JP2005243666A - 電力機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 冷媒の蒸発および凝縮を利用する冷却方式を採用したものであって、高い冷却性能が得られ、しかも輸送が容易である電力機器を提供する。
【解決手段】 この電力機器は、本体容器２内に、通電によって発熱する機器本体１０を収納すると共に絶縁冷却流体１２を充満させて成る。そして、本体容器２の天井板６上に蒸発器カバー２２を被せて蒸発器容器を形成し、当該蒸発器容器内に機器本体１０からの熱によって蒸発する冷媒２６を封入して成る蒸発器２０と、蒸発器２０とは別に設けられていて、前記蒸発した冷媒２６が導かれ、放熱によって当該冷媒２６を冷却して凝縮させる放熱凝縮器３０と、蒸発器２０と放熱凝縮器３０との間を接続していて、前者２０内で蒸発した冷媒２６を後者３０内に導き、後者３０内で凝縮した冷媒２６を前者２０内に導く連結管４６とを備えている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、例えば変圧器、リアクトル、コンデンサ、整流器等のように、本体容器内に、通電によって発熱する機器本体および絶縁冷却流体を収納して成る電力機器に関し、より具体的には、その冷却性能を高める手段に関する。

この種の電力機器の従来の冷却方式の代表的なものに、（１）機器本体を収納した本体容器の外周部または外周部近傍に放熱器（ラジエータ）を設け、これに、本体容器内の絶縁冷却流体（液体または気体）を自然対流によって循環させて、この放熱器を通して、本体容器内部の熱を外部に放出する放熱器方式、（２）上記（１）の放熱器方式の放熱性能を高めるために、循環ポンプを用いて、絶縁冷却流体を強制的に循環させたり、強制冷却ファンを設けて、放熱器に空気を強制的に吹き付けるという、放熱器に強制冷却手段を組み合わせた方式、（３）特許文献１にも記載されているように、本体容器に多数のヒートパイプを差し込み、これらのヒートパイプを通して本体容器内部の熱を外部に搬出するヒートパイプ方式、がある。

上記（１）の放熱器方式においては、温度差によって生じる絶縁冷却流体の比重差による自然対流を利用するため、放熱器の下部には冷却された絶縁冷却流体が滞留することになり、放熱器の放熱面積の一部分しか放熱面として有効に活用されず、放熱性能が高くない等の課題がある。

上記（２）の強制冷却手段を組み合わせた方式においては、循環ポンプや冷却ファン等の補機が必要になり、補機による運転エネルギーの損失や、補機の保守管理が必要になる等の課題がある。

上記（３）のヒートパイプ方式には、多数のヒートパイプを本体容器を貫通させなければならず、貫通部の気密性の維持の困難さ、気密性低下による信頼性の低下、構造が複雑になり製造コストが嵩む等の課題がある。

一方、上記（１）ないし（３）の方式が有するような課題を生じさせないと考えられるものとして、特許文献２には、電力機器の一例である油入変圧器用のものとして、本体容器の上部内に、絶縁油（絶縁冷却流体）と隔壁を介して接する冷媒室を設け、かつこの冷媒室の外部に複数個の放熱フィンを立設し、この冷媒室内に収納した冷媒の当該冷媒室内における相変化すなわち気化および液化を利用して、本体容器内部の熱を外部に放出するという、冷媒の気化熱利用方式の冷却装置が提案されている。

実開昭５２−５８７２２号公報（第３図、図面） 実公昭５１−８０９４号公報（第２欄、第１図、第２図）

ところが、上記特許文献２に記載の冷却装置においては、冷媒室の外部に立設することのできる放熱フィンの数および大きさには、冷媒室の大きさから来る制約があるので、放熱面積を十分に確保することができず、そのために、冷媒室内で気化した冷媒の液化（凝縮）を十分に行うことができず、冷却性能があまり高くないという課題がある。特に、変圧器が大容量になり、放熱熱量が大きくなると、上記冷却装置では対応することができなくなる。

また、放熱面積を大きくして冷却性能を高くするために、放熱フィンを巨大にすると、冷却装置は油入変圧器と一体のものであるので、冷却装置ひいては油入変圧器が大型化し、油入変圧器の設置や輸送が難しくなるという課題もある。特に、変圧器等の電力機器が大容量の場合、本体容器がもともと大型化している上に更に、放熱フィンを巨大化すると、輸送寸法が非常に大きくなって、車両による輸送制限寸法を超えてしまい、当該電力機器を目的地まで輸送することができなくなる場合もある。

そこでこの発明は、冷媒の相変化すなわち蒸発および凝縮を利用する冷却方式を採用したものであって、高い冷却性能が得られ、しかも輸送が容易である電力機器を提供することを主たる目的としている。

この発明に係る第１の電力機器は、本体容器内に、通電によって発熱する機器本体を収納すると共に絶縁冷却流体を充満させて成る電力機器であって、前記本体容器の天井板上に蒸発器カバーを被せて蒸発器容器を形成し、当該蒸発器容器内に前記機器本体からの熱によって蒸発する冷媒を封入して成る蒸発器と、この蒸発器とは別に設けられていて、前記蒸発した冷媒が導かれ、放熱によって当該冷媒を冷却して凝縮させる放熱凝縮器と、前記蒸発器と放熱凝縮器との間を接続していて、前者内で蒸発した冷媒を後者内に導くことと、後者内で凝縮した冷媒を前者内に導くことの少なくとも一方を行う１本以上の連結管とを備えることを特徴としている。

この電力機器においては、本体容器内の絶縁冷却流体は、機器本体の発生熱を吸収して加熱され、上昇して天井板付近に達するので、本体容器の天井板付近の温度が最も上昇する。この天井板上に、当該天井板を底面として兼用している蒸発器が設けられており、当該蒸発器内の冷媒は、天井板から直に熱を効率良く吸収して蒸発する。このときの蒸発潜熱によって、本体容器内の絶縁冷却流体は熱を奪われて冷却され、下降して機器本体を冷却する。

蒸発器内で蒸発した冷媒は、蒸発器とは別に設けられた放熱凝縮器内に、連結管を経由して導かれ、更に当該放熱凝縮器における放熱によって放熱凝縮器内で凝縮する。この放熱凝縮器内で凝縮した冷媒は、上記連結管またはそれとは別の連結管を経由して上記蒸発器内に導かれる。即ち還流する。

上記のような冷媒の蒸発および凝縮ならびに絶縁冷却流体の上昇および下降のサイクルが繰り返され、これによって、本体容器内の機器本体が冷却される。

この発明に係る第２の電力機器は、本体容器内に、通電によって発熱する機器本体および絶縁冷却流体を収納して成る電力機器であって、前記本体容器の側壁の少なくとも上部付近における周囲の少なくとも一部分に蒸発器カバーを被せて蒸発器容器を形成し、当該蒸発器容器内に前記機器本体からの熱によって蒸発する冷媒を封入して成る蒸発器と、この蒸発器とは別に設けられていて、前記蒸発した冷媒が導かれ、放熱によって当該冷媒を冷却して凝縮させる放熱凝縮器と、前記蒸発器と放熱凝縮器との間を接続していて、前者内で蒸発した冷媒を後者内に導くことと、後者内で凝縮した冷媒を前者内に導くことの少なくとも一方を行う１本以上の連結管とを備えることを特徴としている。

この電力機器においては、本体容器内において加熱されて上昇した絶縁冷却流体は、その上面付近で横に広がるように流れて本体容器の側壁の上部付近に達するので、本体容器の側壁の上部付近も、天井板付近と同程度に温度が上昇する。

この側壁の少なくとも上部付近における周囲の少なくとも一部分に、当該側壁を側面として兼用している蒸発器が設けられているので、当該蒸発器内の冷媒は、側壁から直に熱を効率良く吸収して蒸発する。その他の作用は、上記第１の電力機器におけるものと同様である。

請求項１に記載の発明によれば、蒸発器とは別に放熱凝縮器を設けているので、蒸発器の大きさによって制約されることなく、放熱凝縮器の放熱容量を設定することができる。その結果、蒸発器内で気化した冷媒の液化（凝縮）を放熱凝縮器内で十分に行うことができるので、高い冷却性能を得ることができる。従って、当該電力機器の大容量化にも容易に対応することができる。

しかも、蒸発器と放熱凝縮器とを連結管で接続している構成であるので、この接続を解除することによって、放熱凝縮器を分離することができる。その結果、当該電力機器の輸送が容易になる。また、当該電力機器が大容量になって大型化しても、放熱凝縮器を分離して輸送寸法を小さくすることができるので、当該電力機器の輸送が容易になる。

更に、蒸発器と放熱凝縮器とを連結管で接続している構成であるので、放熱凝縮器を蒸発器および本体容器から離して設置することができ、放熱凝縮器の配置の自由度が高い。従って、当該電力機器を、より多様な配置条件の場所に設置することが可能になる。

また、冷媒の蒸発および凝縮を利用する冷却方式を採用しているので、前述した従来の放熱器方式、放熱器に強制冷却手段を組み合わせた方式および多数のヒートパイプを利用する方式が有する課題を解決することができる。

請求項２に記載の発明によれば、リブ兼フィンによって本体容器の天井板が補強されて、天井板の機械的強度が高まると共に、リブ兼フィンによって伝熱面積が増えて、本体容器内の絶縁冷却流体と蒸発器内の冷媒との間の伝熱効率が向上して冷却性能がより高まる、という更なる効果を奏する。

請求項３に記載の発明によれば、波板状部によって本体容器の天井板の断面係数が増大して、天井板の機械的強度が高まると共に、波板状部によって伝熱面積が増え、更に断面係数の増大に伴い、その板厚を減少することも可能になり、かつ、本体容器内の絶縁冷却流体と蒸発器内の冷媒との間の伝熱効率が向上して冷却性能がより高まる、という更なる効果を奏する。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の上記効果と同様の効果を奏する。

更に、本体容器の天井板上のスペースが蒸発器によって占有されないので、当該天井板に、入出力用のブッシング等の機器を配置することが可能になる。

また、本体容器内に絶縁冷却流体を充満させておく必要はなく、絶縁冷却流体と天井板との間に空間が存在しても良いので、絶縁冷却流体として液体を使用する場合でも、体積調整装置を設ける必要がなくなる。

請求項５に記載の発明によれば、リブ兼フィンによって本体容器の側壁が補強されて、側壁の機械的強度が高まると共に、リブ兼フィンによって伝熱面積が増えて、本体容器内の絶縁冷却流体と蒸発器内の冷媒との間の伝熱効率が向上して冷却性能がより高まる、という更なる効果を奏する。

請求項６に記載の発明によれば、請求項３と同様に、波板状部によって本体容器の側壁の断面係数が増大して、側壁の機械的強度が高まると共に、波板状部によって伝熱面積が増え、更に断面係数の増大に伴い、その板厚を減少することも可能になり、かつ、本体容器内の絶縁冷却流体と蒸発器内の冷媒との間の伝熱効率が向上して冷却性能がより高まる、という更なる効果を奏する。

請求項７に記載の発明によれば、圧力監視器によって冷却系統が正常か否かを監視することができるので、当該電力機器使用時の信頼性を高めることができる、という更なる効果を奏する。

請求項８に記載の発明によれば、１台の電力機器につき冷却系統を複数備えているので、当該電力機器全体の運転を停止することなく、所要の冷却系統を停止して、当該冷却系統の保守・点検等を行うことができるので、冷却系統の保守・点検等が容易になる、という更なる効果を奏する。

請求項９に記載の発明によれば、各冷却系統の内部圧力の絶対値を監視する場合に比べて、監視器の数が少なくて済むのに加えて、差圧監視の方が監視が簡単であるので監視の信頼性がより高まる、という更なる効果を奏する。

請求項１０に記載の発明によれば、機器本体が発する熱を、絶縁冷却流体の対流作用に加えて、鉄心を通しても本体容器の天井板に効率良く伝えることができ、ひいては当該熱を天井板を経由して蒸発器に効率良く伝えることができるので、機器本体に対する冷却性能がより高まる、という更なる効果を奏する。

請求項１１に記載の発明によれば、機器本体が発する熱を、絶縁冷却流体の対流作用に加えて、鉄心および可撓性を有する伝熱部材を通しても本体容器の天井板に効率良く伝えることができ、ひいては当該熱を天井板を経由して蒸発器に効率良く伝えることができるので、機器本体に対する冷却性能がより高まると共に、機器本体の振動が天井板ひいては本体容器に伝わるのを上記伝熱部材によって防止することができる、という更なる効果を奏する。

請求項１２に記載の発明によれば、機器本体の鉄心と本体容器の天井板との間に隙間が生じるのを伝熱シートによって防止して、機器本体が発する熱を、絶縁冷却流体の対流作用に加えて、鉄心および伝熱シートを通しても本体容器の天井板に効率良く伝えることができ、ひいては当該熱を天井板を経由して蒸発器に効率良く伝えることができるので、機器本体に対する冷却性能がより高まる、という更なる効果を奏する。

請求項１３に記載の発明によれば、機器本体の鉄心と本体容器の天井板との間を絶縁シートを用いて電気的に絶縁しているので、電磁誘導作用等による鉄心と本体容器間の循環電流の発生およびこの循環電流による鉄心や本体容器等の発熱を防止することができる、という更なる効果を奏する。

図１は、この発明に係る電力機器の一実施形態を示す図である。図２は、図１の電力機器の平面図である。

この電力機器は、本体容器２内に、通電によって（より具体的には、通電による損失によって）発熱する機器本体１０を収納すると共に、絶縁冷却流体１２を充満させて密封した構造をしている。絶縁冷却流体１２は、充満させているから、本体容器２の天井板６にまで達して天井板６に接している。

機器本体１０は、例えば、この電力機器が変圧器の場合は変圧器本体、リアクトルの場合はリアクトル本体、コンデンサの場合はコンデンサ本体、整流器の場合は整流器本体である。

絶縁冷却流体１２は、機器本体１０周りの電気的絶縁および冷却を行うための媒体であり、例えば、絶縁油等の液体でも良いし、ＳＦ₆ ガス等の気体でも良い。絶縁冷却流体１２が液体の場合は、その温度変化等による体積変化を調整して、当該絶縁冷却流体１２の上面が本体容器２の天井板６に常に接触している状態を保つ体積調整装置を設けるのが好ましい。そのようにすれば、絶縁冷却流体１２の上面と天井板６とが離れて間に空間が生じて伝熱効率が低下するのを防止することができる。この図１の実施形態でもそのような体積調整装置を設けているけれども、その図示を省略している。この体積調整装置は、絶縁冷却流体１２が絶縁油の場合は、油量調整装置とも呼ばれる。絶縁冷却流体１２が気体の場合は、その体積が変化しても、当該絶縁冷却流体１２は本体容器２の天井板６に常に接触しているので、体積調整装置を設ける必要はない。

本体容器２の天井板６上に蒸発器カバー２２を被せて蒸発器容器を形成し、この蒸発器容器内に、機器本体１０からの熱によって蒸発する冷媒２６を封入して、蒸発器２０を構成している。従って、本体容器２の天井板６を、蒸発器２０の底面と兼用している。そのようにすると伝熱効率が良いからである。この蒸発器２０は、機器本体１０からの熱を吸熱するという観点から、吸熱器と呼ぶこともできる。冷媒２６は、通常は、蒸発器容器内を真空排気してから封入する。

冷媒２６の種類は、例えば、蒸発器２０において冷媒２６の蒸発を開始させる温度や、放熱しようとする熱量等に応じて選定すれば良い。この冷媒２６の具体例を挙げると、エタノール、メタノール、アンモニア、水、フロン化合物等である。

蒸発器２０内で蒸発した冷媒２６が導かれ、放熱によって当該冷媒２６を冷却して凝縮（液化）させる放熱凝縮器３０が、蒸発器２０とは別に設けられている。

放熱凝縮器３０は、この実施形態では、複数枚の放熱パネル３２を上下の集合管３６、３４で接続した構造をしている。放熱パネル３２の面積や数等は、必要とする放熱容量等に応じて適宜選定すれば良い。後述する他の実施形態においても同様である。

蒸発器２０の上部と放熱凝縮器３０の下部（具体的には下側の集合管３４）との間を、この実施形態では、１本の連結管４６で接続している。この連結管４６は、この実施形態では、蒸発器２０内で蒸発した冷媒２６を放熱凝縮器３０内に導くことと、放熱凝縮器３０内で凝縮した冷媒２６を蒸発器２０内に導く（即ち還流させる）ことの両方を行う。この場合、蒸発して気化した冷媒２６は連結管４６内の空間を流れ、凝縮して液化した冷媒２６は連結管４６の内壁を伝って流れる。

もっとも、図１中に２点鎖線で示すように、上記連結管４６とは別に、蒸発器２０の上部と放熱凝縮器３０の上部（具体的には上側の集合管３６）との間を接続する連結管４８を設けて、冷媒２６の往路と復路とを別けても良い。後述する他の実施形態においても同様である。この場合は、連結管４８が、蒸発器２０内で蒸発した冷媒２６を放熱凝縮器３０内に導く往路となり、連結管４６が、放熱凝縮器３０内で凝縮した冷媒２６を蒸発器２０内に導く復路となる。また、往路と復路を分離する場合には、図１中に２点鎖線で示すように、復路の連結管４６の端部を冷媒２６の液面よりも下部に設定することにより、その役割をより明確に区分することが可能になる。

連結管４６（および連結管４８を設ける場合はそれ）の両端には、フランジを設けて、連結管４６（および４８）の着脱を容易にしておくのが好ましく、この実施形態ではそのようにしている（但し、当該フランジの図示は省略している）。後述する他の実施形態においても同様である。

この図１および図２に示す実施形態では、蒸発器２０、放熱凝縮器３０および連結管４６から成る冷却系統５０を二つ（２系統）備えている。これについては、後で更に説明する。

また、蒸発器２０を本体容器２の天井板６上に設けているので、機器本体１０への入出力用のブッシング１４は、この実施形態では、本体容器２の側壁４に取り付けている。

この電力機器においては、本体容器２内の絶縁冷却流体１２は、機器本体１０の発生熱を吸収して加熱され、上昇して天井板６付近に達するので、本体容器２の天井板６付近の温度が最も上昇する。この天井板６上に、当該天井板６を底面として兼用している蒸発器２０が設けられており、当該蒸発器２０内の冷媒２６は、天井板６から直に熱を効率良く吸収して蒸発する。このときの蒸発潜熱によって、本体容器２内の絶縁冷却流体１２は熱を奪われて冷却され、下降して機器本体１０を冷却する。

蒸発器２０内で蒸発した冷媒２６は、蒸発器２０とは別に設けられた放熱凝縮器３０内に、連結管４６を経由して導かれ、更に当該放熱凝縮器３０における放熱によって放熱凝縮器３０内で凝縮する。この放熱凝縮器３０内で凝縮した冷媒２６は、連結管４６を経由して蒸発器２０内に導かれる。即ち還流する。

上記のような冷媒２６の蒸発および凝縮ならびに絶縁冷却流体１２の上昇および下降のサイクルが繰り返され、これによって、本体容器２内の機器本体１０が冷却される。

この電力機器によれば、蒸発器２０とは別に放熱凝縮器３０を設けているので、蒸発器２０の大きさによって制約されることなく、放熱凝縮器３０の放熱容量を任意に設定することができる。その結果、蒸発器２０内で気化した冷媒２６の液化（凝縮）を放熱凝縮器３０内で十分に行うことができるので、高い冷却性能を得ることができる。従って、当該電力機器の大容量化にも容易に対応することができる。

発明者達の実験によれば、蒸発器２０の表面積よりも放熱凝縮器３０の表面積を大きくする方が高い冷却性能を得ることができ、後者を前者の２〜４倍程度にすると最も高い冷却性能を得ることができることが確かめられた。このような比率にすることは、特許文献２に記載の技術では、前述したように冷媒室の外部に立設することのできる放熱フィンの数および大きさに制約があるので困難であるけれども、この電力機器によれば、放熱凝縮器３０は蒸発器２０からの制約を受けることなく大きく（大面積化、大容量化）することができるので、容易である。

しかも、この電力機器は、蒸発器２０と放熱凝縮器３０とを連結管４６で接続している構成であるので、この接続を解除することによって、例えば連結管４６を取り外すことによって、放熱凝縮器３０を分離することができる。その結果、当該電力機器の輸送が容易になる。また、当該電力機器が大容量になって大型化しても、放熱凝縮器３０を分離して輸送寸法を小さくすることができるので、車両による輸送制限寸法内に納めて当該電力機器を輸送することが可能である。

更に、蒸発器２０と放熱凝縮器３０とを連結管４６で接続している構成であるので、放熱凝縮器３０を蒸発器２０および本体容器から離して任意の場所に設置することができ、放熱凝縮器３０の配置の自由度が高い。従って、当該電力機器を、より多様な配置条件の場所に設置することが可能になる。例えば、本体容器２および蒸発器２０周りの部分は屋内に配置し、放熱凝縮器３０を屋外に配置することも可能である。このようなことは、特許文献２に記載した技術では行うことはできない。

また、冷媒２６の蒸発および凝縮を利用する冷却方式を採用しているので、前述した従来の放熱器方式、放熱器に強制冷却手段を組み合わせた方式および多数のヒートパイプを利用する方式が有する課題を解決することができる。

なお、この実施形態では、本体容器２の天井板６の下面（本体容器２内側の面）に、当該天井板６の機械的補強および絶縁冷却流体１２と天井板６との間の伝熱面積の増加を目的とした複数のリブ兼フィン１８を立設している。このリブ兼フィン１８の数が多いほど、後述する作用効果は高まる。更に、当該天井板６の上面（本体容器２外側の面）であって蒸発器カバー２２を被せた部分にも、天井板６の機械的補強および冷媒２６と天井板６との間の伝熱面積の増加を目的とした複数のリブ兼フィン２８を立設している。このリブ兼フィン２８の数が多いほど、後述する作用効果は高まる。

上下のリブ兼フィン２８、１８は、互いに沿う方向に配置しても良いけれども、図３に示す例のように、互いに縦横に交差するように配置する方が好ましい。その方が、天井板６の機械的強度がより向上するからである。

上記のようなリブ兼フィン１８、２８を設けると、当該リブ兼フィン１８、２８によって本体容器２の天井板６が補強されて、天井板６の機械的強度が高まると共に、リブ兼フィン１８、２８によって天井板６と絶縁冷却流体１２および冷媒２６との間の伝熱面積が増えて、本体容器２内の絶縁冷却流体１２と蒸発器２０内の冷媒２６との間の伝熱効率が向上して冷却性能がより高まる。

この場合、リブ兼フィン１８および２８の少なくとも一方を設ければ上記作用効果を奏することができるけれども、両方を設ける方が上記作用効果はより高まるのでより好ましい。

上記リブ兼フィン１８、２８を設ける代わりに、例えば図４に示す例のように、本体容器２の天井板６であって蒸発器カバー２２を被せた部分に、天井板６が波板状になった波板状部１６を形成しても良い。この波板状部１６を形成する領域が広いほど、後述する作用効果は高まる。従って、蒸発器カバー２２を被せた部分のほぼ全領域に波板状部１６を形成しても良い。

上記のような波板状部１６を形成すると、当該波板状部１６によって本体容器２の天井板６の断面係数が増大して、天井板６の機械的強度が高まると共に、波板状部１６によって天井板６と絶縁冷却流体１２および冷媒２６との間の伝熱面積が増えて、本体容器２内の絶縁冷却流体１２と蒸発器２０内の冷媒２６との間の伝熱効率が向上して冷却性能がより高まる。また、波板状部１６を形成する方が、複数のリブ兼フィン１８および２８を立設するよりも、構造が簡単であるという利点がある。また、波板状加工の方法によっては、フィンやリブを溶接する方法に比べて、より大きな断面係数を確保することも可能となり、この場合には断面係数の増加分だけ板厚を減らすことも可能になり、熱伝達効率の向上や重量低減等にも寄与する。

上記蒸発器２０、放熱凝縮器３０および連結管４６（連結管４８を設ける場合はそれも含む。以下同様）から成る冷却系統５０の内部圧力を監視する圧力監視器を設けておくのが好ましい。後述する他の実施形態においても同様である。この圧力監視器は、例えば、圧力スイッチ、圧力センサー、圧力計等である。冷却系統５０を構成する上記機器２０、３０、４６（および４８）は内部が互いに連通しているので、圧力監視器は、冷却系統５０のどこに設けても良い。例えば、蒸発器２０またはその近傍に取り付けるのが容易であるので、そこに取り付けても良い。

上記のような圧力監視器を設けておくと、当該圧力監視器によって冷却系統５０が正常か否かを監視することができるので、当該電力機器使用時の信頼性を高めることができる。例えば、冷却系統５０の内部圧力は正常時は負圧であるが、どこかに真空漏れがあると内部圧力が上昇して冷却性能（伝熱性能）が低下するけれども、このような異常を圧力監視器によって検知することができる。

上記冷却系統５０を、１台の電力機器につき、複数系統設けておいても良い。後述する他の実施形態においても同様である。図１および図２に示す実施形態では、図２を参照すれば明らかなように、上記冷却系統５０を２系統設けている。

このように１台の電力機器につき冷却系統５０を複数系統設けておくと、当該電力機器全体の運転を停止することなく、所要の冷却系統５０を停止して、当該冷却系統５０の保守・点検等を行うことができるので、冷却系統５０の保守・点検等が容易になる。

また、冷却系統５０を複数系統設ける場合、各冷却系統５０に上記圧力監視器をそれぞれに設けても良いけれども、各冷却系統５０の内部圧力を監視する手段として、複数の冷却系統５０間の内部圧力の差圧を監視する差圧監視器を設けても良い。後述する他の実施形態においても同様である。差圧監視器は、例えば、差圧スイッチ、差圧センサー、差圧計等である。この差圧監視器は、冷却系統５０のどこに接続しても良い。例えば、蒸発器２０に接続するのが容易であるので、そこに接続しても良い。図２に示す差圧監視器５２は、二つの蒸発器２０間に接続した例である。

上記のような差圧監視器５２を設けると、各冷却系統５０の内部圧力の絶対値を監視する場合に比べて、監視器の数が少なくて済むのに加えて、差圧監視の方が監視が簡単であるので監視の信頼性がより高まる。

次に、図５および図６に示す実施形態を、上記実施形態との相違点を主体に説明する。

この電力機器では、本体容器２の側壁４の上部付近の、即ち側壁４の上部からその下方にかけての部分の周囲全周に蒸発器カバー２２を被せて蒸発器容器を形成し、この蒸発器容器内に前述したような冷媒２６を封入して、蒸発器２０を構成している。従って、本体容器２の側壁４を、蒸発器２０の側面と兼用している。そのようにすると伝熱効率が良いからである。

本体容器２内において上記のようにして加熱されて上昇した絶縁冷却流体１２は、その上面付近で、即ち天井板６付近で、横に広がるように流れて本体容器２の側壁４の上部付近に達するので、本体容器２の側壁４の上部付近も天井板６と同程度に温度が上昇する。従って、蒸発器カバー２２を側壁４の少なくとも上部付近に被せて、側壁４の少なくとも上部付近に蒸発器２０を構成しておくと、冷却効率が良い。

蒸発器カバー２２は、側壁４の上から下までの全長に被せても良いけれども、下の方は温度上昇が低いので必ずしも被せなくても良い。また、蒸発器カバー２２は、側壁４の外周の全周に被せると吸熱作用が最も高くなるけれども、側壁４の外周の一部分に被せても良い。例えば、本体容器２が断面四角形の場合、その四つの側面の内の１ないし３面に被せても良い。

この電力機器では、蒸発器２０を本体容器２の天井板６上には設けておらず、側壁４を介しての冷却が主体になるので、絶縁冷却流体１２を本体容器２内に必ずしも充満させておく（即ち絶縁冷却流体１２が天井板６に接している）必要はない。絶縁冷却流体が前述したような液体であり、かつそれを充満させていない場合は、前述したような体積調整装置を設ける必要はない。

この電力機器においては、本体容器２内において加熱されて上昇した絶縁冷却流体１２は、その上面付近で横に広がるように流れて本体容器２の側壁４の上部付近に達するので、本体容器２の側壁４の上部付近も、天井板６付近と同程度に温度が上昇する。この側壁４に、当該側壁４を側面として兼用している蒸発器２０が設けられているので、当該蒸発器２０内の冷媒２６は、側壁４から直に熱を効率良く吸収して蒸発する。

放熱凝縮器３０、連結管４６等の構成および作用については、図１および図２等に示した電力機器の場合と同様であるので、ここでは重複説明を省略する。

この電力機器の場合も、図１および図２等に示した電力機器の場合と同様の効果を奏する。

更に、本体容器２の天井板６上のスペースが蒸発器２０によって占有されないので、当該天井板６に、入出力用のブッシング１４等の機器を配置することが可能になる。

また、本体容器２内に絶縁冷却流体１２を充満させておく必要はなく、従って絶縁冷却流体１２として液体を使用する場合でも、体積調整装置を設ける必要がなくなることは、前述のとおりである。

本体容器２の側壁４の内面および当該側壁４の外面であって蒸発器カバー２２を被せた部分の少なくとも一方に、より好ましくは図５および図６に示す実施形態のように両方に、複数のリブ兼フィン１８、２８を立設しておくのが好ましいことは、前述のとおりである。但し、この場合は、リブ兼フィン１８は、絶縁冷却流体１２の上下方向の流れに沿うように、縦長に配置するのが好ましい。リブ兼フィン２８も、冷媒２６のレベル変化に対応することができるように、縦長に配置するのが好ましい。

上記リブ兼フィン１８、２８を設ける代わりに、例えば図７に示す例のように、本体容器２の側壁４であって蒸発器カバー２２を被せた部分に波板状部１６を形成しておいても良いことも、前述のとおりである。但し、この場合は、波板状部１６は、絶縁冷却流体１２の上下方向の流れに沿うように、波の山谷が縦長に延びるように配置するのが好ましい。

また、前記のような圧力監視器を設けても良いこと、冷却系統５０を複数系統設けても良いこと、前記のような差圧監視器を設けても良いことも、前述のとおりである。

前記機器本体１０が、例えば図８に示す実施形態のように、鉄心５４およびそれに巻かれた巻線５６を有している場合、例えば当該電力機器が変圧器や鉄心形リアクトルの場合、当該鉄心５４を前記本体容器２の天井板６に直接取り付けても良い。図８はその一例を示す。鉄心５４は、一般的に、本体容器２と同電位（具体的には接地電位）にあるので、直接取り付けても電位の問題はない。

その場合、機器本体１０の重量は、上記のように鉄心５４を天井板６に直接取り付けた部分で支える必要はなく、公知の手段によって別に支えれば良い。例えば、図８に示すような支持台５８によって本体容器２の底面８から支持しても良いし、図示しない吊りボルトによって天井板６から吊り下げて支えても良い。後述する他の実施形態においても同様である。

上記のように鉄心５４を天井板６に直接取り付けた構成を採用すると、機器本体１０が発する熱を、絶縁冷却流体１２の対流作用に加えて、鉄心５４を通しても本体容器２の天井板６に効率良く伝えることができ、ひいては当該熱を天井板６を経由して蒸発器２０に効率良く伝えることができるので、機器本体１０に対する冷却性能がより高まる。

絶縁冷却流体１２は、一般的に、鉄心５４等の金属に比べれば熱伝導率が低く、絶縁冷却流体１２が前記のようなガスの場合は特に低いので、上記構造を採用することによる冷却性能の向上は大きい。

図５に示した電力機器のように蒸発器２０を本体容器２の側壁４に設ける場合にも、上記構造を採用することによって、機器本体１０に対する冷却性能を向上させることができる。これは、本体容器２の天井板６に伝達された熱は、当該天井板６とつながる側壁４にも伝達され、その側壁４を経由して蒸発器２０に伝達されるからである。以下に述べる構造を採用する場合も同様である。

図９に示す例のように、前記鉄心５４と本体容器２の天井板６との間を、可撓性を有していて前記絶縁冷却流体１２よりも熱伝導率の高い伝熱部材６０で接続しても良い。この伝熱部材６０は、例えば、銅、アルミニウム等の熱伝導率の高い金属から成る薄板積層板や編素線等である。

上記伝熱部材６０を用いる構造を採用すると、機器本体１０が発する熱を、絶縁冷却流体１２の対流作用に加えて、鉄心５４および伝熱部材６０を通しても本体容器２の天井板６に効率良く伝えることができ、ひいては当該熱を天井板６を経由して蒸発器２０に効率良く伝えることができるので、機器本体１０に対する冷却性能がより高まると共に、機器本体１０の振動が天井板６ひいては本体容器２に伝わるのを上記伝熱部材６０によって防止することができる。

また、前記鉄心５４と本体容器２の天井板６とを、前記絶縁冷却流体１２よりも熱伝導率が高くかつ変形可能な伝熱シート（図示省略）を介して接続しても良い。この伝熱シートは、例えば、熱伝導率が高くかつ薄い樹脂等から成る弾性体、可塑性材、ゲル状材等である。

上記伝熱シートを用いる構造を採用すると、機器本体１０の鉄心５４と本体容器２の天井板６との間に隙間が生じるのを伝熱シートによって防止して、接触効率を高めて機器本体１０が発する熱を、絶縁冷却流体１２の対流作用に加えて、鉄心５４および伝熱シートを通しても本体容器２の天井板６に効率良く伝えることができ、ひいては当該熱を天井板６を経由して蒸発器２０に効率良く伝えることができるので、機器本体１０に対する冷却性能がより高まる。

上記伝熱シートを用いる構造は、歪みや変形等によって天井板６と鉄心５４との接続部に多少の隙間が生じる等の場合に特に効果がある。

また、上記伝熱シートは、天井板６と伝熱部材６０との間や、伝熱部材６０と鉄心５４との間に介在させても良い。伝熱シートは、これらおよび上記箇所のいずれか一箇所または複数箇所に設けても良い。

図１０または図１１に示す例のように、前記鉄心５４と本体容器２の天井板６との間を、絶縁シート６２を用いて電気的に絶縁しても良い。

具体的には、図１０は、鉄心５４と伝熱部材６０との間を絶縁シート６２で絶縁した例を示し、図１１は、鉄心５４に接続された伝熱部材６０と天井板６との間を絶縁シート６２で絶縁した例を示す。鉄心５４と伝熱部材６０との間を絶縁シート６２で絶縁しても良い。これらのいずれか一つまたは複数を採用しても良い。

上記絶縁シート６２を用いる構造を採用すると、機器本体１０の鉄心５４と本体容器２の天井板６との間を電気的に絶縁しているので、電磁誘導作用等による鉄心５４と本体容器２間の循環電流の発生およびこの循環電流による鉄心５４や本体容器２等の発熱を防止することができる。

この発明に係る電力機器の一実施形態を示す図である。 図１の電力機器の平面図である。 図１中のリブ兼フィンの配置の他の例を部分的に示す平面図である。 本体容器の天井板に波板状部を形成している電力機器の実施形態を示す図である。 この発明に係る電力機器の他の実施形態を示す図である。 図５の線Ａ−Ａに沿う拡大部分断面図である。 本体容器の側壁に波板状部を形成している実施形態を示す断面図であり、図６に対応している。 機器本体が鉄心および巻線を有している電力機器の一実施形態を示す図である。 図８に示した電力機器の変形例を部分的に示す断面図であり、図８の線Ｂ−Ｂに沿う断面に相当する。 図８に示した電力機器の他の変形例を部分的に示す断面図であり、図８の線Ｂ−Ｂに沿う断面に相当する。 図８に示した電力機器の更に他の変形例を部分的に示す断面図であり、図８の線Ｂ−Ｂに沿う断面に相当する。

符号の説明

２ 本体容器
４ 側壁
６ 天井板
１０ 機器本体
１２ 絶縁冷却流体
１６ 波板状部
１８ リブ兼フィン
２０ 蒸発器
２２ 蒸発器カバー
２６ 冷媒
２８ リブ兼フィン
３０ 放熱凝縮器
４６ 連結管
５０ 冷却系統
５２ 差圧監視器
５４ 鉄心
６０ 伝熱部材
６２ 絶縁シート

Claims (13)

1. 本体容器内に、通電によって発熱する機器本体を収納すると共に絶縁冷却流体を充満させて成る電力機器であって、
   前記本体容器の天井板上に蒸発器カバーを被せて蒸発器容器を形成し、当該蒸発器容器内に前記機器本体からの熱によって蒸発する冷媒を封入して成る蒸発器と、
   この蒸発器とは別に設けられていて、前記蒸発した冷媒が導かれ、放熱によって当該冷媒を冷却して凝縮させる放熱凝縮器と、
   前記蒸発器と放熱凝縮器との間を接続していて、前者内で蒸発した冷媒を後者内に導くことと、後者内で凝縮した冷媒を前者内に導くことの少なくとも一方を行う１本以上の連結管とを備えることを特徴とする電力機器。
2. 前記本体容器の天井板の下面および当該天井板の上面であって前記蒸発器カバーを被せた部分の少なくとも一方に、複数のリブ兼フィンを立設している請求項１記載の電力機器。
3. 前記本体容器の天井板であって前記蒸発器カバーを被せた部分に波板状部を形成している請求項１記載の電力機器。
4. 本体容器内に、通電によって発熱する機器本体および絶縁冷却流体を収納して成る電力機器であって、
   前記本体容器の側壁の少なくとも上部付近における周囲の少なくとも一部分に蒸発器カバーを被せて蒸発器容器を形成し、当該蒸発器容器内に前記機器本体からの熱によって蒸発する冷媒を封入して成る蒸発器と、
   この蒸発器とは別に設けられていて、前記蒸発した冷媒が導かれ、放熱によって当該冷媒を冷却して凝縮させる放熱凝縮器と、
   前記蒸発器と放熱凝縮器との間を接続していて、前者内で蒸発した冷媒を後者内に導くことと、後者内で凝縮した冷媒を前者内に導くことの少なくとも一方を行う１本以上の連結管とを備えることを特徴とする電力機器。
5. 前記本体容器の側壁の内面および当該側壁の外面であって前記蒸発器カバーを被せた部分の少なくとも一方に、複数のリブ兼フィンを立設している請求項４記載の電力機器。
6. 前記本体容器の側壁であって前記蒸発器カバーを被せた部分に波板状部を形成している請求項４記載の電力機器。
7. 前記蒸発器、放熱凝縮器および連結管から成る冷却系統の内部圧力を監視する圧力監視器を備えている請求項１ないし６のいずれかに記載の電力機器。
8. 前記蒸発器、放熱凝縮器および連結管から成る冷却系統を複数備えている請求項１ないし６のいずれかに記載の電力機器。
9. 前記冷却系統の内部圧力を監視する手段として、前記複数の冷却系統間の内部圧力の差圧を監視する差圧監視器を備えている請求項８記載の電力機器。
10. 前記機器本体が鉄心およびそれに巻かれた巻線を有しており、当該鉄心を前記本体容器の天井板に直接取り付けている請求項１ないし９のいずれかに記載の電力機器。
11. 前記機器本体が鉄心およびそれに巻かれた巻線を有しており、当該鉄心と前記本体容器の天井板との間を、可撓性を有していて前記絶縁冷却流体よりも熱伝導率の高い伝熱部材で接続している請求項１ないし９のいずれかに記載の電力機器。
12. 前記機器本体が鉄心およびそれに巻かれた巻線を有しており、当該鉄心と前記本体容器の天井板とを、前記絶縁冷却流体よりも熱伝導率が高くかつ変形可能な伝熱シートを介して接続している請求項１ないし９のいずれかに記載の電力機器。
13. 前記鉄心と前記本体容器の天井板との間を、絶縁シートを用いて電気的に絶縁している請求項１０、１１または１２記載の電力機器。

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