改善されたスイッチング容量を有するジェネレータ・スイッチ
本発明は、電気的スイッチング・デバイス（１）に係り、特に、ジェネレータ・スイッチ（１）及び改善されたスイッチング・ガスの冷却のための方法に係る。本発明によれば、ガス・ジェット（１２）が、噴出領域（７）の中のノズル・ボディ（１０）により形成され、バッフル・ウォール（１４，１４０）に向けて方向付けられ、旋回される。このバッフル・ウォール（１４，１４０）は、スイッチング・チャンバ・エンクロージャ（３）のコンポーネントであって、高い熱容量および／または熱伝導率を有し、それによって、スイッチング・ガスの渦形成（１３）が、バッフル・ウォール（１４，１４０）上での乱流対流による高効率のスイッチング・ガスの冷却により、実現されることになる。実施形態の例は、なかんずく、バッフル・ウォール（１４，１４０）の形状及びノズル・ボディ（１０）の形状に関係している。優位性は、スイッチング・チャンバ・エンクロージャ（３）の高温ガスに対する保護、改善されたスイッチング・ガスの冷却、及びスイッチング定格の増大を含む（図１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高電圧技術の分野に係り、特に、電力分配システムにおけるヘビー・デューティ・サーキット・ブレーカ技術に係る。本発明は、独立特許クレイムの前提書き部分による方法及びジェネレータ・スイッチに基づいている。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、欧州特許出願 EP 1 403 891 A1 号明細書による先行技術に基づいている。この文献は、サーキット・ブレーカを開示しており、このサーキット・ブレーカでは、アーク発生領域からの排出ガスが、中空コンタクトの中を通って、同軸状に配置された排出ボリュームの中に入り、そこから、更に外側に配置されたクエンチング・チャンバ・ボリューム中に入る。断路定格を増大するために、少なくとも一つの中間ボリュームが、そして場合によれば追加のボリュームが、中空コンタクトと排出ボリュームの間に、同軸状に配置され、ガスが通過することが可能な孔または開口を有する中間ウォールにより互いに分割されている。排出ガスは、インナー・ボリュームからアウター・ボリュームへ径方向に流れ出るスイッチング・ガスにより旋回され、そして、大量の熱エネルギーが、ボリュームの中間ウォールに放出されることが可能である。
【０００３】
中空コンタクト・ボリューム、中間ボリューム、そしてもし適切な場合には、追加のボリュームの間のアパーチャ開口は、周囲で互いに対してオフセットされて配置されている。追加のボリュームと排出ボリュームの間のアパーチャ開口は、周囲でおよび／または軸方向に互いに対してオフセットされて配置されている。このことは、蛇行した並びにらせん状の排出ガス経路が予め定められると言う結果をもたらし、排出ガスが排出領域の中に留まっている時間が増大され、排出ガスから放出される熱が改善されることになる。
【０００４】
更に、複数の径方向に方向付けられたガス・ジェットを作り出すために、パーフォレイト金属シートの形状のパネルにより、複数の孔が、閉鎖されることが可能であり、そのガス・ジェットは、反対側のウォールに当たり、その衝突ポイントで旋回され、それによって、高温ガスを強く冷却する。冷却を改善する中間ボリュームが、駆動コンタクト側の排出領域に配置される。第二の中間ボリュームが、固定コンタクト側に設けられても良い。全体として、少なくとも一つの更なる中間ボリュームもまた、効率良い排出ガスの冷却を実現するために、サーキット・ブレーカの中に必要になる、即ち、中空コンタクト・ボリューム、排出ボリューム及びスイッチング・チャンバ・ボリュームに加えて、必要になる。
【０００５】
独国実用新案第 DE 1 889 068 U 号明細書に、改善された排出ガスの冷却を備えたスイッチ断路器が開示されている。その冷却装置は、ガス出口チャネルの中に同軸状に配置された複数のチューブを有し、そのそれぞれは、径方向に反対側の出口開口を有していて、それによって、スイッチング・ガスが、層流の形状で流れ出る際に、多数の偏向を備えた迷路状の経路の中を通ることになり、また、冷却チューブの広い表面領域をカバーしなければならない。この配置は、それ故に、出口流れの経路をかなり引き伸ばし、排出の中の冷却表面の面積を拡大する。出口開口は、スイッチング・ガス背圧を低く維持するために、広く選択される。冷却チューブの間の流れのチャネルは、スイッチング・ガスのための広い冷却表面の面積を提供するために、狭く選択される。全体として、流れは、層流領域の中に維持され、スイッチング・ガスは、冷却チューブへの層流対流による熱移送により冷却される。
【０００６】
欧州特許第 EP 0 720 774 B1 号明細書には、スイッチング・ガスのためのヒートシンクとして、中空の円筒状の金属ワイヤ・メッシュまたは金属ボディを有する高電圧サーキット・ブレーカが開示されている。それに加えて、絶縁ボディが設けられ、更に内側に配置され、クエンチング・ガスが通過することを許さず、金属ボディをクエンチング・ガスから遮蔽し、クエンチング・ガスを材料の気化により前もって冷却し、かくして、金属ワイヤ・メッシュの加熱を抑制する。それが、金属ワイヤ・メッシュを通って流れるときに、クエンチング・ガスが、このメッシュの金属表面との間の相互作用により、更に冷却される。多数のアパーチャ開口のおかげで、金属ワイヤ・メッシュの流れ抵抗が小さく、再び層流の流れに帰着する。
【０００７】
独国特許第 DE 102 21 580 B3 号明細書には、遮断器ユニットを有する高電圧サーキット・ブレーカが開示されている。その中において、排出ガスは、１８０°で二回偏向される。ガスの冷却を改善するために、同軸状に配置された中空の円筒状のパーフォレイト金属シート（その中を流れが径方向に通過する）が、固定コンタクト側に設けられている。このパーフォレイト金属シートは、再び、ヒートシンクとして使用され、このヒートシンクは、クエンチング・ガスに対する流れ抵抗を増大することなく、且つ層流のクエンチング・ガスの流れを妨げることなく、クエンチング・ガスから熱を取り出す。
【特許文献１】欧州特許出願 EP 1 403 891 A1 号明細書
【特許文献２】独国実用新案第 DE 1 889 068 U 号明細書
【特許文献３】欧州特許第 EP 0 720 774 B1 号明細書
【特許文献４】独国特許第 DE 102 21 580 B3 号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、それ故に、改善されたスイッチング定格を備えた電気的スイッチング・デバイスを規定することにある。本発明によれば、この目的は、独立クレイムの特徴により実現される。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、電力供給システムのための電気的スイッチング・デバイスにおける、特にジェネレータ・スイッチにおける、スイッチング・ガスの冷却のための方法を有している：
前記スイッチング・デバイスは、スイッチング・チャンバ・エンクロージャにより取り囲まれたスイッチング・チャンバを有している；
更に、前記スイッチング・ガスは、スイッチング・プロセスの間に、アーク・クエンチング・ゾーンから噴出領域へ流れ、複数の出口開口を有するボディの中を通過するプロセスの中で、複数の方向付けられたガス・ジェットに分割される；
更に、これらのガス・ジェットは、複数の渦に旋回され、そして、熱エネルギーが、バッフル・ウォールの領域の中での対流により、これらの渦から引き出される；
ここで、更に、前記バッフル・ウォールは、前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャの少なくとも一つの部分により形成され、または、前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャの部分に取り付けられている。
【００１０】
その中を流れが通過する前記ボディは、それ故に、前記スイッチング・ガスに十分に大きい背圧を形成し、それによって、狭いガス・ジェットが、前記ボディの前記出口開口から作り出されることが可能になる。その中を流れが通過する前記ボディは、ジェットの形成のために主として使用され、それ自体は、前記スイッチング・ガスに対する冷却効果を有していることを必要としない。
【００１１】
改善された排出ガスの冷却が、乱流熱移送による、前記渦から前記バッフル・ウォールへの熱エネルギーの放出により、そして前記バッフル・ウォールからの非常に効率良い熱の放散を可能にすることによって、実現され、ここで、前記バッフル・ウォールは、前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャのコンポーネントとして、または前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャに取り付けられた部分として、設けられる。熱エネルギーが、前記バッフル・ウォールの中に貯えられることが可能であり、または、前記バッフル・ウォールに対して熱的に接続されたヒートシンクへ送られることが可能である。
【００１２】
請求項２の（ａ）でクレイムされている実施形態の例は、前記スイッチング・ガスと前記バッフル・ウォールの間で、電気的なフラッシュオーバーについて心配する必要が無いと言う優位性を有している。その理由は、前記スイッチング・ガスがその中を流れる前記アウター・ボリュームの中に、電位勾配が無いか、または大きな電位勾配が無いからである。まだ絶縁的にセットされていない、大きくイオン化されたスイッチング・ガスであっても、生きている電位にある前記バッフル・ウォールで冷却されることが可能である。
【００１３】
請求項２の（ｂ）でクレイムされている実施形態の例は、前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャが、その全体としてまたは少なくともスイッチ・コンタクト側で、前記バッフル・ウォールにより吸収される熱エネルギーの大きなボリュームのヒートシンクとして使用される、と言う優位性を有している。
【００１４】
更なる実施形態の例において、前記バッフル・ウォールに到達する前に、前記ガス・ジェットの互いの間での相互作用により、渦の形成がアシストされる。特に、一つの狙いは、前記ボディがの中で形成された前記ガス・ジェットが、前記バッフル・ウォールに到達する前に、それらの軌道が互いに交差するものであることである。これが意味するところは、これらの渦が、前記バッフル・ウォールでの別個のガス・ジェットの衝突により形成されるのみではなく、前記ガス・ジェットの間の相互作用によって、前記バッフル・ウォールまでの途中でも実際に引き起こされることである。
【００１５】
極端な場合において相互作用による渦形成が非常に強いために、それぞれのガス・ジェット実際の衝突ポイントが前記バッフル・ウォール上にもはや存在せずに、渦が直接到達する場合もある。その渦は、少なくとも二つのガス・ジェットから形成され、前記バッフル・ウォールでの乱流対流により冷却される。
【００１６】
本発明はまた、電力供給システムのための電気的スイッチング・デバイス、特にジェネレータ・スイッチに係る：
この電気的スイッチング・デバイスは、スイッチング・チャンバ・エンクロージャにより取り囲まれ、中心軸並びに第一のコンタクト及び第二のコンタクトを有するスイッチング・チャンバを有し；
スイッチング・ガスがその中を流れる出口開口を備えたボディが、前記第一のまたは第二のコンタクトの噴出領域の中に設けられ；
この噴出領域は、前記ボディにより、インナー・ボリュームとアウター・ボリュームに分割され；
前記スイッチング・ガスの冷却のためのバッフル・ウォールが、前記アウター・ボリュームの中に設けられる；
更に、前記ボディの前記出口開口が、複数の方向付けられたガス・ジェットを作り出すために使用され；
これらのガス・ジェットは、前記バッフル・ウォールに方向付けられ；
複数の渦が、形成され；そして、
それらの渦が、前記スイッチング・ガスから前記バッフル・ウォールへの対流熱移送をもたらす；
ここで、前記バッフル・ウォールは、前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャの少なくとも一つの部分により形成され、または前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャの部分に取り付けられる。
【００１７】
前記ボディまたはマルチ・ノズル・ボディは、それ故に、前記スイッチング・ガスを、前記スイッチング・デバイスの少なくとも一つの排出領域の中で、複数の方向付けられたガス・ジェットに分割するために使用され、そして、前記バッフル・ウォールは、前記スイッチング・ガスから、正確にはスイッチング・ガスの渦から、乱流、対流熱移送により熱エネルギーを取り出すために、ジェットの回転運動および／または旋回されたジェットが流れるために使用される。前記バッフル・ウォールは、それ自体がヒートシンクであっても良く、または、ヒートシンクに熱的に接続されても良い。
【００１８】
特に、前記バッフル・ウォールは、前記スイッチング・チャンバ・ウォールに近いその位置のために、非常に広い領域を有するようにデザインされても良く、または、前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャのコンポーネントとしてデザインされても良く、そして、ガス・ジェットより引き起こされる多数のスイッチング・ガスの渦の乱流冷却のために使用されることが可能である。本発明に基づきデザインされたスイッチング・デバイスは、改善されたスイッチング・ガスの冷却のために、優れた断路定格を有していることが見出された。
【００１９】
請求項６でクレイムされている実施形態の例は、再び、以下の優位性を有している：全ての非常に大きくイオン化された、高温のスイッチング・ガスが、前記バッフル・ウォールにより冷却されることが可能である。バッフル・ウォールの、ヒートシンク及び電流経路としてのダブルの機能は、スイッチング・デバイスが、特にシンプル且つコンパクトにデザインされることを可能にする。
【００２０】
請求項７でクレイムされている実施形態の例は、マルチ・ノズル・ボディとしてのボディの機能、及び熱の放散としての前記バッフル・ウォールが、分離していると言う優位性を有している。前記ボディは、かくして、排出領域内でのその配置、及び形状及びそのノズルの配置に関して、最適化されることが可能であり、他方、前記バッフル・ウォールは、これに対して独立に、前記アウター・ボリューム内でのその配置、その熱的な特性、及び前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャへのその熱的な接続に関して、最適化されることが可能である。前記バッフル・ウォールのまたは前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャ部分の大きい熱的マスおよび／または高い熱伝導率のおかげで、前記ガス・ジェットが衝突するポイントでのローカルな加熱が、速やかに、バッフル・ウォールの全体に渡って分配され、そして必要な場合には、前記バッフル・ウォールから放散される。
【００２１】
請求項７でクレイムされている実施形態の例は、以下の優位性を有している：本発明に基づく乱流対流冷却が機能し始める電力範囲が、より正確に規定され、そして、特にノズルの最適な配置により、特に、分離、形状および／または配列により、拡大される。特に、ボディのノズルのジェット特性は、位置、そして恐らくは前記バッフル・ウォールの形状の関数としてデザインされることが可能であり、それによって、強い渦形成、及び前記バッフル・ウォールの近傍への及び前記バッフル・ウォールの広い領域に沿っての渦の良好な誘導が実現されることになる。
【００２２】
請求項８でクレイムされている実施形態の例は、交差するガス・ジェットが、渦形成プロセスを強化すると言う優位性を有している。更に、渦形成が、早めに、即ちより低い電力範囲で、実現されることが可能である。
【００２３】
請求項４及び１０から１２でクレイムされている実施形態の例は、スイッチング・デバイスの中でのスイッチング・ガスの冷却効率を改善するためのそれ故にスイッチング定格を増大させるための、更なる手段に関係している。
【００２４】
本発明の更なる実施形態、優位性及び適用は、従属クレイムから、それらのクレイムの組み合わせから、並びに、以下の説明及び図面からもたらされる。
これらの図の中で、同一の部分には、同一の参照符号が付与されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１は、スイッチ軸１ａ及びスイッチング・チャンバ２または遮断器ユニット２を備えたジェネレータ・スイッチ１を示している。このスイッチング・チャンバは、クエンチング・チャンバ９及び排出ボリューム７，８を有している。このスイッチング・チャンバ２は、スイッチング・チャンバ・エンクロージャ３により取り囲まれている。スイッチング・チャンバ・エンクロージャ３は、クエンチング・チャンバ・エンクロージャまたはクエンチング・チャンバ・アイソレータ３ｃ、及び第一の排出エンクロージャ３ａ、及び第二の排出エンクロージャ３ｂから構成されている。第一のコンタクトまたはスイッチング・ピン４、及びコンタクト・チューリップ５の形状の第二のコンタクトが、電力電流経路のために、及びアーク遮断のために、設けられ、スイッチ１を開いた際に、それらの間に、アーク６ａが飛ぶ。
【００２６】
スイッチング・デバイス１の基本的なオペレイションについては、欧州特許第 EP 0 982 748 B1 号明細書の中に開示されており、その開示内容の全てが、ここでリファレンスによりこの明細書の中に包含される。特に、スイッチング・デバイス１の機能が、そこに記載されている。参照符号は、下記のコンポーネントを指している：定格電流経路１５、第一の固定定格電流コンタクト１６、第二の固定定格電流コンタクト１７、可動定格電流コンタクト１８、第一のバリア・ウォール１９、エロージョン・スイッチング・アレンジメント２０、絶縁体ノズル２１、スライディング・ガイド２２、第二のバリア・ウォール２３、加熱ボリューム２４、噴出スロット２５、ウォール２６、噴出シリンダ２７、噴出ピストン２８、噴出チャネル２９、逆止弁３０。上記のコンポーネントの機能及び相互作用は、上記の欧州特許第 EP 0 982 748 B1 号明細書の中に、より詳細に説明されている。
【００２７】
アーク・スイッチング・コンタクト・ピン４が開く間、アーク・クエンチング・ゾーン６には、加熱ボリューム２４からのクエンチング・ガスまたはスイッチング・ガスが噴射される。そのスイッチング・ガスは、次いで、第一及び第二の排出領域７，８の中にが流れ込み、そこで冷却される。本発明によれば、スイッチング・ガスがその中を流れるための出口開口１１を備えたボディ１０が、今や、例えば、第一の排出領域７の中に配置される。その中をガスが流れるボディ１０は、排出領域７を、インナー・ボリューム７ａとアウター・ボリューム７ｂに分割する。
【００２８】
スイッチング・ガスを冷却するために、バッフル・ウォール１４，１４０が、アウター・ボリューム７ｂの中に設けられる。このバッフル・ウォール１４，１４０は、スイッチング・チャンバ・エンクロージャ３の少なくとも一つの部分１４により形成され、または、プレート１４０としてスイッチング・チャンバ・エンクロージャ３の部分取り付けられる。このプレートは、多かれ少なかれ、別個に形成されていても良い。この配置の中で、非常に効率の良い乱流スイッチング・ガスの冷却が実現される。更なる優位性は、スイッチング・チャンバ・エンクロージャ３が、非常に高温のスイッチング・ガスにより直接的に汚染されることが無く、ノズル・ボディ１０により幾らか保護されることである。
【００２９】
その中をガスが流れるボディ１０またはノズル・ボディ１０の、バッフル・ウォール１４，１４０との相互作用が、以下のテクストにおいて、図１を参照しながら、より詳細に説明される。高温のスイッチング・ガスの流れ１００は、アーク・クエンチング・ゾーン６から、第一の排出領域７の中に流れ、流れ偏向要素７ｃにより周方向に偏向され、ボディ１０のインナー・ウォール（このインナー・ウォールは、この場合、スリーブの形状で描かれている）に沿って逆方向に流れ、かくして、再循環流れ１０１を形成し、それにより、インナー・ボリューム７ａの中に背圧が形成される。
【００３０】
スイッチング・ガスは、ガス・ジェット１２の形状で外側に流れ、ボディ１０の出口開口１１を通って、アウター・ボリューム７ｂの中に入り、それらのガス・ジェット１２は、バッフル・ウォール１４，１４０で方向付けられ、渦１３を形成する。このことは、典型的には、ガス・ジェット１２のバッフル・ウォール１４，１４０への衝突の結果であり、それによって、一つの渦１３が、各ガス・ジェット１２または衝突位置に対して形成されることになる。
【００３１】
図３は、如何にして、渦１３が、強いスイッチング・ガスの冷却を、バッフル・ウォール１４，１４０への乱流対流熱移送により、作り出すかについての、より詳細に示している。ガス・ジェット１２が、開口１１からスイッチング・ガスが流れ出る際に、形成される。出口開口１１から出た後、ガス・ジェット１２は、境界層１２ａ，１２ｂを形成し、小さい渦１３が、分離領域１２ａの中で作り出され、その強さ及びサイズは、ノズル・ボディ１０からの距離の増大に従って増大し、そしてそれらは、バッフル・ウォール１４，１４０に近づいた際に、実質的に軸方向に偏向される。
【００３２】
渦領域、渦ゾーンまたは渦境界層１３０が、バッフル・ウォール１４，１４０の近傍に、即ちバッフル・ウォール領域１４ａに、形成される、その領域、ゾーンまたは層の中で、渦１３がバッフル・ウォール１４，１４０に沿って流れ、そこにその熱エネルギーの一部を渡し、バッフル・ウォール１４，１４０から流れ出て、渦１３の出口領域１３１に入り、再循環され、そして、更なるスイッチング・ガスが、伴流領域１３２の中に吸い込まれ、冷却のためにバッフル・ウォール１４，１４０に供給される。
【００３３】
スイッチング・ガスは、それ故に、バッフル・ウォールの領域１４，１４０内での、繰り返される強いガス交換により強く冷却される。このことは、効率良いヒートシンクとして機能するバッフル・ウォール１４，１４０それ自体に依存している。
【００３４】
本発明によれば、このことは、バッフル・ウォール１４，１４０がスイッチング・チャンバ・エンクロージャ３の部分により形成されることより、または、バッフル・ウォール１４，１４０が、プレート１４０として、または一般的にスイッチング・チャンバ・エンクロージャ３へのヒートシンク１４０として、スイッチング・チャンバ・エンクロージャ３の部分に取り付られることにより実現される。この目的のために、バッフル・ウォール１４，１４０は、乱流スイッチング・ガスの冷却のために高い熱容量を有していても良い。それに代わってまたはそれに加えて、バッフル・ウォール１４，１４０は、乱流スイッチング・ガスの冷却のために高い熱伝導率を有していても良く、そして、スイッチング・チャンバ・エンクロージャ３に熱伝導性良好な状態で接続されても良い。
【００３５】
バッフル・ウォール１４，１４０は、電気的なフラッシュオーバーの危険を減少させるためまたは取り除くために、好ましくは、スイッチング・チャンバ・エンクロージャ３と同じ電位にある。結果として、スイッチング・ガスは、この段階で、バッフル・ウォール１４，１４０との間の相互作用により、予め冷却される必要が無い。実際、そのスイッチング・ガスは、また、高温の且つ特にイオン化された状態であっても良い。特にコンパクトな配置が、バッフル・ウォール１４，１４０をスイッチング・デバイス１の電流経路１５の一部とすることにより、実現される。図１において、電流経路１５は、定格電流経路であるが、しかしまた、原則として、電力電流経路１５であっても良い。
【００３６】
ノズル・ボディ１０は、低い熱容量および／または低い熱伝導率を有していても良い。ノズル・ボディ１０は、それ故に、熱の放散に寄与する必要は無い。しかしながら、追加的な冷却効果、及びノズル・ボディ１０内の一様な熱分布は、好ましい。ボディ１０の出口開口１１は、ノズル１１０，１１１，１１２として機能すべきであり、それらのノズルは、それらの配置、形状および／または配列により、ガス・ジェット１２のための所望のジェット特性および／または配列を予め定めることになる。特に、ガス・ジェット１２は、ノズル１１０，１１１，１１２の中で、コリメイション（collimation：平行にすること）、拡大または収束されるべきであり、そして、このコリメイション、拡大または収束は、バッフル・ウォール１４，１４０からの距離Ｈに適合するものであって、それによって、渦が、バッフル・ウォール１４，１４０の近傍、またはバッフル・ウォール１４，１４０の領域１４ａの中に形成されることになる。
【００３７】
図２ａは、実施形態の例を示している。この実施形態において、ノズル１１０が、スイッチング・ガスの流れの方向（径方向に外側に方向付けられている）に漏斗状の形状に先細になる。図２ｂに示されているように、設けらたノズル１１１、１１２は、好ましくは、互いに対して方向付けられ、それによって、対応するガス・ジェット１２の軌道１２１，１２２が、バッフル・ウォール１４，１４０に到達する前に、互いに交差し、そして、バッフル・ウォール１４，１４０に到達する前に、渦を形成することになる。互いに対して方向付けられたノズル１１１、１１２は、特に、互いに隣接するノズル１１１、１１２あるいはノズル・グループであっても良い。パネルの開口は、円筒状であっても、またはジェットの方向に円錐状に拡大されても良く、それによってガス・ジェット１２が拡大されることになる。
【００３８】
出口開口１１の更なる変形が、欧州特許出願公開第 EP 1 403 891 A1 号明細書の中に記載されており、その開示内容の全てが、ここでリファレンスによりこの明細書の中に包含される。この文献は、特に、以下について開示している：軸方向におよび／または周囲で互いに対してオフセットされた出口開口；異なる直径を備え中心間で異なる距離を備えた出口開口；それらの形状、サイズ、配置（例えば、主として排出領域の上部におけるもの）及び数に対して最適化された出口開口。
【００３９】
高い冷却効率のための、パネルの開口と反対側のウォールの間の距離“Ｈ”と、それらの直径“Ｄ”との比に対する好ましい範囲として、 １．５＜Ｈ／Ｄ＜５ 特に、 Ｈ／Ｄ＝２ が開示されている。パネルの開口の中心の間の距離“Ｓ”と、それらの直径“Ｄ”との比に対しては Ｓ／Ｈ＝１．４ の比が好ましい。もし、この距離を下回ることが無ければ、このことは、衝突ポイントの周りで形成される渦が、互いに対してネガティブな影響を有することなく、ガスが効率良く冷却されることを確実にする。
【００４０】
ノズル・ボディ１０は、好ましくはスリーブ１０であり、特に、金属製のスリーブである。原則として、スリーブ１０は、いかなる所望の形状を有していても良く、例えば、中空の円筒状の（図１）に形成され、または、円錐台の形状で先細になり（図２ｃ）、または、円錐状に先細になって（図２ｄ）いても良い。
【００４１】
図１において、ロウアー・カバーが、クエンチング・チャンバ９と第一の排出領域７の間の第一のバリア・ウォール１９により設けられ、アッパー・カバーが、スイッチング・チャンバ・ウォールにより設けられる。スリーブ１０が、ボリュームＶの回りを取り囲んでいるが、出口開口１１に加えて、他の開口または不完全なスリーブ形状もまた、原則として、許容される、但しそれには、十分な背圧が形成されることが可能であり、それによりジェットの形成が可能であることが前提となる。
【００４２】
出口開口１１は、好ましくは唯一の開口である。取り囲まれたボリュームＶの、出口開口１１の全面積Ａに対する比は、好ましくは、０．５ｍ＜Ｖ／Ａ＜１．５ｍ、好ましくは、１ｍ＜Ｖ／Ａ＜１．４ｍ、特に好ましくは１．２ｍ＜Ｖ／Ａ＜１．３ｍの範囲であるべきである。
【００４３】
図２ｃは、出口開口１１の上で二つの径方向反対側の領域１１ａ，１１ｂの中により密度高く配置された実施形態の例を示す。
【００４４】
バッフル・ウォール１４，１４０の方向への流れは、このようなやり方で、アウター・ボリューム７ｂの中のスイッチング・ガスの中に、引き起こされることが可能である。ガイドされた流れは、典型的には、円形の経路、ヘリカル経路および／またはスパイラル経路１１ａｂ、または、一般的に、スイッチ軸１ａの周りの本質的に回転対称の経路１１ａｂ上を通る。経路の性質は、出口開口１１の配置により、流れガイド要素により、および／またはノズル・ボディ１１の形状及びバッフル・ウォール１４，１４０の形状により、選択されまたは影響されることが可能である。
【００４５】
例えば、もし、出口開口１１が軸方向に均一に配置されている場合、もし、バッフル・ウォール１４，１４０が中空の円筒である場合、そして、もし、ノズル・ボディ１０の形状が中空の円筒状である場合、主として円形の経路またはヘリカル経路が、形成されることが可能である、これに対して、もし、ノズル・ボディ１０が先細にされた形状を有している場合、主としてスパイラル条の経路１１ａｂが、形成されることが可能である。
【００４６】
理論的解析が、ノズル・ボディまたはスリーブ１０及びバッフル・ウォール１４，１４０の配置の効率“η”から実施された。この効率またはスリーブ１０の冷却効率“η”は、スリーブ１０の助けによりスイッチング・ガスから引き出される熱エネルギーの、高温のスイッチング・ガスのトータル熱エネルギーに対する比として規定される。それは、概略下記の式で示されることが可能である：
η（ｔ）＝（ｐ２ − ｐ２’）／ｐ２，
ここで、ｐ２は、第一の排出領域７内にスリーブ１０が無い場合の、スイッチ・コンタクトの分離の後の、スイッチング・ガスの圧力であり、ｐ２’は、第一の排出領域７内にスリーブ１０の存在する場合の、インナー・ボリューム要素とアウター・ボリューム７ａ，７ｂについて平均した、同様にスイッチ・コンタクトの分離の後の、スイッチング・ガスの圧力である。
【００４７】
スリーブ１０が無い場合の圧力ｐ２は、実験により測定され、スリーブ１０がある場合の圧力ｐ２’は、アウター・ボリューム７ｂ内の第一の圧力を測定し、インナー・ボリューム７ａ内の第二の圧力をシミュレイションにより計算することにより、そして、第一及び第二の圧力を、対応するボリューム７ａ，７ｂで重み付けして平均することにより、決定された。
【００４８】
図３は、排出ガス７に対する、金属スリーブ１０が無い場合の圧力プロファイル３１、及び金属スリーブ３２がある場合の圧力プロファイル３２を、時間の関数として示している。コンタクト分離３３後に、同じ勾配を有する圧力の上昇は、以前の通常値の約５０％に制限される。圧力は、今や、電流のゼロ交点３４が通過されると直ぐに、もう一度低下し、かくして、スイッチング・プロセスの全体に渡って、相当な圧力減少を、全体としてもたらす。
【００４９】
図４は、冷却効率η（ｔ）を示し、この冷却効率は、電流のゼロ交点３４の後に、４５％よりも大きく、そしてしばらくの間に最大値で６０％に到達する。
【００５０】
更に、実験室での試験が、金属スリーブ１０及びスイッチング・エンクロージャのバッフル・ウォール１４を備えたサーキット・ブレーカ１を用いて、実施された。金属スリーブ１０のボリューム対領域の比は、この試験において、１．０５ｍであった。この比は、このケースにおいて、出口開口１１の幾何学的領域Ａの約８０％が、実際に有効であると言う事実を考慮に入れている。（この実験室での試験において、サーキット・ブレーカ１の中で、６３ｋＡよりも大きい領域内にあり、且つ、大きなアンバランス、長いアーキング時間、及びこれからもたらされる約１ＭＪのエネルギー・インプットを有する電流が、漏電無しで切り離された。それ故に、本発明が、スイッチング・ガスからの熱の放散に対して、大きな改善を行うことが可能であることが、実験的に且つ理論的に、実証された。それに加えて、スイッチング・チャンバ・エンクロージャ３が、金属スリーブ１０により、高温ガスに対して保護されることが可能である。
【００５１】
更なる実施形態の例（ここには記載されていない）において、更なるガス・ジェットを作り出すための、更なる出口開口を備えた少なくとも一つの更なるボディが、インナー・ボリューム７ａの中に設けられ、そしてそのインナー・ボリューム７ａが、更なるボディにより、インナー・ボリューム要素とアウター・ボリューム要素に分割される。少なくとも一つの更なるバッフル・ウォールが、アウター・ボリューム要素の中に配置され、それによって、更なるガス・ジェットが、当該更なるバッフル・ウォールに向けて方向付けられることになる。
【００５２】
少なくともそれぞれ一つのボディ１０、及び少なくともそれぞれ一つの対応するバッフル・ウォール１４，１４０が、好ましくは、第一のコンタクト４の第一の排出領域７の中に、及び第二のコンタクト５の第二の排出領域８の中に、それぞれ設けられる。スイッチング・チャンバ・エンクロージャ３は、スイッチング・ガス、特に、クエンチング・ガス及び排出ガスのための、耐圧密閉型エンクロージャ３であっても良い。スイッチング・チャンバ・エンクロージャ３は、磁場遮蔽のために、アウター・エンクロージャにより取り囲まれていても良い。アウター・エンクロージャは、同時に、スイッチング・デバイス１のための機械的なホルダの形状であることが可能である。
【００５３】
本発明は、電気的スイッチング・デバイス１全てのタイプ、特に、ジェネレータ・スイッチ１、回転アークを有するスイッチ、自己吹き消し型スイッチ、ガスまたはＳＦ６スイッチ、及びスイッチング・ガスをアーク・クエンチング・ゾーンから排出するための中空コンタクト・チューブを備えたスイッチに対して適用することができる。
【００５４】
本発明の更なる主題は、電力供給システムのための電気的スイッチング・デバイス１における、特にジェネレータ・スイッチ１における、スイッチング・ガスの冷却のための方法である。スイッチング・デバイス１は、スイッチング・チャンバ・エンクロージャ３により取り囲まれたスイッチング・チャンバ２を有している；更に、スイッチング・ガスが、スイッチング・プロセスの間に、アーク・クエンチング・ゾーン６から噴出領域７，８へ流れ、複数の出口開口１１を有するボディ１０の中を通過するプロセスの中で、複数の方向付けられたガス・ジェット１２に分割される；更に、ガス・ジェット１２は、複数の渦１３に旋回され、熱エネルギーが、バッフル・ウォール１４，１４０の領域１４ａの中での対流により、渦１３から引き出される。ここで、前記バッフル・ウォール１４，１４０は、スイッチング・チャンバ・エンクロージャ３の少なくとも一つの部分１４により形成され、または、前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャ３の部分に取り付けられている。以下のテクストにおいて、多数の実施形態の例について説明する。
【００５５】
前記バッフル・ウォール１４，１４０は、前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャ３と同じ電位に保たれることが可能である。前記バッフル・ウォール１４，１４０は、熱伝導により、前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャ３と同じ温度に保たれても良い。スイッチング・ガスの渦１３の形成は、バッフル・ウォール１４，１４０に到達する前の、ガス・ジェット１２の互いの間での相互作用によりアシストされることが可能である。特に、前記ボディ１０の中で形成されたガス・ジェット１２は、前記バッフル・ウォール１４，１４０に到達する前に、それらの軌道１２１，１２２が、互いに交差するものである。
【００５６】
前記出口開口１１のジェット特性は、前記バッフル・ウォール１４，１４０からの距離Ｈに適合されることも可能であり、それによって、渦１３が、バッフル・ウォール１４，１４０の領域１４ａの近傍またはその中に、形成される。スイッチング・ガス、及び特に渦１３は、好ましくは、スイッチング・デバイス１の中心軸１ａの周りのバッフル・ウォール１４，１４０に沿う円形の経路、ヘリカル経路またはスパイラル経路上でガイドされる。
【００５７】
本発明の更なる主題は、以上で説明されたような、及び請求項５〜１３にクレイムされているような、電気的スイッチング・デバイス１、特にジェネレータ・スイッチ１を有する電気的な高電圧装置の部分である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】図１は、スイッチング・ガスの冷却のための、金属スリーブ及びエンクロージャ側のバッフル・ウォールを備えたジェネレータ・スイッチを示す。
【図２ａ】図２ａは、金属スリーブの実施形態を示す。
【図２ｂ】図２ｂは、金属スリーブの実施形態を示す。
【図２ｃ】図２ｃは、金属スリーブの実施形態を示す。
【図２ｄ】図２ｄは、金属スリーブの実施形態を示す。
【図３】図３は、乱流対流冷却のオペレイションの方法を図で示す。
【図４】図４は、先行技術に基づく排出圧力、及び本発明に基づく排出圧力を、時間の関数として示す。
【図５】図５は、本発明に基づく冷却効率を、時間の関数として示す。
【符号の説明】
【００５９】
１…電気的スイッチング・デバイス、１ａ…中心軸、スイッチ軸、２…スイッチング・チャンバ、３…スイッチング・チャンバ・エンクロージャ、スイッチング・チャンバ・ウォール、３ａ…第一の噴出エンクロージャ、３ｂ…第二の噴出エンクロージャ、３ｃ…クエンチング・チャンバ・エンクロージャ、クエンチング・チャンバ・アイソレータ、４…第一のコンタクト、（アーク）スイッチング・ピン、５…第二のコンタクト、（アーク）コンタクト・チューリップ、６…アーク・クエンチング・ゾーン、６ａ…アーク、７…第一の噴出領域、７ａ…インナー・ボリューム、７ｂ…アウター・ボリューム、７ｃ…流れ偏向要素、８…第二の噴出領域、９…クエンチング・チャンバ、１０…ボディ、ノズル・ボディ、スリーブ、金属スリーブ、１００…クエンチング・ゾーンからのスイッチング・ガスの流れ、１０１…インナー・ボリュームの中の再循環流れ、１１…出口開口、１１ａ，１１ｂ…径方向反対側の領域、１１ａｂ…円形の経路、ヘリカル経路、スパイラル経路、１１０，１１１，１１２…ノズル形状、１２…ガス・ジェット、１２ａ…分離領域、１２ｂ…渦形成領域、１２１，１２２…軌道、１３…渦、１３０…渦領域、（対流）乱流熱移送の領域、渦境界層、１３１…出口領域、１３２…伴流領域、サクション領域、１４…バッフル・ウォール、スイッチング・チャンバ・エンクロージャ部分、１４０…バッフル・ウォール、プレート、ヒートシンク、１４ａ…バッフル・ウォール領域、１５…電流経路、１６…第一の固定定格電流コンタクト、１７…第二の固定定格電流コンタクト、１８…可動定格電流コンタクト、１９…第一のバリア・ウォール、２０…エロージョン・スイッチング・アレンジメント、２１…絶縁体ノズル、２２…スライディング・ガイド、２３…第二のバリア・ウォール、２４…加熱ボリューム、２５…噴出スロット、２６…ウォール、２７…噴出シリンダ、２８…噴出ピストン、２９…噴出チャネル、３０…逆止弁、３１…圧力プロファイル（先行技術）、３２…ボディ及びバッフル・ウォールの圧力プロファイル、３３…コンタクト分離、３４…電流のゼロ交点、Ｄ…出口開口の直径、Ｈ…出口開口とバッフル・ウォールの間の距離、Ｓ…出口開口の間の平均距離、ｔ…時間、η…効率。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高電圧技術の分野に係り、特に、電力分配システムにおけるヘビー・デューティ・サーキット・ブレーカ技術に係る。本発明は、独立特許クレイムの前提書き部分による方法及びジェネレータ・スイッチに基づいている。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、欧州特許出願 EP 1 403 891 A1 号明細書による先行技術に基づいている。この文献は、サーキット・ブレーカを開示しており、このサーキット・ブレーカでは、アーク発生領域からの排出ガスが、中空コンタクトの中を通って、同軸状に配置された排出ボリュームの中に入り、そこから、更に外側に配置されたクエンチング・チャンバ・ボリューム中に入る。断路定格を増大するために、少なくとも一つの中間ボリュームが、そして場合によれば追加のボリュームが、中空コンタクトと排出ボリュームの間に、同軸状に配置され、ガスが通過することが可能な孔または開口を有する中間ウォールにより互いに分割されている。排出ガスは、インナー・ボリュームからアウター・ボリュームへ径方向に流れ出るスイッチング・ガスにより旋回され、そして、大量の熱エネルギーが、ボリュームの中間ウォールに放出されることが可能である。
【０００３】
中空コンタクト・ボリューム、中間ボリューム、そしてもし適切な場合には、追加のボリュームの間のアパーチャ開口は、周囲で互いに対してオフセットされて配置されている。追加のボリュームと排出ボリュームの間のアパーチャ開口は、周囲でおよび／または軸方向に互いに対してオフセットされて配置されている。このことは、蛇行した並びにらせん状の排出ガス経路が予め定められると言う結果をもたらし、排出ガスが排出領域の中に留まっている時間が増大され、排出ガスから放出される熱が改善されることになる。
【０００４】
更に、複数の径方向に方向付けられたガス・ジェットを作り出すために、パーフォレイト金属シートの形状のパネルにより、複数の孔が、閉鎖されることが可能であり、そのガス・ジェットは、反対側のウォールに当たり、その衝突ポイントで旋回され、それによって、高温ガスを強く冷却する。冷却を改善する中間ボリュームが、駆動コンタクト側の排出領域に配置される。第二の中間ボリュームが、固定コンタクト側に設けられても良い。全体として、少なくとも一つの更なる中間ボリュームもまた、効率良い排出ガスの冷却を実現するために、サーキット・ブレーカの中に必要になる、即ち、中空コンタクト・ボリューム、排出ボリューム及びスイッチング・チャンバ・ボリュームに加えて、必要になる。
【０００５】
独国実用新案第 DE 1 889 068 U 号明細書に、改善された排出ガスの冷却を備えたスイッチ断路器が開示されている。その冷却装置は、ガス出口チャネルの中に同軸状に配置された複数のチューブを有し、そのそれぞれは、径方向に反対側の出口開口を有していて、それによって、スイッチング・ガスが、層流の形状で流れ出る際に、多数の偏向を備えた迷路状の経路の中を通ることになり、また、冷却チューブの広い表面領域をカバーしなければならない。この配置は、それ故に、出口流れの経路をかなり引き伸ばし、排出の中の冷却表面の面積を拡大する。出口開口は、スイッチング・ガス背圧を低く維持するために、広く選択される。冷却チューブの間の流れのチャネルは、スイッチング・ガスのための広い冷却表面の面積を提供するために、狭く選択される。全体として、流れは、層流領域の中に維持され、スイッチング・ガスは、冷却チューブへの層流対流による熱移送により冷却される。
【０００６】
欧州特許第 EP 0 720 774 B1 号明細書には、スイッチング・ガスのためのヒートシンクとして、中空の円筒状の金属ワイヤ・メッシュまたは金属ボディを有する高電圧サーキット・ブレーカが開示されている。それに加えて、絶縁ボディが設けられ、更に内側に配置され、クエンチング・ガスが通過することを許さず、金属ボディをクエンチング・ガスから遮蔽し、クエンチング・ガスを材料の気化により前もって冷却し、かくして、金属ワイヤ・メッシュの加熱を抑制する。それが、金属ワイヤ・メッシュを通って流れるときに、クエンチング・ガスが、このメッシュの金属表面との間の相互作用により、更に冷却される。多数のアパーチャ開口のおかげで、金属ワイヤ・メッシュの流れ抵抗が小さく、再び層流の流れに帰着する。
【０００７】
独国特許第 DE 102 21 580 B3 号明細書には、遮断器ユニットを有する高電圧サーキット・ブレーカが開示されている。その中において、排出ガスは、１８０°で二回偏向される。ガスの冷却を改善するために、同軸状に配置された中空の円筒状のパーフォレイト金属シート（その中を流れが径方向に通過する）が、固定コンタクト側に設けられている。このパーフォレイト金属シートは、再び、ヒートシンクとして使用され、このヒートシンクは、クエンチング・ガスに対する流れ抵抗を増大することなく、且つ層流のクエンチング・ガスの流れを妨げることなく、クエンチング・ガスから熱を取り出す。
【特許文献１】欧州特許出願 EP 1 403 891 A1 号明細書
【特許文献２】独国実用新案第 DE 1 889 068 U 号明細書
【特許文献３】欧州特許第 EP 0 720 774 B1 号明細書
【特許文献４】独国特許第 DE 102 21 580 B3 号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、それ故に、改善されたスイッチング定格を備えた電気的スイッチング・デバイスを規定することにある。本発明によれば、この目的は、独立クレイムの特徴により実現される。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、電力供給システムのための電気的スイッチング・デバイスにおける、特にジェネレータ・スイッチにおける、スイッチング・ガスの冷却のための方法を有している：
前記スイッチング・デバイスは、スイッチング・チャンバ・エンクロージャにより取り囲まれたスイッチング・チャンバを有している；
更に、前記スイッチング・ガスは、スイッチング・プロセスの間に、アーク・クエンチング・ゾーンから噴出領域へ流れ、複数の出口開口を有するボディの中を通過するプロセスの中で、複数の方向付けられたガス・ジェットに分割される；
更に、これらのガス・ジェットは、複数の渦に旋回され、そして、熱エネルギーが、バッフル・ウォールの領域の中での対流により、これらの渦から引き出される；
ここで、更に、前記バッフル・ウォールは、前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャの少なくとも一つの部分により形成され、または、前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャの部分に取り付けられている。
【００１０】
その中を流れが通過する前記ボディは、それ故に、前記スイッチング・ガスに十分に大きい背圧を形成し、それによって、狭いガス・ジェットが、前記ボディの前記出口開口から作り出されることが可能になる。その中を流れが通過する前記ボディは、ジェットの形成のために主として使用され、それ自体は、前記スイッチング・ガスに対する冷却効果を有していることを必要としない。
【００１１】
改善された排出ガスの冷却が、乱流熱移送による、前記渦から前記バッフル・ウォールへの熱エネルギーの放出により、そして前記バッフル・ウォールからの非常に効率良い熱の放散を可能にすることによって、実現され、ここで、前記バッフル・ウォールは、前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャのコンポーネントとして、または前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャに取り付けられた部分として、設けられる。熱エネルギーが、前記バッフル・ウォールの中に貯えられることが可能であり、または、前記バッフル・ウォールに対して熱的に接続されたヒートシンクへ送られることが可能である。
【００１２】
請求項２の（ａ）でクレイムされている実施形態の例は、前記スイッチング・ガスと前記バッフル・ウォールの間で、電気的なフラッシュオーバーについて心配する必要が無いと言う優位性を有している。その理由は、前記スイッチング・ガスがその中を流れる前記アウター・ボリュームの中に、電位勾配が無いか、または大きな電位勾配が無いからである。まだ絶縁的にセットされていない、大きくイオン化されたスイッチング・ガスであっても、生きている電位にある前記バッフル・ウォールで冷却されることが可能である。
【００１３】
請求項２の（ｂ）でクレイムされている実施形態の例は、前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャが、その全体としてまたは少なくともスイッチ・コンタクト側で、前記バッフル・ウォールにより吸収される熱エネルギーの大きなボリュームのヒートシンクとして使用される、と言う優位性を有している。
【００１４】
更なる実施形態の例において、前記バッフル・ウォールに到達する前に、前記ガス・ジェットの互いの間での相互作用により、渦の形成がアシストされる。特に、一つの狙いは、前記ボディがの中で形成された前記ガス・ジェットが、前記バッフル・ウォールに到達する前に、それらの軌道が互いに交差するものであることである。これが意味するところは、これらの渦が、前記バッフル・ウォールでの別個のガス・ジェットの衝突により形成されるのみではなく、前記ガス・ジェットの間の相互作用によって、前記バッフル・ウォールまでの途中でも実際に引き起こされることである。
【００１５】
極端な場合において相互作用による渦形成が非常に強いために、それぞれのガス・ジェット実際の衝突ポイントが前記バッフル・ウォール上にもはや存在せずに、渦が直接到達する場合もある。その渦は、少なくとも二つのガス・ジェットから形成され、前記バッフル・ウォールでの乱流対流により冷却される。
【００１６】
本発明はまた、電力供給システムのための電気的スイッチング・デバイス、特にジェネレータ・スイッチに係る：
この電気的スイッチング・デバイスは、スイッチング・チャンバ・エンクロージャにより取り囲まれ、中心軸並びに第一のコンタクト及び第二のコンタクトを有するスイッチング・チャンバを有し；
スイッチング・ガスがその中を流れる出口開口を備えたボディが、前記第一のまたは第二のコンタクトの噴出領域の中に設けられ；
この噴出領域は、前記ボディにより、インナー・ボリュームとアウター・ボリュームに分割され；
前記スイッチング・ガスの冷却のためのバッフル・ウォールが、前記アウター・ボリュームの中に設けられる；
更に、前記ボディの前記出口開口が、複数の方向付けられたガス・ジェットを作り出すために使用され；
これらのガス・ジェットは、前記バッフル・ウォールに方向付けられ；
複数の渦が、形成され；そして、
それらの渦が、前記スイッチング・ガスから前記バッフル・ウォールへの対流熱移送をもたらす；
ここで、前記バッフル・ウォールは、前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャの少なくとも一つの部分により形成され、または前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャの部分に取り付けられる。
【００１７】
前記ボディまたはマルチ・ノズル・ボディは、それ故に、前記スイッチング・ガスを、前記スイッチング・デバイスの少なくとも一つの排出領域の中で、複数の方向付けられたガス・ジェットに分割するために使用され、そして、前記バッフル・ウォールは、前記スイッチング・ガスから、正確にはスイッチング・ガスの渦から、乱流、対流熱移送により熱エネルギーを取り出すために、ジェットの回転運動および／または旋回されたジェットが流れるために使用される。前記バッフル・ウォールは、それ自体がヒートシンクであっても良く、または、ヒートシンクに熱的に接続されても良い。
【００１８】
特に、前記バッフル・ウォールは、前記スイッチング・チャンバ・ウォールに近いその位置のために、非常に広い領域を有するようにデザインされても良く、または、前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャのコンポーネントとしてデザインされても良く、そして、ガス・ジェットより引き起こされる多数のスイッチング・ガスの渦の乱流冷却のために使用されることが可能である。本発明に基づきデザインされたスイッチング・デバイスは、改善されたスイッチング・ガスの冷却のために、優れた断路定格を有していることが見出された。
【００１９】
請求項６でクレイムされている実施形態の例は、再び、以下の優位性を有している：全ての非常に大きくイオン化された、高温のスイッチング・ガスが、前記バッフル・ウォールにより冷却されることが可能である。バッフル・ウォールの、ヒートシンク及び電流経路としてのダブルの機能は、スイッチング・デバイスが、特にシンプル且つコンパクトにデザインされることを可能にする。
【００２０】
請求項７でクレイムされている実施形態の例は、マルチ・ノズル・ボディとしてのボディの機能、及び熱の放散としての前記バッフル・ウォールが、分離していると言う優位性を有している。前記ボディは、かくして、排出領域内でのその配置、及び形状及びそのノズルの配置に関して、最適化されることが可能であり、他方、前記バッフル・ウォールは、これに対して独立に、前記アウター・ボリューム内でのその配置、その熱的な特性、及び前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャへのその熱的な接続に関して、最適化されることが可能である。前記バッフル・ウォールのまたは前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャ部分の大きい熱的マスおよび／または高い熱伝導率のおかげで、前記ガス・ジェットが衝突するポイントでのローカルな加熱が、速やかに、バッフル・ウォールの全体に渡って分配され、そして必要な場合には、前記バッフル・ウォールから放散される。
【００２１】
請求項７でクレイムされている実施形態の例は、以下の優位性を有している：本発明に基づく乱流対流冷却が機能し始める電力範囲が、より正確に規定され、そして、特にノズルの最適な配置により、特に、分離、形状および／または配列により、拡大される。特に、ボディのノズルのジェット特性は、位置、そして恐らくは前記バッフル・ウォールの形状の関数としてデザインされることが可能であり、それによって、強い渦形成、及び前記バッフル・ウォールの近傍への及び前記バッフル・ウォールの広い領域に沿っての渦の良好な誘導が実現されることになる。
【００２２】
請求項８でクレイムされている実施形態の例は、交差するガス・ジェットが、渦形成プロセスを強化すると言う優位性を有している。更に、渦形成が、早めに、即ちより低い電力範囲で、実現されることが可能である。
【００２３】
請求項４及び１０から１２でクレイムされている実施形態の例は、スイッチング・デバイスの中でのスイッチング・ガスの冷却効率を改善するためのそれ故にスイッチング定格を増大させるための、更なる手段に関係している。
【００２４】
本発明の更なる実施形態、優位性及び適用は、従属クレイムから、それらのクレイムの組み合わせから、並びに、以下の説明及び図面からもたらされる。
これらの図の中で、同一の部分には、同一の参照符号が付与されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１は、スイッチ軸１ａ及びスイッチング・チャンバ２または遮断器ユニット２を備えたジェネレータ・スイッチ１を示している。このスイッチング・チャンバは、クエンチング・チャンバ９及び排出ボリューム７，８を有している。このスイッチング・チャンバ２は、スイッチング・チャンバ・エンクロージャ３により取り囲まれている。スイッチング・チャンバ・エンクロージャ３は、クエンチング・チャンバ・エンクロージャまたはクエンチング・チャンバ・アイソレータ３ｃ、及び第一の排出エンクロージャ３ａ、及び第二の排出エンクロージャ３ｂから構成されている。第一のコンタクトまたはスイッチング・ピン４、及びコンタクト・チューリップ５の形状の第二のコンタクトが、電力電流経路のために、及びアーク遮断のために、設けられ、スイッチ１を開いた際に、それらの間に、アーク６ａが飛ぶ。
【００２６】
スイッチング・デバイス１の基本的なオペレイションについては、欧州特許第 EP 0 982 748 B1 号明細書の中に開示されており、その開示内容の全てが、ここでリファレンスによりこの明細書の中に包含される。特に、スイッチング・デバイス１の機能が、そこに記載されている。参照符号は、下記のコンポーネントを指している：定格電流経路１５、第一の固定定格電流コンタクト１６、第二の固定定格電流コンタクト１７、可動定格電流コンタクト１８、第一のバリア・ウォール１９、エロージョン・スイッチング・アレンジメント２０、絶縁体ノズル２１、スライディング・ガイド２２、第二のバリア・ウォール２３、加熱ボリューム２４、噴出スロット２５、ウォール２６、噴出シリンダ２７、噴出ピストン２８、噴出チャネル２９、逆止弁３０。上記のコンポーネントの機能及び相互作用は、上記の欧州特許第 EP 0 982 748 B1 号明細書の中に、より詳細に説明されている。
【００２７】
アーク・スイッチング・コンタクト・ピン４が開く間、アーク・クエンチング・ゾーン６には、加熱ボリューム２４からのクエンチング・ガスまたはスイッチング・ガスが噴射される。そのスイッチング・ガスは、次いで、第一及び第二の排出領域７，８の中にが流れ込み、そこで冷却される。本発明によれば、スイッチング・ガスがその中を流れるための出口開口１１を備えたボディ１０が、今や、例えば、第一の排出領域７の中に配置される。その中をガスが流れるボディ１０は、排出領域７を、インナー・ボリューム７ａとアウター・ボリューム７ｂに分割する。
【００２８】
スイッチング・ガスを冷却するために、バッフル・ウォール１４，１４０が、アウター・ボリューム７ｂの中に設けられる。このバッフル・ウォール１４，１４０は、スイッチング・チャンバ・エンクロージャ３の少なくとも一つの部分１４により形成され、または、プレート１４０としてスイッチング・チャンバ・エンクロージャ３の部分取り付けられる。このプレートは、多かれ少なかれ、別個に形成されていても良い。この配置の中で、非常に効率の良い乱流スイッチング・ガスの冷却が実現される。更なる優位性は、スイッチング・チャンバ・エンクロージャ３が、非常に高温のスイッチング・ガスにより直接的に汚染されることが無く、ノズル・ボディ１０により幾らか保護されることである。
【００２９】
その中をガスが流れるボディ１０またはノズル・ボディ１０の、バッフル・ウォール１４，１４０との相互作用が、以下のテクストにおいて、図１を参照しながら、より詳細に説明される。高温のスイッチング・ガスの流れ１００は、アーク・クエンチング・ゾーン６から、第一の排出領域７の中に流れ、流れ偏向要素７ｃにより周方向に偏向され、ボディ１０のインナー・ウォール（このインナー・ウォールは、この場合、スリーブの形状で描かれている）に沿って逆方向に流れ、かくして、再循環流れ１０１を形成し、それにより、インナー・ボリューム７ａの中に背圧が形成される。
【００３０】
スイッチング・ガスは、ガス・ジェット１２の形状で外側に流れ、ボディ１０の出口開口１１を通って、アウター・ボリューム７ｂの中に入り、それらのガス・ジェット１２は、バッフル・ウォール１４，１４０で方向付けられ、渦１３を形成する。このことは、典型的には、ガス・ジェット１２のバッフル・ウォール１４，１４０への衝突の結果であり、それによって、一つの渦１３が、各ガス・ジェット１２または衝突位置に対して形成されることになる。
【００３１】
図３は、如何にして、渦１３が、強いスイッチング・ガスの冷却を、バッフル・ウォール１４，１４０への乱流対流熱移送により、作り出すかについての、より詳細に示している。ガス・ジェット１２が、開口１１からスイッチング・ガスが流れ出る際に、形成される。出口開口１１から出た後、ガス・ジェット１２は、境界層１２ａ，１２ｂを形成し、小さい渦１３が、分離領域１２ａの中で作り出され、その強さ及びサイズは、ノズル・ボディ１０からの距離の増大に従って増大し、そしてそれらは、バッフル・ウォール１４，１４０に近づいた際に、実質的に軸方向に偏向される。
【００３２】
渦領域、渦ゾーンまたは渦境界層１３０が、バッフル・ウォール１４，１４０の近傍に、即ちバッフル・ウォール領域１４ａに、形成される、その領域、ゾーンまたは層の中で、渦１３がバッフル・ウォール１４，１４０に沿って流れ、そこにその熱エネルギーの一部を渡し、バッフル・ウォール１４，１４０から流れ出て、渦１３の出口領域１３１に入り、再循環され、そして、更なるスイッチング・ガスが、伴流領域１３２の中に吸い込まれ、冷却のためにバッフル・ウォール１４，１４０に供給される。
【００３３】
スイッチング・ガスは、それ故に、バッフル・ウォールの領域１４，１４０内での、繰り返される強いガス交換により強く冷却される。このことは、効率良いヒートシンクとして機能するバッフル・ウォール１４，１４０それ自体に依存している。
【００３４】
本発明によれば、このことは、バッフル・ウォール１４，１４０がスイッチング・チャンバ・エンクロージャ３の部分により形成されることより、または、バッフル・ウォール１４，１４０が、プレート１４０として、または一般的にスイッチング・チャンバ・エンクロージャ３へのヒートシンク１４０として、スイッチング・チャンバ・エンクロージャ３の部分に取り付られることにより実現される。この目的のために、バッフル・ウォール１４，１４０は、乱流スイッチング・ガスの冷却のために高い熱容量を有していても良い。それに代わってまたはそれに加えて、バッフル・ウォール１４，１４０は、乱流スイッチング・ガスの冷却のために高い熱伝導率を有していても良く、そして、スイッチング・チャンバ・エンクロージャ３に熱伝導性良好な状態で接続されても良い。
【００３５】
バッフル・ウォール１４，１４０は、電気的なフラッシュオーバーの危険を減少させるためまたは取り除くために、好ましくは、スイッチング・チャンバ・エンクロージャ３と同じ電位にある。結果として、スイッチング・ガスは、この段階で、バッフル・ウォール１４，１４０との間の相互作用により、予め冷却される必要が無い。実際、そのスイッチング・ガスは、また、高温の且つ特にイオン化された状態であっても良い。特にコンパクトな配置が、バッフル・ウォール１４，１４０をスイッチング・デバイス１の電流経路１５の一部とすることにより、実現される。図１において、電流経路１５は、定格電流経路であるが、しかしまた、原則として、電力電流経路１５であっても良い。
【００３６】
ノズル・ボディ１０は、低い熱容量および／または低い熱伝導率を有していても良い。ノズル・ボディ１０は、それ故に、熱の放散に寄与する必要は無い。しかしながら、追加的な冷却効果、及びノズル・ボディ１０内の一様な熱分布は、好ましい。ボディ１０の出口開口１１は、ノズル１１０，１１１，１１２として機能すべきであり、それらのノズルは、それらの配置、形状および／または配列により、ガス・ジェット１２のための所望のジェット特性および／または配列を予め定めることになる。特に、ガス・ジェット１２は、ノズル１１０，１１１，１１２の中で、コリメイション（collimation：平行にすること）、拡大または収束されるべきであり、そして、このコリメイション、拡大または収束は、バッフル・ウォール１４，１４０からの距離Ｈに適合するものであって、それによって、渦が、バッフル・ウォール１４，１４０の近傍、またはバッフル・ウォール１４，１４０の領域１４ａの中に形成されることになる。
【００３７】
図２ａは、実施形態の例を示している。この実施形態において、ノズル１１０が、スイッチング・ガスの流れの方向（径方向に外側に方向付けられている）に漏斗状の形状に先細になる。図２ｂに示されているように、設けらたノズル１１１、１１２は、好ましくは、互いに対して方向付けられ、それによって、対応するガス・ジェット１２の軌道１２１，１２２が、バッフル・ウォール１４，１４０に到達する前に、互いに交差し、そして、バッフル・ウォール１４，１４０に到達する前に、渦を形成することになる。互いに対して方向付けられたノズル１１１、１１２は、特に、互いに隣接するノズル１１１、１１２あるいはノズル・グループであっても良い。パネルの開口は、円筒状であっても、またはジェットの方向に円錐状に拡大されても良く、それによってガス・ジェット１２が拡大されることになる。
【００３８】
出口開口１１の更なる変形が、欧州特許出願公開第 EP 1 403 891 A1 号明細書の中に記載されており、その開示内容の全てが、ここでリファレンスによりこの明細書の中に包含される。この文献は、特に、以下について開示している：軸方向におよび／または周囲で互いに対してオフセットされた出口開口；異なる直径を備え中心間で異なる距離を備えた出口開口；それらの形状、サイズ、配置（例えば、主として排出領域の上部におけるもの）及び数に対して最適化された出口開口。
【００３９】
高い冷却効率のための、パネルの開口と反対側のウォールの間の距離“Ｈ”と、それらの直径“Ｄ”との比に対する好ましい範囲として、 １．５＜Ｈ／Ｄ＜５ 特に、 Ｈ／Ｄ＝２ が開示されている。パネルの開口の中心の間の距離“Ｓ”と、それらの直径“Ｄ”との比に対しては Ｓ／Ｈ＝１．４ の比が好ましい。もし、この距離を下回ることが無ければ、このことは、衝突ポイントの周りで形成される渦が、互いに対してネガティブな影響を有することなく、ガスが効率良く冷却されることを確実にする。
【００４０】
ノズル・ボディ１０は、好ましくはスリーブ１０であり、特に、金属製のスリーブである。原則として、スリーブ１０は、いかなる所望の形状を有していても良く、例えば、中空の円筒状の（図１）に形成され、または、円錐台の形状で先細になり（図２ｃ）、または、円錐状に先細になって（図２ｄ）いても良い。
【００４１】
図１において、ロウアー・カバーが、クエンチング・チャンバ９と第一の排出領域７の間の第一のバリア・ウォール１９により設けられ、アッパー・カバーが、スイッチング・チャンバ・ウォールにより設けられる。スリーブ１０が、ボリュームＶの回りを取り囲んでいるが、出口開口１１に加えて、他の開口または不完全なスリーブ形状もまた、原則として、許容される、但しそれには、十分な背圧が形成されることが可能であり、それによりジェットの形成が可能であることが前提となる。
【００４２】
出口開口１１は、好ましくは唯一の開口である。取り囲まれたボリュームＶの、出口開口１１の全面積Ａに対する比は、好ましくは、０．５ｍ＜Ｖ／Ａ＜１．５ｍ、好ましくは、１ｍ＜Ｖ／Ａ＜１．４ｍ、特に好ましくは１．２ｍ＜Ｖ／Ａ＜１．３ｍの範囲であるべきである。
【００４３】
図２ｃは、出口開口１１の上で二つの径方向反対側の領域１１ａ，１１ｂの中により密度高く配置された実施形態の例を示す。
【００４４】
バッフル・ウォール１４，１４０の方向への流れは、このようなやり方で、アウター・ボリューム７ｂの中のスイッチング・ガスの中に、引き起こされることが可能である。ガイドされた流れは、典型的には、円形の経路、ヘリカル経路および／またはスパイラル経路１１ａｂ、または、一般的に、スイッチ軸１ａの周りの本質的に回転対称の経路１１ａｂ上を通る。経路の性質は、出口開口１１の配置により、流れガイド要素により、および／またはノズル・ボディ１１の形状及びバッフル・ウォール１４，１４０の形状により、選択されまたは影響されることが可能である。
【００４５】
例えば、もし、出口開口１１が軸方向に均一に配置されている場合、もし、バッフル・ウォール１４，１４０が中空の円筒である場合、そして、もし、ノズル・ボディ１０の形状が中空の円筒状である場合、主として円形の経路またはヘリカル経路が、形成されることが可能である、これに対して、もし、ノズル・ボディ１０が先細にされた形状を有している場合、主としてスパイラル条の経路１１ａｂが、形成されることが可能である。
【００４６】
理論的解析が、ノズル・ボディまたはスリーブ１０及びバッフル・ウォール１４，１４０の配置の効率“η”から実施された。この効率またはスリーブ１０の冷却効率“η”は、スリーブ１０の助けによりスイッチング・ガスから引き出される熱エネルギーの、高温のスイッチング・ガスのトータル熱エネルギーに対する比として規定される。それは、概略下記の式で示されることが可能である：
η（ｔ）＝（ｐ２ − ｐ２’）／ｐ２，
ここで、ｐ２は、第一の排出領域７内にスリーブ１０が無い場合の、スイッチ・コンタクトの分離の後の、スイッチング・ガスの圧力であり、ｐ２’は、第一の排出領域７内にスリーブ１０の存在する場合の、インナー・ボリューム要素とアウター・ボリューム７ａ，７ｂについて平均した、同様にスイッチ・コンタクトの分離の後の、スイッチング・ガスの圧力である。
【００４７】
スリーブ１０が無い場合の圧力ｐ２は、実験により測定され、スリーブ１０がある場合の圧力ｐ２’は、アウター・ボリューム７ｂ内の第一の圧力を測定し、インナー・ボリューム７ａ内の第二の圧力をシミュレイションにより計算することにより、そして、第一及び第二の圧力を、対応するボリューム７ａ，７ｂで重み付けして平均することにより、決定された。
【００４８】
図３は、排出ガス７に対する、金属スリーブ１０が無い場合の圧力プロファイル３１、及び金属スリーブ３２がある場合の圧力プロファイル３２を、時間の関数として示している。コンタクト分離３３後に、同じ勾配を有する圧力の上昇は、以前の通常値の約５０％に制限される。圧力は、今や、電流のゼロ交点３４が通過されると直ぐに、もう一度低下し、かくして、スイッチング・プロセスの全体に渡って、相当な圧力減少を、全体としてもたらす。
【００４９】
図４は、冷却効率η（ｔ）を示し、この冷却効率は、電流のゼロ交点３４の後に、４５％よりも大きく、そしてしばらくの間に最大値で６０％に到達する。
【００５０】
更に、実験室での試験が、金属スリーブ１０及びスイッチング・エンクロージャのバッフル・ウォール１４を備えたサーキット・ブレーカ１を用いて、実施された。金属スリーブ１０のボリューム対領域の比は、この試験において、１．０５ｍであった。この比は、このケースにおいて、出口開口１１の幾何学的領域Ａの約８０％が、実際に有効であると言う事実を考慮に入れている。（この実験室での試験において、サーキット・ブレーカ１の中で、６３ｋＡよりも大きい領域内にあり、且つ、大きなアンバランス、長いアーキング時間、及びこれからもたらされる約１ＭＪのエネルギー・インプットを有する電流が、漏電無しで切り離された。それ故に、本発明が、スイッチング・ガスからの熱の放散に対して、大きな改善を行うことが可能であることが、実験的に且つ理論的に、実証された。それに加えて、スイッチング・チャンバ・エンクロージャ３が、金属スリーブ１０により、高温ガスに対して保護されることが可能である。
【００５１】
更なる実施形態の例（ここには記載されていない）において、更なるガス・ジェットを作り出すための、更なる出口開口を備えた少なくとも一つの更なるボディが、インナー・ボリューム７ａの中に設けられ、そしてそのインナー・ボリューム７ａが、更なるボディにより、インナー・ボリューム要素とアウター・ボリューム要素に分割される。少なくとも一つの更なるバッフル・ウォールが、アウター・ボリューム要素の中に配置され、それによって、更なるガス・ジェットが、当該更なるバッフル・ウォールに向けて方向付けられることになる。
【００５２】
少なくともそれぞれ一つのボディ１０、及び少なくともそれぞれ一つの対応するバッフル・ウォール１４，１４０が、好ましくは、第一のコンタクト４の第一の排出領域７の中に、及び第二のコンタクト５の第二の排出領域８の中に、それぞれ設けられる。スイッチング・チャンバ・エンクロージャ３は、スイッチング・ガス、特に、クエンチング・ガス及び排出ガスのための、耐圧密閉型エンクロージャ３であっても良い。スイッチング・チャンバ・エンクロージャ３は、磁場遮蔽のために、アウター・エンクロージャにより取り囲まれていても良い。アウター・エンクロージャは、同時に、スイッチング・デバイス１のための機械的なホルダの形状であることが可能である。
【００５３】
本発明は、電気的スイッチング・デバイス１全てのタイプ、特に、ジェネレータ・スイッチ１、回転アークを有するスイッチ、自己吹き消し型スイッチ、ガスまたはＳＦ６スイッチ、及びスイッチング・ガスをアーク・クエンチング・ゾーンから排出するための中空コンタクト・チューブを備えたスイッチに対して適用することができる。
【００５４】
本発明の更なる主題は、電力供給システムのための電気的スイッチング・デバイス１における、特にジェネレータ・スイッチ１における、スイッチング・ガスの冷却のための方法である。スイッチング・デバイス１は、スイッチング・チャンバ・エンクロージャ３により取り囲まれたスイッチング・チャンバ２を有している；更に、スイッチング・ガスが、スイッチング・プロセスの間に、アーク・クエンチング・ゾーン６から噴出領域７，８へ流れ、複数の出口開口１１を有するボディ１０の中を通過するプロセスの中で、複数の方向付けられたガス・ジェット１２に分割される；更に、ガス・ジェット１２は、複数の渦１３に旋回され、熱エネルギーが、バッフル・ウォール１４，１４０の領域１４ａの中での対流により、渦１３から引き出される。ここで、前記バッフル・ウォール１４，１４０は、スイッチング・チャンバ・エンクロージャ３の少なくとも一つの部分１４により形成され、または、前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャ３の部分に取り付けられている。以下のテクストにおいて、多数の実施形態の例について説明する。
【００５５】
前記バッフル・ウォール１４，１４０は、前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャ３と同じ電位に保たれることが可能である。前記バッフル・ウォール１４，１４０は、熱伝導により、前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャ３と同じ温度に保たれても良い。スイッチング・ガスの渦１３の形成は、バッフル・ウォール１４，１４０に到達する前の、ガス・ジェット１２の互いの間での相互作用によりアシストされることが可能である。特に、前記ボディ１０の中で形成されたガス・ジェット１２は、前記バッフル・ウォール１４，１４０に到達する前に、それらの軌道１２１，１２２が、互いに交差するものである。
【００５６】
前記出口開口１１のジェット特性は、前記バッフル・ウォール１４，１４０からの距離Ｈに適合されることも可能であり、それによって、渦１３が、バッフル・ウォール１４，１４０の領域１４ａの近傍またはその中に、形成される。スイッチング・ガス、及び特に渦１３は、好ましくは、スイッチング・デバイス１の中心軸１ａの周りのバッフル・ウォール１４，１４０に沿う円形の経路、ヘリカル経路またはスパイラル経路上でガイドされる。
【００５７】
本発明の更なる主題は、以上で説明されたような、及び請求項５〜１３にクレイムされているような、電気的スイッチング・デバイス１、特にジェネレータ・スイッチ１を有する電気的な高電圧装置の部分である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】図１は、スイッチング・ガスの冷却のための、金属スリーブ及びエンクロージャ側のバッフル・ウォールを備えたジェネレータ・スイッチを示す。
【図２ａ】図２ａは、金属スリーブの実施形態を示す。
【図２ｂ】図２ｂは、金属スリーブの実施形態を示す。
【図２ｃ】図２ｃは、金属スリーブの実施形態を示す。
【図２ｄ】図２ｄは、金属スリーブの実施形態を示す。
【図３】図３は、乱流対流冷却のオペレイションの方法を図で示す。
【図４】図４は、先行技術に基づく排出圧力、及び本発明に基づく排出圧力を、時間の関数として示す。
【図５】図５は、本発明に基づく冷却効率を、時間の関数として示す。
【符号の説明】
【００５９】
１…電気的スイッチング・デバイス、１ａ…中心軸、スイッチ軸、２…スイッチング・チャンバ、３…スイッチング・チャンバ・エンクロージャ、スイッチング・チャンバ・ウォール、３ａ…第一の噴出エンクロージャ、３ｂ…第二の噴出エンクロージャ、３ｃ…クエンチング・チャンバ・エンクロージャ、クエンチング・チャンバ・アイソレータ、４…第一のコンタクト、（アーク）スイッチング・ピン、５…第二のコンタクト、（アーク）コンタクト・チューリップ、６…アーク・クエンチング・ゾーン、６ａ…アーク、７…第一の噴出領域、７ａ…インナー・ボリューム、７ｂ…アウター・ボリューム、７ｃ…流れ偏向要素、８…第二の噴出領域、９…クエンチング・チャンバ、１０…ボディ、ノズル・ボディ、スリーブ、金属スリーブ、１００…クエンチング・ゾーンからのスイッチング・ガスの流れ、１０１…インナー・ボリュームの中の再循環流れ、１１…出口開口、１１ａ，１１ｂ…径方向反対側の領域、１１ａｂ…円形の経路、ヘリカル経路、スパイラル経路、１１０，１１１，１１２…ノズル形状、１２…ガス・ジェット、１２ａ…分離領域、１２ｂ…渦形成領域、１２１，１２２…軌道、１３…渦、１３０…渦領域、（対流）乱流熱移送の領域、渦境界層、１３１…出口領域、１３２…伴流領域、サクション領域、１４…バッフル・ウォール、スイッチング・チャンバ・エンクロージャ部分、１４０…バッフル・ウォール、プレート、ヒートシンク、１４ａ…バッフル・ウォール領域、１５…電流経路、１６…第一の固定定格電流コンタクト、１７…第二の固定定格電流コンタクト、１８…可動定格電流コンタクト、１９…第一のバリア・ウォール、２０…エロージョン・スイッチング・アレンジメント、２１…絶縁体ノズル、２２…スライディング・ガイド、２３…第二のバリア・ウォール、２４…加熱ボリューム、２５…噴出スロット、２６…ウォール、２７…噴出シリンダ、２８…噴出ピストン、２９…噴出チャネル、３０…逆止弁、３１…圧力プロファイル（先行技術）、３２…ボディ及びバッフル・ウォールの圧力プロファイル、３３…コンタクト分離、３４…電流のゼロ交点、Ｄ…出口開口の直径、Ｈ…出口開口とバッフル・ウォールの間の距離、Ｓ…出口開口の間の平均距離、ｔ…時間、η…効率。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力供給システムのための電気的スイッチング・デバイス（１）における、特にジェネレータ・スイッチ（１）における、スイッチング・ガスの冷却のための方法であって、
前記スイッチング・デバイス（１）は、スイッチング・チャンバ・エンクロージャ（３）により取り囲まれたスイッチング・チャンバ（２）を有しており、
更に、前記スイッチング・ガスは、スイッチング・プロセスの間、アーク・クエンチング・ゾーン（６）から噴出領域（７，８）へ流れ、
複数の出口開口（１１）を有するボディ（１０）の中を通過し、そして、複数の方向付けられたガス・ジェット（１２）に分割されるプロセスの中で、更に、前記ガス・ジェット（１２）が複数の渦（１３）に旋回され、そして、熱エネルギーが、バッフル・ウォール（１４，１４０）の領域の中での対流により、これらの渦（１３）から引き出される、
方法において、
前記バッフル・ウォール（１４，１４０）が、前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャ（３）の少なくとも一つの部分（１４）により形成され、または、前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャ（３）の部分に取り付けられていること、
を特徴とする方法。
【請求項２】
下記特徴を有する請求項１に記載のスイッチング・ガスの冷却のための方法：
ａ） 前記バッフル・ウォール（１４，１４０）は、前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャ（３）と同じ電位に保たれ；および／または、
ｂ） 前記バッフル・ウォール（１４，１４０）は、熱伝導により、前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャ（３）と同じ温度に保たれる。
【請求項３】
下記特徴を有する請求項１または２に記載のスイッチング・ガスの冷却のための方法：
ａ） 前記渦の形成（１３）は、前記バッフル・ウォール（１４，１４０）に到達する前の、前記ガス・ジェット（１２）の互いの間での相互作用によりアシストされ；及び、
ｂ） 特に、前記ボディ（１０）の中で形成されたガス・ジェット（１２）は、前記バッフル・ウォール（１４，１４０）に到達する前に、それらの軌道（１２１，１２２）が互いに交差するものである。
【請求項４】
下記特徴を有する請求項１から３のいずれか１項に記載のスイッチング・ガスの冷却のための方法：
ａ） 前記出口開口（１１）のジェット特性は、前記バッフル・ウォール（１４，１４０）からの距離（Ｈ）に適合し、それによって、前記渦（１３）が、前記バッフル・ウォール（１４，１４０）の前記領域（１４ａ）の近傍またはその中に形成されることになり；および／または、
ｂ） 前記スイッチング・ガス、そして特に前記渦（１３）は、前記バッフル・ウォール（１４，１４０）に沿う円形の経路、ヘリカル経路またはスパイラル経路上でガイドされる。
【請求項５】
電力供給システムのための電気的スイッチング・デバイス（１）、特にジェネレータ・スイッチ（１）であって；
スイッチング・チャンバ・エンクロージャ（３）により取り囲まれ、中心軸（１ａ）、並びに第一のコンタクト（４）及び第二のコンタクト（５）を有するスイッチング・チャンバ（２）を有し、
スイッチング・ガスがその中を流れるための出口開口（１１）を備えたボディ（１０）が、前記第一のまたは第二のコンタクト（４，５）の噴出領域（７，８）の中に設けられ、
この噴出領域（７，８）は、前記ボディ（１０）により、インナー・ボリューム（７ａ）とアウター・ボリューム（７ｂ）に分割され、
前記スイッチング・ガスを冷却するためのバッフル・ウォール（１４，１４０）が、前記アウター・ボリューム（７ｂ）の中に設けられ、
更に、前記ボディ（１０）の出口開口（１１）は、複数の方向付けられたガス・ジェット（１２）を作り出すために使用され、
前記ガス・ジェット（１２）は、前記バッフル・ウォール（１４，１４０）で方向付けられ、
複数の渦（１３）が、形成され、
これらの渦（１３）が、前記スイッチング・ガスから前記バッフル・ウォール（１４，１４０）への対流熱移送をもたらす、
電気的スイッチング・デバイスにおいて、
前記バッフル・ウォール（１４，１４０）が、前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャ（３）の少なくとも一つの部分（１４）により形成され、または、前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャ（３）の部分に取り付けられていること、
を特徴とする電気的スイッチング・デバイス、
【請求項６】
下記特徴を有する請求項５に記載の電気的スイッチング・デバイス（１）：
ａ） 前記バッフル・ウォール（１４，１４０）は、前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャ（３）と同じ電位であり；および／または、
ｂ） 前記バッフル・ウォール（１４，１４０）は、前記スイッチング・デバイス（１）の電流経路（１５）の一部である。
【請求項７】
下記特徴を有する請求項５または６に記載の電気的スイッチング・デバイス（１）：
ａ） 前記バッフル・ウォール（１４，１４０）は、前記乱流スイッチング・ガスを冷却するための大きな熱容量を有し；および／または、
ｂ） 前記バッフル・ウォール（１４，１４０）は、前記乱流スイッチング・ガスを冷却するための高い熱伝導率を有し、且つ、前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャ（３）に熱伝導性良好な状態で接続され；および／または、
ｃ） 前記ボディ（１０）は、低い熱容量および／または低い熱伝導率を有している。
【請求項８】
下記特徴を有する請求項５から７のいずれか１項に記載の電気的スイッチング・デバイス（１）：
ａ） 前記ボディ（１０）の出口開口（１１）は、所望のジェット特性および／または前記ガス・ジェット（１２）のための配列を、それらの配置、形状および／または配列により、予め定めるノズル（１１０，１１１，１１２）であり；
ｂ） 特に、前記ガス・ジェット（１２）は、前記ノズル（１１０，１１１，１１２）の中で、コリメイション、拡大または収束が行われ、そのコリメイション、拡大または収束は、前記バッフル・ウォール（１４，１４０）からの距離（Ｈ）に適合し、それによって、前記渦形成が、前記バッフル・ウォール（１４，１４０）の近傍、または前記バッフル・ウォール（１４，１４０）の領域（１４ａ）の中で、起こることになる。
【請求項９】
下記特徴を有する請求項８に記載の電気的スイッチング・デバイス（１）：
ａ） 前記ノズル（１１０）は、前記スイッチング・ガスの周方向の流れの方向に、漏斗状の形状で先細になり；および／または、
ｂ） ノズル（１１１、１１２）、特に互いに隣接するノズル（１１１、１１２）が設けられ、それらは、互いに対して方向付けられ、それによって、対応するガス・ジェット（１２）の軌道（１２１，１２２）が、前記バッフル・ウォール（１４，１４０）に到達する前に互いに交差し、前記バッフル・ウォール（１４，１４０）に到達する前に渦を形成する。
【請求項１０】
下記特徴を有する請求項５から９のいずれか１項に記載の電気的スイッチング・デバイス（１）：
ａ） 前記ボディ（１０）は、スリーブ（１０）、特に金属製のスリーブであって、その取り囲まれたボリュームＶは、前記出口開口（１１）の全面積Ａに対して、０．５ｍ＜Ｖ／Ａ＜１．５ｍ、好ましくは、１ｍ＜Ｖ／Ａ＜１．４ｍ、特に好ましくは、１．２ｍ＜Ｖ／Ａ＜１．３ｍ、の範囲内にある比を形成し；および／または、
ｂ） 前記ボディ（１０）の前記出口開口（１１）は、流れを誘起するために、二つの径方向反対側の領域（１１ａ，１１ｂ）の中により密度高く配置され、その流れは、前記バッフル・ウォール（１４，１４０）上の円形の経路，ヘリカル経路および／またはスパイラル経路上にガイドされ、前記アウター・ボリューム（７ｂ）の中の前記スイッチング・ガスの中に誘起される。
【請求項１１】
下記特徴を有する請求項５から１０のいずれか１項に記載の電気的スイッチング・デバイス（１）：
ａ） 更なるガス・ジェットを作り出すための、更なる出口開口を備えた少なくとも一つの更なるボディが、前記インナー・ボリューム（７ａ）の中に設けられ、前記インナー・ボリューム（７ａ）が、この更なるボディにより、インナー・ボリューム要素とアウター・ボリューム要素に分割され、且つ、
ｂ） 少なくとも一つの更なるバッフル・ウォールが、前記アウター・ボリューム要素の中に配置され、それによって、更なるガス・ジェットが、この更なるバッフル・ウォールに向けて方向付けられる。
【請求項１２】
下記特徴を有する請求項５から１１のいずれか１項に記載の電気的スイッチング・デバイス（１）：
少なくともそれぞれ一つの対応するボディ（１０）、及び、少なくともそれぞれ一つの対応するバッフル・ウォール（１４，１４０）が、前記第一のコンタクト（４）の第一の噴出領域（７）の中、及び前記第二のコンタクト（５）の第二の噴出領域（８）の中に設けられている。
【請求項１３】
下記特徴を有する請求項５から１２のいずれか１項に記載の電気的スイッチング・デバイス（１）：
ａ） 前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャ（３）は、前記スイッチング・ガスのための耐圧式密閉型のエンクロージャ（３）であり；および／または、
ｂ） 前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャ（３）は、磁場遮蔽のためのアウター・エンクロージャにより取り囲まれ；および／または、
ｃ）前記スイッチング・デバイス（１）は、ジェネレータ・スイッチ（１）である。
【請求項１】
電力供給システムのための電気的スイッチング・デバイス（１）における、特にジェネレータ・スイッチ（１）における、スイッチング・ガスの冷却のための方法であって、
前記スイッチング・デバイス（１）は、スイッチング・チャンバ・エンクロージャ（３）により取り囲まれたスイッチング・チャンバ（２）を有しており、
更に、前記スイッチング・ガスは、スイッチング・プロセスの間、アーク・クエンチング・ゾーン（６）から噴出領域（７，８）へ流れ、
複数の出口開口（１１）を有するボディ（１０）の中を通過し、そして、複数の方向付けられたガス・ジェット（１２）に分割されるプロセスの中で、更に、前記ガス・ジェット（１２）が複数の渦（１３）に旋回され、そして、熱エネルギーが、バッフル・ウォール（１４，１４０）の領域の中での対流により、これらの渦（１３）から引き出される、
方法において、
前記バッフル・ウォール（１４，１４０）が、前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャ（３）の少なくとも一つの部分（１４）により形成され、または、前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャ（３）の部分に取り付けられていること、
を特徴とする方法。
【請求項２】
下記特徴を有する請求項１に記載のスイッチング・ガスの冷却のための方法：
ａ） 前記バッフル・ウォール（１４，１４０）は、前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャ（３）と同じ電位に保たれ；および／または、
ｂ） 前記バッフル・ウォール（１４，１４０）は、熱伝導により、前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャ（３）と同じ温度に保たれる。
【請求項３】
下記特徴を有する請求項１または２に記載のスイッチング・ガスの冷却のための方法：
ａ） 前記渦の形成（１３）は、前記バッフル・ウォール（１４，１４０）に到達する前の、前記ガス・ジェット（１２）の互いの間での相互作用によりアシストされ；及び、
ｂ） 特に、前記ボディ（１０）の中で形成されたガス・ジェット（１２）は、前記バッフル・ウォール（１４，１４０）に到達する前に、それらの軌道（１２１，１２２）が互いに交差するものである。
【請求項４】
下記特徴を有する請求項１から３のいずれか１項に記載のスイッチング・ガスの冷却のための方法：
ａ） 前記出口開口（１１）のジェット特性は、前記バッフル・ウォール（１４，１４０）からの距離（Ｈ）に適合し、それによって、前記渦（１３）が、前記バッフル・ウォール（１４，１４０）の前記領域（１４ａ）の近傍またはその中に形成されることになり；および／または、
ｂ） 前記スイッチング・ガス、そして特に前記渦（１３）は、前記バッフル・ウォール（１４，１４０）に沿う円形の経路、ヘリカル経路またはスパイラル経路上でガイドされる。
【請求項５】
電力供給システムのための電気的スイッチング・デバイス（１）、特にジェネレータ・スイッチ（１）であって；
スイッチング・チャンバ・エンクロージャ（３）により取り囲まれ、中心軸（１ａ）、並びに第一のコンタクト（４）及び第二のコンタクト（５）を有するスイッチング・チャンバ（２）を有し、
スイッチング・ガスがその中を流れるための出口開口（１１）を備えたボディ（１０）が、前記第一のまたは第二のコンタクト（４，５）の噴出領域（７，８）の中に設けられ、
この噴出領域（７，８）は、前記ボディ（１０）により、インナー・ボリューム（７ａ）とアウター・ボリューム（７ｂ）に分割され、
前記スイッチング・ガスを冷却するためのバッフル・ウォール（１４，１４０）が、前記アウター・ボリューム（７ｂ）の中に設けられ、
更に、前記ボディ（１０）の出口開口（１１）は、複数の方向付けられたガス・ジェット（１２）を作り出すために使用され、
前記ガス・ジェット（１２）は、前記バッフル・ウォール（１４，１４０）で方向付けられ、
複数の渦（１３）が、形成され、
これらの渦（１３）が、前記スイッチング・ガスから前記バッフル・ウォール（１４，１４０）への対流熱移送をもたらす、
電気的スイッチング・デバイスにおいて、
前記バッフル・ウォール（１４，１４０）が、前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャ（３）の少なくとも一つの部分（１４）により形成され、または、前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャ（３）の部分に取り付けられていること、
を特徴とする電気的スイッチング・デバイス、
【請求項６】
下記特徴を有する請求項５に記載の電気的スイッチング・デバイス（１）：
ａ） 前記バッフル・ウォール（１４，１４０）は、前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャ（３）と同じ電位であり；および／または、
ｂ） 前記バッフル・ウォール（１４，１４０）は、前記スイッチング・デバイス（１）の電流経路（１５）の一部である。
【請求項７】
下記特徴を有する請求項５または６に記載の電気的スイッチング・デバイス（１）：
ａ） 前記バッフル・ウォール（１４，１４０）は、前記乱流スイッチング・ガスを冷却するための大きな熱容量を有し；および／または、
ｂ） 前記バッフル・ウォール（１４，１４０）は、前記乱流スイッチング・ガスを冷却するための高い熱伝導率を有し、且つ、前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャ（３）に熱伝導性良好な状態で接続され；および／または、
ｃ） 前記ボディ（１０）は、低い熱容量および／または低い熱伝導率を有している。
【請求項８】
下記特徴を有する請求項５から７のいずれか１項に記載の電気的スイッチング・デバイス（１）：
ａ） 前記ボディ（１０）の出口開口（１１）は、所望のジェット特性および／または前記ガス・ジェット（１２）のための配列を、それらの配置、形状および／または配列により、予め定めるノズル（１１０，１１１，１１２）であり；
ｂ） 特に、前記ガス・ジェット（１２）は、前記ノズル（１１０，１１１，１１２）の中で、コリメイション、拡大または収束が行われ、そのコリメイション、拡大または収束は、前記バッフル・ウォール（１４，１４０）からの距離（Ｈ）に適合し、それによって、前記渦形成が、前記バッフル・ウォール（１４，１４０）の近傍、または前記バッフル・ウォール（１４，１４０）の領域（１４ａ）の中で、起こることになる。
【請求項９】
下記特徴を有する請求項８に記載の電気的スイッチング・デバイス（１）：
ａ） 前記ノズル（１１０）は、前記スイッチング・ガスの周方向の流れの方向に、漏斗状の形状で先細になり；および／または、
ｂ） ノズル（１１１、１１２）、特に互いに隣接するノズル（１１１、１１２）が設けられ、それらは、互いに対して方向付けられ、それによって、対応するガス・ジェット（１２）の軌道（１２１，１２２）が、前記バッフル・ウォール（１４，１４０）に到達する前に互いに交差し、前記バッフル・ウォール（１４，１４０）に到達する前に渦を形成する。
【請求項１０】
下記特徴を有する請求項５から９のいずれか１項に記載の電気的スイッチング・デバイス（１）：
ａ） 前記ボディ（１０）は、スリーブ（１０）、特に金属製のスリーブであって、その取り囲まれたボリュームＶは、前記出口開口（１１）の全面積Ａに対して、０．５ｍ＜Ｖ／Ａ＜１．５ｍ、好ましくは、１ｍ＜Ｖ／Ａ＜１．４ｍ、特に好ましくは、１．２ｍ＜Ｖ／Ａ＜１．３ｍ、の範囲内にある比を形成し；および／または、
ｂ） 前記ボディ（１０）の前記出口開口（１１）は、流れを誘起するために、二つの径方向反対側の領域（１１ａ，１１ｂ）の中により密度高く配置され、その流れは、前記バッフル・ウォール（１４，１４０）上の円形の経路，ヘリカル経路および／またはスパイラル経路上にガイドされ、前記アウター・ボリューム（７ｂ）の中の前記スイッチング・ガスの中に誘起される。
【請求項１１】
下記特徴を有する請求項５から１０のいずれか１項に記載の電気的スイッチング・デバイス（１）：
ａ） 更なるガス・ジェットを作り出すための、更なる出口開口を備えた少なくとも一つの更なるボディが、前記インナー・ボリューム（７ａ）の中に設けられ、前記インナー・ボリューム（７ａ）が、この更なるボディにより、インナー・ボリューム要素とアウター・ボリューム要素に分割され、且つ、
ｂ） 少なくとも一つの更なるバッフル・ウォールが、前記アウター・ボリューム要素の中に配置され、それによって、更なるガス・ジェットが、この更なるバッフル・ウォールに向けて方向付けられる。
【請求項１２】
下記特徴を有する請求項５から１１のいずれか１項に記載の電気的スイッチング・デバイス（１）：
少なくともそれぞれ一つの対応するボディ（１０）、及び、少なくともそれぞれ一つの対応するバッフル・ウォール（１４，１４０）が、前記第一のコンタクト（４）の第一の噴出領域（７）の中、及び前記第二のコンタクト（５）の第二の噴出領域（８）の中に設けられている。
【請求項１３】
下記特徴を有する請求項５から１２のいずれか１項に記載の電気的スイッチング・デバイス（１）：
ａ） 前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャ（３）は、前記スイッチング・ガスのための耐圧式密閉型のエンクロージャ（３）であり；および／または、
ｂ） 前記スイッチング・チャンバ・エンクロージャ（３）は、磁場遮蔽のためのアウター・エンクロージャにより取り囲まれ；および／または、
ｃ）前記スイッチング・デバイス（１）は、ジェネレータ・スイッチ（１）である。
【図１】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図２ｃ】
【図２ｄ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図２ｃ】
【図２ｄ】
【図３】
【図４】
【図５】
【公表番号】特表２００８−５２５９４４（Ｐ２００８−５２５９４４Ａ）
【公表日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５４７１３１（Ｐ２００７−５４７１３１）
【出願日】平成１６年１２月２４日（２００４．１２．２４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＣＨ２００４／０００７５２
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０６６４２０
【国際公開日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【出願人】（５０５０６３４４１）アーベーベー・テヒノロギー・アーゲー (96)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月２４日（２００４．１２．２４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＣＨ２００４／０００７５２
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０６６４２０
【国際公開日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【出願人】（５０５０６３４４１）アーベーベー・テヒノロギー・アーゲー (96)
【Ｆターム（参考）】
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