵入することを防止できる。又、下側盤の吸気口、排気口を不要とすることにより、積雪により、吸気口、排気口が塞がれることを防止でき、冷却能力を落とすことがない。更に、下側盤の吸気口、排気口が不要となるので、コストダウンすることができる。
【００２７】
請求項３に係る発明によれば、電気部品により電力の特性を変換する電力変換装置において、発熱部となる前記電気部品を、上記いずれかの冷却構造を用いて冷却するので、下側盤の吸気口、排気口を不要とすることができ、埃や雨水等が直接侵入することを防止でき、電気部品の電気絶縁上の対策となる。又、下側盤の吸気口、排気口を不要とすることにより、積雪により、吸気口、排気口が塞がれることを防止でき、冷却能力を落とすことがない。更に、下側盤の吸気口、排気口が不要となるので、コストダウンすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の一例を示す電力変換装置の概略であり、（ａ）は外観の正面図、（ｂ）は内部の正面図である。
【図２】図２（ａ）は電力変換装置の内部の側面図、（ｂ）は、図１（ｂ）のＡ−Ａ線矢視図である。
【図３】本発明の実施形態の他の一例を示す電力変換装置の概略を示すもので、電力変換装置の内部の側面図である。
【図４】従来の電力変換装置の概略を示すもので、（ａ）は外観の正面図、（ｂ）は内部の正面図である。
【符号の説明】
１ａ　上側盤
１ｂ　下側盤
２　　盤枠
３ａ　扉
３ｂ　扉
４　　吸気口
５　　排気口
６　　電気部品等
７　　放熱部
８ａ　仕切り
８ｂ　仕切り
９　　ヒートパイプ
１０　ガイド板
１１　吸気口
１２　排気口
１３　ガイド板
【図１】
2004071594.tif 000003
【図２】
2004071594.tif 000004
【図３】
2004071594.tif 000005
【図４】
2004071594.tif 000006