JP6088157B2

JP6088157B2 - 配電盤及びその冷却方法

Info

Publication number: JP6088157B2
Application number: JP2012119498A
Authority: JP
Inventors: 健洋高橋; 佐藤　聡; 聡佐藤
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2012-05-25
Filing date: 2012-05-25
Publication date: 2017-03-01
Anticipated expiration: 2032-05-25
Also published as: US9142940B2; US20130314850A1; JP2013247759A

Description

本発明は、内部を冷却する配電盤に関する。

一般に、落下物から内部に実装されている電気部品などを保護（例えば、電気部品の短絡防止）するために、天井面に開口部を設けないようにすることが知られている。例えば、米国のＵＬ(Underwriters Laboratories Inc.)認証では、天井面の開口部のサイズに制約がある。

このため、上部に設けられた開口部を屋根などで覆うことがある（特許文献１参照）。

特開２００６−３１１６９８号公報

しかしながら、盤内を冷却した冷却風を天井面に設けられた開口部から排出する場合、この開口部を屋根などで覆うと、冷却効果が低下する。

一方、既に完成している配電盤の天井面に設けられた放熱するための開口部を側面などに移動する改造をする場合、盤内の冷却検討をやり直す必要がある。このような冷却検討には、多くの作業量を要する。

そこで、本発明の目的は、上部が覆われた天井面の開口部から放熱し、盤内を効率的に冷却することのできる配電盤を提供することにある。

本発明の観点に従った配電盤は、天井面に設けられた排熱するための開口部と下部に設けられた冷却風を取り込むための吸気部とを備える複数の盤と、前記盤のうち１つの盤の前記開口部を覆うように設けられ、盤内を冷却した冷却風を水平方向に排気するファンと、前記ファンが設けられていない盤の前記開口部から前記ファンが設けられた盤の盤内に冷却風を送り込むためのダクトとを備える。

本発明によれば、上部が覆われた天井面の開口部から放熱し、盤内を効率的に冷却することのできる配電盤を提供することができる。

本発明の実施形態に係る配電盤の構成を示す構成図。本実施形態に係るファン本体の構成を示す構成図。本実施形態に係る配電盤の冷却風の流れを示す構成図。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

（実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係る配電盤１０の構成を示す構成図である。なお、図面における同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。

図１で、点線で表している機器は、その機器の配電盤１０の内部における実装位置を示している。

配電盤１０は、複数の直流電源から供給される直流電力を負荷に供給するための三相交流電力に変換するインバータ回路を備える電力変換装置である。配電盤１０は、ファン１、２つのダクト２ａ，２ｂ、入力盤７ａ、変換器盤７ｂ及び出力盤７ｃを備える。

入力盤７ａ、変換器盤７ｂ及び出力盤７ｃは、一体型に構成されている。入力盤７ａ、変換器盤７ｂ及び出力盤７ｃは、冷却する必要のある電気部品（即ち、発熱体）が内部に実装された直方形状の筐体で構成されている。

入力盤７ａの内部には、２つの入力側遮断器５ａ及び複数の入力側ヒューズ６ａが実装されている。変換器盤７ｂの内部には、３つの半導体ユニット３ｒ，３ｓ，３ｔ及びリアクトルユニット４が実装されている。出力盤７ｃの内部には、出力側遮断器５ｂ及び複数の出力側ヒューズ６ｂが実装されている。

入力盤７ａには、複数の直流電源が接続される。入力盤７ａは、複数の直流電源から供給される直流電力を変換器盤７ｂに供給する。入力側遮断器５ａは、直流電源と変換器盤７ｂの半導体ユニット３ｒ〜３ｔとを接続する回路の切断及び接続をするための機器である。入力側遮断器５ａは、正極側と負極側にそれぞれ設けられている。入力側ヒューズ６ａは、直流電源毎に設けられている。また、入力側ヒューズ６ａは、接地回路の正極側と負極側にそれぞれ設けられている。

入力側遮断器５ａ及び入力側ヒューズ６ａは、冷却する必要のある電気部品である。但し、これらの電気部品の発熱量は、スイッチング素子などの半導体ほど高くはない。従って、入力盤７ａは、天井面の開口部が覆われていなければ、自然風冷による冷却でも充分に冷却することのできる盤である。

変換器盤７ｂは、入力盤７ａから供給される直流電力を交流電力に変換して出力盤７ｃに供給する。３つの半導体ユニット３ｒ〜３ｔは、それぞれ各相の回路を構成する。半導体ユニット３ｒ〜３ｔは、それぞれＲ相、Ｓ相及びＴ相の交流電力に変換する。半導体ユニット３ｒ〜３ｔは、ＩＧＢＴ(insulated gate bipolar transistor)などのスイッチング素子により構成されている。リアクトルユニット４には、三相分のリアクトルが実装されている。リアクトルユニット４は、半導体ユニット３ｒ〜３ｔの出力側に設けられている。リアクトルは、図示していないコンデンサと共に高調波を抑制するフィルタ回路を構成する。

半導体ユニット３ｒ〜３ｔ及びリアクトルユニット４は、配電盤１０において最も冷却する必要性が高い電気部品である。従って、変換器盤７ｂの内部は、強制風冷により冷却する必要がある。

出力盤７ｃは、変換器盤７ｂから供給される交流電力を負荷に供給する。出力側遮断器５ｂは、変換器盤７ｂの半導体ユニット３ｒ〜３ｔと負荷とを接続する回路の切断及び接続をするための機器である。出力側遮断器５ｂは、三相分の回路の切断及び接続をする。

出力側ヒューズ６ｂは、負荷側に相毎に設けられている。

出力側遮断器５ｂ及び出力側ヒューズ６ｂは、冷却する必要がある電気部品である。出力盤７ｃは、入力盤７ａと同様に、天井面の開口部が覆われていなければ、自然風冷による冷却でも充分に冷却することのできる盤である。

ファン１は、強制風冷するための機器である。ファン１は、変換器盤７ｂの上部に設けられている。変換器盤７ｂの天井面には、排気熱（温められた冷却風）を排出するための開口部が設けられている。ファン１は、この開口部を覆うように設置されている。ファン１は、変換器盤７ｂの盤内の空気を垂直方向に吸い上げ、水平方向に排出する。

図２は、本実施形態に係るファン本体１１の構成を示す構成図である。

ファン１は、ファン本体１１をカバーで覆った構成である。

ファン本体１１は、シロッコファン（多翼送風機）である。シロッコファンは、水車と同じ原理を利用する送風機である。また、シロッコファンは、プロペラファンなどと比較して、静圧を高くすることができる。ファン本体１１には、複数の羽根１２が取り付けられている。羽根１２は、幅方向が垂直方向となるように、水平方向に螺旋を描くように曲がって延びている。複数の羽根１２が取り付けられた羽根車１３が水平方向に回転することにより、変換器盤７ｂの盤内の空気が垂直方向に吸い上げられ、複数の羽根１２の間から排出される。

ファン本体１１を覆うカバーの４つの側面板には、放熱するための格子状の多数の孔が設けられている。ファン本体１１により吸い上げられた冷却風は、側面板の多数の孔から外部に排出される。なお、ファン本体１１を覆うカバーの上面板には、一切の開口部を設けていないか、又は設けられていても小さい（例えば、ＵＬ認証による規定サイズ以下）ものである。

ダクト２ａは、入力盤７ａ及び変換器盤７ｂの上部に跨るように設けられている。変換器盤７ｂの天井面のファン１が設けられている開口部の入力盤７ａ側に、さらに開口部が設けられている。入力盤７ａの天井面には、排気熱を排出するための開口部が設けられている。ダクト２ａは、変換器盤７ｂのファン１の入力盤７ａ側に設けられた開口部と入力盤７ａの開口部を接続するように設けられている。ダクト２ａは、入力盤７ａの盤内を冷却した冷却風を変換器盤７ｂに送るための冷却風の通路である。

ダクト２ｂは、出力盤７ｃ及び変換器盤７ｂの上部に跨るように設けられている。変換器盤７ｂの天井面のファン１が設けられている開口部の出力盤７ｃ側に、さらに開口部が設けられている。出力盤７ｃの天井面には、排気熱を排出するための開口部が設けられている。ダクト２ｂは、変換器盤７ｂのファン１の出力盤７ｃ側に設けられた開口部と出力盤７ｃの開口部を接続するように設けられている。ダクト２ｂは、出力盤７ｃの盤内を冷却した冷却風を変換器盤７ｂに送るための冷却風の通路である。

図３は、本実施形態に係る配電盤１０の冷却風の流れを示す構成図である。図３中の矢印は、冷却風の流れを表している。

冷却風の対流は、ファン１の回転により発生する。

入力盤７ａ、変換器盤７ｂ及び出力盤７ｃには、それぞれ吸気開口部２１が下部に設けられている。冷却風となる空気は、吸気開口部２１から各盤７ａ〜７ｃに取り込まれる。

入力盤７ａの吸気開口部２１から取り込まれた冷却風は、盤内を上昇しながら入力側ヒューズ６ａ及び入力側遮断器５ａを順次に冷却する。入力側ヒューズ６ａ及び入力側遮断器５ａを冷却した冷却風は、ダクト２ａを通り抜けて、変換器盤７ｂの内部に取り込まれる。このとき、冷却風は、ダクト２ａにより外気とは接触しない。変換器盤７ｂの内部に取り込まれた冷却風は、ファン１により外部に排気される。

変換器盤７ｂの吸気開口部２１から取り込まれた冷却風は、盤内を上昇しながら半導体ユニット３ｒ〜３ｔ及びリアクトルユニット４を順次に冷却する。半導体ユニット３ｒ〜３ｔ及びリアクトルユニット４を冷却した冷却風は、ファン１により外部に排気される。

出力盤７ｃの吸気開口部２１から取り込まれた冷却風は、盤内を上昇しながら出力側遮断器５ｂ及び出力側ヒューズ６ｂを順次に冷却する。出力側遮断器５ｂ及び出力側ヒューズ６ｂを冷却した冷却風は、ダクト２ｂを通り抜けて、変換器盤７ｂの内部に取り込まれる。このとき、冷却風は、ダクト２ｂにより外気とは接触しない。変換器盤７ｂの内部に取り込まれた冷却風は、ファン１により外部に排気される。

本実施形態によれば、変換器盤７ｂの天井面の開口部を覆うように設けられたファン１により、配電盤１０を構成する入力盤７ａ、変換器盤７ｂ及び出力盤７ｃは、それぞれ上部が覆われた天井面の開口部から放熱し、盤内を効率的に冷却することができる。

ここで、入力盤７ａ及び出力盤７ｃに実装されている遮断器５ａ及びヒューズ６ａは、天井面の開口部の上面が覆われていなければ、自然風冷で充分に冷却することのできる電気部品である。

そこで、入力盤７ａ及び出力盤７ｃについては、天井面の開口部を強制風冷盤である変換器盤７ｂの開口部とダクト２ａ，２ｂで接続することで、天井面の開口部の上面を覆っても冷却できる構造としている。これにより、各盤に強制風冷用のファンを設けるよりも製造コストを低減することができる。また、天井面の開口部から放熱するタイプの配電盤が既に完成している場合でも、冷却検討をやり直すことなく、ファン１及びダクト２ａ，２ｂを取り付けることで、配電盤１０の構成のように改造することができる。

また、変換器盤７ｂと、入力盤７ａ又は出力盤７ｃとを接続する冷却風の通路は、ダクト２ａ，２ｂにより、冷却風と外気の互いの対流が接触しない構造にしている。仮に、冷却風と外気の互いの対流が接触する場合、結露による結露水の盤内への落下が懸念される。これに対して、配電盤１０は、ダクト２ａ，２ｂにより、冷却風の通路を外気から遮断することで、上述の結露水に対する対策をとる必要が無い。

さらに、入力盤７ａ及び出力盤７ｃは、強制風冷盤である変換器盤７ｂと接続することで、強制風冷にすることができる。これにより、入力盤７ａ及び出力盤７ｃは、自然風冷よりも冷却効果を高めることができる。

また、入力盤７ａ及び出力盤７ｃから排出される冷却風を変換器盤７ｂの天井面から取り込む構造としている。これにより、入力盤７ａ及び出力盤７ｃから排出される冷却風は、変換器盤７ｂの電気部品類（半導体ユニット３ｒ〜３ｔ及びリアクトルユニット４など）を通り抜けることなくファン１から外部に排出される。従って、入力盤７ａ及び出力盤７ｃで、電気部品による熱で温められた冷却風が変換器盤７ｂの電気部品に影響を与えることを防止することができる。

さらに、ファン１は、変換器盤７ｂの開口部が設けられた天井面（天井板）の上に取り付けられている。従って、変換器盤７ｂの天井板を取り外さなくても、作業者は、ファン１にアクセスすることができる。また、作業者は、変換器盤７ｂからファン１のみを取り外すこともできる。これにより、作業者は、ファン１のメンテナンス等の作業がし易くなる。

なお、本実施形態では、入力盤７ａ、変換器盤７ｂ及び出力盤７ｃの３つの盤で構成したが、２つの盤で構成してもよいし、４つ以上の盤で構成してもよい。例えば、２つの盤で構成する配電盤では、２つの盤のうち１つの盤にファン１を設け、２つの盤のそれぞれの天井面に設けられた開口部を１つのダクト２ａ，２ｂで接続することで、実施形態と同様の構成にすることができる。また、ファン１は、いくつ設けてもよいが、盤の数より少なくすることで、製造コストを低減することができる。

また、本実施形態では、配電盤１０を電力変換装置としたが、これに限らない。配電盤１０は、冷却を要する電気部品が実装されていれば、どのような装置でもよいし、どのような機能を有してもよい。

さらに、本実施形態では、変換器盤７ｂには、強制風冷により冷却する必要がある電気部品を実装したが、これに限らない。配電盤１０には、盤７ａ〜７ｃの天井面の開口部が覆われていなければ自然冷却で充分に冷却できる電気部品だけが実装されていてもよい。このような場合でも、本実施形態のように構成することで、天井面の開口部が覆われ、かつ冷却効果の高い強制風冷による冷却をすることができる。

また、本実施形態では、ダクト２ａ，２ｂを盤の天井面に設けられた互いの開口部を接続するように構成したが、これに限らない。一方の盤内で温められた冷却風により、もう一方のファン１が設けられた盤に実装される電気部品に悪影響を及ぼさないのであれば、ファン１が設けられた盤のダクト２ａ，２ｂを接続するための開口部は、盤の側面及び下部などの天井面以外に設けられていてもよい。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１…ファン、２ａ，２ｂ…ダクト、３ｒ，３ｓ，３ｔ…半導体ユニット、４…リアクトルユニット、５ａ…入力側遮断器、５ｂ…出力側遮断器、６ａ…入力側ヒューズ、６ｂ…出力側ヒューズ、７ａ…入力盤、７ｂ…変換器盤、７ｃ…出力盤、１０…配電盤。

Claims

天井面に設けられた排熱するための開口部と下部に設けられた冷却風を取り込むための吸気部とを備える複数の盤と、
前記盤のうち１つの盤の前記開口部を覆うように設けられ、盤内を冷却した冷却風を水平方向に排気するファンと、
前記ファンが設けられていない盤の前記開口部から前記ファンが設けられた盤の盤内に冷却風を送り込むためのダクトと
を備えることを特徴とする配電盤。
前記ダクトは、前記２つの盤の天井面で接続すること
を特徴とする請求項１に記載の配電盤。
前記ファンは、多翼送風機であること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の配電盤。
前記複数の盤のうち少なくとも１つは、前記開口部が覆われていなければ強制風冷による冷却を必要としない電気部品のみが実装されていること
を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の配電盤。
前記ファンは、前記盤から取り外し可能に取り付けられていること
を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の配電盤。
前記複数の盤は、入力盤、変換器盤及び出力盤からなり、
前記変換器盤は、前記ファンを設け、スイッチング素子により構成される電力変換回路を実装し、
前記入力盤は、直流電源から直流電力を前記変換器盤の前記電力変換回路に供給するための直流回路を実装し、
前記出力盤は、前記変換器盤の前記電力変換回路から出力される交流電力を負荷に供給するための交流回路を実装すること
を特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の配電盤。
複数の盤で構成される配電盤を冷却する冷却方法であって、
前記複数の盤のそれぞれに、排熱するための開口部を天井面に設け、冷却風を取り込むための吸気部を下部に設け、
前記盤のうち１つの盤の前記開口部を、盤内を冷却した冷却風を水平方向に排気するファンで覆うように設け、
前記ファンが設けられた盤と前記ファンが設けられていない盤との互いの前記開口部を接続するダクトと
を備えることを特徴とする配電盤の冷却方法。