JP7302513B2

JP7302513B2 - 電力変換装置

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Publication number: JP7302513B2
Application number: JP2020049049A
Authority: JP
Inventors: 誉人内田
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2020-03-19
Filing date: 2020-03-19
Publication date: 2023-07-04
Anticipated expiration: 2040-03-19
Also published as: JP2021151094A

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

従来の電力変換装置としては、例えば以下の特許文献に記載されたものが知られている。

すなわち、従来の電力変換装置は、盤内の空気の循環に供する電動ファンと、この電動ファンによって送気された暖気を冷却する冷媒循環式の熱交換器と、からなる冷却装置を備え、盤内に収容された電気機器の発熱により温められた空気（暖気）を熱交換器で冷却し、この冷却された空気（冷気）によって電気機器の熱を吸収することで、電気機器の冷却を図っている。

特開２０１３－０７１４８２号公報

しかしながら、前記従来の電力変換装置では、熱交換器の内部で結露により発生した水分や、熱交換器及び配管の継手部やろう付け部等から漏出して飛散した冷却水が電気機器に与える悪影響について、具体的に考慮されていない。換言すれば、熱交換器の内部で結露により発生した水分や、熱交換器及び配管の継手部やろう付け部等から漏出して飛散した冷却水から電気機器を保護することについて、改善の余地が残されている。

本発明は、かかる技術的課題に着目して案出されたものであって、熱交換器内部の結露によって発生した水分や、熱交換器及び配管の継手部やろう付け部等から漏出して飛散した冷却水から電気機器を保護す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。

本発明に係る電力変換装置は、その一態様として、盤内の収容空間に電気機器が収容されていて、前記電気機器によって温められた暖気が電動ファンにより送気され、この送気された暖気が水冷式の熱交換器を介して冷却され、この冷却された冷気が前記電気機器を冷却する電力変換装置であって、前記収容空間は、連通口を介して相互に連通可能に区画された第１収容空間と第２収容空間とを有し、前記第１収容空間には、前記電気機器が収容され、前記第２収容空間には、前記熱交換器が配置されると共に、前記熱交換器の鉛直方向の下端部に、前記熱交換器の内部の水分を排出するドレンパンが配置されていて、前記熱交換器は、前記気流方向において対向する一対の第１開口部及び第２開口部を有し、前記第１開口部及び前記第２開口部の鉛直方向下側の周縁部が、第１風洞板及び第２風洞板によって覆われている。

このように、本発明に係る電力変換装置では、熱交換器内部において結露により生じた水分（以下「結露水」という。）をドレンパンによって排出することが可能となり、例えば故障など、当該結露水が電気機器に及ぼす悪影響を抑制することができる。

また、盤内の収容空間は、電気機器を収容する第１収容空間と、熱交換器を収容する第２収容空間とに区画され、電気機器と熱交換器が分離して配置されている。これにより、熱交換器内部にて生じた結露水が直ちに電気機器に及ぶおそれがなく、当該結露水が電気機器に及ぼす悪影響を効果的に抑制することができる。

さらに、熱交換器の一対の開口部である第１、第２開口部の鉛直方向下側の周縁部が第１、第２風洞板によって覆われていて、熱交換器の鉛直方向下側の周縁部において、外部との連通が遮断されている。これにより、熱交換器内部において熱交換器の内側面に沿って鉛直方向下端部に流れ落ちた結露水が気流方向に沿って流出するのを第１、第２風洞板によって堰き止めることが可能となり、結露水が電気機器に及ぼす悪影響をより効果的に抑制することができる。

また、前記電力変換装置の別の態様として、前記熱交換器は、サージタンクに貯留された冷却水が循環されることにより熱交換を行い、前記熱交換器と前記サージタンクとを接続する配管は、前記第２収容空間にのみ配置され、前記第１収容空間には配置されないことが望ましい。

このように、熱交換器とサージタンクを接続する配管は、第２収容空間のみに配置され、第１収容空間には配置されない。これにより、熱交換器及び配管の継手部やろう付け部等から漏出した冷却水が電気機器に及ぼす悪影響を抑制することができる。

また、前記電力変換装置のさらに別の態様として、前記熱交換器は、水平方向において前記気流方向に直交する気流直交方向に面する第１側壁部及び第２側壁部を有し、前記配管は、前記第１側壁部又は前記第２側壁部のいずれか一方、又は両方に接続されていて、前記第１風洞板及び前記第２風洞板は、前記第１開口部及び前記第２開口部の側方に延出し、前記配管を挟んで対向して配置され、前記ドレンパンは、鉛直方向において、前記第１側壁部又は前記第２側壁部と前記第１風洞板と前記第２風洞板とで囲われた配管収容空間に開口していることが望ましい。

このように、配管が、第１側壁部又は第２側壁部と第１風洞板と第２風洞板とで囲われている。このため、当該囲いによって配管の継手部やろう付け部等から漏出した冷却水の飛散が遮断され、前記漏出により飛散した冷却水が電気機器に及ぼす悪影響を抑制することができる。

さらに、配管収容空間において、第１、第２側壁部と第１、第２風洞板とによって飛散を遮られた冷却水は、第１、第２側壁部ないし第１、第２風洞板に沿って流れ落ちた後、配管収容空間に開口するドレンパンを介して排出されることになる。これにより、配管収容空間の内部にて配管から漏出した冷却水が電気機器に及ぼす悪影響を、より効果的に抑制することができる。

また、前記電力変換装置のさらに別の態様として、前記サージタンクには、内部に貯留された前記冷却水の所定水位を検出する水位センサが設けられ、前記電気機器は、前記水位センサによる前記所定水位の検出に基づいて停止処理を行うことが望ましい。

すなわち、ドレンパンの排水能力を超えない範囲で所定水位を設定し、水位センサの所定水位の検出に連動して電気機器の停止処理を行うことによって、熱交換器内の冷却水が電気機器に及ぶ前に、電気機器を安全に停止させることができる。換言すれば、ドレンパンの容積でもって熱交換器からの冷却水の漏出を抑制することにより、電気機器を安全に停止させるまでの時間的猶予を確保することができる。これにより、熱交換器内の冷却水から電気機器を適切に保護することができる。

また、前記電力変換装置のさらに別の態様として、前記第２収容空間は、前記第１収容空間の鉛直方向上側に配置されていることが望ましい。

暖気は上昇して盤の上部に溜まりやすいため、熱交換器を収容する第２収容空間を鉛直方向の上側に配置したことで、空気（暖気）と冷却水との温度差が大きくなり、熱交換器による熱交換を効率的に行うことができる。

また、前記電力変換装置のさらに別の態様として、前記第２収容空間は、前記第１収容空間の鉛直方向下側に配置されていることが望ましい。

このように、熱交換器を収容する第２収容空間を鉛直方向の下側に配置したことで、熱交換器から漏出した冷却水が電気機器に及んでしまう可能性を極力抑制することができる。これにより、電気機器の安全性がより一層高められ、電気機器を適切に保護することができる。なお、前記第２収容空間を鉛直方向下側に配置する態様は、熱交換器からの冷却水の漏出量がドレンパンから溢れてしまうほど多量である場合に、特に有効なものとなる。

本発明によれば、ドレンパンにより結露水が盤外に排出されるため、結露水が電気機器に及ぼす悪影響を抑制することができる。

また、電気機器と熱交換器がそれぞれ別に区画された収容空間に分離して配置されるため、熱交換器内部にて生じた結露水が直ちに電気機器に及ぶおそれがなく、結露水が電気機器に及ぼす悪影響を効果的に抑制することができる。

さらに、第１、第２風洞板により、熱交換器内部から気流（エアフロー）に沿って流出する水分が堰き止められるため、結露水が電気機器に及ぼす悪影響をより効果的に抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係る電力変換装置の冷却システム図である。本発明の第１実施形態に係る電力変換装置の鉛直方向断面図である。図２のＡ－Ａ線に沿って切断した断面図である。図１に示す電力変換装置の水冷部の分解斜視図である。図４に示す電力変換装置の水冷部の組立斜視図である。本発明の第１実施形態の作用効果の説明に供する図であって、図２の要部拡大図である。本発明の第２実施形態に係る電力変換装置の冷却システム図である。本発明の第３実施形態に係る電力変換装置の鉛直方向断面図である。

以下、本発明に係る電力変換装置の実施形態を、図面に基づいて詳述する。

〔第１実施形態〕
図１～図６は、本発明に係る電力変換装置の第１実施形態を示す。

（電力変換装置の冷却システムの構成）
図１は、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置の冷却システムの構成を表したシステム構成図を示している。なお、図中の矢印は、冷却水の循環方向を示している。

図１に示すように、本実施形態に係る電力変換装置Ｍ１の冷却システムは、電気機器１０が配置される電気機器部１と、水冷式の熱交換器２０が配置される水冷部２と、熱交換器２０に対する送水に供する送水部３と、を備える。電気機器部１と水冷部２は、電力変換装置Ｍ１の筐体を構成する密閉された盤４の内部に収容されていて、送水部３は、電力変換装置Ｍ１の盤４の外部に設けられている。なお、他の実施形態として、送水部３は、電力変換装置Ｍ１の盤４の内部に設けられていてもよい。また、水冷部２と送水部３とは、第１配管Ｌ１と第２配管Ｌ２によって接続されていて、第１配管Ｌ１を介して送水部３から水冷部２に冷却水が送られ、第２配管Ｌ２を介して水冷部２から送水部３に冷却水が戻される。

電気機器部１は、盤４の内部に区画された第１収容空間Ｓ１内に電気機器１０が収容されることによって構成されている。また、電気機器１０は、例えば図示外の半導体素子や変圧器など、電力変換に供する各種の電機部品によって構成される。

水冷部２は、盤４の内部に区画された第２収容空間Ｓ２内に熱交換器２０が収容されることによって構成され、熱交換器２０には、送水部３から第１配管Ｌ１を介して冷却水が送水される一方、第２配管Ｌ２を介して送水部３に冷却水が還流される。なお、第１配管Ｌ１の下流側であって熱交換器２０の上流側には、送水部３から熱交換器２０に対する冷却水の供給及び遮断を切り換え可能なバルブＶが設けられている。

また、水冷部２には、熱交換器２０に隣接して電動ファン２１が配置されていて、この電動ファン２１を介して、第２収容空間Ｓ２の空気が熱交換器２０へと送気される。また、熱交換器２０には、熱交換器２０内の水分を排出するドレンパン２２が付設されている。すなわち、ドレンパン２２により、熱交換器２０内で結露により生じた水分や、熱交換器２０から漏出した冷却水を排出可能となっている。

送水部３は、冷却水の循環に必要十分な冷却水を貯留するサージタンクＴと、冷却水を圧送するポンプＰと、熱交換器２０より還流された冷却水の熱を放散して当該冷却水の冷却に供する放熱部３０と、を備える。なお、サージタンクＴは、第１配管Ｌ１の途中に配置されていて、ポンプＰは、第２配管Ｌ２の途中に配置されている。また、放熱部３０は、例えばヒートシンクによって構成され、熱交換器２０において熱交換によって温められた冷却水の熱を放散することで、当該冷却水を冷却する。なお、図１に示す符号３１は、放熱部３０で放散された熱を外部へ排出するための電動ファンを示している。

図２は、本実施形態に係る電力変換装置Ｍ１の鉛直方向断面図を示している。図３は、図２のＡ－Ａ線に沿って切断した断面図を示している。図４は、図１に示す電力変換装置Ｍ１の水冷部２の分解斜視図を示している。図５は、図４に示す電力変換装置Ｍ１の水冷部２の組立斜視図を示している。なお、図２中のＸ方向は、電力変換装置Ｍ１の「幅方向」を示し、図２中のＺ方向は、電力変換装置Ｍ１の「高さ方向」を示している。また、図３中のＹ方向は、電力変換装置Ｍ１の「奥行き方向」を示している。さらに、図２中の矢印Ｆ１～Ｆ４は、第１、第２収容空間Ｓ１，Ｓ２内における空気の循環経路を示している。

図２、図３に示すように、電力変換装置Ｍ１の盤４の内部は、鉛直方向（Ｚ方向）において、第１収容空間Ｓ１と第２収容空間Ｓ２とに区画されていて、第１収容空間Ｓ１に電気機器１０が配置されると共に、第２収容空間Ｓ２に熱交換器２０及び電動ファン２１が配置されている。また、第１収容空間Ｓ１と第２収容空間Ｓ２とは隔壁４０によって仕切られていて、この隔壁４０の上面に、熱交換器２０及び電動ファン２１が配置されている。また、隔壁４０には、鉛直方向（Ｚ方向）に貫通して第１収容空間Ｓ１と第２収容空間Ｓ２とを連通する複数の連通口４１が形成されている。換言すれば、これらの連通口４１を通じて、第１収容空間Ｓ１内の空気と第２収容空間Ｓ２内の空気とが、相互に移動（循環）可能となっている。

具体的には、電力変換装置Ｍ１では、特に図３に示すように、電気機器１０により温められた空気（暖気）が矢印Ｆ１に示すように上昇し、この上昇した暖気が電動ファン２１の作動によって連通口４１を介して第２収容空間Ｓ２に吸引され、矢印Ｆ２に示すように熱交換器２０側へと送気される。その後、熱交換器２０を通過して熱交換により冷却された空気（冷気）は矢印Ｆ３に示すように下降し、連通口４１を介して第１収容空間Ｓ１に移動することで、前記熱交換により冷却された空気（冷気）が矢印Ｆ４に示すように電気機器１０に作用し、当該電気機器１０が冷却される、といった循環構造となっている。

また、図２～図５に示すように、熱交換器２０は、幅方向（Ｘ方向）両側に開口して空気の通流に供する第１開口部２０１及び第２開口部２０２を有する熱交換器コア２００によって構成される。熱交換器コア２００は、水平方向においてエアフロー方向（気流方向）に直交する気流直交方向に設けられた一対の側壁部である第１側壁部２０３及び第２側壁部２０４を有すると共に、鉛直方向においてエアフロー方向（気流方向）に直交する方向に上下一対に設けられた上壁部２０５及び下壁部２０６を有する。

また、第１開口部２０１及び第２開口部２０２には、当該第１開口部２０１及び第２開口部２０２の外周縁部を覆う第１風洞板２３及び第２風洞板２４が取り付けられる。なお、この第１、第２風洞板２３，２４は、例えばビスなど、図示外の任意の締結手段により取り付けることができる。また、第１風洞板２３及び第２風洞板２４は、概ね矩形枠状を呈し、中央部に、第１開口部２０１及び第２開口部２０２を第２収容空間Ｓ１へと臨ませる概ね矩形状の第１窓部２３０及び第２窓部２４０を有する。

また、図２、図４、図５に示すように、第１風洞板２３及び第２風洞板２４は、鉛直方向（Ｚ方向）の下端部に、第１窓部２３０及び第２窓部２４０から鉛直方向（Ｚ方向）の下側へ延出する第１下方延出部２３１及び第２下方延出部２４１を有する。この第１、第２下方延出部２３１，２４１は、奥行き方向（Ｙ方向）に一定の高さ寸法Ｈ２を有する帯状に形成されていて、当該第１、第２下方延出部２３１，２４１によって、第１、第２開口部２０１，２０２の鉛直方向（Ｚ方向）の下端部が覆われ、塞がれている。すなわち、当該第１、第２下方延出部２３１，２４１が第１、第２開口部２０１，２０２の鉛直方向（Ｚ方向）の下端部と重なる（オーバーラップする）ことにより、第１、第２開口部２０１，２０２の鉛直方向（Ｚ方向）の下端部において、外部との連通を遮断するギャップＧが形成されている。ここで、ギャップＧの高さ寸法Ｈ２は、第１、第２開口部２０１，２０２の高さ寸法Ｈ１の５％程度に設定されていることが望ましい。

また、図３～図５に示すように、第１風洞板２３及び第２風洞板２４は、奥行き方向（Ｙ方向）の両側部に、第１窓部２３０及び第２窓部２４０からそれぞれ奥行き方向（Ｙ方向）に沿って側方へ延出する第１側方延出部２３２ａ，２３２ｂ及び第２側方延出部２４２ａ，２４２ｂが形成されている。この第１側方延出部２３２ａ，２３２ｂ及び第２側方延出部２４２ａ，２４２ｂは、奥行き方向（Ｙ方向）において、第１側方延出部２３２ａと第２側方延出部２４２ａとが対向し、また、第１側方延出部２３２ｂと第２側方延出部２４２ｂとが対向する。

また、第１側壁部２０３には、一対の管路である第１管路２５１と第２管路２５２とが鉛直方向（Ｚ方向）に沿って並行に配置されていて、これら第１、第２管路２５１，２５２の中間部に、第１、第２配管Ｌ１，Ｌ２が接続されている。一方、第２側壁部２０４には、幅方向（Ｘ方向）に沿って延在する第３管路２５３（図３参照）が配置されている。なお、第１管路２５１、第２管路２５２及び第３管路２５３は、水冷部２と送水部３を繋ぐ第１、第２配管Ｌ１，Ｌ２と共に、本発明に係る配管の一部を構成する。また、第３管路２５３は、第１管路２５１と接続する熱交換器コア２００の内部水路と、第２管路２５２と接続する熱交換器コア２００の内部水路と、を繋いでいる。すなわち、第１配管Ｌ１から熱交換器コア２００の内部を通流した冷却水が第３管路２５３によって折り返され、再び熱交換器コア２００の内部を通流して第２配管Ｌ２に戻されることとなる。

また、第１、第２風洞板２３，２４（第１側方延出部２３２ａ，２３２ｂ及び第２側方延出部２４２ａ，２４２ｂ）が熱交換器コア２００の奥行き方向（Ｙ方向）の両側に延出することによって、熱交換器コア２００の奥行き方向（Ｙ方向）の一方には、第１側壁部２０３と第１、第２風洞板２３，２４とで囲われた第１配管収容空間ＳＰ１が画定され、他方には、第２側壁部２０４と第１、第２風洞板２３，２４とで囲われた第２配管収容空間ＳＰ２が画定されている。第１配管収容空間ＳＰ１には、第１、第２管路２５１，２５２を含む第１配管Ｌ１が収容されていて、第２配管収容空間ＳＰ２には、第３管路２５３を含む第１配管Ｌ１が収容されている。ここで、第１配管収容空間ＳＰ１は、奥行き方向（Ｙ方向）において、第２ドレンパン２８側に開口するように構成される一方、第２配管収容空間ＳＰ２は、第２側壁部２０４に対向配置される平板状の隔離板２６によって閉塞されている。

また、図３～図５に示すように、熱交換器コア２００の鉛直方向（Ｚ方向）の下端部には、熱交換器コア２００内に生じた結露水や第１、第２、第３管路２５１，２５２，２５３から漏出した冷却水の排出に供するドレンパン２２が配置されている。このドレンパン２２は、熱交換器コア２００の鉛直方向（Ｚ方向）下端部に奥行き方向（Ｙ方向）に沿って配置された第１ドレンパン２７と、第１ドレンパン２７の下流側端部に接続され、第１ドレンパン２７に直交するように幅方向（Ｘ方向）に沿って配置された第２ドレンパン２８と、で構成される。

第１ドレンパン２７は、奥行き方向（Ｙ方向）に延設され、熱交換器コア２００の底面に開口形成されたドレン孔２０７に対向する第１ドレン底壁２７０と、この第１ドレン底壁２７０の両側縁から立ち上がる一対の第１ドレン側壁２７１，２７２とを有する、縦断面概ね凹字形状をなす溝型の樋状に形成されている。さらに、一対の第１ドレン側壁２７１，２７２の鉛直方向（Ｚ方向）の上端部には、それぞれ幅方向（Ｘ方向）に延出する、いわゆるフランジ状に形成された一対の取付部２７３，２７４が設けられていて、この取付部２７３，２７４を介して第１ドレンパン２７が熱交換器コア２００の底部に取り付けられる。これにより、第１ドレンパン２７は、ドレン孔２０７を通じて熱交換器コア２００の底部から排出された結露水を受容可能となっている。なお、前記取付部２７３，２７４を介した熱交換器コア２００に対する第１ドレンパン２７の取付固定は、例えばビスなど、図示外の任意の締結手段を用いて行うことができる。

また、第１ドレンパン２７は、第２収容空間Ｓ２の奥行き方向（Ｙ方向）に渡って配置されていて、熱交換器コア２００の底部のみならず、熱交換器コア２００の奥行き方向（Ｙ方向）の両側部に画定される第１、第２配管収容空間ＳＰ１，ＳＰ２にも開口している。すなわち、第１ドレンパン２７は、熱交換器コアから排出された結露水のほか、第１、第２、第３管路２５１，２５２，２５３を含む第１、第２配管Ｌ１，Ｌ２から第１、第２配管収容空間ＳＰ１，ＳＰ２内に漏出及び飛散した冷却水についても、捕集することが可能となっている。

また、第１ドレンパン２７は、第２ドレンパン２８に接続される端壁２７５の鉛直方向（Ｚ方向）上端部に、第２ドレンパン２８側へと下り傾斜状に延出する排出溝２７６が設けられている。これにより、第１ドレンパン２７では、熱交換器コア２００から排出された結露水や、第１、第２、第３管路２５１，２５２，２５３を含む第１、第２配管Ｌ１，Ｌ２から第１、第２配管収容空間ＳＰ１，ＳＰ２に漏出及び飛散した冷却水の水面が排出溝２７６に臨む所定の高さ位置に到達したところで、当該排出溝２７６を介して第２ドレンパン２８側へ排出可能となっている。

第２ドレンパン２８は、幅方向（Ｘ方向）に沿って延在し、第２ドレンパン２８に接続された第１ドレンパン２７の排出溝２７６の先端部と鉛直方向（Ｚ方向）に対向する第２ドレン底壁２８０と、この第２ドレン底壁２８０の両側縁から立ち上がる一対の第２ドレン側壁２８１，２８２とを有する、縦断面概ね凹字形状をなす溝型の樋状に形成されている。また、第２ドレン側壁２８１の鉛直方向（Ｚ方向）の上端部には、下方へ指向する排出口２８３が設けられている。これにより、第２ドレンパン２８では、第１ドレンパン２７の排出溝２７６を通じて導かれた結露水及び冷却水を受容し、この結露水及び冷却水の水面が排出口２８３に臨む所定の高さ位置に到達したところで、排出口２８３を介して盤４の外部へ排出可能となっている。

（本実施形態の作用効果）
図６は、図２のＢ方向から見た矢視図を示している。

図６に示すように、本実施形態に係る電力変換装置Ｍ１では、熱交換器２０の内部において結露が発生すると、この結露により生じた水分（結露水Ｗ）は、図６の矢印Ｑに示すように、熱交換器コア２００の内側面に沿って流れ落ち、ドレン孔２０７を通じて第１ドレンパン２７へと排出されることになる。

このように、前記電力変換装置Ｍ１では、熱交換器２０の鉛直方向（Ｚ方向）の下端部に、熱交換器２０の底部に設けられたドレン孔２０７が開口する第１ドレンパン２７が配置されている。このため、熱交換器２０の内部に生じた結露水Ｗを、第１ドレンパン２７を介して盤４の外部に排出することができ、当該結露水Ｗが電気機器１０に及ぼす悪影響を抑制することができる。

また、本実施形態に係る電力変換装置Ｍ１では、盤４の内部の収容空間が、電気機器１０を収容する第１収容空間Ｓ１と、熱交換器２０を収容する第２収容空間Ｓ２とに、隔壁４０を介して区画されていて、電気機器１０と熱交換器２０とが分離して配置されている。これにより、熱交換器２０の内部に生じた結露水Ｗが直ちに電気機器１０に及ぶおそれがなく、当該結露水Ｗが電気機器１０に及ぼす悪影響を効果的に抑制することができる。

さらに、上述のように、熱交換器２０の内部の結露水Ｗを、第１ドレンパン２７を介して盤４の外部に排出可能に構成した場合あっても、熱交換器２０の内部において熱交換器２０の底部に流れ落ちた結露水Ｗが、熱交換器２０を通過するエアフローによって、気流方向に沿って熱交換器２０の外へと流出してしまうおそれがある。

そこで、本実施形態に係る電力変換装置Ｍ１では、前記結露水Ｗの流出経路を構成する熱交換器２０の第１、第２開口部２０１，２０２の鉛直方向下側の周縁部が第１、第２風洞板２３，２４（第１、第２下方延出部２３１，２４１）によって覆われてなるギャップＧが形成されていて、このギャップＧにより、熱交換器２０の鉛直方向下端部における熱交換器２０の内外の連通が遮断されている。これにより、熱交換器２０の内部において、熱交換器２０の内側面に沿って鉛直方向下端部（熱交換器２０の底部）へと流れ落ちた結露水Ｗが気流方向に沿って流出するのを、第１、第２風洞板２３，２４によって堰き止め、結露水Ｗの熱交換器２０外部への流出を抑制することができる。その結果、熱交換器２０の内部にて生じた結露水Ｗが電気機器１０に及ぼす悪影響を、より効果的に抑制することができる。

なお、前記ギャップＧの高さ寸法Ｈ２は、第１、第２開口部２０１，２０２の高さ寸法Ｈ１の５％程度に設定されていることが望ましい。かかる比率で構成することにより、第１開口部２０１から第２開口部２０２へ熱交換器２０を通過する空気の循環を大きく妨げることなく、前述したような結露水Ｗの漏出抑制効果を得ることができる。換言すれば、第１、第２開口部２０１，２０２に対しギャップＧの高さ寸法Ｈ２が大きすぎると、このギャップＧによって熱交換器２０を通過する空気の循環が妨げられ、熱交換器２０の冷却効率の低下を招来してしまう可能性がある。

また、前記電力変換装置Ｍ１では、熱交換器２０とサージタンクＴとを接続する配管、すなわち第１、第２、第３管路２５１，２５２，２５３を含む第１、第２配管Ｌ１，Ｌ２が、第２収容空間Ｓ２のみに配置され、第１収容空間Ｓ１には配置されない構成となっている。このため、第１、第２、第３管路２５１，２５２，２５３を含む第１、第２配管Ｌ１，Ｌ２の継手部やろう付け部等から漏出した冷却水が電気機器１０に及ぼす悪影響を抑制することができる。

また、前記電力変換装置Ｍ１では、第１、第２、第３管路２５１，２５２，２５３を含む第１、第２配管Ｌ１，Ｌ２が、第１側壁部２０３又は第２側壁部２０４と第１風洞板２３（第１側方延出部２３２ａ，２３２ｂ）と第２風洞板２４（第２側方延出部２４２ａ，２４２ｂ）とで、平面視コ字形状に囲われた構成となっている。このため、当該第１、第２側壁部２０３，２０４と第１風洞板２３（第１側方延出部２３２ａ，２３２ｂ）と第２風洞板２４（第２側方延出部２４２ａ，２４２ｂ）とで構成された囲いによって、第１、第２、第３管路２５１，２５２，２５３を含む第１、第２配管Ｌ１，Ｌ２の継手部やろう付け部等から漏出した冷却水の飛散を遮断することができ、この飛散した冷却水が電気機器１０に及ぼす悪影響を抑制することができる。

さらに、本実施形態に係る電力変換装置Ｍ１では、第１、第２側壁部２０３，２０４と第１、第２風洞板２３，２４（第１側方延出部２３２ａ，２３２ｂ及び第２側方延出部２４２ａ，２４２ｂ）により飛散が遮られた冷却水は、第１、第２側壁部２０３，２０４及び第１、第２風洞板２３，２４（第１側方延出部２３２ａ，２３２ｂ及び第２側方延出部２４２ａ，２４２ｂ）を伝って流れ落ちた後、第１、第２配管収容空間ＳＰ１，ＳＰ２に開口形成された第１ドレンパン２７を介して盤４の外部へ排出する構成となっている。これにより、第１、第２、第３管路２５１，２５２，２５３を含む第１、第２配管Ｌ１，Ｌ２から漏出及び飛散した冷却水が電気機器１０に及ぼす悪影響を、より効果的に抑制することができる。

また、電気機器１０によって温められた暖気は図２の矢印Ｆ１に示すように上昇して盤４の上部に溜まりやすいことから、本実施形態に係る電力変換装置Ｍ１では、熱交換器２０を収容する第２収容空間Ｓ２が、電気機器１０を収容する第１収容空間Ｓ１に対して鉛直方向（Ｚ方向）の上側に配置されている。これにより、空気（暖気）と冷却水との温度差が大きくなり、熱交換器２０による熱交換を効率的に行うことができる。

また、熱交換器２０の内部で結露により生じた水分を排出するのではなく、例えば特開２００６－２００７５６号公報等に記載されるように、熱交換器に供給される冷却水の温度を調節して当該結露自体を抑制する態様を採ることも考えられる。しかし、当該態様の場合には、冷却水のバイパス量の制御が必要となり、冷却システムが複雑化してしまい、電力変換装置の製造コストの増大を招来してしまう可能性がある。

〔第２実施形態〕
図７は、本発明の第２実施形態に係る電力変換装置Ｍ２の冷却システム図を示している。なお、以下では、前記第１実施形態に対して変更した点についてのみ説明することとし、前記第１実施形態と同様の構成については、前記第１実施形態と同じ符号を付すことにより、具体的な説明は省略する。

図７に示すように、本実施形態に係る電力変換装置Ｍ２では、サージタンクＴの内部に、当該サージタンクＴ内に貯留された冷却水の所定水位を検出する水位センサＳＷが設けられている。この水位センサＳＷは、第１、第２ドレンパン２７，２８による排水能力を超えない範囲内における冷却水の減少、すなわち冷却水の漏出を検出する。

さらに、本実施形態に係る電力変換装置Ｍ２では、水位センサＳＷによって前記所定水位が検出されて、サージタンクＴ内の冷却水の減少、すなわち冷却水の漏出を検知すると、電気機器１０を安全に停止するための停止処理を実行するように構成されている。

このように、本実施形態では、サージタンクＴに設けられた水位センサＳＷによる所定水位の検出に基づいて電気機器１０の停止処理が実行される構成となっている。すなわち、本実施形態では、第１、第２ドレンパン２７，２８による排水能力を超えない範囲で設定された水位センサＳＷの所定水位の検出に連動して電気機器１０の停止処理を実行することにより、熱交換器２０から漏出した冷却水が電気機器１０へと及ぶ前に、電気機器１０を安全に停止させることができる。換言すれば、第１、第２ドレンパン２７，２８の容積によって熱交換器２０からの冷却水の漏出を抑制することにより、電気機器１０を安全に停止させるまでの時間的な猶予を確保することが可能となる。これにより、熱交換器２０に接続される第１、第２、第３管路２５１，２５２，２５３及び第１、第２配管Ｌ１，Ｌ２の継手部及びろう付け部等から漏出した冷却水から電気機器１０を適切に保護することができ、水漏れによる電気機器１０の故障被害を最小限に留めることができる。

〔第３実施形態〕
図８は、本発明の第３実施形態に係る電力変換装置Ｍ３の鉛直方向断面図を示している。なお、以下では、前記第１実施形態に対して変更した点についてのみ説明することとし、前記第１実施形態と同様の構成については、前記第１実施形態と同じ符号を付すことにより、具体的な説明は省略する。

図８に示すように、本実施形態に係る電力変換装置Ｍ３では、熱交換器２０を収容する第２収容空間Ｓ２が、電気機器１０を収容する第１収容空間Ｓ１に対して鉛直方向（Ｚ方向）の下側に配置されている。かかる構成から、本実施形態では、電動ファン２１の作動に基づき、電気機器１０によって温められた空気（暖気）が矢印Ｆ１に示すように第２収容空間Ｓ２側へと吸引され、この吸引された暖気が連通口４１を介して第２収容空間Ｓ２へと移動し、矢印Ｆ２に示すように熱交換器２０側へ送気される。その後、熱交換器２０を通過して熱交換によって冷却された空気（冷気）が矢印Ｆ３に示すように第１収容空間Ｓ１側へと吸引され、連通口４１を介して第１収容空間Ｓ１へ移動し、前記熱交換によって冷却された空気（冷気）が矢印Ｆ４に示すように電気機器１０側へ送気されることにより、当該電気機器１０が冷却されることになる。

以上のような構成から、本実施形態によっても、前記第１実施形態と同様に、ドレンパン２２による排出作用、及び第１、第２風洞板２３，２４による遮蔽作用に基づいて結露水及び冷却水から電気機器１０を保護できることは勿論、さらに本実施形態では、熱交換器２０を収容する第２収容空間Ｓ２が電気機器１０を収容する第１収容空間Ｓ１よりも鉛直方向（Ｚ方向）の下側に配置されていることにより、熱交換器２０から漏出した冷却水が電気機器１０に及んでしまう可能性を極力抑制することができる。これにより、電気機器１０の安全性がより一層高められて、電気機器１０をより適切に保護することができる。なお、本実施形態は、例えば熱交換器２０から漏出する冷却水の漏出量が第１、第２ドレンパン２７，２８から溢れてしまうほど多量である場合に、特に有効なものとなる。

本発明は、前記実施形態において例示した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で適用対象の仕様等に応じて自由に変更することができる。

特に、前記実施形態で開示した電力変換装置Ｍ１～Ｍ３の冷却回路の形態は、本発明に係る電力変換装置の一例に過ぎない。換言すれば、本発明に係る電力変換装置の冷却回路を構成する配管（第１、第２、第３管路２５１，２５２，２５３を含む第１、第２配管Ｌ１，Ｌ２）の取り回しや、ポンプＰ、放熱部Ｒ、サージタンクＴの配置については、適用する電力変換装置の仕様等に応じて種々の形態を採用することができる。

１０…電気機器
２０…熱交換器
２０１…第１開口部
２０２…第２開口部
２１…電動ファン
２２…ドレンパン
２３…第１風洞板
２４…第２風洞板
Ｓ１…第１収容空間
Ｓ２…第２収容空間

Claims

盤内の収容空間に電気機器が収容されていて、前記電気機器によって温められた暖気が電動ファンにより送気され、この送気された暖気が水冷式の熱交換器を介して冷却され、この冷却された冷気が前記電気機器を冷却する電力変換装置であって、
前記収容空間は、連通口を介して相互に連通可能に区画された第１収容空間と第２収容空間とを有し、
前記第１収容空間には、前記電気機器が収容され、
前記第２収容空間には、前記熱交換器が配置されると共に、前記熱交換器の鉛直方向の下端部に、前記熱交換器の内部の水分を排出するドレンパンが配置されていて、
前記熱交換器は、気流方向において対向する一対の第１開口部及び第２開口部を有し、
前記第１開口部及び前記第２開口部の鉛直方向下側の周縁部が、第１風洞板及び第２風洞板によって覆われている、
ことを特徴とする電力変換装置。
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記熱交換器は、サージタンクに貯留された冷却水が循環されることにより熱交換を行い、
前記熱交換器と前記サージタンクとを接続する配管は、前記第２収容空間にのみ配置され、前記第１収容空間には配置されない、
ことを特徴とする電力変換装置。
請求項２に記載の電力変換装置において、
前記熱交換器は、水平方向において前記気流方向に直交する気流直交方向に面する第１側壁部及び第２側壁部を有し、
前記配管は、前記第１側壁部又は前記第２側壁部のいずれか一方、又は両方に接続されていて、
前記第１風洞板及び前記第２風洞板は、前記第１開口部及び前記第２開口部の側方に延出し、前記配管を挟んで対向して配置され、
前記ドレンパンは、鉛直方向において、前記第１側壁部又は前記第２側壁部と前記第１風洞板と前記第２風洞板とで囲われた配管収容空間に開口している、
ことを特徴とする電力変換装置。
請求項２に記載の電力変換装置において、
前記サージタンクには、内部に貯留された前記冷却水の所定水位を検出する水位センサが設けられ、
前記電気機器は、前記水位センサによる前記所定水位の検出に基づいて停止処理を行う、
ことを特徴とする電力変換装置。
請求項１～４に記載の電力変換装置において、
前記第２収容空間は、前記第１収容空間の鉛直方向上側に配置されている、ことを特徴とする電力変換装置。
請求項１～４に記載の電力変換装置において、
前記第２収容空間は、前記第１収容空間の鉛直方向下側に配置されている、ことを特徴とする電力変換装置。