JPS5918666A - 水冷機器の冷却装置 - Google Patents

水冷機器の冷却装置

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JPS5918666A
JPS5918666A JP57129458A JP12945882A JPS5918666A JP S5918666 A JPS5918666 A JP S5918666A JP 57129458 A JP57129458 A JP 57129458A JP 12945882 A JP12945882 A JP 12945882A JP S5918666 A JPS5918666 A JP S5918666A
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cooling
cooling water
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cation exchange
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23FNON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F15/00Other methods of preventing corrosion or incrustation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J39/00Cation exchange; Use of material as cation exchangers; Treatment of material for improving the cation exchange properties
    • B01J39/04Processes using organic exchangers

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  • Organic Chemistry (AREA)
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、冷却水を用いて水冷機器を冷却する水冷機
器の冷却装置に関する。
サイリスタバルブなどの交直変換装置には、大電力用の
半導体素子が使用されるが、電力用の大容量素子におい
ては、電極面から発生する単位面積当りの熱量が非常に
大きいため、非常に熱密度の高い熱量を短時間のうちに
除去する必要がある。このため半導体素子に装着した銅
の冷却フィン番こ発生熱量を導き、フィンを熱伝達率の
高い水で冷却し、温まった水を別の熱交換器に通して空
気または水で冷却する方式が従来採用されているが、交
直変換装置においては、直流の課電部を通して冷却水中
に漏れ電流が流れると、冷却水系に存在する金属材料は
流電腐食を生じるので、冷却水には、高度の絶縁性を有
する水が要求されるため、一般に蒸溜水または予めイオ
ン交換処理したイオン交換水が使用されている。
第1図は、半導体素子を使用した水冷式交直変換装置の
従来の冷却装置を示したもので、図において(1)は図
示されていない電力用大容量半導体素子で構成された交
直変換装置であって、これが水冷機器となるものである
。(2)は交直変換装置(1〕で発生する熱を除去する
ための冷却水、(3)は蒸溜水またはイオン交換水等の
冷却水(2)を循環させるためのポンプ、(4)は冷却
水(2)の絶縁性を良好に維持させるために冷却水(2
)を精製するイオン交換装置、(41)はイオン交換装
置(4)に収納された陽イオン交換樹脂、(42)は陰
イオン交換樹脂である。(5)は交直変換装置(1〕の
発生熱を除去した冷却水(2)を冷却するための熱交換
器、(6) 、 (7) 、 (8)は冷却水(2)を
通すための非電導性材料でつくられた管で管(6) 、
 (7)は冷却水の主循環経路を形成し、(8)は主循
環経路から分岐したバイパス路を形成スル。(9) 、
 (10)は流量調節用のバルブ、(11)は補給水タ
ンクである。
従来の水冷電気機器の冷却装置は、上記のように構成さ
れ、ポンプ(3)を駆動させることにより、冷却水(2
〕は管(6)を通って交直変換装置(1〕へ送られ、交
直変換装置(1)内を循環して、交直変換装置を構成す
る図示されていない半導体素子を冷却する。温められた
冷却水(2)は管(7)を通って熱交換器(5〕へ送ら
れ冷却され再びポンプ(3)および管(6)を通って循
環される。冷却水(2)はこれらの冷却水系を循環する
うちに、冷却水系に存在する金属材料やロー付部および
非電導性材料中の不純物成分を徐々に溶解するため、冷
却水の純度が次第に低下する。このため、冷却水(2)
の一部は管(8〕によって形成されるバイパス路を通し
てイオン交換装置(4〕に送られ冷却水中に溶は込んだ
不純物イオン成分をイオン交換装置(4)によって除去
し、再び高絶縁性の冷却水として流量調節バルブ(10
)、ポンプ(3〕、管(6〕を通して交直変換装置(1
)に送り込まれる。
交直変換装置のよう1こ直流回路を有する電気機器を水
で冷却する場合には、冷却水中に直流の漏れ電流が流れ
ると冷却水系に存在する金属は流電腐食によって腐食す
るが、金属の流電腐食による腐食量は漏れ電流の大きさ
に比例する。
一方、漏れ電流の大きさは水の抵抗に反比例するため、
イオン交換装置を用いて冷却水の絶縁性を高め、漏れ電
流を小さくして、腐食を防止することに従来主眼がおか
れてきた。しかし、冷却水による金属の腐食は、流電腐
食に加えて冷却水系に存在する溶存酸素にもとすく腐食
が生じるために、単に冷却水の純度を高めるだけでは、
腐食を完全に防止することはできない。
即ち、冷却水が接触して熱交換が行われる交直変換装置
(1)内の図示されていない半導体素子に装着された放
熱体の放熱面並びに熱交換器(5)の放熱面は、放熱を
有効に行わしめるために、非常に広い表面積を有してお
り、かつ前記の放熱面は熱伝達率の大きい銅や黄銅など
の金属でつくられているため、冷却水中の溶存酸素の作
用によって腐食される金属の総量はかなり大きな値にな
る。腐食によって冷却水中に溶は込んだ金属イオンは、
イオン交換樹脂によって取除かれるが、冷却水中に溶出
する金属イオンの量が多いと、イオン交換樹脂の寿命が
非常に短くなリ、イオン交換樹脂の再製や取替えに非常
に手間を要するという欠点があった。
水に対する飽和溶存酸素濃度は、例えば25℃の水中で
は約8.2ppmであるが25℃の水中における銅の腐
食量は、水中の溶存酸素が8゜6 、4 、2 ppm
のときに、0.4 、0,33.0.25゜0、14 
rrtq/血2/日であり、銅の腐食量と溶存酸素濃度
の間には、明らかに高度の相関がある。
従って冷却水中における金属の腐食を軽減するためには
、冷却水の純度を高めると共に、水中の溶存酸素濃度を
下げることが重要である。
この発明は、水冷機器の放熱体や冷却管などの腐食を軽
減し、水冷機器の信頼性を高めると共に、併せて冷却水
の純度維持のために使用されるイオン交換樹脂の寿命延
長を図ることを目的とするものである。
第2図は、この発明による水冷機器の冷却装置の一実施
例を示すもので(1〕〜(3)、(5)〜(11)は従
来装置と全く同一のものである。(12)は管(8)に
よって形成されるバイパス路に配設された脱酸素装置、
(121)はその容器・(122)は容器(121)内
に収納された水不溶性または水難溶性の脱酸素材である
。(13)は脱酸素袋−fil(12)の前段に配設さ
れた陰イオン交換装置、(131)はその容器、(13
2)は容器(131)内に収納された陰イオン交換樹脂
、(14)は脱酸素装置(12)の後段に配設された陽
イオン交換装置、(141)はその容器、(142)は
容器(141)内に収納された陽イオン交換樹脂である
このように構成された水冷機器の冷却装置においては、
蒸溜水またはイオン交換水等の冷却水(2)は、バルブ
(9) 、 (10)を適当に調節し、ポンプ(3)を
駆動させることにより交直変換装置〔1〕へ送られ交直
変換装置内を循環して図示されていない半導体素子を冷
却する。温められた冷却水は管(7)を通して熱交換器
(5〕へ送られ、冷却され再びポンプ(3)および管(
6)を通って循環するが、冷却水の一部はバルブ(9)
 、 (10)の調節に応じた量が管〔8〕を通って陰
イオン交換装置(13)を通過することによって水中の
不純物イオンの内、陰イオンのみが除去され、冷却水中
には陽イオンが過剰の状態になまため冷却水は、弱アル
カリ性となって脱酸素装置(12)を通過する。脱酸素
装置(12)には脱酸素材として例えば鉄粉が使用され
る。冷却水の脱酸素材としては、通常亜硝酵ナトリウム
やヒドラジンなどの無機物質または有機物質が知られて
いるが、これらの物質は水に溶解して、水の電導度を高
めるので、流電腐食が問題になるような冷却水系では使
用することができない。そのため、この発明では水不溶
性または水難溶性の脱酸素材を使用する0溶存酸素を含
んだ冷却水動水中の溶存酸素は水酸化鉄となって除去さ
れる。弱アルカリ性、例えばpH=9におけるFe(O
H)!1、65 X 10−15および4 X 10−
”であり、鉄イオン溶出量は中性の水における溶出量に
比べて1万分の1以下である。溶存酸素が除去された冷
却水(2)は、次に陽イオン交換樹脂(14)を通過す
ることによって、冷却水中に存在する極微量の銅イオン
や鉄イオンなどの陽イオンが除去され、溶存酸素、不純
物イオン共に除去された腐食性の極めて少ない冷却水と
なって再び交直変換装置・(1)に送り込まれる。
次に示す表は、第2図に示した本発明装置、第1図に示
した従来装置、第1図の従来装置においてイオン交換装
置(4〕の後段に第2図の脱酸素装置(12)を配置し
たもの(比較例1)、および第1図の従来装置において
イオン交換装置(4)の前段に第2図の脱酸素装置(1
2)を配置したもの(比較例2)において、水冷電気機
器を1力月間運転したときイオン交換樹脂に吸着された
金属イオン量および冷却水中の溶存酸素濃度を示したも
のである。試験は、冷却水と接触する放熱体の表面積1
−イ、ステンレス製熱交換器並びに陽イオン交換樹脂2
1.陰イオン交換樹脂1t1脱酸素装置などで構成され
る冷加水循環経路に予め窒素ガスを吹込んで溶存酸素量
をI ppm以下に脱気処理を行いイオン交換処理を行
った純水を100を封入して行った。
脱酸素材には、鉄粉500grを使用した。いずれの場
合にもイオン交換装置(4) 、 (13) 。
(14)に循環させる冷却水の量は全体の10%とした
この表からも明らかであるように、本発明による水冷機
器の冷却装置においては、脱酸素装置によ−って冷却水
中の溶存酸素濃度が低くなるため銅製放熱体の腐食量を
従来に比べて大幅に低減することが可能であり、また、
脱酸素装置の後段lこ陽イオン交換装置を配置すること
にょつて脱酸素材の金属イオンが除去されるため冷却水
中の鉄イオンの量も小さくなり、ひいてはイオン交換樹
脂の寿命を大幅に延長することか可能である。
第3図は、この発明による水冷機器の冷却装置の他の実
施例を示したもので図中の番号は第2図に示したものと
全く同一である。この実施例は管(8)によって交直変
換装置(1〕の出口を陰イオン交換装置(13)に接続
した点が第2図の実施例と異なる。また、第2図に示し
た装置(3)。
(6) 、 (8)〜(14)をそのまま管(7)に接
続することもできる。
第2図および第3図の”実施例では冷却水の一部を管(
8)によって形成されるバイパス路に通しているが、第
4図に示すようにバイパス路を設けずに陰イオン交換装
置(13)、脱酸素装置(12)、陽イオン交換装置(
14)を管(6)に設けて冷却水全量をこれらの装置を
通して循環させることもできる。
また、第5図に示すようにポンプ(3)の出口側にバイ
パス路を設け、バイパス路と主循環経路にそれぞれバル
ブ(10) 、 (9)を設けることにより、バルブ(
9)を全閉にして冷却水の全社をバイパス路に流したり
、バルブ(10)を全閉にしてバイパス路の流量を零に
することもできる。
勿論、バルブ(9) 、 (10)の適当な調節により
、全量に対するバイパス路の流量を任怠に調整すること
かできる。
更に、隘イオン交換装置、脱酸素装置・陽イオン交換装
置はそれぞれ個別の容器に陰イオン交換樹脂、脱酸素材
、陽イオン交換樹脂を収容して構成したがこれを第6図
に示すように単一の容器(15)を隔壁(151)、(
152)、スクリーン(153)、(154)、(15
5)。
(156)で区切ってその中に陰イオン交換樹\ 脂(132)、脱酸素材(122)、陽イオン交換樹脂
(142)を冷却水の流動方向に見てこの順で収容する
ことによって構成することもできる。
以上この発明を水冷電気機器を対象として説明したが、
この発明は電気機器に限られるものではなく、他の水冷
機器一般に適用しても大きな効果を上げうる(と明らか
である。また1脱酸素材としては鉄以外に、コバルト、
クロム、ニッケル等の粉末を使用することもできる。ま
た、冷却水としては蒸溜水またはイオン交換水以外に用
途に応じて工業用水等の他の水を使用することもできる
本発明は、以上に述べた如く、水冷機器の腐食を軽減す
ることにより機器の寿命延長、信頼性向上に大きな寄与
をするばかりでなく冷却水の精製に使用されるイオン交
換樹脂の寿命を大幅に延長させることができるのでイオ
ン交換樹脂の取替えなどの機器の保守に要する時間を減
少できる利点を有しており工業的価値が非常に優れてい
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は水冷機器の従来の冷却装置を示す図、第2図は
本発明による冷却装置の一実施例を示す図、第3図乃至
第6図はそれぞれ本発明の他の実施例を示す図であり、
図中同一符号は同一部または相当部を示す。 図において(2)は冷却水、(12)は脱酸素装置、(
13)は陰イオン交換装置、(14)は陽イオン交換装
置である。 代理人 弁理士 葛  野  信  −第1図 第2図 第3図 第6図 第4図 第5図 手続補正書(自発) ’4.’+’ +i’l’ Ii長官殿]、  °Ii
’(’lの表示    ’−’?願昭57−12945
8号2、発明の名称 水冷機器の冷却装置 ;3.  油面をするn 5、補正の対象 発明の詳細な説明の欄 6、補正の内容 (1)明細書中箱14頁第5行「ニッケル」の次に「お
よびそれらの合金」を挿入スル。 以上 324

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、冷却水を用いて水冷機器を冷却するものにおいて、
    前記冷却水の循環経路中に、陰イオン交換装置、水不溶
    性または水難溶性の脱酸素材を有する脱酸素装置および
    陽イオン交換装置をこの順番に配置し、前記冷却水の一
    部または全部を前記の陰イオン交換装置、脱酸素装置、
    陽イオン交換装置の順に循環させるようにしたことを特
    徴とする水冷機器の冷却装置。 2、冷却水の循環経路中に主循環経路から分岐したバイ
    パス路を設け、このバイパス路に陰イオン交換装置、脱
    酸素装置および陽イオン交換装置を設け、前記バイパス
    路に冷却水の一部を通すようにした特許請求の範囲第1
    項記載の水冷機器の冷却装置。 3、冷却水の循環経路中に主循環経路がら分岐オン交換
    装置、脱酸素装置および陽イオン交換装置を設け、前記
    バイパス路に冷却水の一部または全部を通しうるように
    した特許請求の範囲第1項記載の水冷機器の冷却装置。 4、 陰イオン交換装置、脱酸素装置および陽イオン交
    換装置をそれぞれ個々の容器に陰イオン交換樹脂、脱酸
    素材、陽イオン交換樹脂を個別に収容して構成した特許
    請求の範囲第1項記載の水冷機器の冷却装置。 5、陰イオン交換装置、脱酸素装置および陽イオン交換
    装置を単一の容器に陰イオン交換樹脂、脱酸素材および
    陽イオン交換樹脂をこの順で収容して構成した特許請求
    の範囲第1項記載の水冷機器の冷却装置。 6、脱酸素材が鉄粉である特許請求の範囲第1項記載の
    水冷機器の冷却装置。 7、冷却水が蒸溜水またはイオン交換水である特許請求
    の範囲第1項記載の水冷機器の冷却装置。
JP57129458A 1982-07-22 1982-07-22 水冷機器の冷却装置 Granted JPS5918666A (ja)

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