JPH1189213A - 高圧電気機器の水冷装置 - Google Patents
高圧電気機器の水冷装置Info
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- JPH1189213A JPH1189213A JP23589697A JP23589697A JPH1189213A JP H1189213 A JPH1189213 A JP H1189213A JP 23589697 A JP23589697 A JP 23589697A JP 23589697 A JP23589697 A JP 23589697A JP H1189213 A JPH1189213 A JP H1189213A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高圧電気機器において、水冷却モジュールが
複数個ある時、各モジュールの冷却水流量を均一にする
には、バルブによる調整や、配管を太くするなど手間や
費用が掛る方法しかなく、配管を太くしたり調整したり
せずに、机上計算のみで各モジュールの水量を同一（所
定流量）にできる高圧電気機器の水冷装置を得る。 【解決手段】 各モジュールのモジュール給水管の上流
側端部に流体抵抗器を挿入し、給水管の下流側から数え
てＫ個目のモジュールの流体抵抗器の流体抵抗を下記
（ア）（イ）（ウ）の合計になるように設計する。 （ア）下流側からＫ−１個目の給水管部分に、所定流量
のＫ−１倍の流量があるときの流体抵抗。（イ）下流側
からＫ−１個目の戻り管部分に、所定流量のＫ−１倍の
流量があるときの流体抵抗。（ウ）下流側からＫ−１個
目の流体抵抗器が、所定の流量で示す流体抵抗。
複数個ある時、各モジュールの冷却水流量を均一にする
には、バルブによる調整や、配管を太くするなど手間や
費用が掛る方法しかなく、配管を太くしたり調整したり
せずに、机上計算のみで各モジュールの水量を同一（所
定流量）にできる高圧電気機器の水冷装置を得る。 【解決手段】 各モジュールのモジュール給水管の上流
側端部に流体抵抗器を挿入し、給水管の下流側から数え
てＫ個目のモジュールの流体抵抗器の流体抵抗を下記
（ア）（イ）（ウ）の合計になるように設計する。 （ア）下流側からＫ−１個目の給水管部分に、所定流量
のＫ−１倍の流量があるときの流体抵抗。（イ）下流側
からＫ−１個目の戻り管部分に、所定流量のＫ−１倍の
流量があるときの流体抵抗。（ウ）下流側からＫ−１個
目の流体抵抗器が、所定の流量で示す流体抵抗。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は直流送電等の電力
輸送に供される、例えば２５０ｋＶあるいはそれ以上の
高電圧で動作し、半導体制御素子などを含む電気機器を
冷却する高圧電気機器の水冷装置に関するものである。
輸送に供される、例えば２５０ｋＶあるいはそれ以上の
高電圧で動作し、半導体制御素子などを含む電気機器を
冷却する高圧電気機器の水冷装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】周波数変換あるいは直流送電等の高圧電
気機器において、高電圧大電流化が著しいが、大電流化
にともない装置の熱損失が増大し、水で冷却するものが
増えている。図８は、例えば特開昭６１−５４８７６号
公報に示されたものと類似の従来の高圧電気機器の水冷
装置を示す図である。
気機器において、高電圧大電流化が著しいが、大電流化
にともない装置の熱損失が増大し、水で冷却するものが
増えている。図８は、例えば特開昭６１−５４８７６号
公報に示されたものと類似の従来の高圧電気機器の水冷
装置を示す図である。
【０００３】図８において、２Ａ〜２Ｄは高圧回路（図
示しない）を構成するサイリスタ素子とその付属回路、
例えばアノードリアクトル、コンデンサ、抵抗等（いず
れも図示しない）の電気部品を収納したモジュールであ
り、内部にこれら電気部品を冷却する水冷配管が通じて
いる。モジュール２Ａ〜２Ｄは複数個、図示しない絶縁
支持具によって互いに絶縁されて設けられている。個々
のモジュールは図に示すように２Ａ〜２Ｄと呼ぶが、以
下の説明ではモジュールを総称して呼ぶときにはモジュ
ール２という。他の符号についても同様とする。１はモ
ジュール２を冷却する冷却水、３は冷却水１を循環させ
るポンプ、４は冷却水１中の不純物を除去するためのイ
オン交換器、５は冷却水１の温度を下げるための熱交換
器である。ポンプ３、イオン交換器４、熱交換器５は順
に接続され供給源６を構成している。各モジュール２の
配列が物理的に上下であるか、水平であるかは、この発
明においては問題ではないので、説明は省略する。（説
明の都合上、図面内での上下を表現する場合はある）
示しない）を構成するサイリスタ素子とその付属回路、
例えばアノードリアクトル、コンデンサ、抵抗等（いず
れも図示しない）の電気部品を収納したモジュールであ
り、内部にこれら電気部品を冷却する水冷配管が通じて
いる。モジュール２Ａ〜２Ｄは複数個、図示しない絶縁
支持具によって互いに絶縁されて設けられている。個々
のモジュールは図に示すように２Ａ〜２Ｄと呼ぶが、以
下の説明ではモジュールを総称して呼ぶときにはモジュ
ール２という。他の符号についても同様とする。１はモ
ジュール２を冷却する冷却水、３は冷却水１を循環させ
るポンプ、４は冷却水１中の不純物を除去するためのイ
オン交換器、５は冷却水１の温度を下げるための熱交換
器である。ポンプ３、イオン交換器４、熱交換器５は順
に接続され供給源６を構成している。各モジュール２の
配列が物理的に上下であるか、水平であるかは、この発
明においては問題ではないので、説明は省略する。（説
明の都合上、図面内での上下を表現する場合はある）
【０００４】７Ａ〜７Ｄはモジュール２Ａ〜２Ｄの水の
入口に接続されたモジュール給水管、８Ａ〜８Ｄはモジ
ュール２Ａ〜２Ｄの水の出口に接続されたモジュール排
水管である。モジュール給水管７、モジュール排水管８
はいずれもテフロン等の絶縁物で製作されている。又、
各モジュール２同士、モジュール給水管７同士、モジュ
ール排水管８同士はそれぞれ同構造、同形、同寸法であ
る。
入口に接続されたモジュール給水管、８Ａ〜８Ｄはモジ
ュール２Ａ〜２Ｄの水の出口に接続されたモジュール排
水管である。モジュール給水管７、モジュール排水管８
はいずれもテフロン等の絶縁物で製作されている。又、
各モジュール２同士、モジュール給水管７同士、モジュ
ール排水管８同士はそれぞれ同構造、同形、同寸法であ
る。
【０００５】９Ａ〜９Ｄは供給源６と各モジュール２Ａ
〜２Ｄのモジュール給水管７Ａ〜７Ｄとを結ぶ給水管、
１０Ａ〜１０Ｄは供給源６と各モジュール２Ａ〜２Ｄの
モジュール排水管８Ａ〜８Ｄとを結ぶ戻り管である。給
水管９Ａ〜９Ｄ、戻り管１０Ａ〜１０Ｄは全て絶縁性材
料で作られている。なお給水管９Ａ〜９Ｄ及び戻り管１
０Ａ〜１０Ｄは、図に示すように順に直列に接続されて
いる。１１は給水管９Ａ〜９Ｄをモジュール給水管７に
接続する接続管、１２は戻り管１０Ａ〜１０Ｄをモジュ
ール排水管８に接続するための接続管である。これらの
接続管１１Ａ〜１１Ｄは、給水管９に下流側から順に配
置され、また、接続管１２Ａ〜１２Ｄは戻り管１０に上
流側から順に配置されている。ここでは、接続管１１、
１２は全て同じ構造のものであるとする。
〜２Ｄのモジュール給水管７Ａ〜７Ｄとを結ぶ給水管、
１０Ａ〜１０Ｄは供給源６と各モジュール２Ａ〜２Ｄの
モジュール排水管８Ａ〜８Ｄとを結ぶ戻り管である。給
水管９Ａ〜９Ｄ、戻り管１０Ａ〜１０Ｄは全て絶縁性材
料で作られている。なお給水管９Ａ〜９Ｄ及び戻り管１
０Ａ〜１０Ｄは、図に示すように順に直列に接続されて
いる。１１は給水管９Ａ〜９Ｄをモジュール給水管７に
接続する接続管、１２は戻り管１０Ａ〜１０Ｄをモジュ
ール排水管８に接続するための接続管である。これらの
接続管１１Ａ〜１１Ｄは、給水管９に下流側から順に配
置され、また、接続管１２Ａ〜１２Ｄは戻り管１０に上
流側から順に配置されている。ここでは、接続管１１、
１２は全て同じ構造のものであるとする。
【０００６】図中の矢印→は水１の流れる方向を示し、
ポンプ３によって、水１を給水管９Ｄ〜９Ａに送り、接
続管１１およびモジュール給水管７で、各モジュール２
Ａ〜２Ｄに分配し、モジュール２内の電気部品を冷却し
た水１は、モジュール排水管８、接続管１２、戻り管１
０Ａ〜１０Ｄにより集められ、熱交換器５により冷却さ
れ、イオン交換器４によりイオンや不純物を除去されて
水の電気抵抗率を改善されポンプ３に戻る。一般にモジ
ュール２内で水１は導電部に直接触れることもあるの
で、水の電気抵抗率は出来るだけ高くしておかなければ
ならないのである。
ポンプ３によって、水１を給水管９Ｄ〜９Ａに送り、接
続管１１およびモジュール給水管７で、各モジュール２
Ａ〜２Ｄに分配し、モジュール２内の電気部品を冷却し
た水１は、モジュール排水管８、接続管１２、戻り管１
０Ａ〜１０Ｄにより集められ、熱交換器５により冷却さ
れ、イオン交換器４によりイオンや不純物を除去されて
水の電気抵抗率を改善されポンプ３に戻る。一般にモジ
ュール２内で水１は導電部に直接触れることもあるの
で、水の電気抵抗率は出来るだけ高くしておかなければ
ならないのである。
【０００７】なお、各々のモジュール２の内の電気部品
の発生熱量がほぼ等しいこと、また、各モジュール２へ
の配管が並列に接続されているため、各モジュール２へ
の流入時の水温が等しいことから、各モジュール２Ａ〜
２Ｄに必要な水１の流量はほぼ等しい。ところで、例え
ば２５０ｋＶ以上で送電する場合の水冷式高圧電気機器
は一般にモジュール２の台数も多いので給水管９Ａ〜９
Ｄ、戻り管１０Ａ〜１０Ｄの長さは１０ｍ以上に及ぶも
のとなる。このように多数設置されたモジュール２は、
管の末端のモジュール２Ａへいくに従ってその流量は減
少する。
の発生熱量がほぼ等しいこと、また、各モジュール２へ
の配管が並列に接続されているため、各モジュール２へ
の流入時の水温が等しいことから、各モジュール２Ａ〜
２Ｄに必要な水１の流量はほぼ等しい。ところで、例え
ば２５０ｋＶ以上で送電する場合の水冷式高圧電気機器
は一般にモジュール２の台数も多いので給水管９Ａ〜９
Ｄ、戻り管１０Ａ〜１０Ｄの長さは１０ｍ以上に及ぶも
のとなる。このように多数設置されたモジュール２は、
管の末端のモジュール２Ａへいくに従ってその流量は減
少する。
【０００８】これを説明するため図９に図８のものの圧
力分布説明図を示す。図９は、図８の高圧電気機器の水
冷装置の圧力損失と流量分布を説明する図であり、供給
源６から最も遠いモジュール２Ａの流量を必要な最低量
のＱＡとし、他の段のモジュール２Ｂ〜２Ｄの流量を、
それぞれＱＢ，ＱＣ，ＱＤとする。説明の都合上、図９
では供給源６は記載を省略しているが図８と同様に使用
されている。
力分布説明図を示す。図９は、図８の高圧電気機器の水
冷装置の圧力損失と流量分布を説明する図であり、供給
源６から最も遠いモジュール２Ａの流量を必要な最低量
のＱＡとし、他の段のモジュール２Ｂ〜２Ｄの流量を、
それぞれＱＢ，ＱＣ，ＱＤとする。説明の都合上、図９
では供給源６は記載を省略しているが図８と同様に使用
されている。
【０００９】一般的に管径が同一の管の圧力損失は、お
およそ流量（流速）の２乗に比例するので、その比例定
数を検討すれば流量の設計が可能となる。モジュール給
水管７の入口からモジュール排水管８の出口に至るまで
の上記圧力損失の比例定数をＲＭとする。
およそ流量（流速）の２乗に比例するので、その比例定
数を検討すれば流量の設計が可能となる。モジュール給
水管７の入口からモジュール排水管８の出口に至るまで
の上記圧力損失の比例定数をＲＭとする。
【００１０】ここではすべてのモジュール２Ａ〜２Ｄの
圧力損失比例定数がＲＭで等しいものとする。なお、こ
のモジュール２の圧力損失の比例定数ＲＭには接続管１
１の圧力損失及び、接続管１２の圧力損失を含まないも
のとする。（後述するが接続管１１の損失は給水管９
に、また、接続管１２の損失は戻り管１２に含める）
圧力損失比例定数がＲＭで等しいものとする。なお、こ
のモジュール２の圧力損失の比例定数ＲＭには接続管１
１の圧力損失及び、接続管１２の圧力損失を含まないも
のとする。（後述するが接続管１１の損失は給水管９
に、また、接続管１２の損失は戻り管１２に含める）
【００１１】まず、モジュール２Ａの流量ＱＡとモジュ
ール２Ｂの流量ＱＢを比較する。接続管１１Ｂから給水
管９Ａ、接続管１１Ａ、モジュール給水管７Ａ、モジュ
ール２Ａ、モジュール排水管８Ａ、接続管１２Ａ，戻り
管１０Ａを通って接続管１２Ｂまで流れる際の圧力損失
を△ＰＸＡとする。又、接続管１１Ｂからモジュール給
水管７Ｂ、モジュール２Ｂ、モジュール排水管８Ｂを通
って接続管１２Ｂまで流れる際の圧力損失を△ＰＢとす
る。なお、△ＰＸＡ、△ＰＢには流路の起点の接続管１
１Ｂ、終点の接続管１２Ｂの圧力損失は含まないものと
する。このとき△ＰＸＡ，△ＰＢはともに流路の起点、
終点が同じであるから、 △ＰＸＡ＝△ＰＢ …… （１）となる。
ール２Ｂの流量ＱＢを比較する。接続管１１Ｂから給水
管９Ａ、接続管１１Ａ、モジュール給水管７Ａ、モジュ
ール２Ａ、モジュール排水管８Ａ、接続管１２Ａ，戻り
管１０Ａを通って接続管１２Ｂまで流れる際の圧力損失
を△ＰＸＡとする。又、接続管１１Ｂからモジュール給
水管７Ｂ、モジュール２Ｂ、モジュール排水管８Ｂを通
って接続管１２Ｂまで流れる際の圧力損失を△ＰＢとす
る。なお、△ＰＸＡ、△ＰＢには流路の起点の接続管１
１Ｂ、終点の接続管１２Ｂの圧力損失は含まないものと
する。このとき△ＰＸＡ，△ＰＢはともに流路の起点、
終点が同じであるから、 △ＰＸＡ＝△ＰＢ …… （１）となる。
【００１２】 ここで △ＰＸＡ＝ （給水管９Ａの圧力損）＋（戻り管１０Ａの圧力損）＋（ＲＭ×ＱＡ2） …… （２） △ＰＢ＝（ＲＭ×ＱＢ2） …… （３） であるから、（１）式に（２）（３）式を代入すれば （給水管９Ａの圧力損）＋（戻り管１０Ａの圧力損）＋（ＲＭ×ＱＡ2） ＝（ＲＭ×ＱＢ2） （給水管９Ａの圧力損）＋（戻り管１０Ａの圧力損）＝ＲＭ（ＱＢ2−ＱＡ2）… …（４） 式（４）の左辺は明らかに正であるから右辺も正、即ち
ＱＢ2−ＱＡ2＞０よって ＱＢ2＞ＱＡ2
となる。同様の計算を順次、各モジュールについて行
うことによりＱＤ＞ＱＣ＞ＱＢ＞ＱＡとなる。
ＱＢ2−ＱＡ2＞０よって ＱＢ2＞ＱＡ2
となる。同様の計算を順次、各モジュールについて行
うことによりＱＤ＞ＱＣ＞ＱＢ＞ＱＡとなる。
【００１３】各モジュール２Ａ〜２Ｄの流量を等しくす
るには、式（４）から、給水管９Ａ〜９Ｄ、戻り管１０
Ａ〜１０Ｄを太くして、その部分の圧力損失が無視でき
る程度に小さくするか、モジュール２の圧力損失係数Ｒ
Ｍを、他の配管部分の圧力損失に比して極端に大きくす
ればよいことがわかる。
るには、式（４）から、給水管９Ａ〜９Ｄ、戻り管１０
Ａ〜１０Ｄを太くして、その部分の圧力損失が無視でき
る程度に小さくするか、モジュール２の圧力損失係数Ｒ
Ｍを、他の配管部分の圧力損失に比して極端に大きくす
ればよいことがわかる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、複数の
モジュールの冷却水流量を等しくするには、給水管、戻
り管の太さを太くするか、モジュールの圧力損失を大き
くすればよい。しかし給水管、戻り管を太くすると、電
気抵抗が小さくなり、モジュールからの漏れ電流が大き
くなって安全上好ましくない。
モジュールの冷却水流量を等しくするには、給水管、戻
り管の太さを太くするか、モジュールの圧力損失を大き
くすればよい。しかし給水管、戻り管を太くすると、電
気抵抗が小さくなり、モジュールからの漏れ電流が大き
くなって安全上好ましくない。
【００１５】又、モジュールの圧力損失ＲＭを大きくす
ると流量が減ってしまうから、ポンプの圧力を上げ、そ
れにともなって管の耐圧も高くしなければならず、経済
的に得策でないと言う問題があった。
ると流量が減ってしまうから、ポンプの圧力を上げ、そ
れにともなって管の耐圧も高くしなければならず、経済
的に得策でないと言う問題があった。
【００１６】また、公知の技術として各モジュール毎に
バルブなどを挿入して流量を調節することは可能である
が、この場合、各モジュール毎に流量を測定して個別に
調節しなければならず、手間が掛るという問題があっ
た。
バルブなどを挿入して流量を調節することは可能である
が、この場合、各モジュール毎に流量を測定して個別に
調節しなければならず、手間が掛るという問題があっ
た。
【００１７】この発明は、上述のような課題を解決する
ためになされたもので、給水管、戻り管の径を太くする
ことなく、又、モジュール内の水圧を上昇させないで、
また、各モジュール毎の流量をいちいち測定することな
しに、机上計算のみですべてのモジュールの流量を均一
化できる高圧電気機器の水冷装置を得るものである。
ためになされたもので、給水管、戻り管の径を太くする
ことなく、又、モジュール内の水圧を上昇させないで、
また、各モジュール毎の流量をいちいち測定することな
しに、机上計算のみですべてのモジュールの流量を均一
化できる高圧電気機器の水冷装置を得るものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】この発明に係る高圧電気
機器の水冷装置は、それぞれに半導体素子とその付属回
路とを収納した複数個のモジュールを絶縁支持物により
互いに絶縁して設置し、このモジュールのそれぞれに設
けたモジュール給水管とモジュール排水管を介して供給
する水でこのモジュール内部を冷却する高圧電気機器の
水冷装置において、前記モジュール毎に前記モジュール
給水管の上流側端部に、全てのモジュールの流量が等し
くなる圧力損失を生じる流体抵抗器を設けたものであ
る。
機器の水冷装置は、それぞれに半導体素子とその付属回
路とを収納した複数個のモジュールを絶縁支持物により
互いに絶縁して設置し、このモジュールのそれぞれに設
けたモジュール給水管とモジュール排水管を介して供給
する水でこのモジュール内部を冷却する高圧電気機器の
水冷装置において、前記モジュール毎に前記モジュール
給水管の上流側端部に、全てのモジュールの流量が等し
くなる圧力損失を生じる流体抵抗器を設けたものであ
る。
【００１９】また、この発明に係る高圧電気機器の水冷
装置は、各モジュールのモジュール給水管は１つの供給
源に接続された圧力損失特性が既知の１本の給水管に設
けた各モジュールに専用の分岐管に下流側から順次接続
され、各モジュールのモジュール排水管は前記供給源に
接続された圧力損失特性が既知の１本の戻り管に設けた
各モジュールに専用の分岐管に上流側から順次接続され
たものであるものにおいて、前記給水管の下流側から数
えてＫ個目の分岐管に接続された流体抵抗器の圧力損失
値は、この流体抵抗器を経由して流れる流量が所定値の
時、下記（ア）（イ）（ウ）の圧力損失値の総和に等し
いものである。 （ア）前記給水管の下流側から数えてＫ個目の分岐管と
Ｋ−１個目の分岐管との間の給水管部分に前記所定の流
量のＫ−１倍の流量があるときのこの給水管部分の圧力
損失。 （イ）前記戻り管の上流側から数えてＫ個目の分岐管と
Ｋ−１個目の分岐管との間の戻り管部分に前記所定の流
量のＫ−１倍の流量があるときのこの戻り管部分の圧力
損失。 （ウ）前記給水管の下流側から数えてＫ−１個目の分岐
管に接続された流体抵抗器がこの流体抵抗器の流量が所
定値の時示す圧力損失。
装置は、各モジュールのモジュール給水管は１つの供給
源に接続された圧力損失特性が既知の１本の給水管に設
けた各モジュールに専用の分岐管に下流側から順次接続
され、各モジュールのモジュール排水管は前記供給源に
接続された圧力損失特性が既知の１本の戻り管に設けた
各モジュールに専用の分岐管に上流側から順次接続され
たものであるものにおいて、前記給水管の下流側から数
えてＫ個目の分岐管に接続された流体抵抗器の圧力損失
値は、この流体抵抗器を経由して流れる流量が所定値の
時、下記（ア）（イ）（ウ）の圧力損失値の総和に等し
いものである。 （ア）前記給水管の下流側から数えてＫ個目の分岐管と
Ｋ−１個目の分岐管との間の給水管部分に前記所定の流
量のＫ−１倍の流量があるときのこの給水管部分の圧力
損失。 （イ）前記戻り管の上流側から数えてＫ個目の分岐管と
Ｋ−１個目の分岐管との間の戻り管部分に前記所定の流
量のＫ−１倍の流量があるときのこの戻り管部分の圧力
損失。 （ウ）前記給水管の下流側から数えてＫ−１個目の分岐
管に接続された流体抵抗器がこの流体抵抗器の流量が所
定値の時示す圧力損失。
【００２０】また、この発明による高圧電気機器の水冷
装置は流体抵抗器としてオリフィスを用いたものであ
る。また、この発明による高圧電気機器の水冷装置の流
体抵抗器はオリフィスの前後の圧力差を測定するセンサ
ーを有するものである。
装置は流体抵抗器としてオリフィスを用いたものであ
る。また、この発明による高圧電気機器の水冷装置の流
体抵抗器はオリフィスの前後の圧力差を測定するセンサ
ーを有するものである。
【００２１】
実施の形態１．図１は、この発明の実施の形態１である
高圧電気機器の水冷装置を示すもので、図において、２
は高圧回路（図示しない）を構成するサイリスタ素子と
その付属回路、例えばアノードリアクトル、コンデン
サ、抵抗等（いずれも図示しない）の電気部品を収納し
たモジュールであり、内部にこれら電気部品を冷却する
水冷配管が通じている。モジュール２Ａ〜２Ｄは複数
個、図示しない絶縁支持具によって互いに絶縁されて設
けられている。個々のモジュールは図に示すように２Ａ
〜２Ｄと呼ぶが、以下の説明ではモジュールを総称して
呼ぶときにはモジュール２という。他の符号についても
同様とする。１はモジュール２を冷却する冷却水、３は
冷却水１を循環させるポンプ、４は冷却水１中の不純物
を除去するためのイオン交換器、５は冷却水１の温度を
下げるための熱交換器である。ポンプ３、イオン交換器
４、熱交換器５は順に接続され供給源６を構成してい
る。各モジュール２の配列が物理的に上下であるか、水
平であるかは、この発明においては問題ではないので、
説明は省略する。（説明の都合上、図面内での上下を表
現する場合はある）
高圧電気機器の水冷装置を示すもので、図において、２
は高圧回路（図示しない）を構成するサイリスタ素子と
その付属回路、例えばアノードリアクトル、コンデン
サ、抵抗等（いずれも図示しない）の電気部品を収納し
たモジュールであり、内部にこれら電気部品を冷却する
水冷配管が通じている。モジュール２Ａ〜２Ｄは複数
個、図示しない絶縁支持具によって互いに絶縁されて設
けられている。個々のモジュールは図に示すように２Ａ
〜２Ｄと呼ぶが、以下の説明ではモジュールを総称して
呼ぶときにはモジュール２という。他の符号についても
同様とする。１はモジュール２を冷却する冷却水、３は
冷却水１を循環させるポンプ、４は冷却水１中の不純物
を除去するためのイオン交換器、５は冷却水１の温度を
下げるための熱交換器である。ポンプ３、イオン交換器
４、熱交換器５は順に接続され供給源６を構成してい
る。各モジュール２の配列が物理的に上下であるか、水
平であるかは、この発明においては問題ではないので、
説明は省略する。（説明の都合上、図面内での上下を表
現する場合はある）
【００２２】７Ａ〜７Ｄはモジュール２Ａ〜２Ｄの水の
入口に接続されたモジュール給水管、８Ａ〜８Ｄはモジ
ュール２Ａ〜２Ｄの水の出口に接続されたモジュール排
水管である。モジュール給水管７、モジュール排水管８
はいずれもテフロン等の絶縁物で製作されている。又、
各モジュール２同士、モジュール給水管７同士、モジュ
ール排水管８同士はそれぞれ同構造、同形、同寸法であ
る。
入口に接続されたモジュール給水管、８Ａ〜８Ｄはモジ
ュール２Ａ〜２Ｄの水の出口に接続されたモジュール排
水管である。モジュール給水管７、モジュール排水管８
はいずれもテフロン等の絶縁物で製作されている。又、
各モジュール２同士、モジュール給水管７同士、モジュ
ール排水管８同士はそれぞれ同構造、同形、同寸法であ
る。
【００２３】９Ａ〜９Ｄは供給源６と各モジュール２Ａ
〜２Ｄのモジュール給水管７Ａ〜７Ｄとを結ぶ給水管、
１０Ａ〜１０Ｄは供給源６と各モジュール２Ａ〜２Ｄの
モジュール排水管８Ａ〜８Ｄとを結ぶ戻り管である。給
水管９Ａ〜９Ｄ、戻り管１０Ａ〜１０Ｄは全て絶縁性材
料で作られている。なお給水管９Ａ〜９Ｄ及び戻り管１
０Ａ〜１０Ｄは、図に示すように順に直列に接続されて
いる。１１は給水管９Ａ〜９Ｄをモジュール給水管７に
接続する接続管、１２は戻り管１０Ａ〜１０Ｄをモジュ
ール排水管８に接続するための接続管である。これらの
接続管１１Ａ〜１１Ｄは、給水管９に下流側から順に配
置され、また、接続管１２Ａ〜１２Ｄは戻り管１０に上
流側から順に配置されている。ここでは、接続管１１、
１２は全て同じ構造のものであるとする。
〜２Ｄのモジュール給水管７Ａ〜７Ｄとを結ぶ給水管、
１０Ａ〜１０Ｄは供給源６と各モジュール２Ａ〜２Ｄの
モジュール排水管８Ａ〜８Ｄとを結ぶ戻り管である。給
水管９Ａ〜９Ｄ、戻り管１０Ａ〜１０Ｄは全て絶縁性材
料で作られている。なお給水管９Ａ〜９Ｄ及び戻り管１
０Ａ〜１０Ｄは、図に示すように順に直列に接続されて
いる。１１は給水管９Ａ〜９Ｄをモジュール給水管７に
接続する接続管、１２は戻り管１０Ａ〜１０Ｄをモジュ
ール排水管８に接続するための接続管である。これらの
接続管１１Ａ〜１１Ｄは、給水管９に下流側から順に配
置され、また、接続管１２Ａ〜１２Ｄは戻り管１０に上
流側から順に配置されている。ここでは、接続管１１、
１２は全て同じ構造のものであるとする。
【００２４】図中の矢印→は水１の流れる方向を示し、
ポンプ３によって、水１を給水管９Ｄ〜９Ａに送り、接
続管１１およびモジュール給水管７で、各モジュール２
Ａ〜２Ｄに分配し、モジュール２内の電気部品を冷却し
た水１は、モジュール排水管８、接続管１２、戻り管１
０Ａ〜１０Ｄにより集められ、熱交換器５により冷却さ
れ、イオン交換器４によりイオンや不純物を除去されて
水の電気抵抗率を改善されポンプ３に戻る。一般にモジ
ュール２内で水１は導電部に直接触れることもあるの
で、水の電気抵抗率は出来るだけ高くしておかなければ
ならないのである。
ポンプ３によって、水１を給水管９Ｄ〜９Ａに送り、接
続管１１およびモジュール給水管７で、各モジュール２
Ａ〜２Ｄに分配し、モジュール２内の電気部品を冷却し
た水１は、モジュール排水管８、接続管１２、戻り管１
０Ａ〜１０Ｄにより集められ、熱交換器５により冷却さ
れ、イオン交換器４によりイオンや不純物を除去されて
水の電気抵抗率を改善されポンプ３に戻る。一般にモジ
ュール２内で水１は導電部に直接触れることもあるの
で、水の電気抵抗率は出来るだけ高くしておかなければ
ならないのである。
【００２５】１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄは接続管１１Ｂ，
１１Ｃ，１１Ｄとモジュール注入管７Ｂ，７Ｃ，７Ｄと
の間、即ち、モジュール給水管７Ｂ、７Ｃ、７Ｄの上流
側端部に、それぞれ挿入された流体抵抗器である。流体
抵抗器には色々な形式のものがあるが、その一例とし
て、オリフィスを用いたものの断面図を図２に示す。
１１Ｃ，１１Ｄとモジュール注入管７Ｂ，７Ｃ，７Ｄと
の間、即ち、モジュール給水管７Ｂ、７Ｃ、７Ｄの上流
側端部に、それぞれ挿入された流体抵抗器である。流体
抵抗器には色々な形式のものがあるが、その一例とし
て、オリフィスを用いたものの断面図を図２に示す。
【００２６】図２において５０はオリフィスである。一
般的にオリフィス５０の穴径ｄ０と管の内径ｄとの比を
ε（即ちε＝ｄ０／ｄ）とするとき、εとオリフィス５
０の前後における圧力損失△Ｐとの関係はよく知られて
いる。
般的にオリフィス５０の穴径ｄ０と管の内径ｄとの比を
ε（即ちε＝ｄ０／ｄ）とするとき、εとオリフィス５
０の前後における圧力損失△Ｐとの関係はよく知られて
いる。
【００２７】図３は技術資料「管路・ダクトの流体抵
抗」（日本機械学会編 初版）の５５ページに示された
オリフィス５０の穴径ｄ０と管径ｄの比のεと式（６）
で定義される無次元数である圧力損失係数ξ０の関係を
示す図であり、穴径ｄ０によりオリフィス５０で発生さ
せる圧力損失△Ｐの値を設定できる。即ち ζ０＝ζ
（ｄ０／ｄ）4として △ρ＝１／２×ρ×ζ×Ｖ2 …… （６） で表わされる、但し、ρは流体の密度、Ｖは流速であ
る。
抗」（日本機械学会編 初版）の５５ページに示された
オリフィス５０の穴径ｄ０と管径ｄの比のεと式（６）
で定義される無次元数である圧力損失係数ξ０の関係を
示す図であり、穴径ｄ０によりオリフィス５０で発生さ
せる圧力損失△Ｐの値を設定できる。即ち ζ０＝ζ
（ｄ０／ｄ）4として △ρ＝１／２×ρ×ζ×Ｖ2 …… （６） で表わされる、但し、ρは流体の密度、Ｖは流速であ
る。
【００２８】図４は、この発明の高圧電気機器の水冷装
置の圧力損失と流量分布を説明する図であり、モジュー
ル２Ａの流量をモジュール２Ａを冷却するのに必要な最
低量の流量ＱＡ（図８の従来の高圧電気機器の水冷装置
のモジュールの流量ＱＡと同じ）とする。以下、他のモ
ジュールの流量をＱＡと等しくするための方法について
説明する。
置の圧力損失と流量分布を説明する図であり、モジュー
ル２Ａの流量をモジュール２Ａを冷却するのに必要な最
低量の流量ＱＡ（図８の従来の高圧電気機器の水冷装置
のモジュールの流量ＱＡと同じ）とする。以下、他のモ
ジュールの流量をＱＡと等しくするための方法について
説明する。
【００２９】ここで、圧力損失はおおよそ流量の２乗に
比例し、水の密度は一定とみなして圧力損失の比例定数
を給水管９Ａ〜９ＤについてＲ９Ａ〜Ｒ９Ｄ、戻り管１
０Ａ〜１０ＤについてＲ１０Ａ〜Ｒ１０Ｄ、オリフィス
１３Ｂ〜１３Ｄについて、Ｒ１３Ｂ〜Ｒ１３Ｄとする。
また、ここでもすべてのモジュール２の圧力損失特性が
等しいと考え、その比例定数をすべてＲＭとする。な
お、この圧力損失の比例定数ＲＭにはモジュール給水管
７とモジュール排水管８の圧力損失を含んでいる。そし
て、接続管１１Ａ〜１１Ｄ、接続管１２Ａ〜１２Ｄの圧
力損失は、給水管９Ａ〜９Ｄ、戻り管１０Ａ〜１０Ｄに
含まれているとする。
比例し、水の密度は一定とみなして圧力損失の比例定数
を給水管９Ａ〜９ＤについてＲ９Ａ〜Ｒ９Ｄ、戻り管１
０Ａ〜１０ＤについてＲ１０Ａ〜Ｒ１０Ｄ、オリフィス
１３Ｂ〜１３Ｄについて、Ｒ１３Ｂ〜Ｒ１３Ｄとする。
また、ここでもすべてのモジュール２の圧力損失特性が
等しいと考え、その比例定数をすべてＲＭとする。な
お、この圧力損失の比例定数ＲＭにはモジュール給水管
７とモジュール排水管８の圧力損失を含んでいる。そし
て、接続管１１Ａ〜１１Ｄ、接続管１２Ａ〜１２Ｄの圧
力損失は、給水管９Ａ〜９Ｄ、戻り管１０Ａ〜１０Ｄに
含まれているとする。
【００３０】まず、図４の上部から２段目のモジュール
２Ｂの流量を１段目のモジュール２Ａの流量ＱＡと等し
くする。接続管１１Ｂから給水管９Ａ、接続管１１Ａ、
モジュール給水管７Ａ、モジュール２Ａ、モジュール排
水管８Ａ、接続管１２Ａ、戻り管１０Ａを通って接続管
１２Ｂまで流れる際の圧力損失は従来の説明で行ったと
おり△ＰＸＡである。
２Ｂの流量を１段目のモジュール２Ａの流量ＱＡと等し
くする。接続管１１Ｂから給水管９Ａ、接続管１１Ａ、
モジュール給水管７Ａ、モジュール２Ａ、モジュール排
水管８Ａ、接続管１２Ａ、戻り管１０Ａを通って接続管
１２Ｂまで流れる際の圧力損失は従来の説明で行ったと
おり△ＰＸＡである。
【００３１】接続管１１Ｂから流体抵抗器１３Ｂ、モジ
ュール給水管７Ｂ、モジュール２Ｂ、モジュール排水管
８Ｂを通って接続管１２Ｂまで流れる際の圧力損失を△
ＰＹＢとすれば、△ＰＹＢも当然△ＰＸＡに等しい。そ
して、モジュール２Ａを通る流路については △ＰＸＡ＝（Ｒ９Ａ＋Ｒ１０Ａ＋ＲＭ）×ＱＡ2 ……（７）が成立し、 モジュール２Ｂを通る流路については △ＰＹＢ＝（Ｒ１３Ｂ＋ＲＭ）×ＱＡ2 ……（８）が成立する。 前述のとおり△ＰＸＡ＝△ＰＹＢであるから、式（７）
（８）より （Ｒ９Ａ＋Ｒ１０Ａ）＝Ｒ１３Ｂ ……（９） すなわち流体抵抗器１３Ｂの圧力損失が、給水管９Ａと
戻り管１０Ａの圧力損失の和と等しくなれば、モジュー
ル２Ａの流量ＱＡとモジュール２Ｂの流量が等しくな
る。
ュール給水管７Ｂ、モジュール２Ｂ、モジュール排水管
８Ｂを通って接続管１２Ｂまで流れる際の圧力損失を△
ＰＹＢとすれば、△ＰＹＢも当然△ＰＸＡに等しい。そ
して、モジュール２Ａを通る流路については △ＰＸＡ＝（Ｒ９Ａ＋Ｒ１０Ａ＋ＲＭ）×ＱＡ2 ……（７）が成立し、 モジュール２Ｂを通る流路については △ＰＹＢ＝（Ｒ１３Ｂ＋ＲＭ）×ＱＡ2 ……（８）が成立する。 前述のとおり△ＰＸＡ＝△ＰＹＢであるから、式（７）
（８）より （Ｒ９Ａ＋Ｒ１０Ａ）＝Ｒ１３Ｂ ……（９） すなわち流体抵抗器１３Ｂの圧力損失が、給水管９Ａと
戻り管１０Ａの圧力損失の和と等しくなれば、モジュー
ル２Ａの流量ＱＡとモジュール２Ｂの流量が等しくな
る。
【００３２】次にモジュール２Ｃの流量をＱＡと等しく
する。接続管１１Ｃから給水管９Ｂ、接続管１１Ｂ，流
体抵抗器１３Ｂ、モジュール給水管７Ｂ、モジュール２
Ｂ、モジュール排水管８Ｂ、接続管１２Ｂ、戻り管１０
Ｂを通って接続管１２Ｃまで流れる際の圧力損失△ＰＸ
Ｂと、接続管１１Ｃから流体抵抗器１３Ｃ、モジュール
給水管７Ｃ、モジュール２Ｃ、モジュール排水管８Ｃを
通って接続管１２Ｃまで流れる際の圧力損失△ＰＹＣ
は、ともに流路の起点が同じなので圧力損失は同じであ
る。
する。接続管１１Ｃから給水管９Ｂ、接続管１１Ｂ，流
体抵抗器１３Ｂ、モジュール給水管７Ｂ、モジュール２
Ｂ、モジュール排水管８Ｂ、接続管１２Ｂ、戻り管１０
Ｂを通って接続管１２Ｃまで流れる際の圧力損失△ＰＸ
Ｂと、接続管１１Ｃから流体抵抗器１３Ｃ、モジュール
給水管７Ｃ、モジュール２Ｃ、モジュール排水管８Ｃを
通って接続管１２Ｃまで流れる際の圧力損失△ＰＹＣ
は、ともに流路の起点が同じなので圧力損失は同じであ
る。
【００３３】又、△ＰＸＢと△ＰＹＣを式で表すと、給
水管９Ｂ、戻り管１０Ｂには２倍の水量が流れているか
ら △ＰＸＢ ＝（Ｒ９Ｂ＋Ｒ１０Ｂ）×（２ＱＡ）2＋（ＲＭ＋Ｒ１３Ｂ）×ＱＡ2… … （１０） △ＰＹＣ＝（ＲＭ＋Ｒ１３Ｃ）×ＱＡ2 …… （１１） したがって （Ｒ９Ｂ＋Ｒ１０Ｂ）×（２ＱＡ）2＋Ｒ１３Ｂ×ＱＡ2＝Ｒ１３Ｃ×ＱＡ2 （Ｒ９Ｂ＋Ｒ１０Ｂ）×４＋Ｒ１３Ｂ＝Ｒ１３Ｃ …… （１２） すなわち流体抵抗器１３Ｃの圧力損失が、給水管９Ｂと
戻り管１０Ｂにおける２倍の流量にもとづく圧力損と流
体抵抗器１３Ｂの圧力損失との和と等しくなれば、モジ
ュール２Ｃの流量をＱＡと等しくすることが出来る。
水管９Ｂ、戻り管１０Ｂには２倍の水量が流れているか
ら △ＰＸＢ ＝（Ｒ９Ｂ＋Ｒ１０Ｂ）×（２ＱＡ）2＋（ＲＭ＋Ｒ１３Ｂ）×ＱＡ2… … （１０） △ＰＹＣ＝（ＲＭ＋Ｒ１３Ｃ）×ＱＡ2 …… （１１） したがって （Ｒ９Ｂ＋Ｒ１０Ｂ）×（２ＱＡ）2＋Ｒ１３Ｂ×ＱＡ2＝Ｒ１３Ｃ×ＱＡ2 （Ｒ９Ｂ＋Ｒ１０Ｂ）×４＋Ｒ１３Ｂ＝Ｒ１３Ｃ …… （１２） すなわち流体抵抗器１３Ｃの圧力損失が、給水管９Ｂと
戻り管１０Ｂにおける２倍の流量にもとづく圧力損と流
体抵抗器１３Ｂの圧力損失との和と等しくなれば、モジ
ュール２Ｃの流量をＱＡと等しくすることが出来る。
【００３４】次に、４段目のモジュール２Ｄの流量をＱ
Ａと等しくなるようにすることを考えるため同様の計算
をくり返えす。接続管１１Ｄから、給水管９Ｃ、接続管
１１Ｃ、流体抵抗器１３Ｃ、モジュール配水管７Ｃ，モ
ジュール２Ｃ、モジュール排水管８Ｃ、接続管１２Ｃ、
戻り管１０Ｃを通って、接続管１２Ｄまで流れる際の圧
力損失△ＰＸＣと、接続管１１Ｄから流体抵抗器１３
Ｄ、モジュール給水管７Ｄ、モジュール２Ｄ、モジュー
ル排水管８Ｄを通って接続管１２Ｄまで流れる際の圧力
損失△ＰＹＤは、ともに流路の起点の圧力が等しいので
△ＰＸＣ＝△ＰＹＤである。一方、給水管９Ｃと戻り管
１０Ｃには３倍の水量が流れているので △ＰＸＣ ＝（Ｒ９Ｃ＋Ｒ１０Ｃ）×（３ＱＡ）2＋（ＲＭ＋Ｒ１３Ｃ）×ＱＡ2 ……（１３） 又、△ＰＹＤ＝（ＲＭ＋Ｒ１３Ｄ）×ＱＡ2 ……（１４） したがって（Ｒ９Ｃ＋Ｒ１０Ｃ）×９＋Ｒ１３Ｃ＝Ｒ１３Ｄ ……（１５） すなわち流体抵抗器１３Ｄでの圧力損失が、給水管９Ｃ
と戻り管１０Ｃに３倍の流量があることによる圧力損と
流体抵抗器１３Ｃの圧力損失との和と等しくなれば、モ
ジュール２Ｃの流量とモジュール２Ｄの流量が等しくと
もにＱＡとなる。
Ａと等しくなるようにすることを考えるため同様の計算
をくり返えす。接続管１１Ｄから、給水管９Ｃ、接続管
１１Ｃ、流体抵抗器１３Ｃ、モジュール配水管７Ｃ，モ
ジュール２Ｃ、モジュール排水管８Ｃ、接続管１２Ｃ、
戻り管１０Ｃを通って、接続管１２Ｄまで流れる際の圧
力損失△ＰＸＣと、接続管１１Ｄから流体抵抗器１３
Ｄ、モジュール給水管７Ｄ、モジュール２Ｄ、モジュー
ル排水管８Ｄを通って接続管１２Ｄまで流れる際の圧力
損失△ＰＹＤは、ともに流路の起点の圧力が等しいので
△ＰＸＣ＝△ＰＹＤである。一方、給水管９Ｃと戻り管
１０Ｃには３倍の水量が流れているので △ＰＸＣ ＝（Ｒ９Ｃ＋Ｒ１０Ｃ）×（３ＱＡ）2＋（ＲＭ＋Ｒ１３Ｃ）×ＱＡ2 ……（１３） 又、△ＰＹＤ＝（ＲＭ＋Ｒ１３Ｄ）×ＱＡ2 ……（１４） したがって（Ｒ９Ｃ＋Ｒ１０Ｃ）×９＋Ｒ１３Ｃ＝Ｒ１３Ｄ ……（１５） すなわち流体抵抗器１３Ｄでの圧力損失が、給水管９Ｃ
と戻り管１０Ｃに３倍の流量があることによる圧力損と
流体抵抗器１３Ｃの圧力損失との和と等しくなれば、モ
ジュール２Ｃの流量とモジュール２Ｄの流量が等しくと
もにＱＡとなる。
【００３５】以上に示したように、この発明の高圧電気
機器の水冷装置は、すべてのモジュール２の流量が必要
最低量で等しくなり、ポンプ３の供給すべき流量は最小
に抑えられる。これにより、すべての給水管９Ｂ〜９
Ｄ、戻り管１０Ｂ〜１０Ｄの流量も従来の高圧電気機器
の水冷装置の流量と比較して、小さくなっているため、
配水管９Ｂ〜９Ｄ、戻り管１０Ｂ〜１０Ｄで発生する圧
力損失も小さくすることが出来る。
機器の水冷装置は、すべてのモジュール２の流量が必要
最低量で等しくなり、ポンプ３の供給すべき流量は最小
に抑えられる。これにより、すべての給水管９Ｂ〜９
Ｄ、戻り管１０Ｂ〜１０Ｄの流量も従来の高圧電気機器
の水冷装置の流量と比較して、小さくなっているため、
配水管９Ｂ〜９Ｄ、戻り管１０Ｂ〜１０Ｄで発生する圧
力損失も小さくすることが出来る。
【００３６】以上はモジュール２を４段に積層した高圧
電気機器の水冷装置について述べたが、５段以上の任意
のｎ段を積層した高圧電気機器の水冷装置についても、
最上段以外のモジュール２のモジュール給水管７の上流
側端部に流体抵抗器１３を設け、任意のｋ段目のモジュ
ール２Ｋの上流側に設けられた流体抵抗器１３ｋについ
て、モジュール２Ｋの所定の流量ＱＡで発生する圧力損
失を、下記（ア）（イ）（ウ）の和と等しくなるように
すればよい。 （ア）ｋ段目のモジュール２Ｋの上流側の接続管１１ｋ
からｋ−１段目のモジュール２の上流側の接続管１１ｋ
−１までの給水管９Ｋ−１が、モジュールの所定の流量
のｋ−１倍の流量で発生する圧力損失。 （イ）ｋ−１段目のモジュール２ｋ−１の下流側の接続
管１２ｋ−１から、ｋ段目のモジュール２Ｋの下流側の
接続管１２ｋまでの戻り管１０Ｋ−１が、モジュールの
所定のｋ−１倍の流量で発生する圧力損失１３ｋ−１。 （ウ）ｋ−１段目のモジュール２Ｋ−１の上流側に設け
られた流体抵抗器１３ｋ−１がモジュールの所定の流量
で発生する圧力損失。 との和と等しくなるようにすればよい。
電気機器の水冷装置について述べたが、５段以上の任意
のｎ段を積層した高圧電気機器の水冷装置についても、
最上段以外のモジュール２のモジュール給水管７の上流
側端部に流体抵抗器１３を設け、任意のｋ段目のモジュ
ール２Ｋの上流側に設けられた流体抵抗器１３ｋについ
て、モジュール２Ｋの所定の流量ＱＡで発生する圧力損
失を、下記（ア）（イ）（ウ）の和と等しくなるように
すればよい。 （ア）ｋ段目のモジュール２Ｋの上流側の接続管１１ｋ
からｋ−１段目のモジュール２の上流側の接続管１１ｋ
−１までの給水管９Ｋ−１が、モジュールの所定の流量
のｋ−１倍の流量で発生する圧力損失。 （イ）ｋ−１段目のモジュール２ｋ−１の下流側の接続
管１２ｋ−１から、ｋ段目のモジュール２Ｋの下流側の
接続管１２ｋまでの戻り管１０Ｋ−１が、モジュールの
所定のｋ−１倍の流量で発生する圧力損失１３ｋ−１。 （ウ）ｋ−１段目のモジュール２Ｋ−１の上流側に設け
られた流体抵抗器１３ｋ−１がモジュールの所定の流量
で発生する圧力損失。 との和と等しくなるようにすればよい。
【００３７】ここで、圧力損失はおおよそ流量の２乗に
比例するため、その比例定数を上記配水管について、Ｒ
１３（ｋ）、Ｒ９（ｋ−１）、Ｒ１０（ｋ−１）、Ｒ１
３（ｋ−１）とすると、すべてのモジュール２の流量は
等しくＱＡであるため、上記（ア）（イ）（ウ）の圧力
損失は次のようになる。 （ア） ｛Ｒ９（Ｋ−１）｝×｛（Ｋ−１）ＱＡ｝2 （イ） ｛Ｒ１０（Ｋ−１）｝×｛（Ｋ−１）ＱＡ｝2 （ウ） Ｒ１３（Ｋ−１）ＱＡ2 したがって Ｒ１３（ｋ）×ＱＡ2＝｛Ｒ９（ｋ−１）＋Ｒ１０（ｋ
−１）｝×｛（ｋ−１）ＱＡ｝2＋Ｒ１３（ｋ）−１）
ＱＡ2となるから両辺をＱＡ2で割れば Ｒ１３（ｋ） ＝｛Ｒ９（ｋ−１）＋Ｒ１０（ｋ−１）｝×（ｋ−１）2＋Ｒ１３（ｋ−１） ……（１６） なお、圧力損失が流量の２乗に比例しない場合でも、上
記の比例定数Ｒをモジュール２に必要な流量Ｑを流す場
合の値に置直して考えればよい。
比例するため、その比例定数を上記配水管について、Ｒ
１３（ｋ）、Ｒ９（ｋ−１）、Ｒ１０（ｋ−１）、Ｒ１
３（ｋ−１）とすると、すべてのモジュール２の流量は
等しくＱＡであるため、上記（ア）（イ）（ウ）の圧力
損失は次のようになる。 （ア） ｛Ｒ９（Ｋ−１）｝×｛（Ｋ−１）ＱＡ｝2 （イ） ｛Ｒ１０（Ｋ−１）｝×｛（Ｋ−１）ＱＡ｝2 （ウ） Ｒ１３（Ｋ−１）ＱＡ2 したがって Ｒ１３（ｋ）×ＱＡ2＝｛Ｒ９（ｋ−１）＋Ｒ１０（ｋ
−１）｝×｛（ｋ−１）ＱＡ｝2＋Ｒ１３（ｋ）−１）
ＱＡ2となるから両辺をＱＡ2で割れば Ｒ１３（ｋ） ＝｛Ｒ９（ｋ−１）＋Ｒ１０（ｋ−１）｝×（ｋ−１）2＋Ｒ１３（ｋ−１） ……（１６） なお、圧力損失が流量の２乗に比例しない場合でも、上
記の比例定数Ｒをモジュール２に必要な流量Ｑを流す場
合の値に置直して考えればよい。
【００３８】また、上記の説明において、接続管１１や
接続管１２を１本の配水管９で接続するものを示した
が、複数の配水管を使用する場合においても、複数の配
水管９の圧力損失を考えればよい。また、各モジュール
２の上下位置関係については特に説明していないが、圧
力損失は、重力と無関係であるため、その配置の上下関
係は影響がない。
接続管１２を１本の配水管９で接続するものを示した
が、複数の配水管を使用する場合においても、複数の配
水管９の圧力損失を考えればよい。また、各モジュール
２の上下位置関係については特に説明していないが、圧
力損失は、重力と無関係であるため、その配置の上下関
係は影響がない。
【００３９】なお、図１で流体抵抗器１３Ｂ〜１３Ｄ
は、流量を制御するという意味においてはモジュール２
の前後のどの位置に挿入しても同じであるが、下流に置
くよりも上流側に置いた方が、モジュール２にかかる圧
力の絶対値を低くすることが出来るので得策である。
は、流量を制御するという意味においてはモジュール２
の前後のどの位置に挿入しても同じであるが、下流に置
くよりも上流側に置いた方が、モジュール２にかかる圧
力の絶対値を低くすることが出来るので得策である。
【００４０】実施の形態２．実施の形態１の図１の最上
部のモジュール２Ａには、流体抵抗器を用いないと説明
したが、図５に示すように圧力損失がゼロの流体抵抗器
１３Ａを用いると考えれば、全てのモジュールについて
実施の形態１の式（１６）に示す流体抵抗を有する流体
抵抗器を挿入するという、共通の原理が成立することは
明らかである。
部のモジュール２Ａには、流体抵抗器を用いないと説明
したが、図５に示すように圧力損失がゼロの流体抵抗器
１３Ａを用いると考えれば、全てのモジュールについて
実施の形態１の式（１６）に示す流体抵抗を有する流体
抵抗器を挿入するという、共通の原理が成立することは
明らかである。
【００４１】実施の形態３．なお、図１あるいは図５の
流体抵抗器１３Ａ〜１３Ｄは、流量を制御するという意
味においてはモジュール２の前後のどの位置に挿入して
も同じ効果がある。図６に流体抵抗器１３を色々な位置
に挿入する例を示す。しかし、前述したとおり、流体抵
抗器１３の下流側は圧力が低くなるからモジュール２の
下流側に置くよりも上流側においた方が、モジュール２
に掛る圧力の絶対値を低くすることが出来、モジュール
２の耐水圧性能を低くすることが出来るので得策であ
る。
流体抵抗器１３Ａ〜１３Ｄは、流量を制御するという意
味においてはモジュール２の前後のどの位置に挿入して
も同じ効果がある。図６に流体抵抗器１３を色々な位置
に挿入する例を示す。しかし、前述したとおり、流体抵
抗器１３の下流側は圧力が低くなるからモジュール２の
下流側に置くよりも上流側においた方が、モジュール２
に掛る圧力の絶対値を低くすることが出来、モジュール
２の耐水圧性能を低くすることが出来るので得策であ
る。
【００４２】実施の形態４．図７はこの発明の高圧電気
機器の水冷装置の他の実施の形態を示す図である。図に
於いて１４は流体抵抗器１３のオリフィス５０の前後の
圧力差を測定する圧力計（差圧計）であり、流体抵抗１
３の圧力損失と流量の関係が既知であれば、測定した圧
力差から管路内に新たなセンサを設けることなく、流量
を検出することが出来る。
機器の水冷装置の他の実施の形態を示す図である。図に
於いて１４は流体抵抗器１３のオリフィス５０の前後の
圧力差を測定する圧力計（差圧計）であり、流体抵抗１
３の圧力損失と流量の関係が既知であれば、測定した圧
力差から管路内に新たなセンサを設けることなく、流量
を検出することが出来る。
【００４３】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、複数
のモジュールの各モジュール給水管の上流側端部に流量
を調節する流体抵抗器を挿入したので、給水管、戻り管
の太さを太くすることなしに各モジュールの流量を同じ
にすることが出来、各モジュールの漏れ電流が増大する
こともないという効果がある。
のモジュールの各モジュール給水管の上流側端部に流量
を調節する流体抵抗器を挿入したので、給水管、戻り管
の太さを太くすることなしに各モジュールの流量を同じ
にすることが出来、各モジュールの漏れ電流が増大する
こともないという効果がある。
【００４４】また、この発明によれば、各流体抵抗器の
流体抵抗（圧力損失）を下記（ア）（イ）（ウ）の和と
したので、各モジュールの流量を測定したり、調節した
りするまでもなく、同一にすることが出来るという効果
が得られる。 （ア）給水管の下流側から数えてＫ個目の分岐管とＫ−
１個目の分岐管との間の給水管部分に所定の流量のＫ−
１倍の流量があるときのこの給水管部分の圧力損失。 （イ）戻り管の上流側から数えてＫ個目の分岐管とＫ−
１個目の分岐管との間の戻り管部分に所定の流量のＫ−
１倍の流量があるときのこの戻り管部分の圧力損失。 （ウ）給水管の下流側から数えてＫ−１個目の分岐管に
接続された流体抵抗器がこの流体抵抗器の流量が所定値
の時示す圧力損失。
流体抵抗（圧力損失）を下記（ア）（イ）（ウ）の和と
したので、各モジュールの流量を測定したり、調節した
りするまでもなく、同一にすることが出来るという効果
が得られる。 （ア）給水管の下流側から数えてＫ個目の分岐管とＫ−
１個目の分岐管との間の給水管部分に所定の流量のＫ−
１倍の流量があるときのこの給水管部分の圧力損失。 （イ）戻り管の上流側から数えてＫ個目の分岐管とＫ−
１個目の分岐管との間の戻り管部分に所定の流量のＫ−
１倍の流量があるときのこの戻り管部分の圧力損失。 （ウ）給水管の下流側から数えてＫ−１個目の分岐管に
接続された流体抵抗器がこの流体抵抗器の流量が所定値
の時示す圧力損失。
【００４５】この発明によれば、流体抵抗器としてオリ
フィスを用いたので、流体抵抗器の圧力損失を測定した
り、調節したりするまでもなく、机上計算で容易に任意
の値に設計できるという効果が得られる。
フィスを用いたので、流体抵抗器の圧力損失を測定した
り、調節したりするまでもなく、机上計算で容易に任意
の値に設計できるという効果が得られる。
【００４６】この発明によれば、流体抵抗器のオリフィ
スの前後の圧力差を測定するセンサーを備えているの
で、各モジュール毎の流量差の確認が容易に出来るとい
う効果が得られる。
スの前後の圧力差を測定するセンサーを備えているの
で、各モジュール毎の流量差の確認が容易に出来るとい
う効果が得られる。
【図１】 この発明の実施の形態１による高圧電気機器
の水冷装置を示す構成図である。
の水冷装置を示す構成図である。
【図２】 図１の高圧電気機器の水冷装置の流体抵抗器
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図３】 図２の流体抵抗器のオリフィスの穴径と圧力
損失の関係の説明図である。
損失の関係の説明図である。
【図４】 図１の高圧電気機器の水冷装置の流量と圧力
損失を示す圧力分布図である。
損失を示す圧力分布図である。
【図５】 この発明の実施の形態２の高圧電気機器の水
冷装置の構成図である。
冷装置の構成図である。
【図６】 この発明の実施の形態３の高圧電気機器の水
冷装置の構成図である。
冷装置の構成図である。
【図７】 この発明の実施の形態４の高圧電気機器の水
冷装置の流体抵抗器の構成図である。
冷装置の流体抵抗器の構成図である。
【図８】 高圧電気機器の従来の水冷装置の構成図であ
る。
る。
【図９】 図８の水冷装置の流量と圧力分布の説明図で
ある。
ある。
１ 冷却水 ２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ
モジュール ６ 供給源 ７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ モジュール給水管 ８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ モジュール排水管 ９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄ 給水管 １０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ 戻り管 １１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ 分岐管 １２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ 分岐管 １３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ 流体抵抗器 １４ 差圧センサー ５０ オリフィス
モジュール ６ 供給源 ７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ モジュール給水管 ８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ モジュール排水管 ９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄ 給水管 １０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ 戻り管 １１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ 分岐管 １２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ 分岐管 １３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ 流体抵抗器 １４ 差圧センサー ５０ オリフィス
Claims (4)
- 【請求項１】 それぞれに半導体素子とその付属回路と
を収納したモジュールを複数個、絶縁支持物により互い
に絶縁して設置し、このそれぞれのモジュールに設けた
モジュール給水管を介して供給する水でこのモジュール
内部を冷却し、モジュール排水管を介して排水する高圧
電気機器の水冷装置において、 前記モジュール毎に前記モジュール給水管の上流側端部
に、所定の圧力損失を生じる流体抵抗器を設けたことを
特徴とする高圧電気機器の水冷装置。 - 【請求項２】 各モジュールのモジュール給水管は１つ
の供給源に接続された圧力損失特性が既知の１本の給水
管に下流側から順次設けた各モジュールに専用の分岐管
に接続され、各モジュールのモジュール排水管は前記供
給源に接続された圧力損失特性が既知の１本の戻り管に
上流側から順次設けた各モジュールに専用の分岐管に接
続されたものにおいて、 前記給水管の下流側から数えてＫ個目の前記モジュール
に接続された流体抵抗器の圧力損失値は、この流体抵抗
器を経由して流れる流量が所定値の時、下記（ア）、
（イ）、（ウ）に記載の圧力損失値の和に等しいことを
特徴とする請求項１に記載の高圧電気機器の水冷装置。 （ア）給水管の下流側から数えてＫ個目の分岐管とＫ−
１個目の分岐管との間の給水管部分に前記所定の流量の
Ｋ−１倍の流量があるときのこの給水管部分の圧力損
失。 （イ）戻り管の上流側から数えてＫ個目の分岐管とＫ−
１個目の分岐管との間の戻り管部分に前記所定の流量の
Ｋ−１倍の流量があるときのこの戻り管部分の圧力損
失。 （ウ）前記給水管の下流側から数えてＫ−１個目の分岐
管に接続された流体抵抗器の流量が所定値の時、この流
体抵抗器が示す圧力損失。 - 【請求項３】 流体抵抗器はオリフィスを用いたことを
特徴とする請求項２に記載の高圧電気機器の水冷装置。 - 【請求項４】 流体抵抗器はオリフィスの前後の圧力差
を計測するセンサーを有することを特徴とする請求項３
に記載の高圧電気機器の水冷装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23589697A JP3296260B2 (ja) | 1997-09-01 | 1997-09-01 | 高圧電気機器の水冷装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23589697A JP3296260B2 (ja) | 1997-09-01 | 1997-09-01 | 高圧電気機器の水冷装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1189213A true JPH1189213A (ja) | 1999-03-30 |
| JP3296260B2 JP3296260B2 (ja) | 2002-06-24 |
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ID=16992851
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23589697A Expired - Fee Related JP3296260B2 (ja) | 1997-09-01 | 1997-09-01 | 高圧電気機器の水冷装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3296260B2 (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10101277A1 (de) * | 2001-01-12 | 2002-07-25 | Wacker Werke Kg | Elektronischer Frequenzumformer mit einem Kühlkreislauf |
| JP2010519743A (ja) * | 2007-02-19 | 2010-06-03 | リーバート・コーポレイシヨン | 冷却流体流量を調節および分配するシステムおよび方法 |
| WO2012144031A1 (ja) * | 2011-04-20 | 2012-10-26 | トヨタ自動車株式会社 | 冷却システムおよびそれを備える車両 |
| DE102013017812A1 (de) * | 2013-10-25 | 2015-04-30 | Liebherr-Components Biberach Gmbh | Kühlvorrichtung für leistungselektronische Geräte |
| KR20150060894A (ko) * | 2012-09-25 | 2015-06-03 | 리퀴드쿨 솔루션즈, 인코포레이티드 | 액체 침지 전자 디바이스 어레이용 냉매 압력 및 유량 관리방법 및 장치 |
| EP3379570A1 (de) * | 2017-03-21 | 2018-09-26 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum betreiben einer kühlvorrichtung |
| WO2018179198A1 (ja) * | 2017-03-30 | 2018-10-04 | 日本電気株式会社 | 熱交換器、熱交換システム、および熱交換方法 |
| US10263388B2 (en) | 2017-07-11 | 2019-04-16 | Fanuc Corporation | LD module cooling device and laser apparatus |
| WO2019087800A1 (ja) * | 2017-10-30 | 2019-05-09 | 株式会社デンソー | 機器温調装置 |
| JP2019082310A (ja) * | 2017-10-30 | 2019-05-30 | 株式会社デンソー | 機器温調装置 |
| JP2022064480A (ja) * | 2020-10-14 | 2022-04-26 | 富士通株式会社 | 電子装置及び電子装置の制御方法 |
-
1997
- 1997-09-01 JP JP23589697A patent/JP3296260B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10101277B4 (de) * | 2001-01-12 | 2006-11-02 | Wacker Construction Equipment Ag | Hochfrequenz-Innenrüttler mit gekühltem elektronischen Frequenzumformer |
| DE10101277A1 (de) * | 2001-01-12 | 2002-07-25 | Wacker Werke Kg | Elektronischer Frequenzumformer mit einem Kühlkreislauf |
| JP2010519743A (ja) * | 2007-02-19 | 2010-06-03 | リーバート・コーポレイシヨン | 冷却流体流量を調節および分配するシステムおよび方法 |
| WO2012144031A1 (ja) * | 2011-04-20 | 2012-10-26 | トヨタ自動車株式会社 | 冷却システムおよびそれを備える車両 |
| JPWO2012144031A1 (ja) * | 2011-04-20 | 2014-07-28 | トヨタ自動車株式会社 | 冷却システムおよびそれを備える車両 |
| KR20150060894A (ko) * | 2012-09-25 | 2015-06-03 | 리퀴드쿨 솔루션즈, 인코포레이티드 | 액체 침지 전자 디바이스 어레이용 냉매 압력 및 유량 관리방법 및 장치 |
| JP2015536049A (ja) * | 2012-09-25 | 2015-12-17 | リキッドクール ソリューションズ， インク． | 浸漬型電子デバイスのアレイ用冷却剤の圧力および液流を管理する方法および装置 |
| US9918408B2 (en) | 2012-09-25 | 2018-03-13 | Liquidcool Solutions, Inc. | Method and apparatus to manage coolant pressure and flow for an array of liquid submerged electronic devices |
| DE102013017812B4 (de) * | 2013-10-25 | 2019-01-24 | Liebherr-Components Biberach Gmbh | Kühlvorrichtung für leistungselektronische Bauteile |
| DE102013017812A1 (de) * | 2013-10-25 | 2015-04-30 | Liebherr-Components Biberach Gmbh | Kühlvorrichtung für leistungselektronische Geräte |
| US10352634B2 (en) | 2013-10-25 | 2019-07-16 | Liebherr-Components Biberach Gmbh | Cooling apparatus for power electronic components |
| DE102017204732A1 (de) | 2017-03-21 | 2018-09-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum Betreiben einer Kühlvorrichtung |
| EP3379570A1 (de) * | 2017-03-21 | 2018-09-26 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum betreiben einer kühlvorrichtung |
| WO2018179198A1 (ja) * | 2017-03-30 | 2018-10-04 | 日本電気株式会社 | 熱交換器、熱交換システム、および熱交換方法 |
| JPWO2018179198A1 (ja) * | 2017-03-30 | 2019-11-07 | 日本電気株式会社 | 熱交換器、熱交換システム、および熱交換方法 |
| US11105566B2 (en) | 2017-03-30 | 2021-08-31 | Nec Corporation | Heat exchanger, heat exchange system, and heat exchange method |
| US10263388B2 (en) | 2017-07-11 | 2019-04-16 | Fanuc Corporation | LD module cooling device and laser apparatus |
| DE102018210108B4 (de) | 2017-07-11 | 2022-12-29 | Fanuc Corporation | Ld-modul-kühlvorrichtung und lasereinrichtung |
| WO2019087800A1 (ja) * | 2017-10-30 | 2019-05-09 | 株式会社デンソー | 機器温調装置 |
| JP2019082310A (ja) * | 2017-10-30 | 2019-05-30 | 株式会社デンソー | 機器温調装置 |
| JP2022064480A (ja) * | 2020-10-14 | 2022-04-26 | 富士通株式会社 | 電子装置及び電子装置の制御方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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|---|---|---|---|
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