JP3327317B2 - インバータの水冷方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はポンプ等をインバー
タを用いて回転速度等の制御を行う制御盤に係り、特に
インバータの水冷冷却機構を備えた制御盤における、イ
ンバータの水冷方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１１は、従来例のインバータの熱放散
をヒートシンクにて行う制御盤である。図１０（Ａ）は
その底面を示し、（Ｂ）は側面を示す。この制御盤は、
一例としてポンプをインバータで速度制御するための盤
であり、熱源となるインバータ１と、各種リレー等の制
御機器類５，６と、配線器具類とが収納されている。

【０００３】制御盤シャーシ４に電源取り込み用の孔８
を設け、シャーシ４と制御盤ケース３で箱の構造をなし
ている。制御盤シャーシ４の外部にヒートシンク１２を
取付け、そのヒートシンク１２にインバータ１を取付け
て、インバータの熱をヒートシンク１２のフィンを介し
て、制御盤の外部である大気中に放出する。制御盤内部
には漏電遮断器５、補助リレー又は制御機器６が取付け
られている。

【０００４】この図１１に示す制御盤では、空冷式のイ
ンバータの出力が大きくなると熱放散が大きくなり、ヒ
ートシンクが大型になるが、インバータ本体は小型化さ
れているため、出力の割りには取付面積が小さい。この
ため、図１１に示すような、大きさの対比になる場合が
ある。このような場合は、インバータの熱が、ヒートシ
ンク全面に均一に伝達されず、インバータの熱が十分に
放散されず、インバータの温度が上昇してしまう場合が
発生する。

【０００５】この、ヒートシンクの大型化及び熱の発散
を確実に行うために、インバータの水冷化が考えられ
る。図１２（Ａ）（Ｂ）は、インバータ１に水冷ヒート
シンク２を取付けた制御盤のそれぞれ、底面及び側面を
示す。制御盤シャーシ４に電源取り込み用の孔８を設
け、シャーシと制御盤ケース３で箱の構造をなし、制御
盤シャーシの外部に水冷ヒートシンク２を取付ける。そ
の水冷ヒートシンク２にインバータ１を取付けて、イン
バータの熱を水冷ヒートシンク中を流れる冷却水を介し
外部に放散する。ヒートシンク２内では、冷却パイプ２
１の入口２２から冷却水を注入し、出口２３より冷却水
を制御盤の外部に放出する。制御盤内部には漏電遮断器
５、補助リレー又は制御機器６等が取付けられているこ
とは、空冷の場合と同様である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような構造を、採
用することで、小型の水冷ヒートシンクでインバータの
熱を制御盤外部に放出できる。大気中又は、制御盤内の
温度と冷却水の温度の条件で異なるが、制御盤内または
大気中の温度より水冷ヒートシンク表面の温度が低い場
合には、大気中及び制御盤内の水分が露滴し、制御盤内
に水滴が生じ、シャーシを腐食させるだけでなく、制御
盤内の電気機器に悪い影響を及ぼすという問題がある。
特に水冷ヒートシンクが直接制御盤シャーシに取付けら
れていると、水冷ヒートシンクの熱がシャーシに伝達さ
れ、大気中の温度及び制御盤内の温度と、シャーシの温
度が異なるため、シャーシ両面に大気中及び制御盤内の
水分が露滴してしまう。

【０００７】この結露による水分処理を行ったのが図１
３（Ａ）（Ｂ）に示す構造で、制御盤シャーシ４と水冷
ヒートシンク２の取付状態を示している。図１３（Ａ）
では、制御盤シャーシ４に、ヒートシンク２が適当な隙
間を保つように、スペーサ９を間挿している。又、図１
３（Ｂ）では、ボルト７にスペーサ９を挿入し、制御盤
内部よりボルト７で取付けている。そして水冷ヒートシ
ンク２に熱源、例えばインバータ１の発熱部分を取付、
インバータからの熱を、水冷ヒートシンクに伝達させ、
制御盤外に熱の放出ができるようになっている。

【０００８】このように、水冷ヒートシンク２は制御盤
外に設けられ、制御盤シャーシ４との間に空間が設けら
れているために、水冷ヒートシンク２の熱がシャーシ４
に伝達されないため、シャーシ両面に結露が発生するこ
とがない。また、水冷ヒートシンク２の表面に結露が発
生しても、その水分が制御盤内に侵入することはない。

【０００９】しかしながら、水冷ヒートシンク２の表面
に結露が発生した場合の処理の問題と、水冷ヒートシン
ク上に取付けられたインバータ及び関連する配線部の結
露という問題がある。

【００１０】一般的に制御盤に収納されるインバータの
構造を図１４に示す。図１４（Ａ）は、インバータの平
面図であり、図１４（Ｂ）は、インバータの側面図であ
る。銅プレート１１５の上に樹脂フレーム１１３で全体
の枠が構成され、その枠の中に、基板１１４が搭載さ
れ、基板全体は樹脂１１６でモールドされ、この基板に
は制御に必要な種々の電子部品と、インバータのパワー
用半導体素子（図には示さず）が搭載され、特に熱的に
放熱を必要とし、モールドが難しい制御電源用コンデン
サ１１０、制御電源用トランス１１１と制御ＣＰＵ１１
２は外部に放熱のために露出され、電源の配線端子部も
同様に露出されている。インバータの中間電圧用基板１
１７にはコンデンサ１１９が搭載され、この中間電圧用
基板は、ビス１１８で、樹脂フレーム１１３に機械的に
取付けられている。

【００１１】図１５は、制御電源用コンデンサ１１０が
基板に取付けられている状態を示し、コンデンサ取付端
子１２１が基板１１４に取付けられ、その端子が、樹脂
１１６でモールドされているが、制御電源用コンデンサ
放熱のために、上部までモールドできないために一部の
コンデンサ取付端子１２１が露出している。

【００１２】図１６は、制御ＣＰＵ１１２が基板に取付
けられている状態を示し、制御ＣＰＵ１１２が基板１１
４に取付けられ、制御ＣＰＵ端子１２５が、樹脂１１６
でモールドされている。一般に制御ＣＰＵ１１２は発熱
体であるので、放熱のために全体を銅プレート１１５で
覆われている。

【００１３】図１７は、図１４の電源端子部の詳細を示
している。図１７（Ａ）は平面を示し、（B）は側面を
示す。基板１１４に端子用金具１２４が直接取付けら
れ、その端子用金具の上部には圧着端子取付用ビス１２
３と取付用のねじ孔が加工されている。端子間同士の隔
離のために樹脂フレーム１１３と一体で樹脂で成形され
ている隔離壁１２２で覆われている。

【００１４】このようなインバータでは、冷却水の温度
が低い場合は、図１４に示されているように、銅プレー
トの温度が冷却器の表面温度、即ち、冷却水の温度にほ
ぼ近く、この温度で樹脂１１６全体が冷却されるため、
基板１１４も同様に冷却水の温度に近くなり、この基板
に接続されている導体であるコンデンサ取付端子１２１
を通して、制御電源用コンデンサ１１０は冷却され、過
冷却状態になる。

【００１５】同様に、図１６に示されているように、銅
プレート１１５の温度が冷却器の表面温度、即ち、冷却
水の温度にほぼ近く、この温度で樹脂１１６全体が冷却
されるため、基板１１４も同様に冷却水の温度近くな
り、この基板に接続されている導体である制御ＣＰＵ端
子１２５を通して、制御ＣＰＵ１１２は冷却され、過冷
却状態になる。

【００１６】又、図１７に示されているように、銅プレ
ート１１５の温度が冷却器の表面温度、即ち、冷却水の
温度にほぼ近く、この温度で樹脂１１６全体が冷却され
るため、基板１１４も同様に冷却水の温度近くなり、こ
の基板に接続されている導体である端子用金具１２４を
通して、端子用金具１２４と圧着端子取付用ビス１２３
は冷却され、過冷却状態になる。

【００１７】このように、冷却水の温度が低い場合は、
その冷却効果がインバータの電子部品にまで及び、電子
部品自身が冷却されてしまい、雰囲気温度とその湿度の
条件で、冷却される電子部品又はこれらを接続する配線
部等の表面温度が露点温度以下になると、電子部品周囲
に結露が発生する。この結露により、電子部品の絶縁劣
化、又は、結露により電子回路部分又は電源部分の短絡
が生じ、重大事故に至る場合がある。

【００１８】図１５に示す場合では、制御電源用コンデ
ンサ１１０の周囲に結露し、その結露が露滴し、コンデ
ンサ取付端子１２１まで滴下し、コンデンサ取付端子１
２１間が水滴により短絡されるケースがある。

【００１９】図１６に示す場合では、制御ＣＰＵ１１２
の放熱用の銅プレート周囲に結露が発生し、その結露が
滴下して、樹脂１１６部に落ち、この樹脂部全体を水滴
状態にし、周囲のコネクタ部のピン同士が短絡されＣＰ
Ｕの誤動作が発生する。

【００２０】図１７に示す場合では、端子用金具１２４
と圧着端子取付用ビス１２３の周囲に結露が発生し、そ
の結露が露滴し、端子隔壁部１２２に水滴が溜まり、そ
の水滴同士が結合した場合に、電源部の短絡事故が発生
する。又、この端子に接続されている電線１２６も導体
であるので、端子部の熱により、電線自身が冷却され、
電線の被覆の絶縁が劣化する。

【００２１】特にポンプが圧送する自液の一部で冷却水
を確保する場合は、ポンプの扱液が様々であり、その温
度の範囲も大きいため、冷却水の温度の管理が難しい。
しかしながら、このような冷却水の温度の管理を行わな
いと、上述したような重大な事故につながるため、一般
的なポンプに使用されるインバータはほとんどが、空冷
又はフアンを使用した強制空冷方式がほとんどである。
例えば、扱液が水道水の場合でも、夏と冬では条件が異
なるし、地下水を水道に使用している場合は、水温が夏
場でも非常に低く、過冷却になる恐れがある。

【００２２】このように水冷ヒートシンクを用いた場合
は、電力半導体素子の発生熱を確実に外部に排出すると
いう問題ばかりでなく、冷やしすぎて電子部品又はその
周辺の導体配線部が過冷却になり、結露されないよう
に、冷却水の温度を管理しなければならない。しかも、
周囲の温度／湿度などを考慮し、冷却水の温度を決定し
なければならない。冷却水が、外部より供給する場合は
管理が可能であるが、ポンプの扱液（自液）を使用する
場合には、その冷却水はポンプの扱液になるので、冷却
水の温度管理は不可能に近い。

【００２３】図１８に上述したポンプの自液による水冷
方法を示す。ポンプ８の吐出口とポンプの吐出口に取付
けられている逆止弁８１の１次側の間より導管８２で水
冷ヒートシンク２の冷却パイプ２１の入口部２２に冷却
水を導き、冷却パイプ２１を回り、冷却水の出口２３か
ら冷却水を戻し、ポンプ８の吸込側の短管８３部に、戻
り管８４で導く。

【００２４】本発明は上述した事情に鑑みて為されたも
ので、インバータの水冷冷却機構を備えた制御盤におい
て、インバータ及びその周辺の配線部が過冷却となり、
結露等を生じないようにしたインバータの水冷方法を提
供することを目的とする.

【００２５】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ため、本発明は、インバータと、その制御機器類と、配
線器具類とが外囲器に収納され、前記インバータは水冷
ヒートシンクに固着され、更に感熱部と、その感熱した
温度に対応した冷却水の流量調節機構とを備え、前記感
熱した温度に対応して冷却水の流量を調節することによ
り、前記ヒートシンクの温度を所定範囲に保持すること
を特徴とするものである。

【００２６】叉、前記感熱部は温度センサであり、該温
度センサで検出されたヒートシンクの温度に基づいて電
磁弁を開閉し、前記ヒートシンクの温度を所定範囲に制
御することを特徴とする。

【００２７】叉、前記感熱部は、内部に熱により膨張す
る物質を備え、該膨張する物質で弁の開閉を行う膨張弁
で、前記冷却水の流量調節を行い、前記感熱部をヒート
シンク部に取付けて、冷却水の温度を所定範囲に制御す
ることを特徴とする。

【００２８】叉、前記感熱部は、内部に熱により膨張す
る物質を備え、該膨張する物質で弁の開閉を行う膨張弁
で、前記冷却水の流量調節を行い、前記感熱部を冷却水
の流路に取付けて、冷却水の温度を所定範囲に制御する
ことを特徴とする。

【００２９】叉、前記インバータが駆動するポンプの吐
出側とポンプの吐出側の逆止弁との間から圧送する水の
一部を前記ヒートシンクに導き、前記ヒートシンクの冷
却水として用い、前記ポンプの吸込部に返送すること特
徴とする。

【００３０】又、前記流量調節機構は、その制御温度
を、開動作温度（Ｃ）＞閉動作温度（Ｂ）＞大気温度又
は雰囲気温度（Ａ）としたこと特徴とする。

【００３１】又、前記流量調節機構は、その制御温度
を、開動作温度（Ｃ）＞大気温度又は雰囲気温度（Ａ）
＞閉動作温度（Ｂ）としたことを特徴とする。

【００３２】又、前記流量調節機構は、その制御温度
を、開動作温度（Ｃ）＞閉動作温度（Ｂ）＞大気温度又
は雰囲気温度の許容できる相対湿度の露点温度としたこ
とを特徴とする。

【００３３】叉、複数台のポンプの吐出側の集合部の一
箇所より前記ヒートシンクに圧送する水の一部を導き、
ヒートシンクの冷却水として用い、前記ポンプの吸入部
に返送するインバータの冷却機構において、前記冷却水
の流量調節機構は、ヒートシンク温度が開動作温度以上
で且つポンプが運転していることにより開動作を行い、
ヒートシンク温度が閉動作温度以下、叉はポンプの運転
停止により閉動作を行うことを特徴とする。

【００３４】

【実施例】以下、本発明の実施例について図１及至図１
０を参照しながら説明する。

【００３５】図１は、本発明の第１実施例の水冷ヒート
シンクの冷却水の流路を示す。水冷ヒートシンク２には
冷却パイプ２１が設けられ、その管の一端は入口２２
で、他の端が戻り口２３である。水冷ヒートシンク２に
は、熱源であるインバータが図示しないが固着されてい
る。ポンプ吐出口８Ａとポンプ吐出側に設けられた逆止
弁８１との間より導管８２でヒートシンク入口２２に冷
却水が導かれ、冷却水の戻りはヒートシンク戻り口２３
より戻り管８４でポンプの吸込側８Ｂに取付けられてい
る短管８３部に導かれる。

【００３６】その戻り管８４の途中には電磁弁１０１が
設けられ、その電磁弁の開閉動作は、制御盤１０にて行
われてる。更に、その制御盤１０にはヒートシンク２の
温度が温度センサ１０２にて取り込まれ、ヒートシンク
２の温度により電磁弁１０１の開閉動作が行われる。

【００３７】図２は、図１に示す水冷ヒートシンクの動
作のタイムチャートである。横軸が時間を示し、縦軸が
温度を示す。線（Ｄ）が冷却水の温度（本実施例では、
ポンプの自液の温度）、線（Ａ）は大気温度又は水冷ヒ
ートシンク設置場所の雰囲気温度、線（Ｂ）は電磁弁の
閉動作温度、線（Ｃ）は電磁弁の開動作温度を示してい
る。

【００３８】ポンプが運転されると、インバータで発熱
した熱量が水冷ヒートシンク２に供給され始める。その
出発点はである。まだ電磁弁１０１は閉じているた
め、時間が経過すると共に、インバータの発熱を吸収
し、温度が上昇してくる。水冷ヒートシンク部の温度
が、開動作温度（Ｃ）に、到達すると、その温度をセ
ンサ１０２が検知し、制御盤１０が電磁弁１０１を開く
動作をする。

【００３９】電磁弁１０１が開くと、冷却水が冷却パイ
プ２１を流れ始めるので、周囲の熱量を吸収し、水冷ヒ
ートシンク２の温度が低下を始める。そしてからへ
と水冷ヒートシンク２の温度が低下する。ヒートシン
ク温度が閉動作温度（Ｂ）に到達すると、その温度を温
度センサ１０２が検知し、制御盤１０が電磁弁１０１を
閉じる。電磁弁１０１が閉じると、冷却水が冷却パイプ
２１を流れなくなるので、ヒートシンクの熱量の吸収が
停止し、水冷ヒートシンク２の温度が上昇してくる。再
び、水冷ヒートシンク２の温度が開動作温度（Ｃ）に
到達すると、その温度を制御盤１０が温度センサを介し
て検知し、電磁弁１０１を開ける。以降、・・・と
電磁弁１０１が閉動作、開動作を繰り返す。このように
して、ヒートシンク２の表面温度は、つねに大気温度又
は水冷ヒートシンクが設置された場所の雰囲気温度より
高い値に保持される。このため、水冷ヒートシンク表面
の温度は、露点温度よりつねに高くなり、水冷ヒートシ
ンク部には結露の発生はない。

【００４０】図３は、本発明の第２実施例の水冷ヒート
シンクの冷却水の流路を示す。水冷ヒートシンク２、冷
却パイプ２１が設けられ、その管の一端は入口２２で、
他の端が戻り口２３である。ポンプ吐出口８Ａとポンプ
吐出側に設けられた逆止弁８１との間より導管８２でヒ
ートシンク入口２２に導かれ、冷却水の戻りは戻り口２
３より戻り管８４でポンプの吸込側８Ｂに取付けられて
いる短管８３部に導かれる。以上の構成は、第１実施例
と同様である。

【００４１】戻り口２３には、温度調節弁（温調弁）９
が設けられ、その温調弁の開閉動作は、温調弁内部にあ
るワックスの温度膨張で行われる。図４（Ａ）は、図３
に示されている温調弁９の構造を示し、閉状態を示して
いる。感熱部９２は、その内部に、熱により膨張するワ
ックスが充填されている。そのワックスの温度が上昇す
ると、その膨張によりスピンドル９３が押される。その
先端に弁体９５が取付けられ、その弁体は弁シート９４
にスプリング９６で押さえつけられている。そのスプリ
ングの他端は、スプリングホルダ９７で温調弁９本体に
ねじ込まれている。又、このスプリングホルダの中央部
に孔９８が開けられ、この孔より温調弁が動作した場合
に液体が流出する。又、この反対側には、感熱部９２を
固定しているホルダ９１があり、このホルダの外周部に
は水の入口のための孔が多数ある。

【００４２】図４（Ｂ）が温調弁の開動作を示してい
る。図示するように、感熱部９２の温度が上昇すると、
ワックスが膨張してスピンドル９３が弁体９５を押し開
き、冷却水がホルダ９１の小孔から流入し、出口側の孔
９８に流出する。

【００４３】本実施例においても、温調弁の開閉動作
は、第１実施例と同様である。しかしながら、本実施例
では感熱部と弁体の操作部とを一体としているので構造
がコンパクトであり、且つ冷却水出口側の温度を直接検
出することができる。叉、第一実施例で必要であった制
御装置１０が不要である。

【００４４】本実施例においても、温調弁９は、 開動作温度（Ｃ）＞閉動作温度（Ｂ）＞大気・雰囲気温
度（Ａ） と設定している。これにより、ヒートシンク部の温度
は、つねに大気温度又は水冷ヒートシンク設置場所の雰
囲気温度より高い値に保持できる。これにより、第一実
施例と同様に、水冷ヒートシンク表面の温度は露点温度
よりつねに高く保持され、水冷ヒートシンク部及びイン
バータ周辺には結露の発生はない。

【００４５】図５は、温調弁の感熱部をヒートシンク部
に備えた場合の本発明の第３実施例である。感熱部９
ａ、操作部９ｂで、その他の構成は図１に示す第１実施
例と図３に示す第２実施例を折衷したものである。本実
施例においても、弁動作の設定温度を第１及び第２実施
例と同様に設定することにより、その動作及び作用効果
も同様となる。

【００４６】以上はポンプが１台の場合について説明し
たが、ポンプが２台以上ある場合の構成を図６に示す。
図６は、一般の集合住宅等に水を供給するための小型の
給水設備である。ポンプ８−１／８−２の吐出側に逆止
弁８１−１／８１−２と、その逆止弁の２次側に吐出集
合管部８７があり、その吐出集合管部には圧力タンク８
６が取付けられ、吐出圧力を圧力センサ（図示せず）で
検出し、その値とポンプの運転の目標値とを比較し、常
にポンプの吐出圧力が一定になるようにインバータ１−
１／１−２でポンプの運転が制御されている。吐出集合
管部８７の先が、各需要家に接続されている。一般の集
合住宅等の給水設備の場合は、深夜は使用需要家の数が
極端に少なくなり、ポンプを運転する必要がない場合が
ある。このような場合は、ポンプを停止させ、圧力タン
ク８６に蓄圧された圧力水で、需要家の配管を保圧す
る。

【００４７】この実施例では、２台のインバータ１ー
１、１ー２は、水冷ヒートシンク２の両側に固着されて
いる。そして、冷却水はそれぞれのポンプの吐出側とそ
のポンプに取付けられている逆止弁８１−１／８１−２
との間から、電磁弁（又は操作弁）１０１−１／１０１
−２を介して、水冷ヒートシンク２の入口２２に導管８
２にて導かれている。ポンプが圧送する水の一部が、ヒ
ートシンク２の冷却パイプ２１を通り、出口２３にて分
岐しそれぞれのポンプの吸込に、戻り管８４−１／８４
−２にて導かれている。

【００４８】このようにすれば、ポンプが運転されイン
バータで発生する熱を水冷ヒートシンクで吸収するため
の冷却水を必要とする場合に、ポンプが送水する水自体
を冷却水として用いることができる。上述した構成によ
り、夏場などに外気温が上昇し、又は直射日光等を浴び
て、ヒートシンク部の温度が上昇し、電磁弁（又は操作
弁）１０１−１／１０１−２が開動作しても、ポンプが
運転されていないので、冷却水がヒートシンク２に流れ
ることがない。しかしながら、図６の水冷方法は、電磁
弁（又は操作弁）１０１−１／１０１−２がポンプの台
数分必要となるので経済的でない。又、吐出よりの配管
が複雑になってくる。この経済性と吐出側の配管の複雑
さを解消した実施例を図７に示す。

【００４９】図７は、図６と略同じ構成の給水システム
である。その相違点は、吐出集合管部８７より分岐して
電磁弁１０１を取り付け、その電磁弁より導管８２を通
して、ヒートシンク２の入口２２に導かれ、冷却器の出
口２３より戻り管８４より分岐し、各ポンプ８−１、８
−２の吸込部に連結管８４−１、８４−２を介して戻さ
れている。

【００５０】この場合は、夏場などに外気温が上昇し、
又は直射日光等を浴びて、ヒートシンク２の温度が上昇
し、電磁弁１０１が開動作すると、ポンプの吐出側と吸
込側が、電磁弁１０１、導管８２、冷却パイプ２１と戻
り管８４を介して連通状態になる。すなわち、吐出側の
圧力タンクに蓄圧された水が、電磁弁１０１が開動作す
ると、ポンプの吸込側に戻されてしまい、タンク８６内
の圧力が低下し、ポンプが始動する。始動後冷却水が冷
却器の内部を冷やし、ヒートシンク２の温度が低下する
が、再び同じ現象でポンプが運転・停止を繰り返すこと
になる。

【００５１】この解決方法として、電磁弁の開閉動作を
次のようにする。 ヒートシンク温度が設定値以上にな
り、かつポンプが運転される場合にのみ、電磁弁を開動
作させる。逆に電磁弁の閉動作は、ヒートシンクの温度
が設定値以下となった場合、又はポンプが停止された場
合である。このような電磁弁の開動作、閉動作を行うこ
とで、上述したような無駄なポンプの運転・停止が繰り
返されることが無くなる。

【００５２】上述した各実施例の説明では、電磁弁（又
は操作弁）１０１−１／１０１−２の開動作時の温度、
閉動作時の温度と、大気叉は雰囲気温度との関係は、図
２に示したものであるが、インバータに使用されている
半導体の許容温度には限界があるので、（イ）大気温度
又は雰囲気温度が高い場合には、必ずしも図２のような
温度の設定ができるわけではない。

【００５３】このように大気温度又は雰囲気温度（Ａ）
が高い場合には、図８（Ａ）のように閉動作温度（Ｂ）
を開動作温度（Ｃ）より低く、大気温度又は雰囲気温度
時の許容できる相対湿度の場合の露点温度（Ｅ）より若
干高めにすることができる。このようにすることによ
り、ヒートシンク２の温度が大気叉は雰囲気温度以下に
低下しても、その露点温度以上であるため、結露の発生
という問題は生じない。

【００５４】又は、閉動作温度（Ｂ）を、図８（Ｂ）の
ように大気温度又は雰囲気温度時の許容できる相対湿度
の場合の露点温度より若干低めにしてもよい。この場合
には、局部的に結露が発生するが、再びインバータの発
熱でその結露による水分を蒸発させることができるの
で、状況によっては、閉動作温度（Ｂ）を大気温度又は
雰囲気温度時の許容できる相対湿度の場合の露点温度
（Ｅ）より若干低めにすることができる。この場合に、
多少の結露をも認めることができない場合などは、その
結露する箇所を断熱材にて保護し、閉動作温度（Ｂ）を
大気温度又は雰囲気温度時の許容できる相対湿度の場合
の露点温度（Ｅ）より若干低めに設定する。これによ
り、開動作温度（Ｃ）と閉動作温度（Ｂ）との差を大き
くとることができるので、操作弁（電磁弁又は温調弁）
が頻繁に動作することがなくなるので、操作部の寿命が
大幅に伸びる。

【００５５】図９及び図１０は、係る温度設定の冷却機
構を備えたインバータを示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）
はその側面図である。一台の水冷ヒートシンク２の両面
に２台のインバータ１−１、１−２を取付け、インバー
タの熱源である電力半導体素子から離れた箇所に温度検
出器１０２を設置した場合を示す。水冷ヒートシンクの
冷却パイプが図示されるような場合は、閉動作温度
（Ｂ）を大気温度又は雰囲気温度時の許容できる相対湿
度の場合の露点温度（Ｅ）より若干低めにすると、冷却
器の入口部分周辺（図にてハッチングされた部分）２２
Ａに結露が発生する。

【００５６】これは、水冷ヒートシンクの温度分布が図
１０に示すように、中心部とインバータの発熱素子があ
る近傍がもっとも温度が高く、それより距離が離れるに
従い温度が低くなる。この場合は、冷却水の入口が熱源
よりもっとも離れ、又冷却水の温度の影響を直接受けて
いるので、この部分２１Ｂの温度が低くなり、ヒートシ
ンク上面の温度が開動作温度（Ｃ）から閉動作温度
（Ｂ）に低下する場合に、露点温度以下になる場合があ
る。このような場合は、その部分に断熱材を付着させて
も、もともと温度が低い箇所であるので、インバータの
発熱の温度吸収には影響がない。

【００５７】尚、上述した実施例においては、冷却水の
弁の開閉を、一定値で開き、一定値で閉じるようにＯＮ
／ＯＦＦ制御しているが、感熱部で検出された温度に従
って、アナログ的に弁の開度を調節して所定温度範囲に
保持するように制御してもよい。このように本発明の趣
旨を逸脱することなく、種々の変形実施例が可能であ
る。

【００５８】

【発明の効果】水冷ヒートシンクの温度を検出して、そ
の結果に応じて電磁弁（又は温調弁）を開閉させ、開閉
動作温度を大気温度又は雰囲気温度より高い値に設定し
た。このことにより 冷却水の温度が低くても、水冷ヒートシンクの温度を
常に大気温度又は雰囲気温度より高い値に保持すること
ができるので、水冷ヒートシンクの表面には結露が発生
しない。同様に、水冷ヒートシンクが過冷却になり、イ
ンバータの搭載部品自体が過冷却になり、結露が発生す
ることがない。 冷却水の使用温度範囲が大きくなり、特に低い温度の
冷却水まで使用することができる。 冷却水の温度が広範囲に許容できるので、ポンプの自
液にての冷却ができる。

【００５９】温調弁を電磁弁の代わりに使用した。この
ことにより、 電磁弁と異なる電源を必要としないので配線がいらな
いこと、又、感熱部が内蔵されているので、流量調整機
構の操作のための温度センサが不要であり、その検知結
果の判断部と操作部である制御盤も必要としない。これ
により、大幅に冷却機構を簡素化することができる。

【００６０】感温部が外部にある温調弁を電磁弁の代わ
りに使用した。これにより、 感熱部が冷却水に直接に接していると、冷却パイプ内
の容量が小さい場合は、冷却水が冷却パイプ内で温度の
上昇がないために、全体が冷却されないうちにバルブが
閉じてしまう恐れがある。上述の構成により、感温部を
ヒートシンク表面に設置できるのでヒートシンク自体に
熱容量があるため、冷却パイプ内に冷却水が通っても、
すぐに温度が低下しないため、頻繁な弁の開閉動作が避
けられる。 冷却水の温度が低くても、水冷ヒートシンクの温度を
常に大気温度又は雰囲気温度より高い値にすることがで
きるので、水冷ヒートシンクの表面には結露が発生しな
い。又、水冷ヒートシンクが過冷却になり、インバータ
の搭載部品自体が過冷却になることがない。又、電磁弁
と異なり電源を必要としないので配線がいらないこと、
又、温度検知部が内蔵されているので、電磁弁の操作の
ための温度センサが不要であり、その検知結果の判断部
と操作部である制御盤を不要とする。

【００６１】冷却水をポンプの吐出側とポンプの吐出側
の逆止弁との間から導き、ポンプの吸込部に返送する。
これにより、 ポンプが運転された場合に、インバータの発熱が発生
するために、常にインバータの冷却水が必要なときに冷
却水を自動的に送水することができる。 別のポンプを必要としないので、このポンプの運転停
止の制御を行うための制御機器を必要としない。

【００６２】水冷ヒートシンクの温度を検出して、その
結果に応じて電磁弁（温調弁）を開閉させ、開閉動作温
度を大気温度又は雰囲気温度の許容湿度時の露点温度よ
り若干高い値に設定した。これにより、冷却水の温度
が低くても、水冷ヒートシンクの温度を常に大気温度又
は雰囲気温度の許容湿度時の露点温度より若干高い値に
することができるので、水冷ヒートシンクの表面には結
露が発生しない。又、水冷ヒートシンクが過冷却にな
り、インバータの搭載部品自体が過冷却になることがな
い。冷却水の使用温度範囲が大きくなり、特に低い温
度まで使用することができる。冷却水の温度が広範囲
に許容できるので、ポンプの自液にての冷却ができる。
バルブの閉動作の温度を更に下げることができるの
で、バルブの開閉頻度が少なくなり、バルブの寿命が延
びる。

【００６３】水冷ヒートシンクの温度を検出して、その
結果に応じて電磁弁（温調弁）を開閉させ、特に閉動作
温度を大気温度又は雰囲気温度の許容湿度時の露点温度
より若干低い値に設定し、結露部には断熱材を設けた。
これにより上述と同様の効果が生じるが、冷却水の使
用温度範囲を更に広げることができ、結露が生じる温度
となっても、断熱材により、過冷却を防止できる。

【００６４】ポンプが複数台ある場合、冷却水を各ポン
プの吐出集合部より供給し、水冷ヒートシンクの温度を
検出して、その結果に応じて電磁弁を開閉させる場合
に、 開動作：温度が開動作温度以上で、且つ（ＡＮＤ）、ポ
ンプが運転中である 閉動作：温度が閉動作温度以下で、又は（ＯＲ）、ポン
プが運転停止であるとした。これにより、 ポンプが運転された場合に、インバータの発熱が発生
するために、常に、インバータの冷却水が必要なときに
冷却水を自動的に送水することができる。 別のポンプを必要としないので、このポンプの運転停
止の制御を行うための制御機器を必要としない。 冷却水の制御用のバルブがポンプが複数台でも１個で
制御でき経済的である。 外気温度が高くても、特に屋外に設置され、屋外カバ
ーを取付けられても、そのカバー内の温度が上昇して
も、無駄なポンプの運転・停止動作が発生しない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例のインバータの水冷機構の
説明図。

【図２】水ヒートシンク温度の変動を示す説明図。

【図３】本発明の第２実施例のインバータの水冷機構の
説明図。

【図４】温調弁の構造図であり、（Ａ）閉状態、（Ｂ）
開状態を示す。

【図５】本発明の第３実施例のインバータの水冷機構の
説明図。

【図６】ポンプ２台を備えた給水装置におけるインバー
タの水冷機構の説明図。

【図７】図６に示す実施例の改良された水冷機構の説明
図。

【図８】図２に示す弁開閉の温度設定に対する、他の実
施例の説明図。

【図９】１台のヒートシンクに２台のインバータを固着
した水冷機構の（Ａ）正面図、（Ｂ）側面図。

【図１０】図９における温度分布を示す説明図。

【図１１】従来の空冷方式の制御盤の（Ａ）平面図、
（Ｂ）側面図。

【図１２】従来の水冷方式の制御盤の（Ａ）平面図、
（Ｂ）側面図。

【図１３】改良された水冷方式の制御盤の側面図。

【図１４】インバータの構造図。

【図１５】インバータ制御電源用のコンデンサの取付
図。

【図１６】インバータ制御ＣＰＵの取付図。

【図１７】インバータ電源端子の取付図。

【図１８】ポンプの自液による水冷機構の説明図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−69383（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−41589（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−218075（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−164178（ＪＰ，Ａ) 米国特許3656540（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02M 7/48 H02M 7/04

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポンプを駆動するインバータが外囲器に
   収納され、前記インバータは水冷ヒートシンクに固着さ
   れ、前記ポンプの吐出側から圧送する水の一部を前記ヒ
   ートシンクの冷却水として用いて前記ポンプの吸込側に
   戻し、前記ヒートシンクに感熱部を備え、その感熱した
   温度に対応した冷却水の流量調節機構を備え、前記感熱
   した温度に対応して冷却水の流量を調節することによ
   り、前記ヒートシンクの温度を、前記ヒートシンクが結
   露を生じないように所定範囲に保持することを特徴とし
   たインバータの水冷方法。
2. 【請求項２】 前記感熱部は温度センサであり、該温度
   センサで検出されたヒートシンクの温度に基づいて電磁
   弁を開閉し、前記ヒートシンクの温度を所定範囲に制御
   することを特徴とした請求項１記載のインバータの水冷
   方法。
3. 【請求項３】 前記感熱部は、内部に熱により膨張する
   物質を備え、該膨張する物質で弁の開閉を行う膨張弁で
   あることを特徴とした請求項１記載のインバータの水冷
   方法。
4. 【請求項４】 前記流量調節機構は、その制御温度を、 開動作温度（Ｃ）＞閉動作温度（Ｂ）＞大気温度又は雰
   囲気温度（Ａ）としたことを特徴とする請求項１乃至３
   のいずれか一項に記載のインバータの水冷方法。
5. 【請求項５】 前記流量調節機構は、その制御温度を、 開動作温度（Ｃ）＞大気温度又は雰囲気温度（Ａ）＞閉
   動作温度（Ｂ）とするか、または開動作温度（Ｃ）＞閉
   動作温度（Ｂ）＞大気温度又は雰囲気温度の許容できる
   相対湿度の露点温度としたことを特徴とする請求項１乃
   至３のいずれか一項に記載のインバータの水冷方法。
6. 【請求項６】 複数台のポンプの吐出側の集合部より、
   前記ポンプが圧送する水の一部を前記ヒートシンクに導
   くことを特徴とした請求項１記載のインバータの水冷方
   法。