特開 2024-8434 静止誘導機器の放熱構造及び静止誘導機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024008434

(43)【公開日】2024-01-19

(54)【発明の名称】静止誘導機器の放熱構造及び静止誘導機器

(51)【国際特許分類】

   H01F 27/08 20060101AFI20240112BHJP

   H01F 27/20 20060101ALI20240112BHJP

   H05H 1/24 20060101ALI20240112BHJP

【ＦＩ】

H01F27/08 153

H01F27/20

H05H1/24

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022110313

(22)【出願日】2022-07-08

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和２年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、研究成果展開事業 研究成果最適展開支援プログラム「変圧器のコンパクト化を実現する次世代型放熱システムの研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】000006105

【氏名又は名称】株式会社明電舎

(71)【出願人】

【識別番号】504132881

【氏名又は名称】国立大学法人東京農工大学

(74)【代理人】

【識別番号】100086232

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 博通

(74)【代理人】

【識別番号】100092613

【弁理士】

【氏名又は名称】富岡 潔

(74)【代理人】

【識別番号】100104938

【弁理士】

【氏名又は名称】鵜澤 英久

(74)【代理人】

【識別番号】100210240

【弁理士】

【氏名又は名称】太田 友幸

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 泰久

(72)【発明者】

【氏名】西田 浩之

(72)【発明者】

【氏名】畑本 明彩未

(72)【発明者】

【氏名】大森 直毅

【テーマコード（参考）】

2G084

5E050

【Ｆターム（参考）】

2G084AA23

2G084CC20

2G084CC34

2G084DD01

2G084DD14

2G084DD22

5E050BA05

5E050CB05

(57)【要約】      （修正有）

【課題】冷却風の漏れやムラの発生を抑制して放熱器の冷却効率（熱伝達率）を向上させて小型化及び輸送費の削減を図る静止誘導機器の放熱構造及び静止誘導機器を提供する。
【解決手段】放熱構造１は、静止誘導機器の一態様である変圧器に備えられる放熱器３ａ～３ｄと、放熱器３ａ～３ｄに冷却風を供給するファン４と、放熱器３ａ～３ｄにおいて当該冷却風の噴流を発生させるプラズマアクチュエータ５と、を有する。放熱器３ａ～３ｄは、複数の板状の冷却パネル３１からなる。プラズマアクチュエータ５は、前記冷却風の流れに沿う冷却パネル３１の面における当該冷却風の上流側の縁部に複数配置される。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

静止誘導機器に備えられる放熱器と、
この放熱器に冷却風を供給するファンと、
前記放熱器において当該冷却風の噴流を発生させるプラズマアクチュエータと、
を有し、
前記放熱器は、複数の板状の冷却パネルからなり、
前記プラズマアクチュエータは、前記冷却風の流れに沿う前記冷却パネルの面における当該冷却風の上流側の縁部に複数配置されたこと
を特徴とする静止誘導機器の放熱構造。

【請求項2】

前記ファン及び前記プラズマアクチュエータは、前記放熱器の温度に基づき駆動制御されることを特徴とする請求項１に記載の静止誘導機器の放熱構造。

【請求項3】

静止誘導機器に備えられる放熱器と、
この放熱器において冷却風を発生させるプラズマアクチュエータと、
を有し、
前記放熱器は、複数の板状の冷却パネルからなり、
前記プラズマアクチュエータは、前記冷却風の流れに沿う前記冷却パネルの面において複数配置されたこと
を特徴とする静止誘導機器の放熱構造。

【請求項4】

前記プラズマアクチュエータは、前記冷却パネルの長手方向及び短手方向に複数配列されたことを特徴とする請求項３に記載の静止誘導機器の放熱構造。

【請求項5】

前記プラズマアクチュエータは、前記放熱器の温度に基づき駆動制御されることを特徴とする請求項３または４に記載の静止誘導機器の放熱構造。

【請求項6】

前記放熱器は、前記冷却風の流れ方向に複数並列に備えられたことを特徴とする請求項１または２に記載の静止誘導機器の放熱構造。

【請求項7】

前記放熱器は、前記冷却風の流れ方向に複数並列に備えられたことを特徴とする請求項３または４に記載の静止誘導機器の放熱構造。

【請求項8】

前記放熱器は、前記冷却風の流れ方向に複数並列に備えられたことを特徴とする請求項５に記載の静止誘導機器の放熱構造。

【請求項9】

請求項１または２に記載の放熱構造を有する静止誘導機器。

【請求項10】

請求項３または４に記載の放熱構造を有する静止誘導機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、変圧器やリアクトル等の静止誘導機器の冷却技術に係り、特に静止誘導機器の放熱構造に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的な静止誘導機器である変圧器で採用される放熱器とファンで構成されたものとしては、例えば、特許文献１に開示の風冷式の放熱器や特許文献２に開示の変圧器の冷却装置が挙げられる。また、これらの特許文献には風ガイドやダクトを有しないものの記載もある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平８－１８６０３１号公報

【特許文献2】実開昭５７－１８６００８号公報

【特許文献3】特開２０２０－２０５２１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１，２等の従来の放熱構造は、例えば図３（ａ）に示したように、冷却風の漏れやムラが発生する。

【0005】

本発明は、以上の事情を鑑み、変圧器等の静止誘導機器の放熱器において冷却風の漏れやムラの発生を抑制して放熱器の冷却効率（熱伝達率）を向上させて静止誘導機器の小型化及び輸送費の削減を図ることを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

そこで、本発明の一態様は、静止誘導機器に備えられる放熱器と、この放熱器に冷却風を供給するファンと、前記放熱器において当該冷却風の噴流を発生させるプラズマアクチュエータと、を有し、前記放熱器は、複数の板状の冷却パネルからなり、前記プラズマアクチュエータは、前記冷却風の流れに沿う前記冷却パネルの面における当該冷却風の上流側の縁部に複数配置された放熱構造である。

【0007】

本発明の一態様は、前記放熱構造において、前記ファン及び前記プラズマアクチュエータは、前記放熱器の温度に基づき駆動制御される。

【0008】

本発明の一態様は、静止誘導機器に備えられる放熱器と、この放熱器において冷却風を発生させるプラズマアクチュエータと、を有し、前記放熱器は、複数の板状の冷却パネルからなり、前記プラズマアクチュエータは、前記冷却風の流れに沿う前記冷却パネルの面において複数配置された放熱構造である。

【0009】

本発明の一態様は、前記放熱構造において、前記プラズマアクチュエータは、前記冷却パネルの長手方向及び短手方向に複数配列される。

【0010】

本発明の一態様は、前記放熱構造において、前記プラズマアクチュエータは、前記放熱器の温度に基づき駆動制御される。

【0011】

本発明の一態様は、前記放熱構造において、前記放熱器は、前記冷却風の流れ方向に複数並列に備えられる。

【0012】

本発明の一態様は、上記の放熱構造を有する静止誘導機器である。

【発明の効果】

【0013】

以上の本発明によれば、静止誘導機器の放熱器において冷却風の漏れやムラの発生が抑制されるので、放熱器の冷却効率が向上し、静止誘導機器の小型化及び輸送費の削減を図ることできる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施形態に係るプラズマアクチュエータの模式的な側面図。

【図2】（ａ）本発明の実施形態１における放熱構造のｘｚ軸平面図、（ｂ）当該放熱構造のｘｙ軸平面図、（ｃ）当該放熱構造の冷却パネルのヘッダ領域の拡大図。

【図3】（ａ）従来の放熱構造のｘｚ軸平面における冷却風の流速分布図、（ｂ）実施形態１の放熱構造のｘｚ軸平面における冷却風の流速分布図。

【図4】（ａ）実施形態１の放熱構造のｘｚ軸平面図、（ｂ）ファンのみを有する放熱構造のヘッダ付近のｘｙ軸断面における冷却風の流速分布図、（ｃ）実施形態１の放熱構造のヘッダ付近のｘｙ軸断面における冷却風の流速分布図。

【図5】本発明の実施形態２における放熱構造の冷却パネルのｘｚ軸平面図。

【図6】実施形態２の放熱構造のｘｚ軸平面における冷却風の流速分布図。

【図7】（ａ）従来の放熱構造を有する変圧器の斜視図、（ｂ）本発明の放熱構造を有する変圧器の斜視図。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下に、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

【0016】

本発明の実施形態に係るプラズマアクチュエータ５は、図１に示すように、互い違いの２枚の電極（表面側電極５１と裏面側電極５３）で誘電体５２を挟みこんだものであり、裏面側電極５３の誘電体５２との接触面以外の部分は、絶縁部５４により被覆されている。表面側電極５１と裏面側電極５３の２枚の電極間に数ｋＶ・数ｋＨｚの変動する交流電圧を交流電源５５により加えることで、誘電体５２の表面に放電を起こし、プラズマを発生させる。プラズマアクチュエータ５は、このプラズマの力で風を起こすものである。

【0017】

本発明を変圧器に適用した場合について説明するが、静止誘導機器としては、変圧器に限らず、例えばリアクトル等にも適用することも可能である。

【0018】

［実施形態１］
図２に示された実施形態１の放熱構造１は、図７に例示の変圧器２に備えられる放熱器３と、この放熱器３に冷却風を供給するファン４と、放熱器３において当該冷却風の噴流を発生させるプラズマアクチュエータ５と、を有する。

【0019】

放熱器３は、複数の冷却パネル３１を前記冷却風の流れ方向に複数並列に備えて成る。

【0020】

図２に例示の放熱器３は、ｚ軸方向に立設される長板状の冷却パネル３１がｙ軸方向にＮ枚配列されて成る。このＮ枚の冷却パネル３１は放熱器パイプ３２により連結されている。放熱器パイプ３２の近傍にはファン４とプラズマアクチュエータ５の駆動制御に供される放熱器３の温度を検出する図示省略の温度センサが備えられる。

【0021】

また、放熱器３は、ファン４の位置からｘ軸方向に複数列、例えば、４列に配置される。以下、ｘ軸方向の１列目、２列目、３列目、４列目の放熱器３を放熱器３ａ、放熱器３ｂ、放熱器３ｃ、放熱器３ｄと各々称する。

【0022】

ファン４は、放熱器３に近傍にて複数配置される。図示の態様においては、放熱器３の一端の近傍にファン４がｚ軸方向に複数配置される。

【0023】

プラズマアクチュエータ５は、前記冷却風の流れに沿う冷却パネル３１の面３０において、当該冷却風の風上側の縁部に沿って複数配置される。尚、プラズマアクチュエータ５は、冷却パネル３１の面３０に個別に配置されているが、冷却パネル３１毎に１枚のシートで構成して裏面側電極５３を１つの共通の要素とし、個々の表面側電極５１に交流電圧が印加されるように配線することも可能である。

【0024】

プラズマアクチュエータ５の電源は、ファン４または前記温度センサと共通に確保される。ファン４及びプラズマアクチュエータ５は、前記温度センサにより検出された放熱器３の温度若しくは温度を推定できるパラメータ（電流値等）に基づき駆動制御される。例えば、前記検出された温度が所定の温度となるまでプラズマアクチュエータ５のみが駆動し、当該所定の温度以上になるとファン４及びプラズマアクチュエータ５が同時に駆動する。

【0025】

図３，４を参照して本実施形態の作用効果について説明する。

【0026】

図３（ａ）は従来の放熱構造の中心部分ｘｚ軸平面における冷却風の流速分布を、同図（ｂ）は放熱器３とファン４を有する実施形態１の放熱構造１における中心部分ｘｚ軸平面における冷却風の流速分布を示す。本実施例の放熱器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、１９枚の冷却パネル３１を有し、９枚目と１０枚目の冷却パネル３１の間についての流体解析が行われた。

【0027】

図４（ａ）は実施形態１における放熱構造のｘｚ軸平面図である。同図（ｂ）はファン４のみを有する放熱構造１のヘッダ付近（上部側のファン４の中心部位）ｘｙ軸断面における冷却風の流速分布図である。同図（ｃ）は実施形態１の放熱構造１の同ｘｙ軸断面における冷却風の流速分布図である。

【0028】

図３，４の結果から明らかなように、プラズマアクチュエータ５を有していない従来の放熱構造１の放熱器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄにおいては、ファン４からの冷却風が当たっていない部分が存在する。また、放熱器３の上部から前記冷却風が漏れる。さらに、ファン４から遠方（最下流側）の冷却風が弱くなる。また、放熱器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの冷却パネル３１同士の隙間から前記冷却風が漏れる。

【0029】

これに対してプラズマアクチュエータ５を有する実施形態１の放熱構造１によれば、冷却パネル３１の冷却面積が増加する。また、放熱器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの上部からの冷却風の漏れが低減する。さらに、ファン４から遠方（最下流側）の冷却風の流速が強くなる。そして、放熱器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの冷却パネル３１同士の隙間でのファン４の冷却風の漏れが低減する。また、放熱器３の温度に基づきファン４及びプラズマアクチュエータ５を駆動制御することで、ファン４及びプラズマアクチュエータ５の運転コストの低減を図ることができる。

【0030】

したがって、図７（ｂ）の実施形態１の放熱構造１によれば、同図（ａ）の従来の放熱構造と比較して、熱伝達率が向上（上記の実施例では熱伝導率が２０％向上）し、放熱構造１及び変圧器２を備えた製品の小型化を図ることができる。特に、同図（ｂ）に示すように、冷却パネル３１の枚数の削減等による水平方向の矢印で示す縮小化、冷却のため油量の削減などによる冷却パネル３１等のサイズの縮小等による垂直方向の矢印で示す縮小化が図れる。そして、これにより、変圧器２の輸送制限以内のサイズで出荷でき輸送費を削減できる。よって、変圧器２の解体コスト、輸送コスト並びに現地組み立てコストの低減及び工期の短縮化する。

【0031】

尚、実施形態１は、放熱器３に横付けされたファン４により冷却風が水平に供される態様となっているが、放熱器３の下方にファン４を備えて冷却風が鉛直に供される態様も可能である。

【0032】

［実施形態２］
図５に示された実施形態２の放熱構造１において、実施形態１において、ファン４を有していない態様となっている。すなわち、変圧器２に備えられる放熱器３と、この放熱器３において冷却風を発生させるプラズマアクチュエータ５と、を有する。

【0033】

プラズマアクチュエータ５は、このプラズマアクチュエータ５により生じる冷却風が長手方向（冷却パネル３１の下方から上方）の流れとなるように冷却パネル３１に複数配置される。特に本態様のプラズマアクチュエータ５は、冷却パネル３１の長手方向及び短手方向に複数配列されている。

【0034】

尚、プラズマアクチュエータ５は、冷却パネル３１の面３０に個別に配置されているが、短手方向で（図５では３つ）１枚のシートで構成して裏面側電極５３を１つの共通の要素とし、個々の表面側電極５１に交流電圧が印加されるように配線することも可能である。また、短手方向で（同図では３つ）を１つのセットとして、制御回路によりセット単位でオン／オフを制御することも可能である。

【0035】

図６を参照して本実施形態の作用効果について説明する。

【0036】

同図は実施形態２の放熱構造１（放熱器３の中心部位）のｘｚ軸平面における冷却風の流速分布を示す。本実施例の放熱器３も、実施形態１と同様に、１９枚の冷却パネル３１を有し、９枚目と１０枚目の冷却パネル３１の間についての流体解析が行われた。

【0037】

同図の結果から明らかなように、実施形態２の放熱構造１によれば、プラズマアクチュエータ５から鉛直に噴流した冷却風の自然対流を利用することで、冷却パネル３１の短手方向に流れる冷却風の漏洩を回避でき、前記冷却効率が向上する。また、実施形態１と同様に放熱器３の温度に基づきプラズマアクチュエータ５を駆動制御することで、プラズマアクチュエータ５の運転コストの低減を図ることができる。

【符号の説明】

【0038】

１…放熱構造
２…変圧器
３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ…放熱器、３０…面、３１…冷却パネル、３２…放熱器パイプ
４…ファン
５…プラズマアクチュエータ、５１…表面側電極、５２…誘電体、５３…裏面側電極、５４…絶縁部、５５…交流電源

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】