JP6808671B2

JP6808671B2 - ガス遮断器

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Publication number: JP6808671B2
Application number: JP2018052935A
Authority: JP
Inventors: 美鈴酒井; 裕樹田代; 益永　孝幸; 孝幸益永; 久野　勝美; 勝美久野; 貴洋寺田; 内井　敏之; 敏之内井; 崇文飯島; 吉野　智之; 智之吉野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2018-03-20
Filing date: 2018-03-20
Publication date: 2021-01-06
Anticipated expiration: 2038-03-20
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Description

本発明の実施形態は、ガス遮断器に関する。

従来、ガス遮断器は、電流を遮断する際に電極間に生じるアークに対し、ＳＦ₆ガスなどの消弧性ガスを吹き付けることで、アークを消弧させる機能を有する。消弧性ガスは、一般に、高温になると絶縁性能が低下するため、アークへの吹き付けで加熱された後に、除熱の必要がある。

そこで、この種のガス遮断器は、消弧性ガスの除熱のための流路を構成する例えば冷却筒を、上記した電極間の下流側に備えている。ここで、冷却筒による除熱性能が十分ではなく消弧性ガスの絶縁性能が低下した状態では、ガス遮断器の筐体である接地電位のタンクとこのタンク内に収容される高電圧の冷却筒との間で、絶縁破壊が生じる可能性がある。このような絶縁破壊の課題を考慮した場合、タンクと冷却筒との間に一定以上の間隔を空けるために、ガス遮断器内には比較的広いスペースが確保されている。

特開２００３−９２０５２号公報特開昭６１−２０８７１５号公報特開２０１５−１２２２３８号公報

この一方で、ガス遮断器本体を設置するための設置スペースの縮小化や、ガス遮断器における構成部品の材料費の削減などを図るために、ガス遮断器を小型化することへの要請がある。ガス遮断器の小型化を図る場合、上記した絶縁破壊の課題を考慮すると、消弧性ガスに対する除熱性能を向上させることが重要となる。さらに、除熱性能を向上させるための構成については、冷却筒などの流路を流れる消弧性ガスの圧力損失についても配慮する必要がある。

本発明の目的は、流路を流れる消弧性ガスの圧力損失を抑えつつ、消弧性ガスに対する除熱性能を高めることができるガス遮断器を提供することである。

一つの実施の形態のガス遮断器は、消弧性ガスの流路に設置された除熱ユニットを有する。除熱ユニットは、複数の板状の除熱部材、及び保持部を備えている。複数の板状の除熱部材は、前記流路中を流れる消弧性ガスと各々接触して消弧性ガスに対する除熱を行う。保持部は、複数の板状の除熱部材を、厚さ方向に間隔を空けつつ当該厚さ方向である直線方向に積層するようにして保持する。また、除熱部材は、上流側端部及び下流側端部、並びに最厚部を有する。上流側端部は、前記消弧性ガスの流れの方向の上流側に設けられている。一方、下流側端部は、前記流れの方向の下流側に設けられている。最厚部は、上流側端部から下流側端部までの間に設けられた厚さの最も厚い部位である。さらに、除熱部材の厚さは、上流側端部から最厚部を経て下流側端部までの間で連続的に変化している。さらに、前記保持部は、前記複数の板状の除熱部材を、前記流れの方向に２段以上配列した状態で保持する。
また、一つの実施の形態のガス遮断器は、消弧性ガスの流路に設置された除熱ユニットを有する。除熱ユニットは、複数の板状の除熱部材、及び保持部を備えている。複数の板状の除熱部材は、前記流路中を流れる消弧性ガスと各々接触して消弧性ガスに対する除熱を行う。保持部は、複数の板状の除熱部材を、それぞれ厚さ方向に間隔を空けつつ積層するようにして保持する。また、除熱部材は、上流側端部及び下流側端部、並びに最厚部を有する。上流側端部は、前記消弧性ガスの流れの方向の上流側に設けられている。一方、下流側端部は、前記流れの方向の下流側に設けられている。最厚部は、上流側端部から下流側端部までの間に設けられた厚さの最も厚い部位である。さらに、除熱部材の厚さは、上流側端部から最厚部を経て下流側端部までの間で連続的に変化している。さらに、前記保持部は、前記複数の板状の除熱部材を、前記流れの方向に２段以上配列した状態で保持する。そして、前記２段以上配列された前記流れの方向に隣り合う除熱部材どうしは、互いの厚さ方向の位置をシフトさせて配置、又は、前記厚さ方向の位置をそろえて配置されている。
さらにまた、一つの実施の形態のガス遮断器は、消弧性ガスの流路に設置された除熱ユニットを有する。除熱ユニットは、複数の板状の除熱部材、及び保持部を備えている。複数の板状の除熱部材は、前記流路中を流れる消弧性ガスと各々接触して消弧性ガスに対する除熱を行う。保持部は、複数の板状の除熱部材を、それぞれ厚さ方向に間隔を空けつつ積層するようにして保持する。また、除熱部材は、上流側端部及び下流側端部、並びに最厚部を有する。上流側端部は、前記消弧性ガスの流れの方向の上流側に設けられている。一方、下流側端部は、前記流れの方向の下流側に設けられている。最厚部は、上流側端部から下流側端部までの間に設けられた厚さの最も厚い部位である。さらに、除熱部材の厚さは、上流側端部から最厚部を経て下流側端部までの間で連続的に変化している。さらに、前記保持部は、前記複数の板状の除熱部材を、前記流れの方向に２段以上配列した状態で保持する。そして、前記２段以上配列された前記流れの方向に隣り合う除熱部材どうしは、互いに異なる材料で構成されている。
さらにまた、一つの実施の形態のガス遮断器は、消弧性ガスの流路に設置された除熱ユニットを有する。除熱ユニットは、複数の板状の除熱部材、及び保持部を備えている。複数の板状の除熱部材は、前記流路中を流れる消弧性ガスと各々接触して消弧性ガスに対する除熱を行う。保持部は、複数の板状の除熱部材を、厚さ方向に間隔を空けつつ当該厚さ方向である直線方向に積層するようにして保持する。また、除熱部材は、上流側端部及び下流側端部、並びに最厚部を有する。上流側端部は、前記消弧性ガスの流れの方向の上流側に設けられている。一方、下流側端部は、前記流れの方向の下流側に設けられている。最厚部は、上流側端部から下流側端部までの間に設けられた厚さの最も厚い部位である。さらに、除熱部材の厚さは、上流側端部から最厚部を経て下流側端部までの間で連続的に変化している。さらに、前記除熱ユニットは、前記流れの方向に沿って前記流路内に２つ以上並べて配置されている。

実施の形態に係るガス遮断器を模式的に示す断面図。図１のガス遮断器に内蔵された除熱ユニットの外観を示す斜視図。図２の除熱ユニットが備える流線形の除熱部材を示す断面図。図３の除熱部材どうしを、厚さ方向にシフトさせて配置した例を示す断面図。ひし形状の除熱部材を示す断面図。楕円状の除熱部材を示す断面図。図１のガス遮断器に対して、２つの除熱ユニットを配置した例を示す断面図。除熱ユニットの解析条件を説明するための図。除熱ユニットの各部の寸法について説明するための図。比較例となる長方形の除熱部材を示す断面図。除熱効果に対する除熱部材の形状の影響を示す図。圧力損失に対する除熱部材の形状の影響を示す図。除熱効果に対する除熱部材の段数の影響を示す図。圧力損失に対する除熱部材の段数の影響を示す図。除熱効果に対する除熱部材の配列の影響を示す図。圧力損失に対する除熱部材の配列の影響を示す図。除熱効果に対する除熱部材どうしの厚さ方向の間隙の影響を示す図。圧力損失に対する除熱部材どうしの厚さ方向の間隙の影響を示す図。除熱ユニットを通る消弧性ガスの流速の除熱効果に対する影響を示す図。除熱ユニットを通る消弧性ガスの流速の圧力損失に対する影響を示す図。圧力損失に対する除熱部材の長さの影響を示す図。

以下、実施の形態を図面に基づき説明する。
図１に示すように、本実施形態のガス遮断器１０は、タンク１４、冷却筒１７、固定電極１５、可動電極１６、絶縁ノズル１９、操作ロッド１３、パッファピストン６、パッファシリンダ１８、除熱ユニット２０を主に備えている。

タンク１４は、ガス遮断器１０の筐体（ケーシング）であり、内部にはＳＦ₆ガスなどの消弧性ガス８が充填されている。冷却筒１７及びパッファシリンダ１８には、２つのブッシングの内部からそれぞれ延びている導体１１、１２が各々接続されている。これら冷却筒１７やパッファシリンダ１８などは、高電位となっている一方で、タンク１４は、接地電位とされている。

固定電極１５と可動電極１６とは、互いに対向して配置されている。可動電極１６は、固定電極１５に対し、互いの軸方向（矢印Ｚ１−Ｚ２方向）に挿抜自在（接触及び離間可能）に構成されている。可動電極１６、操作ロッド１３、絶縁ノズル１９は、それぞれ、パッファシリンダ１８と同軸的に配置されている。操作ロッド１３は、パイプ状に構成されており、パッファシリンダ１８の軸心部分に固定されている。可動電極１６は、操作ロッド１３の先端部分に設けられている。固定電極１５に対して、絶縁ノズル１９、操作ロッド１３及びパッファシリンダ１８は、可動電極１６と共に、一体となって進退移動する。

より具体的には、図１に示すように、固定電極１５に対し、可動電極１６は、閉極時（通電時）に矢印Ｚ１方向に前進し、当該可動電極１６本体の内側部分を、固定電極１５の外周部分に接触させる。一方、開極時（電流遮断時）には、可動電極１６は、固定電極１５から矢印Ｚ２方向に後退し、当該可動電極１６本体の内側部分を、固定電極１５の外周部分より離間させる。

絶縁ノズル１９は、可動電極１６及び固定電極１５と、同軸上に配置されている。絶縁ノズル１９は、閉極時に可動電極１６及び固定電極１５間に生じるアークに消弧性ガス８を吹き付けるためのノズルである。

また、パッファシリンダ１８内の内壁部分と操作ロッド１３の外周部分との間には、パッファピストン６が摺動自在に挿入されている。さらに、パッファピストン６の前面部分とパッファシリンダ１８の内壁面部分とで囲まれた空間によってパッファ室６ａが形成されている。また、パッファシリンダ１８の先端部における可動電極１６と絶縁ノズル１９との間には、固定電極１５と可動電極１６との間に開極時に生じるアーク９へ向けて、パッファ室６ａ内で圧縮された消弧性ガス８を、絶縁ノズル１９と協働して導くための開口部６ｂが設けられている。

つまり、閉極状態（通電状態）において、所定の操作機構を介して操作ロッド１３が開極操作されると、操作ロッド１３の先端部分の可動電極１６が矢印Ｚ２方向に移動することにより、この可動電極１６と固定電極１５とが開離する。この際、可動電極１６と固定電極１５との間にアーク９が発生する。これらの動作と平行するパッファシリンダ１８の矢印Ｚ２方向への移動により、パッファピストン６との間に形成されているパッファ室６ａが縮小される。これにより、パッファ室６ａ内で圧縮された消弧性ガス８が、開口部６ｂから絶縁ノズル１９を介して、固定電極１５と可動電極１６との間に吹き付けられる。この結果、アーク９は急速に冷却される。

次に、冷却筒１７の構成について説明する。冷却筒１７は、例えば円筒状に形成されており、消弧性ガス８を除熱するための流路１７ａを、図１に示すように、冷却筒１７本体の内側の穴で構成している。冷却筒１７は、消弧性ガス８の流れの方向（矢印Ｚ方向）において、可動電極１６及び固定電極１５どうしの接点部分の下流側に設けられている。冷却筒１７は、消弧性ガス８の流れの方向において、例えば、上流側の部位が比較的小さな径で構成され、一方、下流側の部位が、上流側の部位よりも大きな径で構成されている。冷却筒１７における上流側の部位と下流側の部位との間の中間部分は、下流側に向うにつれて徐々に径が拡大するように構成されている。また、冷却筒１７における最下流端の開口部分から流出した消弧性ガス８は、例えば、タンク１４内に設けられた所定の循環流路を通って上記したパッファ室６ａ内に戻される。

ここで、消弧性ガス８は、高温になると絶縁性能が低下するため、アーク９への吹き付けで加熱された後に除熱の必要性がある。消弧性ガス８の絶縁性能が低下している状態では、接地電位のタンク１４とこのタンク１４内に収容された高電圧の冷却筒１７との間で、絶縁破壊などが生じてしまう可能性もある。このため、消弧性ガス８の冷却筒１７内での除熱は重要となる。

そこで、本実施形態のガス遮断器１０は、冷却筒１７内における消弧性ガス８の流路に、図１、図２に示すように、上記した除熱ユニット２０が設置されている。ガス遮断器１０の例えば小型化を図る場合、前述した絶縁破壊の課題を考慮すると、消弧性ガス８に対する除熱性能を、より一層、向上させることが重要となる。除熱ユニット２０では、消弧性ガス８に対する除熱性能の向上に加え、消弧性ガス８の圧力損失についても配慮がなされている。

次に、除熱ユニット２０の構造について詳述する。図２に示すように、除熱ユニット２０は、複数の板状（プレート状）の除熱部材、及び保持部を備えた三次元のメッシュ状構造体である。除熱ユニット２０の材料には、タングステンなどが用いられている。除熱ユニット２０は、例えば、金属３Ｄプリンタなどを適用するＡＭ（Additive Manufacturing）技術によって製造されている。

複数の板状の除熱部材１は、冷却筒１７内の流路１７ａ中を流れる消弧性ガス８と各々接触して消弧性ガス８に対する除熱を行う。保持部５は、複数の板状の除熱部材１を、それぞれ厚さ方向（矢印Ｙ方向）に間隔を空けつつ積層するようにして保持する。この保持部５の端面は、冷却筒１７の例えば内壁部分に接合されている。なお、図１では、冷却筒１７内において、図２に示す除熱ユニット２０における除熱部材１の奥行き方向（矢印Ｘ方向）を、ガス遮断器１０の鉛直方向に向けて、除熱ユニット２０を設置した例を示している。これに代えて、除熱ユニット２０における除熱部材１の厚さ方向（矢印Ｙ方向）を、ガス遮断器１０（タンク１４）の鉛直方向に向けて、除熱ユニット２０を冷却筒１７内に設置してもよい。

図２、図３に示すように、除熱部材１は、上流側端部１ａ及び下流側端部１ｂ、並びに最厚部１ｅを有する。上流側端部１ａは、除熱部材１本体における、消弧性ガスの流れの方向（矢印Ｚ方向）の上流側に設けられた最上流端である。一方、下流側端部１ｂは、除熱部材１本体における、消弧性ガスの流れの方向（矢印Ｚ方向）の下流側に設けられた最下流端である。最厚部１ｅは、上流側端部１ａから下流側端部１ｂまでの間に設けられた厚さの最も厚い部位である。

より具体的には、最厚部１ｅは、上流側端部１ａから、この上流側端部１ａと下流側端部１ｂとの中央部分まで、の間に設けられている。さらに、除熱部材１の厚さは、上流側端部１ａから最厚部１ｅを経て下流側端部１ｂまでの間（上流側端部１ａから最厚部１ｅまでの間、及び最厚部１ｅから下流側端部１ｂまでの間）で連続的に変化している。除熱部材１における厚さが連続的に変化している部位の表面１ｃ、１ｄは、曲面及び傾斜面で構成されている。最厚部１ｅは、上流側端部１ａから、この上流側端部１ａと下流側端部１ｂとの中央部分まで、の間に設けられた厚さの最も厚い部位である。

図２、図３に示す例では、除熱部材１は、除熱部材１をその厚さ方向に沿って裁断した場合の断面形状が、流線形である。ここで、流線形とは、図２、図３に示すように、上流側端部１ａが曲面で構成され、上流側端部１ａから最厚部１ｅを経て下流側端部１ｂに向かうにつれて先細りとなる形状をいう。なお、除熱部材１は、その厚さ方向（矢印Ｙ方向）に沿って観ると、上記した流れの方向（矢印Ｚ方向）に短辺を有しかつ奥行き方向（矢印Ｘ方向）に長辺を有する矩形状をなしている。また、除熱部材における前記流れの方向の長さは、最厚部１ｅの厚さの２倍以上であることが望ましい。この構成により、除熱ユニット２０に流入した高温の消弧性ガス８を効果的に冷却することが可能となる。

また、図２の除熱ユニット２０では、保持部５が、複数の板状の除熱部材１を、消弧性ガス８の流れの方向（矢印Ｚ方向）に２段以上配列（図２の例では３段配列）した状態で保持している例を示している。これに代えて、複数の板状の除熱部材１を、消弧性ガス８の流れの方向（矢印Ｚ方向）において、保持部５が１段の状態で保持している除熱ユニットを構成することも可能である。

また、図２の除熱ユニット２０では、２段以上配列された、消弧性ガス８の流れの方向（矢印Ｚ方向）に隣り合う除熱部材１どうしが、互いの厚さ方向（矢印Ｙ方向）の位置をそろえて配置されている例を示している。これに代えて、図４に示すように、消弧性ガス８の流れの方向（矢印Ｚ方向）に隣り合う除熱部材１どうしが、互いの厚さ方向（矢印Ｙ方向）の位置をシフト（オフセット）させて配置（千鳥状に配置）される除熱ユニットを適用してもよい。

前述の２段以上配列された、消弧性ガス８の流れの方向（矢印Ｚ方向）で隣り合う除熱部材１どうしを、互いに異なる材料で構成することも可能である。つまり、比較的高温の消弧性ガス８が接触する上流側から１段目の除熱部材に対し、タングステンなどの融点の高い材料を適用し、１段目の除熱部材で除熱されて温度が下がった消弧性ガス８を導入する２段目以降の除熱部材に対しては、銅などの熱伝導度の高い材料を適用してもよい。また、除熱部材を２段以上の多段に配列する場合、段毎に断面形状の異なる除熱部材を配置してもよい。

つまり、断面形状の異なる除熱部材としては、後述するひし形状や楕円状の断面形状を有する除熱部材などが例示される。さらに、除熱部材を２段以上の多段に配列する場合、段毎に除熱部材どうしの間隙などの形状パラメータを変えた除熱ユニットを構成することも可能である。

さらに、図２、図３に示した例では、除熱部材１をその厚さ方向に沿って裁断した場合の断面形状が、流線形であったが、これに代えて、図５、図６に示すように、当該断面形状が、ひし形状の除熱部材２や楕円状の除熱部材３を用いて、除熱ユニットを構成することもできる。

図５に示すように、ひし形状の除熱部材２は、上流側端部２ａ及び下流側端部２ｂ、並びに最厚部２ｅを有する。最厚部２ｅは、上流側端部２ａから、この上流側端部２ａと下流側端部２ｂとの中央部分まで、の間に設けられている。最厚部２ｅは、前記の中央部分からみて、上流側端部２ａ方向又は下流側端部２ｂ方向に偏在していてもよい。除熱部材１における厚さが連続的に変化している部位の表面２ｃ、２ｄは、例えば傾斜面や曲面などで構成することが可能である。

一方、図６に示すように、楕円状の除熱部材２は、上流側端部３ａ及び下流側端部３ｂ、並びに最厚部３ｅを有する。上流側端部３ａ及び下流側端部３ｂは、曲面で構成されている。最厚部３ｅは、上流側端部３ａから、この上流側端部３ａと下流側端部３ｂとの中央部分まで、の間に設けられている。除熱部材３における厚さが連続的に変化している部位の表面３ｃ、３ｄは、曲面で構成されている。

また、図７に示すように、消弧性ガス８の流れの方向に沿って、冷却筒１７の流路１７ａ内に除熱ユニット２０を２つ以上並べて配置したガス遮断器３０を構成することも可能である。この場合の２つ以上設置された除熱ユニットは、流れの方向における設置箇所が異なっている。ここで、除熱ユニット２０において、除熱部材どうしの厚さ方向（矢印Ｙ方向）の間隙を狭くすると、消弧性ガス８が流れる際の圧力損失が高くなるものの、冷却効果（除熱効果）も大きくなる。したがって、消弧性ガス８の流れの方向（矢印Ｚ方向）において、比較的高温の消弧性ガス８が高速で流入する冷却筒１７の上流側付近に取り付ける除熱ユニットについては、整流を優先するために、除熱部材どうしの厚さ方向の間隙を広くするようにしてもよい。一方、冷却筒１７の流路１７ａが広がり、消弧性ガス８の流速が遅くなる下流側端の開口部付近に取り付ける除熱ユニットについては、冷却（除熱）効果を優先するために、除熱部材どうしの厚さ方向の間隙を狭くすることなどが例示される。

また、除熱ユニット２０全体の構成材料としては、冷却筒１７の流路１７ａを流れる消弧性ガス８の温度よりも融点が高くかつ当該消弧性ガス８に対して、非反応性（non-responsiveness）を有する（化学反応しない）、例えばタングステンなどの材料で構成されていることが望ましい。また、上述したようにＳＦ₆ガスを消弧性ガス８として適用している場合、コストが安価でＳＦ₆ガスに対して非反応性を有する鉄（ステンレスなど）を、除熱ユニットの構成材料として用いることも可能である。一方、アークによる解離後生成される可能性のあるＳＦ₄ガスと発熱反応が生じるアルミニウムは、除熱ユニットの構成材料として適用しないことが望ましい。ここで、消弧性ガスとしてＳＦ₆ガスを例示したが、二酸化炭素（ＣＯ₂）などの他の消弧性ガスを適用することも可能である。二酸化炭素、もしくは二酸化炭素を主成分とする混合ガスを消弧性ガスとして用いる場合には、除熱ユニットの材料としては、二酸化炭素に対して、非反応性を有するニッケル材料を用いることが可能である。

既述したように、本実施形態のガス遮断器１０、３０では、冷却筒１７内の除熱ユニット２０を消弧性ガス８が通過する過程で、間隔を空けて積層される板状の除熱部材の各部（上流側端部や除熱部材どうしの間の厚さ方向に対向する面）と消弧性ガス８が密に接触して、効果的に冷却される。また、ガス遮断器１０、３０では、除熱部材が流線形などで構成されていることで、冷却筒１７の流路１７ａを流れる消弧性ガス８の圧力損失を抑えつつ、消弧性ガス８に対する除熱性能を高めることができる。さらに、ガス遮断器１０、３０は、消弧性ガス８に対する除熱性能が向上したことで、消弧性ガス８の絶縁性能が確保されて、絶縁破壊などが生じる可能性が低減し、これにより、ガス遮断器本体の小型化を図ることが可能となる。

＜実施例＞
次に、上記した図１〜図７に加え、図８〜図１６に基づき、実施例について説明する。図８に示すように、実施例の解析手法としては、解析モデルを用いるソフトウェアによる評価方法（ＣＦＤ［computational fluid dynamics］シミュレーション）を適用した。解析条件は次のとおりである（図８、図９参照）。

＜解析手法、解析モデル＞
使用ソフトウェア：ＳＴＡＲ−ＣＣＭ＋ｖ１１．０６
２次元モデル
陰解法非定常解析（時間ステップ０．１ｍｓ、最大物理時間１００ｍｓ）
＜境界条件＞
流体領域Ａ１下面の入口端：入口速度（速度５ｍ／ｓ、５０ｍ／ｓ）
流体領域Ａ１の上面の出口端：出口圧力（０Ｐａ）
流体領域Ａ１の側面：対称面
＜初期条件＞
温度：全領域で３００Ｋ
＜モニタ点＞
入口端及び出口端からそれぞれ１ｍｍ内側の位置に、入口モニタ点Ｐ１、出口モニタ点Ｐ２を設定
＜その他の条件＞
入口端から除熱部材のモデルＶの最厚部までの距離Ｌ１：２０ｍｍ
除熱部材のモデルＶの最厚部から出口端までの距離Ｌ２：１５０ｍｍ

図９に示すように、２段以上配置する場合の除熱部材の流路方向間隙Ｂ１については、実施例となる流線形、ひし形、楕円の除熱部材及び比較例の除熱部材に対して共通の０．２５ｍｍを設定した。なお、流線形の除熱部材における下流端（下流厚さ）Ｗ２については、０．５ｍｍを設定した。また、実施例及び比較例の除熱部材における流れの方向の長さＬ３、最厚部の厚さＷ１、及び除熱部材どうしの厚さ方向の間隙Ｂ２については、適宜の変数を入力（設定）する。

また、図１０に示すように、比較例の除熱部材としては、断面が長方形の除熱部材４を適用した。除熱部材４は、上流側端部４ａ及び下流側端部４ｂを有する。さらに、除熱部材４は、矢印Ｙ方向において均一な厚さで構成されている。

ここで、評価の対象の実施例Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｊ、Ｋ、Ｍ、Ｎ、Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｕ、Ｗ、及び、比較例Ｄは、次の表１に示す構成を有している。

ここで、表１中の配列の千鳥は、図４に示すように、除熱ユニット２０において、２段以上配列された、消弧性ガス８の流れの方向（矢印Ｚ方向）に隣り合う除熱部材どうしが、互いの厚さ方向の位置をシフトさせて配置されている状態を意味する。一方、表１中の配列の正方は、図９に示すように、除熱ユニット２０において、２段以上配列された、消弧性ガス８の流れの方向に隣り合う除熱部材どうしが、互いの厚さ方向の位置をそろえて配置されている状態を意味する。

また、実施例、比較例については、流体（消弧性ガス）の温度の低減した割合［％］と圧力損失とを評価結果として得る。具体的には、温度の低減した割合［％］は、図８における入口モニタ点Ｐ１での流体の入口温度と出口モニタ点Ｐ２での流体の出口温度との差分を、入口温度で割って百分率を求めることで得られる。このようにして得られた当該割合［％］は、除熱効果を表している。一方、圧力損失は、入口モニタ点Ｐ１での流体の入口圧力と出口モニタ点Ｐ２での流体の出口圧力との差分である。上記したＣＦＤシミュレーションでは、境界条件として、流体領域Ａ１上面の出口端での出口圧力が０に設定される。

図１１Ａは、断面形状以外の他の条件がそろっている表１中の実施例Ａ、Ｂ、Ｃ及び比較例Ｄの評価結果として、除熱効果に対する除熱部材の形状の影響を示しており、一方、図１１Ｂは、これら実施例Ａ、Ｂ、Ｃ及び比較例Ｄについての圧力損失に対する除熱部材の形状の影響を示している。上記したように、図１１Ａの縦軸に示す温度の低減した割合［％］は、より大きいほど、除熱部材による除熱効果が高いことを意味する。

図１１Ａに示す例では、断面形状が長方形の比較例Ｄは、除熱効果（割合）が高いものの、図１１Ｂに示す例では、圧力損失も実施例Ａ、Ｂ、Ｃと比べて高くなっている。除熱部材の形状としては、除熱効果（割合）が比較的高く、圧力損失も小さい実施例Ａの流線形や実施例Ｃの楕円が好ましい断面形状であることがわかる。

さらに、図１２Ａは、除熱部材の段数以外の条件が概ねそろっている表１中の実施例Ｅ、Ａ、Ｆや、実施例Ｇ、Ｈ、Ｊの評価結果として、除熱効果に対する除熱部材の段数の影響を示している。一方、図１２Ｂは、これら実施例Ｅ、Ａ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｊについての圧力損失に対する除熱部材の段数の影響を示している。段数が２段の実施例Ａ、Ｈと比べ、段数が５段の実施例Ｆ、Ｊは、除熱部材の体積が大きいため、除熱効果（割合）に優れる。さらに、流速が５０［ｍ／ｓ］の実施例Ｊに比べ、流速が５［ｍ／ｓ］の実施例Ｆは流体（消弧性ガス）との接触時間を長くとれるため、除熱割合が大きく、圧力損失も低い値が得られる。

したがって、流体（消弧性ガス）の速度が比較的遅い環境下では、除熱部材を２段よりもより多段の５段くらいに重ねた除熱ユニットを適用することで、消弧性ガスの圧力損失を抑えつつ、消弧性ガスに対する除熱性能をより向上させることができる。

また、図１３Ａは、除熱部材の配列以外の条件が概ねそろっている表１中の実施例Ｆ、Ｍや、実施例Ａ、Ｋの評価結果として、除熱効果に対する除熱部材の配列の影響を示している。一方、図１３Ｂは、これら実施例Ｆ、Ｍ、実施例Ａ、Ｋについての圧力損失に対する除熱部材の配列の影響を示している。千鳥配列の実施例Ｍ、Ｋは、正方配列の実施例Ｆ、Ａと比べて、圧力損失がわずかに大きくなるものの、除熱効果が高められている。図４に示すように、千鳥配列の場合、上流側の段の除熱部材どうしの間隙の延長線上に、下流側の段の除熱部材の軸心が配置されるレイアウトになるため、個々の除熱部材の表面と消弧性ガスとの接触がより密になり、良好な除熱効果を得ることができる。

図１４Ａは、図９に例示した除熱部材の間隙Ｂ２以外の条件がそろっている表１中の実施例Ａ、Ｎ、Ｑの評価結果として、除熱効果に対しての除熱部材どうしの厚さ方向の間隙の影響を示している。一方、図１４Ｂは、これら実施例Ａ、Ｎ、Ｑについての圧力損失に対する除熱部材どうしの間隙の影響を示している。間隙を狭めると、除熱効果が向上するものの、これに伴い圧力損失も上昇する。したがって、許容できる圧力損失を確保したうえで、適切な間隙を設定し、これにより除熱効果の向上を図ることが望ましい。

また、図１５Ａは、流速以外の条件が概ねそろっている表１中の実施例Ｆ、Ｊ、実施例Ａ、Ｈ、実施例Ｅ、Ｇの評価結果として、除熱効果に対する流速の影響を示している。一方、図１５Ｂは、これら実施例Ｆ、Ｊ、実施例Ａ、Ｈ、実施例Ｅ、Ｇについての圧力損失に対する流速の影響を示している。図１５Ａ、図１５Ｂに示す評価結果からわかるように、図１２Ａ、図１２Ｂによる評価結果と同様、流体（消弧性ガス）の速度が比較的遅い環境下では、除熱部材を５段程度重ねた除熱ユニットを適用することで、消弧性ガスの圧力損失を抑えつつ、消弧性ガスに対する優れた除熱効果を発揮させることができる。

さらに、図１６は、図９に示した除熱部材の長さＬ３以外の条件がそろっている表１中の実施例Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｕ、Ｗの評価結果として、圧力損失に対する除熱部材の長さの影響を示している。実施例Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｕ、Ｗでは、図９に示した最厚部の厚さＷ１が、それぞれ１ｍｍの除熱部材を適用している。図１６に示すように、１ｍｍの厚さに対して長さが１．５ｍｍから２ｍｍ未満までは、圧力損失の低減する傾きが大きくなっているものの、１ｍｍの厚さに対して長さが２ｍｍ以上になると、圧力損失の低減する傾きが比較的なだらかになる。したがって、消弧性ガスの流れの方向に沿った除熱部材の長さは、最厚部の厚さの２倍以上であることが望ましい。このような長さの除熱部材を有する除熱ユニットを適用することで、圧力損失を抑えたうえで消弧性ガスに対する良好な除熱効果を得ることができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１，２，３…除熱部材、１ａ，２ａ，３ａ…上流側端部、１ｂ，２ｂ，３ｂ…下流側端部、１ｃ，１ｄ，２ｃ，２ｄ，３ｃ，３ｄ…表面、１ｅ，２ｅ，３ｅ…最厚部、５…保持部、８…消弧性ガス、９…アーク、１４…タンク、１７…冷却筒、１７ａ…流路、２０…除熱ユニット、１０，３０…ガス遮断器。

Claims

消弧性ガスの流路に設置された除熱ユニットを有するガス遮断器であって、
前記除熱ユニットは、
前記流路中を流れる前記消弧性ガスと各々接触して前記消弧性ガスに対する除熱を行う複数の板状の除熱部材と、
前記複数の板状の除熱部材を、厚さ方向に間隔を空けつつ当該厚さ方向である直線方向に積層するようにして保持する保持部と、
を備え、
前記除熱部材は、
前記消弧性ガスの流れの方向の上流側に設けられた上流側端部と、
前記流れの方向の下流側に設けられた下流側端部と、
前記上流側端部から前記下流側端部までの間に設けられた厚さの最も厚い最厚部と、
を有し、
さらに、前記除熱部材の厚さは、前記上流側端部から前記最厚部を経て前記下流側端部までの間で連続的に変化していて、
前記保持部は、前記複数の板状の除熱部材を、前記流れの方向に２段以上配列した状態で保持する、
ガス遮断器。
消弧性ガスの流路に設置された除熱ユニットを有するガス遮断器であって、
前記除熱ユニットは、
前記流路中を流れる前記消弧性ガスと各々接触して前記消弧性ガスに対する除熱を行う複数の板状の除熱部材と、
前記複数の板状の除熱部材をそれぞれ厚さ方向に間隔を空けつつ積層するようにして保持する保持部と、
を備え、
前記除熱部材は、
前記消弧性ガスの流れの方向の上流側に設けられた上流側端部と、
前記流れの方向の下流側に設けられた下流側端部と、
前記上流側端部から前記下流側端部までの間に設けられた厚さの最も厚い最厚部と、
を有し、
さらに、前記除熱部材の厚さは、前記上流側端部から前記最厚部を経て前記下流側端部までの間で連続的に変化していて、
前記保持部は、前記複数の板状の除熱部材を、前記流れの方向に２段以上配列した状態で保持するものであって、
前記２段以上配列された前記流れの方向に隣り合う除熱部材どうしは、互いの厚さ方向の位置をシフトさせて配置、又は、前記厚さ方向の位置をそろえて配置されている、
ガス遮断器。
消弧性ガスの流路に設置された除熱ユニットを有するガス遮断器であって、
前記除熱ユニットは、
前記流路中を流れる前記消弧性ガスと各々接触して前記消弧性ガスに対する除熱を行う複数の板状の除熱部材と、
前記複数の板状の除熱部材をそれぞれ厚さ方向に間隔を空けつつ積層するようにして保持する保持部と、
を備え、
前記除熱部材は、
前記消弧性ガスの流れの方向の上流側に設けられた上流側端部と、
前記流れの方向の下流側に設けられた下流側端部と、
前記上流側端部から前記下流側端部までの間に設けられた厚さの最も厚い最厚部と、
を有し、
さらに、前記除熱部材の厚さは、前記上流側端部から前記最厚部を経て前記下流側端部までの間で連続的に変化していて、
前記保持部は、前記複数の板状の除熱部材を、前記流れの方向に２段以上配列した状態で保持するものであって、
前記２段以上配列された前記流れの方向に隣り合う除熱部材どうしは、互いに異なる材料で構成されている、
ガス遮断器。
消弧性ガスの流路に設置された除熱ユニットを有するガス遮断器であって、
前記除熱ユニットは、
前記流路中を流れる前記消弧性ガスと各々接触して前記消弧性ガスに対する除熱を行う複数の板状の除熱部材と、
前記複数の板状の除熱部材を、厚さ方向に間隔を空けつつ当該厚さ方向である直線方向に積層するようにして保持する保持部と、
を備え、
前記除熱部材は、
前記消弧性ガスの流れの方向の上流側に設けられた上流側端部と、
前記流れの方向の下流側に設けられた下流側端部と、
前記上流側端部から前記下流側端部までの間に設けられた厚さの最も厚い最厚部と、
を有し、
さらに、前記除熱部材の厚さは、前記上流側端部から前記最厚部を経て前記下流側端部までの間で連続的に変化していて、
前記除熱ユニットは、前記流れの方向に沿って前記流路内に２つ以上並べて配置されている、
ガス遮断器。
前記除熱部材における前記厚さが連続的に変化している部位の表面は、曲面又は傾斜面で構成されている、
請求項１から４までのいずれか１項に記載のガス遮断器。
前記除熱部材における前記流れの方向の長さは、前記最厚部の厚さの２倍以上である、
請求項１から５までのいずれか１項に記載のガス遮断器。
前記除熱部材をその厚さ方向に沿って裁断した場合の断面形状は、流線形、ひし形状又は楕円状である、
請求項１から６までのいずれか１項に記載のガス遮断器。
前記除熱ユニットは、前記消弧性ガスに対して非反応性を有する材料で構成されている、
請求項１から７までのいずれか１項に記載のガス遮断器。