(57)【要約】【課題】  電力変換装置の半導体素子からの熱回収を容易に行えるものを提供するものである。【解決手段】  本発明の電力変換装置は、太陽電池などから出力される直流電力を複数の半導体素子を用いて系統と同期した交流電力に変換した後系統へ重畳する電力変換装置に於いて、半導体素子から生じる熱を放熱するヒートシンクを有し、加熱水が供給された後利用水として再度供給させるバッファタンクにヒートシンクからの熱を蓄熱させる熱循環回路を接続するものである。【選択図】図１
2016065693.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池などから出力される直流電力を複数の半導体素子を用いて系統と同期した交流電
力に変換した後前記系統へ重畳する電力変換装置に於いて、前記半導体素子から生じる熱
を放熱するヒートシンクを有し、加熱水が供給された後利用水として再度供給させるバッ
ファタンクに前記ヒートシンクからの熱を蓄熱させる熱循環回路を接続することを特徴と
する電力変換装置。
【請求項２】
前記熱循環回路は前記ヒートシンクに前記バッファタンク内の水を循環させること特徴
とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記ヒートシンクの温度が所定温度以上の際に作動する冷却ファンを備えることを特徴
とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記冷却ファンは前記ヒートシンクまたは前記熱循環回路の少なくともいずれか一方へ
送風を行うことを特徴とする請求項３に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、太陽電池などから出力される直流電力を複数の半導体素子を用いて系統と同期
した交流電力に変換した後系統へ重畳する電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池などから出力される直流電力を複数の半導体素子を用いて系統と同期した交流電
力に変換した後前記系統へ重畳する電力変換装置では、例えば系統が単相であれば複数の
半導体素子を単相ブリッジ状に接続した直流／交流変換回路を用いている。複数の半導体
素子は電力変換を行う際のスイッチング動作で変換ロスが生じこの変換ロスが主に熱とな
って放射される。
【０００３】
例えば、一般的な５．５ｋｗ出力の家庭用電力変換装置で変換効率が９６％程度であれ
ば、最大で２２０ｗ（＝５．５ｋｗ×４％）の熱損失になり、１日１０時間で換算すると
大きな発熱量になる。また、１０ｋｗ出力の電力変換装置ではこの発熱量も倍程度になり
、電力変換装置の出力が大きくなればその発熱量（熱損失）も大きくなる。
コジェネシステムとして発電装置の排熱をナトリウムイオン蓄電池に供給して利用する
もの及び余剰熱を貯湯タンクへ蓄えるものが特許文献１に記載されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１２７２５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
コジェネシステムでは装置全体が大きくなり、内燃機関／外燃機関などでは発熱量も多
く大型の貯湯タンクが必要になり設置場所の制約を受ける。太陽電池を発電装置とする電
力変換装置では大型の貯湯タンク見合う排熱が得られず適さないものであった。
【０００６】
本発明の電力変換装置はバッファタンクを利用して発熱量に見合った熱回収を容易に行
うものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電力変換装置は、太陽電池などから出力される直流電力を複数の半導体素子を
用いて系統と同期した交流電力に変換した後系統へ重畳する電力変換装置に於いて、半導
体素子から生じる熱を放熱するヒートシンクを有し、加熱水が供給された後利用水として
再度供給させるバッファタンクにヒートシンクからの熱を蓄熱させる熱循環回路を接続す
ることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
加熱水が供給されるバッファタンクを用いて複数の半導体素子からの放熱を容易に回収で
きるものである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施例を示す概略の説明図である。
【図２】本発明の一実施例を示すヒートシンクの概略の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は発熱性の半導体素子を用いた電力変換装置に用いられるものである。
【実施例１】
【００１１】
図１は本発明の一実施例を示す概略の説明図であり、太陽電池１で発電された直流電力を
昇圧する昇圧回路（リアクタ２、スイッチング素子（半導体素子）３、ダイオード４、コ
ンデンサ５から成る汎用チョッパ型の昇圧回路）と、この昇圧された直流電力を例えば単
相２００Ｖの交流電力に変換するインバータ回路６とフィルタ回路７とからなっている。
【００１２】
昇圧回路は、その昇圧比には太陽電池１の発電量が最大に至るようなＭＰＰＴ（Ｍａｘｉ
ｍｕｍ  Ｐｏｗｅｒ  Ｐｏｉｎｔ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ）方式が用いられる。スイッチング
素子３は昇圧後の電圧と目標電圧との差に応じて所定周期内のＯＮデューティ比を変えて
フィードバック制御される。
【００１３】
インバータ回路６は複数のスイッチング素子（半導体素子）を単相ブリッジ状に結線した
ものでありＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式に基づき搬送
波と変調波との変調（演算による変調でもよい）から得られるＯＮ時間で制御されたスイ
ッチング信号でスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御して系統と同期した疑似正弦波を得
る。フィルタ回路７はこの疑似正弦波に含まれる高周波を減衰させた後系統へ重畳させる
ものである。フィルタ回路７は、例えばリアクタとコンデンサとからローパスフィルター
を構成し、疑似正弦波を単相の交流電力へ成形する。
【００１４】
尚、このインバータ回路６は単相ブリッジ状の結線に限るものではなく、３相ブリッジ状
の結線や中性点クランプ方式の結線などを用いて疑似正弦波を生成できるものであれば良
い。
【００１５】
インバータ回路６はヒートシンク８に熱伝導性を有して取り付けら半導体素子の発熱はヒ
ートシンク８へ伝達される。バッファタンク９内の水が下部から出て上部に戻り循環する
水配管１０がヒートシンク８に設けられて熱循環回路を構成している。水配管１０の一部
１０ａはヒートシンク８と熱交換可能にこのヒートシンク８のフィン２１間を蛇行して取
り付けられており、水配管１０には水循環用のポンプ１１が設けられている。
【００１６】
ポンプ１１はヒートシンク８の温度を検出する温度センサ１２の検出する温度及びバッ
ファタンク内の水温を検出する温度センサ１３の温度に基づいて動作する。温度センサ１
３の温度より温度センサ１２の温度が高くかつ温度センサ１３の温度が例えば６２度（利
用者の安全性を考慮できる温度であればよい）以下の際に運転を行う。従って、バッファ
タンク９内の水温よりヒートシンク８の温度が高い時にバッファタンク９内の水の加熱運
転が行われる。
【００１７】
バッファタンク９内の温度が例えば６２度を超えて、ヒートシンク８の温度が所定温度
（例えば８０度程度の温度であり半導体素子の熱保護を考慮する温度であれば良い）を超
えていれば、ポンプ１１の運転を行わず冷却ファン１４を運転し、ヒートシンク８へ送風
を行いインバータ回路６（半導体素子）の冷却を行う。尚、昇圧回路のスイッチング素子
３、ダイオード４をヒートシンク８に熱伝導性を有して取り付け、スイッチング素子３、
ダイオード４の発熱をインバータ回路６の発熱と共に利用できるように構成しても良い。
【００１８】
本実施例では、冷却ファン１４はヒートシンク８へ送風を行うように取り付けているが
、水配管１０にバッファタンク９をバイパスし放熱器を有するバイパス回路を設けると共
に、この放熱器に冷却ファンで送風するようにして半導体素子の冷却を行うように構成し
ても良い。この場合、冷却ファン１４を直接ヒートシンク８に備えない電力変換装置に適
用できるものである。尚、放熱器は単に水配管を蛇行させたものであっても良い。このバ
イパス回路は水路の切り換えで分岐しても良く、また水路抵抗差から自動的に分岐するよ
うに構成しても良い。
【００１９】
バッファタンク９の下部配管１５は給湯器、瞬間湯沸かし器などから加熱水が接続され
、上部配管１６は３方弁１７を介して利用側へ接続される。３方弁１７には下部配管１５
へつながり温水供給元からの加熱水がバッファタンク９をバイパスするようにバイパス配
管１８が設けられている。３方弁１７は温度センサ１９の検出する温水供給元からの加熱
水の温度と、上部配管１６に取り付けられ温度センサ２０の検出する利用側へ供給する温
水の温度と、バッファタンク９の温度センサ１３の検出する温度とから制御される。
【００２０】
第１の制御例：温度センサ１３の検出する温度が温度センサ１９の検出する温度より高
い時はバッファタンク９内のお湯を利用水として利用側へ再度供給し、検出する温度の大
小が逆の場合はバイパス配管１８を有効にして温水供給元からのお湯を直接利用側へ供給
する。尚、バッファタンク９内のお湯は温水供給元からの水圧で押し出されるように配管
接続している。
【００２１】
第２の制御例：利用側へ供給されるお湯の温度を温度センサ２０で検出し、この温度が
設定温度（例えば６２度であり温水供給元の加熱水の設定温度と同じ温度）より低い場合
は温度センサ２０の検出する温度は設定温度になるように３方弁１７の開度比を自動調整
する。温度センサ１９の検出する温度は設定温度以上の場合はバイパス配管１８を有効に
して温水供給元からの加熱水がバッファタンク９をバイパスする制御を行う。
【００２２】
バッファタンク９は洗面台の下部収納庫などに設置するのが良いがこれに限るものでは
ない。また、家庭用の電力変換装置は屋内の配電盤へ接続され洗面台のある洗面所内また
はその付近の外壁に取り付けられることが多く水配管１０の引き回しを考慮すると洗面台
の近傍がバッファタンク９の設置に適している。
【００２３】
図２は本発明の１実施例を示す電力変換装置の背面図であり、冷却ファン１４を取り外
した状態である。アルミダイキャストによる筐体２２にはヒートシンク８が一体に成形さ
れ、このヒートシンク８にはフィン２１が上下方向にわたって空気の流れる風路を備えて
複数が並列に一体成形されている。水配管１０の一部１０ａはこの風路を通って蛇行して
ヒートシンク８と熱交換可能に設けられている。尚、冷却ファン１４はヒートシンク８（
筐体２２の背面）へ送風できる位置に取り付けられていればよく、背方、下方、側方、上
方のいずれでもよい。また冷却ファン１４は軸流ファンに限らず遠心送風ファン、クロス
フロー型ファンなど送風ができればいずれの方式でも良いものである。
【００２４】
また、水配管１０の一部１０ａはフィン２１の間を蛇行して構成されているが、これに
限らずヒートシンク８の内部を貫通する配管で構成しても良く、ヒートシンク８からの熱
を回収できる構成であれば良い。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明は発熱性の半導体素子を用いた電力変換装置に用いられ半導体素子からの熱回収に
用いられるものである。
【００２６】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、以上の説明は本発明の理解を容易にす
るためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱すること
なく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。
【符号の説明】
【００２７】
１  太陽電池
６  インバータ回路
８  ヒートシンク
９  バッファタンク
１０  水配管
１４  冷却ファン
【図１】
2016065693.tif 000003
【図２】
2016065693.tif 000004