JPS59195852A - 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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- JPS59195852A JPS59195852A JP7161383A JP7161383A JPS59195852A JP S59195852 A JPS59195852 A JP S59195852A JP 7161383 A JP7161383 A JP 7161383A JP 7161383 A JP7161383 A JP 7161383A JP S59195852 A JPS59195852 A JP S59195852A
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- refrigerant
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
- H01L23/427—Cooling by change of state, e.g. use of heat pipes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (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】
この発明は冷媒の蒸発による熱伝達特性と絶縁ガスによ
る絶縁特性とが同時に得られる電気機器の冷却装置に関
する。
る絶縁特性とが同時に得られる電気機器の冷却装置に関
する。
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エリ、絶縁距離が大幅に縮少され、
！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比べて取扱いや作業性がよ＜、
シかも固体絶縁に比べて放熱特性がよい。−万１例えば
直流送電等に使用される高圧サイリスタバルブに含でれ
るサイリスタ、ダイオード等の半導体、チョッパ装置に
含１れるサイリスタ、１には抵抗器等の発熱量の多い素
子は、窄気、油、水［ｊる冷却が用いられているが、フ
ロン等の腋体の蒸発潜熱による沸騰冷却も行わ扛ている
。沸騰冷却では、冷媒の相変化にエリ、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エリ、絶縁距離が大幅に縮少され、
！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比べて取扱いや作業性がよ＜、
シかも固体絶縁に比べて放熱特性がよい。−万１例えば
直流送電等に使用される高圧サイリスタバルブに含でれ
るサイリスタ、ダイオード等の半導体、チョッパ装置に
含１れるサイリスタ、１には抵抗器等の発熱量の多い素
子は、窄気、油、水［ｊる冷却が用いられているが、フ
ロン等の腋体の蒸発潜熱による沸騰冷却も行わ扛ている
。沸騰冷却では、冷媒の相変化にエリ、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。
従迷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１目に浸けられてい
る。第１図において、１は密閉容器、２は凝縮器、３は
冷却扇、４は液相フロン（液相冷媒）、５は気１目フロ
ン（気相冷媒）。
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１目に浸けられてい
る。第１図において、１は密閉容器、２は凝縮器、３は
冷却扇、４は液相フロン（液相冷媒）、５は気１目フロ
ン（気相冷媒）。
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はサイリスクとヒートシ
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、１１及び１２は端子、１３は気相フロンが上
昇する気相ノくイブ、１４は液相フロンが下降する液相
ノくイブである。端子１１エリ、スタック９のヒートシ
ンク８とす、イ１ノスタ７を通して、端子１２に電流が
流れると、サイリスタ７の順方向降下にエリ、例えばＩ
ＫＷ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１表面にて液相エリ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（目パイ
プ１３内を上昇して凝縮器２に透し、凝縮器２は外部を
冷却扇３にエリ風冷されており、気相フロンは凝縮器２
内で液相フロンとなる。液相フロ／は重力にエリ草相）
くイブ１４内を下降し、スタック部分に戻る。このよう
に沸騰冷却を使用すると、冷却効率がよく、自然循環（
（より冷媒が循環する長所がある。
、８は銅製のヒートシンク、９はサイリスクとヒートシ
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、１１及び１２は端子、１３は気相フロンが上
昇する気相ノくイブ、１４は液相フロンが下降する液相
ノくイブである。端子１１エリ、スタック９のヒートシ
ンク８とす、イ１ノスタ７を通して、端子１２に電流が
流れると、サイリスタ７の順方向降下にエリ、例えばＩ
ＫＷ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１表面にて液相エリ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（目パイ
プ１３内を上昇して凝縮器２に透し、凝縮器２は外部を
冷却扇３にエリ風冷されており、気相フロンは凝縮器２
内で液相フロンとなる。液相フロ／は重力にエリ草相）
くイブ１４内を下降し、スタック部分に戻る。このよう
に沸騰冷却を使用すると、冷却効率がよく、自然循環（
（より冷媒が循環する長所がある。
ところが、従来の沸騰冷却力式では、気相液手目が混在
し、誘電率差による気相部への電界集中によ□す、部分
放電力）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
を示すグラフで、気相フロンの絶縁耐力は液相フロンの
絶縁耐力の１／３〜１／２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■を印加すると、公知のごとく電界
強度Ｅは医大で計算される。
し、誘電率差による気相部への電界集中によ□す、部分
放電力）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
を示すグラフで、気相フロンの絶縁耐力は液相フロンの
絶縁耐力の１／３〜１／２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■を印加すると、公知のごとく電界
強度Ｅは医大で計算される。
■
Ｅ−一 ・・・・・・ｆｉ＋第４図は厚
みｄの間に、厚みχの誘電率ε□の気相と、厚みｄ−χ
の誘電率ε２の′ｔｉ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Ｅ２
は矢式で計算される。
みｄの間に、厚みχの誘電率ε□の気相と、厚みｄ−χ
の誘電率ε２の′ｔｉ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Ｅ２
は矢式で計算される。
Ｉ
■
フロンの場合、気相誘電率ε□＝１に対して液相誘電率
ε２＝２．４１であるが、χが極めて零に近すいπ時、
気相の電界強度Ｅ１は最大となり。
ε２＝２．４１であるが、χが極めて零に近すいπ時、
気相の電界強度Ｅ１は最大となり。
その値Ｅ １ ｍａχは
従って従来の沸騰冷却力式では、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。
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。
この発明は上記の工うな従来の耐圧値の低い気相部分で
の放電といの欠点を除去するためになさｎ＊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を蒸発さ
せ、ＳＦ６ガスによって絶縁を保つもので蒸発冷却によ
る艮好な熱伝逼特性とＳＦ６ガスの高い絶縁耐力を利用
した小型の電気機器の冷却装置を提供することを目的と
している。
の放電といの欠点を除去するためになさｎ＊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を蒸発さ
せ、ＳＦ６ガスによって絶縁を保つもので蒸発冷却によ
る艮好な熱伝逼特性とＳＦ６ガスの高い絶縁耐力を利用
した小型の電気機器の冷却装置を提供することを目的と
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
図と同一部分は同一符号を以って示した第５図において
、９ａは電気回路索子７とヒートシンク８とを一体に組
み上げ次スタックで構成されているブロックであって、
密閉容器１内に絶縁碍子１０にエリ収納さｎている。１
５はポンプ。
図と同一部分は同一符号を以って示した第５図において
、９ａは電気回路索子７とヒートシンク８とを一体に組
み上げ次スタックで構成されているブロックであって、
密閉容器１内に絶縁碍子１０にエリ収納さｎている。１
５はポンプ。
１６はこのポンプ１５に接続されに液相冷媒戻り管であ
って、その一端である密閉容器１内の上部にはノズル（
冷媒噴射手段）１７が取付けられている。１８は冷却扇
１８ａを有する凝縮器、１９はガスブロア、２０は上記
凝縮器１８と密閉容器１とを連通させるガス循環配管、
２１ｄ密閉容器１円の絶縁ガス、２２は密閉容器１下部
に形成された冷媒溜り、２３はガス循環方向、２４は伶
媒戻り方向である。
って、その一端である密閉容器１内の上部にはノズル（
冷媒噴射手段）１７が取付けられている。１８は冷却扇
１８ａを有する凝縮器、１９はガスブロア、２０は上記
凝縮器１８と密閉容器１とを連通させるガス循環配管、
２１ｄ密閉容器１円の絶縁ガス、２２は密閉容器１下部
に形成された冷媒溜り、２３はガス循環方向、２４は伶
媒戻り方向である。
仄にこの発明の動作について説明する。
密閉容器１には真窄引きさ−ｎた後、一定量の冷媒が挿
入されるが、この冷媒は、密閉容器１の温度に相当する
圧力な有し、密閉容器１内で極相冷媒４と気相冷媒５と
に分離される。そして第５図に示す工うに、密閉容器１
の冷媒溜り２２に溜められた准相冷媒４はポンプ１５に
よって吸み上げらｎ、ノズル１１にエリヒートシンク８
に噴霧（このときの液相冷媒４の噴霧流量なＱＮとする
。ンされる。
入されるが、この冷媒は、密閉容器１の温度に相当する
圧力な有し、密閉容器１内で極相冷媒４と気相冷媒５と
に分離される。そして第５図に示す工うに、密閉容器１
の冷媒溜り２２に溜められた准相冷媒４はポンプ１５に
よって吸み上げらｎ、ノズル１１にエリヒートシンク８
に噴霧（このときの液相冷媒４の噴霧流量なＱＮとする
。ンされる。
一刀、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
に噴霧されり液相冷媒４はヒートシンク８の表面で蒸発
し、このとき液相冷媒４は蒸発の潜熱を奪うので、ヒー
トシンク８は良好な熱伝運特性にエリ極めて効率よく冷
媒される。気相化しｆｃ？ｆ１媒（気相冷媒５）は、絶
縁ガス２３と混合し、絶縁ガス２１工リ比重が重くなる
ので。
の熱はヒートシンク８に伝わり、ヒートシンク８の表面
に噴霧されり液相冷媒４はヒートシンク８の表面で蒸発
し、このとき液相冷媒４は蒸発の潜熱を奪うので、ヒー
トシンク８は良好な熱伝運特性にエリ極めて効率よく冷
媒される。気相化しｆｃ？ｆ１媒（気相冷媒５）は、絶
縁ガス２３と混合し、絶縁ガス２１工リ比重が重くなる
ので。
密閉容器１の下部へ流入する。したしガスブロア１９に
よって絶縁ガス２１お工び蒸発の潜熱を奪って気相化し
た冷媒（気相冷媒５）は第５図に示すようにガス循環方
間２３に循環され、凝縮器１８を通過する。ここで、再
び気相冷媒５は腋化し。
よって絶縁ガス２１お工び蒸発の潜熱を奪って気相化し
た冷媒（気相冷媒５）は第５図に示すようにガス循環方
間２３に循環され、凝縮器１８を通過する。ここで、再
び気相冷媒５は腋化し。
ガス循環配管２０を通って第５図に示すように冷媒戻り
方向２４に流下して密閉容器１の液溜り２２に戻り、他
方絶縁ガス２１は矢印に示Ｔように密閉容器１の上部へ
循環される。ここで、気相冷媒５の凝縮量をＱＬとする
と、電気機器の冷却装置の運転条件をＱＮ＝ＱＬに設足
丁れば、通常の連続時に液がれすることなく良好に冷却
される。
方向２４に流下して密閉容器１の液溜り２２に戻り、他
方絶縁ガス２１は矢印に示Ｔように密閉容器１の上部へ
循環される。ここで、気相冷媒５の凝縮量をＱＬとする
と、電気機器の冷却装置の運転条件をＱＮ＝ＱＬに設足
丁れば、通常の連続時に液がれすることなく良好に冷却
される。
このように上記電気回路素子７の冷却は、蒸発現象を用
いているため、優れた冷却効果を得ることができ、また
、この発熱する電気回路素子７とヒートシンク８を一体
に組み上げたブロック９ａと密閉容器１の間は、絶縁ガ
ス２１で満たされており、ブロック９ａと密閉容器１に
加わる電圧は。
いているため、優れた冷却効果を得ることができ、また
、この発熱する電気回路素子７とヒートシンク８を一体
に組み上げたブロック９ａと密閉容器１の間は、絶縁ガ
ス２１で満たされており、ブロック９ａと密閉容器１に
加わる電圧は。
この絶縁ガス２１の絶縁耐力にエリ採捕される。
１にブロック９ａ内は、気液の混合状態であるが。
ブロック９ａは、電気回路で電圧分担されているので、
気液の混合状態であるが、絶縁ガス２１が混在している
ために優れた絶縁耐力が保持される。
気液の混合状態であるが、絶縁ガス２１が混在している
ために優れた絶縁耐力が保持される。
なお、説明はガスブロア１９のある場合について行った
が、ガスブロア１９をなくシタ自冷循環力式であっても
刀）１わない。
が、ガスブロア１９をなくシタ自冷循環力式であっても
刀）１わない。
ＩＬ上記実施例では高電圧用電気機器の場合について説
明したが、これに限定することなく袈圧器や開閉桟器な
ど他の高電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。
明したが、これに限定することなく袈圧器や開閉桟器な
ど他の高電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。
以上のように、この発明によれば、蒸発冷却による良好
な冷却特性と絶縁ガスによる高い絶縁耐力な用いている
ので、小型で信頼性の高い電気機器の冷却装置が得ら扛
る効果がある。
な冷却特性と絶縁ガスによる高い絶縁耐力な用いている
ので、小型で信頼性の高い電気機器の冷却装置が得ら扛
る効果がある。
第１図は従来の沸騰冷却電気機器を示Ｔ構成図。
第２図はフロンの一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を説明下る説明図、第５図は
この発明の一実施例を示す構成図である。 １・・・密閉容器、８・・・ヒートシンク、１５・・・
ポンプ、１７・・・ノズル（冷媒噴射手段）、１８・・
・凝縮器、２２・・・冷媒溜り。 代理人 人 岩 増 雄 −飽オロノＴ−ｆ：ＪＫｇ／ｃｍ２ 第 ３ 図 弗 ４ 図 第 ｂ 図 ／ 手続補正書（自発） １、事件の表示 特願昭５８−７１６１３号２・発
明の名称 電気機器の冷却装置３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 代表者片山仁へ部 ４、代理人 住 所 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三
菱電機株式会社内 ５、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の（岡 ６、補正の内容 明細書第７頁第７行目の「冷媒」とあるのを「冷却」と
補正する。 以上
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を説明下る説明図、第５図は
この発明の一実施例を示す構成図である。 １・・・密閉容器、８・・・ヒートシンク、１５・・・
ポンプ、１７・・・ノズル（冷媒噴射手段）、１８・・
・凝縮器、２２・・・冷媒溜り。 代理人 人 岩 増 雄 −飽オロノＴ−ｆ：ＪＫｇ／ｃｍ２ 第 ３ 図 弗 ４ 図 第 ｂ 図 ／ 手続補正書（自発） １、事件の表示 特願昭５８−７１６１３号２・発
明の名称 電気機器の冷却装置３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 代表者片山仁へ部 ４、代理人 住 所 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三
菱電機株式会社内 ５、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の（岡 ６、補正の内容 明細書第７頁第７行目の「冷媒」とあるのを「冷却」と
補正する。 以上
Claims (1)
- 電気回路素子、ヒートシンク等を収納する密閉容器左、
この密閉容器内に収納された絶縁ガスおよび冷媒と、上
記密閉容器の上部に設けら扛上記ヒートシンクに上記冷
媒を噴射する冷媒噴射手段と、上記密閉容器の伶媒溜り
エリ上記冷媒を上記冷媒噴射手段へ送るポンプと、上記
ヒートシンクで気化した上記冷媒を腋化する凝縮器とを
備えた電気機器の冷却装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7161383A JPS59195852A (ja) | 1983-04-20 | 1983-04-20 | 電気機器の冷却装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7161383A JPS59195852A (ja) | 1983-04-20 | 1983-04-20 | 電気機器の冷却装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59195852A true JPS59195852A (ja) | 1984-11-07 |
Family
ID=13465669
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7161383A Pending JPS59195852A (ja) | 1983-04-20 | 1983-04-20 | 電気機器の冷却装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59195852A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108630403A (zh) * | 2018-07-02 | 2018-10-09 | 贵州金林电子科技有限公司 | 一种变压器散热装置 |
-
1983
- 1983-04-20 JP JP7161383A patent/JPS59195852A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108630403A (zh) * | 2018-07-02 | 2018-10-09 | 贵州金林电子科技有限公司 | 一种变压器散热装置 |
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