JP4765095B2

JP4765095B2 - 箱形装置

Info

Publication number: JP4765095B2
Application number: JP2005011183A
Authority: JP
Inventors: 隆桑原
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2005-01-19
Filing date: 2005-01-19
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2025-01-19
Also published as: JP2006202869A

Description

この発明は、半導体素子などの発熱体とこの発熱体に冷却空気を供給する送風機とを有する複数のユニット装置を、直方体状の外形を持つ筐体内に多段に収納した箱形装置に関するものである。

半導体素子などの放熱を要する発熱体を内蔵する半導体変換装置などの各種の装置では、放熱を要する発熱体とこの発熱体に冷却空気を供給する送風機とをそれぞれに有する複数のユニット装置を、直方体状の外形を持つ筐体内に上下方向に多段に収納して箱形装置としたものが多く用いられている。この種の箱形装置には、放熱を要する発熱体とこの発熱体に冷却空気を供給する送風機とをそれぞれに有する複数のユニット装置を直方体状の外形を持つ筐体内に上下方向に多段に収納し、それぞれのユニット装置からの冷却空気を一括して前記筐体内に形成された冷却空気排出路の上部から排出するようにした装置がある（例えば、特許文献１参照。)。この従来の箱形装置では収納されるユニット装置の台数が３台程度と少ない場合には、送風機から吐出される冷却空気の冷却空気排出路内の通流にさしたる問題は生じない。しかしながら、収納されるユニット装置の台数が、例えば、５台程度以上になると、より上側のユニット装置の送風機から吐出される冷却空気が冷却空気排出路内に存在してこの冷却空気と干渉し合うために、より下側に収納されるユニット装置の送風機から吐出される冷却空気ほど、冷却空気排出路内の通流がスムースに行われないとの問題が生じるようになる。

このような問題を解決した従来例の箱形装置を図５，図６を用いて説明する。ここで、図５は、従来例の箱形装置を示すその側面図であり、図６は図５中に示されたユニット装置の要部を示す側面図である。図５，図６において、９は、複数のユニット装置７と、筐体４と、筐体４を床面などに据え付ける際に必要に応じて用いられるベース体３と、排気ファン８とを備える従来例の箱形装置であり、ＵＰＳ装置として構成されたものを例示している。筐体４は、直方体状の外形を持ち、その内部には収納部４２と、隔壁体４１によって収納部４２と仕切られた冷却空気排出路４３とを有している。収納部４２は、複数のユニット装置７を、ユニット装置７がそれぞれに持つ送風機６の冷却空気５の吐出方向がほぼ同一方向に揃えられると共に、前記送風機６からの冷却空気５の吐出位置をほぼ同一位置に揃えられるようにして、上下方向に多段に収納するように構成されている。隔壁体４１は、この事例の場合には、ほほＬ字状の断面側形状を持っており、この隔壁体４１の各ユニット装置７がそれぞれ持つ送風機６と正対する部位には、各送風機６でそれぞれに生成された冷却空気５を通流させる貫通孔（不図示）が設けられている。また、筐体４には、冷却空気５用の空気を吸気５１として収納部４２などに取り込むために、前面扉４９に不図示の通気孔が形成されている。なお、ＵＰＳ装置であるこの事例の場合の箱形装置９では、収納部４２，冷却空気排出路４３よりも下側の空間には、ＵＰＳ装置に必要な二次電池（不図示）が収納される。

それぞれのユニット装置７は、図６に示すように、この事例の場合の発熱体であり半導体素子であるＩＧＢＴモジュール７１、ＩＧＢＴモジュール７１用の冷却体７２、送風機６、ダクト７３、回路基板７４、ケース７５などを有している。送風機６はこの事例の場合には電動プロペラファンであり、ＩＧＢＴモジュール７１で発生した熱を冷却体７２を介して除去する冷却空気５を生成する。ダクト７３は送風機６で生成される冷却空気５を冷却体７２に案内する役目を担っている。ケース７５はほぼ直方体状をなす外形形状を持ち、ＩＧＢＴモジュール７１，冷却体７２，送風機６，ダクト７３，回路基板７４およびユニット装置７を構成する不図示の他の部品を装着すると共に、前面部７５１には冷却空気５をユニット装置７に取り込むための不図示の通気孔が形成されている。排気ファン８はこの事例の場合には電動プロペラファンであり、筐体４の冷却空気排出路４３の上部に配設されており、冷却空気排出路４３内の冷却空気５を箱形装置９の外部に排気５２として強制的に排出する。そうして、この箱形装置９の場合には、筐体４は、前面扉４９を開くことで筐体４内に収納されるユニット装置７，二次電池の保守・点検などを実施できるように考慮されており、箱形装置９の背面を箱形装置９が置かれる建家などの壁面に密着させて設置することが可能である。

従来例の箱形装置９は、前述のように構成されているので、装置内に多段に収納されるユニット装置７の台数が５台程度以上になったとしても、冷却空気排出路４３内の冷却空気５は排気ファン８によって強制的に排出される。このために、より下側に収納されるユニット装置７の送風機６から吐出される冷却空気５であっても、冷却空気排出路４３内の通流がスムースに行われるようになり、特許文献１に記載された発明による装置が持つ前記問題は解消されることになる。また、箱形装置９では、ユニット装置７は、例えば、電流値を除くその入出力側の相数，電圧，周波数の仕様、あるいは二次電池接続用の直流端子の電圧値の仕様を、箱形装置９の仕様と同一値に設定することが行われている。このような仕様を持つユニット装置７の適宜の台数を同一構造の筐体４に組み込むことで、同一構造の筐体４を用いながら適宜の容量の箱形装置を容易に製作することができるとの利点を得ることができている。そうしてこの場合、筐体４内のユニット装置７の入力端子，出力端子，あるいは二次電池接続用の直流端子は、互いに並列接続されることが一般的である。また、筐体４に組み込むユニット装置７の台数が最大可能組込台数よりも少ない場合には、収納部４２に空所が生じることになるので、この空所に対応する隔壁体４１に設けられた冷却空気５用の貫通孔（不図示）は塞ぎ板（不図示）で塞がれることになる。

また、他の先行技術として、放熱を要する発熱体とこの発熱体に冷却空気を供給する送風機（例えば、特許文献２中の放熱ファン２）とをそれぞれに有する複数のユニット装置（例えば、特許文献２中の電子・電気機器３）を直方体状の外形を持つ筐体（例えば、特許文献２中のキャビネット１）内に上下方向に多段に収納し、それぞれ前記送風機の近傍に可撓性の吸気パイプ（例えば、特許文献２中の吸気パイプ４）の一端を配置すると共に，この可撓性パイプの他端を前記筐体の外部に設置された真空ポンプなどの排気装置（例えば、特許文献２中の排気装置６）の吸込口に配置し、この排気装置からの排気を屋外などに放出するようにした装置がある（例えば、特許文献２参照。)。
実開平７−１０９９７号公報（第６−７頁、第１，２図）特開２００１−３５８４８４号公報（第２−３頁、第１図）

前述した従来技術の箱形装置９では、冷却空気排出路４３内の冷却空気５が排気ファン８によって強制的に排出されることで、装置内に多段に収納されるユニット装置７の台数が５台程度以上になったとしても、冷却空気排出路４３内での冷却空気５の干渉問題が発生せず、このことによって箱形装置９の大容量化を容易にすることができる。また、特許文献２による装置の場合でも、送風機から吐出された冷却空気は吸気パイプ→排気装置によって個別に処理されることで、送風機から吐出される冷却空気の排出処理は、装置内に多段に収納されるユニット装置の台数に影響されることはない。
しかしながら、箱形装置９がＵＰＳの場合には、技術の進歩によってその小型化が進むに従いＵＰＳの採用先が拡大され、これに伴って、ＵＰＳは、専用のＵＰＳ室ばかりでなく，ＯＡ事務室などにも設置されるようになってきている。ＵＰＳがＯＡ事務室などに設置される場合には、ＵＰＳ室に設置される場合と異なりその低騒音化が強く要求されるようになっている。また、排気ファン８が箱形装置９の筐体４の外面付近に配設される装置であることから、ＵＰＳの低騒音化の見地から、その大幅な低騒音化あるいは排気ファン８の不要化の要求が高まってきている。また、排気ファン８の低騒音化あるいは不要化のことは、ＵＰＳ以外の箱形装置９の場合にも共通の課題になってきている。なおまた、箱形装置９に配設されている排気ファン８については、排気ファン８のための箱形装置９の消費電力の増大や、箱形装置９の製造原価の上昇を招いていることも問題点として指摘されるようになってきている。そうして、箱形装置９で課題になっている低騒音化，消費電力の増大，製造原価の上昇の問題は、特許文献２による装置の場合でも共通の課題である。

この発明は、前述の従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、冷却空気排出路内での冷却空気の干渉問題を解消させると共に、冷却空気排出路内の冷却空気を排出する排気ファンを不要とする箱形装置を提供することにある。

この発明では前述の目的は、１）放熱を要する発熱体とこの発熱体に冷却空気を供給する送風機とをそれぞれに有する複数のユニット装置を前記送風機からの冷却空気吐出方向が同一方向で，前記送風機からの冷却空気吐出位置が同一位置に揃えられるようにして直方体状の外形を持つ筐体内に上下方向に多段に収納し、それぞれのユニット装置の前記送風機から吐出される前記冷却空気を一括して前記筐体内に形成された冷却空気排出路の上部から排出するようにした箱形装置において、
それぞれの前記ユニット装置の前記送風機から吐出される前記冷却空気の通流に関する下流側の部位の前記冷却空気排出路内に、それぞれの前記送風機から吐出された前記冷却空気が上方向に向けて通流すると共に，前記冷却空気排出路の幅方向に分布してこの冷却空気排出路内を通流するようにする複数の短冊形状のルーバー本体部から構成された冷却空気通流案内体を備え、さらに、
前記冷却空気通流案内体は、下段側に収納された前記ユニット装置の前記送風機から吐出された前記冷却空気ほど前記冷却空気排出路の幅方向の端部側を主に通流するようにするものであること、または、
２）前記１項に記載の手段において、前記冷却空気通流案内体は、前記ルーバー本体部の長辺に平行な垂直面とルーバー本体部の面とのなす角度を鋭角として冷却空気が上方に向かう成分を与えるとともに、前記ルーバー本体部の長辺を水平位置から適宜の角度で回動させた位置に装着するものであること、さらにまたは、
３）前記２項に記載の手段において、前記冷却空気通流案内体は、下段側に収納された前記ユニット装置に対応させて設けられるものは、上段側に収納された前記ユニット装置に対応させて設けられるものより前記ルーバー本体部の長辺の水平位置からの回動角度をより大きな角度として装着することにより達成される。

この発明による箱形装置では、前記課題を解決するための手段の項で述べた構成とすることで、それぞれのユニット装置が持つ送風機からほぼ水平方向に吐出された冷却空気は、それぞれの冷却空気通流案内体によって案内されることで、冷却空気排出路内の通流方向が変更される。そうして、冷却空気通流案内体によって通流方向が変更された後の、冷却空気排出路内のそれぞれのユニット装置の送風機から吐出された冷却空気の通流方向は、箱形装置の背面側から見た場合には、それぞれのユニット装置の送風機から吐出された冷却空気は、それぞれの冷却空気通流案内体によって異なった通流方向が与えられ、しかも、より下段側に収納されたユニット装置の送風機から吐出される冷却空気ほど、冷却空気排出路の幅方向の端部側を主に通流する成分を得られることになる。すなわち、より下側に収納されるユニット装置の送風機から吐出された冷却空気が冷却空気排出路内を通流しよとする先には、より上側のユニット装置の送風機から吐出された冷却空気の主たる通流成分は存在しないことになる。

この結果、この発明による箱形装置では、より下側に収納されるユニット装置の送風機から吐出された冷却空気が、より上側のユニット装置の送風機から吐出された冷却空気により冷却空気排出路内の通流を妨げられるという、冷却空気排出路内での冷却空気の干渉問題を解消することが可能になる。さらに、この発明による箱形装置における冷却空気排出路内の冷却空気の通流状態は、冷却空気排出路の幅方向に拡がって通流されることになるので、冷却空気排出路内の通流速度が均等化されることで、冷却空気排出路の上部に向かう冷却空気の冷却空気排出路内の通流を極めてスムースにすることが可能になる。また、箱形装置の側面側から見た場合には、それぞれのユニット装置の送風機から吐出されて冷却空気通流案内体により案内された冷却空気は、冷却空気排出路内を上方に向かう成分を得られることになる。したがって、この発明による箱形装置では、排気ファンなどを設けること無しに、冷却空気を筐体の上部から箱形装置の外部に容易に排出することが可能になるとの効果を得ることができる。

以下この発明を実施するための最良の形態を図１〜図４を参照して詳細に説明する。ここで、図１はこの発明の実施の形態の一例による箱形装置を示すその側面図であり、図２は図１に示した箱形装置の背面図であり、図３は図１に示した箱形装置の上面図である。図４は図２のＰ部に示された冷却空気通流案内体の詳細図で、（ａ）は箱形装置の背面側から見た図であり、（ｂ）は図４の（ａ）におけるＲ矢視図である。なお、以下の説明においては、図５，図６に示した従来例の箱形装置と同一部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。また、以後の説明に用いる図中には、図５，図６で付した符号については、極力代表的な符号のみを記すようにしている。
図１〜図４において、１は、図５，図６に示した従来例による箱形装置９に対して、それぞれのユニット装置７の送風機６から吐出される冷却空気５の通流に関する下流側の部位の冷却空気排出路４３内に冷却空気通流案内体２を配設すると共に、排気ファン８を設けないようにした、この発明による箱形装置である。冷却空気通流案内体２は、この事例の場合には図４に示すように、平板状体である案内体本体２１と、複数のルーバー体２５とによって構成されている。冷却空気通流案内体２は、隔壁体４１の各ユニット装置７がそれぞれ持つ送風機６と正対する部位に設けられている冷却空気５を通流させる貫通孔（不図示）を、案内体本体２１で覆うようにして、ねじ等の締結体２９，２９を用いて隔壁体４１に装着される。

案内体本体２１は、冷却空気通流案内体２が隔壁体４１に装着された際に，冷却空気５を通流させる前記貫通孔（不図示）を覆うことになる部位に、冷却空気５を通流させる多数のスリット２２を設けると共に、冷却空気通流案内体２を隔壁体４１に取り付ける際に締結体２９，２９を差し込むための取付孔２３，２３が設けられている。２個の取付孔２３は、同一の中心円を共有するように、互いに対称となる関係で円弧状に形成されている。それぞれのルーバー体２５は、冷却空気５の案内を行う短冊形をしたルーバー本体部２６と、ルーバー本体部２６の両端部に設けられてルーバー体２５を案内体本体２１に装着する際に，案内体本体２１に取り付けられる取付部２７，２７とで構成されている。そうして、ルーバー本体部２６と取付部２７，２７との間には、ルーバー体２５が案内体本体２１に装着された後に、案内体本体２１に対するルーバー本体部２６の長辺に平行な垂直面と，ルーバー本体部２６の面とのなす角度θ２５が、図４に示すように、適切な鋭角値が形成されるように配慮されている。

そうして、前記の構成を持つ冷却空気通流案内体２は、この事例の場合には、次記するようにして図２に示すように隔壁体４１に取り付けられる。すなわち、最上段部に収納されたユニット装置７に対応する冷却空気通流案内体２は、ルーバー本体部２６の長辺がほぼ水平になるように取り付けられる。上から２段目に収納されたユニット装置７に対応する冷却空気通流案内体２は、ルーバー本体部２６の長辺が水平位置から時計方向にほぼ角度θだけ傾けられて取り付けられる。上から３段目に収納されたユニット装置７に対応する冷却空気通流案内体２は、ルーバー本体部２６の長辺が水平位置から反時計方向にほぼ角度θだけ傾けられて取り付けられる。上から４段目に収納されたユニット装置７に対応する冷却空気通流案内体２は、ルーバー本体部２６の長辺が水平位置から時計方向にほぼ角度２θだけ傾けられて取り付けられる。最下段部に収納されたユニット装置７に対応する冷却空気通流案内体２は、ルーバー本体部２６の長辺が水平位置から反時計方向にほぼ角度２θだけ傾けられて取り付けられる。

図１〜図４に示すこの発明の実施の形態の一例による箱形装置１では前述の構成としたので、それぞれのユニット装置７が持つ送風機６からほぼ水平方向に吐出された冷却空気５は、前記のように取り付けられたそれぞれの冷却空気通流案内体２のルーバー本体部２６によって案内されることで、図１および図２に小さい白抜き矢印で示したように、冷却空気排出路４３内の通流方向が変更される。そうして、冷却空気通流案内体２のルーバー本体部２６によって通流方向が変更された後の、冷却空気排出路４３内のそれぞれのユニット装置７の送風機６から吐出された冷却空気５の通流方向は、まず、図２に示した箱形装置１の背面側から見た場合には、それぞれのユニット装置７の送風機６から吐出された冷却空気５は、それぞれの冷却空気通流案内体２によって異なった通流方向が与えられ、しかも、より下段側に収納されたユニット装置７の送風機６から吐出される冷却空気５ほど、冷却空気排出路４３の幅方向の端部側を主に通流する成分を得られることになる。すなわち、より下側に収納されるユニット装置７の送風機６から吐出された冷却空気５が冷却空気排出路４３内を通流しよとする先には、より上側のユニット装置７の送風機６から吐出された冷却空気５の主たる通流成分は存在しないことになる。

この結果、箱形装置１では、より下側に収納されるユニット装置７の送風機６から吐出された冷却空気５が、より上側のユニット装置７の送風機６から吐出された冷却空気５により冷却空気排出路４３内の通流を妨げられるという、前記特許文献１による装置が持つ、冷却空気排出路内での冷却空気の干渉問題を解消できることになる。さらに、箱形装置１における冷却空気排出路４３内の冷却空気５の通流状態は、冷却空気排出路４３の幅方向に拡がって通流されることになるので、冷却空気排出路４３内の通流速度が均等化されることで、通気孔４４に向かう冷却空気５の冷却空気排出路４３内の通流を極めてスムースにすることができる。また、図１に示した箱形装置１の側面側から見た場合には、それぞれのユニット装置７の送風機６から吐出されて冷却空気通流案内体２により案内された冷却空気５は、水平面との間になす角度がほぼ前記角度θ２５を持つことになり、冷却空気排出路４３内を通流する冷却空気５は、冷却空気排出路４３内を上方に向かう成分を得られることになる。したがって、箱形装置１では、排気ファンなどを設けること無しに、冷却空気５は筐体４の上面部に形成された通気孔４４から箱形装置１の外部に排気５２として容易に排出されることになる。

前述の説明では、それぞれのユニット装置７の送風機６から吐出された冷却空気５を、冷却空気排出路４３の幅方向に分布してこの冷却空気排出路４３内を通流させるようにする手段として、同一構造のそれぞれの冷却空気通流案内体２の案内体本体２１を順次回動させた姿勢として冷却空気排出路４３に取り付けることで行うとしてきたが、これに限定されるものではなく、例えば、それぞれの冷却空気通流案内体の案内体本体は同一姿勢で冷却空気排出路４３に固定させ、冷却空気通流案内体に組み込まれるルーバー本体部を含むルーバー体の案内体本体に対する固定角度を、それぞれのユニット装置７に対応させて異ならせるようにしてもよい。また、前述の説明では、同一構造のそれぞれの冷却空気通流案内体２の案内体本体２１を順次回動させた姿勢として冷却空気排出路４３に取り付けるようにするための取付孔として、同一の中心円を共有するように、互いに対称となる関係で円弧状に形成された２個の取付孔２３を案内体本体２１に形成するとしてきたが、これに限定されるものではなく、例えば、ピッチ円を共有する複数対の円形状などの貫通孔を案内体本体に形成するようにしてもよい。

この発明の実施の形態の一例による箱形装置を示すその側面図である。図１に示した箱形装置の背面図である。図１に示した箱形装置の上面図である。図２のＰ部に示された冷却空気通流案内体の詳細図で、（ａ）は箱形装置の背面側から見た図であり、（ｂ）は図４の（ａ）におけるＲ矢視図である。従来例の箱形装置を示すその側面図である。図５中に示されたユニット装置の要部を示す側面図である。

符号の説明

１箱形装置
２冷却空気通流案内体
４３冷却空気排出路
５冷却空気
７ユニット装置

Claims

放熱を要する発熱体とこの発熱体に冷却空気を供給する送風機とをそれぞれに有する複数のユニット装置を前記送風機からの冷却空気吐出方向が同一方向で，前記送風機からの冷却空気吐出位置が同一位置に揃えられるようにして直方体状の外形を持つ筐体内に上下方向に多段に収納し、それぞれのユニット装置の前記送風機から吐出される前記冷却空気を一括して前記筐体内に形成された冷却空気排出路の上部から排出するようにした箱形装置において、
それぞれの前記ユニット装置の前記送風機から吐出される前記冷却空気の通流に関する下流側の部位の前記冷却空気排出路内に、それぞれの前記送風機から吐出された前記冷却空気が上方向に向けて通流すると共に，前記冷却空気排出路の幅方向に分布してこの冷却空気排出路内を通流するようにする複数の短冊形状のルーバー本体部から構成された冷却空気通流案内体を備えることを特徴とする箱形装置であって、
前記冷却空気通流案内体は、下段側に収納された前記ユニット装置の前記送風機から吐出された前記冷却空気ほど前記冷却空気排出路の幅方向の端部側を主に通流するようにするものであることを特徴とする箱形装置。
請求項１に記載の箱形装置において、前記冷却空気通流案内体は、前記ルーバー本体部の長辺に平行な垂直面とルーバー本体部の面とのなす角度を鋭角として冷却空気が上方に向かう成分を与えるとともに、前記ルーバー本体部の長辺を水平位置から適宜の角度で回動させた位置に装着するものであることを特徴とする箱形装置。
請求項２に記載の箱形装置において、前記冷却空気通流案内体は、下段側に収納された前記ユニット装置に対応させて設けられるものは、上段側に収納された前記ユニット装置に対応させて設けられるものより前記ルーバー本体部の長辺の水平位置からの回動角度をより大きな角度として装着することを特徴とする箱形装置。