JP2006149191A - 回路遮断器及び内部導体を冷却する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内部導体からの熱損失を放散する方法及び回路遮断器を提供する。
【解決手段】細長い内部導体（２１Ｒ、２１Ｓ、２１Ｔ）とハウジングのようにこの内部導体（２１Ｒ、２１Ｓ、２１Ｔ）を囲んでいる外部導体（２２Ｒ、２２Ｓ、２２Ｔ）とを備えている回路遮断器（２０Ｒ、２０Ｓ、２０Ｔ）は、この内部導体（２１Ｒ、２１Ｓ、２１Ｔ）から、外部導体（２２Ｒ、２２Ｓ、２２Ｔ）に延びており、電気的な絶縁ギャップを形成するために絶縁中空体（５）を有している少なくとも１つのヒートパイプ（１）を備えている。このヒートパイプ（１）は、可撓性の変形可能な部分（９）を有している。このヒートパイプ（１）は、前記内部導体（２１Ｒ、２１Ｓ、２１Ｔ）を支持している支持絶縁体（２４）の中を通り得る。作動媒体に加えて、前記ヒートパイプ（１）は、低い温度で強められた絶縁耐力を生じさせる補助ガスも含んでいる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回路遮断器技術の分野に関わる。本発明は、回路遮断器と独立特許請求項の前提部において請求されているような回路遮断器の内部導体を冷却するための方法とに関する。

このような回路遮断器とこのような方法とは、例えば特許文献１から既知である。この文献において複数のファンがハウジングの中にある回路遮断器の内部導体を冷却するために設けられており、これらファンにより循環流が発生され、この流れは、前記内部導体の周りを流れている。このように循環されている気体は、前記内部導体からの熱損失を吸収し、それから、この熱損失を前記ハウジングの内面に放射している。このハウジングは、それからこのハウジングの外側の周囲の空気に熱を放出している。前記内部導体の冷却は、比較的多くの電流が流されることができることを意味している。

このような装置は、これが能動である、すなわちこれが駆動されなければならないという不利な点を有している。例えば、前記ファンへの電源供給の故障は、冷却の機能停止へと導き、すぐにこの回路遮断器の最大許容温度限界値が超過されることに導きうる。このような冷却システムは、また前記ファンの正しい動作を確実にするために規則的なメインテナンスを必要としている。
ＥＰ １ ０２２ ８３０ Ａ１

本発明の１つの目的は、したがって、上述の不利な点を持っていない、回路遮断器と、最初に述べられたタイプの回路遮断器の内部導体を冷却するための方法とを提供することである。１つの特別な目的は、受動で（ほとんど）メインテナンスがない冷却システムを有する回路遮断器を構成することである。

この目的は、独立特許請求項の態様を有する装置と方法とにより達成される。

内部導体（能動部分としても言及されうる）が冷却されている回路遮断器は、冷却されていない回路遮断器よりも多くの電流を運ぶことができる一方で、関連する標準により規定されている温度限界値を満たしている。回路遮断器のキャパシティを運ぶ電流は、このように、設けられている冷却装置が前記内部導体で発生された熱損失を効率的に放散すればするほど、より大きな程度まで増加されることができる。

延長された内部導体と（受動部分又は戻り導体としても言及されうる）ハウジングのようにこの内部導体を囲んでいる外部導体とを有する本発明に係る回路遮断器は、少なくとも１つのヒートパイプが、前記内部導体からの熱エネルギーを放散するために（一般にはすべての熱損失に抗して）、設けられており、電気的な絶縁ギャップを形成するように絶縁性の中空の本体を有していることを特徴としている。前記ヒートパイプは、前記内部導体から前記外部導体の近くに、この外部導体の所に又は特に有利なのはこの外部導体の外側に延びているのが有利である。

ヒートパイプは、気化器として言及されるヒートパイプの一部分の中の作動媒体の気化による熱の放散のための手段であり、液化装置として言及され、この液化装置から前記気化装置への作動媒体の返還のために設けられている手段を有しているヒートパイプの一部分の中の作動媒体の液化による熱の放散のための手段である。このヒートパイプは、密閉して封止されていることが有利であり、このようにこのヒートパイプの中に閉じられた回路を生み出すことを可能にしている。細長い又は管状のヒートパイプの形状が有利であるが、このことは、必要ではない。中空の本体は、単に前記作動媒体を前記液化装置から気化装置に返還するための手段として用いられることができ、液体の作動媒体が重力により運ばれるように配置されることができ、そうでなければ、毛管引力により作動媒体を輸送する材料を用いることが可能である。

絶縁性の中空の本体を有するこのようなヒートパイプは、ポテンシャルの違い、特に前記内部導体と外部導体との間に存在している高電圧に橋渡しをすることができる。このヒートパイプの中に設けられている作動媒体の気化は、このように、作動媒体の液化とことなる電気ポテンシャルにおいて起こっている。

ヒートパイプは、電力供給又はいかなる他の供給も必要としていない受動の冷却装置である。密閉封止された回路を有している冷却システムとして、ヒートパイプは、一般的にメインテナンスを必要とせず、一般にメインテナンスなしで何年も何十年も動作することができる。

前記ヒートパイプと外部導体とは、必ずしも接触を必要としていない。これらは、互いに機械的に接続されているのが好都合であり、又は、互いに一体にされている。例えば、前記外部導体は、前記ヒートパイプの液化装置部分を支持していることができるのが有利である。前記ヒートパイプと外部導体とは、しかしながら、互いに電気的に接続されており、特に設置されているのが有利である。

一般的に、前記内部導体は、管状又は中空円筒状である。前記外部導体は、戻り流を搬送し、一般的に接地されているカプセル化を形成している。動作の間、前記内部導体と外部導体との間には高電圧がある。

回路遮断器の定格電圧は、１ｋＶより大きく、実際、１０ｋＶの大きさのオーダである。そうでなければ、これは数十ｋＶであり、数百ｋＶに上る。過電圧（落雷により引き起こされる）は、典型的に１００ｋＶから数百ｋＶに上る。回路遮断器の電流と戻り電流とは、１ｋＡ又は１０ｋＡ（定格電流）の大きさのオーダであり、しばしば２０ｋＡから３０ｋＡである。ショート電流は、ほぼ１つのオーダの大きさだけより大きい。回路遮断器は、１００ｋＷ又は数百ＭＷ若しくはギガワットの範囲の大きさのオーダの電力レベルのために設計されている。これらのような電流、電圧及び電力レベルは、前記回路遮断器の物理的な実行とこの回路遮断器の必要とされていない設計対称性を、例えば、中間の電圧又は低電圧の回路遮断器に対して必要としている。

放散される熱は、本質的に前記内部導体における抵抗損失により発生されている。例えば、表皮効果又は渦電流損失及びヒステリシス損失からの結果の損失のような更なる損失が生じうる。

前記ヒートパイプは、気化器として言及されるこのヒートパイプの一部分の中の作動媒体の気化による熱エネルギーの放散のための、そして液化装置として言及されるこのヒートパイプの一部分の中での作動媒体の液化による熱エネルギーの放散のための作動媒体を有しおり、この液化装置は、前記外部導体と緊密な熱接触にあり並びに／もしくは熱放出のための装置を有しており、そして、気化装置は、前記内部導体と緊密な熱接触にあることが有利である。

前記緊密な熱接触は、結果として特に効率的な冷却である。受動冷却装置は、熱放出のための装置として有利に用いられることができる。熱は、前記外部導体を囲んでいる周囲の空気に有利に放出されている。例えば、前記外部導体に取着されることができる冷却リブ装置が、設けられることができ、もしくは、ヒートパイプの外壁が、例えば折り畳むことにより冷却リブを形成することができる。

有利な実施の形態において、前記ヒートパイプは、可撓性の変形できる部分を有している。切り替えプロセスの間、回路遮断器の中で一般に振動が発生し、その結果、前記内部導体と外部導体との間で相対的な動きがある。例えば、特に、絶縁性の中空の本体の領域での前記ヒートパイプにおける漏れに導きうるヒートパイプへの高い機械的な負荷を避けるために、機械的な分離のための手段、例えば、可撓性の管の一部分のような蛇腹又は弾性的な部分が、可撓性の変形可能な部分として設けられることができる。この手段は、同時にまた（熱膨張の結果として生じる）熱機械的な応力の吸収のための手段となることができ、また、別の手段がまたこの目的のために設けられることができる（同様に、例えば、可撓性の管の一部分のような蛇腹又は弾性部分）。このような手段並びに／もしくは機械的分離のための手段は、また部品と製造の耐久性を補償するために用いられることができる。

有利な実施の形態において、前記ヒートパイプは、熱サイフォンの形式である。熱サイフォンの形式であるヒートパイプの場合には、液化された作動媒体は、（主に）重力により輸送されて戻されている。前記液化装置は、このように（重力場において）前記気化器よりも高くに配置され、これらの間には前記ヒートパイプに沿って単調な勾配がなければならない。

さらなる有利な実施の形態において、前記ヒートパイプは、毛管引力により液化した作動媒体を前記気化器に戻すための手段を有している。このような実施の形態は、前記液化装置が前記気化器の下に配置されている時に用いられることが好ましい。しかしながら、この実施形態は、また、熱サイフォンと関連させて用いられることができる。例えば、電気的に絶縁性である多孔質の材料が、毛管引力によって液化した作動媒体を前記気化器に戻すための手段として用いられることができる。網のような構造にされた材料並びに／もしくは編物のような材料は同様に適している。これらのような手段は、前記ヒートパイプの内面に設けられているのが好ましい。

有利な実施の形態において、前記気化器は、前記内部導体の中に一体化されている。例えば、この内部導体は、この内部導体が、前記ヒートパイプの一部分を表しており完全に又は部分的に作動媒体で満たされている１つ以上の容積部を有しているように、設計されることができる。この結果、前記ヒートパイプと内部導体との間にとても良好な熱結合が生じている。

さらなる有利な実施の形態において、前記回路遮断器は、前記内部導体を支持するための支持絶縁体を有しており、前記ヒートパイプの一部分は、この支持絶縁体の中を通っている。このヒートパイプの一部分は、前記支持絶縁体の中に一体化されており、又は、少なくともこの支持絶縁体の中に配置されている。この実施形態の１つの有利な点は、前記ヒートパイプは、前記内部導体と外部導体の配置の対称性と抵触しないか、ほとんど抵触しないことである。前記支持絶縁体は、前記内部導体と外部導体との間の電気的に絶縁性の機械的な接続であることが有利である。

特に有利な実施の形態において、（前記絶縁ギャップの）強化された絶縁耐力を達成するために、前記ヒートパイプは、前記作動媒体に加えて、また、補助ガスを含んでいる。

前記ヒートパイプは、ＨＶ_ｍａｘまでの電気的な高電圧が前記気化器で測定されることができるＴ_ｍｉｎからＴ_ｍａｘまでの温度範囲で前記絶縁ギャップをわたって定常的に印加されることができるように設計されると好都合である。これを欠くと、結果として前記絶縁ギャップの領域でどんな絶縁破壊も生じる。前記ヒートパイプは、前記作動媒体と同じでない補助ガスの部分圧を有し、この補助ガスを与えると、温度Ｔ_ｍｉｎにおいて前記絶縁ギャップを横断して高電圧ＨＶ_ｍａｘが存在する時この絶縁ギャップの領域で全く絶縁破壊が生じない一方で、対照的に、温度Ｔ_ｍｉｎにおいて前記補助ガスは存在しないが前記絶縁ギャップを横断して高電圧ＨＶ_ｍａｘが存在する時この絶縁ギャップの領域で絶縁破壊が生じる。

異なる観点では、本発明は、補助ガスを有するこのようなヒートパイプを与えることとしてみなされることができ、この場合、このヒートパイプは、また、回路遮断器と独立に、そして、あらゆる所望の他の冷却プロセスのために用いられることができる。例えば、本発明は、どんな高電圧装置においても、例えば、変圧器又は高電圧装置において、用いられることができる。

複数のガスのガスの圧力の関数としての絶縁耐力は、例として、絶縁破壊電圧の最小としてのいわゆるパッシェン曲線にもしめされているように、一般に最小を有している。回路遮断器に対して特に興味のある約−４０℃と約＋６０℃との間の温度範囲において、典型的な作動媒体と比較的低い温度（約−５０℃から−１０℃）に対する典型的な作業ガス圧力（冷却動作の間に１００ｍｂａｒから１０００ｍｂａｒ）とに対する絶縁耐力は全く低く、その結果、比較的長い、例えば、５０ｃｍ以上の絶縁ギャップが必要とされることになる。比較的短い絶縁ギャップが、前記ヒートパイプのディメンジョンを減少するために望ましいことになる。

例えば、前記ヒートパイプ内の１００ｍｂａｒから５００ｍｂａｒの大きさのオーダにおける部分圧にある補助ガスは、低い温度においても最小圧力が保障され、こうして前記ヒートパイプ内の対応する絶縁耐力が保障される。作業液体は、作業液体の蒸気圧が補助ガスの圧力を超える温度まで沸騰を始めない。

パッシェン曲線に関連して、これは、この曲線のシフトに対応しており、このように、（また、）絶縁破壊電圧最小の左へのシフトに対応している。すなわち、（全）圧力の低い値掛ける絶縁ギャップ長さに対応している。もし、絶縁ギャップ長さが一定ならば、前記回路遮断器は、こうして、この回路遮断器のＴ_ｍｉｎからＴ_ｍａｘの同じ温度範囲に対して補助ガスの（無限に低くない）部分圧を与えることにより前記回路遮断器に比較的高い電圧を印加されることができるか、もしこの回路遮断器が同じ高電圧に対して設計されているならば比較的広い温度範囲（低い側のＴ_ｍｉｎを有する）に対して用いられることができるかのいずれか一方である。代わりに、比較的短い絶縁ギャップ長さが同じ温度範囲と同じ電圧に対して与えられることができる。

前記補助ガスが、Ｔ_ｍｉｎからＴ_ｍａｘの全温度範囲にわたって気体であることは有利である。前記補助ガスは、このようにとても小さい量の熱だけを放散することができ、この補助ガスは、気化する作動媒体により液化装置の方向に移動される。本質的に前記補助ガスの大半か又は動作状態にある補助ガスの全てで満たされている前記液化装置における補助ガスの保持体積を与えることが可能であることは有利である。これは、前記作動媒体に対して凝縮のために利用可能な領域が、前記補助ガスによって占められないか少ない程度だけ占められることを妨げている。効率的な冷却が達成されている。この補助ガスが保持する体積は固定していることができる（一定の体積容量）。前記補助ガスの保持体積の体積容量は、可変であることが好都合であり、前記ヒートパイプの中の温度と内部圧力と共に増加している。このような補助ガスの保持体積は、変形可能であるように（例えば、蛇腹の形式で）設計されていることが好都合であり、例えば、変形可能な材料から形成されている。

前記補助ガスの部分圧は、動作条件（典型的にはＴ_ｍａｘで）において前記ヒートパイプの(全)内部圧力が、このヒートパイプを（ちょうど）囲んでいる外部圧力に対応するように、すなわち、典型的には約１ｂａｒ（１０００ｍｂａｒ±１００ｍｂａｒから２５０ｍｂａｒ）又は好都合なことにはほぼ１ｂａｒであるように、前記補助ガスの分圧が選択されていることは有利である。比較的低い又は有利なことには比較的高い圧力を前記ヒートパイプの中で与えることは、また可能である。２ｂａｒ以上又はそうでなければ数十ｂａｒは、例えば、作動媒体としてアンモニウムを用いて、例えば、比較的短い絶縁ギャップを与えることを可能にすることにより必要な設計の複雑さ（圧力封止）を補うことがことができる。

前記内部導体は、各々が少なくとも１つのヒートパイプを設けられている複数の部分を有する事が有利である。特に、長い内部導体を有するとても長い回路遮断器の場合には、とても効率的な冷却は各々の場合に少なくとも１つのヒートパイプを回路遮断器の複数の部分に関連付けることにより可能である。これら複数の部分は、前記内部導体の長手方向の範囲に沿って, 長手方向に１つが他の１つの後ろにあるように配置されている。

本発明に係る回路遮断器は、各々が内部導体と外部導体と少なくとも１つのヒートパイプとを備えている複数のスイッチ極（pole）を有している。

好ましい実施の形態において、前記回路遮断器は、発電機（generator）回路遮断器である。

本発明に係る、ハウジングのような外部導体により囲われている、回路遮断器の細長い内部導体を冷却するための方法は、作動媒体が熱エネルギー（一般に特に熱損失）の吸収により前記内部導体から気化され、熱を放出して液化され、この気化と液化とが異なる電気ポテンシャルにおいて起こっていることで特徴付けられる。

さらなる好ましい実施の形態と有利な点とは従属特許請求項と図とから明らかになる。

本発明の主題は、以下の文章の中で添付されている図面に示されている好ましい例示的な実施の形態を参照してより詳細に説明される。

図面の中で用いられている参照符号と、その意味とは、参照符号のリストの中に要約の形式で挙げられている。基本的に同一の部分又は同じ効果を有する部分には、図面の中で同一の参照符号が設けられている。本発明を理解するのに本質的でない部分は、示されていない場合がある。記述されている例示的な実施の形態は、本発明の主題の例を表しており、制限する効果は有していない。

図１は、概略的に断面の形式で、３極発電機回路遮断器を示している。スイッチ極２０Ｒ、２０Ｓ及び２０Ｔの各々は、管状の内部導体２１Ｒ、２１Ｓ及び２１Ｔを有しており、これら内部導体は、それぞれのハウジングのような外部導体２２Ｒ、２２Ｓ及び２２Ｔに囲われている。動作の間、高電圧ＨＶが、前記内部導体とそれぞれの外部導体との間に存在しており、これら外部導体は、接地ポテンシャルＧにあり、戻り電流を運んでいる。一般に、図１に示されている状況と比較して、３つの極は、共通のスターポイントで設置されている。前記内部導体は、収納され、一般に前記外部導体よりも小さな断面を有するため、放散される必要がある熱損失は、この内部導体で発生される一方、周囲の空気にさらされている前記外部導体は、比較的少ない程度まで加熱されている。

前記内部導体２１Ｒ、２１Ｓ及び２１Ｔの各々は、前記内部導体からの熱損失を放散させるために（少なくとも）１つのヒートパイプ１により冷却されている。回路遮断器の各極は、典型的に同じ形式で配置され設計されているヒートパイプ１により冷却されている。しかしながら、図１は、各々の極において異なるヒートパイプの配置を示している。各ヒートパイプ１は、気化器３として言及されるこのヒートパイプ１の一部分で気化されている作動媒体を有しており、液化装置４として言及されるこのヒートパイプ１の一部分で液化されている。

Ｒ−極（図１で左側）：
前記気化器３は、（例えば、アルミニウムで構成されている）２つの金属の部材を有しており、これら部材は、本質的に中空の円筒の部分であり、これら部材の形状は前記内部導体２１Ｒの形状に整合されており、これら金属部材は、この内部導体２１Ｒにこの内部導体２１Ｒとの十分な熱接触で取着されている。これら部材は、中空体の形式で、主に液体の作動媒体で満たされている。これら中空体は、好ましくは、このヒートパイプ１の部分である金属のチューブにより互いに接続されている。

前記ヒートパイプの側面の残りの部分で、このヒートパイプは、前記気化器３と液化装置４との間の電気的な分離のために用いられている絶縁性中空体５を有している。この絶縁性中空体５は、例えば、ガラスのチューブ（例えば、隣接するコバール（登録商標）を備えたホウケイ酸塩ガラスで構成された）と、セラミックのチューブ（例えばＡｌ_２Ｏ_３で構成された）とであることができ、ヒートパイプのさらなる部分に耐ガスの仕方で接続されている。図１に概略的に示されているように、前記絶縁性中空体５は、例えばシリコン又はセラミックで構成されているシールドを有することができる。この絶縁性中空体５は、絶縁ギャップ７を形成している（図１の中央のＳ極のために示されている）。この絶縁ギャップ７は、前記回路遮断器に定常的に印加されている定格電圧（典型的には約１０ｋＶから４０ｋＶ）及びこの回路遮断器に短時間印加される短絡電圧又は雷撃サージ電圧（典型的には１００ｋＶ又は数百ｋＶ）に耐えることができなければならない。

さらなる、好ましくは、金属の、管部分は、前記絶縁性中空体５を前記液化装置４に接続している。この金属の管部分と、前記気化器３及び液化装置４の間の前記絶縁性中空体５との配置の順番は、また、逆にすることができる。前記絶縁性中空体５と、前記ヒートパイプ１の隣接する部分との間の接続は、例えば、真空妨害物（vacuum interrupters）の製造から知られているような接続技術（はんだ付け）により構成されることができる。このような連結は、また封止とフランジとにより設けられることができる。このような連結の近傍における場のピークを避けるために、シールド電極が、このような連結の近くに設けられることができる。

前記液化装置４は、好ましくは金属の冷却リブ装置８を有し、この冷却リブ装置８は、前記外部導体２１Ｒの上部傾斜に取着され、有利なことには、後でこの管システムの中で凝縮され前記気化器３に再び戻って流れるために中を気体状の作動媒体が通ることができる管システムを有している。このような管システムの部分は、少なくとも前記冷却リブのいくつかの中に配置されていることが好都合である。

前記冷却リブ装置８は、前記外部導体２２Ｒ及び周囲の空気と熱的な接触にあり、このように熱の効率的な放散を可能にしている。この冷却リブ装置８は、また無くてもよく、前記液化装置４と外部導体２２Ｒとの間の熱的な接触並びに／もしくは前記液化装置４の前記外部導体への取着は、同様に無くてもよい。前記液化装置の少なくとも一部分が前記外部導体２２Ｒの外側に配置されることは有利である。前記冷却リブ装置８への代わりとして、複数の他の装置、例えば熱交換器が、また、熱放出８のために用いられることができる。強制冷却が、またこの場合、例えば、ファンにより、実行可能である。

Ｓ極（図１の中央）：
前記気化器３は、２掛ける２つの金属の部材を有し、これら部材は、本質的に中空の円筒の形式であり、これら部材の形状は、前記内部導体２１Ｓの形状に整合されており、これら部材は、十分な熱的接触でこの内部導体２１Ｓに取着されている。これら部材は、主に液体の作動媒体に満たされており、好ましくは、前記ヒートパイプ１の一部分である金属のチューブにより互いに接続されている。平面状の平坦な部分が外部導体２２Ｓに設けられることができ、この部分で前記部材が前記内部導体２１Ｓと例えば、ねじ止めによって、接触されている。

前記ヒートパイプ１の可撓性の変形可能な部分９がまた概略的に示されており、例えば、蛇腹９によって形成されている。前記回路遮断器が接続され又は切断される時に生じるような機械的な振動の前記ヒートパイプ１への影響はこのように減少されることができる。前記ヒートパイプ１への機械的な負荷と、特に前記絶縁性中空体５と前記ヒートパイプ１のさらなる部分との間の連結への機械的な負荷は、このように大いに減少されることができ、このように、封止と前記ヒートパイプの寿命とに寄与している。金属−ガラス及び金属−セラミックの連結は、特に機械的な負荷に敏感である。

前記Ｓ極２０Ｓの場合、前記液化装置４は、前記外部導体２２Ｓの上部（カバー）に合わせられている。このような前記外部導体の一部分は、一般に、前記スイッチ極の内部をアクセス可能にするために、この部分が動かされ／除去され／回転されることができるように設計されている。その結果、前記ヒートパイプは、例えば、少なくとも１つの可撓性の接続部材により前記気化器に対する前記液化装置の対応する動きが可能であるように設計されることが有利である。例として、前記ヒートパイプが前記外部導体の（固定された）壁を通り抜け、それにもかかわらずこの外部導体の動く部分に（例えば、有利なことには回動する上部に）配置されることがまた可能である。この場合、前記ヒートパイプの可撓性の接続部材は、このヒートパイプを開かないで前記動く部分の運動により前記外部導体が開かれることを可能にすることが有利である。

しかしながら、一般には、前記液化装置４は、前記外部導体を通り抜け並びに／もしくはこの外部導体と組み立て又はメインテナンスの作業の間前記内部導体に対して動かない点で好ましくは接触している。

図１の左と中央とに示されている２つの部材及び４つの部材の代わりに、ヒートパイプ１は、また前記内部導体２１から熱を吸収する１、３、５、６、７、８若しくはそれ以上の部材を有することができる。

Ｔ極（図１の右側）：
Ｔ極において、前記気化器５は、前記内部導体２１Ｔの中に好ましくは前記内部導体の断面の中に設けられている複数の管の形式で一体化されている。これは、前記内部導体２１Ｔと気化器３との間にとても良い熱的な結合を与えている。前記Ｒ極とＳ極との場合において、前記液化装置４は、常に前記気化器３の上に配置され、その結果、対応する前記ヒートパイプ１は、熱サイフォンの形式であるが、前記Ｔ極は、前記液化装置４が前記気化器３の下に配置されている状況を示している。この場合、液化した作動媒体を前記気化器に戻すための手段が設けられなければならない。これは、毛管引力により動作できることが好ましい。少なくとも、前記絶縁ギャップ７の領域の中では、液化した作動媒体を前記気化器に戻すための手段は、電気的に絶縁性でなければならない。

前記ヒートパイプ１の一部分は、前記内部導体２１Ｔを支持している支持絶縁体２４の中を通っている。このことは、ヒートパイプ１の設置にもかかわらず、前記内部導体／外部導体の配置の対象性に影響を与えることを避けている。前記液化装置４は、前記外部導体２２Ｔの底部の中又は上に設けられている。

図２は、概略的に、図１（左側）に示されている前記Ｒ極に似た方法で設計されている回路遮断器すなわちスイッチ極２０の部分断面平面図を示している。前記内部導体２１は、複数の部分２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ及び２３ｅを有している。これら部分の複数（３つ）には、本質的に対称的に配置されている２つのヒートパイプ１が設けられている。

前記部分２３ａは、前記回路遮断器２０の発電機のアース（outgoer）への接続のために用いられている接続ハウジング２３ａである。この接続ハウジング２３ａは、２つのヒートパイプ１により冷却され、これらヒートパイプ１は、冷却リブ８を各々で前記外部導体２２の１つの側壁に有している。前記部分２３ｂは、クエンチングチャンバであり、接点の切断（contact disconnection）のためとアークを止める（quenching）ためとに用いられる。この部分は、駆動（drive）ハウジング２３ｃにより従われており、この駆動ハウジング２３ｃの中では、前記クエンチングチャンバ２３ｂの中での接点の切断を可能にするために駆動が整えられている。この駆動ハウジング２３ｃは、２つのヒートパイプ１により冷却されており、ヒートパイプ１の各々は、２つの部材（中空の本体）を有しており、これらは、前記駆動ハウジング２３ｃに取着され、この駆動ハウジング２３ｃと十分な熱的な接触がある。

可動分離（moving isolator）チューブ２３ｄが、それから前記駆動ハウジング２３ｃに設けられ、可視の絶縁ギャップを発生させるために用いられている。この可動分離チューブ２３ｄは、分離（isolator）ハウジング２３ｅに従われており、この分離ハウジング２３eは、前記分離チューブを収容するために用いられている。この分離ハウジング２３ｅは、前記接続ハウジング２３ａと同じ方法で冷却されている。

ヒートパイプ１が、図３に概略的に示されており、このヒートパイプの中に閉じられた回路が生成されメインテナンスが全く必要とされないように密閉封止されている。前記気化器３は、冷却される本体への熱的な結合のために用いられている部材（例えば、回路遮断器の内部導体）を有している。あらゆる電気的ポテンシャルの違いに橋をかけるために用いられ、絶縁ギャップ７を形成している前記絶縁中空体５は、図示されているようにシールドが設けられていることが有利である。

さらに、図３に示されている前記ヒートパイプ１は、蛇腹で構成されている可撓性の領域９を有している。結果として、この領域９の両側に延びている、前記ヒートパイプ１の複数の部分は、互いに対して動くことができる。その結果、振動の場合に起こるような過度の機械的な応力は、吸収され、このヒートパイプ１の漏れに導かない。このヒートパイプ１の可撓性の変形可能な部分９は、例えば、また、男性的な材料で構成された中空体により構成されることができる。図３に示されているヒートパイプの前記液化装置４には、冷却リブ８が設けられている。前記可撓性の変形可能な部分９と、前記気化器３及び液化装置４の間の前記絶縁性中空体５との順序は、また逆にされることができる。

保持体積１１が、前記液化装置４の領域に設けられており、この体積は、前記ヒートパイプ１の内部の圧力変化の場合に変化できるのが有利である。前記作動媒体２に加えて、前記ヒートパイプの中にはまた補助ガス６がある。この補助ガス６は、前記ヒートパイプ１に対して規定されている全温度範囲にわたって気体状であるであるべきである。このような補助ガス６の有利な点は、図４と関連して以下でさらに説明されている。

前記補助ガスは、冷却にとてもわずかにだけ寄与することができ、（冷却プロセスの間）連続的に気化している前記作動ガス２により前記液化装置４の方向に駆動されているので、この補助ガス６は、前記作動ガス２の液化のために用いられることができる前記液化装置４の表面をふさぐことができ、このように前記ヒートパイプ１の冷却力を減少している。もし、図３に図示されているように、装置８が熱放出のために設けられているならば、この装置８は、また、可能な限り良く可能な限り広い領域に渡る熱的な接触を前記作動ガス２とすることができるべきである。結果として、前記保持体積１１は、補助ガス６を収容するために設けられている。最適な場合には、前記保持体積１１は、典型的な冷却プロセス（典型的な熱的な力が放散される）の間、前記補助ガス６の全てを含み、ほとんど全く作動ガスを含んでいない。このことは、複数の冷却リブ８が設けられている前記ヒートパイプ１の全内部領域が、液化のために前記作動ガス２に常に利用可能であり、前記作動ガス２は、前記保持体積１１の中で全く液化しないか、ほとんど全く液化しないことを意味している。

前記補助ガス６の目的を説明するために図４が参照される。図４において太い実線により示されている曲線３０は、概略的に、前記ヒートパイプ１の中に作動ガス２だけがあり、補助ガス６が全くない状況に対するパッシェン曲線を表している。ｐ_ｔｏｔ・ｄが、ｘ軸にプロットされており、ここでｐ_ｔｏｔは、前記ヒートパイプ１の中の全圧であり、ｄは、前記絶縁ギャップ長さ（異なる電気ポテンシャルにある２つの部分の間の距離で、この場合は、本質的に前記絶縁中空体５の長さ）である。ＨＶ_ｍａｘが、ｙ軸にプロットされており、ＨＶ_ｍａｘは、対応するｐ_ｔｏｔ・ｄの値と、ＨＶ_ｍａｘが差を有している対応する絶縁ギャップ長さとを有している対応する圧力での対応するガス混合物の中で生じる電気的な絶縁破壊が生じる高電圧である。前記パッシェン曲線は、ガス混合物（この場合には作動ガス２）絶縁耐力が特に低い最小を有している。

もし、前記パッシェン曲線が前記ヒートパイプ１に関連しているならば、前記絶縁ギャップ長さｄは、一定であり、保持体積１１が全くなく、又は、この体積の内容が本質的に一定であるなら、圧力は、前記気化器３に近い前記気体状の作動媒体２の温度と連続関数により結合されている（前記作動媒体の蒸気圧は、温度が上昇するにつれて、上昇する）。ほぼ特定のｐ_ｔｏｔ・ｄの値に対応しており、前記ヒートパイプ１の最低及び最高動作温度を示している温度Ｔ_ｍｉｎとＴ_ｍａｘとは、したがって、ｘ軸にプロットされることができ、前記気化器３に近い前記動作媒体２の最小及び最大気体温度に対応している。ヒートパイプ１が設計されることができる動作温度範囲は、特定の応用におけるこの温度範囲を所定のものとすることによりあらかじめ決められることができる。例えば、典型的な回路遮断器、例として、発電機回路遮断器、の応用に対して、Ｔ_ｍｉｎ＝−４０℃及びＴ_ｍａｘ＝＋６０℃又はＴ_ｍｉｎ＝−２５℃及びＴ_ｍａｘ＝＋６０℃の範囲が可能である。

典型的な動作媒体に対して、温度範囲は、前記パッシェン曲線の右に位置されており、Ｔ_ｍｉｎは、比較的最小に近い。このように、図４にも示されているように、このことは、比較的低いＨＶ_ｍａｘの結果となる。これは、小さい電圧ＨＶだけが前記絶縁ギャップに印加されることができるか、又は、この絶縁ギャップの長さが大きくなるように選ばれなければならないか、のいずれか一方を意味している。前記ヒートパイプ１の閉じたシステムにおける前記作動媒体２の気体圧力は、唯一温度によって支配されている。回路遮断器の応用において、絶縁破壊なしで前記絶縁ギャップ７を横断してかけられている電圧ＨＶは、一般に、予め定められており、前記絶縁ギャップ長さｄは、特に、もし前記内部導体と外部導体との間の距離が小さいならば、比較的小さいことが有利である。短い絶縁ギャップ長さｄは、前記ヒートパイプの物理的長さが比較的小さく、対応して短い絶縁中空体が、一般に、比較的良い機械的な特性を有しているという有利な点がある。

それにもかかわらず前記ヒートパイプ１に対して改良された絶縁耐力を与えることの発明の可能性（inventive option）は、前記動作媒体２と異なっている補助ガス６及びこの動作媒体２それ自身を前記ヒートパイプ１の中に追加的に与えることを有している。特定の最小圧力そして予め定めることができる最小絶縁耐力は、こうして、低い温度に対して、そして対応して前記作動媒体の低い圧力に対して予め定められることができる。前記パッシェン曲線の表現において、これは、第１近似でパッシェン曲線３０の左へのシフトとして示されており、このように、破線の太線により示されている新しいパッシェン曲線３１の結果となる。どの作業媒体２が使われ、前記補助ガス６としてどのガスが使われるかに依存して、前記新しいパッシェン曲線は、いくらか異なった形状を有し、いくらか上向きか又は下向きにシフトされている（例として、図４におけるパッシェン曲線３１’と３１’’を見よ）。

図４は、前記曲線３１が、前記作動媒体／補助ガス混合物に対する関連する曲線である時、前記補助ガス６の追加によってΔＨＶ_ｍａｘだけ著しく増加された絶縁破壊電圧が達成されている。このように、前記補助ガス６は、前記絶縁ギャップ７を短くすることと、動作温度範囲を広くすることと並びに／もしくは印加されることができる電圧を増加させることを可能にしている。

適当な作動媒体２は、例えば、アセトン、３Ｍ（登録商標）会社からの「ＦＣ−７２」のようなフッ化炭水化物又は３Ｍ（登録商標）会社からの「ＨＦＥ−７１００」のようなフッ化水素エーテルである。適当な補助ガス６は、例えば、ＳＦ_６、空気又は窒素、若しくはガス混合物であることができる。前記作動媒体と補助ガスとの両方は、電気的に絶縁性でなければならず、そして、適当な絶縁耐力を有していなければならない。前記動作媒体２の電気伝導度は、典型的に１×１０^−６（Ω・ｃｍ）^−１未満であり又は少なくとも５×１０^−６（Ω・ｃｍ）^−１未満であるべきである。

典型的な補助ガス圧力は、１００ｍｂａｒから４００ｍｂａｒである。典型的な絶縁ギャップ長さ７は、ほぼ５０ｍｍから４００ｍｍである。ヒートパイプ１により放散されている熱的な仕事率は、典型的に、０．５ｋｗと１．５ｋｗとの間である。

図５は、概略的に、断面の形式で絶縁中空体５の有利な実施の形態の詳細を示している。この絶縁中空体５は、絶縁材料１２、例えば、ガラス繊維強化プラスチック、の管状の部品である。この絶縁材料１２は、担体材料（carrier material）１２として用いられ、中に複数の拡散抑制器（diffusion inhibitor）１３が組み込まれている。この担体チューブ１２は、電気的に絶縁性であり、ある程度の機械的な可撓性を有している。この程度まで、可撓性の材料に基づいて製造されたこのような絶縁中空体は、また、前記ヒートパイプ１の可撓性の部分９の機能を実行することができる。その結果、いかなるそのような別の部分９を設ける必要もない。

これらのような材料１２の場合には、拡散抑制器１３は、一般に必要であり、又は、少なくとも好都合である。典型的な動作媒体２と補助ガス６とはこの拡散抑制器を通って拡散することができ並びに／もしくは、空気並びに／もしくは水蒸気は、前記ヒートパイプの中へと拡散することができる。その結果、このヒートパイプの熱輸送特性は、経時変化する。前記拡散抑制器１３は、分子がこのヒートパイプの中から拡散することを妨げている（拡散障壁；拡散の阻止）。複数の金属層１３すなわち金属フォイル１３は、拡散抑制器１３として用いられることができることは有利であり、管状であるのが有利である。例えばフィルムの形式のポリマは、同様に拡散抑制器１３として用いられることができる。少なくとも２つ、３つ、４つ、５つ、６つ又はそれ以上のこのような拡散抑制器１３が、前記担体チューブ１２の中に非常に有利な仕方で導入されている。正確には、これら拡散抑制器が、前記ヒートパイプ１の内部から前記絶縁中空体５を通って外向きに拡散しようとする分子に対してとても長い拡散行程を与えるような仕方で導入されている。例えば、図５に示されているように、非常に多数で互いに重なり合っており、わずかに異なる直径を有する、管状の拡散抑制器１３が用いられることができる。前記拡散抑制器１３が電気的に伝導性であるとすると、適当な絶縁耐力を達成するために、異なる電気的なポテンシャルにある複数の拡散抑制器１３の間に最小の隔たりが維持されなければならない。複数の前記拡散抑制器と絶縁ギャップの端部との間の距離も考慮に入れることができる。例として、最も内側の拡散抑制器チューブ１３と最も外側の拡散抑制器チューブ１３とは、電気的キャパシタの形式で高電圧ＨＶ又は接地ポテンシャルＧに接続されている一方で、間に位置されている拡散抑制器チューブ１３は、分圧器として振舞っている。その結果、前記高電圧ＨＶの一部分だけが２つの隣接する拡散抑制器チューブ１３の間にかかっている。しかしながら、代わりに、例えば、隣接する拡散抑制器チューブ１３は、また、各々が前記ヒートパイプに存在している接地ポテンシャル又は高電圧ポテンシャルにあることができる。

ヒートパイプは、また互いに接続されている複数の中空の部分、例えば、ループの形式で互いに接続されている２つの中空の部分、を有していることができる。例として、気化した作動媒体は、１つの中空の部分の中を前記液化装置に流れることができる一方、液化した作動媒体は、他の中空の部分の中を前記気化器に流れて戻っている。実は、このようなヒートパイプの場合、複数の絶縁中空体が、設けられなければならない。

断面図の形式でヒートパイプの配置の３つの異なるタイプを示している３極発電機回路遮断器を示している。 主に断面の平面図で、複数の部分を有する内部導体を有し、複数のヒートパイプを備えている回路遮断器すなわちスイッチ極を示している。 可撓性の変形可能な部分を有するヒートパイプと、補助ガスと、補助ガス保持体積とを示している。 補助ガスがある場合とない場合の作動媒質のパッシェン曲線を示している。 断面図の形式で、絶縁中空体の１つの可能な改良（詳細）を示している。

符号の説明

１…ヒートパイプ、２…作動媒体、３…気化器、４…液化装置、５…絶縁中空体、ガラスチューブ、セラミックチューブ、６…補助ガス、７…絶縁ギャップ、８…熱放出のための装置、熱交換器、冷却リブ装置、ラジエータ、９…ヒートパイプの可撓性の変形可能な部分、１０…毛管引力により液化した作動媒体を気化器にもどすための手段、１１…補助ガスのための保持体積、１２…担体物質、担体チューブ、ガラス繊維強化プラスチック、１３…拡散抑制器、金属フォイル、金属シリンダ、２０…回路遮断器、スイッチ極、発電機回路遮断器、２０Ｒ…スイッチ極、２０Ｓ…スイッチ極、２０Ｔ…スイッチ極、２１…内部導体、管状導体、２２…外部導体、カプセル化、ハウジング、２２Ｒ…外部導体、２２Ｓ…外部導体、２２Ｔ…外部導体、２３…内部導体の部分、２３ａ…接続ハウジング、２３ｂ…クエンチングチャンバ、２３ｃ…駆動ハウジング、２３ｄ…可動分離チューブ、２３ｅ…分離ハウジング、２４…支持絶縁体、３０…補助ガスなしの作動媒体に対するパッシェン曲線、３１…補助ガスありの作動媒体に対するパッシェン曲線、３１’…補助ガスありの作動媒体に対するパッシェン曲線、３１’’ …補助ガスありの作動媒体に対するパッシェン曲線、ｄ…絶縁ギャップ長さ、異なる電気的なポテンシャルにある２つの部分の間の距離、Ｇ…接地ポテンシャル、ＨＶ…高電圧、ＨＶ_ｍａｘ…高電圧、ｐ…補助ガスの分圧、ｐ_ｔｏｔ…全圧、Ｔ_ｍｉｎ…温度、Ｔ_ｍａｘ…温度。

Claims (14)

1. 細長い内部導体（２１）と、ハウジングのようにこの内部導体（２１）を囲んでいる外部導体（２２）とを有する回路遮断器（２０）において、
   少なくとも１つのヒートパイプ（１）が、前記内部導体（２１）から熱エネルギーを放散させるために設けられ、この内部導体（２１）から前記外部導体（２２）へと延びており、電気的な絶縁ギャップ（７）を形成するために絶縁中空体（５）を有していることを特徴とする回路遮断器。
2. 前記ヒートパイプ（１）は、気化器（３）と称されるこのヒートパイプ（１）の一部分での作動媒体（２）の気化による熱エネルギーの放散のために、そして、液化装置（４）と称される前記ヒートパイプ（１）の一部分でのこの作動媒体（２）の液化による熱エネルギーの放散のために、作動媒体（２）を中に含み、また、前記液化装置（４）は、前記外部導体（２２）と緊密に熱的な接触をしており、並びに／もしくは、熱放出のための装置（８）を有し、さらに、前記気化器は、前記内部導体と緊密に熱的な接触をしていることを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器。
3. 前記ヒートパイプ（１）は、前記外部導体（２）の外側に延びていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回路遮断器。
4. 前記ヒートパイプ（１）は、可撓製の変形可能な部分（９）を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の回路遮断器。
5. 前記ヒートパイプ（１）は、熱サイフォンの形式であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の回路遮断器。
6. 前記ヒートパイプ（１）は、液化した作動媒体（２）を前記気化器（３）に毛管引力により戻すための手段（１０）を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１に記載の回路遮断器。
7. 前記気化器（３）は、前記内部導体（２１）と一体化されていることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１に記載の回路遮断器。
8. 前記回路遮断器は、前記内部導体（２１）を支持するために支持絶縁体（２４）を有し、また、前記ヒートパイプ（１）の一部分は、この支持絶縁体（２４）の中を通っていることを特徴とする請求項２乃至７のいずれか１に記載の回路遮断器。
9. 前記ヒートパイプ（１）は、前記絶縁ギャップ（７）の絶縁耐力を増加するために、前記作動媒体（２）に加えて、補助ガス（６）も有することを特徴とする請求項２乃至８のいずれか１に記載の回路遮断器。
10. 前記ヒートパイプ（１）は、前記気化器（３）の所で測定されることができるＴ_ｍｉｎからＴ_ｍａｘの温度範囲で前記絶縁ギャップ（７）を横断して定常的にＨＶ_ｍａｘまでの電気的高電圧（ＨＶ）が印加されることができるように、設計され、このことを欠くと、結果として、前記絶縁ギャップ（７）の領域であらゆる絶縁破壊を生じ、また、前記ヒートパイプ（１）は、前記作動媒体（２）と同一ではない補助ガス（６）の分圧を有し、この補助ガス（６）を与えると、温度Ｔ_ｍｉｎにおいて前記絶縁ギャップ（７）を横断して前記高電圧ＨＶ_ｍａｘが存在する時、この絶縁ギャップ（７）の領域において絶縁破壊は全く生じない一方、対照的に、前記補助ガス（６）は存在しないが、前記高電圧ＨＶ_ｍａｘが温度Ｔ_ｍｉｎで前記絶縁ギャップ（７）を横断して存在する時、この絶縁ギャップ（７）の領域において絶縁破壊が生じることを特徴とする請求項２乃至８のいずれか１に記載の回路遮断器。
11. 前記内部導体（２１）は、各々に少なくとも１つの前記ヒートパイプ（１）が設けられている複数の部分（２３）を有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１に記載の回路遮断器。
12. 複数のスイッチ極（２０Ｒ、２０Ｓ、２０Ｔ）を更に具備し、これらスイッチ極は、各々、前記内部導体（２１Ｒ、２１Ｓ、２１Ｔ）と、前記外部導体（２２Ｒ、２２Ｓ、２２Ｔ）と、少なくとも１つの前記ヒートパイプ（１）とを有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１に記載の回路遮断器。
13. この回路遮断器は、発電機回路遮断器であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１に記載の回路遮断器。
14. ハウジングのような外部導体（２２）により囲まれている、回路遮断器の細長い内部導体を冷却する方法において、作動媒体（２）は、この内部導体（２１）からの熱エネルギーの吸収により気化され、また、熱を放出して液化され、この気化と液化とは異なる電気的ポテンシャルにおいて起こっていることを特徴とする方法。

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