半導体電力変換装置の冷却装置
【課題】半導体電力変換装置内に設けられた半導体スイッチを冷却するヒートシンクと半導体電力変換装置内の空気との温度差により発生するヒートシンク表面の結露を防止する。
【解決手段】半導体スイッチを冷却するヒートシンク周囲に設けられたヒートシンク周囲の空気の温度を検出するヒートシンク周囲温度検出器と、ヒートシンク表面温度を検出するヒートシンク表面温度検出器により検出されたそれぞれの温度から、ヒートシンク表面温度とヒートシンク周囲温度との差を所定の値となるようにヒートシンクへ供給される冷却液の量を可変することで、ヒートシンク表面に発生する結露を防止する。
【解決手段】半導体スイッチを冷却するヒートシンク周囲に設けられたヒートシンク周囲の空気の温度を検出するヒートシンク周囲温度検出器と、ヒートシンク表面温度を検出するヒートシンク表面温度検出器により検出されたそれぞれの温度から、ヒートシンク表面温度とヒートシンク周囲温度との差を所定の値となるようにヒートシンクへ供給される冷却液の量を可変することで、ヒートシンク表面に発生する結露を防止する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体電力変換装置内の半導体スイッチを冷却するヒートシンク表面に発生する結露を防止する半導体電力変換装置の冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体電力変換装置の一例として、図２に示すものが特許文献１に報告されている。
【０００３】
図２において、１は半導体電力変換装置で、この半導体電力変換装置１内に半導体スイッチ２及び半導体スイッチ２から発生する熱を冷却するヒートシンク３が設置されている。
【０００４】
図２の半導体電力変換装置１の冷却系としては、冷却ポンプ８により冷却液が冷却液流入側配管１２を通して半導体電力変換装置１内に設置された半導体スイッチ２を冷却するヒートシンク３内に導入され、ヒートシンク３より半導体電力変換装置１の外部に流出する冷却液は冷却流出側配管１３を通じ、外部の熱交換器９を介して冷却ポンプ８へ戻る冷却液循環系が構成されている。
【０００５】
また、冷却ポンプ８の冷却液吐出口側には、半導体電力変換装置１の入口側の冷却液温度を検出する冷却液水温検出器１１が設けられ、冷却液水温検出器１１で検出された冷却液水温検出信号は熱交換器９に入力される。
【０００６】
半導体電力変換装置１の周囲には、半導体電力変換装置１の周囲温度を検出する半導体電力変換装置周囲温度検出器１０が設けられ、半導体電力変換装置周囲温度検出器１０で検出された半導体電力変換装置周囲温度検出信号は熱交換器９に入力される。
【０００７】
熱交換器９は、冷却液水温検出信号と半導体電力変換装置周囲温度検出信号とを比較し、温度差を検出し、その温度差に基づき冷却液水温を温度調節して半導体電力変換装置周囲温度と冷却液水温が一致するようにすることで温度差を可及的に解消し、半導体電力変換装置内の結露を防止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−２６１６２１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、図２の半導体電力変換装置１にあっては、次のような問題があった。
図２の半導体電力変換装置１の冷却装置とすれば、ヒートシンク３により半導体スイッチ２の発熱を冷却することは出来るが、冷却液水温は半導体電力変換装置周囲温度と同程度の温度となるため、半導体電力変換装置周囲温度より低い温度で冷却可能な液冷装置の特徴は生かされない。
【００１０】
また、熱交換器９の冷却液水温の調整時定数が半導体スイッチ２の温度変化時定数よりも大きく、半導体スイッチ２に流れる電流が急激に増加した場合、冷却能力が不足する恐れがある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
半導体スイッチをスイッチングすることによって、出力電圧もしくは出力電流を制御する半導体電力変換装置で、該半導体電力変換装置内の前記半導体スイッチにより発生する熱を、前記半導体スイッチに取り付けられたヒートシンク内に前記半導体電力装置外に備えられた冷却ポンプにより冷却液を供給することによって冷却する冷却装置において、前記ヒートシンクの周囲の空気このため、液冷装置の特徴を生かしつつ、半導体電力変換装置１の周囲温度および運転状態に関わらず、ヒートシンク３に発生する結露を防止することができる。
温度を検出するヒートシンク周囲温度検出器と前記ヒートシンクの表面温度を検出するヒートシンク表面温度検出器を設け、前記ヒートシンク表面温度検出器の検出温度と前記ヒートシンク周囲温度検出器の検出温度との温度差を所定の値にするための前記冷却ポンプの流量を演算する冷却ポンプ流量演算器と該冷却ポンプ流量演算器により演算された値となる様に、前記冷却ポンプの流量を制御する冷却ポンプ流量制御装置を具備する。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１記載の本発明によれば、半導体スイッチを冷却するヒートシンクの周囲温度と、ヒートシンク表面温度よりヒートシンクへ供給される冷却液の流量を可変することでヒートシンクの周囲温度とヒートシンク表面温度との温度差を所定の温度にするように制御するので、ヒートシンク表面に発生する結露を防止することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】請求項１の構成を示した構成図である。（実施例１）
【図２】背景技術の構成を示した構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
請求項１の実施の形態に係る半導体電力変換装置１の冷却装置の構成を示す図である。
【実施例１】
【００１５】
図１に示す半導体電力変換装置１は、半導体スイッチ２の発熱を半導体電力変換装置１の外部から供給された冷却液の循環により冷却するヒートシンク３と、半導体電力変換装置１のヒートシンク３の冷却液を循環するための冷却ポンプ８と、冷却ポンプ８の流量を制御する冷却ポンプ流量制御装置７と、ヒートシンク３の表面温度を検出するヒートシンク表面温度検出器４、ヒートシンクの周囲の空気温度を検出するヒートシンク周囲温度検出器５からなっている。
【００１６】
以下、図１を参照して、半導体電力変換装置１の冷却装置に関する詳細な動作について説明する。
【００１７】
半導体スイッチ２のスイッチングにより発生する熱を冷却するヒートシンク３は、半導体スイッチ２を物理的に接触させる。
また、ヒートシンク３は、半導体電力変換装置１の外部から供給された冷却液の循環により冷却される。
【００１８】
ヒートシンク表面温度検出器４は半導体スイッチ２の近傍のヒートシンク３の表面温度を検出する。
【００１９】
ヒートシンク周囲温度検出器５はヒートシンク周囲の空気温度を検出する。ヒートシンク周囲の空気とは、雰囲気からヒートシンクの周囲に流入してくる空気をさす。
【００２０】
冷却ポンプ流量制御装置７は、冷却ポンプ流量演算器６を備えている。
【００２１】
冷却ポンプ流量演算器６は、ヒートシンク表面温度検出器４とヒートシンク周囲温度検出器５の温度差が設定値になるように、ヒートシンク表面温度検出器４、ヒートシンク周囲温度検出器５で検出された両者の温度から温度差を求め、冷却ポンプ流量指令として出力する
【００２２】
冷却ポンプ流量制御装置７は、冷却ポンプ流量演算器６からの冷却ポンプ流量指令に従ってヒートシンク３へ供給される冷却液の流量を可変する。
【００２３】
冷却ポンプ流量演算器６では、冷却ポンプ流量指令を（１）式および（２）式に基づいて演算する。
【００２４】
（数１）
ＴＴＨ＞ＴＡの場合
Ｑ＝Ｋ（ＴＴＨ−ＴＡ） （１）
ＴＴＨ≦ＴＡの場合
Ｑ＝０ （２）
【００２５】
ここで、Ｑは冷却ポンプ流量指令、Ｋは調整係数、ＴＴＨはヒートシンク表面温度検出器４により検出された温度、ＴＡはヒートシンク周囲温度検出器５により検出された温度を表す。
【００２６】
ＴＴＨ＞ＴＡの場合、つまり、ヒートシンク周囲温度検出器５で検出した温度がヒートシンク表面温度検出器４により検出した温度より低い場合は、冷却ポンプ８によりヒートシンク３へ冷却液を供給する。
【００２７】
また、ＴＴＨ≦ＴＡの場合、冷却ポンプ８によるヒートシンク３への冷却液の供給を停止する。
【００２８】
本実施例によれば、冷却ポンプ流量制御装置７による冷却ポンプの流量調整は熱交換器９の冷却液の水温調整よりも温度時定数が短く、ヒートシンク周囲温度と半導体電力変換装置１の出力電流に応じて温度変化するヒートシンク表面温度より、冷却ポンプのからヒートシンク３へ供給される冷却液の流量を可変させるため、急激な電流増加にも十分な冷却能力を発揮できる。
【００２９】
このため、液冷装置の特徴を生かしつつ、半導体電力変換装置１の周囲温度および運転状態に関わらず、ヒートシンク３に発生する結露を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
半導体電力変換装置内に設けられた半導体スイッチを冷却するヒートシンクと半導体電力変換装置内の空気との温度差により発生するヒートシンク表面の結露を防止するとともに、半導体スイッチに流れる電流が急激に増加した場合の冷却不足を回避できる。
【符号の説明】
【００３１】
１ 半導体電力変換装置
２ 半導体スイッチ
３ ヒートシンク
４ ヒートシンク表面温度検出器
５ ヒートシンク周囲温度検出器
６ 冷却ポンプ流量演算器
７ 半導体電力変換装置制御装置
８ 冷却ポンプ
９ 熱交換器
１０ 半導体電力変換装置周囲温度検出器
１１ 冷却液水温検出器
１２ 冷却液流入側配管
１３ 冷却液流出側配管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体電力変換装置内の半導体スイッチを冷却するヒートシンク表面に発生する結露を防止する半導体電力変換装置の冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体電力変換装置の一例として、図２に示すものが特許文献１に報告されている。
【０００３】
図２において、１は半導体電力変換装置で、この半導体電力変換装置１内に半導体スイッチ２及び半導体スイッチ２から発生する熱を冷却するヒートシンク３が設置されている。
【０００４】
図２の半導体電力変換装置１の冷却系としては、冷却ポンプ８により冷却液が冷却液流入側配管１２を通して半導体電力変換装置１内に設置された半導体スイッチ２を冷却するヒートシンク３内に導入され、ヒートシンク３より半導体電力変換装置１の外部に流出する冷却液は冷却流出側配管１３を通じ、外部の熱交換器９を介して冷却ポンプ８へ戻る冷却液循環系が構成されている。
【０００５】
また、冷却ポンプ８の冷却液吐出口側には、半導体電力変換装置１の入口側の冷却液温度を検出する冷却液水温検出器１１が設けられ、冷却液水温検出器１１で検出された冷却液水温検出信号は熱交換器９に入力される。
【０００６】
半導体電力変換装置１の周囲には、半導体電力変換装置１の周囲温度を検出する半導体電力変換装置周囲温度検出器１０が設けられ、半導体電力変換装置周囲温度検出器１０で検出された半導体電力変換装置周囲温度検出信号は熱交換器９に入力される。
【０００７】
熱交換器９は、冷却液水温検出信号と半導体電力変換装置周囲温度検出信号とを比較し、温度差を検出し、その温度差に基づき冷却液水温を温度調節して半導体電力変換装置周囲温度と冷却液水温が一致するようにすることで温度差を可及的に解消し、半導体電力変換装置内の結露を防止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−２６１６２１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、図２の半導体電力変換装置１にあっては、次のような問題があった。
図２の半導体電力変換装置１の冷却装置とすれば、ヒートシンク３により半導体スイッチ２の発熱を冷却することは出来るが、冷却液水温は半導体電力変換装置周囲温度と同程度の温度となるため、半導体電力変換装置周囲温度より低い温度で冷却可能な液冷装置の特徴は生かされない。
【００１０】
また、熱交換器９の冷却液水温の調整時定数が半導体スイッチ２の温度変化時定数よりも大きく、半導体スイッチ２に流れる電流が急激に増加した場合、冷却能力が不足する恐れがある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
半導体スイッチをスイッチングすることによって、出力電圧もしくは出力電流を制御する半導体電力変換装置で、該半導体電力変換装置内の前記半導体スイッチにより発生する熱を、前記半導体スイッチに取り付けられたヒートシンク内に前記半導体電力装置外に備えられた冷却ポンプにより冷却液を供給することによって冷却する冷却装置において、前記ヒートシンクの周囲の空気このため、液冷装置の特徴を生かしつつ、半導体電力変換装置１の周囲温度および運転状態に関わらず、ヒートシンク３に発生する結露を防止することができる。
温度を検出するヒートシンク周囲温度検出器と前記ヒートシンクの表面温度を検出するヒートシンク表面温度検出器を設け、前記ヒートシンク表面温度検出器の検出温度と前記ヒートシンク周囲温度検出器の検出温度との温度差を所定の値にするための前記冷却ポンプの流量を演算する冷却ポンプ流量演算器と該冷却ポンプ流量演算器により演算された値となる様に、前記冷却ポンプの流量を制御する冷却ポンプ流量制御装置を具備する。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１記載の本発明によれば、半導体スイッチを冷却するヒートシンクの周囲温度と、ヒートシンク表面温度よりヒートシンクへ供給される冷却液の流量を可変することでヒートシンクの周囲温度とヒートシンク表面温度との温度差を所定の温度にするように制御するので、ヒートシンク表面に発生する結露を防止することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】請求項１の構成を示した構成図である。（実施例１）
【図２】背景技術の構成を示した構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
請求項１の実施の形態に係る半導体電力変換装置１の冷却装置の構成を示す図である。
【実施例１】
【００１５】
図１に示す半導体電力変換装置１は、半導体スイッチ２の発熱を半導体電力変換装置１の外部から供給された冷却液の循環により冷却するヒートシンク３と、半導体電力変換装置１のヒートシンク３の冷却液を循環するための冷却ポンプ８と、冷却ポンプ８の流量を制御する冷却ポンプ流量制御装置７と、ヒートシンク３の表面温度を検出するヒートシンク表面温度検出器４、ヒートシンクの周囲の空気温度を検出するヒートシンク周囲温度検出器５からなっている。
【００１６】
以下、図１を参照して、半導体電力変換装置１の冷却装置に関する詳細な動作について説明する。
【００１７】
半導体スイッチ２のスイッチングにより発生する熱を冷却するヒートシンク３は、半導体スイッチ２を物理的に接触させる。
また、ヒートシンク３は、半導体電力変換装置１の外部から供給された冷却液の循環により冷却される。
【００１８】
ヒートシンク表面温度検出器４は半導体スイッチ２の近傍のヒートシンク３の表面温度を検出する。
【００１９】
ヒートシンク周囲温度検出器５はヒートシンク周囲の空気温度を検出する。ヒートシンク周囲の空気とは、雰囲気からヒートシンクの周囲に流入してくる空気をさす。
【００２０】
冷却ポンプ流量制御装置７は、冷却ポンプ流量演算器６を備えている。
【００２１】
冷却ポンプ流量演算器６は、ヒートシンク表面温度検出器４とヒートシンク周囲温度検出器５の温度差が設定値になるように、ヒートシンク表面温度検出器４、ヒートシンク周囲温度検出器５で検出された両者の温度から温度差を求め、冷却ポンプ流量指令として出力する
【００２２】
冷却ポンプ流量制御装置７は、冷却ポンプ流量演算器６からの冷却ポンプ流量指令に従ってヒートシンク３へ供給される冷却液の流量を可変する。
【００２３】
冷却ポンプ流量演算器６では、冷却ポンプ流量指令を（１）式および（２）式に基づいて演算する。
【００２４】
（数１）
ＴＴＨ＞ＴＡの場合
Ｑ＝Ｋ（ＴＴＨ−ＴＡ） （１）
ＴＴＨ≦ＴＡの場合
Ｑ＝０ （２）
【００２５】
ここで、Ｑは冷却ポンプ流量指令、Ｋは調整係数、ＴＴＨはヒートシンク表面温度検出器４により検出された温度、ＴＡはヒートシンク周囲温度検出器５により検出された温度を表す。
【００２６】
ＴＴＨ＞ＴＡの場合、つまり、ヒートシンク周囲温度検出器５で検出した温度がヒートシンク表面温度検出器４により検出した温度より低い場合は、冷却ポンプ８によりヒートシンク３へ冷却液を供給する。
【００２７】
また、ＴＴＨ≦ＴＡの場合、冷却ポンプ８によるヒートシンク３への冷却液の供給を停止する。
【００２８】
本実施例によれば、冷却ポンプ流量制御装置７による冷却ポンプの流量調整は熱交換器９の冷却液の水温調整よりも温度時定数が短く、ヒートシンク周囲温度と半導体電力変換装置１の出力電流に応じて温度変化するヒートシンク表面温度より、冷却ポンプのからヒートシンク３へ供給される冷却液の流量を可変させるため、急激な電流増加にも十分な冷却能力を発揮できる。
【００２９】
このため、液冷装置の特徴を生かしつつ、半導体電力変換装置１の周囲温度および運転状態に関わらず、ヒートシンク３に発生する結露を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
半導体電力変換装置内に設けられた半導体スイッチを冷却するヒートシンクと半導体電力変換装置内の空気との温度差により発生するヒートシンク表面の結露を防止するとともに、半導体スイッチに流れる電流が急激に増加した場合の冷却不足を回避できる。
【符号の説明】
【００３１】
１ 半導体電力変換装置
２ 半導体スイッチ
３ ヒートシンク
４ ヒートシンク表面温度検出器
５ ヒートシンク周囲温度検出器
６ 冷却ポンプ流量演算器
７ 半導体電力変換装置制御装置
８ 冷却ポンプ
９ 熱交換器
１０ 半導体電力変換装置周囲温度検出器
１１ 冷却液水温検出器
１２ 冷却液流入側配管
１３ 冷却液流出側配管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体スイッチをスイッチングすることによって、出力電圧もしくは出力電流を制御する半導体電力変換装置で、前記半導体電力変換装置内の前記半導体スイッチにより発生する熱を、前記半導体スイッチに取り付けられたヒートシンク内に前記半導体電力変換装置外に備えられた冷却ポンプにより冷却液を供給することによって冷却する冷却装置において、前記ヒートシンクの周囲の空気温度を検出するヒートシンク周囲温度検出器と前記ヒートシンクの表面温度を検出するヒートシンク表面温度検出器を設け、前記ヒートシンク表面温度検出器の検出温度と前記ヒートシンク周囲温度検出器の検出温度との温度差を所定の値にするための前記冷却ポンプの流量を演算する冷却ポンプ流量演算器と前記冷却ポンプ流量演算器により演算された値となる様に、前記冷却ポンプの流量を制御する冷却ポンプ流量制御装置を具備したことを特徴とする冷却装置。
【請求項１】
半導体スイッチをスイッチングすることによって、出力電圧もしくは出力電流を制御する半導体電力変換装置で、前記半導体電力変換装置内の前記半導体スイッチにより発生する熱を、前記半導体スイッチに取り付けられたヒートシンク内に前記半導体電力変換装置外に備えられた冷却ポンプにより冷却液を供給することによって冷却する冷却装置において、前記ヒートシンクの周囲の空気温度を検出するヒートシンク周囲温度検出器と前記ヒートシンクの表面温度を検出するヒートシンク表面温度検出器を設け、前記ヒートシンク表面温度検出器の検出温度と前記ヒートシンク周囲温度検出器の検出温度との温度差を所定の値にするための前記冷却ポンプの流量を演算する冷却ポンプ流量演算器と前記冷却ポンプ流量演算器により演算された値となる様に、前記冷却ポンプの流量を制御する冷却ポンプ流量制御装置を具備したことを特徴とする冷却装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−１０５４７（Ｐ２０１２−１０５４７Ａ）
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４６２１０（Ｐ２０１０−１４６２１０）
【出願日】平成２２年６月２８日（２０１０．６．２８）
【出願人】（０００００３１１５）東洋電機製造株式会社 (380)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２８日（２０１０．６．２８）
【出願人】（０００００３１１５）東洋電機製造株式会社 (380)
【Ｆターム（参考）】
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