JP2000235906A

JP2000235906A - 液体抵抗器

Info

Publication number: JP2000235906A
Application number: JP11037732A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Okuyama; 洋一奥山; Hisateru Akachi; 久輝赤地; 和行 ▲鶴▼永; Kazuyuki Tsurunaga; Kazunobu Kobashi; 一宣小橋
Original assignee: Toshiba Corp; Kitashiba Electric Co Ltd; Actronics Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Kitashiba Electric Co Ltd; Actronics Co Ltd
Priority date: 1999-02-16
Filing date: 1999-02-16
Publication date: 2000-08-29

Abstract

(57)【要約】【課題】タンクと熱交換器とを一体化し、かつ冷却水
を用いずに電解液の冷却を行なうことによって、タンク
と熱交換器との間の配管を不要として装置の小型化を図
り、不具合のより少ない液体抵抗器を提供すること。【解決手段】内部に、電解液１と、電解液１に浸され
た電極４、５とを収納し、かつ外部に循環ループ２３を
備えたタンク２と、循環ループ２３を空冷する送風手段
１０とを備え、タンク２内の電解液１を、ポンプ８によ
り順次タンク２から循環ループ２３内へ導き、循環ルー
プ２３内を移動中に送風手段１０により冷却してタンク
２内へ再び戻すようにしたこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大電流を制御する
液体抵抗器に係わり、特にその電解液の冷却方式を改良
した液体抵抗器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６は、従来から用いられている液体抵
抗器の一例を示す構成図である。

【０００３】図６に示すように、従来の液体抵抗器は、
電解液１を収納したタンク２の内部に絶縁筒３を備えて
おり、更に絶縁筒３の内部には固定電極４と可動電極５
とを備えており、操作機構６を通じて可動電極５を動作
させることによって、抵抗値を変化させることが可能で
ある。

【０００４】一方、熱交換器７は、配管２０を介してタ
ンク２と接続し、更に熱交換器７からの戻り配管２１を
タンク２に接続している。また、戻り配管２１上には、
循環ポンプ８を設けている。

【０００５】かかる液体抵抗器において、固定電極４と
可動電極５との間を通過して加熱された電解液１は、循
環ポンプ８の吸引力により配管２０を介して熱交換器７
に引き込まれ、熱交換器７内を通過する際に冷却され
る。

【０００６】図７は、一般的な熱交換器の内部の構成例
を示す図である。

【０００７】図７に示すように、熱交換器７の中には、
冷却水９が流れる多数の細管２２があり、電解液１が細
管２２の周囲を流れることによって、電解液１の熱が細
管２２内の冷却水９によって奪われる。

【０００８】このようにして冷却された電解液１は、配
管２１を介して再びタンク２の下部に戻る。

【０００９】このように、電流加熱された電解液１の冷
却を連続的に行なうことによって、電解液１の温度上昇
が抑制され、液体抵抗器を連続使用することが可能とな
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の液体抵抗器では、以下のような問題がある。

【００１１】すなわち、従来の液体抵抗器は、タンク２
と熱交換器７とが分離しており、その間の配管２０およ
び２１が必要となる。これは、液体抵抗器の複雑化と大
型化とをもたらし、その結果、液体抵抗器のメンテナン
ス性も悪くなり、またその設置スペースも広く確保する
必要がある。

【００１２】更に、熱交換器７内の細管２２にリークが
発生すると、電解液１が細管２２内に混入して、熱交換
器７に不具合をもたらす可能性も生じる。すなわち、図
７に示したように、熱交換器７の内部は、多数の細管２
２が存在する複雑な構造であるため、細管２２にリーク
が発生すると、その修理は容易ではない。

【００１３】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、タンクと熱交換器とを一体化し、かつ冷却
水を用いずに電解液の冷却を行なうことによって、タン
クと熱交換器との間の配管を不要として装置の小型化を
図り、不具合のより少ない液体抵抗器を提供することを
目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明では、以下のような手段を講じる。

【００１５】すなわち、請求項１の発明では、内部に、
電解液と、電解液に浸された電極とを収納し、かつ外部
に循環ループを備えたタンクと、循環ループを空冷する
送風手段とを備え、タンク内の電解液を、ポンプにより
順次前記タンクから循環ループ内へ導き、循環ループ内
を移動中に送風手段により冷却してタンク内へ再び戻す
ようにする。

【００１６】従って、請求項１の発明の液体抵抗器にお
いては、タンクと熱交換器とを一体化することが可能と
なる。また、冷却水を用いることなく電解液を冷却する
ことが可能となる。その結果、より小型で、かつ不具合
のより少ない液体抵抗器を実現することができる。

【００１７】請求項２の発明では、請求項１の発明の液
体抵抗器において、循環ループにフィンチューブを用い
る。

【００１８】このような、請求項２の発明の液体抵抗器
においても、請求項１の発明の液体抵抗器と同様の効果
を奏することができる。

【００１９】請求項３の発明では、請求項１の発明の液
体抵抗器において、循環ループにプレートフィンを用い
る。

【００２０】このような、請求項３の発明の液体抵抗器
においても、請求項１の発明の液体抵抗器と同様の効果
を奏することができる。

【００２１】請求項４の発明では、請求項１の発明の液
体抵抗器において、循環ループにキャピラリチューブを
用いる。

【００２２】このような、請求項４の発明の液体抵抗器
においても、請求項１の発明の液体抵抗器と同様の効果
を奏することができる。

【００２３】請求項５の発明では、内部に、電解液と、
前記電解液に浸された電極とを収納し、かつ外部に循環
ループを備え、タンク内の電解液を、ポンプにより順次
タンクから循環ループ内へ導き、循環ループ内を移動中
に自然冷却してタンク内へ再び戻すようにする。

【００２４】従って、請求項５の発明の液体抵抗器にお
いては、冷却手段が不要となる。その結果、より小型
で、かつより簡素な液体抵抗器を実現することができ
る。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照しながら説明する。

【００２６】なお、以下の各実施の形態の説明に用いる
図中の符号は、図６と同一部分については同一符号を付
して示すことにする。

【００２７】（第１の実施の形態）本発明の第１の実施
の形態を図１と図２とを用いて説明する。

【００２８】図１は、本実施の形態による液体抵抗器の
一例を示す基本構成図である。

【００２９】図２は、図１に示す液体抵抗器におけるフ
ィンチューブの構成例を示す概要図である。

【００３０】なお、図１、図２ともに図６と同一部分に
は同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる
部分についてのみ述べる。

【００３１】すなわち、本実施の形態では、図１に示す
ように、図６に示す熱交換器７と、それに付随する配管
２０、２１とを省略し、この代わりに図１と図２に示す
ようにタンク２上部に循環ループとしての３層のフィン
チューブ２３を接続し、更にフィンチューブ２３の他端
を循環ポンプ８の入口に接続し、この循環ポンプ８の出
口をタンク２の下部に接続している。

【００３２】液体抵抗器の固定電極４と可動電極５との
間を通過することにより温度上昇した電解液１は、循環
ポンプ８の吸引効果により、タンク２の上部からスパイ
ラル形状をした３層のフィンチューブ２３内にそれぞれ
引き込まれ、スパイラル形状に沿って下方に移動して、
循環ポンプ８に到達する。循環ポンプ８は、到達した電
解液１をタンク２の下部に再び送り込む。

【００３３】ここで、フィンチューブ２３の寸法は、内
径３８ｍｍ、外径７４ｍｍであり、単位長さ当りの表面
積は２．３５ｍ^２／ｍで、３層のスパイラル状に構成
し、３層合わせたフィンチューブ２３の全長は約１２０
ｍである。

【００３４】また、循環ポンプ８は、電解液１が、各フ
ィンチューブ２３を約１分間で通過するように、電解液
１の流速を毎秒０．７ｍ程度に設定している。

【００３５】スパイラル状のフィンチューブ２３の下方
には、空冷ファン１０が備えてあり、下方から送風する
ことにより、フィンチューブ２３表面からの放熱を助長
することができるようにしている。

【００３６】このようにして、フィンチューブ２３内を
流れる電解液１が冷却され、この冷却された電解液１が
再びタンク２に戻ることを繰り返す事により、電解液１
の冷却を行うことができる。

【００３７】次に、以上のように構成した本実施の形態
の液体抵抗器の作用について説明する。

【００３８】本実施の形態による冷却能力は以下の通り
である。

【００３９】すなわち、本実施の形態による冷却能力Ｑ
は、下記（１）式の様に、フィンチューブ２３の表面熱
伝達率ｈと、フィンチューブ２３の表面積Ｓと、フィン
チューブ２３中の電解液１の温度の平均値Ｔｒとフィン
チューブ２３を冷却する空気温度の平均値Ｔａとの差で
ある温度差Ｔｄとを乗じて得られる。

【００４０】Ｑ＝ｈ×Ｓ×(Ｔｒ−Ｔａ) ＝ｈ×Ｓ×Ｔｄ …（１）ここで、電解液１の温度として、液体抵抗器の典型的な
運転時におけるタンク２の上部の電解液温度である約６
０℃を仮定する。また、タンク２の周囲の温度を約３０
℃と仮定し、循環ポンプ８の流量として毎秒２５００ｃ
ｃ、空冷ファン１０の冷却風速として毎秒５ｍとした場
合、フィンチューブ２３表面からの平均熱伝達率ｈは３
０Ｗ／ｍ^２Ｋとなる。

【００４１】上記の熱伝達率を用い、更にフィンチュー
ブ２３中を通る電解液１の平均温度Ｔｒを５０℃、フィ
ンチューブ２３を通過する空気の平均温度Ｔａを４０℃
と仮定し、上記（１）式より冷却能力Ｑを算出すると、
およそ８５ｋＷという値が得られる。

【００４２】すなわち、本実施の形態による液体抵抗器
の冷却能力Ｑとしては、およそ８５ｋＷであり、これ
は、従来の水冷式の冷却装置を用いた液体抵抗器と同等
の冷却能力である。

【００４３】なお、上記よりも高い冷却能力を必要とす
る場合には、スパイラルの層を増やす、スパイラルの全
長を長くする、空冷ファン１０の回転数を高めること等
により、柔軟に対応することができる。

【００４４】また、仮に、本実施の形態の構成から空冷
ファン１０を取り除いた場合にも、自然冷却による冷却
能力は、上記空冷ファン１０による強制空冷時の冷却能
力の１／４程度であることが一般的に知られている。

【００４５】液体抵抗器は、インバータ制御などに多く
用いられるものであり、インバータ制御においては、抵
抗値を頻繁に変えることから、常に、想定する最大の発
熱量で電解液１の温度が上昇する訳ではないことを考慮
すると、上記強制空冷時の１／４程度の冷却能力でも十
分な場合がある。

【００４６】したがって、仮に、図１の構成から空冷フ
ァン１０を除去した構成としても、あるいは空冷ファン
１０が故障した場合においても、液体抵抗器を特にイン
バータ制御に用いる場合には、液体抵抗器の間欠通電周
期を大幅に短縮することができるという効果も得られる
可能性がある。

【００４７】上述したように、本実施の形態の液体抵抗
器においては、タンク２と熱交換器７とを一体化するこ
とにより、従来必要であったタンク２と熱交換器７とを
接続する配管２０、２１が不要となる。また、冷却方法
を、細管２２内を流通する冷却水９により電解液１を冷
却する方式から、スパイラル状のフィンチューブ２３内
を移動している電解液１を、冷却ファン１０を用いて直
接冷却する空冷方式としたことにより、配管を省略する
事ができ、かつ冷却水も不要となる。

【００４８】その結果、より小型で、不具合のより少な
い液体抵抗器を提供することが可能となる。

【００４９】（第２の実施の形態）本発明の第２の実施
の形態を図３を用いて説明する。

【００５０】図３は、本実施の形態による液体抵抗器の
一例を示す基本構成図であり、図１および図２と同一部
分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異
なる部分についてのみ述べる。

【００５１】すなわち、本実施の形態では、図１および
図２におけるフィンチューブ２３を、図３に示すよう
に、複数のプレートフィン２４に置き換えた構成として
いる。

【００５２】電解液１は、第１の実施の形態と同様に、
循環ポンプ８によりタンク２の上部からプレートフィン
２４に引き込まれ、プレートフィン２４内を移動中に空
冷ファン１０により冷却がなされる。

【００５３】プレートフィン２４を通過した電解液１
は、循環ポンプ８によって再びタンク２の下部に送り戻
される。

【００５４】このような構成によっても、前述した第１
の実施の形態と同様な効果を得ることができる。

【００５５】また、冷却能力を高めたい場合にも、プレ
ートフィン２４の数を増やす、空冷ファン１０の回転数
を高めること等により、柔軟に対応することができる。

【００５６】従って、本実施の形態の液体抵抗器におい
ても、タンク２と熱交換器７とを一体化することによ
り、従来必要であったタンク２と熱交換器７とを接続す
る配管２０、２１が不要となる。

【００５７】また、冷却方法を、細管２２内を流通する
冷却水９により電解液１を冷却する方式から、プレート
フィン２４内を流通している電解液１を冷却ファン１０
を用いて直接冷却する空冷方式としたことにより、配管
を省略する事ができ、かつ冷却水９も不要となる。

【００５８】その結果、より小型で、不具合のより少な
い液体抵抗器を提供することが可能となる。

【００５９】（第３の実施の形態）本発明の第３の実施
の形態を図４と図５を用いて説明する。

【００６０】図４は、本実施の形態による液体抵抗器の
一例を示す基本構成図である。

【００６１】すなわち、本実施の形態では、図３におけ
るプレートフィン２４を、図４に示すように、キャピラ
リチューブ２５に置き換えた構成としている。

【００６２】図４に示すように、電解液１は、循環ポン
プ８によりタンク２の上部から導管２６に引き込まれ
る。

【００６３】循環ポンプ８により導管２６に引き込まれ
た電解液１は、更に導管２６から分岐した多数のキャピ
ラリチューブ２５に引き込まれ、キャピラリチューブ２
５内を移動中に空冷ファン１０により冷却がなされた後
に導管２７に到達する。導管２７に到達した電解液１
は、更に循環ポンプ８によってタンク２の下部に送出さ
れる。

【００６４】図５は、キャピラリチューブ２５を示す概
要図であり、図５（ａ）はその全体概要を、また図５
（ｂ）は導管２６とキャピラリチューブ２５との接続部
の詳細をそれぞれ示している。

【００６５】ここで、キャピラリチューブ２５は、銅、
ステンレス鋼、アルミニウムなどの金属からなる細管
で、直径が３〜５ｍｍ程度であり、図５に示すように、
導管２６に多数並列に接合しており、蛇行を繰り返した
後に導管２７に並列接合した構成となっている。

【００６６】また、導管２６上における、複数のキャピ
ラリチューブ２５との接続口には、ストレーナ等のフィ
ルタを設けている。これにより、キャピラリチューブ２
５への異物の侵入および堆積を長期にわたり防止するこ
とができる。

【００６７】このような構成によっても、前述した第１
及び第２の実施の形態と同様な効果を得ることができ
る。

【００６８】また、冷却能力を高めたい場合にも、キャ
ピラリチューブ２５の数を増やす、キャピラリチューブ
２５の蛇行回数を増やす、単位キャピラリチューブ２５
あたりの長さを延長する、空冷ファンの回転数を高める
こと等により、柔軟に対応することができる。

【００６９】更に、このようなキャピラリチューブ２５
による冷却能力は、細管の表面積に比例するので、第２
の実施の形態で説明したプレートフィン２４に対して、
非常に大きい表面熱伝達率を有する。また、キャピラリ
チューブ２５は、プレートフィン２４に比べて空気圧損
が小さい。

【００７０】これらのことから、本実施の形態による液
体抵抗器は、第２の実施の形態で説明したプレートフィ
ン２４を用いた液体抵抗器よりも、回転能力の低い空冷
ファン１０を用いても、同等の冷却能力を達成すること
ができる。

【００７１】従って、本実施の形態の液体抵抗器におい
ては、タンク２と熱交換器７とを一体化することによ
り、従来必要であったタンク２と熱交換器７とを接続す
る配管２０、２１が不要となる。

【００７２】また、冷却方法を、細管２２内を流通する
冷却水９により電解液１を冷却する方式から、キャピラ
リチューブ２５内を流通している電解液１を冷却ファン
１０を用いて直接冷却する空冷方式としたことにより、
配管を省略する事ができ、かつ、冷却水も不要となる。

【００７３】更に、キャピラリチューブ２５は、高い熱
伝達率が得られることと、空気圧損が低い事から、同じ
能力の空冷ファン１０を用いた場合、第２の実施の形態
によるプレートフィン２４による冷却よりも高い冷却能
力が得られる。

【００７４】その結果、より小型で、不具合のより少な
い液体抵抗器を提供することが可能となる。

【００７５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の液体抵抗
器によれば、タンクと熱交換器とを一体化し、かつ電解
液の冷却を冷却水を用いずに行なうことができる。

【００７６】これにより、タンクと熱交換器との間の配
管が不要となって、装置の小型化が実現され、かつより
故障の少ない液体抵抗器を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による液体抵抗器の
一例を示す基本構成図。

【図２】本発明の第１の実施の形態による液体抵抗器の
フィンチューブの構成例を示す概要図。

【図３】本発明の第２の実施の形態による液体抵抗器の
一例を示す基本構成図。

【図４】本発明の第３の実施の形態による液体抵抗器の
一例を示す基本構成図。

【図５】本発明の第３の実施の形態によるキャピラリチ
ューブの構成例を示す概要図。

【図６】従来の液体抵抗器の一例を示す構成図。

【図７】一般的な熱交換器の内部の構成例を示す図。

【符号の説明】

１…電解液、２…タンク、３…絶縁筒、４…固定電極、５…可動電極、６…操作機構、７…熱交換器、８…循環ポンプ、９…冷却水、１０…空冷ファン、２２…細管、２３…フィンチューブ、２４…プレートフィン、２５…キャピラリチューブ、２６…導管、２７…導管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者奥山洋一福島県福島市松川町字天王原９番地北芝電機株式会社内 (72)発明者赤地久輝神奈川県相模原市上鶴間５丁目６番５− 603 (72)発明者 ▲鶴▼永和行東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内 (72)発明者小橋一宣東京都港区芝浦一丁目１番１号株式会社東芝本社事務所内Ｆターム(参考） 5E030 AA20 DA03 DA14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に、電解液と、前記電解液に浸され
た電極とを収納し、かつ外部に循環ループを備えたタン
クと、前記循環ループを空冷する送風手段とを備え、前
記タンク内の前記電解液を、ポンプにより順次前記タン
クから前記循環ループ内へ導き、前記循環ループ内を移
動中に前記送風手段により冷却して前記タンク内へ再び
戻すようにしたことを特徴とする液体抵抗器。
【請求項２】前記請求項１に記載の液体抵抗器におい
て、前記循環ループにフィンチューブを用いたことを特
徴とする液体抵抗器。
【請求項３】前記請求項１に記載の液体抵抗器におい
て、前記循環ループにプレートフィンを用いたことを特
徴とする液体抵抗器。
【請求項４】前記請求項１に記載の液体抵抗器におい
て、前記循環ループにキャピラリチューブを用いたこと
を特徴とする液体抵抗器。
【請求項５】内部に、電解液と、前記電解液に浸され
た電極とを収納し、かつ外部に循環ループを備え、前記
タンク内の前記電解液を、ポンプにより順次前記タンク
から前記循環ループ内へ導き、前記循環ループ内を移動
中に自然冷却して前記タンク内へ再び戻すようにしたこ
とを特徴とする液体抵抗器。