JPH1083901A

JPH1083901A - 液冷抵抗器

Info

Publication number: JPH1083901A
Application number: JP23744496A
Authority: JP
Inventors: Isamu Yamamoto; 勇山本; Koji Kamata; 幸次鎌田; Yoshiyuki Kishimoto; 芳幸岸本; Takafumi Fujimoto; 貴文藤本
Original assignee: KAWASOO TEKUSERU KK; Toshiba Corp
Current assignee: KAWASOO TEKUSERU KK; Toshiba Corp
Priority date: 1996-09-09
Filing date: 1996-09-09
Publication date: 1998-03-31

Abstract

(57)【要約】【課題】短時間の過負荷容量を上げることのできる液冷
抵抗器を得ること。【解決手段】内筒４の筒部の外周に対して、ステンレス
鋼線からコイル状に形成したコイル９Ａを巻装する。こ
のコイル４の上端は、内筒４の上端を固定する内筒固定
管10に接触させて、コイル９Ｂの電位を固定する。コイ
ル９Ａは、上下端の巻き間隔を広くして、上端は蓋３の
内面に押圧し、下端は、内筒４の下端のひだ４ｂの上面
に押圧させることで、冷却水による移動を防いでもよ
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、水冷式電
力半導体変換器などに使われる液冷抵抗器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の液冷抵抗器の一例を図12の縦断面
図に示す。図12において、磁器（酸化アルミナ）で縦断
面Ｕ字状の筒体に製作された外筒１の底部には、図示し
ない平面図では円形の凹部１ａが形成されている。

【０００３】この外筒１の外周には、抵抗線７が螺旋状
に巻き付けられ、この抵抗線７の両端は、外筒１の上下
に固定された端子板６に接続されている。抵抗線７は、
外筒１の外周の表面に塗布されたシリコーンゴムの線止
め材８によって、外筒１に固定され、この外筒１との熱
伝達率を上げるとともに、外気と遮断されて長期に亘る
通電による酸化が防がれている。

【０００４】外筒１の内部には、円筒状の筒部の外周に
螺旋状のひだ４ｂが形成されたテフロン（PTFE又はPFA
）材の内筒４が外筒１と同軸に挿入され、この内筒４
の下端は、外筒１の底部に形成された円形の凹部１ａに
遊嵌し、この遊嵌部分の上部には、図12において左側に
貫通穴４ａが形成されている。

【０００５】外筒１の上端面には、メタライズ層が形成
され、このメタライズ層の上端面には、コバール合金鋼
製の媒体管２の下端面が銀ろう付され、この媒体管２の
上端面と円板状の蓋３は、ティグ溶接により接合されて
いる。

【０００６】また、蓋３には、口出管５Ｂが図12におい
て右側に水密状態に貫設され、この口出管５Ｂの左側に
は、中央やや左側に対して、口出管５Ｂと同一品の口出
管５Ａが貫設され、この口出管５Ａの下部は、内筒４の
上端を水密状態に貫通している。さらに、内筒４の上端
と蓋３との間には、内筒固定管10が蓋３と銀ろう付さ
れ、内筒４には挿入されている。

【０００７】このように構成された液冷抵抗器において
は、蓋３が接合された後に抵抗線７が巻き付けられ、硬
化温度が 120℃の線止め材８は最後に施される。また、
蓋３に貫設された口出管５Ａの上端に対して、図示しな
い管継手が接続され、この管継手に接続された図示しな
い配管から、純水の冷却水が矢印Ａで示すように内筒４
の内部に供給される。

【０００８】すると、この冷却水は、矢印Ｂに示すよう
に、内筒４の下端の貫通穴４ａから内筒４の下端の外部
に流出し、この内筒４の外周に形成された螺旋状のひだ
４ｂと外筒１の間に形成された螺旋状の流路を矢印Ｃに
示すように上方に向って流れる。

【０００９】さらに、この冷却水は、内筒４の上端の図
12において右側から、口出管５Ｂを経て、矢印Ｄに示す
ように外部の図示しない配管に流出する。この流出した
冷却水は、図示しない冷却器によって冷却された後、図
示しないポンプによって再び供給される。

【００１０】この冷却水の流入・流出に伴い、内筒４の
ひだ４ｂと外筒１の間を螺旋状に流れる冷却水によっ
て、外筒１は冷却され、この冷却された外筒１によっ
て、この外筒１に巻き付けられた抵抗線７や線止め材８
は、所定の温度に冷却されて、長期に亘る劣化が防がれ
ている。

【００１１】ところで、この液冷抵抗器は、サイリスタ
などの半導体素子で構成される電力電換装置のスナバ回
路等に組み込まれて使用される。したがって、抵抗線７
には、対地電圧が例えばＡＣ５ｋＶＲＭＳの高電圧が印
加される。また、蓋３を外筒１にろう付するときには、
800℃前後の温度で行われ、この場合には、内筒４の上
部も加熱される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
構成された液冷抵抗器においては、抵抗線７に流れる電
流が定常の場合には、抵抗線７の上昇温度も所定の値で
あり、線止め材８から放熱される熱で熱平衡状態にあ
る。

【００１３】しかし、この平衡状態から抵抗線７を流れ
る電流が一時的に増加した場合には、抵抗線７の温度も
上昇し、この抵抗線７の温度上昇の速度を、熱時定数τ
（飽和温度の63.2％に達する時間）で表わすと、 τ＝Ｃ・Ｒ …（１）となる。ここで、Ｃ：熱容量（外筒１の体積と比熱の積）Ｒ：熱抵抗（抵抗線７と外筒１間の熱伝達率の逆数と、
外筒１の内部の熱伝導率の逆数の和）したがって、万一、液冷抵抗器に定格負荷容量を超えた
電流が流れて、抵抗線７の温度が瞬時的に上昇する場合
には、式（１）で示した熱時定数τが小さい場合には、
抵抗線７の温度上昇が速くなって、抵抗線７の短時間許
容温度まで瞬時に達する。

【００１４】したがって、このように構成された液冷抵
抗器においては、過負荷の使用許容時間が短く、この液
冷抵抗器を組み込んだ装置としての過負荷運転許容時間
も短くなる。そこで、本発明の目的は、容易に過負荷容
量を上げることのできる液冷抵抗器を得ることである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明の
液冷抵抗器は、外周に抵抗体が設けられた断面Ｕ字状の
絶縁筒に対して、筒部の外周に螺旋状のひだが突設され
外筒の内周間と筒部の内部とで冷却液体の流路を形成す
る内筒を挿入し、この内筒の筒部に対して金属材のコイ
ルを巻装したことを特徴とする。

【００１６】また、請求項２に記載の発明の液冷抵抗器
は、外周に抵抗体が設けられた断面Ｕ字状の絶縁筒に対
して、筒部の外周に螺旋状のひだが突設され外筒の内周
間と筒部の内部とで冷却液体の流路を形成する内筒を挿
入し、この内筒の上端の固定管の上端に対して冷却液体
の流出入部が形成された蓋を設け、金属材のコイルを筒
部に巻装したことを特徴とする。

【００１７】また、請求項３に記載の発明の液冷抵抗器
は、コイルの一端を固定管に接触したことを特徴とす
る。

【００１８】また、請求項４に記載の発明の液冷抵抗器
は、コイルの一端を固定管の端部と蓋の内面に当接さ
せ、コイルの他端を下端のひだの上面に当接したことを
特徴とする。

【００１９】さらに、請求項５に記載の発明の液冷抵抗
器は、コイルの素線を帯板材としたことを特徴とする。

【００２０】このような手段によって、請求項１及び請
求項２に記載の発明においては、抵抗体の発熱が短時間
に増えると、この熱を冷却流体と金属材のコイルに放熱
して抵抗体の過熱時間を短縮する。

【００２１】また、請求項３に記載の発明においては、
筒部の外周のコイルの電位を固定管で固定し、請求項４
に記載の発明においては、コイルの一端を蓋の内面で固
定し、他端を下端のひだで固定する。さらに、請求項５
に記載の発明においては、表面積の広いコイルによっ
て、急増した抵抗体の熱を吸収する。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の液冷抵抗器の一実
施形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の液
冷抵抗器の第１の実施形態を示す縦断面図で、従来の技
術で示した図12に対応し、請求項１及び請求項２と請求
項３に対応する図、図２は、図１の部分詳細図である。

【００２３】図１及び図２において、従来の技術で示し
た図12と異なるところは、内筒４の外周側に対して、金
属線から製作したコイルを挿入したことで、他は、図12
と同一である。したがって、この図12と同一要素には、
同一符号を付して説明を省略する。

【００２４】すなわち、図１に示すように、内筒４の外
周には、この内筒４の筒部の外径Ｄと内径がほぼ同一に
製作されたステンレス鋼（SUS304）材のコイル９Ａが挿
着されている。

【００２５】このコイル９Ａは、巻き方向が内筒４の外
周に形成されたひだ４ｂと同一方向となっている。ま
た、図２（ａ），（ｂ）に示すように、コイル９Ａの巻
き間隔Ｐａは、内筒４の外周に形成されたひだ４ｂの間
隔Ｐａとほぼ同一となっている。

【００２６】このコイル９Ａは、内筒４の一端（例え
ば、図１において上端）から、回転させながら、このコ
イル９Ａの巻径を僅かに広げるようにして挿入する。す
ると、コイル９Ａは、線材の僅かな弾性変形によって、
内径が広がって内筒４に挿入され、コイル９Ａの弾性復
帰によって内筒４に固定される。

【００２７】このように構成された液冷抵抗器において
は、抵抗線７に流れる短時間の過負荷電流によって、抵
抗線７の温度が急激に上昇すると、この熱は外筒１を経
て冷却水に伝達されて冷却されるが、この冷却水に伝達
された熱の一部は、熱伝導度の高いコイル９Ａにも伝達
される。

【００２８】したがって、抵抗線７の熱伝達率を上げる
ことができ、式（１）で示した熱時定数τを大きくする
ことができるので、この液冷抵抗器の過負荷容量を上げ
ることができる。

【００２９】なお、上記実施形態では、コイル９Ａの素
線は断面円形の線材を用いた例で説明したが、断面が正
方形の線材を用いることで、冷却水との接触面積を広げ
て、抵抗線の放熱伝達率を更に上げてもよい。

【００３０】次に、図３は、本発明の液冷抵抗器の第２
の実施形態を示す図で、第１の実施形態で示した図１に
対応する図、図４は、図３の液冷抵抗器に組み込まれる
コイルを示す図で、請求項４に対応し、第１の実施形態
で示した図２（ｂ）に対応する図である。

【００３１】図３及び図４において、第１の実施形態で
示した図１及び図２と異なるところは、図４に示したコ
イル９Ｂの形状と巻装位置で、他は、図１及び図２と同
一である。したが、図１及び図２と同一要素には、同一
符号を付している。

【００３２】すなわち、図３及び図４に示したコイル９
Ｂは、上端の左側の巻きピッチＰｂが、他の部分の巻き
ピッチＰａと比べて広くなっている。この結果、コイル
９Ｂの上端は、内管固定管10の左側面の上端に接触して
いる。また、上端を除く部分は、内筒４のひだ４ｂの上
面に接している。

【００３３】このように構成された液冷抵抗器において
も、第１の実施形態で示した図１及び図２の液冷抵抗器
と同様に、抵抗線７に通電された過電流による熱の一部
をコイル９Ｂを介して放熱することで、放熱効果を上げ
ることができる他、コイル９Ｂの上端を内管固定管10の
側面に接触させることで、コイル９Ｂを内管固定管10を
介して蓋３と同電位に固定することもできるだけでな
く、冷却水によるコイル９Ｂの移動や振動を防ぐことも
できる。

【００３４】また、コイル９Ｂの電位が固定されるの
で、内筒４との対向面における微少な部分放電の発生を
抑えることができ、この放電による冷却水の絶縁特性の
低下を抑えることもできる。さらに、コイル９Ｂは、ひ
だ４ｂの基端に接しているので、ひだ４ｂの間を流れる
冷却水の水頭損失を減らすこともできる。

【００３５】次に、図５は、本発明の液冷抵抗器の第３
の実施形態を示す縦断面図で、第１の実施形態で示した
図１及び第２の実施形態で示した図３に対応する図であ
る。また、図６は、図５の部分説明図である。

【００３６】図５及び図６において、図１及び図３と異
なるところは、コイル９Ｃの形状で、他は、図１〜図４
と同一である。したがって、図１〜図４と同一要素には
同一符号を付している。

【００３７】すなわち、図５及びこの図５で示した液冷
抵抗器に組み込まれるコイル９Ｃを示す図６において
は、コイル９Ｃの上端の左側と、下端の右側の巻きピッ
チＰｂが、図４で示したコイル９Ｂの上端の巻きピッチ
と同様に広くなっていて上下対称である。なお、中間部
は、各ひだ４ｂの間に位置して、図１と同様となってい
る。

【００３８】このように構成された液冷抵抗器において
は、コイル９Ｃの上端で、このコイル９Ｃの電位を内管
固定管10及び蓋３と同電位に固定することができる他、
コイル９Ｃの下端を内筒４の右側下端のひだ４ｂに押圧
固定することで、このコイル９Ｃの上下端を介して固定
することができ、たとえ、液冷抵抗器に対して微小な振
動が伝達された場合でも、コイル９Ｃの位置の移動を防
ぐことができ、この振動に起因する冷却液体の水頭損失
の増加を抑えることもできる。

【００３９】次に、図７は、本発明の液冷抵抗器の第４
の実施形態を示す縦断面図で、前述した実施形態で示し
た図１，図３及び図５に対応し、請求項５に対応する図
である。

【００４０】図７において、前述した実施形態の図１，
図３及び図５と異なるところは、コイル線材の断面形状
で、他は、前述した実施形態と同一である。すなわち、
図７に示した内筒４の外周には、帯板状のステンレス鋼
（SUS304）から、図８に示すようにコイル状に形成され
たコイル９Ｄが、螺旋状のひだ４ｂの間に挿入されてい
る。

【００４１】このように構成された液冷抵抗器において
は、コイル９Ｄの冷却水と接する部分の面積が増加し
て、各ひだ４ｂの間を流れる冷却水からコイル９Ｄに伝
達される熱の伝達率を上げることができるので、抵抗線
７で発生した熱の放熱効果を上げ、液冷抵抗器の短時間
の過負荷容量を上げることができる。

【００４２】なお、上記実施形態においては、コイル９
Ｄの板厚を薄くすることで、流路の抵抗の増加を抑える
ことができ、また、内筒４に形成されたひだ４ｂの高さ
を減らすこともできるので、外筒１の外径を減らすこと
ができる。また、コイル９Ｄの板厚は、例えば、２分の
１にして、内側と外側に分けてもよい。

【００４３】次に、図10は、本発明の液冷抵抗器の第５
の実施形態を示す縦断面図で、前述した実施形態で示し
た図１，図３，図５及び図７に対応する図である。ま
た、図11は、図10の部分拡大図である。

【００４４】図10及び図11において、前述した実施形態
の図１，図３，図５及び図７と異なるところは、コイル
を４本としたことで、並列に用いており、他は、前述し
た実施形態と同様である。したがって、前述した実施形
態と同一要素には、同一符号を付している。

【００４５】すなわち、内筒４の外周には、図２（ｂ）
で示したコイル９Ａとほぼ同一品の４本のコイル９Ｅが
挿入されている。このうち、上側の２本のコイル９Ｅの
上端の内面側は、内管固定管10の左側面に対して、僅か
な弾性復帰力で接触している。

【００４６】このように構成された液冷抵抗器において
は、ひだ４ｂの間を流れる冷却液体とコイルとの接触面
積が広くなるので、冷却液体からコイルに伝達する熱量
を増やすことができる。また、同一外形の液冷抵抗器で
も、容量の異なる場合には、コイル９Ｅの組み込み本数
を増減することで、対応することができる。

【００４７】なお、前述した各実施形態においては、内
筒４の材料をテフロン材で形成した場合で説明したが、
例えば、耐食性のステンレス鋼板としてもよい。この場
合には、各ひだを流れる冷却水の熱をステンレス鋼材の
コイルから内筒を経て、この内筒の内部の冷却水に放熱
させることができるので、抵抗線の発熱を更に効果的に
放出することができる。

【００４８】

【発明の効果】以上、請求項１に記載の発明によれば、
外周に抵抗体が設けられた断面Ｕ字状の絶縁筒に対し
て、筒部の外周に螺旋状のひだが突設され外筒の内周間
と筒部の内部とで冷却液体の流路を形成する内筒を挿入
し、この内筒の筒部に対して金属材のコイルを巻装する
ことで、また、請求項２に記載の発明によれば、外周に
抵抗体が設けられた断面Ｕ字状の絶縁筒に対して、筒部
の外周に螺旋状のひだが突設され外筒の内周間と筒部の
内部とで冷却液体の流路を形成する内筒を挿入し、この
内筒の上端の固定管の上端に対して冷却液体の流出入部
が形成された蓋を設け、金属材のコイルを筒部に巻装す
ることで、抵抗体の発熱が短時間に増えると、この熱を
冷却流体と金属材のコイルに放熱したので、容易に過負
荷容量を上げることのできる液冷抵抗器を得ることがで
きる。

【００４９】また、請求項３に記載の発明によれば、コ
イルの一端を固定管に接触することで、筒部の外周のコ
イルの電位を固定管で固定したので、容易に過負荷容量
を上げることのできる液冷抵抗器を得ることができる。

【００５０】また、請求項４に記載の発明によれば、コ
イルの一端を固定管の端部と蓋の内面に当接させ、コイ
ルの他端を下端のひだの上面に当接することで、コイル
の一端を蓋の内面で固定し、他端を下端のひだで固定し
たので、容易に過負荷容量を上げることのできる液冷抵
抗器を得ることができる。

【００５１】さらに、請求項５に記載の発明によれば、
コイルの素線を帯板材とすることで、表面積の広いコイ
ルによって、抵抗体の急増した熱を吸収したので、容易
に過負荷容量を上げることのできる液冷抵抗器を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液冷抵抗器の第１の実施形態を示す縦
断面図。

【図２】（ａ）は、図１の部分説明図、（ｂ）は、
（ａ）と異なる図１の部分説明図。

【図３】本発明の液冷抵抗器の第２の実施形態を示す縦
断面図。

【図４】図３の部分説明図。

【図５】本発明の液冷抵抗器の第３の実施形態を示す縦
断面図。

【図６】図５の部分説明図。

【図７】本発明の液冷抵抗器の第４の実施形態を示す縦
断面図。

【図８】図７の部分説明図。

【図９】図７の部分拡大図。

【図１０】本発明の液冷抵抗器の第５の実施形態を示す
縦断面図。

【図１１】図１０の部分拡大図。

【図１２】従来の液冷抵抗液の一例を示す図。

【符号の説明】

１…外筒、２…媒体管、３…蓋、４…内筒、４ｂ…ひ
だ、５Ａ，５Ｂ…口出管、６…端子板、７…抵抗線、８
…線止め材、９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ…コイル、10…内
筒固定管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岸本芳幸東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内 (72)発明者藤本貴文東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外周に抵抗体が設けられた断面Ｕ字状の
絶縁筒と、この絶縁筒に挿入され筒部の外周に螺旋状の
ひだが突設され前記外筒の内周間と前記筒部の内部とで
冷却液体の流路を形成する内筒と、この内筒の前記筒部
に巻装された金属材のコイルとを備えた液冷抵抗器。
【請求項２】外周に抵抗体が設けられた断面Ｕ字状の
絶縁筒と、この絶縁筒に挿入され筒部の外周に螺旋状の
ひだが突設され前記外筒の内周間と前記筒部の内部とで
冷却液体の流路を形成する内筒と、この内筒の上端の固
定管の上端に設けられ前記冷却液体の流出入部が形成さ
れた蓋と、前記筒部に巻装された金属材のコイルとを備
えた液冷抵抗器。
【請求項３】前記コイルの一端を前記固定管に接触さ
せたことを特徴とする請求項２に記載の液冷抵抗器。
【請求項４】前記コイルの一端を前記固定管の端部と
前記蓋の内面に当接させ、前記コイルの他端を下端の前
記ひだの上面に当接したことを特徴とする請求項２に記
載の液冷抵抗器。
【請求項５】前記コイルの素線を帯板材としたことを
特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の液
冷抵抗器。