(57)【要約】【課題】自己発熱量が多い部品を搭載したユニットから冷却ファンに流れる高温の冷却空気を分散させることで冷却ファンの冷却能力を高めることができる電力変換装置を提供する。【解決手段】筐体２内部に収納された冷却ファンユニット５４と、この冷却ファンユニットの下部に収納された第１ユニット５０と、冷却ファンユニットの上部に収納された第２ユニット５２とを備え、冷却ファンユニットは、前面側通気口から吸い込んだ冷却空気を第１ユニット及び第２ユニットを通過させて天面側通気口から排出する並列に配置した複数の冷却ファン５４ｂ，５４ｃ，５４ｄを備えている。そして、冷却ファンユニットと第１ユニットとの間であって、第１ユニットの自己発熱量が多い部品２４ａの上方位置に、自己発熱量が多い部品を通過した冷却空気を冷却ファンユニットの複数の冷却ファンに分散させる冷却空気分散通路５６を設けた。【選択図】図１３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前記筐体の前面開口部を覆う下側の前面板に形成された前面側通気口と、
前記筐体の上部開口部を覆う天面板に形成された天面側通気口と、
前記筐体内部に収納された冷却ファンユニットと、
この冷却ファンユニットの下部に収納された第１ユニットと、
前記冷却ファンユニットの上部に収納された第２ユニットと、を備え、
前記冷却ファンユニットは、前面側通気口から吸い込んだ冷却空気を前記第１ユニット及び前記第２ユニットを通過させて前記天面側通気口から排出する並列に配置した複数の冷却ファンを備え、
前記冷却ファンユニットと前記第１ユニットとの間の前記第１ユニットの自己発熱量が多い部品の上方位置に、前記自己発熱量が多い部品を通過した冷却空気を前記冷却ファンユニットの複数の冷却ファンに分散させる冷却空気分散通路を設けたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記冷却空気分散通路は、前記第１ユニットの前記自己発熱量が多い部品に対面する下部側の空気通路断面積を小さくし、前記冷却ファンユニットに向かうに従い空気通路断面積を徐々に大きくしていき、上部側で前記複数の冷却ファンの吸い込み口を囲んでいることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記第２ユニットは、被冷却部を内部に配置して前記天面側通気口に連通する排気路を備え、
前記冷却ファンユニットは、全ての前記冷却ファンで発生した冷却空気が前記排気路に流れ込むように、当該冷却ファンユニットの空気吐き出し口を前記排気路の下部開口部に連通させたことを特徴とする請求項１又は２記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筐体内に複数のユニットを上下に多段に収納した電力変換装置に係り、特に、自己発熱量が多い部品を搭載したユニットを冷却ファンで冷却するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
プラントの計測設備やコンピュータなどに安定した電源供給を行う電力変換装置として無停電電源装置が知られている。無停電電源装置は、通常、筐体内に複数の制御部品がユニット化された状態で収納されている。
特許文献１の電力変換装置は、筐体内部の下部にトランスユニットが収納され、筐体内の上部に電力変換ユニットが収納され、トランスユニット及び電力変換ユニットの間に冷却ファンが収納されている。また、筐体の前面板に前面側通気口が形成され、筐体の天面板に天面側通気口が形成され、電力変換ユニットの背面側に、電力変換ユニットの背面に設けた冷却フィンを包み天面側通気口に通じる風洞と、この風洞に平行に設けられて天面側通気口に通じる排気路とが設けられている。
【０００３】
冷却ファンは、トランスユニットから流れてきた冷却空気を風洞に送風する電力変換ユニット冷却ファンと、トランスユニットから流れてきた冷却空気を排気路に送風するトランスユニット冷却ファンとで構成されているとともに、風洞の電力変換ユニット冷却ファン側で開口する開口部を、トランスユニット冷却ファン側からも冷却空気が取り入れられるように、トランスユニット冷却ファン側に拡げた形状としている。
そして、風洞内に電力変換ユニット冷却ファンの冷却空気とともに、トランスユニット冷却ファンの冷却空気とを取り入れ、電力変換ユニットの背面に設けた冷却フィンに流れる冷却空気量を増大させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−８７２６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１の電力変換装置の冷却ファンは、電力変換ユニット冷却ファンがトランスユニットの上部の前面側に配置され、トランスユニット冷却ファンがトランスユニットの上部の背面側に配置されているとともに、トランスユニット冷却ファンは、電力変換ユニット冷却ファンより上方位置であってトランスユニットから離間して配置されている。
【０００６】
このような冷却ファンの配置にすると、電力変換ユニット冷却ファンと比較してトランスユニット冷却ファンによるトランスユニットの背面側の上部付近の排気流量が低くなるので、トランスユニットで発生した熱の一部が、トランスユニットの背面側の上部空間にこもってしまう。
このようにトランスユニットの背面側の上部空間が高温になり、その高温の冷却空気がトランスユニット冷却ファンにより風洞に取り入れられると、冷却フィンに高温の冷却空気が接触するので、電力変換ユニットの冷却効果が低下するおそれがある。
【０００７】
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、自己発熱量が多い部品を搭載したユニットから冷却ファンに流れる高温の冷却空気を分散させることで冷却ファンの冷却能力を高めるとともに、冷却ファンユニットの耐久性を向上させることができる電力変換装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る電力変換装置は、前記筐体の前面開口部を覆う下側の前面板に形成された前面側通気口と、前記筐体の上部開口部を覆う天面板に形成された天面側通気口と、前記筐体内部に収納された冷却ファンユニットと、この冷却ファンユニットの下部に収納された第１ユニットと、前記冷却ファンユニットの上部に収納された第２ユニットとを備え、前記冷却ファンユニットは、前面側通気口から吸い込んだ冷却空気を前記第１ユニット及び前記第２ユニットを通過させて前記天面側通気口から排出する並列に配置した複数の冷却ファンを備え、前記冷却ファンユニットと前記第１ユニットとの間の前記第１ユニットの自己発熱量が多い部品の上方位置に、前記自己発熱量が多い部品を通過した冷却空気を前記冷却ファンユニットの複数の冷却ファンに分散させる冷却空気分散通路を設けている。
この発明によると、第１ユニットの上方位置に、自己発熱量が多い部品が発熱することで高温の空気が存在しても、冷却空気分散通路が冷却ファンユニットの複数の冷却ファンに高温の空気を分散させるので、冷却ファンユニットの冷却能力を高めることができる。
【０００９】
また、本発明に係る電力変換装置において、前記冷却空気分散通路が、前記第１ユニットの前記自己発熱量が多い部品に対面する下部側の空気通路断面積を小さくし、前記冷却ファンユニットに向かうに従い空気通路断面積を徐々に大きくしていき、上部側で前記複数の冷却ファンの吸い込み口を囲んでいる。
この発明によると、冷却空気分散通路を通過する空気は、流路面積を徐々に大きくしながら複数の冷却ファンに向けて流れていく。
【００１０】
さらに、本発明に係る電力変換装置において、前記第２ユニットは、被冷却部を内部に配置して前記天面側通気口に連通する排気路を備え、前記冷却ファンユニットは、全ての前記冷却ファンで発生した冷却空気が前記排気路に流れ込むように、当該冷却ファンユニットの空気吐き出し口を前記排気路の下部開口部に連通させている。
この発明によると、冷却ファンユニットの全ての冷却ファンで発生した冷却空気が、第２ユニットの被冷却部を内部に配置した排気路に流れ込むので、第２ユニットを効率良く冷却することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る電力変換装置によれば、第１ユニットの上方位置に、自己発熱量が多い部品が発熱することで高温の空気が存在しても、冷却空気分散通路が、冷却ファンユニットの複数の冷却ファンに高温の空気を分散させるので、冷却ファンユニットの冷却能力を高めることができるとともに、冷却ファンユニットの耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る無停電電源装置を前面側及び天面側から示した斜視図である。
【図２】本発明に係る無停電電源装置内の結線図である。
【図３】本発明に係る無停電電源装置の開閉扉を外し、内扉を開けて装置内部を正面から示した図である。
【図４】本発明に係る無停電電源装置の側面カバーを外し、装置内部を側面から示した図である。
【図５】本発明に係る無停電電源装置の背面カバーを外し、装置内部を背面から示した図である。
【図６】図３のＡ−Ａ線矢視図である。
【図７】本発明に係る無停電電源装置を構成する冷却ファンユニットを側面から示した図である。
【図８】冷却ファンユニットの平面図である。
【図９】図８のＢ−Ｂ線矢視図である。
【図１０】図４のＣ−Ｃ線矢視図である。
【図１１】本発明に係る無停電電源装置の冷却空気分散通路を構成する第１分散制御部の構成を示す図である。
【図１２】本発明に係る無停電電源装置の冷却空気分散通路を構成する第２分散制御部の構成を示す図である。
【図１３】本発明に係る無停電電源装置の冷却空気の流れを側面側から示した図である。
【図１４】本発明に係る無停電電源装置の冷却空気の流れを背面側から示した図である。
【図１５】比較例の無停電電源装置の冷却空気の流れを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明の電力変換装置に係る一実施形態の無停電電源装置は、図１（ａ）に示すように、筐体２の前面開口部の上部を、制御部のプリント基板を取付けた内扉５が覆い、図１（ｂ）に示すように、開閉扉４が、内扉５とともに筐体２の前面開口部の全域を覆っている。また、図１（ｃ）に示すように、筐体２の上部開口部を天面カバー６が覆い、図１（ｂ），（ｃ）に示すように、筐体２の側面開口部を側面カバー８が覆っている。
【００１４】
図１（ｂ）に示すように、開閉扉４の下部には、冷気を筐体２内部に吸い込む吸気スリット１０が形成されている。また、開閉扉４の上部には、筐体２内部の空気を外部に排出する排気スリット１２が形成されている。
さらに、図１（ｃ）に示すように、天面カバー６にも、筐体２内部の空気を外部に排出する排気スリット１４が形成されている。
【００１５】
図２は、無停電電源装置の回路構成を示すものであり、Ｕ，Ｖ，Ｗは交流入力用外線端子部、ｕ，ｖ，ｗは交流出力用外線端子部、Ｕｃ，Ｖｃ，Ｗｃは直送入力用外線端子部、＋，−は直流入力用外線端子部である。交流入力用外線端子部Ｕ，Ｖ，Ｗ及び直送入力用外線端子部Ｕｃ，Ｖｃ，Ｗｃは商用電源と接続し、直流入力用外線端子部＋，−は蓄電池に接続している。
交流入力用外線端子部Ｕ，Ｖ，Ｗと交流出力用外線端子部ｕ，ｖ，ｗとの間には、主回路遮断器であるＭＣＣＢ１６、交流入力用電磁接触器１８、第１交流入力用リアクトル２０ａ，２０ｂ、交流入力用コンデンサ２２ａ〜２２ｃ、第２交流入力用リアクトル２４ａ，２４ｂ、第１電力変換部２６、第２電力変換部２８、交流出力用リアクトル３０ａ，３０ｂ、交流出力用コンデンサ３２ａ〜３２ｆ及び交流出力用電磁接触器３４が直列に接続されている。
【００１６】
直送入力用外線端子部Ｕｃ，Ｖｃ，Ｗｃと交流出力用外線端子部ｕ，ｖ，ｗとの間には、直送入力用電磁接触器３６及びＡＣスイッチ３８ａ〜３８ｃが並列に接続されている。
直流入力用外線端子部＋，−と第１電力変換部２６との間には、直流入力用電磁接触器４０、ヒューズ４２、直流入力用コンデンサ４４ａ及び直流入力用リアクトル４６ａ，４６ｂが接続されている。
【００１７】
第２電力変換部２８にはバランサ用リアクトル４８が接続されている。
ここで、第１交流入力用リアクトル２０ａ，２０ｂ、交流入力用コンデンサ２２ａ〜２２ｃ及び第２交流入力用リアクトル２４ａ，２４ｂは、商用電源から入力された交流電流の高周波成分を抑制する交流入力用ＬＣフィルタ回路である。
また、交流出力用リアクトル３０ａ，３０ｂ及び交流出力用コンデンサ３２ａ〜３２ｆは、第２電力変換部２８から出力された交流電流の高周波成分を抑制する交流出力用ＬＣフィルタ回路である。
【００１８】
また、直流入力用コンデンサ４４ａ及び直流入力用リアクトル４６ａ，４６ｂを合わせて、直流入力用ＬＣフィルタ回路部と称する。
そして、交流入力用ＬＣフィルタ回路、交流出力用ＬＣフィルタ回路及び直流入力用ＬＣフィルタ回路を合わせて、ＬＣフィルタ回路ユニット５０と称する。
さらに、第１電力変換部２６及び第２電力変換部２８を合わせて、電力変換ユニット５２と称する。
【００１９】
次に、図６は、開閉扉４を外して装置を正面側から示した図３のＡ−Ａ線矢視図であり、筐体２内部の下部にＬＣフィルタ回路ユニット５０が収納されている。このＬＣフィルタ回路ユニット５０の上方には、冷却ファンユニット５４が収納され、この冷却ファンユニット５４の上部には、電力変換ユニット５２が収納されているとともに、冷却ファンユニット５４の下部には、冷却空気分散通路５６が設けられている。
【００２０】
ＬＣフィルタ回路ユニット５０は、図４及び図５に示すように、交流入力用ＬＣフィルタ回路を構成する第２交流入力用リアクトル２４ａ，２４ｂ、交流出力用ＬＣフィルタ回路部を構成する交流出力用リアクトル３０ａ，３０ｂ、及び、直流入力用ＬＣフィルタ回路部を構成する直流入力用リアクトル４６ａ，４６ｂが、筐体２内部の背面側に幅方向に並んで収納されている。
また、図６に示すように、ＬＣフィルタ回路ユニット５０の交流入力用ＬＣフィルタ回路を構成する交流入力用コンデンサ２２ａ〜２２ｃは、筐体２内部の下部位置であって前面側に収納されている。
【００２１】
冷却ファンユニット５４は、図７から図９に示すように、直方体形状のケーシング５４ａと、ケーシング５４ａ内部の長手方向に並んで配置された第１〜第３冷却ファン５４ｂ〜５４ｄとを備えており、ケーシング５４ａの下部開口部が空気吸い込み口５４ｅとされ、ケーシング５４ａの上部開口部が空気吐き出し口５４ｆとされている。そして、ケーシング５４ａ内には、空気吐き出し口５４ｆの長手方向に連続しながら短手方向の一方側を閉塞する上り傾斜を付けた仕切り板５４ｇが配置されており、空気吐き出し口５４ｆが短手方向の他方側に設けられている。
【００２２】
この冷却ファンユニット５４は、図３及び図４に示すように、筐体２内部の幅方向中央であり、筐体２内部の奥行き方向（前面側から背面側）に延在して配置されている。
電力変換ユニット５２を構成する第１電力変換部２６は、商用電源から交流入力用ＬＣフィルタ回路を介して入力した商用電力を交流から直流に変換するコンバータ装置であり、第２電力変換部２８は、第１電力変換部２６から入力した直流の電力、或いは蓄電池（図２参照）から入力した直流の電力を交流に変換するインバータ装置である。
【００２３】
この電力変換ユニット５２は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ）などのパワー半導体素子（不図示）、図６及び図１０で示すようにパワー半導体素子用冷却フィン（以下、冷却フィン）５２ａ及び複数の電解コンデンサ５２ｂ等を備えた装置である。
図１０に示すように、電解コンデンサ５２ｂ及び冷却フィン５２ａは、筐体２内部の略同一の幅方向位置に配置され、電解コンデンサ５２ｂの上部に冷却フィン５２ａが配置されている。また、電解コンデンサ５２ｂ及び冷却フィン５２ａに対向する隔壁５２ｃを設けることで、天面カバー６の排気スリット１４に連通する冷却路５２ｄが形成されている。
【００２４】
そして、電力変換ユニット５２の排気路５２ｄに、冷却ファンユニット５４の上部で開口する空気吐き出し口５４ｆが連通している。
また、冷却ファンユニット５４の下部に設けた冷却空気分散通路５６は、図６に示すように、前面側に配置した第１分散制御部５８と、背面側に配置した第２分散制御部６０とで構成されている。
【００２５】
第１分散制御部５８は、図６及び図１１に示すように、下端から上端に向かうに従い前面側に上り傾斜を付けて延在している平板状の前面側分散板５８ａと、前面側分散板５８ａの幅方向に対向して固定されている一対の対向板５８ｂ，５８ｂとで構成されている。
また、第２分散制御部６０は、図６及び図１２に示すように、下端から上端に向かうに従い背面側に上り傾斜を付けて延在している平板状の背面側分散板６０ａと、背面側分散板６０ａの幅方向に対向して固定されている一対の対向板６０ｂ，６０ｂとで構成されている。
【００２６】
この冷却空気分散通路５６は、第１分散制御部５８及び第２分散制御部６０の下端（前面側分散板５８ａ及び背面側分散板６０ａの下端）がＬＣフィルタ回路ユニット５０のリアクトル（第２交流入力用リアクトル２４ａ，２４ｂ、交流出力用リアクトル３０ａ，３０ｂ、直流入力用リアクトル４６ａ，４６ｂ）の上方に位置しているとともに、第１分散制御部５８及び第２分散制御部６０の上端は、これらの下端の空気通路断面積より大きな空気通路断面積として冷却ファンユニット５４の第２冷却ファン５４ｃ，第３冷却ファン５４ｄの吸い込み口を囲むように配置されている。
なお、本発明の前面板が開閉扉４に対応し、本発明の前面側通気口が吸気スリット１０に対応し、本発明の天面板が天面カバー６に対応し、本発明の天面側通気口が排気スリット１４に対応し、本発明の第１ユニットがＬＣフィルタ回路ユニット５０に対応し、本発明の第２ユニットが電力変換ユニット５２に対応している。
【００２７】
次に、本実施形態の作用効果について述べる。
冷却ファンユニット５４（第１〜第３冷却ファン５４ｂ〜５４ｄ）は、開閉扉４の吸気スリット１０から筐体２内部に取り込んだ空気を下方から上方に向けて移動させ（図１３及び図１４の筐体２内部の矢印で示す方向）、ＬＣフィルタ回路ユニット５０、電力変換ユニット５２に冷却空気を接触させることで冷却し、これらのユニット５０、５２を通過した空気を、天面カバー６の排気スリット１４から外部に排出する。
【００２８】
ここで、ＬＣフィルタ回路ユニット５０のリアクトル（第２交流入力用リアクトル２４ａ，２４ｂ、交流出力用リアクトル３０ａ，３０ｂ、直流入力用リアクトル４６ａ，４６ｂ）は筐体２内部の背面側に配置されており、これらリアクトルの発熱により背面側の上部空間に存在する空気が高温となる。
このＬＣフィルタ回路ユニット５０の背面側の上部空間に、冷却ファンユニット５４の下部に連結する冷却空気分散通路５６が設けられている。
【００２９】
この冷却空気分散通路５６を構成する第１分散制御部５８及び第２分散制御部６０が、下部の空気通路断面積を小さくし、上部に向かうに従い空気通路断面積を徐々に大きくして設けられているので、ＬＣフィルタ回路ユニット５０の背面側の上部空間に存在する空気は、流速を高め、流路面積を徐々に大きくしながら冷却空気分散通路５６を通過して上方に流れていく。
【００３０】
そして、第１分散制御部５８及び第２分散制御部６０の上端は、冷却ファンユニット５４の第２冷却ファン５４ｃ，第３冷却ファン５４ｄの吸い込み口を囲むように配置されているので、ＬＣフィルタ回路ユニット５０の背面側の上部空間に存在していた高温の空気は、冷却空気分散通路５６を通過することで、第２冷却ファン５４ｃ，第３冷却ファン５４ｄに分散して吸引されていく。
【００３１】
したがって、冷却ファンユニット５４の下部に冷却空気分散通路５６を設けたことで、特定の冷却ファンに高温の空気が接触せず、高温の空気が分散して第２及び第３冷却ファン５４ｃ，５４ｄに接触するので、冷却ファンユニット５４の冷却能力を高めることができるとともに、高温空気との接触を防止することができるので冷却ファンユニット５４の耐久性を向上させることができる。
【００３２】
また、図１４に示すように、冷却ファンユニット５４の空気吐き出し口５４ｆに仕切り板５４ｇを設けたことで、冷却ファンユニット５４から流れ出た冷却空気が、電力変換ユニット５２の電解コンデンサ５２ｂ及び冷却フィン５２ａを配置した冷却路５２ｄに向けて通過するようにしたので、電力変換ユニット５２を効率良く冷却することができる。
ここで、図１５は、本実施形態の作用効果を明確にするために、冷却ファンユニット５４の下部に冷却空気分散通路を設けず、電力変換ユニット５２の冷却路５２ｄに冷却ファンユニット５４の空気吐き出し口５４ｆを対向させる仕切り板を設けていないものである。
【００３３】
図１５（ａ）に示すように、ＬＣフィルタ回路ユニット５０のリアクトルが配置されている背面側の上部空間の空気が高温となるが、この高温の空気が、冷却ファンユニット５４の背面側に配置した第２冷却ファン５４ｃ，第３冷却ファン５４ｄに吸い込まれていき、冷却ファンユニット５４の冷却能力が低下するとともに、高温空気との接触により耐久性が低下するおそれがある。
また、図１５（ｂ）に示すように、電力変換ユニット５２の冷却路５２ｄに向けて流れ出ようとした冷却空気の一部が、冷却ファンユニット５４のケーシングに衝突して冷却ファンユニット５４内で循環してしまい、電力変換ユニット５２の冷却効率が低下するおそれがある。
【符号の説明】
【００３４】
２…筐体、４…開閉扉、５…内扉、６…天面カバー、８…側面カバー、１０…吸気スリット、１２…吸気スリット、１４…排気スリット、１８…交流入力用電磁接触器、２０ａ，２０ｂ…交流入力用リアクトル、２２ａ〜２２ｃ…交流入力用コンデンサ、２４ａ，２４ｂ…交流入力用リアクトル、２６…第１電力変換部、２８…第２電力変換部、３０ａ，３０ｂ…交流出力用リアクトル、３２ａ〜３２ｆ…交流出力用コンデンサ、３４…交流出力用電磁接触器、３６…直送入力用電磁接触器、３８ａ〜３８ｃ…スイッチ、４０…直流入力用電磁接触器、４２…ヒューズ、４４ａ…直流入力用コンデンサ、４６ａ，４６ｂ…直流入力用リアクトル、４８…バランサ用リアクトル、５０…ＬＣフィルタ回路ユニット、５２…電力変換ユニット、５２ａ…冷却フィン、５２ｂ…電解コンデンサ、５２ｃ…隔壁、５２ｄ…冷却路、５４…冷却ファンユニット、５４ａ…ケーシング、５４ｂ〜５４ｄ…第１〜第３冷却ファン、５４ｅ…空気吸い込み口、５４ｆ…空気吐き出し口、５４ｇ…仕切り板、５６…冷却空気分散通路、５８…第１分散制御部、５８ａ…前面側分散板、５８ｂ，５８ｂ…対向板、６０…第２分散制御部、６０ａ…背面側分散板、６０ｂ，６０ｂ…対向板、ｕ，ｖ，ｗ…交流出力用外線端子部、Ｕ，Ｖ，Ｗ…交流入力用外線端子部、Ｕｃ，Ｖｃ，Ｗｃ…直送入力用外線端子部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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