JPS59141255A - 沸騰冷却式電気機器 - Google Patents

沸騰冷却式電気機器

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JPS59141255A
JPS59141255A JP1659483A JP1659483A JPS59141255A JP S59141255 A JPS59141255 A JP S59141255A JP 1659483 A JP1659483 A JP 1659483A JP 1659483 A JP1659483 A JP 1659483A JP S59141255 A JPS59141255 A JP S59141255A
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JP
Japan
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refrigerant liquid
boiling
coils
electric field
bubbles
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Pending
Application number
JP1659483A
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English (en)
Inventor
Shunei Kodama
児玉 俊英
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H01L23/427Cooling by change of state, e.g. use of heat pipes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は沸騰冷却式電気機器、とくに沸騰冷却方式を
採用した変圧器等の高電圧電気機器の構成に関するもの
である。
この種の従来の沸騰冷却式電気機器の一例として変圧器
に適用した場合を第1図及び第2図について説明する。
第1図はその全体構成図、%2図はその要部を拡大して
示す所面図である。図において、(1)はその上部に、
放熱フィン(2)を取り付けた凝峻器(3)を有する密
閉容器、(4)は密閉容器(1)内に収容された凝縮性
冷媒液で、例えばC5FlsO(パー70ログチルテト
ラヒドロ7ラン)等が使用され、その液面上はその蒸気
(4a)で占められている。
(5) tri冷媒液(4)内に浸された変圧器本体で
、電圧が印加され主たる発熱部である高圧コイル(6)
及び門圧コイル(7)、両コイル(6) <7)の間に
仲人された絶縁バリア(8)及び両コイル(6)’ (
7)と鎖交するように配設器(1)外へ引き出す貫通端
子である。
次に、上記のように構成された従来の沸騰冷却式変圧器
の冷却動作について説明する。まず、変圧器が運転され
ていない冷状態においては、密閉容器(1)内は周囲温
度に対応する冷媒液(4)の飽和然ると、それぞれ銅損
及び鉄損を発生し温度上昇を始める。両コイル(6) 
(7)及び鉄心(9)は冷媒液(4)内に浸されている
ので、それぞれの表面に接する冷媒液(4)はその蒸気
からなる気泡(12)を発生し両コイル(6) (7)
及び鉄心(9)から気化潜熱を奪ういわゆる沸騰熱伝達
を開始する。冷媒液(4)の蒸気(4a)は矢印(13
)に示すように上昇して凝a器(3)内に入りその内壁
で凝縮・液化し為矢印(14)に示すように下噂して冷
媒液(4)となって再び冷却に供される。この除、凝縮
熱が放熱フィン(2)を、径で大気に放散される。上記
現象は発熱及び放熱の条件に応じて一定の平衡状態に達
し、所定温度上昇における変圧器の運転が維持されるこ
とになる。
しかるに、上記のような従来の沸騰冷却式変圧器に訃い
ては、とくに絶縁強度上に深刻な欠点金有している。即
ち、冷媒液(4)例えば前述のCs B’ lsO等は
、液状でば70KV/2.5 tm程度の絶縁耐力を有
し一般変圧器に使用される鉱油等の絶縁油とほぼ同等の
Re力を有しているが、気化した状態では空気の絶縁耐
力程度に低下し、とくに運転開始直後で温度が低い範囲
においては気化圧力(蒸気圧)も低くその絶縁耐力は極
端に低下する。更に、気泡(12)内の比誘電率は約1
.0で、冷媒液(4)のそれ約1.9 より小さくその
分だけ気泡(12)内の電界が増大し沸騰に基づく絶縁
耐力の低下を一層顕著なものにしている。この結果、発
熱密度が高く多量の気泡(12)が発生しかつ印加電界
が高いコイルL6) (7)の人間において、上記絶縁
耐力の低下が問題とな放 り、変圧器運転時の部分娘電着の異常増大や場合によっ
てけ全路破壊に至り、高電圧変圧器等への本冷却方式の
適用が困難であった。
この発明はこのような従来の屯のの欠点を解消するため
になされたもので、発熱部表面と電気的に接続され上記
発熱部表面との間に気泡を通流させるように配設された
導電性シールド板を園えることにより、上記気泡内の電
界を十分低く抑え、絶縁強度が高く高電圧仕様への適用
が容易な沸騰冷却式電気m器を提供することを目的とす
るものである。
以下、この発明の一実施例における沸騰冷却式変圧器を
図面について説明する。第3図は高低圧コイル対向部の
一部を拡大して示す所面図である。
図において、凝縮性冷媒液(4)、絶縁バリア(8)、
気泡(12)は従来の場合と同一であるから説明を省略
する。(15) (16)はそれぞれ素線絶縁(17)
 (18)を施した導体(19) (20)を巻回して
構成された高圧コイル及び低圧コイル、(21)(22
)はそれぞれ高圧コイル(15)及び低圧コイル(16
)の表面の両コイル(15)(16)対向面側に配設さ
れた導電性シールド板で、それぞれ両コイル(15) 
(16)の表向の一電位部(通常両コイル(15) (
16)の巻始又は巻終部)と絶縁電線(図示せず)等に
より′電気的に接続された金属膜(23) (24)と
これら内金f4膜(23) (24)の両コイル(15
) (16)側表面に接して配設されたブレスポード等
からなる熱絶縁板(25) (26)とから構成される
そして、導電性シールド板(21) (22)と両コイ
ル(15) (16) R而との間に気泡(12)が通
流する所定の通流rI!r(27) (28)が形成さ
れる。なお、通流M (27)(28)の間隔は両コイ
ル(15) (16)の発熱両度、高さ等とも関連する
が通常1+o+程度で十分であり、適当なピッチで設け
られたスペー′!/″(図示せず)に維 よりその間隔が確保・=持される。また、金属膜(23
) (24)には4洩磁束に基づく渦流損失等を十分小
さくするため、通常ステンレス金網等が使用される。
次に、上記のように構成されたこの発明の一実施例とし
ての沸騰冷却式変圧器における動作を第3図ないしf1
6図について説明する。第4図第5図は第3図に対応し
て両コイル(15) (16)間における冷媒液(4)
のそれぞれ温度及び電位の分布を示す線図、第6図は冷
媒液(4)のIa相薫蒸気圧温度との関係を示す線図で
ある。まず、従来と同様冷状態を考えると、冷媒液(4
)の温度は第6図に示す周囲湯度TOで一定の分布をし
ており、密閉容器(1)内の圧力は冷媒液(4)の飽和
蒸気圧時性Sから温度TOに対する飽和蒸気圧POに保
たれている。即ち、この時点では冷媒液(4)と蒸気(
4a)とは共に圧力POK保たれている。但し、この発
明の説明においては、冷媒液(4)自体の揚程による圧
力は小さいとして無視している。ここで、変圧器が運転
に入り両コイル(15) (16)の温度上昇が開始さ
れると、両コイル(15) (16)の表面に接する冷
媒液(4)の温度もそれにつれて温度が上昇し、その飽
和蒸気圧がPOより大となりこの部分で周囲との圧力均
衡が破れついには発泡を伴う沸騰状態を呈し、沸騰熱伝
達に寄与するとともに蒸気(4a)の圧力を上昇させる
ように作用する。次に、一定時間経過t!i、熱的平衡
に達した状態を考える。第4図第6図において、Tlけ
冷媒液(4)の最高温度で通常発熱密度が最大である両
コイル(15) (16)の表面に接する冷媒液(4)
の温度がこれに該当する。T2は冷媒液(4)の最低温
度で凝縮a(3)で凝縮された直後の冷媒液(4)の温
度がこれに該当する。従って、冷媒o、(4)全体の温
度1dTlからT2の範囲に分布していることになり、
この温度分布及び飽和蒸気圧特性Sとの関連から沸騰の
発生分布が決定されることになる。
即ち、温度TI、T2に対し特性Sから求まる圧力めら
れるが、当然Pl)Pt2)P2の関係が成立する。
従って、温度がPI3に対応する温度T12より高い部
分の冷媒液(4)は沸騰を起すが、逆に温度がT+2よ
り低い部分では飽和蒸気圧がPI3に達せず沸騰は生じ
ない。以上を基に第3図第4図に示す両フィル(15)
 (16)間の冷媒液(4)の温度及び沸騰の状況を考
える。金属膜(23) (24)の温度をTsとすると
、温度の高い通流路(27) (28) hI411と
は熱絶縁板(25) (26)により熱的に遮断されて
訃り又導電性シールド板(21) (22)闇の冷媒液
(4) dそれ自体の自然対流により低温部の冷媒液(
4)と適当に循環しているので、TsニツイてTI>T
12>T8>T2なる関係を成立させることは容易にで
き、従って導電性シールド板(21)(22)間では常
えず冷媒液(4)を沸騰しない状態に維持することが可
能となる。一方、金属膜(23)(24)はそれぞれ両
コイル(15) (16)の表面とほぼ同一電位に保た
れているので、第5図に示すように導電性シールド板(
21) (22)間の冷媒液(4)にのみ電界が印加さ
れることになる。なお、上記でほぼ同一電位としている
のけ、導電性シールド板(21) (22)に対向する
両コイル(15) (16)表面の巻回数に応じた電圧
が生じることを考慮したものであるが、上記電圧は両コ
イル(15) (16)間に印加される電圧に比較し十
分小さく、かつ上記電圧に対しては通常設けられる程度
の素線絶縁(17) (18)で十分耐えるので問題は
ない。
従って、電界が印加される部分の冷媒液(4)は沸騰を
生じることなくその高い絶縁耐力を有効に活用できると
同時に、沸騰熱伝達を行う部分の冷媒(9) 液(4)及びその気泡(12) K /′i電界がほと
んど印加されず変圧器としての絶縁性能を損うことなく
その高い冷却性能を有効に活用することができるので、
沸騰冷却式の高電圧@器への適用が容易となる。
なお、上記一実施例においては、導電性シールド板(2
1) (22)を高低圧コイル(15) (16)の対
向部に設けているが、必要に応じて高圧コイル(15)
の鉄心(9)対向側、さらには鉄心(9)の高圧コイル
(15)対向側等に設置してもよい。即ち、電圧が印加
されているか否かにかかわらず運転時その表面に電界が
印加される発熱部には上記の導電性シールド板を設置す
ることにより上記と同様の効果が得られる。また、熱絶
縁板(25) (26)は、両コイル(15) (16
)の発熱密度、通流路(27) (2B)の形状等の条
件によってはその使用を省略することもできる。更に、
変圧器以外の例えばリアクトル、抵抗器等においても同
様に適用できることはぎうまでもない。
この発明は以上説明したように、機器本体の発熱部表面
と電気的に接続され上記発熱部表面とのIIffIVc
気泡を通流させるように配設された導電性シ(10) −ルド板を備えることにより、上記気泡内の電界を十分
低く抑え、絶#強度が向上し高電圧仕様への適用が容易
になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の沸騰冷却式変圧器の全体構成図、第2図
はその要部を拡大して示す断面図、′ig3図はこの発
明を適用した一美施例における沸騰冷却式変圧器の高低
圧コイル対向部の一部を拡大して示す断面図、第4図第
5図は第3図に対応して高低圧コイル間における凝縮性
冷媒液のそれぞれ温度及び電位の分布を示す線図、第6
図は上記冷媒液の飽和蒸気圧と温度との関係を示す線図
であるO 図において、(1)は密閉容器、(4)はIM!縮性冷
媒液、(5)Iri機器本体としての変圧器本体、(1
2)は気泡、(15)(16)は発熱部としてのそれぞ
れ高圧コイル及び低圧コイル、(21)(22)は導電
性シールド板である。 なお、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 (11) 8 258− (6HLLILLI膓I博誹

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)絶縁性を有する凝縮性冷媒液が収容された密閉容
    器、上記冷媒液中に配設され上記冷媒液の沸騰熱伝達に
    より冷却される発熱部を有し電圧が印加される機器本体
    、上記発熱部の所定表面の同−電位部と電気的に接続さ
    れることにより上記電圧印加に基づく電界が印加され上
    記所定表面と相対向し所定の間隔を隔て上記沸騰熱伝達
    に伴い上記所定表面上に発生する気泡を上記間隔内に通
    流させるように配設された導電性シールド板を備えたこ
    とを特徴とする沸騰冷却式電気機器。
  2. (2) !電性シールド板は金属膜とその表面に形成さ
    れた熱絶縁板とからなることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項記載の沸騰冷却式電気機器。
  3. (3)金属膜は非磁性材料からなることを特徴とする特
    許請求の範囲第2項記載の沸騰冷却式電気機器。
  4. (4)機器本体は巻線、鉄心及び所定の絶縁物とからな
    る変圧器本体であることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項ない門弟3項のいずれかに記載の沸騰冷却式電気機
    器。
  5. (5)発熱部は巻線であることを特徴とする特許請求の
    範囲第4項記載の沸騰冷却式電気機器。
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