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JPS637026B2 - - Google Patents
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JPS637026B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS637026B2
JPS637026B2 JP57129458A JP12945882A JPS637026B2 JP S637026 B2 JPS637026 B2 JP S637026B2 JP 57129458 A JP57129458 A JP 57129458A JP 12945882 A JP12945882 A JP 12945882A JP S637026 B2 JPS637026 B2 JP S637026B2
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JP
Japan
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water
cooling
cooling water
anion exchange
cooled
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Application number
JP57129458A
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JPS5918666A (ja
Inventor
Norihiko Inuzuka
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Classifications

    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

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イ
ンに発生熱量を導き、フインを熱伝達率の高い水
で冷却し、温まつ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つて、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する。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を通つて交直変換装置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を通つて熱交換器
5へ送られ冷却され再びポンプ3および管6を通
つて循環される。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によつて
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け込んだ不純物イオン成分
をイオン交換装置4によつて除去し、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に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
腐食によつて腐食するが、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
溶存酸素にもとず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
の作用によつて腐食される金属の総量はかなり大
きな値になる。腐食によつて冷却水中に溶け込ん
だ金属イオンは、イオン交換樹脂によつて取除か
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り、
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つた。 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、
2ppmのときに、0.4、0.33、0.25、0.14mg/d
m2/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。従つて冷却水中
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によつ
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は脱酸素装置12の前段に配設された
陰イオン交換装置、131はその容器、132は
容器131内に収納された陰イオン交換樹脂、1
4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14
1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を通つて循環するが、冷却水の一部はバ
ルブ9,10の調節に応じた量が管8を通つて陰
イオン交換装置13を通過することによつて水中
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るため冷
却水は、弱アルカリ性となつて脱酸素装置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、通常亜硝酸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。
溶存酸素を含んだ冷却水が鉄と接触するとFe+
H2O+1/2O2→Fe(OH)2並びにFe(OH)2+1/2 H2O+1/4O2→Fe(OH)3の反応がおこり冷却水中 の溶存酸素は水酸化鉄となつて除去される。弱ア
ルカリ性、例えばPH=9におけるFe(OH)2およ
びFe(OH)3の溶解度積は、25℃のとき1.65×
10-15および4×10-38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
陽イオン交換装置14を通過することによつて、
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
となつ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12を配置したもの(比較例
2)において、水冷電気機器を1カ月間運転した
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
m2、ステンレス製熱交換器並びに陽イオン交換樹
脂2、陰イオン交換樹脂1、脱酸素装置など
で構成される冷却水循環経路に予め窒素ガスを吹
込んで溶存酸素量を1ppm以下に脱気処理を行い
イオン交換処理を行つた純水を100封入して行
つた。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。
【表】 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
よつ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、脱酸素装置の後段に陽
イオン交換装置を配置することによつて脱酸素材
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が可能である。 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によつて交直変換装置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によつ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量をバイパス路に流
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9,1
0の適当な調節により、全量に対するバイパス路
の流量を任意に調整することができる。 更に、陰イオン交換装置、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1
5を隔壁151,152、スクリーン153,1
54,155,156で区切つてその中に陰イオ
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
収容することによつ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
を上げうること明らかである。また、脱酸素材と
しては鉄以外に、コバルト、クロム、ニツケルお
よびこれらの合金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、1
3は陰イオン交換装置、14は陽イオン交換装置
である。

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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