JP2006295021A - 電力機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 油量を節約可能とした電力機器を提供する。
【解決手段】 本体容器２内に、通電によって発熱する電力機器本体４および絶縁油６が収納されている。蒸発器８は、本体容器２の側面２ａに取り付けられていて、内部に水を貯めるものである。内部に水を貯める保水材１２が蒸発器８内部の本体容器２側の側面１０に接触して取り付けられていて、保水材１２に保水された水が電力機器本体からの熱によって蒸発させられる。放熱凝縮器１８は、蒸発器８の側方に配置されていて、蒸発器８内の水蒸気が導かれ、放熱によって冷却し、凝縮させて水に戻す。上部配管２０は、蒸発器８の上部と放熱凝縮器１８の上部との間を接続していて、蒸発器８内の水蒸気を放熱凝縮器１８へ導く。下部配管２２は、蒸発器８の下部と放熱凝縮器１８の下部との間を接続していて、放熱凝縮器１８内の水を蒸発器８内へ導く。
【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、整流器等の電力機器に関し、特に、本体容器内に、通電によって発熱する電力機器本体および絶縁油が収納された油入電力機器において、絶縁油の量を節約できる電力機器に関する。

本体容器内に、通電によって発熱する電力機器本体（例えば変圧器本体、リアクトル本体等）および絶縁油が収納された電力機器（例えば変圧器、リアクトル等）は公知である。

このような電力機器の従来例の概略図を図３に示す。なお、油入電力機器についての一般的な説明が非特許文献１に記載されている。

図３において、この電力機器は、本体容器２の側方に放熱器（ラジエータ）２６が設けられている。

本体容器２内の絶縁油６は、上部配管２８から放熱器２６に導かれて冷却されたのち、下部配管３０から本体容器２内に戻る。このように、本体容器２内に収納された絶縁油６が本体容器２と放熱器２６との間を循環することによって、本体容器２内に収納された電力機器本体４が冷却される。なお、放熱器２６には、冷却効率を高めるために、複数枚の放熱パネル３２が設けられている。

「電気工学ハンドブック」，社団法人電気学会，１９７８年，ｐ．８２０

上記電力機器においては、本体容器２および放熱器２６のいずれにも絶縁油６が収納されることとなり、油量が多いといった課題がある。

特に、近年は、環境面への配慮から、シリコーン油や菜種油に代表される難燃性油を用いた電力機器が注目を集めており、これらの難燃性油は高価であるが故、油量が多いとコストが高くなってしまう。

そこでこの発明は、油量を節約可能とした電力機器を提供することを主たる目的とする。

この発明に係る電力機器は、本体容器内に、通電によって発熱する電力機器本体および絶縁油が収納された電力機器において、前記本体容器の側面に取り付けられていて、内部に水を貯める蒸発器と、前記蒸発器内部の前記本体容器側の側壁に接触させて取り付けられていて、内部に水を貯めるものであって、かつ当該水が前記電力機器本体からの熱によって蒸発させられる保水材と、前記蒸発器の側方に配置されていて、前記蒸発器内の水蒸気が導かれ、放熱によって当該水蒸気を冷却し、凝縮させて水に戻す放熱凝縮器と、前記蒸発器の上部と前記放熱凝縮器の上部との間を接続していて、蒸発器内の水蒸気を放熱凝縮器内へ導く上部配管と、前記放熱凝縮器の下部と前記蒸発器の下部との間を接続していて、放熱凝縮器内の水を蒸発器内へ導く下部配管とを備えることを特徴としている。

これによれば、通電によって発熱した電力機器本体からの熱は、絶縁油を通して本体容器の壁面に伝わり、更にこの壁面を通して保水材に保水された水に伝わる。保水材に保水された水は本体容器からの熱によって蒸発し、この水蒸気は、放熱凝縮器に導かれて水となって蒸発器に戻る。本体容器の壁面、ひいては絶縁油は、保水材に保水された水が蒸発する際の蒸発潜熱によって冷却される。

この電力機器は、前記保水材が、前記本体容器側の側面のほぼ全面に接触して取り付けられていても良い。

これによれば、蒸発器内の水は保水材に吸収されるので、蒸発器内の水位を低くしかつ本体容器側の側面の広い領域から熱を奪うことができる。

この電力機器は、前記蒸発器、前記放熱凝縮器、前記上部配管及び前記下部配管の内部が密閉されていると共に大気圧に対して負圧に保持されていても良い。

これによれば、１００℃よりも低い温度で保水材に保水された水を蒸発させることができる。

請求項１に記載の発明によれば、絶縁油が本体容器にのみ収納されるので、放熱器の容量分の絶縁油の油量を節約することができ、その分コストを抑制できる。

請求項２に記載の発明によれば、蒸発器内の水位を低くしつつかつ本体容器の側面の広い領域から蒸発潜熱により熱を奪うことができるので、蒸発器を小さくできると共に本体容器側の側面、ひいては絶縁油の冷却効率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３に記載の発明によれば、１００℃よりも低い温度で保水材に保水された水が蒸発するので、本体容器側の側面、ひいては絶縁油の冷却性能をより一層高め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概略図である。

この電力機器は、本体容器２内に、電力機器本体４および絶縁油６が収納されている。

この電力機器本体４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。

本体容器２の側面２ａには、水１６を貯める密閉式の蒸発器８が例えば溶接により取り付けられている。この実施形態では、本体容器２の側面２ａに、蒸発器８を直接接触させて取り付けている。

但し、このようにする代わりに、本体容器２の側面２ａと蒸発器８との間に、必要に応じて、例えば鉄板、ステンレス鋼板等の伝熱体を介在させて取り付けても良い。要は、蒸発器８を本体容器２に熱的に（好ましくは小さい熱抵抗で）結合させて、本体容器２の熱を蒸発器８に効率よく伝えることができれば良い。

また、蒸発器８は、通常四つの側面を有する本体容器２のうち一部の側面にのみ取り付けられていても良いが、複数の側面に、例えば２面に取り付けられていても良い。その場合は、例えば、各蒸発器８に対応させて放熱凝縮器１８を設ければ良い。

また、この実施形態では、本体容器２内に絶縁油６を充満させており、この絶縁油６の膨張・収縮を吸収する油量調整装置（これはコンサベータとも呼ばれる）を備えているけれども、その図示を省略している。更に、本体容器２の上面には、電力機器本体４への入出力用のブッシングも取り付けられているが、その図示も省略している。

蒸発器８の内部の本体容器２側の側面（側壁と呼ぶこともできる）１０には、内部に水を貯める保水材１２が、側面１０に接触して取り付けられている。この保水材１２の下端部は、蒸発器８の内部に貯められた水１６に浸かっている。これにより、蒸発器８の内部に貯められた水１６が保水材１２に吸収される。

保水材１２を取り付けておく範囲は、本体容器２側の側面１０の上端から下端、即ち、この側面１０のほぼ全面に接触するように取り付けられていることが好ましい。ここで「ほぼ全面」とは、実質的に全面（全面を含む）であることを意味する。また、保水材１２は、更に蒸発器８の本体容器２側の側面１０以外の面に取り付けておいても良い。

また、側面１０への保水材１２の取り付けは、例えばエキスパンドメタルで側面１０に押さえ付けることによって行われる。これにより、側面１０に保水材１２を接触させつつ固定することができる。

この保水材１２は、例えば吸水性繊維または多孔質セラミック等、多数の微細な孔を有する毛細管現象が高い吸水性繊維等から成る。このような保水材１２は、例えば、それ自身の体積の５０〜８０倍程度の水を貯めることができ、蒸発器８の内部に貯められた水１６を吸収する。これにより、保水材１２は、水１６に浸かっている部分のみでなくほぼ全部分において保水している。保水材１２は、吸水材と呼ぶこともできる。

蒸発器８の側方には放熱凝縮器１８が配置されている。蒸発器８内で発生した水蒸気は、この放熱凝縮器１８に導かれ、放熱によって冷却され、凝縮されて水に戻る。

蒸発器８の上部と放熱凝縮器１８の上部との間は、上部配管２０によって接続されている。この上部配管２０は、蒸発器８内の水蒸気を放熱凝縮器１８内へ導く配管である。

蒸発器８の下部と放熱凝縮器１８の下部との間は、下部配管２２によって接続されている。この下部配管２２は、放熱凝縮器１８内の水を蒸発器８内へ導く配管である。

上述のとおり、蒸発器８は密閉式であることから、蒸発器８、放熱凝縮器１８、上部配管２０及び下部配管２２の内部が密閉されていることになる。

なお、上部配管２０および下部配管２２の両方、またはいずれか一方に、フランジが設けられていてもよい。これにより、蒸発器８と放熱凝縮器１８とを容易に取り外すことができるので、例えば電力機器を分解して搬送することが容易となる。

蒸発器８、放熱凝縮器１８、上部配管２０及び下部配管２２の内部は、大気圧に対して負圧（即ち、大気圧よりも小さい絶対圧力）に保持されている。この明細書において、負圧にされた蒸発器８内部の領域を負圧領域１４と呼ぶ。負圧領域１４の絶対圧力は、例えば２００ｈＰａ付近である。このとき、保水材１２に保水されている水が蒸発する温度は、図２に示されるように６０℃付近である。なお、負圧領域１４の絶対圧力は２００ｈＰａ付近に限られるものではなく、適宜変更されても良い。

このように、蒸発器８の内部を大気圧に対して負圧とすることで、保水材１２に保水された水が蒸発する温度を低くすることができ、本体容器２側の側面２ａ、ひいては絶縁油６更には電力機器本体４の冷却性能を高めることができる。

また、放熱凝縮器１８には、冷却効果を高めるための複数の放熱パネル２４が設けられている。

次に、この電力機器における冷却作用について説明する。

電力機器本体４から発生した熱は、絶縁油６を通して本体容器２の側面２ａに伝わる。これにより、蒸発器８の本体容器２側の側面１０の温度が上昇し、保水材１２に保水された水が蒸発する。このときの蒸発潜熱によって本体容器２の側面２ａ、ひいては絶縁油６が冷却される。その結果、電力機器本体４が冷却される。

また、保水材１２から蒸発した水蒸気は、放熱凝縮器１８に導かれて、放熱によって冷却されて凝縮され、水となって蒸発器８に戻る。このようにして、蒸発器８内に貯められた水１６の量がほぼ一定となる。

このように、側面１０に保水材１２が取り付けられた電力機器は、絶縁油６が本体容器２にのみ収納されていて、蒸発器８および放熱凝縮器１８には収納されていないので、従来例における放熱器２６の容量分の絶縁油６の油量を節約することができ、その分コストを抑制できる。

また、この実施形態では、保水材１２が、本体容器２側の側面１０のほぼ全面に接触して取り付けられているので、蒸発器８内部の水位を低くしつつ本体容器２側の側面１０の広い領域から蒸発潜熱により熱を奪うことができる。その結果、蒸発器８を小さくできると共に、本体容器２の側面２ａ、ひいては絶縁油６の冷却効率を高めることができる。

しかも、蒸発器８に貯められた水１６の水位を低くすることができるので、水１６の水位が高い場合と比較して、保水材１０から水を蒸発させやすく、従って蒸発潜熱により絶縁油６の熱を奪い易い。

また、この実施形態では、負圧領域１４が大気圧に対して負圧に保持されているので、１００℃よりも低い温度で保水材１２に保水された水が蒸発する。従って、本体容器２側の側面１０、ひいては絶縁油６更には電力機器本体４の冷却性能をより一層高めることができる。

更に、この電力機器は、本体容器２の側面２ａに蒸発器８が配置され、その蒸発器８の側方に放熱凝縮器１８が配置されているので、放熱凝縮器１８が本体容器２の上方に配置されている場合と比較して、重心が低くて機械的（構造的）に安定すると共に、運搬性および耐震性も向上する。また、放熱凝縮器１８のような重量物を本体容器２の上方に持ち上げて配置するためのコストも抑制できる。

この発明に係る電力機器の一実施形態を示す概略図である。 飽和水蒸気圧と温度との関係を表すグラフである。 電力機器の従来例を示す概略図である。

符号の説明

２ 本体容器
２ａ 側面
４ 電力機器本体
６ 絶縁油
８ 蒸発器
１０ 側面
１２ 保水材
１６ 水
１８ 放熱凝縮器
２０ 上部配管
２２ 下部配管

Claims (3)

1. 本体容器内に、通電によって発熱する電力機器本体および絶縁油が収納された電力機器において、
   前記本体容器の側面に取り付けられていて、内部に水を貯める蒸発器と、
   前記蒸発器内部の前記本体容器側の側壁に接触させて取り付けられていて、内部に水を貯めるものであって、かつ当該水が前記電力機器本体からの熱によって蒸発させられる保水材と、
   前記蒸発器の側方に配置されていて、前記蒸発器内の水蒸気が導かれ、放熱によって当該水蒸気を冷却し、凝縮させて水に戻す放熱凝縮器と、
   前記蒸発器の上部と前記放熱凝縮器の上部との間を接続していて、蒸発器内の水蒸気を放熱凝縮器内へ導く上部配管と、
   前記放熱凝縮器の下部と前記蒸発器の下部との間を接続していて、放熱凝縮器内の水を蒸発器内へ導く下部配管とを備えることを特徴とする電力機器。
2. 前記保水材が、前記本体容器側の側壁のほぼ全面に接触して取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の電力機器。
3. 前記蒸発器、前記放熱凝縮器、前記上部配管及び前記下部配管の内部が密閉されていると共に大気圧に対して負圧に保持されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電力機器。

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