JP2023535965A - 密封された内部室を備えた装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、内部室の周囲においてシールを有する密封された装置であって、このシールは、貫通要素が延びる少なくとも２つの閉ループ部分を有する、装置に関する。【選択図】図１

Description

本発明は、簡単な設計の密封された内部室を備えた装置に関する。本発明の非限定的な用途は、回路を開くときに、電気アークの出現に続いてプラズマが発生する電気的遮断装置の分野に関する。

火工式の遮断装置であって、その中に起爆部がある本体を備え、この起爆部は、始動させられると、レリーフ部を備えたピストンを切断するべき導電性バーの方向に動かすように構成されている、火工式の遮断装置が知られている。電流が通過する導電性バーの破壊によって、装置の内部室内でプラズマの発生を引き起こし得る。遮断装置の外側へのプラズマの排気のリスクを最小にすることが望まれる。装置の内部室の良好なシールを簡単な方法で保証するための解決策を有することが望ましい。

本発明は、装置において、前記装置は、
装置の本体を形成しかつ内部室を形成する、第１の部分と第２の部分の組立体と、
第１の部分と第２の部分の間で内部室を通って延びる貫通要素と、
内部室を包囲する内部室のシールであって、シールは、貫通要素を包囲しかつ貫通用嘘に沿って密封を保証する少なくとも２つの閉ループ部分と、少なくとも２つの閉ループ部分を接続し、第１の部分と第２の部分の間に存在しかつ第１の部分と第２の部分の間の密封を保証する、少なくとも２つの接続部分とを備える、装置を提案する。

このシールを実施することによって、単一片を使用して、その全周にわたって、特に貫通要素のレベルで、内部室を連続的に密封する、簡単な方法で保証することが可能となる。

例示的な一実施形態では、少なくとも２つの閉ループ部分は、直径方向において反対である。

例示的な一実施形態では、閉ループ部分は、略矩形形状を有し、貫通要素は、少なくとも閉ループ部分のレベルで略矩形断面を有する。

例示的な一実施形態では、貫通要素の断面は、丸みを帯びた角部を有する。

例示的な一実施形態では、シールは可撓性材料からなり、閉ループ部分は、その周りで回動させることによって、接続部分を含む平面に対して横向きに配向される。

例示的な一実施形態では、装置は電気的遮断装置であり、貫通要素は導電性要素であり、この装置は、作動に続いて貫通要素を破壊することができる、内部室内の可動ピストンを備える。

この用途では、このシールにより、遮断の間のピストンとの衝撃による貫通要素の破壊の間、内部室内で生成されるプラズマの排気のいかなるリスクも防止することが可能となる。

特に、この装置は、起爆部を備え、かつ、起爆部の作動に続いてピストンが移動することができる、火工式の遮断装置とすることができる。

この用途では、本体は、内部室と連通しておりかつその内容物を排出することができる気体排出オリフィスと、内部室と連通しておりかつ内部室に気体を導入を可能にすることができる気体導入オリフィスを備えることができ、気体導入オリフィス及び気体排出オリフィスは、同一であるか又は別個である。

この用途では、内部室は、絶縁破壊電圧が０．１ＭＰａ（１ｂａｒ）で設定された基準圧力での空気の絶縁破壊電圧よりも大きい誘電性気体で充填することができる。

このように、火工式の遮断装置は、装置の質量や大きさを増すことなく、空気で満たされた装置よりも優れた電気アーク遮断性能を有する。

この用途では、誘電性気体の組成は、少なくとも２，３，３，３－テトラフルオロ－２－（トリフルオロメチル）プロパンニトリル（ＣＦ_３）_２ＣＦＣＮを備えうる。

この用途では、誘電性気体は、乾燥空気、窒素及び二酸化炭素の内の少なくとも１つの気体をさらに備えうる。

この用途では、誘電性気体中の２，３，３，３‐テトラフルオロ－２－（トリフルオロメチル）プロパンニトリル（（ＣＦ_３）ＣＦＣＮ）のモル含有量は１０％～６０％の間で構成することができる。

気体排出オリフィスは、特に、内部室内に含まれる空気を排出することができる。気体導入オリフィスは、特に、誘電性気体を内部室に導入することができる。

この用途では、誘電性気体は、－４０℃の温度で少なくとも０．１ＭＰａ（１ｂａｒ）の圧力に内部室を加圧することができる。

また、本発明は、上記のような遮断装置と、貫通要素に接続された電気回路とを備える、安全な電気設備に関する。

本発明は、また、上述した電気設備を備える車両に関する。

本発明は、電気的遮断装置への適用に限定されないことに留意されたい。貫通要素は、あるいは、装置外への排気のいかなるリスクも防止することが所望される、内部室を通って流れる気体の物理量又は化学量を測定することを可能にする１つ又はいくつかのセンサを担持する要素としうる。センサは、例えば、圧力センサ及び／又は温度センサでとしうる。

図１は、本発明による装置の一例の略図である。 図２は図１の装置の分解図である。 図３は、図１の装置の詳細の図である。 図４は、電流の通過を可能にする第１の構成における図１の装置の断面図に対応する。 図５は、第２の電流遮断構成における図１の装置の断面図に対応する。 図６は、閉ループ部分を通る貫通要素の挿入前のシールの例の略図である。 図７は、図１の装置を備える安全な電気設備の略図である。 図８は、本発明で使用することができる閉ループ部分の変形例の詳細である。

以下の説明は、電気的遮断装置を構成する、本発明による装置１００の例に関して行われる。上述のように、本発明はこの用途に限定されない。

図１、図２、図４及び図５は、起爆部２０、ピストン３０及び貫通要素４０が内部に設置された本体１０を備える、本発明の一実施形態による遮断装置１００を示す。本体１０は、主軸線Ｚに沿って延びる形状を有する。本体１０は、図示した例のように、略円筒形状を有しうる。本体１０は、第１の部分１１と第２の部分１２との組立体によって形成される。第１の部分１１と第２の部分１２は重ね合わせることができる。第１の部分１１及び第２の部分１２は、本体１０の上部１１及び下部１２を形成することができる。貫通要素４０は、ここでは、例えばバー又は導電性タブの形態の導電性要素である。貫通要素４０は、装置１００を通って延び、第１の部分１１と第２の部分１２の間に位置する。貫通要素４０は本体１０を通過し、本体１０の内側及び外側の両方に存在する。貫通要素４０は、第１の部分１１と第２の部分１２の間の組立体の領域のレベルに存在する。貫通要素４０は、電気回路（図示せず）に接続されるように意図された、２つの端子４１及び４２を有する。端子４１及び４２は、装置１００の端子を形成し、ここでは、貫通要素４０の２つの端部に対応する。ピストン３０は、第１の電流通過位置（図示の例では高い位置、図４参照）と第２の電流遮断位置（図示の例では低い位置、図５参照）の間を移動可能なように取り付けられている。第１の部分１１は、ピストン３０がその第１の位置にあるときに配置される格納キャビティ１１ａを形成する。第２の部分１２は、格納キャビティ１１ａと連通する受容キャビティ１２ａを形成する。受容キャビティ１２ａは、主軸線Ｚに沿って格納キャビティ１１ａと整合させることができる。受容キャビティ１２ａは、図５の構成に対応して、ピストン３０が第２の位置にあるときにピストン３０を受容することが意図されている。格納キャビティ１１ａと受容キャビティ１２ａとの接合部は、ピストン３０が移動することが意図される内部室１３を形成する。ピストン３０は、主軸線Ｚに沿って延びることができる。図示の例では、ピストン３０は、主軸線Ｚを中心とした回転の形状（shape of revolution）を有することができる。主軸線Ｚは、ピストン３０の変位軸線に対応することができる。ピストン３０は、シール３１、例えばＯリングが収容される円周溝を備える。ピストン３０は、第１の位置と第２の位置の間で、本体１０の内側の主軸線Ｚに沿った変位Ａの方向に沿って移動することができる。起爆部２０が始動させられていない限り、ピストン３０はその第１の位置にある。貫通要素４０は内部室１３を通過する。図示の例では、貫通要素４０は、内部室１３の直径に沿って延びている。

起爆部２０の作動に続いて、ピストン３０は、その第１の位置からその第２の位置に移動させられる。ピストン３０の機能は、その第１の位置からその第２の位置への通過中に貫通要素４０を破壊し、したがって、貫通要素４０を通る電流の流れを遮断することである。起爆部２０は、コネクタ２１に接続された火薬を備える。火薬は、例えばコネクタ２１を通過する電流を用いて始動させられると、その燃焼によって加圧気体を発生させることができる。図示された変形例は、火工学的に作動される遮断装置１００を示すが、ピストンが他の方法で、例えば、戻り要素の解放の後に又は圧力下で格納された気体の解放の後に移動させられるならば、本発明の範囲から逸脱するものではない。

ピストン３０による貫通要素４０の破壊を容易にするために、貫通要素４０は、貫通要素４０の破壊点を形成するように意図された脆弱部４３の１つ又はいくつかの領域を任意選択的に備えることができ、図示された貫通要素４０は、２つの脆弱部４３の領域を備え、２つの破壊点での貫通要素４０における破壊を保証し、破壊部分４４を貫通要素４０の残りから切り離すことが可能となる。図示されていない一変形形態では、貫通要素は、単一の脆弱部の領域のみを有し、単一の破壊点で破壊され、その破壊部分は、ピストンが第２の位置にあるときに、受容キャビティ内のピストンによって曲げられる。

ピストン３０との衝撃による貫通要素４０の破壊によって、本体１０を通る漏洩を防止することが望まれる内部室１３における気体プラズマの生成を導くことができる。そうするために、装置にはシール５０が設けられている。

シール５０は、その全周にわたって内部室１３を包囲し、したがって、プラズマが生成される領域を包囲する。シール５０は、第１の部分１１と第２の部分１２の間の組立体の領域に位置する。第１の部分１１及び第２の部分１２は、各々、シール５０を受け入れるように意図されたスロットを備えうる。スロットは、シール５０と相補的な形状を有する。シール５０は、ここでは閉じた略円形状を形成しており、本体１０の形状に応じて、多角形又は楕円形等の他の形状も可能であることが理解される。内部室１３は、シール５０によって形成される閉じた形状の内側に配置される。貫通要素４０、特にその脆弱部の領域４３は、シール５０により形成される閉じた形状の内側に位置する。シール５０は、図示の例では、２つの閉ループ部分５３と、これら閉ループ部分５３を接続する２つの接続部分５１とを備えている。各接続部分５１は、これら閉ループ部分５３の間に位置している。接続部分５１は１本の撚り線で形成され、閉ループ部分５３は２本の撚り線で形成されうる。接続部分５１の２つの端部は、閉ループ５３に接続されている。図示のように、接続部分５１を形成する撚り線は、接続部分５１のこれら端部で分割されて閉ループ部分５３を形成することができる。接続部分５１を単一撚り線にし、閉ループ部分５３を二重撚り線にすることができる。接続部分５１及び／又は閉ループ部分５３を形成する撚り線は、円形、楕円形、又は、例えば正方形の多角形、又は、非正方形の断面を有しうる。接続部分５１及び閉ループ部分５３を形成する撚り線は、同一の形状、及び／又は、より大きな同一の横断方向寸法、例えば同一の直径を有しうる。このような特徴は、密封性の一層の向上に寄与する。貫通要素４０は閉ループ部分５３の内側に導入され、接続部分５１同士の間に延びている。貫通要素４０は閉ループ部分５３の内側に収容される。貫通要素４０と接続部分５１とは同一平面内に位置することができる。閉ループ部分５３は、接続部分５１を含む平面に対して横方向とすることができ、例えば、この平面に対して垂直とすることができる。閉ループ部分５３は、貫通要素４０を包囲する。閉ループ部分５３は、貫通要素４０の長手軸線Ｘに対して例えば垂直に横断することができる。閉ループ部分５３は、その長手軸線Ｘを中心とする全周にわたって、貫通要素４０を介して局所的に包囲する。閉ループ部分５３は貫通要素４０と接触している。閉ループ部分５３の形状は、そのレベルで貫通要素４０の断面の形状と同一とすることができる。貫通要素の断面は、別段の記載がない限り、その長手軸線Ｘに対して横断方向に、例えば、垂直方向にとられる。閉ループ部分５３は第１の部分１１と第２の部分１２の間に位置する。閉ループ部分５３によって、第１の部分１１と第２の部分１２の組立体の領域上に位置する貫通要素４０の部分のレベルにおいて密封を保証する。閉ループ部分５３によって、貫通要素４０の長手軸線Ｘに沿った密封を保証する。図示の例では、閉ループ部分５３は、丸みを帯びた内側角部Ｃ１を有する略矩形形状をしている。貫通要素４０は、閉ループ部分５３によって包囲される領域のレベルに鋭い隆起部を有していない。貫通要素４０の隆起部すなわち角Ｃ２は、例えば機械加工によって、これらの領域のレベルで丸みを帯びさせることができる。丸みを帯びた角部Ｃ１及びＣ２が存在することによって、密封性を改善することができる。略正方形、円形又は楕円形等の、貫通要素の断面の形状に応じて、閉ループ部分について他の形状が可能であることに留意されたい。

閉ループ部分５３は、同じ表面の開口を形成することができる。これにより、シール５０のより簡単な製造が可能になる。同様に、各閉ループ部分５３のレベルにおける貫通要素４０の断面は同一とすることができる。接続部分５１は、それらの部分について、貫通要素４０の長手軸線Ｘに対して横断方向において第１の部分１１と第２の部分１２の間の組立体の領域の密封を保証する。シール５０は、内部室１３の周りの密封の連続性を保証することを可能にする全く同一の要素を構成する。

正確に２つの閉ループ部分５３及び２つの接続部分５１を備える例について説明した。２つよりも多い閉ループ部分が使用される場合、本発明の範囲から逸脱することはなく、例えば、２つ又は３つの貫通要素をそれぞれ有する装置に対して４つ又は６つの閉ループ部分を有することが可能であり得る。図示の例では、閉ループ部分５３は、直径方向において反対であり、これは、シール５０がない場合とまったく同じ装置、特に要素４０の幾何学的形状を用いることを可能にし、したがって、装置１００を得ることをより簡単にするが、これが当てはまらない場合には、本発明の範囲から逸脱することはない。

図６は、シール５０が静止している状態、すなわち、閉ループ部分５３を通して貫通要素４０を配置する前の状態を示す。図示の例では、シール５０は、静止しているときは平面形状を有する。したがって、接続部分５１及び閉ループ部分５３は、同一平面内に位置する。閉ループ部分５３を形成する撚り線５２は、シール５０が静止しているとき、接続部分５１を形成する撚り線と同じ平面内に位置する。装置１００の組立中、シール５０の可撓性のおかげで閉ループ部分５３内に貫通要素４０を設置するために閉ループ部分５３は真っ直ぐにされる。シールは、この閉ループ部分５３の真っ直ぐにされるのを可能にする、可撓性材料で形成されている。このシールは、特に、シリコーン樹脂、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、エチレン－プロピレン－ジエンモノマー（ＥＰＤＭ）、フルオロエラストマー（ＦＫＭ）の内の一つの材料で作ることができる。可撓性シールの変形例は特に製造が容易である。しかし、シールが接続部分に対して横断方向の閉ループ部分で直接的に得られる場合は、本発明の範囲から逸脱するものではない。

本発明の特定の一実施形態によれば、遮断装置１００の組立後に内部室１３の内側にある空気は、気体排出オリフィスを介して排出されうる。次いで、誘電性気体を気体導入オリフィスを通して遮断装置１００の内部室１３内に導入することができる。気体排出オリフィスと気導入オリフィスは、同一とすることも、別個とすることもできる。

誘電性気体は、０．１ＭＰａ（１ｂａｒ）で設定された基準圧力で、空気より大きな破壊電圧を有する。したがって、遮断装置１００は、内部室が空気で満たされている装置よりも大きな遮断能力を有し、内部室１３の内側で生成された電気アークは、より迅速に、より短い距離にわたって消失される。その結果、遮断装置の大きさや質量を修正することなく、より良好な遮断能力が得られる。

誘電性気体は、例えば２０℃の温度などの室温で遮断装置１００に導入される。誘電性気体は、－４０℃の温度で少なくとも０．１ＭＰａ（１ｂａｒ）の圧力で内部室１３を加圧することができる。内部室１３内の誘電性気体の圧力は、０℃～－４０℃の間で構成される低温の温度でさえ、０．１ＭＰａ（１ｂａｒ）より大きくすることができる。上述のシール５０の使用は、内部室１３内の誘電性気体を維持し、本体１０の外部に漏れるのを防ぐために特に有利である。

誘電性気体は、３Ｍ（商標）Ｎｏｖｅｃ（商標）４７１０という名称で販売されている気体（ＣＦ_３）_２ＣＦＣＮ（２，３，３，３－テトラフルオロ－２－（トリフルオロメチル）プロパンニトリル）と、乾燥気、窒素（Ｎ_２）及び二酸化炭素（ＣＯ_２）の内の少なくとも１つの他の気体とを含む混合気体としうる。誘電性気体中のＮｏｖｅｃ（商標）４７１０のモル含有量は、１０％～６０％としうる。好ましくは、誘電性気体中のＮｏｖｅｃ（商標）４７１０のモル含有量は、１５％～２５％である。

さらに、誘電性気体の加水分解を防ぐように、例えば、硫酸塩金属の形態、又は、細孔サイズが５Å以下である分子篩の形態で、内部室１３の内側に湿度吸収製品を置くことができる。

シール５０の実施によって気体プラズマに対する密封が得られる遮断装置１００の一例は、今述べたところのものである。遮断装置１００は、安全電気設備３００に組み込まれることが意図されており、その一例を図７に関連して次に説明する。

安全な電気設備３００は、遮断装置１００（極めて概略的に表される）と電源回路３１１とを備える安全な電源システム３１０を備える。ここで、電源回路３１１は、遮断装置１００の貫通要素４０の第２端子４２に接続された発電機Ｇを備える。発電機Ｇは、例えば、電池又は交流発電機としうる。安全な電源システム３１０は、異常が検出されたときに起爆部２０を作動させるように構成された監視要素Ｃをさらに備える。

監視要素Ｃは、コネクタ２１を介して起爆部２０に接続されている。監視要素Ｃが起爆部２０を始動できる、応答における異常は、回路における電流閾値の超過などの電気的異常、又は、例えば監視要素の突然の減速、温度や圧力等の変化などの、ショックの検出などの、非電気的異常とすることができる。異常が検出された場合、監視要素Ｃは、上述したように、電流を遮断するために、起爆部２０の始動のために、電流を起爆部２０に送ることができる。

安全な電気設備３００は、最後に、ここでは安全な電源システム３１０によって給電されるように、遮断装置１００の貫通要素４０の第１端子４１に接続された、電気装置Ｄを備える。一例を挙げて説明すると、自動車は、安全な電気設備３００を備えうる。

図６に図示される実施形態では、閉ループ部分５３の撚り線は同一の長さを有する。これにより、閉ループ５３の中心が接続部分５１の撚り線の延長線上に位置する。図８に図示されるように、閉ループ部分１５３の撚り線は、一方の撚り線が他方の撚り線よりも大きな長さを有するように、異なる長さを有しうる。図８に図示された変形例では、閉ループ部分１５３の中心Ｃは、接続部分１５１の撚り線の延長線から偏倚している。

Claims (15)

1. 装置（１００）において、
   前記装置（１００）は、
   前記装置の本体（１０）を形成しかつ内部室（１３）を形成する、第１の部分（１１）と第２の部分（１２）の組立体と、
   前記第１の部分と前記第２の部分の間の前記内部室を通って延びる貫通要素（４０）と、
   前記内部室を包囲する前記内部室のシール（５０）であって、前記シール（５０）は、前記内部室内に存在するプラズマ又は気体に対する密封を生成するように構成されており、前記シールは、前記貫通要素を包囲しかつ前記貫通要素に沿った密封を保証する少なくとも２つの閉ループ部分（５３；１５３）を備え、少なくとも２つの接続部分（５１； １５１）が、前記少なくとも２つの閉ループ部分を接続しかつ前記第１の部分と前記第２の部分の間に存在し、前記第１の部分と前記第２の部分の間の密封を保証する、前記内部室のシール（５０）とを備える、装置（１００）。
2. 前記少なくとも２つの閉ループ部分（５３；１５３）が、直径方向において反対である、請求項１に記載の装置（１００）。
3. 前記少なくとも２つの閉ループ部分（５３； １５３）は、略矩形形状を有し、前記貫通要素（４０）は、少なくとも前記少なくとも２つの閉ループ部分のレベルで略矩形断面を有する、請求項１又は２に記載の装置（１００）。
4. 前記貫通要素（４０）の断面は、丸みを帯びた角部（Ｃ２）を有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の装置（１００）。
5. 前記シール（５０）は可撓性材料からなり、前記少なくとも２つの閉ループ部分（５３）は、その周りで回動させることによって、前記接続部分（５１）を含む平面に対して横向きに配向される、請求項１～４のいずれか一項に記載の装置（１００）。
6. 前記装置は電気的遮断装置であり、前記貫通要素（４０）は導電性要素であり、前記装置は前記内部室（１３）内において作動に続いて前記貫通要素を破壊することができる可動ピストン（３０）を備える、請求項１～５のいずれか一項に記載の装置（１００）。
7. 前記装置は、起爆部（２０）を備える火工式の遮断装置であり、前記ピストン（３０）は、前記起爆部の作動に続いて移動することができる、請求項６に記載の装置（１００）。
8. 前記本体（１０）は、
   前記内部室（１３）と連通しておりかつその内容物を排出することができる気体排出オリフィスと、
   前記内部室（１３）と連通しておりかつ前記内部室（１３）に気体を導入することができる気体導入オリフィスとを備え、
   前記気体導入オリフィス及び前記気体排出オリフィスは、同一であるか又は別個である、請求項６又は７に記載の装置（１００）。
9. 前記内部室（１３）は、０．１ＭＰａ（１ｂａｒ）で設定された基準圧力で、その絶縁破壊電圧が空気の絶縁破壊電圧よりも大きい誘電性気体で満たされている、請求項６～８のいずれか一項に記載の装置（１００）。
10. 前記誘電性気体は、少なくとも２，３，３，３－テトラフルオロ－２－（トリフルオロメチル）プロパンニトリル（ＣＦ_３）_２ＣＦＣＮを備える、請求項９に記載の装置（１００）。
11. 前記誘電性気体が、乾燥空気、窒素及び二酸化炭素の内の少なくとも１つの気体をさらに備える、請求項１０に記載の装置（１００）。
12. 前記誘電性気体の中の２，３，３，３－テトラフルオロ－２－（トリフルオロメチル）プロパンニトリル（ＣＦ_３）_２ＣＦＣＮのモル含有量が、１０％～６０％の間である、請求項１０又は１１のいずれか一項に記載の装置（１００）。
13. 前記誘電性気体は、－４０℃の温度で少なくとも０．１ＭＰａ（１ｂａｒ）の圧力に前記内部室（１３）を加圧することができる、請求項９～１２のいずれか一項に記載の装置（１００）。
14. 請求項６～１３のいずれか一項に記載の遮断装置（１００）と、前記貫通要素に接続されている電気回路とを備える、安全な電気設備（３００）。
15. 請求項１４に記載の安全な電気設備（３００）を備える車両。

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