JPH07131979A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 安価で且つ信頼性を確保することが可能な電
力変換装置を得る。 【構成】 ストレイジタンク２５に連通し上下方向に形
成される第１の器室２９と、この第１の器室２９を封止
部材３４を介して上、下部２９ａ、２９ｂに仕切るとと
もに第１の器室２９内を上下に摺動可能に配設される摺
動部材３３と、この摺動部材３３の上部に載置され摺動
部材３３を介して第１の器室２９の下部２９ｂ内を大気
圧以上の所望の圧力で付勢する円板状錘３５とを備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体素子を複数段
積み重ねて構成したバルブを垂直方向に積重するととも
に、ストレイジタンク内に貯溜される冷却媒体をポンプ
により循環させて各バルブを冷却するようにした電力変
換装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の従来の電力変換装置は例えば特
開平１−３５５９３号公報に示されるように構成されて
いる。すなわち、図４は従来の電力変換装置の構成を示
す図、図５は図４における電力変換装置の三相ブリッジ
回路を示す図、図６は図５における三相ブリッジ回路に
さらに他の三相ブリッジ回路がカスケードに接続された
状態を示す図、図７はサイリスタバルブの構成を示す図
である。

【０００３】一般に、電力変換装置は図５に示すような
三相交流ブリッジ回路を構成している。図において、１
Ｕ、１Ｖ、１Ｗ、２Ｕ、２Ｖ、２Ｗはサイリスタバルブ
で、入力側は各交流端子Ｕ、Ｖ、Ｗを介して交流系統３
に接続され、出力側には直流端子４、５が設けられてい
る。そして、最近の高電圧化に伴って、図６に示すよう
に、図５における三相交流ブリッジ回路に、さらにサイ
リスタバルブ６Ｕ、６Ｖ、６Ｗ、７Ｕ、７Ｖ、７Ｗで構
成される他の三相交流ブリッジ回路がカスケードに接続
される。

【０００４】そして、上記各サイリスタバルブ（ここで
は１Ｕについて説明する。）は図７に示すように、複数
個の半導体素子であるサイリスタ素子８およびその付属
素子であるアノードリアクトル９、分圧用抵抗１０、コ
ンデンサ１１を収納したサイリスタモジュール１２を、
絶縁碍子１３で複数段積み重ねて構成している。なお、
これらサイリスタモジュール１２を構成する部品で、電
力損失の大きいサイリスタ素子８、アノードリアクトル
９および分圧抵抗１０は例えば水等の冷却媒体で冷却す
る必要がある。

【０００５】したがって、従来の電力変換装置は図４に
示すような冷却系統を備えている。図において、１４
ａ、１４ｂは各サイリスタモジュール１２内に配管され
絶縁物でなるサイリスタモジュール用冷却配管、１５
ａ、１５ｂはこれら各サイリスタモジュール用冷却配管
１４ａ、１４ｂに接続され絶縁物でなる主冷却配管、１
６は上方に密閉された圧縮室１７が形成され、下部に冷
却媒体１８が貯溜されたストレイジタンク、１９はこの
ストレイジタンク１６と一方の主冷却配管１５ｂとを連
結する出口配管、２０はストレイジタンク１６内の圧縮
室１７に大気圧以上の所望の圧力を付勢するコンプレッ
サ、２１、２２、２３は順次直列に接続された熱交換
器、イオン交換器およびポンプで、熱交換器２１側はス
トレイジタンク１６に、又、ポンプ２３側は入口配管２
４を介して他方の主冷却配管１５ａにそれぞれ連結され
ている。

【０００６】上記のように構成された従来の電力変換装
置において、ストレイジタンク１６内に貯溜された冷却
媒体１８は、ポンプ２３の稼動によりストレイジタンク
１６外に導出され、まず熱交換器２１で冷却された後、
イオン交換器２２によってイオンや不純物が取り除かれ
て純度が上げられ、入口配管２４を介して主冷却配管１
５ａに導入される。そして、図中矢印で示すように各サ
イリスタモジュール用冷却配管１４ａに導かれ、サイリ
スタモジュール１２内でサイリスタ素子８、アノードリ
アクトル９および分圧抵抗１０等を冷却した後、各サイ
リスタモジュール用冷却配管１４ｂから主冷却配管１５
ｂに導出され、出口配管１９を介して再びストレイジタ
ンク１６内に戻る。そして、この循環が順次繰り返され
ることにより、サイリスタモジュール１２内の各発熱素
子は冷却されて電気的に安定した運転が維持される。

【０００７】一方、上記のように冷却媒体１８の循環が
繰り返されている間、ストレイジタンク１６の上方に形
成された圧縮室１７には、コンプレッサ２０により常時
大気圧以上の圧力が付勢されているが、以下、その理由
を説明する。一般に、図４における各サイリスタバルブ
１Ｕ、２Ｕ、６Ｕ、７Ｕ１段の電圧が１２５ＫＶ級の場
合その高さは約３ｍとなり、図に示すように４段積み重
ねにした場合その高さは１２ｍとなり、さらに単器とし
て２５０ＫＶとなると、４段に積み重ねた場合その高さ
は約２０ｍ近くにもなる。

【０００８】したがって、図４に示すように１０ｍ以上
の高さまで冷却媒体１８を導いて冷却する場合、保守点
検あるいは何らかの原因でポンプ２３が停止すると、冷
却媒体１８の液面は１気圧に相当する約１０ｍの高さま
で下がってしまい、この高さ１０ｍより上に位置するサ
イリスタモジュール１２内等のサイリスタモジュール用
冷却配管１４ａ、１４ｂや、主冷却配管１５ａ、１５ｂ
内では冷却媒体１８がなくなり、当然のことながら真空
になってしまう。

【０００９】ところが、各配管１４ａ、１４ｂ、１５
ａ、１５ｂは絶縁が必要なために、絶縁物配管を使用し
ているため機械的強度が低く、上記のように内部が真空
になるとつぶれて破壊したり、サイリスタモジュール１
２内で絶縁破壊を起こしたりして信頼性の低下を生じる
ため、コンプレッサ２０により常時大気圧以上の所望の
圧力を付勢して、たとえポンプ２３が停止しても冷却媒
体１８の低下が起こらないように配慮されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の電力変換装置は
以上のように、ポンプが停止するようなことがあっても
各配管１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂ内が真空になっ
て破壊したり絶縁破壊を起こさないように、コンプレッ
サ２０によりストレイジタンク１６の圧縮室１７内を常
時大気圧以上に保って、冷却媒体１８を上方に押し上げ
るように成されているので、動力源を要するコンプレッ
サ２０が必要となり、装置の冷却系が高価になるという
問題点があった。

【００１１】この発明は上記のような問題点を解消する
ために成されたもので、コンプレッサを用いなくとも信
頼性の低下を防止することが可能な電力変換装置を提供
することを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る電力変換装置は、冷却媒体が貯溜されるストレイジタ
ンクに連通し上下方向に形成される器室と、この器室を
封止部材を介して上、下部に仕切るとともに器室内を上
下に摺動可能に配設され且つ器室の下部内を大気圧以上
の所望の圧力で付勢する重さを有する圧力付勢部材とを
備えたものである。

【００１３】又、この発明の請求項２に係る電力変換装
置は、圧力付勢部材の位置の変動を検知する位置センサ
を備えたものである。

【００１４】又、この発明の請求項３に係る電力変換装
置は、冷却媒体が貯溜されるストレイジタンクに連通し
て形成される器室と、この器室を封止部材を介して仕切
るとともに器室内を摺動可能に配設される摺動部材と、
この摺動部材をストレイジタンク側に押圧し器室のスト
レイジタンクと連通する側を大気圧以上の所望の圧力で
付勢するバネ部材とを備えたものである。

【００１５】又、この発明の請求項４に係る電力変換装
置は、摺動部材の位置の変動を検知する位置センサを備
えたものである。

【００１６】

【作用】この発明の請求項１における電力変換装置の圧
力付勢部材は、器室の下部内を大気圧以上の所望の圧力
で付勢して冷却媒体を冷却配管の上方まで押し上げる。

【００１７】又、この発明の請求項２における電力変換
装置の位置センサは、圧力付勢部材の位置の変動を検知
して各配管の漏れの発生を検出する。

【００１８】又、この発明の請求項３における電力変換
装置のバネ部材は、摺動部材をストレイジタンク側に押
圧して、器室のストレイジタンクと連通する側を大気圧
以上の所望の圧力で付勢して冷却媒体を冷却配管の上方
まで押し上げる。

【００１９】又、この発明の請求項４における電力変換
装置の位置センサは、摺動部材の位置の変動を検知して
各配管の漏れの発生を検出する。

【００２０】

【実施例】実施例１．以下、この発明の実施例を図につ
いて説明する。図１はこの発明の実施例１における電力
変換装置の構成を示す図である。図２は図１における圧
力付勢手段の構成を示す断面図である。図において、図
４に示す従来装置と同様な部分は同一符号を付して説明
を省略する。２５は出口配管１９および熱交換器２１に
連結されたストレイジタンクで、冷却媒体１８が貯溜さ
れている。なお、圧力付勢手段２６は必ずしも垂直に配
設する必要はなく、円板状錘３５の重さにより摺動部材
３３が第１の器室２９内を摺動可能な範囲で傾斜させて
も良い。

【００２１】２６はストレイジタンク２５の上部に連結
され、垂直に配設される圧力付勢手段であり図２に示す
ように構成されている。すなわち、２７はストレイジタ
ンク２５の上部に連結される第１の筐体で、上方に摺動
軸受２８を保持するボス部２７ａが配設され、このボス
部２７ａの下方に第１の器室２９が形成されている。３
０は第１の筐体２７の上部を蓋うように連結される第２
の筐体で、第１の筐体２７とともに第２の器室３１を形
成している。

【００２２】３２はボス部２７ａで保持された摺動軸受
２８内を上下に摺動可能に配設される摺動軸、３３はこ
の摺動軸３２の下端に取り付けられた摺動部材で、外周
部に装着された例えば０リング等の封止部材３４を介し
て第１の器室２９を上部２９ａおよび下部２９ｂに仕切
るとともに、第１の器室２９内を上下に摺動可能に配設
されている。３５は摺動軸３２の上端に重ねて取り付け
られた、圧力付勢部材としての複数の円板状錘、３６は
第２の器室３１内で円板状錘３５と対応する位置に設置
され、円板状錘３５の位置の変動を検出する位置検出セ
ンサである。

【００２３】上記のように構成された実施例１において
も、従来装置の場合と同様にストレイジタンク２５内に
貯溜された冷却媒体１８は、ポンプ２３の稼動によりス
トレイジタンク２５外に導出され、まず熱交換器２１で
冷却された後、イオン交換器２２によってイオンや不純
物が取り除かれて純度が上げられ、入口配管２４を介し
て主冷却配管１５ａに導入される。そして、図中矢印で
示すように各サイリスタモジュール用冷却配管１４ａに
導かれ、サイリスタモジュール１２内でサイリスタ素子
８、アノードリアクトル９および分圧抵抗１０等を冷却
した後、各サイリスタモジュール用冷却配管１４ｂから
主冷却配管１５ｂに導出され、出口配管１９を介して再
びストレイジタンク２５内に戻る。そして、この循環が
順次繰り返されることにより、サイリスタモジュール１
２内の各発熱素子は冷却されて電気的に安定した運転が
維持される。

【００２４】一方、圧力付勢手段２６においては、円板
状錘３５によって常に第１の器室２９の下部２９ｂは大
気圧以上の圧力で付勢されており、この付勢力によって
ストレイジタンク２５内の冷却媒体１８にも圧力が常時
かけられ、たとえポンプ２３が停止しても水位の低下が
起こらないようになっている。又、各配管１４ａ、１４
ｂ、１５ａ、１５ｂ内の圧力変動によって生じる円板状
錘３５の位置の変動は、第２の器室３１内に設置された
位置検出センサ３６によって常に検知されている。

【００２５】上記のように構成された実施例１によれ
ば、円板状錘３５によってストレイジタンク２５内の冷
却媒体１８を圧力で付勢するようにしているので、従来
装置のような動力源を必要とするコンプレッサを省略す
ることができ、安価で且つ信頼性を確保することが可能
な電力変換装置を提供することができ、又、位置検出セ
ンサ３６で円板状錘３５の位置の変動を検知するように
しているので、異常な位置の変動を検知することにより
各配管１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂの漏れの発生を
検出することもできる。

【００２６】実施例２．尚、上記実施例１では、円板状
錘３５の重量によって第１の器室２９の下部２９ｂを大
気圧以上の圧力で付勢するようにしているが、摺動部材
３３を大型化するか、又は比重の大きな材質のものを用
いて、摺動部材３３自身の重量で第１の器室２９の下部
２９ｂを大気圧以上の圧力で付勢するようにしても良
く、上記実施例１と同様の効果を得ることは勿論のこ
と、構造的に簡素化されるという効果を発揮できる。

【００２７】実施例３．図３はこの発明の実施例３にお
ける電力変換装置の圧力付勢手段の構成を示す断面図で
ある。図において、図２に示す実施例１におけるものと
同様な部分は同一符号を付して説明を省略する。３７は
第１の筐体２７の上部を蓋うように連結される第２の筐
体で、第１の筐体２７とともに第２の器室３８を形成し
ている。３９は第１の筐体２７のボス部２７ａで保持さ
れた摺動軸受２８内を上下に摺動可能に配設される摺動
軸で、下端には実施例１の場合と同様に摺動部材３３が
取り付けられている。４０は摺動軸３９の上端にナット
締めによって固着されたバネ受け具、４１はこのバネ受
け具４０の上に装着された圧縮コイルバネ、４２は第２
の筐体３７の上部を螺合により貫通する圧力調整ネジ
で、先端に固着されたバネ押さえ具４３を介して圧縮コ
イルバネ４１を押圧して圧縮する。

【００２８】上記のように構成された圧力付勢手段４４
においても、圧力調整ネジ４２の押し出し量調整によ
り、圧縮コイルバネ４１の圧縮力を所望の値に設定し、
この圧縮力で第１の器室２９の下部２９ｂを大気圧以上
の圧力で付勢することにより、ストレイジタンク２５内
の冷却媒体１８に常時圧力をかけ、たとえポンプ２３が
停止しても水位の低下が起こらないようにしているの
で、上記各実施例と同様にコンプレッサを省略すること
ができ、安価で且つ信頼性を確保することが可能である
ことは勿論のこと、圧力調整ネジ４２の押し出し量調整
により付勢力を変化できるので、容量の増大によりサイ
リスタモジュール１２の積み重ね段数が増加して装置が
高くなっても容易に対応が可能な電力変換装置を提供す
ることができる。

【００２９】

【発明の効果】以上のように、この発明の請求項１によ
れば、ストレイジタンクに連通し上下方向に形成される
器室と、この器室を封止部材を介して上下部に仕切ると
ともに、器室内を上下に摺動可能に配設され且つ器室の
下部内を大気圧以上の所望の圧力で付勢する重さを有す
る圧力付勢部材とを備えたので、安価で且つ信頼性を確
保することが可能な電力変換装置を提供することができ
る。

【００３０】又、この発明の請求項２によれば、圧力付
勢部材の位置の変動を検知する位置センサを備えたの
で、安価で且つ信頼性を確保することが可能であること
は勿論のこと、配管の漏れを検出することも可能な電力
変換装置を提供することができる。

【００３１】又、この発明の請求項３によれば、ストレ
イジタンクに連通して形成される器室と、この器室を封
止部材を介して仕切るとともに器室内を摺動可能に配設
される摺動部材と、この摺動部材をストレイジタンク側
に押圧して、器室のストレイジタンクと連通する側を大
気圧以上の所望の圧力で付勢するバネ部材とを備えたの
で、安価に且つ信頼性を確保することが可能であるとと
もに、装置の高さの変化に容易に対応することが可能な
電力変換装置を提供することができる。

【００３２】又、この発明の請求項４によれば、摺動部
材の位置の変動を検知する位置センサを備えたので、安
価で且つ信頼性を確保することが可能であることは勿論
のこと、配管の漏れを検出することも可能な電力変換装
置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１における電力変換装置の構
成を示す図である。

【図２】図１における圧力付勢手段の構成を示す断面図
である。

【図３】この発明の実施例３における電力変換装置の圧
力付勢手段の構成を示す断面図である。

【図４】従来の電力変換装置の構成を示す図である。

【図５】図４における電力変換装置の三相ブリッジ回路
を示す図である。

【図６】図５における三相ブリッジ回路にさらに他の三
相ブリッジ回路がカスケードに接続された状態を示す図
である。

【図７】サイリスタバルブの構成を示す図である。

【符号の説明】

1U、1V、1W、2U、2V、2W、6U、6V、6W、7U、7V、7W サイリスタバ
ルブ ８ サイリスタ素子 １２ サイリスタモジュール １４ａ、１４ｂ サイリスタモジュール用冷却配管 １５ａ、１５ｂ 主冷却配管 ２５ ストレイジタンク １８ 冷却媒体 ２０ コンプレッサ ２３ ポンプ ２６、４４ 圧力付勢手段 ２９ 第１の器室（器室） ２９ａ 上部 ２９ｂ 下部 ３３ 摺動部材 ３４ 封止部材 ３５ 円板状錘 ３６ 位置検出センサ ４１ 圧縮コイルバネ（バネ部材）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体素子を複数段積み重ねて構成した
   バルブを垂直方向に積重するとともに、ストレイジタン
   ク内に貯溜される冷却媒体をポンプにより循環させて上
   記バルブを冷却するようにした電力変換装置において、
   上記ストレイジタンクに連通し上下方向に形成される器
   室と、この器室を封止部材を介して上、下部に仕切ると
   ともに上記器室内を上下に摺動可能に配設され且つ上記
   器室の下部内を大気圧以上の所望の圧力で付勢する重さ
   を有する圧力付勢部材とを備えたことを特徴とする電力
   変換装置。
2. 【請求項２】 圧力付勢部材の位置の変動を検知する位
   置センサを備えたことを特徴とする請求項１記載の電力
   変換装置。
3. 【請求項３】 半導体素子を複数段積み重ねて構成した
   バルブを垂直方向に積重するとともに、ストレイジタン
   ク内に貯溜される冷却媒体をポンプにより循環させて上
   記バルブを冷却するようにした電力変換装置において、
   上記ストレイジタンクに連通して形成される器室と、こ
   の器室を封止部材を介して仕切るとともに上記器室内を
   摺動可能に配設される摺動部材と、この摺動部材を上記
   ストレイジタンク側に押圧し上記器室の上記ストレイジ
   タンクと連通する側を大気圧以上の所望の圧力で付勢す
   るバネ部材とを備えたことを特徴とする電力変換装置。
4. 【請求項４】 摺動部材の位置の変動を検知する位置セ
   ンサを備えたことを特徴とする請求項３記載の電力変換
   装置。