JP5817376B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
図6は、従来の電力変換装置の正面側斜視図である。図7は、従来の電力変換装置の背面側斜視図である。101は半導体スイッチング素子、102は冷却体、103は主配管(給水側)、104は主配管(排水側)、105は分岐配管(給水側)、106は分岐配管(排水側)、107は給水口、108は排水口である。
図6において、2つの半導体スイッチング素子101が、1つの板状の冷却体102に固定されている。冷却体102の両側には、主配管(給水側)103と主配管(排水側)104が配置されている。主配管(給水側)103と冷却体102とは、分岐配管(給水側)105で接続されている。同様に、主配管(排水側)104と冷却体102とは、分岐配管(排水側)106で接続されている。なお、冷却体102は、軸方向に直列に複数配置されている。
次に、従来の水冷方式の電力変換装置の動作を説明する。
従来の電力変換装置では、例えば冷却水の循環運転時において、冷却体102の固定方向によっては、冷却体102の内部に気泡が残留しやすいという問題があった。
図8のとおり、冷却体102の内部では、給水口107から排水口108へ向けて冷却水が内部を流通する。このとき、冷却体の内部では、上側に気泡が残留しやすい。気泡が残留すると、残留部分の熱伝導率が極端に悪化してしまう。そのため、半導体スイッチング素子101を十分に冷却することができず、半導体スイッチング素子101を破損させるおそれがあった。
図9のとおり、メンテナンス時に水を抜くときに、冷却体102の内部では、下側に冷却水が残留しやすい。冷却水が残留すると、周囲の機器に冷却水がかかって破損させてしまうおそれがある。また、残留した冷却水の水質が悪化することにより、冷却体102の腐食が生じるというおそれもあった。
そのほか、従来の電力変換装置では、各分岐配管として例えばフレキシブル配管を使用する場合において、主配管(給水側)103と給水口107との間、そして、主配管(排水側)104と排水口108との間のそれぞれの距離が短いため、組み立て性がよくないという問題があった。
そこで、本発明は、上記の課題を解決するために、電力変換装置の冷却構造の性能低下や劣化の防止を目的とする。
また、本発明の他の形態に係る電力変換装置は、前記冷却体が角板状であり、前記供給口が、前記冷却体の背面の下方側の角部近傍に配置されていることを特徴としている。
また、本発明の他の形態に係る電力変換装置は、前記供給用分岐配管および前記排出用分岐配管が、フレキシブル配管であることを特徴としている。
また、本発明の他の形態に係る電力変換装置は、前記電力変換装置が多相の電力変換装置であり、前記半導体素子が相ごとに分かれて複数の前記冷却体にそれぞれ取り付けられ、異なる相の前記半導体素子を取り付けた複数の前記冷却体が、直列に配管接続されていることを特徴としている。
図1は、本発明の第1の実施例の電力変換装置の正面側の斜視図である。図2は、その背面側の斜視図である。1は半導体スイッチング素子、2は冷却体、3は主配管(給水側)、4は主配管(排水側)、5は分岐配管(給水側)、6は分岐配管(排水側)、7は給水口、8は排水口である。
図1では、2つの半導体スイッチング素子1が、1つの板状の冷却体2に固定されている。冷却体2の背面側の中央付近には、主配管(給水側)3と主配管(排水側)4が、冷却体2とは離隔して配置されている。主配管(給水側)3および主配管(排水側)4と冷却体2とは、背面側で分岐配管により接続されているが、この点は後述する。また、冷却体2は、軸方向に直列に複数配置されている。それぞれの冷却体2は、同様に、背面側で分岐配管により冷却体2に接続されている。
全体構成としては、冷却水の給水が向かう方向が下方、排水が向かう方向が上方となるように設置されている。そして、上方側にはポンプ(図示しない)が設置されている。ポンプは、主配管(給水側)3および主配管(排水側)4と接続されている。このポンプの働きにより、冷却水が、各主配管の内部を上述した方向に循環させられる。
図2では、冷却体2と主配管(給水側)3とは、給水口7を介して、分岐配管(給水側)5により接続されている。同様に、冷却体2と主配管(排水側)4とは、排水口8を介して、分岐配管(排水側)6により接続されている。
さらに、給水口7は、主配管(排水側)4を挟むようにして、主配管(給水側)3と接続されている。この接続には、分岐配管(給水側)5が用いられている。なお、分岐配管(給水側)5は、主配管(排水側)4の裏側を通って、給水口7に接続している。
なお、給水口7と主配管(給水側)3とは、主配管(排水側)4を挟むようにして接続されている。すなわち、給水口7から距離が遠い方の主配管を、主配管(給水側)3として給水口7と接続している。そのため、この接続に使用される分岐配管(給水側)5の長さは、従来例と比較すると長くなっている。
図1および図2では、図示しないポンプから、冷却水が主配管(給水側)3の内部を通って強制的に送られてくる。そして、送られてきた冷却水は、分岐配管(給水側)5から、給水口7を介して、冷却体2の内部に流入する。
以上が、本発明の第1の実施例の電力変換装置の構成および動作の説明である。
図3は、本発明の第1の実施例の電力変換装置の冷却体の背面側の内部図(その1)である。図3のとおり、冷却水の循環運動時において、冷却体2の内部では、給水口7から排水口8へ向けて冷却水が流路を流れる。このとき、冷却水の通過に伴って発生する気泡が、上側に残留しやすい。しかし、排水口8が上側に形成されているため、気泡を、排水口8を通じて外部へ排出することができる。
従って、冷却体2の内部に気泡が残留することで生じる残留部分の熱伝導率の悪化を抑制することができる。そのため、半導体スイッチング素子1の冷却効率の悪化も防止することができる。
図4は、本発明の第1の実施例の電力変換装置の冷却体の背面側の内部図(その2)である。図4のとおり、冷却水のメンテナンス時などにおいて、冷却体2の内部では、下側から冷却水が抜かれる。このとき、下側に残留しやすい。しかし、給水口7が下側に形成されているため、冷却水を、給水口7を通じて外部へ排出することができる。
そのほか、本発明の第1の実施例によれば、冷却体2の背面側の中央付近に、主配管(給水側)3と主配管(排水側)4が配置されているため、全体としての幅寸法を小さくできる。そのため、電力変換装置の小型化を図ることができる。
次に、図5により、本発明の第2の実施例の電力変換装置の構成を説明する。図5は、本発明の第2の実施例の電力変換装置の冷却体の背面側の内部図である。
第2の実施例の電力変換装置は、基本的な動作は第1の実施例と共通であるが、冷却体2の内部における冷却水の流れが異なる。給水口7から冷却体2の内部へ流入した冷却水は、内部に形成された下段の流路を通過した後、上段の流路を通過して、排水口8に至る。そして、排水口8から配管へ進むことにより、冷却水の循環運転が行われる。
かくして、本発明の第2の実施例によれば、排水口8が、冷却体2の背面側の上側に設けられているため、気泡を、排水口8を通じて冷却体2の内部から外部へ排出することで、内部に気泡が残留しにくくすることができる。
なお、上記の第1および第2の実施例では、給水口7を下側に設置しているが、これに限定されない。反対に、排水口8を下側に設置した場合であっても、メンテナンス時に、排水口を通じて冷却水を排出することで、冷却体2の内部に冷却水が残留しにくくすることができる。
2 冷却体
3 主配管(給水側)
4 主配管(排水側)
5 分岐配管(給水側)
6 分岐配管(排水側)
7 給水口
8 排水口
Claims (9)
- 表面に半導体素子が取り付けられ、内部に冷却液の流れる流路が形成されるとともに、前記表面と対向する背面に供給口および排出口が配置された冷却体と、
該供給口を介して前記冷却体に接続し、前記冷却液を前記冷却体の内部へ供給する供給配管と、
前記排出口を介して前記冷却体に接続し、前記冷却液を前記冷却体の外部へ排出する排出配管とを備え、
前記排出口が、前記冷却体の背面の上方側に配置され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であって、
前記冷却体が角板状であり、
前記排出口が、前記冷却体の背面の上方側の角部近傍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ないし請求項2のいずれか1項に記載の電力変換装置であって、
前記供給口が、前記冷却体の背面の下方側に配置されることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項3に記載の電力変換装置であって、
前記冷却体が角板状であり、
前記供給口が、前記冷却体の背面の下方側の角部近傍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ないし請求項4のいずれか1項に記載の電力変換装置であって、
前記供給配管が、前記冷却体に離隔して設けられた供給用主配管と、該供給用主配管から前記供給口までを接続する供給用分岐配管とから構成され、
前記排出配管が、前記冷却体に離隔して設けられた排出用主配管と、該排出用主配管から前記排出口までを接続する排出用分岐配管とから構成され、
前記排出用分岐配管の距離が、前記排出口から前記供給用主配管までの距離よりも長く設定されていることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1ないし請求項4に記載の電力変換装置であって、
前記供給配管が、前記冷却体に離隔して設けられた供給用主配管と、該供給用主配管から前記供給口までを接続する供給用分岐配管とから構成され、
前記排出配管が、前記冷却体に離隔して設けられた排出用主配管と、該排出用主配管から前記排出口までを接続する排出用分岐配管とから構成され、
前記排出用分岐配管の距離が、前記排出口から前記供給用主配管までの距離よりも長く設定されており、
前記供給用分岐配管の距離が、前記供給口から前記排出用主配管までの距離よりも長く設定されていることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項5または請求項6のいずれかに記載の電力変換装置であって、
前記供給用分岐配管および前記排出用分岐配管が、フレキシブル配管であることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項5または請求項6のいずれかに記載の電力変換装置であって、
前記供給用主配管および前記排出用主配管が、前記冷却体の中心位置の近傍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乃至8のいずれか1項に記載の電力変換装置であって、
前記電力変換装置が多相の電力変換装置であり、
前記半導体素子が相ごとに分かれて複数の前記冷却体にそれぞれ取り付けられ、
異なる相の前記半導体素子を取り付けた複数の前記冷却体が、直列に配管接続されていることを特徴とする電力変換装置。
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