JP5176152B2 - 平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置およびその放熱構造 - Google Patents

Description

本発明は、定電流給電方式に関し、特に、平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置およびその放熱構造に関する。

海底ケーブルシステムは、陸上から遠く離れたところに安定した電力を供給するために、一般的には定電流給電方式を採用している。一次側に定電流を受電する電源回路は、二次側につながる外部負荷の変動が即一次側すなわち外部定電流受電側の電圧変動となる。特に、外部負荷が開放状態や短絡状態になると、定電流を受電したままでは、一次側電圧が極端に低下し、一次側にあるスイッチング回路等に動作電圧を供給できない場合も発生する。また、システム運転上、必然的に生ずる二次側につながる外部負荷変動に対し、定電流供給側の電圧すなわち一次側電圧が変動することは、システムの管理、運営上不都合になるケースが多かった。

また、海中設置用電気機器は、耐水圧、密封を目的として通常、密封型円筒耐圧容器に収容される。一般に、熱の伝播は、対流、輻射、伝導の合成で成り立つ。海中設置用電気機器では、熱源が密封型円筒耐圧容器の中にあるので、通常、対流、輻射は起こりにくく、伝導による伝播が主体になる。しかしながら、密封型円筒耐圧容器への熱の伝導構造は、曲面熱伝播、電気的絶縁性、防食等の設計条件と背反する場合も多い。その結果、海中設置用電気機器では、放熱構造が作りにくく、一般に放熱性能は悪く、電力制限や使用時間制限の要因となっていた。これにより、発生熱量の大きい電子回路すなわち規模の大きい電子回路は、密封型円筒耐圧容器に実装すること自体が熱的には不向きであり、何らかの独創的工夫が必要とされる。

図７を参照して、本発明に関連する平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置１００’について説明する。

平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置１００’は、第一の回路１０と、第二の回路２０と、外部定電流電源４２と、外部負荷４４とを有する。

第一の回路１０は、一次入力ポート１１と、スイッチング回路１２と、絶縁型電圧変換トランス１３と、電圧検出器１４と、制御回路１５と、二次（中間）ポート１６とを備える。

一次入力ポート１１は外部定電流電源４２に接続されている。一次入力ポート１１は絶縁型電圧変換トランス１３の一次側に、スイッチング回路１２を介して接続されている。絶縁型電圧変換トランス１３の二次側に二次（中間）ポート１６が接続されている。また、絶縁型電圧変換トランス１３の二次側に並列に電圧検出回路１４が接続されている。制御回路１５は、電圧検出回路１４で検出された二次電圧（電圧検出値）に基いて、スイッチング回路１２のオン／オフを制御する。

第二の回路２０は、定電流化回路２１と、三次ポート２２とを備える。定電流化回路２１は、二次（中間）ポート１６と三次ポート２２との間に接続されている。三次ポート２２に外部負荷４４が接続されている。

外部定電流電源４２から送出する定電流Ｉ０は、第一の回路１０の一次入力電流Ｉ１となる。一次側電圧をＶ１、二次出力電流をＩ３、二次側電圧をＶ２とする。この場合、平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置１００’の電力変換の原理から、第一の回路１０に関し、下記式が成り立つ。

Ｖ１×Ｉ１（＝Ｉ０）＝ｋ１×（Ｖ２×Ｉ３）≒Ｗ１ ・・・・・・（１）
ここで、Ｉ０は定電流固定値を表し、Ｗ１は二次側負荷電力を表し、ｋ１は第一の回路１０の電力変換効率の定数を表す。

二次側電圧Ｖ２は、第一の回路１０内の電圧検出器１４、制御回路１５、スイッチング回路１２による制御動作により、一定値に保持されている。したがって、外部負荷４４の変動は電流Ｉ３の変動になり、同時に一次側電圧Ｖ１の変動になる。すなわち、本発明に関連する平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置１００’では、出力側三次ポート２２に接続した外部負荷４４の変動が、即一次側すなわち外部定電流受電側の電圧変動に至る。特に、外部負荷４４が開放状態（出力電流０Ａ）や短絡状態（出力電圧０Ｖ）になると、定電流Ｉ０を受電したままでは、一次側電圧Ｖ１が極端に低下し、一次側にあるスイッチング回路１２等に動作電圧を供給できない場合も発生する。

また、システム運転上、必然的に生ずる二次側負荷電力Ｗ１の負荷変動に対し、定電流供給側の電圧すなわち一次側電圧Ｖ１が変動することは、システムの管理、運営上不都合になるケースも多い。

次に、本発明に関連する平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置１００’の放熱構造について説明する。

海中設置用電気機器は、耐水圧、密封を目的として通常、密封型円筒耐圧容器に収容される。一般に熱の伝播は、対流、輻射、伝導の合成で成り立つが、熱源が密封型円筒耐圧容器の中にあるので通常対流、輻射は起こりにくく、伝導による伝播が主体になる。しかしながら、密封型円筒耐圧容器への熱の伝導構造は、曲面熱伝播、電気的絶縁性、防食等の設計条件と背反する場合も多い。その結果、海中設置用電気機器は、放熱構造が作りにくく、一般に放熱性能が悪く、電力制限や使用時間制限の要因となっていた。

図８を参照して、本発明に関連する平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置１００’の放熱構造２００’について説明する。

平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置１００’の放熱構造２００’は、この平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置１００’である電子回路を内部に収容する密封型円筒耐圧容器５０と、この電子回路１００’を搭載しているシャーシ兼放熱構造体５４’と、一対の円盤型端面板５６’とを備える。電子回路１００’が、内部発熱部品に相当する。

シャーシ兼放熱構造体５４’は、直方体の形状をしている。シャーシ兼放熱構造体５４’の両端部は、一対の円盤型端面板５６’に、複数本のネジ５８で固定される。各円盤型端面板５６’の直径は、密封型円筒容器５０の内径に実質的に等しい。各円盤型端面板５６’の外周端面は、密封型円筒容器５０の内壁に接触している。

密封型円筒容器５０に実装された電子回路１００’から発生した熱は、図８の破線矢印で示すように、電子回路１００’を搭載しているシャーシ兼放熱構造体５４’を伝導、さらに円盤型端面板５６’の外周方向に伝導する。最終的に、円盤型端面板５６’の盤断面部を伝導路とし、上記密封型円筒耐圧容器５０に達し、外部に放熱する。このような構成の放熱構造では、当然の事象として、次に述べるような問題がある。

（１）熱源となる電子回路１００’から最終放熱部位である密封型円筒耐圧容器５０までの熱伝導距離が長くなりがちとなる。

（２）機器製造中や保守、修理等では、図中、電子回路１００’、シャーシ兼放熱構造体５４’、および一対の円盤型端面板５６’の全内部構造体の密封型円筒耐圧容器５０への挿入、引き出しは頻繁に行わざるを得ない。このことを配慮すると、円盤型端面板５６’の端面部と密封型円筒耐圧容器５０との間の物理的接触をあまりに堅固に構築することは出来ず、結局複数の点接触程になり、熱伝導路としては不十分となる。結果的に、密封型円筒耐圧容器５０内の温度上昇を大きくさせてしまう。換言すれば、発生熱量の大きい電子回路すなわち規模の大きい電子回路１００’は、密封型円筒耐圧容器５０に実装すること自体が熱的には不向きで、何らかの独創的工夫が必要とされる。

本発明に関連する先行技術文献も知れられている。例えば、特許文献１は、海底中継器に給電を行う給電線を含む海底ケーブルをメッシュ状に敷設することを可能にする海底給電分岐装置を開示している。この特許文献１に開示された海底給電分岐装置は、入力端子と第１の出力端子との間の電位差を検出し、所定値以上の場合にスイッチ回路をオン状態にする電圧検出回路と、基幹海底ケーブルと副基幹海底ケーブルとの間を絶縁した状態で、一次側の電力を二次側に供給摺るトランスとを備える。

特開２００４−１４０９８１号公報

上述したように、図７に示した本発明に関連する平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置１００’の電気回路構成では、出力の負荷変動に対して入力側の受電電力が変化するという問題がある。

また、図８に示した本発明に関連する平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置１００’の放熱構造２００’では、電子回路（内部発熱部品）からの発熱を効率よく外部に放熱できないという問題がある。

一方、特許文献１は、一次側の電力を二次側に供給するトランスを備えた海底給電分岐装置を開示しているに過ぎない。

したがって、本発明の目的は、出力の負荷変動に対して入力側の受電電力が変化しない、平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置を提案することにある。

本発明の他の目的は、内部発熱部品からの発熱を密封型円筒耐圧容器に効率的に伝達し、良熱伝導を可能にする、平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置の放熱構造を提案することにある。

本発明による平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置は、一次入力ポートに直流定電流を受電し、出力となる二次（中段）ポートの電圧を検出し、この第１の電圧検出値が一定値になるよう一次側にある第１のスイッチング回路を制御することで、上記二次（中段）ポートに直流定電圧を出力する第一の回路と、上記第一の回路の上記二次（中段）ポートの直流定電圧出力を受電して、定電流化回路により定電流化し、終段出力としての三次ポートに接続した外部負荷に定電流を供給する第二の回路と、上記第一の回路の一次側に生ずる電圧を一次側入力電圧として受電し、この１次側電圧を検出し、この第２の電圧検出値が一定値になるよう１次側にある第２のスイッチング回路を制御することで、二次側に接続した定抵抗負荷に電力を供給する第三の回路とを有する。

また、本発明による平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置は、放熱構造として、内部発熱部品を収容する密封型円筒耐圧容器と、該密封型円筒耐圧容器の内壁面に面で内接することができ、上記内部発熱部品を取り付けることが可能な複数の放熱ブロックと、該複数の放熱ブロックの両端に備えられた一対の円盤型端面板であって、これらの放熱ブロックを円筒の軸方向に固定しかつ円筒の半径方向に可動しうるようなスリット状の構造を持つ、上記一対の円盤型端面板と、上記複数の放熱ブロックを上記一対の円盤型端面板のスリット構造に沿って可動させ、上記複数の放熱ブロックを上記密封型円筒耐圧容器の内壁面に均一に密着および離脱させることが可能な可動機構とを有する。

本発明によれば、出力の負荷変動に対して入力側の受電電力が変化しない平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置を提供できる。

また、本発明によれば、内部発熱部品からの発熱を密封型円筒耐圧容器に効率的に伝達し良熱伝導を可能とする放熱構造を提供できる。

本発明の一実施の形態に係る平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置の電気回路構成を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態に係る放熱構造を示す透視斜視図である。 図２示した放熱構造に使用される円盤型端面板に穿設されたスリット状穴（スリット構造）の拡大正面図である。 図２に示した放熱構造に使用される楔状構造体の拡大透視斜視図である。 図１に示した平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置の入力側を多数従属接続した、拡張型の大型システムの構成を示すブロック図である。 図２に示した放熱構造の変形例を締めず部分拡大斜視図である。 本発明に関連する平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置の電気回路構成を示すブロック図である。 本発明に関連する放熱構造を示す透視斜視図である。

次に、本発明の実施の形態の構成について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置１００の電気回路構成を示すブロック図である。

図示の平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置１００は、第三の回路３０を更に備えている点を除いて、図７に示した平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置１００’と同様の構成を有し、動作をする。したがって、図７に示したものと同様の構成要素には同一の参照符号を付し、以下では、説明の簡略化の為に、相違点についてのみ説明する。

ここでは、第三の回路３０の構成要素と区別するために、第一の回路１０を構成する、スイッチング回路１２、絶縁型電圧変換トランス１３、電圧検出器１４、および制御回路１５を、それぞれ、第１のスイッチング回路、第１の絶縁型電圧変換トランス、第１の電圧検出器、および第２の制御回路と呼ぶことにする。

第三の回路３０は、第２のスイッチング回路３２と、第２の絶縁型電圧変換トランス３３と、第２の電圧検出器３４と、第２の制御回路３５と、定抵抗回路３７とを有する。

第２の絶縁型電圧変換トランス３３の一次側は、第２のスイッチング回路３２を介して一次入力ポート１１に接続されている。第２の絶縁型電圧変換トランス３３の一次側は、定抵抗回路３７に接続されている。第２の絶縁型電圧変換トランス３３の一次側（一次入力ポート１１）に並列に、第２の電圧検出器３４が接続されている。第２の制御回路３５は、第２の電圧検出回路３４で検出された一次電圧（電圧検出値）に基いて、第２のスイッチング回路３２のオン／オフを制御する。

次に、図１に示した平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置１００の動作について説明する。

外部定電流電源４２から送出する定電流Ｉ０は、第一の回路１０の一次入力電流Ｉ１と第三の回路３０の一次入力電流Ｉ２とに分割される。平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置１００の電力変換の原理から、第一の回路１０に関し、下記式（２）が成り立つ。

Ｖ１×Ｉ１＝ｋ１×（Ｖ２×Ｉ３）≒Ｗ１ ・・・ （２）
ここで、ｋ１は第一の回路１０の電力変換効率の定数を表し、Ｗ１は外部負荷４４の消費電力（Ｗ）を示す。

第２の絶縁型電圧変換トランス３３の二次側に流れる電流をＩ４、電圧をＶ３とする。このとき、第三の回路３０に関し、上記と同様に下記式（３）が成り立つ。

Ｖ１×Ｉ２＝ｋ２×（Ｖ３×Ｉ４）＝Ｗ２ ・・・ （３）
ここで、ｋ２は第三の回路３０の電力変換効率の定数を表し、Ｗ２は定抵抗負荷３７の消費電力を表す。

また、外部定電流電源４２から送出する全電力は、定電流Ｉ０×Ｖ１から下記式（４）が成り立つ。

Ｉ０×Ｖ１＝（１）式の値 ＋ （２）式の値
＝ｋ１×（Ｖ２×Ｉ３） ＋ ｋ２×（Ｖ３×Ｉ４） ・・・ （４）
ここで、Ｉ０は定電流固定値を表す。

一次側電圧Ｖ１は、第三の回路３０内の第２の電圧検出器３４、第２の制御回路３５、第２のスイッチング回路３２による制御動作により一定値に保持されている。また、第一の回路１０の二次側電圧Ｖ２も、上記同様、第一の回路１０の第１の電圧検出器１４、第１の制御回路１５、第１のスイッチング回路１２により一定値に保持されている。その結果、外部負荷４４の変動（増／減）は、第一の回路１０の二次側電流Ｉ３の変動（増／減）になり、第三の回路３０の定抵抗回路３７の消費電力（Ｖ３×Ｉ４）の変動（減／増）に等しい。すなわち外部負荷４４に変動が生じても、第三の回路３０の定抵抗回路３７の消費電力変動で補償し、一次入力ポート１１から見た消費電力に変化は生じない。結果として、外部負荷４４の値のいかんに関係なく一次側電圧Ｖ１は、受電している定電流Ｉ０に変動が無ければ、一定値を保持する。

上述の説明から理解出来るように、外部負荷４４の変動すなわち結果として第一の回路１０の二次側電流Ｉ３の変動（増／減）は、第三の回路３０の二次側電圧Ｖ３または二次側電流Ｉ４の変動（減／増）に置換されることになる。外部負荷４４が短絡または開放となり電力消費が極度に減少（電力消費０と等価）すれば、Ｖ３またはＩ４が（定電圧出力ならＶ３が、定電流出力ならＩ４が）物理能力の最大限まで増加する。すなわち、Ｗ２を構成する定抵抗回路３７の電力消費が急増し、抵抗体が高温になり十分な放熱構造が必要となる。

図２を参照して、平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置１００の放熱構造２００について説明する。

平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置１００の放熱構造２００は、平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置１００である電子回路（内部発熱部品）を内部に収容する密封型円筒耐圧容器５０と、複数の放熱ブロック５４と、一対の円盤型端面板５６と、可動機構６０とを有する。

複数の放熱ブロック５４は、密封型円筒耐圧容器５０の内壁面に面で内接することができ、内部発熱部品１００を取り付けることが可能である。

一対の円盤型端面板５６は、複数の放熱ブロック５４の両端に備えられている。一対の円盤型端面板５６は、複数の放熱ブロック５４を円筒の軸方向に固定し、かつ円筒の半径方向に可動しうるようなスリット状の構造５６ａを持つ。

可動機構６０は、複数の放熱ブロック５４を一対の円盤型端面板５６のスリット構造５６ａに沿って可動させ、複数の放熱ブロック５４を密封型円筒耐圧容器５０の内壁面に均一に密着および離脱させることが可能である。

図示の例では、各放熱ブロック５４は、断面視で見て、Ｌ字形状をしている。各放熱ブロック５４のＬ字端部５４ａの２箇所を、密封型円筒容器５０の内半径にほぼ等しい曲率半径の円弧状としている。また、図示の例では、放熱ブロック５４は２個ある。一対の円盤型端面板５６は、２個の放熱ブロック５４の「要」部分を突き合わせ、断面視で見て互いに直角となるような配置を確保する。

また、図３に示されるように、図示の各円盤型端面板５６は、上記スリット状の構造５６ａとしてのスリット状穴を有する。このスリット状穴５６ａを利用し、複数本のネジ５８で仮固定して、上記配置を実現している。尚、放熱ブロック５４は、その両端面に、上記複数本のネジ５８が螺合されるネジ穴５４ｂ（図６参照）を持つ。

このように、２個の放熱ブロック５４を一対の円盤型端面板５６のスリット状穴５６ａを利用しネジ５８で固定すると、半固定状態になり、スリット穴５６ａの方向と長さに従い、放熱ブロック５４は可動可能になる。

可動機構６０は、密封型円筒耐圧容器５０の中心軸に沿って延在する１本の支持棒６２と、一対の楔状構造体６４と、一対のナット６６とから構成される。支持棒６２の両端部には、雄ネジ（図示せず）が切られている。一対の楔状構造体６４は、後述するように、支持棒６２の両端部に挿入される。一対のナット６６は、２個の放熱ブロック５４に対して一対の楔状構造体６４を互いに近接する方向に押し付けた状態で、支持棒６２の両端部に螺嵌される。

図４は楔状構造体６４の拡大図である。各楔状構造体６４は、支持棒６２の端部が挿通される貫通孔６４ａを持つ。

一対の円盤型端面板５６の円中心部分すなわち２個の放熱ブロック５４の「要」の突合せ間隙部分に、一対の楔状構造体６４を円盤面に対し垂直に挿入すると、図２のブロック矢印の示すように、２個の放熱ブロック５４を互いに円盤の半径方向すなわち密封型円筒容器５０内壁面方向に可動させることが出来る。

また、２個の放熱ブロック５４の２つのＬ字端部５４ａは、断面視で見て、密封型円筒耐圧容器５０の内半径にほぼ等しい半径の円弧面をもっている。したがって、楔構造体６４を支持棒６２に挿入すれば、上記Ｌ字端部５４ａは密封型円筒耐圧容器５０の内壁面５０ａに隙間なく、かつ強く密着させることが出来る。結果として、放熱ブロック５４に搭載した電子回路１００の熱は、密封型円筒耐圧容器５０の内壁面５０ａに向かい、概ね図２の破線矢印に示す４方向に短距離で伝播する。また、上述したように、２個の放熱ブロック５４を密封型円筒耐圧容器５０の内壁面５０ａに、隙間なくかつ強い密着すなわち面接触が出来るので、良熱伝導率の放熱構造体２００となっている。

上記のような構成を有する平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置１００は、次のような効果を有する。

最初に、電気的機能から生ずる拡張性の効果について説明する。

平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置１００は、短絡障害の際、過大電流の発生を抑制できることから、水中で短絡障害になり易い水中機器や海中機器に電力供給する有効な手段である。本実施の形態により、平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置１００の二次側に接続する機器の負荷変動（開放、短絡を含むシステム操作上必然的に生ずる変動）に対し、入力電力を一定に保持すなわち一次入力側電圧を一定に保持し、システム操作上必然的に生ずる負荷変動と、一次側に接続する海底ケーブルや中継器の障害との区分を可能にすることができる。その結果、本実施の形態の平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置１００の入力側を多数従属接続し、二次出力側に多数の機器を接続展開するような拡張型の大型システムの構築もできる様になった。

図５を用いて、上記大型システムの構成を下記に説明する。陸上遠隔地に設置した外部定電流電源４２から、海底ケーブル４６を介して、ｎ台の直流定電流入力／直流定電流分配出力装置１００−１〜１００−ｎの一次側に電流Ｉ０を供給し、各直流定電流入力／直流定電流分配出力装置１００−１〜１００−ｎの二次側に接続した各水中機器４４−１〜４４−ｎの各機器に、必要とする値の定電流を供給している。

この場合でも各直流定電流入力／直流定電流分配出力装置１００−１〜１００−ｎの一次側電圧Ｖ１〜Ｖｎは水中機器４４−１〜４４−ｎの地絡、開放、電気的負荷変動に対し影響せず、結果として外部定電流電源４２の出力電圧Ｖ０＝Ｖ１＋Ｖ２＋・・・・＋Ｖｎが海底ケーブル４６の障害が発生しない限り一定となり、全システム中の機器に対し安定な電力供給、システムの運転保守の便宜性を提供している。

次に、直流定電流入力／直流定電流分配出力装置１００の放熱構造２００の効果について説明する。

一般に、水中環境での電気・電子機器の使用は、機器を密封型円筒耐圧容器内に実装する。しかしながら、密封型円筒耐圧容器内部では、熱の自然対流が弱く、放熱は熱の伝導が主体となる。その結果、放熱構造には特別の工夫、すなわち内部発熱部品の密封型円筒耐圧容器曲面への密着を実現する工夫が必要となる。本実施の形態では、密封型円筒耐圧容器５０に対し機器の出し入れが容易で、かつ良熱伝導を可能にする構造を提供している。本実施の形態の放熱構造２００は、内部回路や部品形状に影響されず、一般的な利用を可能にしている。

本実施の形態により、特に高電力を有する水中機器の長時間使用や、結果として得られる機器信頼性の向上に伴いシステム長時間運転が期待出来るようになる。

図６は本実施の形態の放熱構造にさらなる工夫を加えた放熱構造２００Ａの一例を示す要部斜視図である。放熱ブロック５４の円弧端面５４ａに多数のＬ字型のフック状平板バネ材６８を円弧端面５４ａに引っ掛けるような形状で取り付けている。放熱ブロック５４の円弧端面５４ａとＬ字型のフック状平板バネ材６８との間には、放熱用密着剤７０が介挿されている。これにより、フック状平板バネ材６８のバネ力による継続的密着力の確保と、熱伝導の大幅な向上を実現させている。

以下に、本発明の態様について説明する。

本発明の第１の態様による平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置は、一次入力ポートに直流定電流を受電し、出力となる二次（中段）ポートの電圧を検出し、この第１の電圧検出値が一定値になるよう一次側にある第１のスイッチング回路を制御することで、上記二次（中段）ポートに直流定電圧を出力する第一の回路と、上記第一の回路の上記二次（中段）ポートの直流定電圧出力を受電して、定電流化回路により定電流化し、終段出力としての三次ポートに接続した外部負荷に定電流を供給する第二の回路と、上記第一の回路の一次側に生ずる電圧を一次側入力電圧として受電し、この一次側電圧を検出し、この第２の電圧検出値が一定値になるよう１次側にある第２のスイッチング回路を制御することで、二次側に接続した定抵抗負荷に電力を供給する第三の回路と、を備える。

上記本発明の第１の態様による平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置において、上記平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置は、海中設置を目的としたものであってよい。上記第一の回路は、上記一次入力ポートに接続された一次側と、上記二次（中段）ポートに接続された二次側とを持つ第１の電圧変換トランスと、該第１の電圧変換トランスの一次側にある上記第１のスイッチング回路と、上記二次（中段）ポートの電圧を検出して、上記第１の電圧検出値を出力する第１の電圧検出器と、上記第１の電圧検出値が一定値になるよう上記第１のスイッチング回路を制御する第１の制御回路と、を備えるものであってよい。上記第１の電圧変換トランスは絶縁型であることが好ましい。上記第三の回路は、上記一次入力ポートに接続された一次側と、上記定抵抗負荷に接続された二次側とを持つ第２の電圧変換トランスと、該第２の電圧変換トランスの一次側にある上記第２のスイッチング回路と、上記一次側電圧を検出して、前記第２の電圧検出値を出力する第２の電圧検出器と、上記第２の電圧検出値が一定値になるように上記第２のスイッチング回路を制御する第２の制御回路と、を備えるものであってよい。上記第２の電圧変換トランスは絶縁型であることが好ましい。

本発明の第２の態様による放熱構造は、上記平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置からなる内部発熱部品からの発熱を放熱する放熱構造であって、上記内部発熱部品を収容する密封型円筒耐圧容器と、上記密封型円筒耐圧容器の内壁面に面で内接することができ、上記内部発熱部品を取り付けることが可能な複数の放熱ブロックと、上記複数の放熱ブロックの両端に備えられた一対の円盤型端面板であって、上記複数の放熱ブロックを円筒の軸方向に固定し、かつ円筒の半径方向に可動しうるようなスリット状の構造を持つ、上記一対の円盤型端面板と、上記複数の放熱ブロックを上記一対の円筒型端面板のスリット構造に沿って可動させ、上記複数の放熱ブロックを上記密封型円筒耐圧容器の内壁面に均一に密着および離脱させることが可能な可動機構と、を有する。

上記本発明の第２の態様による放熱構造において、上記複数の放熱ブロックは、断面視で見て、Ｌ字形状の２個の放熱ブロックから構成されてよい。この場合、各放熱ブロックのＬ字端部は、上記密封型円筒耐圧容器の内半径に実質的に等しい曲率半径の円弧端面を持っていることが好ましい。上記一対の円盤型端面板は、上記２個の放熱ブロックの要部分を突き合わせて、断面視で見て、互いに直角となるような配置を確保するものであってよい。上記可動機構は、たとえば、上記密封型円筒耐圧容器の中心軸に沿って延在し、両端部に雄ネジが切られた１本の支持棒と、該支持棒の両端部に挿入される一対の楔状構造体と、上記複数の放熱ブロックに対して上記一対の楔状構造体を互いに近接する方向に押し付けた状態で、上記支持棒の両端部に螺嵌される一対のナットと、から構成されてよい。上記放熱構造は、上記放熱ブロックの上記円弧端面に、放熱用密着剤を介して取り付けられた複数の平板バネ材をさらに備えることが望ましい。上記複数の平板バネ材の各々は、上記放熱ブロックの上記円弧端面に引っ掛けるような形状のＬ字型のフック状平板バネ材からなってよい。

以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。例えば、上記実施形態では、複数の放熱ブロックはＬ字形状の２個の放熱ブロックから構成されているが、これに限定されないのは勿論である。また、上記実施形態では、可動機構は、１本の支持棒と一対の楔状構造体と一対のナットとから構成されているが、これに限定されないのは勿論である。

本発明は、海底ケーブルを用いた観測システムに利用され得る。

１０ ・・・ 第一の回路
１１ ・・・ 一次入力ポート
１２ ・・・ 第１のスイッチング回路
１３ ・・・ 第１の絶縁型電圧変換トランス
１４ ・・・ 第１の電圧検出器
１５ ・・・ 第１の制御回路
１６ ・・・ 二次（中間）ポート
２０ ・・・ 第二の回路
２１ ・・・ 定電流化回路
２２ ・・・ 三次ポート
３０ ・・・ 第三の回路
３２ ・・・ 第２のスイッチング回路
３３ ・・・ 第２の絶縁型電圧変換トランス
３４ ・・・ 第２の電圧検出器
３５ ・・・ 第２の制御回路
３７ ・・・ 定抵抗回路
４２ ・・・ 外部定電流回路
４４ ・・・ 外部負荷
４４−１〜４４−ｎ ・・・ 水中機器
４６ ・・・ 海底ケーブル
５０ ・・・ 密封型円筒耐圧容器
５４ ・・・ 放熱ブロック
５４ａ ・・・ Ｌ字端部（円弧端面）
５４ｂ ・・・ ネジ穴
５６ ・・・ 円盤型端面板
５６ａ ・・・ スリット構造（スリット状穴）
６０ ・・・ 可動機構
６２ ・・・ 支持棒
６４ ・・・ 楔状構造体
６６ ・・・ ナット
６８ ・・・ 平板バネ材
７０ ・・・ 放熱用密着剤
１００ ・・・ 平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置（電子回路、内部発熱部品）
１００−１〜１００−ｎ ・・・ 平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置
２００、２００Ａ ・・・ 放熱構造

Claims (12)

1. 一次入力ポートに直流定電流を受電し、出力となる二次ポートの電圧を検出し、この第１の電圧検出値が一定値になるよう一次側にある第１のスイッチング回路を制御することで、上記二次ポートに直流定電圧を出力する第一の回路と、
   上記第一の回路の上記二次ポートの直流定電圧出力を受電して、定電流化回路により定電流化し、終段出力としての三次ポートに接続した外部負荷に定電流を供給する第二の回路と、
   上記第一の回路の一次側に生ずる電圧を一次側入力電圧として受電し、この一次側電圧を検出し、この第２の電圧検出値が一定値になるよう一次側にある第２のスイッチング回路を制御することで、二次側に接続した定抵抗負荷に電力を供給する第三の回路と、
   を有する平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置。
2. 上記平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置は、海中設置を目的としたものである、請求項１に記載の平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置。
3. 上記第一の回路は、
   上記一次入力ポートに接続された一次側と、上記二次ポートに接続された二次側とを持つ第１の電圧変換トランスと、
   該第１の電圧変換トランスの一次側にある上記第１のスイッチング回路と、
   上記二次ポートの電圧を検出して、上記第１の電圧検出値を出力する第１の電圧検出器と、
   上記第１の電圧検出値が一定値になるよう上記第１のスイッチング回路を制御する第１の制御回路と、
   を備える、請求項１又は請求項２に記載の平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置。
4. 上記第１の電圧変換トランスは絶縁型である、請求項３に記載の平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置。
5. 上記第三の回路は、
   上記一次入力ポートに接続された一次側と、上記定抵抗負荷に接続された二次側とを持つ第２の電圧変換トランスと、
   該第２の電圧変換トランスの一次側にある上記第２のスイッチング回路と、
   上記一次側電圧を検出して、前記第２の電圧検出値を出力する第２の電圧検出器と、
   上記第２の電圧検出値が一定値になるように上記第２のスイッチング回路を制御する第２の制御回路と、
   を備える、請求項３又は請求項４に記載の平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置。
6. 上記第２の電圧変換トランスは絶縁型である、請求項５に記載の平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１つに記載の平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置からなる内部発熱部品からの発熱を放熱する放熱構造であって、
   上記内部発熱部品を収容する密封型円筒耐圧容器と、
   上記密封型円筒耐圧容器の内壁面に面で内接することができ、上記内部発熱部品を取り付けることが可能な複数の放熱ブロックと、
   上記複数の放熱ブロックの両端に備えられた一対の円盤型端面板であって、上記複数の放熱ブロックを円筒の軸方向に固定し、かつ円筒の半径方向に可動しうるようなスリット状の構造を持つ、上記一対の円盤型端面板と、
   上記複数の放熱ブロックを上記一対の円筒型端面板のスリット構造に沿って可動させ、上記複数の放熱ブロックを上記密封型円筒耐圧容器の内壁面に均一に密着および離脱させることが可能な可動機構と、
   を有する放熱構造。
8. 上記複数の放熱ブロックは、断面視で見て、Ｌ字形状の２個の放熱ブロックから構成され、
   各放熱ブロックのＬ字端部は、上記密封型円筒耐圧容器の内半径に実質的に等しい曲率半径の円弧端面を持っている、請求項７に記載の放熱構造。
9. 上記一対の円盤型端面板は、上記２個の放熱ブロックの要部分を突き合わせて、断面視で見て、互いに直角となるような配置を確保する、請求項８に記載の放熱構造。
10. 上記可動機構は、
    上記密封型円筒耐圧容器の中心軸に沿って延在し、両端部に雄ネジが切られた１本の支持棒と、
    該支持棒の両端部に挿入される一対の楔状構造体と、
    上記複数の放熱ブロックに対して上記一対の楔状構造体を互いに近接する方向に押し付けた状態で、上記支持棒の両端部に螺嵌される一対のナットと、
    から構成される、請求項７乃至９のいずれか１項に記載の放熱構造。
11. 上記放熱ブロックの上記円弧端面に、放熱用密着剤を介して取り付けられた複数の平板バネ材をさらに備える、請求項８又は９に記載の放熱構造。
12. 上記複数の平板バネ材の各々は、上記放熱ブロックの上記円弧端面に引っ掛けるような形状のＬ字型のフック状バネ材からなる、請求項１１に記載の放熱構造。

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