JPS59129578A - 電気機器の冷却装置 - Google Patents
電気機器の冷却装置Info
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- JPS59129578A JPS59129578A JP58005063A JP506383A JPS59129578A JP S59129578 A JPS59129578 A JP S59129578A JP 58005063 A JP58005063 A JP 58005063A JP 506383 A JP506383 A JP 506383A JP S59129578 A JPS59129578 A JP S59129578A
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- coolant
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
- H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
- Rectifiers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、電気機器の冷却装置に関するものである。
ＳＦ６ガスやフロンガス等の加圧ガスによる絶縁は、そ
の良好な絶縁特性により、絶縁距離が大幅に縮少され、
電気機器が小型となるので、各種機器で実用化されてい
る。この方法は油絶縁にくらべて取扱や作業性がよく、
固体絶縁にくらべて、放熱特性がよい。一方例えば直汗
送電等に使用される高圧サイリスタパルプに含まれるサ
イリスタや、ダイオード等の半導体や、チョッパ装置に
含まれるサイリスタや、抵抗器等の発熱量の多い素子は
、空気、油、水による冷却が用いられているが、フロン
等の液体の蒸発潜熱による沸騰冷却も行われている。沸
騰冷却では、冷媒の相変化により、素子の発生熱を奪う
ため、冷却効率が良く、ヒートシンクが小型に設計でき
、電気機器が小型にできる。
の良好な絶縁特性により、絶縁距離が大幅に縮少され、
電気機器が小型となるので、各種機器で実用化されてい
る。この方法は油絶縁にくらべて取扱や作業性がよく、
固体絶縁にくらべて、放熱特性がよい。一方例えば直汗
送電等に使用される高圧サイリスタパルプに含まれるサ
イリスタや、ダイオード等の半導体や、チョッパ装置に
含まれるサイリスタや、抵抗器等の発熱量の多い素子は
、空気、油、水による冷却が用いられているが、フロン
等の液体の蒸発潜熱による沸騰冷却も行われている。沸
騰冷却では、冷媒の相変化により、素子の発生熱を奪う
ため、冷却効率が良く、ヒートシンクが小型に設計でき
、電気機器が小型にできる。
従来フロン沸騰冷却された電気機器として第１図に示す
ものがあった。この第１図は、電気回路ヒートシンクを
一体構造したスタックが、フロン液相に浸けられている
。第１図において、１は密閉容器、２は凝縮器、６は冷
却扇、４は液相フロン、５は気相フロン、６は液相内に
混在する気相フロンの泡、７はサイリスタ、８は銅製の
ヒートシンク、９はサイリスタとヒートシンクを組みこ
んだスタック、１０はスタックを支持する絶縁碍子、１
１及び１２はＦｒＡ子、１３は気相フロンが上昇する気
相パイプ、１４は液相フロンが下降する液相パイプであ
る。端子１１より、スタック９のヒートシンク８とサイ
リスタ７を通して、端子１２に電流が流れると、サイリ
スタ７の順方向降下により、例えばＩＫＷ程度の熱が１
素子あたり発生する。この熱はヒートシンク８に移り、
表面にて液相より気相に変化するフロンの潜熱となる。
ものがあった。この第１図は、電気回路ヒートシンクを
一体構造したスタックが、フロン液相に浸けられている
。第１図において、１は密閉容器、２は凝縮器、６は冷
却扇、４は液相フロン、５は気相フロン、６は液相内に
混在する気相フロンの泡、７はサイリスタ、８は銅製の
ヒートシンク、９はサイリスタとヒートシンクを組みこ
んだスタック、１０はスタックを支持する絶縁碍子、１
１及び１２はＦｒＡ子、１３は気相フロンが上昇する気
相パイプ、１４は液相フロンが下降する液相パイプであ
る。端子１１より、スタック９のヒートシンク８とサイ
リスタ７を通して、端子１２に電流が流れると、サイリ
スタ７の順方向降下により、例えばＩＫＷ程度の熱が１
素子あたり発生する。この熱はヒートシンク８に移り、
表面にて液相より気相に変化するフロンの潜熱となる。
気相化したフロンは泡となって液相内を上昇し、気相に
達する。この気相フロンは気相パイプ１３内乞上昇して
凝縮器２に達し、凝縮器２は外部を冷却扇６により風冷
されており、気相フロンは凝縮器２内で液相フロンとな
る。液相フロンは重力にまり液相パイプ１４内ケ下降し
、スタック部分子戻ろ。このようにＩＩＪｒ ＩＩＩ冷
却ケ使月１−（ろと冷却効率がよく、自然循環により冷
媒が循環する長所がある。
達する。この気相フロンは気相パイプ１３内乞上昇して
凝縮器２に達し、凝縮器２は外部を冷却扇６により風冷
されており、気相フロンは凝縮器２内で液相フロンとな
る。液相フロンは重力にまり液相パイプ１４内ケ下降し
、スタック部分子戻ろ。このようにＩＩＪｒ ＩＩＩ冷
却ケ使月１−（ろと冷却効率がよく、自然循環により冷
媒が循環する長所がある。
ところが、従来の沸騰冷却方式では、気相液相が混在し
、誘電率差による気相部への電界集中により、部分放電
から絶縁破壊に至るため、超高圧の用途では採用に問題
があった。第２図は、上記フロンの絶縁破壊電圧７示す
グラフで、気相フロンの絶縁耐力は液相フロンの絶縁耐
力の１／３〜％の範囲にある。第３図は平等電界の電界
強度を説明するための説明図で、厚みｄの物質に平面電
極で電圧ｖ乞印加すると、公知のごとく電界強度Ｅは次
式で計算される。
、誘電率差による気相部への電界集中により、部分放電
から絶縁破壊に至るため、超高圧の用途では採用に問題
があった。第２図は、上記フロンの絶縁破壊電圧７示す
グラフで、気相フロンの絶縁耐力は液相フロンの絶縁耐
力の１／３〜％の範囲にある。第３図は平等電界の電界
強度を説明するための説明図で、厚みｄの物質に平面電
極で電圧ｖ乞印加すると、公知のごとく電界強度Ｅは次
式で計算される。
■
Ｅ＝−・・・・・・・・・・・・・・・（１）第４図は
厚みｄの間に、厚みＸの誘電率ε、の気相と、厚みｄ
−ｘの誘電率ε、の液相が存在する電界強度の説明図で
、気相部分の電界強度Ｅ、及び液相部分の電界強度Ｅ、
は次式で計算される。
厚みｄの間に、厚みＸの誘電率ε、の気相と、厚みｄ
−ｘの誘電率ε、の液相が存在する電界強度の説明図で
、気相部分の電界強度Ｅ、及び液相部分の電界強度Ｅ、
は次式で計算される。
？Ｈ＝’ Ｒ＠ ・・・・・・・・・・・
・（２）フロンの場合、気相誘電率ε、＝１に対して液
相誘電率ε、＝２．４１であるが、Ｘが極めて零に近す
いた時、気相の電界強度Ｅ１は燈火となり、その値Ｅ１
ｗは 従って従来の沸騰冷却方式では、気相液相フロン混在時
の気相部の電界強度は、同一相フロンの電界強度の２．
５倍の値となり、耐圧値の低い気相部分での放電の恐れ
があった。
・（２）フロンの場合、気相誘電率ε、＝１に対して液
相誘電率ε、＝２．４１であるが、Ｘが極めて零に近す
いた時、気相の電界強度Ｅ１は燈火となり、その値Ｅ１
ｗは 従って従来の沸騰冷却方式では、気相液相フロン混在時
の気相部の電界強度は、同一相フロンの電界強度の２．
５倍の値となり、耐圧値の低い気相部分での放電の恐れ
があった。
この発明は上記のような従来の耐圧値の低い気相部分で
の放電の欠点乞除去するためになされたもので、発熱素
子に密着させたヒートシンクの表面で冷媒Ｚ蒸発させ、
気化した気相冷媒で絶縁７保つもので、蒸発冷却による
良好な熱伝達特性と、冷媒蒸気の高い絶縁耐力乞利用し
た小型の電気機器の冷却装置を提供すること７目的とし
ている。
の放電の欠点乞除去するためになされたもので、発熱素
子に密着させたヒートシンクの表面で冷媒Ｚ蒸発させ、
気化した気相冷媒で絶縁７保つもので、蒸発冷却による
良好な熱伝達特性と、冷媒蒸気の高い絶縁耐力乞利用し
た小型の電気機器の冷却装置を提供すること７目的とし
ている。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図乃至第４図と同一部分は同一符号ビ以って示した第５
図において、９ａは電子回路７とヒートシンク８′とを
一体に組み上げたスタックから成るブロックであって、
絶縁碍子１０に支持されている。１５は密閉容器１内の
上部に配置された冷媒貯蔵容器、１６はこの冷媒貯蔵容
器１５に連通し、冷媒ンヒートシンク８等の上部に供給
する分配配管、１７は密閉容器１の上方に設置された凝
縮器であって、気化した冷媒を液化させ、液相冷媒戻り
管１８乞介して上記冷媒貯蔵容器１５に戻す。１９は液
相冷媒、２０は気相冷媒、２１は密閉容器１下部に設け
られた冷却溝１ａに配置されたヒータ、２２は壬♀主配
管２３中に設置され、冷媒貯蔵容器１５に貯えられた液
相冷媒１９乞分配配“ｇ１６へ供給および停止操作を行
う弁、１０ａは密閉容器１の上部内壁に取付られ、冷媒
貯蔵容器１５乞保持する絶縁物である。
図乃至第４図と同一部分は同一符号ビ以って示した第５
図において、９ａは電子回路７とヒートシンク８′とを
一体に組み上げたスタックから成るブロックであって、
絶縁碍子１０に支持されている。１５は密閉容器１内の
上部に配置された冷媒貯蔵容器、１６はこの冷媒貯蔵容
器１５に連通し、冷媒ンヒートシンク８等の上部に供給
する分配配管、１７は密閉容器１の上方に設置された凝
縮器であって、気化した冷媒を液化させ、液相冷媒戻り
管１８乞介して上記冷媒貯蔵容器１５に戻す。１９は液
相冷媒、２０は気相冷媒、２１は密閉容器１下部に設け
られた冷却溝１ａに配置されたヒータ、２２は壬♀主配
管２３中に設置され、冷媒貯蔵容器１５に貯えられた液
相冷媒１９乞分配配“ｇ１６へ供給および停止操作を行
う弁、１０ａは密閉容器１の上部内壁に取付られ、冷媒
貯蔵容器１５乞保持する絶縁物である。
次に動作について説明する。まず密閉容器１内を真空引
きした後、一定量の冷媒７密閉容器１内に注入する。こ
の冷媒は密閉容器１の温度に相当する圧力を持ち、液相
冷媒１９と気相冷媒２０に分離される。さらに予じめ弁
２２は閉めておき、冷媒貯蔵容器１５にも一定量の冷媒
ケ注入する。
きした後、一定量の冷媒７密閉容器１内に注入する。こ
の冷媒は密閉容器１の温度に相当する圧力を持ち、液相
冷媒１９と気相冷媒２０に分離される。さらに予じめ弁
２２は閉めておき、冷媒貯蔵容器１５にも一定量の冷媒
ケ注入する。
次に密閉容５１の下部の液相冷媒１９に没入したヒータ
２１を加熱する。このヒータ２１の加熱によって液相冷
媒１９はヒータ２１により加熱されて温度が高くなると
共に密閉容器１内は液相冷媒１９の温度に相当する蒸気
圧になる。蒸気圧が高くなれば絶縁耐力も向上するので
、電気機器の運転開始前にヒートアップすれば、絶縁性
能の良い状態となり、電気機器の運転時の高電圧下にお
いても絶縁破壊することなく運転が可能である。このよ
うにして蒸気圧が高くなった時点で弁２２を開けば、液
相冷媒１９は分配配管１６を通過してヒートシンク８に
噴霧される。このとき、分配配管１Ｇから噴霧される液
相冷媒１９の噴霧流量をＱＮとする。
２１を加熱する。このヒータ２１の加熱によって液相冷
媒１９はヒータ２１により加熱されて温度が高くなると
共に密閉容器１内は液相冷媒１９の温度に相当する蒸気
圧になる。蒸気圧が高くなれば絶縁耐力も向上するので
、電気機器の運転開始前にヒートアップすれば、絶縁性
能の良い状態となり、電気機器の運転時の高電圧下にお
いても絶縁破壊することなく運転が可能である。このよ
うにして蒸気圧が高くなった時点で弁２２を開けば、液
相冷媒１９は分配配管１６を通過してヒートシンク８に
噴霧される。このとき、分配配管１Ｇから噴霧される液
相冷媒１９の噴霧流量をＱＮとする。
他方電気回路素子７に電流が流れ、熱が発生すると、こ
の熱はヒートシンク８に伝わり、ヒートシンク８の表面
に噴霧された液相冷媒１９はヒートシンク８の表面で蒸
発し、この際、液相冷媒１９は、蒸発の潜熱をうばうた
め、ヒートシンク８は良好な熱伝達特性により効率よく
冷却される。そして気相化した冷媒（気相冷媒２０）は
、比重が軽いので、密閉容器１の上部に設けられた凝縮
器１７に弁列し、ここで熱乞奪われ、液相冷媒１９に再
び液化し、液相冷媒戻り管１８乞通過し、冷媒貯蔵容器
１ｒに落下する。このときの気相冷媒２０の凝縮器１７
内での凝縮量乞Ｑ、とする。従って電気機器の冷却装置
の運転条件乞ＱＮ＝ＱＬに設定すれば、通常運転時はヒ
ータ２１は停止すれば良く、省エネルギー化が図れる。
の熱はヒートシンク８に伝わり、ヒートシンク８の表面
に噴霧された液相冷媒１９はヒートシンク８の表面で蒸
発し、この際、液相冷媒１９は、蒸発の潜熱をうばうた
め、ヒートシンク８は良好な熱伝達特性により効率よく
冷却される。そして気相化した冷媒（気相冷媒２０）は
、比重が軽いので、密閉容器１の上部に設けられた凝縮
器１７に弁列し、ここで熱乞奪われ、液相冷媒１９に再
び液化し、液相冷媒戻り管１８乞通過し、冷媒貯蔵容器
１ｒに落下する。このときの気相冷媒２０の凝縮器１７
内での凝縮量乞Ｑ、とする。従って電気機器の冷却装置
の運転条件乞ＱＮ＝ＱＬに設定すれば、通常運転時はヒ
ータ２１は停止すれば良く、省エネルギー化が図れる。
このように上記電気回路素子７の冷却は、蒸発現象Ｚ用
いているため、優れた冷却効果を得ることができる。ま
た、この発熱する電気回路素子７とヒートシンク８ン一
体に組み上げたブロック９ａと密閉容器１との間は、気
相冷媒２０で満たされており、ブロック９と密閉容器１
に加わる電圧は気相冷媒２０の絶縁耐力により保持され
ている。
いているため、優れた冷却効果を得ることができる。ま
た、この発熱する電気回路素子７とヒートシンク８ン一
体に組み上げたブロック９ａと密閉容器１との間は、気
相冷媒２０で満たされており、ブロック９と密閉容器１
に加わる電圧は気相冷媒２０の絶縁耐力により保持され
ている。
また、ブロック９ａ内は気液の混合状態であるが。
ブロック９ａは電気回路的に電圧分担されている
巻ので、気液の混合状態でも十分絶縁耐力は保持される
。気相冷媒の電界強度は、気相一液相冷媒混在の電界強
度にくらべて著しく改善されろため、本発明の実施例に
よれば、蒸発現象による良好な冷却特性と、気相冷８に
よる良好な絶縁特性を達成することができる。更に、気
相冷媒には、ＳＦ８等別の絶縁特性の優れた冷媒ｙ！ｌ
−混在させ、絶縁特性をあげろことも考えられる。また
、この発明には、ヒータ２１を使用しているため、ヒー
トアップすることによって容易に絶縁特性Ｚ良くできる
。
巻ので、気液の混合状態でも十分絶縁耐力は保持される
。気相冷媒の電界強度は、気相一液相冷媒混在の電界強
度にくらべて著しく改善されろため、本発明の実施例に
よれば、蒸発現象による良好な冷却特性と、気相冷８に
よる良好な絶縁特性を達成することができる。更に、気
相冷媒には、ＳＦ８等別の絶縁特性の優れた冷媒ｙ！ｌ
−混在させ、絶縁特性をあげろことも考えられる。また
、この発明には、ヒータ２１を使用しているため、ヒー
トアップすることによって容易に絶縁特性Ｚ良くできる
。
また、上記実施例では、高雪圧用電気機器の場合につい
て説明したが、これに限定されることなく変圧器や開閉
機器など他の高雪圧で使用される電気機器の冷却にも同
様の効果をもって適用できる。
て説明したが、これに限定されることなく変圧器や開閉
機器など他の高雪圧で使用される電気機器の冷却にも同
様の効果をもって適用できる。
匂十のように、この発明によれば蒸発冷却ｆよる良好な
冷却特性と冷媒蒸気による高い絶縁耐力を用いているの
で、小型で安価な、しかも安全性の高い電気機器の冷却
装置が得られる効果がある。
冷却特性と冷媒蒸気による高い絶縁耐力を用いているの
で、小型で安価な、しかも安全性の高い電気機器の冷却
装置が得られる効果がある。
第１図は従来の沸騰冷却電気機器ン示す構成図、第２図
はフロンの絶縁特性を示す特性図、第３図は平等電界の
電界強度を説明する説明図、第４図は液相−気相混在す
る場合の電界強度Ｚ説明する説明図、？Ｘ５図はこの発
明の一実施例？示す構成蔵容器、１７・・・凝縮器、２
１・・・ヒータ。 なお、図中同一符号は同−又は相当部分乞示す。 代 理 人 葛 野 信 −（ほか１名）筒 １１ 第 ４ 乞 特許庁長官殿 １．事件の表示 １１１η〔ｌ昭 ５８−５０６３
号２、発明の名称 電気機器の冷却装置 ３、補正をする者 代表者片由仁へ部 ５、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ６、補正の内容 （１）明細書第２頁第１５行目の「電り回路」とあるの
を「電父回路と」と補正する。 （２；明細書第２頁第１６行目の「一体ＭＩｔ造した」
とあるのを「一体構造とした」と補正する。 以 上
はフロンの絶縁特性を示す特性図、第３図は平等電界の
電界強度を説明する説明図、第４図は液相−気相混在す
る場合の電界強度Ｚ説明する説明図、？Ｘ５図はこの発
明の一実施例？示す構成蔵容器、１７・・・凝縮器、２
１・・・ヒータ。 なお、図中同一符号は同−又は相当部分乞示す。 代 理 人 葛 野 信 −（ほか１名）筒 １１ 第 ４ 乞 特許庁長官殿 １．事件の表示 １１１η〔ｌ昭 ５８−５０６３
号２、発明の名称 電気機器の冷却装置 ３、補正をする者 代表者片由仁へ部 ５、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ６、補正の内容 （１）明細書第２頁第１５行目の「電り回路」とあるの
を「電父回路と」と補正する。 （２；明細書第２頁第１６行目の「一体ＭＩｔ造した」
とあるのを「一体構造とした」と補正する。 以 上
Claims (1)
- 電気回路素子及び密着したヒートシンク等乞収納する密
閉容器と、上記密閉容器の上部に設けられる冷媒貯蔵容
器より冷媒を上記ヒートシンク等の上部まで送る分配配
管と、上記分配配管内ン流れろ上記冷媒の供給、停止を
行う弁と、上記密閉容器の下部に設けられたヒータと、
気化した上記冷媒を液化する凝縮器を設けた電気機器の
冷却装置において、上記ヒートシンクに個別に上記冷媒
ン噴霧できるように上記分配配管を設け、気化した該冷
媒で上記密閉容器ケ充満させ、電気回路の絶縁を保つこ
とを特徴とする電気機器の冷却装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58005063A JPS59129578A (ja) | 1983-01-13 | 1983-01-13 | 電気機器の冷却装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58005063A JPS59129578A (ja) | 1983-01-13 | 1983-01-13 | 電気機器の冷却装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59129578A true JPS59129578A (ja) | 1984-07-25 |
Family
ID=11600932
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58005063A Pending JPS59129578A (ja) | 1983-01-13 | 1983-01-13 | 電気機器の冷却装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59129578A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016031186A1 (ja) * | 2014-08-27 | 2016-03-03 | 日本電気株式会社 | 相変化冷却装置および相変化冷却方法 |
-
1983
- 1983-01-13 JP JP58005063A patent/JPS59129578A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016031186A1 (ja) * | 2014-08-27 | 2016-03-03 | 日本電気株式会社 | 相変化冷却装置および相変化冷却方法 |
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