JP2024512892A - 内部故障検出器及びその使用方法 - Google Patents
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Abstract
電気デバイス内の急激な圧力上昇の発生を検出するための故障検出器。故障検出器は、内部を有するチャンバと、チャンバと封止係合しているダイヤフラムと、チャンバの内部とチャンバの外部環境との間の流体連通を提供する開口とを有する。
Description
本発明のいくつかの実施形態は、変圧器、リアクトル、コンデンサなどの電気機器の性能を監視するための、装置又は方法に関する。本発明のいくつかの実施形態は、電気機器の故障を検出し、かつ/又は示すための、装置又は方法に関する。本発明のいくつかの実施形態は、配電システムにおいて使用される電気構成要素に、特に適用される。
配電網は、変圧器、コンデンサ、及びリアクトルなどの、電気構成要素を使用する。経年変化又は作動応力により、絶縁システムに故障が引き起こされると、そのようなデバイス内に、潜在的に危険な条件が生じる恐れがある。そのようなデバイス内での短絡は、一瞬のうちに大量のエネルギーを放出する可能性がある。最悪の場合、絶縁油の気化による急激な内部圧力の上昇と、その油蒸気が可燃性ガス又は揮発性ガスへと分解されることとに起因して、デバイスが爆発する恐れがある。
変圧器又は電圧調整器などの油入電気デバイスが、内部アーク故障を被ると、そのデバイス内部の圧力が一時的又は急激に上昇することが知られている。このことが発生するのは、アーク放電により、油又は絶縁流体の一部の局所的な気化が生じるためである。一部の電気デバイスには、SF6などの電気絶縁ガスが充填されている。そのような急激な圧力上昇を検出して、そのような急激な圧力上昇が電気デバイス内で発生したことを示すための、デバイスが既知であり、例えば、全てが参照により本明細書に組み込まれる、特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4、及び特許文献5で説明されているようなものである。そのようなデバイスはまた、通常動作中の電気デバイス内の圧力の上昇を軽減するための、圧力逃し弁又は破裂板も含み得る。
上述の関連技術の例、及び、それらに関連する限定は、例示的であることが意図されており、排他的なものではない。当業者には、本明細書を読み込み、図面を検討することで、関連技術の他の限定が明らかとなるであろう。
以下の実施形態及びそれらの態様は、範囲を限定するものではなく、例示的かつ説明的であることが意図されている、システム、ツール、及び方法に関連して、説明及び図示される。様々な実施形態では、上述の問題のうちの1つ以上が軽減又は解消されており、その一方で、他の実施形態は、他の改善を目的としている。
一態様では、急激な圧力上昇の発生を検出するための故障検出器は、内部を有するチャンバと、チャンバと封止係合して、チャンバの表面の一部分を画定しているダイヤフラムと、チャンバの内部とチャンバの外部環境との間の流体連通を提供する開口とを有し得るものであり、ダイヤフラムは、0.88N/mm(5lbs/インチ)以下のばね定数を有する。
一態様では、電気デバイスのハウジング内の急激な圧力上昇の発生を示すための故障検出器は、バレルと、ハウジングの内部と流体連通する作動機構と、を有し、作動機構が、封止されたチャンバであって、チャンバの外部環境とチャンバの内部との間を連通しているオリフィスを有する、チャンバと、ハウジングの内部とチャンバの内部との間の圧力差に応答して移動可能な作動部材であって、0.88N/mm(5lbs/in)以下のばね定数を有する、作動部材と、を有する。プランジャが、バレルのボア内に設けられており、プランジャは、バレル内で前方に付勢され、通常は作動部材によって作動準備位置に保持されており、圧力差が正の閾値を上回ると、作動部材が移動されることにより、トリガ位置へとプランジャが前方に移動することを可能にする。
一態様では、電気デバイスのハウジング内の急激な圧力上昇の発生を示すための故障検出器は、バレルと、ハウジングの内部と流体連通する作動機構と、を有し、作動機構が、封止されたチャンバであって、チャンバの外部環境とチャンバの内部との間を連通しているオリフィスを有する、チャンバと、ハウジングの内部とチャンバの内部との間の圧力差に応答して移動可能である作動部材であって、非作動構成から作動構成に作動部材を移動させる、作動部材とを有する。プランジャが、バレルのボア内に設けられており、第1の位置及び第2の位置を有する係止部材が設けられており、第1の位置において、係止部材が、バレル内でのプランジャの前方移動を抑制して、プランジャに加えられた力が作動部材に伝達することを防止するように位置決めされ、第2の位置において、係止部材が、プランジャの前方移動を可能にするように位置決めされ、プランジャが、係止部材が第1の位置にあるときに、最初に、係止部材によって非作動構成に保持され、係止部材が第2の位置にあるときに、バレルのボア内で前方に移動可能である。
一態様では、電気デバイスのハウジング内の急激な圧力上昇の発生を示すための故障検出器が提供され、故障検出器は、バレルと、ハウジングの内部と流体連通して、ハウジング内の急激な圧力上昇に応答して作動部材を解放するように構成されている、作動機構と、バレルのボア内のプランジャであって、バレル内で前方に付勢され、通常は作動部材によって作動準備位置に保持されている、プランジャと、プランジャに固定して保持されている第1の端部、及びバレルに固定して保持されている第2の端部を有する、静的シールと、を有し、静的シールは、故障検出器が作動準備構成からトリガ構成に移動する際に、プランジャとバレルとの相対移動を可能にすると同時に、ハウジングの内部とハウジングの外部環境との間の封止を維持する、中央部分を有する。
いくつかの態様では、ホール効果センサを使用して、プランジャとバレルとの相対移動を検出し、急激な圧力上昇が発生したという信号を生成することができる。
一態様では、電気デバイスから圧力を解放するための圧力逃し弁であって、使用時に、電気デバイスのハウジングの内部への、内向きの流体の流れを、ハウジングの内部から出る、外向きの流体の流れに対して減少させる、一方向流れ阻止体を有する、圧力逃し弁が設けられている。一方向流れ阻止体は、軸方向に移動可能な封止スリーブとすることができる。
一態様では、電気デバイスから圧力を解放するための圧力逃し弁であって、使用時に、電気デバイスのハウジングの内部への、内向きの流体の流れを、ハウジングの内部から出る、外向きの流体の流れに対して減少させる、一方向流れ阻止体を有する、圧力逃し弁が設けられている。一方向流れ阻止体は、軸方向に移動可能な封止スリーブとすることができる。
上述の例示的な態様及び実施形態に加えて、更なる態様及び実施形態が、図面を参照し、以下の詳細な説明を検討することによって明らかとなるであろう。
例示的実施形態が、図面の参照図に示されている。本明細書で開示される実施形態及び図は、制限的ではなく例示的なものと見なされるべきであることが意図されている。
例示的実施形態が、図面の参照図に示されている。本明細書で開示される実施形態及び図は、制限的ではなく例示的なものと見なされるべきであることが意図されている。
以下の明細書本文の全体を通して、具体的な詳細が、より完全な理解を当業者に提供するために記載されている。しかしながら、周知の要素は、本開示を不必要に不明瞭にすることを回避するために、詳細には図示又は説明されていない場合がある。したがって、明細書本文及び図面は、制限的ではなく例示的な意味として見なされるべきである。
本明細書で使用される場合、相対的方向の用語「上」、「下」、「上部」、「底部」、「垂直」、「水平」などは、内部故障検出器の、典型的な例示的実施形態での、その設置構成における、意図されている向きに関連して使用される。相対的方向の用語「前方」、「前側」などは、概ね円筒形の変圧器ハウジングの半径方向外側によって定義される方向に関連して使用される。逆に、相対的方向の用語「後方」、「後側」などは、変圧器ハウジングの半径方向内側によって定義される方向に関連して使用される。そのような用語は相対的なものに過ぎず、内部故障検出器は、使用されていない場合には他の向きを有することが可能であり、内部故障検出器は、本明細書で説明されている例示的構成以外の代替的な向きで設置されても、依然として同じ機能を実行することが可能である点が理解されよう。本明細書で使用される場合、用語「軸方向」とは、内部故障検出器のバレルの長手方向軸に沿った方向を指す。
本明細書で説明されるような内部故障検出器は、柱上変圧器、地上設置型変圧器、又は電圧調整器を含めた、様々な高電力電気デバイスと共に使用することができる。例示的実施形態は、油入柱上変圧器に関連して説明されるが、本発明のいくつかの実施形態はまた、ガス入変圧器と共に使用される。
図1は、油入柱上変圧器と併せて使用される、内部故障検出器22の例示的実施形態を示す。典型的な配線柱10は、電力線14を支持する腕金12を有する。
変圧器16は、ハウジング又は「タンク」20を有する。内部故障検出器22の例示的実施形態が、タンク20の側壁の開口(図示せず)内に取り付けられている。いくつかの実施形態では、この開口は小さい穴であり、例えば、様々な機器を変圧器などに対して挿入するために一般的に使用される穴サイズである、約34.0mm(約1.35インチ)の直径を有し得る。タンク20は、電気絶縁流体26を収容しており、この電気絶縁流体は、例えば、絶縁鉱油又はNynas Nytro(登録商標)(ナフテン油から作製されているもの)などの油、又は、Envirotemp FR3(登録商標)流体(種子から作製されているもの)などのエステル系流体、又は、SF6などの電気絶縁ガスとすることができる。内部故障検出器22は、流体入変圧器に関しては、タンク20内の電気絶縁流体26の流体面よりも上方の空間28内に、又は、ガス入変圧器に関しては、好ましくはコア若しくはコイルよりも上方の空間内に配置されている。
変圧器16は、ハウジング又は「タンク」20を有する。内部故障検出器22の例示的実施形態が、タンク20の側壁の開口(図示せず)内に取り付けられている。いくつかの実施形態では、この開口は小さい穴であり、例えば、様々な機器を変圧器などに対して挿入するために一般的に使用される穴サイズである、約34.0mm(約1.35インチ)の直径を有し得る。タンク20は、電気絶縁流体26を収容しており、この電気絶縁流体は、例えば、絶縁鉱油又はNynas Nytro(登録商標)(ナフテン油から作製されているもの)などの油、又は、Envirotemp FR3(登録商標)流体(種子から作製されているもの)などのエステル系流体、又は、SF6などの電気絶縁ガスとすることができる。内部故障検出器22は、流体入変圧器に関しては、タンク20内の電気絶縁流体26の流体面よりも上方の空間28内に、又は、ガス入変圧器に関しては、好ましくはコア若しくはコイルよりも上方の空間内に配置されている。
図1に示されている内部故障検出器22は、タンク20の側面に取り付けられているが、代替的実施形態では、内部故障検出器22は、タンク20の蓋21内に形成されている開口を通して設置されている。いくつかのそのような実施形態では、タンク20の蓋21内に内部故障検出器22を設置することにより、内部故障検出器22を、タンク20内のより高い位置に設置することが可能となり、内部故障検出器22の感度の向上がもたらされる、かつ/又は内部故障検出器22の設置を容易にすることができる。
また更なる代替的実施形態では、内部故障検出器22は、タンク20内の圧力の変化が内部故障検出器22に伝達されるように、内部故障検出器22が、タンク20の内部と流体連通して配置される限り、例えば既存の変圧器を改造するために行われ得るように、部分的又は全体的にタンク20の外側に設置することも可能である。
図2及び図3を参照すると、内部故障検出器22は、ハウジング20内の急激な圧力上昇を検出する、30によって全体的に示されているアクチュエータ機構と、急激な圧力上昇をアクチュエータ機構30が検出した場合に外観を変化させる、32によって全体的に示されているインジケータ機構とを有する。本明細書で使用される場合、「急激な圧力上昇」とは、約5~15ミリ秒の上昇期間内に約0.7~140kPa(0.1~20ポンド毎平方インチ(pounds per square inch;psi))以上のピーク圧力を有する、圧力の変化を意味する。これには、これらの範囲内の全ての値及び部分範囲、例えば、6、7、8、9、10、11、12、13、又は14ミリ秒の期間内での、1.4、2.1、2.8、3.4、4.1、4.8、5.5、6.2、6.9、7.6、8.3、9.0、9.7、10.3、11、11.7、12.4、13.1、13.8、15.2、16.5、17.9、19.3、20.7、24.1、27.6、31、34.5、41.4、48.3、55.2、62.1、68.9、82.7、96.5、110、又は124kPa(0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.2、2.4、2.6、2.8、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、6、7、8、9、10、12、14、16、又は18psi)以上が含まれる。内部故障検出器22の種々の実施形態は、所望の用途に応じて、急激な圧力上昇に対する種々のレベルの感度を有し得る。内部故障検出器22の感度を調節する代替的方式が、以下で論じられる。
一例として、変圧器16の通電状態又は「アクティブな」構成要素を取り囲む絶縁体が破壊される場合、アークが生じる可能性がある。アークが生じる他のシナリオとしては、短絡が発生する場合、又は製造上の欠陥若しくは部品が互いに接触する場合、又はアクティブな変圧器構成要素を取り囲む絶縁体の絶縁耐力が不十分である場合が挙げられる。電気アークは、大量のエネルギーを消散させる。ハウジング20内のエネルギーの突然の消散は、ハウジング20内の圧力の急上昇を引き起こす。100アンペア程度の短絡電流のレベルであっても、ハウジング20内の圧力は、変圧器16の通常動作中に発生すると合理的に予期されている他の圧力変動よりも、明らかに高い速度で上昇する。この急激な圧力上昇、すなわち一時的な圧力上昇は、アクチュエータ機構30によって検出され、このことがインジケータ機構32をトリガする。すなわち、急激な圧力上昇により、インジケータ32は、作動準備構成からトリガ構成にトリガされる。
通常の動作と、通常の動作条件中の予期されている圧力変化とを容易にするために、内部故障検出器22は、圧力逃し弁34を含み得る。圧力逃し弁34の設定点よりも大きい値まで圧力が上昇する場合には、その圧力が軽減されるまで、圧力逃し弁34が開放する。ハウジング20内の圧力は、周囲温度及び負荷の通常の変動の結果として、圧力逃し弁34を開放することが可能なレベルまで上昇し得る。保守作業員もまた、以下で説明されるように、圧力逃し弁34を手動で操作して、ハウジング20の内側の周囲圧力とハウジング20の外側の空気圧とを均一化させることができる。
図2及び図3で最良に示されているように、アクチュエータ機構30は、シェル33に配置されている小さいオリフィス38によってのみハウジング20の内部と流体連通している、チャンバ36を有する。すなわち、チャンバ36は、チャンバ36の内部をハウジング20の内部と流体連通させる小さいオリフィス38を除いて、概ね封止されている。図示の実施形態では、ガスバリアとして機能するダイヤフラム40が、チャンバ36の1つの壁を形成している。チャンバ36の第2の壁が、シェル33によって提供されている。
いくつかの実施形態では、シェル33は、複数の隣接する構成要素を含む。図4で最良に示されるように、シェル33は、アクチュエータハウジング壁33Aを含む。壁33Aの外面は、下向きに延びている概ね円筒形の壁を含み、その一方で、壁33Aの内面は、本明細書で後述されるような、アクチュエータ機構30の他の構成要素と連動するための特徴部を含む。シェル33は更に、ハウジング20の内部からアクチュエータ機構30の上端部を封入するための蓋33Bを含む。蓋33Bは、任意の好適な方式で(例えば、クリップ、クランプ、接着剤、超音波溶着、オーバーモールドなどによって)、アクチュエータハウジング壁33Aに固定することができる。図示の実施形態では、オーバーモールド部品33Cが、壁33Aと蓋33Bとの外部接合縁部を実質的に覆って取り付けられている。他の実施形態では、シェル33全体が一体的に形成されている。
ダイヤフラム40は、チャンバ36内の一方の面40Aと、ハウジング20内に位置決めされていることによって、又はハウジング20の内部と流体連通するように配置されていることによって、ハウジング20の周囲圧力に晒される、第2の面40Bと、を有する。チャンバ36は、好ましくは、ハウジング20内に位置決めされた場合に適度に小さい空間を占有し得るように、ほぼ半球形であるが、チャンバ36は、他の形状を有する場合もある。ダイヤフラム40は、好ましくは、ダイヤフラム40の両側における圧力差が、インジケータ機構32をトリガするために十分な力を生成するように、適度に大きい表面積を有する。いくつかの実施形態では、ダイヤフラム40は、7.6cm(3インチ)以上の直径を有し得る。他の実施形態では、1.3~5.1cm(0.5~2インチ)の範囲の直径などの、より小さい直径が、ダイヤフラム40に関して使用される場合もあり、それらの間の任意の値、例えば1.5、1.8、2.0、2.3、2.5、2.8、3.0、3.3、3.6、3.8、4.1、4.3、4.6、又は4.8cm(0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、又は1.9インチ)を含む。
図示の実施形態では、スピンドル31が、ダイヤフラム40に対する下方向での支持を提供するために設けられている。ダイヤフラム40を上方向及び半径方向内向きで支持するために、支持ホイール35を設けることができる。支持ホイール35は、ダイヤフラム40の半径方向内側面によって概ね画定される、垂直円形突出部37を含む。支持ホイール35は、円形突出部37の底部から、半径方向内向きに延びて、ダイヤフラム40の面40Aの内側部分に実質的に適合している。支持ホイール35は、ダイヤフラム40よりも剛性の材料から作製されており、ダイヤフラム40を、過度の撓みによって引き起こされる可能性がある損傷から保護している。スピンドル31及び支持ホイール35に関する、他の設計及び構成もまた、ダイヤフラム40を支持するために使用することができる。例えば、スピンドルは、好適な弾性材料のシートとして、複数の接続された同心リングから形成することなどができる。
チャンバ36のサイズ及び形状はまた、インジケータ機構32の感度にも影響を及ぼし得る。例えば、ダイヤフラム40の表面40Aよりも上方の、チャンバ36の高さ45は、感度に影響を及ぼすものであり、内部故障検出器22が配備される機器のタイプに応じて、種々の高さを使用することができる。例えば、より大きい空間を有する変圧器又は電圧調整器では、例えば高さ45をより高くすることによって、より大きいカップ容積を提供することができる。いくつかの実施形態では、ダイヤフラム40の表面40Aよりも上方の、チャンバ36の高さ45は、約1.3~約7.6cm(約0.5~約3インチ)程度とすることができ、それらの間の任意の値又は部分範囲、例えば、1.9、2.5、3.2、3.8、4.4、5.1、5.7、6.4、又は7.0cm(0.75、1.0、1.25、1.50、1.75、2.00、2.25、2.50、又は2.75インチ)を含む。
空気は、オリフィス38によってチャンバ36に出入りすることができるため、チャンバ36内の空気圧は、ハウジング20内の周囲圧力の比較的緩徐な変化に追従することになる。そのような変化は、例えば、変圧器16内の温度が変化する場合に発生し得る。その一方で、ハウジング20内の圧力が突如として上昇する場合には、オリフィス38のサイズが小さいため、チャンバ36内の空気圧が上昇するためには、ある程度の時間を要することになる。急激な圧力上昇に応答して、ダイヤフラム40は、インジケータ機構32を確実にトリガするために、十分に遠くまで移動するべきである。この期間中、ダイヤフラム40の面40Bに対する圧力は、一時的に、面40Aに対する圧力を大幅に上回ることになる。それゆえ、ダイヤフラム40は、チャンバ36に向けて内向きに押され、その結果、軸方向でのダイヤフラム40の並進移動がもたらされる。
急激な圧力上昇は、例えば、変圧器16のアクティブな部品の電気的故障が、ハウジング20内に電気アークを引き起こした場合に発生する。ダイヤフラム40は、内部故障によって引き起こされる場合よりも低い内部圧力の変化に起因して、内部故障検出器22がトリガされることを回避するために、毎秒約0.7kPa(約1psi)よりも緩徐に発生するハウジング20内の周囲圧力の変動に対しては、非感受性であるべきである。
例えばハウジング20が地震によって揺れた場合に発生し得るような、ダイヤフラム40への油の飛散の影響を抑えるために、飛散カバー44を設けることができる。スペーサリング46が、飛散カバー44の表面よりも上方にダイヤフラム40を持ち上げるように、ダイヤフラム40と飛散カバー44との間に介在している。図3及び図4で最良に示されているように、スペーサリング46は、ダイヤフラム40、スピンドル31、及び支持ホイール35を取り囲む、外向きに延出する肩部46Aを有する円形リングである。
シェル33は、任意の好適な方式で(例えば、クリップ、クランプ、接着剤、超音波溶着、オーバーモールドなどによって)、飛散カバー44に固定することができる。図示の実施形態では、シェル33の内側部分47のねじ山付き部分が、飛散カバー44の外側部分49のねじ山付き部分の上に螺合されている。ねじ山が終端する、内側部分47のねじ山付き部分の上端部において、内側部分47は、円形の形状を形成するように内向きに短く延出しており、この延出部の端部において、内側部分47は、下向きの突出部を含む(図4を参照)。
シェル33が、飛散カバー44の上に螺合されると、内側部分47の内向き延出部は、外周リップ部51を同心状に取り囲む。飛散カバー44の上にシェル33をねじ式に係合させると、リップ部51の下向き面が、スペーサリング46に当接し、このスペーサリングが同様に、飛散カバー44の外側部分49に当接することにより、ダイヤフラム40がチャンバ36内に保持される。そのような構成でダイヤフラム40を保持することによって、チャンバ36の圧力とハウジング20の内部の圧力とは、オリフィス38及び/又は、チャンバ36に進入する任意の油が出て行くことを可能にするように設けられている小さい開口である油排出開口151を通って空気が出入りすることを除いて、互いに対して封止される。スペーサリング46を設けることは、シェル33によってダイヤフラム40に掛けられる下向きの力を、より大きいスペーサリング46の表面積にわたって分散させることができるため、有益である。有利には、図示の構成におけるダイヤフラム40の確実な保持は、ハウジング20の内部とチャンバ36との間の封止を改善することにより、アクチュエータ機構30の感度を向上させる。例えば、表面40Aとチャンバ36との間に介在する、内側部分47の下向き突出部の下側表面上に配置されるOリングによって、追加的な封止を提供することができる。
ダイヤフラム40から延出している軸方向ガイドロッド55が、キャビティ41内に突出し得る。そのような実施形態では、キャビティ41内に突出している軸方向ガイドロッド55の上端部の場所は、組み立て中にチャンバ36内にダイヤフラム40が適切に配置されることを検証するために使用することができる。更には、キャビティ41内へのガイドロッド55の突出は、過度の上向きの動きを制限して、ダイヤフラム40に損傷をもたらす恐れのある、ダイヤフラム40の反転を防止する役割を果たす。図示の実施形態では、スピンドル31とガイドロッド55とは、単一ユニットとして一体的に形成されている。これらの構成要素は、一体的に形成される必要はないが、より少ない部品を有することは、より容易な組み立てを可能にし得るものであり、また、ユニットごとの、内部故障検出器22の配備における、より多大な一貫性をもたらし得る。
図4で最良に示されているように、ガイドロッド55は、テーパ状の下側部分を有する、シェル33に配置された一対の対向するタブ48の間に画定されている、キャビティ41内に突出している。図示されていないが、いくつかの実施形態では、オリフィス38は、キャビティ41の頂部の真上に設けることができる。
トリガピン50が、ダイヤフラム40から下向きに延出して、アクチュエータ機構30がトリガされるまでプランジャ64を所定の位置に保持している。急激な圧力上昇に応答したダイヤフラム40の移動が、以下で説明されるように、インジケータ機構32をトリガする。図示の実施形態では、トリガピン50は、スピンドル31の底面上に一体的に形成されている、一対の対向するタブ52から突出している。トリガピン50は、スピンドル31のタブ52の間に、締まり嵌めによって保持することができる。他の実施形態では、タブ52は、スピンドル31から省略されており、トリガピン50は、ダイヤフラム40の中央部分に配置されているハブ内に、締まり嵌めによって保持されている。別の実施形態では、ピン50は、スピンドル31と一体的に形成されている。通常の動作条件下では、チャンバ36は、地震の揺れを含めた、様々な機械的振動及び衝撃に晒される。そのような機械的振動による誤ったトリガを回避し、迅速な動作を可能にするためには、ダイヤフラム40の質量を小さくするべきである。
図5A及び図5Bは、本発明の例示的実施形態による、ダイヤフラム40の斜視図及び断面図を示す。図示の実施形態では、ダイヤフラム40の外径は、リップ部51を有する。本明細書で説明されるように、リップ部51の構成は、シェル33の内側部分47及びスペーサリング46が、ダイヤフラム40の互いに反対向きの面上に締め付けられることによって、チャンバ36内にダイヤフラム40が固定されることを可能にする。しかしながら、チャンバ36の表面の少なくとも一部分をダイヤフラム40が提供するように、ダイヤフラム40をチャンバ36と封止係合させるために、任意の好適な機構又は製造技術を、代替的実施形態で使用することも可能である。
ダイヤフラム40の外径よりも小さい直径を有する、同心の環状隆起部53が、リップ部51の半径方向内側で、ダイヤフラム40に設けられている。隆起部53は、ダイヤフラム40の形状内の折り返し部として説明することができ、図示のようなダイヤフラム40は、1つの折り返し部を有する。環状隆起部53によって提供されている折り返し部は、ダイヤフラム40の直径25よりも小さい直径43を有する。
隆起部53の内側端部において、ダイヤフラム40は、高さ57を有し、半径方向内向きに延びて浅いカップ部54を形成している、下向きに垂れている窪みを特徴とする。いくつかの実施形態では、高さ57は、0.13~1.3cm(0.05~0.5インチ)の範囲にあり、それらの間の任意の値、例えば、0.25、0.51、0.76、又は1.0cm(0.1、0.2、0.3、又は0.4インチ)を含む。いくつかの実施形態では、カップ部54は、1.3~6.4cm(0.5~2.5インチ)の範囲の、直径43に対応する直径を有し、それらの間の任意の値、例えば、1.5、1.8、2.0、2.3、2.5、3.0、3.6、4.1、4.6、5.1、5.6、又は6.1cm(0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8、2.0、2.2、又は2.4インチ)を含む。いくつかの実施形態では、カップ部54は、約5.1cm(約2インチ)の直径を有する。いくつかの実施形態では、ダイヤフラム40は、1.3~12.7cm(0.5~5インチ)の範囲の総直径25を有し、それらの間の任意の値、例えば、1.5、1.8、2.0、2.3、2.5、3.8、5.1、6.4、7.6、又は10.2cm(0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.5、2.0、2.5、3、又は4インチ)を含む。
図示のようなダイヤフラム40内の単一の折り返し部は、いくつもの理由のために使用することができる。図示の折り返し部の直径43は、ダイヤフラム40の総直径25から、環状隆起部53の半径方向外側の特徴部の寸法を差し引いたものに等しい。この直径43は、変圧器16内の圧力上昇に対してダイヤフラム40が敏感な、表面積を確立する。より大きい表面積を有するダイヤフラムは、一般的に言えば、圧力の変化に対してより敏感となるが、これは、ダイヤフラムに作用する所与の圧力に対して、より小さい表面積を有するダイヤフラムよりも大きい力を生成することができるためである。2つ以上の折り返し部が存在する場合、最も内側の折り返し部の直径のみが、圧力変化に対してダイヤフラム40が敏感である領域としての役割を果たすことが判明している。圧力変化に対して敏感な領域が大きいほど、ダイヤフラム40及びアクチュエータ機構30の感度を向上させる結果となることが判明している。
変圧器16内の圧力上昇に対するダイヤフラム40の感度は、ダイヤフラム40の幾何学形状に部分的に依存することが判明している。ゼロ個の折り返し部がダイヤフラム40に設けられている(すなわち、ダイヤフラム40が、折り返し部又はカップ部を有することなく、概ね平坦である)場合、圧力上昇に応答するダイヤフラム40の移動は、ダイヤフラム40が作製されている材料の弾性変形のみに依存する(すなわち、ダイヤフラム40の中心点のいかなる撓みも、そのような材料の弾性変形の結果としてのみ生じる)。対照的に、環状隆起部53によって提供されている折り返し部は、ダイヤフラム40が作製されている材料の著しい弾性変形を必要とすることなく、カップ部54の形状を変化させることによって、圧力上昇に応答してカップ部54がカップ部54自体に対して反転することを可能にするものであるが、材料の弾性変形は、カップ部54の形状を変化させるために必要とされるものよりも、比較的高い閾値圧力を必要とする。それゆえ、ゼロ個の折り返し部の使用は、圧力が作用するために利用可能な、感圧性の表面積を最大化し得るものであるが、より感圧性の高いトリガ機構(すなわち、カップ部54の反転)によってもたらされる利点は、平坦なダイヤフラムに関しては存在しない。それゆえ、所与の直径25のダイヤフラム40の感度の向上は、図示のように、単一の折り返し部を設けることによって達成することができる。
図示の実施形態では、変圧器16内の圧力上昇に応答してダイヤフラム40が移動することが可能な量は、主として高さ57の関数である。具体的には、ダイヤフラム40の移動に関して利用可能な、概念上のストローク長は、高さ57の値の2倍、すなわち、カップ部54の基底部が完全に反転する場合の利用可能なストローク長である。実際には、急激な圧力上昇の間の、カップ部54の基底部の変位は、このストローク長の約半分であり、これは、高さ57よりも僅かに小さい変位に相当する。望ましく高いストローク長は、アクチュエータ機構30の誤ったトリガの可能性を低減するものであるため、有利である。環状隆起部53によって提供されている折り返し部は、対応する平坦なダイヤフラムの場合よりも大きい高さ57、またそれゆえストローク距離を可能にする。
概ね円形の形状を有するダイヤフラム40が図示され、説明されているが、ダイヤフラム40を係合しなければならない対応する構成要素が、対応する形状を備えているのであれば、ダイヤフラム40は、他の形状(例えば、三角形、正方形、矩形、又は他の多角形若しくは非対称形状)を有することも可能である。ダイヤフラム40の概ね円形の形状は、他の形状よりも敏感であり得る。
ダイヤフラム40は、好ましくは、本明細書で説明されるように、急激な圧力上昇に応答して、アクチュエータ機構30を作動させるための検出可能な移動をもたらす厚さ及び可撓性の、好適な弾性材料から構成されている。いくつかの実施形態では、ダイヤフラム40は、ダイヤフラム40の最終形状へと成形された、可鍛性材料又は液体材料から形成されている。ダイヤフラム40用の材料は、その材料が射出成形、圧縮成形、トランスファー成形などの製造プロセスによって成形されるために好適であるように選択することができる。いくつかの実施形態では、ダイヤフラム40の製造は、最初に、好適な材料をダイヤフラム40の所望の形状へと形成することと、次いで、その材料を任意の好適な手段によって硬化させることとを含む。
ダイヤフラム40は、急激な圧力上昇によって生成される圧力差に応答して、大規模な非弾性の動きを行う。ダイヤフラム40は、ダイヤフラム40が作製されている材料の弾性変形を最小限に抑えつつ、横方向の移動を最大化するように設計されている。ダイヤフラム40は、好ましくは、可撓性又は伸縮性であるが容易には弾性変形しない材料から作製されている。対照的に、ダイヤフラム40の全体形状は、急激な圧力上昇の発生時に、その形状の変形を可能にするために、弾性となるように設計されている。理論に束縛されるものではないが、ダイヤフラム40が作製されている材料の弾性変形は、ダイヤフラム40の大規模な並進運動(すなわち、撓み)を引き起こさないことにより、アクチュエータ機構30の感度を低下させる。内部故障検出器22の作動をもたらすものは、トリガピン50を移動させるための、カップ部54の圧迫を介したダイヤフラム40自体の垂直方向の撓みである。
ダイヤフラム40が作製されている材料はまた、好ましくは、高温に対しても弾性的であり、様々なタイプの流体、例えば、鉱油若しくはエステル系流体、又は、電気デバイス内で使用することが可能な電気絶縁ガスに晒された場合にも劣化しない。
いくつかの実施形態では、ダイヤフラム40を形成するために使用される材料は、エラストマーである。このエラストマーは、熱硬化性ポリマーとすることができる。より具体的な実施形態によれば、ダイヤフラム40を形成するために使用される材料は、フルオロシリコーンゴム(FVMQ)である。他の実施形態では、ダイヤフラム40を形成するために使用される材料は、ニトリル、フルオロエラストマー、フルオロカーボン、又はネオプレンとすることができる。いくつかの実施形態では、ダイヤフラム40は、埋め込み繊維を有する複合材料から形成されている。いくつかの実施形態では、この埋め込み繊維は、ポリマー繊維である。いくつかの実施形態では、埋め込みポリマー繊維を含めた埋め込み繊維は、ダイヤフラム40の一方の表面にのみ埋め込まれている。いくつかの実施形態では、埋め込みポリマー繊維を含めた埋め込み繊維は、ダイヤフラム40の両面に埋め込まれている。ポリマー繊維の使用は、有利には、ダイヤフラム40の靭性を増大させると同時に、ダイヤフラムが柔軟なままであることを可能にし得る。いくつかの実施形態では、ダイヤフラム40を形成するために使用される材料は、繊維埋め込みフルオロシリコーンである。
いくつかの実施形態では、ダイヤフラム40(リップ部51を除く)は、0.13~0.51mm(0.005~0.02インチ)の厚さを有してもよく、それらの間の任意の値、例えば、0.25又は0.38mm(0.01又は0.015インチ)を含む。より具体的な実施形態によれば、ダイヤフラム40は、約0.30mm(約0.012インチ)の厚さを有する。いくつかの実施形態では、ダイヤフラム40が作製されている材料は、50~95ショアAデュロメータの範囲の、硬度を有してもよく、それらの間の任意の値、例えば、52、54、56、58、60、62、64、66、68、70、72、74、76、78、80、82、84、86、88、90、92、又は94ショアAデュロメータを含む。具体的な一実施例では、ダイヤフラム40が作製されている材料は、約71ショアAデュロメータの硬度を有する。ダイヤフラム40を形成するために使用される材料は、好ましくは、ハウジング20内の急激な圧力上昇がダイヤフラム40を上向きに押す際の高い歪みに対して、弾性的である。
ダイヤフラム40が作製されている材料に加えて、ダイヤフラム40の形状及び構成もまた、ダイヤフラム40を作動させることが可能な容易性に影響を及ぼす。一例として、ダイヤフラム40の図示の構成は、故障の発生に対する良好な感度をもたらすと同時に、引き裂きに対して好適に弾性的であることが判明している。いくつかの用途では、圧力差に対するダイヤフラム40の感度を向上させること(またそれゆえ、アクチュエータ機構30の感度を向上させること)が望ましい。例えば、より柔軟なダイヤフラム40は、ダイヤフラム40が比較的柔軟ではない場合よりも、小さいアクチュエータ機構30の構成を可能にする。ダイヤフラム40の両側における圧力差によって生成される上向きの力は、ダイヤフラム40によって生成される下向きの反作用ばね力に抗して作用し、この反作用ばね力は、ダイヤフラム40を、その初期位置に向けて付勢する。更には、アクチュエータ機構30がトリガするためには、ダイヤフラム40が取り付けられている、支持ホイール35、スピンドル31、及びトリガピン50の重量によって生成される、下向きの力に打ち勝たなければならない。いくつかの実施形態では、アクチュエータ機構30をトリガするためにダイヤフラム40が打ち勝たなければならない、更なる下向きの力を供給するように、ばねをダイヤフラム40と一体的に形成するか、又はダイヤフラムに対して付勢させることができる。本明細書で後述されるように、インジケータ機構32の一部であるばね70によって生成され、トリガピン50に作用する水平力が、本明細書で更に説明されるいくつかの実施形態などを介して他の方式で制限されない場合には、ダイヤフラム40の位置決めを非対称に付勢することにより、アクチュエータ機構30をトリガするために必要な圧力を増大させる。
本発明者らは、ダイヤフラム40のばね定数が、ダイヤフラム40を作動させることが可能な容易性の、代表的な指標を提供するものであり、より低いばね定数kは、電気デバイスのハウジング内の圧力のより低い上昇によって作動させることが可能な、アクチュエータにつながるものであると判定した。ダイヤフラム40に関する低いばね定数は、ダイヤフラム40の幾何学形状と、選択された材料との組み合わせによって、図示の構成で達成することができる。特許協力条約国際公開第2011/153604号などにおける、電気デバイス内の急激な圧力上昇を検出するためのデバイス内で採用されている先行技術のダイヤフラムは、約1.2N/mm(約7lbs/in)のばね定数を有し得る。比較すると、いくつかの例示的実施形態では、本発明のダイヤフラム40は、約0.30N/mm(約1.7lbs/in)以下のばね定数を有し得る。いくつかの実施形態では、本発明のダイヤフラム40は、約0.18~約0.88N/mm(約1~約5lbs/in)の範囲のばね定数を有し、それらの間の任意の値、例えば、0.18、0.19、0.21、0.23、0.25、0.26、0.28、0.30、0.32、0.33、0.35、0.37、0.39、0.40、0.42、0.44、0.46、0.47、0.49、0.51、0.53、0.54、0.56、0.58、0.60、0.61、0.63、0.65、0.67、0.68、0.70、0.72、0.74、0.75、0.77、0.79、0.81、0.82、0.84、0.86、又は0.88N/mm(1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、又は5lbs/in)を含む。
いくつかの実施形態では、軽量の圧縮ばねが、チャンバ36内のダイヤフラム40の頂部の上に設けられている。このことは、ダイヤフラム40を下向きに付勢する効果を有し、ハウジング20内の圧力変化に対するアクチュエータ機構30の感度を比較的低いものにさせる。比較的低い感度のアクチュエータ機構30は、内部故障検出器22の誤検出作動による代償が大きい状況、例えば、アクセスすることが比較的困難な場所に変圧器16が配置されている状況において、望ましいものであり得る。
図5A、図5Bの図示の実施形態では、ダイヤフラム40は、事前折り返し形ダイヤフラムであり、すなわち、環状隆起部53によって提供される折り返し部は、製造時にダイヤフラム40内に形成される。代替的実施形態では、環状隆起部は、当該技術分野において既知であるように、組み立て中又は作動中に、図5Cの断面に示されているようなトップハット構成を有するダイヤフラム内に形成される。トップハット形ダイヤフラム40Aは、チャンバ36内にダイヤフラム40Aが固定されることを可能にする、リップ部51Aと、リップ部51Aの半径方向内側に位置決めされた、下向きに垂れているカップ部54A(図5Cでは実線で示されているもの)とを有する。設置中に手動で、又は、一時的な圧力サージ中にカップ部54Aの基底部に対して加えられる力によって、下向きに垂れているカップ部54Aは、図5Cの破線で示されるような構成を呈し、環状隆起部53Aによって画定される折り返し部を形成することができる。それゆえ、いくつかの実施形態では、ダイヤフラム内の単一の折り返し部は、作動プロセスの一部分の間にのみ存在する。
図6は、インジケータ機構32の一部である、バレル56を示す。図示の実施形態では、バレル56は、2つの別個の部分である、内側部分56Aと外側部分56Bとを有する。外側部分56Bは、ハウジング20を貫通する、バレル56の部分である。外側部分56Bは、任意の好適な方式で内側部分56Aに結合することができる。図示の実施形態では、外側部分56Bは、受け入れスロット86を含む。内側部分56Aは、インジケータ機構32が組み立てられる際にスロット86によって受け入れられる、対応するキー59を含む。図示の構成を使用するバレル56の組み立ては、部分56Aと部分56Bとの相対回転が防止されることを確実にする。設置される際の部分56Aと部分56Bとの相対回転を防止するために好適な、任意の他の機構を採用することができる。部分56Aと部分56Bとが係合されると、ねじ山付きカラー58が、外側部分56Bの外側後方延出部113に設けられている対応する外側ねじ山と係合し得る。カラー58は、内部故障検出器22内に設置されると、部分56A及び部分56Bを、バレル56の組み立て済み構成に保持する役割を果たす。
バレル56には、図7に示される係止タブ60などの、回転防止要素を設けることができる。係止タブ60は、係止スロット62と係合して、内側部分56Aと外側部分56Bとの相対回転を更に防止し、カラー58の偶発的な係合解除を防止する。内側部分56Aと外側部分56Bとを分離するために、ユーザは、スロット62から離れるように係止タブ60を押し下げることができ、それにより、外側部分56Bからカラー58を螺合解除することによって、カラー58を係合解除することが可能となる。好ましくは、バレル56の下側表面を貫通して、1つ以上の開口を設けることにより、そこからの任意の流体の排出を容易にすることができる。図示の実施形態では、排出開口150が、バレル56の内側部分56Aに設けられている。
バレル56の外側部分56Bは、開口24を通って突出しており、外側フランジ61を含む。図3で最良に示されているように、全天候型ガスケット63が、外側部分56Bの外側ねじ山付き肩部69に螺合されるナット65と、外側フランジ61と、の間に介在している。ナット65は、開口24の周りの封止の完全性を確実にするために、ハウジング20の外壁表面に対して締め付けられる。ナット65が締め付けられると、ガスケット63がハウジング20の内壁を押圧することにより、外部環境に対してハウジング20の内部を封止する。ナット65にはまた、カラー付き肩部67を設けることにより、ハウジング20と係合するためのより大きい表面積を提供して、内部故障検出器22が、開口24内で、又は開口24を通って摺動することを防止することができる。
いくつかの実施形態では、バレル56は、開口24内で回転することが防止されている。このことは、例えば、外側部分56Bの対応するノッチ68に係合する突出部66を、開口24内に設けることによって達成することができる(図8を参照)。ノッチ68の深さ、及び突出部66のサイズを増大させることにより、ハウジング20内への内部故障検出器22の、より確実な挿入及び保持をもたらすことができる。
好ましくは、ハウジング20内に取り付けられるように意図されている実施形態では、バレル56は、直径が約34mm(約1.35インチ)であり得る開口24内に適合するために、十分に小さい。バレル56は、ハウジング20の壁を貫通する導電経路をバレル56が提供しないように、非導電性材料で作製されている。バレル56は、例えば、太陽光の作用による劣化に対する耐性を提供するための添加剤、及び/又は可燃特性を改善するための添加剤を含む、繊維強化ポリプロピレンから製作することができる。例えば、ガラス繊維強化材を任意選択的に含む、ポリブチレンテレフタレートを、好適な添加剤と組み合わせて使用することができる。
プランジャ64が、バレル56のボア56C内に配置されている。プランジャ64は、任意の好適な方式で、ハウジング20に対して前方に付勢される。例えば、図示の実施形態では、圧縮ばねとして示されている排出ばね70が、プランジャ64の内側端部64A内の受け入れキャビティ71と、シャトル72のフランジ付き表面131と、の間で圧縮されている(図2及び図13Aを参照)。あるいは、排出ばねは、図示の圧縮ばねの代わりに、ボア56C内でプランジャ64を前方に引っ張るように配置されている引張ばね、又は、任意の他の好適なタイプのばね若しくは付勢部材とすることも可能である。図示の実施形態では、プランジャ64の内側端部64Aと外側端部64Bとは、係合する対応するねじ山によって、互いに結合することができる。代替的実施形態では、プランジャ64は、単一ユニットとして形成されている。
バレル56は、プランジャ64ともまた封止係合しているシール74(図9A~図10Bを参照)と封止係合する、構造的特徴部を含む。シール74は、第1の端部でプランジャ64と固定関係で係合し、第2の端部でバレル56と固定関係で係合して、内部故障検出器22が作動準備(すなわち、非作動)状態にあるか又はトリガ(すなわち、作動)状態にあるかに関わらず、ハウジング20の内部と外部雰囲気との間の封止を維持する、静的シールである。図示の実施形態では円錐壁79によって提供されている、シール74の可撓性の中央領域は、非作動位置と作動位置との間で自由に移動するために十分に長く、かつ十分に可撓性であることにより、内部故障検出器22の作動前、作動中、及び作動後において常に、バレル56とプランジャ64との間の封止を維持する。
上述のような、ハウジング20の内部と外部雰囲気との間の封止の維持は、ハウジング20の内部に流体が収容されたまま維持されることを確実にすると同時に、水分及び埃などの外部要素がハウジング20に侵入することを許容しないことを支援する。バレル56及びプランジャ64の双方の静止封止面を維持することによって、シール74によって達成される封止は、図10A及び図10Bにそれぞれ示されるような、内部故障検出器22の非作動状態と作動状態との間でプランジャ64が移動する際の、バレル56とプランジャ64との相対的な軸方向運動とは無関係となる。
図9A及び図9Bは、それぞれ、本発明の例示的実施形態による、非作動構成及び作動構成における例示的なシール74を示す。いくつかの実施形態では、シール74は、静的シールである。図示の実施形態では、シール74は、それぞれ、バレル56及びプランジャ64の対応する部分に対して封止係合して、所定の位置に固定されたまま留まる、2つの端部を有すると共に、図示の実施形態ではシール74の円錐壁79である中央部分が、これらの2つの構成要素間の相対移動を可能にする、転動形シールである。シール74が内部故障検出器22内に位置決めされている場合、シール74は、図10A及び図10Bで最良に示され、以下で説明されるように、内側部分56Aの接合内側表面98及び外側部分56Bの接合内側表面96と常に接触している封止リップ部75をシール74の第1の端部に含むことにより、内部故障検出器22の動作中、常にバレル56との封止係合を維持する。同様に、シール74の第2の端部における円形表面78は、プランジャ64の内側部分64Aに設けられているフランジ80と封止係合している。外側後方延出部113と併せて、内側後方延出部73が、外側部分56Bの、封止リップ部75の半径方向内側に設けられることにより、バレル56に対する封止リップ部75の半径方向位置を維持することができる。シール74とバレル56及びプランジャ64の双方との封止係合は、内部故障検出器22が非作動構成にあるか又は作動構成にあるかに関わりなく、ハウジング20の内部と外部雰囲気との間の封止をもたらす。
シール74の第1の端部と第2の端部とは、図示の実施形態では円錐壁79を形成している、可変長の材料によって結び付けられている。図示の実施形態では、封止リップ部75は、シール74の第1の端部において、円錐壁79から半径方向外向きに延出している。シール74は、その第2の端部において、概ね円形の封止面78を形成するように半径方向内向きに延出する前の、環状隆起部88を特徴とする。
シール74は、任意の好適な弾性かつ可撓性の材料から形成することができる。例えば、いくつかの実施形態では、シール74は、エラストマーから形成されている。このエラストマーは、熱硬化性ポリマーとすることができる。より具体的な実施形態によれば、シール74に使用される材料は、フルオロシリコーンゴム(例えば、FVMQ)である。他の実施形態では、シール74を形成するために使用される材料は、ニトリル、フルオロエラストマー、フルオロカーボン、又はネオプレンとすることができる。いくつかの実施形態では、シール74は、埋め込み繊維を有する複合材料から形成されている。いくつかの実施形態では、この埋め込み繊維は、ポリマー繊維である。いくつかの実施形態では、ポリマー繊維は、シール74の一方の表面にのみ埋め込まれている。いくつかの実施形態では、ポリマー繊維は、シール74の両面に埋め込まれている。ポリマー繊維の使用は、有利には、シール74の靭性を増大させると同時に、シールが柔軟なままであることを可能にし得る。いくつかの実施形態では、シール74を形成するために使用される材料は、繊維埋め込みフルオロシリコーンである。いくつかの実施形態では、シール74は、本明細書で前述されたようなダイヤフラム40と同じ材料から構成されている。
シール74が作製されている材料の硬度(すなわち、デュロメータ)は、内部故障検出器22の通常予期されている動作条件の範囲にわたって封止が維持されることを、確実にするように選択することができる。この材料は、作動中に円錐壁79が自由に移動することができることを確実にするために、十分に可撓性であるように選択されるべきであるが、プランジャ64を排出するために必要とされる力を増大させるために、使用される材料は、過度に弾性とするべきではない。シール74によって提供される摩擦、屈曲、及び外形の特性は、シール74を構成するために使用される材料のタイプによって変化し得る。いくつかの実施形態では、シール74は、50~95ショアAデュロメータの範囲の硬度を有してもよく、それらの間の任意の値、例えば、52、54、56、58、60、62、64、66、68、70、72、74、76、78、80、82、84、86、88、90、92、又は94ショアAデュロメータを含む。シール74は、様々なタイプの流体、例えば、鉱油若しくはエステル系流体、又は、電気デバイス内で使用することが可能な電気絶縁ガス中で、高い動作温度において封止することが可能な材料から作製されるべきである。いくつかの実施形態では、シール74(リップ部75を除く)は、0.13~0.51mm(0.005~0.02インチ)の厚さを有してもよく、それらの間の任意の値、例えば、0.15、0.18、0.20、0.23、0.25、0.30、0.36、0.41、又は0.46mm(0.006、0.007、0.008、0.009、0.010、0.012、0.014、0.016、又は0.018インチ)を含む。より具体的な実施形態によれば、シール74は、約0.43mm(約0.017インチ)の厚さを有する。
内部故障検出器22が非作動構成から作動構成に移行する間に、プランジャ64の内側端部64Aのフランジ80が、シール74の第2の端部78に当接して、(外側部分56Bに向けた)前向きの力を加える。プランジャ64の前方向への移動は、シール74の可撓性の円錐壁79を、図9Bに示される構成へと反転させる効果を有するものであり、円錐壁79は、円錐壁79自体を越えて転動し、第2の端部78は、図示の実施形態では、封止リップ部75を越えて前方に移動する。図示の実施形態での、リップ部75の静止圧迫によって生成される封止と、可撓性材料によるシール74の構成とにより、プランジャ64は、封止効力を一切損なうことなく、動作中に自由に移動することが可能となる。
円錐壁79は、リップ部75と環状隆起部88との間の距離によって規定される、高さ79Aを有する。図示の実施形態では、シール74が、プランジャ64の前方への動きにより反転する際、プランジャ64は、シール74が完全に反転して、ばね70によって掛けられる力に抗して反作用ばね力を加えることにより、双方の軸方向の力を効果的に打ち消す前に、高さ79Aの約2倍に相当する距離を移動し得る。
シール74は、バレル56又はプランジャ64のいずれに対しても摺動しないため、バレル56に対してプランジャ64を移動させるために克服することが必要な摩擦の量は、シールとプランジャとの摺動摩擦係合を維持していた先行の設計と比較して低減されている。
本発明のいくつかの実施形態は、アクチュエータ機構(例えば、アクチュエータ機構30)からインジケータ機構(例えば、インジケータ機構32)を結合解除するための手段を提供するものであり、双方の機構は、内部故障検出器の一部である。好ましくは、この結合解除は、インジケータ機構に対する外部から誘発された任意の動き又は力を、アクチュエータ機構30にではなく、内部故障検出器が中に設置されている電気デバイスの壁に伝達する。アクチュエータ機構からインジケータ機構を結合解除するための手段は、インジケータ機構と係合して、インジケータ機構が遭遇する力を、アクチュエータ機構以外の構成要素、例えば電気デバイスの壁に、内部故障検出器の他の構成要素を介して伝達する、係止機構を含む。
例示的一実施形態では、結合解除するための手段は、インジケータ機構及びアクチュエータ機構の双方と連動する、中間構成要素を更に含む。中間構成要素は、前方向に(すなわち、トリガ位置に向けて)付勢され、アクチュエータ機構のトリガ時にのみ、前方向に移動して係止機構を係合解除し、この係止機構の係合解除により、インジケータ機構の軸方向前方への自由移動が可能となる。任意選択的に、係止機構は、内部故障検出器がトリガされた直後に再係合されることにより、例えば軸方向後方へのインジケータ機構の動き、及び/又は前方向への完全な排出を、更に制限することができる。
図示の実施形態では、アクチュエータ機構からインジケータ機構を結合解除するための手段は、シャトル72と相互作用する係止バー110であり、先行の設計と比較して、アクチュエータ機構30からインジケータ機構32を効果的に結合解除するための、インタフェースとして機能する。より具体的には、例えばユーザが内部故障検出器22を設置することによって、又はユーザがプルリング107を引っ張ることによってインジケータ機構32に加えられる、いかなる力も、トリガピン50には、またそれゆえアクチュエータ機構30には伝達されないため、インジケータ機構32は、アクチュエータ機構30から結合解除されている。アクチュエータ機構30の展開に影響を及ぼす力は、アクチュエータ機構30の様々な構成要素に関連付けられる力、及び、ばね70によるトリガピン50に対する付勢力のみである。シャトル72は、インジケータ機構32及びアクチュエータ機構30の双方と連動する、中間構成要素としての役割を果たす。具体的には、アクチュエータ機構30がトリガされると、シャトル72が前方向に移動して、係止バー110を係合解除することにより、インジケータ機構32の自由な移動が可能となる。このことにより、例えば先行のデバイスのように、アクチュエータ機構30からインジケータ機構32が結合解除されていない場合にインジケータ機構32が寄与し得るような、追加的な力を考慮する必要なく、アクチュエータ機構30の設計を最適化することが可能となる。
いくつかの実施形態では、係止バー110はまた、内部故障検出器22が、非作動構成又は作動構成のいずれかにある場合に、不適切に干渉されないことを確実にするためにも役立ち得る。図11に示されるように、係止バー110は、係止バー110の第1の長手方向端部108における下向き延出部の端部に、後方に延出するキャッチ部112を有する。第1の長手方向端部108に近接して、係止バー110は、上向きに延出するフック部114を有する。係止バー110の、反対側の第2の長手方向端部109において、係止バー110は、係止バー110の横方向両側に配置されている、2対の下向きに延出するアーム部116を有する。傾斜面118A及び傾斜面118Bが、2対のアーム部116の間を横断して配置されている。傾斜面118Aは、第2の長手方向端部109の前縁に設けられ、傾斜面118Aと傾斜面118Bとの間の中間点118Cから上向きかつ前方に傾斜している。傾斜面118Bは、第2の長手方向端部109の後縁に設けられ、中間点118Cから上向きかつ後方に傾斜している。
図12は、バレル56の内側部分56A上への係止バー110の設置を示す。内側部分56Aは、係止バー110のキャッチ部112を受け入れるためのスロット120(図6でも視認可能)を含む。内側部分56Aは更に、溝120から長手方向に間隔を空けて配置されている、上向きに延出する傾斜突出部122を含む。図示の実施形態の内側部分56A上に係止バー110を設置するために、係止バー110の第2の端部109を、バレル56の内側部分56Aに対して上向きの角度で枢動させつつ、キャッチ部112を、スロット120内に配置する。次いで、係止バー110の第2の端部109を、その固定位置へと下向きに枢動させることにより、非作動位置における、図12に示される構成がもたらされる。この構成では、係止バー110は、第1の端部108においてバレル56の内側部分56Aに枢動可能に結合されているため、第2の端部109は、以下で説明されるように、シャトル72によって垂直方向で上向きに変位することができる。
図示の実施形態を含めた、いくつかの実施形態では、係止バー110はまた、バレル56の内側部分56Aと摺動可能に係合されることにより、係止バー110の長手方向、すなわち前方向及び後方向の移動も可能となる。内側部分56Aと摺動可能かつ枢動可能に係合されている係止バー110の実施形態は、以下で説明されるように、輸送中の作動に抗して検出器22を更に固定するために、輸送用係止具と併せて使用することができる。図示の実施形態の係止バー110の、この摺動可能かつ回転可能な係合を達成するために、係止バー110のキャッチ部112は、以下で説明されるように、係止バー110が輸送用係止具90によって後方向に変位されている間であっても、スロット120内に固定されたまま留まるように、十分に細長いものであり、また、以下で説明されるように、第2の端部109がシャトル72によって上向きに変位されることを可能にするように、係止バー110の回転も可能にする。
図示の実施形態では、保持ばね125(図示の実施形態では、引張ばねとして示されているもの)の両端部が、突出部122及びフック部114のそれぞれの周りに固定されて、溝120内にキャッチ部112を保持していることにより、係止バー110と内側部分56Aとの間の著しい相対的な軸方向移動が防止される。係止バー110が内側部分56Aと摺動可能かつ回転可能に係合されている実施形態では、保持ばね125は、以下で説明されるように、係止バー110がキャッチ部162と係合することを可能にするために、内側部分56Aに対する係止バー110の十分な程度の後方変位を可能にするように選択されるべきである。保持ばね125はまた、後述されるように、係止アーム部116を所定の位置に保持して、プランジャ64の移動を抑制することを助けるために、係止バー110の第2の端部109に下向きの力を掛ける。
図示の実施形態では、シャトル72(図13A、図13B、図14B、図14C、及び図14Dを参照)が、アクチュエータ機構30とインジケータ機構32との間のインタフェースとしての役割を果たすように設けられている。図2で最良に示されているように、非作動構成では、トリガピン50は、シャトル72のトリガノッチ139内に収まっている。アクチュエータ機構30が急激な圧力上昇によって作動されると、トリガピン50は、図示の実施形態では、ばね70によって加えられる力の下でシャトル72を解放するために、トリガノッチ139から外れて上向きに移動する。このことにより、ばね70は、その位置エネルギーを解放して、シャトル72を前方に押すことが可能となり、この前方への動きが、係止バー110を解放して、インジケータ機構32が、以下で説明されるように作動構成に入ることを可能とする。
図2で最良に示されているように、シャトル72は主として、プランジャ64の内側端部64Aの半径方向内側に配置されている。内側端部64Aは、上側スロット102及び下側スロット104を含み、これらは、それぞれ、シャトル72の上側部分132及び下側部分134を受け入れて、プランジャ64とシャトル72との間の相対的な軸方向移動を可能にしつつ、相対回転を防止する(図14Bを参照)。図13A及び図13Bは、シャトル72の例示的実施形態を示す。シャトル72は、排出ばね70の一方の端部と係合するための、フランジ付き表面131を含む。シャトル72は、上側部分132に、前側傾斜面135及び後側傾斜面137と、それらの間に介在するトリガノッチ139とを更に含む。前側傾斜面135は、前から後へと滑らかな角度で概ね上向きに傾斜しており、その一方で、後側傾斜面137は、前から後へと滑らかな角度で概ね下向きに傾斜している。
図13Bで最良に示されるように、図示の実施形態を含めた、いくつかの実施形態では、前側傾斜面135と後側傾斜面137とを、異なる角度で設けることができる。例えば、図示の実施形態では、前側傾斜面135は、水平から約30度の角度φを有する後側傾斜面137よりも急な、水平から約45度の角度θを有する。係止バー110の傾斜面118B及び傾斜面118Aの角度は、シャトル72による係止バー110の滑らかな移動を容易にするために、それぞれ、前側傾斜面135及び後側傾斜面137に関して使用されている角度と相補的であるように選択されている。角度θと角度φとに関して異なる値を使用することにより、非作動構成から作動構成へのシャトル72の移動は、例えば内部故障検出器22をリセットする場合に行われるような、作動構成から非作動構成へのシャトル72の移動よりも、比較的容易に実施することが可能となる。また、係止バー110は、バレル56の内側部分56Aに対する、その第1の長手方向端部108の係合を介して(キャッチ部112がスロット120内に係合されている状態で)、前方向への移動に対して拘束されている。しかしながら、係止バー110は、後方向の移動に対しては、ばね125によって拘束されている。それゆえ、シャトル72の後側傾斜面137を介して係止バー110に対して加えられる、後向きの力のレベルを最小限に抑えることが望ましく、このことは、角度φを最小限に抑えることによって達成することができる。しかしながら、角度φを減少させることは、後側傾斜面137の軸方向長さを増大させることを必要とするため、後側傾斜面137を過度に長くすることを回避するためのバランスが求められる。
角度φに関する値の妥当な範囲としては、約25°~約45°が挙げられ、それらの間の任意の値、例えば30°、35°、又は40°を含む。典型的には、角度θは、約45°であり得るが、必要に応じて、他の値、例えば40°又は50°若しくはそれらの間の任意の値を使用することも可能である。これに対応して、傾斜面118B及び傾斜面118Aに関する相補的な角度は、それぞれ、約45°~約65°の範囲とすることができ、それらの間の任意の値、例えば50°、55°、若しくは60°、及び、約40°~50°、又は45°を含むそれらの間の任意の値を含む。そのような値は、例示的なものに過ぎず、他の値も機能し得るため、限定するものではない。
内部故障検出器22がトリガされるまで、プランジャ64は、シャトル72のトリガノッチ139内にトリガピン50が係合している(このことは、シャトル72を前方向への長手方向移動に対して固定し、係止バー110をシャトル72が解放することを防止して、排出ばね70によって加えられる付勢力を、シャトル72がプランジャ64に伝達することを、かなりの程度まで防止する)ことによって、及び、以下で説明されるように、係止バー110がプランジャ64の保持面と係合していることによって、バレル56から排出されることが防止される。トリガピン50は、面取りされたガイド開口部77を通って、バレル56のボア56C内に入る(図2を参照)。ダイヤフラム40は、トリガノッチ139内にトリガピン50を着座させる傾向がある、僅かな下向きの力を提供し得る。急激な圧力上昇が発生すると、ダイヤフラム40は、トリガピン50を上向きに作動させて、トリガノッチ139との係合から外すことにより、排出ばね70は、長さを伸長して、以下で説明されるように係止バー110を変位させることによってシャトル72を前方に(外側部分56Bに向けて)押し出すことが可能となる。
図14A及び図14Bを参照すると、プランジャ64の内側端部64Aは、スロット102の長手方向長さに沿って、上向きの内側突出部106A及び外側突出部106Bを含む。突出部106A及び突出部106Bは、係止バー110と係合してプランジャ64の移動を抑制することが可能な、係止部材を提供するものである。変圧器16の通常の動作条件下では、プランジャ64は、係止バー110が、その係止構成にある場合、突出部106Bの前向き面106B-1が係止バー110のアーム部116の後向き面116-2と係合していることによって、前方移動が防止される。同様に、プランジャ64の後方への動き(例えば、ユーザがプランジャ64を外部から押圧することによって引き起こされ得るようなもの)は、プランジャ64の第3の突出部106Cの後向き面106C-1(図14Bで最良に示される)が、係止バー110のアーム部116の前向き面116-1と係合することによって防止される。
シャトル72が前方に押し出されると、シャトル72の傾斜面135が、係止バー110の傾斜面118Bと係合する(図14Cで最良に示されている相互作用)。そのような係合に続く、シャトル72の継続的な前方への動きは、シャトル72の傾斜面135が係止バー110の傾斜面118Bに対して摺動する際に、係止バー110の第2の長手方向端部109を解放構成へと上向きに枢動させることにより、係止バー110を、キャッチ部112を中心として回転させる(図14Dに示される)。係止バー110の第2の長手方向端部109の上向きの枢動は、壁106Bの嵌合面106B-1とアーム部116とを係合解除する。このことにより、プランジャ64は、ばね70の作用(図示の実施形態では、シャトル72に作用するもの)を通じて、前方に移動することが可能となる。図示の実施形態では、シャトル72は、斜面118A及び斜面118Bの幅の間の、アーム部116の対向する対の間に配置されている。それゆえ、シャトル72は、アーム部116並びに突出部106A及び突出部106Bによって動きが制限されず、図14E及び図14Fに示されるように、本明細書で説明されるように自由に移動して係止バー110を係合解除することができる。
インジケータ機構32内に位置決めされると、保持ばね125が、係止バー110を図12に示されるような水平構成に付勢する。プランジャ64が特定の距離で前進した後、シャトル72の傾斜面137が、係止バー110の傾斜面118Aを越えて摺動することにより、係止バー110の第2の長手方向端部109は、キャッチ部112を中心として下向きに枢動して戻ることが可能となり、係止バー110のアーム部116は、突出部106A及び突出部106Bによって画定されている窪み内に着座することが可能となるため、係止バー110は、第2の係止構成に戻される。この動きは、保持ばね125によって係止バー110に加えられる力の、下向きの態様によって容易となる。図14Dに示されるように、アーム部116の後向き面116-2は、突出部106Aの前向き面106A-1と係合して、プランジャ64の更なる前進を阻止することにより、内部故障検出器22からのプランジャ64の完全な排出を防止する。プランジャ64の完全な排出を防止するための、追加的又は代替的手段として、プランジャ64の外側端部64Bは、バレル56の外側部分56Bの内向きフランジ117と接触する、外向きフランジ115を含むことにより、プランジャ64の更なる前方への軸方向運動を防止する。
図示の実施形態は、アクチュエータ機構30からインジケータ機構32を結合解除するものである。内部故障検出器22が非作動構成にあるときに、リング107を人が引っ張るか又は押すことによって、プランジャ64に対して何らかの力が加えられた場合には、プランジャ64の表面(例えば、突出部106Bの前向き面106B-2、及び突出部106Cの後向き面106C-1)に対する、係止バー110のアーム部116の係合が、プランジャ64の動きを防止して、このことが同様に、プランジャ64が、シャトル72を介してトリガピン50に力を掛けることによりアクチュエータ機構30に干渉することを防止する。プランジャ64に対して加えられるそのような力は、バレル56への係止バー110の結合を通じて、バレル56によって受け止められ、例えば、内部故障検出器22が設置されている電気デバイスの壁へと、伝達させることができる。いくつかの実施形態では、インジケータ機構32は、いずれの軸方向においても、534N(120重量ポンド)以上の、外部から加えられる力を支持する。そのような構成の例示的な利点は、軸方向に向けられた力に耐えるトリガピン50の能力を含む、設計上の考慮事項を、プランジャ64を介して潜在的に加えられる可能性のある、外部から加えられる何らかの追加的な力を考慮する必要なく、ばね70がシャトル72によってトリガピン50に加える、予期されている力によってのみ、決定することができる点である。
図15Aは、非作動状態にある内部故障検出器22を示し、その一方で、図15Bは、作動状態にある内部故障検出器22を示す。好ましくは、プランジャ64がボア56C内で前方に押された後、プランジャ64の外側端部は、バレル56の外側開口部を大幅に越えて延出する。このことにより、変圧器16内で故障が発生したことの、極めて可視的な指標が提供される。それゆえ、内部故障検出器22の形状は、プランジャ64が排出された後、変化している。更には、プランジャ64の側面64C、又はその一部分は、明るい色にすることができ、変圧器16の環境において典型的に見出される色に対して、高いコントラストを有する色を有し得る。好適な色には、ブレイズオレンジ及び明るい黄色などの、明るい色が含まれる。それゆえ、プランジャ64が排出された後は、その明るい色の側面64Cが見えるように露出されており、容易に視認される。内部故障検出器22は、ハウジング20の側壁に取り付けることができるため、内部故障が発生したことの指標を、容易に視認可能な場所に表示することができる。
内部故障検出器22がトリガ構成にあるとき、アーム部116は、突出部106Bの後向き面106B-2と係合して、ボア56C内にプランジャ64が押し戻されることを阻止することができる。このことにより、変圧器16は、内部検査に合格せずに、知らないうちに使用可能状態へと戻されることが防止される。一般に、電気デバイスが、内部故障検出器22をトリガするように誤動作した場合は常に、そのデバイスは、使用可能状態へと戻される前に検査されるべきである。内部故障検出器22がトリガされた後、ハウジング20を開かなければ容易には初期位置に戻すことが不可能な、インジケータ要素を提供することにより、電気デバイスが適切に検査及び保守点検される前に、その電気デバイスが人為的ミスによって使用状態に戻される可能性が低減される。代替案として、内部故障検出器22をハウジング20の内側からのみリセットすることができるように、別個の爪機構、又は他の一方向ラチェット機構を設けることも可能である。
より一般的には、係止バー110及びシャトル72の動作は、以下のように説明することができる。係止バー110は、第1の端部(図示の実施形態では108)を中心として枢動可能であり、その第2の端部(109)において、通常は第1の方向に(図示の実施形態では下向きに)付勢されることにより、(例えば、図示の実施形態では、突出部106Bとの係合を介して、プランジャ64の前方移動を抑制することによって)インジケータ機構32の前方移動を防止する、係止縁部(図示の実施形態では、116-2)を有する、枢動可能な係止部材を提供するものである。
いくつかの実施形態では、枢動可能な係止部材はまた、非作動構成においてインジケータ機構32の後方移動も(例えば、図示の実施形態では、突出部106Cとの前向き面116-1の係合を介して)防止することができる(表面116-1と表面116-2とは、図示の実施形態では、別個のアーム部に設けられているが、代替的実施形態では、これらの表面は、同じアーム部の反対向きの表面として設けることも可能である点に留意されたい)。
枢動可能な係止部材は、摺動式係止解除部材(図示の実施形態では、シャトル72によって提供されるもの)と協働することにより、トリガピン50をシャトル72との係合から外れるように変位させる(例えば、図示の実施形態では、トリガノッチ139から変位させる)ことによって、シャトル72が前方移動するために解放されると、摺動式係止解除部材の傾斜面(図示の実施形態では、傾斜面135)が、枢動可能な係止部材の第2の端部(109)を第2の方向に(図示の実施形態では、上向きに)変位させるための、楔として機能することにより、係止縁部(116-2)を係合解除して、インジケータ機構32を前方移動させるために解放する。図示の実施形態を含めた、いくつかの実施形態では、摺動式係止解除部材には、摺動式係止解除部材の傾斜面135と相補的であり、それを越えて摺動する、協働する傾斜面(図示の実施形態では、118B)が設けられている。
圧力逃し弁34は、プランジャ64と一体化させることができ、プランジャ64の外側部分64B内に収容されている。圧力逃し弁34は、低定数ばね82によって弁座83と係合するように付勢されている、軸方向に移動可能な弁部材81を有する。通常、弁部材81は、外部雰囲気とハウジング20の内部との間の封止を維持するように、弁座83に対して封止的に付勢されていることにより、ハウジング20の内部への水分の侵入を防止する。ハウジング20内の周囲圧力が、ハウジング20の外側の大気圧を上回る場合には、弁部材81の端部には、正味の前向きの力が存在している。この力が、所定の値、例えば、34.5kPa、48.3kPa、68.9kPa、又は82.7kPa(5psi、7psi、10psi、又は12psi)の圧力差に相当する力を上回ると、ばね82は圧縮して、ガスが通気間隙148を通ってハウジング20から排出されることを可能にする(図16を参照)。ガスが排出されることを可能にする、この所定の値は、低定数ばね82の特性を変更することによって、例えば、非圧縮状態のばねの長さ、有効巻数、ワイヤ直径、内径及び外径を変更するか、あるいは、そのばね定数を他の方式で変更することによって、変化させることができる。参照を容易にするために、圧力逃し弁34内で使用されるばねは、そのばねを収容している圧力逃し弁を作動させる圧力の範囲に応じて、色分けすることができる。圧力逃し弁34の通気特性はまた、通気間隙の直径を変更することによっても変化させることができる。
図3及び図17を参照すると、弁部材81は、ばね保持器84を貫通して突出している。低定数ばね82は、弁座83とばね保持器84との間に収容されている。図示の実施形態では、ばね保持器84は、弁部材81の周りに配置されて弁部材と摺動接触する、概ね円筒形の中心部分142を有する。4つの脚部85が、中心部分142から軸方向かつ半径方向外向きに延出して、足部87で終端している。足部87は、プランジャ64の本体内に形成されている受け入れノッチ89(図3)と係合可能であることにより、ばね保持器84を、プランジャ64のボア64D内に固定し、低定数ばね82を、弁座83と圧縮係合させて保持する。ばね保持器84が、ばね82を確実に保持する程度は、脚部85及び足部87の、長さ及び/又は幅を変更することによって調節することができる。図17に示されるように、傾斜面93などの中心合わせ特徴部を、ばね82の一方の端部に接触するように設けることにより、ばね保持器84のばね接触面95に、ばね82を中心合わせすることを支援することができ、それゆえ、より再現性の高い作動がもたらされる。あるいは、中心合わせ特徴部は、ばね表面95の外側縁部から軸方向内向きに延出して、ばね82の外側縁部を所望の場所に位置合わせするように位置決めされている、突出リング又は複数の突出部(図示せず)とすることも可能である。
弁部材81が、軸方向で前方に移動すると、ガスは、弁部材81とプランジャ64の外側端部64Bとの間の通気間隙148(図16)によって、ハウジング20から抜け出ることができる。通気間隙のサイズを増大させることは、より高い流量を可能にし得る。弁部材81の長さを増大させることは、作動後の内部故障検出器22内への、圧力逃し弁34のより容易な再組み立てを可能にし得る。リング又は他の把持可能部材107が、弁部材81の外側端部に取り付けられることにより、ハウジング20の、手動による(すなわち、弁部材81を前方に引き寄せることによる)通気が可能となり得る。内部故障検出器と圧力逃し弁とを、単一のデバイスに組み合わせることにより、ハウジング20内に2つの開口を設ける必要性が回避される。
ダストカバー97を圧力逃し弁34の上に設け、挿入することにより、外部環境から圧力逃し弁34内への破片又は他の物質の侵入を防止しつつ、依然として流体の放出を可能にすることができる。ダストカバー97は、これらの機能を達成するために、内と外とに浮動するように構成することができる。ダストカバー97は、好ましくは、プランジャ64の外側端部64Bとバレル56の外側端部56Dとの双方を覆っており、軸方向内向きに延出してバレル56の外側端部56Dの一部分に重なり合う、外側リップ部111(図16及び図17の実施形態に示されるもの)を有し得る。ダストカバー97は、圧力逃し弁34が適切に設置された場合を識別することを支援するために、垂直又は水平に方向付けることが可能な設置タブ99を、その外面上に含み得る。
ばね保持器84の足部87が受け入れノッチ89と係合するまで、弁34を回転させることを可能にすることによって、圧力逃し弁34の設置を容易にするために、複数の挿入タブ101(図18B)を、ダストカバー97の内側端部に設けることができる。挿入タブ101は、ばね保持器84の中心部分142の外側縁部に設けられている、複数の対応する挿入タブ103と係合するように、寸法決め及び位置決めされている。挿入タブ101及び/又は挿入タブ103は、図18A、図18Bで最良に示されているように、丸みを帯びた縁部を有することにより、圧力逃し弁34が設置された後に、圧力逃し弁34が容易にねじられて、それにより内部故障検出器22からもぎ取られることを、防止することができる。
設置を更に支援するために、ダストカバー97に、十字線、又はマーク若しくは他の視覚的な印を設けることにより、圧力逃し弁34及びダストカバー97を正しい向きで挿入することを支援することができる。あるいは、又は更に、1つ以上のガイドチャネル(図示せず)を、プランジャ64のボア64D内に形成することにより、足部87を受け入れて、受け入れノッチ89に案内することができる。
内部故障検出器22を設置するための、構成要素部品の組み立ての厳密な順序は、重要なものではない。図14Bで最良に示されているように、内側端部64Aのスロット104は、より広い後方開口部104Aを有し得る。内部故障検出器22を組み立てるための例示的一実施形態では、シャトル72を、より広い開口部104Aを通して内側端部64Aの内部に挿入し、次いで、相対回転を防止するために、上側部分132及び下側部分134が、それぞれ、スロット102及びスロット104の間に介在するまで、前方に前進させる。排出ばね70を、ばね70の端部がシャトル72のフランジ付き表面131に接触するように、ボア64Dを通して内側端部64A内に挿入することができる。内側部分64A、シャトル72、及びばね70のアセンブリを、排出ばね70がバレル56の内側端部56Eに対して付勢されるように、内側部分56Aのボア56C内で摺動させることができる。シャトル72を、内側端部56Eに向けて後方に押すことにより、ばね70を圧縮することができる。トリガピン50を、面取りされたガイド開口部77を通してトリガノッチ139内に挿入することにより、シャトル72及びプランジャ64を、バレル56内で作動準備位置に固定することができる。トリガピン50が、締まり嵌めによってスピンドル31に締結されている実施形態では、スピンドル31とトリガピン50とを同時に位置決めすることが望ましい場合がある。次いで、バレル56とプランジャ64との間の相対的な軸方向運動を防止するために、係止バー110を上述のように設置することができる。
内側部分56Aを、飛散ガード44の溝91内にスナップ嵌めして、溝91の弾性外側縁部91Aによって、その溝91に保持することができる(図3)。長手方向に延びている保持アーム部92を、バレル56の外面上に設けることにより、外側縁部91Aとより良好に係合して、外側縁部を保持することができる。バレル56が溝91内に受け入れられると、溝91が、バレル56と係合して、バレル56を把持する。それらバレル56の2つの部分の係合が、スロット86の内部へのキー59の位置決め(図6)によって案内される際に、内側部分56Aと外側部分56Bとの間には、シール74を介在させることができる。次いで、カラー58を、外側部分56Bの外側後方延出部113上の対応する外側ねじ山に、螺合させることができる。カラー58が完全に螺合されると、カラー58の内向きフランジが、内側部分56Aのフランジ76(図10A)を、外側部分56Bの外側後方延出部113に対して圧迫することにより、バレル56の2つの部分を、相対的な軸方向運動に対して固定する。
次いで、移動可能な弁部材81の上に、ばね82を通してから、弁部材81の上に、ばね保持器84を通すことによって、圧力逃し弁34を組み立てることができる。圧力逃し弁34アセンブリを、プランジャ64の外側端部64B内に挿入することができ、圧力逃し弁34を適切に挿入及び回転させるための、ばね保持器84の位置決めタブ103とダストカバー97の位置決めタブ101との係合を使用して、足部87が、圧力逃し弁34を所定の位置に固定するように、受け入れノッチ89と係合される。
スペーサリング46の肩部46A(図3)を、飛散ガード44の上側周縁部の上に配置して、上側周縁部によって支持することができる。次いで、ダイヤフラム40及び支持ホイール35のそれぞれの、中心に配置されている開口に、スピンドル31を挿通することにより、ダイヤフラム40を、スピンドル31と支持ホイール35との間に配置することができる。スピンドル31、ダイヤフラム40、及び支持ホイール35のアセンブリは、スペーサリング46の上に同心状に位置決めされており、シェル33を、飛散カバー44の、対応するねじ山付き外側部分の上に螺合させることにより、アクチュエータ機構30の組み立てを完了する。次いで、外側部分56Bを、開口24を通して前方に挿入することができ、次いで、ガスケット63及びナット65を、外側部分56Bに固定することにより、変圧器16上の所定の位置に内部故障検出器22を固定することができる。
本発明の例示的実施形態によれば、内部故障検出器22をトリガ位置からリセットするために、以下のステップを実行することができる。最初に、プランジャ64のノッチ89を通して足部87を押し下げることにより、ボア64D内から圧力逃し弁34が引き出されることを可能にすることによって、圧力逃し弁34を取り外す(図3及び図17を参照)。圧力逃し弁34の取り外しは、リング107又は設置タブ99を引っ張ることによって容易にすることができる。
これに続いて、細長形の物体をボア64D内に挿入して、その細長形の物体が、排出ばね70によって掛けられる力に抗してシャトル72を押すまで、ボア64Dの中を前進させることができる。シャトル72の継続的な後方への動きが、シャトル72の傾斜面137と係止バー110の傾斜面118Aとを係合させることにより、係止バー110が、バレル56の内側部分56Aに対して上向きの角度で枢動される(図11、図13A、及び図14Fを参照)。この段階では、アーム部116の前面116-1は、もはや突出部106Bの保持面106B-2と接触することがないため、細長形の物体とプランジャ64との接触を使用して、後向きの力を加えることにより、プランジャ64を後方向に進めることができる。トリガノッチ139とトリガピン50とが垂直方向で位置合わせされると、トリガピン50は、トリガノッチ139内に着座することになる。この時点で、係止バー110の表面118Bが、シャトル72の傾斜面135に沿って摺動し、それにより、係止バー110の第2の長手方向端部109が下向きに枢動して戻り、プランジャ64の突出部106B及び突出部106Cと係合して、更なる動きを防止することにより、内部故障検出器22が作動準備位置に戻される。
バレル56の外側端部56Dは、内部故障検出器22が使用可能状態にされる前に、プランジャ64がその作動位置に偶発的に移動することを防止する、係止デバイスを受け入れることができる。例えば、図19は、輸送用係止具90の形態の係止デバイスが設置されている、内部故障検出器22を示す。輸送用係止具90は、バレル56の外側端部56Dに取り付けられ、以下で説明されるように、係止バー110との相互作用を介して、プランジャ64がボア56C内で前方に移動することを阻止する。輸送用係止具90は、変圧器16の設置が終わるまで、所定の位置に保つことができ、輸送用係止具90が所定の位置にある場合に、例えば、トリガピン50がシャトル72のトリガノッチ139から僅かに離れて配置されるように、排出ばね70を僅かに圧縮することによって、ダイヤフラム40が浮動することを可能にするように構成することができる(図21Aで最良に示される)。変圧器16が設置された後、変圧器16が使用可能状態にされる前に、輸送用係止具90が取り外される。
輸送用係止具90の動作が、図21A及び図21Bに示される。例示的実施形態によれば、輸送用係止具90の設置は、輸送用係止具90をダストカバー97に押し付けることを含み、ダストカバーは同様に、プランジャ64の外側端部64Bを押す。図21Bは、係止バー110とバレル56のキャッチ部162との係合を示す詳細図である。プランジャ64の後方へ動きは、プランジャ64の第3の突出部106Cの後向き面106C-1を、係止バー110のアーム部116の前向き面116-1と係合させる。この動きが、アーム部116の後向き面116-2とシャトル72の前側傾斜面135との更なる係合を引き起こすことにより、シャトル72を後方に押す。アーム部116とシャトル72との係合の直後に、アーム部116の後方端部116-3が、バレル56の内側部分56Aの内面に配置されているキャッチ部162と係合する。キャッチ部162との係合は、係止バー110が持ち上がることを防止し、更に、これらの力をバレル56が変圧器16のハウジング20に伝達するため、前述の構成要素(例えば、係止バー116、プランジャ64、シャトル72など)が更に後方に動くことを防止する。更には、係止バー110は、その第2の端部において上向きに枢動することができないため、シャトル72の前方移動が防止される。
図示の実施形態では、輸送用係止具90は、バレル56の外側端部56Dの受け入れスロット94に係合する、一対の内向きフランジ92(図20Aで最良に示されているもの)を含む。図20Bを参照すると、フランジ92を受け入れるようにバレル56の外側端部56Dに向けて開口している受け入れ部分96と、固定部分98とを有する、受け入れスロット94が形成されている。フランジ92を、受け入れ部分96内に完全に挿入することができ、次いで、輸送用係止具90をねじることにより、受け入れスロット94の固定部分98内に、フランジ92を固定することができる。一実施形態では、外側端部56Dには、90°の間隔で等間隔に配置されている、4つの受け入れスロット94が設けられている。一実施形態では、外側端部56Dには、180°の間隔で等間隔に配置されている、2つの受け入れスロット94が設けられている。それゆえ、フランジ94を受け入れ部分96内に挿入して、輸送用係止具90を、例えば、いくつかの実施形態では、45°又は90°回転させることにより、輸送用係止具90がバレル56に固定される。他の数及び向きの、受け入れスロット94及びフランジ92を使用して、内部故障検出器22に輸送用係止具90を固定することもできる。いくつかの実施形態では、スロット94及びフランジ92の、位置及び向きは、適切に設置された場合に輸送用係止具90の特定の向きをもたらすようなものである。それゆえ、例えば、輸送用係止具90は、延出アーム部105を含むことにより、輸送用係止具90が正しい向きで設置されていることの、容易に観察可能な視覚的指標を提供することができる。例えば、図19に示されるように、垂直方向にアーム部105が延出していることは、輸送用係止具90が正しく設置されていることを示し得る。
輸送用係止具90に機械的係止部を設けることにより、所定の位置に輸送用係止具90を固定するための、より大きい抵抗を提供することができる。例えば、図20A、図20Bの例示的実施形態では、小さい凹部156が、輸送用係止具90の支持突出部158に形成されている。対応する係合可能な突出部160が、バレル56の外側端部56Dに形成されており、この突出部は、輸送用係止具90が、その完全な設置位置にある場合、凹部156に係合して、その凹部内に収まる。輸送用係止具90には、輸送用係止具90が固定される際に、圧力逃し弁34の(リング107として示されている)リング又は他の把持可能部材を受け入れるための、開口100を設けることができる。開口100は、リング107が輸送用係止具90を1つの向きでのみ容易に通過することを可能にするための、半径方向延出部102を含み得る。内部故障検出器22が配備されて、使用する準備が整うと、輸送用係止具90を取り外すことにより、内部故障検出器22を、その非作動位置に配置することができる。輸送用係止具90が取り外されると、プランジャ64に加えられる後向きの力が除去されることにより、排出ばね70は、シャトル72と係止バー116の後方端部110-3とを前方に移動させることが可能となり、それにより、係止バー110の後方端部116-3が、キャッチ部162から解放される。
配備の前に、輸送用係止具90をバレル56に取り外し可能に固定するために、他のタイプの係合を使用することも可能である。例えば、フランジ92の代わりに突出部を設けて、スロット94の代わりに適切に配置されているキャビティと摩擦嵌めで係合させることも可能である。更には、フランジ92とスロット94との向きを逆にすることも可能であり、それにより、バレル56にフランジ92が形成され、対応するスロット94を輸送用係止具90内に形成することが可能となる。あるいは、係止部材は、バレル56とのねじ式係合によって固定することも可能である。あるいは、係止デバイスは、プランジャ64内の開口を貫通するピン(図示せず)とすることも可能であり、それゆえ、そのピンが取り外されるまで、バレル56内でプランジャ64が長手方向に移動することが防止される。係止デバイスはまた、例えば、バレル56内でプランジャ64が前方に移動することを阻止する、プランジャ64の外側端部における摺動部材又は枢動部材又は離脱部材とすることも可能である。
いくつかの実施形態では、一方向流れ阻止体が、圧力逃し弁34内に設けられている。一方向流れ阻止体は、ある1つの方向で圧力逃し弁34を通る流体の流れを、反対方向の流体の流れと比較して、優先的に低減させる。一方向流れ阻止体は、圧力逃し弁34の動作(手動操作を含むもの)によって引き起こされる、ハウジング20内の圧力の変化に起因して、アクチュエータ機構30が作動することを防止するために役立ち得る。特に、本発明者らは、アクチュエータ機構30のいくつかの実施形態が非常に敏感であるため、圧力逃し弁34の手動操作によって引き起こされる圧力の変化によって、アクチュエータ機構30がトリガされ、インジケータ機構32が作動構成に移動される可能性がある点を見出した。そのような意図せざる作動は、特に、ハウジング20の内部が真空状態に、すなわち、大気圧よりも低い圧力に維持されている実施形態で発生し得る。
図22A及び図22Bを参照すると、一実施形態では、一方向流れ阻止体は、弁部材81の周りに同心状に設けられている、軸方向に移動可能な封止スリーブ155である。図22Aでは、ハウジング20の内部は、外部雰囲気に対して加圧されており(すなわち、ハウジング20内部の圧力は、周囲の大気圧よりも高い)、圧力逃し弁34が(手動で、又は、ハウジング20内の過剰な圧力が放出されることを可能にするように)作動されると、通気間隙148を通る流体の流れ(矢印157によって示されるもの)が、封止スリーブ155を、弁部材81の周りで、軸方向で外向きに、流れ位置まで押す。それゆえ、通気間隙148を通る流体の流れは、封止スリーブ155によって比較的阻止されていない。いくつかの実施形態では、過圧状況下でハウジング20を通気する場合の、封止スリーブ155のこの構成は、圧力逃し弁に関するIEEE流量仕様を満たすものである。
対照的に、図22Bに示されるように、ハウジング20の内部が、外部雰囲気に対して真空圧である(すなわち、ハウジング20内部の圧力が、周囲の大気圧よりも低い)場合、圧力逃し弁34が手動で作動されると、矢印159によって表される、通気間隙148を通る内向きの流体の流れが、封止スリーブ155を内向きに移行させることにより、封止スリーブ155は、通気間隙148を部分的又は完全に遮断する。このことにより、ハウジング20内への流体の流入は、アクチュエータ機構30を不用意にトリガすることを回避するために十分に低減される(又は、いくつかの実施形態では、排除される)。このようにして、圧力逃し弁34に関して適用される性能仕様が満たされることを可能にする、圧力逃し弁34によって提供される所望の通気機能には、封止スリーブ155は、著しく干渉するものではないが、圧力逃し弁34が手動で作動される場合を含めた、圧力逃し弁34が作動される場合に、アクチュエータ機構30をトリガする意図せざる影響を回避するために十分に、真空圧下でのハウジング20内への内向きの流体の流れを低減する。
代替的実施形態では、他の構造体を使用して、一方向流れ阻止体を提供することも可能である。例えば、圧力逃し弁34が作動される場合に、ハウジング20内への流体の侵入を遅らせる一方で、ハウジング20から流体が出て行くことを優先的に可能にするために、二方又は三方アンブレラ弁を使用することも可能である。通気性基底部と浮動接触するOリングを有する、2部分シールであって、ハウジング20の内部が外部雰囲気に対して真空である場合には、Oリングが通気性基底部と封止係合するように引き寄せられ、流体がハウジング20の内部から出て行く場合には(すなわち、ハウジング20の内部が外部雰囲気に対して加圧されている場合には)Oリングが通気性基底部との封止係合から離れるように押されることにより、流体の流れの任意の低減を最小限に抑える、2部分シールを使用することも可能である。ハウジング20内への流体の流入よりも、ハウジング20からの流体の流出を優先させるために、様々な流量制限器、あるいは、圧力逃し弁34の様々な構成要素の造形及び寸法を使用することも可能である。ハウジング20内への流体の流入を制限するために、様々な逆止弁又は一方向弁を使用することなども可能である。
内部故障検出器22は、任意選択的に、内部故障検出器が作動された場合に制御信号を生成するための設備を含む。この設備は、内部故障検出器22が作動されると開閉する、電気接点の1つ以上のセットを含み得る。電気接点は、例えば、ボア56C内でのプランジャ64の通過によって、又はトリガピン50の動きによって、制御信号を生成するように動作することができる。電気接点は、プランジャ64がその作動準備位置にある場合に、第1の位置(閉又は開のいずれか)にあるものとすることができる。内部故障検出器22が作動されると、電気接点が切り替えられ、それにより、プランジャ64がその作動位置にある場合に、それらの接点は第2の位置(開又は閉のいずれか)にある。この設備は、内部故障検出器22が作動されたことを送信機に示す、制御信号を通信するための、光ファイバ又はセルラ通信信号などの他の機構を含み得る。送信機は、制御信号に応答して、無線信号又はセルラ電話送信などの、故障信号を生成することができる。
具体的な一実施形態では、内部故障検出器22が作動されたことの指標を提供するために、磁気センサが使用される。一実施形態では、磁気センサは、内部故障検出器22が作動されたことの指標を提供するために、ホール効果を使用する。ホール効果は、磁界の変化によって引き起こされる、導電体の両端間の電圧の変化を利用する。
そのようなセンサ210の例示的実施形態が、図23A及び図23Bに示される。例示的一実施形態では、磁気要素212が、プランジャ64に取り付けられており、内部故障検出器22が作動された場合に、磁気要素212は、長手方向で前方に移動することになる。いくつかの実施形態では、磁気要素212は、プランジャ64の前方端部に取り付けられている。
対応するホール効果センサ214が、作動中に移動しない内部故障検出器22の構成要素に(例えば、シェル33に)、又は、内部故障検出器22が取り付けられている電気デバイスのハウジング若しくはタンク20に、静止方式で取り付けられている。このようにして、内部故障検出器22が作動されると、磁気要素212は、前方に移動することになり、その一方で、ホール効果センサ214は、静止したまま留まることにより、ホール効果センサ214によって検出することが可能な、磁気要素212とホール効果センサ214との間の相対移動がもたらされる。
磁気要素212の移動は、ホール効果センサ214内に収容されている導電体内の電圧の変化を引き起こすことになり、この変化を検出して、好適な設備を介して、例えば、図示の実施形態と同様にプロセッサへの有線接続216を介して、又は、検出された信号の通信を可能にする無線通信設備を介して、例えば、セルラ通信システム若しくはローカル無線通信システムを介して、出力することができる。
この信号を使用して、内部故障検出器22が作動されたという警告を、遠隔の場所、例えば中央制御ステーションに提供することができ、それにより、内部故障検出器22が設置されている電気デバイス内で起こり得る故障の、迅速な通知が提供される。そのような遠隔通知はまた、そのような決定を行うために現場での目視検査を必要とすることなく、内部故障検出器22が作動されたことをユーザに遠隔通知することができるため、手作業による内部故障検出器22の目視検査を回避すること、又はその頻度を低減することができる。
図示の実施形態では、磁気要素212は、内部故障検出器22の作動中に移動可能であるものとして示され、説明されているが、代替的実施形態では、磁気要素212は、内部故障検出器22の作動中に静止位置に保持される一方で、ホール効果センサ214を、内部故障検出器22の作動中に移動するように取り付けることも可能であり、又は、それらの2つの構成要素は、内部故障検出器22が作動される場合に、それらの間に相対運動を引き起こす、任意の好適な方式で取り付けることも可能である。
磁気要素212及び/又はホール効果センサ214は、例えば、これらの構成要素を悪環境条件から保護するために、内部故障検出器22の、任意の好適なハウジング又は構成要素内に封入することができる。例えば、いくつかの実施形態では、磁気要素212は、ダストカバー97の内側に取り付けることができる。いくつかの実施形態では、ホール効果センサ214を、前側部分220、後側部分222、及び封止ガスケット224を有する、好適なハウジング内に封入することにより、ホール効果センサ214を悪環境条件から保護することができる。
内部故障検出器の実施形態は、ハウジング20から最小限の量でのみ突出するように設計することができる。そのような設計は、例えば雪及び氷が付着する可能性のある、あらゆる表面を制限することができる。
いくつかの実施形態では、内部故障検出器22の全体が、変圧器16のハウジング20の外部に配置されている。例えば、開口24の代わりに、ハウジング20の内部と、外部に配置されている内部故障検出器22との間の、流体連通を可能にするように、流体流路を設けることが可能である。そのような流体流路により、外部に配置されている内部故障検出器22は、ハウジング20内の急激な圧力上昇を検出することが可能となる。そのような実施形態では、流体流路は、ダイヤフラム40の面40Bに作用する圧力が、ハウジング20内の圧力と同じになるように、飛散カバー44の底端部に封止係合している接続構造体に流体接続されるか、又は、そのような接続構造体と一体化されるべきである。例示的一実施形態では、流体流路は、外部の剛性コネクタの対応するねじ山と、ハウジング20の表面上に配置されているねじ山付きオリフィスとの間の、ねじ山付き継手によって提供されている。いくつかの実施形態では、ねじ山付きオリフィスは、流体26よりも上方のハウジング20の側壁内に、又は蓋21内に配置することができる。
上述の本発明のいくつかの例示的実施形態は、シャトル(例えば、シャトル72)と相互作用する係止バー(例えば、係止バー110)の使用を採用している。シャトルは、(アクチュエータ機構の)トリガピン及び(インジケータ機構の)係止バーの双方と連動することによって、アクチュエータ機構からインジケータ機構を結合解除するための、インタフェースとして機能する。本発明の他の実施形態は、中間シャトルを使用することなく、アクチュエータ機構からインジケータ機構を結合解除するための、手段を提供する。
図24A~図24Cは、アクチュエータ機構30-1からインジケータ機構32-1を結合解除するための手段として、横方向に向けられている係止バー250を備える、例示的な内部故障検出器200を示す(その一部のみが示されている)。内部故障検出器200は、言及される相違点を除いて、上述の内部故障検出器22と同様のものとすることができる。図24Aは、インジケータ機構32-1及びアクチュエータ機構30-1が非作動である(又は、作動準備されている)構成を示す。図示のように、係止バー250は、トリガピン50に近接している突出部252を含む。ばね254が、係止バー250の長手方向端部に設けられて、プランジャ64-1に対して横方向に係止バー250を付勢している。
図24Bでは隠されていて見えないが、係止バー250のばね254は、非作動構成において、飛散ガード260の内側表面に対して圧縮されているものとして示されている。図24Aを参照すると、圧縮状態のばね254は、プランジャ64-1の中心軸に対して横方向に、かつ、ばね254が圧縮されている飛散ガード260の表面から離れる方向に、係止バー250を付勢している。この付勢力は、非作動構成において、突出部252によってトリガピン50に対して作用していることにより、係止バー250の動きを妨げている。本明細書の他の実施形態で論じられているものと同様に、ばね70が、インジケータ機構32-1の作動構成に向けて、プランジャ64-1を付勢する。図24Aで最良に示されているように、プランジャ64-1は、係止バー250の後向き面250-1に対する、突出部206の前向き面206-1の係合によって、非作動位置に保持されている。
アクチュエータ機構30-1がトリガされると、トリガピン50が、突出部252から係合解除されることにより、係止バー250は、ばね254によって加えられる付勢力の下で、横方向に自由に移動することが可能になる。係止バー250は、飛散ガード260の対向面(図示せず)によって妨げられるまで、横方向に(ばね254から離れる方向に)前進して、図24Cに示される作動構成に類似したものとなる。
図示のように、係止バー250内には、2つのスロット256が画定されており、それらの双方とも、内部故障検出器200が作動構成にある場合に、突出部206の位置と位置合わせされるように構成されている。スロット256の寸法は、突出部206の寸法に関連付けることができ、それにより、それらが互いに位置合わせされる場合に、スロット256は、突出部206よりも大きい全幅を有する。このようにして、アクチュエータ機構30-1がトリガされて、係止バー250が、ばね254の作用によって横方向に自由に移動すると、図24Cで最良に示されているように、突出部206とスロット256とが位置合わせされて、プランジャ64-1は、前進することが可能となり、それにより、故障が発生したことが示される。
図25A~図25Cは、アクチュエータ機構30-2からインジケータ機構32-2を結合解除するための手段として、係止バー350を備える、例示的な内部故障検出器300を示す(その一部のみが示されている)。内部故障検出器300は、言及される相違点を除いて、上述の内部故障検出器22と同様のものとすることができる。図25A及び図25Bは、アクチュエータ機構30-2及びインジケータ機構32-2が、非作動である構成を示す。図25Bは、係止バー350が上に設置されているバレル56-2内に、プランジャ64-2が収容されていることを示す。図25Aは、バレル56-2が省略されている、構成要素の相対的な位置決めを示す。図示の実施形態では、係止バー350は、係止バー110の全体的幾何学形状と比較して、同様の全体的幾何学形状を特徴とするが、このことは必須ではない。第1の長手方向端部352に近接して、係止バー350は、下向き延出部354及び上向き延出部356を有する。反対側の第2の長手方向端部358において、係止バー350は、下向きに延出するアーム部360を有する。
図25Bは、バレル56-2上への係止バー350の設置を示す。バレル56-2は、係止バー350の下向き延出部354を受け入れるための、溝380を含む。バレル56-2は、ばね364を中に保持することが可能な、ばねハウジング382を更に含む。本明細書の他の実施形態で論じられているものと同様に、ばね70が、インジケータ機構30-2の作動構成に向けて、プランジャ64-2を付勢する。インジケータ機構32-2内に位置決めされている場合、係止バー350のアーム部360は、プランジャ64-2の前向き面64-2Aと係合し、図25A及び図25Bの図示の非作動構成における、プランジャ64-2の前方への動きを防止している、後向き面360-1を含む。
ばね364は、上向き延出部356の前向き面に対する、ばね350の係合が、係止バー350の第2の長手方向端部358を、下向き延出部354の端部を中心として上向きに枢動させるものであるため、係止バー350を、垂直の角度の位置へと付勢する。非作動構成では、上向き延出部356の後向き面が、アクチュエータ機構30-2のトリガピン50と係合していることにより、係止バー350の枢動を防止しており、またそれゆえ、内部故障検出器300が非作動構成にある場合の、プランジャ64-2の前進を防止している。
アクチュエータ機構30-2がトリガされると、トリガピン50が、上向き延出部356から係合解除されることにより、ばね364によって掛けられる力による、係止バー350の回転が可能となる。したがって、この作用により、図25Cで最良に示されているように、プランジャ64-2から係止バー350の表面が係合解除されるため、プランジャ64-2が前進することが可能となることにより、故障が発生したことが示される。
更なる実施形態が、本質的に限定するものではなく例示的であることが意図されている、以下の実施例を参照して説明される。
実施例1.0-様々なダイヤフラムに関する、ばね定数の決定
種々のダイヤフラムのばね定数kを、レーザ重量法を使用して実験的に決定した。簡潔に言えば、例示的なダイヤフラムの垂直変位を、ダイヤフラムの上側面に重りを追加しつつ、レーザセンサを使用して測定した。このシナリオでは、重力下での、追加された重りによって加えられる力(F=mg、mは追加された質量であり、gは重力加速度、すなわち9.8m/s/sである)は、kxに等しく、kは、ばね定数であり、xは、測定された変位である。
実施例1.0-様々なダイヤフラムに関する、ばね定数の決定
種々のダイヤフラムのばね定数kを、レーザ重量法を使用して実験的に決定した。簡潔に言えば、例示的なダイヤフラムの垂直変位を、ダイヤフラムの上側面に重りを追加しつつ、レーザセンサを使用して測定した。このシナリオでは、重力下での、追加された重りによって加えられる力(F=mg、mは追加された質量であり、gは重力加速度、すなわち9.8m/s/sである)は、kxに等しく、kは、ばね定数であり、xは、測定された変位である。
PCT国際公開第2011/153604号で示されているものなどの、二重折り返し部を有し、ポリブチレンテレフタレートから作製されているダイヤフラムは、1.23N/mm(7lbs/in)程度のばね定数を有することが、実験的に決定された。対照的に、単一の折り返し部のみを有し、フルオロエラストマー材料から作製されている例示的なダイヤフラムは、0.30N/mm(1.7lbs/in)程度のばね定数を有していた。
いくつもの例示的な態様及び実施形態が上記で論じられてきたが、当業者には、それらの特定の修正、置換、追加、及びサブコンビネーションが認識されるであろう。例えば:
・図面に示されている単一のオリフィス38は、いくつものより小さいオリフィスか、多孔質膜であって、その膜を通って空気が流れることは可能であるが、流体26は流れることができない、多孔質膜か、又は、ハウジング20内の周囲圧力の変動にチャンバ36内の圧力が追従し得る速度を制限する、何らかの他の構成で置き換えることも可能である。
・図面に示されている単一のオリフィス38は、いくつものより小さいオリフィスか、多孔質膜であって、その膜を通って空気が流れることは可能であるが、流体26は流れることができない、多孔質膜か、又は、ハウジング20内の周囲圧力の変動にチャンバ36内の圧力が追従し得る速度を制限する、何らかの他の構成で置き換えることも可能である。
・オリフィス38の形状は、図示のように環状とするか、又は何らかの他の形状とすることもできる。
・可撓性のダイヤフラム40によって1つの側面が閉鎖されているチャンバ36の代わりに、アクチュエータ機構30は、Cukに対する米国特許第5,078,078号で説明されているような、比較的高質量のピストンと比較的低質量のピストンとの双方によって閉鎖されているチャンバを含むことも可能である。2つのピストンは、互いに同心とすることができ、同じばね定数を有するばねに接続することができる。大質量ピストンの慣性は、突然の圧力上昇に応答して大質量ピストンが移動することを防止する。大質量ピストン及び小質量ピストンは、双方とも、緩徐な圧力変動に応答して移動することができる。大質量ピストンと小質量ピストンとの間の相対運動を使用して、インジケータ機構32を解放することができる。
・可撓性のダイヤフラム40によって1つの側面が閉鎖されているチャンバ36の代わりに、アクチュエータ機構30は、Cukに対する米国特許第5,078,078号で説明されているような、比較的高質量のピストンと比較的低質量のピストンとの双方によって閉鎖されているチャンバを含むことも可能である。2つのピストンは、互いに同心とすることができ、同じばね定数を有するばねに接続することができる。大質量ピストンの慣性は、突然の圧力上昇に応答して大質量ピストンが移動することを防止する。大質量ピストン及び小質量ピストンは、双方とも、緩徐な圧力変動に応答して移動することができる。大質量ピストンと小質量ピストンとの間の相対運動を使用して、インジケータ機構32を解放することができる。
・チャンバ36は、可撓性の円筒壁によって接合されている剛性の端面を有するベローズの、内部を含み得る。剛性の端面の相対運動は、好適な機械的リンク機構によって、インジケータ機構32をトリガすることができる。ベローズ内の1つ以上の開口部は、ハウジング20内の周囲圧力の緩徐な変動に応答して端面が移動することを防止する。
・本発明の好ましくない実施形態では、ダイヤフラム40は、ハウジング20内の突然の圧力上昇に応答してチャンバ36に向けて変位する、剛性又は半剛性の可動ピストンに置き換えることが可能である。
・例えば上述のようにダイヤフラムによって1つの側面が閉鎖されているチャンバ36、又は、これらの代替機構のうちのいずれかが、インジケータ機構32を動作させるために十分な力でキャビティの壁の一部分を移動させることによってハウジング20内の圧力上昇に応答する、「圧力上昇検出手段」を構成する。又は、
・プランジャ64は、上述の形状とは異なる形状を有し得るものであり、例えば、プランジャ64は、プランジャ64がその作動準備位置にある場合にボア56C内に隠されていて見えず、プランジャ64がトリガ位置に移動すると現れる、隠された部分を有する、フラグ、ロッド、プレートなどを含むことも可能である。上述のようなプランジャ64、及び、内部故障検出器が故障を検出したことの指標を表示するための、本明細書で説明されている代替形態のうちのいずれかが、「インジケータ手段」を構成する。
・プランジャ64は、上述の形状とは異なる形状を有し得るものであり、例えば、プランジャ64は、プランジャ64がその作動準備位置にある場合にボア56C内に隠されていて見えず、プランジャ64がトリガ位置に移動すると現れる、隠された部分を有する、フラグ、ロッド、プレートなどを含むことも可能である。上述のようなプランジャ64、及び、内部故障検出器が故障を検出したことの指標を表示するための、本明細書で説明されている代替形態のうちのいずれかが、「インジケータ手段」を構成する。
それゆえ、以下の添付の特許請求の範囲、及び今後導入される特許請求の範囲は、それらの真の趣旨及び範囲内にあるような、全ての修正、置換、追加、及びサブコンビネーションを含むように解釈されることが意図されている。
いくつもの例示的な態様及び実施形態が上記で論じられてきたが、当業者には、それらの特定の修正、置換、追加、及びサブコンビネーションが認識されるであろう。それゆえ、以下の添付の特許請求の範囲、及び今後導入される特許請求の範囲は、本明細書全体の最広義の解釈と一致するような、全ての修正、置換、追加、及びサブコンビネーションを含むように解釈されることが意図されている。
Claims (80)
- 急激な圧力上昇の発生を検出するための故障検出器であって、
内部を有するチャンバと、
前記チャンバと封止係合して、前記チャンバの表面の一部分を画定しているダイヤフラムと、
前記チャンバの前記内部と前記チャンバの外部環境との間の流体連通を提供する開口と、
を備え、
前記ダイヤフラムが、0.88N/mm以下のばね定数を有する、
故障検出器。 - 電気デバイスのハウジング内の急激な圧力上昇の発生を示すための故障検出器であって、
バレルと、
前記ハウジングの内部と流体連通する作動機構であって、
封止されたチャンバであって、前記チャンバの外部環境と前記チャンバの内部との間を連通しているオリフィスを有する、チャンバと、
前記ハウジングの前記内部と前記チャンバの前記内部との間の圧力差に応答して移動可能な作動部材であって、0.88N/mm以下のばね定数を有する、作動部材と、
を含む、作動機構と、
前記バレルのボア内のプランジャであって、前記バレル内で前方に付勢され、通常は前記作動部材によって作動準備位置に保持されている、プランジャと、
を備え、
前記圧力差が正の閾値を上回ると、前記作動部材が移動されることにより、トリガ位置へと前記プランジャが前方に移動することを可能にする、
故障検出器。 - 作動部材が、前記チャンバから離れる方向に前記作動部材を付勢する、ばねを含む、請求項2に記載の故障検出器。
- 前記作動部材が、前記チャンバの封止面において前記チャンバと封止係合して、前記チャンバの前記表面の一部分を画定している、ダイヤフラムを含む、請求項2又は3に記載の故障検出器。
- 前記ダイヤフラム又は前記作動部材が、約0.18N/mm~約0.88N/mmのばね定数を有する、請求項1~4のいずれか一項に記載の故障検出器。
- 前記ダイヤフラムが、前記ダイヤフラムの前記封止面の内側に配置されている、単一の環状隆起部を含む、請求項1、4、又は5のいずれか一項に記載の故障検出器。
- 前記ダイヤフラムが、円形の形状を有する、請求項1、又は4~6のいずれか一項に記載の故障検出器。
- 前記ダイヤフラムが、カップ部を含み、前記カップ部が、半径方向内向きに延びている下向きの窪みを含む、請求項1、又は4~7のいずれか一項に記載の故障検出器。
- 前記下向きの窪みが、0.13~1.3cmの範囲の高さを有する、請求項8に記載の故障検出器。
- 前記カップ部が、1.3~6.4cmの範囲の直径を有する、請求項8又は9に記載の故障検出器。
- 前記チャンバが、1.3~7.6cmの範囲の高さを有する、請求項1~10のいずれか一項に記載の故障検出器。
- 前記ダイヤフラムが、前記ダイヤフラムの前記封止面の内側に配置されている、単一の環状隆起部を含み、前記カップ部の前記下向きの窪みが、前記環状隆起部の内側縁部に配置されている、請求項8~10のいずれか一項に記載の故障検出器。
- 前記単一の環状隆起部が、事前折り返し形ダイヤフラムによって提供されている、請求項12に記載の故障検出器。
- 前記ダイヤフラムが、トップハット形ダイヤフラムを含み、前記単一の環状隆起部が、急激な圧力上昇が検出されている期間の少なくとも一部の間に提供される、請求項1~12のいずれか一項、又は他のいずれかの請求項に記載の故障検出器。
- 前記ダイヤフラムが、前記圧力差に応答して、大規模な非弾性の動きを行う、請求項1、又は4~14のいずれか一項に記載の故障検出器。
- 前記ダイヤフラムが、エラストマーから、任意選択的に熱硬化性ポリマーから作製されている、請求項1、又は4~15のいずれか一項に記載の故障検出器。
- 前記ダイヤフラムが、ニトリル、フルオロエラストマー、フルオロカーボン、又はネオプレンから作製されている、請求項1、又は4~16のいずれか一項に記載の故障検出器。
- 前記ダイヤフラムが、フルオロシリコーンゴムから作製されている、請求項1、又は4~17のいずれか一項に記載の故障検出器。
- 前記ダイヤフラムが、埋め込み繊維を有する複合材料から作製されており、任意選択的に、前記埋め込み繊維が、前記材料の一方の表面にのみ埋め込まれているか、又は任意選択的に、前記埋め込み繊維が、前記材料の両面に埋め込まれている、請求項1、又は4~18のいずれか一項に記載の故障検出器。
- 前記ダイヤフラムが、0.13~0.51mmの範囲の厚さを有する、請求項1、又は4~19のいずれか一項に記載の故障検出器。
- 前記ダイヤフラムが、50~95ショアAデュロメータの硬度を有する材料から形成されている、請求項1、又は4~20のいずれか一項に記載の故障検出器。
- 前記ダイヤフラムが、1.3~13cmの範囲の直径を有する、請求項1、又は4~21のいずれか一項に記載の故障検出器。
- 前記ばね定数が、レーザ重量法を使用して決定される、請求項1~22のいずれか一項に記載の故障検出器。
- 電気デバイスのハウジング内の急激な圧力上昇の発生を示すための故障検出器であって、
バレルと、
前記ハウジングの内部と流体連通する作動機構であって、
封止されたチャンバであって、前記チャンバの外部環境と前記チャンバの内部との間を連通しているオリフィスを有する、チャンバと、
前記ハウジングの前記内部と前記チャンバの前記内部との間の圧力差に応答して移動可能である作動部材であって、非作動構成から作動構成に前記作動部材を移動させる、作動部材と、
を含む、作動機構と、
前記バレルのボア内のプランジャと、
第1の位置及び第2の位置を有する係止部材であって、前記第1の位置において、前記係止部材が、前記バレル内での前記プランジャの前方移動を抑制して、前記プランジャに加えられた力が前記作動部材に伝達することを防止するように位置決めされ、前記第2の位置において、前記係止部材が、前記プランジャの前方移動を可能にするように位置決めされ、前記プランジャが、最初に、前記係止部材が前記第1の位置にあるときに、前記係止部材によって前記非作動構成に保持され、前記係止部材が前記第2の位置にあるときに、前記バレルの前記ボア内で前方に移動可能である、係止部材と、
を備える、故障検出器。 - 付勢力によって前記バレル内で前方に付勢される、シャトルを更に備え、前記シャトルが、最初に、前記作動部材によって前記非作動構成に保持されており、前記作動部材が前記非作動構成から前記作動構成に移動する際に、前方に移動して、前記プランジャに前記付勢力を伝達するように構成されており、前記シャトルが、前記作動機構がトリガされると、前記係止部材を前記第1の位置から前記第2の位置に変位させるように構成されている、請求項24に記載の故障検出器。
- 前記第1の位置において、前記係止部材のアーム部が、前記プランジャの第1の突出部と係合することにより、前記バレル内での前記プランジャの前方移動を抑制する、請求項25に記載の故障検出器。
- 前記第1の位置において、前記係止部材のアーム部が、前記プランジャの第2の突出部と係合して、前記バレル内での前記プランジャの後方移動を抑制する、請求項26に記載の故障検出器。
- 前記第2の位置において、前記係止部材の前記アーム部が、前記シャトルによって偏向されて、前記係止部材の前記アーム部を、前記プランジャの前記第1の突出部との係合から解除する、請求項24~27のいずれか一項に記載の故障検出器。
- 前記シャトルが、前記係止部材の第2の傾斜面と相補的であり、かつ前記第2の傾斜面と接触する、第1の傾斜面を含み、前記第1の傾斜面及び前記第2の傾斜面は、前記シャトルの前方向への水平移動が、前記第1の傾斜面に対する前記第2の傾斜面の摺動変位を介して、前記係止部材の第1の端部の垂直移動を引き起こすように構成されている、請求項28に記載の故障検出器。
- 前記シャトルの前記第1の傾斜面が、水平から約40°~約50°の第1の角度を有し、前記係止部材の前記第2の傾斜面が、前記第1の角度と相補的な、前記水平からの第2の角度を有する、請求項29に記載の故障検出器。
- 前記第1の傾斜面が前記第2の傾斜面を越えて摺動することによって、前記係止部材が、前記第1の位置から前記第2の位置に移動される、請求項30に記載の故障検出器。
- 前記係止部材が、前記プランジャの更なる前方移動を防止するように前記係止部材が位置決めされる、第3の位置を有する、請求項24~31のいずれか一項に記載の故障検出器。
- 前記シャトルが、前記係止部材の第4の傾斜面と相補的であり、かつ前記第4の傾斜面と接触する、第3の傾斜面を含み、前記第3の傾斜面及び前記第4の傾斜面は、前記シャトルの後方向への水平移動が、前記第3の傾斜面に対する前記第4の傾斜面の摺動変位を介して、前記係止部材の前記第1の端部の垂直移動を引き起こすように構成されている、請求項24~32のいずれか一項に記載の故障検出器。
- 前記第3の傾斜面が、水平から約25°~約45°の第3の角度を有し、前記第4の傾斜面が、前記第3の角度と相補的な、前記水平からの第4の角度を有する、請求項33に記載の故障検出器。
- 前記係止部材が前記第3の位置にある場合、前記第3の傾斜面及び前記第4の傾斜面が互いに接触している、請求項33又は34に記載の故障検出器。
- 前記第3の位置において、前記係止部材の前記アーム部が、前記プランジャの第3の突出部と係合することにより、前記バレル内での前記プランジャの更なる前方移動を抑制する、請求項35に記載の故障検出器。
- 前記係止部材の第2の端部が、前記バレルと枢動可能に係合されている、請求項24~36のいずれか一項に記載の故障検出器。
- 前記係止部材の1つの端部又は前記第2の端部が、前記バレルと摺動可能に係合されている、請求項24~37のいずれか一項に記載の故障検出器。
- 付勢部材が、前記係止部材を前記第1の位置及び前記第3の位置に向けて付勢する、請求項32~38のいずれか一項に記載の故障検出器。
- 内部故障検出器を作動させる方法であって、
急激な圧力上昇により圧力センサが作動することを可能にするステップと、
係止部材が非作動構成から作動構成に移動することを可能にするように、前記圧力センサの前記作動に応答して、保持ピンを移動させるステップと、
前記係止部材が第1の位置にあるときに前記係止部材によって保持されているプランジャを、前記係止部材が第2の位置にあるときに付勢力によって前方に変位させることを可能にして、急激な圧力上昇が生じたことの指標を提供するステップと、
を含む、方法。 - 保持ピンを移動させる前記ステップが、
前記保持ピンによって最初に所定の位置に保持されているシャトルを、前記保持ピンの移動時に、付勢力によって変位させることを可能にするステップと、
前記シャトルの第1の傾斜面を、前記係止部材の相補的な第2の傾斜面に対して摺動させて、前記シャトルの水平移動を、前記係止部材の第1の端部の垂直変位に変換することによって、前記係止部材の前記第1の端部を、第1の位置から第2の位置に変位させるステップと、
を含む、請求項40に記載の方法。 - 前記プランジャを変位させることを可能にした後に、前記係止部材が、前記第2の位置から、前記プランジャの後方移動を前記係止部材が防止する第3の位置に移動することを可能にするステップを更に含む、請求項41に記載の方法。
- 前記係止部材が、第1の付勢力によって前記バレル内で横方向に付勢され、前記プランジャが、第2の付勢力によって前記バレル内で前方に付勢され、前記係止部材が、最初に、前記作動部材によって前記非作動構成に保持されており、前記作動機構がトリガされると、前記第1の付勢力が、前記係止部材を前記第1の位置から前記第2の位置に変位させる、請求項24~39のいずれか一項に記載の故障検出器。
- 前記係止部材が、前記係止部材の長手方向軸に対して横方向に延出する突出部を含み、前記突出部が、最初に、前記非作動構成において前記係止部材を前記第1の位置に保持するために、前記作動部材と係合されている、請求項43に記載の故障検出器。
- 前記係止部材が、1つ以上のスロットを含み、前記プランジャが、1つ以上の突出部を含み、前記第1の位置において、前記1つ以上のスロットに隣接する、前記係止部材の表面が、前記プランジャの前記1つ以上の突出部と係合されることにより、前記バレル内での前記プランジャの前方移動を抑制する、請求項44に記載の故障検出器。
- 前記第2の位置において、前記係止部材の変位が、前記係止部材の前記1つ以上のスロットを、前記プランジャの前記1つ以上の突出部と位置合わせして、前記係止部材の前記表面を、前記プランジャの前記1つ以上の突出部との係合から解除する、請求項45に記載の故障検出器。
- 前記係止部材の第1の端部が、前記バレルと枢動可能に係合されており、前記第1の位置において、前記係止部材の第2の端部におけるアーム部が、前記プランジャの突出部と係合されることにより、前記バレル内での前記プランジャの前方移動を抑制する、請求項41~46のいずれか一項に記載の故障検出器。
- 前記係止部材が、第1の付勢力によって、前記バレルを中心として枢動するように付勢され、前記プランジャが、第2の付勢力によって、前記バレル内で前方に付勢され、前記第1の位置において、前記係止部材の前記第1の端部における上向き延出部が、最初に、前記係止部材が枢動することを抑制するために、前記作動部材と係合されている、請求項41~47のいずれか一項に記載の故障検出器。
- 前記第2の位置において、前記作動部材の変位が、前記作動部材及び前記係止部材を係合から解除して、前記第1の付勢力が前記係止部材を枢動させることを可能にすることにより、前記係止部材を、前記プランジャとの係合から解除する、請求項48に記載の故障検出器。
- 前記故障検出器の作動を防止するための、輸送用係止具を更に備える、請求項24~39、又は43~49のいずれか一項に記載の故障検出器。
- 前記輸送用係止具が設置構成にあるとき、前記プランジャが、前記プランジャの非作動位置に対して後方に変位されている、請求項50に記載の故障検出器。
- 前記輸送用係止具が前記設置構成にあるとき、前記係止部材が、前記プランジャによって輸送構成へと後方に変位されている、請求項51に記載の故障検出器。
- 前記輸送構成において、前記係止部材のアーム部が、前記バレルのキャッチ部と係合し、前記キャッチ部が、前記第2の位置への前記係止部材の移動を防止する、請求項52に記載の故障検出器。
- 電気デバイスのハウジング内の急激な圧力上昇の発生を示すための故障検出器であって、
バレルと、
前記ハウジングの内部と流体連通して、前記ハウジング内の急激な圧力上昇に応答して作動部材を解放するように構成されている、作動機構と、
前記バレルのボア内のプランジャであって、前記バレル内で前方に付勢され、通常は前記作動部材によって作動準備位置に保持されている、プランジャと、
前記プランジャに固定して保持されている第1の端部、及び前記バレルに固定して保持されている第2の端部を有する、静的シールであって、前記故障検出器が作動準備構成からトリガ構成に移動する際に、前記プランジャと前記バレルとの間の相対移動を可能にすると同時に、前記ハウジングの前記内部と前記ハウジングの外部環境との間の封止を維持する、中央部分を有する、静的シールと、
を備える、故障検出器。 - 電気デバイスのハウジング内の急激な圧力上昇の発生を示すための故障検出器であって、
バレルと、
前記ハウジングの内部と流体連通する作動機構であって、
封止されたチャンバであって、前記チャンバの外部環境と前記チャンバの内部との間を連通しているオリフィスを有する、チャンバと、
前記ハウジングの前記内部と前記チャンバの前記内部との間の圧力差に応答して移動可能である作動部材であって、非作動構成から作動構成に前記作動部材を移動させる、作動部材と、
を含む、作動機構と、
前記バレルのボア内のプランジャと、
付勢力によって前記バレル内で前方に付勢されるシャトルであって、最初に、前記作動部材によって前記非作動構成に保持されており、前記作動部材が前記非作動構成から前記作動構成に移動する際に、前方に移動して、前記プランジャに前記付勢力を伝達するように構成されている、シャトルと、
第1の位置及び第2の位置を有する係止部材であって、前記第1の位置において、前記係止部材が、前記バレル内での前記プランジャの前方移動を抑制するように位置決めされ、前記第2の位置において、前記係止部材が、前記プランジャの前方移動を可能にするように位置決めされ、前記プランジャが、最初に、前記係止部材が前記第1の位置にあるときに、前記係止部材によって前記非作動構成に保持され、前記係止部材が前記第2の位置にあるときに、前記バレルの前記ボア内で前方に移動可能であり、前記シャトルが、前記作動機構がトリガされると、前記係止部材を前記第1の位置から前記第2の位置に変位させるように構成されている、係止部材と、
前記プランジャに固定して保持されている第1の端部、及び前記バレルに固定して保持されている第2の端部を有する、静的シールであって、前記故障検出器が作動準備構成からトリガ構成に移動する際に、前記プランジャと前記バレルとの間の相対移動を可能にすると同時に、前記ハウジングの前記内部と前記ハウジングの外部環境との間の封止を維持する、中央部分を有する、静的シールと、
を備える、故障検出器。 - 電気デバイスのハウジング内の急激な圧力上昇の発生を示すための故障検出器であって、
バレルと、
前記ハウジングの内部と流体連通する作動機構であって、
封止されたチャンバであって、前記チャンバの外部環境と前記チャンバの内部との間を連通しているオリフィスを有する、チャンバと、
前記ハウジングの前記内部と前記チャンバの前記内部との間の圧力差に応答して移動可能である作動部材と、
を含む、作動機構と、
前記バレルのボア内のプランジャであって、前記バレル内で前方に付勢され、通常は前記作動部材によって作動準備位置に保持されている、プランジャと、
前記プランジャに固定して保持されている第1の端部、及び前記バレルに固定して保持されている第2の端部を有する、静的シールであって、前記故障検出器が作動準備構成からトリガ構成に移動する際に、前記プランジャと前記バレルとの間の相対移動を可能にすると同時に、前記ハウジングの前記内部と前記ハウジングの外部環境との間の封止を維持する、中央部分を有する、静的シールと、
を備える、故障検出器。 - 電気デバイスのハウジング内の急激な圧力上昇の発生を示すための故障検出器であって、
バレルと、
前記ハウジングの内部と流体連通する作動機構であって、
封止されたチャンバであって、前記チャンバの外部環境と前記チャンバの内部との間を連通しているオリフィスを有する、チャンバと、
前記ハウジングの前記内部と前記チャンバの前記内部との間の圧力差に応答して移動可能である作動部材であって、非作動構成から作動構成に前記作動部材を移動させる、作動部材と、
を含む、作動機構と、
前記バレルのボア内のプランジャと、
付勢力によって前記バレル内で前方に付勢されるシャトルであって、最初に、前記作動部材によって前記非作動構成に保持されており、前記作動部材が前記非作動構成から前記作動構成に移動する際に、前方に移動して、前記プランジャに前記付勢力を伝達するように構成されている、シャトルと、
第1の位置及び第2の位置を有する係止部材であって、前記第1の位置において、前記係止部材が、前記バレル内での前記プランジャの前方移動を抑制するように位置決めされ、前記第2の位置において、前記係止部材が、前記プランジャの前方移動を可能にするように位置決めされ、前記プランジャが、最初に、前記係止部材が前記第1の位置にあるときに、前記係止部材によって前記非作動構成に保持され、前記係止部材が前記第2の位置にあるときに、前記バレルの前記ボア内で前方に移動可能であり、前記シャトルが、前記作動機構がトリガされると、前記係止部材を前記第1の位置から前記第2の位置に変位させるように構成されている、係止部材と
前記プランジャに固定して保持されている第1の端部、及び前記バレルに固定して保持されている第2の端部を有する、静的シールであって、前記故障検出器が作動準備構成からトリガ構成に移動する際に、前記プランジャと前記バレルとの間の相対移動を可能にすると同時に、前記ハウジングの前記内部と前記ハウジングの外部環境との間の封止を維持する、中央部分を有する、静的シールと、
を備える、故障検出器。 - 前記静的シールが、約50~約95ショアAデュロメータの硬度を有する材料から作製されている、請求項54~57のいずれか一項に記載の故障検出器。
- 前記静的シールが、エラストマーから、任意選択的に熱硬化性ポリマーから作製されている、請求項54~58のいずれか一項に記載の故障検出器。
- 前記静的シールが、ニトリル、フルオロエラストマー、フルオロカーボン、又はネオプレンから作製されている、請求項54~59のいずれか一項に記載の故障検出器。
- 前記静的シールが、フルオロシリコーンゴムから作製されている、請求項54~60のいずれか一項に記載の故障検出器。
- 前記静的シールが、埋め込み繊維を有する複合材料から作製されており、任意選択的に、前記埋め込み繊維が、前記材料の一方の表面にのみ埋め込まれているか、又は任意選択的に、前記埋め込み繊維が、前記材料の両面に埋め込まれている、請求項54~61のいずれか一項に記載の故障検出器。
- 前記静的シールが、約0.13mm~約0.51mmの厚さを有する、請求項54~62のいずれか一項に記載の故障検出器。
- 内部故障検出器を作動させる方法であって、
急激な圧力上昇により圧力センサが作動することを可能にするステップと、
前記圧力センサの前記作動に応答して、保持ピンを移動させて、バレル内に位置決めされているインジケータを、付勢力によって変位させることを可能にして、急激な圧力上昇が発生したことの指標を提供するステップであって、
静的シールの第1の端部を、前記バレルと封止係合させて保持し、静的シールの第2の端部を、前記インジケータと封止係合させて保持している一方で、前記静的シールの可撓性の中央部分が、前記中央部分自体を越えて摺動する、ステップと、
を含む、方法。 - 磁気要素と、
ホール効果センサであって、前記磁気要素と前記ホール効果センサとの間の相対移動を検出するように位置決めされている、ホール効果センサと、
を備え、
前記磁気要素及び前記ホール効果センサのうちの少なくとも一方が、前記故障検出器の作動中に相対移動するように取り付けられている、
請求項2~39、又は43~63のいずれか一項に記載の故障検出器。 - 前記磁気要素が、前記故障検出器の作動中に前記ホール効果センサに対して前記磁気要素が移動するように、前記プランジャに関連付けられている、請求項65に記載の故障検出器。
- 前記磁気要素が、前記プランジャの遠位部分に取り付けられている、請求項66に記載の故障検出器。
- 前記ホール効果センサが、前記故障検出器の作動中に静止したまま留まるように取り付けられている、請求項65~67のいずれか一項に記載の故障検出器。
- 前記ホール効果センサが、前記磁気要素と前記ホール効果センサとの間の相対運動が検出された場合に、有線又は無線通信信号を生成する、通信設備を含む、請求項65~68のいずれか一項に記載の故障検出器。
- 電気デバイスのハウジング内の急激な圧力上昇の発生を示す方法であって、
急激な圧力上昇により圧力センサが作動することを可能にするステップと、
前記圧力センサの前記作動に応答して、保持ピンを移動させて、バレル内に位置決めされているインジケータを、付勢力によって変位させることを可能にするステップと、
前記インジケータの移動が、磁気要素とホール効果センサとの間の相対移動を引き起こすことを可能にして、急激な圧力上昇が発生したことの指標を提供するステップと、
を含む、方法。 - 電気デバイスから圧力を解放するための圧力逃し弁であって、使用時に、前記電気デバイスのハウジングの内部への、内向きの流体の流れを、前記ハウジングの前記内部から出る、外向きの流体の流れに対して減少させる、一方向流れ阻止体を備える、圧力逃し弁。
- 前記一方向流れ阻止体が、前記ハウジングの前記内部への、前記内向きの流体の流れを阻止する、請求項71に記載の圧力逃し弁。
- 前記一方向流れ阻止体が、軸方向に移動可能な封止スリーブを含み、前記軸方向に移動可能な封止スリーブが、前記圧力逃し弁の通気間隙を通る流体の流れに前記封止スリーブが第1の程度まで干渉する、阻止位置と、前記圧力逃し弁の前記通気間隙を通る前記流体の流れに前記封止スリーブが第2の程度まで干渉する、流れ位置との間で移動可能であり、前記第2の程度が、前記第1の程度よりも小さい、請求項71又は72に記載の圧力逃し弁。
- 前記一方向流れ阻止体が、二方若しくは三方アンブレラ弁、通気性基底部と浮動接触するOリング、流量制限器、又は逆止弁を含む、請求項71~73のいずれか一項に記載の圧力逃し弁。
- 請求項71~74のいずれか一項に記載の圧力逃し弁を備える、請求項2~39、43~63、又は65~69のいずれか一項に記載の故障検出器。
- 電気デバイスのハウジングの内部空間と周囲雰囲気との間の圧力差を減少させる方法であって、
前記内部空間と前記周囲雰囲気との間で流体連通する、圧力逃し弁を作動させるステップと、
前記圧力逃し弁を通る流体の流れを、一方向流れ阻止体が調整することを可能にするステップであって、前記一方向流れ阻止体が、前記内部空間から前記流体が第1の流量で出ることを可能にするように構成されており、かつ、前記内部空間に前記流体が第2の流量で入ることを可能にするように構成されており、前記第2の流量が、前記第1の流量よりも少ない、ステップと、
を含む、方法。 - 前記内部空間が、前記周囲雰囲気よりも低い圧力である、請求項76に記載の方法。
- 前記一方向流れ阻止体が、軸方向に移動可能な封止スリーブを含み、前記内部空間が前記周囲雰囲気よりも低い圧力である場合に、前記軸方向に移動可能な封止スリーブが、軸方向内向きに移動して、前記圧力逃し弁の通気間隙を遮断又は阻止する、請求項76又は77に記載の方法。
- 請求項2~39、43~63、又は65~69のいずれか一項に記載の故障検出器を使用して実施される、請求項76~78のいずれか一項に記載の圧力差を減少させる方法。
- 請求項1~39、43~63、又は65~69のいずれかに記載の故障検出器の特徴のうちのいずれかを有する、請求項1~39、43~63、又は65~69のいずれかに記載の故障検出器。
Applications Claiming Priority (3)
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