JP6905436B2 - 液面表示装置及び液冷式電気機器 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、液面表示装置及び液冷式電気機器に関する。

例えば変圧器やリアクトル等のような液冷式電気機器は、絶縁油や液体シリコーン等の冷却液中に浸漬されることにより冷却されている。このような液冷式電気機器は、保守の際に、冷却液を貯留すると共に電気機器を収容している液槽の外部から、液槽内の冷却液の残存量を確認できることが必要である。そこで、従来、液槽に例えばのぞき窓を設けて、液槽内部の液面を直接視認することにより冷却液の残存量を確認していた。

しかし、液面の変動を視認するためにはのぞき窓を液面付近に設ける必要がある。そのため、のぞき窓の取付位置は、冷却液の液面付近に制限されることになるが、液冷式電気機器が大型の場合には、設置面から高い位置に設けられることとなり、作業者による視認性が低下するという問題がある。

また、例えばコンサベータの冷却液の残存量の確認のため、紐状に構成されたラインゲージの一方の端部を、液槽内の液面の変動に伴って上下動可能となるように、コンサベータの空気袋の内側に設ける構成が考えられている。この場合、ラインゲージの他方の端部は、液槽から外部に引き出されているため、作業者は、紐部材の他方の端部を引き伸ばし、その伸長時の紐部材の長さを見ることで、液面の高さ位置つまり冷却液の残存量を確認するこができる。これによれば、作業者は、液面から離れた位置であっても冷却液の残存量を確認することができる（例えば引用文献１）。

しかしながら、上記構成のものにおいては、作業者が冷却液の残存量を確認しようとする度に、ラインゲージを収納するボックスを外してラインゲージを引き伸ばさなければならないため、その作業が煩雑である。また、上記構成のラインゲージは、剛性を有する金属配管の内部に通されている。この場合、配管の形状や配置によって、ラインゲージの他方の端部の引き出し位置が制限されてしまうため、作業者は、ラインゲージの配管からの引き出し位置つまり確認位置を容易に変更することができないという問題があった。

特開平０６−０６１０６９号公報

また、液面の変化量を表示する液面表示装置も小さく構成したいという要求が有る。
実施形態は、上記課題に鑑みたものであり、表示器の取り付け位置の自由度を高めるとともに冷却液の残存量の確認を容易にすることができ、さらにサイズの小さな液面表示装置、及びその液面表示装置を備えた液冷式電気機器を提供する。

実施形態に係る液面表示装置は、冷却液が貯留された液槽内に配置され、前記冷却液の液面の変動に連動して上下方向へ移動する移動部材と、前記冷却液の残存量を表示する表示器と、一端が前記移動部材に接続された紐部材と、を備え、前記表示器は、目盛板と、表示針と、前記表示針が固定された回転体と、前記紐部材がその胴部に巻回される円柱形状の巻取部と、前記巻取部の回転軸を構成し前記回転体に回転力を伝達可能に接する巻取体軸部と、を備える。前記回転体は内側部を備える内部空洞の円柱筒型形状を呈しており、前記巻取体軸部は前記内側部に接する。

実施形態による液冷式電気機器の概略構成を示す図 液冷式電気機器の筐体内に配置される液面表示装置の構成要素を概略的に示す図 液面表示装置の表示器の外観構成を概略的に示す図 液面表示装置の表示器の内部構造を概略的に示す正面透過図 液面表示装置の表示器の内部構造を概略的に示す断面図 冷却液の変動量、巻取部の直径、巻取体軸部の直径、回転体の内径と、表示針の振れ角との組み合わせ例

以下、実施形態について図面に基づいて説明する。実施形態の説明において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。以下の説明においては、液冷式電気機器１０の設置面１００に対する垂直方向を、液冷式電気機器１０の上下方向とする。また、表示器５０の回転体５５の回転方向である時計回り方向もしくは反時計回り方向は、表示器５０を目盛板５２方向から見た場合の回転方向を意味するものとする。

図１は実施形態による液冷式電気機器の概略構成を示す図である。図１に示す液冷式電気機器１０は、電気機器本体２０及び液面表示装置３０を備えている。電気機器本体２０は、外殻としての筐体２１を有している。筐体２１は、その内部に図示しない変圧器やリアクトル等の電気機器を収容している。

筐体２１の内部には、液体として絶縁油や液体シリコーン等の冷却液２２が貯留されており、筐体２１内に収容された図示しない電気機器は、冷却液２２内に浸漬されている。筐体２１は、電気機器を収容すると共に冷却液２２を貯留する液槽として機能する。これにより、筐体２１内に収容された図示しない電気機器は、冷却液２２によって冷却される。

冷却液２２の上面は液面２２１である。冷却液２２は温度により膨張又は収縮するため、これに対応して液面２２１の高さが変動する。ここで液面２２１の変動幅を変動量Ｓとする。

図２は、液冷式電気機器１０の筐体２１内に配置される液面表示装置３０の構成要素を概略的に示す図である。筐体２１は、図２に示すように、連通部２１１を有している。連通部２１１は、筐体２１の上面を例えば円形に貫いて形成されており、筐体２１の内部と外部とを連通している。

液面表示装置３０は、図１に示すように、電気機器本体２０の筐体２１に設けられており、筐体２１内の冷却液２２の液面の高さ位置つまり残存量を表示する。具体的には、液面表示装置３０は、管（管部材）４０及び表示器５０を有している。表示器５０は、筐体２１の任意の面であって、作業者から見易い高さ位置に配置されている。

管４０は、液槽となる筐体２１と、表示器５０とを接続している。本実施形態の場合、管４０は、例えば金属製や樹脂製の蛇腹部材によって構成された中空の管であって、比較的柔軟に屈曲可能でかつ長手方向に伸縮不可に構成されている。管４０は、表示器５０の取付位置の変更に伴って柔軟に屈曲することができる。そのため、使用者は、管４０の配置にあまり制限されることなく、表示器５０の取付位置を任意に変更することができる。

液面表示装置３０は、図２にも示すように、浮き子３１、伸縮部３２、固定部３３、移動部材３４、及び紐部材３５を有している。
浮き子３１は、例えば中空状で、冷却液２２に浮くように構成されている。浮き子３１は、筐体２１内において冷却液２２の液面２２１上に浮かせて配置されている。浮き子３１は液面２２１の変動にともなって移動する移動部材でもある。伸縮部３２は、例えば蛇腹を有する部材又はゴム部材等によって筒状に構成されており、上下方向へ伸縮可能に構成されている。本実施形態の場合、伸縮部３２は円筒状に形成されているが、これに限られない。伸縮部３２の下端部は、浮き子３１に接続されており、伸縮部３２の上端部は、固定部３３に接続されている。

固定部３３は、例えば円環状に構成されており、連通部２１１の内側に挿入されている。固定部３３の外側部分と連通部２１１の内側部分とは、気密性及び水密性を有した状態で密着している。移動部材３４は、筐体２１内でかつ伸縮部３２の筒状の内側に設けられており、浮き子３１に接続されている。

移動部材３４は、浮き子３１の上面に固定されている。この場合、移動部材３４は、紐部材３５の一方の端部を浮き子３１に固定するためのものであり、例えば粘着テープや接着剤等であっても良い。また、移動部材３４と浮き子３１とを一体に形成しても良い。

紐部材３５は、例えば金属製のワイヤ等によって、柔軟に屈曲可能でかつ長手方向に伸縮不可に構成されている。紐部材３５は、筐体２１の外部から連通部２１１に通されて、筐体２１内でかつ伸縮部３２の内側に導かれている。紐部材３５の一端部は、移動部材３４に接続されており、紐部材３５の他端部は、管４０内に通されて図１に示す表示器５０内に引き込まれている。表示器５０は、紐部材３５を介して移動部材３４の移動に連動して動作することで、移動部材３４の高さ位置を冷却液２２の残存量として表示する。

図３は液面表示装置３０の表示器５０の外観構成を概略的に示す図である。図４は液面表示装置３０の表示器５０の内部構造を概略的に示す正面透過図である。図５は表示器５０の構成を概略的に示す横断面図であり、図４のＡ−Ａ線における断面を矢印Ｐ方向から見た図を模式的に示したものである。以下、図３から図５を参照して説明する。

表示器５０は、ケース５１と、目盛板５２と、表示針５３と、を有している。ケース５１は、全体として気密性及び水密性を有した箱状に形成されており、表示器５０の外郭を構成している。管４０の他端部は、ケース５１に接続されている。

この場合、ケース５１の内部と、管４０の内部と、伸縮部３２の内部とは、相互に連通しかつ密閉された空間すなわち気密性及び水密性を有する空間に構成されている。伸縮部３２は、ケース５１内部と管４０の内部と伸縮部３２の内部とが相互に連通されて密閉された空間内に、冷却液２２例えば冷却油の蒸気の侵入を抑制する効果を備えている。これにより、ケース５１内部と管４０の内部と伸縮部３２の内部とが相互に連通されて密閉された空間内を清浄に保持することができるため、液冷式電気機器１０の信頼性を向上させることができる。

目盛板５２及び表示針５３は、ケース５１の内部に収容されている。この場合、ケース５１の作業者側の面が、例えば透明の部材によって構成されており、これにより少なくとも目盛板５２及び表示針５３がケース５１の外部から視認可能となっている。

目盛板５２は、筐体２１内の冷却液２２の液面２２１の位置つまり残存量を表示するものである。本実施形態の場合、目盛板５２は、筐体２１内に存在する現在の冷却液２２の液面２２１を、筐体２１内に貯留可能な最大液面に対する割合で示すものである。この場合、目盛板５２に記載された「ＬＯＷ」は冷却液２２の残存量が少ないことつまり液面位置が低いことを意味し、「ＨＩＧＨ」は冷却液２２の残存量が多いことつまり液面位置が高いことを意味する。また、目盛板５２中の数字は、最大液面を１００％とした場合の割合を示す。目盛板５２のＬＯＷからＨＩＧＨまでは約２７０度の回転角を備えている。表示針５３が時計周り方向へ回転することは、冷却液２２の液面２２１が上昇したことを意味し、表示針５３が反時計周り方向へ回転することは、冷却液２２の液面２２１が下降したことを意味する。

表示器５０は、回転体５５、回転体５５の回転軸である回転体軸部５６、回転体軸部５６に固定された表示針５３を備えており、これらはケース５１に収容されている。回転体５５は有底円筒形状すなわちドラム形状の構造を備えており、内部が空洞の円柱筒型の円筒部５５ａと、円形平板形状の底部５５ｂを備えている。回転体軸部５６は、回転体５５、及び表示針５３と同軸の回転軸となっており、底部５５ｂの中心位置において底部５５ｂ平面に対して垂直に貫通した状態で固定されている。このようにして、回転体５５及び表示針５３は回転体軸部５６によって固定されており、これらは一体的に回転する。目盛板５２はケース５１に固定されている。回転体５５、表示針５３、及び回転体軸部５６は、ケース５１に対して回転自在に設けられている。

紐部材３５はその一方の先端が冷却液２２に浮かぶ浮き子３１に接続されている。紐部材３５は表示器５０の回転体軸部５６に引っ掛けられて方向を変え、巻取部５８の円周接線方向に導かれ、巻取部５８の胴部に巻回されている。巻取部５８は外周に胴部を備えた円柱形状を備えている。巻取部５８の回転軸中心の位置には巻取体軸部５９が同軸となるように固定されている。なお、紐部材３５を回転体軸部５６に引っ掛けているのは、紐部材３５を表示器５０の中心部から真上方向に導き出すためであり、回転体軸部５６の他に別途の引っ掛け部を設ける構成としてもよい。

巻取部５８は図において時計回り方向の回転方向に付勢されており、紐部材３５に引っ張り力を与えることにより、紐部材３５の弛みを無くしている。また、紐部材３５が接続される浮き子３１の位置が変化すると、紐部材３５の動きが巻取部５８及び巻取体軸部５９の回転運動に変換される。

回転体５５の内側部５５ｃには、滑り止め部５７が設けられている。滑り止め部５７が設けられることにより、巻取部５８の巻取体軸部５９は、内側部５５ｃに滑り止め部５７を介して接することになり、巻取部５８すなわち巻取体軸部５９の回転力を更に効率的に回転体５５に伝達可能に構成することができる。巻取体軸部５９は内側部５５ｃに付勢されて密着するように構成されている。滑り止め部５７は巻取体軸部５９と内側部５５ｃとの滑り止め部として機能している。滑り止め部５７としては例えば平板状のゴムなどを内側部５５ｃに貼付して用いることができる。

また、回転体５５の内側部５５ｃに、滑り止め部５７としてギア部を設け、このギア部に係合可能に構成されたギア部を巻取体軸部５９に設けてもよい。ギア部が設けられることにより、巻取体軸部５９の回転力を更に効率的に回転体５５に伝達可能に構成することができる。

目盛板５２のＬＯＷからＨＩＧＨまでは最大約２７０度となっており、これは表示針５３の振れ角に対応している。表示針５３の振れ角は、冷却液２２の変動量Ｓ、巻取部５８の直径、巻取体軸部５９の直径、回転体５５の内径により調整されている。これは視認性、実用性を考慮して設定されており、表示針５３の振れ角は最大約２７０度となるように調整されている。実用的には最大で約２００〜２２５度程度の振れ角となるように設定される。

ここで、冷却液２２の変動量Ｓ、巻取部５８の直径ｄ、巻取体軸部５９の直径ｄ´、回転体５５の内径Ｄとして、これらと、表示針５３の振れ角θ（度）との組み合わせ例を図６に示す。表示針５３の振れ角は約２００〜２２５（度）、回転体５５の内径Ｄを４０（ｍｍ）、巻取部５８の直径ｄを１６（ｍｍ）とし、巻取部５８における紐部材３５の巻回数をｎ（回）、巻取体軸部５９の直径をｄ´（ｍｍ）は整数又は切りの良い寸法となるようにしている。

巻取部５８は、紐部材３５を巻取部５８に巻き取る方向の回転方向、すなわち図４において矢印Ｒの反対方向の回転方向つまり時計回り方向に付勢されている。巻取部５８の回転付勢力は、浮き子３１及び移動部材３４の上下移動に伴って、紐部材３５の巻き取り及び引き出しが円滑に行えるような強さに設定されている。すなわち、巻取部５８の回転付勢力は、移動部材３４の上昇によって紐部材３５が弛んだ場合に、巻取部５８が紐部材３５を巻き取る方向この場合時計回り方向へ回転することができ、かつ、移動部材３４の下降によって紐部材３５が引っ張られた場合に、紐部材３５が引き出される方向この場合反時計回り側へ巻取部５８が回転することができる程度の強さに設定されている。

この構成によれば、筐体２１内の冷却液２２が増加つまり液面２２１位置が上昇して、浮き子３１及び移動部材３４が上昇すると、紐部材３５が弛むことによって図において矢印Ｑ方向の逆方向に移動し、これによって巻取部５８が図において矢印Ｒの反対方向すなわち時計回り方向に回転して紐部材３５を巻き取る。すると、巻取部５８と一体的に回転する巻取体軸部５９の回転運動が回転体５５に伝達され、回転体５５は図において矢印Ｓの反対方向すなわち時計回り方向に回転する。回転体５５の回転にあわせて表示針５３が図において矢印Ｔの反対方向すなわち時計回り方向に回転する。この場合の回転体５５の回転角すなわち表示針５３の振れ角は、巻取部５８の直径ｄ、巻取体軸部５９の直径ｄ´及び回転体５５の内径Ｄの比によって調整される。

一方、筐体２１内の冷却液２２が減少つまり液面２２１位置が低下して、浮き子３１及び移動部材３４が下降すると、巻取部５８の回転付勢力に対抗して紐部材３５が上方向すなわち図において矢印Ｑ方向に引っ張られる。すると、巻取部５８は図において矢印Ｒ方向すなわち反時計回り方向へ回転し、これにより、ケース５１から紐部材３５が引き出される。すると、巻取部５８と一体的に回転する巻取体軸部５９の回転運動が回転体５５に伝達され、回転体５５は図において矢印Ｓ方向すなわち反時計回り方向に回転する。回転体５５の回転にあわせて表示針５３が図において矢印Ｔ方向すなわち反時計回り方向に回転する。この場合の回転体５５の回転角すなわち表示針５３の振れ角は、巻取体軸部５９の直径ｄ´と回転体５５の内径Ｄの比によって調整される。

そして、上記のように巻取部５８が回転すると、巻取部５８の回転は巻取体軸部５９を介して回転体５５に伝達され、移動部材３４が停止した位置で巻取部５８の回転が停止し、これにより回転体５５及び表示針５３の回転も停止する。その時の表示針５３が指し示す位置が、筐体２１内の冷却液２２の液面２２１位置つまり冷却液２２の残存量となる。

この構成によれば、使用者は、液面２２１の高さまで視野を移動させることなく、見やすい位置に設けられた表示器５０を視認し、表示針５３が指し示す位置を確認することで、液面２２１の位置すなわち冷却液２２の残存量を確認することができる。

なお、この場合、使用者は、少なくとも、巻取部５８の直径ｄ、巻取体軸部５９の直径ｄ´、回転体５５の内径Ｄの何れかを変更することで、表示針５３の振れ角を調整することができる。例えば、変動量Ｓが少ない場合に、表示針５３の振れ角を大きくして変動量Ｓに対する視認性を向上させたい場合には、少なくとも、巻取部５８の直径ｄを小さくするか、巻取体軸部５９の直径ｄ´を大きくするか、回転体５５の内径Ｄを小さくすればよい。変動量Ｓが大きい場合に、表示針５３の振れ角を小さくするには、少なくとも、巻取部５８の直径ｄを大きくするか、巻取体軸部５９の直径ｄ´を小さくするか、回転体５５の内径Ｄを大きくすることにより、表示針５３の振れ角を小さく調整することができる。

しかし、巻取部５８の直径ｄを大きくすると、表示器５０が大きくなってしまう場合は、巻取部５８の直径ｄを小さくして、巻取体軸部５９の直径ｄ´も小さくすれば、巻取部５８を小さくすることができるため表示器５０も小さく構成可能となる。また、巻取体軸部５９の直径ｄ´を小さくしたことから回転体５５の回転角が巻取部５８の回転角に対して小さくなるため、表示針５３の振れ角が大きくなることがないように調整が可能である。回転体５５の内径Ｄを大きさは表示器５０の大きさに影響が大きいため、回転体５５の内径Ｄをあまり大きくすることは望ましくない。

実施形態に係る液面表示装置３０によれば、以下の効果を奏する。
液面表示装置３０は表示器５０と、管４０と、浮き子３１及び移動部材３４と、管４０内を通されて移動部材３４と表示器５０を接続する紐部材３５を備える。表示器５０は、ケース５１と、回転体５５と、回転体５５に固定された表示針５３と、紐部材３５が巻回する巻取部５８と、巻取部５８の回転軸をなし回転体５５の内側部５５ｃに接する巻取体軸部５９を備えている。管４０と紐部材３５の長さは任意に設定することができる。

巻取部５８の直径（すなわち外径）ｄと、巻取体軸部５９の直径（すなわち外径）ｄ´と、回転体５５の内径Ｄの少なくともいずれかを調整することにより、紐部材３５の引き出し長さすなわち冷却液２２の液面２２１の変動量Ｓに対して、これに連動して回転する回転体５５の回転角を調整することができるため、回転体５５と連動して回転する表示針５３の振れ角を調整することができる。これにより、表示器５０の視認性が向上する。

また、これにより、表示器５０は冷却液２２の液面２２１位置に制限されることなく作業者が視認しやすい位置に設置することが可能となるため、液面２２１の位置を表示する表示器５０の視認性が向上する。

また、これにより、表示器５０内部の部材を小さく構成することが可能なため、表示器５０の大きさを小さくすることができる。従って、例えば種々の計器類を端子箱に集約してコンパクトにまとめることが可能となる。

すなわち、表示器の取り付け位置の自由度を高めるとともに冷却液の残存量の確認を容易にすることができ、さらにサイズの小さな液面表示装置、及びその液面表示装置を備えた液冷式電気機器を提供することができる。

なお、上記の実施形態において、回転体５５と回転体軸部５６を一体成型として構成してもよく、巻取部５８と巻取体軸部５９を一体成型としてもよい。また、巻取部５８の胴部端に、胴部に巻回する紐部材３５が巻回中に巻取部５８から踏み外さないように、踏み外し防止用のガイドを設けてもよい。

以上のように、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され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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。

１０…液冷式電気機器、２０…電気機器本体、３０…液面表示装置、２１…筐体、２２…冷却液、２２１…液面、３１…浮き子、３５…紐部材、４０…管部、５０…表示器、５１…ケース、５２…目盛板、５３…表示針、５５…回転体、５５ａ…円筒部、５５ｃ…内側部、５６…回転体軸部、５７…滑り止め部、５８…巻取部、５９…巻取体軸部

Claims (6)

1. 冷却液が貯留された液槽内に配置され、前記冷却液の液面の変動に連動して上下方向へ移動する移動部材と、
   前記冷却液の残存量を表示する表示器と、
   一端が前記移動部材に接続された紐部材と、を備え、
   前記表示器は、目盛板と、表示針と、前記表示針が固定された回転体と、前記紐部材がその胴部に巻回される円柱形状の巻取部と、前記巻取部の回転軸を構成し前記回転体に回転力を伝達可能に接する巻取体軸部と、を備え、
   前記回転体は内側部を備える内部空洞の円柱筒型形状を呈しており、前記巻取体軸部は前記内側部に接する液面表示装置。
2. 前記内側部には滑り止め部が設けられており、前記巻取体軸部は前記滑り止め部を介して前記内側部に接している請求項１に記載の液面表示装置。
3. 前記滑り止め部はゴム又はギアで構成されている請求項２に記載の液面表示装置。
4. 前記回転体の内側部にはギア部が設けられており、前記巻取体軸部には前記ギア部に係合可能に構成されたギア係部が設けられている請求項１から３の何れか一項に記載の液面表示装置。
5. 前記巻取部の外径、前記巻取体軸部の外径、及び、回転体の内径を調整することにより、前記冷却液の液面の最大変動幅の変化に対して、前記表示針の振れ角を調整可能に構成された請求項１に記載の液面表示装置。
6. 請求項１から５の何れか一項に記載の前記液面表示装置を備える液冷式電気機器。

Images