JP6961105B2 - ガス遮断器 - Google Patents

Description

この発明は、開閉動作を行うことにより電力の供給および遮断を実行するガス遮断器に関するものである。

従来のガス遮断器は、機械的圧縮室（機械パッファ室）と熱的昇圧室（熱パッファ室）とを備える。機械パッファ室は、この機械パッファ室内で絶縁性ガスを機械的に圧縮し、この圧縮された絶縁性ガスを電流遮断時に接触子間に生じるアーク放電へ吹き付ける機構を備える。なお、以下の説明では、アーク放電が生じている領域を、単にアーク放電ともいう。熱パッファ室は、アーク放電の熱エネルギーにより絶縁性ガスの圧力を高め、この高圧化された絶縁性ガスをアーク放電へ吹き付ける役割を担う。
電流遮断時にアーク放電が発生する場合、機械パッファ室と熱パッファ室とから吹き付けられる絶縁性ガスによって、アーク放電で生じるイオン化されたガスを除去し、アーク放電を消弧させて電流遮断が完了する（例えば、特許文献１）。

特開２００３−２９７２００号公報

このような従来のガス遮断器の電流遮断性能は、アーク放電へ絶縁性ガスを吹き付けるときの絶縁性ガスの圧力に大きく依存する。すなわち、機械パッファ室と熱パッファ室とで、絶縁性ガスの圧力を高圧化することにより、電流遮断性能を確保する必要がある。
しかしながら、ガス遮断器に比較的小電流が流れるときの電流遮断（小電流遮断責務）では、電流遮断時に発生するアーク放電の熱エネルギーが低い。そのため、熱パッファ室における絶縁性ガスの圧力が十分に高くならないことがある。
さらに、従来のガス遮断器では、熱パッファ室が機械パッファ室からの絶縁性ガスの流路に配置されているために、小電流遮断責務では機械パッファ室における絶縁性ガスの圧力の上昇が阻害されることがある。また、機械パッファ室からアーク放電へ流れるガスの流速が減速し、ガス遮断器の遮断性能を低下させる要因になる可能性もある。
すなわち、小電流遮断責務においては、従来のガス遮断器は電流遮断性能が低下する問題があった。

この発明は、これらの課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、小電流遮断責務においても、電流遮断性能の低下を抑制できるガス遮断器を提供することである。

この発明に係るガス遮断器は、絶縁性ガスが充填されるタンク内に、導電性の固定電極と、この固定電極の軸線上を可動しこの固定電極と接離可能な可動電極と、この可動電極と連動しこの軸線を包囲する第１の可動側筐体と、第１の可動側筐体とで機械パッファ室を形成するピストンと、この可動電極と連動しこの軸線の方向に第１の可動側筐体と直列に位置する第２の可動側筐体と、第２の可動側筐体とで第１の熱パッファ室を形成するノズルとを備える。
さらに、この第１の可動側筐体には、絶縁性ガスを機械パッファ室内に吸入し、かつ、絶縁性ガスを機械パッファ室内から噴出するための第１の吸出口が形成され、このノズルには、絶縁性ガスを第１の熱パッファ室内に吸入するための吸入口と、第１の熱パッファ室内から固定電極と可動電極との間に向けて絶縁性ガスを噴出するための噴出口とが形成される。

この発明によるガス遮断器は、小電流遮断責務においても電流遮断性能の低下を抑制でき、高い電流遮断性能を備える。

この発明の実施の形態１に係るガス遮断器１００の断面図である。なお、この発明の実施の形態２に係るガス遮断器１０１の断面図を兼ねる。 ガス遮断器１００の一点鎖線Ｃ１の位置の断面図である。 ガス遮断器１００の一点鎖線Ｃ２の位置の断面図である。 ガス遮断器１００の一点鎖線Ｃ３の位置の断面図である。 ガス遮断器１００の動作時のパラメータの時間依存性を示し、図５（ａ）は、固定電極１と可動電極２との間を流れる交流電流の時間依存性を示し、図５（ｂ）は、固定電極１の先端部分と可動電極２との先端部分の距離（電極間距離）の変化を示す図である。 時刻Ｔ０以前のガス遮断器１００の主要部分の状態の断面図である。 時刻Ｔ１を経過しＴ２までの間のガス遮断器１００の主要部分の状態の断面図である。 時刻Ｔ２を経過しＴ３までの間のガス遮断器１００の主要部分の状態の断面図である。 一点鎖線Ｃ２の位置の時刻Ｔ２を経過しＴ３までの間におけるガス遮断器１００の状態を示す断面図である。 時刻Ｔ２を経過しＴ３までの間の一定時刻における軸線Ａに沿った絶縁性ガスの温度分布図である。 時刻Ｔ４以降の間のガス遮断器１００の主要部分の状態の断面図である。 この発明の実施の形態２に係るガス遮断器１０１の一点鎖線Ｃ２の位置の断面図である。 この発明の実施の形態３に係るガス遮断器１０２の断面図である。

以下に、本発明の実施の形態にかかるガス遮断器を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１〜図１１は、この発明を実施するための実施の形態１を示すものである。
図１〜図４を参照して、この発明を実施するための実施の形態１に係るガス遮断器１００の構造を説明し、図５〜図１１を参照して、ガス遮断器１００の電流遮断動作を説明する。

はじめに、図１〜図４を参照して、実施の形態１に係るガス遮断器１００の構造を説明する。
図１は、この発明を実施するための実施の形態１に係るガス遮断器１００の閉状態の断面図であり、後述する軸線Ａを含む面の断面を示す。図２は、図１に示す一点鎖線Ｃ１に示す位置における軸線Ａに平行な方向から見たガス遮断器１００の断面図であり、図３は、図１に示す一点鎖線Ｃ２に示す位置における軸線Ａに平行な方向から見たガス遮断器１００の断面図である。さらに、図４は、図１に示す一点鎖線Ｃ３に示す位置における軸線Ａに平行な方向から見たガス遮断器１００の断面図である。
なお、図１は、後述する実施の形態２に係るガス遮断器１０１の断面図を兼ねる。

図１を参照して、タンク１０は、金属などで構成される。タンク１０の内部１０ｎには、ＳＦ_６ガスなどの絶縁性ガスが充填される。可動電極２は、図示しない駆動機構により、一点鎖線に示す固定電極１の軸線Ａ上を支持筒９に支持され可動し、固定電極１と切離可能に構成される。言い換えると、軸線Ａは、固定電極１と可動電極２とが接続および切り離しをするときの可動電極２の動線であり、この動線の延長線である。
さらに、固定電極１は、タンク１０の外部の図示しない一方の端子に電気的に接続され、同様に可動電極２は、タンク１０の外部の図示しない他方の端子に電気的に接続される。
可動電極２を包囲する可動側筐体３は、可動電極２と連動するように構成され、可動側筐体３の端部には、ノズル７が取り付けられる。さらに、ノズル７を覆うようにシリンダー部８が取り付けられ、ノズル７の壁面とシリンダー部８の壁面とで閉じられて空間は、第１の熱パッファ室Ｔｐを形成する。言い換えると、可動側筐体３とシリンダー部８とは、軸線Ａを包囲し、軸線Ａの方向に直列に配置される。
さらに、ノズル７は、絶縁性ガスを第１の熱パッファ室Ｔｐ内に吸入するための吸入口７ｎと、第１の熱パッファ室Ｔｐ内から固定電極１と可動電極２との間に向けて絶縁性ガスを噴出するための噴出口７ｕとを有する。可動電極２、可動側筐体３、ノズル７、シリンダー部８、および第１の熱パッファ室Ｔｐは、連動し、可動体部２１を構成する。

また、位置が固定されたピストン４と可動側筐体３の壁面とで閉じられて空間は、機械パッファ室Ｍｐを形成する。言い換えると、第１の熱パッファ室Ｔｐと機械パッファ室Ｍｐとは、軸線Ａの方向に直列に配置される。なお、詳細は後述するが、機械パッファ室Ｍｐは、可動体部２１が動作するのに応じ、容積が変化するように構成される。
さらに、可動側筐体３と可動電極２との間の空間は、絶縁性ガスを機械パッファ室Ｍｐ内に吸入し、かつ絶縁性ガスを機械パッファ室Ｍｐから噴出するための第１の吸出口Ｍｎｕを担う。

冷却筒５は固定電極１に接続され、固定電極１に発生する熱をタンク１０の内部１０ｎに放熱する。さらに、固定側筐体６は冷却筒５に取り付けられ、固定電極１と可動電極２との接続を支持するように、固定側筐体６と可動側筐体３とは篏合する。
固定電極１、冷却筒５、および固定側筐体６は、固定体部１１を構成する。

なお、可動側筐体３は、請求の範囲に記す第１の可動側筐体であり、シリンダー部８は、請求の範囲に記す第２の可動側筐体である。

さらに、図２を参照して、ノズル７は４個の吸入口７ｎを有し、各々の吸入口７ｎは、軸線Ａと平行に開口する構造を備える。
つぎに、図３を参照して、ノズル７は４個の噴出口７ｕを有し、各々の噴出口７ｕは、軸線Ａの側方から軸線Ａに向かって開口する構造を備える。言い換えると、各々の噴出口７ｕの開口方向と軸線Ａとを含む平面内で、各々の噴出口７ｕの開口方向と軸線Ａとが交差するように配置される。
さらに、図４を参照して、第１の吸出口Ｍｎｕは軸線Ａと平行に開口する構造を備える。さらに、図１に示す吸入口７ｎと第１の吸出口Ｍｎｕとは、対向して配置される。

つぎに、図５〜図１１を参照して、ガス遮断器１００の電流遮断動作について説明する。
図５は、ガス遮断器１００の動作時のパラメータの時間依存性を示し、図５（ａ）は、固定電極１と可動電極２との間を流れる交流電流の時間依存性を示し、図５（ｂ）は、固定電極１の先端部分と可動電極２との先端部分の距離（電極間距離Ｄ）の変化を示す図である。
図６は、図５に示す時刻Ｔ０以前のガス遮断器１００の主要部分の状態の断面図である。図７は、図５に示す時刻Ｔ１を経過しＴ２までの間のガス遮断器１００の主要部分の状態の断面図である。
図８は、図５に示す時刻Ｔ２を経過しＴ３までの間のガス遮断器１００の主要部分の状態の断面図であり、図９は、図３と同様に示す一点鎖線Ｃ２に示す位置の時刻Ｔ２を経過しＴ３までの間におけるガス遮断器１００の状態を示す断面図である。さらに、図１０は、時刻Ｔ２を経過しＴ３までの間の一定時刻における軸線Ａに沿った方向の絶縁性ガスの温度分布図であり、縦軸は絶縁性ガスの温度であり、横軸は軸線Ａに沿った位置を示す。
図１１は、図５に示す時刻Ｔ４以降の間のガス遮断器１００の主要部分の状態の断面図である。

図５および図６を参照して、ガス遮断器１００の電流遮断を実行する前の時刻Ｔ０以前の状態を説明する。
時刻Ｔ０以前では、固定電極１と可動電極２との間に交流電流が定常的に流れている。
図６に示す電極間距離Ｄは、固定電極１の先端部分と可動電極２との先端部分の距離を示す。また、固定電極１の先端部分と可動電極２との先端部分が篏合し接触する状態の場合、電極間距離Ｄは負の値と定義する。
さらに、ガス遮断器１００の電流遮断動作が進行（可動体部２１が紙面左側に移動）すると、電極間距離Ｄは、ゼロ値に近づく。さらに、ガス遮断器１００の電流遮断動作が進行し、固定電極１の先端部分と可動電極２との先端部分が接触しない状態の場合、電極間距離Ｄは、正の値と定義する。
また、距離Ｄｔは、可動電極２の先端部分とノズル７の噴出口７ｕの中心との軸線Ａ方向の長さ成分である。

時刻Ｔ１以前の電極間距離Ｄが負の値である場合、固定電極１と可動電極２とは接触することにより、交流電流はアーク放電Ｅを介すことなく、固定電極１と可動電極２との間を直接流れる。
また、時刻Ｔ１以降に、電極間距離Ｄは正の値となる場合、固定電極１と可動電極２との間は乖離する。そのため、固定電極１と可動電極２との間に流れる電流は、アーク放電Ｅを介して流れる。
また、ピストン４は固定されているので、電極間距離Ｄの変化量に比例して機械パッファ室Ｍｐの容積は減少する。すなわち、機械パッファ室Ｍｐ内部の絶縁性ガスは、圧縮される。

つぎに、図５および図７を参照して、時刻Ｔ０で電流遮断動作を開始後、可動体部２１は紙面左側に移動し、電極間距離Ｄがゼロ値になる時刻Ｔ１を経過し、時刻Ｔ２を経過しＴ３までの間のガス遮断器１００の状態を説明する。
なお、固定電極１と可動電極２との間に、高熱を伴うアーク放電Ｅが発生する場合を説明する。また、アーク放電Ｅは、軸線Ａに沿った方向に、放電の方向を有する。
さらに、この高熱によりアーク放電Ｅの近傍の絶縁性ガスが加熱されて、絶縁性ガスの圧力が上昇する。そのため、アーク放電Ｅの近傍から可動側筐体３の方向へ流れる絶縁性ガスのガス流Ｓｅを生じる。

さらに、ガス流Ｓｅは、第１の吸出口Ｍｎｕから機械パッファ室Ｍｐへ流入するガス流Ｓｍｎと、吸入口７ｎから第１の熱パッファ室Ｔｐに流入するガス流Ｓｔｎに分岐する。
また、アーク放電Ｅの発熱量は、電流の絶対値が高いほど増加する。時刻Ｔ１を経過しＴ２までの間に、交流電流の絶対値の最大値（電流の最大値および最小値）を経るので、アーク放電Ｅが発生する熱量は、急激に増加する。そのため、絶縁性ガスの圧力が急激に上昇し、ガス流Ｓｅも急激に増加する。
同様に、ガス流Ｓｍｎおよびガス流Ｓｔｎも急激に増加し、第１の吸出口Ｍｎｕからガス流Ｓｍｎが機械パッファ室Ｍｐに流入するので、機械パッファ室Ｍｐの内部の圧力が急激に上昇する。また、吸入口７ｎからガス流Ｓｔｎが第１の熱パッファ室Ｔｐに流入するので、第１の熱パッファ室Ｔｐの内部の圧力も急激に上昇する。

さらに、図５、図８〜図１０を参照して、時刻Ｔ２を経過しＴ３までの間のガス遮断器１００の状態を説明する。
図５および図８を参照して、ガス遮断器１００の電流遮断動作が進行すると、さらに電極間距離Ｄは広がる。すなわち、電極間距離Ｄの変化量に比例して、機械パッファ室Ｍｐの容積が圧縮される。
時刻Ｔ１を経過しＴ２までの間に機械パッファ室Ｍｐの内部の圧力も急激に高まったこと、および機械パッファ室Ｍｐの容積が圧縮されることにより、第１の吸出口Ｍｎｕからアーク放電Ｅに向かって、ガス流Ｓｍｕが吹きつけられる。
同様に、時刻Ｔ１を経過しＴ２までの間に第１の熱パッファ室Ｔｐの内部の圧力も急激に高まったことにより、ノズル７の噴出口７ｕからアーク放電Ｅに向かって、ガス流Ｓｔｕが噴出する。

また、機械パッファ室Ｍｐの第１の吸出口Ｍｎｕとノズル７の吸入口７ｎとは、対向し配置されるので、第１の吸出口Ｍｎｕからガス流Ｓｍｕが、吸入口７ｎに向かって噴出される。そのため、吸入口７ｎから第１の吸出口Ｍｎｕ方向への絶縁性ガスの漏れが抑制され、ノズル７の噴出口７ｕから噴出するガス流Ｓｔｕを増量する効果を得る。
さらに、電極間距離Ｄが伸びて、電極間距離Ｄは距離Ｄｔを上回る。すなわち、ノズル７の噴出口７ｕが、固定電極１の先端部分を通過する。このため、可動体部２１の移動中に、ガス流Ｓｔｕは、アーク放電Ｅの放電方向の側方からアーク放電Ｅに向かって吹きつける。
さらに、図９を参照して、４個の噴出口７ｕからアーク放電Ｅに向かって、ガス流Ｓｔｕが吹き付けられる。４個の噴出口７ｕから噴出するガス流Ｓｔｕは、アーク放電Ｅの側方からアーク放電Ｅに向かって吹き付けられる。

図１０を参照して、可動電極２の先端部分位置から噴出口７ｕの中心位置近傍までは、絶縁性ガスの温度が比較的高温であり、噴出口７ｕの中心位置より固定電極１の側では、急激にこの温度は低くなる。この現象は、電極間距離Ｄの変位に応じてガス流Ｓｔｕが、アーク放電Ｅの特定の位置に吹き付けられるので、ガス流Ｓｔｕが吹き付けられた位置における絶縁性ガスの温度が低くなることによる。

よって、ガス流Ｓｍｕとガス流Ｓｔｕとを、アーク放電Ｅへ吹きつけることにより、アーク放電Ｅにより生じたイオンおよび電子が消散し、アーク放電Ｅが急激に減衰し、交流電流がゼロになる時刻Ｔ３において、アーク放電Ｅは消弧する。

さらに、図５および図１１を参照して、時刻Ｔ３を経過しＴ４以降のガス遮断器１００の状態を説明する。
時刻Ｔ４で、電極間距離Ｄが、最大値Ｄｍａｘに達し可動体部２１の動作が停止する。すなわち、電流遮断動作を完了する。

すなわち、本実施の形態１によれば、時刻Ｔ１を経過しＴ２までの間に、ガス流Ｓｅから分岐したガス流Ｓｔｎが、機械パッファ室Ｍｐを介すことなく吸入口７ｎから第１の熱パッファ室Ｔｐに取り込まれる。さらに、時刻Ｔ２を経過しＴ３までの間に、ガス流Ｓｔｎの流入により、第１の熱パッファ室Ｔｐの内部の圧力を上げ、噴出口７ｕからアーク放電Ｅに向かって、ガス流Ｓｔｕが吹き付けられる。
一方、時刻Ｔ１を経過しＴ２までの間に、ガス流Ｓｅから分岐したガス流Ｓｍｎが、第１の熱パッファ室Ｔｐを介すことなく、機械パッファ室Ｍｐに流入する。さらに、時刻Ｔ２を経過しＴ３までの間に、ピストン４による機械パッファ室Ｍｐの容積の圧縮により、アーク放電Ｅに向かって、ガス流Ｓｍｕが吹き付けられる。

すなわち、時刻Ｔ２を経過しＴ３までの間に、第１の熱パッファ室Ｔｐからのガス流Ｓｔｕと機械パッファ室Ｍｐからのガス流Ｓｍｕが、アーク放電Ｅに向かって吹き付けられ、時刻Ｔ４で可動体部２１の動作が停止するまでに、アーク放電Ｅは消弧されて電流遮断動作を完了する。

よって、従来のガス遮断器のように、第１の熱パッファ室Ｔｐが、機械パッファ室Ｍｐからの機械的に圧縮される絶縁性ガスの流路になることはなく、機械パッファ室Ｍｐにおける絶縁性ガスの圧力の上昇が阻害されることもなく、また、機械パッファ室Ｍｐからアーク放電Ｅへ流れるガス流Ｓｍｕの流速が減速し、ガス遮断器１００の遮断性能を低下させることもない。
すなわち、小電流遮断責務の場合でも、第１の熱パッファ室Ｔｐおよび機械パッファ室Ｍｐにおける絶縁性ガスの圧力の上昇を阻害されることなく、ガス流Ｓｔｕおよびガス流Ｓｍｕを、アーク放電Ｅに効率的に吹き付け、アーク放電Ｅを消弧することができる。

さらに、比較的大きな電流の遮断においても、第１の熱パッファ室Ｔｐが、機械パッファ室Ｍｐからの機械的に圧縮される絶縁性ガスの流路になることはなく、第１の熱パッファ室Ｔｐへの絶縁性ガスの流出により、機械パッファ室Ｍｐにおける絶縁性ガスの圧力の上昇が阻害されることもない。

すなわち、本実施の形態１は、電流値の大きさに拘わらず高い電流遮断性能を備える。よって、対応電流値範囲の広いガス遮断器１００を提供することができる。

また、第１の熱パッファ室Ｔｐの吸入口７ｎと噴出口７ｕとが異なる位置に配置されるので、絶縁性ガスの吸入と噴出とを同一口から行う場合に比べ、絶縁性ガスの吸入と噴出とが切り替わる時間を経る必要がない。すなわち、従来のガス遮断器に比べ、絶縁性ガスの吸入から噴出までの時間を短縮することができる。
そのため、可動電極２の可動速度とアーク放電Ｅにガス流Ｓｔｕを吹き付ける時間とを一致させれば、従来のガス遮断器に比べ、速やかにアーク放電Ｅを消弧することができる。

また、機械パッファ室Ｍｐの第１の吸出口Ｍｎｕとノズル７の吸入口７ｎとは、対向し配置されることにより、第１の吸出口Ｍｎｕからガス流Ｓｍｕが、吸入口７ｎに向かって噴出される。そのため、吸入口７ｎから第１の吸出口Ｍｎｕ方向への絶縁性ガスの漏れが抑制され、ノズル７の噴出口７ｕから噴出するガス流Ｓｔｕを増量する効果を得る。

さらに、第１の熱パッファ室Ｔｐと機械パッファ室Ｍｐとが、軸線Ａの方向に直列に配置されるので、軸線Ａの垂直な方向に第１の熱パッファ室Ｔｐと機械パッファ室Ｍｐとを並べて配置する場合に比べて、ガス遮断器１００を小型化することができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、各々の噴出口７ｕの開口方向と軸線Ａとを含む平面内で交差するように配置されることを説明した。
時刻Ｔ２を経過しＴ３に至る間の電流値の場合のように、アーク放電Ｅを形成する電流が小さくなると、アーク放電Ｅの断面積は縮小し、アーク放電Ｅが軸線Ａを通過しない状態を生じることがある。
本実施の形態２では、各々の噴出口７ｖ（７ｖ１〜７ｖ４の総称）の開口方向ｖ１〜ｖ４と軸線Ａとは、同一平面内に配置されない。すなわち、各々の噴出口７ｖの開口方向ｖ１〜ｖ４と軸線Ａとは、ねじれの位置に配置される。このように噴出口７ｖを配置すれば、アーク放電Ｅが軸線Ａを通過しない場合でも、ガス流Ｓｔｕおよびガス流Ｓｍｕを、アーク放電Ｅに効率的に吹き付け、アーク放電Ｅを消弧することができる。

図１および図１２を参照して、この発明を実施するための実施の形態２を説明する。
なお、前述したように、図１は、実施の形態１のガス遮断器１００と本実施の形態２のガス遮断器１０１との断面図を兼ねる。図１２は、図１に示す一点鎖線Ｃ２に示す位置における軸線Ａに平行な方向から見たガス遮断器１０１の断面図である。
さらに、図中の図１〜図１１と同一記号および同一符号は、実施の形態１と同様あるいは同等品であるので、詳細な説明は省略する。
また、ガス遮断器１０１の電流遮断動作は、ガス遮断器１００と同様であるので、詳細な説明は省略する。

図１２を参照して、４個の噴出口７ｖ１〜７ｖ４は、軸線Ａの側方から開口される。また、噴出口７ｖ１の開口方向ｖ１は、軸線Ａと同一平面内に配置されない。すなわち、噴出口７ｖ１の開口方向ｖ１と軸線Ａとは、ねじれの位置に配置される。同様に、噴出口７ｖ２の開口方向ｖ２と軸線Ａとは、ねじれの位置に配置され、噴出口７ｖ３の開口方向ｖ３と軸線Ａとは、ねじれの位置に配置され、噴出口７ｖ４の開口方向ｖ４と軸線Ａとは、ねじれの位置に配置される。言い換えると、噴出口７ｖ１の開口方向ｖ１、噴出口７ｖ２の開口方向ｖ２、噴出口７ｖ３の開口方向ｖ３および噴出口７ｖ４の開口方向ｖ４を、固定電極１の軸線Ａを法線とする平面に投影すると、開口方向ｖ１〜ｖ４は、固定電極１の軸線Ａとずれた位置に配置される。
このような配置により、アーク放電Ｅが軸線Ａを通過せずアーク放電Ｅが軸線Ａ以外の場所を通過した場合でも、ガス流Ｓｔｕを、アーク放電Ｅに効率的に吹き付けることにより、アーク放電Ｅを消弧することができる。

すなわち、本実施の形態２は、実施の形態１と同様に、電流値の大きさに拘わらず高い電流遮断性能を備える。よって、対応電流値範囲の広いガス遮断器１０１を提供することができる。

実施の形態３．
図１３は、この発明の実施の形態３に係るガス遮断器１０２の断面図である。本実施の形態では、第２の熱パッファ室Ｔｐ２をさらに設けた点が実施の形態１と相違する。なお、図中の図１〜図１２と同一記号および同一符号は、実施の形態１と同様あるいは同等品であるので、詳細な説明は省略する。

可動側筐体３の内壁面には、可動側筐体３の内部空間を機械パッファ室Ｍｐと第２の熱パッファ室Ｔｐ２とに区画する隔壁１２が形成されている。隔壁１２と可動側筐体３とピストン４と可動電極２とで囲まれた空間は、機械パッファ室Ｍｐである。隔壁１２と可動側筐体３と可動電極２とで囲まれた空間は、第２の熱パッファ室Ｔｐ２である。機械パッファ室Ｍｐと第１の熱パッファ室Ｔｐと第２の熱パッファ室Ｔｐ２とは、軸線Ａの方向に直列に配置されている。機械パッファ室Ｍｐは、軸線Ａの方向において、第２の熱パッファ室Ｔｐ２を挟んで第１の熱パッファ室Ｔｐと反対側に配置されている。つまり、第２の熱パッファ室Ｔｐ２は、軸線Ａの方向において、機械パッファ室Ｍｐと第１の熱パッファ室Ｔｐとの間に配置されている。隔壁１２は、中心に貫通孔が形成された円板状の部分である。隔壁１２の貫通孔には、可動電極２が通されている。隔壁１２の貫通孔の径は、可動電極２の外径よりも大きい。そのため、隔壁１２と可動電極２との間には、隙間が形成される。この隙間、すなわち隔壁１２の貫通孔のうち可動電極２が通る部分以外の部分は、機械パッファ室Ｍｐと第２の熱パッファ室Ｔｐ２とを連通する第１の吸出口Ｍｎｕとなる。第１の吸出口Ｍｎｕは、絶縁性ガスの流路となる。絶縁性ガスは、第２の熱パッファ室Ｔｐ２内から第１の吸出口Ｍｎｕを通って、機械パッファ室Ｍｐ内に流入する。また、絶縁性ガスは、機械パッファ室Ｍｐ内から第１の吸出口Ｍｎｕを通って、第２の熱パッファ室Ｔｐ２内に流出する。可動電極２の外周面には、環状の逆止弁１３が配置されている。言い換えると、逆止弁１３の中心に形成された貫通孔には、可動電極２が通されている。逆止弁１３は、第２の熱パッファ室Ｔｐ２内に配置されている。逆止弁１３は、軸線Ａの方向において、可動体部２１と相対的に移動可能である。逆止弁１３は、第１の吸出口Ｍｎｕを閉塞および第１の吸出口Ｍｎｕを開放する。以下、逆止弁１３が第１の吸出口Ｍｎｕを閉塞している状態を「第１の吸出口Ｍｎｕの閉塞状態」と称し、逆止弁１３が第１の吸出口Ｍｎｕを開放している状態を「第１の吸出口Ｍｎｕの開放状態」と称する。

可動側筐体３のうち第２の熱パッファ室Ｔｐ２を挟んで隔壁１２と反対側には、第２の吸出口Ｍｎｖが形成されている。第２の吸出口Ｍｎｖは、絶縁性ガスの流路となる。絶縁性ガスは、第２の吸出口Ｍｎｖを通って、第２の熱パッファ室Ｔｐ２内に流入する。また、絶縁性ガスは、第２の吸出口Ｍｎｖを通って、第２の熱パッファ室Ｔｐ２内から流出する。第２の吸出口Ｍｎｖは、本実施の形態では可動側筐体３の内壁面に接触するノズル７の一部と可動電極２との間に形成されているが、可動側筐体３の内壁面と可動電極２との間に形成されてもよい。なお、第１の熱パッファ室Ｔｐは、機械パッファ室Ｍｐからアーク放電Ｅに向かう絶縁性ガスの流路とは異なる箇所に配置される。

次に、大電流遮断時におけるガス遮断器１０２の動作について説明する。大電流遮断時には、発生するアーク放電Ｅの熱エネルギーが高いため、第２の熱パッファ室Ｔｐ２における絶縁性ガスの圧力が十分に高まる。その結果、大電流遮断時には、第２の熱パッファ室Ｔｐ２内における絶縁ガスの圧力が、機械パッファ室Ｍｐ内における絶縁ガスの圧力よりも高い。そのため、逆止弁１３は、機械パッファ室Ｍｐに向けて移動する。逆止弁１３は、隔壁１２のうち第２の熱パッファ室Ｔｐ２に臨む面と接触して第１の吸出口Ｍｎｕを閉塞する。具体的な図示は省略するが、第１の吸出口Ｍｎｕの閉塞状態において、図５に示す時刻Ｔ１を経過して時刻Ｔ２までの間に、絶縁性ガスは、アーク放電Ｅの周囲から第２の吸出口Ｍｎｖを通って、第２の熱パッファ室Ｔｐ２内に流入するとともに、アーク放電Ｅの周囲から吸入口７ｎを通って、第１の熱パッファ室Ｔｐ内に流入する。そのため、第２の熱パッファ室Ｔｐ２内と第１の熱パッファ室Ｔｐ内とにおける絶縁性ガスの圧力が上昇する。第１の吸出口Ｍｎｕの閉塞状態において、図５に示す時刻Ｔ２を経過して時刻Ｔ３までの間に、絶縁性ガスは、第２の熱パッファ室Ｔｐ２内から第２の吸出口Ｍｎｖを通って、アーク放電Ｅに向かって吹き付けられるとともに、第１の熱パッファ室Ｔｐ内から噴出口７ｕを通って、アーク放電Ｅに向かって吹き付けられる。絶縁ガスがアーク放電Ｅに向かって吹き付けられることによって、アーク放電Ｅが消弧される。

次に、小電流遮断時におけるガス遮断器１０２の動作について説明する。小電流遮断時には、発生するアーク放電Ｅの熱エネルギーが低いため、第２の熱パッファ室Ｔｐ２における絶縁性ガスの圧力が十分に高くならない。その結果、小電流遮断時には、機械パッファ室Ｍｐ内における絶縁ガスの圧力が、第２の熱パッファ室Ｔｐ２内における絶縁ガスの圧力よりも高い。そのため、逆止弁１３は、機械パッファ室Ｍｐから離れる方向に移動する。逆止弁１３は、隔壁１２から離れて第１の吸出口Ｍｎｕを開放する。具体的な図示は省略するが、第１の吸出口Ｍｎｕの開放状態において、図５に示す時刻Ｔ１を経過して時刻Ｔ２までの間に、絶縁性ガスは、アーク放電Ｅの周囲から第２の吸出口Ｍｎｖを通って、第２の熱パッファ室Ｔｐ２内に流入するとともに、アーク放電Ｅの周囲から吸入口７ｎを通って、第１の熱パッファ室Ｔｐ内に流入する。そのため、第２の熱パッファ室Ｔｐ２内と第１の熱パッファ室Ｔｐ内とにおける絶縁性ガスの圧力が上昇する。また、第１の吸出口Ｍｎｕの開放状態において、図５に示す時刻Ｔ１を経過して時刻Ｔ２までの間に、機械パッファ室Ｍｐ内の絶縁ガスは、第１の吸出口Ｍｎｕを通って、第２の熱パッファ室Ｔｐ２内に流入する。第１の吸出口Ｍｎｕの開放状態において、図５に示す時刻Ｔ２を経過して時刻Ｔ３までの間に、絶縁性ガスは、機械パッファ室Ｍｐ内から第１の吸出口Ｍｎｕを通って第２の熱パッファ室Ｔｐ２内に流入した後、第２の吸出口Ｍｎｖを経てアーク放電Ｅに向かって吹き付けられる。つまり、第２の熱パッファ室Ｔｐ２は、機械パッファ室Ｍｐからアーク放電Ｅに向かう絶縁性ガスの流路になる。また、第１の吸出口Ｍｎｕの開放状態において、図５に示す時刻Ｔ２を経過して時刻Ｔ３までの間に、絶縁ガスは、第１の熱パッファ室Ｔｐ内から噴出口７ｕを通って、アーク放電Ｅに向かって吹き付けられる。絶縁ガスがアーク放電Ｅに向かって吹き付けられることによって、アーク放電Ｅが消弧される。

ここで、熱パッファ室の容積は、ガス遮断器１０２に求められる大電流遮断性能に基づき決定される。本実施の形態では、第１の熱パッファ室Ｔｐおよび第２の熱パッファ室Ｔｐ２の２つの熱パッファ室が設けられることにより、ガス遮断器１０２に求められる大電流遮断性能を実現する上で必要な熱パッファ室の容積を、第１の熱パッファ室Ｔｐと第２の熱パッファ室Ｔｐ２とに分けられる。つまり、第１の熱パッファ室Ｔｐの容積分だけ第２の熱パッファ室Ｔｐ２の容積を小さくできる。そのため、機械パッファ室Ｍｐからアーク放電Ｅに向かう絶縁性ガスの流路のみに熱パッファ室が設けられる場合に比べて、ガス遮断器１０２を小型化できる。一方、ガス遮断器１０２の小電流遮断性能は、機械パッファ室Ｍｐと第２の熱パッファ室Ｔｐ２とにおける絶縁性ガスの圧縮率で決まる。詳しくは、機械パッファ室Ｍｐと第２の熱パッファ室Ｔｐ２とにおける絶縁性ガスの圧縮率が高いほど、ガス遮断器１０２の小電流遮断性能が向上する。第２の熱パッファ室Ｔｐ２が、機械パッファ室Ｍｐからアーク放電Ｅに向かう絶縁性ガスの流路になる構造においては、第２の熱パッファ室Ｔｐ２の容積が大きいほど、機械パッファ室Ｍｐと第２の熱パッファ室Ｔｐ２とにおける絶縁性ガスの圧縮率が低くなる。その結果、小電流遮断時に機械パッファ室Ｍｐにおける絶縁性ガスの圧力の上昇が阻害される。この点、本実施の形態では、第１の熱パッファ室Ｔｐの容積分だけ第２の熱パッファ室Ｔｐ２の容積を小さくできるため、機械パッファ室Ｍｐからアーク放電Ｅに向かう絶縁性ガスの流路のみに熱パッファ室が設けられる場合に比べて、第２の熱パッファ室Ｔｐ２における絶縁性ガスの圧縮率が高い。よって、ガス遮断器１０２の小電流遮断性能を向上させることができる。

なお、実施の形態１〜３では、ノズル７をアブレーション性材料で形成しても良い。この場合、ガス流Ｓｔｎが吸入口７ｎから第１の熱パッファ室Ｔｐの内部に流入したときに、ガス流Ｓｔｎの熱によりアブレーション性材料が蒸発する。それにより、第１の熱パッファ室Ｔｐの内部の圧力が上昇し、噴出口７ｕから噴出されるガス流Ｓｔｕの圧力は上昇する。
すなわち、アーク放電Ｅにより高圧なガス流Ｓｔｕを吹き付け、効率的にアーク放電Ｅを消弧することができる。

さらに、第１の熱パッファ室Ｔｐを、アブレーション性材料で形成しても良く、さらに、第１の熱パッファ室Ｔｐの内部に、アブレーション性材料を配置しても良い。このような場合でも第１の熱パッファ室Ｔｐの内部の圧力が上昇し、噴出口７ｕから噴出されるガス流Ｓｔｕの圧力は上昇する効果を得る。
なお、アブレーション性材料には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）が挙げられる。
さらに、アブレーション性材料には、パーフルオロエーテル系重合体、フッ素エラストマー、及び４−ビニルオキシ−１−ブテン（ＢＶＥ）環化重合体からなる群より選ばれた少なくとも１種の化合物を用いることができる。

また、実施の形態１〜３では、ノズル７は４個の吸入口７ｎと４個の噴出口７ｕとを有することを説明したが、この発明は、吸入口７ｎおよび噴出口７ｕの数を限定するものではなく、吸入口７ｎおよび噴出口７ｕの数は、ガス遮断器１００〜１０２を設計する上で適宜決められるものである。

なお、実施の形態１では、各々の噴出口７ｕの開口方向と軸線Ａとを含む平面内で交差するように配置されること、実施の形態２では、各々の噴出口７ｖの開口方向と軸線Ａとはねじれの位置に配置されることを説明したが、本発明は、噴出口（７ｕ、７ｖ）の開口方向に限定されるものではない。

さらに、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせることが可能であるし、各実施の形態を適宜変更、省略することが可能である。
例えば、ノズル７に、軸線Ａの側方から軸線Ａに向かって開口する噴出口７ｕと、ねじれの位置に開口する噴出口７ｖとの両方を配置しても良い。

１ 固定電極、２ 可動電極、３ 可動側筐体、４ ピストン、７ ノズル、７ｎ 吸入口、７ｕ，７ｖ，７ｖ１〜７ｖ４ 噴出口、８ シリンダー部、１２ 隔壁、１３ 逆止弁、１００，１０１，１０２ ガス遮断器、Ａ 軸線、Ｍｎｕ 第１の吸出口、Ｍｎｖ 第２の吸出口、Ｍｐ 機械パッファ室、Ｔｐ 第１の熱パッファ室、Ｔｐ２ 第２の熱パッファ室。

Claims (11)

1. 絶縁性ガスが充填されるタンク内に、
   導電性の固定電極と、
   前記固定電極の軸線上を可動し前記固定電極と接離可能な可動電極と、
   前記可動電極と連動し前記軸線を包囲する第１の可動側筐体と、
   前記第１の可動側筐体とで機械パッファ室を形成するピストンと、
   前記可動電極と連動し前記軸線の方向に前記第１の可動側筐体と直列に位置する第２の可動側筐体と、
   前記第２の可動側筐体とで第１の熱パッファ室を形成するノズルとを備え、
   前記第１の可動側筐体には、前記絶縁性ガスを前記機械パッファ室内に吸入し、かつ、前記絶縁性ガスを前記機械パッファ室内から噴出するための第１の吸出口が形成され、
   前記ノズルには、前記絶縁性ガスを前記第１の熱パッファ室内に吸入するための吸入口と、前記第１の熱パッファ室内から前記固定電極と前記可動電極との間に向けて前記絶縁性ガスを噴出するための噴出口とが形成されることを特徴とするガス遮断器。
2. 前記第１の可動側筐体の内壁面には、前記第１の可動側筐体の内部空間を前記機械パッファ室と第２の熱パッファ室とに区画する隔壁が形成され、
   前記隔壁には、前記機械パッファ室と前記第２の熱パッファ室とを連通する前記第１の吸出口が形成され、
   前記機械パッファ室は、前記軸線の方向において、前記第２の熱パッファ室を挟んで前記第１の熱パッファ室と反対側に配置され、
   前記第１の可動側筐体のうち前記第２の熱パッファ室を挟んで前記隔壁と反対側には、前記絶縁性ガスを前記第２の熱パッファ室内に吸入し、かつ、前記第２の熱パッファ室内から前記固定電極と前記可動電極との間に向けて前記絶縁性ガスを噴出するための第２の吸出口が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のガス遮断器。
3. 前記軸線の側方から断面視するとき、前記機械パッファ室と前記第１の熱パッファ室とは、前記軸線の方向に直列に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載のガス遮断器。
4. 前記第１の吸出口と前記吸入口とは、対向して配置されることを特徴とする請求項１に記載のガス遮断器。
5. 前記可動電極と前記固定電極とが接続した状態から前記可動電極が可動する過程において、前記固定電極の先端が前記噴出口の開口位置を通過することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のガス遮断器。
6. 前記噴出口は、前記軸線の側方から開口し、前記開口の方向と前記軸線とを含む平面で交差することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のガス遮断器。
7. 前記噴出口は、前記軸線の側方から開口し、前記開口の方向と前記軸線とはねじれの位置にあることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のガス遮断器。
8. 前記第１の熱パッファ室は、アブレーション性材料で形成されることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のガス遮断器。
9. 前記第１の熱パッファ室の内部に、アブレーション性材料を配置することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のガス遮断器。
10. 前記アブレーション性材料は、ポリテトラフルオロエチレンあるいはパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体であることを特徴とする請求項８または９に記載のガス遮断器。
11. 前記アブレーション性材料は、パーフルオロエーテル系重合体、フッ素エラストマー、及び４−ビニルオキシ−１−ブテン環化重合体からなる群より選ばれた少なくとも１種の化合物であることを特徴とする請求項８または９に記載のガス遮断器。

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