JPH06276667A - ミスト冷却式電気機器の異常検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ミスト冷却式電気機器において、噴霧器のタン
ク内の位置あるいは数に無関係に、その噴霧異常をタン
クの外側から検知することができるようにする。 【構成】噴霧器１へ送られる冷却媒体８の流量監視部１
４が、噴霧器１へ送られる冷却媒体８の流量を電気信号
１１Ｓに変換して出力する流量センサ１１と、この流量
センサ１１の出力信号１１Ｓの出力レベルが設定範囲か
ら外れたときに報知信号１２Ｓを出力する流量判定部１
２と、この流量判定部１２の出力信号１２Ｓを受け冷却
媒体８の流量が異常であることを表示する流量異常表示
部１３とにより構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、霧状の冷却媒体によ
って冷却される電気機器の異常を噴霧器の異常噴霧によ
り検知するための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は従来のミスト冷却式電気機器の異
常検知装置の構成を示す断面図である。発熱体である変
圧器や半導体変換装置などの電気機器本体２が密封され
たタンク３内に収納され、このタンク３内にはＳＦ₆ ガ
スなどの絶縁ガス５が封入されている。タンク３の底部
には液化した冷却媒体８を溜める液溜め７が配されてい
る。また、この液溜め７に溜まった冷却媒体８を途中に
介装されたポンプ９によって噴霧器１に案内する送液管
１０がタンク３の外部に配されている。噴霧器１はタン
ク３の内部空間に配され、冷却媒体８を霧（ミスト）２
にして電気機器本体２に噴き付けている。さらにタンク
３の左側面には、タンク３の内部空間と連通する凝縮器
４が配されている。

【０００３】図６において、電気機器本体６は噴霧器１
から噴霧された冷却媒体８によって冷却される。すなわ
ち、電気機器本体６の発熱部に冷却媒体８が近づくか又
は接触すると、その部分の冷却媒体８が熱せられ蒸発す
ることによって蒸発潜熱を電気機器本体６から奪う。蒸
発した冷却媒体８は絶縁ガス５ともに自然対流によって
流れ８Ａとなり凝縮器４に移動する。凝縮器４によって
冷却媒体８は液化し、重力によって流れ８Ｂとなり液溜
め７に入る。この液溜め７内の冷却媒体８はポンプ９に
よって、送液管１０を介して再び噴霧器１に送られる。
このような冷却方式はミスト冷却式と称され、液状の冷
却媒体８を霧化することによって、電気機器本体６内の
細かい隙間まで冷却媒体８を侵入させることができる。
絶縁ガス５はその冷却特性が良くないので、液状の冷却
媒体８によって冷却する方式である。電気機器本体６全
体を液状の冷却媒体８中に浸漬して冷却する方式もある
が、この方式は大量の冷却媒体８を必要とするので冷却
媒体８が安価な場合に限られる。電気機器本体６を不燃
性にしたいときにフロロカーボン（Ｃ₈ Ｆ₁₈）などの不
燃性液体が冷却媒体８として使用されるが、フロロカー
ボンは非常に高価なのでミスト冷却方式が採用される。

【０００４】図６のように、ミスト冷却式の電気機器に
は噴霧器１が用いられているが、噴霧器１がタンク３で
覆われているので外部から噴霧器１の破損や噴霧ノズル
部の目詰まりなど冷却媒体８の噴霧異常を検知するため
に、タンク３の手前側の側面に図示されていない覗き窓
が設けられ、一点鎖線２８の範囲が目視できるようにな
っている。冷却媒体８が正常に噴霧されていないと電気
機器本体６が発熱し重大な事故につながるので、冷却媒
体８の噴霧状態を監視することは非常に重要なことであ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たような従来の装置は噴霧器の噴霧異常を覗き窓からの
目視により検知しているが、装置によっては複数の噴霧
器を備えているものもあり、その場合噴霧器の位置によ
っては電気機器の構造物の陰になり見えない場合があ
る。すべての噴霧器の噴霧状態を監視しようとすると、
噴霧器の設定場所に大きな制限が加わり、効果的な冷却
性能が得られなくなる。

【０００６】この発明の目的は、噴霧器のタンク内の位
置あるいは、数に無関係に、その噴霧異常をタンク外部
から検知することができるようにしたミスト冷却式電気
機器の異常検出装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明によれば、絶縁ガスとともに電気機器本体
を収納したタンクと、このタンク内に液状の冷却媒体を
噴霧する噴霧器と、電気機器本体の熱によって気化した
冷却媒体を液化させる凝縮器と、タンクの底部に配され
液化した冷却媒体を溜める液溜めと、この液溜めに溜ま
った冷却媒体を途中に介装されたポンプによって噴霧器
に案内する送液管とにより構成される電気機器の異常を
噴霧器の噴霧異常により検知する装置であって、噴霧器
へ送られる冷却媒体の流量監視部が送液管の途中に介装
されて冷却媒体の単位時間あたりの流量を電気信号に変
換して出力する流量センサと、この流量センサの出力信
号レベルが設定範囲から外れたときに報知信号を出力す
る流量判定部と、この流量判定部への出力信号を受け冷
却媒体の流量が異常であることを表示する流量異常表示
部とにより構成されたものとする。

【０００８】また、絶縁ガスとともに電気機器本体を収
納したタンクと、このタンク内に液状の冷却媒体を噴霧
する噴霧器と、電気機器本体の熱によって気化した冷却
媒体を液化させる凝縮器と、タンクの底部に配され液化
した冷却媒体を溜める液溜めと、この液溜めに溜まった
冷却媒体を途中に介装されたポンプによって噴霧器に案
内する送液管とにより構成される電気機器の異常を噴霧
器の噴霧異常により検知する装置であって、噴霧器がタ
ンク外部から給電リードを介して導かれる高周波電圧の
課電によって超音波振動を発生させる圧電素子を備え、
この圧電素子からの超音波振動を冷却媒体に加えること
によって冷却媒体を霧化させるものであり、噴霧器の圧
電素子へ送られる電気量を監視する電気量監視部が給電
リードの途中に介装されて圧電素子に流れる電流、圧電
素子にかかる電圧、又は圧電素子の消費する電力のいず
れかを検知する電気量検知センサと、この電気量検知セ
ンサの出力信号レベルが設定レベル以下のときに報知信
号を出力する電気量判定部と、この電気量判定部の出力
信号を受け圧電素子に印加される電圧が不足しているこ
とを表示する電気異常表示部とにより構成されたものと
する。

【０００９】さらに、絶縁ガスとともに電気機器本体を
収納したタンクと、このタンク内に液状の冷却媒体を噴
霧する噴霧器と、電気機器本体の熱によって気化した冷
却媒体を液化させる凝縮器と、タンクの底部に配され液
化した冷却媒体を溜める液溜めと、この液溜めに溜まっ
た冷却媒体を途中に介装されたポンプによって噴霧器に
案内する送液管とにより構成される電気機器の異常を噴
霧器の異常噴霧により検知する装置であって、噴霧器が
タンク外部から給電リードを介して導かれる高周波電圧
の課電によって超音波振動を発生させる圧電素子を備
え、この圧電素子からの超音波振動を冷却媒体に加える
ことによって冷却媒体を霧化させるものであり、噴霧器
の圧電素子が起こす振動の大きさを監視する振動量監視
部が、噴霧器に取付けられて超音波振動の大きさを電気
信号に変換して出力する超音波センサと、この超音波セ
ンサの出力信号レベルが設定レベル以下のときに報知信
号を出力する振動量判定部と、この振動量判定部への出
力信号を受け圧電素子が起こす振動の大きさが不足して
いることを示す振動量異常表示部とにより構成されるも
のとする。

【００１０】かかる構成において、噴霧器へ送られる冷
却媒体の流量監視部が送液管の途中に介装されて冷却媒
体の単位時間あたりの流量を電気信号に変換して出力す
る流量センサと、この流量センサの出力信号レベルが設
定範囲から外れたときに報知信号を出力する流量判定部
と、この流量判定部の出力信号を受け冷却媒体の流量が
異常であることを表示する流量異常表示部とにより構成
されたものとする。

【００１１】

【作用】この発明の構成によれば、噴霧器へ送られる冷
却媒体の流量監視部が設けられたことにより、噴霧器が
タンク内のいずれの位置に設置されていても、噴霧器か
ら設定量の冷却媒体が正常に噴霧していることを、従っ
てまた噴霧器の異常噴霧をタンクの外部から検知し、電
気機器の異常と判断することができる。

【００１２】また、噴霧器が圧電素子を内蔵し、この圧
電素子の超音波振動により冷却媒体を霧化させるもので
ある場合、この圧電素子へ送られる電気量を給電リード
から監視する電気量監視装置が、あるいは、噴霧器の圧
電素子が起こす振動の大きさを監視する振動量監視部が
設けられたことにより、噴霧器がタンク内のいずれの位
置に報知されていても圧電素子に設定された値の高周波
電圧が印加され、冷却媒体の霧化に必要な大きさの振動
が発生していることを、また、冷却媒体を霧化させるた
めに設定された大きさの振動が実際に発生していること
をタンクの外部から検知することができる。 かかる構
成において、圧電素子の振動量検出に加えて噴霧器へ送
られる冷却媒体の流量監視部が設けられたことにより、
センシング項目が増え噴霧器の噴霧状態をタンクの外部
から確実に検知することができる。

【００１３】

【実施例】以下この発明を実施例に基づいて説明する。
図１はこの発明の実施例にかかるミスト冷却式電気機器
の異常検知装置の構造を示す断面図であり、覗き窓の代
わりに流量監視部１４が設けられている。この流量監視
部１４は、流量センサ１１と流量判定部１２と流量異常
表示部１３とにより構成され、その他の構成は、図６で
示した従来の装置と同じである。同じ部分には同一参照
符号を用いることにより詳細な説明は省略する。

【００１４】図１において、流量センサ１１は送液管１
０の途中に介装され、噴霧器１へ送られる冷却媒体８の
単位時間あたりの流量をその大きさに比例する電気信号
１１Ｓに変換して出力する。流量判定部１２は、流量セ
ンサ１１の出力信号１１Ｓを受け、信号１１Ｓのレベル
が設定範囲から外れたときに報知信号１２Ｓを出力す
る。流量異常表示部１３は、流量判定部１２の出力信号
１２Ｓを受け冷却媒体８の流量が異常であることを表示
する。流量センサ１１は一般に市販されている液体用の
ものが用いられ、流量異常表示部１３は、例えば警報ブ
ザーや警報ランプ、又は表示画面などによって装置が異
常であることを表示する。噴霧器１自体が破損や目詰ま
りを起こしていたり、タンク３内部で送液管１０が液漏
れを起こすと、送液ポンプ９の負荷が変化するので送液
管１０内の流量が変化する。正常に噴霧が行われるため
には、冷却媒体８の流量は常時一定でなければならな
い。流量センサ１１の出力信号１１Ｓを常時監視するこ
とは噴霧器１の噴霧異常を検知する上で非常に有効であ
る。

【００１５】図２はこの発明の異なる実施例にかかるミ
スト冷却式電気機器の異常検知装置の構成を示す断面図
であり、電気量監視部２０が設けられている。噴霧器２
１は、タンク３外部に設けられた発振器１５により発生
する高周波電圧を貫通端子２２を通過してタンク２内に
引き込まれる給電リード１６を介して受けることによっ
て冷却媒体８を霧化させるタイプのものである。また、
電気量監視部２０は、電気量検知センサ１７と電気量判
定部１８と流量異常表示部１９とにより構成され、その
他の構成は図１と同じである。

【００１６】図３は図２の噴霧器２１の詳細構造を示す
断面図である。図３において軸中心に冷却媒体の流れ８
Ｃを通す穴３６Ａの貫通する振動ノズル３６がクッショ
ン３５Ａ，３５Ｂを介してハウジング３２に支えられて
いる。振動ノズル３６のフランジ部３６Ｂは円板状の圧
電素子３８が接して配されている。この圧電素子３８は
電極３９Ａ，３９Ｂによって挟持されている。さらに、
電極３９Ｂは円筒状のバランサー４５を保持するととも
に電極３９Ａ，３９Ｂにはそれぞれリード線３１，アー
ス線３７が接続されている。リード線３１は貫通端子３
３を介して図２で示された発振器１５へ導かれ、アース
線３７はハウジング３２に留められたアース端子３４に
接続されている。

【００１７】図３において圧電素子３８に高周波電圧を
印加すると、圧電素子３８は軸方向に超音波振動を起こ
し、振動ノズル３６が振動をはじめる。それに伴って、
振動ノズル３６内の冷却媒体の流れ８Ｃが振動を受ける
ので、振動ノズル３６の出口先端（図３の左側）から冷
却媒体が霧２となって噴出する。バランサー４５は振動
ノズル３６に安定した超音波振動を与えるための重りで
ある。図３の噴霧器は、いわゆる超音波ノズルと称され
るものであり一般に市販されており、細かい粒子径の霧
２を発生させることができる。また、その粒子径は高周
波電圧の周波数によって調整することができ、高い周波
数の場合ほど霧２の粒子径が小さくなる。例えば、印加
電圧が５０ｋＨｚないし１００ｋＨｚの周波数の場合、
粒子径が５０μｍないし２０μｍの霧２を発生させるこ
とができる。このように小さい粒子径の霧２は、タンク
内部を浮遊し続けることができ、電気機器本体の全表面
に内部の入り組んだ場所も含めて冷却媒体を到達させる
ことができる。

【００１８】図２に戻り、電気量検知センサ１７は変流
器であり発信器１５から給電リード１６を介して圧電素
子に流れる高周波電流を検出してその信号１７Ｓを電気
量判定部１８に送る。電気量判定部１８は、信号１７Ｓ
を受け、そのレベルが設定レベル以下のときに報知信号
１８Ｓを出力する。電気量異常表示部１９は信号１８Ｓ
を受け噴霧器２１の圧電素子が霧化に必要な大きさの振
動をしてないことを表示する。正常な噴霧が行われるた
めには、圧電素子の発生する振動の大きさが一定でなけ
ればならない。電気量検知センサ１７の出力信号１７Ｓ
を常時監視することは、噴霧器２１の噴霧異常を検知す
る上で非常に有効である。

【００１９】なお、図２の電気量検知センサ１７は電流
センサであるが、圧電素子に印加される高周波電圧を検
知する電圧センサ、又は圧電素子の消費する高周波電力
センサでもよく、これらのセンサはいずれも一般に市販
されている。すなわち、電流、電圧、電力などいずれの
電気量であっても予め設定された値以下であれば、圧電
素子は正常な大きさの振動を起こさなくなる。

【００２０】図４はこの発明のさらに異なる実施例にか
かるミスト冷却式電気機器の異常検知装置の構成を示す
断面図であり、振動量監視部２７が設けられている。こ
の振動量監視部２７は、超音波センサ２４と振動量判定
部２５と振動量異常表示部２６とにより構成され、その
他の構成は図２と同じである。超音波センサ２４は噴霧
器２１のハウジング３２（図３）に接触して取り付けら
れ、内蔵の圧電素子から伝播して来る超音波振動の大き
さを電気信号２４Ｓに変換し、貫通端子２３を通過する
検出線２９を介してタンク３の外部へ出力する。振動量
判定部２５は信号２４Ｓを受け、信号２４Ｓのレベルが
設定レベル以下のときに報知信号２５Ｓを出力する。さ
らに振動量異常表示部２６が信号２５Ｓを受け、噴霧器
２１の振動の大きさが不足していることを表示する。

【００２１】超音波センサ２４は、いわゆる超音波マイ
クロホンであり、これも圧電素子を内蔵している。この
圧電素子は図３の圧電素子３８と本質的には同様のもの
であるが、機械的な振動を受けることによって電気信号
を出力するように構成され、圧電素子３８の逆の性質を
利用したものである。図４において噴霧器２１の支持部
は図示されないが、噴霧器２１のハウジングはタンク３
および送液管１０に図示されていないクッションを介し
て支持されている。正常な噴霧が行われるためには、噴
霧器２１内蔵の圧電素子が発生する振動の大きさが一定
でなければならない。超音波センサ２４の出力信号２４
Ｓを常時監視することは、噴霧器２１の噴霧異常を検知
する上で非常に有効である。

【００２２】図５はこの発明のさらに異なる実施例にか
かるミスト冷却式電気機器の異常検知装置の構成を示す
断面図である。噴霧器２１に対して、流量監視部１４、
電気量監視部２０、および振動量監視部２７が設けら
れ、その他の構成は図４のそれと同じである。噴霧器２
１に送られる冷却媒体８の流量、給電リード１６を介し
て噴霧器２１に送られる高周波電圧、および噴霧器２１
自体の起こす振動の大きさがすべて同時に監視されてい
る。センシングの項目を増すことによって、噴霧器２１
の異常をタンク３の外部から確実に報知することができ
る。例えば、冷却媒体８の流量監視だけの場合、図１の
噴霧器１のように超音波振動させないタイプのものはそ
の異常を検知することができるが、図５のような噴霧器
２１は冷却媒体８が流入して来ても超音波振動していな
ければ霧２には決してならない。前述のようにタンク３
内部は全く見えないので、噴霧器２１の監視部の種類は
できるだけ多い方が有効である。

【００２３】なお、図１ないし図５の実施例ではいずれ
も単一の噴霧器が配された場合を示したが、噴霧器が複
数配されている場合は、それぞれに監視部を設けてその
異常監視をすることができる。この発明における監視部
は噴霧器がタンク内のいずれの位置に設置されていても
その噴霧状態を常時監視することができる。

【００２４】

【発明の効果】この発明は前述のように、流量監視部、
電気量監視部、又は振動量監視部が設けられたことによ
り、噴霧器がいずれの場所に設置されても、その噴霧異
常をタンク外部から検知することができるようになっ
た。しかも、いずれの監視部も異常表示部が備えられて
いるので常時監視が可能であり、電気機器本体を包む霧
が何時に不足しても直ちに検出することができ、重大事
故を避けることができる。

【００２５】上記の監視部は噴霧器の設置台数が増加し
ても取り付け可能であり、また、監視部の種数も増や
し、冷却媒体の流量と噴霧器の振動の大きさを同時に監
視することにより噴霧異常検知の信頼性を高めることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例にかかるミスト冷却式電気機
器の異常検知装置の構成を示す断面図

【図２】この発明の異なる実施例にかかるミスト冷却式
電気機器の異常検知装置の構成を示す断面図

【図３】図２の噴霧器の詳細構造を示す断面図

【図４】この発明のさらに異なる実施例にかかるミスト
冷却式電気機器の異常検知装置の構成を示す断面図

【図５】この発明のさらに異なる実施例にかかるミスト
冷却式電気機器の異常検知装置の構成を示す断面図

【図６】従来のミスト冷却式電気機器の異常検知装置の
構成を示す断面図

【符号の説明】

１，２１：噴霧器、２：霧、３：タンク、４：凝縮器、
５：絶縁ガス、６：電気機器本体、７：液溜め、８：冷
却媒体、９：送液ポンプ、１０：送液管、１１：流量セ
ンサ、１２：流量判定部、１３：流量異常表示部、１
４：流量監視部、１５：発信器、１６：給電リード、１
７：電気量検知センサ、１８：電気量判定部、１９：電
気量異常表示部、２０：電気量監視部、２２，２３，３
３：貫通端子、２４：超音波センサ、２５：振動量判定
部、２６：振動量異常表示部、２７：振動量監視部、２
９：検出線、３８：圧電素子、３９Ａ，３９Ｂ：電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡邉 耕司 愛知県名古屋市中村区名駅一丁目１番４号 東海旅客鉄道株式会社内 (72)発明者 仲神 芳武 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 渡辺 俊英 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 岡本 行夫 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁ガスとともに電気機器本体を収納した
   タンクと、このタンク内に液状の冷却媒体を噴霧する噴
   霧器と、電気機器本体の熱によって気化した冷却媒体を
   液化させる凝縮器と、タンクの底部に配され液化した冷
   却媒体を溜める液溜めと、この液溜めに溜まった冷却媒
   体を途中に介装されたポンプによって噴霧器に案内する
   送液管とにより構成される電気機器の異常を噴霧器の噴
   霧異常により検知する装置であって、噴霧器へ送られる
   冷却媒体の流量監視部が送液管の途中に介装されて冷却
   媒体の単位時間あたりの流量を電気信号に変換して出力
   する流量センサと、この流量センサの出力信号レベルが
   設定範囲から外れたときに報知信号を出力する流量判定
   部と、この流量判定部への出力信号を受け冷却媒体の流
   量が異常であることを表示する流量異常表示部とにより
   構成されたことを特徴とするミスト冷却式電気機器の異
   常検知装置。
2. 【請求項２】絶縁ガスとともに電気機器本体を収納した
   タンクと、このタンク内に液状の冷却媒体を噴霧する噴
   霧器と、電気機器本体の熱によって気化した冷却媒体を
   液化させる凝縮器と、タンクの底部に配され液化した冷
   却媒体を溜める液溜めと、この液溜めに溜まった冷却媒
   体を途中に介装されたポンプによって噴霧器に案内する
   送液管とにより構成される電気機器の異常を噴霧器の噴
   霧異常により検知する装置であって、噴霧器がタンク外
   部から給電リードを介して導かれる高周波電圧の課電に
   よって超音波振動を発生させる圧電素子を備え、この圧
   電素子からの超音波振動を冷却媒体に加えることによっ
   て冷却媒体を霧化させるものであり、噴霧器の圧電素子
   へ送られる電気量を監視する電気量監視部が給電リード
   の途中に介装されて圧電素子に流れる電流、圧電素子に
   かかる電圧、又は圧電素子の消費する電力のいずれかを
   検知する電気量検知センサと、この電気量検知センサの
   出力信号レベルが設定レベル以下のときに報知信号を出
   力する電気量判定部と、この電気量判定部の出力信号を
   受け圧電素子に印加される電圧が不足していることを表
   示する電気量異常表示部とにより構成されたことを特徴
   とするミスト冷却式電気機器の異常検知装置。
3. 【請求項３】絶縁ガスとともに電気機器本体を収納した
   タンクと、このタンク内に液状の冷却媒体を噴霧する噴
   霧器と、電気機器本体の熱によって気化した冷却媒体を
   液化させる凝縮器と、タンクの底部に配され液化した冷
   却媒体を溜める液溜めと、この液溜めに溜まった冷却媒
   体を途中に介装されたポンプによって噴霧器に案内する
   送液管とにより構成される電気機器の異常を噴霧器の異
   常噴霧により検知する装置であって、噴霧器がタンク外
   部から給電リードを介して導かれる高周波電圧の課電に
   よって超音波振動を発生させる圧電素子を備え、この圧
   電素子からの超音波振動を冷却媒体に加えることによっ
   て冷却媒体を霧化させるものであり、噴霧器の圧電素子
   が起こす振動の大きさを監視する振動量監視部が、噴霧
   器に取付けられて超音波振動の大きさを電気信号に変換
   して出力する超音波センサと、この超音波センサの出力
   信号レベルが設定レベル以下のときに報知信号を出力す
   る振動量判定部と、この振動量判定部の出力信号を受け
   圧電素子が起こす振動の大きさが不足していることを示
   す振動量異常表示部とにより構成されることを特徴とす
   るミスト冷却式電気機器の異常検知装置。
4. 【請求項４】請求項２又は３記載のものにおいて、噴霧
   器へ送られる冷却媒体の流量監視部が送液管の途中に介
   装されて冷却媒体の単位時間あたりの流量を電気信号に
   変換して出力する流量センサと、この流量センサの出力
   信号レベルが設定範囲から外れたときに報知信号を出力
   する流量判定部と、この流量判定部の出力信号を受け冷
   却媒体の流量が異常であることを表示する流量異常表示
   部とにより構成されたことを特徴とするミスト冷却式電
   気機器の異常検知装置。