JP2005317620A - 油入電力機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 放熱器の有効利用を図り、冷却効率の高い自冷式の油入電力機器を提供する。【解決手段】 この油入電力機器は、本体容器２内に、通電によって発熱する機器本体４を収納すると共に絶縁油６を充満させて成る。そして、本体容器２の最上部に接続されていて温度が上昇した絶縁油６を本体容器２の最上部から本体容器２外の上方へと導出する導出管８と、導出管８を覆う保温材１０と、本体容器２よりも上部に設けられていて導出管８を通して導出された絶縁油６を一旦溜める油溜り１２と、油溜り１２から絶縁油６を分配されて放熱によって絶縁油６を冷却する１個以上の放熱器１４と、油溜り１２と放熱器１４の上部との間を接続して油溜り１２から放熱器１４へと絶縁油６を導く上部配管１６と、放熱器１４の下部と本体容器２の下部付近との間を接続して放熱器１４で冷却された絶縁油６を本体容器２の下部付近内に導く下部配管１８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と冷却のための絶縁油を収納して成る油入電力機器に関し、より具体的には、その冷却効率を高める手段に関する。

この種の油入電力機器の従来例を図７に示す。この油入電力機器は、本体容器２内に、通電によって発熱する機器本体４を収納すると共に絶縁油６を充満させており、かつ、放熱によって絶縁油６を冷却する１個以上の放熱器（ラジエータ）１４を備えている。放熱器１４は、その高さ方向における中心と、本体容器２または機器本体４の高さ方向における中心とがほぼ同じ高さになるように設けられていて、放熱器１４の上部と本体容器２の上部付近は上部配管３０で接続されており、放熱器１４の下部と本体容器２の下部付近は下部配管３２で接続されている。

放熱器１４は、通常は例えば図８に示すように、複数枚の中空の放熱パネル１４６を上部集合管１４２および下部集合管１４４で互いに接続した構造をしている。そして、前記上部配管３０が上部集合管１４２に、前記下部配管３２が下部集合管１４４にそれぞれ接続フランジ３４、３６を介して接続されている。

このような油入電力機器においては、本体容器２内の絶縁油６は、機器本体４の発生熱を吸収して加熱されて高温になり比重を減じて本体容器２内を上昇し、上部配管３０を介して放熱器１４に導かれ、放熱器１４において放熱によって冷却され、比重を増して放熱器１４内を下降し、下部配管３２を介して本体容器２の下部付近内に導入され、再び機器本体４の発生熱を吸収して機器本体４を冷却する。上記のような、絶縁油６の吸熱および放熱のサイクルが繰り返され、本体容器２内の機器本体４が冷却される。

また、特許文献１には、上記のような放熱器１４を改良したものとして、下端が本体容器に接続され絶縁油（冷却媒体）が上昇する複数の放熱管から成る第１の放熱器と、上端が上記第１の放熱器の上端に接続され下端が本体容器に接続され絶縁油が下降する複数の放熱管から成る第２の放熱器とで構成されている放熱器（熱交換器）を、本体容器の上部に配置している冷却装置が提案されている。

特許第２５３９５３４号公報（第４欄第１８−２７行、第１図）

上記図７に示した従来の油入電力機器においては、温度差によって生じる絶縁油６の比重差による自然対流を利用するため、放熱器１４の下部付近には冷却された絶縁油が滞留することになり、その部分は放熱作用を殆ど奏しないので、放熱器１４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、放熱効果が小さいという課題がある。

一方、上記特許文献１に記載の冷却装置においては、絶縁油（冷却媒体）の往路とも言える第１の放熱器内で、冷却されながら比重を増す絶縁油を上方に押し上げる必要があり、このことが絶縁油の循環駆動力（絶縁油自身が循環する力）を弱め、冷却装置全体の冷却効率を下げてしまうという課題がある。また、絶縁油の復路とも言える第２の放熱器内では、第１の放熱器内で既に冷却されある程度温度の低下した絶縁油を更に冷却することになり、絶縁油の温度を十分に低下させたい場合には効果はあるが、一定の面積の放熱面からの総放熱量の確保を目的とする場合には、あまり効果的とは言えない。絶縁油が高温のうちにできるだけ広い面積で大気に対して放熱する方が放熱効果が大きいのに、それができないからである。従って、放熱面が有効に活用されず、放熱効果が小さいという課題がある。

そこでこの発明は、放熱器の有効利用を図り、冷却効率の高い自冷式の油入電力機器を提供することを主たる目的としている。

この発明に係る油入電力機器は、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油を充満させて成るものであって、前記本体容器の最上部に接続されていて温度が上昇した前記絶縁油を前記本体容器の最上部から当該本体容器外の上方へと導出する導出管と、当該導出管を覆う保温材と、前記本体容器よりも上部に設けられていて前記導出管を通して導出された前記絶縁油を一旦溜める油溜りと、当該油溜りから前記絶縁油を分配されて放熱によって当該絶縁油を冷却する１個以上の放熱器と、前記油溜りと当該放熱器の上部との間を接続して当該油溜りから当該放熱器へと前記絶縁油を導く上部配管と、前記放熱器の下部と前記本体容器の下部付近との間を接続して当該放熱器で冷却された前記絶縁油を前記本体容器の下部付近内に導く下部配管とを備えることを特徴としている。

この油入電力機器においては、本体容器内の絶縁油は、機器本体の発生熱を吸収して加熱されて高温になり、比重を減じて本体容器内を上昇し、導出管内へと導出され、導出管内を更に上昇し、上部の油溜りに導入され一旦溜められる。このとき、導出管内を上昇する高温の絶縁油は、導出管が保温材で覆われていて保温されるために、導出管内では温度低下が殆どなく、比重の増大が殆どない。よって、高温の絶縁油は滞りなく導出管内を上昇し、絶縁油の循環駆動力が殆ど低下しない。

上部の油溜りに一旦溜められた高温の絶縁油は、上部配管を介して各放熱器の上部に分配され、そこで、放熱によって冷却され比重を増して放熱器内を下降し、下部配管を介して本体容器の下部付近内に導入され、再び、機器本体の発生熱を吸収する。そして、上記のような、絶縁油の吸熱および放熱のサイクルが繰り返され、本体容器内の機器本体が冷却される。

なお、上記放熱器は、その高さ方向における中心が、上記機器本体の高さ方向における中心よりも高い位置になるように配置していても良い。そのようにすると、放熱器内に、機器本体周辺よりも温度の高い絶縁油をより多く満たすことができる。

また、上記本体容器内を上昇する上記絶縁油を上記導出管内へ導く１枚以上の整流板を、上記本体容器内の当該本体容器と上記導出管との接続部分またはその近傍に向けて設けていても良い。そのようにすると、機器本体の熱を吸収し、比重を減じて浮力を得た高温の絶縁油が、整流板によって導出管内に効率良く導かれる。

また、上記整流板を設けることに代えて、上記本体容器の上部を、上記本体容器と上記導出管との接続部分に向かって狭まる錐体状にしていても良い。そのようにすると、機器本体の熱を吸収し、比重を減じて浮力を得た高温の絶縁油が、錐体状をした本体容器上部に沿って流れて、導出管内に効率良く導かれる。

請求項１に記載の発明によれば、機器本体の発生熱を吸収して上昇する高温の絶縁油は、導出管が保温材で覆われていて保温されるために、高温が保たれたまま、循環駆動力が阻害されることなく効率良く上部の油溜りに供給され、更にこの高温の絶縁油が各放熱器に供給される。この結果、高温の絶縁油の不要な滞留がなくなってその循環効率が高まるので、放熱器の放熱面の有効利用を図ることができ、高い放熱効果を得ることができる。その結果、この油入電力機器の冷却効率が向上する。

上記のようにして冷却効率が向上することによって、機器本体の発熱量を同一とするならば、放熱器の小型化や数の減少が可能になり、ひいては当該油入電力機器の小型化が可能になる。あるいは、放熱器の大きさや数を同一とするならば、機器本体の発熱量が増大してもそれに対応することができるので、当該油入電力機器の寸法を大きくしなくてもその容量増大を図ることができる。

請求項２に記載の発明によれば、放熱器の高さ方向における中心が、機器本体の高さ方向における中心よりも高い位置になるように放熱器が配置されていることによって、放熱器には機器本体付近に比べて比重の小さい、即ち温度の高い絶縁油がより多く満たされることになり、放熱器の放熱面のより有効利用を図ることができる。その結果、より高い放熱効果を得ることができ、ひいてはこの油入電力機器の冷却効率がより向上する。

請求項３に記載の発明によれば、高温の絶縁油が、整流板によって導出管内に効率良く導かれるので、絶縁油の循環効率がより高まり、冷却効率がより向上する。

請求項４に記載の発明によれば、高温の絶縁油が、錐体状をした本体容器上部に沿って流れて効率良く導出管内に導かれるので、絶縁油の循環効率がより高まり、冷却効率がより向上する。

図１は、この発明に係る油入電力機器の一実施形態を示す一部切欠き側面図であり、図２は、図１の油入電力機器の平面図である。図７および図８に示した従来例と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては当該従来例との相違点を主に説明する。

この実施形態における油入電力機器は、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４を収納すると共に、絶縁油６を充満させている。そして、本体容器２の最上部から、本体容器２外の上方へと絶縁油６を導出する導出管８を備えている。この導出管８は、保温材１０によって覆われている。更に、導出管８を通して導かれた絶縁油６を一旦溜める油溜り１２と、この油溜り１２から絶縁油６の分配を受けて放熱によって絶縁油６を冷却する１個以上（図示例では６個）の放熱器１４とを備えている。油溜り１２は、より具体的には、各放熱器１４よりも高い位置に配置されている。即ち、後述する油量調整装置を設けない場合は、油溜り１２がこの油入電力機器の最上部に位置しており、油量調整装置を設ける場合はそれが最上部に位置することになる。

更に、この油入電力機器は、油溜り１２と各放熱器１４の上部との間を接続していて、油溜り１２から各放熱器１４へと絶縁油６を導く上部配管１６と、各放熱器１４の下部と本体容器２の下部付近との間を接続していて各放熱器１４から本体容器２の下部付近内へと絶縁油６を導く下部配管１８とを備えている。この本体容器２、導出管８、油溜り１２、上部配管１６、放熱器１４および下部配管１８で形成される循環経路内に絶縁油６を充満させている。

機器本体４は、例えば、この油入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。

導出管８は、絶縁油６の上昇をできるだけ妨げないような形状であることが好ましい。例えば、図１、図６に示すような直管状、または、図４に示すような滑らかに曲がった管状のものが好ましい。導出管８の本数は、図示例のように２本に限定されるものではない。循環させたい絶縁油６の量に応じて適宜選定すれば良い。寸法についても同様である。

保温材１０の材質は、例えばグラスファイバー、発泡スチロール、発泡ポリエチレン等である。

油溜り１２は、形状、寸法は任意であるが、導出管８や上部配管１６よりも大きくしている。より具体的には、例えば図１の例のように油溜り１２の形状が直方体状ならば、導出管８の直径と上部配管１６の直径とのどちらよりも、当該油溜り１２のいずれの辺も大きくしている。また油溜り１２の形状が、図４に示す例のように円筒状ならば、導出管８の直径と上部配管１６の直径のどちらよりも、当該油溜り１２の直径を大きくしている。

放熱器１４は、この実施形態では図３に示すように、複数枚の中空の放熱パネル１４６を上部集合管１４２と下部集合管１４４とで接続した構造をしている。これはパネル式放熱器とも呼ばれる。放熱パネル１４６の面積や数は、必要とする放熱容量に応じて適宜選定すれば良い。また、放熱器１４の数は、図２に示す例のように６個に限定されるものではない。この数も、必要とする放熱容量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。

なお、図示は省略しているが、温度変化等による絶縁油６の体積変化を吸収して、絶縁油６が、本体容器２内を含む循環経路内に充満している状態を保つ油量調整装置（これはコンサベータとも呼ばれる。）を設けるのが好ましい。そのようにすれば、絶縁油６の体積変化によって、絶縁油６の循環経路内に空間が生じて伝熱効率がひいては冷却効率が低下するのを防止することができると共に、循環経路内の過大な圧力上昇を防止することができる。

この油入電力機器においては、本体容器２内の絶縁油６は、機器本体４の発生熱を吸収して加熱され、例えば５０℃〜９０℃程度の高温になり、比重を減じて本体容器２内を上昇する。上昇した高温の絶縁油６は、本体容器２最上部から導出管８へと導出され、導出管８内を更に上昇する。導出管８内を上昇した高温の絶縁油６は、上部の油溜り１２に一旦溜められる。油溜り１２に一旦溜められた高温の絶縁油６は、油溜り１２から上部配管１６を介して各放熱器１４の上部に分配され、各放熱器１４で放熱によって冷却され温度が下がり、比重を増して各放熱器１４内を下降する。各放熱器１４内を下降した絶縁油６は、下部配管１８を介して本体容器２の下部付近内に導入される。本体容器２内に導入された絶縁油６は再び機器本体４の発生熱を吸収する。

上記のような絶縁油６による機器本体４の発生熱の吸収および放熱器１４での放熱のサイクルが繰り返されることによって、本体容器２内の機器本体４が冷却される。

この油入電力機器によれば、機器本体４の発生熱を吸収して上昇する高温の絶縁油６は、導出管８が保温材１０で覆われていて保温されるために、高温が保たれたまま循環駆動力が阻害されることなく効率良く上部の油溜り１２に供給され、更に各放熱器１４の上部に供給される。そのため、高温の絶縁油６の不要な滞留がなくなってその循環効率が高まるので、各放熱器１４の有効利用を図ることができ、高い放熱効果を得ることができる。その結果、この油入電力機器の冷却効率が向上する。

上記のようにして冷却効率が向上することによって、機器本体４の発熱量を同一とするならば、放熱器１４の小型化（より具体的には、各放熱器１４を構成する放熱パネル１４６の数を減少させることや当該放熱パネル１４６を小型化してその面積を小さくすること）や放熱器１４の数を減少させることが可能になり、ひいては当該油入電力機器の小型化が可能となる。あるいは、放熱器１４の大きさや数を同一とするならば、機器本体４の発熱量が増大してもそれに対応することができるので、当該油入電力機器の寸法を大きくしなくてもその容量増大を図ることができる。

前記特許文献１に記載の冷却装置においては、前述したように絶縁油（冷却媒体）の往路とも言える第１の放熱器内で、冷却されながら比重を増す絶縁油を上方に押し上げる必要があり、このことが絶縁油の循環駆動力（絶縁油自身が循環する力）を弱め冷却装置全体の冷却効率を下げてしまうという課題があった。また、絶縁油の復路とも言える第２の放熱器内では、第１の放熱器内で既に冷却されある程度温度の低下した絶縁油を更に冷却することになるので放熱面が有効に活用されず放熱効果が小さいという課題があった。

これに対して、この油入電力機器においては、往路では保温材１０で覆われた導出管８を通して油溜り１２に向けて一気に高温の絶縁油６を導出し、復路では上部配管１６を介して全ての放熱器１４の上部に一斉に高温の絶縁油６を供給（分配）する構造を採用しており、これによって、各放熱器１４に高温の絶縁油６を速やかに送ることができるので、放熱器１４全面を高温の絶縁油６で満たすことができ結果的に有効放熱面積を大きく取ることができ、各放熱器１４の冷却効率は高くなる。更に、復路においては、冷却による絶縁油６の比重の増大につれて絶縁油６が移動する方向が下方向に統一されているので、特許文献１に記載の技術に比べて絶縁油６の循環効率も高くなる。

また、油入電力機器が複数の放熱器１４を備えている場合は、各放熱器１４には互いの輻射熱や大気への放熱効率の影響によって放熱量に差が生じて各放熱器１４間に絶縁油６の流量差が生じることが起こり得るけれども、その場合でも、この油入電力機器は、高温の絶縁油６を一旦溜める油溜り１２を備えていることによって、この油溜り１２から各放熱器１４の放熱量に見合った絶縁油６を各放熱器１４に効率良く供給（分配）することがより容易になる。よって、各放熱器１４の有効利用を図ることができ、その結果、放熱器１４全体の放熱量が増して、この油入電力機器の冷却効率が向上する。

また、この油入電力機器においては、図１に示しているように、各放熱器１４の高さ方向における中心Ｈ₂ が、機器本体４の高さ方向における中心Ｈ₁ よりも高くなるように、より好ましくは十分に高くなるように（例えば、放熱器１４の高さ方向における中心Ｈ₂ が機器本体４もしくは本体容器２の上部付近またはそれよりも上に位置するように）、各放熱器１４を配置するのが好ましい。

そのようにすると、各放熱器１４に機器本体４付近よりも比重の小さい絶縁油６、即ち機器本体４付近よりも高温の絶縁油６をより多く満たすことができる。よって、各放熱器１４の放熱面をより有効に活用することができ、より高い放熱効果が得られる。ひいてはこの油入電力機器の冷却効率をより向上させることができる。

また、図１に示しているように、本体容器２内を上昇する高温の絶縁油６が矢印Ａのように導出管８に向かって流入しやすいように、本体容器２内から導出管８に向かって狭まる流路を形成する例えば２枚の整流板２０を、本体容器２と導出管８との接続部付近に設けても良い。２枚の整流板２０は、断面を見ると、図１に示すようにハ字状をしている。この整流板２０は２枚に限定されず、何枚でも良い。例えば、図４に示す例のように斜めになった１枚でも良いし、３枚以上としてそれら全体で導出管８に向かって狭まる錐体状を形成しているようなものでも良い。

上記のような整流板２０を設けると、本体容器２内を上昇する高温の絶縁油６が整流板２０によって導出管８内に効率良く導かれる。よって絶縁油６の循環効率が高まり油入電力機器のより高い冷却効率が得られる。

また、図示はしていないが、上記のような整流板２０を設ける代わりに、本体容器２の上部を導出管８との接続部分に向かって狭まる錐体状にしても良い。

そのようにすると、本体容器２内を上昇する高温の絶縁油６が、本体容器２の上部の形状に沿って流れ、導出管８内に効率良く導かれる。よって整流板２０を用いた実施形態の場合と同様に絶縁油６の循環効率が高まり、油入電力機器のより高い冷却効率が得られる。

また、図４に示す実施形態のように、放熱器１４を本体容器２の片側にのみ設けて、導出管８、油溜り１２等を放熱器１４側に寄せて設けても良い。

そのようにすると、図１に示す実施形態に比べて、放熱器１４周りの設置面積が小さくて済むので、油入電力機器全体の設置面積が小さくて済むという利点がある。また、油溜り１２は、放熱器１４が本体容器２の両側にある場合と比べて小さくて済むという利点もある。これは、本体容器２の片側にのみ設けられた放熱器１４に絶縁油６を供給すれば良いために、図１に示すように本体容器２の両側に設けられた放熱器１４に絶縁油６を供給する場合に比べて、油溜り１２の幅が小さくて済むからである。

上記図４の実施形態において、整流板２０を本体容器２と導出管８との接続部分に設ける場合は、例えば、図４に示しているように、当該接続部分に向かって狭まる流路を形成するように１枚の整流板２０を設ければ良い。

また、図６に示す実施形態のように、各放熱器１４を油溜り１２の直下近くに設けて、上部配管１６を十分に短い直管としても良い。そのようにすると、上部配管１６の流路抵抗が減り、各放熱器１４への高温の絶縁油６の分配の効果が更に良くなり、油入電力機器の冷却効率が更に良くなる。

この発明に係る油入電力機器の一実施形態を示す一部切欠き側面図である。 図１の油入電力機器の平面図である。 図１等における放熱器付近の一例を詳細に示す側面図である。 この発明に係る油入電力機器の他の実施形態を示す一部切欠き側面図である。 図４の油入電力機器の平面図である。 この発明に係る油入電力機器の更に他の実施形態を示す側面図である。 従来の油入電力機器の一例を示す一部切欠き側面図である。 図７の油入電力機器の放熱器付近の一例を詳細に示す側面図である。

符号の説明

２ 本体容器
４ 機器本体
６ 絶縁油
８ 導出管
１０ 保温材
１２ 油溜り
１４ 放熱器
１６ 上部配管
１８ 下部配管
２０ 整流板

Claims (4)

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油を充満させて成る油入電力機器であって、
   前記本体容器の最上部に接続されていて温度が上昇した前記絶縁油を前記本体容器の最上部から当該本体容器外の上方へと導出する導出管と、
   当該導出管を覆う保温材と、
   前記本体容器よりも上部に設けられていて前記導出管を通して導出された前記絶縁油を一旦溜める油溜りと、
   当該油溜りから前記絶縁油を分配されて放熱によって当該絶縁油を冷却する１個以上の放熱器と、
   前記油溜りと当該放熱器の上部との間を接続して当該油溜りから当該放熱器へと前記絶縁油を導く上部配管と、
   前記放熱器の下部と前記本体容器の下部付近との間を接続して当該放熱器で冷却された前記絶縁油を前記本体容器の下部付近内に導く下部配管とを備えることを特徴とする油入電力機器。
2. 前記放熱器の高さ方向における中心が、前記機器本体の高さ方向における中心よりも高い位置になるように、前記放熱器が配置されている請求項１記載の油入電力機器。
3. 前記本体容器内を上昇する前記絶縁油を前記導出管内へ導く１枚以上の整流板を、前記本体容器内の当該本体容器と前記導出管との接続部分またはその近傍に向けて設けている請求項１または２記載の油入電力機器。
4. 前記本体容器の上部を、当該本体容器と前記導出管との接続部分に向かって狭まる錐体状にしている請求項１または２記載の油入電力機器。

Images