JPS6154876A - 水冷式サイリスタバルブ - Google Patents

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】 ［発明の技術分野］ 本発明はサイリスタバルブに係り、特に液体で冷却する
サイリスタバルブの配管構成を改良した水冷式サイリス
タバルブに関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 近年、電力用サイリスタの大容量化は目覚ましいものが
ありシリコンウェハー径１０００φを使用した４ＫＶ−
３ＫｋＲ素子が開発されその応用分野である周波数変換
、直流送電等のサイリスタバルブにおいても、高電圧化
、大容量化が著しい。特に大電流化にともない装置の熱
損失が増大し、いかに効率よく冷却するかが問題となっ
てきた。サイリスタバルブの冷却媒体としては従来、空
気や絶縁油などが用いられてきたが、その熱伝達率の低
さから冷却効率には限度がある。現在は、空気や絶縁油
（：比べ大きな熱伝達率を有する純水を用いた冷却方式
が主流となっている。

一方高電圧化（二伴いサイリスタバルブが高層化し、い
かに効率よく冷媒用純水を循環させ、効率よい冷却を実
覗、させるか、又、いかにもれ電流を小さくして純水接
触部の電食をおさえるかが問題となっている。

一般にサイリスタ装置は第６図（二示す如き回路構成を
有している０すなわち、サイリスタバルブ１〜６は３相
全波ブリツジを構成し、交流端子Ｕ。

Ｖ、ＶＮ：：は交流系統７が接続されている。８は直流
リアクトルで、９．１０は直流端子である。

このような変換装置は高電圧で使用する場合、サイリス
タバルブ１〜６は多数のサイリスタを直列或は直並列（
二接続して構成される。このサイリスタバルブ１〜６は
同じ構成であるのでそのうちの１つのサイリスクバルブ
！二ついて説明する。サイリスタバルブ１は第７図に示
すような複数個のサイリスク素子１２とその附属回路で
ある７ノードリアクトＡ／１３．ダンピング回路を兼ね
た抵抗１５゜１６、コンデンサー１４からなる分圧回路
等を収納したサイリスタモジュール１１を直列接続して
構成される。これらモジュール１１を構成する部品のう
ち冷却を要するものは電力損失の大きいサイリスク素子
１２、アノードリアクトル１３、それＬ：抵抗１５゜１
６でおる。

このようなサイリスタバルブを水で冷却する場合の従来
のサイリスタバルブ冷却装置が第８図に示されている。

図（二おいて、サイリスタバルブ１は、モジュール１１
間を碍子１８で絶縁し、継手１７によりモジュール１１
を複数個積み重ね構成されている。また、モジュール１
１の両端には、絶縁物の］くルプ配水管１９Ａ、１９Ｂ
が、絶縁物であるモジュール配水管２０Ａ、　２０Ｂに
よってそれぞれ接続されている。

このパルプ配水管１９Ｂの下端には、熱交換器２２が接
続されており、この熱交換器２２には送水管２１（−よ
ってイオン交換器ｎを介してポンプ２４が接続されてい
る。このポンプ２４にはパルプ配水管１９Ａの下端が接
続されている。このように、ポンプ２４（＝よって冷却
水２５をバルブ配水管１９に送り、これをモジュール配
水管２０で各モジュール１１に分配し、部品を冷却した
水は復路のパルプ配水管１９Ｂに集められる。この冷却
水は部品の電力損失により温度が上昇しているので熱交
換器２２を通して、熱交換器用冷却水２６で温度を下げ
るｏ’ｔた、配水管、パルプを通った冷却水２５は、こ
れらが発生するイオンや不純物がまじっているので、イ
オン交換器部により、イオンや不純物を取除き、冷却水
の比抵抗を上げてポンプ２４に送る。これを循環してパ
ルプを冷却する。

このような水によって冷却される従来のモジュールは、
第９図１＝示す如き部品構成を示している０すなわち、
サイリスタ１２とサイリスタ冷却フィンｎを交互に重ね
てサイリスタスタック２９を形成し、サイリスタ冷却フ
ィン２７間は冷却水２５を通す絶縁チューブ３４をつな
いで一方の冷却回路を形成する０またこのサイリスタス
タック２９と並列に、例えば中空の導体をコイル状に巻
いて、その中に冷却水を流すようなアノードリアクトル
１３と、抵抗冷却フィン２８の両端に、抵抗１５と１６
を取付け、この抵抗冷却フィン２８を冷却することによ
り、間接的に抵抗を冷却する抵抗群３１を、絶縁チュー
ブ３４でつないでもう一方の冷却回路を形成している。

抵抗１５．１６は抵抗体を絶縁物で包み、その絶縁物を
アルミニウムの如き熱良導体の金属で覆うような構造で
抵抗冷却フィン２８とは電気的（二絶縁されているが、
抵抗冷却フィンあの電位を固定する穴め、抵抗の一方の
端子と同電位にする。３２は、コンデンサ１４を集め次
コンデンサ群で、これら各電気部品は第７図に示したよ
うな結線で、電気導体３０で接続する。アノード端子Ａ
、カソード端子Ｋ（ｄ他のステージとの接続用端子であ
る。３３はサイリスタ１２＋ニゲート信号を送るための
ゲート増幅器であるＯ 上記した、サイリスタスタック２９やアノードリアクト
ル１３、抵抗冷却フィン２８、コンデンサ１４などの部
品は、絶縁板を用いてモジュール１１の底板に必要な絶
縁距離をとって取付けている。

冒頭にて述べたように大１！流化、高電圧化が要求され
ている今日、例えば２５０　ＫＶ級気中絶縁サイリスタ
バルブは高さ１１　ｍにも及ぶ。このよう（−１多段に
積み上げて構成されるサイリスタバルブ１の各モジュー
ル１１へ冷却水を分配する場合、各モジュール１１の流
量は、第１０図に示すように上段のモジュールへいく（
＝従って、その流量は減小する。

これはモジュール内の流体損失とパルプ配水管１９の流
体損失の比によって決まってくるもので、その比が大き
い程第１０図のグラフの傾きは小さくなり、効率のよい
冷却を実現することができる。従ってパルプ配水管１つ
の流体損失を小さくすればよいが、これはパルプ配水管
の形状や太さなど（：よって決まってくるものでパイプ
形状を太くすることによりモジュールとの圧力損失比を
大きくすることは可能である。しかしパイプ形状を太く
するとリーク電流を増加させ、電食が指数関数的に進行
する結果となる。第１１図に示すよう（二電食は絶縁パ
イプ３４と金属パイプ３５との取合部３７１；集中し、
冷却水の漏れの原因となることが多い０しかも絶縁パイ
プ３４は１曲げ加工性が悪く、絶縁距離確保の点から構
造設計上の支障となり易い。したがって、パルプ配管１
９の圧力損失を減小させる為ロバイブ形状を太くするの
は賢明ではない。一方モジニール１１の流体損失を大き
くして、パルプ配管１９との圧力損失比を大きくすると
ポンプ２４の容量を大きくしなければならなくなり、冷
却系の水圧も大きくなり各部品の耐水圧に対する信頼性
の問題や水漏れの問題も生じ、しいてはコストアップ問
題ともなっていた。

さら（：パルプ高さが１０　ｍ以上にもなると、冷却水
の循環が停止されると、パルプ内に残る冷却水が重力に
まかせて落ちてしまい、パルプ配管内に真空状態を形成
し、比較的耐圧強度の弱い絶縁パイプが真空のためにつ
ぶれて破損するという欠点を有していた。

［発明の目的］ 本発明の目的に、上記の問題を解決し、コスト的にもほ
とんど上昇させることなく、また絶縁上なんら問題とな
らないで信頼性の高い水冷式サイリスタバルブを提供す
ることにある。

［発明の概要］ 本発明は上述目的を達成するため、サイリスタバルブの
各モジュールへ冷却水を循環せしめる配管系（：おいて
、パルプ配水管とモジュールのあいり（二ヘッダータン
クを介した冷却配管構成とした隼のである。

［発明の実施例コ 以下、第１図乃至第５図を参照して本発明を説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す水冷式サイリスタバル
ブの構成図であり、第２図はＭ１図のサイリスタバルブ
を構成するモジュールの１例である。

尚、第７図〜第１１図と同一部分には同一符号を附して
示す０第１図に示すごとくサイリスタバルブｌの各モジ
ュール１１へ分配される冷却水はヘッダータンク３６を
介して送水され、又、ヘッダータンク３６を介して排水
される。これによりモジュール１１と該タンク３６の圧
力損失比が大きくなり、各モジュール１１（＝おける流
量をほぼ均一（二することができる。本実施例では該タ
ンク３６は複数のパルプ配管１９にて配管されているが
、これはリーク電流対策又、圧力損失対策を考慮し比際
の配管構成で、もちろん１本でもさしつかえない揚台も
ある０第２図はモジュール１１にヘッダータンク３６を
装備し１体化ユニットとした本発明の一実施例である。

該タンク３６を構成する材質は、絶縁材でも金属でも電
気的に問題なければ、仕様（一応じて使い分ければよい
ことは言うまでもない。尚、該タンク３６を銅等の良導
体にて構成し、第７図に示すモジュール１１間を接続す
るようモジュール内配線を構成すれば電気端子としての
機能を葦ねそなえることが可能となる０ このよう（二ヘッダータンク３６ヲ介して冷却水を七ジ
ュール１１へ循環させること（−より、モジュールとヘ
ッダーの圧力損失比が大きくなり第１０図におけるａｔ
バランスカーブの傾きが小さくなり各モジュールの流量
は均等化する。こｎｌ二よりサイリスタバルブの信頼性
が向上しポンプ２４の容量アップも必要となくなる友め
、水圧は低くてよく、水漏れや部品の耐水圧に対する問
題もなくなる。

さらに冷却水循環が停止してパルプ内の冷却水が落ちる
ような事態となっても、ヘッダータンク３６内に残る冷
却水が供給され、耐圧力の弱い絶縁パイプが真空となら
ぬようにする働＠をもつ。

同図では特に示さないが、モジュール１１とヘッダータ
ンク３６は１対１である必要はなく、もちろん、ヘッダ
ータンク１台に対し、複数のモジュールヘ給水する場合
も上記と同様の結果が得られる。

特（二ヘッダータンク３６はモジュール配置レベルより
高位にあることが望ましくこれによりサージタンクの機
能も発揮されることは言うまでもない。

第３図は本発明の他の実施例を示す水冷式サイリスタバ
ルブｌであり第４図は第３図のパルプを構成する碍子継
手部の断面図、又第５図は第４図（二おける２−２断面
を示す。

第３図（ユ示すごとくサイリスタバルブ１へ分配される
冷却水２５は、モジュールエ１を多段に積み上げ構成せ
しめる碍子１８の内部に第４．第５図のような中空道３
８を設け、前記碍子１８を中継してかつサイリスメモジ
ュール１１を固定する継手１７をヘッダタンクとしてこ
れらを経てモジュール１１へ分配排水される０碍子１８
に設けられた中空道３８が複数本となっているのはリー
ク電流対策を考慮したものでもちろん１本でもさしつか
えない場合もある。

尚図中３９はシール用パツキンでおる。

これにより前述の効果が得られると共に、冷却用パイプ
の削減をはかることができる。

［発明の効果コ 以上説明のように、本発明（−よればサイリスタバルブ
の大容量化（二伴いモジュール段数が増し、パルプ高さ
が高くなっても各モジュールの流量はポンプの容量アッ
プ、水圧の上昇なしに、均等に分配されることが出来る
ため水もれや各部品の耐水圧（二対する問題もなくなり
、又、リーク電流に対する対処も容易なため、信頼性の
高いサイリスタバルブを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すサイリスタバルブ冷却
装置の全体構造図、第２図は本発明の実施例を示すモジ
ュールの構成図、第３図は本発明の他の実施例を示すサ
イリスタバルブ冷却装置の全体構成図、第４図、第５図
は第３図で示したサイリスタバルブを構成する碍子と継
手の詳細断面図、第６図はパルプを用いたサイリスタ装
置の回路図、第７図はサイリスタバルブの結線図、第８
図は従来のサイリスタバルブ冷却装置の全体構成図、第
９図は従来のサイリスタバルブのモジュールの部品配置
図、第１Ｏ図は多段積みサイリスタバルブにおけるモジ
ュール流量特性を示すグラフ、第１１図は電食の発生状
況を示す図である。 １〜６・・・サイリスタバルブ　１１・・・モジュール
１２・・・サイリスタ素子　１３・・・７ノードリアク
トル１４・・・コンデンサ　　　１５．１６・・・抵抗
１７・・・継手　　　　　　１８・・・碍子１９・・・
パルプ配管　　　２０・・・七ジュール配管２１・・・
送水管　　　　　２２・・・熱交換６詔−・イオン交換
器　　２４・・・ポンプ２５・・・冷却水　　　　　２
６・・・熱交換器用冷却水２７．２８・・・冷却フィン
　２９・・・サイリスタスタック３０・・・電気導体　
　　　３１・・・抵抗群３２・・・コンデンサ一群　３
３・・・ゲート増幅器３４・・・絶縁チニープ　　３５
・・・金属パイプ３６・・・ヘッダータンク　３７・・
・取合部３８・・・中空道　　　　　３９・・・パツキ
ン代理人　弁理士　則　近　憲　佑（ほか１名）第１図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図 １′）　　　　　　　　ＩＮＸ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数個のサイリスタ素子とその附属回路であるコ
   ンデンサー抵抗器リアクトル等を収納したサイリスタモ
   ジュールを絶縁支持物により複数段積み重ねて構成し前
   記サイリスタモジュール内の発熱部品を冷却配管を介し
   て供給される水で冷却する水冷式サイリスタバルブにお
   いて前記サイリスタモジュールにヘッダータンクを設け
   たことを特徴とする水冷式サイリスタバルブ。
2. （２）前記冷却配管はサイリスタモジュールを絶縁支持
   する碍子に貫通穴を設けて利用すると共に前記ヘッダー
   タンクは前記碍子を上下を接続固定させるための継手を
   利用したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   水冷式サイリスタバルブ。