JPS6230403Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は静止冷却装置を具備する電源装置に関
するものである。

従来、電気通信装置の冷却法は、信頼性、経済
性、保守性の点から空冷法が主に用いられてい
る。電気通信装置用電源装置においても、半導体
部品は、放熱器を用いた自然空冷、変圧器、塞流
線輪は、鉄心および線輪外被からの自然空冷が用
いられ、あるいは電力損失が大きい場合には、送
風機を用いた強制空冷が適用される。この場合、
装置内の空気の流通を良好にするため、空気の流
通路として充分に大きい空間を設ける必要があ
り、このため各部品は、ある大きさ以上の間隔を
置いて配置されなければならない。このことは装
置容積の増加をもたらし、発熱量が大きくなるほ
ど容積は大きくなる。とくに自然空冷方式は空気
の温度上昇による浮力効果によつて対流を生じさ
せるのであるから、送風機によつて強制的に対流
を生じさせる強制空冷方式に比べて通風力が数分
の一以下と小さいため、通風路の空気抵抗を小さ
くして充分な空気流量を確保するため、大きい空
間容積を設けなければならず、装置が一層大形と
なる傾向が著しい。また部品内に発生した熱を、
部品表面から装置内空気に有効に放熱するための
放熱フインは、どのような材料（銅、アルミニウ
ムなど）のときでも、表面積が大きいほど放熱性
能が大きく、したがつて部品内部の温度上昇を小
さくするためには、充分大きい表面積の放熱フイ
ンを用いなければならず、このことはまた装置内
空間容積の増大をもたらすことになる。

一方、送風機を用いる強制空冷方式によれば、
通風力の増加、部品表面からの放熱作用の促進の
ため、自然空冷の場合に比べて、装置内の空間容
積を小さくすることができ、したがつて装置を小
形化することができるが、送風機を設置するため
の空間容積が必要となり、また送風機を駆動する
ための動力は、単位時間あたり供給する空気流量
のほぼ３乗に比例して増大し、また送風機から発
生する騒音は、ほぼ供給空気流量の５乗に比例し
て増加する。また使用する送風機の寿命は、通
常、３〜５年であつて、被冷却対象の電気通信装
置の要求寿命（通常20年以上）に比べて著しく小
さく、且つ送風機の定期取換えや送風機故障の場
合の本体保護機構が必要である。

このように強制空冷方式は、その冷却効果が大
きいという利点を有する一方、電気通信装置に適
用するにあたつては、種々の欠点を有することが
避けられない。

また静止形電力変換装置においては、フロン沸
騰冷却方式の適用が行なわれ、高密度発熱の場合
に有効であるが、高度の気密構造を要すること、
専用の熱交換装置が必要なこと、等々の実装上の
問題のため、一例として電気鉄道用屋外整流器な
どのほか、一般の用途として普及するに至つてい
ない。

電気通信装置用電源装置の一例として整流器に
ついて、従来の冷却構造の問題点を検討してみ
る。

従来は装置内部において、部品実装部分、放熱
部分（フインなど）、冷却用流体（空気）の通路
部分が混在しており、そのため、整流器本体部分
の電気的設計、放熱器の設計、冷却用流体通路の
設計とが、相互に制約を受けて、それぞれの部分
の最適設計を行なうことが困難であり、電気的部
分においては配線長の過大、放熱部分においては
空間容積の増加をもたらし、電力損失の増加、装
置の大形化をもたらしていた。また、よく知られ
ているように、変圧器や塞流線輪の電力損失は、
銅損失（ジユール損失）と鉄損失（渦電流損失）
とであり、これらはそれぞれ線輪被覆表面および
鉄心表面から、装置内空気へ放熱される。この場
合に鉄心を構成する硅素鋼板は、熱伝導率が約
20W／ｍ℃と小さく、鉄心は線輪を含めた発熱源
からの放熱体としての効果は小さく、半導体部
品、抵抗器からの放熱とは異なつた様式の放熱法
が必要である。

このようなことにもかかわらず、従来の整流器
においては、変圧器、塞流線輪類と、半導体、抵
抗器類とが装置内において、前記の放熱特性の相
異を考慮することなく、混在して配置され、それ
ぞれが自然空冷によつて冷却されているため、放
熱空間の容積の縮少を妨げる原因となつていた。
これを第１図によつて説明する。

図は部品の支持部材を省略して示す。

図において、整流器のきよう体１の内部に収容
された半導体部品類２、変圧器３、塞流線輪４、
抵抗器類５から発生した熱の大部分は、これら部
品の表面から、きよう体１内空気に放熱され、加
熱された空気は、きよう体１内に存在する空隙部
を流通して対流により上方へ移動し、きよう体１
上部に設けられた開口部９より流出する。８は非
発熱部である。なおこの空気は、きよう体１の下
方部の各所に存在する空気孔より流入する。この
とき図に見るように、各部品からの放熱（放熱フ
インなどによる）および冷却用空気の流通を良好
にするため、各部品の周辺には、それぞれの部品
に比べて著しく大きい余剰空間をとらなければな
らず、またこの図に見るように、放熱性能の異な
る変圧器の鉄心、塞流線輪類と半導体部品、抵抗
器類とが不規則に混在するため、たとえば変圧器
の鉄心の上方には過大な空間部Ｓ１を設けてあ
り、部品実装の効率がきわめて悪くなつている。

また、コンデンサなどの温度の影響を受け易い
部品について考えてみると、従来の放熱構成では
発熱部品からの熱のほとんどすべては、装置内空
気に伝えられるので、その温度上昇によるコンデ
ンサなどへの影響が大きく、この点からも装置内
部品配置が大きく制約を受け装置の小形化を困難
にしていた。

また温度上昇した空気を良好に流通させる必要
から、装置きよう体を密閉構造とすることはでき
ず、装置内に発生する騒音を遮へいすることがで
きなかつた。

本考案は従来の欠点を除去するため、電源装置
内部に区画板を設けて上部及び下部区画部を相互
に気体が流通しないよう分割し、前記上部区画部
には比較的軽量である半導体部品、抵抗器および
非発熱部品を、前記下部区画部には比較的重量が
あり、且つ発熱量も大きい前記変圧器と塞流線輪
を収容し、前記半導体部品群と抵抗器部品群のそ
れぞれにヒートパイプの熱入力端を実装し、前記
変圧器と塞流線輪が収容された区画内の上方空間
に吸熱器を設置して前記吸熱器にヒートパイプ熱
入力端を実装し、一方前記装置きよう体外部の上
部に放熱器を載置し、前記各部品群および吸熱器
に実装されたヒートパイプの放熱端を前記放熱器
に装着したもので、その目的は放熱を高能率化
し、装置の小形化と装置の経済化を図るにある。

本考案の実施例を図面に基いて説明する。

第２図に本考案の一実施例の電源装置、ａは正
面図、ｂは側面図、を示す。

第１図と同一符号は同一部品を示す。

６はヒートパイプ、７は放熱器、１０は吸熱
器、１７は断熱材である区画板、を示す。

本実施例は従来の装置のきよう体１内部に区画
板１７を設け、上部、下部区画部Ａ，Ｂを設け
る。

本実施例においては電源装置の安定度を考え、
下部区画部Ｂに重量のある変圧器３と塞流線輪４
を、上部区画部Ａには軽量の半導体部品２、抵抗
器５および非発熱部品８を収容する。一方、きよ
う体１外部の上部に放熱器７を載置し、下部区画
部Ｂの変圧器３、塞流線輪４の上方には空間部を
設けて吸熱器１０を設ける。そしてヒートパイプ
６の熱入力端を変圧器３、塞流線輪４の各上方空
間に設けた吸熱器１０及び半導体部品２群、抵抗
器５群や非発熱部品８群にそれぞれ装着し、各ヒ
ートパイプ６の放熱端を放熱器７にそれぞれ装着
する。

前記構成に基いて、変圧器３、塞流線輪４より
発生する熱を吸収した吸熱器１０の熱、その他の
部品の発生熱をヒートパイプ６により放熱器７に
伝達し、放熱器７により装置外の空気に放熱す
る。

周知のように、ヒートパイプは等価的熱伝導率
のきわめて大きい伝導部品であるから、第２図の
ような放熱構造とすることにより、装置内に放熱
器用空間、空気流通用空間を設ける必要はなく、
直径10mm程度のヒートパイプを装置内に貫通させ
るだけの空間があれば充分であり、各部品間の間
隔を縮少することが可能となり、配線長が短縮さ
れる。このことは装置の小形化とともに電気回路
上の利点をもたらす。

また変圧器および塞流線輪は、その放熱性能の
制約上、半導体部品群、抵抗器群などとは別区画
として装置下部区画部に収容し、この区画部内の
温度上昇した空気からの熱を、吸熱器１０に伝え
てこの吸熱器１０がヒートパイプ６を経由して放
熱器７から放熱する構造とすることにより、変圧
器、塞流線輪からの発熱による他部品への影響を
きわめて小さくすることができる。また各部品か
ら発生した熱の大部分はヒートパイプによつて外
部に伝えられるので、装置内部の空気温度上昇を
小さくすることができ、コンデンサなどの温度の
影響を受け易い非発熱部品への影響を小さくする
ことができ、部品配置の自由度が増すので、装置
小形化に有利である。また同じ理由により、装置
のきよう体を密閉構造とすることができるので、
装置内に発生する騒音を遮へいすることができ、
装置の低騒音化が可能となる。

以下、前記の各部品にヒートパイプを装着する
構造例を説明する。

第３図は半導体部品群の構造、ａは斜視図、ｂ
は平面図、ｃは絶縁体が介在する半導体部品群の
平面図、を示す。

１１は部品搭載用ブロツク、１２はクランプ用
ねじ、１４は導熱性絶縁シート、である。電力用
半導体部品には、一般にとりつけ用スタツド（ね
じ付き）があるので、これをブロツク１１に設け
ためねじにねじ込むことによつて、部品をブロツ
ク１１に搭載することができる。このブロツク１
１は第３図ａにみるように、長方形板体で断面は
凸形をなし凸形の下部中央に長手方向にヒートパ
イプの熱入力端を実装する円形の貫通孔１１−１
を設け、この貫通孔１１−１より凸形の先端の中
央に達する溝部１１−２を有する構造となつてい
る。前記貫通孔１１−１にヒートパイプ６を挿入
して、凸部の両側面のねじ１２を締め付けること
により、ヒートパイプ６をブロツク１１に熱抵抗
を小さく結合することができる。

また、半導体部品２とブロツク１１、ヒートパ
イプ６相互間を電気的に絶縁する必要のないとき
は、第３図ｂに見るように、半導体部品２のねじ
付きスタツドを、ブロツクに直接ねじ込めばよい
が、絶縁を要するときは、第３図ｃに見るよう
に、半導体部品２を取付板１６にあらかじめねじ
込んでおいて、この取付板１６を導熱性絶縁シー
ト１４を介して、ブロツク１１に取り付けること
により、低い熱抵抗で、しかも電気的に絶縁し
て、ヒートパイプ６を実装することができる。

第４図は抵抗器群へのヒートパイプ実装構造
図、ａは正面図、ｂは平面図、を示す。

抵抗器５を放熱器４７の中央に穿設した取付円
形溝部４７−１に挿入し、放熱器４７をブロツク
４１にねじで取付ける。ブロツク４１は長方形の
板体で短辺の両端縁に沿つて内部位置にヒートパ
イプ６を実装する円形の貫通孔４１−１と貫通孔
４１−１に達する溝部４１−２を両端縁より設け
る。貫通孔４１−１にヒートパイプ６を挿入し、
ねじ１２により螺結する。

第５図は吸熱器１０にヒートパイプを実装した
斜視図を示す。

吸熱器１０は吸熱フイン１０−１を櫛状に配設
したブロツク体で櫛歯の基部の外側面にはヒート
パイプ６を実装する約半円形の溝部１０−２を設
け、一方前記外側面と同一面積の長方形の固定板
１３を設け、固定板１３の外側面に対応する面１
３−１にヒートパイプ６を実装する約半円形の溝
部１３−２を形成する。溝部１０−２と溝部１３
−２間にヒートパイプ６を挟持し、吸熱器１０と
固定板１３をねじで固定してヒートパイプ６を実
装する。

第６図は吸熱器の他の実施例とヒートパイプの
実装構造図で、ａは正面図、ｂは平面図、を示
す。

吸熱器６０の基体６０−１は直方体をなし、そ
の一面の中央部に対向面まで貫通させたヒートパ
イプ６の嵌挿用の貫通孔６０−２を穿設し、さら
にこの貫通孔６０−２と平行する一面より、貫通
孔６０−２の内周面に達する溝部６０−３を設け
るとともに、基体６０−１の貫通孔６０−２と平
行する四辺の全周面に吸熱フイン６０−４、６０
−５を設ける。そして貫通孔６０−２にヒートパ
イプ６を貫挿し、溝部６０−３に直交するねじを
設け、溝部の間隔が狭くなる方向にねじを締めつ
けて、ヒートパイプ６と吸熱器６０とを小さな熱
抵抗で実装する。

第７図は放熱器の実施例にヒートパイプを実装
した構造図、ａは正面図、ｂは平面図、を示す。

長方形の板体７０−１の中央にＴ字形となる長
方形の突出する台形部７０−２を設けたブロツク
７０の台形部７０−２の平面部よりヒートパイプ
を実装する半円形の溝部７０−３を短辺に平行に
設けると共に板体７０−１の両端と台形部７０−
２の一方の側面に放熱フイン７０−４を設ける。
一方ブロツク７０と面対称となるブロツク７０′
を設ける。ブロツク７０の半円形の溝部７０−
３、ブロツク７０′の溝部７０′−３間でヒートパ
イプ６を挟持しブロツク７０とブロツク７０′を
ねじ１２で固定して実装する。ヒートパイプ６は
きよう体１との間に円筒形の絶縁体１５を設け電
気的に絶縁してきよう体１に装着する。

第８図は装置きよう体内を上部区画部、下部区
画部に分割する一実施例である。両区画部間に区
画板として断熱部材１７を設けたものである。断
熱部材１７を設けることにより、下部区画部への
熱流入を防止することができる。

前記の構造を伝送装置用整流装置（21V，
90A）にヒートパイプを適用しないときは、装置
きよう体の寸法、高さ1975mm、幅500mm、奥行400
mmであるのに対し、直径12mmのヒートパイプ10本
を実装して部品を冷却すると、約700Wの電力損
失を放熱して、本体部高さを1000mmすなわち約
１／２に、また放熱器を含めても約1400mm、すな
わち約70％に小形化することができた。

本考案の電源装置は前記構成を具備するので放
熱性能の異なる部品よりの発生熱を効率よく放熱
できる、装置きよう体を小形化できる、高密度実
装ができる、電気通信装置用整流器、インバータ
装置に応用すれば部品間配線長の短縮をはかるこ
とができ装置の小形化、放熱の高効率化、経済的
となる、などの作用効果を生ずる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電気通信装置用電源装置の部品
配置図、ａは正面図、ｂは側面図、第２図は本考
案の電源装置の部品配置と冷却装置図、ａは正面
図、ｂは側面図、第３図は半導体部品群へのヒー
トパイプ実装構造図、ａは斜視図、ｂは平面図、
ｃは絶縁体が介在する半導体部品群の平面図、第
４図は抵抗器群へのヒートパイプ実装構造図、ａ
は正面図、ｂは平面図、第５図は吸熱器にヒート
パイプを実装した斜視図、第６図は吸熱器の他の
実施例にヒートパイプを実装した構造図、ａは正
面図、ｂは平面図、第７図は放熱器の実施例にヒ
ートパイプを実装した構造図、ａは正面図、ｂは
平面図、第８図は装置きよう体内を上部区画部、
下部区画部に分割する実施例図、を示す。 １：装置きよう体、２：半導体部品、３：変圧
器、４：塞流線輪、５：抵抗器、６：ヒートパイ
プ、７：放熱器、８：非発熱部品、９：開口部、
１０：吸熱器、１７：断熱部材、Ａ：上部区画
部、Ｂ：下部区画部。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 半導体部品、抵抗器、非発熱部品、変圧器およ
   び塞流線輪で構成される電源装置において、前記
   装置きよう体内部に区画板を設けて上部区画部と
   下部区画部に相互に気体の流通がないよう分割
   し、前記上部区画部には半導体部品、抵抗器およ
   び非発熱部品を、前記下部区画部には前記変圧器
   と塞流線輪を収容し、前記上部区画部に収容され
   た半導体部品と抵抗器部品群にそれぞれヒートパ
   イプの熱入力端を実装し、前記下部区画部に収容
   された変圧器と塞流線輪の上方空間に吸熱器を設
   置して、前記吸熱器にヒートパイプの熱入力端を
   実装し、一方、前記装置きよう体外部の上部に放
   熱器を載置し、前記各部品群および吸熱器に実装
   されたヒートパイプの放熱端を前記放熱器に装着
   してなることを特徴とする電源装置。