ガス遮断器
【課題】小さな駆動エネルギーで中小電流から大電流に至るまで確実に遮断可能な、コンパクト性及び遮断性能に優れたガス遮断器を提供する。
【解決手段】逆止弁４１の内周側に、円筒形状のフローガイド部４６を一体的に設けた点にある。フローガイド部４６は操作ロッド２６の軸方向の沿面に平行に伸びて形成されており、円形平板形状の逆止弁４１とは所定の曲率を持って滑らかに接続されている。
【解決手段】逆止弁４１の内周側に、円筒形状のフローガイド部４６を一体的に設けた点にある。フローガイド部４６は操作ロッド２６の軸方向の沿面に平行に伸びて形成されており、円形平板形状の逆止弁４１とは所定の曲率を持って滑らかに接続されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械的な圧縮作用とアーク熱による加熱昇圧作用を利用したガス遮断器に係り、特に、アーク熱の加熱昇圧作用により蓄圧される第２蓄圧空間のガス流の流れを効率よく制御可能なガス遮断器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、小電流から大電流まで遮断可能な大容量のガス遮断器が求められており、しかも、駆動エネルギーを増大させることなく、小電流から大電流に至るまで、くまなく高い遮断性能を発揮することが要求されている。そのため、このような要求に応えるべく、種々の改良がなされている。例えば、機械的な圧縮作用に加えて、アーク熱による加熱昇圧作用を利用し、消弧性ガスを昇圧させてこれをアークに吹き付けて遮断するタイプのガス遮断器が知られている。
【０００３】
このタイプのガス遮断器としては、アーク熱により昇圧させる空間を、可動接触子部側と固定接触子部側の両方に配置したもの（特許文献１参照）や、ガス流の整流部材と逆止弁を組み合わせてアークに曝されていない消弧性ガスをアークに吹き付けるように構成したもの（特許文献２参照）などが提案されている。前者は、可動接触子部側の昇圧空間の縮小化を図ることで、軽量化、コンパクト化が可能である。また、後者は、アークに曝されていないことで比較的低温を維持した消弧性ガスを、アークに吹き付けることができ、遮断性能の向上が期待できる。
【０００４】
以下、ガス遮断器の従来例について、図７〜図１１を用いて具体的に説明する。図７は遮断動作前の投入状態を示す断面図、図８は遮断動作初期の状態を示す断面図、図９は遮断動作が進み開極後の電流ピーク付近の状態を示す断面図、図１０及び図１１はさらに遮断動作が進み電流零点に至った状態を示す断面図である。図１０は遮断電流が大きい場合、図１１は遮断電流が小さい場合に相当する。
【０００５】
まず、ガス遮断器の概要について説明する。図７に示すように、任意の消弧性ガスが充填された容器（図示せず）内には、可動接触子部１として定義される第１接触子部、固定の対向接触子部２として定義される第２接触子部が、容器の中心軸上に対向して配置されている。
【０００６】
なお、可動接触子部１の位置関係については、対向接触子部２側の方向を前方、その反対側を後方と定義して説明する。また、可動接触子部１及び対向接触子部２間の空間を、遮断動作時にアークの発生するアーク空間と定義し、容器内の充填ガスと同圧力である空間（単純には容器の内部空間）を充填ガス雰囲気空間１４と定義する。
【０００７】
対向接触子部２は、容器内に固定されており、開口部３４ｄを設けたフランジ４０と、フランジ４０に固定された対向アーク接触子７と、その周囲に配置され同様にフランジ４０に固定された対向通電接触子５とから構成されている。
【０００８】
続いて、可動接触子部１の構成について説明する。可動接触子部１には、中空の操作ロッド２６が設けられている。操作ロッド２６は、図示していない駆動装置によって、その軸方向に往復運動するように構成されている。操作ロッド２６の中程には、ロッド開口部３４ｃが複数形成されている。ロッド開口部３４ｃは、操作ロッド２６の中空部と、容器内の充填ガス雰囲気空間１４とを連通するためのものである。また、操作ロッド２６の外周面において、ロッド開口部３４ｃと操作ロッド２６前端部との中間付近にはストッパ４２が固定されている。
【０００９】
操作ロッド２６の前端部にはフランジ２７が連結されている。フランジ２７の後方にはシリンダ２８が一体的に設けられている。シリンダ２８の中程には隔壁３５が一体的に固着されている。この隔壁３５を介してシリンダ２８内の空間は、前後に分割されており、前方側に熱的昇圧室３１が、後方側に機械的圧縮室３２が、それぞれ設けられている。
【００１０】
遮断動作時にアーク空間にはアーク３８が発生するが、熱的昇圧室３１は、このアーク３８の熱エネルギーにより高温となった熱ガスを取り込み、その加熱昇圧作用によって蓄圧される空間である。一方、機械的圧縮室３２は内部に円形平板状の固定ピストン３３が挿入されており、遮断動作時にこの固定ピストン３３による機械的圧縮作用によって蓄圧される空間である。
【００１１】
また、熱的昇圧室３１と機械的圧縮室３２とを隔てる隔壁３５には隔壁開口部３４ｂが形成されており、この隔壁開口部３４ｂにより、熱的昇圧室３１と機械的圧縮室３２とが空間的に連通される。さらに隔壁開口部３４ｂの熱的昇圧室３１側には浮動の逆止弁４１が設けられている。逆止弁４１は円形平板形状の部材から構成されており、その動作はストッパ４２と隔壁３５によって制限される。
【００１２】
また、機械的圧縮室３２内の固定ピストン３３は、その内周面で操作ロッド２６の外周面に対して摺動すると共に、その外周面でシリンダ２８の内周面に対して摺動するように構成されている。この場合、固定ピストン３３は、その後方に一体的に設けられて軸方向に伸びるピストン支持部３３ｂによって、図示していない容器内に固定されている。さらに、固定ピストン３３にはピストン開口部３４ｅが形成されており、ピストン開口部３４ｅにはバネ４５で閉方向に蓄勢された放圧弁４４が設けられている。
【００１３】
ところで、フランジ２７の前方には、中空かつ指状の可動アーク接触子６が連結されている。可動アーク接触子６は、対向接触子部２側の対向アーク接触子７と接離自在に配置される。また、フランジ２７において可動アーク接触子６の外周基部に相当する部分にはフランジ開口穴３４ａが形成されている。
【００１４】
さらに、このフランジ開口穴３４ａの外周部分で、且つ前記可動アーク接触子６を包囲するようにして、スロート部９を有する絶縁ノズル８と、可動通電接触子４とが配置されている。可動通電接触子４は、対向接触子部２側の対向通電接触子５と接離自在に配置されている。
【００１５】
なお、可動アーク接触子６と絶縁ノズル８との間には、フランジ２７のフランジ開口穴３４ａから連続して、ガス流路１１が形成されている。このガス流路１１は、熱的昇圧室３１の内部空間とアーク空間とを接続する部分である。
【００１６】
以上の構成を有するガス遮断器は、次のようにして遮断動作を実施する。遮断動作が開始すると、図７に示した状態から図８に移行する。すなわち、操作ロッド２６が後方に移動し、操作ロッド２６を含む可動接触子部１が一体的に移動する。これにより、容器内に固定された固定ピストン３３に対し、操作ロッド２６とシリンダ２８が一体的に移動することになり、シリンダ２８と固定ピストン３３が相対移動して、シリンダ２８内部後方に形成された機械的圧縮室３２が圧縮される。
【００１７】
図８に示した遮断動作の開始時点では、隔壁３５の開口部３４ｂに取り付けられた逆止弁４１は、浮動なので、慣性力により可動接触子部１とは一体的に動作しない。つまり、逆止弁４１は相対的には前方に移動したことになり、ストッパ４２に当接して止まる。
【００１８】
この前方への移動により逆止弁４１が開き、隔壁３５の隔壁開口部３４ｂは開状態となる。さらに、機械的圧縮室３２が昇圧しているため、機械的圧縮室３２内から低温高密度のガス流３９ａが流れることになり、このガス流３９ａは機械的圧縮室３２側から開口部３４ｂを経て、熱的昇圧室３１へと供給される。
【００１９】
次に、図９に示すように遮断動作が進行し、対向アーク接触子７と可動アーク接触子６が開離すると、両アーク接触子７、６間のアーク空間にアーク３８が発生する。この時、アーク３８により、アーク空間は高温高圧の状態にある。このため、アーク空間は熱的昇圧室３１よりも圧力が上昇し、絶縁ノズル８のスロート部９からガス流路１１及びフランジ２７の開口部３４ａを経て熱的昇圧室３１へと流れる、高温のガス流３９ｂが生じる。これにより、アーク３８の熱エネルギーの一部が熱的昇圧室３１に取り込まれることになる。
【００２０】
特に、大電流を遮断する場合にはアーク空間は高温となり、例えばアーク３８の電流が５０ｋＡの場合、その温度は容易に１００００Ｋ以上に達する。このため、熱的昇圧室３１は著しく昇圧し、熱的昇圧室３１と機械的圧縮室３２の間に、逆差圧が発生して熱的昇圧室３１の方が機械的圧縮室３２よりも圧力が大きくなる。したがって、隔壁３５の隔壁開口部３４ｂに取り付けられた逆止弁４１には、後方への力が作用し、逆止弁４１は後方に移動して閉塞し、隔壁３５の隔壁開口部３４ｂは閉状態となる。
【００２１】
なお、このような大電流遮断時と比べて、中小電流遮断時（例えば２０ｋＡ以下）では、熱的昇圧室３１に急速な昇圧は起こらない。そのため、熱的昇圧室３１と機械的圧縮室３２の圧力は比較的均衡した状態をとることになり、逆止弁４１の動作は、熱的昇圧室３１と機械的圧縮室３２との圧力状態によって変化する。
【００２２】
さらにストロークが進み、図１０及び図１１に示すように電流零点に達すると、アーク３８は減衰する。そして、残留アークプラズマ状態となり、圧力、密度及び温度が減少する。これにより、絶縁ノズル８のスロート部９は十分に開口する。このとき、熱的昇圧室３１内のガスはガス流３９ｃとなり、熱的昇圧室３１からフランジ２７の開口部３４ａを経てガス流路１１に向かって流れる。
【００２３】
ガス流３９ｃは、ガス流路１１を通過してアーク空間に達し、そこから対向アーク接触子７に向かって流れるガス流３９ｆと、操作ロッド２６の中空部に入り、操作ロッド２６のロッド開口部３４ｃに向かって流れるガス流３９ｇとに分かれる。これらの２方向のガス流３９ｆ、３９ｇによって、アーク３８は相乗的に強力に冷却されて消弧され、電流遮断が達成される。なお、操作ロッド２６の開口部３４ｃを通過したガス流３９ｅは、充填ガス雰囲気空間１４へと流れ出る（図１０及び図１１に図示）。
【００２４】
ここで、大電流遮断時で電流零点に至った状態を図１０に示す。大電流遮断時では、熱的昇圧室３１は機械的圧縮室３２に比べて圧力が高い状態にあり、隔壁３５に取り付けられた逆止弁４１は閉状態である。一方、固定ピストン３３に設けられた放圧弁４４は、機械的圧縮室３２の過剰圧力上昇により開状態となる。したがって、ガス流３９ｄは、機械的圧縮室３２から充填ガス雰囲気空間１４へと抜ける。これにより、機械的圧縮室３２の過剰圧力が遮断動作を妨害する反力になることを回避できる。
【００２５】
また、中小電流遮断時で電流零点に至った状態を図１１に示す。中小電流遮断時では、熱的昇圧室３１の圧力は電流零点近傍で次第に低下し、機械的圧縮室３２の圧力を下回る。そのため、逆止弁４１は再度、開状態となり、機械的圧縮室３２から熱的昇圧室３１へのガス流３９ａが発生する。
【００２６】
以上のようなガス遮断器においては、熱的昇圧室３１と機械的圧縮室３２が相補的に作用している。すなわち、中小電流遮断時のようにアークエネルギーが小さい場合、熱的昇圧室３１では大きな圧力上昇が期待できないので、機械的圧縮室３２からガス流３９ａを供給し、熱的昇圧室３１の圧力上昇を補うことができる。
【００２７】
一方、強力な吹付けが必要な大電流遮断時には、アークエネルギーが大きいので、強力なガス流３９ｂがアーク空間から熱的昇圧室３１へと供給され、熱的昇圧室３１の圧力が極めて高くなる。この際、熱的昇圧室３１は逆止弁４１により、機械的圧縮室３２から切り離されるため、熱的昇圧室３１は高効率で昇圧することが可能である。そして、残留アークプラズマ状態となり、絶縁ノズル８のスロート部９が十分に開口すると、強力なガス流３９ｃが熱的昇圧室３１からガス流路１１を経てアーク空間へと流れ、確実に電流を遮断することができる。
【００２８】
なお、大電流遮断時では、逆止弁４１が閉じることにより機械的圧縮室３２へのアークエネルギーの流入が抑制されるため、機械圧縮室３２の昇圧もある程度抑制されることになり、遮断動作を妨害する反力を抑えることができる。また、熱的昇圧室３１においては、構成部材に作用する圧力は相殺されるため、遮断動作を妨げることはない。
【特許文献１】特開２００１−６７９９６号公報
【特許文献２】特開２００３−３１７５８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
しかしながら、以上のような従来のガス遮断器には次に示す問題点があった。すなわち、中小電流遮断時のように熱的昇圧室３１の圧力上昇が充分ではない場合、機械的昇圧室３２から熱的昇圧室３１へガス流３９ａを供給しようとするが、この際、熱的昇圧室３１に入ったガス流３９ａは、熱的昇圧室３１を通過していく過程で熱的昇圧室３１内部で拡散し、徐々に圧力が低下していく。したがって、熱的昇圧室３１からガス流路１１を経てアーク空間へと流れるガス流３９ｃも圧力が低下することになり、アーク３８に吹付けられるガス流３９ｆ、３９ｇの吹付け圧力は弱くなる。
【００３０】
すなわち、機械的圧縮室３２から熱的昇圧室３１へ流れ込んだ後、ガス流３９ａは、熱的昇圧室３１内で拡散し、効率よくガス流路１１へと到達することができなかった。これは、機械的圧縮の視点から見ると、熱的昇圧室３１が機械的圧縮室３２のデッドボリュームとして存在することになり、中小電流遮断時の吹付け圧力低下を招くことになった。
【００３１】
そこで従来では、中小電流遮断時に十分な吹付け圧力を得るためには、機械的圧縮室３２の断面積を大きくするか、熱的昇圧室３１の体積を小さく構成することが考えられていた。しかしながら、機械的圧縮室３２の断面積を大きくする場合には、駆動エネルギーが大きくなるといった新たな問題が生じる。
【００３２】
一方、熱的昇圧室３１の体積を小さくする場合には、中小電流に対する遮断性能は向上するが、その反面、大電流遮断時には圧力が上昇し過ぎて、熱的昇圧室３１から流れ出るガス量が多くなる点が問題となる。すなわち、熱的昇圧室３１からのガス流出量が増大すれば、熱的昇圧室３１から短時間でガスが流れ出てしまうからである。特に、アーク３８の発生時間が長い場合には熱的昇圧室３１のガス密度および圧力が低下することになり、かえって遮断性能が低下する可能性があった。
【００３３】
本発明は、以上のような従来技術の課題を解決するために提案されたものであり、小さな駆動エネルギーで中小電流から大電流に至るまで確実に遮断可能な、コンパクト性及び遮断性能に優れ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】
【００３４】
上述した目的を達成するために、本発明は、消弧性ガスが充填された密閉容器内の中心軸上には、それぞれ通電接触子及びアーク接触子を有する第１接触子部及び第２接触子部が対向して配置され、前記第１接触子部及び第２接触子部の各アーク接触子は、通常運転時は互いに接触導通状態にあり、遮断動作時は開離すると共に前記第１接触子部及び前記第２接触子部間の空間として定義されるアーク空間にアークを発生するように構成され、前記第１接触子部は、連結された駆動装置により遮断動作時及び投入動作時に動作するように構成され、その内部にはアーク消弧用のガス流を発生させる蓄圧空間が形成され、さらに前記蓄圧空間内のガス流をアークに吹き付ける絶縁ノズルが設置され、前記蓄圧空間には、遮断動作過程において、機械的圧縮作用により蓄圧される第１蓄圧空間と、前記アーク空間と連通してそこから取り込まれる熱ガスによる加熱昇圧作用により蓄圧される第２蓄圧空間とが、隔壁を介して設けられ、前記隔壁には隣接する前記第１蓄圧空間及び前記第２蓄圧空間同士を接続する隔壁開口部が形成され、前記隔壁開口部には該隔壁開口部の閉塞及び開放を行う逆止弁が取り付けられ、前記絶縁ノズルの内部には、前記第２蓄圧空間と前記アーク空間とを空間的に接続するガス通路が設けられたガス遮断器において、前記隔壁開口部近傍には、該隔壁開口部を経て前記第１蓄圧空間から前記第２蓄圧空間へ流入したガス流が前記ガス通路に向かって流れるように、前記ガス流を方向付けるフローガイド部が設置されたことを特徴としている。
【００３５】
このような構成を有する本発明においては、逆止弁が開いて、隔壁開口部が開状態にある時、第１蓄圧空間から第２蓄圧空間に入ってきた低温高密度のガス流を、フローガイド部が、絶縁ノズルのガス通路に向かって滑らかに誘導することができる。そのため、ガス流は第２蓄圧空間内部で四方に拡散することがなく、効率よくガス流路へと到達可能である。したがって、第１蓄圧空間から第２蓄圧空間を経て絶縁ノズルに至るまで、低温高密度を維持した状態でガスを流すことができ、加熱昇圧作用が小さい中小電流遮断時であっても、高い吹付け圧力を確保することができる。
【００３６】
また、遮断動作の進行中、アークが生じてアーク空間の圧力が第２蓄圧空間より上昇すると、アーク空間の高温ガスがガス流路を経て第２蓄圧空間に流入するが、このとき、開口部近傍のフローガイド部は、第１及び第２の蓄圧空間を隔てる隔壁の開口部近傍にあるので、アーク空間及びガス流路からは十分に離れている。
【００３７】
そのため、アーク空間側から第２蓄圧空間へ流入する高温ガスに対しては、フローガイド部がその流れを誘導するといったことがなく、第２蓄圧空間内に存在していた低温ガスと、アーク空間側からの高温ガスとの撹拌、混合を、フローガイド部が妨害することがない。
【００３８】
つまり、アーク空間からの高温ガスを第２蓄圧空間内に取り入れる際、第２蓄圧空間内の低温ガスとの撹拌、混合を確実に進めることができ、高温ガスが第２蓄圧空間内のガス温度上昇に過剰に寄与することがない。したがって、加熱昇圧作用が大きい大電流遮断時であっても、第２蓄圧空間内の温度は過度に上昇することがなく、アークへ吹き付ける際のガス流温度が低温を維持することを妨げない。したがって、フローガイド部を設置した場合でも、大電流遮断時の遮断性能を、従来と同等の優れたレベルに保つことが可能である。
【発明の効果】
【００３９】
本発明のガス遮断器によれば、隔壁開口部近傍にフローガイド部を設置して、第１蓄圧空間から第２蓄圧空間に流入したガス流を、絶縁ノズルのガス通路に向かって方向付けることにより、第２蓄圧空間内部での拡散を防いで低温高密度のガス流をガス流路へ確実に到達させることができるため、加熱昇圧作用が小さい中小電流遮断時でも高い吹付け圧力を確保可能であり、中小電流から大電流に至るまで、小さな駆動エネルギーで優れた遮断性能を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下には、本発明に係るガス遮断器の複数の実施形態について、図１〜図６を参照して具体的に説明する。なお、下記の実施形態において、図７〜図１１に示した前記従来例と同一の部材に関しては同一符号を付して説明は省略する。また、可動接触子部１及び対向接触子部２の位置関係の定義についても同様であって、対向接触子部２側の方向を前方、その反対側を後方とする。
【００４１】
（１）第１の実施形態
［構成］
本発明に係る第１の実施形態に関して、図１〜図３を参照して具体的に説明する。図１〜図３は第１の実施形態を適用したガス遮断器の断面図であり、遮断動作が進み電流零点に至った状態を示している。図１は大電流遮断時、図２は中小電流遮断時に対応しており、図３は図２の拡大図を示している。
【００４２】
第１の実施形態の構成上の特徴は、逆止弁４１の内周側に、円筒形状のフローガイド部４６を一体的に設けた点にある。フローガイド部４６は軸方向、つまり操作ロッド２６の軸方向の沿面に平行方向に、伸びるように形成されており、円形平板形状の逆止弁４１とは所定の曲率を持って滑らかに接続されている。なお、フローガイド部４６の長さ寸法ａは、逆止弁４１の外径長と内径長の差ｂよりも小さく設定されている（符号ａ、ｂは図３に図示）。
【００４３】
また、本実施形態では、逆止弁４１のストッパ４２ａの形状及び固定位置が、図７〜図１１に示した従来のストッパ４２とは異なっている。すなわちストッパ４２ａは、従来のストッパ４２のように操作ロッド２６外周面に固定されるのではなく、リング状の部材からなり、隔壁３５の熱的昇圧室３１側で、逆止弁４１を囲むようにして固定されている。ストッパ４２ａ前端面の内径寸法は逆止弁４１の外径寸法より小さく設定されており、ストッパ４２ａ前端面が逆止弁４１の外周部に当接することで、逆止弁４１の動作を制限するようになっている。
【００４４】
［作用及び効果］
以上の構成を有する第１の実施形態の作用効果は次の通りである。なお、本実施形態における遮断動作開始時点の動作に関しては、図８に示した従来例のそれと同じなので、従来例と重複する部分に関しては説明を省略する。ただし、遮断動作開始時点で、機械的圧縮室３２から熱的昇圧室３１に低温高密度のガス流３９ａが供給される際、隔壁３５の隔壁開口部３４ｂを抜けた後のガス流３９ａに対しては、フローガイド部４６による方向付けといった作用が現れる。この点に関しては、後段の中小電流遮断時の説明部分において詳しく述べる。
【００４５】
遮断動作が進行し、対向アーク接触子７と可動アーク接触子６が開離すると、アーク空間にアーク３８が発生するので、アーク空間は熱的昇圧室３１より圧力が上昇する。そのため、絶縁ノズル８のスロート部９からガス流路１１及びフランジ２７の開口部３４ａを経て熱的昇圧室３１に至る、高温のガス流３９ｂが生じる。
【００４６】
ガス流３９ｂが生じるまでの動作に関しても、図９に示した従来例と同様であるが、フローガイド部４６を設置しても、ガス流３９ｂの流れが影響を受けないようになっている。すなわち、隔壁３５近傍に位置するフローガイド部４６は、熱的昇圧室３１の中でアーク空間から最も離れた位置にあり、しかも、フローガイド部４６の長さ寸法ａは極めて短いので、アーク空間側から流れるガス流３９ｂを方向付けていない。つまり、アーク空間側から熱的昇圧室３１内へ流入するガス流３９ｂに関して、フローガイド部４６がそれを誘導することはない。そのため、ガス流３９ｂは、熱的昇圧室３１内の比較的低温のガスとスムーズに撹拌、混合することができる。
【００４７】
仮にフローガイド部４６を軸方向に長く設置した場合、このようなガスの撹拌、混合を阻害することになるので、ガス流３９ｂが熱的昇圧室３１内の操作ロッド２６外周面近傍に滞留し、熱的昇圧室３１内のガス温度が局所的に高くなる。その結果、アークへ吹き付ける際のガス流３９ｃの温度が高温になってしまう。
【００４８】
これに対して、本実施形態では、フローガイド部４６を設置しても、それがガス流３９ｂに与える影響がないため、加熱昇圧作用が大きい大電流遮断時であっても、アーク３８へ吹き付けることになる熱的昇圧室３１内のガス温度が過度に上昇することがない。したがって、従来と同等の優れた遮断性能を確実に発揮することができる。
【００４９】
以上のような熱的昇圧室３１へのガス流３９ｂ流入の後、さらに遮断動作が進むと、電流零点に至る。図１〜図３ではこの状態を示している。ここでは、大電流アーク３８が減衰し、残留アークプラズマ状態となって、圧力、密度及び温度が減少する。これにより、絶縁ノズル８のスロート部９は十分に開口し、ガス流３９ｃが、熱的昇圧室３１からフランジ２７のフランジ開口穴３４ａを経てガス流路１１に向かって流れる。
【００５０】
ガス流３９ｃは、可動アーク接触子６と絶縁ノズル８との間のガス流路１１から対向アーク接触子７に向かって流れるガス流３９ｆと、操作ロッド２６の中空部から、操作ロッド２６に設けられたロッド開口部３４ｃに向かって流れるガス流３９ｇとなる。これらの２方向のガス流３９ｆ、３９ｇによって、アーク３８は相乗的に強力に冷却されて消弧され、電流遮断が達成される。
【００５１】
図１に示す大電流遮断時には、熱的昇圧室３１は機械的圧縮室３２に比べて圧力が高い状態にあり、隔壁３５に取り付けられた逆止弁４１は閉状態である。一方、固定ピストン３３に設けられた放圧弁４４は、機械的圧縮室３２の過剰圧力上昇により開状態となって、機械的圧縮室３２から充填ガス雰囲気空間１４へと流れるガス流３９ｄが発生する。したがって、機械的圧縮室３２の過剰圧力が遮断動作を妨害する反力になることを回避できる。
【００５２】
また、図２、図３に示す中小電流遮断時には、熱的昇圧室３１の圧力は電流零点近傍で次第に低下し、機械的圧縮室３２の圧力を下回る。そのため、逆止弁４１は開状態となり、機械的圧縮室３２から熱的昇圧室３１へと向かって低温高密度のガス流３９ａが流れる。ガス流３９ａは隔壁開口部３４ｂを抜けてフローガイド部４６に当たり、操作ロッド２６の外周面に向かって方向付けされる。
【００５３】
このとき、フローガイド部４６は逆止弁４１と所定の曲率を持って滑らかに接続しているため、ガス流３９ａは熱的昇圧室３１へスムーズに流れていき、確実に所望の方向に誘導されて、熱的昇圧室３１内でガス流３９ａが四散することがない。そして、ガス流３９ａは操作ロッド２６の外周面に沿って流れ、フランジ２７の開口穴３４ａを経てガス通路１１に向かうガス流３９ｃとなる。
【００５４】
以上のように、ガス流３９ａは熱的昇圧室３１内部で拡散することがなく、ガス流３９ｃとして、効率よくガス流路１１へと到達することが可能である。したがって、機械的圧縮室３２から熱的昇圧室３１を経てガス通路１１に至るまで、低温高密度を維持したまま、ガス流３９ａ、３９ｃを一連の流れとして流すことができる。これにより、加熱昇圧作用が小さい中小電流遮断時であっても、高い吹付け圧力を確保可能であり、良好な遮断性能を獲得することができる。
【００５５】
上述した第１の実施形態によれば、中小電流遮断時には、機械的圧縮室３２から熱的昇圧室３１へ流入した低温高密度のガス流３９ａを、フローガイド部４６により熱的昇圧室３１内部で拡散させることなく、滑らかに上流側ガス流路１１へと誘導する流路を構成することができるため、良好な遮断性能を得ることができる。
【００５６】
また、大電流遮断時には、フローガイド部４６は、アーク空間側から熱的昇圧室３１内部に流入する高温ガス流が、冷たいガスと撹拌混合する流れ空間を遮ることのない形状をしている。そのため、加熱昇圧作用が大きい大電流遮断時であっても、アーク３８へ吹き付けることになる熱的昇圧室３１内のガス温度の過度の上昇を抑止でき、従来の消弧室と同等の遮断性能を得ることができる。したがって、小さな駆動エネルギーであっても、小電流から大電流に至るすべての電流領域で良好な遮断性能を示す、大容量ガス遮断器を実現することができる。
【００５７】
（２）第２の実施形態
［構成］
続いて、本発明に係る第２の実施形態に関して、図４を参照して具体的に説明する。図４は中小電流遮断時で電流零点に至った状態での拡大断面図である。
【００５８】
第２の実施形態は、基本構成は上記第１の実施形態と同様であるが、開口部３４ｂの熱的昇圧室３１側端部に曲率部４７を設けた点に特徴がある。曲率部４７は、機械的圧縮室３２から熱的昇圧室３１へ流入するガス流３９ａを、フローガイド部４６に向かって方向付ける傾斜面又は湾曲面を有している。
【００５９】
［作用及び効果］
以上の構成を有する第２の実施形態においては、前記第１の実施形態の持つ作用効果に加えて、以下のような作用効果が得られる。すなわち、開口部３４ｂの熱的昇圧室３１側端部に曲率部４７を設けたので、機械的圧縮室３２から熱的昇圧室３１へガス流３９ａ流入する際、ガス流３９ａは曲率部４７に沿って、より滑らかに開口部３４ｂを流れることができる。したがって、フローガイド部４６へとスムーズに流れることが可能となる。これにより、中小電流遮断のさらなる向上が望める。
【００６０】
（３）第３の実施形態
［構成］
次に図５を用いて、本発明に係る第３の実施形態を説明する。図５は中小電流遮断時で電流零点に至った状態での拡大断面図である。第３の実施形態は、基本構成は上記第１及び第２の実施形態と同様であり、その構成上の特徴は、熱的昇圧室３１の内壁を構成する操作ロッド２６の外周面に、前方に傾くテーパー面４８を形成した点にある。テーパー面４８は、フローガイド部４６により方向付けられたガス流３９ａをガス通路１１へと導くようになっている。
【００６１】
［作用及び効果］
以上の構成を有する第３の実施形態では、前記第２の実施形態の持つ作用効果に加えて、以下のような独自の作用効果が得られる。すなわち、機械的圧縮室３２から熱的昇圧室３１へ流入するガス流３９ａは、フローガイド部４６により流れをガイドされて、アーク空間に流れるガス流３９ｃとなるが、その間の流れであるガス流３９ｈは、操作ロッド２６外周面のテーパー面４８に沿って流れ、ガス通路１１へ誘導する。
【００６２】
このため、ガス流３９ｈは熱的昇圧室３１へ流入してからガス流路１１に至るまで、非常にスムーズに流れることができ、ガス流３９ｃを安定してアーク空間へ供給することができる。このように、本実施形態では、操作ロッド２６外周面にテーパー面４８を設けたことで、効率よくガス流３９ｃを流すことができ、アーク空間に効果的に機械圧縮室３２の低温高密度ガスを供給することができる。これにより、中小電流遮断性能をいっそう向上させることが可能である。
【００６３】
（４）他の実施形態
なお、本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、各部材の形状や寸法、配置数等は適宜変更可能であり、各実施形態を自由に組合せても良い。例えば、開口部３４ｂに対する改良として、図６に示すように、軸方向に対して傾けた傾斜開口部４９を隔壁３５に設けても良く、上記第２の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の断面図であり、大電流遮断時に電流零点に至った状態を示す。
【図２】第１の実施形態の断面図であり、中小電流遮断時に電流零点に至った状態を示す。
【図３】図２の拡大断面図。
【図４】本発明に係る第２の実施形態の拡大断面図であり、中小電流遮断時に電流零点に至った状態を示す。
【図５】本発明に係る第３の実施形態の拡大断面図であり、中小電流遮断時に電流零点に至った状態を示す。
【図６】本発明に係る他の実施形態の拡大断面図であり、中小電流遮断時に電流零点に至った状態を示す。
【図７】従来のガス遮断器の断面図であり、遮断動作前の投入状態を示す。
【図８】従来のガス遮断器の断面図であり、遮断動作初期の状態を示す。
【図９】従来のガス遮断器の断面図であり、開極後の大電流期間における状態を示す。
【図１０】従来のガス遮断器の断面図であり、大電流遮断において電流零点に至った状態を示す。
【図１１】従来のガス遮断器の断面図であり、中小電流遮断において電流零点に至った状態を示す。
【符号の説明】
【００６５】
１…可動接触子部
２…対向接触子部
４…可動通電接触子
５…対向通電接触子
６…可動アーク接触子
７…対向アーク接触子
８…絶縁ノズル
９…スロート部
１１…ガス流路
１４…充填ガス雰囲気空間
２６…操作ロッド
２７、４０…フランジ
２８…シリンダ
３１…熱的昇圧室
３２…機械的圧縮室
３３…固定ピストン
３４ａ…フランジ開口穴
３４ｂ…隔壁開口部
３４ｃ…ロッド開口部
３５…隔壁
３８…アーク
３９ａ〜３９ｈ…ガス流
４１…逆止弁
４２、４２ａ…ストッパ
４４…放圧弁
４５…バネ
４６…フローガイド部
４７…曲率部
４８…テーパー面
４９…傾斜開口部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械的な圧縮作用とアーク熱による加熱昇圧作用を利用したガス遮断器に係り、特に、アーク熱の加熱昇圧作用により蓄圧される第２蓄圧空間のガス流の流れを効率よく制御可能なガス遮断器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、小電流から大電流まで遮断可能な大容量のガス遮断器が求められており、しかも、駆動エネルギーを増大させることなく、小電流から大電流に至るまで、くまなく高い遮断性能を発揮することが要求されている。そのため、このような要求に応えるべく、種々の改良がなされている。例えば、機械的な圧縮作用に加えて、アーク熱による加熱昇圧作用を利用し、消弧性ガスを昇圧させてこれをアークに吹き付けて遮断するタイプのガス遮断器が知られている。
【０００３】
このタイプのガス遮断器としては、アーク熱により昇圧させる空間を、可動接触子部側と固定接触子部側の両方に配置したもの（特許文献１参照）や、ガス流の整流部材と逆止弁を組み合わせてアークに曝されていない消弧性ガスをアークに吹き付けるように構成したもの（特許文献２参照）などが提案されている。前者は、可動接触子部側の昇圧空間の縮小化を図ることで、軽量化、コンパクト化が可能である。また、後者は、アークに曝されていないことで比較的低温を維持した消弧性ガスを、アークに吹き付けることができ、遮断性能の向上が期待できる。
【０００４】
以下、ガス遮断器の従来例について、図７〜図１１を用いて具体的に説明する。図７は遮断動作前の投入状態を示す断面図、図８は遮断動作初期の状態を示す断面図、図９は遮断動作が進み開極後の電流ピーク付近の状態を示す断面図、図１０及び図１１はさらに遮断動作が進み電流零点に至った状態を示す断面図である。図１０は遮断電流が大きい場合、図１１は遮断電流が小さい場合に相当する。
【０００５】
まず、ガス遮断器の概要について説明する。図７に示すように、任意の消弧性ガスが充填された容器（図示せず）内には、可動接触子部１として定義される第１接触子部、固定の対向接触子部２として定義される第２接触子部が、容器の中心軸上に対向して配置されている。
【０００６】
なお、可動接触子部１の位置関係については、対向接触子部２側の方向を前方、その反対側を後方と定義して説明する。また、可動接触子部１及び対向接触子部２間の空間を、遮断動作時にアークの発生するアーク空間と定義し、容器内の充填ガスと同圧力である空間（単純には容器の内部空間）を充填ガス雰囲気空間１４と定義する。
【０００７】
対向接触子部２は、容器内に固定されており、開口部３４ｄを設けたフランジ４０と、フランジ４０に固定された対向アーク接触子７と、その周囲に配置され同様にフランジ４０に固定された対向通電接触子５とから構成されている。
【０００８】
続いて、可動接触子部１の構成について説明する。可動接触子部１には、中空の操作ロッド２６が設けられている。操作ロッド２６は、図示していない駆動装置によって、その軸方向に往復運動するように構成されている。操作ロッド２６の中程には、ロッド開口部３４ｃが複数形成されている。ロッド開口部３４ｃは、操作ロッド２６の中空部と、容器内の充填ガス雰囲気空間１４とを連通するためのものである。また、操作ロッド２６の外周面において、ロッド開口部３４ｃと操作ロッド２６前端部との中間付近にはストッパ４２が固定されている。
【０００９】
操作ロッド２６の前端部にはフランジ２７が連結されている。フランジ２７の後方にはシリンダ２８が一体的に設けられている。シリンダ２８の中程には隔壁３５が一体的に固着されている。この隔壁３５を介してシリンダ２８内の空間は、前後に分割されており、前方側に熱的昇圧室３１が、後方側に機械的圧縮室３２が、それぞれ設けられている。
【００１０】
遮断動作時にアーク空間にはアーク３８が発生するが、熱的昇圧室３１は、このアーク３８の熱エネルギーにより高温となった熱ガスを取り込み、その加熱昇圧作用によって蓄圧される空間である。一方、機械的圧縮室３２は内部に円形平板状の固定ピストン３３が挿入されており、遮断動作時にこの固定ピストン３３による機械的圧縮作用によって蓄圧される空間である。
【００１１】
また、熱的昇圧室３１と機械的圧縮室３２とを隔てる隔壁３５には隔壁開口部３４ｂが形成されており、この隔壁開口部３４ｂにより、熱的昇圧室３１と機械的圧縮室３２とが空間的に連通される。さらに隔壁開口部３４ｂの熱的昇圧室３１側には浮動の逆止弁４１が設けられている。逆止弁４１は円形平板形状の部材から構成されており、その動作はストッパ４２と隔壁３５によって制限される。
【００１２】
また、機械的圧縮室３２内の固定ピストン３３は、その内周面で操作ロッド２６の外周面に対して摺動すると共に、その外周面でシリンダ２８の内周面に対して摺動するように構成されている。この場合、固定ピストン３３は、その後方に一体的に設けられて軸方向に伸びるピストン支持部３３ｂによって、図示していない容器内に固定されている。さらに、固定ピストン３３にはピストン開口部３４ｅが形成されており、ピストン開口部３４ｅにはバネ４５で閉方向に蓄勢された放圧弁４４が設けられている。
【００１３】
ところで、フランジ２７の前方には、中空かつ指状の可動アーク接触子６が連結されている。可動アーク接触子６は、対向接触子部２側の対向アーク接触子７と接離自在に配置される。また、フランジ２７において可動アーク接触子６の外周基部に相当する部分にはフランジ開口穴３４ａが形成されている。
【００１４】
さらに、このフランジ開口穴３４ａの外周部分で、且つ前記可動アーク接触子６を包囲するようにして、スロート部９を有する絶縁ノズル８と、可動通電接触子４とが配置されている。可動通電接触子４は、対向接触子部２側の対向通電接触子５と接離自在に配置されている。
【００１５】
なお、可動アーク接触子６と絶縁ノズル８との間には、フランジ２７のフランジ開口穴３４ａから連続して、ガス流路１１が形成されている。このガス流路１１は、熱的昇圧室３１の内部空間とアーク空間とを接続する部分である。
【００１６】
以上の構成を有するガス遮断器は、次のようにして遮断動作を実施する。遮断動作が開始すると、図７に示した状態から図８に移行する。すなわち、操作ロッド２６が後方に移動し、操作ロッド２６を含む可動接触子部１が一体的に移動する。これにより、容器内に固定された固定ピストン３３に対し、操作ロッド２６とシリンダ２８が一体的に移動することになり、シリンダ２８と固定ピストン３３が相対移動して、シリンダ２８内部後方に形成された機械的圧縮室３２が圧縮される。
【００１７】
図８に示した遮断動作の開始時点では、隔壁３５の開口部３４ｂに取り付けられた逆止弁４１は、浮動なので、慣性力により可動接触子部１とは一体的に動作しない。つまり、逆止弁４１は相対的には前方に移動したことになり、ストッパ４２に当接して止まる。
【００１８】
この前方への移動により逆止弁４１が開き、隔壁３５の隔壁開口部３４ｂは開状態となる。さらに、機械的圧縮室３２が昇圧しているため、機械的圧縮室３２内から低温高密度のガス流３９ａが流れることになり、このガス流３９ａは機械的圧縮室３２側から開口部３４ｂを経て、熱的昇圧室３１へと供給される。
【００１９】
次に、図９に示すように遮断動作が進行し、対向アーク接触子７と可動アーク接触子６が開離すると、両アーク接触子７、６間のアーク空間にアーク３８が発生する。この時、アーク３８により、アーク空間は高温高圧の状態にある。このため、アーク空間は熱的昇圧室３１よりも圧力が上昇し、絶縁ノズル８のスロート部９からガス流路１１及びフランジ２７の開口部３４ａを経て熱的昇圧室３１へと流れる、高温のガス流３９ｂが生じる。これにより、アーク３８の熱エネルギーの一部が熱的昇圧室３１に取り込まれることになる。
【００２０】
特に、大電流を遮断する場合にはアーク空間は高温となり、例えばアーク３８の電流が５０ｋＡの場合、その温度は容易に１００００Ｋ以上に達する。このため、熱的昇圧室３１は著しく昇圧し、熱的昇圧室３１と機械的圧縮室３２の間に、逆差圧が発生して熱的昇圧室３１の方が機械的圧縮室３２よりも圧力が大きくなる。したがって、隔壁３５の隔壁開口部３４ｂに取り付けられた逆止弁４１には、後方への力が作用し、逆止弁４１は後方に移動して閉塞し、隔壁３５の隔壁開口部３４ｂは閉状態となる。
【００２１】
なお、このような大電流遮断時と比べて、中小電流遮断時（例えば２０ｋＡ以下）では、熱的昇圧室３１に急速な昇圧は起こらない。そのため、熱的昇圧室３１と機械的圧縮室３２の圧力は比較的均衡した状態をとることになり、逆止弁４１の動作は、熱的昇圧室３１と機械的圧縮室３２との圧力状態によって変化する。
【００２２】
さらにストロークが進み、図１０及び図１１に示すように電流零点に達すると、アーク３８は減衰する。そして、残留アークプラズマ状態となり、圧力、密度及び温度が減少する。これにより、絶縁ノズル８のスロート部９は十分に開口する。このとき、熱的昇圧室３１内のガスはガス流３９ｃとなり、熱的昇圧室３１からフランジ２７の開口部３４ａを経てガス流路１１に向かって流れる。
【００２３】
ガス流３９ｃは、ガス流路１１を通過してアーク空間に達し、そこから対向アーク接触子７に向かって流れるガス流３９ｆと、操作ロッド２６の中空部に入り、操作ロッド２６のロッド開口部３４ｃに向かって流れるガス流３９ｇとに分かれる。これらの２方向のガス流３９ｆ、３９ｇによって、アーク３８は相乗的に強力に冷却されて消弧され、電流遮断が達成される。なお、操作ロッド２６の開口部３４ｃを通過したガス流３９ｅは、充填ガス雰囲気空間１４へと流れ出る（図１０及び図１１に図示）。
【００２４】
ここで、大電流遮断時で電流零点に至った状態を図１０に示す。大電流遮断時では、熱的昇圧室３１は機械的圧縮室３２に比べて圧力が高い状態にあり、隔壁３５に取り付けられた逆止弁４１は閉状態である。一方、固定ピストン３３に設けられた放圧弁４４は、機械的圧縮室３２の過剰圧力上昇により開状態となる。したがって、ガス流３９ｄは、機械的圧縮室３２から充填ガス雰囲気空間１４へと抜ける。これにより、機械的圧縮室３２の過剰圧力が遮断動作を妨害する反力になることを回避できる。
【００２５】
また、中小電流遮断時で電流零点に至った状態を図１１に示す。中小電流遮断時では、熱的昇圧室３１の圧力は電流零点近傍で次第に低下し、機械的圧縮室３２の圧力を下回る。そのため、逆止弁４１は再度、開状態となり、機械的圧縮室３２から熱的昇圧室３１へのガス流３９ａが発生する。
【００２６】
以上のようなガス遮断器においては、熱的昇圧室３１と機械的圧縮室３２が相補的に作用している。すなわち、中小電流遮断時のようにアークエネルギーが小さい場合、熱的昇圧室３１では大きな圧力上昇が期待できないので、機械的圧縮室３２からガス流３９ａを供給し、熱的昇圧室３１の圧力上昇を補うことができる。
【００２７】
一方、強力な吹付けが必要な大電流遮断時には、アークエネルギーが大きいので、強力なガス流３９ｂがアーク空間から熱的昇圧室３１へと供給され、熱的昇圧室３１の圧力が極めて高くなる。この際、熱的昇圧室３１は逆止弁４１により、機械的圧縮室３２から切り離されるため、熱的昇圧室３１は高効率で昇圧することが可能である。そして、残留アークプラズマ状態となり、絶縁ノズル８のスロート部９が十分に開口すると、強力なガス流３９ｃが熱的昇圧室３１からガス流路１１を経てアーク空間へと流れ、確実に電流を遮断することができる。
【００２８】
なお、大電流遮断時では、逆止弁４１が閉じることにより機械的圧縮室３２へのアークエネルギーの流入が抑制されるため、機械圧縮室３２の昇圧もある程度抑制されることになり、遮断動作を妨害する反力を抑えることができる。また、熱的昇圧室３１においては、構成部材に作用する圧力は相殺されるため、遮断動作を妨げることはない。
【特許文献１】特開２００１−６７９９６号公報
【特許文献２】特開２００３−３１７５８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
しかしながら、以上のような従来のガス遮断器には次に示す問題点があった。すなわち、中小電流遮断時のように熱的昇圧室３１の圧力上昇が充分ではない場合、機械的昇圧室３２から熱的昇圧室３１へガス流３９ａを供給しようとするが、この際、熱的昇圧室３１に入ったガス流３９ａは、熱的昇圧室３１を通過していく過程で熱的昇圧室３１内部で拡散し、徐々に圧力が低下していく。したがって、熱的昇圧室３１からガス流路１１を経てアーク空間へと流れるガス流３９ｃも圧力が低下することになり、アーク３８に吹付けられるガス流３９ｆ、３９ｇの吹付け圧力は弱くなる。
【００３０】
すなわち、機械的圧縮室３２から熱的昇圧室３１へ流れ込んだ後、ガス流３９ａは、熱的昇圧室３１内で拡散し、効率よくガス流路１１へと到達することができなかった。これは、機械的圧縮の視点から見ると、熱的昇圧室３１が機械的圧縮室３２のデッドボリュームとして存在することになり、中小電流遮断時の吹付け圧力低下を招くことになった。
【００３１】
そこで従来では、中小電流遮断時に十分な吹付け圧力を得るためには、機械的圧縮室３２の断面積を大きくするか、熱的昇圧室３１の体積を小さく構成することが考えられていた。しかしながら、機械的圧縮室３２の断面積を大きくする場合には、駆動エネルギーが大きくなるといった新たな問題が生じる。
【００３２】
一方、熱的昇圧室３１の体積を小さくする場合には、中小電流に対する遮断性能は向上するが、その反面、大電流遮断時には圧力が上昇し過ぎて、熱的昇圧室３１から流れ出るガス量が多くなる点が問題となる。すなわち、熱的昇圧室３１からのガス流出量が増大すれば、熱的昇圧室３１から短時間でガスが流れ出てしまうからである。特に、アーク３８の発生時間が長い場合には熱的昇圧室３１のガス密度および圧力が低下することになり、かえって遮断性能が低下する可能性があった。
【００３３】
本発明は、以上のような従来技術の課題を解決するために提案されたものであり、小さな駆動エネルギーで中小電流から大電流に至るまで確実に遮断可能な、コンパクト性及び遮断性能に優れ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】
【００３４】
上述した目的を達成するために、本発明は、消弧性ガスが充填された密閉容器内の中心軸上には、それぞれ通電接触子及びアーク接触子を有する第１接触子部及び第２接触子部が対向して配置され、前記第１接触子部及び第２接触子部の各アーク接触子は、通常運転時は互いに接触導通状態にあり、遮断動作時は開離すると共に前記第１接触子部及び前記第２接触子部間の空間として定義されるアーク空間にアークを発生するように構成され、前記第１接触子部は、連結された駆動装置により遮断動作時及び投入動作時に動作するように構成され、その内部にはアーク消弧用のガス流を発生させる蓄圧空間が形成され、さらに前記蓄圧空間内のガス流をアークに吹き付ける絶縁ノズルが設置され、前記蓄圧空間には、遮断動作過程において、機械的圧縮作用により蓄圧される第１蓄圧空間と、前記アーク空間と連通してそこから取り込まれる熱ガスによる加熱昇圧作用により蓄圧される第２蓄圧空間とが、隔壁を介して設けられ、前記隔壁には隣接する前記第１蓄圧空間及び前記第２蓄圧空間同士を接続する隔壁開口部が形成され、前記隔壁開口部には該隔壁開口部の閉塞及び開放を行う逆止弁が取り付けられ、前記絶縁ノズルの内部には、前記第２蓄圧空間と前記アーク空間とを空間的に接続するガス通路が設けられたガス遮断器において、前記隔壁開口部近傍には、該隔壁開口部を経て前記第１蓄圧空間から前記第２蓄圧空間へ流入したガス流が前記ガス通路に向かって流れるように、前記ガス流を方向付けるフローガイド部が設置されたことを特徴としている。
【００３５】
このような構成を有する本発明においては、逆止弁が開いて、隔壁開口部が開状態にある時、第１蓄圧空間から第２蓄圧空間に入ってきた低温高密度のガス流を、フローガイド部が、絶縁ノズルのガス通路に向かって滑らかに誘導することができる。そのため、ガス流は第２蓄圧空間内部で四方に拡散することがなく、効率よくガス流路へと到達可能である。したがって、第１蓄圧空間から第２蓄圧空間を経て絶縁ノズルに至るまで、低温高密度を維持した状態でガスを流すことができ、加熱昇圧作用が小さい中小電流遮断時であっても、高い吹付け圧力を確保することができる。
【００３６】
また、遮断動作の進行中、アークが生じてアーク空間の圧力が第２蓄圧空間より上昇すると、アーク空間の高温ガスがガス流路を経て第２蓄圧空間に流入するが、このとき、開口部近傍のフローガイド部は、第１及び第２の蓄圧空間を隔てる隔壁の開口部近傍にあるので、アーク空間及びガス流路からは十分に離れている。
【００３７】
そのため、アーク空間側から第２蓄圧空間へ流入する高温ガスに対しては、フローガイド部がその流れを誘導するといったことがなく、第２蓄圧空間内に存在していた低温ガスと、アーク空間側からの高温ガスとの撹拌、混合を、フローガイド部が妨害することがない。
【００３８】
つまり、アーク空間からの高温ガスを第２蓄圧空間内に取り入れる際、第２蓄圧空間内の低温ガスとの撹拌、混合を確実に進めることができ、高温ガスが第２蓄圧空間内のガス温度上昇に過剰に寄与することがない。したがって、加熱昇圧作用が大きい大電流遮断時であっても、第２蓄圧空間内の温度は過度に上昇することがなく、アークへ吹き付ける際のガス流温度が低温を維持することを妨げない。したがって、フローガイド部を設置した場合でも、大電流遮断時の遮断性能を、従来と同等の優れたレベルに保つことが可能である。
【発明の効果】
【００３９】
本発明のガス遮断器によれば、隔壁開口部近傍にフローガイド部を設置して、第１蓄圧空間から第２蓄圧空間に流入したガス流を、絶縁ノズルのガス通路に向かって方向付けることにより、第２蓄圧空間内部での拡散を防いで低温高密度のガス流をガス流路へ確実に到達させることができるため、加熱昇圧作用が小さい中小電流遮断時でも高い吹付け圧力を確保可能であり、中小電流から大電流に至るまで、小さな駆動エネルギーで優れた遮断性能を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下には、本発明に係るガス遮断器の複数の実施形態について、図１〜図６を参照して具体的に説明する。なお、下記の実施形態において、図７〜図１１に示した前記従来例と同一の部材に関しては同一符号を付して説明は省略する。また、可動接触子部１及び対向接触子部２の位置関係の定義についても同様であって、対向接触子部２側の方向を前方、その反対側を後方とする。
【００４１】
（１）第１の実施形態
［構成］
本発明に係る第１の実施形態に関して、図１〜図３を参照して具体的に説明する。図１〜図３は第１の実施形態を適用したガス遮断器の断面図であり、遮断動作が進み電流零点に至った状態を示している。図１は大電流遮断時、図２は中小電流遮断時に対応しており、図３は図２の拡大図を示している。
【００４２】
第１の実施形態の構成上の特徴は、逆止弁４１の内周側に、円筒形状のフローガイド部４６を一体的に設けた点にある。フローガイド部４６は軸方向、つまり操作ロッド２６の軸方向の沿面に平行方向に、伸びるように形成されており、円形平板形状の逆止弁４１とは所定の曲率を持って滑らかに接続されている。なお、フローガイド部４６の長さ寸法ａは、逆止弁４１の外径長と内径長の差ｂよりも小さく設定されている（符号ａ、ｂは図３に図示）。
【００４３】
また、本実施形態では、逆止弁４１のストッパ４２ａの形状及び固定位置が、図７〜図１１に示した従来のストッパ４２とは異なっている。すなわちストッパ４２ａは、従来のストッパ４２のように操作ロッド２６外周面に固定されるのではなく、リング状の部材からなり、隔壁３５の熱的昇圧室３１側で、逆止弁４１を囲むようにして固定されている。ストッパ４２ａ前端面の内径寸法は逆止弁４１の外径寸法より小さく設定されており、ストッパ４２ａ前端面が逆止弁４１の外周部に当接することで、逆止弁４１の動作を制限するようになっている。
【００４４】
［作用及び効果］
以上の構成を有する第１の実施形態の作用効果は次の通りである。なお、本実施形態における遮断動作開始時点の動作に関しては、図８に示した従来例のそれと同じなので、従来例と重複する部分に関しては説明を省略する。ただし、遮断動作開始時点で、機械的圧縮室３２から熱的昇圧室３１に低温高密度のガス流３９ａが供給される際、隔壁３５の隔壁開口部３４ｂを抜けた後のガス流３９ａに対しては、フローガイド部４６による方向付けといった作用が現れる。この点に関しては、後段の中小電流遮断時の説明部分において詳しく述べる。
【００４５】
遮断動作が進行し、対向アーク接触子７と可動アーク接触子６が開離すると、アーク空間にアーク３８が発生するので、アーク空間は熱的昇圧室３１より圧力が上昇する。そのため、絶縁ノズル８のスロート部９からガス流路１１及びフランジ２７の開口部３４ａを経て熱的昇圧室３１に至る、高温のガス流３９ｂが生じる。
【００４６】
ガス流３９ｂが生じるまでの動作に関しても、図９に示した従来例と同様であるが、フローガイド部４６を設置しても、ガス流３９ｂの流れが影響を受けないようになっている。すなわち、隔壁３５近傍に位置するフローガイド部４６は、熱的昇圧室３１の中でアーク空間から最も離れた位置にあり、しかも、フローガイド部４６の長さ寸法ａは極めて短いので、アーク空間側から流れるガス流３９ｂを方向付けていない。つまり、アーク空間側から熱的昇圧室３１内へ流入するガス流３９ｂに関して、フローガイド部４６がそれを誘導することはない。そのため、ガス流３９ｂは、熱的昇圧室３１内の比較的低温のガスとスムーズに撹拌、混合することができる。
【００４７】
仮にフローガイド部４６を軸方向に長く設置した場合、このようなガスの撹拌、混合を阻害することになるので、ガス流３９ｂが熱的昇圧室３１内の操作ロッド２６外周面近傍に滞留し、熱的昇圧室３１内のガス温度が局所的に高くなる。その結果、アークへ吹き付ける際のガス流３９ｃの温度が高温になってしまう。
【００４８】
これに対して、本実施形態では、フローガイド部４６を設置しても、それがガス流３９ｂに与える影響がないため、加熱昇圧作用が大きい大電流遮断時であっても、アーク３８へ吹き付けることになる熱的昇圧室３１内のガス温度が過度に上昇することがない。したがって、従来と同等の優れた遮断性能を確実に発揮することができる。
【００４９】
以上のような熱的昇圧室３１へのガス流３９ｂ流入の後、さらに遮断動作が進むと、電流零点に至る。図１〜図３ではこの状態を示している。ここでは、大電流アーク３８が減衰し、残留アークプラズマ状態となって、圧力、密度及び温度が減少する。これにより、絶縁ノズル８のスロート部９は十分に開口し、ガス流３９ｃが、熱的昇圧室３１からフランジ２７のフランジ開口穴３４ａを経てガス流路１１に向かって流れる。
【００５０】
ガス流３９ｃは、可動アーク接触子６と絶縁ノズル８との間のガス流路１１から対向アーク接触子７に向かって流れるガス流３９ｆと、操作ロッド２６の中空部から、操作ロッド２６に設けられたロッド開口部３４ｃに向かって流れるガス流３９ｇとなる。これらの２方向のガス流３９ｆ、３９ｇによって、アーク３８は相乗的に強力に冷却されて消弧され、電流遮断が達成される。
【００５１】
図１に示す大電流遮断時には、熱的昇圧室３１は機械的圧縮室３２に比べて圧力が高い状態にあり、隔壁３５に取り付けられた逆止弁４１は閉状態である。一方、固定ピストン３３に設けられた放圧弁４４は、機械的圧縮室３２の過剰圧力上昇により開状態となって、機械的圧縮室３２から充填ガス雰囲気空間１４へと流れるガス流３９ｄが発生する。したがって、機械的圧縮室３２の過剰圧力が遮断動作を妨害する反力になることを回避できる。
【００５２】
また、図２、図３に示す中小電流遮断時には、熱的昇圧室３１の圧力は電流零点近傍で次第に低下し、機械的圧縮室３２の圧力を下回る。そのため、逆止弁４１は開状態となり、機械的圧縮室３２から熱的昇圧室３１へと向かって低温高密度のガス流３９ａが流れる。ガス流３９ａは隔壁開口部３４ｂを抜けてフローガイド部４６に当たり、操作ロッド２６の外周面に向かって方向付けされる。
【００５３】
このとき、フローガイド部４６は逆止弁４１と所定の曲率を持って滑らかに接続しているため、ガス流３９ａは熱的昇圧室３１へスムーズに流れていき、確実に所望の方向に誘導されて、熱的昇圧室３１内でガス流３９ａが四散することがない。そして、ガス流３９ａは操作ロッド２６の外周面に沿って流れ、フランジ２７の開口穴３４ａを経てガス通路１１に向かうガス流３９ｃとなる。
【００５４】
以上のように、ガス流３９ａは熱的昇圧室３１内部で拡散することがなく、ガス流３９ｃとして、効率よくガス流路１１へと到達することが可能である。したがって、機械的圧縮室３２から熱的昇圧室３１を経てガス通路１１に至るまで、低温高密度を維持したまま、ガス流３９ａ、３９ｃを一連の流れとして流すことができる。これにより、加熱昇圧作用が小さい中小電流遮断時であっても、高い吹付け圧力を確保可能であり、良好な遮断性能を獲得することができる。
【００５５】
上述した第１の実施形態によれば、中小電流遮断時には、機械的圧縮室３２から熱的昇圧室３１へ流入した低温高密度のガス流３９ａを、フローガイド部４６により熱的昇圧室３１内部で拡散させることなく、滑らかに上流側ガス流路１１へと誘導する流路を構成することができるため、良好な遮断性能を得ることができる。
【００５６】
また、大電流遮断時には、フローガイド部４６は、アーク空間側から熱的昇圧室３１内部に流入する高温ガス流が、冷たいガスと撹拌混合する流れ空間を遮ることのない形状をしている。そのため、加熱昇圧作用が大きい大電流遮断時であっても、アーク３８へ吹き付けることになる熱的昇圧室３１内のガス温度の過度の上昇を抑止でき、従来の消弧室と同等の遮断性能を得ることができる。したがって、小さな駆動エネルギーであっても、小電流から大電流に至るすべての電流領域で良好な遮断性能を示す、大容量ガス遮断器を実現することができる。
【００５７】
（２）第２の実施形態
［構成］
続いて、本発明に係る第２の実施形態に関して、図４を参照して具体的に説明する。図４は中小電流遮断時で電流零点に至った状態での拡大断面図である。
【００５８】
第２の実施形態は、基本構成は上記第１の実施形態と同様であるが、開口部３４ｂの熱的昇圧室３１側端部に曲率部４７を設けた点に特徴がある。曲率部４７は、機械的圧縮室３２から熱的昇圧室３１へ流入するガス流３９ａを、フローガイド部４６に向かって方向付ける傾斜面又は湾曲面を有している。
【００５９】
［作用及び効果］
以上の構成を有する第２の実施形態においては、前記第１の実施形態の持つ作用効果に加えて、以下のような作用効果が得られる。すなわち、開口部３４ｂの熱的昇圧室３１側端部に曲率部４７を設けたので、機械的圧縮室３２から熱的昇圧室３１へガス流３９ａ流入する際、ガス流３９ａは曲率部４７に沿って、より滑らかに開口部３４ｂを流れることができる。したがって、フローガイド部４６へとスムーズに流れることが可能となる。これにより、中小電流遮断のさらなる向上が望める。
【００６０】
（３）第３の実施形態
［構成］
次に図５を用いて、本発明に係る第３の実施形態を説明する。図５は中小電流遮断時で電流零点に至った状態での拡大断面図である。第３の実施形態は、基本構成は上記第１及び第２の実施形態と同様であり、その構成上の特徴は、熱的昇圧室３１の内壁を構成する操作ロッド２６の外周面に、前方に傾くテーパー面４８を形成した点にある。テーパー面４８は、フローガイド部４６により方向付けられたガス流３９ａをガス通路１１へと導くようになっている。
【００６１】
［作用及び効果］
以上の構成を有する第３の実施形態では、前記第２の実施形態の持つ作用効果に加えて、以下のような独自の作用効果が得られる。すなわち、機械的圧縮室３２から熱的昇圧室３１へ流入するガス流３９ａは、フローガイド部４６により流れをガイドされて、アーク空間に流れるガス流３９ｃとなるが、その間の流れであるガス流３９ｈは、操作ロッド２６外周面のテーパー面４８に沿って流れ、ガス通路１１へ誘導する。
【００６２】
このため、ガス流３９ｈは熱的昇圧室３１へ流入してからガス流路１１に至るまで、非常にスムーズに流れることができ、ガス流３９ｃを安定してアーク空間へ供給することができる。このように、本実施形態では、操作ロッド２６外周面にテーパー面４８を設けたことで、効率よくガス流３９ｃを流すことができ、アーク空間に効果的に機械圧縮室３２の低温高密度ガスを供給することができる。これにより、中小電流遮断性能をいっそう向上させることが可能である。
【００６３】
（４）他の実施形態
なお、本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、各部材の形状や寸法、配置数等は適宜変更可能であり、各実施形態を自由に組合せても良い。例えば、開口部３４ｂに対する改良として、図６に示すように、軸方向に対して傾けた傾斜開口部４９を隔壁３５に設けても良く、上記第２の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の断面図であり、大電流遮断時に電流零点に至った状態を示す。
【図２】第１の実施形態の断面図であり、中小電流遮断時に電流零点に至った状態を示す。
【図３】図２の拡大断面図。
【図４】本発明に係る第２の実施形態の拡大断面図であり、中小電流遮断時に電流零点に至った状態を示す。
【図５】本発明に係る第３の実施形態の拡大断面図であり、中小電流遮断時に電流零点に至った状態を示す。
【図６】本発明に係る他の実施形態の拡大断面図であり、中小電流遮断時に電流零点に至った状態を示す。
【図７】従来のガス遮断器の断面図であり、遮断動作前の投入状態を示す。
【図８】従来のガス遮断器の断面図であり、遮断動作初期の状態を示す。
【図９】従来のガス遮断器の断面図であり、開極後の大電流期間における状態を示す。
【図１０】従来のガス遮断器の断面図であり、大電流遮断において電流零点に至った状態を示す。
【図１１】従来のガス遮断器の断面図であり、中小電流遮断において電流零点に至った状態を示す。
【符号の説明】
【００６５】
１…可動接触子部
２…対向接触子部
４…可動通電接触子
５…対向通電接触子
６…可動アーク接触子
７…対向アーク接触子
８…絶縁ノズル
９…スロート部
１１…ガス流路
１４…充填ガス雰囲気空間
２６…操作ロッド
２７、４０…フランジ
２８…シリンダ
３１…熱的昇圧室
３２…機械的圧縮室
３３…固定ピストン
３４ａ…フランジ開口穴
３４ｂ…隔壁開口部
３４ｃ…ロッド開口部
３５…隔壁
３８…アーク
３９ａ〜３９ｈ…ガス流
４１…逆止弁
４２、４２ａ…ストッパ
４４…放圧弁
４５…バネ
４６…フローガイド部
４７…曲率部
４８…テーパー面
４９…傾斜開口部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
消弧性ガスが充填された密閉容器内の中心軸上には、それぞれ通電接触子及びアーク接触子を有する第１接触子部及び第２接触子部が対向して配置され、
前記第１接触子部及び第２接触子部の各アーク接触子は、通常運転時は互いに接触導通状態にあり、遮断動作時は開離すると共に前記第１接触子部及び前記第２接触子部間の空間として定義されるアーク空間にアークを発生するように構成され、
前記第１接触子部は、連結された駆動装置により遮断動作時及び投入動作時に動作するように構成され、その内部にはアーク消弧用のガス流を発生させる蓄圧空間が形成され、さらに前記蓄圧空間内のガス流をアークに吹き付ける絶縁ノズルが設置され、
前記蓄圧空間には、遮断動作過程において、機械的圧縮作用により蓄圧される第１蓄圧空間と、前記アーク空間と連通してそこから取り込まれる熱ガスによる加熱昇圧作用により蓄圧される第２蓄圧空間とが、隔壁を介して設けられ、
前記隔壁には隣接する前記第１蓄圧空間及び前記第２蓄圧空間を空間的に接続する隔壁開口部が形成され、
前記隔壁開口部には該隔壁開口部の閉塞及び開放を行う逆止弁が取り付けられ、
前記絶縁ノズルの内部には、前記第２蓄圧空間と前記アーク空間とを空間的に接続するガス通路が設けられたガス遮断器において、
前記隔壁開口部近傍には、該隔壁開口部を経て前記第１蓄圧空間から前記第２蓄圧空間へ流入したガス流が前記ガス通路に向かって流れるように、前記ガス流を方向付けるフローガイド部が設置されたことを特徴とするガス遮断器。
【請求項２】
前記フローガイド部は、前記隔壁開口部と前記ガス通路を結ぶ経路上に配置された円筒状又はリング状の部材から構成されたことを特徴とする請求項１記載のガス遮断器。
【請求項３】
前記フローガイド部は、所定の曲率を持って前記逆止弁に一体的に設けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載のガス遮断器。
【請求項４】
前記フローガイド部は、前記隔壁開口部の前記第２蓄圧空間側の端部に形成された傾斜断面部又は湾曲断面部から構成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス遮断器。
【請求項５】
前記第２蓄圧空間の内壁には、前記フローガイド部により方向付けられたガス流を、前記ガス通路へと導くための傾斜面又は湾曲面が設けられたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス遮断器。
【請求項６】
前記隔壁開口部の内周部には、前記第１蓄圧空間から前記第２蓄圧空間へ流入するガス流を、前記フローガイド部に向かって方向付ける傾斜面又は湾曲面が設けられたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のガス遮断器。
【請求項１】
消弧性ガスが充填された密閉容器内の中心軸上には、それぞれ通電接触子及びアーク接触子を有する第１接触子部及び第２接触子部が対向して配置され、
前記第１接触子部及び第２接触子部の各アーク接触子は、通常運転時は互いに接触導通状態にあり、遮断動作時は開離すると共に前記第１接触子部及び前記第２接触子部間の空間として定義されるアーク空間にアークを発生するように構成され、
前記第１接触子部は、連結された駆動装置により遮断動作時及び投入動作時に動作するように構成され、その内部にはアーク消弧用のガス流を発生させる蓄圧空間が形成され、さらに前記蓄圧空間内のガス流をアークに吹き付ける絶縁ノズルが設置され、
前記蓄圧空間には、遮断動作過程において、機械的圧縮作用により蓄圧される第１蓄圧空間と、前記アーク空間と連通してそこから取り込まれる熱ガスによる加熱昇圧作用により蓄圧される第２蓄圧空間とが、隔壁を介して設けられ、
前記隔壁には隣接する前記第１蓄圧空間及び前記第２蓄圧空間を空間的に接続する隔壁開口部が形成され、
前記隔壁開口部には該隔壁開口部の閉塞及び開放を行う逆止弁が取り付けられ、
前記絶縁ノズルの内部には、前記第２蓄圧空間と前記アーク空間とを空間的に接続するガス通路が設けられたガス遮断器において、
前記隔壁開口部近傍には、該隔壁開口部を経て前記第１蓄圧空間から前記第２蓄圧空間へ流入したガス流が前記ガス通路に向かって流れるように、前記ガス流を方向付けるフローガイド部が設置されたことを特徴とするガス遮断器。
【請求項２】
前記フローガイド部は、前記隔壁開口部と前記ガス通路を結ぶ経路上に配置された円筒状又はリング状の部材から構成されたことを特徴とする請求項１記載のガス遮断器。
【請求項３】
前記フローガイド部は、所定の曲率を持って前記逆止弁に一体的に設けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載のガス遮断器。
【請求項４】
前記フローガイド部は、前記隔壁開口部の前記第２蓄圧空間側の端部に形成された傾斜断面部又は湾曲断面部から構成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス遮断器。
【請求項５】
前記第２蓄圧空間の内壁には、前記フローガイド部により方向付けられたガス流を、前記ガス通路へと導くための傾斜面又は湾曲面が設けられたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス遮断器。
【請求項６】
前記隔壁開口部の内周部には、前記第１蓄圧空間から前記第２蓄圧空間へ流入するガス流を、前記フローガイド部に向かって方向付ける傾斜面又は湾曲面が設けられたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のガス遮断器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−２８９６１４（Ｐ２００９−２８９６１４Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１４１３０５（Ｐ２００８−１４１３０５）
【出願日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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