JP2013508669A - 絶縁されたヒートパイプを利用することによって中電圧装置を冷却するための冷却装置 - Google Patents

Abstract

冷却装置は、既存の設備を再設計することなく既存の設備に取り付けるのに適している。冷却装置は、中電圧装置のケーシング（１０）に部分的に埋設されているヒートパイプ（１２）を利用する。ヒートパイプ（１２）の埋設されている部分（１２Ａ）は、ケーシング（１０）内に貫入されており、良好な熱伝導体とされる電気絶縁性スリーブ（１４）を有している。冷却装置は、中電圧大電流の電気設備における回路遮断器に適用することができる。

Description

本発明は、特に中電圧発電機のための回路遮断器又は断路器であって、保護シース内に配設されており、相転移させるための熱伝達流体と共に動作する“ヒートパイプ”と呼称される冷却装置を利用する回路遮断器又は断路器が属する技術分野に関する。

ヒートパイプが、気密に密閉されている長い容器の形態を呈しており、気相及び液相が平衡状態になっている流体を収容しており、ヒートパイプには、微量なガスを除けば任意の他のガスが存在しないことに留意すべきである。

［定義］
ヒートパイプ：気相及び液相が平衡状態になっている流体を収容しており、気密に密閉されている長い容器の形態をした熱伝導装置（thermal apparatus）。液相の流体を蒸発させ、低温部内の蒸気を凝縮させることによって、熱がチューブの高温部から低温部に伝達される。

このようなタイプの設備に関連するメーカーは、特に電気を生産又は供給するための発電所の送電端（outlet）において母線（busbar）内部に配設されている回路遮断器又は断路器のための、このような中電圧装置の電流伝導能力を益々高めることに一定の関心を有している。このことは、特に交流発電機のための回路遮断器に当て嵌まる。

一般に利用される方法の本質は、関連する回路遮断器の様々な加熱部分及び被加熱部分と接触している空気の温度をより一様にすることにある。保護シースの内部は、保護シース内に密封された空気が自然対流又は強制対流することによって冷却され、保護シース内には、回路遮断器が配設されている。保護シース内部の支配的な温度は外部環境の支配的な温度より著しく高く、その温度差は３０℃、少なくとも４０℃である。

他の解決方法の本質は、様々な伝達要素内における導電部の増加、ひいては回路遮断器の部品の大型化にある。

特許文献１は、高圧断路器又は回路遮断器を冷却するための既知の冷却装置及び冷却方法を開示している。図１は、当該特許文献に開示されている一の実施例の断面図である。図１は、主に回路遮断器の中電圧伝導器２又はケーシングを表わす。中電圧伝導器２又はケーシングは、冷却アセンブリ１の一部分を形成している蒸発器３によって囲まれている。このような冷却アセンブリは、蒸発器３によって収集された熱を放出するために、相転移させるための熱伝達流体５と共に動作する装置を囲んでいる絶縁スリーブ７によって実現される。可撓性を有しているスリーブ９が冷却アセンブリを完成させる。様々な部品が、共に保護シース８の内側に配設されている。冷却アセンブリは、例えばフィンのような凝縮装置４に接続されている保護シース８の頂部に開口している。

欧州特許第１６５７７３１号明細書

本発明の目的は、このようなタイプの冷却装置の異なる解決策を提案することである。

この目的を達成するために、本発明は、主として、相転移をさせるための熱伝達流体を利用すると共に少なくとも１つのヒートパイプを備えている、中電圧装置のための冷却装置を提供する。

本発明では、１つ以上のヒートパイプが、中電圧装置内部に部分的に貫入している態様で配置されており、電気絶縁されていると共に良好な熱伝達性を有しているスリーブによって、この埋設された部分において電気絶縁されている。

本発明の第１の実施例では、スリーブは、焼結窒化アルミニウムから作られている。

本発明の第２の実施例では、スリーブは焼結窒化ボロンから作られている。

好ましくは、凝縮器において終端している中電圧装置内部に貫入していない１つ以上のヒートパイプの外側部分は、電気絶縁性スリーブを備えている。

ヒートパイプそれぞれが、電気絶縁性スリーブの外側部分に電気絶縁性リングを有している場合がある。

さらに、ヒートパイプそれぞれが、当該ヒートパイプの外側部分に電気絶縁性スリーブを有している。

本発明と本発明の様々な技術的特徴とは、本発明に基づく３つの実施例に関する以下の説明によって良好に理解することができる。６つの図面に関する説明は以下の通りである。

従来技術に基づく冷却装置を表わす。 本発明における冷却装置で利用される技術を表わす部分的な断面図である。 本発明における一の実施例の断面図である。 本発明における一の実施例の断面図である。 本発明における一の実施例の断面図である。 特に図３Ｃの本発明における冷却装置を表わす長手方向の断面図である。

図１は、回路遮断器のケーシング１０の一部分を表わす。ケーシング１０は、中電流電圧下及び高電流電圧下における電気の流れに起因する熱が蓄積する、特定の厚さを有している。

図２は、回路遮断器のケーシング１０内部に部分的に貫入している２つのヒートパイプを表わす。

従って、図２では、ケーシング１０内に埋設されているヒートパイプの部分１２Ａが加熱される。ヒートパイプ１２内の流体は、エネルギを蓄積した場合には蒸発する。従って、ガスが、反対側の端部１２Ｂに到達するまでヒートパイプ１２内部に拡散し、埋設されていない端部１２Ｂにおいて凝縮する。回路遮断器のケーシング１０に対して電気絶縁していると共に良好な熱伝導体であるスリーブによって、埋設されている端部１２Ａは囲まれている。特に、電気絶縁性スリーブ１４を構成するために、焼結窒化アルミニウム又は焼結窒化ボロンを利用する場合があることに留意すべきである。

左側のヒートパイプ１２が示すように、電気絶縁性材料から作られていると共に沿面距離を大きくするために電気絶縁性スリーブの外側部分１４Ａを囲んでいるリングによって、冷却アセンブリが完成される。

右側のヒートパイプ１２が示すように、外側部分１２Ｂは、沿面距離を大きくするために第２の電気絶縁性スリーブ１８を占有している。

図３Ａは、回路遮断図２０の上述の原理に基づく第１の実施例を表わさす。図３では、共通する垂直面において、２つのヒートパイプ１２両方が、回路遮断器２０のケーシング内部に貫入している埋設されている部分１２Ａを有している。ヒートパイプ１２それぞれの外側部分１２Ｂの端部が、回路遮断器２０が内蔵されている容器２２の外側に熱を分散させることができるように凝結器２４を形成するために、一連のフィン２６によって囲まれている。

一般に、液体は重力によって復帰するので、より高い位置に凝結器２４を配設する必要がある。ヒートパイプ１２の内側にチャネルが設けられている場合には、液体の復帰が毛細管力によって加速されるので、より低い位置に凝縮器２４を配設することができる一方、効率が損なわれる。

図３Ａに表わす垂直断面図から明らかなように、回路遮断器が絶縁性サポート２８の上に配置されている。さらに、凝縮器２４が容器２２の上に配置されている。

図３Ａに表わすヒートパイプ１２それぞれが、回路遮断器２０の側部において、僅かにオフセットした態様で回路遮断器２０内に埋め込まれている。従って、当該ヒートパイプは、互いに比較的離隔した状態で容器２２に配置されている凝縮器２４に到達している場合がある。

図３Ｂは、図３Ａに表わす実施例と同一の要素を備えている実施例を表わす。しかしながら、ファン装置３０が容器２２の上方に設けられており、これにより、凝縮器２４を通過する空気の流れを促進すること、より具体的には凝縮器２４のフィン２６同士の間を通過する空気の流れを促進することができる。

図３Ｃは、側方にオフセットされている２つのヒートパイプ４２Ｂの間に配置されている、第３のヒートパイプ４２Ａを利用している第３の実施例を表わす。

図３Ｃに表わす実施例では、ヒートパイプ４２Ａ，４２Ｂそれぞれが少なくとも１つの凝縮器２４内で終端している。

長手方向断面図である図４に表わすように、ヒートパイプ４２Ａ，４２Ｂが、回路遮断器２０に沿って様々な地点に埋め込まれており、又は、ヒートパイプ４２Ａ，４２Ｂが、容器２２内に常時配置されている回路遮断器２０に設けられている他の開閉装置５０上に、例えば母線区域の絶縁装置上において様々な地点に埋め込まれている。ヒートパイプ４２Ａ，４２Ｂそれぞれが、容器２２の上に配置されている凝結器２４に常に接続されている。

適切な材料をヒートパイプ１２，４２Ａ，４２Ｂの内壁に付加することによって、ヒートパイプを倒置した状態で埋め込むことが可能となり、これにより冷却性能が向上する。

このような装置の主たる利点は、当該装置が、冷却液を含むことを必要とする絶縁方法を開発する必要なく、検証済みの様々なヒートパイプ及び冷却要素技術に適用可能なことである。

１ 冷却装置
２ 中電圧伝導器
３ 蒸発器
４ 凝縮装置
５ 熱伝達流体
７ 絶縁シース
８ 保護シース
９ スリーブ
１０ ケーシング
１２ ヒートパイプ
１２Ａ 埋設されている端部
１２Ｂ 埋設されていない端部
１４ 電気絶縁性スリーブ
１４Ａ 外側部分
１６ 電気絶縁性リング
１８ 第２の電気絶縁性スリーブ
２０ 回路遮断器
２２ 容器
２４ 凝結器
２６ フィン
２８ 絶縁性サポート
３０ ファン装置
４２Ａ ヒートパイプ
４２Ｂ ヒートパイプ
５０ 開閉装置

Claims (6)

1. 中電圧装置のための冷却装置であって、相転移をするための熱伝達流体を利用していると共に少なくとも１つのヒートパイプ（１２，４２Ａ，４２Ｂ）を備えている前記冷却装置において、
   少なくとも１つの前記ヒートパイプ（１２，４２Ａ，４２Ｂ）が、前記冷却装置内部に部分的に貫入しており、
   少なくとも１つの前記ヒートパイプ（１２，４２Ａ，４２Ｂ）が、良好な熱伝導体とされる電気絶縁性スリーブ（１４）によって、前記ヒートパイプ（１２，４２Ａ，４２Ｂ）の埋設されている部分（１２Ａ）内おいて電気的に絶縁されていることを特徴とする冷却装置。
2. 前記電気絶縁性スリーブ（１４）が、焼結窒化アルミニウムから作られていることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記電気絶縁性スリーブ（１２，４２Ａ，４２Ｂ）が、焼結窒化ボロンから作られていることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
4. アセンブリが、シース（２２）内に配置されており、
   前記ヒートパイプ（１２，４２Ａ，４２Ｂ）の外側部分（１２Ｂ）が、凝縮器（２４）において終端している前記冷却装置内部に貫入しておらず、電気絶縁性スリーブ（１８）を有していることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
5. 前記ヒートパイプ（１２）それぞれが、前記電気絶縁性スリーブ（１４）の外側部分（１４Ａ）に配置されている電気絶縁性リング（１６）を有していることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
6. 前記ヒートパイプ（１２，４２Ａ，４２Ｂ）それぞれが、前記ヒートパイプ（１２，４２Ａ，４２Ｂ）の外側部分に電気絶縁性スリーブ（１８）を有していることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。

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