ガス遮断器
【課題】製品の長寿命化ならびに環境負荷の低減化に寄与すると共に、コンパクト化および低コスト化を実現して、高い遮断性能および信頼性を発揮することができるガス遮断器を提供する。
【解決手段】絶縁ノズル６の内部に、絶縁ノズル６と同心を保つようにして円筒形のノズル内絶縁部材３２ａが設けられている。ノズル内絶縁部材３２ａは、固定アーク接触子７ａにおいて可動アーク接触子７ｂと向かい合う側を先端側として、その先端側端面に強固に接合されている。
【解決手段】絶縁ノズル６の内部に、絶縁ノズル６と同心を保つようにして円筒形のノズル内絶縁部材３２ａが設けられている。ノズル内絶縁部材３２ａは、固定アーク接触子７ａにおいて可動アーク接触子７ｂと向かい合う側を先端側として、その先端側端面に強固に接合されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アークに絶縁ガスを吹き付けて消弧するパッファ形のガス遮断器に係り、特に、絶縁ガスを噴射する絶縁ノズルの構成に改良を施した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、絶縁ガスを充たした密閉容器内に一対の接点を配置した機器であり、電力送配電系統にて電流の開閉スイッチとして多用されている。以下、パッファ形のガス遮断器の従来例について、図６および図７を参照して具体的に説明する。
【０００３】
図６はパッファ形ガス遮断器の断面図、図７はアーク８近傍の拡大断面図であって、共に遮断動作途中の状態を示している。これらの図に示すガス遮断器の各部品は基本的に同軸円筒形状であり、図７では中心線の上側半分のみを描いている。
【０００４】
図６に示すように、パッファ形ガス遮断器には接地された金属あるいは碍子等からなる密閉容器１が設けられている。密閉容器１内には、絶縁ガスであるＳＦ６ガス（六弗化硫黄ガス）などの消弧性ガス２が充填されている。ＳＦ６ガスは、消弧性能や電気絶縁性能に優れており、これを充たした電流開閉装置が高電圧送電系統では主流となっている。
【０００５】
密閉容器１内には一対の接点として、固定接触部２１および可動接触部２２が互いに対向して接離自在に配置されている。固定接触部２１が密閉容器１内に固定されているのに対し、可動接触部２２は図示しない操作ロッドを介して駆動機構に連結されており、図６の左右方向に移動自在に設けられている。これら接触部２１、２２は運転時に高電圧が印加される部分であり、支持絶縁物１２（図６では固定接触部２１側のみに図示）によって絶縁性を確保しつつ機械的に密閉容器１内に支持されている。
【０００６】
また、固定接触部２１および可動接触部２２にはそれぞれ固定アーク接触子７ａおよび可動アーク接触子７ｂが設けられている。これらアーク接触子７ａ、７ｂは、通常運転時では接触導通状態にあり、遮断動作時では可動接触部２２に伴う可動アーク接触子７ｂの移動によって両者は開離するようになっている。これらアーク接触子７ａ、７ｂ同士が離れるとき、両アーク接触子７ａ、７ｂ間の空間にはアーク８が発生する。
【０００７】
続いて、固定接触部２１の構成について説明する。固定接触部２１において、可動接触部２２と向かい合う側と反対側（図６の左側）には、金属製の排気筒９が取付けられている。排気筒９にはアーク８の発生空間から固定接触部２１側に向かって流れる固定側熱ガス流１０ａが通過するようになっている。この固定側熱ガス流１０ａはアーク８付近を上流として排気筒９を抜け、密閉容器１の内部空間側が下流となっている。
【０００８】
また、可動接触部２２の構成は次の通りである。可動接触部２２には、可動アーク接触子７ｂに連なって中空ロッド１１が設けられている。中空ロッド１１は固定接触部２１と向かい合う側と反対側（図６の右側）に向かって延びて形成される。この中空ロッド１１にはアーク８の発生空間から可動接触部２２側に向かって流れる可動側熱ガス流１０ｂが通過するようになっている。すなわち、可動側熱ガス流１０ｂも固定側熱ガス流１０ａと同様、アーク８の発生空間を上流とし、中空ロッド１１を抜けて密閉容器１の内部空間側が下流側となっている。
【０００９】
さらに可動接触部２２には、パッファ形ガス遮断器の特徴的な構成部としてガス流発生手段が設けられている。ガス流発生手段は、パッファ室５からガス流１０ｃを発生させる手段であって、このガス流１０ｃがアーク８に吹付けられるガスの流れとなり、アーク８に吹き付けられた後、上記ガス流１０ａ、１０ｂに分流する。
【００１０】
ガス流発生手段の主たる構成部材は、密閉容器１に固定されるピストン３と、ピストン３を摺動自在に収納するシリンダ４であり、シリンダ４の内部空間がパッファ室５となり、シリンダ４の先端側（図６の左側）にパッファ室５と連通する絶縁ノズル６を配置している。このうち、シリンダ４は可動接触部２２に取り付けられている。また、絶縁ノズル６は、ポリテトラフルオロエチレンなどの耐熱性の絶縁物からなり、パッファ室５内の消弧性ガス２を前記ガス流１０ｃとして噴射する部分であって、ガス流路６ａが最も狭まった部分がスロート部６ｂとなっている。
【００１１】
次に、絶縁ノズル６とアーク接触子７ａ、７ｂとの径寸法の関係について説明する。前述したように、図６および図７は遮断動作途中の状態を示しているので、アーク接触子７ａ、７ｂは互いに離れているが、ガス遮断器が投入状態すなわちスイッチとして接点が「閉」状態となる時には、両アーク接触子７ａ、７ｂは接触導通状態となる必要がある。
【００１２】
そこで、図７に示すように固定アーク接触子７ａの外径φＦ１と、可動アーク接触子７ｂの内径φＭ１との大きさはφＦ１＞φＭ１の関係となり、必ず、移動する可動アーク接触子７ｂが、固定アーク接触子７ａに当接するようになっている。
【００１３】
また、絶縁ノズル６は、アーク接触子７ａ、７ｂ間に発生したアーク８に向かってガス流１０ｃを吹付けるので、絶縁ノズル６がアーク接触子７ａ、７ｂを取り囲む形状となっているので、当然ながら、スロート部６ｂの内径φＮ１は、固定アーク接触子７ａの外径φＦ１よりも大きく設定しなくてはならない。つまり、絶縁ノズル６とアーク接触子７ａ、７ｂとの径寸法の関係をまとめると、径の大きさは絶縁ノズル６、固定アーク接触子７ａ、可動アーク接触子７ｂの順になっており、φＮ１＞φＦ１＞φＭ１といった関係が成立している。
【００１４】
続いて、以上の構成を有するガス遮断器のアーク遮断過程について、図７を参照して説明する。ガス遮断器の遮断過程では、図示されない駆動機構が動作することで、可動接触部２２が固定接触部２１から離れるように図７の右方向に移動し、これに伴って可動接触部２２に固定されたシリンダ４もまた図７の右方向に移動する。
【００１５】
このとき、シリンダ４内のピストン３は相対的に図７の左方向に移動してパッファ室５を圧縮するので、パッファ室５内の消弧性ガス２の圧力は上昇する。その結果、パッファ室５内の消弧性ガス２が高圧力のガス流１０ｃとなって絶縁ノズル６に導かれる。そのため、絶縁ノズル６はアーク接触子７ａ、７ｂ間に発生したアーク８に対しガス流１０ｃを強力に吹付ける。このガス流１０ｃにより、導電性のアーク８は消滅し、電流を確実に遮断する。
【００１６】
高温のアーク８に吹付けられたガス流１０ｃは、高温状態となり、固定側熱ガス流１０ａおよび可動側熱ガス流１０ｂに分流して、両アーク接触子７ａ、７ｂ間のアーク８の発生空間から遠ざかるように流れていき、それぞれ排気筒９、中空ロッド１１を通過して、最終的には密閉容器１内へと放散する。
【００１７】
上述したアーク遮断過程における、ガス流１０ｃの吹付けによるアーク８遮断の物理メカニズムは、次の通りである。なお、ここでは前記図７に加え、図８を用いて説明する。図８上段は絶縁ノズル６のスロート部６ｂにおける径方向断面図であり、図８下段ではスロート部６ｂ内の温度分布を示している。
【００１８】
高圧力となっているパッファ室５から絶縁ノズル６へ流れ込んだガス流１０ｃは、絶縁ノズル６のガス流路６ａのうち最も狭まったスロート部６ｂにて最も流速が速くなる。また、アーク８には電流が流れているため、ジュール発熱により高温状態となっている。
【００１９】
つまり、ガス流１０ｃをアーク８に吹付けているときの状態は、高温であるアーク８の周囲に、それよりも低温のガス流１０ｃが高速で流れていることになる。したがって、アーク８の遮断時における絶縁ノズル６のスロート部６ｂ内の温度分布は、図８下段に示すように、中心であるアーク８付近では高くなり、周辺であるスロート部６ｂの壁面に近づくほど低くなっており、その温度勾配は非常に急峻である。
【００２０】
このため、アーク８から周辺の低温かつ高速で流れるガス流１０ｃの中では、中心部から周縁部へと向かって、熱の流れ４１（図８に図示）が生じており、アーク８は熱を奪われて冷却される。アーク８の導電率は温度低下に対して単調に減少するので、アーク８の冷却に伴いその導電性は著しく低下する。その結果、アーク８は絶縁物となるまで冷却され、確実な電流遮断が可能となる。
【００２１】
また、アーク８の温度は過電流ピーク付近で数万Ｋに達するが、この点も、電流遮断に寄与している。すなちわ、アーク８の遮断過程中、絶縁ノズル６は極めて高温のアーク８に曝され続けるため、絶縁ノズル６の構成材料であるポリテトラフルオロエチレンなどの絶縁物が、溶融、ガス化することになる。その結果、図７に示すようにスロート部６ｂの内壁面から溶発ガス３１を発生することが知られている。
【００２２】
したがって、絶縁ノズル６からアーク８に向かって吹付けられるガス流１０ｃの成分は、消弧性ガス２単体ではなく、消弧性ガス２と溶発ガス３１との混合ガスとなる。固体である絶縁ノズル６の構成材料がガス化すると、その体積は大幅に増大するので、溶発ガス３１の体積は大きい値となる。
【００２３】
つまり、絶縁ノズル６からの溶発ガス３１の発生はパッファ室５の圧力をさらに上昇されることができ、ガス流１０ｃの高圧化を促し、アーク遮断に好ましい作用を与えることができる。以上が、パッファ形ガス遮断器の代表的な構成およびアーク遮断原理である。
【００２４】
上記のようなパッファ形ガス遮断器は、パッファ室５内に存在する消弧性ガス２を、電流遮断時に生じるアーク８に吹付けることによって、高い消弧性能を発揮することができる。したがって、７２ｋＶ以上の高電圧送電系統において保護用開閉器として広く使用されており、その改良も種々進められている。
【００２５】
例えば特許文献１〜３などの従来技術が知られている。ここでは、図示による詳細な説明は省略するが、前記図７を参照して概略を説明する。特許文献１は、可動接触部２２側の中空ロッド１１の周囲に穴を形成したものである。アーク８の発生により可動側熱ガス流１０ｂは高熱となるので、アーク８の遮断動作初期に、中空ロッド１１の穴（図７では図示せず）を通じて、高熱の可動側熱ガス流１０ｂをパッファ室５内に積極的に取り込むことができる。これにより、パッファ室５内の高圧化を図っている。
【００２６】
また、特許文献２記載のガス遮断器では、パッファ室５を軸方向に２分割して、アーク８に近い方のパッファ室５の容積を限定することで、特に大電流遮断時にアーク８への高い吹付け圧力を獲得するようになっている。しかも、パッファ室５の分割部に逆止弁（図７では図示せず）を設けている。これによりピストン３に直接高い圧力が作用するのを避けており、可動接触部２２の駆動力が増大することを防止している。
【００２７】
さらに、特許文献３記載のガス遮断器の特徴はアーク８の径方向に流れ成分を発生するガス流発生手段に加えて、アーク８の径方向に磁気圧を発生する磁界発生手段（図７では図示せず）を設置した点にある。このようなガス遮断器によれば、アーク８の発生空間の一部で、アーク８を径方向に絞りながら消弧することが可能となる。
【００２８】
すなわち、特許文献３の技術では、ガス流による流体的な作用と、磁界による電磁気的な作用という互いに干渉しない独立した２つの作用の相乗効果を得ることができ、効率よくアーク径を絞ってアーク時定数を小さくすることが可能である。このため、アーク８を迅速に消弧することができる。
【００２９】
以上のような特許文献１〜３の従来技術によれば、ピストン３による機械的な圧縮作用に加えて、パッファ室５の圧力を上昇させるエネルギーとして、アーク８の熱エネルギーや、磁界による電磁エネルギーを積極的に活用することにより、消弧性ガス２の吹付け圧力を高めることができ、さらなる遮断性能の向上が図れる。
【００３０】
また、同じパッファ室５の圧力上昇が得られるガス遮断器と比較すると、他のエネルギーを利用する分だけ、ピストン３による機械的圧縮への依存度が相対的に低減することになる。このため、小形のピストン３でも電流遮断に必要な圧力上昇を得ることが可能となる。
【００３１】
したがって、ガス遮断器の小形化、ひいては密閉容器１に充填されるガス容量の低減に貢献することができる。また、小形ピストン３の導入は、可動接触部２２の駆動に必要なエネルギーが低減することにもなり、駆動機構の小形化、低コスト化の寄与することになり、機械的な信頼性ならびに経済性を高めることができる。
【００３２】
ところで、アーク８の熱エネルギーを積極的に利用するタイプのガス遮断器では、パッファ室５内に十分な量の消弧性ガス２が存在しなければ、パッファ室５内の圧力が上昇しにくい、または、パッファ室５内の圧力が上昇してもすぐに低下してしまう。
【００３３】
これでは、パッファ室５にアーク８の熱エネルギーを取り込んだとしても、アーク８による熱的な圧縮作用を効果的に引き出すことができなくなる。また、アーク８による熱的な圧縮作用の利用度が減れば、機械的な圧縮作用を相対的に低減させることも困難となる。その結果、駆動力の低減やガス容量の増大防止といった、機器のコンパクト化につながる効果を得ることも難しくなる。
【００３４】
したがって、アーク８の熱エネルギーをパッファ室５に取り込むタイプのガス遮断器では、絶縁ノズル６のスロート部６ｂにおけるガス流路６ａの流路断面積Ｓ１（図７に図示）を小さく構成して、絶縁ノズル６から噴射されるガス流量を絞ることによって、パッファ室５から排出されるガス流量を抑制することが重要となっている。
【００３５】
しかしながら、ガス流路６ａの流路断面積Ｓ１を単純に小さくすると、新たな問題が生じることになる。すなわち、ガス流路６ａの流路断面積Ｓ１の縮小化は絶縁ノズル６のスロート部６ｂの内径φＮ１の小径化にほかならない。上述したように、絶縁ノズル６と、アーク接触子７ａ、７ｂにおける径寸法に関しては、接触子７ａ、７ｂ間の接触導通状態の確実性を踏まえて、φＮ１＞φＦ１＞φＭ１という関係は動かない。
【００３６】
したがって、絶縁ノズル６のスロート部６ｂの内径φＮ１を細くすると、固定アーク接触子７ａの外径φＦ１および可動アーク接触子７ｂの内径φＭ１は、それよりも、さらに細くせざるを得なくなる。つまり、アーク接触子７ａ、７ｂは非常に細い部材から構成されることになる。その結果、アーク接触子７ａ、７ｂは電流遮断時に損耗し易くなり、部材としての耐久性（具体的にはアーク接触子７ａ、７ｂを交換なしで遮断できる回数）が低下した。
【００３７】
また、ガス遮断器が開極している状態では、両アーク接触子７ａ、７ｂ間には高電圧が印加され、それに対し電気絶縁状態を保たねばならない。このとき、アーク接触子７ａ、７ｂの径が細いと、同部先端の電界が高くなる。したがって、高電界に抗して確実な遮断動作を実現するためには、アーク接触子７ａ、７ｂの開離距離や開離スピードを増大させる必要がある。
【００３８】
すなわち、アーク８の熱エネルギーをパッファ室５の圧力上昇に利用することで、せっかく駆動エネルギーの低減化を図ったとしても、アーク接触子７ａ、７ｂが小径化することで開離距離や開離スピードが増大させてしまえば、その分だけ駆動エネルギーの低減効果が薄まることになり、機器のコンパクト化が鈍化することになった。
【００３９】
上記の問題点を解消するための従来技術としては、例えば特許文献４記載のガス遮断器が提案されている。この技術では、絶縁ノズル６内部のガス流路断面積を変更するために、写真機などに使われる虹彩絞り構造を持つガス流路調節機構（図示せず）を設けており、このガス流路調節機構の働きによって、接触部の開極動作に応じて絶縁ノズル６のガス流路６ａの流路断面積Ｓ１を縮小するように構成している。
【００４０】
つまり、特許文献４記載のガス遮断器では、ガス流路調節機構によりガス流路６ａの流路断面積Ｓ１を縮小させることで、接触部の開極動作時に絶縁ノズル６から流れるガス流１０ｃ流量を抑制している。これにより、パッファ室５にアーク８の熱エネルギーを取り込んだ時点でパッファ室５内に十分な量の消弧性ガス２が存在させることができ、パッファ室５の圧力上昇に対するアーク８の熱エネルギーの寄与度を高めることが可能となる。
【００４１】
しかも、ガス流路調節機構を絞って絶縁ノズル６におけるガス流路６ａの流路断面積Ｓ１を調節するので、絶縁ノズル６のスロート部６ｂの内径φＮ１自体は細くしないで済む。このため、アーク接触子７ａ、７ｂの径寸法もまた、細くする必要が無く、小径化によるアーク接触子７ａ、７ｂの耐久性低下ならびにアーク接触子７ａ、７ｂ先端部の電界上昇といった不具合を回避することができる。したがって、アーク接触子７ａ、７ｂ先端部の電界抑制が可能となり、接触子７ａ、７ｂの開離距離や開離スピードの増大は不要となる。その結果、駆動エネルギーの低減化や機器のコンパクト化を進めることができる。
【００４２】
以上述べたように、特許文献４記載のガス遮断器では、ガス流路調節機構を設けたことで、絶縁ノズル６を通じてパッファ室５から排出されるガス流量を抑制することができ、アーク８の熱エネルギーを利用してパッファ室５の圧力上昇を図って、遮断性能のさらなる向上を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４３】
【特許文献１】特公平７−９７４６６号公報
【特許文献２】特公平７−１０９７４４号公報
【特許文献３】特開２００１−２８３６９３号公報
【特許文献４】特開２００４−３９３１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００４４】
しかしながら、従来のパッファ形ガス遮断器には次のような課題が指摘されていた。すなわち、パッファ形ガス遮断器は、消弧性ガス２をアーク８に吹き付ける構成なので、消弧性ガス２の持つ冷却性が遮断性能を大きく左右する。従来、消弧性ガス２としては、冷却性に優れたＳＦ６ガスを広く用いているが、このＳＦ６ガスの使用には昨今、次のような問題がある。
【００４５】
ＳＦ６ガスは地球温暖化への影響が高い人工ガスと認識されており、環境面への配慮から、その使用量の削減が望まれている。このため、ＳＦ６ガスの代替ガスとして、環境への負荷が少ない自然由来のガス、例えばＮ２ガスやＣＯ２ガスなどが検討されている。
【００４６】
しかしながら、これらの代替ガスを使用した場合、ガスの物理化学的性質の違いからＳＦ６ガスに比べて冷却性が低く、アーク８の冷却効果が低下することが問題となっていた。そこで、たとえＮ２ガスやＣＯ２ガスを使用した場合に、消弧性ガス２の冷却性能に頼るのではなく、構造的にアーク８の冷却効果を高めることが急務となっていた。
【００４７】
また、特許文献４記載のガス遮断器では、アークの熱エネルギーをパッファ室の圧力上昇に積極的に利用するタイプにあって、ガス流路調節機構を備えたことにより、絶縁ノズルから流れるガス流量を効果的に抑制することができ、パッファ室の圧力上昇に対するアーク熱の寄与度を高めることが可能であるが、ガス流路調節機構として、写真機などに利用される虹彩絞り構造を採用している。そのため、ガス流路調節機構は構成部材数が多くなり、しかも各部が連動する構造なので連動部分がスムーズに動作するように調整作業や組立作業に時間がかかる。すなわち、絶縁ノズルからのガス流量を抑制する部材に関して、製造コストが高いといった不具合があった。
【００４８】
本発明は、以上のような課題を解決するために提案されたものであり、製品の長寿命化ならびに環境負荷の低減化に寄与すると共に、コンパクト化および低コスト化を実現して、高い遮断性能および信頼性を発揮することができるガス遮断器を提供することが目的である。
【課題を解決するための手段】
【００４９】
上記目的を達成するために、本発明は、ガスで充たされた密閉容器内に１対の接点を接離自在に配置し、前記接点同士を開離させた時に発生するアークに前記ガスを吹付けるガス流発生手段を有し、前記ガス流発生手段は、少なくとも１つの蓄圧空間と、前記蓄圧空間の圧力を上昇せしめる少なくとも１つの圧力上昇手段と、前記蓄圧空間と前記アークとを結ぶ少なくとも１つのガス流路と、前記蓄圧空間からのガスを整流し前記アークに導くための絶縁ノズルとからなるガス遮断器において、前記絶縁ノズルの内部に当該絶縁ノズルと同心状にノズル内絶縁部材を配置し、前記絶縁ノズルの内壁部と前記ノズル内絶縁部材の外壁部との隙間に前記アークが発生し且つ前記ガスが流れるように構成したことを特徴としている。
【００５０】
以上の構成を有する本発明では、絶縁ノズル内にノズル内絶縁部材を配置したことで、遮断動作時に発生する高温のアークが、絶縁ノズルの内壁部だけでなく、ノズル内絶縁部材の外壁部とも接触することで、構造的にアークを冷却することができる。これにより、冷却性の低いガスを使用した場合でも優れた遮断性能を確保することができ、環境負荷の低いガスを利用することが可能となる。したがって、環境調和性と良好な遮断性能を両立させることができる。
【００５１】
また、絶縁ノズルは、ノズル内絶縁部材を組み込んだ分、ガス流路断面積を縮小化することができ、蓄圧空間から排出されるガス流量を抑制することが可能となり、蓄圧空間の圧力上昇に関するアーク熱の利用度を高めることができる。しかも、絶縁ノズルの内径自体は細くしなくて済むため、絶縁ノズルの内側に位置する部材の小径化は不要となる。
【００５２】
その結果、絶縁ノズルの内側に位置する部材の耐久性を確保することができ、製品寿命を延ばすことができる。しかも、極端に小径化する部材が存在しないので、高電界の発生を回避することができ、開離距離や開離速度を抑えて、コンパクト化や駆動エネルギーの低減化が可能となる。さらに、以上のような作用をもたらすノズル内絶縁部材は、絶縁ノズルと同心状のシンプルな構成でよく、虹彩絞り構造をとるガス流路調節機構などと比べて部材数は格段に少なく、可動部分も無いため、製造コストは非常に安価で済み、良好な経済性を獲得することができる。
【発明の効果】
【００５３】
以上のような本発明のガス遮断器によれば、絶縁ノズルの内部に同心状のノズル内絶縁部材を設けるといった極めて簡単な構成により、製品の長寿命化ならびに環境負荷の低減化に寄与すると共に、コンパクト化および低コスト化を実現して、高い遮断性能および信頼性を発揮することができる。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
以下、本発明に係るガス遮断器の実施形態の一例について、図面を参照して具体的に説明する。なお、図６〜図８に示した従来技術と同様の部材に関しては同一符号を付して説明は省略する。
【００５５】
（１）第１の実施形態
（構成）
本発明に係る第１の実施形態について、図１および図２を用いて説明する。図１はガス遮断器の遮断動作途中のアーク近傍の状態を示しており、各構成部材は回転軸対称形状であるため、中心線の上側半分のみを描いている。
【００５６】
図１において図示されていない部分は、アーク８の熱エネルギーをパッファ室５の圧力上昇に積極的に利用するタイプの従来のガス遮断器と同様とする。また、図２上段は絶縁ノズル６のスロート部６ｂにおける径方向断面図であり、図２下段ではスロート部６ｂ内の温度分布を示している。
【００５７】
第１の実施形態において、従来のガス遮断器の構成と最も顕著に異なる点は、絶縁ノズル６の内部に、絶縁ノズル６と同心を保つようにして円筒形のノズル内絶縁部材３２ａが設けられた点にある。また、本実施形態における絶縁ノズル６のガス流路６１ａは、ノズル内絶縁部材３２ａの外径φＩと絶縁ノズル６のスロート部６ｂの内径φＮ２から挟まれてパイプ状となり、ここに発生するアーク８の形状はリング状に近くなる。
【００５８】
ノズル内絶縁部材３２ａは、絶縁ノズル６と同じく、高温のアーク８への耐久性がある絶縁物、例えばポリテトラフルオロエチレンなどから構成される。ノズル内絶縁部材３２ａは、固定アーク接触子７ａにおいて可動アーク接触子７ｂと向かい合う側を先端側として、その先端側端面に強固に接合されている。ノズル内絶縁部材３２ａと固定アーク接触子７ａとの接合面の周囲には、可動アーク接触子７ｂ側に延びる先端部７ｃが形成されている。
【００５９】
つまり、ノズル内絶縁部材３２ａと固定アーク接触子７ａとの接合面には、金属である固定アーク接触子７ａと、絶縁物であるノズル内絶縁部材３２ａと、消弧性ガス２という３種類の媒体が接触する三重点部３３が存在し、この三重点部３３は固定アーク接触子７ａの先端部７ｃよりも奥まった側（図１において先端部７ｃの左側）に位置するように構成されている。
【００６０】
また、ノズル内絶縁部材３２ａの外径φＩの寸法は、可動アーク接触子７ｂの内径φＭ２の寸法よりも小さく設定されている。本実施形態における絶縁ノズル６のスロート部６ｂ内径をφＮ２、固定アーク接触子７ａの外径をφＦ２とした場合、アーク接触子７ａ、７ｂ間の接触導通状態の確実性を鑑みて、φＮ２＞φＦ２＞φＭ２という関係は動かないので、φＮ２＞φＦ２＞φＭ２＞φＩ（部材名で言えば、絶縁ノズル６＞固定アーク接触子７ａ＞可動アーク接触子７ｂ＞ノズル内絶縁部材３２ａ）という関係が成立することになる。
【００６１】
ここで、絶縁ノズル６のスロート部６ｂ内径φＮ２について、従来の絶縁ノズル６のスロート部６ｂ内径φＮ１と同等の大きさとすると、絶縁ノズル６の内部にノズル内絶縁部材３２ａを組み込んでいる分だけ、ガス流路６１ａの流路断面積Ｓ２は、従来のガス流路６ａの流路断面積Ｓ１と比べて小さく設定される。
【００６２】
なお、絶縁ノズル６、アーク接触子７ａ、７ｂおよびノズル内絶縁部材３２ａは、全て回転軸対称形状（すなわち断面が円形）である必要はない。ただし、前記部材を回転軸対称形状としない場合でも、その寸法は、上記の通りφＮ２＞φＦ２＞φＭ２＞φＩの関係を概ね維持して、ガス遮断器の投入動作を保証するように構成される。
【００６３】
（作用効果）
以上の構成を有する第１の実施形態の作用効果としては、まずアーク８の冷却性を高めた点、それも消弧性ガス２の冷却性能に依存するのではなく、構造的な改良によりアーク８の冷却性を高めた点にある。すなわち、アーク接触子７ａ、７ｂ間を閃絡するアーク８は、絶縁ノズル６およびノズル内絶縁部材３２ａの間で構成されるパイプ状のガス流路６１ａ中で点弧する。このとき、絶縁ノズル６およびノズル内絶縁部材３２ａは互いに同心を保つように強固に固定保持されている。
【００６４】
そのため、アーク８は一方向に偏ることはなく、図２上段に示すようにガス流路６１ａ内に同心円状に点弧する。つまり、ガス流路６１ａ内で点弧するアーク８はリング状となり、その外周側と内周側からガス流１０ｃが接触する。この場合の絶縁ノズル６のスロート部６ｂにおける温度分布を図２下段に示す。
【００６５】
すなわち、アーク８の冷却は、アーク８高温部と、その周囲を流れる低温のガス流１０ｃとの接触面積が大きいほど顕著に行われる。図８に示した従来構造が絶縁ノズル６の内壁面と、アーク８の外周部とが接触していたのに比べて、第１の実施形態では、同じく絶縁ノズル６の内壁面とアーク８の外周側との接触に加えて、ノズル内絶縁部材３２ａの外壁部の表面とアーク８の内表側が接触している。つまり、アーク８による高温部と周囲の低温ガスとの接触面積は、従来と比べてほぼ倍増し、遮断性能は飛躍的に向上する。
【００６６】
第１の実施形態では、以上のようにして構造的にアーク８の冷却性を高めることができ、優れた遮断性能を発揮することができる。また、アーク８の冷却性を高めた遮断性能を向上させたということは、従来と同程度の遮断性能を得ようとするならば、アーク８への吹付け圧力、すなわちパッファ室５の圧力を低くすることが可能となる。パッファ室５の圧力低減は、ピストン３に作用する駆動反力を低くすることができ、駆動エネルギーの低減が図れる。
【００６７】
さらに、第１の実施形態における主たる作用効果としては、極めてシンプルな構成を持つノズル内絶縁部材３２ａにより流路断面積Ｓ２の縮小化を図った点にある。すなわち、流路断面積Ｓ２の縮小化を実現する部材として、上記特許文献４記載の従来技術における虹彩絞り構造といった複雑な部材を用いるのではなく、絶縁ノズル６に同心状に組み込んだ円筒形状のノズル内絶縁部材３２ａを採用しているため、製造コストを安くすることができ、経済性が向上する。
【００６８】
また、流路断面積Ｓ２の縮小化により、パッファ室５から排出されるガス流１０ｃのガス量を抑制しているので、パッファ室５の圧力上昇へのアーク８の熱エネルギーの寄与度を高めることができる。このため、第１の実施形態では、アーク８の熱エネルギーの寄与度を十分に確保可能である。
【００６９】
しかも、第１の実施形態に係るガス遮断器は、φＮ２＞φＦ２＞φＭ２（部材名で言えば、絶縁ノズル６＞固定アーク接触子７ａ＞可動アーク接触子７ｂ）となるように構成している。このため、可動接触部２２を開極状態から閉極状態に投入動作させても、各部品は互いに干渉せず、問題なく投入動作を行うことができる。
【００７０】
さらに、第１の実施形態では、流路断面積Ｓ２の縮小化に際してアーク接触子７ａ、７ｂの径φＦ２、φＭ２を小径化させていないので、パッファ室５の圧力上昇に関するアーク８の熱エネルギーの利用度を高めつつ、小径化によるアーク接触子７ａ、７ｂの耐久性低下を回避することができる。
【００７１】
したがって、アーク接触子７ａ、７ｂの耐久性が向上する。と同時に、アーク接触子７ａ、７ｂ先端の電界上昇を抑制することができ、従来のようにアーク接触子７ａ、７ｂ間の開離距離を広げたり、開離スピードを速くする必要がなくなる。
【００７２】
その結果、アーク８の熱エネルギーをパッファ室５の圧力上昇に積極的に利用可能なガス遮断器において、可動接触部２２の駆動距離の伸長を避け、開離スピードも従来と同等並みとすることができ、機器のコンパクト化および駆動エネルギーの低減化を進めることが可能となる。このように、第１の実施形態によれば、アーク８の熱利用による駆動エネルギーの低減と、アーク接触子７ａ、７ｂの耐久性低下という背反する問題を同時に解決することができ、コンパクト化と長寿命化を両立させることが可能である。
【００７３】
なお、第１の実施形態において、ガス流路６１ａの流路断面積Ｓ２の大きさは、次のような理由で、従来のガス遮断器における流路断面積Ｓ１よりも若干大きく設定される。これは、第１の実施形態の絶縁ノズル６において、ガス流路６１ａを流れるガス流１０ｃは、従来と同じ絶縁ノズル６のスロート部６ｂの内壁側との摩擦に加えて、ノズル内絶縁部材３２ａの外壁側との摩擦の影響を受けるからである。
【００７４】
そこで、摩擦の影響分も考慮した上で、流体力学的にガス流１０ｃの実効流量が従来のガス流路６ａの断面積Ｓ１と同等となるように、断面積Ｓ２は大きめに設定されることが望ましい。この点からも、アーク接触子７ａ、７ｂの径φＦ２およびφＭ２は、径寸法を細くするといった制約を受けずに済み、部材の耐久性と径寸法の最適な組合せを実現させることができ、経済性および信頼性がいっそう向上する。
【００７５】
また、第１の実施形態においては、高温のアーク８が絶縁ノズル６だけでなく、ノズル内絶縁部材３２ａとも接するので、従来のガス遮断器に比べて、アーク８の熱に曝される絶縁物が多くなり、溶発ガス３１の発生量も増えることになる。したがって、アーク８の熱エネルギーに加えて、溶発ガス３１の発生量増大によっても、パッファ室５の圧力をより一層上昇させることができる。その結果、同じ吹付け圧力を得るための機械的圧縮作用の寄与度は減り、駆動エネルギーの低減化をさらに進めることができる。
【００７６】
ところで、ノズル内絶縁部材３２ａと固定アーク接触子７ａの接合部においては、絶縁物であるノズル内絶縁部材３２ａ、金属である固定アーク接触子７ａ、および消弧性ガス２の３種類の媒体が接触する三重点部３３が存在する。この三重点部３３に電圧を印加した場合、電界が極めて高くなるので、電気絶縁上の弱点となる。
【００７７】
そこで、上記第１の実施形態によれば、三重点部３３は固定アーク接触子７ａの先端部７ｃよりも奥まるように位置させたことで、固定アーク接触子７ａの先端部７ｃの静電シールド効果によって電界の上昇を防ぐことができる。これにより、優れた安全性を獲得することが可能である。
【００７８】
以上述べたような第１の実施形態によれば、低コストで済むノズル内絶縁部材３２ａを絶縁ノズル６内部に設けるといった構成によって、優れた冷却性能を獲得可能であり、さらにアーク接触子７ａ、７ｂの小径化を抑えて製品の長寿命化を図ることができる。
【００７９】
（２）第２の実施形態
（構成）
続いて、本発明に係る第２の実施形態について、図３を用いて具体的に説明する。図３はガス遮断器の遮断動作途中のアーク近傍の状態を示しており、各構成部材は回転軸対称形状であるため、中心線の上側半分のみを描いている。
【００８０】
第２の実施形態における基本的な構成は、第１の実施形態と同様であるが、下記の点に特徴がある。すなわち、図３に図示するように、固定アーク接触子７ａの先端部中央には電界緩和シールド３６が設けられている。この電界緩和シールド３６はノズル内絶縁部材３２ｂに埋め込むようにして構成されている。なお、符号３５は中空ロッド１１に取り付けられるロッド支えである。
【００８１】
第２の実施形態のノズル内絶縁部材３２ｂは、穴３７が形成された中空構造であって、この穴３７に沿って、可動接触部２２に固定されたガイド棒３４が摺動可能に設置されている。ガイド棒３４、ノズル内絶縁部材３２ｂの穴３７、ノズル内絶縁部材３２ｂの外周面、絶縁ノズル６のスロート部６ｂは全て同心円状に配置されている。
【００８２】
ノズル内絶縁部材３２ｂの材質は、従来と同じく、絶縁物であるポリテトラフルオロエチレンなどをベースとするが、ノズル内絶縁部材３２ｂには、アークから放射される紫外光に対する反射作用の大きいＢＮ（窒化ホウ素）などの粉末が添加されている。また、ノズル内絶縁部材３２ｂには、可視光領域の吸収性に優れた顔料系添加物、たとえばＴｉ２−ＣｏＯ−ＮｉＯ−ＺｎＯやＣｏＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｃｒ２Ｏ３などの粉末が添加されている。これらの添加物がノズル内絶縁部材３２ｂの特徴となっている。
【００８３】
さらに、消弧性ガス２としては、従来一般的に用いられるＳＦ６ガスよりも地球温暖化係数（ＣＯ２ガスを１とした地球温暖化への影響を示す指標）が低いガスが使用されている。環境への影響が小さくＳＦ６の代替となりうる候補ガスは多々考えられるが、ここでは一例として、地球環境への影響が極めて小さく、毒性や可燃性もなく、かつ安価なガスであるＮ２ガスを使用している。
【００８４】
（作用効果）
第２の実施形態では、ノズル内絶縁部材３２ｂを備えたことで、構造的にアーク８の冷却性を高めることができるため、消弧性ガス２として冷却性能の低いＮ２ガスやＣＯ２ガスといった代替ガスを使用した場合であっても、ＳＦ６ガス並に優れた遮断性能を確保することができる。つまり、環境負荷の低いガスを消弧性ガス２として利用可能であり、良好な遮断性能を維持しつつ、ＳＦ６ガスの使用量を削減して環境調和性を高めることができる。
【００８５】
また、第２の実施形態では以下の点でも好ましい作用効果が得られる。すなわち、固定アーク接触子７ａの先端部中央に設けた電界緩和シールド３６の静電シールド効果により、固定アーク接触子部７ａの先端部７ｃおよび三重点部３３の電界はさらに低減される。これにより、必要となるアーク接触子７ａ、７ｂの開離距離すなわち可動接触部２２の駆動距離およびアーク接触子７ａ、７ｂの開離スピードに関して、いっそう低減することができ、駆動エネルギーの低減効果がより向上する。
【００８６】
また、可動接触部２２の駆動や高圧のガス流１０ｃの影響によって、アーク８の遮断時に各部品はかなりの振動を受けることになるが、第２の実施形態ではガイド棒３４がノズル内絶縁部材３２ｂ内の穴３７に沿って摺動するので、遮断動作時にノズル内絶縁部材３２ｂを確実に支持することができる。したがって、ノズル内絶縁部材３２ｂと絶縁ノズル６のスロート部６ｂを互いに同心となるように常時保つことができる。
【００８７】
このため、アーク８の遮断時に各部品が振動を受けたとしても、アーク８が一方向に偏ることはなく、安定した遮断性能を得ることができる。また、投入動作時にガイド棒３４による支持により固定アーク接触子７ａの位置がぶれないので、先端部７ｃが絶縁ノズル６のスロート部６ｂを擦って損傷される可能性が無く、優れた安全性を発揮することができる。
【００８８】
また、アーク８の遮断過程において、過電流ピーク付近では数万Ｋにも達する高温のアーク８に曝されて、ノズル内絶縁部材３２ｂは溶融、ガス化して溶発ガス３１が発生することは先にも記した通りである。この際、アーク８からの強力な紫外光により絶縁ノズル６に含まれる炭素が遊離化して析出する可能性がある。ノズル内絶縁部材３２ｂに遊離炭素が析出した場合、その導電性によりアーク接触子７ａ、７ｂ間の電気絶縁性が脅かされる。
【００８９】
そこで第２の実施形態では、ノズル内絶縁部材３２ｂに紫外線に対する反射作用の大きいＢＮ（窒化ホウ素）などの粉末を添加することにより、アーク８からの紫外光がノズル内絶縁部材３２ｂ内に進入するのを防ぐことが可能となる。このため、遊離炭素の発生を抑制することが可能となり、アーク接触子７ａ、７ｂ間の電気絶縁性が向上する。
【００９０】
さらに、第２の実施形態においては、可視光領域の吸収性に優れた顔料系添加物（たとえばＴｉ２−ＣｏＯ−ＮｉＯ−ＺｎＯやＣｏＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｃｒ２Ｏ３など）を添加することで、可視光領域のアークエネルギーをノズル内絶縁部材３２ｂに効果的に吸収することが可能となる。
【００９１】
このため、さらに多量の溶発ガス３１が発生することになり、パッファ室５の圧力上昇に寄与することができる。したがって、同じ吹付け圧力を得るための機械的圧縮の寄与率はいっそう低減されることになって、駆動エネルギーの低減化をさらに進めることができる。
【００９２】
また、第２の実施形態では、消弧性ガスとしてＮ２ガスを使用するが、この場合、ガスの物理化学的性質の違いからＳＦ６ガスに比べてアーク８の冷却効果が大幅に低下するおそれがある。しかしながら、第２の実施形態では、第１の実施形態で説明したようにアーク８高温部と周囲の低温ガスとの接触面積が従来構造に比べて大幅に増大するので、アーク８の冷却性は飛躍的に向上し、Ｎ２ガスを使用した場合でも、遮断性能の低下を防ぐことができる。
【００９３】
以上述べた第２の実施形態によれば、上記第１の実施形態の持つ効果に加えて、消弧性ガス２としてＮ２ガスなどを使用したことによる環境負荷の低減効果や電界緩和シールド３６の静電シールド効果、さらにはガイド棒３４による動作安定効果を獲得しており、環境調和、駆動エネルギーの低減化および安全性が向上する。
【００９４】
さらに、ノズル内絶縁部材３２ｂに紫外線の反射作用の大きい粉末を添加したことで遊離炭素の発生を抑制でき、良好な絶縁信頼性を獲得している。また、ノズル内絶縁部材３２ｂへの顔料系添加物の添加により可視光領域のアークエネルギーを効率よく吸収したので溶発ガス３１の発生量が増えるため、パッファ室５の圧力上昇が実現して、遮断性能のさらなる向上が図れる。
【００９５】
（３）第３の実施形態
（構成）
次に本発明に係る第３の実施形態について、図４を用いて説明する。図４は、ガス遮断器の遮断動作途中のアーク近傍の状態を示しており、各構成部材は回転軸対称形状であるため、中心線の上側半分のみを描いている。
【００９６】
第３の実施形態の特徴的な構成は、テーパ３８を有するノズル内絶縁部材３２ｃを備えた点にある。テーパ３８はノズル内絶縁部材３２ｃの中央付近の径が太り、端部付近に近づくに従って径が細くなるようなカーブを描いて形成されている。
【００９７】
つまり、テーパ３８が形成されたノズル内絶縁部材３２ｃは、軸方向に沿って、径が不均一となっている。このため、第３の実施形態における絶縁ノズル６のガス流路６１ｃは、ノズル内絶縁部材３２ｃの外径の変化に伴って、その大きさが変化するようになっている。
【００９８】
（作用効果）
上記の第３の実施形態では独自の作用効果として次のような点を得ている。前述した第１の実施例におけるノズル内絶縁部材３２ａは、円筒形状であるため、アーク接触子７ａ、７ｂの開離度に関係なく、ノズル内絶縁部材３２ａの外径φＩと絶縁ノズル６スロート部６ｂの内径φＮ２で構成される円筒状の流路断面積Ｓ２は、常に一定である（図１参照）。
【００９９】
これに対して、第３の実施形態では、ノズル内絶縁部材３２ｃにテーパ３８を形成したことで、アーク接触子７ａ、７ｂの開離度に応じて、ノズル内絶縁部材３２ｃの外径およびガス流路６１ｃの大きさが変わる。そのため、流路断面積Ｓ２を任意に変化させることができる。すなわち、絶縁ノズル６内の流路構造を時々刻々フレキシブルに変化させることが可能となり、所望のタイミングで、絶縁ノズル６のガス流路６１ｃを流れるガス流量について調整することが可能になり、遮断性能のさらなる向上が図れる。
【０１００】
例えば、アーク接触子７ａ、７ｂが開極したばかりの開離度の小さい状態では、固定アーク接触子７ａ側へのガス流路６ｃを絞り、パッファ室５へのアーク８の熱の取込みを促進する。そして、アーク接触子７ａ、７ｂの開離度が大きくなった後半の過程では、一気に固定アーク接触子７ａ側、可動アーク接触子７ｂ側とも大きくガス流路６１ｃを開き、アーク８からの排熱を促進することができる。このようにしてアーク８の冷却性をさらに高めることができ、遮断性能を向上させることが可能である。
【０１０１】
なお、ノズル内絶縁部材３２ｃにおけるテーパ３８の形状は適宜変更可能であり、ガス流路６１ｃの構造を各開離度に応じて適正に設計することにより、アーク８からの排熱による構成部材の焼損を低減させるなど、様々な好ましい作用効果を得ることができる。
【０１０２】
（４）第４の実施形態
（構成）
さらに、本発明に係る第４の実施形態について、図５を用いて具体的に説明する。図５において、各構成部材は回転軸対称形状であり、中心線の上側半分はガス遮断器が投入した状態（すなわち「閉」状態）、下側半分が遮断途中の状態を示している。
【０１０３】
上記第１〜第３の実施形態では、ノズル内絶縁部材３２ａ〜３２ｃを固定アーク接触子７ａに接合するように構成したが、可動接触子部２２側に接合しても同様の機能を得ることが可能である。そこで、第４の実施形態では、ノズル内絶縁部材３２ｄは、可動部分である中空ロッド１１に支え３５により強固に固定した点にある（図５参照）。なお、ノズル内絶縁部材３２ｄは、上記第１〜第３の実施形態と同じく、絶縁ノズル６のスロート部６ｂと同心となるように構成している。
【０１０４】
さらに第４の実施形態では従来の固定アーク接触子に相当する部材として、対向アーク接触子７ｄを設けている。この対向アーク接触子７ｄは、ノズル内絶縁部材３２ｄを利用して、可動接触部２２の反対方向に駆動するように構成する。このような具体的構造は多々考えられる。ここでは、図５に示すように、ノズル内絶縁部材３２ｄと対向アーク接触子７ｄにラック３８を施し、ピニオン３７で可動アーク接触子７ｂと反対方向に対向アーク接触子７ｄが動くように構成している。
【０１０５】
（作用効果）
上記の構成を有する第４の実施形態により得られる基本的な作用効果は、上記第１〜第３の実施形態と同様であるが、次のような独自の作用効果がある。すなわち、両アーク接触子７ｂ、７ｄが相対動作するために、アーク接触子７ｂ、７ｄ間の同じ開離速度を得るために必要となる駆動エネルギーを低減することができる。例えば、一秒間に「１００」の開離速度が必要な場合、可動アーク接触子７ｂと対向アーク接触子７ｄがそれぞれ「５０」ずつ、開離すればよく、必要となる駆動エネルギーの低減に寄与することができる。
【０１０６】
また、以上のような構成とするためには、対向駆動する機械的機構が不可欠となるので、両側に駆動機構を設けるか、あるいは複雑なリンク機構が必要となるが、本実施形態においては、ガス遮断器中央に位置するノズル内絶縁部材３２ｄを利用して機械的機構を設けることができる。そのため、対向駆動する機械的機構を非常にシンプルに構成することが可能となり、構成の簡略化を進めることといったメリットがある。
【０１０７】
（５）他の実施形態
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、各部材の構成や配置数等は適宜選択可能である。例えば、密閉容器内に充填されるガスに関しては、環境への負荷に配慮して、ＳＦ６ガスよりも地球温暖化係数が低い単体ガスもしくは混合ガスであり、かつ、少なくとも１気圧以上の圧力かつ摂氏２０度以下の状態で気相であることが望ましい。また、ノズル内絶縁部材に添加される材料として、紫外線に対する反射作用又は可視光から紫外光領域の吸収性に優れたものとしては、ポリテトラフルオロエチレンよりも大きい添加物を配合させた耐熱性樹脂が好適である。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明の第１の実施例を示すガス遮断器の構造図。
【図２】本発明の第２の実施例を示すガス遮断器の構造図。
【図３】本発明の第３の実施例を示すガス遮断器の構造図。
【図４】本発明の第４の実施例を示すガス遮断器の構造図。
【図５】従来のパッファ形ガス遮断器の全体構造図。
【図６】従来のパッファ形ガス遮断器のアーク近傍拡大図。
【図７】従来のパッファ形ガス遮断器のアーク近傍拡大図。
【図８】上段は従来のパッファ形ガス遮断器における絶縁ノズルスロート部の径方向断面図、下段はスロート部内の温度分布を示す図。
【符号の説明】
【０１０９】
１…密閉容器
２…消弧性ガス
３…ピストン
４…シリンダ
５…パッファ室
６ａ…絶縁ノズル
６、６１ａ、６１ｃ…ガス流路
６ｂ…スロート部
７ａ…固定アーク接触子
７ｂ…可動アーク接触子
７ｃ…固定アーク接触子の先端部
７ｄ…対向アーク接触子
８…アーク
９…排気筒
１０ａ…固定側熱ガス流
１０ｂ…可動側熱ガス流
１０ｃ…ガス流
１１…中空ロッド
１２…支持絶縁物
２１…固定接触部
２２…可動接触部
３１…溶発ガス
３２ａ〜３２ｄ…ノズル内絶縁部材
３３…三重点部
３４…ガイド棒
３５…支え
３６…電界緩和シールド
３７…ピニオン
３８…ラック
４１…熱の流れ
φＮ１…従来の遮断器におけるノズルスロートの内径
φＦ１…従来の遮断器における固定アーク接触子の外径
φＭ１…従来の遮断器における可動アーク接触子の内径
φＮ２…本発明におけるノズルスロートの内径
φＦ２…本発明における固定アーク接触子の外径
φＭ２…本発明における可動アーク接触子の内径
φＩ…本発明における内ノズルの外径
Ｓ１…従来の遮断器におけるノズルスロート部の実効流路断面積
Ｓ２…本発明におけるノズルスロート部の実効流路断面積
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アークに絶縁ガスを吹き付けて消弧するパッファ形のガス遮断器に係り、特に、絶縁ガスを噴射する絶縁ノズルの構成に改良を施した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、絶縁ガスを充たした密閉容器内に一対の接点を配置した機器であり、電力送配電系統にて電流の開閉スイッチとして多用されている。以下、パッファ形のガス遮断器の従来例について、図６および図７を参照して具体的に説明する。
【０００３】
図６はパッファ形ガス遮断器の断面図、図７はアーク８近傍の拡大断面図であって、共に遮断動作途中の状態を示している。これらの図に示すガス遮断器の各部品は基本的に同軸円筒形状であり、図７では中心線の上側半分のみを描いている。
【０００４】
図６に示すように、パッファ形ガス遮断器には接地された金属あるいは碍子等からなる密閉容器１が設けられている。密閉容器１内には、絶縁ガスであるＳＦ６ガス（六弗化硫黄ガス）などの消弧性ガス２が充填されている。ＳＦ６ガスは、消弧性能や電気絶縁性能に優れており、これを充たした電流開閉装置が高電圧送電系統では主流となっている。
【０００５】
密閉容器１内には一対の接点として、固定接触部２１および可動接触部２２が互いに対向して接離自在に配置されている。固定接触部２１が密閉容器１内に固定されているのに対し、可動接触部２２は図示しない操作ロッドを介して駆動機構に連結されており、図６の左右方向に移動自在に設けられている。これら接触部２１、２２は運転時に高電圧が印加される部分であり、支持絶縁物１２（図６では固定接触部２１側のみに図示）によって絶縁性を確保しつつ機械的に密閉容器１内に支持されている。
【０００６】
また、固定接触部２１および可動接触部２２にはそれぞれ固定アーク接触子７ａおよび可動アーク接触子７ｂが設けられている。これらアーク接触子７ａ、７ｂは、通常運転時では接触導通状態にあり、遮断動作時では可動接触部２２に伴う可動アーク接触子７ｂの移動によって両者は開離するようになっている。これらアーク接触子７ａ、７ｂ同士が離れるとき、両アーク接触子７ａ、７ｂ間の空間にはアーク８が発生する。
【０００７】
続いて、固定接触部２１の構成について説明する。固定接触部２１において、可動接触部２２と向かい合う側と反対側（図６の左側）には、金属製の排気筒９が取付けられている。排気筒９にはアーク８の発生空間から固定接触部２１側に向かって流れる固定側熱ガス流１０ａが通過するようになっている。この固定側熱ガス流１０ａはアーク８付近を上流として排気筒９を抜け、密閉容器１の内部空間側が下流となっている。
【０００８】
また、可動接触部２２の構成は次の通りである。可動接触部２２には、可動アーク接触子７ｂに連なって中空ロッド１１が設けられている。中空ロッド１１は固定接触部２１と向かい合う側と反対側（図６の右側）に向かって延びて形成される。この中空ロッド１１にはアーク８の発生空間から可動接触部２２側に向かって流れる可動側熱ガス流１０ｂが通過するようになっている。すなわち、可動側熱ガス流１０ｂも固定側熱ガス流１０ａと同様、アーク８の発生空間を上流とし、中空ロッド１１を抜けて密閉容器１の内部空間側が下流側となっている。
【０００９】
さらに可動接触部２２には、パッファ形ガス遮断器の特徴的な構成部としてガス流発生手段が設けられている。ガス流発生手段は、パッファ室５からガス流１０ｃを発生させる手段であって、このガス流１０ｃがアーク８に吹付けられるガスの流れとなり、アーク８に吹き付けられた後、上記ガス流１０ａ、１０ｂに分流する。
【００１０】
ガス流発生手段の主たる構成部材は、密閉容器１に固定されるピストン３と、ピストン３を摺動自在に収納するシリンダ４であり、シリンダ４の内部空間がパッファ室５となり、シリンダ４の先端側（図６の左側）にパッファ室５と連通する絶縁ノズル６を配置している。このうち、シリンダ４は可動接触部２２に取り付けられている。また、絶縁ノズル６は、ポリテトラフルオロエチレンなどの耐熱性の絶縁物からなり、パッファ室５内の消弧性ガス２を前記ガス流１０ｃとして噴射する部分であって、ガス流路６ａが最も狭まった部分がスロート部６ｂとなっている。
【００１１】
次に、絶縁ノズル６とアーク接触子７ａ、７ｂとの径寸法の関係について説明する。前述したように、図６および図７は遮断動作途中の状態を示しているので、アーク接触子７ａ、７ｂは互いに離れているが、ガス遮断器が投入状態すなわちスイッチとして接点が「閉」状態となる時には、両アーク接触子７ａ、７ｂは接触導通状態となる必要がある。
【００１２】
そこで、図７に示すように固定アーク接触子７ａの外径φＦ１と、可動アーク接触子７ｂの内径φＭ１との大きさはφＦ１＞φＭ１の関係となり、必ず、移動する可動アーク接触子７ｂが、固定アーク接触子７ａに当接するようになっている。
【００１３】
また、絶縁ノズル６は、アーク接触子７ａ、７ｂ間に発生したアーク８に向かってガス流１０ｃを吹付けるので、絶縁ノズル６がアーク接触子７ａ、７ｂを取り囲む形状となっているので、当然ながら、スロート部６ｂの内径φＮ１は、固定アーク接触子７ａの外径φＦ１よりも大きく設定しなくてはならない。つまり、絶縁ノズル６とアーク接触子７ａ、７ｂとの径寸法の関係をまとめると、径の大きさは絶縁ノズル６、固定アーク接触子７ａ、可動アーク接触子７ｂの順になっており、φＮ１＞φＦ１＞φＭ１といった関係が成立している。
【００１４】
続いて、以上の構成を有するガス遮断器のアーク遮断過程について、図７を参照して説明する。ガス遮断器の遮断過程では、図示されない駆動機構が動作することで、可動接触部２２が固定接触部２１から離れるように図７の右方向に移動し、これに伴って可動接触部２２に固定されたシリンダ４もまた図７の右方向に移動する。
【００１５】
このとき、シリンダ４内のピストン３は相対的に図７の左方向に移動してパッファ室５を圧縮するので、パッファ室５内の消弧性ガス２の圧力は上昇する。その結果、パッファ室５内の消弧性ガス２が高圧力のガス流１０ｃとなって絶縁ノズル６に導かれる。そのため、絶縁ノズル６はアーク接触子７ａ、７ｂ間に発生したアーク８に対しガス流１０ｃを強力に吹付ける。このガス流１０ｃにより、導電性のアーク８は消滅し、電流を確実に遮断する。
【００１６】
高温のアーク８に吹付けられたガス流１０ｃは、高温状態となり、固定側熱ガス流１０ａおよび可動側熱ガス流１０ｂに分流して、両アーク接触子７ａ、７ｂ間のアーク８の発生空間から遠ざかるように流れていき、それぞれ排気筒９、中空ロッド１１を通過して、最終的には密閉容器１内へと放散する。
【００１７】
上述したアーク遮断過程における、ガス流１０ｃの吹付けによるアーク８遮断の物理メカニズムは、次の通りである。なお、ここでは前記図７に加え、図８を用いて説明する。図８上段は絶縁ノズル６のスロート部６ｂにおける径方向断面図であり、図８下段ではスロート部６ｂ内の温度分布を示している。
【００１８】
高圧力となっているパッファ室５から絶縁ノズル６へ流れ込んだガス流１０ｃは、絶縁ノズル６のガス流路６ａのうち最も狭まったスロート部６ｂにて最も流速が速くなる。また、アーク８には電流が流れているため、ジュール発熱により高温状態となっている。
【００１９】
つまり、ガス流１０ｃをアーク８に吹付けているときの状態は、高温であるアーク８の周囲に、それよりも低温のガス流１０ｃが高速で流れていることになる。したがって、アーク８の遮断時における絶縁ノズル６のスロート部６ｂ内の温度分布は、図８下段に示すように、中心であるアーク８付近では高くなり、周辺であるスロート部６ｂの壁面に近づくほど低くなっており、その温度勾配は非常に急峻である。
【００２０】
このため、アーク８から周辺の低温かつ高速で流れるガス流１０ｃの中では、中心部から周縁部へと向かって、熱の流れ４１（図８に図示）が生じており、アーク８は熱を奪われて冷却される。アーク８の導電率は温度低下に対して単調に減少するので、アーク８の冷却に伴いその導電性は著しく低下する。その結果、アーク８は絶縁物となるまで冷却され、確実な電流遮断が可能となる。
【００２１】
また、アーク８の温度は過電流ピーク付近で数万Ｋに達するが、この点も、電流遮断に寄与している。すなちわ、アーク８の遮断過程中、絶縁ノズル６は極めて高温のアーク８に曝され続けるため、絶縁ノズル６の構成材料であるポリテトラフルオロエチレンなどの絶縁物が、溶融、ガス化することになる。その結果、図７に示すようにスロート部６ｂの内壁面から溶発ガス３１を発生することが知られている。
【００２２】
したがって、絶縁ノズル６からアーク８に向かって吹付けられるガス流１０ｃの成分は、消弧性ガス２単体ではなく、消弧性ガス２と溶発ガス３１との混合ガスとなる。固体である絶縁ノズル６の構成材料がガス化すると、その体積は大幅に増大するので、溶発ガス３１の体積は大きい値となる。
【００２３】
つまり、絶縁ノズル６からの溶発ガス３１の発生はパッファ室５の圧力をさらに上昇されることができ、ガス流１０ｃの高圧化を促し、アーク遮断に好ましい作用を与えることができる。以上が、パッファ形ガス遮断器の代表的な構成およびアーク遮断原理である。
【００２４】
上記のようなパッファ形ガス遮断器は、パッファ室５内に存在する消弧性ガス２を、電流遮断時に生じるアーク８に吹付けることによって、高い消弧性能を発揮することができる。したがって、７２ｋＶ以上の高電圧送電系統において保護用開閉器として広く使用されており、その改良も種々進められている。
【００２５】
例えば特許文献１〜３などの従来技術が知られている。ここでは、図示による詳細な説明は省略するが、前記図７を参照して概略を説明する。特許文献１は、可動接触部２２側の中空ロッド１１の周囲に穴を形成したものである。アーク８の発生により可動側熱ガス流１０ｂは高熱となるので、アーク８の遮断動作初期に、中空ロッド１１の穴（図７では図示せず）を通じて、高熱の可動側熱ガス流１０ｂをパッファ室５内に積極的に取り込むことができる。これにより、パッファ室５内の高圧化を図っている。
【００２６】
また、特許文献２記載のガス遮断器では、パッファ室５を軸方向に２分割して、アーク８に近い方のパッファ室５の容積を限定することで、特に大電流遮断時にアーク８への高い吹付け圧力を獲得するようになっている。しかも、パッファ室５の分割部に逆止弁（図７では図示せず）を設けている。これによりピストン３に直接高い圧力が作用するのを避けており、可動接触部２２の駆動力が増大することを防止している。
【００２７】
さらに、特許文献３記載のガス遮断器の特徴はアーク８の径方向に流れ成分を発生するガス流発生手段に加えて、アーク８の径方向に磁気圧を発生する磁界発生手段（図７では図示せず）を設置した点にある。このようなガス遮断器によれば、アーク８の発生空間の一部で、アーク８を径方向に絞りながら消弧することが可能となる。
【００２８】
すなわち、特許文献３の技術では、ガス流による流体的な作用と、磁界による電磁気的な作用という互いに干渉しない独立した２つの作用の相乗効果を得ることができ、効率よくアーク径を絞ってアーク時定数を小さくすることが可能である。このため、アーク８を迅速に消弧することができる。
【００２９】
以上のような特許文献１〜３の従来技術によれば、ピストン３による機械的な圧縮作用に加えて、パッファ室５の圧力を上昇させるエネルギーとして、アーク８の熱エネルギーや、磁界による電磁エネルギーを積極的に活用することにより、消弧性ガス２の吹付け圧力を高めることができ、さらなる遮断性能の向上が図れる。
【００３０】
また、同じパッファ室５の圧力上昇が得られるガス遮断器と比較すると、他のエネルギーを利用する分だけ、ピストン３による機械的圧縮への依存度が相対的に低減することになる。このため、小形のピストン３でも電流遮断に必要な圧力上昇を得ることが可能となる。
【００３１】
したがって、ガス遮断器の小形化、ひいては密閉容器１に充填されるガス容量の低減に貢献することができる。また、小形ピストン３の導入は、可動接触部２２の駆動に必要なエネルギーが低減することにもなり、駆動機構の小形化、低コスト化の寄与することになり、機械的な信頼性ならびに経済性を高めることができる。
【００３２】
ところで、アーク８の熱エネルギーを積極的に利用するタイプのガス遮断器では、パッファ室５内に十分な量の消弧性ガス２が存在しなければ、パッファ室５内の圧力が上昇しにくい、または、パッファ室５内の圧力が上昇してもすぐに低下してしまう。
【００３３】
これでは、パッファ室５にアーク８の熱エネルギーを取り込んだとしても、アーク８による熱的な圧縮作用を効果的に引き出すことができなくなる。また、アーク８による熱的な圧縮作用の利用度が減れば、機械的な圧縮作用を相対的に低減させることも困難となる。その結果、駆動力の低減やガス容量の増大防止といった、機器のコンパクト化につながる効果を得ることも難しくなる。
【００３４】
したがって、アーク８の熱エネルギーをパッファ室５に取り込むタイプのガス遮断器では、絶縁ノズル６のスロート部６ｂにおけるガス流路６ａの流路断面積Ｓ１（図７に図示）を小さく構成して、絶縁ノズル６から噴射されるガス流量を絞ることによって、パッファ室５から排出されるガス流量を抑制することが重要となっている。
【００３５】
しかしながら、ガス流路６ａの流路断面積Ｓ１を単純に小さくすると、新たな問題が生じることになる。すなわち、ガス流路６ａの流路断面積Ｓ１の縮小化は絶縁ノズル６のスロート部６ｂの内径φＮ１の小径化にほかならない。上述したように、絶縁ノズル６と、アーク接触子７ａ、７ｂにおける径寸法に関しては、接触子７ａ、７ｂ間の接触導通状態の確実性を踏まえて、φＮ１＞φＦ１＞φＭ１という関係は動かない。
【００３６】
したがって、絶縁ノズル６のスロート部６ｂの内径φＮ１を細くすると、固定アーク接触子７ａの外径φＦ１および可動アーク接触子７ｂの内径φＭ１は、それよりも、さらに細くせざるを得なくなる。つまり、アーク接触子７ａ、７ｂは非常に細い部材から構成されることになる。その結果、アーク接触子７ａ、７ｂは電流遮断時に損耗し易くなり、部材としての耐久性（具体的にはアーク接触子７ａ、７ｂを交換なしで遮断できる回数）が低下した。
【００３７】
また、ガス遮断器が開極している状態では、両アーク接触子７ａ、７ｂ間には高電圧が印加され、それに対し電気絶縁状態を保たねばならない。このとき、アーク接触子７ａ、７ｂの径が細いと、同部先端の電界が高くなる。したがって、高電界に抗して確実な遮断動作を実現するためには、アーク接触子７ａ、７ｂの開離距離や開離スピードを増大させる必要がある。
【００３８】
すなわち、アーク８の熱エネルギーをパッファ室５の圧力上昇に利用することで、せっかく駆動エネルギーの低減化を図ったとしても、アーク接触子７ａ、７ｂが小径化することで開離距離や開離スピードが増大させてしまえば、その分だけ駆動エネルギーの低減効果が薄まることになり、機器のコンパクト化が鈍化することになった。
【００３９】
上記の問題点を解消するための従来技術としては、例えば特許文献４記載のガス遮断器が提案されている。この技術では、絶縁ノズル６内部のガス流路断面積を変更するために、写真機などに使われる虹彩絞り構造を持つガス流路調節機構（図示せず）を設けており、このガス流路調節機構の働きによって、接触部の開極動作に応じて絶縁ノズル６のガス流路６ａの流路断面積Ｓ１を縮小するように構成している。
【００４０】
つまり、特許文献４記載のガス遮断器では、ガス流路調節機構によりガス流路６ａの流路断面積Ｓ１を縮小させることで、接触部の開極動作時に絶縁ノズル６から流れるガス流１０ｃ流量を抑制している。これにより、パッファ室５にアーク８の熱エネルギーを取り込んだ時点でパッファ室５内に十分な量の消弧性ガス２が存在させることができ、パッファ室５の圧力上昇に対するアーク８の熱エネルギーの寄与度を高めることが可能となる。
【００４１】
しかも、ガス流路調節機構を絞って絶縁ノズル６におけるガス流路６ａの流路断面積Ｓ１を調節するので、絶縁ノズル６のスロート部６ｂの内径φＮ１自体は細くしないで済む。このため、アーク接触子７ａ、７ｂの径寸法もまた、細くする必要が無く、小径化によるアーク接触子７ａ、７ｂの耐久性低下ならびにアーク接触子７ａ、７ｂ先端部の電界上昇といった不具合を回避することができる。したがって、アーク接触子７ａ、７ｂ先端部の電界抑制が可能となり、接触子７ａ、７ｂの開離距離や開離スピードの増大は不要となる。その結果、駆動エネルギーの低減化や機器のコンパクト化を進めることができる。
【００４２】
以上述べたように、特許文献４記載のガス遮断器では、ガス流路調節機構を設けたことで、絶縁ノズル６を通じてパッファ室５から排出されるガス流量を抑制することができ、アーク８の熱エネルギーを利用してパッファ室５の圧力上昇を図って、遮断性能のさらなる向上を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４３】
【特許文献１】特公平７−９７４６６号公報
【特許文献２】特公平７−１０９７４４号公報
【特許文献３】特開２００１−２８３６９３号公報
【特許文献４】特開２００４−３９３１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００４４】
しかしながら、従来のパッファ形ガス遮断器には次のような課題が指摘されていた。すなわち、パッファ形ガス遮断器は、消弧性ガス２をアーク８に吹き付ける構成なので、消弧性ガス２の持つ冷却性が遮断性能を大きく左右する。従来、消弧性ガス２としては、冷却性に優れたＳＦ６ガスを広く用いているが、このＳＦ６ガスの使用には昨今、次のような問題がある。
【００４５】
ＳＦ６ガスは地球温暖化への影響が高い人工ガスと認識されており、環境面への配慮から、その使用量の削減が望まれている。このため、ＳＦ６ガスの代替ガスとして、環境への負荷が少ない自然由来のガス、例えばＮ２ガスやＣＯ２ガスなどが検討されている。
【００４６】
しかしながら、これらの代替ガスを使用した場合、ガスの物理化学的性質の違いからＳＦ６ガスに比べて冷却性が低く、アーク８の冷却効果が低下することが問題となっていた。そこで、たとえＮ２ガスやＣＯ２ガスを使用した場合に、消弧性ガス２の冷却性能に頼るのではなく、構造的にアーク８の冷却効果を高めることが急務となっていた。
【００４７】
また、特許文献４記載のガス遮断器では、アークの熱エネルギーをパッファ室の圧力上昇に積極的に利用するタイプにあって、ガス流路調節機構を備えたことにより、絶縁ノズルから流れるガス流量を効果的に抑制することができ、パッファ室の圧力上昇に対するアーク熱の寄与度を高めることが可能であるが、ガス流路調節機構として、写真機などに利用される虹彩絞り構造を採用している。そのため、ガス流路調節機構は構成部材数が多くなり、しかも各部が連動する構造なので連動部分がスムーズに動作するように調整作業や組立作業に時間がかかる。すなわち、絶縁ノズルからのガス流量を抑制する部材に関して、製造コストが高いといった不具合があった。
【００４８】
本発明は、以上のような課題を解決するために提案されたものであり、製品の長寿命化ならびに環境負荷の低減化に寄与すると共に、コンパクト化および低コスト化を実現して、高い遮断性能および信頼性を発揮することができるガス遮断器を提供することが目的である。
【課題を解決するための手段】
【００４９】
上記目的を達成するために、本発明は、ガスで充たされた密閉容器内に１対の接点を接離自在に配置し、前記接点同士を開離させた時に発生するアークに前記ガスを吹付けるガス流発生手段を有し、前記ガス流発生手段は、少なくとも１つの蓄圧空間と、前記蓄圧空間の圧力を上昇せしめる少なくとも１つの圧力上昇手段と、前記蓄圧空間と前記アークとを結ぶ少なくとも１つのガス流路と、前記蓄圧空間からのガスを整流し前記アークに導くための絶縁ノズルとからなるガス遮断器において、前記絶縁ノズルの内部に当該絶縁ノズルと同心状にノズル内絶縁部材を配置し、前記絶縁ノズルの内壁部と前記ノズル内絶縁部材の外壁部との隙間に前記アークが発生し且つ前記ガスが流れるように構成したことを特徴としている。
【００５０】
以上の構成を有する本発明では、絶縁ノズル内にノズル内絶縁部材を配置したことで、遮断動作時に発生する高温のアークが、絶縁ノズルの内壁部だけでなく、ノズル内絶縁部材の外壁部とも接触することで、構造的にアークを冷却することができる。これにより、冷却性の低いガスを使用した場合でも優れた遮断性能を確保することができ、環境負荷の低いガスを利用することが可能となる。したがって、環境調和性と良好な遮断性能を両立させることができる。
【００５１】
また、絶縁ノズルは、ノズル内絶縁部材を組み込んだ分、ガス流路断面積を縮小化することができ、蓄圧空間から排出されるガス流量を抑制することが可能となり、蓄圧空間の圧力上昇に関するアーク熱の利用度を高めることができる。しかも、絶縁ノズルの内径自体は細くしなくて済むため、絶縁ノズルの内側に位置する部材の小径化は不要となる。
【００５２】
その結果、絶縁ノズルの内側に位置する部材の耐久性を確保することができ、製品寿命を延ばすことができる。しかも、極端に小径化する部材が存在しないので、高電界の発生を回避することができ、開離距離や開離速度を抑えて、コンパクト化や駆動エネルギーの低減化が可能となる。さらに、以上のような作用をもたらすノズル内絶縁部材は、絶縁ノズルと同心状のシンプルな構成でよく、虹彩絞り構造をとるガス流路調節機構などと比べて部材数は格段に少なく、可動部分も無いため、製造コストは非常に安価で済み、良好な経済性を獲得することができる。
【発明の効果】
【００５３】
以上のような本発明のガス遮断器によれば、絶縁ノズルの内部に同心状のノズル内絶縁部材を設けるといった極めて簡単な構成により、製品の長寿命化ならびに環境負荷の低減化に寄与すると共に、コンパクト化および低コスト化を実現して、高い遮断性能および信頼性を発揮することができる。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
以下、本発明に係るガス遮断器の実施形態の一例について、図面を参照して具体的に説明する。なお、図６〜図８に示した従来技術と同様の部材に関しては同一符号を付して説明は省略する。
【００５５】
（１）第１の実施形態
（構成）
本発明に係る第１の実施形態について、図１および図２を用いて説明する。図１はガス遮断器の遮断動作途中のアーク近傍の状態を示しており、各構成部材は回転軸対称形状であるため、中心線の上側半分のみを描いている。
【００５６】
図１において図示されていない部分は、アーク８の熱エネルギーをパッファ室５の圧力上昇に積極的に利用するタイプの従来のガス遮断器と同様とする。また、図２上段は絶縁ノズル６のスロート部６ｂにおける径方向断面図であり、図２下段ではスロート部６ｂ内の温度分布を示している。
【００５７】
第１の実施形態において、従来のガス遮断器の構成と最も顕著に異なる点は、絶縁ノズル６の内部に、絶縁ノズル６と同心を保つようにして円筒形のノズル内絶縁部材３２ａが設けられた点にある。また、本実施形態における絶縁ノズル６のガス流路６１ａは、ノズル内絶縁部材３２ａの外径φＩと絶縁ノズル６のスロート部６ｂの内径φＮ２から挟まれてパイプ状となり、ここに発生するアーク８の形状はリング状に近くなる。
【００５８】
ノズル内絶縁部材３２ａは、絶縁ノズル６と同じく、高温のアーク８への耐久性がある絶縁物、例えばポリテトラフルオロエチレンなどから構成される。ノズル内絶縁部材３２ａは、固定アーク接触子７ａにおいて可動アーク接触子７ｂと向かい合う側を先端側として、その先端側端面に強固に接合されている。ノズル内絶縁部材３２ａと固定アーク接触子７ａとの接合面の周囲には、可動アーク接触子７ｂ側に延びる先端部７ｃが形成されている。
【００５９】
つまり、ノズル内絶縁部材３２ａと固定アーク接触子７ａとの接合面には、金属である固定アーク接触子７ａと、絶縁物であるノズル内絶縁部材３２ａと、消弧性ガス２という３種類の媒体が接触する三重点部３３が存在し、この三重点部３３は固定アーク接触子７ａの先端部７ｃよりも奥まった側（図１において先端部７ｃの左側）に位置するように構成されている。
【００６０】
また、ノズル内絶縁部材３２ａの外径φＩの寸法は、可動アーク接触子７ｂの内径φＭ２の寸法よりも小さく設定されている。本実施形態における絶縁ノズル６のスロート部６ｂ内径をφＮ２、固定アーク接触子７ａの外径をφＦ２とした場合、アーク接触子７ａ、７ｂ間の接触導通状態の確実性を鑑みて、φＮ２＞φＦ２＞φＭ２という関係は動かないので、φＮ２＞φＦ２＞φＭ２＞φＩ（部材名で言えば、絶縁ノズル６＞固定アーク接触子７ａ＞可動アーク接触子７ｂ＞ノズル内絶縁部材３２ａ）という関係が成立することになる。
【００６１】
ここで、絶縁ノズル６のスロート部６ｂ内径φＮ２について、従来の絶縁ノズル６のスロート部６ｂ内径φＮ１と同等の大きさとすると、絶縁ノズル６の内部にノズル内絶縁部材３２ａを組み込んでいる分だけ、ガス流路６１ａの流路断面積Ｓ２は、従来のガス流路６ａの流路断面積Ｓ１と比べて小さく設定される。
【００６２】
なお、絶縁ノズル６、アーク接触子７ａ、７ｂおよびノズル内絶縁部材３２ａは、全て回転軸対称形状（すなわち断面が円形）である必要はない。ただし、前記部材を回転軸対称形状としない場合でも、その寸法は、上記の通りφＮ２＞φＦ２＞φＭ２＞φＩの関係を概ね維持して、ガス遮断器の投入動作を保証するように構成される。
【００６３】
（作用効果）
以上の構成を有する第１の実施形態の作用効果としては、まずアーク８の冷却性を高めた点、それも消弧性ガス２の冷却性能に依存するのではなく、構造的な改良によりアーク８の冷却性を高めた点にある。すなわち、アーク接触子７ａ、７ｂ間を閃絡するアーク８は、絶縁ノズル６およびノズル内絶縁部材３２ａの間で構成されるパイプ状のガス流路６１ａ中で点弧する。このとき、絶縁ノズル６およびノズル内絶縁部材３２ａは互いに同心を保つように強固に固定保持されている。
【００６４】
そのため、アーク８は一方向に偏ることはなく、図２上段に示すようにガス流路６１ａ内に同心円状に点弧する。つまり、ガス流路６１ａ内で点弧するアーク８はリング状となり、その外周側と内周側からガス流１０ｃが接触する。この場合の絶縁ノズル６のスロート部６ｂにおける温度分布を図２下段に示す。
【００６５】
すなわち、アーク８の冷却は、アーク８高温部と、その周囲を流れる低温のガス流１０ｃとの接触面積が大きいほど顕著に行われる。図８に示した従来構造が絶縁ノズル６の内壁面と、アーク８の外周部とが接触していたのに比べて、第１の実施形態では、同じく絶縁ノズル６の内壁面とアーク８の外周側との接触に加えて、ノズル内絶縁部材３２ａの外壁部の表面とアーク８の内表側が接触している。つまり、アーク８による高温部と周囲の低温ガスとの接触面積は、従来と比べてほぼ倍増し、遮断性能は飛躍的に向上する。
【００６６】
第１の実施形態では、以上のようにして構造的にアーク８の冷却性を高めることができ、優れた遮断性能を発揮することができる。また、アーク８の冷却性を高めた遮断性能を向上させたということは、従来と同程度の遮断性能を得ようとするならば、アーク８への吹付け圧力、すなわちパッファ室５の圧力を低くすることが可能となる。パッファ室５の圧力低減は、ピストン３に作用する駆動反力を低くすることができ、駆動エネルギーの低減が図れる。
【００６７】
さらに、第１の実施形態における主たる作用効果としては、極めてシンプルな構成を持つノズル内絶縁部材３２ａにより流路断面積Ｓ２の縮小化を図った点にある。すなわち、流路断面積Ｓ２の縮小化を実現する部材として、上記特許文献４記載の従来技術における虹彩絞り構造といった複雑な部材を用いるのではなく、絶縁ノズル６に同心状に組み込んだ円筒形状のノズル内絶縁部材３２ａを採用しているため、製造コストを安くすることができ、経済性が向上する。
【００６８】
また、流路断面積Ｓ２の縮小化により、パッファ室５から排出されるガス流１０ｃのガス量を抑制しているので、パッファ室５の圧力上昇へのアーク８の熱エネルギーの寄与度を高めることができる。このため、第１の実施形態では、アーク８の熱エネルギーの寄与度を十分に確保可能である。
【００６９】
しかも、第１の実施形態に係るガス遮断器は、φＮ２＞φＦ２＞φＭ２（部材名で言えば、絶縁ノズル６＞固定アーク接触子７ａ＞可動アーク接触子７ｂ）となるように構成している。このため、可動接触部２２を開極状態から閉極状態に投入動作させても、各部品は互いに干渉せず、問題なく投入動作を行うことができる。
【００７０】
さらに、第１の実施形態では、流路断面積Ｓ２の縮小化に際してアーク接触子７ａ、７ｂの径φＦ２、φＭ２を小径化させていないので、パッファ室５の圧力上昇に関するアーク８の熱エネルギーの利用度を高めつつ、小径化によるアーク接触子７ａ、７ｂの耐久性低下を回避することができる。
【００７１】
したがって、アーク接触子７ａ、７ｂの耐久性が向上する。と同時に、アーク接触子７ａ、７ｂ先端の電界上昇を抑制することができ、従来のようにアーク接触子７ａ、７ｂ間の開離距離を広げたり、開離スピードを速くする必要がなくなる。
【００７２】
その結果、アーク８の熱エネルギーをパッファ室５の圧力上昇に積極的に利用可能なガス遮断器において、可動接触部２２の駆動距離の伸長を避け、開離スピードも従来と同等並みとすることができ、機器のコンパクト化および駆動エネルギーの低減化を進めることが可能となる。このように、第１の実施形態によれば、アーク８の熱利用による駆動エネルギーの低減と、アーク接触子７ａ、７ｂの耐久性低下という背反する問題を同時に解決することができ、コンパクト化と長寿命化を両立させることが可能である。
【００７３】
なお、第１の実施形態において、ガス流路６１ａの流路断面積Ｓ２の大きさは、次のような理由で、従来のガス遮断器における流路断面積Ｓ１よりも若干大きく設定される。これは、第１の実施形態の絶縁ノズル６において、ガス流路６１ａを流れるガス流１０ｃは、従来と同じ絶縁ノズル６のスロート部６ｂの内壁側との摩擦に加えて、ノズル内絶縁部材３２ａの外壁側との摩擦の影響を受けるからである。
【００７４】
そこで、摩擦の影響分も考慮した上で、流体力学的にガス流１０ｃの実効流量が従来のガス流路６ａの断面積Ｓ１と同等となるように、断面積Ｓ２は大きめに設定されることが望ましい。この点からも、アーク接触子７ａ、７ｂの径φＦ２およびφＭ２は、径寸法を細くするといった制約を受けずに済み、部材の耐久性と径寸法の最適な組合せを実現させることができ、経済性および信頼性がいっそう向上する。
【００７５】
また、第１の実施形態においては、高温のアーク８が絶縁ノズル６だけでなく、ノズル内絶縁部材３２ａとも接するので、従来のガス遮断器に比べて、アーク８の熱に曝される絶縁物が多くなり、溶発ガス３１の発生量も増えることになる。したがって、アーク８の熱エネルギーに加えて、溶発ガス３１の発生量増大によっても、パッファ室５の圧力をより一層上昇させることができる。その結果、同じ吹付け圧力を得るための機械的圧縮作用の寄与度は減り、駆動エネルギーの低減化をさらに進めることができる。
【００７６】
ところで、ノズル内絶縁部材３２ａと固定アーク接触子７ａの接合部においては、絶縁物であるノズル内絶縁部材３２ａ、金属である固定アーク接触子７ａ、および消弧性ガス２の３種類の媒体が接触する三重点部３３が存在する。この三重点部３３に電圧を印加した場合、電界が極めて高くなるので、電気絶縁上の弱点となる。
【００７７】
そこで、上記第１の実施形態によれば、三重点部３３は固定アーク接触子７ａの先端部７ｃよりも奥まるように位置させたことで、固定アーク接触子７ａの先端部７ｃの静電シールド効果によって電界の上昇を防ぐことができる。これにより、優れた安全性を獲得することが可能である。
【００７８】
以上述べたような第１の実施形態によれば、低コストで済むノズル内絶縁部材３２ａを絶縁ノズル６内部に設けるといった構成によって、優れた冷却性能を獲得可能であり、さらにアーク接触子７ａ、７ｂの小径化を抑えて製品の長寿命化を図ることができる。
【００７９】
（２）第２の実施形態
（構成）
続いて、本発明に係る第２の実施形態について、図３を用いて具体的に説明する。図３はガス遮断器の遮断動作途中のアーク近傍の状態を示しており、各構成部材は回転軸対称形状であるため、中心線の上側半分のみを描いている。
【００８０】
第２の実施形態における基本的な構成は、第１の実施形態と同様であるが、下記の点に特徴がある。すなわち、図３に図示するように、固定アーク接触子７ａの先端部中央には電界緩和シールド３６が設けられている。この電界緩和シールド３６はノズル内絶縁部材３２ｂに埋め込むようにして構成されている。なお、符号３５は中空ロッド１１に取り付けられるロッド支えである。
【００８１】
第２の実施形態のノズル内絶縁部材３２ｂは、穴３７が形成された中空構造であって、この穴３７に沿って、可動接触部２２に固定されたガイド棒３４が摺動可能に設置されている。ガイド棒３４、ノズル内絶縁部材３２ｂの穴３７、ノズル内絶縁部材３２ｂの外周面、絶縁ノズル６のスロート部６ｂは全て同心円状に配置されている。
【００８２】
ノズル内絶縁部材３２ｂの材質は、従来と同じく、絶縁物であるポリテトラフルオロエチレンなどをベースとするが、ノズル内絶縁部材３２ｂには、アークから放射される紫外光に対する反射作用の大きいＢＮ（窒化ホウ素）などの粉末が添加されている。また、ノズル内絶縁部材３２ｂには、可視光領域の吸収性に優れた顔料系添加物、たとえばＴｉ２−ＣｏＯ−ＮｉＯ−ＺｎＯやＣｏＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｃｒ２Ｏ３などの粉末が添加されている。これらの添加物がノズル内絶縁部材３２ｂの特徴となっている。
【００８３】
さらに、消弧性ガス２としては、従来一般的に用いられるＳＦ６ガスよりも地球温暖化係数（ＣＯ２ガスを１とした地球温暖化への影響を示す指標）が低いガスが使用されている。環境への影響が小さくＳＦ６の代替となりうる候補ガスは多々考えられるが、ここでは一例として、地球環境への影響が極めて小さく、毒性や可燃性もなく、かつ安価なガスであるＮ２ガスを使用している。
【００８４】
（作用効果）
第２の実施形態では、ノズル内絶縁部材３２ｂを備えたことで、構造的にアーク８の冷却性を高めることができるため、消弧性ガス２として冷却性能の低いＮ２ガスやＣＯ２ガスといった代替ガスを使用した場合であっても、ＳＦ６ガス並に優れた遮断性能を確保することができる。つまり、環境負荷の低いガスを消弧性ガス２として利用可能であり、良好な遮断性能を維持しつつ、ＳＦ６ガスの使用量を削減して環境調和性を高めることができる。
【００８５】
また、第２の実施形態では以下の点でも好ましい作用効果が得られる。すなわち、固定アーク接触子７ａの先端部中央に設けた電界緩和シールド３６の静電シールド効果により、固定アーク接触子部７ａの先端部７ｃおよび三重点部３３の電界はさらに低減される。これにより、必要となるアーク接触子７ａ、７ｂの開離距離すなわち可動接触部２２の駆動距離およびアーク接触子７ａ、７ｂの開離スピードに関して、いっそう低減することができ、駆動エネルギーの低減効果がより向上する。
【００８６】
また、可動接触部２２の駆動や高圧のガス流１０ｃの影響によって、アーク８の遮断時に各部品はかなりの振動を受けることになるが、第２の実施形態ではガイド棒３４がノズル内絶縁部材３２ｂ内の穴３７に沿って摺動するので、遮断動作時にノズル内絶縁部材３２ｂを確実に支持することができる。したがって、ノズル内絶縁部材３２ｂと絶縁ノズル６のスロート部６ｂを互いに同心となるように常時保つことができる。
【００８７】
このため、アーク８の遮断時に各部品が振動を受けたとしても、アーク８が一方向に偏ることはなく、安定した遮断性能を得ることができる。また、投入動作時にガイド棒３４による支持により固定アーク接触子７ａの位置がぶれないので、先端部７ｃが絶縁ノズル６のスロート部６ｂを擦って損傷される可能性が無く、優れた安全性を発揮することができる。
【００８８】
また、アーク８の遮断過程において、過電流ピーク付近では数万Ｋにも達する高温のアーク８に曝されて、ノズル内絶縁部材３２ｂは溶融、ガス化して溶発ガス３１が発生することは先にも記した通りである。この際、アーク８からの強力な紫外光により絶縁ノズル６に含まれる炭素が遊離化して析出する可能性がある。ノズル内絶縁部材３２ｂに遊離炭素が析出した場合、その導電性によりアーク接触子７ａ、７ｂ間の電気絶縁性が脅かされる。
【００８９】
そこで第２の実施形態では、ノズル内絶縁部材３２ｂに紫外線に対する反射作用の大きいＢＮ（窒化ホウ素）などの粉末を添加することにより、アーク８からの紫外光がノズル内絶縁部材３２ｂ内に進入するのを防ぐことが可能となる。このため、遊離炭素の発生を抑制することが可能となり、アーク接触子７ａ、７ｂ間の電気絶縁性が向上する。
【００９０】
さらに、第２の実施形態においては、可視光領域の吸収性に優れた顔料系添加物（たとえばＴｉ２−ＣｏＯ−ＮｉＯ−ＺｎＯやＣｏＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｃｒ２Ｏ３など）を添加することで、可視光領域のアークエネルギーをノズル内絶縁部材３２ｂに効果的に吸収することが可能となる。
【００９１】
このため、さらに多量の溶発ガス３１が発生することになり、パッファ室５の圧力上昇に寄与することができる。したがって、同じ吹付け圧力を得るための機械的圧縮の寄与率はいっそう低減されることになって、駆動エネルギーの低減化をさらに進めることができる。
【００９２】
また、第２の実施形態では、消弧性ガスとしてＮ２ガスを使用するが、この場合、ガスの物理化学的性質の違いからＳＦ６ガスに比べてアーク８の冷却効果が大幅に低下するおそれがある。しかしながら、第２の実施形態では、第１の実施形態で説明したようにアーク８高温部と周囲の低温ガスとの接触面積が従来構造に比べて大幅に増大するので、アーク８の冷却性は飛躍的に向上し、Ｎ２ガスを使用した場合でも、遮断性能の低下を防ぐことができる。
【００９３】
以上述べた第２の実施形態によれば、上記第１の実施形態の持つ効果に加えて、消弧性ガス２としてＮ２ガスなどを使用したことによる環境負荷の低減効果や電界緩和シールド３６の静電シールド効果、さらにはガイド棒３４による動作安定効果を獲得しており、環境調和、駆動エネルギーの低減化および安全性が向上する。
【００９４】
さらに、ノズル内絶縁部材３２ｂに紫外線の反射作用の大きい粉末を添加したことで遊離炭素の発生を抑制でき、良好な絶縁信頼性を獲得している。また、ノズル内絶縁部材３２ｂへの顔料系添加物の添加により可視光領域のアークエネルギーを効率よく吸収したので溶発ガス３１の発生量が増えるため、パッファ室５の圧力上昇が実現して、遮断性能のさらなる向上が図れる。
【００９５】
（３）第３の実施形態
（構成）
次に本発明に係る第３の実施形態について、図４を用いて説明する。図４は、ガス遮断器の遮断動作途中のアーク近傍の状態を示しており、各構成部材は回転軸対称形状であるため、中心線の上側半分のみを描いている。
【００９６】
第３の実施形態の特徴的な構成は、テーパ３８を有するノズル内絶縁部材３２ｃを備えた点にある。テーパ３８はノズル内絶縁部材３２ｃの中央付近の径が太り、端部付近に近づくに従って径が細くなるようなカーブを描いて形成されている。
【００９７】
つまり、テーパ３８が形成されたノズル内絶縁部材３２ｃは、軸方向に沿って、径が不均一となっている。このため、第３の実施形態における絶縁ノズル６のガス流路６１ｃは、ノズル内絶縁部材３２ｃの外径の変化に伴って、その大きさが変化するようになっている。
【００９８】
（作用効果）
上記の第３の実施形態では独自の作用効果として次のような点を得ている。前述した第１の実施例におけるノズル内絶縁部材３２ａは、円筒形状であるため、アーク接触子７ａ、７ｂの開離度に関係なく、ノズル内絶縁部材３２ａの外径φＩと絶縁ノズル６スロート部６ｂの内径φＮ２で構成される円筒状の流路断面積Ｓ２は、常に一定である（図１参照）。
【００９９】
これに対して、第３の実施形態では、ノズル内絶縁部材３２ｃにテーパ３８を形成したことで、アーク接触子７ａ、７ｂの開離度に応じて、ノズル内絶縁部材３２ｃの外径およびガス流路６１ｃの大きさが変わる。そのため、流路断面積Ｓ２を任意に変化させることができる。すなわち、絶縁ノズル６内の流路構造を時々刻々フレキシブルに変化させることが可能となり、所望のタイミングで、絶縁ノズル６のガス流路６１ｃを流れるガス流量について調整することが可能になり、遮断性能のさらなる向上が図れる。
【０１００】
例えば、アーク接触子７ａ、７ｂが開極したばかりの開離度の小さい状態では、固定アーク接触子７ａ側へのガス流路６ｃを絞り、パッファ室５へのアーク８の熱の取込みを促進する。そして、アーク接触子７ａ、７ｂの開離度が大きくなった後半の過程では、一気に固定アーク接触子７ａ側、可動アーク接触子７ｂ側とも大きくガス流路６１ｃを開き、アーク８からの排熱を促進することができる。このようにしてアーク８の冷却性をさらに高めることができ、遮断性能を向上させることが可能である。
【０１０１】
なお、ノズル内絶縁部材３２ｃにおけるテーパ３８の形状は適宜変更可能であり、ガス流路６１ｃの構造を各開離度に応じて適正に設計することにより、アーク８からの排熱による構成部材の焼損を低減させるなど、様々な好ましい作用効果を得ることができる。
【０１０２】
（４）第４の実施形態
（構成）
さらに、本発明に係る第４の実施形態について、図５を用いて具体的に説明する。図５において、各構成部材は回転軸対称形状であり、中心線の上側半分はガス遮断器が投入した状態（すなわち「閉」状態）、下側半分が遮断途中の状態を示している。
【０１０３】
上記第１〜第３の実施形態では、ノズル内絶縁部材３２ａ〜３２ｃを固定アーク接触子７ａに接合するように構成したが、可動接触子部２２側に接合しても同様の機能を得ることが可能である。そこで、第４の実施形態では、ノズル内絶縁部材３２ｄは、可動部分である中空ロッド１１に支え３５により強固に固定した点にある（図５参照）。なお、ノズル内絶縁部材３２ｄは、上記第１〜第３の実施形態と同じく、絶縁ノズル６のスロート部６ｂと同心となるように構成している。
【０１０４】
さらに第４の実施形態では従来の固定アーク接触子に相当する部材として、対向アーク接触子７ｄを設けている。この対向アーク接触子７ｄは、ノズル内絶縁部材３２ｄを利用して、可動接触部２２の反対方向に駆動するように構成する。このような具体的構造は多々考えられる。ここでは、図５に示すように、ノズル内絶縁部材３２ｄと対向アーク接触子７ｄにラック３８を施し、ピニオン３７で可動アーク接触子７ｂと反対方向に対向アーク接触子７ｄが動くように構成している。
【０１０５】
（作用効果）
上記の構成を有する第４の実施形態により得られる基本的な作用効果は、上記第１〜第３の実施形態と同様であるが、次のような独自の作用効果がある。すなわち、両アーク接触子７ｂ、７ｄが相対動作するために、アーク接触子７ｂ、７ｄ間の同じ開離速度を得るために必要となる駆動エネルギーを低減することができる。例えば、一秒間に「１００」の開離速度が必要な場合、可動アーク接触子７ｂと対向アーク接触子７ｄがそれぞれ「５０」ずつ、開離すればよく、必要となる駆動エネルギーの低減に寄与することができる。
【０１０６】
また、以上のような構成とするためには、対向駆動する機械的機構が不可欠となるので、両側に駆動機構を設けるか、あるいは複雑なリンク機構が必要となるが、本実施形態においては、ガス遮断器中央に位置するノズル内絶縁部材３２ｄを利用して機械的機構を設けることができる。そのため、対向駆動する機械的機構を非常にシンプルに構成することが可能となり、構成の簡略化を進めることといったメリットがある。
【０１０７】
（５）他の実施形態
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、各部材の構成や配置数等は適宜選択可能である。例えば、密閉容器内に充填されるガスに関しては、環境への負荷に配慮して、ＳＦ６ガスよりも地球温暖化係数が低い単体ガスもしくは混合ガスであり、かつ、少なくとも１気圧以上の圧力かつ摂氏２０度以下の状態で気相であることが望ましい。また、ノズル内絶縁部材に添加される材料として、紫外線に対する反射作用又は可視光から紫外光領域の吸収性に優れたものとしては、ポリテトラフルオロエチレンよりも大きい添加物を配合させた耐熱性樹脂が好適である。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明の第１の実施例を示すガス遮断器の構造図。
【図２】本発明の第２の実施例を示すガス遮断器の構造図。
【図３】本発明の第３の実施例を示すガス遮断器の構造図。
【図４】本発明の第４の実施例を示すガス遮断器の構造図。
【図５】従来のパッファ形ガス遮断器の全体構造図。
【図６】従来のパッファ形ガス遮断器のアーク近傍拡大図。
【図７】従来のパッファ形ガス遮断器のアーク近傍拡大図。
【図８】上段は従来のパッファ形ガス遮断器における絶縁ノズルスロート部の径方向断面図、下段はスロート部内の温度分布を示す図。
【符号の説明】
【０１０９】
１…密閉容器
２…消弧性ガス
３…ピストン
４…シリンダ
５…パッファ室
６ａ…絶縁ノズル
６、６１ａ、６１ｃ…ガス流路
６ｂ…スロート部
７ａ…固定アーク接触子
７ｂ…可動アーク接触子
７ｃ…固定アーク接触子の先端部
７ｄ…対向アーク接触子
８…アーク
９…排気筒
１０ａ…固定側熱ガス流
１０ｂ…可動側熱ガス流
１０ｃ…ガス流
１１…中空ロッド
１２…支持絶縁物
２１…固定接触部
２２…可動接触部
３１…溶発ガス
３２ａ〜３２ｄ…ノズル内絶縁部材
３３…三重点部
３４…ガイド棒
３５…支え
３６…電界緩和シールド
３７…ピニオン
３８…ラック
４１…熱の流れ
φＮ１…従来の遮断器におけるノズルスロートの内径
φＦ１…従来の遮断器における固定アーク接触子の外径
φＭ１…従来の遮断器における可動アーク接触子の内径
φＮ２…本発明におけるノズルスロートの内径
φＦ２…本発明における固定アーク接触子の外径
φＭ２…本発明における可動アーク接触子の内径
φＩ…本発明における内ノズルの外径
Ｓ１…従来の遮断器におけるノズルスロート部の実効流路断面積
Ｓ２…本発明におけるノズルスロート部の実効流路断面積
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスで充たされた密閉容器内に１対の接点を接離自在に配置し、前記接点同士を開離させた時に発生するアークに前記ガスを吹付けるガス流発生手段を有し、前記ガス流発生手段は、少なくとも１つの蓄圧空間と、前記蓄圧空間の圧力を上昇せしめる少なくとも１つの圧力上昇手段と、前記蓄圧空間と前記アークとを結ぶ少なくとも１つのガス流路と、前記蓄圧空間からのガスを整流し前記アークに導くための絶縁ノズルとからなるガス遮断器において、
前記絶縁ノズルの内部に当該絶縁ノズルと同心状にノズル内絶縁部材を配置し、
前記絶縁ノズルの内壁部と前記ノズル内絶縁部材の外壁部との隙間に前記アークが発生し且つ前記ガスが流れるように構成したことを特徴とするガス遮断器。
【請求項２】
前記１対の接点と、前記絶縁ノズル内のガス流路と、前記ノズル内絶縁部材は、略回転軸対称形状であり、
一方の接点の外径をφＦ、もう一方の接点の内径をφＭ、前記絶縁ノズル内のガス流路の径をφＮ、前記ノズル内絶縁部材の外径をφＩとした時、φＮ＞φＦ＞φＭ＞φＩとなるように構成したことを特徴とする請求項１に記載のガス遮断器。
【請求項３】
前記圧力上昇手段の少なくとも１つは、前記アークにおいて発生する熱エネルギーによりもたらされるように構成し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】
前記ノズル内絶縁部材を前記接点の一方に接合保持し、
当該接合部における金属と絶縁物とガスという３種類の媒体が接触する三重点を、当該接点の外周部よりも奥まった位置に配置し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】
前記ノズル内絶縁部材を前記接点の一方に差し込んで接合保持し、
当該接点の中心軸上に、前記ノズル内絶縁部材の内部に突き出るように電界緩和シールドを配置し、
前記電界緩和シールドは前記ノズル内絶縁部材が差し込まれた前記接点と同電位になるように構成し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】
前記ノズル内絶縁部材には軸方向に穴を形成し、
軸方向以外には動かないガイド棒を前記ノズル内絶縁部材の穴に沿って摺動可能となるように設け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７】
前記ノズル内絶縁部材は、紫外光に対する反射作用が少なくともポリテトラフルオロエチレンよりも大きい添加物を配合させた耐熱性樹脂からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のガス遮断器。
【請求項８】
前記ノズル内絶縁部材は、可視光から紫外光領域の吸収性が少なくともポリテトラフルオロエチレンよりも大きい添加物を配合させた耐熱性樹脂からなることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のガス遮断器。
【請求項９】
前記ノズル内絶縁部材は回転軸対称形状であり、且つ軸方向に沿って径が不均一となるようにテーパ部を形成したことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のガス遮断器。
【請求項１０】
前記ノズル内絶縁部材を前記接点のどちらか一方と同じ動きをするように接合保持し、同時にもう一方の接点とも機械的に結合されており、互いに逆方向に動くように構成したことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のガス遮断器。
【請求項１１】
前記ガスは、六弗化硫黄ガスよりも地球温暖化係数が低い単体ガスもしくは混合ガスであり、かつ、少なくとも１気圧以上の圧力かつ摂氏２０度以下の状態で気相であるガスであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のガス遮断器。
【請求項１】
ガスで充たされた密閉容器内に１対の接点を接離自在に配置し、前記接点同士を開離させた時に発生するアークに前記ガスを吹付けるガス流発生手段を有し、前記ガス流発生手段は、少なくとも１つの蓄圧空間と、前記蓄圧空間の圧力を上昇せしめる少なくとも１つの圧力上昇手段と、前記蓄圧空間と前記アークとを結ぶ少なくとも１つのガス流路と、前記蓄圧空間からのガスを整流し前記アークに導くための絶縁ノズルとからなるガス遮断器において、
前記絶縁ノズルの内部に当該絶縁ノズルと同心状にノズル内絶縁部材を配置し、
前記絶縁ノズルの内壁部と前記ノズル内絶縁部材の外壁部との隙間に前記アークが発生し且つ前記ガスが流れるように構成したことを特徴とするガス遮断器。
【請求項２】
前記１対の接点と、前記絶縁ノズル内のガス流路と、前記ノズル内絶縁部材は、略回転軸対称形状であり、
一方の接点の外径をφＦ、もう一方の接点の内径をφＭ、前記絶縁ノズル内のガス流路の径をφＮ、前記ノズル内絶縁部材の外径をφＩとした時、φＮ＞φＦ＞φＭ＞φＩとなるように構成したことを特徴とする請求項１に記載のガス遮断器。
【請求項３】
前記圧力上昇手段の少なくとも１つは、前記アークにおいて発生する熱エネルギーによりもたらされるように構成し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】
前記ノズル内絶縁部材を前記接点の一方に接合保持し、
当該接合部における金属と絶縁物とガスという３種類の媒体が接触する三重点を、当該接点の外周部よりも奥まった位置に配置し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】
前記ノズル内絶縁部材を前記接点の一方に差し込んで接合保持し、
当該接点の中心軸上に、前記ノズル内絶縁部材の内部に突き出るように電界緩和シールドを配置し、
前記電界緩和シールドは前記ノズル内絶縁部材が差し込まれた前記接点と同電位になるように構成し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】
前記ノズル内絶縁部材には軸方向に穴を形成し、
軸方向以外には動かないガイド棒を前記ノズル内絶縁部材の穴に沿って摺動可能となるように設け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７】
前記ノズル内絶縁部材は、紫外光に対する反射作用が少なくともポリテトラフルオロエチレンよりも大きい添加物を配合させた耐熱性樹脂からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のガス遮断器。
【請求項８】
前記ノズル内絶縁部材は、可視光から紫外光領域の吸収性が少なくともポリテトラフルオロエチレンよりも大きい添加物を配合させた耐熱性樹脂からなることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のガス遮断器。
【請求項９】
前記ノズル内絶縁部材は回転軸対称形状であり、且つ軸方向に沿って径が不均一となるようにテーパ部を形成したことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のガス遮断器。
【請求項１０】
前記ノズル内絶縁部材を前記接点のどちらか一方と同じ動きをするように接合保持し、同時にもう一方の接点とも機械的に結合されており、互いに逆方向に動くように構成したことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のガス遮断器。
【請求項１１】
前記ガスは、六弗化硫黄ガスよりも地球温暖化係数が低い単体ガスもしくは混合ガスであり、かつ、少なくとも１気圧以上の圧力かつ摂氏２０度以下の状態で気相であるガスであることを特徴とする請求項１〜９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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２１１９６６（Ｐ２０１０−２１１９６６Ａ）
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５４２２６（Ｐ２００９−５４２２６）
【出願日】平成２１年３月６日（２００９．３．６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月６日（２００９．３．６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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