JP2003303717A - 変圧器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷却効果を向上させることの可能な変圧器を
提供すること。 【解決手段】 外箱２の外周側面から垂直に突出した放
熱構造３を有する変圧器１ａにおいて放熱構造３を囲む
ように板状部材１０が設けられ、板状部材１０は放熱構
造３と所定の間隙Ｇ１を隔てた状態に支持される。ま
た、板状部材１０の上端部１０ａが放熱構造３の上端部
３１よりも上部側に位置するように配置されてもよい。
このような構造により、放熱構造と周囲の低温空気との
熱交換が妨げられることを良好に防止することができ、
また、煙突効果によって放熱構造における自然対流の空
気流速を増加させることができる。その結果、変圧器の
冷却効果を向上させることが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、変圧器に関するも
のであり、特に変圧器の冷却構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１９は従来の配電用変圧器１００ａの
一例を示す図である。従来、配電用変圧器１００ａの冷
却は、変圧器の外箱１０１に設けられた放熱構造１０
２、例えばフィン構造により、周囲の低温空気と熱交換
を行うことによってなされている。

【０００３】このような従来の冷却構造においては、放
熱構造１０２を構成するフィン１０２ａの表面積を増加
させるか、或いはフィン１０２ａの枚数を増加させるこ
とにより、冷却性能の向上を図っているが、冷却の原理
が自然対流を利用した冷却であるため、個々のフィン１
０２ａと熱交換を行う空気の流速は低く、十分な冷却効
果を得られないのが実状であった。

【０００４】またこれを解決するために、従来は、例え
ば図２０に示すように、配電用変圧器１００ｂに設けら
れるフィン構造１０３の外周の包絡線に沿って囲み板１
０４をねじ１０５で固定し、個々のフィン間で熱交換を
行う空気の流速を煙突効果によって増加させることも提
案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図２０
に示すような従来の配電用変圧器１００ｂは、囲み板１
０４を設けることによって個々のフィン間を流れる空気
の流速は煙突効果で増大するが、フィンと周囲の低温空
気との熱交換が囲み板１０４によって妨げられることに
なるため、終局的な冷却効果に着目すれば、図１９に示
す配電用変圧器１００ａと比較して冷却効果は低くなる
という問題があった。

【０００６】そこで、本発明は、上記のような問題点を
解消するためになされたものであって、終局的な冷却効
果を向上させることの可能な変圧器を提供することを目
的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、外箱の外周側面上に突出して設けられた
放熱構造を有する変圧器であって、前記放熱構造の所定
部位の外方に設けられる板状部材と、前記板状部材が前
記放熱構造と所定の間隙を隔てた状態に、前記板状部材
を支持する支持部材と、を備えて構成される。

【０００８】また本発明は、前記板状部材が、前記放熱
構造の上部側に設けられる第１の板状部材を含むことを
特徴としている。

【０００９】また本発明は、前記板状部材が、前記放熱
構造の下部側に設けられる第２の板状部材を含むことを
特徴としている。

【００１０】また本発明は、前記支持部材が、前記第１
の板状部材の上端部が前記放熱構造の上端部よりも上部
側に位置するように、前記第１の板状部材を支持するこ
とを特徴としている。

【００１１】また本発明は、前記支持部材が、前記第２
の板状部材の下端部が前記放熱構造の下端部よりも下部
側に位置するように、前記第２の板状部材を支持するこ
とを特徴としている。

【００１２】また本発明は、外箱の外周側面上に突出し
て設けられた放熱構造を有する変圧器であって、前記放
熱構造の上部側外方に設けられる板状部材と、前記板状
部材の上端部が前記放熱構造の上端部よりも上部側に位
置するように、前記板状部材を支持する支持部材と、を
備えて構成される。

【００１３】また本発明は、前記支持部材が、前記板状
部材の下端部が前記放熱構造の上端部と同一の高さ位置
若しくはそれよりも上側に位置するように、前記板状部
材を支持することを特徴としている。

【００１４】

【発明の実施の形態】実施の形態１．まず、実施の形態
１について説明する。図１は本実施形態にかかる配電用
変圧器１ａの概略構成を示す斜視図である。図１に示す
ように、配電用変圧器１ａは変圧器本体を構成する外箱
２を備え、外箱２の上面側には配線接続用の入出力端子
９が設けられ、また外箱２の側面には放熱を行うことで
冷却効果を得るための放熱構造３が設けられる。

【００１５】放熱構造３はフィン３ａを備えたフィン構
造によって構成され、各フィン３ａは外箱２の外周側面
から垂直に突出した構造を有する。そして個々のフィン
３ａ間を低温空気が流れることにより、フィン３ａと低
温空気との間で熱交換が行われ、配電用変圧器１ａの冷
却効果が得られる。

【００１６】また、配電用変圧器１ａには、放熱構造３
の上部側外方にガイド板１０が設けられており、ガイド
板１０は外箱２の側面部に設けられた支持部材２０によ
って支持される。ガイド板１０を放熱構造３の上部側に
設けることにより、配電用変圧器１ａにおいて最も高温
となる部分を流れる空気の流速を増大させることができ
る。

【００１７】次に、図２は本実施形態にかかる配電用変
圧器１ａの平面図及び側面図である。ただし、図２では
入出力端子９に関する図示は省略している。

【００１８】図２（ａ）の平面図に示すように、ガイド
板１０は放熱構造３の外方に設けられ、放熱構造３を構
成するフィン３ａと一定の間隙Ｇ１を隔てた状態に設け
られる。つまり、支持部材２０はガイド板１０とフィン
３ａとが接することのない状態にガイド板１０を支持す
るように構成される。

【００１９】また、図２（ｂ）の側面図に示すように、
支持部材２０は、ガイド板１０の上端部１０ａが放熱構
造３の上端部３１よりも上部側に位置するように、ガイ
ド板１０を支持するように構成される。

【００２０】このような構造によれば、任意の寸法のフ
ィン３ａに対して最適な間隙Ｇ１を形成する支持部材２
０によってガイド板１０を取り付けることができ、最も
高温となるフィン３ａの上部において周囲の低温空気と
の熱交換を妨げることがなく、また煙突効果により個々
のフィン３ａ間の自然対流による空気流速を増加させる
ことができる。

【００２１】図３は本実施形態の配電用変圧器１ａにお
ける空気流速の概念を示す図である。また図４はガイド
板の設けられていない変圧器における空気流速の概念を
示す図である。なお、各図において破線矢印の長さはそ
の部分における空気流速に対応する。

【００２２】図３に示すように、本実施形態の配電用変
圧器１ａによれば、ガイド板１０の下方側から低温空気
が吸い込まれ、放熱構造３の上端部より上方側に吹き出
す空気の上昇が促進され、フィン３ａの上部を流れる空
気の流速が増大する。

【００２３】これに対し、図４に示すようにガイド板の
設けられていない変圧器の場合、上記のような煙突効果
は生じないため、各フィン３ａ間を通過する空気の流速
は通常の自然対流によって生じる流速となるため、放熱
構造３の上部乃至下部でほぼ一定の状態となる。

【００２４】ここで、本実施形態の構造、特にガイド板
１０と放熱構造３との間に間隙Ｇ１を設ける構造による
冷却効果について検証する。各フィン３ａからフィン３
ａ周辺の空気への熱移動量Ｑは、一般に、

【００２５】

【数１】

【００２６】により求めることができる。ただし、数１
の式において、Ｓはフィン３ａの表面積［ｍ²］、ΔＴ
はフィン温度（Ｔ１［Ｋ］）とフィン空間における空気
温度（Ｔ２［Ｋ］）との温度差（Ｔ１−Ｔ２）、ｈmは
熱伝達率を示している。

【００２７】熱伝達率ｈmは一般に、

【００２８】

【数２】

【００２９】として表現される。この数２の式におい
て、Ｎｕmは平均ヌセルト数であり、λは空気の熱伝導
率［Ｗ／ｍ・Ｋ］であり、Ｄｅはフィン溝部空間の等価
直径である。フィン溝部空間の等価直径Ｄｅは、

【００３０】

【数３】

【００３１】により表される。数３の式において、Ａは
フィン溝部空間の断面積［ｍ²］であり、Ｈをフィン３
ａの高さ［ｍ］、ｆｐをフィン３ａのピッチ［ｍ］、ｆ
ｔをフィン３ａの厚み［ｍ］とすると、

【００３２】

【数４】

【００３３】で表される。また、数３の式において、ｓ
はフィン溝部空間のヌレ縁長さ［ｍ］であり、

【００３４】

【数５】

【００３５】で表される。

【００３６】また、数２の式における平均ヌセルト数Ｎ
ｕmは、ステファンの式より、

【００３７】

【数６】

【００３８】として表される。ただし、数６の式におい
て、Ｐｒはプラントル数である。またＸは、

【００３９】

【数７】

【００４０】により表される。この数７の式においてＲ
ｅはレイノルズ数であり、レイノルズ数Ｒｅは、

【００４１】

【数８】

【００４２】により表され、Ｕはフィン３ａ間を流れる
空気の流速［ｍ／ｓ］であり、νは空気の動粘性係数
［ｍ²／ｓ］である。

【００４３】上記関係より、熱移動量Ｑと、フィン３ａ
間を流れる空気流速Ｕとの関係を求めると、

【００４４】

【数９】

【００４５】という関係が得られる。また、上記関係よ
り、熱移動量Ｑと、温度差ΔＴとの関係を求めると、

【００４６】

【数１０】

【００４７】の関係が得られる。

【００４８】したがって、配電用変圧器１ａの放熱効
果、すなわち冷却効果を評価するための指標値をＶとす
ると、

【００４９】

【数１１】

【００５０】の関係式によって指標値Ｖが求まり、この
指標値Ｖに基づいて冷却効果を評価することができる。

【００５１】そして本実施形態の構造において、ガイド
板１０とフィン３ａとの間隙Ｇ１を変化させて、フィン
３ａの上部、中央部及び下部の３ポイントでフィン３ａ
間を流れる空気の流速増加率と、フィン３ａ間の空気温
度増加率とを実測した結果を図５及び図６に示す。

【００５２】図５は、ガイド板１０の取り付け位置、す
なわち間隙Ｇ１の寸法と、煙突効果による流速増加率と
の関係を示す図であり、図６は、ガイド板１０の取り付
け位置、すなわち間隙Ｇ１の寸法と、ガイド板１０の遮
蔽効果による空気温度増加率との関係を示す図である。
ただし、いずれの図においても、ガイド板１０を取り付
けない構造（図１９参照）との効果の差異の比較を容易
にするために、当該構造による流速増加率及び空気温度
増加率を１として表している。

【００５３】まず、間隙Ｇ１を０［ｍｍ］に設定した場
合を考える。この場合、フィン３ａとガイド板１０とが
接する状態となるため、図２０に示した従来と同様の構
造となる。そしてこの場合、各ポイントの煙突効果によ
る空気流速Ｕはガイド板を取り付けない構造と比較して
平均約１．１５倍に増加する（図５参照）。

【００５４】またこの場合、各ポイントの温度差ΔＴは
ガイド板を取り付けない構造と比較して平均約０．９倍
に減少する。つまり、図６に示すように、ガイド板１０
を取り付けた構造の温度増加率がガイド板を取り付けな
い構造と比較して高くなるということは、ガイド板１０
を取り付けたことにより熱の遮蔽作用が生じ、熱交換作
用が低減されて、温度差ΔＴが小さくなることに繋がる
のである。なお、温度差ΔＴは図６に示す温度増加率の
逆数として表される。

【００５５】したがって、間隙Ｇ１を０［ｍｍ］にした
場合、つまりガイド板とフィン３ａとが接する場合にお
ける冷却効果の指標値Ｖは、

【００５６】

【数１２】

【００５７】となり、結果的にガイド板を取り付けない
場合と比較して冷却効果は約３％低下することになる。
このため、ガイド板１０とフィン３ａとが接する状態に
ある場合には、空気流速は増加するものの、終局的な冷
却効果は低下することになる。

【００５８】次に、本実施形態の一例として、間隙Ｇ１
を５［ｍｍ］に設定した場合を考える。この場合、各ポ
イントの煙突効果による空気流速Ｕはガイド板を取り付
けない構造と比較して平均約１．１倍に増加する（図５
参照）。

【００５９】またこの場合、各ポイントの温度差ΔＴは
ガイド板を取り付けない構造と比較して平均約０．９８
倍に減少する。なお、この場合も温度差ΔＴは図６に示
す温度増加率の逆数として表される。

【００６０】したがって、間隙Ｇ１を５［ｍｍ］にした
場合における冷却効果の指標値Ｖは、

【００６１】

【数１３】

【００６２】となり、ガイド板を取り付けない場合と比
較して冷却効果は約３％向上することになる。つまり、
ガイド板１０とフィン３ａとの間に間隙Ｇ１を設けるこ
とにより、空気流速を増加させるとともに、空気温度の
上昇（換言すれば、温度差の低下）を抑制することがで
きるので、これらの相乗効果によって冷却効果を向上さ
せることができるのである。

【００６３】なお、本実施形態の配電用変圧器１ａにお
いて、フィン３ａの高さ、ピッチ、長さ及び枚数等の組
み合わせには、多様な組み合わせが考えられることか
ら、実施品に適用される組み合わせ形態に応じて上記の
指標値Ｖを考慮した最適な間隙Ｇ１を設定することが好
ましい。

【００６４】また本実施形態の配電用変圧器１ａにおい
ては、さらにガイド板１０の上端部１０ａが放熱構造３
の上端部３１よりも上部側に位置するように、ガイド板
１０が配置されている（図２（ｂ）参照）。したがっ
て、図２０の構造と比較すると、ガイド板１０がフィン
３ａの放熱作用を低下させる遮蔽領域の面積を小さくす
ることができ、上記の温度差ΔＴをより大きくすること
が可能になる。そのため、ガイド板１０の上端部１０ａ
が放熱構造３の上端部３１と同一高さ位置に設けられる
場合よりも優れた冷却効果を得ることが可能になる。

【００６５】なお、図２（ｂ）に示すように、ガイド板
１０は、放熱構造３の上端部３１より下部側に位置する
部分よりも、上端部３１より上部側に位置する部分が大
きくなるように配置されることがより好ましい。そのよ
うに配置することで、ガイド板１０がフィン３ａの放熱
作用を低下させる遮蔽領域の面積をより小さくすること
ができるからである。

【００６６】以上のように、本実施形態の配電用変圧器
１ａは、上述した構造により、フィン３ａと周囲の低温
空気との熱交換が妨げられることを良好に防止し、かつ
煙突効果によって各フィン３ａ間における自然対流の空
気流速を増加させることができ、その結果、配電用変圧
器１ａの冷却効率を向上させることが可能になる。

【００６７】実施の形態２．次に、実施の形態２につい
て説明する。図７は本実施形態にかかる配電用変圧器１
ｂの概略構成を示す斜視図である。なお、図７では上述
した部材と同様の部材については同一符号を付してい
る。

【００６８】配電用変圧器１ｂにおいては、放熱構造３
の上部側外方にガイド板１１が設けられ、かつ放熱構造
３の下部側外方にガイド板１２が設けられる。それぞれ
のガイド板１１，１２は外箱２の側面部に設けられた支
持部材２０によって支持される。ガイド板１１を放熱構
造３の上部側に設け、さらにガイド板１２を放熱構造３
の下部側に設けることにより、配電用変圧器１ｂにおい
て放熱構造３を流れる空気の流速をより効果的に増大さ
せることができる。

【００６９】次に、図８は本実施形態にかかる配電用変
圧器１ｂの平面図及び側面図である。ただし、図８では
入出力端子９に関する図示は省略している。

【００７０】図８（ａ）の平面図に示すように、ガイド
板１１及び１２は放熱構造３を構成するフィン３ａと一
定の間隙Ｇ２を隔てた状態に設けられる。つまり、支持
部材２０はガイド板１１及び１２とフィン３ａとが接す
ることのない状態にガイド板１１及び１２のそれぞれを
支持するように構成される。

【００７１】また、図８（ｂ）の側面図に示すように、
支持部材２０は、ガイド板１１の上端部１１ａが放熱構
造３の上端部３１よりも上部側に位置するように、ガイ
ド板１１を支持するように構成される。これにより、ガ
イド板１１を設けることによって熱の遮蔽作用が生じる
領域を低減することができる。

【００７２】なお、放熱構造３の下部側に対応して設け
られるガイド板１２の下端部１２ｂは放熱構造３の下端
部３２よりも上部側に位置するように配置されており、
熱交換作用を低減させる遮蔽領域の面積を低減させるよ
うには配置されていない。これは、配電用変圧器１ｂの
下部側は上部側に比べて温度が低くなるため、下部側に
おいて熱交換作用が低減されても問題となる可能性は少
ないからである。また図８（ｂ）に示すように、ガイド
板１２を取り付けることにより、低温空気を吸い込むた
めの領域をガイド板１２の下方側に確保することができ
る。

【００７３】このような構造によれば、任意の寸法のフ
ィン３ａに対して最適な間隙Ｇ２を形成する支持部材２
０によってガイド板１１及び１２を取り付けることがで
き、最も高温となるフィン３ａの上部において周囲の低
温空気との熱交換を妨げることがなく、また煙突効果に
より個々のフィン３ａ間の自然対流による空気流速を増
加させることができる。

【００７４】図９は本実施形態の配電用変圧器１ｂにお
ける空気流速の概念を示す図である。なお、図９におい
て破線矢印の長さはその部分における空気流速に対応す
るものである。

【００７５】図９に示すように、本実施形態の配電用変
圧器１ｂによれば、煙突効果により、ガイド板１２の下
方側から低温空気が吸い込まれ、放熱構造３の下端部よ
り上方側に向かう空気の上昇が促進される。そしてさら
に、ガイド板１１の下方側からも低温空気が吸い込ま
れ、放熱構造３の上部側に吹き出す空気の上昇が促進さ
れる。したがって、本実施形態の配電用変圧器１ｂで
は、放熱構造３の下部、中央部及び上部のそれぞれで空
気流速を増大させることができる。

【００７６】ここで、本実施形態の構造、特にガイド板
１１，１２と放熱構造３との間に間隙Ｇ２を設ける構造
による冷却効果について検証する。本実施形態の構造に
おいて、ガイド板１１及び１２とフィン３ａとの間隙Ｇ
２を変化させて、フィン３ａの上部、中央部及び下部の
３ポイントでフィン３ａ間を流れる空気の流速増加率
と、フィン３ａ間の空気温度増加率とを実測した結果を
図１０及び図１１に示す。

【００７７】図１０は、ガイド板１１及び１２の取り付
け位置、すなわち間隙Ｇ２の寸法と、煙突効果による流
速増加率との関係を示す図であり、図１１は、ガイド板
１１及び１２の取り付け位置、すなわち間隙Ｇ２の寸法
と、ガイド板１１及び１２の遮蔽効果による空気温度増
加率との関係を示す図である。ただし、いずれの図にお
いても、ガイド板を取り付けない構造（図１９参照）と
の効果の差異の比較を容易にするために、当該構造によ
る流速増加率及び空気温度増加率を１として表してい
る。

【００７８】まず、間隙Ｇ２を０［ｍｍ］に設定した場
合を考える。この場合、フィン３ａとガイド板１１及び
１２とが接する状態となるため、図２０に示した従来と
同様の構造となる。そしてこの場合、各ポイントの煙突
効果による空気流速Ｕはガイド板を取り付けない構造と
比較して平均約１．６倍に増加する（図１０参照）。

【００７９】またこの場合、各ポイントの温度差ΔＴは
ガイド板を取り付けない構造と比較して平均約０．７倍
に減少する。つまり、図１１に示すように、ガイド板１
１及び１２を取り付けた構造の温度増加率がガイド板を
取り付けない構造と比較して高くなるということは、ガ
イド板１１及び１２を取り付けたことにより熱の遮蔽作
用が生じ、熱交換作用が低減されて、温度差ΔＴが小さ
くなることに繋がるのである。なお、本実施形態におい
ても温度差ΔＴは図１１に示す温度増加率の逆数として
表される。

【００８０】したがって、間隙Ｇ２を０［ｍｍ］にした
場合、つまりガイド板とフィン３ａとが接する場合にお
ける冷却効果の指標値Ｖは、

【００８１】

【数１４】

【００８２】となり、結果的にガイド板を取り付けない
場合と比較して冷却効果は約１２％低下することにな
る。このため、ガイド板１１及び１２とフィン３ａとが
接する状態にある場合には、空気流速は増加するもの
の、終局的な冷却効果は低下することになる。

【００８３】次に、本実施形態の一例として、間隙Ｇ１
を１０［ｍｍ］に設定した場合を考える。この場合、各
ポイントの煙突効果による空気流速Ｕはガイド板を取り
付けない構造と比較して平均約１．４５倍に増加する
（図１０参照）。

【００８４】またこの場合、各ポイントの温度差ΔＴは
ガイド板を取り付けない構造と比較して平均約０．９倍
に減少する。なお、この場合も温度差ΔＴは図１１に示
す温度増加率の逆数として表される。

【００８５】したがって、間隙Ｇ１を１０［ｍｍ］にし
た場合における冷却効果の指標値Ｖは、

【００８６】

【数１５】

【００８７】となり、ガイド板を取り付けない場合と比
較して冷却効果は約８％向上することになる。つまり、
ガイド板１１及び１２とフィン３ａとの間に間隙Ｇ２を
設けることにより、空気流速を増加させるとともに、空
気温度の上昇（換言すれば、温度差の低下）を抑制する
ことができるので、これらの相乗効果によって冷却効果
を向上させることができるのである。

【００８８】なお、本実施形態の配電用変圧器１ｂにお
いても、フィン３ａの高さ、ピッチ、長さ及び枚数等の
組み合わせには、多様な組み合わせが考えられることか
ら、実施品に適用される組み合わせ形態に応じて上記の
指標値Ｖを考慮した最適な間隙Ｇ２を設定することが好
ましい。

【００８９】また本実施形態の配電用変圧器１ｂにおい
ては、さらにガイド板１１の上端部１１ａが放熱構造３
の上端部３１よりも上部側に位置するように、ガイド板
１１が配置されている（図８（ｂ）参照）。したがっ
て、図２０の構造と比較すると、ガイド板１１がフィン
３ａの放熱作用を低下させる遮蔽領域の面積を小さくす
ることができ、上記の温度差ΔＴをより大きくすること
が可能になる。そのため、ガイド板１１の上端部１１ａ
が放熱構造３の上端部３１と同一高さ位置に設けられる
場合よりも優れた冷却効果を得ることが可能になる。

【００９０】なお、図２（ｂ）に示すように、ガイド板
１１は、放熱構造３の上端部３１より下部側に位置する
部分よりも、上端部３１より上部側に位置する部分が大
きくなるように配置されることがより好ましい。そのよ
うに配置することで、ガイド板１１がフィン３ａの放熱
作用を低下させる遮蔽領域の面積をより小さくすること
ができるからである。

【００９１】以上のように、本実施形態の配電用変圧器
１ｂは、上述した構造により、フィン３ａと周囲の低温
空気との熱交換が妨げられることを良好に防止し、かつ
煙突効果によって各フィン３ａ間における自然対流の空
気流速を増加させることができ、その結果、配電用変圧
器１ｂの冷却効率を向上させることが可能になる。

【００９２】実施の形態３．次に、実施の形態３につい
て説明する。図１２は本実施形態にかかる配電用変圧器
１ｃの概略構成を示す斜視図である。なお、図１２では
上述した部材と同様の部材については同一符号を付して
いる。

【００９３】配電用変圧器１ｃにおいては、放熱構造３
の下部側外方にガイド板１３が設けられ、ガイド板１３
は外箱２の側面部に設けられた支持部材２０によって支
持される。ガイド板１３を放熱構造３の下部側に設ける
ことにより、配電用変圧器１ｂにおいて放熱構造３を流
れる空気の流速をより効果的に増大させることができ
る。

【００９４】次に、図１３は本実施形態にかかる配電用
変圧器１ｃの平面図及び側面図である。ただし、図１３
では入出力端子９に関する図示は省略している。

【００９５】図１３（ａ）の平面図に示すように、ガイ
ド板１３は放熱構造３を構成するフィン３ａと一定の間
隙Ｇ３を隔てた状態に設けられる。つまり、支持部材２
０はガイド板１３とフィン３ａとが接することのない状
態にガイド板１３を支持するように構成される。

【００９６】また、図１３（ｂ）の側面図に示すよう
に、支持部材２０は、ガイド板１３の下端部１３ｂが放
熱構造３の下端部３２よりも下部側に位置するように、
ガイド板１３を支持するように構成される。これによ
り、ガイド板１３を設けることによって熱の遮蔽作用が
生じる領域を低減することができる。

【００９７】このような構造によれば、任意の寸法のフ
ィン３ａに対して最適な間隙Ｇ３を形成する支持部材２
０によってガイド板１１及び１２を取り付けることがで
き、最も高温となるフィン３ａの上部において周囲の低
温空気との熱交換を全く妨げることがなく、また煙突効
果により個々のフィン３ａ間の自然対流による空気流速
を増加させることができる。

【００９８】また、このような構造とすることで、配電
用変圧器１ｃの上面側に設けられる入出力端子９に対し
て、任意の方向から容易に配線接続を行うことが可能に
なる。

【００９９】図１４は本実施形態の配電用変圧器１ｃに
おける空気流速の概念を示す図である。なお、図１４に
おいて破線矢印の長さはその部分における空気流速に対
応するものである。

【０１００】図１４に示すように、本実施形態の配電用
変圧器１ｃによれば、煙突効果により、ガイド板１３の
下方側から低温空気が吸い込まれ、放熱構造３の下端部
より上方側に向かう空気の上昇が促進される。したがっ
て、本実施形態の配電用変圧器１ｃでは、主として放熱
構造３の下部側において空気流速を増大させることがで
きる。

【０１０１】ここで、本実施形態の構造、特にガイド板
１３と放熱構造３との間に間隙Ｇ３を設ける構造による
冷却効果について検証する。本実施形態の構造におい
て、ガイド板１３とフィン３ａとの間隙Ｇ３を変化させ
て、フィン３ａの上部、中央部及び下部の３ポイントで
フィン３ａ間を流れる空気の流速増加率と、フィン３ａ
間の空気温度増加率とを実測した結果を図１５及び図１
６に示す。

【０１０２】図１５は、ガイド板１３の取り付け位置、
すなわち間隙Ｇ３の寸法と、煙突効果による流速増加率
との関係を示す図であり、図１６は、ガイド板１３の取
り付け位置、すなわち間隙Ｇ３の寸法と、ガイド板１３
の遮蔽効果による空気温度増加率との関係を示す図であ
る。ただし、いずれの図においても、ガイド板１３を取
り付けない構造（図１９参照）との効果の差異の比較を
容易にするために、当該構造による流速増加率及び空気
温度増加率を１として表している。

【０１０３】まず、間隙Ｇ３を０［ｍｍ］に設定した場
合を考える。この場合、フィン３ａとガイド板１３とが
接する状態となるため、図２０に示した従来と同様の構
造となる。そしてこの場合、各ポイントの煙突効果によ
る空気流速Ｕはガイド板を取り付けない構造と比較する
と平均約１．４倍に増加する（図１５参照）。

【０１０４】またこの場合、各ポイントの温度差ΔＴは
ガイド板を取り付けない構造と比較すると平均約０．８
倍に減少する。つまり、図１６に示すように、ガイド板
１３を取り付けた構造の温度増加率がガイド板を取り付
けない構造と比較して高くなるということは、ガイド板
１３を取り付けたことにより熱の遮蔽作用が生じ、熱交
換作用が低減されて、温度差ΔＴが小さくなることに繋
がるのである。なお、本実施形態においても温度差ΔＴ
は図１６に示す温度増加率の逆数として表される。

【０１０５】したがって、間隙Ｇ３を０［ｍｍ］にした
場合、つまりガイド板１３とフィン３ａとが接する場合
における冷却効果の指標値Ｖは、

【０１０６】

【数１６】

【０１０７】となり、結果的にガイド板を取り付けない
場合と比較して冷却効果は約６％低下することになる。
このため、ガイド板１３とフィン３ａとが接する状態に
ある場合には、空気流速は増加するものの、終局的な冷
却効果は低下することになる。

【０１０８】次に、本実施形態の一例として、間隙Ｇ３
を１０［ｍｍ］に設定した場合を考える。この場合、各
ポイントの煙突効果による空気流速Ｕはガイド板を取り
付けない構造と比較すると平均約１．２５倍に増加する
（図１５参照）。

【０１０９】またこの場合、各ポイントの温度差ΔＴは
ガイド板を取り付けない構造と比較して平均約０．９２
倍に減少する。なお、この場合も温度差ΔＴは図１６に
示す温度増加率の逆数として表される。

【０１１０】したがって、間隙Ｇ３を１０［ｍｍ］にし
た場合における冷却効果の指標値Ｖは、

【０１１１】

【数１７】

【０１１２】となり、ガイド板を取り付けない場合と比
較して冷却効果は約２％向上することになる。つまり、
ガイド板１３とフィン３ａとの間に間隙Ｇ３を設けるこ
とにより、空気流速を増加させるとともに、空気温度の
上昇（換言すれば、温度差の低下）を抑制することがで
きるので、これらの相乗効果によって冷却効果を向上さ
せることができるのである。

【０１１３】なお、本実施形態の配電用変圧器１ｃにお
いても、フィン３ａの高さ、ピッチ、長さ及び枚数等の
組み合わせには、多様な組み合わせが考えられることか
ら、実施品に適用される組み合わせ形態に応じて上記の
指標値Ｖを考慮した最適な間隙Ｇ２を設定することが好
ましい。

【０１１４】また本実施形態の配電用変圧器１ｃにおい
ては、さらにガイド板１３の下端部１３ｂが放熱構造３
の下端部３２よりも下部側に位置するように、ガイド板
１３が配置されている（図１３（ｂ）参照）。したがっ
て、図２０の構造と比較すると、ガイド板１３がフィン
３ａの放熱作用を低下させる遮蔽領域の面積を小さくす
ることができ、上記の温度差ΔＴをより大きくすること
が可能になる。そのため、ガイド板１３の下端部１３ｂ
が放熱構造３の下端部３２と同一高さ位置に設けられる
場合よりも優れた冷却効果を得ることが可能になる。

【０１１５】以上のように、本実施形態の配電用変圧器
１ｃは、上述した構造により、フィン３ａと周囲の低温
空気との熱交換が妨げられることを良好に防止し、かつ
煙突効果によって各フィン３ａ間における自然対流の空
気流速を増加させることができ、その結果、配電用変圧
器１ｂの冷却効率を向上させることが可能になる。

【０１１６】実施の形態４．次に、実施の形態４につい
て説明する。図１７は本実施形態にかかる配電用変圧器
１ｄの平面図及び側面図である。なお、図１７では上述
した部材と同様の部材については同一符号を付してお
り、また他の実施形態で説明した入出力端子９に関する
図示は省略している。

【０１１７】配電用変圧器１ｄにおいては、図１７
（ａ）に示す平面視上は、放熱構造３の外方にガイド板
１４が設けられる。そして図１７（ｂ）に示すように、
配電用変圧器１ｄにおいては放熱構造３よりも上部側に
ガイド板１４が設けられる。ガイド板１４は外箱２の側
面部に設けられた支持部材２０によって支持される。つ
まり、本実施形態の配電用変圧器１ｄでは、ガイド板１
４の下端部１４ｂが放熱構造３の上端部３１とほぼ同一
の高さ位置又はそれよりの高い位置に設けられるのであ
る。

【０１１８】このような構造によれば、任意の寸法のフ
ィン３ａに対して、支持部材２０を用いることによって
ガイド板１４を取り付けることができ、最も高温となる
フィン３ａの上部において周囲の低温空気との熱交換を
妨げることがなく、また煙突効果により個々のフィン３
ａ間の自然対流による空気流速を増加させることができ
る。

【０１１９】そしてさらに、本構造によれば、ガイド板
１４は温度差ΔＴを低下させるという現象は生じること
がなく、煙突効果による空気流速を増加させる効果のみ
を得ることができる。このため、数１１の式に示した、
冷却効果を評価するための指標値Ｖにおいて、温度差Δ
Ｔはガイド板を設けない場合と等価となるのに対し、空
気流速Ｕを増加させること、すなわちＵ＞１とすること
ができるので、指標値Ｖを１よりも大きな値とすること
が可能である。

【０１２０】したがって、本実施形態の配電用変圧器１
ｄは、上述した構造により、フィン３ａと周囲の低温空
気との熱交換が妨げられることを完全に防止し、かつ煙
突効果によって各フィン３ａ間における自然対流の空気
流速を増加させることができ、その結果、配電用変圧器
１ｂの冷却効率を向上させることが可能になる。

【０１２１】なお、本実施形態の場合、平面視において
フィン３ａとガイド板１４との間隙は無くてもよい。

【０１２２】その他の構成．以上、いくつかの実施形態
について説明したが、次に説明するような構造の配電用
変圧器を採用しても実質的な冷却効果を得ることができ
る。

【０１２３】図１８は、他の構成例を採用した配電用変
圧器１ｅの平面図及び側面図である。なお、図１８では
上述した部材と同様の部材については同一符号を付して
おり、また他の実施形態で説明した入出力端子９に関す
る図示は省略している。

【０１２４】図１８（ａ）に示すように、配電用変圧器
１ｅには、放熱構造３の外方にガイド板１５が設けられ
ており、ガイド板１５は外箱２の側面部に設けられた支
持部材２０によって支持される。またガイド板１５は放
熱構造３を構成するフィン３ａの先端部と接する状態に
取り付けられる。また、ガイド板１５の外面側には複数
の補助放熱板１６が形成されており、例えば各補助放熱
板１６はフィン構造によって構成される。

【０１２５】また、図１８（ｂ）に示すように、補助放
熱板１６を有するガイド板１５は、放熱構造３の上部側
と下部側においてフィン３ａと接する状態で設けられ
る。

【０１２６】このような構造によれば、フィン間の空気
と周囲の低温空気との熱交換作用は妨げられるため、従
来と同様に、フィン間の空気温度が上昇し、冷却効果を
低下させることになるとも考えられる。しかしながら、
本構造を採用する場合、煙突効果によってフィン間の自
然対流空気流速を最大限に上昇させることができるとと
もに、個々のフィン３ａの熱を、ガイド板１５を介して
補助放熱板１６に伝えることにより、フィン３ａの放熱
量を増大させることができると考えられるため、実質的
な冷却効果を得ることが可能である。

【０１２７】なお、ガイド板１５に形成される補助放熱
板１６は図１８（ａ）に示すようにフィン３ａの位置に
対応して設けられることが好ましい。そうすることによ
り、個々のフィン３ａから補助放熱板１６への熱伝達を
効率的に行うことができるからである。

【０１２８】また、本構造においては、ガイド板１５が
放熱構造３の上部側及び下部側の双方に設けられる形態
に限定されるものではなく、上部側のみ又は下部側のみ
にガイド板１５を設けてもよい。

【０１２９】また、本構造においてガイド板１５は、支
持部材２０によって支持されるのではなく、個々のフィ
ン３ａに対して直接接続されてもよい。

【０１３０】変形例．以上、本発明に関するいくつかの
実施形態を説明したが、本発明は上記の内容に限定され
るものではない。

【０１３１】例えば、上記説明においては、配電用変圧
器を一例に挙げて説明したが、変圧器は配電用のものに
限定されるものではない。

【０１３２】また、上記説明においては、配電用変圧器
が平面視で略四角形状の場合を例示したが、これに限定
されるものでもなく、平面視が円形、楕円形その他の形
状で形成されてもよい。そしてその場合、ガイド板は配
電用変圧器の外形に適合させて、湾曲した板状部材とし
て形成すればよい。

【０１３３】さらに、上記説明においては支持部材２０
が外箱２の側面部に設けられる場合を例示したが、それ
に限定されるものでもなく、例えば両端のフィン３ａに
固定されてもよい。

【０１３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
放熱構造の所定部位の外方に板状部材が設けられ、その
板状部材が放熱構造と所定の間隙を隔てた状態に支持さ
れるため、放熱構造と周囲の低温空気との熱交換が妨げ
られることを良好に防止することができるとともに、煙
突効果によって放熱構造における自然対流の空気流速を
増加させることができる。そしてこれらの相乗効果によ
って、変圧器の冷却効果を向上させることが可能にな
る。

【０１３５】また、板状部材が放熱構造の上部側に設け
られる第１の板状部材を含むため、放熱構造の最も高温
となる部分において空気流速を増加させることができ
る。

【０１３６】また、板状部材が放熱構造の下部側に設け
られる第２の板状部材を含むため、放熱構造において空
気流速を増加させることができる。また、外箱の上面に
入出力端子が設けられる場合等には、容易に配線接続を
行うことができる。

【０１３７】また、第１の板状部材の上端部が放熱構造
の上端部よりも上部側に位置するように、第１の板状部
材が支持されるため、板状部材が放熱構造の熱交換作用
を低下させる部分を少なくすることで、放熱構造の最も
高温となる部分と周囲の低温空気との熱交換が妨げられ
ることを良好に防止することができる。

【０１３８】また、第２の板状部材の下端部が放熱構造
の下端部よりも下部側に位置するように、第２の板状部
材が支持されるため、板状部材が放熱構造の下部側にお
いて熱交換作用を低下させる部分を少なくすることがで
きる。

【０１３９】また、本発明によれば、放熱構造の上部側
外方に板状部材が設けられ、その板状部材の上端部が放
熱構造の上端部よりも上部側に位置するように、板状部
材が支持されるため、板状部材が放熱構造の熱交換作用
を低下させる部分を少なくすることで、放熱構造の最も
高温となる部分と周囲の低温空気との熱交換が妨げられ
ることを良好に防止することができる。また、煙突効果
によって放熱構造の最も高温となる部分における自然対
流の空気流速を増加させることができる。したがって、
変圧器の冷却効果を向上させることが可能になる。

【０１４０】また、支持部材は、板状部材の下端部が放
熱構造の上端部と同一の高さ位置若しくはそれよりも上
側に位置するように、板状部材を支持するため、放熱構
造の最も高温となる部分と周囲の低温空気との熱交換が
妨げられることを完全に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施の形態１にかかる配電用変圧器の概略構
成を示す斜視図である。

【図２】 実施の形態１にかかる配電用変圧器の平面図
及び側面図である。

【図３】 実施の形態１の配電用変圧器における空気流
速の概念を示す図である。

【図４】 ガイド板の設けられていない変圧器における
空気流速の概念を示す図である。

【図５】 ガイド板の取り付け位置と、煙突効果による
流速増加率との関係を示す図である。

【図６】 ガイド板の取り付け位置と、ガイド板の遮蔽
効果による空気温度増加率との関係を示す図である。

【図７】 実施の形態２にかかる配電用変圧器の概略構
成を示す斜視図である。

【図８】 実施の形態２にかかる配電用変圧器の平面図
及び側面図である。

【図９】 実施の形態２の配電用変圧器における空気流
速の概念を示す図である。

【図１０】 ガイド板の取り付け位置と、煙突効果によ
る流速増加率との関係を示す図である。

【図１１】 ガイド板の取り付け位置と、ガイド板の遮
蔽効果による空気温度増加率との関係を示す図である。

【図１２】 実施の形態３にかかる配電用変圧器の概略
構成を示す斜視図である。

【図１３】 実施の形態３にかかる配電用変圧器の平面
図及び側面図である。

【図１４】 実施の形態３の配電用変圧器における空気
流速の概念を示す図である。

【図１５】 ガイド板の取り付け位置と、煙突効果によ
る流速増加率との関係を示す図である。

【図１６】 ガイド板の取り付け位置と、ガイド板の遮
蔽効果による空気温度増加率との関係を示す図である。

【図１７】 実施の形態４にかかる配電用変圧器の平面
図及び側面図である。

【図１８】 配電用変圧器の他の構成例を示す平面図及
び側面図である。

【図１９】 従来の配電用変圧器の一例を示す図であ
る。

【図２０】 囲み板を取り付けた従来の配電用変圧器を
示す図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ 配電用変圧器（変圧器）、２
外箱、３ 放熱構造、３ａ フィン、９ 入出力端
子、１０，１１，１２，１３，１４ ガイド板（板状部
材）、２０ 支持部材、Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３ 間隙。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外箱の外周側面上に突出して設けられた
   放熱構造を有する変圧器であって、 前記放熱構造の所定部位の外方に設けられる板状部材
   と、 前記板状部材が前記放熱構造と所定の間隙を隔てた状態
   に、前記板状部材を支持する支持部材と、を備える変圧
   器。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の変圧器において、 前記板状部材は、前記放熱構造の上部側に設けられる第
   １の板状部材を含むことを特徴とする変圧器。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の変圧器におい
   て、 前記板状部材は、前記放熱構造の下部側に設けられる第
   ２の板状部材を含むことを特徴とする変圧器。
4. 【請求項４】 請求項２に記載の変圧器において、 前記支持部材は、前記第１の板状部材の上端部が前記放
   熱構造の上端部よりも上部側に位置するように、前記第
   １の板状部材を支持することを特徴とする変圧器。
5. 【請求項５】 請求項３に記載の変圧器において、 前記支持部材は、前記第２の板状部材の下端部が前記放
   熱構造の下端部よりも下部側に位置するように、前記第
   ２の板状部材を支持することを特徴とする変圧器。
6. 【請求項６】 外箱の外周側面上に突出して設けられた
   放熱構造を有する変圧器であって、 前記放熱構造の上部側外方に設けられる板状部材と、 前記板状部材の上端部が前記放熱構造の上端部よりも上
   部側に位置するように、前記板状部材を支持する支持部
   材と、 を備える変圧器。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の変圧器において、 前記支持部材は、前記板状部材の下端部が前記放熱構造
   の上端部と同一の高さ位置若しくはそれよりも上側に位
   置するように、前記板状部材を支持することを特徴とす
   る変圧器。