(57)【要約】  高電圧の交流電流を遮断するための装置（１）であって、接触片（５、６）を有し、該接触片が導体（４、７、９、１０）と結合されかつ接触容器内に配置され、前記導体が少なくとも部分的に移動可能に案内され、接触片が駆動装置と駆動運動学とによって接触位置から分離位置へ移行可能であり、高電流も制御可能であるものを提供する。ヒートパイプ（１１、１２）が流体密なヒートパイプ容器（１４）を備え、該ヒートパイプ容器が蒸発領域（１５）と凝縮領域（１６）と毛管構造（２０）を有し、該毛管構造が蒸発領域と凝縮領域の間に延びかつこれらと熱的に連結されている。ヒートパイプ容器は熱輸送媒体を有し、蒸発領域が導体の１つ又は接触片の１つと伝熱結合されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高電圧の交流電流を遮断するための装置（１）であって、接触片（５、６）を有し、該接触片が導体（４、７、９、１０）と結合され、かつ接触容器内に配置され、導体（４、７、９、１０）が少なくとも部分的に移動可能に案内され、接触片（５、６）が駆動装置と駆動運動学とにより接触位置から分離位置へと移行可能な装置おいて、
ヒートパイプ（１１、１２）が流体密なヒートパイプ容器（１４）を備え、該ヒートパイプ容器が蒸発領域（１５）と凝縮領域（１６）と毛管構造（２０）とを有し、該毛管構造が蒸発領域（１５）と凝縮領域（１６）との間を延びかつこれらと熱的に連結されており、ヒートパイプ容器（１４）が熱輸送媒体を有し、蒸発領域（１５）が導体（４、７、９、１０）の１つ又は接触片（５、６）の１つと伝熱結合されたことを特徴とする装置。
【請求項２】
導体（４、７、９、１０）の１つが凹部（１３）を有し、該凹部内にヒートパイプ（１１、１２）が部分的に延びることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
接触容器（３）に挿通される接触導体（４）内に凹部（１３）が配置され、該接触導体が接触容器（３）内に配置されるその接触片末端（５）で接触片の１つを担持しており、ヒートパイプ（１１、１２）の凝縮領域（１６）が接触容器（３）の外側に配置されたことを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項４】
接触導体（４）が接触容器（３）と強固に結合されたことを特徴とする請求項３記載の装置。
【請求項５】
導体が、移動可能に案内されて接触片（５、６）の可動接触片（６）と結合された開閉棒（７）と、連結手段（９）を経て開閉棒（７）と電気的に結合された出力端子（１０）とを有し、蒸発領域（１５）が出力端子（１０）の表面又は内部に配置されたことを特徴とする請求項１から４の１つに記載の装置。
【請求項６】
連結手段が曲げ弾性可撓片（９）を有することを特徴とする請求項４記載の装置。
【請求項７】
凝縮領域（１６）が冷却体（１８）に接触していることを特徴とする請求項１から６の１つに記載の装置。
【請求項８】
接地された導電性開閉器容器（２３）内に接触容器（３）が配置されたことを特徴とする請求項１から７の１つに記載の装置。
【請求項９】
導体が母線（２２）を有し、該母線がブッシング（２４）を経て装置（１）の動作時に接地電位にある容器壁体（２１、２３）内に延びており、母線（２２）が接触容器（３）とは反対側に凹部（２５）を有し、該凹部内にヒートパイプ（１１）が一部配置されたことを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項１０】
接触容器（３）が非導電性絶縁材容器内に配置されたことを特徴とする請求項１から６の１つに記載の装置。
【請求項１１】
接触容器（３）が、真空に保たれた真空管（３）であることを特徴とする請求項１から１０の１つに記載の装置。
【請求項１２】
伝熱媒体が液相と蒸気相とを有し、ヒートパイプ容器（１４）内部の圧力が液相の蒸気圧力に等しいことを特徴とする請求項１から１１の１つに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高電圧の交流電流を遮断するための装置であって、接触片を有し、該接触片が導体と結合されかつ接触容器内に配置されており、導体が少なくとも部分的に移動可能に案内されており、接触片が駆動装置と駆動運動学とによって接触位置から分離位置へと移行可能であるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
このような装置は、例えば欧州特許第０６０６２６５号明細書により公知である。そこに開示された装置は、高電圧の電流を遮断すべく構成されている。この装置は接触片を経由する導体路を有する。接触片は長手方向で相対向し、開閉運動の開始に伴い、接触片が相接触する接触位置から、接触片が互いに分離した分離位置へ移行可能である。接触片は真空遮断器内に配置されており、この真空遮断器内では接触片の分離時に生じるアークを消弧するために真空に維持されている。接触片の１つは、真空容器と強固に結合した固定接触導体により定位置に保持されている。固定接触導体は真空容器内に突出し、他の導体を介して入力端子と導電結合されている。可動接触片は、やはり真空容器内に配置されて縦移動可能に案内される開閉棒の末端に取付けられている。電気結合のために出力端子と開閉棒との間に曲げ弾性可撓片の態様の連結手段が配置されている。公知装置の性能を制限する要因は、電流路の導体に特に高電流時に現れる発熱である。このような発熱は特に接触片の接触面で生じ、しかし、導体路の残りの導体と比較して一層小さな導体横断面を有する可撓片でも生じる。
【０００３】
独国特許出願公開第１９７１７２３５号明細書により公知のヒートパイプは、実質中空円筒状に構成したヒートパイプ容器を有し、この容器は一方の末端に蒸発領域、他方の末端に凝縮領域を有する。ヒートパイプ容器の内部で蒸発領域と凝縮領域との間を毛管構造が延びている。更に、ヒートパイプは流体の態様の熱輸送媒体を有し、この媒体はヒートパイプ容器によって外部雰囲気に対して密封されている。ヒートパイプ容器の密封前に気相の熱輸送媒体は排気され、ヒートパイプ容器内の圧力は各温度において熱輸送媒体の蒸気圧力に概ね等しい。換言すれば、殆ど熱輸送媒体のみからなる気相は熱輸送媒体の液相と均衡している。ヒートパイプの片側が反対側よりも高い温度に曝されると、暖められた蒸発領域で液体が蒸発し、蒸気が凝縮領域へ移動する。凝縮領域は蒸発領域と比較して一層冷たく、熱輸送媒体の凝縮を引き起こす。熱は外部環境に放出される。ヒートパイプは従来主としてコンピュータ技術分野で利用されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、大電流も制御可能な冒頭に記載の種類の装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は、本発明によれば、ヒートパイプが流体密なヒートパイプ容器を備え、該容器が蒸発領域と凝縮領域と毛管構造を有し、この毛管構造が蒸発領域と凝縮領域との間に延びかつこれらと熱的に連結されており、ヒートパイプ容器が熱輸送媒体を有し、蒸発領域が導体の１つ又は接触片の１つと伝熱結合されていることで解決される。
【０００６】
本発明によれば、熱は、従来はコンピュータ技術分野のみで既知のヒートパイプを使って、特別高い発熱を起こす個所で排出される。ヒートパイプは高速熱導体として働き、この熱導体により熱は危険な個所から迅速に搬出され、凝縮領域を経て、例えば大気空気等の任意の外部環境に放出される。この熱輸送は蒸発領域での熱輸送媒体の蒸発に基づいており、所要の蒸発エンタルピーに基づいて、ヒートパイプの蒸発領域に接触する導体から熱を奪う。熱輸送媒体は、気相時、蒸発領域と比較して低温の凝縮領域に移動する。飽和蒸気相に基づき凝縮領域で熱輸送媒体の凝縮が起き、従って熱の態様で蒸発エンタルピーの放出が起きる。凝縮した熱輸送媒体は、引き続き蒸発領域と凝縮領域の間を延びる毛管構造の毛管作用に基づいて、蒸発領域に至る帰路に入る。こうして形成されるサイクルは熱輸送媒体の蒸発と凝縮により効率的熱輸送を可能とする。コンピュータ産業用に設計されたヒートパイプは、予期しない方法で高電圧分野でも、特に中電圧分野、即ち１〜５２ｋＶの電圧においても、発熱部品を冷却する上で価値があることを確認した。本発明の枠内で、ヒートパイプのほぼ任意の構成が可能である。
【０００７】
本発明に係る装置の望ましい１構成例では、導体が凹部を有し、該凹部内にヒートパイプが部分的に延びる。従ってヒートパイプは、その蒸発領域が凹部内に配置される。凹部は、望ましくは特別高い熱負荷が生じる領域の近傍に配置される。これら領域は、上記のように、その他の導体に比べて小さな導体横断面を有する領域である。
【０００８】
これに関連した１構成によれば、接触容器に挿通される接触導体内に凹部が配置され、該接触導体は接触容器内に配置されるその接触片末端で接触片の１つを担持し、ヒートパイプの凝縮領域は接触容器の外側に配置される。従って、凹部は接触導体を通して接触容器内に延び、従って、理想的に平らに載置されてはいないが故にその接触面に高い熱負荷が生じる接触片の直近に配置される。発生する熱は、こうしてヒートパイプによって接触領域から効率的に排出できる。
【０００９】
別のこれに関連した１構成によれば、接触導体が接触容器と強固に結合されている。この構成では、両方の接触片の内の一方のみが移動可能に保持され、これに付設された接触片が接触容器内で定位置に配置される。定置接触導体内にヒートパイプを配置することによってヒートパイプの移動は防止されている。
【００１０】
他の態様では、導体は、移動可能に案内されて接触片の可動接触片と結合された開閉棒と、連結手段を介して開閉棒と電気的に結合された出力端子とを有し、蒸発領域は出力端子の表面又は内部に配置される。この好適な構成ではヒートパイプが連結手段の近傍に配置され、該手段は一般に導体横断面が小さく、従って通電時に高い発熱を生じる。
【００１１】
本発明の枠内で、装置に２つ以上のヒートパイプを設け得る。例えば１つのヒートパイプを定置接触導体内に配置する一方、別のヒートパイプは出力端子に配置できる。
【００１２】
これに関連する好適な１構成では、連結手段が曲げ弾性可撓片を有する。本発明の枠内で利用可能な別の連結手段は、例えば摺動接点やローラ型接点であり、該接点ではやはり導体横断面が減少している。可撓片は例えばねじ締めにより接続片と結合され、ヒートパイプは望ましくは可撓片の直接的近傍で、例えば薄い導体層を介して可撓片から分離されるだけで、出力接続片に設けた凹部内に配置されている。
【００１３】
望ましい１構成によれば、凝縮領域が冷却体に接触する。熱を放出するヒートパイプ領域に冷却体を配置することで、ヒートパイプの冷却能力は著しく高まる。こうして、装置の導体と接触片とで形成される電流路の動作温度の更なる低下が可能となる。
【００１４】
接地された導電性開閉器容器内に接触片を配置するとよい。開閉器容器は、例えば交流網の各相に配置される３つの接触配置を取り囲む。各接触配置は互いに付属した２つの接触片からなる。該接触片は例えば長手方向で相対向しており、接触片の１つが開閉器容器と強固に結合される一方、他方の接触片は縦移動可能に開閉器容器内で案内される。
【００１５】
これに関連して望ましい１構成によれば、導体が母線を有し、該母線がブッシングを経て装置の動作時に接地電位にある容器壁体内を延びており、母線が開閉器容器とは反対側に凹部を有し、該凹部内にヒートパイプが一部配置される。上記のように、複数のヒートパイプを装置の内部又は表面で同時に利用することも本発明の枠内で可能である。この構成では、前記ヒートパイプは開閉設備のモジュール室の外側、又は、例えば接地電位にある薄板容器を含む開閉設備の外側にさえ配置可能である。
【００１６】
これに代えて、接触容器を非導電性絶縁材容器内に配置できる。この絶縁材容器は、例えば全面的に閉じた中空円筒状又は管状に構成でき、接触容器を保持するための固着手段を絶縁材容器内に設け得る。絶縁材容器内の接触容器をプラスチックで流し込み成形し、接触容器と絶縁材容器との間に空隙を防止することも、本発明の枠内で可能である。
【００１７】
有利には、接触容器は真空に保たれる真空管である。この構成によれば、真空は接触片の分離時に生じるアークを消弧するための消弧媒体として役立つ。パイプの内部では熱放出が困難となっているので、ヒートパイプは特に真空遮断器又は真空管での使用に対し有効である。真空中では対流による熱伝達が不可能である。真空管では、単に導体の伝熱結合又は熱放射により熱流が生ずる。
【００１８】
熱輸送媒体が液相と蒸気相とを有し、ヒートパイプ容器内部の圧力が液相の蒸気圧力に等しいと望ましい。換言すれば、ヒートパイプ容器内部の全気相は殆ど熱輸送媒体の粒子からなり、蒸気相は液体と均衡した所謂飽和蒸気相である。蒸発領域の加熱によって均衡が乱され、既に述べた熱輸送が直ちに始まる。
【００１９】
その他の望ましい構成および利点は、本発明の実施例について図面の図を参考に行う以下の明細書の対象である。同一作用の部材には同じ符号が付けてある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は本発明に係る装置１の実施例を略図で示す。図示の装置１はそれ自体公知の真空遮断器２を含み、該真空遮断器は真空容器３と、固定接触ピン４を介して真空容器３と強固に結合された定置固定接点５とを有し、該固定接点に長手方向で可動接点６が対向している。可動接点６は縦移動可能に案内される開閉棒７に取付けられており、該接点６は矢印で示す方向での開閉棒６の昇降運動によって固定接点５に当接している接触位置から、固定接点５に対して距離を置いて配置される分離位置へと移行可能である。開閉棒７は、金属ベローズ８を介して縦移動可能に真空容器３と結合されている。
【００２１】
真空容器３内は真空に保たれ、接触片５、６の分離時に生じるアークはこの真空内で消弧される。開閉棒７が可撓片９を介して出力端子１０と結合されており、この出力端子は図示しない絶縁材容器内の定位置に配置されている。絶縁材容器が各１つの真空管を取り囲んでおり、３つの開閉器極を有する単極密閉開閉器が３つの装置１で提供される。各極は三相交流網の１つの相に割り当てられている。
【００２２】
固定接点５と可動接点６との接触位置において、接触ばねによって提供される高い押付力にもかかわらず、両方の接触片の間で点状電流伝導が生じ、有効電流横断面が低減する結果となる。換言すれば、接触片５、６間での電流伝導時に高い発熱が生じ、この高い発熱は真空中で、対流作用が存在しないので、固定接触ピン４および開閉棒７を介した熱伝導の態様および熱放射の態様で外部に放出できるにすぎない。
【００２３】
電流が更なる横断面低減を受けるのは可撓片９においてである。ここに多量の発熱があり、この発熱によって真空遮断器２、従って装置１の電流容量が制限される。
【００２４】
装置１からの熱排出を改善するためにヒートパイプ１１、１２が設けられている。ヒートパイプ１１は固定接触ピン内深くに達する凹部１３内に配置されており、固定接点５に向き合う蒸発領域１５と、これとは反対側の凝縮領域１６とを備えた流体密なヒートパイプ容器１４を有する。可撓片９の近傍で出力接続片１０の凹部１７内にその蒸発領域１５が配置されているヒートパイプ１２にも同様のことがあてはまる。
【００２５】
各ヒートパイプ１１又は１２の凝縮領域１６に装備された冷却体１８は、熱交換面拡大のための、例えば伝熱金属からなる冷却フィンを備えている。流体密なヒートパイプ容器１４は例えば気密な銅管からなり、その内側で毛管構造１９が蒸発領域１５と凝縮領域１６の間を延びている。毛管構造１９は内法中空室２０を取り囲んでいる。各ヒートパイプ１１又は１２のヒートパイプ容器１４には、液相又は蒸気相の図示しない熱輸送媒体が充填されており、ヒートパイプの内部圧力は熱輸送媒体の蒸気圧力にほぼ一致する。換言すれば、ヒートパイプ容器内部の蒸気相は、蒸気以外のガスを実質上含まない。ヒートパイプの温度が均一である場合、熱輸送媒体の相は互いに均衡している。
【００２６】
装置１の作動時、蒸発領域１５の温度は凝縮領域１６の温度を超えて上昇する。熱輸送媒体の蒸発が起き、ガスとして僅かな中空室２０を経て凝縮領域１６、即ち一層冷たい領域へ移動する。低温のためそこで蒸気状熱輸送媒体の凝縮が起き、生じた液体は毛管構造１９の毛管力で蒸発領域へ返送される。蒸発時に消費される熱エンタルピーはこうして効率的に凝縮領域１６の外部領域に放出される。冷却体１８により蒸発領域１５と凝縮領域１６の間の温度差が高まり、従ってヒートパイプ１１又は１２の排熱が高まる。
【００２７】
図２は本発明に係る装置１の他の実施例を略図で示す。本実施例では、図１に示す真空遮断器が２つの他の真空遮断器と共に、接地電位にある開閉器容器２１内に配置され、図２にやはり図示しない固定接触ピンが各々母線２２と結合されている。図２はこれら母線２２の１つのみを示す。母線２２は、やはり接地電位にある他の開閉器容器２３内に配置されている。ブッシング２４は、母線２２を開閉器容器２３から絶縁して引き出す機能を果たす。ブッシングそれ自体は公知であり、その構造についてここでは触れない。ブッシング２４が注型用樹脂からなる非導電性絶縁体を有し、絶縁体を経て開閉器容器２３に固着されていることだけを指摘しておく。母線２２が持つ凹部２５内にヒートパイプ１１が部分的に延び、ヒートパイプ１１の凝縮領域１６と冷却体１８は開閉器容器２３の外側に配置されている。装置１の作動時、熱は伝熱母線２２を介してヒートパイプ１１の蒸発領域１５へと輸送され、該領域で促進され、冷却体１８を介して外部大気に放出される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る装置の１実施例を示す。
【図２】本発明に係る装置の他の実施例を示す。
【符号の説明】
【００２９】
１  装置、２  真空遮断器、３  接触容器、４  接触導体、５、６  接触片、７  開閉棒、８  金属ベローズ、９  連結手段、１０  出力端子、１１、１２  ヒートパイプ、１３  凹部、１４  ヒートパイプ容器、１５  蒸発領域、１６  凝縮領域、１８  冷却体、２０  毛管構造、２１  容器壁体、２２  母線、２３  開閉器容器、２５  凹部
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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2008532237.tif 000009
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