(57)【要約】接離可能に設けられた可動側アーク接点（１４）および固定側アーク接点（１５）と、電流遮断時に可動側アーク接点（１４）および固定側アーク接点（１５）の間に生じるアークを消弧する絶縁消弧ガスを吹き付ける機構（５）と、アークによって生成された高温ガス（２３）を冷却する冷却筒（１１）とを備え、冷却筒（１１）は高温ガス（２３）が通過する流路側表面に高温ガス（２３）の輻射光が共振するサイズの周期構造（３１）を持つ孔配列を有する。
2017187654.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接離可能に設けられた可動側アーク接点および固定側アーク接点と、電流遮断時に前記可動側アーク接点および前記固定側アーク接点の間に生じるアークを消弧する絶縁消弧ガスを吹き付ける機構と、前記アークによって生成された高温の前記絶縁消弧ガスである高温ガスを冷却する冷却筒とを備え、
前記冷却筒は前記高温ガスが通過する流路側表面に前記高温ガスの輻射光が共振するサイズの周期構造を持つ孔配列を有するガス遮断器。
【請求項２】
前記冷却筒は、前記高温ガスの前記輻射光の赤外光が共振するサイズの前記周期構造を持つ前記孔配列を有する請求項１に記載のガス遮断器。
【請求項３】
前記冷却筒は、ＳＦ６ガスの赤外光が共振するサイズの前記周期構造を持つ前記孔配列を有する請求項２に記載のガス遮断器。
【請求項４】
前記冷却筒の前記孔配列の表面に前記高温ガスの前記輻射光を透過させる絶縁物コートを設けた請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のガス遮断器。
【請求項５】
前記絶縁物コートの厚みは前記高温ガスの前記輻射光が共振する波長の１／４の整数倍になっている請求項４に記載のガス遮断器。
【請求項６】
前記絶縁物コートの前記流路側表面に孔または溝を設けた請求項４または請求項５に記載のガス遮断器。
【請求項７】
前記絶縁物コートは着脱可能である請求項４から請求項６のいずれか１項に記載のガス遮断器。
【請求項８】
前記周期構造を持つ前記孔配列および前記絶縁物コートと、前記冷却筒の内表面との間に緩衝絶縁物を設けた請求項４から請求項７のいずれか１項に記載のガス遮断器。
【請求項９】
前記高温ガスの前記輻射光が共振するサイズの周期構造を持つ孔配列を前記ガス遮断器の前記冷却筒を覆う筺体の内表面に設けた請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のガス遮断器。
【請求項１０】
前記ガス遮断器の前記冷却筒を覆う前記筺体の前記内表面に設けた前記周期構造を持つ前記孔配列の表面に、前記高温ガスの前記輻射光を透過させる絶縁物コートを設けた請求項９に記載のガス遮断器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、短絡などの事故発生時の大電流や通常時の通電電流の遮断時に、接点間に生じるアークに絶縁消弧ガスを吹き付けて遮断するガス遮断器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガス遮断器は電流遮断時に接点間に発生するアークをパッファ室からのガス流によって冷却するため、アークによって熱せられた高温ガスが発生する。ガスが高温のままで冷却筒から排気されると冷却筒とタンク間の絶縁耐力が低下し、地絡する可能性がある。このため、冷却筒で高温ガスを十分に冷却する必要がある。【０００３】
冷却筒で高温ガスを冷却するため、高温ガスが流れる内側の表面に溝やひだを設けて、周囲にある低温ガスと混合および撹拌する冷却筒が開示されている（例えば、特許文献１）。また、表面を黒色にして高温ガスからの輻射光を吸収することで冷却する冷却筒が開示されている（例えば、特許文献２）。
さらに、電磁波の波長に合わせた周期で孔を設け、電磁波に共振する周期構造を構成して電磁波を吸収する方法が開示されている（例えば、特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１２４４６４号公報（段落［００１２］、［００１６］および図１）
【特許文献２】特開２００５−２４３４６５号公報（段落［００６６］、［００６７］および図１０）
【特許文献３】特開２０１４−１９７８３８号公報（段落［００２６］〜［００２９］および図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１開示発明では、高温と低温のガス間の乱流拡散による混合により熱交換を行っているため、混合が形成されるまでに時間がかかり、冷却の効率が下がる問題がある。特許文献２開示発明では、炭素を含む塗料を塗布するが、高温ガスに触れて塗料が蒸発したとき、蒸発した塗料が絶縁性能を保持しなければならない部分に付着すると絶縁劣化するという問題がある。
また、特許文献３開示発明では、ガス遮断器に適用する場合の適用方法、また、どのような電磁波に共振させるかについても開示されていない。ガス遮断器の高温ガスの冷却に対して効率の良い周期構造にする方法が不明であるという問題がある。【０００６】
この発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、高温ガスの冷却効率を向上させ、また、アークによる溶融物が原因となる劣化が抑制され、高い遮断性能が図れる冷却筒を備えたガス遮断器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るガス遮断器は、接離可能に設けられた可動側アーク接点および固定側アーク接点と、電流遮断時に可動側アーク接点および固定側アーク接点の間に生じるアークを消弧する絶縁消弧ガスを吹き付ける機構と、アークによって生成された高温の絶縁消弧ガスである高温ガスを冷却する冷却筒とを備え、冷却筒は高温ガスが通過する流路側表面に高温ガスの輻射光が共振するサイズの周期構造を持つ孔配列を有するものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係るガス遮断器は、高温ガスが通過する流路側表面に高温ガスの輻射光が共振するサイズの周期構造を持つ孔配列を有する冷却筒を備えるため、輻射光を効率よく吸収することができ、ガスの冷却効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１のガス遮断器に係る全体構成を概略的に示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１のガス遮断器に係る消弧装置を概念的に示す断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１のガス遮断器に係る冷却筒表面の詳細を概念的に示した図である。
【図４】この発明の実施の形態１のガス遮断器に係る冷却筒表面の詳細を概念的に示した図である。
【図５】この発明の実施の形態１のガス遮断器に係る冷却筒表面の微細構造の孔のサイズの説明図である。
【図６】この発明の実施の形態１のガス遮断器に係る絶縁消弧ガスであるＳＦ６ガスの発光スペクトル図である。
【図７】この発明の実施の形態１のガス遮断器に係る図５の孔のサイズと共振波長の関係の例を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態１のガス遮断器に係る冷却筒表面の微細構造の説明図である。
【図９】この発明の実施の形態１のガス遮断器に係る冷却筒表面の微細構造の説明図である。
【図１０】この発明の実施の形態２のガス遮断器に係る冷却筒表面の微細構造の変形例を概念的に示す断面図である。
【図１１】この発明の実施の形態２のガス遮断器に係る絶縁物コート材料のアクリル樹脂の透過スペクトル図である。
【図１２】この発明の実施の形態２のガス遮断器に係る冷却筒の絶縁物コート材料のＰＴＦＥ樹脂の透過スペクトル図である。
【図１３】この発明の実施の形態２のガス遮断器に係る絶縁物コートの変形例を示す冷却筒の断面図である。
【図１４】この発明の実施の形態３のガス遮断器に係る冷却筒の絶縁物コートの電界分布計算用の座標系の説明図である。
【図１５】この発明の実施の形態３のガス遮断器に係る冷却筒の絶縁物コートの電界分布計算の説明図である。
【図１６】この発明の実施の形態３のガス遮断器に係る冷却筒の絶縁物コートに伝搬可能な電磁波の共振モード説明図である。
【図１７】この発明の実施の形態３のガス遮断器に係る冷却筒の絶縁物コートの電界強度分布の計算例の説明図である。
【図１８】この発明の実施の形態４のガス遮断器に係る冷却筒の絶縁物コートの変形例を概念的に示す断面図である。
【図１９】この発明の実施の形態５のガス遮断器に係る冷却筒の絶縁物コートの他の変形例の説明図である。
【図２０】この発明の実施の形態６のガス遮断器に係る冷却筒表面の変形例を概念的に示す断面図である。
【図２１】この発明の実施の形態７のガス遮断器に係る全体構成を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
実施の形態１は、接離可能に設けられた可動側アーク接点および固定側アーク接点と、電流遮断時に可動側アーク接点および固定側アーク接点の間に生じるアークを消弧する絶縁消弧ガスを吹き付ける機構と、アークによって生成された高温の絶縁消弧ガスである高温ガスを冷却する冷却筒とを備え、冷却筒は高温ガスが通過する流路側表面に高温ガスの輻射光が共振するサイズの周期構造を持つ孔配列を有するガス遮断器に関するものである。
【００１１】
以下、本願発明の実施の形態１に係るガス遮断器の構成について説明する。ガス遮断器およびガス遮断器の冷却筒について、ガス遮断器の全体構成を示す断面図である図１、ガス遮断器の消弧装置の断面図である図２、冷却筒表面の詳細概念図である図３、４、冷却筒表面の微細構造の孔の説明図である図５、絶縁消弧ガス（ＳＦ６ガス）の発光スペクトル図である図６、図５の孔のサイズと共振波長の関係を示す図である図７、および冷却筒表面の微細構造の説明図である図８、９に基づいて説明する。
【００１２】
まず、実施の形態１のガス遮断器の構成を図１および図２に基づいてガス遮断器の主要な構成を説明する。
図１は実施の形態１に係るガス遮断器１００の主要構成を概略的に示す断面図であり、図２は図１に示された消弧装置１の要部を概念的に示す断面図である。
なお、図２は遮断動作の過程において開離された可動側アーク接点の先端部と固定側アーク接点の先端部との間にアークが発生した状態を示している。
【００１３】
図１、２において、ガス遮断器１００は、第１導体２ａを収納する第１ブッシング２と、第２導体３ａを収納する第２ブッシング３と、内部に絶縁消弧ガスを密封したタンク状の筐体４と、筐体４の外部に設置された駆動機構部５とを備える。
ここで、タンク状の筐体４は、後で詳細を説明する電流遮断時に可動側アーク接点１４および固定側アーク接点１５の間に生じるアークを消弧するための消弧装置１などを気密に包囲し、内部に絶縁消弧ガスを密封している。駆動機構部５は、可動側メイン接点１２および可動側アーク接点１４を固定側メイン接点１３および固定側アーク接点１５に対して接離動作させる機構であり、筐体４の外部に設置されている。
【００１４】
図１では、電流遮断時に接点間に発生するアークを消弧する主要構成部である消弧装置１として、太い一点鎖線で表している。図２は、この消弧装置１の要部を示した図である。
図１の可動側シールド２２は、消弧装置１を構成する一部であるが、図２では、図を見やすくするために省略している。可動側シールド２２は、円筒形状であり、電位勾配を緩和して、アークを消弧しやすくするために設けられている。なお、図１では、可動側シールド２２の左側に、ロッド１６を覆うように可動側シールド２２と連結された金属製円筒を設けている。
【００１５】
次に、駆動機構部５の構成、動作を説明する。
駆動機構部５は、可動側メイン接点１２および可動側アーク接点１４を駆動する機構であり、例えば、バネ機構、油圧機構などによって動作する操作装置５１と、リンク５２と、絶縁性のロッド１６などにより構成されている。
可動側メイン接点１２および可動側アーク接点１４は、ロッド１６を介してリンク５２に連結されて、操作装置５１により図２の左右方向に開閉極動作する。
筐体４からロッド１６を引出す部分には、気密を保ったまま摺動できるように、例えばＯリングなどを有する摺動部品７が設けられている。また、消弧装置１は、絶縁支持体６によって筐体４から絶縁支持されている。なお、ロッド１６は、駆動機構部５の構成要素であるが、消弧装置１の構成要素でもある。
【００１６】
絶縁消弧ガスとしては、例えば六フッ化硫黄（ＳＦ６）、二酸化炭素（ＣＯ２）、ヨウ化トリフルオロメタン（ＣＦ３Ｉ）、窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）、４フッ化メタン（ＣＦ４）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、あるいは、これらの少なくも２種類の混合したガスなどが用いられる。
【００１７】
次に、消弧装置１の構成を図２に基づいて説明する。
消弧装置１を構成する電流遮断に関わる主要構成要素は、可動側メイン接点１２、可動側アーク接点１４、および固定側メイン接点１３、固定側アーク接点１５である。
可動側メイン接点１２と可動側アーク接点１４とは、第１ブッシング２から伸びる第１導体２ａに接続されている。固定側メイン接点１３と固定側アーク接点１５とは、第２ブッシング３から伸びる第２導体３ａに接続されている。
【００１８】
消弧装置１は、アーク室２０、ロッド１６、パッファシリンダ２１、パッファピストン１８、パッファ室１７、ノズル１９、および冷却筒１１を備えている。
アーク室２０では、可動側アーク接点１４と固定側アーク接点１５との間に発生するアークが形成される。
ロッド１６は、アーク室２０の可動側アーク接点１４側に連通して設けられ、開閉極動作時においても可動側アーク接点１４との相対的な位置を保持する。
パッファシリンダ２１は、ロッド１６と同一軸でロッド１６を囲むように配置され、ロッド１６に固定されている。
パッファピストン１８は、パッファシリンダ２１に挿入され、開閉極動作時にはパッファシリンダ２１と摺動する。
パッファ室１７は、パッファシリンダ２１とパッファピストン１８との間の空間からなる。
ノズル１９は、パッファ室１７からアーク室２０へ絶縁消弧ガスを導く通路を形成する。
冷却筒１１は、固定側アーク接点１５と略同軸に配置されている。
ノズル１９は、アーク室２０においてアークによって熱せられた高温ガス２３を冷却筒１１へ導くように開口されている。
【００１９】
冷却筒１１と固定側メイン接点１３および固定側アーク接点１５は、図示されていないが金属で接続されており同電位となっている。
また、可動側シールド２２と可動側メイン接点１２および可動側アーク接点１４は、図示されていないが金属で接続されており同電位となっている。
【００２０】
図２において、棒状の固定側アーク接点１５の中心線が、可動側アーク接点１４の動作軸となる。可動側アーク接点１４は、例えば、弾性的な複数の接触フィンガを備えた接触チューリップであり、この接触フィンガは、動作軸を中心軸として環状に配置され、スリット（図示せず）によって分割されている。可動側アーク接点１４には、図１における第１導体１ａと摺動可能に電気的に接続されたパッファシリンダ２１を通して電位が与えられる。この可動側アーク接点１４は、固定側アーク接点１５と接触子対を構成している。
【００２１】
パッファシリンダ２１はロッド１６を中心軸とする円筒である。パッファシリンダ２１には、パッファピストン１８が挿入されており、パッファシリンダ２１とパッファピストン１８とで囲まれた空間でパッファ室１７を構成している。実施の形態１では、パッファピストン１８は消弧装置１を支える構造体に固定されており、可動側アーク接点１４を開極方向へ駆動すると、パッファ室１７内の絶縁消弧ガスが圧縮され圧力が上昇する。
【００２２】
上記説明のように構成された実施の形態１においては、図示していない制御装置により開極指令が与えられ操作装置５１が駆動されると、リンク５２、ロッド１６を介して、可動側アーク接点１４、パッファシリンダ２１、可動側メイン接点１２、ノズル１９が図２における左方向へ一体的に移動する。この結果、固定側アーク接点１５と可動側アーク接点１４とが開離して、アーク室２０内にアークが発生し、同時にパッファ室１７の体積が縮小されて内部の絶縁消弧ガスの圧力が上昇する。
【００２３】
パッファ室１７の圧力がアーク室２０の圧力よりも大きくなると、パッファ室１７からアークに絶縁消弧ガスが吹き付けられる。さらに、吹き付けられた絶縁消弧ガスはアークの熱で熱せられ高温となり、高温ガス２３がアーク室２０からノズル１９に導かれて冷却筒１１へ流入する。冷却筒１１は例えばアルミで作られており、冷却筒１１の内部を高温ガス２３が流れていく間に高温ガス２３は冷却され温度が低下する。ガスの絶縁性能は温度により決まり、温度が上昇するとガスの絶縁耐力が下がる。従って、冷却筒１１から出てきたガスの温度に、冷却筒１１と筐体４との間の必要となる絶縁距離が依存するため、筐体４のサイズが依存することになる。
なお、請求の範囲の絶縁消弧ガスを吹き付ける機構は、パッファシリンダ２１、パッファ室１７、パッファピストン１８、ロッド１６、および駆動機構部５が相当する。
【００２４】
高温ガス２３が冷却する要因は低温ガスと撹拌され混合されて拡散することによる冷却と、高温ガス２３から放射される輻射光がエネルギーを放出することによる冷却がある。輻射光による冷却の場合、高温ガス２３が電離する温度約３０００Ｋ以下の輻射光は主として赤外光である。
【００２５】
次に、高温ガス２３からの輻射光を利用した冷却筒１１の冷却について説明する。
実施の形態１の冷却筒１１の内表面には図３、４に示すような多列の凹凸または孔が周期的に配置された構造が施されている。この周期構造は、絶縁消弧ガスの持つ固有の赤外波長の光が共振するように孔が配列されている。すなわち、冷却筒１１は高温ガス２３の輻射光が共振するサイズの周期構造を持つ孔配列を有する。
なお、図３（ａ）は斜視図であり、図３（ｂ）は断面図である。図４（ａ）は孔の並びの例を示し、図４（ｂ）は短径の例を示し、図４（ｃ）は角部が曲線の例の断面図である。
光の電磁気的性質により、例えば、図３の周期構造に共振し、捉えられ、周期構造における損失で光のエネルギーが冷却筒１１に吸収される。
例えば非特許文献  東北大学発行、東北大学新技術説明会資料「高温フォトニクス材料を用いた高度太陽エネルギー利用」（湯上浩雄著、日本国、２０１４年６月６日発行）によれば微細周期構造内部に生じる定在波のモードと波長が整合する電磁波が吸収され、孔の構造が例えば図５に示すような寸法であれば、式１で示される波長に共振する。
【００２６】
λｌｍｎ＝２／√｛（ｌ／Ｌｘ）２＋（ｍ／Ｌｙ）２＋（ｎ／Ｌｚ）２｝  （式１）
ここで、ｌ、ｍ、ｎ＝０、１、２、・・・・
【００２７】
一方、絶縁消弧ガスとして、例えばＳＦ６ガスは赤外波長の領域に図６に示すように吸収スペクトルを持っている。吸収スペクトルと発光スペクトルは同等である。図６において例えば、波長１０μｍから２０Ｃの間は高い発光を示すので、この発光波長が共振する周期構造とすれば、効率良く輻射光が吸収され、高い冷却性能が得られる。
なお、図６の横軸は波長（μｍ）、縦軸は吸収係数（／ｍ）である。
【００２８】
（式１）によれば、例えばｌ＝１、ｍ＝ｎ＝０の場合、Ｌｘ＝Ｌｙ＝Ｌｚ＝ＬとしたときにＬと共振波長λとの関係は図７に示すような関係になる。したがって、波長１０μｍから２０μｍの輻射光に対応させる場合は、Ｌを１２μｍから２４μｍにすればよい。
ここでは孔のサイズについて説明したが、孔と孔の間の距離など孔のサイズ以外の部分の長さについても冷却性能と関係する。例えば図８に示すように、隣接する孔との距離を波長に共振するＬｘ、Ｌｙとすればさらに効果が上がる。このとき、Ｌｚは孔の深さに対応する。また簡単には、１／２波長の整数倍の距離にしてもよい。
【００２９】
あるいは、黒体輻射に相当するブロードな波長に対応するため、図９（ａ）に示すように、それぞれ異なる波長に共振する複数の孔を交互に配列してもよい。また、図９（ｂ）に示すように、列ごとに異なる波長に共振する孔を配置してもよい。
なお、図９（ａ）、（ｂ）において、Ｒは「異なる波長に共振」を示している。
また、図９（ｃ）に示すように、区画ごと（例えば、区分Ａおよび区分Ｂごと）に異なる波長に共振する孔を配置した周期構造を用いて全体として広い波長帯域に適用するようにしてもよい。
このような多列の孔の周期構造により、高温ガス２３が発する輻射光は、通常の金属面に比較して効率よく吸収されることになり、冷却が促進される。
【００３０】
冷却筒１１を通常の金属面とした場合には、反射して冷却筒１１に吸収されなかった光は低温ガスに吸収されるため、低温ガスは加熱され温度が上がる。ガスの絶縁性能は温度に逆比例して低下するため、通常の金属面とした場合には、高温ガス２３の冷却性能が低下する。
さらに、低温ガスの温度が上がると高温ガス２３との温度差が縮まり、熱伝導のような温度勾配による冷却性能が悪くなる。
したがって、本実施の形態１の冷却筒１１のように内面に輻射光を吸収する周期構造を設けることによって、低温ガスの温度上昇を防ぐことができ、冷却性能を向上させるとともに、絶縁性能を向上させることができる。
【００３１】
冷却筒１１の内表面の周期構造３１の形態について説明する。
図３（ａ）、（ｂ）の孔は碁盤状に並んでいる例を示した。図４（ａ）のように交互に規則的にずれていてもよい。この場合の孔の間隔は、斜め方向にある孔と孔の間の距離が共振波長に適合するような距離になっておればよい。また、図３（ａ）の孔は円筒形をしているが、図４（ｂ）のように矩形の孔であってもよい。さらに、図３（ｂ）の断面は矩形であるが、図４（ｃ）のように角部が曲線を描いている場合でも、同様の効果を奏する。
【００３２】
なお、以上の説明では、周期構造３１を冷却筒１１の内表面を加工処理することで、周期構造３１を冷却筒１１の内表面に直接設ける場合を説明した。しかし、周期構造３１を有する金属シートを冷却筒１１の内表面に設置しても、同様の効果を奏する。
【００３３】
以上説明したように、実施の形態１のガス遮断器は、電流遮断時に可動側アーク接点および固定側アーク接点の間に生じるアークを消弧する絶縁消弧ガスを吹き付ける機構と、アークによって生成された高温の絶縁消弧ガスである高温ガスを冷却する冷却筒とを備え、冷却筒は高温ガスが通過する流路側表面に高温ガスの輻射光が共振する周期構造を持つ孔配列を有するものである。このため、実施の形態１のガス遮断器は、冷却筒において輻射光を効率よく吸収することができ、高温ガスの冷却効率を向上させることができる。
【００３４】
実施の形態２．
実施の形態２のガス遮断器は、実施の形態１のガス遮断器において、冷却筒内表面の周期構造を持つ孔配列の表面に絶縁物でできた被覆として絶縁物コートを設けたものである。
【００３５】
以下、実施の形態２のガス遮断器について、冷却筒表面の微細構造の変形例を概念的に示す断面図である図１０、絶縁物コート材料のアクリル樹脂の透過スペクトル図である図１１、絶縁物コート材料のＰＴＦＥ（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）樹脂の透過スペクトル図である図１２、および絶縁物コートの変形例を示す冷却筒の断面図である図１３に基づいて、実施の形態１との差異を中心に説明する。図１０において、実施の形態１の図２、３と同一あるいは相当部分は、同一の符号を付している。
【００３６】
実施の形態２のガス遮断器の冷却筒１１の内表面に設ける絶縁物コートの機能、効果について、図１０〜図１２に基づいて説明する。
なお、図１０（ａ）ない例を示している。
【００３７】
まず、冷却筒１１の内表面の周期構造３１を持つ孔配列の表面に絶縁物コートを設ける必要性について説明する。
図２においてアークが発生すると可動側アーク接点１４および固定側アーク接点１５はアークの温度により溶融する。金属でできた接点の溶融物の一部はアーク室２０から冷却筒１１への高温ガスの流れにより冷却筒１１に飛ばされ、冷却筒１１の表面に付着する。  冷却筒１１の表面に溶融物の一部が付着すると、周期構造３１の周期性が失われ、輻射光の吸収性能が低下する。また、飛来する間に硬化した溶融物は表面に衝突することで周期構造を損傷させ、周期構造３１の周期性を失わせることになる。
【００３８】
図１０（ａ）のように絶縁物コート３２ａを設けることにより、たとえ溶融物が付着しても絶縁物があることで周期構造３１の周期性を失うことはない。また、輻射光は絶縁物の内部を伝って、周期構造３１の溶融物に隠れた部分にも到達することができるので吸収性能を低下することがない。また、硬化した溶融物が飛来しても、絶縁物コートが損傷を受けるだけであり、周期構造３１を損傷させないので輻射光の吸収性能が低下することがない。
【００３９】
図１０（ａ）の例は、絶縁物コート３２ａが凹凸（孔）の内部まで誘電体で満たされている状態を示している。図１０（ｂ）は、絶縁物コート３２ｂが周期構造３１の凸部の上のみに誘電体が設けられている場合を示している。この場合でも、同様の効果を奏する。
【００４０】
次に、絶縁物コート３２ａ、３２ｂの材料である絶縁物の光の透過性能について説明する。なお、絶縁物コート３２ａ、３２ｂを区別する必要がない場合は、適宜、絶縁物コート３２と記載する。
この絶縁物コート３２の材料である絶縁物には、周期構造３１の共振波長の光を透過する性質の材料を用いれば周期構造３１の吸収性能を低下させることがない。
【００４１】
例えばアクリルは非特許文献の佐賀県工業技術センター  平成６年研究報告書「フーリエ変換赤外分光光度計を用いた材料評価技術に関する研究」（福元  豊、秀島  康文、坂田宗章著、日本国、平成６年発行、７０から７６頁、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓａｇａ−ｉｔｃ．ｊｐ／ｉｎｆｏ／＿１０３５／＿１１９０．ｈｔｍｌ，  ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓａｇａ−ｉｔｃ．ｊｐ／ｖａｒ／ｒｅｖ０／０００２／７９７９／ｐ０７０−０７６．ｐｄｆ）に記載されているように図１１に示す透過スペクトルを持っている。図１１が示すように、１０μｍから２０μｍの波長においては光を透過する性質を持っている。
なお、図１１の横軸は波数、縦軸は透過率を示す。
したがって、ＳＦ６の発光スペクトルに対応する１０μｍから２０μｍに共振波長をもつ周期構造３１に対しては、アクリルの絶縁物コートを用いることで効率よい光吸収が可能となる。
【００４２】
また、非特許文献の島津製作所発行  技術情報誌「ＦＴＩＲ  ＴＡＬＫ  ＬＥＴＴＥＲ  ｖｏｌ．２１  多彩なＦＴＩＲスペクトルから得られる情報と誤解析回避」（宮下喜好著、日本国、２０１３年９月発行、２１巻、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｎ．ｓｈｉｍａｄｚｕ．ｃｏ．ｊｐ／ｆｔｉｒ／ｓｕｐｐｏｒｔ／ｌｉｂ／ｆｔｉｒｔａｌｋ／ｔａｌｋ／２１．ｈｔｍ）に記載されているように、ＰＴＦＥ樹脂も図１２に示す透過スペクトルを持っているので、ＳＦ６用に用いることができる。
なお、図１２の横軸は波数、縦軸は透過率を示す。
【００４３】
次に、図１３に絶縁物コート３２の変形例を示す
図１３に示すように１００００Ｋを超える温度のアークから直接放射される紫外波長の輻射光４１が冷却筒１１に至る可能性がある。この紫外波長の輻射光４１を吸収する材料で絶縁物コート３２を作れば、紫外波長の輻射光４１は絶縁物コート３２で吸収され周期構造３１が吸収することがなくなる。このため、紫外波長の輻射光４１による周期構造３１の加熱や溶融を防ぐことができ周期構造３１を保護することができる。
【００４４】
なお、以上の説明では、周期構造３１を冷却筒１１の内表面を加工処理することで、周期構造３１を冷却筒１１の内表面に設ける場合を想定して説明した。しかし、周期構造３１を有する金属シートを冷却筒１１の内表面に設置してもよい。
【００４５】
以上説明したように、実施の形態２のガス遮断器は、実施の形態１のガス遮断器において冷却筒の内表面に周期構造を持つ孔配列の表面に絶縁物でできた被覆として絶縁物コートを設けたものである。したがって、実施の形態１のガス遮断器と同様に、輻射光を効率よく吸収することができ、高温ガスの冷却効率を向上させることができる。さらに、飛来する接点の溶融物から冷却筒の表面の周期構造を保護することができる。
また、絶縁物コートを紫外波長の輻射光を吸収する材料で作ることで、紫外波長の輻射光４１から周期構造を防ぐことができる。
【００４６】
実施の形態３．
実施の形態３のガス遮断器は、実施の形態２で説明したガス遮断器において、冷却筒内表面の周期構造を持つ孔配列の表面に設けた絶縁物コート３２の厚みを、輻射光が共振する大きさに設定したものである。
【００４７】
以下、実施の形態３のガス遮断器について、冷却筒の絶縁物コートの電界分布計算用の座標系の説明図である図１４、絶縁物コートの電界分布計算の説明図である図１５、絶縁物コートに伝搬可能な電磁波の共振モード説明図である図１６、および絶縁物コートの電界強度分布の計算例の説明図である図１７に基づいて、実施の形態２との差異を中心に説明する。
【００４８】
輻射光は電磁気的性質を持っているので、その電界分布を表すことができる。
まず、導体の表面における電界分布を求める。
図１４は導体表面に絶縁物（誘電体）を置いた場合の図であり、導体表面をｙ＝０とした座標系を示している。なお、図１４において、Ｉは絶縁物（誘電体）、Ｃは導体である。
図１４では、導体はｘ方向とｚ方向に一様であるように示しているが、図１５に示したように周期構造３１の凹凸の平均深さδの位置をｙ＝０としたものと等価であるとしてよい。
Ｍａｘｗｅｌｌの電磁界方程式を図１４の構造に対して解くことにより、図１４の構造に対して、共振モードのグラフに示した波数と周波数の関係があるときに共振して電磁波として存在することができることがわかる（図１６参照）。
なお、図１６の横軸はｋｚｄであり、縦軸はωｄ／ｃである。
図１６において、ωは角周波数、ｃは光速度、ｄは図１４における誘電体（絶縁物）の厚み、ｋｚはｚ方向の波数を示している。波数は波長の逆数である。
【００４９】
図１６で示される波数と周波数の組み合わせの１点を選んで電界分布を示したものが図１７である。なお、図１７の横軸は電界強度であり、縦軸は絶縁物の厚みである。Ｚは絶縁物（誘電体）領域（厚さｄ＝１）を示し、Ｍは金属面を示す。
図１７は、例として絶縁物の厚みを１、横軸にピークを１としたときの電界強度を示している。図１７のように絶縁物コートがあることによって、絶縁物内に電界が集中することがわかる。光が絶縁物表面と金属面との間の往復反射により絶縁物内に集中すると考えてもよい。
これによって輻射光は絶縁物に捉えられるため周期構造３１での吸収性能を向上させることができる。周期構造３１の共振波長に合わせた絶縁物コート３２の厚みも求めることができる。
なお、以上の説明では厳密に共振波長を求めているが、簡略的には絶縁物の厚みを輻射光が共振する波長の１／４の整数倍としても、同様の効果を奏することができる。
【００５０】
以上説明したように、実施の形態３のガス遮断器は、実施の形態２で説明したガス遮断器において、冷却筒内表面の周期構造を持つ孔配列の表面に設けた絶縁物コート３２の厚みを、輻射光が共振する大きさに設定したものである。したがって、実施の形態１のガス遮断器と同様に、冷却筒は輻射光を効率よく吸収することができ、高温ガスの冷却効率を向上させることができる。また、飛来する接点の溶融物から冷却筒の表面の周期構造を保護することができ、さらに周期構造での吸収性能を向上させることができる。
【００５１】
実施の形態４．
実施の形態４のガス遮断器は、実施の形態２で説明したガス遮断器において、冷却筒内表面の周期構造を持つ孔配列の表面に設けた絶縁物コートの表面に高温ガスと低温ガスの混合を促進させる孔または溝を設けたものである。
【００５２】
以下、実施の形態４のガス遮断器について、冷却筒に設ける絶縁物コートの変形例を概念的に示す断面図である図１８に基づいて、実施の形態２との差異を中心に説明する。図１８において、実施の形態２の図１０と同一あるいは相当部分は、同一の符号を付している。
【００５３】
図１８において、絶縁物コート３３の表面には、孔または溝を設けている。
高温ガス２３および低温ガスが到来すると、孔または溝により流れが変えられ渦が発生する。
流れが下流に進むにつれて渦の大きさが拡大し、高温ガス２３と低温ガスの混合が進むため高温ガス２３の温度が低下する。このようにすることで、周期構造３１での輻射光吸収による冷却に加え、混合や熱伝導による冷却が行われるため冷却効果が高まる。
【００５４】
また、金属では、波長に比較して十分大きな凹凸や角部は電荷が集中することで絶縁破壊の起点になる可能性がある。しかし、絶縁体であれば電荷が存在しないので絶縁破壊は起こらない。
したがって、高温ガス２３および低温ガスの混合を生じさせるための凹凸は波長に比べてかなり大きいサイズの凹凸となるが、絶縁物コート３３は絶縁体で構成されているため、絶縁破壊が生じる恐れはない。
【００５５】
以上説明したように、実施の形態４のガス遮断器は、実施の形態２で説明したガス遮断器において、冷却筒内表面の周期構造を持つ孔配列の表面に設けた絶縁物コートの表面に高温ガスと低温ガスの混合を促進させる孔または溝を設けたものである。したがって、実施の形態１のガス遮断器と同様に、冷却筒は輻射光を効率よく吸収することができ、高温ガスの冷却効率を向上させることができる。また、飛来する接点の溶融物から冷却筒の表面の周期構造を保護することができ、さらに混合や熱伝導により冷却効果を高めることができる。
【００５６】
実施の形態５．
実施の形態５のガス遮断器は、実施の形態２で説明したガス遮断器において、冷却筒内表面の周期構造を持つ孔配列の表面に設けた絶縁物コートを着脱可能なシート状にしたものである。
【００５７】
以下、実施の形態５のガス遮断器について、絶縁物コートの他の変形例の説明図である図１９に基づいて、実施の形態２との差異を中心に説明する。
【００５８】
図１９において、冷却筒１１の内部に装着された絶縁物コート３４は、冷却筒１１の表面から着脱可能なシート状になっている。絶縁物コート３４は、柔軟になるように材料が選択されたものか、または厚さが調整されているものである。
絶縁物コート３４が冷却筒１１の内部に装着されるまでの工程を説明する。
まず、絶縁物コートを平面状に加工（Ｐ１）して、シート状絶縁物コート３４ａを製作する。
次に、冷却筒１１に装着するために、冷却筒１１の内表面の形状に従って、形状を円筒状に変形させる（Ｐ２）ことで、形状を円筒状に変形させた絶縁物コート３４ｂができる。
次に、円筒状に変形させたシート状の絶縁物コート３４ｂを、冷却筒１１の内部に装着する（Ｐ３）。
【００５９】
冷却筒１１の内部に装着された絶縁物コート３４は、着脱可能であるため、飛散物が付着した場合において容易に取り替えが可能である。このため、冷却筒１１全体を交換する必要がなくなるので、保守が容易となり、保守費用も低減できる。
【００６０】
以上説明したように、実施の形態５のガス遮断器は、実施の形態２で説明したガス遮断器において、冷却筒内表面の周期構造を持つ孔配列の表面に設けた絶縁物コートを着脱可能なシート状にしたものである。したがって、実施の形態１のガス遮断器と同様に、冷却筒は輻射光を効率よく吸収することができ、高温ガスの冷却効率を向上させることができる。また、飛来する接点の溶融物から冷却筒の表面の周期構造を保護することができ、さらに保守が容易となり、保守費用を低減できる。
【００６１】
実施の形態６．
実施の形態６のガス遮断器は、実施の形態２で説明したガス遮断器において、高温ガスの輻射光が共振するサイズの周期構造を持つ孔配列および絶縁物コートと、冷却筒内表面との間に緩衝絶縁物を設けたものである。
【００６２】
以下、実施の形態６のガス遮断器について、冷却筒表面の変形例の概念図である図２０に基づいて、実施の形態２との差異を中心に説明する。
ただし、実施の形態６では、周期構造３１として、高温ガスの輻射光が共振する周期構造を持つ孔配列を有する金属シートを使用することを想定している。
【００６３】
実施の形態６のガス遮断器は、図２０に示すように表面に絶縁物コート３２を設けた孔配列を有する周期構造３１と内表面との間に緩衝絶縁物６１を配置した冷却筒１１を備えている。
緩衝絶縁物６１の材質は絶縁物コート３２と同じ材質であってもよいし、異なっていてもよい。このように薄い周期構造３１を絶縁物コート３２および緩衝絶縁物６１で挟むことで、組み立て時の強度が増すという効果が得られる。特に、周期構造３１が着脱可能なシート状になっている場合に、周期構造３１を冷却筒１１に装着する場合に衝突などで周期構造３１が破損することを防ぐことができる。
さらに、緩衝絶縁物６１の厚さを輻射光が共振する波長の１／４の整数倍の厚さとすることにより、緩衝絶縁物６１の内部に輻射光が閉じ込められ、冷却が促進されるという効果を奏する。
【００６４】
以上説明したように、実施の形態６のガス遮断器は、実施の形態２で説明したガス遮断器において、高温ガスの輻射光が共振するサイズの周期構造を持つ孔配列および絶縁物コートと、冷却筒の内表面との間に緩衝絶縁物を設けたものである。したがって、実施の形態１のガス遮断器と同様に、冷却筒は輻射光を効率よく吸収することができ、高温ガスの冷却効率を向上させることができる。また、飛来する接点の溶融物から冷却筒の表面の周期構造を保護することができ、さらに保守が容易となり、保守費用を低減できる。
【００６５】
実施の形態７．
実施の形態７のガス遮断器は、実施の形態１で説明したガス遮断器において、ガス遮断器の筺体内表面に、高温ガスの輻射光が共振するサイズの周期構造を持つ孔配列を設けたものである。
【００６６】
以下、実施の形態７のガス遮断器について、全体構成を示す断面図である図２１に基づいて、実施の形態１との差異を中心に説明する。
【００６７】
実施の形態７のガス遮断器は、図２１に示すように高温ガスの輻射光が共振するサイズの周期構造を持つ孔配列（周期構造と記載する）７１をガス遮断器２００の冷却筒１１を覆う筐体４の内表面に設けている。実施の形態２と同様に周期構造の表面に高温ガスの輻射光を透過させる絶縁物コートを配置してもよい。図２１では高温ガスが直接当たる付近のみ設けているが、ガス遮断器の筐体４の内面すべてに設けてもよい。
このようにガス遮断器の筐体４の内表面に周期構造７１を設けたことにより、冷却筒１１の外部においても高温ガスから放出される輻射光を吸収することができ、ガス遮断器の筐体４内部での高温ガスの冷却を促進させることができる。
【００６８】
以上説明したように、実施の形態７のガス遮断器は、実施の形態１で説明したガス遮断器において、ガス遮断器の筺体内表面に、高温ガスの輻射光が共振するサイズの周期構造を持つ孔配列を設けたものである。したがって、実施の形態１のガス遮断器と同様に、冷却筒は輻射光を効率よく吸収することができ、高温ガスの冷却効率を向上させることができる。また、ガス遮断器の筐体内部での高温ガスの冷却を促進させることができる。
【００６９】
なお、本発明は、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たり、実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
この発明は、高温ガスの輻射光が共振するサイズの周期構造を持つ孔配列を内表面に設けた冷却筒を備えたガス遮断器に関するものであり、冷却効率を向上させることができるため、高い遮断性能が必要なガス遮断器に広く適用できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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