JPS60102716A - 蒸発冷却式ガス絶縁電気装置 - Google Patents

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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、蒸発冷却式ガス絶縁電気装置、すなわち、凝
縮性冷媒の相変化により冷却を行ない、且つ、絶縁保持
のために絶縁ガスを封入した蒸発冷却式ガス絶縁電気装
置に関するものである。

〔従来技術〕

従来、この種の装置の一例としては第１図に示すような
ものがあった。

図において、符号／は発熱する電気装置、コは電気装置
／を収納する容器、３は電気装置／の発熱により気化し
て蒸気となった凝縮性冷媒蒸気を凝縮させるための凝縮
器、ダは液相の凝縮性冷媒、左は液相の凝縮性冷媒ｑを
電気装置／に散布するために配管を介して循環させる循
環ポンプ、６は液相の凝縮性冷媒ｔを送るための配管、
７は液相の凝縮性冷媒ｑを電気装置ｌに散布するための
散布装置であり、また、実線の矢印／／は液相の凝縮性
冷媒の流れを示し、点線の矢印／２は電気装置／からの
発熱により蒸発した凝縮性冷媒蒸気の流れを示し、／３
は非凝縮性ガス、／＋は凝縮性冷媒蒸気を示す。なお、
非凝縮性ガス／３としては例えば六弗化硫黄（ＳＦ、）
ガス、凝縮性冷媒としては、例えば、商品名フロリナー
）ＦＣ−７５を使用している。また、電気装置／の容器
コ内は一２θ℃でも大気圧以上となり、運転温度は／　
、？　０　’（’：程度に設定されている。更に、容器
２内の非凝縮性ガス／３の容積Ｖｙと凝縮性冷媒蒸気容
積Ｖｚ　とはＶ　ｙ　／Ｖ　Ｊ　二／〜１０の範囲で設
定されている。

従来装置は上記のように構成されているが、次にその動
作について説明する。

電気装置／が作動して発熱すると、そこに液相の凝縮性
冷媒ｔが散布され、液相の凝縮性冷媒グは気化して凝縮
性冷媒蒸気／ＩＡどなる。この凝縮性冷媒蒸気／＋の比
重量と、非凝縮性ガス／３０）比Ｍ量とか凝縮性冷媒蒸
気の比重量が非凝縮性ガスの比重量よりも大きい関係を
満たしているので、非凝縮性ガスと凝縮性冷媒蒸気とは
上下方向に分離し、明瞭な境界層を形成する。

このようにして、容器コ内の下方に分離した凝縮性冷媒
蒸気／４’は、凝縮器３によって冷′却され液化する。

このために、凝縮性冷媒蒸気の体積が（３） 縮減することにより、凝縮器３から容器−に対して吸引
力が生じて凝縮性冷媒蒸気／４ｔを凝縮器３に吸引し、
従って、凝縮器３における凝縮が続行する。ａｍ器３で
液化した液相の凝縮性冷媒ｔは、凝縮器３の下部の配管
６を通じて循環ポンプ５により再び電気装置／の上部に
導かれ、電気装置／に散布される。

一方、非凝縮性ガス／３は容器コの上部に分離され、そ
のまま滞留している。

しかしながら、以上の冷却が成立するためには、凝縮器
３の内部のある高さまで凝縮性冷媒蒸気の上面が上昇し
なげればならない。この場合の容器コ内の圧力は、第一
図に示すようになる。すなわち、第２図において、ｐｂ
は非凝縮性ガス／３が滞留し℃いる部分Ａにおける凝縮
性冷媒蒸気圧であり、Ｐ’ａは凝縮性冷媒蒸気が存在す
る部分Ｂにおける非凝縮性ガス圧力である。上記のよう
に、凝縮性冷媒ｑと非凝縮性ガス１３とを選定した場合
には、Ｐａキｏ　（ｋｇ／　ｃｒＡ　ａｂｓ　）　、　
ｐｂキｏ（ｋｙ／１ａｂａ　）とみなしてもよい。

また、Ｐａは部分Ａにおける非凝縮性ガス圧力であり、
Ｐｂは部分Ｂにおける凝縮性冷媒蒸気圧力である。非凝
縮性ガス／３と凝縮性冷媒蒸気／りとの分離が行なわれ
る場合には、ｌ’ａキｏ　、　Ｐ’ｂ中０より、Ｐａ　
＊　Ｐｂ中Ｐｔ　が成立する。このような状態は、第３
図に示すように、非凝縮性ガス圧力Ｐａに凝縮性冷媒蒸
気圧ｐｂが等しくなる温度Ｔ７以上の温度域で生ずる。

この容器内圧力と、ガス温度との関係の７例を第３図は
示したものである。

なお、第３図において、非凝縮性ガス／３にはＳＦ、を
、また、ｗ８Ｂ性冷媒としてはフロロカーボン、例えば
、商品名フロリナー）ＦＣ−７ｊを用いたものである。

そして、第１図における冷却が成立するのは、上記非凝
縮性ガス／３の圧力Ｐａが凝縮性冷媒蒸気の圧力ｐｂと
ほぼ等しくなる温度以上の領域であり、これを第３図に
示する、温度がＴ７以上になる領域である。

ここで圧力Ｐａは、第を図に示すように、低温時より凝
縮性冷媒ダの液面上にあった非凝縮性ガス１３の温度上
昇による圧力上昇分Ｐａ、　（ボイルーシャルルの法則
に従うので、温度上昇に対して直線的に上昇する）と、
温度上昇によって凝縮性冷媒からとけ１．ｉシてくる非
凝縮性ガスによる圧力Ｐａ　ｏとの和で表わされる。

このような圧力Ｐａ、は以下のような理由で生ずる。す
なわち、第７図にフロロカーボン例え＆？　７０リナー
）ＦＣ−７！ｒへのＳＦ、ガス溶解量を示す。

これによると、フロロカーボン液温が一２０℃における
ＳＦ、ガスの溶解量は、フロロカーボン液温が７３０℃
における溶解量の７０倍以上である。

このために、−コθ℃における液中のＳＦ、ガスは、１
３０℃に液温か上昇すると、大部分が気相中に放出され
てしまう。この液中への８Ｆ、ガスの溶解量は、凝縮性
冷媒りの液面上のＳＦ、ガスの分圧に比例する（ヘンリ
ーの法則ンので、前記の７３θ℃に液温か上昇した場合
には、液面上圧力が上昇しており、溶解量は／気圧の場
合よりもふえる方向となる。しかし、−２０℃において
溶解している８Ｆ、ガスがすべて液中にとど筐るために
は、容器内圧力が７０倍以上になっていなければならな
〜＼。

従って、容器内圧力を一２０’Ｃで大気圧に設定した場
合には、上述したように■ｇ／ｖｌ＝＝−７〜／θとす
ると、１３０℃において、数気圧におよぶ圧力上昇が冷
媒からとけだしてくるＳＦ、ガスによって生ずることに
なり、その結果、機器としては容器２を強固にする必要
があり、従って、装置全体の重量、寸法及び価格の増大
を招く。また、温度上昇を低く押えるとしても、上記の
冷却構成は温度がＴ、以下では成立しないのであるから
、低下させるのにも限度がある。また、温度を低下させ
るには凝縮器３の能力を強化しなければならず、これま
た、装置全体の重量、寸法及び価格の増大はさけられな
い。

〔発明の概要〕

本発明は、上記のような従来装置における欠点を除去し
、非凝縮性ガスが温度上昇しても温度上昇による膨張に
基づく昇圧以上には昇圧しないような蒸発冷却式ガス絶
縁装置を得ることを目的としてなされたものであって、
そのために、非凝縮性ガスを、温度変化によっても凝縮
性冷媒へのとけこみ量の変動の少な〜・非凝縮性ガスを
主成分とする混合ガスとし、また、凝縮性冷媒を沸点ざ
θ〜／＆０’Ｇ、平却分子量／ざ０〜７００のふっ素炭
素糸液体としたことにより、温度上昇した場合の容器内
圧力上昇の小さい蒸発６均式ガス絶縁電気装置を提供す
るものである。

〔発明の実施例〕

以上、本発明をその一実施例を示す図に基づいて説明す
る。

第Ｓ図は、ＳＦ、　／　０チ、Ｎ、９０係の体積比率で
混合した非凝縮性ガスと、フロロカーボンである商品名
７０リナー）ＦＣ−７！ｒを凝縮性冷媒とした場合のガ
ス温度と容器内圧力との関係を示すものである。ここで
チッ素Ｎ、は第６図に示すように、フロリナー）ＦＣ−
７左への溶解量の温度依存性は小さく、また、溶解量自
体も８Ｆ、ガスよりも非常に小さい。また８Ｆ、ガスも
、液面上圧力が従来の場合の／／１０　Ｋなっているの
で、低温時の凝縮性冷媒中への溶解量も／／１０程度に
なる。このために、第６図で示すように、冷却が成立す
る、ＳＦ。

とＮユとの混合ガスにしたときの定格容器内動作圧力Ｐ
ｔユ、定格動作温度Ｔ、は共に従来の場合の定格容器内
動作圧力Ｐｔ、　、定格動作温度Ｔ７に比較して低（な
る。

なキ）、上記実施例では８Ｆ４ガスを１０％、Ｎユガス
を？θ％とする混合ガスを非凝縮性ガスとしたが、これ
に限らずＳＦ４ガス３−２０％、Ｎ、ガス？５〜１１０
％としても同様の効果が得られ、またＳＦ、　カスの代
りに７０〜ａｏｑｂのへキサフルオルエタン（０，２Ｆ
、）ガスを用いＮ、を９０〜６０チとした混合ガスを非
凝縮性ガスとしても、同様の効果が得られる。

〔発明の効果〕

このように、本発明によれば、非凝縮性ガスを、ＳＦ４
ガス又はｃ、ｙ、ガスと、ＳＦ、ガス又はＣ，Ｆ。

ガスとくらべて凝縮性冷媒に非常にとけにくく且つ８Ｆ
、又はＣ，Ｆ、ガスに対して一定混合比を有する非１Ｉ
ｋｌｉａ性ガスとの混合ガスとしたので、冷却の動作温
度及び動作圧力を共に低くすることができ、その結果、
軽量、安価でより信頼性の高い蒸発冷却式ガス絶縁電気
装置が得られる効果を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の蒸発冷却式ガス絶縁電気装置の一例の概
略断面図、第一図Ａは第１図の非凝縮性ガスと凝縮性冷
媒蒸気との分布を示す説明図、第コ図Ｂは第ユ図Ａの容
器内圧力ー高さ線図、第３図は第コ図Ｂのガス温度−容
器内圧力線図、第グ図は第３図の非凝縮性ガスのガス温
度、ガス圧力線図、第Ｓ図は本発明の一実施例による蒸
発冷却式ガス絶縁′亀気装置のガス温度−容器内圧力線
図、第６図は第５図の非凝縮性ガスのガス温度−ガス圧
力線図、第７図は商品名フロリナー）ＦＣ−７！；のフ
ロロカーボンに対するＳＦ、とＮ、との温度に対する飽
和溶解量線図である。 ／・・・電気装置、−・・・容器、３・・・凝縮器、り
・・・液相の凝縮性冷媒、５・・・循環ポンプ、６・・
・配管、７・・・散布装置、／ｌ・・・液相の凝縮性冷
媒の流れ、／コ・・・凝縮性冷媒蒸気の流れ、／３・・
・非凝縮性ガス、／グ・・・凝縮性冷媒蒸気。 なお、各図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人　曾　我　道　照 幣１図 ♀電←− ←αヨー箇＊ ←ｑ百翰笛＄ ←α百師８葛 ←ｑヨ皐】８ 幣７図 力゛ス遍Ｕ宴− 手続補正書「自発」 昭和５９　”ｃｓ　、楠ｏ１ 特許庁長官殿 １、事件の表示 昭和ｊ１年特許願第−２０ｔｇｏｔ　号２、発明の名称 蒸発冷却式ガス絶縁電気置部 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　東京都千代田区丸の内二二丁目２番３号名　称
　（６０１）三菱電機株式会社 代表者　片　山　仁へ部 ４、代理人 住　所　東京都千代田区丸の内二丁目４番１号丸の内ビ
ルディング４階 □　″・１０） ６、補正の内容 明細書をつぎのとおり訂正する。 （２）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）発熱する電気装置が収納されている容器内に冷却
   のために相変化する凝縮性冷媒と、絶縁性を有する非凝
   縮性ガスとが封入されており、気相部分容積■亀と液相
   部分容積ＶＡ’との比率がＶｇ／Ｖ７＝／〜１０の範囲
   にあり且つ運転時に非凝縮性ガスの比重量より凝縮性冷
   媒蒸気の比重量が大きくなるように選定された非凝縮性
   ガス及び凝縮性冷媒を有して、非凝縮性ガス及び凝縮性
   冷媒蒸気が上記比重量の差によって上下方向に分離して
   存在するように構成されている蒸発冷却式ガス絶縁電気
   装置において、上記非凝縮性ガスが非凝縮性ガスの混合
   ガスであって他方のガスの冷媒への溶解量が一方のガス
   と比較して非常に少ないガスであり、凝縮性冷媒がｇｏ
   〜ｉｂｏ℃の範囲に沸点を有し且つ平均分子量が／ｇＯ
   〜’ｔｏｏの範囲にあるふっ素炭素糸液体であることを
   特徴とする蒸発冷却式ガス絶縁電気装置。
2. （２）混合された非凝縮性カスの一方の非凝縮性ガスが
   六弗化硫黄（ＳＦ、）ガスであって、８Ｆ、ガス５〜コ
   Ｏ饅、他方の非凝縮性ガス？ｊ−１１０％の体積比率を
   有して混合されている特許請求の範囲第１項に記載の蒸
   発冷却式ガス絶縁電気装置。 （、、？）　８Ｆ、ガスと混合する他方の非凝縮性ガス
   がチッ素（Ｎ、）ガスである特許請求の範囲第２項に記
   載の蒸発冷却式ガス絶縁電気装置。 （リ　混合された非凝縮性ガスの一方の非凝縮性ガスが
   ヘキサフルオルエタン（Ｃ，Ｆ、）ガスであって、Ｃユ
   Ｆ６　ガス１０−１１０％、他方の非Ｉｉｋ縮性ガス９
   ０〜ｂｏ％の体積比率を有して混合されている特許請求
   の範囲第１項に記載の蒸発冷却式ガス絶縁電気装置。 （ｊ−）　ＣユＦ、と混合する他の非凝縮性ガスがチッ
   素（Ｎ、）ガスである特許請求の範囲第Ｖ項に記載の蒸
   発冷却式〃ス絶縁電気装置。