(57)【要約】【課題】本発明は、電力変換装置（ＰＣＳ、Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）に使用された電力素子（Ｐｏｗｅｒ  ｄｅｖｉｃｅ）モジュールで発生した熱を電力変換装置の外部に放熱させることができる熱交換型電力素子モジュールを使用した電力変換装置を開示する。【解決手段】内部に収納空間が備わっており、且つ電力素子が設置されるケース、前記ケースの内部に設置される内部熱交換器、及び前記内部熱交換器に連結される電力素子モジュールを含み、前記内部熱交換器は、熱交換媒体が通過するための熱交換媒体通路が内部に備わっており、前記熱交換媒体通路と前記ケースの内部は、互いに遮断され、且つ前記内部熱交換器に伝達された熱を前記ケースの外部へ放出する熱放出装置を含む。【選択図】図１
2016517262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に収納空間が備わっており、且つ電力素子が設置されるケース、
前記ケースの内部に設置される内部熱交換器、
及び前記内部熱交換器に連結される電力素子モジュールを含み、
前記内部熱交換器は、熱交換媒体が通過するための熱交換媒体通路が内部に備わっており、
前記熱交換媒体通路と前記ケースの内部は、互いに遮断され、且つ前記内部熱交換器に伝達された熱を前記ケースの外部へ放出する熱放出装置を含むことを特徴とする熱交換型電力素子モジュールを使用した電力変換装置。
【請求項２】
前記熱放出装置は、前記熱交換媒体通路を通過させることにより、前記ケース外部の空気を前記ケースの外部へ排出する送風機からなる請求項１に記載の熱交換型電力素子モジュールを使用した電力変換装置。
【請求項３】
前記熱放出装置は、前記熱交換媒体通路に熱交換媒体を循環させるための冷却装置が連結される請求項１に記載の熱交換型電力素子モジュールを使用した電力変換装置。
【請求項４】
前記冷却装置は、前記ケースの外部に設置される放熱器、前記放熱器と前記熱交換媒体通路を連結し、及び前記熱交換媒体を前記熱交換媒体通路に供給するための熱交換媒体供給管路、前記熱交換媒体通路と前記放熱器を連結し、及び前記熱交換媒体を前記放熱器に供給するための熱交換媒体排出管路、並びに前記熱交換媒体供給管路若しくは前記熱交換媒体排出管路に設置され、及び前記熱交換媒体を循環させるためのポンプを含む請求項３に記載の熱交換型電力素子モジュールを使用した電力変換装置。
【請求項５】
前記内部熱交換器は、熱伝導体からなる請求項１に記載の熱交換型電力素子モジュールを使用した電力変換装置。
【請求項６】
前記ケースは、内部にある熱を循環させ、及び前記内部熱交換器に伝達するためのファンが設置される請求項１に記載の熱交換型電力素子モジュールを使用した電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大型の電力変換装置（ＰＣＳ、Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）に使用された電力素子（Ｐｏｗｅｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）モジュールで発生した熱を、電力変換装置の外部に放熱させることができる熱交換型電力素子モジュール（Ｐｏｗｅｒ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｍｏｄｕｌｅ）を使用した電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電力変換装置の電力素子モジュールで発生した熱は、電力変換装置に設置されたファン（Ｆａｎ）によって、電力変換装置の外部に放出される。このように電力素子モジュールで発生した熱を電力変換装置の外部に放出させる過程で、外部の汚染された空気が、電力変換装置の内部に流入すると共に、埃又は異物などが共に流入して電力変換装置の内部に堆積するようになる。
【０００３】
したがって、従来の技術のように、ファンを用いた電力変換装置の電力素子モジュールを冷却する方式は、電力変換装置の性能に良くない影響を与える。そして、このように電力変換装置に埃のような異物が堆積するようになると、随時に埃などを除去する作業をしなければならないので、維持補修費用が増大する問題点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記問題点を解決するために提案されたものであって、本発明の目的は、電力変換装置の内部に設置された電力素子モジュールにて発生する熱を、速かに外部へ放熱させると同時に、該電力変換装置の内部に異物が流入しないようにして、電力変換装置の性能を維持させ、そのことにより維持補修費用を減らすことができる熱交換型電力素子モジュールを使用した電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記のような本発明の目的を達成するために、本発明は、内部に収納空間が備わっており、且つ電力素子が設置されるケース、前記ケースの内部に設置される内部熱交換器、及び前記内部熱交換器に連結される電力素子モジュールを含み、前記内部熱交換器は、熱交換媒体が通過するための熱交換媒体通路が内部に備わっており、前記熱交換媒体通路と前記ケースの内部は、互いに遮断され、且つ前記内部熱交換器に伝達された熱を前記ケースの外部へ放出する熱放出装置を含むことを特徴とする熱交換型電力素子モジュールを使用した電力変換装置を提供する。
【０００６】
前記熱放出装置は、前記熱交換媒体通路を通過させることにより、前記ケース外部の空気を前記ケースの外部へ排出する送風機からなることが好ましい。
【０００７】
前記熱放出装置は、前記熱交換媒体通路に熱交換媒体を循環させるための冷却装置が連結されることが好ましい。
【０００８】
前記冷却装置は、前記ケースの外部に設置される放熱器、前記放熱器と前記熱交換媒体通路を連結し、及び前記熱交換媒体を前記熱交換媒体通路に供給するための熱交換媒体供給管路、前記熱交換媒体通路と前記放熱器を連結し、及び前記熱交換媒体を前記放熱器に供給するための熱交換媒体排出管路、並びに前記熱交換媒体供給管路若しくは前記熱交換媒体排出管路に設置され、及び前記熱交換媒体を循環させるためのポンプを含むことが好ましい。
【０００９】
前記内部熱交換器は、熱伝導体からなることが好ましい。
【００１０】
前記ケースは、内部にある熱を循環させ、及び前記内部熱交換器に伝達するためのファンが設置されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
このような本発明の実施形態は、電力変換装置の内部に設置された電力素子モジュールにより発生する熱及びケースの熱を、速かに外部へ放熱させ、且つ熱伝達媒体が、ケースの内部に流入しないようにして、電力変換装置の性能を維持させ、そのことにより維持補修費用を減らす効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明における実施形態に係る熱交換型電力素子モジュールを使用した電力変換装置を示した斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ部を切片として、内部熱交換器を切断したときの断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る熱交換型電力素子モジュールを使用した電力変換装置の作動過程を説明するための図である。
【図４】本発明における別の実施形態を説明するための、熱交換型電力素子モジュールを使用した電力変換装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。しかし、本発明は様々な形態に応用可能であり、ここで説明する実施形態に限定されない。また、当該図面にて、本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、本明細書及び図面全体にわたって同一または類似の構成要素については同一の符号を付している。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態に係る熱交換型電力素子（Ｐｏｗｅｒ  ｄｅｖｉｃｅ）モジュールを使用した電力変換装置を示した斜視図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ部を切片として、内部熱交換器３を切断したときの断面図である。
【００１５】
本発明の実施形態の熱交換型電力素子モジュールを使用した電力変換装置（ＰＣＳ（Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）。以下、単に「電力変換装置」とも言う）は、ケース１、内部熱交換器３、及び電力素子モジュール５（Ｐｏｗｅｒ  ｄｅｖｉｃｅ  ｍｏｄｕｌｅ）を含む。本発明の実施形態において、電力変換装置とは、ＤＣ（直流）／ＡＣ（交流）インバータ、ＡＣ／ＤＣ整流器、ＤＣ／ＤＣチョッパ、ＡＣ／ＡＣコンバータなどのような電力を変換する装置を意味する。
【００１６】
また、本発明の実施形態において、電力素子とは、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、ＳＣＲ（シリコン制御整流子若しくはサイリスタ）、ダイオード、ＢＪＴ（バイポーラ（ジャンクション）トランジスタ）、トライアック（双方向サイリスタ）、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）など、電力変換装置に使用される電力制御素子をいう。
【００１７】
ケース１は、その内部に収納空間が備わっており、該収納空間に電力変換装置を構成する多数の電力素子が配置される。本発明の実施形態は、大型の電力変換装置に適する。
【００１８】
内部熱交換器３は、ケース１の内部に設置される。そして、内部熱交換器３には電力素子モジュール５が連結される。
【００１９】
一方、内部熱交換器３は、熱伝導率に優れた熱伝導体からなり、アルミニウム合金又は金属材からなる。内部熱交換器３は、内部に熱交換媒体通路３ａ（図２参照）が備わっている。熱交換媒体通路３ａは、内部熱交換器３を長さ方向に貫通して形成される。なお、図２に示すように、熱伝達効率を増大させるために熱交換媒体通路３ａの断面が波形状を成してもよい。
【００２０】
また、熱交換媒体通路３ａは、ケース１の内部とは遮断される形態に構成されることが好ましい。本発明の実施形態の一例として、図１や後述する図３に示すように、熱交換媒体通路３ａの上側部分には入口部３ｂが備わっており、この入口部３ｂの反対側には出口部３ｃが備わっている。前述の入口部３ｂまたは出口部３ｃには、熱放出装置７が備わっている。図１及び図３では、熱放出装置７が送風機９からなる例を示して説明する。送風機９は、ケース１の外部の空気を熱伝達媒体として使用し、この熱伝達媒体を内部熱交換器３の熱交換媒体通路３ａに通過させて出口部３ｃ側に排出させる役割を果たす。
【００２１】
つまり、送風機９は、外部の空気を、内部熱交換器３の熱交換媒体通路３ａを通じて、出口部３ｃ側に排出させることによって、内部熱交換器３を冷却させることができる。
【００２２】
このような本発明の実施形態は、図３にて点線矢印で示したように、外部の空気を単に内部熱交換器３の熱交換媒体通路３ａのみに通過させることにより、内部熱交換器３を冷却させることができる。つまり、ケース１の内部には外部の空気が流入しないため、ケース１の内部にある電力素子などを外部の汚染された空気から安全に保護することができる。このような本発明の実施形態は、冷却過程でケース１の内部が汚染されることを防止して、安定した電力変換装置の性能を維持することができ、ケース１の内部を清潔に維持する維持補修作業を減らして維持補修費用を減らすことができる。
【００２３】
一方、ケース１の内部には別途のファン１０を設置してケース１の内部空気を循環させることができ、特に、電力素子モジュールで発生する熱を内部熱交換器３に持続的に伝達する役割を果たすことができる。
【００２４】
本発明の実施形態では、１つの内部熱交換器３に１つの電力素子モジュール５が連結された例を図示して説明したが、これに限定されるのではなく、１つの内部熱交換器３に多数の電力素子モジュール５が設置されてもよく、また、多数の内部熱交換器３が配置され、それぞれの内部熱交換器３に電力素子モジュール５が設置されることも可能である。
【００２５】
図４は本発明の電力変換装置に係る別の実施形態を説明するための構成図を示す。本発明の別の実施形態の説明では、前述の例（図１乃至図３に示されている例）と同一な部分はその説明で代替し、他の部分のみ説明する。
【００２６】
本発明の別の実施形態において、熱放出装置７は、熱交換媒体通路３ａに熱交換媒体を循環させる冷却装置１１からなる。冷却装置１１は、放熱器１３、熱交換媒体供給管路１５、熱交換媒体排出管路１７、そしてポンプ１９を含むことができる。ポンプ１９は、図４に示したように、ケース１の内部に置いてもよく、外部放熱器１３の内部に置いてもよいが、ポンプ１９が発熱をするという点を考慮すれば、ケース１の外部に置くのが好ましい。
【００２７】
放熱器１３は、ケース１の外部に設置されるのが好ましい。そして、放熱器１３と熱交換媒体供給管路１５が連結される。また、放熱器１３と熱交換媒体排出管路１７が連結される。そして、ポンプ１９は、熱交換媒体供給管路１５または熱交換媒体排出管路１７に設置されることにより、熱交換媒体を循環させる役割を果たす。つまり、熱交換媒体は、冷媒などからなり、並びにポンプ１９によって、熱交換媒体通路３ａ、熱交換媒体排出管路１７、放熱器１３、熱交換媒体供給管路１５、及び再び熱交換媒体通路３ａを循環しながら、内部熱交換器３の熱を放熱器１３に伝達する役割を果たすことができる。
【００２８】
このような本発明の別の実施形態も、前述の例と同様に、内部熱交換器３を通じて、電力素子モジュール５又はケース１の内部の電気素子などで発生した熱を速かに外部へ排出させることができる。もちろん、このようにケース１の内部の熱を外部へ排出する過程で、外部の空気や汚染物質がケース１の内部に流入しなくなり、それによって電力変換装置の内部に汚染物が流入するのを防止することができる。
【００２９】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるのではなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明および添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、これも本発明の範囲に属するのは当然である。
【符号の説明】
【００３０】
１      ケース
３      内部熱交換器
３ａ    熱交換媒体通路
３ｂ    入口部
３ｃ    出口部
５      電力素子モジュール
７      熱放出装置
９      送風機
１０    ファン
１１    冷却装置
１３    放熱器
１５    熱交換媒体供給管路
１７    熱交換媒体排出管路
１９    ポンプ
【図１】
2016517262.tif 000003
【図２】
2016517262.tif 000004
【図３】
2016517262.tif 000005
【図４】
2016517262.tif 000006
【国際調査報告】
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2016517262.tif 000008
2016517262.tif 000009
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