JP7009963B2 - Cooling device and power conversion device - Google Patents
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Description
本発明は、冷却液を循環させる冷却装置に関する。特に、電力変換装置に備えられる冷却装置の漏れ電流腐食対策構造に関する。 The present invention relates to a cooling device that circulates a coolant. In particular, the present invention relates to a leakage current corrosion countermeasure structure of a cooling device provided in a power conversion device.
図4に示すように、電力変換装置12には半導体素子13が設けられ、半導体素子13のスイッチングに伴い半導体素子13が発熱する。特に、発熱量が多い半導体素子13では、水冷式のヒートシンク14を備える冷却装置15が採用される。
As shown in FIG. 4, the
ヒートシンク14の内部には、冷却液が流通する流路が設けられる。そして、冷却液が主配水管16とヒートシンク14の内部の間で循環され、半導体素子13等が冷却される(例えば、特許文献1、2)。冷却液は、例えば、電気抵抗率の高い純水や不凍液水が用いられる。
Inside the
ヒートシンク14は、冷却性能を考慮して銅等により形成される。ヒートシンク14には、ステンレス製の竹の子ニップル17がろう付け等で取り付けられ、竹の子ニップル17に絶縁性の配管18が接続される。つまり、ヒートシンク14の流路と主配水管16は、絶縁性の配管18と竹の子ニップル17、19を介して接続される。
The
ヒートシンク14には半導体素子13が取り付けられるため、竹の子ニップル17の先端部分に電気回路電圧(通常は、500V以上の電圧)が印加される。主配水管16は、接地されており、電位差により水路に漏れ電流が発生する。そのため、印加電圧がかかる竹の子ニップル17の先端部がイオン化して腐食する電食が発生する。腐食が進むと冷却水漏れなどの故障が発生するおそれがある。
Since the
そこで、従来の冷却装置15では、冷却水が流通する流路内に電食棒20を備え、電食棒20を疑似電極棒として腐食させて、他の部材の腐食進行を抑え、保護している。
Therefore, in the
図5に示すように、ヒートシンク14には、ステンレス製の電食棒20が設けられる。図5(c)に示すように、電食棒20は、ヒートシンク14内にOリング21を取り付けて、ねじ止めにてヒートシンク14に固定される。電食棒20は、ヒートシンク14の流路内から、絶縁性の配管18まで延在している。
As shown in FIG. 5, the
絶縁性の配管18の長さL(cm)は、回路電圧V(V)と冷却液の電気抵抗率(水比抵抗)B(Ω・cm)から式(1)により求められる。式(1)において、Aは、絶縁性の配管18の流路断面積(cm2)、Iwは、漏れ電流(A)である。
L=(V・A)/(B・Iw) …(1)
また、電食棒20の電食量G(g)は、漏れ電流Iw(A)から式(2)により求められる。式(2)において、Mは、電食棒20の電気化学当量(g/A・h)、Hは、通電時間(h)、kは、周波数係数である。電食棒20の電食量Gに基づいて、電食棒20の長さが決められる。
G=M・Iw・H・k …(2)
電食棒20は、通常定期交換部材であり、絶縁性の配管18を透明とすることで、定期点検にて、電食棒20の腐食状況が確認される。
The length L (cm) of the
L = (VA) / (B ・ Iw)… (1)
Further, the electrolytic corrosion amount G (g) of the
G = M ・ Iw ・ H ・ k… (2)
The
また、特許文献2では、電食棒を取り付けることなく電食を防止する構造が提案されている。具体的に説明すると、半導体素子のアノード側およびカソード側に電極を設け、カソード側の電極に冷却水を流通させるとともに、アノード側電極には冷却水を流通させないようにして、電食が発生しないようにしている。しかし、この構造は、平形の半導体素子には、適用可能であるが、モジュール型の半導体素子では底面にヒートシンクを取り付ける必要があるため、適用することが困難となるおそれがある。
Further,
電食棒をヒートシンクに設けた場合、電食棒の接続部分(例えば、ねじ止め構造)において、水密性の信頼性が低下するおそれがある。 When the electrolytic corrosion rod is provided on the heat sink, the reliability of watertightness may decrease at the connection portion (for example, a screwed structure) of the electrolytic corrosion rod.
また、万が一電食棒が配管の内面に当たると、配管を傷つけるおそれや、配管の傷から水漏れするおそれがある。また、配管内に電食棒を備えることで、水路圧力損失が大きくなる。 In addition, if the electrolytic corrosion rod hits the inner surface of the pipe, the pipe may be damaged or water may leak from the scratch on the pipe. Further, by providing the electrolytic corrosion rod in the pipe, the water channel pressure loss becomes large.
また、電食棒をヒートシンク内の流路と水密性を確保して取り付ける必要があるので、電食棒の取付けや交換に時間を要するおそれがある。 Further, since it is necessary to secure the watertightness with the flow path in the heat sink and attach the electrolytic corrosion rod, it may take time to attach or replace the electrolytic corrosion rod.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、電力変換装置の冷却装置の配管または継手の腐食を抑制する技術を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a technique for suppressing corrosion of a pipe or a joint of a cooling device of a power conversion device.
上記目的を達成する本発明の冷却装置の一態様は、
電力変換装置を冷却する液冷式のヒートシンクと、
前記ヒートシンクに接続される第1配管と、
前記第1配管に備えられる継手と、
前記継手に差し込んで取り付けられる第2配管と、
前記継手の前記第2配管が差し込まれる接続孔内であって、当該接続孔に差し込まれた前記第2配管の端面と対向して備えられる電食リングと、を備えたことを特徴としている。
One aspect of the cooling device of the present invention that achieves the above object is
A liquid-cooled heat sink that cools the power converter,
The first pipe connected to the heat sink and
The joint provided in the first pipe and
The second pipe that is inserted into the joint and attached,
It is characterized in that it is provided with an electrolytic corrosion ring provided in the connection hole into which the second pipe of the joint is inserted and facing the end surface of the second pipe inserted into the connection hole.
また、上記目的を達成する本発明の冷却装置の他の態様は、上記冷却装置において、
前記第1配管と前記第2配管により形成される管路に一対の止水バルブを備え、
前記継手が、前記一対の止水バルブ間に備えられた、ことを特徴としている。
In addition, another aspect of the cooling device of the present invention that achieves the above object is the above cooling device.
A pair of water stop valves are provided in the pipeline formed by the first pipe and the second pipe.
The joint is provided between the pair of water stop valves.
また、上記目的を達成する本発明の電力変換装置は、上記いずれかの冷却装置を備えている。 Further, the power conversion device of the present invention that achieves the above object includes any of the above cooling devices.
以上の発明によれば、電力変換装置の冷却装置の配管または継手の腐食を抑制することができる。 According to the above invention, it is possible to suppress corrosion of the piping or the joint of the cooling device of the power conversion device.
本発明の実施形態に係る冷却装置および電力変換装置について、図面に基づいて詳細に説明する。 The cooling device and the power conversion device according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1(a)に示すように、本発明の実施形態に係る電力変換装置1は、半導体素子2等により構成される電力変換回路3と、半導体素子2等の発熱部品を冷却する冷却装置4を備える。
As shown in FIG. 1A, the
冷却装置4は、内部に冷却液が循環される流路を有するヒートシンク5を備える。冷却液としては、例えば、電気抵抗率の高い純水や不凍液水が用いられる。
The
ヒートシンク5には、銅管6がろう付け接合され、銅管6の先端には、継手7がろう付け接合される。継手7には、絶縁性の配管8が接続される。ヒートシンク5は、銅管6、継手7、配管8を介して主配水管(図示せず)に接続される。図1(b)に示すように、ヒートシンク5には、冷却液が流入する側の流路と、冷却液が流出する側の流路にそれぞれ銅管6や継手7等が備えられる。図中の矢印は、冷却液の流れる方向を示している。
A
図1(a)に示すように、継手7は、銅管6に接合される本体7aと、本体7aに備えられた配管8を締め付けるナット7bを備える。継手7は、耐食性を考慮して、例えば、ステンレス等により形成される。
As shown in FIG. 1A, the joint 7 includes a
継手7の本体7aには、配管8が差し込まれる接続孔7cが形成される。接続孔7cの奥は、配管8の端面と対向する端部7dが形成されている。つまり、継手7は、銅管6と連通する銅管6側の流路と、銅管6側の流路と連通し、配管8が備えられる流路を備える。さらに、本体7aの接続孔7cが形成された部分の外周部には、ねじが形成されており、このねじにナット7bが取り付けられる。また、接続孔7cの内周面と配管8の外周面との間には、フェルール等のシール材9が備えられる。
A
配管8は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン製のチューブである。配管8の一端は、継手7の接続孔7cに差し込まれて備えられる。接続孔7cの内部であって、接続孔7cに差し込まれた配管8の端部には、電食リング10が備えられる。すなわち、電食リング10は、継手7の接続孔7c内であって、接続孔7cの奥の端部7dと配管8の端面の間に、配管8の端面と対向して備えられる。
The
図2に示すように、電食リング10は、ステンレス等により形成された環状の部材である。電食リング10の大きさは、電食リング10の電食量Gに応じて定められる。つまり、配管8の長さLを決めることで、式(1)から漏れ電流Iwが算出される。そして、算出された漏れ電流Iwや電食リング10の電気化学当量M等を式(2)に代入して、電食リング10の電食量Gが算出される。この電食量Gに応じて、電食リング10の大きさが定められる。このように、冷却装置4の使用期間において想定される電食リング10の電食量Gを算出して、電食リング10の大きさを定めることで、電食リング10の定期交換が不要となる。もし、電食リング10の電食が想定を超えた場合は、電食リング10の定期交換が行われる。
As shown in FIG. 2, the
継手7に配管8を接続する際、継手7の接続孔7cに電食リング10を入れて、接続孔7cに配管8を差し込む。そして、ナット7bにより継手7の本体7aと配管8をかしめて、継手7に配管8が固定される。電力変換回路3に電圧(例えば、通常は、500V以上)が印加されて漏れ電流が流れると、電食リング10が疑似電極として腐食し、継手7の先端部等の管内の腐食進行が抑えられ、保護される。なお、電食リング10と継手7を構成する材料が同じであったとしても、電位の先端部(接地されている主配水管に近い冷却液と接触している端部)に備えられた電食リング10の方が先に腐食し、継手7の先端部等の腐食進行が抑制される。
When connecting the
以上のような、本発明の実施形態に係る冷却装置4および電力変換装置1によれば、継手7内部に電食リング10を備えることで、冷却装置4の流路内(銅管6や継手7等)の腐食(電食)を抑制することができる。
According to the
また、電食リング10が腐食しても、継手7部分の水密性は確保されているので、継手7部分の水密性を損なうことなく、電食対策を施すことができる。すなわち、電食リング10を継手7の水密性に影響を与えない部分に備えることで、電食リング10が腐食しても継手7部分の水密性を確保することができる。
Further, even if the
また、継手7の接続孔7cに電食リング10を入れるだけで、簡単に電食リング10を備えることができるので、電食リング10の取付時間や継手7の組立時間を短縮することができる。また、電食リング10の交換作業も容易となる。さらに、電食リング10が環状であることで、従来のように電食棒を冷却液の流路に備えた場合と比較して、冷却液の流路の圧力損失を著しく低減することができる。
Further, since the
また、図3に示すように、継手7の前後の配管(銅管6や配管8)に止水バルブ11a、11bを備えると、継手7部分の冷却液の流れを止めることが可能となる。つまり、止水バルブ11a、11bを閉じることで、継手7が容易に着脱でき、電食リング10の交換がさらに容易となる。
Further, as shown in FIG. 3, if the
以上、具体的な実施形態を示して本発明の冷却装置および電力変換装置について説明したが、本発明の冷却装置および電力変換装置は、実施形態に限定されるものではなく、その特徴を損なわない範囲で適宜設計変更が可能であり、設計変更されたものも、本発明の技術的範囲に属する。 Although the cooling device and the power conversion device of the present invention have been described above with reference to specific embodiments, the cooling device and the power conversion device of the present invention are not limited to the embodiments and do not impair their characteristics. The design can be changed as appropriate within the range, and the changed design also belongs to the technical scope of the present invention.
例えば、実施形態の説明では、ヒートシンク5の冷却液が流出する側の銅管6に電食リング10を備えた態様について説明したが、電食リング10は、ヒートシンク5の冷却液が流入する側の銅管6に備える態様とすることもできる。
For example, in the description of the embodiment, the embodiment in which the
また、実施形態の説明では、半導体素子2を冷却するヒートシンク5を備える冷却装置4を例示しているが、本発明の冷却装置を、水冷式変圧器やリアクトルの冷却装置に適用することもできる。
Further, in the description of the embodiment, the
1…電力変換装置
2…半導体素子
3…電力変換回路
4…冷却装置
5…ヒートシンク
6…銅管(第1配管)
7…継手
7a…本体、7b…ナット、7c…接続孔、7d…端部
8…配管(第2配管)
9…シール材
10…電食リング
11a、11b…止水バルブ
1 ...
7 ... Joint 7a ... Main body, 7b ... Nut, 7c ... Connection hole, 7d ...
9 ... Sealing
Claims (2)
前記ヒートシンクに接続される第1配管と、
前記第1配管に備えられる継手と、
前記継手に差し込んで取り付けられる第2配管と、
前記継手の前記第2配管が差し込まれる接続孔内であって、当該接続孔に差し込まれた前記第2配管の端面と対向して備えられる電食リングと、を備え、
前記第1配管と前記第2配管により形成される管路に一対の止水バルブを備え、
前記継手が、前記一対の止水バルブ間に備えられた、ことを特徴とする冷却装置。 A liquid-cooled heat sink that cools the power converter,
The first pipe connected to the heat sink and
The joint provided in the first pipe and
The second pipe that is inserted into the joint and attached,
It is provided with an electrolytic corrosion ring provided in the connection hole into which the second pipe of the joint is inserted and facing the end surface of the second pipe inserted into the connection hole .
A pair of water stop valves are provided in the pipeline formed by the first pipe and the second pipe.
A cooling device characterized in that the joint is provided between the pair of water stop valves.
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