JPH0774764B2

JPH0774764B2 - 過熱検出装置

Info

Publication number: JPH0774764B2
Application number: JP63254494A
Authority: JP
Inventors: 貞喜向井; 学浅田; 秀之吉村; 義久田中; 渡辺　　勝
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1988-09-05
Filing date: 1988-10-08
Publication date: 1995-08-09
Anticipated expiration: 2010-08-09
Also published as: JPH02161326A

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野この発明は、過熱検出装置に関する。さらに詳しくは、
各種電気機器内、ことに閉鎖型配電盤、GIS等のような
高電圧回路を内蔵した電気機器内で生じうる局所過熱の
検出に適した過熱検出装置に関する。

（ロ）従来の技術閉鎖型配電盤のような高電圧回路を内蔵した電気機器内
においては、回路の組立不良、接続不良等あるいは回路
系内の絶縁性劣化に起因する局部加熱現象が生じて種々
の電気的トラブルや短絡事故を引き起こす虞れがある。

このような電気的トラブルや短絡事故を防止するために
は、局部加熱現象の発生を迅速に検知する必要があり、
各種熱センサ、例えば、赤外線センサ、サーモカメラ、
熱電対、サーミスタ等を用いて局部加熱（過熱）の有無
をモニターすることが考えられる。

しかし、赤外線センサやサーモカメラは経済性の面で適
しておらず又、熱電対、サーミスタ等はそれ自体電気的
検出装置であるため、これ自体の絶縁を考慮する必要が
あったり、専用の配線が必要となる等、配電盤内に内蔵
することは好ましくない。

そこで、非電気的な検出装置として、過熱時に溶融した
り開放される容器内にハロゲン化炭化水素のようなガス
を封入して配電盤内に配置し、過熱時に該容器から放出
されるガスを、ガスセンサで検出して間接的に過熱を検
知する方法も検討されている。

（ハ）発明が解決しようとする課題しかしながら、上記検出方法を適用する場合、配電盤内
の空間的制限のため、ガスを封入した容器はできるだけ
小型化する必要がある。従って、検出至適濃度のガスを
配電盤空間内に放出させるためには、容器内にガスをか
なり高圧に封入する必要があり、かかる封入操作は極め
て困難であった。また、前記したハロゲン化炭化水素の
ようなガスは、それ自体有害物質であるため、公害面か
らその使用は好ましくない。

この点に関し、本発明者らは、ガスの代わりに有機酸を
封入した熱溶融性プラスチック容器を炭酸アルカリ塩粉
末を敷設した箱体内に配置してなる炭酸ガス発生式の検
出装置と、炭酸ガスセンサとを組み合わせて、過熱崩壊
時に有機酸と炭酸アルカリ金属塩との反応により生じる
炭酸ガスを検出して過熱現象を検知するシステムを先に
提案している。

しかし、かかるシステムにおいては、炭酸ガスの発生速
度が比較的緩和であるため迅速な応答を得ることが困難
である。また、炭酸ガスは、大気中で300〜400ppm、室
内で600〜800ppm存在するためこれが大きなバックグラ
ウンドとなって、明確な検出のためには少なくとも500p
pm以上の濃度増加に見合う炭酸ガスを発生させる必要が
あり、用いる有機酸や炭酸塩の必要量も多く、検出装置
を小型化することが困難であるという問題がある。さら
に加え、反応剤として用いる炭酸アルカリ塩はそれ自
体、カサ比重が大きいためこれを収納する箱体自体も比
較的容量の大きなものが必要であるという不都合もあっ
た。

この発明はかかる状況下になされたものであり、ことに
小型化に適し、過熱検出を安全かつ迅速に行うことがで
きかつ経済性にも優れた過熱検出装置を提供しようとす
るものである。

（ニ）課題を解決するための手段かくしてこの発明によれば、イオン化傾向が水素よりも
大きな金属粉末を底部に導入してなる通気性の箱体内
に、無機酸水溶液を貯留した密封容器と、所定の温度以
上で自己変形して該密封容器に応力を加えてこれを破壊
し、内部の無機酸水溶液を上記金属粉末上に放出しうる
容器破壊手段を設け、上記無機酸水溶液と金属粉末との
反応により水素ガスを発生させる過熱検出装置が提供さ
れる。

上記イオン化傾向が水素よりも大きな金属粉末としては
種々のものが適用可能であるが、安定性、取扱い容易性
等の点で、アルミニウム、亜鉛、鉄、ニッケル、スズ等
の粉末が適している。粉末の粒径はとくに限定されてお
らず粒状のものを用いてもよく、又粒状と粉末の組み合
せも可能である。

一方、この発明に用いる通気性の箱体としては、上記金
属粉末及び密封容器を収容できる空隙を有し、かつ通気
性を有するものが用いられ、通常、上部開放の本体と、
単数又は複数の通気口を有する蓋体とを組み合わせて構
成するのが適している。ただし、通気口には無機酸ミス
トの飛散防止用のフィルターが張設されていてもよく、
このフィルターとしてはロ紙、メンブランフィルター、
不織布等が適している。なお、かかる箱体は耐熱性、耐
衝撃性を有する材料で構成するのが適しており、通常、
金属又は耐熱性プラスチックで構成するのが適してい
る。

この発明に用いる無機酸水溶液としては、塩酸、硫酸、
硝酸及びこれらの混合酸水溶液が適しており、これ以外
にリン酸、クロム酸、ケイ酸等の水溶液も使用可能であ
る。また、これら水溶液の酸濃度はとくに限定されない
が、ことに硫酸のような酸化性酸を用いる場合には３〜
18規定のものを用いるのが適している。なお、これらの
水溶液中には、金属との水素発生反応を促進しうる添加
剤、例えば、硫酸銅が配合されていてもよい。

かかる無機酸水溶液を封入する容器は、後述する容器破
壊手段によって容易に破壊される材質及び厚みの部材で
構成され、具体的にはガラス製容器、合成樹脂製容器又
は金属製容器を適用することができる。通常、封入操作
の容易性や破壊容易性等の点でガラス製容器又は合成樹
脂製容器を用いるのが適している。また、容器形状もと
くに限定はされないが、破壊性の点で筒状のものが適し
ており、とくに破壊中心位置にくびれ、溝、切れ目等の
応力集中部位を有するものを用いてもよい。

この発明における容器破壊手段としては、所定の温度下
で作動して上記密封容器を破壊する手段が用いられる。
かかる容器破壊手段としては、電気的制御による作動で
はなく部材自体の熱変形に基づいて直接又は間接的に容
器を破壊しうる事故変形性材を用いたものが好ましく、
例えば、形状記憶合金やバイメタルを用いた破壊手段が
適している。ことに形状記憶合金を上記封入容器と一体
化又は近接配置し、所定温度での形状記憶合金の変形に
より容器が破壊されるように構成するのが構造の簡略化
ひいては装置の小型化の点で好ましい。例えば、円筒形
状の密封容器を用いた場合には、加熱時に屈曲する偏平
状、棒状の形状記憶合金を容器長手方向に配設したり、
加熱時に収縮するリング状の形状記憶合金に容器を挿入
配置したり、伸長しうる棒状の形状記憶合金を容器に隣
接固定することにより構成することができる。なお、形
状記憶合金は、種々のものが適用できるが、Ni−Ti合金
系やCu−Zn−Al合金系のものが適している。

なお、このような自己変形材料を容器破壊手段として用
いる場合には、容器破壊をより円滑化するためにこの自
己変形材料を付設した側面と反対側の箱体の内壁に適当
な突状体を形設又は配設することが好ましい。かかる突
状体としては、突起、突条、棒状体のいずれでもよく、
また断面先端鋭利なものであっても平滑なものであって
も、湾曲したものであってもよく、少なくとも容器側面
の一部に応力が集中できる支点構造を構成するものであ
ればよい。かかる突状体を容器破壊手段の一部として用
いた場合には、とくに容器にくびれ等の応力集中部位を
設けることなく容器全体の破壊を効率良く行わせること
ができ、この発明の一つの好ましい態様である。

かかるこの発明の過熱検出装置において、上記密封容器
の容量はとくに限定されないが、例えば、3ml程度の内
容量のものを適用することができる。また、箱体内に導
入する金属粉末の量も必要に応じて増減できるが、通常
1g程度とするのが適している。

この発明の過熱検出装置は、例えば、配電盤内の過熱の
虞れのある導体部材に近接して配設され、必要に応じて
複数配設して用いられる。そして過熱時に発生する水素
ガスの検出は適当な水素ガス検出器、例えば、半導体式
水素ガスセンサを用いて行われる。水素ガスはそれ自体
軽量のガスであるため、発生後に上方へ逸散する。従っ
て、上記水素ガス検出器は過熱検出装置の配設位置より
も上方でかつ過熱が生じうる高圧回路や導体と隔離して
配設するのが適している。

第１図は、この発明の過熱検出装置の一具体例を示すも
のである。ここで過熱検出装置１は、亜鉛粉末３を底部
に導入してなる上部開放の箱本体（2;ステンレス製）内
に、中央に括れを有し内部に無機酸水溶液を密封した円
筒状のガラスアンプル（5;ガラス容器）を横向けに収納
し、多数の通気口41を有する箱蓋体４で上部を接着によ
り閉鎖してなる。そして、ガラスアンプル５上側面側に
は、針金からなる固定バンド７によって、直方形状の形
状記憶合金６が固定されている。この形状記憶合金板は
100℃以上の温度においてＶ字状に屈曲するよう加工さ
れたNi−Ti合金からなるものである。屈曲温度は、Ni−
Tiの合金組成及び熱処理温度を調整することにより０〜
150℃の間で適宜決定することができる。なお、71はガ
ラスアンプルを溶融封止した封止端を示すものである。
また、図示しないが、箱本体２内の空隙には、ガラスア
ンプルを静置させ、かつガラスアンプル破壊時の酸ミス
ト飛散防止のための不織布が充填されている。

かかる過熱検出装置１において、外部過熱により形状記
憶合金板６の温度が100℃を越えた場合に、該合金板６
は迅速にＶ字状に屈曲するが、これによる応力がガラス
アンプルの括れ部に加わって第２図に示されるようにガ
ラスアンプルが中央で破壊され、内部の無機酸水溶液が
箱体内に放出されて亜鉛粉末と反応し、水素ガスが発生
する。この水素ガスは通気口41を通じて上方へ逸散する
ため、この水素ガスを検出することにより、過熱が検知
されることとなる。

なお、上記のごときＶ字型に屈曲する形状記憶合金板を
用いた場合には、その配設位置はガラスアンプルの上
方、下方、側方等種々の態様が考えられるが、ガラスア
ンプル内の無機酸水溶液を効率良く放出できる点で、上
方もしくは側方に配設構成するのが好ましい。

容器破壊手段として形状記憶合金を利用する場合、容器
との一体化は前述のごとく針金等の固定バンドで行うこ
とができるが、容器の機械的強度や表面平滑性等の点で
安定に固定することが困難な場合がある。このような場
合には、適当な治具を用いて容器と形状記憶合金を固定
することが望ましい。かかる治具の一例を第３図に、こ
の治具によりガラスアンプルと形状記憶合金板とを固定
した例を第４図に、かかる治具固定したガラスアンプル
を用いて構成した過熱検出装置を第５図に示した。ここ
で用いる治具は、第３図（イ）、（ロ）に示されるよう
に、ガラスアンプル５の端部挿入空隙と形状記憶合金６
の端部挿入空隙とを各々有する外形寸法の異なる２種類
の治具8,9からなる。ここで外形寸法の大きな治具９
は、箱体内に挿入されてガラスアンプル５、形状記憶合
金板６のみならずこれらと箱体とを固定するよう作用す
る。一方外形寸法の小さな治具８は、形状記憶合金板６
の屈曲に従って箱体内で移動する可動治具を構成する。

このような治具を用いて箱体内にガラスアンプル５を収
納してなる過熱検出装置１′において、過熱による形状
記憶合金６の屈曲が生じると、第５図（ロ）に示すごと
く治具８が上方に傾斜移動し、これに伴う応力によって
ガラスアンプル５が破壊されて、前記と同様に水素ガス
を発生するに至る。

また、第７図（イ）はこの発明の他の過熱検出装置を示
すものであり、第７図（ロ）はそのＡ−Ａ線断面図であ
る。この過熱検出装置は、図に示すごとく、箱本体２と
箱蓋体４で構成された箱体内に、くびれを有していない
無機酸水溶液封入の筒状ガラスアンプル５を収納しその
底部に亜鉛粉末３を導入してなる。そして、箱体内の一
側面側にはＶ字状に屈曲するよう加工された直方形状の
形状記憶合金板６がガラスアンプル５と接するように配
設されており、他の側面側の中央には金属棒状体からな
る突条10が垂直に配設されてなる。かかる過熱検出装置
１においては前述と同様に加熱による形状記憶合金板６
の屈曲によってガラスアンプル５が破壊されて無機酸水
溶液が容器底部に放出されるが、突条10の存在によりガ
ラスアンプル５の破壊はより円滑かつ全体に亘って行わ
れ、それにより過熱検出もより迅速に行われることとな
る。

なお、上記具体例では、ステンレス製の箱を用いた例を
示したが、合成樹脂製箱も好適に用いることができる。
ことに、上記のごとく形状記憶合金板と組み合わせる場
合には、熱導伝性の良好な合成樹脂製箱を用いるのが、
過熱時の形状記憶合金板の迅速な温度上昇ひいては迅速
な過熱検出を行う点で好ましい。かかる合成樹脂材とし
ては、通常の使用環境から、150〜170℃迄の耐熱性を有
するものが適しており、例えばポリアミド、ポリブチレ
ンテレフタレート（PBT）、ポリエチレンテレフタレー
ト（PET）、ポリスルホン等が適しており、これらがさ
らに放射線照射処理により架橋化されたものやガラス繊
維強化されたものを用いてもよい。かかる合成樹脂材
に、チッ化ホウ素（BN）や酸化アルミニウム（Al₂O₃）
のような充填材を混合（通常、20〜50重量％）した複合
樹脂材を用いると熱伝導率をさらに向上することができ
ると共にさらに容器の絶縁性も向上することができる点
で好ましい。かかる充填材を混合することによる絶縁抵
抗と熱伝導率の変化を下表に示す。表中充填材の添加量
はいずれも45重量％である。

例えば、ガラス繊維30重量％で補強したナイロン製の箱
を適用すると共に変位温度105℃の形状記憶合金板を組
み合わせて第１図のごとき装置を構成し、ホットプレー
ト上に載置して過熱した場合、ホットプレートが171℃
を示した際にガラスアンプルが破壊されるのに対し、ガ
ラス繊維15重量％、チッ化ホウ素40重量％を含有するナ
イロン製の容器を適用した場合、ホットプレートが145
℃を示した際にガラスアンプルが破壊され、より迅速に
過熱検知が行えることも確認されている。

（ホ）実施例実施例１この発明の過熱検出器を用いて過熱検出試験を行った。
過熱検出器は、第３図に示すごとき治具を用いたもので
あり、具体的寸法はl₁＝14mm、l₂＝17.0mm、m₁＝17mm、
m₂＝19.0mmであった。そしてこれら治具間に、中央に括
れ状の凹部を有する長さ38mm、外径14mmガラスアンプル
（飽和量の銅イオンを含有する6N−H₂SO₄を1.2ml封入）
と、厚み1.5mm、幅10mm、長さ38mmの形状記憶合金板
（記憶形状はＶ字状；変位温度105℃）とを挟持し、こ
れを亜鉛粉末（和光純薬製）1.5gを散布した上部開放箱
本体内に装着し、次いで口径約2mmの通気口を有する蓋
体で上部を閉鎖（接着剤使用）することにより構成した
第５図（イ）に示すごとき装置を用いた。

かかる過熱検出装置をホットプレート上に載置し、これ
を配電盤を想定した試験箱（2600×2300×1200mm）内の
底部付近に導入し、上部に半導体型水素ガスセンサ（型
番TG−821;フィガロ技研（株））の検出部を固定した状
態で、ホットプレートを過熱して水素ガスセンサの出力
をモニターした。

ホットプレートの温度が130℃に上昇した後、約10秒後
に形状記憶合金の屈曲によるガラスアンプルの破壊（第
５図（ロ）参照）が行われ、水素ガスセンサの出力を著
しく上昇した。この際のセンサ出力（３回実施）を第６
図に示した。

このように、この発明の過熱検出装置によれば、水素ガ
スの発生に基づいて迅速に過熱を検知することができ
る。

実施例２ 6N−H₂SO₄3.3ml（飽和量の銅イオン含有）を封入したガ
ラスアンプル（内径12mm、長さ50mm）に実施例１と同様
な形状記憶合金板（変位温度105℃）を針金により固定
し、亜鉛粉末5gを導入した箱体内に装着することによ
り、第１図に示すごときこの発明の過熱検出装置を得
た。

これを実施例１と同様にして試験したところ、ホットプ
レートが140℃に到達した時に、ガラスアンプルが破壊
され、水素ガスが検出されることが確認された。

実施例３ 6N−H₂SO₄1.2ml（飽和量の銅イオン含有）を封入したガ
ラスアンプル（内径12mm、長さ32mm）と厚み1.5mm、幅1
2mm、長さ32mmの形状記憶合金板（変位温度105℃）及び
亜鉛粉末1.5gを装着することにより、第７図（イ）
（ロ）に示すごときこの発明の過熱検出装置を得た。

これを実施例１と同様にして試験したところ、ホットプ
レートが132℃に到達した時に、第７図（ハ）に示すよ
うにガラスアンプルが破壊され、水素ガスが検出される
ことが確認された。

（ヘ）発明の効果この発明の過熱検出装置によれば、電気機器、ことに高
電圧回路を内蔵した配電盤のような電気機器内の過熱を
迅速に検知することができる。

ことに無機酸と金属との反応により発生する水素ガスを
指標として過熱を検出する装置であるため、炭酸ガスを
指標とするような装置に比して、バックグラウンドが小
さい（水素は空気中に微量しか存在しない）ため高感度
である。そして、直接指標用のガスを封入したものでな
いため、作製が容易であり、高感度であることも相俟っ
て小型化、軽量化も簡便に行える点でも極めて有用であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の過熱検出装置の一実施例を示す構
成説明図であり、第２図は第１図の過熱検出装置の過熱
検出状態を示す構成説明図、第３図（イ）、（ロ）は、
この発明の一実施例の過熱検出装置に用いる治具を例示
する斜視図、第４図は第３図（イ）、（ロ）の治具でガ
ラスアンプルと形状記憶合金板とを挟持した状態を示す
斜視図、第５図（イ）は第３図（イ）、（ロ）の治具を
用いて構成したこの発明の過熱検出装置を例示する図、
第５図（ロ）は、第５図（イ）の装置の過熱検出状態を
示す構成説明図、第６図はこの発明の過熱検出装置から
の水素ガス発生をセンサで検出した際の検出出力を示す
グラフ図、第７図（イ）は、この発明の他の過熱検出装
置を示す横断面図、第７図（ロ）は、第７図（イ）のＡ
−Ａ線断面図、第７図（ハ）は、同じく過熱検出状態を
示す第７図（イ）対応図である。１……過熱検出装置、２……箱本体、３……亜鉛粉末、４……箱蓋体、 41……通気口、５……ガラスアンプル、６……形状記憶合金板、７……固定バンド、 8,9……治具、10……突条。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田中義久京都府京都市右京区梅津高畝町47番地日新電機株式会社内 (72)発明者渡辺勝京都府京都市右京区梅津高畝町47番地日新電機株式会社内 (56)参考文献実開昭62−4845（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】イオン化傾向が水素よりも大きな金属粉末
を底部に導入してなる通気性の箱体内に、無機酸水溶液
を貯留した密封容器と、所定の温度以上で自己変形して
該密封容器に応力を加えてこれを破壊し、内部の無機酸
水溶液を上記金属粉末上に放出しうる容器破壊手段を設
け、上記無機酸水溶液と金属粉末との反応により水素ガ
スを発生させることを特徴とする過熱検出装置。
【請求項２】容器破壊手段が、形状記憶合金からなる請
求項１記載の過熱検出装置。
【請求項３】水素ガス検出器と組み合わせて用いられる
請求項１記載の過熱検出装置。