JP6469121B2 - 標準より大きい圧力逃し弁を備えるサーキットブレーカとそれに関連する配電盤及び配電システム - Google Patents

Description

本発明は、概してサーキットブレーカに関するものであり、より詳しくは、圧力逃し弁を有するサーキットブレーカに関するものである。

サーキットブレーカは、回路内への電流の流れを制御するために利用される配電装置である。サーキットブレーカは、一般的に、短絡等の異常な動作状況下で開放されるように構成されている。いくつかのサーキットブレーカでは、サーキットブレーカの開放時に、回路内の固定子と可動子とが切り離されるように構成されている。それらの接触子の切り離しは、アークを発生することがあり、アークは、アークからの熱がサーキットブレーカを破壊する前に、冷却／消弧する必要がある。

アークは、サーキットブレーカ内のアーク消弧材によって発生させるアーク消弧ガスを用いて、冷却することができる。例えば、サーキットブレーカ内の接触子は、ナイロン、フィッシュペーパー（fish paper）、アルミナ三水和物（ＡＴＨ）、及び、それらの類の、アーク消弧材に封入されていることがある。アークが発生すると、それらの材料はアーク消弧ガスを発生するが、それらのガスによって誘発される過大な圧力が、サーキットブレーカを収容しているプラスチック部材を割る又は壊す虞がある。

本発明のいくつかの実施形態は、通気孔部と障壁部とを備える圧力逃し弁（pressure release valve）を含むサーキットブレーカを提供する。障壁部は、アークによって発生する過度な熱に晒されると開いて、ガスをサーキットブレーカから排出できるように構成されている。

更なる実施形態では、障壁部が、アークによって発生する過度な熱に反応して曲がるように構成された、プラスチックを含んでいてよい。このプラスチックは、形状記憶ポリマーを含むことができる。ある実施形態では、障壁部の材料がプラスチックでなくてもよい。例えば、その材料が金属やフィッシュペーパーであってもよい。

なお更なる実施形態では、通気孔部が、１／８インチ（０．３１７５ｃｍ）よりも大きい直径を有していてよい。

いくつかの実施形態では、ガスが、サーキットブレーカ内に備えられるアーク消弧材によって生成されるアーク消弧ガスを含んでいてよい。アーク消弧材は、アルミナ三水和物（ＡＴＨ）、ナイロン、及び／又は、フィッシュペーパーを含むことができる。

更なる実施形態において、サーキットブレーカは、ロードセンタに関連した通信回路と通信を行うスマート・サーキットブレーカを含んでいてよい。

本発明の更なる実施形態は、サーキットブレーカを収容するように構成された配電盤を提供する。この配電盤は、ハウジングと、ハウジングに連結されるフレームと、ハウジング内に圧力逃し弁とを含んでいる。圧力逃し弁は、通気孔部及び障壁部を有している。障壁部は、アークによって発生する過度な熱に晒されると開いて、ガスをサーキットブレーカから排出できるように構成されている。

本発明のいくつかの実施形態は、ハウジングと、ハウジング内にロードセンタ及びサーキットブレーカとを含む、配電システムを提供する。ハウジングは、通気孔部及び障壁部を有する圧力逃し弁を含んでいる。障壁部は、アークによって発生する過度な熱に晒されると開いて、ガスをサーキットブレーカから排出できるように構成されている。

本発明の実施の形態に係るサーキットブレーカのブロック図である。 本発明の実施の形態に係る、圧力逃し弁を備えたサーキットブレーカの図である。 本発明の実施の形態に係る、圧力逃し弁を備えたサーキットブレーカの図である。 本発明の実施の形態に係る圧力逃し弁の図である。

以下、本発明の実施形態を示す添付の図面を参照して、本発明をより十分に説明する。図面では、部位の相対的な大きさや特徴部分を、明確化のために誇張していることがある。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で表現することができ、本明細書に開示された実施形態に限定して解釈されるべきではなく、むしろ、それらの実施形態は、本発明が十分かつ完全になるように、更に、本発明の範囲が当業者へ伝わるように、提供されたものである。

構成要素が別の構成要素と「連結（coupled）」又は「接続（connected）」されたものとして参照された場合、それが別の構成要素と直接的に連結又は接続されたものであってもよく、更に介在要素が含まれていてもよいことは、理解されるであろう。これに対し、構成要素が別の構成要素と「直接連結」又は「直接接続」されたものとして参照された場合、そこに介在要素は含まれない。全体を通して、同じ符号は同じ構成要素を示している。本明細書で用いられる「及び／又は」という用語は、１つ以上の関連する列挙項目の、任意のそして全ての組み合わせを含むものである。

更に、「下方（under）」、「下側（below）」、「下部（lower）」、「上方（over）」、「上部（upper）」といった位置関係の用語が、説明の容易化のために本明細書で使用されていることがあり、図面に示されているような、ある構成要素や特徴部分の、別の（複数の）構成要素や（複数の）特徴部分との関係を説明している。位置関係の用語が、図面に描写された方向に加えて、使用中又は動作中の装置の色々な方向を含むように意図されたものであることは、理解されるであろう。例えば、図面の装置がひっくり返された場合、別の構成要素や特徴部分の「下方」や「下（beneath）」と説明された構成要素は、その別の構成要素や特徴部分の「上方」に位置することになる。従って、代表的な用語である「下方」は、上方及び下方の両方向を含むことがある。装置は別の向き（９０°回転や他の方向）に合わせられてもよく、本明細書で使用される位置関係の記述は、それに応じて解釈される。

本明細書で使用される用語は、特定の実施形態のみを説明する目的のものであり、本発明を限定することを意図したものではない。本明細書で使用されている単数形の「１つの（a）」、「１つの（an）」及び「その（the）」は、文脈がそうではないことを明らかに示さない限り、同様に複数形を含むように意図されている。更に、「含む（comprise）」及び／又は「含んでいる（comprising）」という用語は、本明細書で使用された場合、所定の特徴、整数（integers）、ステップ、動作、構成要素、及び／又は、構成部品が存在することを明示しており、１つ以上の別の特徴、整数、ステップ、動作、構成要素、構成部品、及び／又は、それらの集合が、存在すること又は付加されることを妨げるものではないことは、理解されるであろう。ここで用いられる「及び／又は」という表現は、１つ以上の関連する列挙項目の、任意のそして全ての組み合わせを含むものである。

特に断り書きのない限り、本明細書で用いられる全ての用語（技術的及び科学的な用語を含む）は、本発明が属する分野の当業者によって一般に理解されているのと、同じ意味を有している。更に、一般に使用される辞書で定義されたような用語は、関連技術の文脈におけるそれらの意味と矛盾しない意味を有するように解釈されるべきであり、本明細書でそのように明確に定められない限り、理想化して又は過度に形式にとらわれた意味で解釈されないことは、理解されるであろう。

さて、上述したように、サーキットブレーカは、回路への電流の流れを制御するために使用される配電装置である。通常、サーキットブレーカは、短絡時等の異常な動作状況下で開放されるように構成されている。いくつかのサーキットブレーカでは、サーキットブレーカの開放時に、回路内の固定子と可動子とが切り離されるように構成されている。それらの接触子の切り離しは、アークを発生することがあり、アークは、アークからの熱がサーキットブレーカを破壊する前に、冷却／消弧する必要がある。

アークは、サーキットブレーカ内のアーク消弧材によって発生させるアーク消弧ガスを用いて、冷却することができる。例えば、サーキットブレーカ内の接触子は、ナイロン、フィッシュペーパー、アルミナ三水和物（ＡＴＨ）、及び、それらの類の、アーク消弧材によって囲まれていることがある。アークが発生すると、それらの材料はアーク消弧ガスを発生するが、それらのガスによって誘発される過大な圧力が、サーキットブレーカを収容しているプラスチック部材を割る又は壊す虞がある。そして、異常大電流（high fault currents）中に大量のアーク消弧ガスが発生する１つの限定要因は、そのガスによって誘発される過度な圧力である。

従って、本発明の実施形態は、異常大電流によって発生する過度な熱に晒されたときに開放される圧力逃し弁（pressure relief valve）を提供する。サーキットブレーカのプラスチック製ハウジングが壊れる前に、その弁の開放によって、アーク消弧ガスを、ハウジング内に閉じ込められたそのガスにより発生する圧力から解き放つことができる。本明細書内で図１から図４に関連して以下に説明するように、本発明の実施の形態に係るいくつかの圧力逃し弁は、通気孔部と、通気孔部の上方に配置された障壁部とを含んでいる。障壁部は、高温に反応して曲がるように形成されたプラスチック材料で形成することができ、それは、閉じ込められたガスの圧力によってブレーカのプラスチック製ハウジングが損傷する前に、ガスを通過させて排出することが可能な開口を作り出すものである。

本発明の実施形態について、本明細書では、プラスチック材料を含む障壁と組み合わせた通気孔に関連して説明しているが、本発明の実施形態がそれらに限定されないことは、理解されるであろう。例えば、いくつかの実施形態は、本発明の範囲から逸脱しなければ、弁の開放及びガスの排出が熱によって誘発される鋼ばねを含む圧力逃し弁を含んでいてもよい。更に、障壁の材料はプラスチックに限定されるものではなく、例えば、その材料は、本発明の範囲から逸脱しなければ、金属やフィッシュペーパーであってもよい。

さて、図１を参照すると、本発明のある実施形態に係る、配電盤又はロードセンタのブロック図が展開されている。図１に示すように、ロードセンタ１００は、格納部１０５を含んでいる。格納部は、２つの電力線Ｌ１及びＬ２と、第１及び第２バスラインの夫々に連結された主幹ブレーカ１１０と、第１及び第２バスラインに接続された複数のブレーカ位置１〜４とを含んでいる。

ロードセンタ１００が１つの主幹ブレーカ１１０及び４つのブレーカ位置を含むように図示されているが、本発明の実施形態がこの構成に限定されるものではないことは、理解されるであろう。例えば、ロードセンタは、安全かつ制御可能な電力の分配を提供するように、２つ以上のサーキットブレーカを組み入れていてもよい。本発明の範囲から逸脱することなく、サーキットブレーカの各々が、４０以上のブレーカ位置を含んでいてもよい。そのようなロードセンタ１００は、住宅用及び商業用の双方の構造に共通する特徴を備えることになる。

更に、図１のサーキットブレーカはスマートブレーカ（smart breaker）であり、従って、通信回路１３０と通信する性能を有している。スマート・サーキットブレーカは、遠隔的に監視及び操作することができるものである。図１はスマート・サーキットブレーカを示しているが、本発明の実施形態はこの構成に限定されるものではない。本発明の実施の形態に係る圧力逃し弁は、あらゆる種類のサーキットブレーカと組み合わせて利用することができ、そのサーキットブレーカは、ガス排出性能の改善という恩恵を得ることができる。

サーキットブレーカ内でアークが発生した場合、それを約半アーク周期内に消弧すべきであり、例えば、アークを約８．０ミリ秒以内に消弧すべきである。上述したように、アーク消弧材は、アークを冷却／消弧するアーク消弧ガスを生じるように、サーキットブレーカ内の接触子の周囲に備えることができる。これらの材料は、例えば、ナイロン、フィッシュペーパー、アルミナ三水和物（ＡＴＨ）を含んでいてもよく、更に、例えば、成形コンパウンドと混合されていてもよい。従来の装置では、アークが発生した場合、それらの材料からガスが約２．０ミリ秒以内に作り出され、サーキットブレーカのプラスチック製ハウジングを壊す又は割る虞がある。従来の装置は、通気孔を有していることがあるが、それらの孔（穴）の大きさは、安全機関（underwriting lab）（ＵＬ）の基準によって制限されており、安全機関の基準は、プラスチック製ハウジング内の穴の直径を、１／８インチ（０．３１７５ｃｍ）へ制限している。従って、通気可能な量は、その穴の小さい直径によって制限されている。

図２から図４に示しているように、本発明のいくつかの実施形態は、通気孔２４０、３４０と、通気孔を覆う障壁２５０、３５０とを含む圧力逃し弁を含んでいる。通気孔２４０、３４０が障壁２５０、３５０によって覆われているため、本明細書内で論じる実施形態に係る圧力逃し弁の大きさは、ＵＬの基準によって制限されない。従って、本明細書内で論じる実施形態に係る圧力逃し弁は、はるかに大きく作ることができ、その結果、より多くのガスをより迅速に排出することができる。

特に、図２に示すように、１つ以上の圧力逃し弁が、サーキットブレーカの任意の部位に備えられていてもよい。圧力逃し弁が、通気孔２４０とその上に位置する障壁２５０とを含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、障壁２５０が、アークの熱に反応して曲がることで開口を作るように構成された、温度活性プラスチックを含んでいてもよく、これにより、アーク消弧ガスによって発生する過度な内部圧力を解放して、サーキットブレーカの損傷や破壊を回避することができる。

いくつかの実施形態では、障壁２５０が、例えば、ダイナロイ社が提供する形状記憶ポリマーで形成されている。上述したように、障壁２５０は、本発明のいくつかの実施形態に従って、熱で曲がるプラスチック材料として説明されているが、実施形態はそれらに限定されるものではない。

更に、図３に示しているように、通気孔３４０及び障壁３５０を含む圧力逃し弁は、アーク消弧ガスがより迅速に排出されることを可能にし、このため、ブレーカのプラスチック製ハウジングが損傷又は破壊されることなく、サーキットブレーカ内により多くのアーク消弧材が許容される。

ここで、図４を参照すると、通気孔４４０が障壁４５０で覆われているため、圧力逃し弁の大きさは、直径が１／８インチ（０．３１７５ｃｍ）というＵＬの基準によって制限されない。本発明の実施の形態に係る圧力逃し弁の大きさは、圧力逃し弁が使用されるサーキットブレーカの大きさによってのみ制限される。圧力逃し弁は、サーキットブレーカの任意の実用的な位置へ配置することができる。図４に示されているように、通気孔４４０は、サーキットブレーカの大きさに対して、長さＬ、幅Ｗを有している。従って、より小さなサーキットブレーカは、小さな圧力逃し弁を有することになる。同様に、より大きなサーキットブレーカは、大きな圧力逃し弁を有することになる。図４において、圧力逃し弁は矩形として示されているが、本発明の実施形態は、この構成に限定されるものではない。本発明の範囲から逸脱することなく、圧力逃し弁は、例えば、円形、正方形、及びそれらと類似する、任意の形状を有していてよい。

上記で簡単に説明したように、本発明の実施の形態に係る圧力逃し弁を使用して、ハウジングのプラスチックを割る又は破壊する過度な圧力を発生することなく、異常大電流中に、多量のアーク消弧ガスを生成することが可能となる。上述したように、通気孔を覆う障壁が、アークによってもたらされる過度な熱に晒されると、プラスチックの障壁が曲がって、ガスの排出を可能にする。従って、ブレーカハウジングに損傷を与えるガスが、サーキットブレーカ内に作り出されることはない。

図面及び詳細な説明において、本発明の代表的な実施形態について説明した。しかしながら、本発明の本質から実質的に逸脱しなければ、それらの実施形態に対して多くの変形及び改造が可能である。従って、特定の用語を用いていても、それらは限定する目的ではなく、一般的かつ記述的な感覚のみで使用されており、本発明の範囲は、添付のクレームによって規定されている。

１００：ロードセンタ、１１０：主幹ブレーカ（サーキットブレーカ）、１３０：通信回路、２４０、３４０、４４０：通気孔（通気孔部）、２５０、３５０、４５０：障壁（障壁部）

Claims (19)

1. サーキットブレーカであって、
   ハウジングと、
   該ハウジングの外面に圧力逃し弁と、を含み、
   該圧力逃し弁は、通気孔部と障壁部とを含み、
   該障壁部は、アークによって発生する過度な熱に晒されると前記通気孔部を開き、当該サーキットブレーカからガスを排出するように構成され、
   前記ガスに、当該サーキットブレーカ内に備えられたアーク消弧材によって生成される、アーク消弧ガスが含まれていることを特徴とするサーキットブレーカ。
2. 前記障壁部が、前記アークによって発生する過度な熱に反応して曲がるように構成されたプラスチックを含むことを特徴とする請求項１記載のサーキットブレーカ。
3. 前記障壁部が、金属又はフィッシュペーパーのいずれか一方を含むことを特徴とする請求項１記載のサーキットブレーカ。
4. 前記プラスチックが、形状記憶ポリマーを含むことを特徴とする請求項２記載のサーキットブレーカ。
5. 前記通気孔部が、１／８インチよりも大きい直径を有していることを特徴とする請求項１記載のサーキットブレーカ。
6. 前記アーク消弧材が、アルミナ三水和物（ＡＴＨ）、及び、フィッシュペーパーのうち、少なくとも１つを含んでいることを特徴とする請求項１記載のサーキットブレーカ。
7. ロードセンタに関連した通信回路と通信を行うスマート・サーキットブレーカを含むことを特徴とする請求項１記載のサーキットブレーカ。
8. サーキットブレーカを収容するように構成された配電盤であって、
   ハウジングと、
   該ハウジングの外面に圧力逃し弁と、を含み、
   該圧力逃し弁は、通気孔部と障壁部とを含み、
   該障壁部は、アークによって発生する過度な熱に晒されると前記通気孔部を開き、前記サーキットブレーカからガスを排出するように構成され、
   前記ガスに、前記サーキットブレーカ内に備えられたアーク消弧材によって生成される、アーク消弧ガスが含まれていることを特徴とする配電盤。
9. 前記障壁部が、前記アークによって発生する過度な熱に反応して曲がるように構成されたプラスチックを含むことを特徴とする請求項８記載の配電盤。
10. 前記プラスチックが、形状記憶ポリマーを含むことを特徴とする請求項９記載の配電盤。
11. 前記通気孔部が、１／８インチよりも大きい直径を有していることを特徴とする請求項８記載の配電盤。
12. 前記アーク消弧材が、アルミナ三水和物（ＡＴＨ）、及び、フィッシュペーパーのうち、少なくとも１つを含んでいることを特徴とする請求項８記載の配電盤。
13. 前記サーキットブレーカが、ロードセンタに関連した通信回路と通信を行うスマート・サーキットブレーカを含むことを特徴とする請求項８記載の配電盤。
14. 配電システムであって、
    ハウジングと、
    ロードセンタと、
    前記ハウジング内にサーキットブレーカと、を含み、
    前記ハウジングは、通気孔部と障壁部とを有する圧力逃し弁を前記ハウジングの外面に含み、
    前記障壁部は、アークによって発生する過度な熱に晒されると前記通気孔部を開き、前記サーキットブレーカからガスを排出するように構成され、
    前記ガスに、前記サーキットブレーカ内に備えられたアーク消弧材によって生成される、アーク消弧ガスが含まれていることを特徴とする配電システム。
15. 前記障壁部が、前記アークによって発生する過度な熱に反応して曲がるように構成されたプラスチックを含むことを特徴とする請求項１４記載の配電システム。
16. 前記プラスチックが、形状記憶ポリマーを含むことを特徴とする請求項１５記載の配電システム。
17. 前記通気孔部が、１／８インチよりも大きい直径を有していることを特徴とする請求項１６記載の配電システム。
18. 前記アーク消弧材が、アルミナ三水和物（ＡＴＨ）、及び、フィッシュペーパーのうち、少なくとも１つを含んでいることを特徴とする請求項１４記載の配電システム。
19. 前記サーキットブレーカが、前記ロードセンタに関連した通信回路と通信を行うスマート・サーキットブレーカを含むことを特徴とする請求項１４記載の配電システム。

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