JP6676228B1 - 気中遮断器 - Google Patents

Abstract

気中遮断器は、固定接点(１１０)と、可動接点(１２０)と、複数の消弧板(１６０)と、周壁(１５０)と、冷却筒(１７０)とを備える。可動接点(１２０)は、固定接点(１１０)に対して接離可能である。複数の消弧板(１６０)は、固定接点(１１０)と可動接点(１２０)との間に生じたアークを消弧する。周壁(１５０)は、複数の消弧板(１６０)を囲む。冷却筒(１７０)は、複数の消弧板(１６０)に対して固定接点(１１０)および可動接点(１２０)とは反対側に位置し、周壁(１５０)の内側と連通するように周壁(１５０)に接続されている。冷却筒(１７０)は、周壁(１５０)に接続された外筒部(１７１)、および、外筒部(１７１)の内側において外筒部(１７１)に間隔をあけて位置する内筒部(１７２)を含む。

Description

本発明は、気中遮断器に関する。

気中遮断器の構成を開示した先行文献として、実公昭４７−１３８１４号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載された気中遮断器は、分離自在の接点構造、発生したアークを急速に消弧して回路の遮断を行なうアークシュート構造、および、アークシュート構造の上端の近くに配置され、アークにより生じたホットガスを冷却するための冷却バフルを備えている。

実公昭４７−１３８１４号公報

ホットガス流には、温度および流速に偏りが生じ、ホットガス流の外周部より、ホットガス流の中央部の方が、温度が高く流速が大きくなる。そのため、ホットガス流の中央部を重点的に冷却することができれば、ホットガスを効果的に冷却することができる。

特許文献１に記載された気中遮断器の冷却バフルは、ホットガス流の中央部を重点的に冷却する観点から、ホットガスの冷却効率を向上できる余地がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであって、ホットガス流の中央部を重点的に冷却して、ホットガスを効果的に冷却することができる気中遮断器を提供することを目的とする。

本発明に基づく気中遮断器は、固定接点と、可動接点と、複数の消弧板と、周壁と、冷却筒とを備える。可動接点は、固定接点に対して接離可能である。複数の消弧板は、固定接点と可動接点との間に生じたアークを消弧する。周壁は、複数の消弧板を囲む。冷却筒は、複数の消弧板に対して固定接点および可動接点とは反対側に位置し、周壁の内側と連通するように周壁に接続されている。冷却筒は、周壁に接続された外筒部、および、外筒部の内側において外筒部に間隔をあけて位置する内筒部を含む。

本発明によれば、冷却筒の内筒部によってホットガス流の中央部を重点的に冷却して、ホットガスを効果的に冷却することができる。

本発明の実施の形態１に係る気中遮断器の外観を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る気中遮断器の構成を示す断面斜視図である。 図１の気中遮断器をＩＩＩ−ＩＩＩ線矢印方向から見た断面図である。 本発明の実施の形態２に係る気中遮断器の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態２の変形例に係る気中遮断器の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態３に係る気中遮断器の断面図を示す。 本発明の実施の形態４に係る気中遮断器の断面図を示す。 本発明の実施の形態５に係る気中遮断器の断面図を示す。 本発明の実施の形態６に係る気中遮断器の断面図を示す。

以下、本発明の各実施の形態に係る気中遮断器について図面を参照して説明する。以下の実施の形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る気中遮断器の外観を示す斜視図である。図２は、本発明の実施の形態１に係る気中遮断器の構成を示す断面斜視図である。図３は、図１の気中遮断器をＩＩＩ−ＩＩＩ線矢印方向から見た断面図である。

図１〜図３に示すように、本発明の実施の形態１に係る気中遮断器１００は、固定接点１１０と、可動接点１２０と、複数の消弧板１６０と、周壁１５０と、冷却筒１７０とを備える。気中遮断器１００は、固定側アークランナ１３０および可動側アークランナ１４０をさらに備えている。固定接点１１０、可動接点１２０、固定側アークランナ１３０、可動側アークランナ１４０および複数の消弧板１６０は、周壁１５０の内側に配置されている。

周壁１５０は、筒状の形状を有して中心軸方向に延在しており、中心軸方向から見て、長手方向に延在する１対の辺および短手方向に延在する１対の辺からなる矩形状の形状を有している。なお、周壁１５０の形状は、上記に限られず、円筒状または楕円筒状などでもよい。周壁１５０は、絶縁性材料で構成されている。

固定接点１１０は、周壁１５０の中心軸方向から見て、周壁１５０の内側の中央に位置している。固定接点１１０は、周壁１５０の中心軸方向において、周壁１５０内の冷却筒１７０側とは反対側に位置している。固定接点１１０は、固定側アークランナ１３０の一端部と間隔をあけて面しており、固定側アークランナ１３０と電気的に接続される。

可動接点１２０は、周壁１５０の中心軸方向から見て、周壁１５０の内側の中央に位置している。可動接点１２０は、周壁１５０の中心軸方向において、周壁１５０内の冷却筒１７０側とは反対側に位置している。可動接点１２０は、固定接点１１０に対して接離可能である。図２および図３においては、可動接点１２０が固定接点１１０に対して離れている状態を示している。可動接点１２０は、図３の左右方向である周壁１５０の長手方向に移動可能に構成されている。可動接点１２０は、可動側アークランナ１４０の一端部と間隔をあけて面しており、可動側アークランナ１４０と電気的に接続される。

図２および図３に示すように、複数の消弧板１６０は、周壁１５０に囲まれている。複数の消弧板１６０は、周壁１５０の中心軸方向において、周壁１５０内の冷却筒１７０側に位置している。複数の消弧板１６０は、周壁１５０の長手方向に互いに間隔をあけて対向するように配置されている。複数の消弧板１６０は、固定側アークランナ１３０の他端部と可動側アークランナ１４０の他端部との間に位置している。複数の消弧板１６０の各々は、たとえば鉄などの磁性体で構成されている。後述するように、複数の消弧板１６０は、固定接点１１０と可動接点１２０との間に生じたアークを消弧する。

周壁１５０の中心軸方向から見て、固定側アークランナ１３０の一端部は、周壁１５０の内側の中央に位置しており、固定側アークランナ１３０の他端部は、周壁１５０の長手方向の一方側に位置する周壁１５０の内壁面に沿って位置している。

周壁１５０の中心軸方向から見て、可動側アークランナ１４０の一端部は、周壁１５０の内側の中央に位置しており、可動側アークランナ１４０の他端部は、周壁１５０の長手方向の他方側に位置する周壁１５０の内壁面に沿って位置している。

図１〜図３に示すように、冷却筒１７０は、複数の消弧板１６０に対して固定接点１１０および可動接点１２０とは反対側に位置し、周壁１５０の内側と連通するように周壁１５０に接続されている。冷却筒１７０は、周壁１５０に接続された外筒部１７１、および、外筒部１７１の内側において外筒部１７１に間隔をあけて位置する内筒部１７２を含む。

冷却筒１７０の外筒部１７１は、周壁１５０の中心軸方向における周壁１５０の端部と接続されている。外筒部１７１は、絶縁性材料で構成されている。

冷却筒１７０の内筒部１７２は、周壁１５０の中心軸方向において、複数の消弧板１６０と間隔をあけて配置されている。冷却筒１７０の内筒部１７２は、周壁１５０の中心軸方向から見て、矩形状の形状を有しており、周壁１５０の内側の中央部を囲むように位置している。なお、内筒部１７２の形状は、上記に限られず、円筒状または楕円筒状などでもよい。

周壁１５０の長手方向の一方側に位置する、外筒部１７１の内壁面と内筒部１７２の外壁面とが互いに間隔をあけて対向している。周壁１５０の長手方向の他方側に位置する、外筒部１７１の内壁面と内筒部１７２の外壁面とが互いに間隔をあけて対向している。

周壁１５０の短手方向の一方側に位置する、外筒部１７１の内壁面と内筒部１７２の外壁面とが互いに間隔をあけて対向している。周壁１５０の短手方向の他方側に位置する、外筒部１７１の内壁面と内筒部１７２の外壁面とが互いに間隔をあけて対向している。

本実施の形態においては、周壁１５０の中心軸方向から見て、内筒部１７２の内側に１つの領域が形成されているが、内筒部１７２の内側に複数の領域が形成されていてもよい。すなわち、内筒部１７２の内側を複数の筒状に分割する仕切が設けられていてもよい。

内筒部１７２は、アルミニウム、銅またはグラファイトなどの高い熱伝導率を有する材料で構成されていることが好ましい。なお、内筒部１７２は、セラミックスなどの熱伝導率が比較的高く電気絶縁性が高い材料で構成されていてもよい。または、内筒部１７２は、自らの融解および蒸発に伴う吸熱効果を有するナイロンなどの樹脂材料で構成されていてもよい。

本実施の形態においては、内筒部１７２は、４枚の板状部材を格子状に組み合わせることにより形成されているが、内筒部１７２は、ブロック状部材を切削加工またはプレス加工することにより形成されてもよいし、板状部材を折り曲げることにより形成されてもよい。

以下、本発明の実施の形態１に係る気中遮断器１００の動作について説明する。
気中遮断器１００においては、固定接点１１０と可動接点１２０とが互いに接している閉状態において固定接点１１０と可動接点１２０との間に電流が流れているときに、可動接点１２０が固定接点１１０から離れる方向に移動して開状態に切り替わることにより、固定接点１１０と可動接点１２０との間にアークが発生する。

アークは、アークを流れる電流と、固定接点１１０、可動接点１２０、固定側アークランナ１３０および可動側アークランナ１４０の周囲に形成される磁界との、相互作用による電磁力を受けて、複数の消弧板１６０に向かうように駆動される。複数の消弧板１６０に突入したアークが複数の消弧板１６０によって裁断されてアークの状態を維持できなくなることにより、電流が遮断される。

上記のように、通電状態から電流遮断に至る過程において、アークによって加熱および電離されて最大で数万ケルビンの温度を有するホットガスが周壁１５０内から冷却筒１７０に向かう、図３の点線矢印で示すホットガス流が発生する。

ホットガス流には、温度および流速に偏りが生じ、ホットガス流の外周部より、ホットガス流の中央部の方が、温度が高く流速が大きくなる。

本発明の実施の形態１に係る気中遮断器１００においては、外筒部１７１および内筒部１７２を含む冷却筒１７０が設けられており、内筒部１７２の外周面と外筒部１７１の内周面との間の空間、および、内筒部１７２の内側の空間の各々をホットガス流が通過する。ホットガス流の中央部が内筒部１７２を通過する際に、内筒部１７２と接触することによって内筒部１７２に放熱する。これにより、ホットガス流の中央部を重点的に冷却することができる。その結果、ホットガスを効果的に冷却することができる。

内筒部１７２がナイロンなどの樹脂材料で構成されている場合、内筒部１７２が融解および蒸発することによっても吸熱するため、ホットガスを効果的に冷却することができる。冷却筒１７０においては、損耗した内筒部１７２を交換可能に構成されていることが好ましい。

実施の形態２．
以下、本発明の実施の形態２に係る気中遮断器について図面を参照して説明する。本発明の実施の形態２に係る気中遮断器は、内筒部の形状のみ本発明の実施の形態１に係る気中遮断器１００と異なるため、本発明の実施の形態１に係る気中遮断器１００と同様である構成については説明を繰り返さない。

図４は、本発明の実施の形態２に係る気中遮断器の構成を示す断面図である。図４においては、図３と同一の断面視にて示している。

図４に示すように、本発明の実施の形態２に係る気中遮断器２００は、外筒部１７１および内筒部２７２を含む冷却筒２７０を備えている。内筒部２７２は、複数の消弧板１６０から離れるにしたがって広がっている。すなわち、周壁１５０の中心軸方向に直交する内筒部２７２の断面積が、周壁１５０の中心軸方向において複数の消弧板１６０から離れるにしたがって大きくなっている。

ホットガス流の中央部は内筒部２７２に沿って流動するため、ホットガス流の中央部の流速が亜音速である場合、内筒部２７２内においてホットガスを膨張させつつ、内筒部２７２の出口におけるホットガス流の中央部の流速を減少させることができる。

上記のように、ホットガス流の中央部の流路面積をホットガス流の流動方向において変化させることにより、ホットガスを膨張させて冷却できるとともに、ホットガス流を減速して内筒部２７２とホットガスとの接触時間を長くして、ホットガスから内筒部２７２への放熱量を増やせるため、ホットガスを効果的に冷却することができる。

ここで、本発明の実施の形態２の変形例に係る気中遮断器について説明する。図５は、本発明の実施の形態２の変形例に係る気中遮断器の構成を示す断面図である。図５においては、図４と同一の断面視にて示している。

図５に示すように、本発明の実施の形態２の変形例に係る気中遮断器２００ａは、外筒部１７１および内筒部２７２ａを含む冷却筒２７０ａを備えている。内筒部２７２ａは、複数の消弧板１６０から離れるにしたがって窄まっている。すなわち、周壁１５０の中心軸方向に直交する内筒部２７２ａの断面積が、周壁１５０の中心軸方向において複数の消弧板１６０から離れるにしたがって小さくなっている。

ホットガス流の中央部は内筒部２７２ａに沿って流動するため、ホットガス流の中央部の流速が超音速である場合、内筒部２７２ａの出口においてホットガス流の中央部の流速を減少させることができる。

上記のように、ホットガス流の中央部の流路面積をホットガス流の流動方向において変化させることにより、ホットガス流を減速して内筒部２７２ａとホットガスとの接触時間を長くして、ホットガスから内筒部２７２ａへの放熱量を増やせるため、ホットガスを効果的に冷却することができる。

実施の形態３．
以下、本発明の実施の形態３に係る気中遮断器について図面を参照して説明する。本発明の実施の形態３に係る気中遮断器は、内筒部に開口が設けられている点のみ本発明の実施の形態１に係る気中遮断器１００と異なるため、本発明の実施の形態１に係る気中遮断器１００と同様である構成については説明を繰り返さない。

図６は、本発明の実施の形態３に係る気中遮断器の断面図を示す。図６においては、図３と同一の断面視にて示している。

図６に示すように、本発明の実施の形態３に係る気中遮断器３００は、外筒部１７１および内筒部３７２を含む冷却筒３７０を備えている。内筒部３７２には、内筒部３７２の内側と外側とを連通させる開口３７３が設けられている。本実施の形態においては、複数の開口３７３が、内筒部３７２の全周にマトリクス状に設けられている。開口３７３は、切削加工またはプレス加工などにより形成することができる。

ホットガス流の中央部の方がホットガス流の外周部より圧力が高いため、内筒部３７２の内側の比較的高温高圧のホットガスの一部が、開口３７３を通過して、内筒部３７２の外側の比較的低温低圧のホットガスと混合される。これにより、ホットガスの冷却を促進することができる。

実施の形態４．
以下、本発明の実施の形態４に係る気中遮断器について図面を参照して説明する。本発明の実施の形態４に係る気中遮断器は、内筒部の外周面および内周面の少なくとも一方、並びに、外筒部の内周面に、突起が設けられている点のみ本発明の実施の形態１に係る気中遮断器１００と異なるため、本発明の実施の形態１に係る気中遮断器１００と同様である構成については説明を繰り返さない。

図７は、本発明の実施の形態４に係る気中遮断器の断面図を示す。図７においては、図３と同一の断面視にて示している。

図７に示すように、本発明の実施の形態４に係る気中遮断器４００は、外筒部４７１および内筒部４７２を含む冷却筒４７０を備えている。

本実施の形態においては、内筒部４７２の外周面および内周面の両方に突起が設けられている。なお、内筒部４７２の外周面および内周面の少なくとも一方に突起が設けられていればよい。具体的には、複数の半球状の突起４７４が、内筒部４７２の内周面の全周にマトリクス状に設けられている。複数の半球状の突起４７５が、内筒部４７２の外周面の全周にマトリクス状に設けられている。本実施の形態においては、突起４７４と突起４７５とが、内筒部４７２の同一位置において互いに反対側に形成されている。

外筒部４７１の内周面に突起４７６が設けられている。具体的には、複数の半球状の突起４７６が、外筒部４７１の内周面の全周にマトリクス状に設けられている。

突起４７４および突起４７５の少なくとも一方が設けられていることにより、内筒部４７２とホットガスとの接触面積を大きくすることができるため、ホットガスから内筒部４７２への放熱量を増やして、ホットガスを効果的に冷却することができる。

また、突起４７４が設けられていることにより、内筒部４７２の内側を流動するホットガス流を乱流にして、内筒部４７２の内側を流動するホットガスをより多く内筒部４７２に接触させることができる。これにより、ホットガスから内筒部４７２への放熱量を増やせるため、ホットガスを効果的に冷却することができる。

さらに、突起４７５および突起４７６の少なくとも一方が設けられていることにより、外筒部４７１と内筒部４７２との間を流動するホットガス流を乱流にして、比較的高温のホットガスと比較的低温のホットガスとを混合することができる。これにより、ホットガスの冷却を促進することができる。

実施の形態５．
以下、本発明の実施の形態５に係る気中遮断器について図面を参照して説明する。本発明の実施の形態５に係る気中遮断器は、内筒部の内周面において開口に対してホットガス流の下流側の位置に突起が設けられている点のみ本発明の実施の形態３に係る気中遮断器３００と異なるため、本発明の実施の形態３に係る気中遮断器３００と同様である構成については説明を繰り返さない。

図８は、本発明の実施の形態５に係る気中遮断器の断面図を示す。図８においては、図６と同一の断面視にて示している。

図８に示すように、本発明の実施の形態５に係る気中遮断器５００は、外筒部１７１および内筒部５７２を含む冷却筒５７０を備えている。内筒部５７２には、内筒部５７２の内側と外側とを連通させる開口３７３が設けられている。内筒部５７２の内周面において開口３７３に対してホットガス流の下流側の位置に突起５７４が設けられている。

本実施の形態においては、複数の開口３７３および複数の突起５７４が、内筒部５７２の全周にマトリクス状に設けられている。複数の突起５７４の各々は、内筒部５７２の内周面から離れるにしたがって、ホットガス流の下流側に位置するように傾斜している。内筒部５７２の外周面側から内周面側にプレス加工することにより、開口３７３および突起５７４を同時に形成することができる。

ホットガス流の中央部は内筒部５７２に沿って流動するため、突起５７４によって開口３７３を通過するように案内されたホットガスの一部が、開口３７３を通過して、内筒部３７２の外側のホットガスと混合される。これにより、ホットガスの冷却を効果的に促進することができる。

実施の形態６．
以下、本発明の実施の形態６に係る気中遮断器について図面を参照して説明する。本発明の実施の形態６に係る気中遮断器は、固定側アークランナおよび可動側アークランナが設けられていない点が主に、本発明の実施の形態１に係る気中遮断器１００と異なるため、本発明の実施の形態１に係る気中遮断器１００と同様である構成については説明を繰り返さない。

図９は、本発明の実施の形態６に係る気中遮断器の断面図を示す。図９においては、図３と同一の断面視にて示している。

図９に示すように、本発明の実施の形態６に係る気中遮断器６００は、固定接点１１０と、可動接点１２０と、複数の消弧板１６０と、周壁６５０と、冷却筒６７０とを備える。気中遮断器６００は、可動接点１２０と電気的に接続された可動接触子６２０をさらに備えている。

可動接触子６２０は、可動接点１２０と固定接点１１０とが接離するように、回動可能に設けられている。複数の消弧板１６０は、可動接触子６２０の回動方向に沿って互いに間隔をあけて対向するように配置されている。固定接点１１０、可動接点１２０、可動接触子６２０および複数の消弧板１６０は、周壁６５０の内側に配置されている。

冷却筒６７０は、複数の消弧板１６０に対して固定接点１１０および可動接点１２０とは反対側に位置し、周壁６５０の内側と連通するように周壁６５０に接続されている。冷却筒６７０は、周壁６５０に接続された外筒部６７１、および、外筒部６７１の内側において外筒部６７１に間隔をあけて位置する内筒部６７２を含む。

冷却筒６７０の外筒部６７１は、周壁６５０の中心軸方向における周壁６５０の端部と接続されている。冷却筒６７０の内筒部６７２は、周壁６５０の中心軸方向において、複数の消弧板１６０と間隔をあけて配置されている。冷却筒６７０の内筒部６７２は、周壁６５０の中心軸方向から見て、矩形状の形状を有しており、周壁６５０の内側の中央部を囲むように位置している。

本発明の実施の形態６に係る気中遮断器６００においては、外筒部６７１および内筒部６７２を含む冷却筒６７０が設けられており、内筒部６７２の外周面と外筒部６７１の内周面との間の空間、および、内筒部６７２の内側の空間の各々をホットガス流が通過する。ホットガス流の中央部が内筒部６７２を通過する際に、内筒部６７２と接触することによって内筒部６７２に放熱する。これにより、ホットガス流の中央部を重点的に冷却することができる。その結果、ホットガスを効果的に冷却することができる。

なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるものではない。また、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

１００，２００，２００ａ，３００，４００，５００，６００ 気中遮断器、１１０ 固定接点、１２０ 可動接点、１３０ 固定側アークランナ、１４０ 可動側アークランナ、１５０，６５０ 周壁、１６０ 消弧板、１７０，２７０，２７０ａ，３７０，４７０，５７０，６７０ 冷却筒、１７１，４７１，６７１ 外筒部、１７２，２７２，２７２ａ，３７２，４７２，５７２，６７２ 内筒部、３７３ 開口、４７４，４７５，４７６，５７４ 突起、６２０ 可動接触子。

Claims (4)

1. 固定接点と、
   前記固定接点に対して接離可能な可動接点と、
   前記固定接点と前記可動接点との間に生じたアークを消弧する複数の消弧板と、
   前記複数の消弧板を囲む周壁と、
   前記複数の消弧板に対して前記固定接点および前記可動接点とは反対側に位置し、前記周壁の内側と連通するように前記周壁に接続された冷却筒とを備え、
   前記冷却筒は、前記周壁に接続された外筒部、および、前記外筒部の内側において前記外筒部に間隔をあけて位置する内筒部を含み、
   前記内筒部は、前記複数の消弧板から離れるにしたがって広がっている、または、前記複数の消弧板から離れるにしたがって窄まっている、気中遮断器。
2. 前記内筒部には、前記内筒部の内側と外側とを連通させる開口が設けられている、請求項１に記載の気中遮断器。
3. 前記内筒部の外周面および内周面の少なくとも一方に突起が設けられている、請求項１または請求項２に記載の気中遮断器。
4. 前記外筒部の内周面に突起が設けられている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の気中遮断器。

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