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APPAREIL ELECTRIQUE.
La présente invention concerne de façon générale les appa- reils électriqueset plus spécialement les appareils isolés par une at- mosphère diélectrique fluide et utilisant un dispositif de réfrigération pour évacuer la chaleur produite par 19 appareil en fonctionnement.
L'invention a pour but de procurer : un appareil électrique hermétique isolé au moyen de gaz in- inflammables et inéxplosifs et dont la chaleur produite en fonctionnement est dissipée par la vaporisation d'un réfrigérant liquide, dans lequel est prévu un moyen de régler le refroidissement et la condensation des vapeurs produites de façon à régler la température de 1?appareil électrique un appareil électrique hermétique avec plusieurs tubes réfri- gérants reliés en série de préférence., pour recevoir progressivement les vapeurs d'un réfrigérant isolant condensable y contenu, de manière à ré- gler la dissipation de chaleur et, par conséquent,,
la température de l'ap- pareil électrique$ un appareil électrique hermétique contenant un réfrigérant liquide vaporisable avec plusieurs tubes réfrigérants verticaux reliés en série pour recevoir progressivement les vapeurs produites dans l'enceinte de manière à régler le refroidissement de ces tubesles tubes verticaux étant réunis à leur partie inférieure, par un retour commun vers 1?en- ceinte,le retour commun comportant une garde hydraulique empêchant le re- tour des vapeurs des tubes vers l'enceinte.
D9autres buts de 1?invention ressortiront clairement de la description donnée ci-après avec référence au dessin annexée dont 1?unique figure est une vue schématique d'un transformateur construit suivant l'in- vention.
Le dessin représente 1?invention appliquée à un transforma-
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teur 10 comprenant une cuve hermétique 12 contenant un noyau magnétique 14 avec des enroulements électriques associés 16 placés sur le fond de la cu- veo Pour simplifier le dessine les connexions vers les enroulements 16 et les isolateurs de passage normalement montés sur le dessus ou le couvercle de la cuve 12 ne sont pas représentés.
Comme le montre la figure,, le fond de la cuve 12 est pourvu d'un puisard 18 dans lequel se trouve une quantité 20 de réfrigérant liqui- de vaporisable. La quantité 20 de réfrigérant liquide est relativement faible, comparée au volume de la cuve 12, puisqu'elle ne remplit normale-
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ment que le puisard 18p sans être en contact avec le noyau 14s ni avec les enroulements électriques 160
Différents réfrigérants liquides vaporisables sont connus et
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peuvent être utilisés dans la mise en pratique de 1-linvention. On peut ci- ter, comme exemple de réfrigérant liquide vaporisable convenable, les per-
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halocarbures composés d9au moins 85%s en moles de fluor et le reste du chloreavec de préférence, au maximum un atome de chlore par molécule.
Le choix du réfrigérant liquide vaporisable dépend évidemment un peu de la
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température supportée par Pisolant des enroulements électriques 16 sans dommage, et il peut même se porter sur des perhalocarbures ayant des points d9e bullition de 1900C et plus. Comme exemples de perhaloearbnres, on peut citer les monochloropentadécafluorodiméthylcyclohexane (C$FlCl) et (tri- fluorométhyl) monochiorotétrafluorobenzéne9 ce dernier ayant un point d-9é- bullition de 137 C et un point de congélation de -8800,,
ainsi que le per- fluorofluorane ayant un point d9bullition de 19000 et uri point de congé- lation de -60 Go D9autres réfrigérants liquides vaporisables faisant partie de la classe des perhalocarbures précités et pouvant être utilisés dans la réalisation de 1?inventionp sont les composés fluorocarburés liquides ne comprenant que du fluor et du carbone et bouillant entre 50 C et 150 C à la pression atmosphérique.
On peut citer comme exemples de composés fluo-
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rocarburés, les perfluorométhylcyclohexaneg perfïuorodiméthylcyclohexane9 perfluoroheptane9 perfluorohexane., perfluorotoluéne, perfluoropropylcyclo- hexane a perfluoro tllcyclohesane et perfluorodiéthylcyclohexaneo Le point de congélation de ces fluorocarbures liquides est condisérablement en-dessous de zéro degré centigrade., de sorte qu9ils peuvent être utilisés dans presque toutes les conditions ambiante pouvant exister en service.
D'autres perhalocarbures qui peuvent être utilisés suivant le genre d9isolement appliqué aux enroulements 16, sont le perfluoro-1-
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méthylnaphtalène ayant un point d9ébullition de 16100 et un point de con- gélation de -75 Gp le perfluoro-2-mêthylnaphtalène ayant un point d9bu1 lition de 161 0 et un point de congélation en-dessous de -60 cp le per- fluoroéthylcyclohexane ayant un point d9e bullition de 101 C et un point de congélation de 90 Ce le perluorordithylcyclolaeaane ayant un point d9ébullition de 71,.5 C et un point de congélation de z09 le perfluoro- propylcyclohexane ayant un point d9ébullition de 1250G et un point de con- gélation de 56 C et (trifluorométhyl)
pentafluorobenzène ayant un point d'ébUllition de 10500 et un point de congélation de s86 Co Le perfluorométhylcyclohexane peut être utilisé avantageuse- ment puisqu?il a un point d?ébullition de ?693 Ca une chaleur latente de vaporisation de 22 calories par gramme au moins dflbullition9 une chaleur spécifique de 092 calorie par gramme une densité de lys et un point de congélation en-dessous de -50 co Il est entendu évidemment qu9on peut utiliser des mélanges de perhalocarburesp si chaque perhalocarbure a un point d9ébullitîon au-dessus de 50 C et en-dessous de la température ma- ximum endurée par 1?isolant des enroulements 16.
En pratique,, les perha- locarbures ayant des points d?ébullition compris entre 5000 et 200 C9 sont préférés
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Le réfrigérant liquide 20 est envoyé aux enroulements électii - ques 16 par une pompe 22 disposée de façon à tirer le réfrigérant liquide 20
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du puisard 18 et à 1?envoyer par une canalisation 24 à un dispositif d'as- persion convenable 26 d'où le réfrigérant liquide tombe en une fine pluie (non représenté) sur le noyau 14 et les enroulements 16. En tombant ainsi, le réfrigérant liquide se répartit de lui-même en une mince couche (non re- présenté) autour des pièces électriques à 1?intérieur de la cuve 12, et s'évapore librement sous 1?effet de la chaleur des pièces électriques re-' froidissant ainsi le noyau 14 et les enroulements électriques 16.
Les dis- positifs d9aspersion 26 peuvent évidemment être remplacés par un système de canalisations (non représenté) dirigeant le réfrigérant liquide vaporisa- ble sur des endroits déterminés des enroulements 16 de manière à y déposer une mince couche effectuant le refroidissement.
Afin de régler convenablement le refroidissement des vapeurs produites dans la cuve 12, un dispositif de réfrigération 26 est représen- té relié à la cuve 12 pour recevoir les vapeurs. Dans le cas considérée le réfrigérateur 26 comprend plusieurs radiateurs verticaux 28, 30, 32 et 34 reliés en série entre eux.,le premier radiateur 28 de la série étant reliée à son extrémité inférieure, par une canalisation 40 à l'extrémité supérieure de la cuve 12, les vapeurs pénétrant par cette conduite. Pour que le réfrigérateur 26 ne refroidisse que progressivement les vapeurs, les radiateurs sont reliés comme indiqué,, le dessus du radiateur 28 étant reliée par une conduite 42, au bas du radiateur 30 dont le haut est relié, par une conduite 44 au bas du radiateur 32.
De mêmele dessus du radia- teur 32 est relié, par une conduite 46,au bas du radiateur 34 dont le haut est mis en communication avec l'atmosphère,par 1?intermédiaire d'un reniflard 52 de type connu en U. contenant un liquide mobile. En pratique., chacun des radiateurs 28, 30, 32 et 34 peut consister en un seul tube ou en une section de radiateur faite de plusieurs passages ou tubes parallè- les, suivant la capacité de réfrigération requiseo De même;, quoique seule- ment quatre radiateurs soient représentés il est évident que ce nombre peut etre augmenté s'il le faut.
Quand les vapeurs s9écoulent de la cuve 12,elles remplissent d'abord le radiateur 28 puis progressivement les au- tres, jusqu9à ce que les vapeurs ont rencontré assez de surfaces de radia- teurs pour dissiper leur chaleur de manière à maintenir 1?intérieur de la cuve 12 à une température donnée.
Les canalisations 40, 42, 44 et 46 ont, de préférence, un faible diamètre, par exemple un demi pouce (12 mm), de manière à réduire le volume de vapeur dans la canalisation descendante et limiter ainsi le mélange possible de vapeur avec du gaz ou de 1?air contenu dans la canalisationo
Il faut noter que les vapeurs du réfrigérant liquide conte- nues dans le réfrigérateur 26 se condensent en liquide quand elles sont assez refroidies et s'écoulent vers le bas des tubes radiateurs. Le li- quide condensé est ramené au puisard 18 dans la cuve 12 par une canalisa- tion commune de retour 54 communiquant par des tuyaux verticaux 56, 58, 60 et 62, avec les extrémités inférieures respectives des radiateurs 28, 30, 32 et 34.
Comme la figure le montre la canalisation commune de re- tour 54 est inclinée vers le puisard 18,pour faciliter le retour du ré- frigérateur liquide, des radiateurs vers le puisard.
En pratîque le retour commun 54 se trouve de préférence, à un niveau plus bas que le niveau du liquide dans le puisard 18, de ma- nière que du réfrigérant liquide remplisse toujours la canalisation com- mune de retour 54 et constitue une obturation liquide entre le bas des tubes radiateurs dont est composé le réfrigérateur 26 et la cuve 12 de ma- nière à empêcher que les vapeurs aillent directement de la cuve 12 au bas des tubes du réfrigérateur 260
En fonctionnement 9 19 appareil électrique est alimenté et pro- duit de la chaleur qui est évacuée par 19 évaporation du réfrigérant liqui- de vaporisable appliqué. et les vapeurs produites tendent à remplir la cuve 12. Quand les vapeurs lèchent les parois de la cuve 12, de la cha- leur de ces vapeurs est dissipée.
Si les parois de la cuve 12 sont insuf- fisantes pour dissiper la chaleur produite par 1?appareil électrique qu'el- les contiennent, les vapeurs rempliront entièrement la cuve 12 et s'écou-
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leront dans le réfrigérateur 260
Quand les vapeurs du réfrigérant liquide tendent à remplir la cuve 12, elles poussent 1?air ou d'autres gazcontenus dans la cuve, vers les tubes ou dispositifs radiateurs du réfrigérateur 26 et.purgent la cuve.
Quand les vapeurs pénètrent dans le tube ou radiateur 28, elles poussent devant elles 1?air vers les tubes radiateurs suivants en série 1?excès d9air ou d9autres gaz s'échappant dans 1?atmosphère par le reniflard 52.
En pratique,si les parois de la cuve 12 et la section de radiateur 28 com- binées ne suffisent pas à dissiper la chaleur produite par 1-'appareil., les vapeurs s'étendent progressivement aux tubes connectés en série 30, 32 et 34 jusqu'à ce que les vapeurs lèchent une surface suffisante de tu- bes radiateurs pour établir un équilibre entre la chaleur produite et la chaleur dissipéeo
Il faut remarquer que, dans le dispositif ci-dessus, on pro- fite de ce que la vapeur du liquide utilise a une densité élevée comparée à celle de 1.11 air le rapport des densités de la vapeur et de 19 air étant égal à 10 ou pluso Pour cette raison, comme la vapeur est admise dans chacun des dispositifs ou tubes radiateurs par le bas,
il y aura une cloi- son assez nette séparant la vapeur chaude de Pair froid dans le radiateur déterminé où la vapeur s'arrêtre dans une condition de charge donnée.
En connectant un nombre suffisant de tubes radiateurs en sé- rie, comme décrit ici, Inexpérience montre qu9une température donnée peut être maintenue dans 19 appareil électrique contenu dans la cuve 12 tout en assurant quun minimum de vapeurs s'échappe du dispositif dans l'atmos- phère.
On connectera donc en série un nombre suffisant de radiateurs pour que les vapeurs remplissent, dans toute condition anormale de fonctionne- ment de 1?appareil électrique, progressivement tous les tubes radiateurs connectés en série, sauf, par exemple, le dernier, et qu9assez de chaleur soit dissipée pour maintenir la température voulue. D9autre part, quand les conditions de charge changent de façon à diminuer la chaleur produi- te par 1-'appareil électrique, les vapeurs se condensent dans les tubes ou radiateurs, et il faut moins de tubes pour dissiper la chaleur des vapeurs de manière à maintenir la température voulue.
Dans ces conditions, le re- niflard 52 laisse entrer de Pair dans les tubes ou sections de radiateur pour qu'il les remplisse au fur et à mesure de la retraite des vapeurs vers la cuve 120
En utilisant le réfrigérateur décrit, il est possible de pla- cer, grâce à un raccordement par canalisation, le reniflard 52 dans tout endroit éloigné du transformateur 10 ou de faire de même avec le réfrigé- rateur 26 par rapport à la cuve 12 qui peut alors être enterrée ou instal- lée dans un endroit chaud et non ventilé.
L9appareil est auto-purgeur d'air et d'autres gaz, tout en réduisant au minimum l'échappement des vapeurs et en assurant le retour du réfrigérant liquide condensé, du réfrigérateur à la cuve 12. En même temps, 1-'appareil décrit permet le fonctionnement, à une pression proche de la pression atmosphérique, à tous moments à 1.11 intérieur de la cuve 12.
La pression à laquelle 1?appareil fonctionne varie par rapport à la pres- sion atmosphérique, dans une gamme déterminée par le reniflard 52. Il est entendu que la dissipation de la chaleur par les parois de la cuve 12 et le réfrigérateur 26, peut être proportionnée de manière à maintenir dans la cuve 12, une atmosphère constituée sensiblement rien que par les va- peurs, même dans les conditions de charge minima.
Cette dernière condition est nécessaire quand ce sont les propriétés diélectriques de la vapeur qui déterminent 1?isolement électrique entre les parties de 1?appareil électri- que enfermé dans la cuve 120
Quand on utilise, dans 1.11 appareil décrit, des composés perha- locarburés comme réfrigérant liquide 20, ces composés produisent des va- peurs ayant des propriétés d'isolement électrique excellentes.
Elles sont supérieures à sensiblement tous les gaz en ce qui concerne les caractéris- tiques d'isolement électrique comme la tension de rupture, la rigidité di-
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électrique, le facteur de puissance et la résistance à l'effet coronao Ces perhalocarbures ont une stabilité chimique etthermique excellente, surpas- sée uniquement par celle des gaz permanentso Leur effet de détérioration sur les matières et vernis ordinaires utilisés dans la fabrication de piè- xes électriques classiques,comme les enroulements et les bobines,est né- gligeable sinon nulo Comme il a été dit, le choix d'un réfrigérant liquicb " vaporisable déterminé dépend évidemment un peu des matières et vernis utilisés dans..la fabrication de l'appareil électrique contenu dans la cuve 12,
de façon à maintenir 19 appareil électrique à une température à laquelle la ma- tière isolante ne subit pas de dommageso
Quoique l'invention ait été décrite appliquée aux transforma- teurs,il est entendu qui!elle peut aussi être appliquée à d'autres genres d'appareils électriquescomme, par exempledes commutateurs., condensa- teurs, générateurs,selfs-et analogueso Le réfrigérant liquide peut être appliqué à 1-9appareil électrique de nombreuses façons différentes pour cou- vrir réellement tout l'appareil électrique d'une mince couche.de réfrigé- rant liquide qui se transforme efficacement en vapeurs de manière à bien- évacuer ou dissiper la chaleur de l'appareil électrique.
On obtient dans tous les cas un excellent transfert de chaleur et un réglage effectif du refroidissement des vapeurs-produites, avec les tubes radiateurs verticaux connectés en série qui présentent progressivement une surface de refroidis- sement des vapeurs par contact de plus en plus grande.
REVENDICATIONS.
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1. Appareil électrique comprenant une cuve hermétique conte- nant un conducteur électrique, un réfrigérant liquide vaporisable du type perhalocarbure à l'intérieur de la cuve, un puisard servant à contenir la quantité de réfrigérant liquide un moyen de retirer le réfrigérant liqui- de du puisard et de 19appliquer en une mince couche sur le conducteur élec- trique de manière à refroidir ce dernier principalement par la vaporisaticn du réfrigérant liquide en une vapeur condensable, cette dernière isolant le conducteur électrique de la cuveun dispositif réfrigérateur communi- quant avec la cuve pour en recevoir les vapeurs produites,
ce réfrigérateur étant composé de plusieurs dispositifs de refroidissement verticaux dont le dernier communique avec l'atmosphère par un reniflard, chacun des dis- positifs de refroidissement verticaux intermédiaires ayant sa partie su- périeure reliée à la partie inférieure du dispositif de refroidissement voisin de manière que les vapeurs venant de la cuve et pénétrant dans le réfrigérateur si!écoulent de bas en haut dans les différents dispositifs de refroidissement successifs, et un dispositif commun en communication avec le bas de tous les dispositifs de refroidissement verticaux et avec la cuve pour renvoyer le réfrigérant liquide condensé dans les dispositifs de refroidissement au puisard,
ce dispositif commun se trouvant en-dessous du niveau du réfrigérant liquide dans le puisard de façon que le liquide dans le dispositif commun forme garde hydraulique entre le bas des disposi- tifs de refroidissement et la cuve.