(57)【要約】【課題】変圧器の巻線構成を変更せず、変圧器の冷却性能を大幅に向上させることができるガス絶縁変圧器を提供する。【解決手段】タンク１５に接続された絶縁ガス循環用配管６に、絶縁ガスを断熱圧縮する断熱圧縮部Ａ、絶縁ガスを冷却する冷却部Ｂ及び冷却された絶縁ガスを断熱膨張させる断熱膨張部Ｃを順次設置する。絶縁ガス循環用配管６にコンプレッサー２を配設すると共に、その下流側には高圧力に耐え得る冷却部Ｂを配設し、さらに、減圧バルブ５をタンク１５に直接接続するように設置し、この減圧バルブ５を介して絶縁ガスをタンク１５に循環供給するように構成する。コンプレッサー２にはバイパス用配管７を取付け、この配管７には閉止用バルブ９を設置する。また、冷却部Ｂにおいては、絶縁ガス循環用配管６の周囲に熱交換用フィン４を設置し、その外部にはファン１０を設置する。タンク１５の絶縁ガス導入部のタンク内面に断熱材１６を設置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にガス仕切板を設置してガス導入部を形成したタンク内に鉄心及び巻線部分を収納すると共に、該タンク内に絶縁ガスを封入し、この絶縁ガスによって前記鉄心及び巻線部分を冷却するガス絶縁変圧器において、
前記タンクの外部に、前記絶縁ガスを冷却するための循環用配管が設けられ、
前記循環用配管に、前記絶縁ガスを断熱圧縮する断熱圧縮部と、前記絶縁ガスを冷却する冷却部と、冷却された絶縁ガスを断熱膨張させる断熱膨張部が順次設置され、
前記断熱膨張部は前記タンクに直接接続され、
前記タンクのガス導入部の内面に断熱材が取り付けられていることを特徴とするガス絶縁変圧器。
【請求項２】
前記冷却部が、前記循環用配管に熱交換用フィンを取付けてなることを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁変圧器。
【請求項３】
前記冷却部が所定の熱交換器の容器内に収納され、
前記絶縁ガスと、前記熱交換器に供給される二次冷却媒体との間で熱交換がなされるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載のガス絶縁変圧器。
【請求項４】
前記冷却部が、前記循環用配管と、二次冷却媒体が通る循環ラインと、両者の間に設置された熱電変換素子とから構成されていることを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁変圧器。
【請求項５】
前記断熱膨張部が減圧弁から構成され、
前記減圧弁を全開にした場合に、その部分の配管の断面積が、前記冷却部の配管の断面積の最小部分よりも大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のガス絶縁変圧器。
【請求項６】
前記断熱圧縮部が、コンプレッサーからなることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のガス絶縁変圧器。
【請求項７】
前記断熱圧縮部をバイパスするラインが設けられると共に、このバイパスラインに閉止用バルブが取付けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のガス絶縁変圧器。
【請求項８】
前記絶縁ガスとして、その使用温度・圧力で液化しない絶縁ガスを用いることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のガス絶縁変圧器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガス絶縁変圧器に係り、特に、絶縁ガスによる冷却効率を大幅に向上させるべく改良を施したガス絶縁変圧器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５は、従来のガス絶縁変圧器を模式化して示した断面図である。すなわち、従来のガス絶縁変圧器は、冷却媒体兼絶縁媒体としての絶縁ガス、例えば六フッ化硫黄ガス（ＳＦ6ガス）２９を包蔵したタンク１５内に、鉄心２２とこれに巻装された巻線２３を含む変圧器の中身が収納され、該変圧器の発熱を吸収した絶縁ガス２９を、前記タンク１５の外部に配設された放熱器２４及びブロワ２８からなる冷却システムを介して循環させるように構成されている。そして、この放熱器２４における絶縁ガス２９と外気との間の熱交換により絶縁ガス２９を冷却し、この絶縁ガス２９によって変圧器の冷却が行われるように構成されている。なお、前記タンク１５内にはガス仕切板２６が設置され、このガス仕切板２６によってタンク１５の下部に絶縁ガス導入部が形成されている。
【０００３】
このような構成を有する従来のガス絶縁変圧器においては、該変圧器で発生した熱を上記冷却システムによって外気中に放出することにより、該変圧器の温度上昇を、該変圧器に使用される絶縁材料によって決まる許容最高温度以下に保つように構成されている。換言すれば、変圧器の発熱を吸収する絶縁ガス２９の流量は、該変圧器の温度上昇を、該変圧器に使用される絶縁材料によって決まる許容最高温度以下に保つことができる流量とする必要がある。通常、外気は０℃から３５℃まで変わるが、この外気温の空気と変圧器の発熱を吸収した絶縁ガス２９の温度差により熱流量が決まっている。この熱の伝達を良くするために、熱伝導性が良い材料で放熱器２４を製造したり、放熱器２４の外部にファンを取付けて、熱交換を増強している。
【０００４】
また、変圧器の冷却能力をさらに向上させるためには、ガスを流す場合の圧力損失を低減して、絶縁ガス２９の流量を増大させて放熱器２４を増設する構成以外に、特許文献１や特許文献２に提示されているように、変圧器巻線の内部に熱伝導のためのヒートパイプを取付けたり、特許文献３に示すように巻線内に冷却板を入れるなどの方法が提案されている。
【０００５】
さらに、特許文献４に示すように、タンク１５に接続された配管６に、コンプレッサー２、冷却器８及びバルブ５が順次設置され、冷却器８にガスを高圧力で貯めておくことができるようにして、高温になったガスを外部の空気で冷却することで冷却効率を良くすると共に、バルブ５の開閉を繰り返すことでガスを循環させて冷却をおこなうものが提案されている（図６参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０５−２７５２４５号公報
【特許文献２】特開２００１−１４３９３６号公報
【特許文献３】特開２００３−１０９８２５号公報
【特許文献４】特公昭４３−１５４４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述したようなヒートパイプや巻線内に冷却板を入れるなどの構成を有する従来のガス絶縁変圧器においては、巻線の大幅な変更が必要となるため、コスト上昇の要因となっていた。また、図６に示したような、冷却器８部分で高圧力にしたガスを冷却し、バルブ５の開閉を繰り返すことでガスを循環させる方法は、バルブの信頼性が問題になるだけでなく、バルブ５からタンク１５への接続部分で、配管６を介して冷えたガスが暖められてしまうという不都合もあった。
【０００８】
本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、変圧器の巻線構成を変更せず、変圧器の冷却性能を大幅に向上させることができるガス絶縁変圧器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、内部にガス仕切板を設置してガス導入部を形成したタンク内に鉄心及び巻線部分を収納すると共に、該タンク内に絶縁ガスを封入し、この絶縁ガスによって前記鉄心及び巻線部分を冷却するガス絶縁変圧器において、前記タンクの外部に、前記絶縁ガスを冷却するための循環用配管が設けられ、前記循環用配管に、前記絶縁ガスを断熱圧縮する断熱圧縮部と、前記絶縁ガスを冷却する冷却部と、冷却された絶縁ガスを断熱膨張させる断熱膨張部が順次設置され、前記断熱膨張部は前記タンクに直接接続され、前記タンクのガス導入部の内面に断熱材が取り付けられていることを特徴とするものである。
【００１０】
上記のような構成を有する本発明によれば、変圧器の発熱を吸収した絶縁ガスは、まず断熱圧縮部に導入され、ここで高圧にされて断熱圧縮され、温度が上昇すると共に、断熱圧縮部自体の損失も加わってさらに高温になる。次に、冷却部において、高温になった絶縁ガスと外気温の温度差で熱伝達が行われるため、多くの熱量が外気に伝達され、絶縁ガスは外気温まで冷却される。
【００１１】
続いて、外気温になった高圧力の絶縁ガスを、断熱膨張部において断熱膨張させることで絶縁ガスは外気温よりもさらに低くなる。この断熱膨張部はタンクに直接接続されているため、外気温よりもさらに低くなった絶縁ガスはタンクに直接導入されるので、不要な熱交換が行なわれることを防止することができる。さらに、タンク下部の絶縁ガス導入部の内面には断熱材が取り付けられているため、タンク部分で外部の熱がタンク内に進入することを防止することができる。
【００１２】
このように絶縁ガスの単位質量当たりの冷却能力は非常に高くなるので、絶縁ガスの循環量が同じ場合には、ガス絶縁変圧器の容量を大きくすることができる。また、ガス絶縁変圧器の容量が同じ場合には、絶縁ガスの流量を減らすことができる。これにより、変圧器巻線の構成を変えずに、変圧器の冷却性能を大幅に向上させることが可能なガス絶縁変圧器を提供することができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上のような本発明によれば、変圧器の巻線構成を変更せず、変圧器の冷却性能を大幅に向上させることができるガス絶縁変圧器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係るガス絶縁変圧器の実施例１の構成を模式化して示す断面図である。
【図２】本発明に係るガス絶縁変圧器の実施例２の構成を模式化して示す断面図である。
【図３】本発明に係るガス絶縁変圧器の実施例３の構成を模式化して示す断面図である。
【図４】本発明に係るガス絶縁変圧器の実施例４の構成を模式化して示す断面図である。
【図５】従来のガス絶縁変圧器の構成を模式化して示す断面図である。
【図６】従来のガス絶縁変圧器の構成を模式化して示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係るガス絶縁変圧器の実施例について、図面を参照して説明する。なお、図５及び図６に示した従来型と同一の部材には同一の符号を付して、説明は省略する。
【実施例１】
【００１６】
（１−１）実施例１の構成
図１に示すように、本実施例のガス絶縁変圧器においては、タンク１５に接続された絶縁ガス循環用配管６に、絶縁ガスを断熱圧縮する断熱圧縮部Ａ、絶縁ガスを冷却する冷却部Ｂ及び冷却された絶縁ガスを断熱膨張させる断熱膨張部Ｃが順次設置されている。なお、この断熱膨張部Ｃはタンク１５に直接接続されている。
【００１７】
すなわち、本実施例のガス絶縁変圧器においては、タンク１５に接続された絶縁ガス循環用配管６に、断熱圧縮部Ａを構成するコンプレッサー２が配設されると共に、その下流側には高圧力に耐え得る冷却部Ｂが配設され、さらに、断熱膨張部Ｃを構成する減圧バルブ５が前記タンク１５に直接接続されるように設置されている。そして、この減圧バルブ５を介して絶縁ガスを前記タンク１５に直接循環供給することができるように構成されている。また、前記タンク１５内に設置されたガス仕切板２６より下部、言い換えれば、冷却された絶縁ガスの導入部のタンク内面には、断熱材１６が設置されている。
【００１８】
また、前記コンプレッサー２にはバイパス用配管７が取付けられており、このバイパス用配管７には閉止用バルブ９が設置されている。また、前記冷却部Ｂにおいては、絶縁ガス循環用配管６の周囲に熱交換用フィン４が設置され、その外部にはファン１０が設置されている。なお、前記減圧バルブ５を全開にすると、その部分の配管の断面積が、前記冷却部Ｂの配管６の断面積の最小部分よりも大きくなるように設定されている。
【００１９】
（１−２）実施例１の作用・効果
このように構成された本実施例は以下のように作用する。すなわち、変圧器タンク１５内の絶縁ガス２９は、巻線２３及び鉄心２２で発生した熱により暖められてタンク１５の上部に集まる。暖められた絶縁ガス２９は、絶縁ガス循環用配管６に接続されたコンプレッサー２により圧縮された後、冷却部Ｂに送られる。この際、絶縁ガスは断熱圧縮されるため、高圧力になると共に温度はさらに高くなる。
【００２０】
この結果、絶縁ガスと外気との温度差はより大きくなり、冷却部Ｂにおいて、絶縁ガスから外気に大量の熱が移動するため、熱交換用フィン４による熱交換効率は大幅に向上する。このようにして室温まで冷却された高圧力の絶縁ガスは、断熱膨張部Ｃである減圧バルブ５に導入され、この減圧バルブ５によってタンク１５内の圧力に戻されて、再度変圧器タンク１５に導入される。この際、絶縁ガスはタンク１５内で断熱膨張するため、絶縁ガスの温度は室温よりもさらに低くなる。
【００２１】
なお、本実施例においては、前記タンク１５内に設置されたガス仕切板２６より下部のタンク内面には断熱材１６が取り付けられているため、室温よりも低くなった絶縁ガスでタンク部分が冷やされて、外気との間で熱交換が行われることを防止できる。これにより、絶縁ガスによる冷却効率はさらに向上する。
【００２２】
このように、本実施例によれば、図５に示した従来型のように単にブロア２８を用いてガスを循環冷却させた場合に比べて、巻線２３及び鉄心２２を冷却する前の絶縁ガスの温度と、巻線２３及び鉄心２２を冷却して暖められた絶縁ガスの温度差が大きくなる結果、絶縁ガスの単位質量当たりの冷却能力は非常に高くなる。
【００２３】
また、本実施例においては、減圧バルブ５がタンク１５に直接接続されるように設置されているため、図６に示した従来型のように、冷却器８からタンク１５に至る配管部分で外部の熱による絶縁ガスの温度上昇がないため、冷却効率が向上する。その結果、絶縁ガスの循環量が同じ場合には、ガス絶縁変圧器の容量を大きくすることができる。また、ガス絶縁変圧器の容量が同じ場合には、絶縁ガスの循環量を減らすことができる。
【００２４】
また、上述したように、配管部分での不要な熱の流入がないため、変圧器を冷却する絶縁ガスの単位質量あたりの運搬可能なエネルギーを増大させることができるので、変圧器巻線の構成を変えずに冷却性能を向上させることが可能なガス絶縁変圧器を提供することができる。
【００２５】
なお、熱交換用フィン４が取付けられた冷却部Ｂの外部にファン１０を設置し、このファン１０により外気を強制的に吹きかけることで、さらに熱交換効率を高くすることができるので、さらに大容量のガス絶縁変圧器を得ることができる。
【００２６】
また、何らかの理由でコンプレッサー２が使用できない状況になった場合には、バイパス用配管７の閉止用バルブ９を“開”にすると共に、減圧バルブ５を全開にすることで、絶縁ガスの自然循環による冷却が可能になるので、定格容量よりは少ないものの運転を続けることができる。
【実施例２】
【００２７】
（２−１）実施例２の構成
本実施例は上記実施例１の変形例であって、図２に示すように、冷却部Ｂに設置された熱交換用フィン４部分が、二次冷却媒体として河川１１などの流水に接するように構成されている。その他の構成は実施例１と同様であるので、説明は省略する。
【００２８】
（２−２）実施例２の作用・効果
本実施例によれば、上記実施例１と同様の作用・効果が得られるだけでなく、冷却部Ｂにおける熱交換がさらに高効率で実施できるため、冷却部Ｂを小さくすることができると共に、さらに大容量のガス絶縁変圧器を得ることができる。
【実施例３】
【００２９】
（３−１）実施例３の構成
本実施例は上記実施例１の変形例であって、図３に示すように、絶縁ガス循環用配管６の周囲に熱交換用フィン４が取付けられた冷却部Ｂの全体が、熱交換器３０の容器内に収納されている。また、前記熱交換器３０には冷却水供給ライン３１が接続され、この冷却水供給ライン３１を介して、二次冷却媒体となる冷却水３２が該熱交換器３０内に導入されるように構成されている。また、該熱交換器３０で温められた冷却水３２は、冷却水排出ライン３３を介して、地域の温水供給システム等に供給されるように構成されている。なお、この場合、絶縁ガス２９がその使用温度・圧力で液化しないように使用する。
【００３０】
（３−２）実施例３の作用・効果
本実施例によれば、上記実施例１と同様の作用・効果が得られるだけでなく、絶縁ガス２９の温度は、液化を伴わないため、圧縮した分がそのまま温度上昇につながるため、二次冷却媒体となる冷却水３２を熱交換器３０で温めると共に、図示しない貯蔵槽に溜め、地域の温水供給システムとして使用することが可能となる。
【００３１】
この結果、従来大気中に無駄に放出されていた変圧器の発生熱を有効に回収することができる熱回収システムを備えたガス絶縁変圧器を提供することができる。また、地域で化石燃料等を燃焼させることによる温水製造が必要なくなるため、システムとして環境低負荷とすることができる。
【実施例４】
【００３２】
（４−１）実施例４の構成
本実施例においては、図４に示すように、冷却部Ｂが、絶縁ガス循環用配管６と、二次冷却媒体として冷却水３２が通る冷却水循環系３４と、両者の間に設置された熱電変換素子３５とから構成されている。
【００３３】
（４−２）実施例４の作用・効果
本実施例によれば、上記実施例１と同様の作用・効果が得られるだけでなく、冷却部Ｂにおいて、絶縁ガス循環用配管６内の絶縁ガスと冷却水循環系３４内の冷却水３２との温度差により、熱電変換素子３５で発電されるため、変電所の事務所の電気供給または地域への給電が可能となる。このように、冷却部Ｂにおいて、断熱圧縮して高温になった熱を利用して発電をすることができるので、環境負荷を低減できるガス絶縁変圧器を提供することができる。また、発電機での発電量を少なくすることで化石燃料等の燃焼量を少なくできるため、システムとして環境低負荷とすることができる。
【符号の説明】
【００３４】
Ａ…断熱圧縮部
Ｂ…冷却部
Ｃ…断熱膨張部
２…コンプレッサー
４…熱交換用フィン
５…減圧バルブ
６…絶縁ガス循環用配管
７…バイパス用配管
８…冷却器
９…閉止用バルブ
１０…ファン
１１…河川
１５…タンク
１６…断熱材
２１…ガス絶縁変圧器
２２…鉄心
２３…巻線
２４…放熱器
２５…タンク
２６…ガス仕切板
２８…ガスブロア
２９…絶縁ガス
３０…熱交換器
３１…冷却水供給ライン
３２…冷却水
３３…冷却水排出ライン
３４…冷却水循環系
３５…熱電変換素子
【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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