JPH04350910A - 電気機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、変圧器、リアクトル、
キュービクル等の電気機器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】変圧器やリアクトル等の電気機器の冷却
を図るためにヒートパイプを用いる場合がある。従来の
ヒートパイプでは、内面にウイック（毛細管現象を生じ
る多孔体やメッシュ等）を配設した管路内を真空にして
その内部に少量の水、フロン等の作動液を封入し、該管
路の一部を吸熱部として電気機器のケース内に配置し、
他の一部を放熱部として電気機器のケース外に配置して
いる。

【０００３】ヒートパイプの吸熱部が電気機器からの発
熱により加熱されると、作動液が蒸発して蒸発潜熱を吸
収する。作動液の蒸気は放熱部（低温部）へと高速で移
動し、放熱部で管壁に接触する。これにより蒸気が冷却
されて凝縮し、その際に蒸発潜熱を放出する。凝縮した
液はウィックによる毛細管現象または重力により吸熱部
に戻される。このような蒸発→移動→凝縮のサイクルが
繰り返されて電気機器から発生した熱が吸熱部から放熱
部へと連続的に輸送され、電気機器が冷却される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来用いられていたヒ
ートパイプでは、放熱部で凝縮した作動液を吸熱部に戻
すために、管路内にウィックを設ける必要があったため
、管路内の構造が複雑になり、コストが高くなるのを避
けられなかった。

【０００５】また凝縮した液を毛細管現象により移動さ
せる場合、その移動速度に限界があるため、電気機器か
ら放出させ得る熱の量が制限されるという問題があった
。

【０００６】本発明の目的は、ウィックを必要としない
簡単な構造のヒートパイプを用いて大きな冷却効果を得
ることができるようにした電気機器を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、ケース内に配
置された電気機器本体と、電気機器本体からの発熱をケ
ース外に輸送して放出させるヒートパイプとを備えた電
気機器に係わるものである。

【０００８】本発明においては、閉ループを成すように
構成されて一部がケース内に配置され、他の部分がケー
ス外に配置された管路と、該管路内に封入された磁性流
体と、該管路の低温部と高温部との境界部または境界部
付近に配置された磁石とによりヒートパイプを構成した
。

【０００９】上記管路のケース内に位置する部分に磁性
流体により駆動されるタービンを取り付けるとともに、
該タービンの回転軸により駆動される流体攪拌用の羽根
を設け、この羽根によりケース内の流体を攪拌するよう
にすることもできる。

【００１０】また上記管路内を流れる磁性流体により駆
動されるタービンを管路のケース外に位置する部分に取
り付けるとともに、該タービンの回転軸により駆動され
る流体攪拌用の羽根を設けて、この羽根により管路のケ
ース外に位置する部分の近傍の流体を攪拌するようにす
ることもできる。

【００１１】

【作用】上記の電気機器において、ケース内では、電気
機器からの発熱により管路内の磁性流体が加熱され、該
流体の温度が上昇する。またケース外では、管路の内部
の磁性流体の熱が管壁を通して放散されるため、磁性流
体の温度が低下する。従って管路のケース内に位置する
部分では磁性流体の温度が高く、ケース外に位置する部
分では磁性流体の温度が低くなっている。

【００１２】磁性流体はその温度が高くなるに従って磁
性が低下し、磁化が弱くなる。そのため、上記のように
高温部と低温部との境界部または境界部付近に磁石を配
置すると、高温部の磁性流体が磁石に引き付けられる力
よりも低温部の磁性流体が磁石に引き付けられる力の方
が強くなる。従って低温部と高温部との間に圧力差が生
じて、磁石の近傍で磁性流体を低温部から高温部側に流
す駆動力が生じ、これにより閉ループの管路内を磁性流
体が強制循環させられる。そのため、電気機器本体から
発生した熱が磁性流体により連続的に外部に輸送されて
放散されることになり、電気機器が効率良く冷却される
ことになる。

【００１３】そして本発明においては、磁力により磁性
流体を循環させるため、管路の内部にウィック等を設け
る必要がなく、管路の構造を簡単にすることができる。

【００１４】尚本発明においては、磁石を必要とするが
、この磁石は外部から管路に取付ければ良いため、磁石
を取付けるための加工は容易であり、管路内にウィック
を設ける場合に比べて製造を簡単にすることができる。

【００１５】また熱を搬送する流体を強制循環させるた
め、毛細管現象により作動液を移動させる場合に比べて
流体の移動速度を高めることができ、輸送し得る熱量を
増大させることができる。

【００１６】更に、管路のケース内に位置する部分にタ
ービンを取り付けて、このタービンにより駆動される羽
根によりケース内の流体を攪拌するようにすると、電気
機器のケース内の温度勾配を緩和することができる。流
体攪拌用の羽根を設けない場合には、ケース内に温度勾
配が生じて電気機器本体の上部の温度が高くなるため、
電気機器本体の上部の高い温度により機器の温度の許容
限界が決まってしまい、通電容量が制限されるという不
合理が生じるが、上記のように攪拌用の羽根を設ければ
、ケース内の温度勾配を緩和できるため、通電容量を増
大させることができる。

【００１７】また管路のケース外に位置する部分に取り
付けたタービンによって駆動される流体攪拌用の羽根に
より、管路のケース外に位置する部分の近傍の流体を攪
拌するようにすると、管路の近傍に高温の流体が滞留す
るのを防ぐことができるため、管壁を通しての磁性流体
と外部流体との間の熱交換を促進させて、冷却効率を高
めることができる。

【００１８】

【実施例】図１は本発明の実施例を示したもので、同図
において１は電気機器のケース、２はケース１内に収納
された電気機器本体であり、この例の電気機器本体は鉄
心２ａに巻線２ｂを巻装した変圧器である。ケース１内
には絶縁油やＳＦ６　ガス等の絶縁媒体が充填され、ケ
ースの外面には放熱フィン３が取り付けられている。４
はケース１の上部に取付けられたヒートパイプで、この
ヒートパイプは、閉ループを成すように形成されてその
一部がケース１内に配置され、他の部分がケース１外に
配置された管路５と、管路５内に封入された磁性流体６
と、磁石７とからなっている。

【００１９】管路５は、ケース１の側壁の上部を気密（
電気機器の絶縁媒体がガスの場合）または油密（電気機
器の絶縁媒体が油の場合）に貫通した状態で取付けられ
ていて、ケース１内に位置する部分が吸熱部５Ａとなっ
ており、ケース１外に位置する部分が放熱部６Ｂとなっ
ている。吸熱部５Ａ及び放熱部５Ｂにはそれぞれ吸熱フ
ィン８Ａ及び放熱フィン８Ｂが多数取り付けられている
。

【００２０】管路の吸熱部では、電気機器本体２からの
発熱により加熱された絶縁媒体と管路内の磁性流体との
間で熱交換が行われ、管路内の磁性流体の温度が上昇す
る。放熱部では、管路内の磁性流体と外気との間で熱交
換が行われて磁性流体の温度が外部に放散されるため、
磁性流体の温度が低下する。

【００２１】磁石７は、管路５の高温部と低温部との境
界部または境界部付近に配置する。この例では、管路の
ケース内に位置する部分（吸熱部）が高温部であり、ケ
ース外に位置する部分（放熱部）が低温部である。従っ
て高温部と低温部の境界部は、管路５のケース１内に出
入りする部分である。磁石７はコの字形の永久磁石から
なっていて、その両端の磁極部に溝または孔が設けられ
、該溝または孔内に管路５を嵌合させた状態で配置され
ている。磁石７は両端がＮ極及びＳ極となるように着磁
され、この磁石７により管路５内に磁界Ｈが生じさせら
れるようになっている。

【００２２】管路５は熱伝導率が高く、かつ内部に磁束
の進入を許す材料からなっていれば良いが、この実施例
のように電気機器本体が鉄心を備えたものである場合に
は、電気機器本体の近傍に強磁性材料が存在すると鉄損
を増大させることになるため、管路５をアルミニウムや
銅等の、強磁性材料以外の材料により形成するのが好ま
しい。また管路５を熱伝導性が高い絶縁材料、例えばセ
ラミックスにより形成することもできる。

【００２３】尚管路５は必ずしも全体が同じ材料により
形成されている必要はなく、一部を他の部分と異なる材
料により形成することもできる。例えば吸熱部及び放熱
部を熱伝導性が良好な金属材料により形成し、電気機器
の高電圧充電部の近傍に配置される部分を絶縁材料によ
り形成することもできる。

【００２４】管路５内に封入する磁性流体は、強磁性体
粉末を安定に分散させた懸濁液で、例えばマンガン−亜
鉛フェライト磁性流体等を用いることができる。

【００２５】上記の実施例において、電気機器を運転す
ると、電気機器本体から熱が発生し、その周囲の絶縁媒
体の温度が上昇する。この絶縁媒体の熱は管路の吸熱部
５Ａ内の磁性流体６により吸収されるため、該磁性流体
の温度が上昇し、吸熱部５Ａ内の磁性流体の温度が放熱
部５Ｂ内の磁性流体の温度よりも高くなる。磁石７の近
傍の磁性流体は磁石７に引き付けられるが、吸熱部５Ａ
内の磁性流体の温度が上昇すると、その磁化が弱くなる
ため、吸熱部５Ａ側の磁性流体が磁石に引き付けられる
力よりも放熱部５Ｂ側の磁性流体が磁石に引き付けられ
る力の方が強い状態になる。そのため磁石７の近傍に圧
力差が生じ、放熱部５Ｂ側から吸熱部５Ａ側に向う図示
の矢印Ａ方向の磁性流体の流れが生じる。吸熱部５Ａ内
の高温の磁性流体は放熱部５Ｂへと輸送されて冷却され
、放熱部５Ｂで冷却された磁性流体は再び吸熱部５Ａに
戻されて、電気機器本体からの発熱を吸収する。

【００２６】上記のように、本発明においては、閉じた
管路内の磁性流体を磁力により強制循環させて、電気機
器本体からの発熱を外部に連続的に輸送して放出するた
め、管路内にウィックを設けること無く、簡単な構造で
電気機器の冷却を行わせることができる。また磁性流体
の循環速度は、毛細管現象を利用して作動液を吸熱部に
戻していた従来のヒートパイプにおける作動液の循環速
度よりも高くすることができるため、輸送する熱量を増
大させることができ、電気機器の冷却効率を高めること
ができる。

【００２７】尚磁石７により磁性流体を駆動するために
は、磁石７の両側で磁性流体に温度差があればよいが、
高温側の磁性流体の温度が磁性流体のキューリ点以上に
なっている場合には、該高温側の磁性流体の磁性がほと
んど失われるため、磁石近傍に生じる圧力差を大きくし
て大きな駆動力を得ることができる。

【００２８】図１の実施例では、電気機器のケースの上
部にヒートパイプ４を取付けて、管路５の放熱部５Ｂを
吸熱部５Ａよりも上方に位置させているが、図２に示し
たように、吸熱部５Ｂと放熱部５Ａとをほぼ同一水平面
上に配置することができる。また図２に示したように、
ヒートパイプ４を複数個取付けて冷却能力の向上を図る
ことができる。図２に示した例では、２個のヒートパイ
プ４，４を同一水平面上に対称に配置している。

【００２９】図３（Ａ），（Ｂ）は本発明の他の実施例
を示したもので、この例では、管路５がケース１の天井
壁と底壁とを貫通した状態で取付けられ、管路の吸熱部
５Ａと放熱部５Ｂとが同一の垂直面上に配置されている
。磁石７は電気機器のケース１の天井壁側及び底壁側の
いずれに設けてもよいが、この例では底壁側に磁石７を
設けている。

【００３０】またこの例では、管路５に取付ける吸熱フ
ィン８Ａ及び放熱フィン８Ｂが管路の長手方向に長い板
からなっていて、複数の吸熱フィン８Ａ及び放熱フィン
８Ｂが図３（Ｂ）に示したように管路の外周に放射状に
取付けられている。従ってこの例では、吸熱フィン８Ａ
相互間に上下方向に伸びる絶縁媒体の流路が形成され、
放熱フィン８Ｂ相互間に冷却媒体（この例では空気）の
通路が形成されている。このようにフィンを設けておけ
ば、吸熱部及び放熱部における絶縁媒体または冷却媒体
の流れを円滑にすることができるため、管路の内外での
熱交換を効率良く行わせることができる。

【００３１】図４は本発明の更に他の実施例を示したも
ので、この実施例は、図３の実施例において管路５の途
中に逆止弁１０を挿入したものである。逆止弁１０の挿
入位置は任意であるが、図示の例では該逆止弁を管路５
の下端に挿入している。

【００３２】図３のように、電気機器のケース１内の低
温部（下部）と高温部（上部）との間を管路５の吸熱部
５Ａが伸びるようにヒートパイプ４を配置した場合には
、管路の上部と下部の磁性流体の温度差により生じる熱
対流により磁性流体が磁石７による駆動に逆らって逆流
するおそれがある。このような場合には、図４に示した
ように、磁石７により生じさせられる磁性流体６の流れ
（図示の矢印Ａ方向の流れ）のみを許容する逆止弁１０
を管路の途中に挿入することが望ましい。

【００３３】ヒートパイプ４の管路内には磁性流体の流
れが生じているので、この磁性流体の運度エネルギーを
利用してタービンを駆動することができ、該タービンの
駆動力を利用してヒートパイプの吸熱部または放熱部近
傍の流体を攪拌することにより、冷却効率を高めること
ができる。図５は管路５内にタービンを配置した実施例
を示したもので、この例では、管路５の吸熱部の、ケー
ス１内の上部に位置する部分にタービン１１を取付けて
いる。図示してないが、このタービン１１の回転軸はケ
ース１内に導出されて、該回転軸流体攪拌用の羽根が取
付けられている。このように構成すると、攪拌用の羽根
によりケース１内の絶縁媒体を攪拌することができるた
め、ケース内の温度勾配を緩和することができる。従っ
て電気機器本体２の各部の温度差を少なくすることがで
き、電気機器の通電容量を増大させることができる。

【００３４】図６はタービンを設けた他の実施例を示し
たもので、この実施例では、管路５の途中に逆止弁１０
を設けた上で、管路の吸熱部５Ａのケース内の下部に位
置する部分にタービン１１を取付けている。この例でも
タービン１１の回転軸がケース１内に導出されて、該回
転軸に流体攪拌用の羽根が取付けられている。

【００３５】図５及び図６に示した実施例では、管路の
吸熱部５Ａにタービンを取付けたが、放熱部５Ｂにター
ビンを取付けて、該タービンの回転軸に取付けた攪拌用
の羽根により放熱部５Ｂ近傍の流体を攪拌するようにし
てもよい。また吸熱部及び放熱部の双方にタービンを取
付けて、該タービンによって駆動される攪拌用羽根によ
りケース内の流体及び放熱部近傍の流体の双方を攪拌す
るようにしてもよい。上記の実施例では、吸熱部及び放
熱部にそれぞれフィンを取付けたが、場合によってはフ
ィンを省略することもできる。

【００３６】上記実施例においては、ヒートパイプの放
熱部を空気中に配置しているが、この放熱部を水中に配
置したり、該放熱部に水を吹き付けたりして冷却効果を
高めるようにすることもできる。

【００３７】上記の実施例では、磁石７を電気機器のケ
ース外に設けているが、磁石７を電気機器のケース内で
該ケースの側壁に近接させて配置することもできる。

【００３８】また上記の実施例では、磁石７として永久
磁石を用いたが、電磁石を用いることもできる。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、閉じた
管路内の磁性流体を磁力により強制循環させて、電気機
器本体からの発熱を外部に連続的に輸送して放出するよ
うにしたため、管路内にウィックを設けること無く、簡
単な構造で電気機器の冷却を行わせることができる利点
がある。

【００４０】また本発明によれば、磁性流体の循環速度
を、毛細管現象を利用していた従来のヒートパイプにお
ける作動液の循環速度よりも高くすることができるため
、輸送する熱量を増大させることができ、電気機器の冷
却効率を高めることができる利点がある。

【００４１】特に請求項２に記載された発明によれば、
管路のケース内に位置する部分にタービンを取り付けて
、このタービンにより駆動される羽根によりケース内の
流体を攪拌するようにしたので、電気機器のケース内の
温度勾配を緩和して、電気機器の各部の温度差を少なく
することができ、通電容量を増大させることができる利
点がある。

【００４２】また請求項３に記載された発明によれば、
管路のケース外に位置する部分に取り付けたタービンに
よって駆動される流体攪拌用の羽根により、管路のケー
ス外に位置する部分の近傍の流体を攪拌するようにした
ので、管路の近傍に高温の流体が滞留するのを防ぐこと
ができ、管壁を通しての磁性流体と外部流体との間の熱
交換を促進させて、冷却効率を高めることができる利点
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示した要部の縦断面図である
。

【図２】本発明の他の実施例を示した要部の横断面図で
ある。

【図３】（Ａ）は本発明の更に他の実施例を示した縦断
面図である。（Ｂ）は同実施例で用いる管路の放熱フィ
ンまたは吸熱フィンが取り付けられている部分の断面図
である。

【図４】本発明の更に他の実施例を示す縦断面図である
。

【図５】本発明の更に他の実施例を示す縦断面図である
。

【図６】本発明の更に他の実施例を示す縦断面図である
。

【符号の説明】

１…電気機器のケース、２…電気機器本体、４…ヒート
パイプ、５…管路、５Ａ…吸熱部、５Ｂ…放熱部、６…
磁性流体、７…磁石、８Ａ…吸熱フィン、８Ｂ…放熱フ
ィン、１０…逆止弁、１１…タービン。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ケース内に配置された電気機器本体と
   、前記電気機器本体からの発熱をケース外に輸送して放
   出させるヒートパイプとを備えた電気機器において、前
   記ヒートパイプは、閉ループを成すように構成されて一
   部が前記ケース内に配置され、他の部分が前記ケース外
   に配置された管路と、前記管路内に封入された磁性流体
   と、前記管路の低温部と高温部との境界部または境界部
   付近に配置された磁石とからなっていることを特徴とす
   る電気機器。
2. 【請求項２】　　前記管路内の磁性流体により駆動され
   るタービンを前記管路のケース内に位置する部分に取り
   付けるとともに、該タービンの回転軸により駆動される
   流体攪拌用の羽根を設け、該羽根によりケース内の流体
   を攪拌することを特徴とする請求項１に記載の電気機器
   。
3. 【請求項３】　　前記管路内の磁性流体により駆動され
   るタービンを前記管路のケース外に位置する部分に取り
   付けるとともに、該タービンの回転軸により駆動される
   流体攪拌用の羽根を設け、該羽根により前記管路のケー
   ス外に位置する部分の近傍の流体を攪拌することを特徴
   とする請求項１または２に記載の電気機器。