JPH11163571A - 電力変換器の冷却方法と電力変換器 - Google Patents
電力変換器の冷却方法と電力変換器Info
- Publication number
- JPH11163571A JPH11163571A JP9329823A JP32982397A JPH11163571A JP H11163571 A JPH11163571 A JP H11163571A JP 9329823 A JP9329823 A JP 9329823A JP 32982397 A JP32982397 A JP 32982397A JP H11163571 A JPH11163571 A JP H11163571A
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- JP
- Japan
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- cooling
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- Pending
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-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
- H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
- H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
- H05K7/20927—Liquid coolant without phase change
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】耐腐食性、耐凍結性、絶縁性ならびに軽量化を
実現し、冷却効率の向上を図る冷却媒体を用いる電力変
換器の冷却方法を提供すること。 【解決手段】インバータ等の電力変換器の半導体素子を
冷却するヒートシンク等に使用される銅、アルミニウム
の試験片を、表１の溶液中に一定期間浸し、浸した前後
の重量差を測定することにより、腐食による重量増加を
測定した。その結果は、図１に示すように、アルコール
含有率が１０％以上では、その耐腐食効果が高いことが
確認され、さらに防錆剤を追加したものは、それよりそ
の耐腐食効果が高いことが確認された。
実現し、冷却効率の向上を図る冷却媒体を用いる電力変
換器の冷却方法を提供すること。 【解決手段】インバータ等の電力変換器の半導体素子を
冷却するヒートシンク等に使用される銅、アルミニウム
の試験片を、表１の溶液中に一定期間浸し、浸した前後
の重量差を測定することにより、腐食による重量増加を
測定した。その結果は、図１に示すように、アルコール
含有率が１０％以上では、その耐腐食効果が高いことが
確認され、さらに防錆剤を追加したものは、それよりそ
の耐腐食効果が高いことが確認された。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、インバータ等を構
成する半導体素子、抵抗器等の電気部品を冷却する電力
変換器の冷却方法及びアルコ−ル水溶液を用いて冷却す
る冷却器を有することを特徴とする電力変換器に関す
る。
成する半導体素子、抵抗器等の電気部品を冷却する電力
変換器の冷却方法及びアルコ−ル水溶液を用いて冷却す
る冷却器を有することを特徴とする電力変換器に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】サイリスタやＧＴＯ等の半導体素子を使
用したインバータ等の電力変換器においては、当該半導
体素子や抵抗体等の電気部品の冷却に用いる冷却媒体と
して、これまでは、例えばフロン系や水が使用されてき
た。
用したインバータ等の電力変換器においては、当該半導
体素子や抵抗体等の電気部品の冷却に用いる冷却媒体と
して、これまでは、例えばフロン系や水が使用されてき
た。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の電力変
換器の冷却方法においては、近年の環境対策、フロン規
制に伴い、フロン系の冷却媒体を継続使用することがで
きない恐れが生じてきている。また、純粋を冷却媒体と
して用いることもあるが、冷却器等の使用部材に腐食が
生じる恐れがあり、さらに冬期凍結するおそれがある場
合には、そのままの状態で冷却媒体として使用すること
ができない恐れが生じていた。
換器の冷却方法においては、近年の環境対策、フロン規
制に伴い、フロン系の冷却媒体を継続使用することがで
きない恐れが生じてきている。また、純粋を冷却媒体と
して用いることもあるが、冷却器等の使用部材に腐食が
生じる恐れがあり、さらに冬期凍結するおそれがある場
合には、そのままの状態で冷却媒体として使用すること
ができない恐れが生じていた。
【０００４】ここで、冷却媒体に要求される条件として
は、冷却性能はもとより、耐腐食性、耐凍結性、絶縁性
が必要とされる。従って、フロン系または純水に代わる
冷却媒体にも、少なくともこれらの各条件を満たすこと
が必要である。
は、冷却性能はもとより、耐腐食性、耐凍結性、絶縁性
が必要とされる。従って、フロン系または純水に代わる
冷却媒体にも、少なくともこれらの各条件を満たすこと
が必要である。
【０００５】一方、近年、電力変換器の小型化の要求が
強く、冷却器等の部材にはアルミニウムが用いられてお
り、特に車両搭載用の電力変換器は、その積載重量制限
から顕著な傾向が見られる。
強く、冷却器等の部材にはアルミニウムが用いられてお
り、特に車両搭載用の電力変換器は、その積載重量制限
から顕著な傾向が見られる。
【０００６】そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、耐
腐食性、耐凍結性、絶縁性ならびに軽量化を実現し、冷
却効率の向上を図る冷却媒体を用いる電力変換器の冷却
方法及び電力変換器を提供することを目的とする。
腐食性、耐凍結性、絶縁性ならびに軽量化を実現し、冷
却効率の向上を図る冷却媒体を用いる電力変換器の冷却
方法及び電力変換器を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、熱を帯びるパワー素子を使
用した電力変換器を、冷却媒体として１０〜６０容量％
の水溶性アルコールを含む水溶液を用いて冷却すること
を特徴とする。
め、請求項１記載の発明は、熱を帯びるパワー素子を使
用した電力変換器を、冷却媒体として１０〜６０容量％
の水溶性アルコールを含む水溶液を用いて冷却すること
を特徴とする。
【０００８】請求項２記載の発明は、前記水溶性アルコ
ールが、少なくともメチルアルコール、エチルアルコー
ル、イソプロピルアルコールのいずれか、またはその混
合液であることを特徴とする。
ールが、少なくともメチルアルコール、エチルアルコー
ル、イソプロピルアルコールのいずれか、またはその混
合液であることを特徴とする。
【０００９】請求項３記載の発明は、前記水溶性アルコ
ールに防錆剤を添加したことを特徴とする。請求項４記
載の発明は、前記防錆剤が、ベンゾトリアゾールまたは
有機カルボン酸系防錆剤であることを特徴とする。
ールに防錆剤を添加したことを特徴とする。請求項４記
載の発明は、前記防錆剤が、ベンゾトリアゾールまたは
有機カルボン酸系防錆剤であることを特徴とする。
【００１０】請求項５記載の発明は、前記水溶性アルコ
ールを含む水溶液が、イオン交換器を通して供給される
ことを特徴とする。請求項６記載の発明は、熱を帯びる
パワー素子を有する変換器と、前記変換器を１０〜６０
容量％の水溶性アルコールを含む水溶液を用いて冷却す
る冷却器と、を具備することを特徴とする。
ールを含む水溶液が、イオン交換器を通して供給される
ことを特徴とする。請求項６記載の発明は、熱を帯びる
パワー素子を有する変換器と、前記変換器を１０〜６０
容量％の水溶性アルコールを含む水溶液を用いて冷却す
る冷却器と、を具備することを特徴とする。
【００１１】本発明で用いられる水溶液は、水は純度の
高い純水、水溶性アルコール、防錆剤から成る。水溶性
アルコールとしては、メチルアルコール、エチルアルコ
ール、ｎ−プロピルアルコール、イソプロピルアルコー
ル、ｔ−ブチルアルコール等の水に無限大に可溶する低
級脂肪族アルコール、更に、ｎ−ブチルアルコール、イ
ソブチルアルコール、ｓ−ブチルアルコール、ｎ−アミ
ルアルコール、ｎ−ヘキシルアルコール等の水に対して
ある程度の溶解性を示すｔ−ブチルアルコールを除く炭
素数が４以上、特に炭素数が４〜６の脂肪族アルコール
が使用可能である。これら水溶液は、使用目的例えば凍
結の有無等に応じて組み合わせて用いることもできる。
高い純水、水溶性アルコール、防錆剤から成る。水溶性
アルコールとしては、メチルアルコール、エチルアルコ
ール、ｎ−プロピルアルコール、イソプロピルアルコー
ル、ｔ−ブチルアルコール等の水に無限大に可溶する低
級脂肪族アルコール、更に、ｎ−ブチルアルコール、イ
ソブチルアルコール、ｓ−ブチルアルコール、ｎ−アミ
ルアルコール、ｎ−ヘキシルアルコール等の水に対して
ある程度の溶解性を示すｔ−ブチルアルコールを除く炭
素数が４以上、特に炭素数が４〜６の脂肪族アルコール
が使用可能である。これら水溶液は、使用目的例えば凍
結の有無等に応じて組み合わせて用いることもできる。
【００１２】水溶性アルコールの含有率は、危険物とし
て規制を受けない６０容量％以下であることが必要であ
り、逆に１０容量％以下では、電力変換器の材質によっ
ては、耐腐食能力が低下し、また凍結能力も低下してし
まう。
て規制を受けない６０容量％以下であることが必要であ
り、逆に１０容量％以下では、電力変換器の材質によっ
ては、耐腐食能力が低下し、また凍結能力も低下してし
まう。
【００１３】また、有機カルボン酸の防錆剤としては、
炭素数が１２以上、特に１５〜２１の飽和または不飽和
高級脂肪族カルボン酸のアルカリ金属塩が使用しうる。
その具体例としては、パルチミン酸、ステアリン酸、オ
レイン酸等のナトリウム塩、カリウム塩等が挙げられ
る。
炭素数が１２以上、特に１５〜２１の飽和または不飽和
高級脂肪族カルボン酸のアルカリ金属塩が使用しうる。
その具体例としては、パルチミン酸、ステアリン酸、オ
レイン酸等のナトリウム塩、カリウム塩等が挙げられ
る。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について表
１、表２、図１〜図５を用いて説明する。材質がアルミ
ニウム等の電力変換器において、アルコール水溶液とし
て有効なアルコール含有率について、表１に示す各溶液
を用いて調査を行った。水と水溶性アルコールを表１に
示す割合になるように混合し、さらにその混合液に防錆
剤を追加したもので行った。
１、表２、図１〜図５を用いて説明する。材質がアルミ
ニウム等の電力変換器において、アルコール水溶液とし
て有効なアルコール含有率について、表１に示す各溶液
を用いて調査を行った。水と水溶性アルコールを表１に
示す割合になるように混合し、さらにその混合液に防錆
剤を追加したもので行った。
【００１５】まず、この表１の溶液を使用して、重量を
調査し耐腐食性について検討した。インバータ等の電力
変換器の半導体素子を冷却するヒートシンク等に使用さ
れる銅、アルミニウムの試験片を、表１の溶液中に一定
期間浸し、浸した前後の重量差を測定することにより、
腐食による重量増加を測定した。
調査し耐腐食性について検討した。インバータ等の電力
変換器の半導体素子を冷却するヒートシンク等に使用さ
れる銅、アルミニウムの試験片を、表１の溶液中に一定
期間浸し、浸した前後の重量差を測定することにより、
腐食による重量増加を測定した。
【００１６】その結果は、図１に示すように、アルコー
ル含有率が１０％以上では、その耐腐食効果が高いこと
が確認され、さらに防錆剤を追加したものは、それより
その耐腐食効果が高いことが確認された。
ル含有率が１０％以上では、その耐腐食効果が高いこと
が確認され、さらに防錆剤を追加したものは、それより
その耐腐食効果が高いことが確認された。
【００１７】
【表１】
【００１８】次に、冷却性能試験を行った。図２に示す
冷却性能試験装置に表１の各溶液（防錆剤なし）を注入
した。本装置は、ヒータ１で加熱し、ヒートシンク２内
の溶液を沸騰させ、その沸騰した蒸気が凝縮器３にて凝
縮され液化し、再度ヒートシンク２に戻る冷却サイクル
を実施するものである。なお、４はヒータ１を締め付け
るクランプである。
冷却性能試験装置に表１の各溶液（防錆剤なし）を注入
した。本装置は、ヒータ１で加熱し、ヒートシンク２内
の溶液を沸騰させ、その沸騰した蒸気が凝縮器３にて凝
縮され液化し、再度ヒートシンク２に戻る冷却サイクル
を実施するものである。なお、４はヒータ１を締め付け
るクランプである。
【００１９】測定は、ヒータ１に取り付けた熱電対５で
温度測定を行い、その温度上昇値によって、冷却性能を
みるもので、その結果を図３に示す。図３に示すとお
り、純水（アルコールなし）だけに比較して、その冷却
能力は少しづつではあるが、低下していくことが明らか
となった。と同時に、極端に低下することがないことも
確認された。
温度測定を行い、その温度上昇値によって、冷却性能を
みるもので、その結果を図３に示す。図３に示すとお
り、純水（アルコールなし）だけに比較して、その冷却
能力は少しづつではあるが、低下していくことが明らか
となった。と同時に、極端に低下することがないことも
確認された。
【００２０】さらに、耐凍結性について検討した。一般
的な機器が使用する低温側の温度である−２０度で、各
溶液を用いて、実施した。その結果を表２に示す。表２
に示すとおり、混合割合が１０％ぐらいであれば、−２
０度までは完全に凍結することなく、シャーベット状態
であり、その温度までは、使用することが可能であるこ
とが確認された。
的な機器が使用する低温側の温度である−２０度で、各
溶液を用いて、実施した。その結果を表２に示す。表２
に示すとおり、混合割合が１０％ぐらいであれば、−２
０度までは完全に凍結することなく、シャーベット状態
であり、その温度までは、使用することが可能であるこ
とが確認された。
【００２１】
【表２】
【００２２】次に、絶縁性能について検討した。絶縁性
能については、図４に示すような絶縁性能試験装置に溶
液を注入した。本装置は、溶液をポンプ６で循環させ、
イオン交換樹脂７の入った交換塔８に溶液を通すことに
より、純度計９が循環中の溶液の純度つまり絶縁抵抗値
を測定する。なお、１０は、電圧印加装置である。循環
する冷却媒体中に、金属のイオンの溶けだしが多くなる
ように金属（例えば銅等）パイプ１１にテフロンパイプ
１２を接続し、そのテフロンパイプ１２間に高電圧を印
加させるものである。
能については、図４に示すような絶縁性能試験装置に溶
液を注入した。本装置は、溶液をポンプ６で循環させ、
イオン交換樹脂７の入った交換塔８に溶液を通すことに
より、純度計９が循環中の溶液の純度つまり絶縁抵抗値
を測定する。なお、１０は、電圧印加装置である。循環
する冷却媒体中に、金属のイオンの溶けだしが多くなる
ように金属（例えば銅等）パイプ１１にテフロンパイプ
１２を接続し、そのテフロンパイプ１２間に高電圧を印
加させるものである。
【００２３】その結果を図５に示す。表１の各溶液をイ
オン交換樹脂７に通すことにより、液体中にアルコール
分が含まれていても、絶縁抵抗値は一定に保たれ、絶縁
抵抗値が高くなることが確認された。このように、耐腐
食性、耐凍結性、冷却能力等を考慮すると、水溶性アル
コールの含有率としては、２０〜３０％程度が望ましい
ことがわかった。
オン交換樹脂７に通すことにより、液体中にアルコール
分が含まれていても、絶縁抵抗値は一定に保たれ、絶縁
抵抗値が高くなることが確認された。このように、耐腐
食性、耐凍結性、冷却能力等を考慮すると、水溶性アル
コールの含有率としては、２０〜３０％程度が望ましい
ことがわかった。
【００２４】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、冷却効
果をほとんど損ねることなく、使用材質も腐食させるこ
となく、かつ冷却媒体の凍結による機器の破損を防止す
ることができ、またイオン交換樹脂などを使用すること
により、絶縁性を保持することも可能となる。さらに、
本発明で用いられる冷却媒体は、いわゆる危険物として
の規制を受けないため、使用場所、廃棄等の制約を受け
ることがない。
果をほとんど損ねることなく、使用材質も腐食させるこ
となく、かつ冷却媒体の凍結による機器の破損を防止す
ることができ、またイオン交換樹脂などを使用すること
により、絶縁性を保持することも可能となる。さらに、
本発明で用いられる冷却媒体は、いわゆる危険物として
の規制を受けないため、使用場所、廃棄等の制約を受け
ることがない。
【図１】本発明におけるアルコール混合率と腐食性との
関係図。
関係図。
【図２】本発明における冷却性能試験装置図。
【図３】本発明におけるアルコール混合率と冷却効率と
の関係図。
の関係図。
【図４】本発明における絶縁性能試験装置図。
【図５】本発明におけるアルコール混合率と絶縁性との
関係図。
関係図。
１ ヒ−タ ２ ヒ−トシンク ３ 凝縮器 ４ クランプ ５ 熱電対 ６ ポンプ ７ イオン交換樹脂 ８ 交換塔 ９ 純度計 １０ 電圧印加装置 １１ パイプ １２ テフロンパイプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福田 和明 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内
Claims (6)
- 【請求項１】熱を帯びるパワー素子を使用した電力変換
器を、冷却媒体として１０〜６０容量％の水溶性アルコ
ールを含む水溶液を用いて冷却することを特徴とする電
力変換器の冷却方法。 - 【請求項２】前記水溶性アルコールが、少なくともメチ
ルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコ
ールのいずれか、またはその混合液であることを特徴と
する請求項１記載の電力変換器の冷却方法。 - 【請求項３】前記水溶性アルコールに防錆剤を添加した
ことを特徴とする請求項１記載の電力変換器の冷却方
法。 - 【請求項４】前記防錆剤が、ベンゾトリアゾールまたは
有機カルボン酸系防錆剤であることを特徴とする請求項
１記載の電力変換器の冷却方法。 - 【請求項５】前記水溶性アルコールを含む水溶液が、イ
オン交換器を通して供給されることを特徴とする請求項
１記載の電力変換器の冷却方法。 - 【請求項６】熱を帯びるパワー素子を有する変換器と、 前記変換器を１０〜６０容量％の水溶性アルコールを含
む水溶液を用いて冷却する冷却器と、 を具備することを特徴とする電力変換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9329823A JPH11163571A (ja) | 1997-12-01 | 1997-12-01 | 電力変換器の冷却方法と電力変換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9329823A JPH11163571A (ja) | 1997-12-01 | 1997-12-01 | 電力変換器の冷却方法と電力変換器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11163571A true JPH11163571A (ja) | 1999-06-18 |
Family
ID=18225637
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9329823A Pending JPH11163571A (ja) | 1997-12-01 | 1997-12-01 | 電力変換器の冷却方法と電力変換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11163571A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100485835B1 (ko) * | 2001-10-26 | 2005-04-28 | 니뽄 가이시 가부시키가이샤 | 히트 싱크 재료 |
| JP2009535847A (ja) * | 2006-05-02 | 2009-10-01 | レイセオン カンパニー | 亜大気圧下で冷却剤によりエレクトロニクスを冷却する方法及び装置 |
-
1997
- 1997-12-01 JP JP9329823A patent/JPH11163571A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100485835B1 (ko) * | 2001-10-26 | 2005-04-28 | 니뽄 가이시 가부시키가이샤 | 히트 싱크 재료 |
| JP2009535847A (ja) * | 2006-05-02 | 2009-10-01 | レイセオン カンパニー | 亜大気圧下で冷却剤によりエレクトロニクスを冷却する方法及び装置 |
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