WO2019167232A1

WO2019167232A1 - 冷却装置および冷却水の処理方法

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Publication number: WO2019167232A1
Application number: PCT/JP2018/007811
Authority: WO
Inventors: 祐輔石丸
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2018-03-01
Filing date: 2018-03-01
Publication date: 2019-09-06
Anticipated expiration: 2020-09-01
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Abstract

実施形態の冷却装置は、主配管と、分岐配管と、イオン除去部と、流量調整部と、制御部とを備える。前記主配管は、電気装置が有する金属部材の内部と、前記冷却水を冷却する熱交換器との間で前記冷却水を循環させる。前記流量調整部は、前記主配管から前記金属部材の内部に流入する前記冷却水の流量を調整可能である。前記制御部は、定常運転時に前記冷却水が前記金属部材の内部を定格流量以上で流れるように前記流量調整部の設定を切り替え、前記冷却水の導電率に関する値が所定の条件を満たさない場合に、前記冷却水が前記金属部材の内部を前記定格流量時の流速である第１流速よりも遅い第２流速で流れる流量になるように前記流量調整部の設定を切り替える。

Description

冷却装置および冷却水の処理方法

　本発明の実施形態は、冷却装置および冷却水の処理方法に関する。

　電気装置を冷却する冷却装置の一つとして、電気装置が有する金属部材の内部と、冷却水を冷却する熱交換器との間で冷却水を循環させる冷却装置が知られている。このような冷却装置に用いられる冷却水は、例えば電気装置での短絡を防止するため、導電率が所定値以下の冷却水（以下、「所定の冷却水」と称する）が用いられる。

　ところで、水道水のような冷却水の導電率を下げることで上記所定の冷却水を得ようとする場合、導電率を下げるために一定以上の時間がかかる場合があった。

日本国特開２０１３－５９１５０号公報

　本発明が解決しようとする課題は、冷却水の導電率を効率的に低下させることができる冷却装置および冷却水の処理方法を提供することである。

　実施形態の冷却装置は、冷却水を用いて電気装置を冷却する冷却装置であって、主配管と、分岐配管と、イオン除去部と、流量調整部と、制御部とを備える。前記主配管は、前記電気装置が有する金属部材の内部と、前記冷却水を冷却する熱交換器との間で前記冷却水を循環させる。前記分岐配管は、前記主配管から分岐し、前記主配管を流れる前記冷却水の一部を前記金属部材の内部を通さずに前記主配管に戻す。前記イオン除去部は、前記分岐配管に設けられている。前記流量調整部は、前記主配管、前記分岐配管、または前記主配管から分岐した別の分岐配管に設けられ、前記主配管から前記金属部材の内部に流入する前記冷却水の流量を調整可能である。前記制御部は、定常運転時に前記冷却水が前記金属部材の内部を定格流量以上で流れるように前記流量調整部の設定を切り替え、前記冷却水の導電率に関する値が所定の条件を満たさない場合に、前記冷却水が前記金属部材の内部を前記定格流量時の流速である第１流速よりも遅い第２流速で流れる流量になるように前記流量調整部の設定を切り替える。

第１の実施形態のドライブシステムの一例を示す図。第１の実施形態の制御装置の機能構成を示すブロック図。第１の実施形態の処理の流れの一例を示すフローチャート。第１の実施形態の冷却装置を用いた実験結果の一例を示す図。第２の実施形態のドライブシステムの一例を示す図。第３の実施形態のドライブシステムの一例を示す図。第４の実施形態のドライブシステムの一例を示す図。

　以下、実施形態の冷却装置および冷却水の処理方法を、図面を参照して説明する。なお以下の説明では、略同じまたは類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。そして、それら構成の重複する説明は省略する場合がある。なお、図面において各種のバルブは、説明の便宜上、全て仕切弁の記号を用いて図示している。言い換えると、図面において仕切弁の記号で図示されているバルブは、仕切弁に限らず、ニードル弁またはボール弁のような他の種類のバルブでもよい。また、説明の便宜上、以下に説明する技術事項と関係が薄いバルブの図示は省略している。

　（第１の実施形態）
　図１から図４を参照し、第１の実施形態の冷却装置６について説明する。図１は、冷却装置６を含むドライブシステム１（電動機制御システム）の一例を示す図である。ドライブシステム１は、例えば、電力変換装置５と、冷却装置６とを含む。電力変換装置５は、「電気装置」の一例である。

　電力変換装置５は、電力変換回路１１と、ヒートシンク１２とを含む。電力変換回路１１は、例えば、複数のスイッチング素子およびダイオードを有し、交流電力と直流電力との間で電力を変換する。電力変換回路１１は、変換した電力を不図示の負荷（例えば電動機）に供給する。電力変換回路１１は、例えばスイッチング素子がスイッチングするたびに発熱する。電力変換回路１１は、「発熱部品」の一例である。

　ヒートシンク１２は、電力変換回路１１を構成する１つ以上のモジュールが取り付けられ、電力変換回路１１から熱を受け取る。ヒートシンク１２の内部には、冷却水が流れる流路１２ａが設けられている。ヒートシンク１２は、金属で形成されており、「金属部材」の一例である。ヒートシンク１２は、例えば、銅よりもイオン化傾向が大きい金属またはその金属の合金で形成されている。本実施形態では、ヒートシンク１２は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されている。ただし、ヒートシンク１２の材質は、上記例には限定されない。

　なお、上述したドライブシステム１は、冷却装置６が利用される装置またはシステムのあくまで一例である。冷却装置６は、上記例に限定されず、冷却が必要な種々の装置やシステムに幅広く利用可能である。

　次に、冷却装置６について詳しく説明する。冷却装置６は、例えば、主配管２１、ポンプ２２Ａ，２２Ｂ、タンク２３、タンク用配管２４、熱交換器２５、熱交換器冷却用配管２６、分岐配管２７、イオン除去部２８、第１流量計３１、第２流量計３２、導電率計３３、温度計３４、流量調整バルブ３５、および制御装置３６を有する。

　主配管２１は、電力変換装置５のヒートシンク１２と、熱交換器２５とを繋ぐように設けられ、ヒートシンク１２の内部と熱交換器２５との間で冷却水を循環させる。詳しく述べると、主配管２１は、第１配管部２１Ａと、第２配管部２１Ｂとを有する。第１配管部２１Ａは、ヒートシンク１２と熱交換器２５との間に延びており、ヒートシンク１２の内部を通ることで暖められた冷却水を熱交換器２５に導く。第１配管部２１Ａは、例えば、第１配管部２１Ａの途中で２つに分岐して再び合流する第１部分２１Ａａと第２部分２１Ａｂとを有する。ただし、第１配管部２１Ａは、このような分岐部を有しなくてもよい。第２配管部２１Ｂは、第１配管部２１Ａとは別の位置で熱交換器２５とヒートシンク１２との間に延びており、熱交換器２５を通ることで冷却された冷却水をヒートシンク１２に導く。主配管２１および後述する分岐配管２７は、例えばステンレス鋼で形成されている。

　２つのポンプ２２Ａ，２２Ｂは、第１配管部２１Ａに設けられている。例えば、一方のポンプ２２Ａは、第１配管部２１Ａの第１部分２１Ａａに設けられている。他方のポンプ２２Ｂは、第１配管部２１Ａの第２部分２１Ａｂに設けられている。ポンプ２２Ａ，２２Ｂが駆動されることで、冷却水が主配管２１を通ってヒートシンク１２の内部と熱交換器２５との間で循環する。その結果、ヒートシンク１２の冷却が促進される。２つのポンプ２２Ａ，２２Ｂは、例えば冗長化のため設けられている。このため、２つのポンプ２２Ａ，２２Ｂのうちいずれか一方は、省略されてもよい。

　タンク２３は、タンク用配管２４を介して第１配管部２１Ａに接続されている。以下では、第１配管部２１Ａにおいて、第１配管部２１Ａとタンク用配管２４とが接続された部分を「接続部ｃ１」と称する。タンク２３には、導電率が所定値以下に下げられる前の冷却水（例えば水道水）が供給される。タンク用配管２４の途中には、バルブ４１が設けられている。バルブ４１が開かれることで、タンク２３内の冷却水が第１配管部２１Ａに供給される。

　主配管２１には、２つのバルブ４２，４３が設けられている。一方のバルブ４２は、第１配管部２１Ａにおいて、上記接続部ｃ１と、ヒートシンク１２との間に設けられている。また別の観点で見ると、バルブ４２は、第１配管部２１Ａにおいて、第１配管部２１Ａに分岐配管２７が合流した部分（後述する合流部ｃ３）と、ヒートシンク１２との間に設けられている。他方のバルブ４３は、第２配管部２１Ｂにおいて、第２配管部２１Ｂから分岐配管２７が分岐した部分（後述する分岐部ｃ２）と、ヒートシンク１２との間に設けられている。バルブ４２，４３が開かれることで、冷却水が主配管２１を循環可能になる。

　熱交換器２５は、ヒートシンク１２から主配管２１を通って熱交換器２５の内部に流入する冷却水を冷却する。例えば、熱交換器２５には、熱交換器冷却用配管２６が接続されている。熱交換器２５は、熱交換器冷却用配管２６を介して外部から二次的な冷却水が供給されることで、主配管２１を循環する冷却水を冷却する。これに代えて、熱交換器２５は、ファンによって強制空冷されることで、主配管２１を循環する冷却水を冷却してもよい。

　分岐配管２７は、第２配管部２１Ｂの途中から分岐している。以下では、第２配管部２１Ｂにおいて、第２配管部２１Ｂから分岐配管２７が分岐した部分を「分岐部ｃ２」と称する。また、分岐配管２７は、第１配管部２１Ａの途中に合流している。以下では、第１配管部２１Ａにおいて、第１配管部２１Ａに分岐配管２７が合流した部分を「合流部ｃ３」と称する。分岐配管２７の途中には、後述するイオン除去部２８が設けられている。分岐配管２７は、第２配管部２１Ｂを流れる冷却水の一部を、イオン除去部２８を通すとともに、ヒートシンク１２の内部を通さずに第１配管部２１Ａに戻す。

　イオン除去部２８は、分岐配管２７を流れる冷却水に含まれるイオンの少なくとも一部を除去する。例えば、イオン除去部２８は、イオン交換樹脂２８ａを有する。イオン交換樹脂２８ａは、冷却水に含まれるイオン（例えば、ヒートシンク１２を形成する金属材料から溶け出した金属イオン）を取り込み、代わりに自身が持つイオン（Ｈ^＋やＯＨ^－）を放出することで、イオン交換を行う。イオン交換樹脂２８ａから放出されたＨ^＋およびＯＨ^－は、互いに反応して水を形成する。これにより、冷却水に含まれるイオンが除去される。イオン除去部２８は、冷却水に含まれるイオンを除去することで、冷却水の導電率を低下させる。イオン除去部２８を通過することで導電率が低下した冷却水は、第１配管部２１Ａに戻され、ヒートシンク１２を通過した冷却水と合流する。

　ここで、冷却装置６の定常運転時では、冷却水がヒートシンク１２の内部を通過する過程で、ヒートシンク１２を形成する金属材料から冷却水に金属イオンが溶け出す。そのため、冷却装置６は、定常運転時において後述する流量調整バルブ３５の開度を調整することで、主配管２１を流れる冷却水の一部を、分岐配管２７を介してイオン除去部２８に導く。これにより、冷却水に含まれるイオンが取り除かれ、冷却水の導電率が閾値以下に保たれる。

　次に、第１流量計３１および第２流量計３２について説明する。第１流量計３１は、第２配管部２１Ｂに設けられている。例えば、第１流量計３１は、第２配管部２１Ｂにおいて、分岐部ｃ２と熱交換器２５との間に設けられている。第１流量計３１は、分岐部ｃ２の上流側において第２配管部２１Ｂを流れる冷却水の流量を測定する。これにより、第１流量計３１は、第２配管部２１Ｂからヒートシンク１２の内部に流入する冷却水と、第２配管部２１Ｂから分岐配管２７に流入する冷却水との合計の流量を測定する。なお、第１流量計３１は、第２配管部２１Ｂにおいて、分岐部ｃ２とヒートシンク１２との間に設けられてもよい。この場合、第２配管部２１Ｂは、第２配管部２１Ｂを流れる冷却水のなかで、分岐配管２７に流入せずに第２配管部２１Ｂからヒートシンク１２の内部に流入する冷却水の流量を測定する。また、第１流量計３１は、第２配管部２１Ｂに代えて、第１配管部２１Ａに設けられてもよい。第１流量計３１の測定結果は、制御装置３６に出力される。

　第２流量計３２は、分岐配管２７に設けられている。第２流量計３２は、分岐配管２７を流れる冷却水の流量を測定する。なお、第２流量計３２は、分岐配管２７において、分岐部ｃ２とイオン除去部２８との間に設けられてもよく、イオン除去部２８と合流部ｃ３との間に設けられてもよい。第２流量計３２の測定結果は、制御装置３６に出力される。

　導電率計３３は、例えば分岐配管２７に設けられ、分岐配管２７を流れる冷却水の導電率を測定する。例えば、導電率計３３は、分岐配管２７において、分岐部ｃ２とイオン除去部２８との間に設けられ、イオン除去部２８に流入する前の冷却水の導電率を測定する。なお、導電率計３３は、分岐配管２７に代えて、主配管２１に設けられてもよい。導電率計３３の測定結果は、制御装置３６に出力される。ここで、「冷却水の導電率」は、「冷却水の導電率に関する値」の一例である。ただし、「冷却水の導電率に関する値」は、導電率に限らず、例えば、冷却水の電気抵抗率でもよく、導電率または電気抵抗率の単位時間当たりの変化率でもよく、導電率または電気抵抗率の単位時間当たりの変化量でもよい。言い換えると、冷却装置６は、導電率計３３に代えて、冷却水の電気抵抗率を測定する測定部が設けられてもよい。

　温度計３４は、導電率計３３の近くに配置され、導電率計３３が導電率を測定する冷却水の温度を測定する。本実施形態では、説明の便宜上、温度計３４が導電率計３３の外部に設けられた例を示すが、温度計３４は、導電率計３３の内部に設けられてもよい。温度計３４の測定結果は、制御装置３６に出力される。温度計３４により測定された温度は、導電率計３３で測定された導電率の温度補正に用いられる。

　流量調整バルブ３５は、例えば、主配管２１に設けられている。本実施形態では、流量調整バルブ３５は、第１配管部２１Ａにおいて、合流部ｃ３とヒートシンク１２との間に設けられている。なお、流量調整バルブ３５の設置位置は、上記例に限定されない。流量調整バルブ３５は、例えば、第２配管部２１Ｂにおいて、分岐部ｃ２とヒートシンク１２との間に設けられてもよく、分岐配管２７に設けられてもよい。なお、流量調整バルブ３５が分岐配管２７に設けられた例は、第２の実施形態として詳しく後述する。

　流量調整バルブ３５は、例えば電磁バルブである。流量調整バルブ３５は、当該流量調整バルブ３５の内部に設けられた弁体と、弁体の位置または角度を変更するアクチュエータ（例えばモータまたはソレノイド）とを有する。流量調整バルブ３５は、制御装置３６からの制御指令に基づき、アクチュエータを動作させ、弁体の位置または角度を変更する。流量調整バルブ３５は、弁体の位置または角度を変更することで、流量調整バルブ３５の開度を変更可能である。流量調整バルブ３５は、流量調整バルブ３５の開度を変更することで、主配管２１からヒートシンク１２の内部に流入する冷却水の流量を調整可能である。

　例えば、流量調整バルブ３５は、流量調整バルブ３５の開度を小さくすることで、主配管２１からヒートシンク１２の内部に流入する冷却水の流量を減少させる。この場合、第２配管部２１Ｂから分岐配管２７に流入する冷却水の流量が増加する。一方で、流量調整バルブ３５は、流量調整バルブ３５の開度を大きくすることで、主配管２１からヒートシンク１２の内部に流入する冷却水の流量を増加させる。この場合、第２配管部２１Ｂから分岐配管２７に流入する冷却水の流量が減少する。ここで、ヒートシンク１２の内部の流路１２ａの断面積（流れ方向とは直交する方向に沿う断面積）は、時間に関係なく常に一定である。このため、主配管２１からヒートシンク１２の内部に流入する冷却水の流量が増加すると、ヒートシンク１２の内部を流れる冷却水の流速が増加する。一方で、主配管２１からヒートシンク１２の内部に流入する冷却水の流量が減少すると、ヒートシンク１２の内部を流れる冷却水の流速が低下する。流量調整バルブ３５は、「流量調整部」の一例である。

　制御装置３６は、第１流量計３１、第２流量計３２、導電率計３３、および温度計３４の測定結果に基づき、冷却装置６を制御する。本実施形態では、制御装置３６は、少なくとも導電率計３３および温度計３４の測定結果に基づいて流量調整バルブ３５を制御することで、冷却水の導電率を効率的に低下させる所定の動作を冷却装置６において実現する。以下、この内容について詳しく説明する。

　図２は、制御装置３６の機能構成を示すブロック図である。制御装置３６は、制御部５１と、記憶部５２とを有する。制御部５１は、例えば、導電率補正部５１１、導電率判定部５１２、流量制御部５１３、および情報出力部５１４を有する。

　導電率補正部５１１、導電率判定部５１２、流量制御部５１３、および情報出力部５１４のうち少なくとも一部は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のようなハードウェアプロセッサが記憶部５２に格納されたコンピュータプログラム（ソフトウェア）を実行することにより実現される。また、これらの機能部のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、またはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などのハードウェア（回路部；circuitryを含む）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。

　記憶部５２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、フラッシュメモリ、またはこれらのうち複数が組み合わされたハイブリッド型記憶装置などにより実現される。記憶部５２には、導電率の温度補正に関する計算式および係数、各種の閾値、冷却装置６の定常運転時および準備運転時の各々においてヒートシンク１２の内部を流れる冷却水の目標流量値（または、流量調整バルブ３５の目標開度）などを示す情報が記憶されている。

　次に、制御部５１の各機能部について詳しく説明する。導電率補正部５１１は、導電率計３３の測定結果を、導電率計３３から受け取る。導電率補正部５１１は、温度計３４の測定結果を、温度計３４から受け取る。ここで、導電率は、温度によって変化する。そのため、導電率補正部５１１は、温度計３４により測定された冷却水の温度に基づき、導電率計３３により検出された導電率の温度補正を行う。例えば、導電率補正部５１１は、下記の式（１）のような温度補正式に基づいて導電率の温度補正を行う。導電率補正部５１１は、温度補正により補正された導電率の値を、導電率判定部５１２に出力する。

　Ｋ_２５＝Ｋ_ｔ／［１＋α（ｔ－２５）］…　　　（１）
　ここで、Ｋ_２５は２５℃における導電率、Ｋ_ｔはｔ℃における導電率、αは温度係数（例えば、２．０％／℃）である。

　導電率判定部５１２は、導電率補正部５１１により温度補正された導電率（以下、単に「導電率」と称する場合がある）に基づき、導電率が所定の条件を満たすか否かを判定する。「所定の条件」とは、例えば、冷却装置６の定常運転時（電力変換装置５の定常運転時）に、ヒートシンク１２の内部に冷却水を流すことができるレベルまで冷却水の導電率が低いこと示す条件である。例えば、導電率判定部５１２は、導電率計３３によって測定されて温度補正された導電率について、単位時間当たりの変化率を算出する。そして、導電率判定部５１２は、導電率の単位時間当たりの変化率と、記憶部５２に予め記憶された閾値とを比較し、導電率の単位時間当たりの変化率が閾値以下（例えば１％以下）の場合に、導電率に関する値が所定の条件を満たすと判定する。導電率判定部５１２は、導電率に関する判定結果を、流量制御部５１３、および情報出力部５１４に出力する。

　なお、「導電率に関する値が所定の条件を満たす」とは、導電率の単位時間当たりの変化率が閾値以下に低下することに限定されない。「導電率に関する値が所定の条件を満たす」とは、冷却水の導電率が閾値以下に低下すること、冷却水の電気抵抗率が閾値以上に上昇すること、冷却水の電気抵抗率の単位時間当たりの変化率が閾値以下に低下すること、または、冷却水の導電率もしくは電気抵抗率の単位時間当たりの変化量が閾値以下に低下することなどでもよい。

　流量制御部５１３は、導電率判定部５１２の判定結果に基づき、流量調整バルブ３５を制御する。例えば、流量制御部５１３は、冷却装置６の定常運転時に、冷却水がヒートシンク１２の内部を定格流量（第１流量）以上で流れるように流量調整バルブ３５の設定を切り替える。「冷却水が定格流量以上で流れるように設定する」とは、冷却水が定格流量で流れるように設定される場合も含む。例えば、冷却水の定格流量が１００Ｌ／ｍｉｎの場合、「冷却水が定格流量以上で流れるように設定する」とは、冷却水が１００Ｌ／ｍｉｎの流量で流れるように設定される場合と、冷却水が１１０Ｌ／ｍｉｎの流量で流れるように設定される場合とのいずれの場合も含む。一方で、流量制御部５１３は、冷却水の導電率に関する値が前記所定の条件を満たさない場合に、冷却水がヒートシンク１２の内部を前記定格流量時の流速である第１流速よりも遅い第２流速で流れる流量（第２流量）になるように流量調整バルブ３５の設定を切り替える。

　ここで、「流速」とは、ヒートシンク１２の流路１２ａの内表面（冷却水との接触面）での流速を意味する。また一般的に、冷却水の流速と流量との間には相関関係がある。すなわち、電力変換装置５に流れる流量とヒートシンク１２の流路１２ａの内表面（冷却水との接触面）での流速との間には相関関係がある。このため、冷却水の流速の制御は、冷却水の流量を制御する（例えば流量の設定を切り替える）ことで行うことができる。なお以下の説明では、冷却水の流量を制御することで結果的に冷却水の流速が変更されることを、「冷却水の流速を制御する」と述べる場合がある。

　「第１流速」は、電力変換装置５に冷却水を定格流量（第１流量）供給した場合におけるヒートシンク１２の流路１２ａの内表面（冷却水との接触面）での冷却水の流速である。「定格流量（第１流量）」とは、電力変換装置５が定格運転をする場合に電力変換装置５を冷却するために必要な冷却水の流量に対し所定のマージンをもって設定される流量である。一方で、「第２流速」は、電力変換装置５に流れる冷却水の流量が第１流量よりも少ない第２流量の場合におけるヒートシンク１２の流路１２ａの内表面（冷却水との接触面）での冷却水の流速である。

　例えば、流量制御部５１３は、流量調整バルブ３５の開度を定常運転時に比べて小さくすることで、主配管２１からヒートシンク１２の内部に流入する冷却水の流量を定常運転時に比べて少なくし、ヒートシンク１２の内部を流れる冷却水の流速を前記第２流速にする。本実施形態の場合、流量制御部５１３は、流量調整バルブ３５の開度を定常運転時に比べて小さくすることで、主配管２１から分岐配管２７に流入してイオン除去部２８を通る冷却水の割合を定常運転時に比べて高くする。これにより、流量制御部５１３は、主配管２１からヒートシンク１２の内部に流入する冷却水の流量を定常運転時に比べて少なくし、ヒートシンク１２の内部を流れる冷却水の流速を前記第２流速にする。

　ここで、ヒートシンク１２の内部における不働態皮膜の形成と、冷却水による流動腐食について説明する。ヒートシンク１２の内部では、冷却水に含まれる金属イオンと酸素とが反応し、ヒートシンク１２内の流路１２ａの内面にＡｌ_２Ｏ_３のような不働態皮膜（酸化膜）が形成される。このような不働態皮膜がヒートシンク１２の流路１２ａの内面で所定の厚さまで成長すると、不働態皮膜が安定し、ヒートシンク１２を形成する金属材料から冷却水に金属イオンが溶け出しにくくなる。その結果、冷却水のイオン濃度が上がりにくくなる。一方で、ヒートシンク１２の内部を流れる冷却水の速度が大きいと、冷却水による流動腐食の進行速度が大きくなり、不働態皮膜が前記所定の厚さまで成長する前に不働態皮膜が冷却水の流動腐食によって削られる事象が生じる。その結果、ヒートシンク１２を形成する金属材料から冷却水に金属イオンが溶け出しやすい状態が続く場合がある。

　本実施形態では、前記第２流速は、ヒートシンク１２内の流路１２ａの内面で不働態皮膜が成長する速度が、冷却水の流動腐食によって前記不働態皮膜が削られる速度よりも大きくなる流速に設定される。このような流速は、事前の試験により、ヒートシンク１２の材質や冷却装置６の使用環境などに応じて予め求められている。なお、流速と流量との関係は、事前の試験により予め求めておくことができる。

　本実施形態では、流量制御部５１３は、第１流量計３１の測定結果を、第１流量計３１から受け取る。流量制御部５１３は、第２流量計３２の測定結果を、第２流量計３２から受け取る。流量制御部５１３は、例えば、第１流量計３１の測定結果から第２流量計３２の測定結果を差し引くことで、主配管２１からヒートシンク１２の内部に流入する冷却水の流量を算出する。流量制御部５１３は、第１および第２の流量計３１，３２の測定結果から算出された流量に基づき、流量調整バルブ３５を制御する。例えば、流量制御部５１３は、主配管２１からヒートシンク１２の内部に流入する冷却水の流量を予め設定された第１目標流量値に近付けるように流量調整バルブ３５を制御することで、ヒートシンク１２の内部を流れる冷却水の流速を第１流速に制御する。一方で、流量制御部５１３は、主配管２１からヒートシンク１２に流入する冷却水の流量を、予め設定された第２目標流量値に近付けるように流量調整バルブ３５を制御することで、ヒートシンク１２の内部を流れる冷却水の流速を第２流速に制御する。

　なおこれに代えて、流量制御部５１３は、流量調整バルブ３５の開度を、予め設定された第１目標開度に近付けるように流量調整バルブ３５を制御することで、ヒートシンク１２の内部を流れる冷却水の流速を第１流速に制御してもよい。一方で、流量制御部５１３は、流量調整バルブ３５の開度を、予め設定された第２目標開度に近付けるように流量調整バルブ３５を制御することで、ヒートシンク１２の内部を流れる冷却水の流速を第２流速に制御してもよい。

　また、流量制御部５１３は、流量調整バルブ３５の制御に関する情報（例えば流量調整バルブ３５の開度を示す情報など）を情報出力部５１４に出力する。

　情報出力部５１４は、導電率判定部５１２から受け取る導電率に関する判定結果と、流量制御部５１３から受け取る流量調整バルブ３５の制御に関する情報とのうち少なくとも一方に基づき、所定の情報または信号を生成し、生成した情報または信号を冷却装置６の外部に出力する。例えば、情報出力部５１４から出力される情報または信号は、冷却装置６の所定の状態を、外部装置であるユーザインターフェイス装置Ｕ（例えば表示装置）に表示させるまたは通知するための情報または信号である。「所定の状態」は、例えば、冷却水の導電率に関する値が所定の条件を満たしたこと（第２流量での運転を終了して良い状態であること）や、定格流量（第１流量）への冷却水の流量の切り替えが完了したこと（冷却装置６の準備運転を完了したこと）などである。

　次に、本実施形態の制御部５１により実行される処理の流れの一例について説明する。図３は、導電率が閾値以下の冷却水を水道水から得るための処理の流れの一例を示すフローチャートである。このような処理は、例えば、電力変換装置５を新しく設置する時、または定期保守時などにおいて行われる。

　説明の前提として、冷却装置６は組み立てられており、主配管２１がヒートシンク１２に接続されている。水道水は、例えばタンク２３を介して冷却装置６の内部およびヒートシンク１２の流路１２ａに充填されている。この段階では、水道水の導電率は、前記閾値よりも高い。

　まず、制御部５１は、冷却装置６の定常運転に先立ち、水道水の導電率を低下させるための準備運転を行う。例えば、制御部５１は、準備運転の初期値として予め設定された前記第２目標流量値（または第２目標開度）に基づいて流量調整バルブ３５の設定を切り替える。これにより、制御部５１は、準備運転を開始し、ヒートシンク１２の内部を流れる冷却水の流量を定常運転時に比べて少ない第２流量に制御する（Ｓ１０１）。その結果、ヒートシンク１２の内部を流れる冷却水の流速が第２流速になる。このとき、主配管２１を流れる冷却水の一部は、第２配管部２１Ｂから分岐配管２７に流入する。分岐配管２７に流入した冷却水は、イオン除去部２８によりイオンが交換され、導電率が下がる。これにより、主配管２１を循環する冷却水の導電率は、徐々に低下する。

　制御部５１は、単位時間毎に、導電率計３３の測定結果から導電率を取得し、取得した導電率に対して温度計３４の検出結果に基づく温度補正を行う（Ｓ１０２）。「単位時間」は、例えば１０分であるが、数秒でもよく、数分でもよい。そして、制御部５１は、１つ前のサンプリング時に得られて温度補正後の導電率と、今回のサンプリング時に得られた温度補正後の導電率とに基づき、導電率の単位時間当たりの変化率を算出する（Ｓ１０３）。

　次に、制御部５１は、導電率の単位時間当たりの変化率と、予め設定された閾値とを比較し、導電率の単位時間当たりの変化率が閾値以下であるか否かを判定する（Ｓ１０４）。制御部５１は、導電率の単位時間当たりの変化率が閾値以下でない場合（Ｓ１０４のＮＯ）、Ｓ１０２の前に戻り、Ｓ１０２～Ｓ１０４の処理を、単位時間毎に繰り返す。

　一方で、制御部５１は、導電率の単位時間当たりの変化率が閾値以下である場合、流量調整バルブ３５の開度を徐々に大きくするように、流量調整バルブ３５を制御する（Ｓ１０５）。これにより、制御部５１は、主配管２１からヒートシンク１２の内部に流入する冷却水の流量を徐々に増加させる。制御部５１は、定常運転の目標流量値として予め設定された前記第１目標流量値（または前記第１目標開度）に基づいて流量調整バルブ３５の設定を切り替えることで、ヒートシンク１２の内部を流れる冷却水の流量を第１流量（または第１流量よりも大きな流量）にする（Ｓ１０６）。例えば、制御部５１は、ヒートシンク１２の内部を流れる冷却水の流量が定常運転時の流量である第１流量になるまで流量調整バルブ３５の開度を徐々に大きくする。その結果、ヒートシンク１２の内部を流れる冷却水の流速が第１流速になる。制御部５１は、ヒートシンク１２の内部を流れる冷却水の流量が第１流量に達した場合、冷却装置６の準備運転が完了したことを示す情報を、外部装置６に表示させるまたは通知する（Ｓ１０７）。そして、制御部５１は、冷却装置６を準備運転から定常運転に移行させる（Ｓ１０８）。その後、制御部５１は、ヒートシンク１２の内部を冷却水が第１流速（または第１流速よりも早い速度）で流れる状態で定常運転を続ける。

　図４は、本実施形態で説明した冷却装置６を用いた実験結果の一例を示す。図４は、水道水を冷却装置６に供給して冷却装置６を準備運転することで、水道水の導電率を低下させる実験例を示す。なお、本実験例で用いられたヒートシンク１２は、アルミニウム合金製である。図４に示すように、本冷却装置６では、準備運転の開始から冷却水の導電率が低下し、１時間を待たずして導電率が目標値に近い低い値となる。そして、準備運転の開始から約２～３時間で、導電率の単位時間当たりの変化率が予め設定された閾値以下になり、定常運転に移行することができる状態になる。

　以上のような構成の冷却装置６によれば、冷却水の導電率を効率的に低下させることができる。ここで、冷却装置を含む装置を新規に設置する場合や定期点検などで冷却装置から冷却水を抜いた場合、導電率が所定値以下の冷却水を新たに調達する必要がある。しかしながら、このような冷却水の調達は容易でないことが多い。このような場合は、比較的容易に調達できる水道水を冷却装置に供給し、冷却装置を運転することで、冷却装置に設けられたイオン除去部の作用によって冷却水の導電率を徐々に低下させる作業が行われる。このような作業により、必要な冷却水を準備することができる。しかしながら、このような作業は、長時間（例えば丸１日）を要することがある。この作業を行っている間は、電気装置を使用することが困難になる。

　一方で、本実施形態の冷却装置６は、定常運転時では、冷却水がヒートシンク１２の内部を第１流速で流れるように流量調整バルブ３５を制御し、冷却水の導電率に関する値が所定の条件を満たさない場合には、冷却水がヒートシンク１２の内部を前記第１流速よりも遅い第２流速で流れるように流量調整バルブ３５を制御する制御部５１を有する。このような構成によれば、導電率を低下させたい場合に、ヒートシンク１２の内部を流れる冷却水の流速を定常運転時に比べて抑えることで、冷却水の流動腐食によって金属イオンが冷却水に溶け出すことを抑制した状態で、イオン除去部２８により冷却水に含まれるイオンを取り除くことができる。これにより、イオン除去部２８をより有効に機能させることができ、冷却水の導電率を効率的に低下させることができる。

　本実施形態では、前記第２流速は、冷却水がヒートシンク１２の内部を流れる場合に、ヒートシンク１２の流路１２ａの内面で不働態皮膜が成長する速度が、冷却水の流動腐食によって前記不働態皮膜が削られる速度よりも大きくなる流速である。このような構成によれば、冷却水の流動腐食の進行を抑え、ヒートシンク１２の流路１２ａの内面で不働態皮膜を所定の厚さまで成長させることができる。ヒートシンク１２の流路の内面で不働態皮膜が所定の厚さまで成長すると、ヒートシンク１２を形成する金属材料から冷却水に溶け出すイオンの量を大きく減少させることができる。これにより、イオン除去部２８をさらに有効に機能させることができ、冷却水の導電率をさらに効率的に低下させることができる。

　本実施形態では、制御部５１は、定常運転に先立つ準備運転において冷却水がヒートシンク１２の内部を前記第２流速で流れるように流量調整バルブ部３５を制御する。そして、その後、制御部５１は、冷却水の導電率に関する値が前記所定の条件を満たした場合に、主配管２１からヒートシンク１２の内部に流入する冷却水の流量を徐々に増やして冷却水がヒートシンク１２の内部を前記第１流速で流れるように流量調整バルブ３５を制御する。このような構成によれば、冷却装置６を含む装置を新規に設置する場合や定期点検などで冷却装置６から冷却水を抜いた場合であっても、水道水から短時間で導電率が所定値以下の導電率を得ることができる。これにより、冷却装置６を含む装置の新設や点検作業の作業負担を低減することができる。

　本実施形態では、制御部５１は、冷却水の導電率が閾値以下に低下した場合、冷却水の電気抵抗率が閾値以上に上昇した場合、冷却水の導電率若しくは電気抵抗率の変化率が閾値以下に低下した場合、または、冷却水の導電率若しくは電気抵抗率の変化量が閾値以下に低下した場合に、前記所定の条件が満たされたと判定する。このような構成によれば、導電率に関する値を制御部５１によって容易に監視し、冷却装置６を上記準備運転から平常運転に移行させる判定を自動で行うことができる。

　本実施形態では、流量制御部５１３は、定常運転時に比べて主配管２１から分岐配管２７に流入してイオン除去部２８を通る冷却水の割合を多くすることで、ヒートシンク１２の内部を流れる冷却水の流速を前記第２流速にする。このような構成によれば、ヒートシンク１２の内部を流れる冷却水の流速を定常運転時に比べて遅くしてイオンの溶け出しを抑制するとともに、主配管２１からイオン除去部２８により多くの冷却水を導くことで、イオン除去部２８によるイオンの除去量を増加させることができる。これにより、イオン除去部２８をさらに有効に機能させることができ、冷却水の導電率をさらに効率的に低下させることができる。

　ここで、ヒートシンク１２が銅よりもイオン化傾向が大きい金属またはその金属の合金で形成されている場合、冷却水に対するイオンの溶け出しの速度が大きく、水道水を冷却装置に供給して定常運転時の流速で冷却装置内を循環させても、冷却水の導電率が低下しにくい場合がある。しかしながら、本実施形態のように冷却水がヒートシンク１２の内部を流れる流速を定常運転時に比べて低速な第２流速にすることで、ヒートシンク１２が銅よりもイオン化傾向が大きい金属またはその金属の合金で形成されている場合であっても、冷却水の導電率を低下させることができる。

　（第２の実施形態）
　次に、第２の実施形態について説明する。本実施形態は、流量調整バルブ３５が主配管２１に代えて分岐配管２７に設けられた点で第１の実施形態とは異なる。なお以下に説明する以外の構成は、第１の実施形態と同様である。

　図５は、本実施形態の冷却装置６を含むドライブシステム１の一例を示す図である。本実施形態では、流量調整バルブ３５は、分岐配管２７に設けられている。例えば、流量調整バルブ３５は、分岐配管２７において、分岐部ｃ２とイオン除去部２８の間に設けられている。流量調整バルブ３５は、その開度を変更することで、主配管２１から分岐配管２７に流入する冷却水の流量を調整し、その結果として、主配管２１からヒートシンク１２に流入する冷却水の流量を調整可能である。

　本実施形態では、制御装置３６は、導電率判定部５１２の判定結果に基づき、流量調整バルブ３５を制御する。例えば、制御装置３６は、流量調整バルブ３５の開度を定常運転時に比べて大きくすることで、主配管２１から分岐配管２７に流入する冷却水の流量を多くし、その結果として、主配管２１からヒートシンク１２の内部に流入する冷却水の流量を少なくする。制御装置３６は、冷却水の導電率に関する値が所定の条件を満たした場合に、流量調整バルブ３５の開度を徐々に小さくすることで、主配管２１から分岐配管２７に流入する冷却水の流量を徐々に少なくし、その結果として、主配管２１からヒートシンク１２の内部に流入する冷却水の流量を徐々に多くする。

　このような構成によっても、冷却水の導電率を効率的に低下させることができる。

　（第３の実施形態）
　次に、第３の実施形態について説明する。本実施形態は、流量調整バルブ３５の開度に代えてポンプ２２Ａ，２２Ｂの回転数が制御されることで冷却水の流速が調整される点で第１の実施形態とは異なる。なお以下に説明する以外の構成は、第１の実施形態と同様である。

　図６は、本実施形態の冷却装置６を含むドライブシステム１の一例を示す図である。ポンプ２２Ａ，２２Ｂの各々は、例えば、冷却水を押し出す駆動体（例えば回転体または往復移動体）を有する。例えば、制御装置３６は、ポンプ２２Ａ，２２Ｂに駆動電力を供給するインバータ（例えばＶＶＶＦ（Variable Voltage Variable Frequency）インバータ）に制御指令を送ることで、ポンプ２２Ａ，２２Ｂの駆動体の駆動量（例えば回転体の回転速度、または往復移動体の移動量もしくは移動速度）を変更することができる。これにより、制御装置３６は、主配管２１を流れる冷却水の流速を変更可能である。ポンプ２２Ａ，２２Ｂの各々は、「流量調整部」の一例である。

　本実施形態では、制御装置３６は、導電率判定部５１２の判定結果に基づき、ポンプ２２Ａ，２２Ｂを制御する。例えば、制御装置３６は、ポンプ２２Ａ，２２Ｂの駆動体の駆動量を定常運転時に比べて小さくすることで、主配管２１からヒートシンク１２の内部に流入する冷却水の流量を小さくする。制御装置３６は、冷却水の導電率に関する値が所定の条件を満たした場合に、ポンプ２２Ａ，２２Ｂの駆動体の駆動量を徐々に大きくすることで、主配管２１からヒートシンク１２の内部に流入する冷却水の流量を徐々に多くする。

　（第４の実施形態）
　次に、第４の実施形態について説明する。本実施形態は、流量調整バルブ３５が主配管２１に代えてバイパス配管６１に設けられた点で第１の実施形態とは異なる。なお以下に説明する以外の構成は、第１の実施形態と同様である。

　図７は、本実施形態の冷却装置６を含むドライブシステム１の一例を示す図である。本実施形態では、冷却装置６は、バイパス配管６１と、バイパス配管６１に設けられた流量調整バルブ３５とを有する。

　バイパス配管６１は、主配管２１から分岐している。例えば、バイパス配管６１は、第２配管部２１Ｂにおいて、分岐部ｃ２とヒートシンク１２との間の位置で第２配管部２１Ｂから分岐している。一方で、バイパス配管６１は、第１配管部２１Ａにおいて、合流部ｃ３とヒートシンク１２との間の位置で第１配管部２１Ａに合流している。バイパス配管６１は、第２配管部２１Ｂを通る冷却水の一部を、ヒートシンク１２の内部を通さずに、第１配管部２１Ａに戻す。ただし、バイパス配管６１の位置は、上記例に限定されない。バイパス配管６１には、イオン除去部２８は設けられていない。バイパス配管６１は、「別の分岐配管」の一例である。

　流量調整バルブ３５は、その開度を変更することで、主配管２１からバイパス配管６１に流入する冷却水の流量を調整し、その結果として、主配管２１からヒートシンク１２の内部に流入する冷却水の流量を調整可能である。

　本実施形態では、制御装置３６は、導電率判定部５１２の判定結果に基づき、流量調整バルブ３５を制御する。例えば、制御装置３６は、流量調整バルブ３５の開度を定常運転時に比べて大きくすることで、主配管２１からバイパス配管６１に流入する冷却水の流量を多くし、その結果として、主配管２１からヒートシンク１２の内部に流入する冷却水の流量を少なくする。制御装置３６は、冷却水の導電率に関する値が所定の条件を満たした場合に、流量調整バルブ３５の開度を徐々に小さくすることで、主配管２１からバイパス配管６１に流入する冷却水の流量を徐々に少なくし、その結果として、主配管２１からヒートシンク１２の内部に流入する冷却水の流量を徐々に多くする。

　以上、いくつかの実施形態について説明したが、実施形態は、上記例に限定されない。例えば、第１から第４の実施形態では、制御装置３６からの制御指令によって流量調整バルブ３５やポンプ２２Ａ，２２Ｂが流量を調整する例について説明した。ただし、流量調整バルブ３５やポンプ２２Ａ，２２Ｂによる流量の調整は、手動で行われてもよい。例えば、オペレータが手動でバルブを開くことや、バルブの制御装置またはポンプの制御装置に対してオペレータが入力操作を行うことで、主配管２１からヒートシンク１２の内部に流入する冷却水の流量が調整されてもよい。

　以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、定常運転時に冷却水が金属部材の内部を定格流量以上で流れるようにし、前記冷却水の導電率に関する値が所定の条件を満たさない場合に、前記冷却水が前記金属部材の内部を前記定格流量時の流速である第１流速よりも遅い第２流速で流れる流量になるようにすることで、冷却水の導電率を効率的に低下させることができる。

　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

　１…ドライブシステム、５…電力変換装置、６…冷却装置、１１…電力変換回路、１２…ヒートシンク（金属部材）、２１…主配管、２２Ａ，２２Ｂ…ポンプ（流量調整部）、２５…熱交換器、２７…分岐配管、２８…イオン除去部、３５…流量調整バルブ（流量調整部）、３６…制御装置、５１…制御部、６１…バイパス配管（別の分岐配管）。

Claims

　冷却水を用いて電気装置を冷却する冷却装置であって、
　前記電気装置が有する金属部材の内部と、前記冷却水を冷却する熱交換器との間で前記冷却水を循環させる主配管と、
　前記主配管から分岐し、前記主配管を流れる前記冷却水の一部を前記金属部材の内部を通さずに前記主配管に戻す分岐配管と、
　前記分岐配管に設けられたイオン除去部と、
　前記主配管、前記分岐配管、または前記主配管から分岐した別の分岐配管に設けられ、前記主配管から前記金属部材の内部に流入する前記冷却水の流量を調整可能な流量調整部と、
　定常運転時に前記冷却水が前記金属部材の内部を定格流量以上で流れるように前記流量調整部の設定を切り替え、前記冷却水の導電率に関する値が所定の条件を満たさない場合に、前記冷却水が前記金属部材の内部を前記定格流量時の流速である第１流速よりも遅い第２流速で流れる流量になるように前記流量調整部の設定を切り替える制御部と、
　を備えた冷却装置。
　前記第２流速は、前記冷却水が前記金属部材の内部を流れる状態で、前記金属部材内の流路の内面で不働態皮膜が成長する速度が、前記冷却水の流動腐食によって前記不働態皮膜が削られる速度よりも大きくなる流速である、
　請求項１に記載の冷却装置。
　前記制御部は、前記定常運転に先立つ準備運転において、前記金属部材の内部を流れる前記冷却水の流量が、前記冷却水が前記金属部材の内部を前記第２流速で流れる流量になるように前記流量調整部を設定し、その後、前記冷却水の導電率に関する値が前記所定の条件を満たした場合に、前記主配管から前記金属部材の内部に流入する前記冷却水の流量を徐々に増やして前記冷却水が前記金属部材の内部を前記定格流量以上で流れるように前記流量調整部の設定を切り替える、
　請求項１に記載の冷却装置。
　前記制御部は、前記冷却水の導電率が閾値以下に低下した場合、前記冷却水の電気抵抗率が閾値以上に上昇した場合、前記冷却水の導電率若しくは電気抵抗率の単位時間当たりの変化率が閾値以下に低下した場合、または、前記冷却水の導電率若しくは電気抵抗率の単位時間当たりの変化量が閾値以下に低下した場合に、前記所定の条件が満たされたと判定する、
　請求項３に記載の冷却装置。
　前記流量調整部は、前記主配管から前記分岐配管に流入して前記イオン除去部を通る前記冷却水の割合を定常運転時に比べて高くすることで、前記金属部材の内部を流れる前記冷却水の流量を前記冷却水が前記金属部材の内部を前記第２流速で流れる流量にする、
　請求項１に記載の冷却装置。
　前記金属部材は、銅よりもイオン化傾向が大きい金属またはその金属の合金で形成されている、
　請求項１に記載の冷却装置。
　電気装置が有する金属部材の内部と冷却水を冷却する熱交換器との間で前記冷却水を循環させる主配管と、前記主配管から分岐し、前記主配管を流れる前記冷却水の一部を前記金属部材の内部を通さず前記主配管に戻す分岐配管と、前記分岐配管に設けられたイオン除去部とを有し、定常運転時に前記冷却水が前記金属部材の内部を定格流量以上で流れる冷却装置において、冷却水の導電率を低下させる冷却水の処理方法であって、
　前記冷却水の導電率に関する値が所定の条件を満たさない場合に、前記金属部材の内部を前記定格流量時の流速である第１流速よりも遅い第２流速で前記冷却水が流れるように前記冷却水の流量を設定する、
　冷却水の処理方法。
　前記第２流速は、前記冷却水が前記金属部材の内部を流れる状態で、前記金属部材内の流路の内面で不働態皮膜が成長する速度が、前記冷却水の流動腐食によって前記不働態皮膜が削られる速度よりも大きくなる流速である、
　請求項７に記載の冷却水の処理方法。
　前記定常運転に先立つ準備運転において、前記金属部材の内部を前記冷却水が前記第２流速で流れるように前記冷却水の流量を設定し、その後、前記冷却水の導電率に関する値が前記所定の条件を満たした場合に、前記主配管から前記金属部材の内部に流入する前記冷却水の流量を徐々に増やして前記金属部材の内部を前記冷却水が前記定格流量以上で流れるように前記冷却水の流量を変更する、
　請求項７に記載の冷却水の処理方法。
　前記冷却水の導電率が閾値以下に低下した場合、前記冷却水の電気抵抗率が閾値以上に上昇した場合、前記冷却水の導電率若しくは電気抵抗率の単位時間当たりの変化率が閾値以下に低下した場合、または、前記冷却水の導電率若しくは電気抵抗率の単位時間当たりの変化量が閾値以下に低下した場合に、前記所定の条件が満たされたと判定する、
　請求項９に記載の冷却水の処理方法。
　前記主配管から前記分岐配管に流入して前記イオン除去部を通る前記冷却水の割合を定常運転時に比べて高くすることで、前記金属部材の内部を流れる前記冷却水の流量を前記冷却水が前記金属部材の内部を前記第２流速で流れる流量にする、
　請求項７に記載の冷却水の処理方法。
　前記金属部材は、銅よりもイオン化傾向が大きい金属またはその金属の合金で形成されている、
　請求項７に記載の冷却水の処理方法。