(57)【要約】【課題】本発明の目的は小形化することの出来、、半導体素子の交換時に冷媒が漏れにくい液冷式電力変換装置を提供することにある。【解決手段】本発明に基づく液冷式電力変換装置は、冷媒と、配管と、前記冷媒を貯めることが可能なタンクと、前記タンクと前記配管を介して接続され、前記冷媒を送り出すポンプと、前記ポンプと前記配管を介して接続され、内部に前記冷媒の流れる流路を有し半導体素子が取り付けられた複数の冷却体とを有し、前記複数の冷却体を前記タンクより上に設置するとともに、前記配管の最上部に開閉バルブを設けたことを特徴とする。【選択図】  図３
2004274828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒と、
前記冷媒を貯めることが可能なタンクと、
前記タンクと接続され前記冷媒を送り出すポンプと、
前記ポンプと接続され、内部に前記冷媒の流れる流路を有し半導体素子が取り付けられた複数の冷却体と、
前記冷却体と接続され前記冷却体から流入する冷媒を冷却する熱交換器とを有し、
前記複数の冷却体を前記タンクより上に設置することを、
特徴とする液冷式電力変換装置。
【請求項２】
冷媒と、
前記冷媒を貯めることが可能なタンクと、
前記タンクと接続され前記冷媒を送り出すポンプと、
前記ポンプと接続され、内部に前記冷媒の流れる流路を有し半導体素子が取り付けられた複数の冷却体と、
前記冷却体と接続され前記冷却体から流入する冷媒を冷却する熱交換器と、
前記冷却体が複数相毎又はアーム毎に取り付けられ、ユニット化した半導体スタックとを有し、
前記複数の半導体スタックを前記タンクより上に設置することを、
特徴とする液冷式電力変換装置。
【請求項３】
冷媒と、
前記冷媒を貯めることが可能なタンクと、
前記タンクと接続され前記冷媒を送り出すポンプと、
前記ポンプと接続され、内部に前記冷媒の流れる流路を有し半導体素子が取り付けられた複数の冷却体とを有し、
前記冷却体の内部に設けられた冷媒の流れる全ての流路は、水平あるいは上方から下方へ向かっていることを
特徴とする液冷式電力変換装置。
【請求項４】
冷媒と、
前記冷媒を貯めることが可能なタンクと、
前記タンクと接続され前記冷媒を送り出すポンプと、
前記ポンプと接続され、内部に前記冷媒の流れる流路を有し半導体素子が取り付けられた複数の冷却体とを有し、
前記冷却体の内部で前記冷媒は、水平又は上方から下方のみに流れることを、
特徴とする液冷式電力変換装置。
【請求項５】
冷媒と、
前記冷媒を貯めることが可能なタンクと、
前記タンクと接続され前記冷媒を送り出すポンプと、
前記ポンプと接続され、内部に前記冷媒の流れる流路を有し半導体素子が取り付けられた複数の冷却体とを有し、
前記冷却体の交換時に、前記冷却体の一部に空気を混入させることによって、前記冷媒が前記タンクへ流入することを、
特徴とする液冷式電力変換装置。
【請求項６】
冷媒と、
前記冷媒を貯めることが可能なタンクと、
前記タンクと接続され前記冷媒を送り出すポンプと、
前記ポンプと接続され、内部に前記冷媒の流れる流路を有し半導体素子が取り付けられた複数の冷却体と、
前記冷却体と接続され前記冷却体から流入する冷媒を冷却する熱交換器とを有し、
前記複数の冷却体を前記タンクより上に設置するとともに、
前記熱交換器は、前記タンク及び前記ポンプ及び前記冷却体とは別の筐体に収納されることを、
特徴とする液冷式電力変換装置。
【請求項７】
冷媒と、
前記冷媒を貯めることが可能なタンクと、
前記タンクと接続され前記冷媒を送り出すポンプと、
前記ポンプと接続され、内部に前記冷媒の流れる流路を有し半導体素子が取り付けられた複数の冷却体とを有し、
前記複数の冷却体を前記タンクより上に設置するとともに、
前記タンクの内容積は冷媒の総量の体積よりも大きいことを、
特徴とする液冷式電力変換装置。
【請求項８】
冷媒と、
配管と、
前記冷媒を貯めることが可能なタンクと、
前記タンクと前記配管を介して接続され、前記冷媒を送り出すポンプと、
前記ポンプと前記配管を介して接続され、内部に前記冷媒の流れる流路を有し半導体素子が取り付けられた複数の冷却体と
を有し、
前記複数の冷却体を前記タンクより上に設置するとともに、
前記配管の最上部に開閉バルブを設けたことを、
特徴とする液冷式電力変換装置。
【請求項９】
冷媒と、
前記冷媒を貯めることが可能なタンクと、
前記タンクと接続され前記冷媒を送り出すポンプと、
前記ポンプと配管を介して接続され、内部に前記冷媒の流れる流路を有し半導体素子が取り付けられた複数の冷却体とを有し、
前記配管は、前記冷却体の配管接続部より下方に向かって敷設されることを、
特徴とする液冷式電力変換装置。
【請求項１０】
半導体素子が取り付けられ内部に冷却液の流れる流路を有する冷却体と、
前記冷却体と係合し熱交換を行う熱交換器と、
前記冷却体と配管接続され冷却液を循環させるポンプと、
前記冷却体を複数相毎又アーム毎にユニット化し、各々の群毎に電力変換装置に配置された半導体スタックとを有し、
前記半導体スタックが、前記配管も各々の群毎に並列に敷設されることを、
特徴とする液冷式電力変換装置。
【請求項１１】
半導体素子が取り付けられ内部に冷却液の流れる流路を有する冷却体と、
前記冷却体と係合し熱交換を行う熱交換器と、
前記冷却体と配管接続され冷却液を循環させるポンプと、
前記冷却体を複数相毎又アーム毎にユニット化し、各々の群毎に電力変換装置に配置され半導体スタックと、
前記半導体スタック一群毎に設けられた配管である母管と、
前記母管から各々の前記半導体スタック間を並列に接続する配管である枝管と、を有し、
前記枝管は、前記冷却体に設けられた配管接続部と前記母管の配管接続部との間を前記冷却体から下方に向かって敷設されることを、
特徴とする液冷式電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液冷式電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の液冷式電力変換装置は、設置できるスペースの限られた電鉄用車両に搭載され、架線電力等を電力変換し誘導電動機等の機器へ電力を供給する。
従来の液冷式電力変換装置について、図を参照し詳細に説明する。図４は、従来の液冷式電力変換装置の構成図である。尚、図中の矢印は冷媒の流れる向きを示し、黒丸は、配管同士が接続されている部分を示している。
従来の液冷式電力変換装置は、半導体素子１が接続された冷却体２，液漏れ防止と配管４の切り離しを可能にするセルフシーリングカプラ３，配管４，ポンプ５，冷却体２群の隣に設けられたタンク６，冷却装置７から構成されている。尚、冷却装置７は、液冷式電力変換装置の筐体８の外部の別の筐体に設置される。
このように構成された液冷式電力変換装置において、半導体素子１は、冷却体２に接続される。冷却体２には、セルフシーリングカプラ３，配管４を介してポンプ５及び冷却装置７と接続される。冷却装置７は、配管４，タンク６を介してポンプ５と接続される。
このように構成された液冷式電力変換装置において、ポンプ５がタンク６内に封入されたの冷媒を吸い上げ、配管４へ押出すことにより冷媒は，冷却体２へ流れこむ。冷却体２へ流れ込んだ冷媒は、冷却体内で熱交換を行なった後、配管４を介して冷却装置７へ流れこみ、冷却される。冷却装置７内で冷却された冷媒はタンク６へ流れ込む。タンク６内に流れ込んだ冷媒は、ポンプ５により再び配管４を介して冷却体２へ流れ込む。
【０００３】
このように構成された液冷式電力変換装置において、半導体素子１を交換するために冷却体２を取り外す際にも、セルフシーリングカプラ３があるので冷媒が漏れることがない。冷媒が漏れることがないので、冷媒を何度を注ぎ足したりする必要がない。
このように構成された液冷式電力変換装置は、冷媒を循環させることにより冷却体２に搭載された半導体素子を効率良く冷却することができた。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１５０７６３号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしこのように構成された液冷式電力変換装置を小型化しようとしても、セルフシーリングカプラ３を小形化することが困難であるので、装置自体の小形化が困難である等の問題があった。
また、セルフシーリングカプラ３を使用せずに、液冷式電力返還装置を構成した場合、冷却体２を取り外す際に、冷媒が漏れてしまう。そのため、メンテナンスのたびに、冷媒を継ぎ足す必要があった。
そこで、本発明の目的は小形化することが出来、半導体素子の交換時に冷媒が漏れにくい液冷式電力変換装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に基づく液冷式電力変換装置は、冷媒と、前記冷媒を貯めることが可能なタンクと、前記タンクと接続され前記冷媒を送り出すポンプと、前記ポンプと接続され、内部に前記冷媒の流れる流路を有し半導体素子が取り付けられた複数の冷却体と、前記冷却体と接続され前記冷却体から流入する冷媒を冷却する熱交換器とを有し、前記複数の冷却体を前記タンクより上に設置することを特徴とする。
本発明に基づく液冷式電力変換装置は、冷媒と、前記冷媒を貯めることが可能なタンクと、前記タンクと接続され前記冷媒を送り出すポンプと、前記ポンプと接続され、内部に前記冷媒の流れる流路を有し半導体素子が取り付けられた複数の冷却体と、前記冷却体と接続され前記冷却体から流入する冷媒を冷却する熱交換器と、前記冷却体が複数相毎又はアーム毎に取り付けられ、ユニット化した半導体スタックとを有し、前記複数の半導体スタックを前記タンクより上に設置することを特徴とする。
本発明に基づく液冷式電力変換装置は、冷媒と、前記冷媒を貯めることが可能なタンクと、前記タンクと接続され前記冷媒を送り出すポンプと、前記ポンプと接続され、内部に前記冷媒の流れる流路を有し半導体素子が取り付けられた複数の冷却体とを有し、前記冷却体の内部に設けられた冷媒の流れる全ての流路は、水平あるいは上方から下方へ向かっていることを特徴とする。
【０００６】
本発明に基づく液冷式電力変換装置は、冷媒と、前記冷媒を貯めることが可能なタンクと、前記タンクと接続され前記冷媒を送り出すポンプと、前記ポンプと接続され、内部に前記冷媒の流れる流路を有し半導体素子が取り付けられた複数の冷却体とを有し、前記冷却体の内部で前記冷媒は、水平又は上方から下方のみに流れることを特徴とする。
本発明に基づく液冷式電力変換装置は、冷媒と、前記冷媒を貯めることが可能なタンクと、前記タンクと接続され前記冷媒を送り出すポンプと、前記ポンプと接続され、内部に前記冷媒の流れる流路を有し半導体素子が取り付けられた複数の冷却体とを有し、前記冷却体の交換時に、前記冷却体の一部に空気を混入させることによって、前記冷媒が前記タンクへ流入することを特徴とする。
本発明に基づく液冷式電力変換装置は、冷媒と、前記冷媒を貯めることが可能なタンクと、前記タンクと接続され前記冷媒を送り出すポンプと、前記ポンプと接続され、内部に前記冷媒の流れる流路を有し半導体素子が取り付けられた複数の冷却体と、前記冷却体と接続され前記冷却体から流入する冷媒を冷却する熱交換器とを有し、前記複数の冷却体を前記タンクより上に設置するとともに、前記熱交換器は、前記タンク及び前記ポンプ及び前記冷却体とは別の筐体に収納されることを特徴とする。
【０００７】
本発明に基づく液冷式電力変換装置は、冷媒と、前記冷媒を貯めることが可能なタンクと、前記タンクと接続され前記冷媒を送り出すポンプと、前記ポンプと接続され、内部に前記冷媒の流れる流路を有し半導体素子が取り付けられた複数の冷却体とを有し、前記複数の冷却体を前記タンクより上に設置するとともに、前記タンクの内容積は冷媒の総量の体積よりも大きいことを特徴とする。
本発明に基づく液冷式電力変換装置は、冷媒と、配管と、前記冷媒を貯めることが可能なタンクと、前記タンクと前記配管を介して接続され、前記冷媒を送り出すポンプと、前記ポンプと前記配管を介して接続され、内部に前記冷媒の流れる流路を有し半導体素子が取り付けられた複数の冷却体とを有し、前記複数の冷却体を前記タンクより上に設置するとともに、前記配管の最上部に開閉バルブを設けたことを特徴とする。
本発明に基づく液冷式電力変換装置は、冷媒と、前記冷媒を貯めることが可能なタンクと、前記タンクと接続され前記冷媒を送り出すポンプと、前記ポンプと配管を介して接続され、内部に前記冷媒の流れる流路を有し半導体素子が取り付けられた複数の冷却体とを有し、前記配管は、前記冷却体の配管接続部より下方に向かって敷設されることを特徴とする。
【０００８】
本発明に基づく液冷式電力変換装置は、半導体素子が取り付けられ内部に冷却液の流れる流路を有する冷却体と、前記冷却体と係合し熱交換を行う熱交換器と、前記冷却体と配管接続され冷却液を循環させるポンプと、前記冷却体が複数相毎又アーム毎にユニット化した半導体スタックとを有し、前記半導体スタックが各々の群毎に電力変換装置に配置され、前記配管も各々の群毎に並列に敷設されることを特徴とする。
本発明に基づく液冷式電力変換装置は、半導体素子が取り付けられ内部に冷却液の流れる流路を有する冷却体と、前記冷却体と係合し熱交換を行う熱交換器と、前記冷却体と配管接続され冷却液を循環させるポンプと、前記冷却体を複数相毎又アーム毎にユニット化し、各々の群毎に電力変換装置に配置され半導体スタックと、前記半導体スタック一群毎に設けられた配管である母管と、前記母管から各々の前記半導体スタック間を並列に接続する配管である枝管と、を有し、前記枝管は、前記冷却体に設けられた配管接続部と前記母管の配管接続部との間を前記冷却体から下方に向かって敷設されることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
本発明に基づく第１の実施の形態の液冷式電力変換装置について、図を参照し詳細に説明する。図１は、本発明に基づく第１の実施の形態の液冷式電力変換装置の構成図である。尚、図４に記載したものと構造上同一のものについては、同符号を付して説明を省略する。
本発明に基づく第１の実施の形態の液冷式電力変換装置は、半導体素子１が接続された冷却体２，冷却体２が複数相毎又アーム毎にユニット化した半導体スタック２Ａ，配管４，ポンプ５，タンク６，冷却装置７から構成されている。
このように構成された液冷式電力変換装置は、全ての冷却体２及び半導体スタック２Ａがタンク６よりも上側に設置されている。冷却体２及び半導体スタック２Ａは、３列３行に並列に並んで設置されている。配管４は、半導体スタック２Ａ一群に対して冷媒を流す配管である母管４Ａと、母管４Ａから各々の前記半導体スタック間を並列に接続する配管である枝管４Ｂとを有している。枝管４Ｂは、冷却体２に設けられた配管接続部と母管４Ａの配管接続部との間を前記冷却体から下方に向かって敷設されている。
このように構成された液冷式電力変換装置において、冷却体２及び半導体スタック２Ａ全てが、タンク６よりも上側に設置され、全ての配管４は、冷却体２の接続部から下方に向かって敷設されている。そのため、液冷式電力変換装置の運転を停止させ、冷却体２と配管４の上側の接続部を軽く緩め、冷却体２内の冷媒流路に空気を入れることにより、冷却体２内の冷媒は、下方に向かって敷設されている配管４内を流れタンク６へ流れ込む。
【００１０】
このように構成された液冷式電力変換装置において、行毎に同一同数の冷却体２を水平に設置している。そのため行毎に設置された同一同数の冷却体２への流路抵抗が略均一化される。冷却体２への流路抵抗が略均一化されるため、それぞれの冷却体２への流量は略均一化される。
このように構成された液冷式電力変換装置において、タンク６の内容積は、冷却液総量の体積よりも大きく、タンク内に全冷却液が収納可能であることが好ましい。
このように構成された液冷式電力変換装置は、セルフシーリングカプラがないにも関わらず、冷却体２の交換時に、冷媒が漏れない。そのため、液冷式電力変換装置を小形化することができる。
（第２の実施の形態）
本発明に基づく第２の実施の形態の液冷式電力変換装置について、図を参照し詳細に説明する。図２は、本発明に基づく第２の実施の形態の液冷式電力変換装置の構成図である。尚、図１及び図４に記載したものと構造上同一のものについては、同符号を付して説明を省略する。
本発明に基づく第２の実施の形態の液冷式電力変換装置は、半導体素子１が接続された冷却体２，冷却体２が複数相毎又アーム毎にユニット化した半導体スタック２Ａ，配管４，ポンプ５，タンク６，冷却装置７，開閉バルブ９から構成されている。
【００１１】
このように構成された液冷式電力変換装置は、冷却体２を交換する際には、開閉バルブ９を開けることにより、配管内に空気が流入し、冷却体２内の冷媒は、下方に向かって敷設されている配管４内を流れタンク６へ流れ込む。
このように構成された液冷式電力変換装置は、セルフシーリングカプラがないにも関わらず、冷却体２の交換時に、冷媒が漏れない。そのため、液冷式電力変換装置を小形化することができる。
（第３の実施の形態）
本発明に基づく第３の実施の形態の液冷式電力変換装置について、図を参照し詳細に説明する。図３は、本発明に基づく第３の実施の形態の液冷式電力変換装置の冷却体の構成図である。尚、図１及び図２に記載したものと構造上同一のものについては、同符号を付して説明を省略する。
本発明に基づく第３の実施の形態の液冷式電力変換装置は、本発明に基づく第１の実施の形態の液冷式電力変換装置と冷却器の構造において異なる。
本発明に基づく第３の実施の形態の液冷式電力変換装置の冷却器２Ｂの冷媒流路１０は、設置される状態において、下方から上方へ冷媒が流れるような冷媒流路がなく、全ての冷媒流路１０は水平又は上方から下方へ冷媒が流れるような形状になっている。冷媒流路１０は、Ｗという文字を９０度回転させた形状に似ている。
【００１２】
このように構成された液冷式電力変換装置において、冷媒流路１０は、冷媒が水平及び上方から下方へのみ流れるので、冷却体２Ｂの交換の際には、冷却体２Ｂと配管４の上側の接続部を軽く緩め、冷却体２Ｂ内の冷媒流路に空気を入れることにより、冷却体２Ｂ内の冷媒は、下方に向かって敷設されている配管４内を流れタンク６へ流れ込む。
このように構成された液冷式電力変換装置は、従来の液冷式電力変換装置に比べ、小形化することの出来、更に半導体素子の交換時に冷媒が漏れにくい。
尚、本発明に基づく第３の実施の形態の液冷式電力変換装置において、冷却流路１０は、Ｗという文字を９０度回転させたような形状となっているが、Ｕという文字を９０度回転させたような形状でも同様の効果が得られるため、本発明においては、冷媒流路の形状をＷという文字を９０度回転させたような形状のみに限定しないことは言うまでもない。
本発明に基づく第３の実施の形態の液冷式電力変換装置の冷却体２Ｂは、本発明に基づく第２の実施の形態の液冷式電力変換装置に組み込んでも同様の効果が得られるため、本発明に基づく第３の実施の形態の液冷式電力変換装置の構成のみに限定はしない。
【００１３】
【発明の効果】
本発明により小形化することの出来、半導体素子の交換時に冷媒が漏れにくい液冷式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】本発明に基づく第１の実施の形態の液冷式電力変換装置の構成図である。
【図２】本発明に基づく第２の実施の形態の液冷式電力変換装置の構成図である。
【図３】本発明に基づく第３の実施の形態の液冷式電力変換装置の冷却器の構成図である。
【図４】従来の液冷式電力変換装置の構成図である。
【符号の説明】
１・・・半導体素子
２・・・冷却体
２Ａ・・・半導体スタック
２Ｂ・・・冷却体
３・・・セルフシーリングカプラ
４・・・配管
４Ａ・・・母管
４Ｂ・・・枝管
５・・・ポンプ
６・・・タンク
７・・・冷却装置
８・・・筐体
９・・・開閉バルブ
１０・・・冷媒流路
【図１】
2004274828.tif 000003
【図２】
2004274828.tif 000004
【図３】
2004274828.tif 000005
【図４】
2004274828.tif 000006