JP6594588B1 - 静止誘導機器 - Google Patents

Abstract

静止誘導機器は、鉄心(１１０)と、巻線(１２０)と、タンク(１３０)と、冷媒(１６０)と、ラジエータ(１４０)と、ユニットクーラ(１５０)とを備える。巻線(１２０)は、鉄心(１１０)を中心軸として巻き回されている。タンク(１３０)は、鉄心(１１０)および巻線(１２０)を収容する。冷媒(１６０)は、タンク(１３０)に充填されている。ラジエータ(１４０)は、タンク(１３０)に取り付けられ、自然対流している冷媒(１６０)を通流させつつ自然空冷可能な第１熱交換部(１４３)を含む。ユニットクーラ(１５０)は、タンク(１３０)に取り付けられ、冷媒(１６０)を強制循環させるポンプ(１５４)、および、強制循環されている冷媒(１６０)を通流させつつ強制空冷する第２熱交換部(１５３)を含む。

Description

本発明は、静止誘導機器に関する。

ユニットクーラを備えた変圧器を開示した先行文献として、特開昭５５−１４５３１５号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載された変圧器は、鉄心と巻線とを有する変圧器本体と、変圧器本体を絶縁油とともに収納するケースと、ケースに接続された冷却装置とを備えている。

特開昭５５−１４５３１５号公報

近年、大規模な太陽光発電所にて使用される大型の変圧器の需要が増えてきており、これらの変圧器には冷却装置として冷却効率のよいユニットクーラが設けられている。太陽光発電所での発電の特性上、夜間の変圧器の負荷は小さくなるものの、変圧器の励磁状態は継続するため、無負荷損が発生し続ける。ユニットクーラは絶縁油の自然循環による冷却容量である自冷容量を有さないため、冷却装置としてユニットクーラを用いた場合、無負荷損による絶縁油の温度上昇を抑制するためにユニットクーラのポンプおよびファンを夜間も駆動させなくてはならず、補機損が常時発生していた。

仮に、ユニットクーラの代わりに自冷容量を有するラジエータを冷却装置として用いた場合、必要な冷却能力を確保するためにラジエータの設置領域が大きくなるため変圧器が大型化する。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、補機損を低減しつつ大型化することを抑制できる静止誘導機器を提供することを目的とする。

本発明に基づく静止誘導機器は、鉄心と、巻線と、タンクと、冷媒と、ラジエータと、ユニットクーラとを備える。巻線は、鉄心を中心軸として巻き回されている。タンクは、鉄心および巻線を収容する。冷媒は、タンクに充填されている。ラジエータは、タンクに取り付けられ、自然対流している上記冷媒を通流させつつ自然空冷可能な第１熱交換部を含む。ユニットクーラは、タンクに取り付けられ、上記冷媒を強制循環させるポンプ、および、強制循環されている上記冷媒を通流させつつ強制空冷する第２熱交換部を含む。

本発明によれば、負荷損が小さいときはユニットクーラを停止してラジエータによって冷媒を冷却し、負荷損が大きいときはユニットクーラによって冷媒を冷却することにより、補機損を低減しつつ小型のラジエータを用いて静止誘導機器が大型化することを抑制できる。

本発明の実施の形態１に係る静止誘導機器の構成を示す側面図である。 本発明の実施の形態２に係る静止誘導機器の構成を示す側面図である。 本発明の実施の形態３に係る静止誘導機器の構成を示す側面図である。 図３の静止誘導機器のＩＶ部を拡大して示す側面図である。 変形例の逆止弁を備える図３の静止誘導機器のＶ部を拡大して示す側面図である。 本発明の実施の形態４に係る静止誘導機器の構成を示す側面図である。

以下、本発明の各実施の形態に係る静止誘導機器について図面を参照して説明する。以下の実施の形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。以下の実施の形態においては、静止誘導機器として内鉄形の変圧器を例示して説明するが、静止誘導機器には、内鉄形の変圧器に限られず、たとえば、外鉄形の変圧器またはリアクトルなども含まれる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る静止誘導機器の構成を示す側面図である。図１においては、タンクを透視して図示している。

図１に示すように、本発明の実施の形態１に係る静止誘導機器１００は、鉄心１１０と、巻線１２０と、タンク１３０と、冷媒１６０と、ラジエータ１４０と、ユニットクーラ１５０とを備える。

巻線１２０は、鉄心１１０を中心軸として巻き回されている。上記中心軸は、上下方向に延在している。タンク１３０は、鉄心１１０および巻線１２０を収容する。冷媒１６０は、タンク１３０に充填されている。冷媒１６０は、エステル油などの絶縁油である。

ラジエータ１４０は、タンク１３０に取り付けられ、自然対流している冷媒１６０を通流させつつ自然空冷可能な第１熱交換部１４３を含む。

具体的には、ラジエータ１４０は、第１ヘッダ管１４１と第２ヘッダ管１４２と第１熱交換部１４３とを含む。第１ヘッダ管１４１および第２ヘッダ管１４２は、上下方向に互いに間隔をあけて水平方向に延在している。第１熱交換部１４３は、上下方向に延在して第１ヘッダ管１４１と第２ヘッダ管１４２とを接続する複数の扁平管を有する。第１熱交換部１４３においては、複数の扁平管の各々を流れる冷媒１６０が、外気と熱交換することにより自然空冷される。

ラジエータ１４０は、タンク１３０に接続された第１接続口１４８および第１接続口１４８より下方に位置する第２接続口１４９をさらに有する。具体的には、第１接続口１４８は、第１ヘッダ管１４１のタンク１３０側の端部である。第２接続口１４９は、第２ヘッダ管１４２のタンク１３０側の端部である。自然対流している冷媒１６０は、第１接続口１４８からラジエータ１４０内に流入し、第１熱交換部１４３を通過して自然空冷され、第２接続口１４９からラジエータ１４０外に流出する。

ラジエータ１４０の冷却能力は、静止誘導機器１００の無負荷損による冷媒１６０の温度上昇を抑制可能な範囲内で小さい方が好ましい。

ユニットクーラ１５０は、タンク１３０に取り付けられ、冷媒１６０を強制循環させるポンプ１５４、および、強制循環されている冷媒１６０を通流させつつ強制空冷する第２熱交換部１５３を含む。ユニットクーラ１５０は、タンク１３０のラジエータ１４０が取り付けられている側とは反対側に取り付けられている。

具体的には、ユニットクーラ１５０は、第１接続管１５１と第２接続管１５２と第２熱交換部１５３とポンプ１５４とを含む。第１接続管１５１および第２接続管１５２は、上下方向に互いに間隔をあけて配置されている。第１接続管１５１および第２接続管１５２の各々は、第２熱交換部１５３と接続されている。

第２熱交換部１５３は、第１接続管１５１および第２接続管１５２の各々に接続されて冷媒が流れる通流管および通流管に向けて送風するファン１５５を含む。第２熱交換部１５３においては、通流管を流れる冷媒１６０が、ファン１５５によって送風された外気と熱交換することにより強制空冷される。

ユニットクーラ１５０は、タンク１３０に接続された第３接続口１５８および第３接続口１５８より下方に位置する第４接続口１５９をさらに有する。具体的には、第３接続口１５８は、第１接続管１５１のタンク１３０側の端部である。第４接続口１５９は、第２接続管１５２のタンク１３０側の端部である。ポンプ１５４によって強制循環されている冷媒１６０は、第３接続口１５８からユニットクーラ１５０内に流入し、第２熱交換部１５３を通過して強制空冷され、第４接続口１５９からユニットクーラ１５０外に流出する。

以下、本発明の実施の形態１に係る静止誘導機器１００の動作および効果について説明する。

まず、負荷損が小さいときは、ユニットクーラ１５０のポンプ１５４およびファン１５５の各々を停止してラジエータ１４０によって冷媒１６０を冷却する。これにより、負荷損が小さいときに、補機損が発生することを抑制することができる。

一方、負荷損が大きいときは、ユニットクーラ１５０のポンプ１５４およびファン１５５の各々を稼働させてユニットクーラ１５０によって冷媒１６０を冷却する。これにより、ラジエータ１４０の冷却能力を、静止誘導機器１００の無負荷損による冷媒１６０の温度上昇を抑制可能な範囲内で小さくすることができるため、小型のラジエータ１４０を用いることができ、静止誘導機器１００が大型化することを抑制できる。

上記のように、本発明の実施の形態１に係る静止誘導機器１００は、負荷損が小さいときはユニットクーラ１５０を停止してラジエータ１４０によって冷媒１６０を冷却し、負荷損が大きいときはユニットクーラ１５０によって冷媒を冷却することにより、補機損を低減しつつ小型のラジエータ１４０を用いて静止誘導機器１００が大型化することを抑制できる。

実施の形態２．
以下、本発明の実施の形態２に係る静止誘導機器について図面を参照して説明する。なお、本発明の実施の形態２に係る静止誘導機器は、仕切板をさらに備える点が主に、本発明の実施の形態１に係る静止誘導機器１００と異なるため、本発明の実施の形態１に係る静止誘導機器１００と同様の構成については説明を繰り返さない。

図２は、本発明の実施の形態２に係る静止誘導機器の構成を示す側面図である。図２においては、タンクを透視して図示している。

図２に示すように、本発明の実施の形態２に係る静止誘導機器２００は、鉄心１１０と、巻線１２０と、タンク１３０と、冷媒１６０と、ラジエータ１４０と、ユニットクーラ１５０と、仕切板２７０とを備える。

仕切板２７０は、上下方向における巻線１２０の位置している範囲内において、タンク１３０の内部を上部１３１と下部１３２とに仕切っている。本実施の形態においては、仕切板２７０は、上下方向における巻線１２０の下端の位置にて、水平方向に延在するように配置されている。仕切板２７０は、環状の形状を有し、タンク１３０の周壁の内面と巻線１２０の下端の外周との間を塞ぐように位置している。

仕切板２７０は、プレスボードで構成されている。ただし、仕切板２７０は、プレスボードで構成される場合に限られず、耐油性および耐熱性を有する樹脂板または強化木などで構成されていてもよい。

第１接続口１４８、第２接続口１４９および第３接続口１５８の各々は、タンク１３０内の上部１３１に開口している。第４接続口１５９は、タンク１３０内の下部１３２に開口している。

本発明の実施の形態２に係る静止誘導機器２００においては、ユニットクーラ１５０によって冷却された冷媒１６０は、第４接続口１５９からタンク１３０内の下部１３２に流入し、図２中の矢印１で示すように、巻線１２０の外周より内側の位置を通過して上昇する。

これにより、第４接続口１５９からタンク１３０内に流入した冷媒１６０が、第２接続口１４９からラジエータ１４０内に流入してラジエータ１４０内を逆流することを抑制することができる。その結果、鉄心１１０および巻線１２０の各々を効率よく冷却することができる。

本発明の実施の形態２に係る静止誘導機器２００においても、負荷損が小さいときはユニットクーラ１５０を停止してラジエータ１４０によって冷媒１６０を冷却し、負荷損が大きいときはユニットクーラ１５０によって冷媒を冷却することにより、補機損を低減しつつ小型のラジエータ１４０を用いて静止誘導機器２００が大型化することを抑制できる。

実施の形態３．
以下、本発明の実施の形態３に係る静止誘導機器について図面を参照して説明する。なお、本発明の実施の形態３に係る静止誘導機器は、逆止弁をさらに備える点が主に、本発明の実施の形態２に係る静止誘導機器２００と異なるため、本発明の実施の形態２に係る静止誘導機器２００と同様の構成については説明を繰り返さない。

図３は、本発明の実施の形態３に係る静止誘導機器の構成を示す側面図である。図４は、図３の静止誘導機器のＩＶ部を拡大して示す側面図である。図３および図４においては、タンクを透視して図示している。

図３および図４に示すように、本発明の実施の形態３に係る静止誘導機器３００は、鉄心１１０と、巻線１２０と、タンク１３０と、冷媒１６０と、ラジエータ１４０と、ユニットクーラ１５０と、仕切板２７０と、逆止弁３８０とを備える。

第１接続口１４８および第３接続口１５８の各々は、タンク１３０内の上部１３１に開口している。第２接続口１４９および第４接続口１５９の各々は、タンク１３０内の下部１３２に開口している。本実施の形態においては、第１熱交換部１４３の上下方向の長さを長くすることができるため、ラジエータ１４０における冷媒１６０の冷却性能を維持しつつ第１熱交換部１４３における扁平管の数を減らしてラジエータ１４０の幅を狭くすることができる。

図４に示すように、第２接続口１４９に、第２接続口１４９側から第１接続口１４８側に冷媒１６０が流れることを抑制する逆止弁３８０が設けられている。具体的には、逆止弁３８０は、第２接続口１４９の上部を回動中心にして図４中の矢印２で示すように回動可能に設けられている。

逆止弁３８０は、逆止弁３８０の自重Ｇと、第２接続口１４９から流入する冷媒１６０から逆止弁３８０が受ける圧力Ｐとの、大小関係によって開閉するように構成されている。すなわち、Ｇ＞Ｐのときは、逆止弁３８０が第２接続口１４９を閉鎖する。Ｇ＜Ｐのときは、逆止弁３８０が第２接続口１４９を開放する。

本発明の実施の形態３に係る静止誘導機器３００においては、ユニットクーラ１５０の稼働時には、ユニットクーラ１５０によって冷却された冷媒１６０は、第４接続口１５９からタンク１３０内の下部１３２に流入する。このとき、第２接続口１４９は逆止弁３８０によって閉じているため、図３中の矢印１で示すように、冷媒１６０は巻線１２０の外周より内側の位置を通過して上昇する。

これにより、第４接続口１５９からタンク１３０内に流入した冷媒１６０が、第２接続口１４９からラジエータ１４０内に流入してラジエータ１４０内を逆流することを抑制することができる。その結果、鉄心１１０および巻線１２０の各々を効率よく冷却することができる。

ユニットクーラ１５０の停止時には、ラジエータ１４０によって冷却された冷媒１６０から受ける圧力によって逆止弁３８０が開き、第２接続口１４９から冷媒１６０がタンク１３０内の下部１３２に流入し、巻線１２０の外周より内側の位置を通過して上昇する。

このように、第２接続口１４９からタンク１３０内に流入した冷媒１６０についても巻線１２０の外周より内側の位置を通過させて上昇させることができるため、鉄心１１０および巻線１２０の各々を効率よく冷却することができる。

ここで、本発明の実施の形態３に係る静止誘導機器３００が備える逆止弁の変形例について説明する。

図５は、変形例の逆止弁を備える図３の静止誘導機器のＶ部を拡大して示す側面図である。図５においては、タンクを透視して図示している。

図５に示すように、変形例の逆止弁３８１は、第２接続口１４９の下部を回動中心にして図５中の矢印３で示すように回動可能に設けられている。逆止弁３８１には、第２ヘッダ管１４２内に位置し、冷媒１６０が第２ヘッダ管１４２内に逆流して流入した際に逆止弁３８１を閉鎖させる弁引揚体３９０が接続されている。

逆止弁３８１は、第４接続口１５９からタンク１３０内の下部１３２に流入した冷媒１６０が第２ヘッダ管１４２内に流入して弁引揚体３９０を第２ヘッダ管１４２の奥側に引き込むことにより、第２接続口１４９を閉鎖する。逆止弁３８１は、第２接続口１４９から流入する冷媒１６０から圧力を受けて第２接続口１４９を開放する。

変形例の逆止弁３８１によっても、第２接続口１４９側から第１接続口１４８側に冷媒１６０が流れることを抑制することができる。

本発明の実施の形態３に係る静止誘導機器３００においても、負荷損が小さいときはユニットクーラ１５０を停止してラジエータ１４０によって冷媒１６０を冷却し、負荷損が大きいときはユニットクーラ１５０によって冷媒を冷却することにより、補機損を低減しつつ小型のラジエータ１４０を用いて静止誘導機器３００が大型化することを抑制できる。

実施の形態４．
以下、本発明の実施の形態４に係る静止誘導機器について図面を参照して説明する。なお、本発明の実施の形態４に係る静止誘導機器は、第１延長管および第２延長管をさらに備える点が主に、本発明の実施の形態１に係る静止誘導機器１００と異なるため、本発明の実施の形態１に係る静止誘導機器１００と同様の構成については説明を繰り返さない。

図６は、本発明の実施の形態４に係る静止誘導機器の構成を示す側面図である。図６においては、タンクを透視して図示している。

図６に示すように、本発明の実施の形態４に係る静止誘導機器４００は、鉄心１１０と、巻線１２０と、タンク１３０と、冷媒１６０と、ラジエータ１４０と、ユニットクーラ１５０と、第１延長管４４０と、第２延長管４５０とを備える。

第１延長管４４０は、第２接続口１４９の内部と連通し、巻線１２０より下方に位置している部分の鉄心１１０と面する開口４４１を有する。すなわち、第１延長管４４０は、第２ヘッダ管１４２と連続している。第１延長管４４０の開口４４１の内部は、鉄心１１０と巻線１２０との間の隙間に連通している。

第２延長管４５０は、第４接続口１５９の内部と連通し、巻線１２０の下面と面する開口４５１を有する。すなわち、第２延長管４５０は、第２接続管１５２と連続している。第２延長管４５０の開口４５１の内部は、巻線１２０の外周より内側の隙間に連通している。

本発明の実施の形態４に係る静止誘導機器４００においては、ユニットクーラ１５０によって冷却された冷媒１６０は、第２延長管４５０の開口４５１から巻線１２０の外周より内側の隙間に流入し、図６中の矢印４で示すように、巻線１２０の外周より内側の位置を通過して上昇する。

これにより、第２延長管４５０の開口４５１からタンク１３０内に流入した冷媒１６０が、ラジエータ１４０内に流入してラジエータ１４０内を逆流することを抑制しつつ、巻線１２０を効率よく冷却することができる。

ラジエータ１４０によって冷却された冷媒１６０は、図６中の矢印５で示すように、第１延長管４４０の開口４４１から鉄心１１０と巻線１２０との間の隙間に流入し、鉄心１１０と巻線１２０との間の隙間を通過して上昇する。これにより、鉄心１１０および巻線１２０の各々を効率よく冷却することができる。

本発明の実施の形態４に係る静止誘導機器４００においても、負荷損が小さいときはユニットクーラ１５０を停止してラジエータ１４０によって冷媒１６０を冷却し、負荷損が大きいときはユニットクーラ１５０によって冷媒を冷却することにより、補機損を低減しつつ小型のラジエータ１４０を用いて静止誘導機器４００が大型化することを抑制できる。

上記の実施の形態において、互いに組み合わせ可能な構成を適宜組み合わせてもよい。
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるものではない。また、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

１００，２００，３００，４００ 静止誘導機器、１１０ 鉄心、１２０ 巻線、１３０ タンク、１３１ 上部、１３２ 下部、１４０ ラジエータ、１４１ 第１ヘッダ管、１４２ 第２ヘッダ管、１４３ 第１熱交換部、１４８ 第１接続口、１４９ 第２接続口、１５０ ユニットクーラ、１５１ 第１接続管、１５２ 第２接続管、１５３ 第２熱交換部、１５４ ポンプ、１５５ ファン、１５８ 第３接続口、１５９ 第４接続口、１６０ 冷媒、２７０ 仕切板、３８０，３８１ 逆止弁、３９０ 弁引揚体、４４０ 第１延長管、４４１，４５１ 開口、４５０ 第２延長管。

Claims (1)

1. 鉄心と、
   前記鉄心を中心軸として巻き回された巻線と、
   前記鉄心および前記巻線を収容するタンクと、
   前記タンクに充填された冷媒と、
   前記タンクに取り付けられ、自然対流している前記冷媒を通流させつつ自然空冷可能な第１熱交換部を含むラジエータと、
   前記タンクに取り付けられ、前記冷媒を強制循環させるポンプ、および、強制循環されている前記冷媒を通流させつつ強制空冷する第２熱交換部を含むユニットクーラとを備え、
   前記中心軸が上下方向に延在しており、
   前記上下方向における前記巻線の位置している範囲内において、前記タンクの内部を上部と下部とに仕切る仕切板をさらに備え、
   前記ラジエータは、前記上下方向に互いに間隔をあけて水平方向に延在しつつ前記第１熱交換部によって互いに接続されている第１ヘッダ管および第２ヘッダ管を含み、
   前記ラジエータは、前記タンクに接続された第１接続口および該第１接続口より下方に位置する第２接続口をさらに有し、
   前記ユニットクーラは、前記タンクに接続された第３接続口および該第３接続口より下方に位置する第４接続口を有し、
   前記第１接続口および前記第３接続口の各々は、前記タンクの前記上部に開口しており、
   前記第２接続口および前記第４接続口の各々は、前記タンクの前記下部に開口しており、
   前記第２接続口に、第２接続口側から第１接続口側に前記冷媒が流れることを抑制する逆止弁が設けられており、
   前記逆止弁は、前記第２接続口の下部を回動中心に回動可能に設けられており、
   前記逆止弁には、前記第２ヘッダ管内に位置し、前記冷媒が前記第２ヘッダ管内に流入した際に前記逆止弁を閉鎖させる弁引揚体が接続されており、
   自然対流している前記冷媒は、前記第１接続口から前記ラジエータ内に流入し、前記第２接続口から前記ラジエータ外に流出する、静止誘導機器。

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