BR212012007336Y1

BR212012007336Y1 - bobina esfriada por líquido

Info

Publication number: BR212012007336Y1
Application number: BR212012007336-8U
Authority: BR
Inventors: Aleksi NAATULA; Matti SEPPÄ; Pertti ARVONEN
Original assignee: Trafotek Oy
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2018-11-27
Also published as: FI20095996A0; CN202905379U; KR20120004367U; EE01184U1; BR212012007336U2; DE212010000159U1; ES1077591Y; DK201200055U3; AT13475U1; CZ24201U1; ES1077591U; WO2011039417A1; DK201200055U1

Abstract

método para resfriamento de uma bobina , sistema de esfriamento para bobina e bobina esfriada por líquido o presente modelo refere-se ao método , elementos de esfriamento (102) que são dispostos em conjunto com uma bobina (100) e o líquido de esfriamento que é levado a fluir através dos elementos de esfriamento. os elementos de esfriamento são dispostos em conjunto com a bobina , de modo que a rota de fluxo do líquido de esfriamento não forma um circuito uniforme ao redor da bkobina ou ao redor de um fio condutor individual da bobina. o sistema de esfriamento compreende pelo menos três elementos de esfriamento , que são colocados no perímetro da bobina , de modo que a distância entre elementos de esfriamento adjacentes é essencialmente igual. os elementos de esfriamento podem ser colocados fora da bobina contra superficie externe (122) da bobina , dentro da bobina contra a superfície interna (120) da bobina ou dentro da bobina entre o fio condutor sobreposto ou as camadas de folha da bobina. a rota de fluxo do líquido de esfriamento compreende um canal de esfriamento formado dentro de um elemento de esfriamento , um primeiro tubo de fluxo (112a) para levar o líquido de esfriamento para dentro do canal de esfriamento e um segundo tubo de fluxo (112b) para levar o líquido de esfriamento do canal de esfriamento. a superfície de face (124,126) dos elementos de esfriamento acomodação contra a superfície interna ou externa da bobina pode ser curvada. a bobina a ser esfriada pode ser a bobina de um reator ou de um transformador.

Description

(54) Título: BOBINA ESFRIADA POR LÍQUIDO (73) Titular: TRAFOTEK OY, Sociedade Finlandesa. Endereço: Kaarinantie 700, 20540 - Turku, FINLÂNDIA(FI) (72) Inventor: ALEKSI NAATULA; MATTI SEPPÃ; PERTTI ARVONEN.

Prazo de Validade: 7 (sete) anos contados a partir de 27/11/2018, observadas as condições legais

Expedida em: 27/11/2018

Assinado digitalmente por:

Alexandre Gomes Ciancio

Diretor Substituto de Patentes, Programas de Computador e Topografias de Circuitos Integrados

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Relatório Descritivo da Patente de Modelo de Utilidade para BOBINA ESFRIADA POR LÍQUIDO.

CAMPO TÉCNICO DO MODELO [001] O presente modelo de utilidade refere-se a uma bobina esfriada por líquido que compreende pelo menos três elementos de esfriamento com circulação de líquido e uma rota de fluxo para o líquido de esfriamento para circular o líquido de esfriamento através dos elementos de esfriamento, cuja rota de fluxo compreende pelo menos um canal de esfriamento formado dentro de um elemento de esfriamento, cujo canal de esfriamento tem uma primeira abertura para o influxo do líquido de esfriamento e uma segunda abertura para a vazão do líquido de esfriamento.

PRECEDENTES DO MODELO [002] Componentes indutivos, tais como transformadores e reatores, têm uma bobina isolada, ao longo da qual a corrente elétrica percorre. No centro da bobina, pode existir um núcleo de ferro ou a bobina pode ter um núcleo de ar. A resistência da bobina causa o aquecimento da bobina. Uma quantidade muito alta de calor é gerada especialmente em componentes indutivos de alta corrente. De modo a manter a bobina em uma faixa de temperatura operacional ótima especificada para ela, a bobina precisa ser esfriada durante o uso.

[003] Vários sistemas de esfriamento com circulação de líquido foram desenvolvidos para esfriar os transformadores e reatores. Um reator esfriado por líquido é conhecido da publicação de patente FI 118397 B, cujo reator compreende um núcleo do reator e uma bobina ao redor do núcleo. O núcleo do reator é dividido em pelo menos duas partes, que são adaptadas a um perfil de esfriamento, através das quais uma ou mais rotas de percurso do líquido de esfriamento passam.

[004] Um método e um sistema para esfriar um transformador

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2/11 são conhecidos da publicação de patente US 6157282. Uma bobina é formada no método, através de cuja bobina um ou mais canais se orientam na direção longitudinal da bobina. As extremidades do canal são conectadas com um tubo para formar uma rota de fluxo fechada para o líquido de esfriamento. A rota de fluxo pode ter um trocador de calor para esfriar o líquido de esfriamento. Nessa solução, o canal de esfriamento é formado dentro da bobina, o que torna complicada a estrutura do componente indutivo e difícil a sua configuração. Adicionalmente, a área da superfície de esfriamento do canal de esfriamento é pequena, pelo que o efeito de esfriamento permanece fraco.

[005] A publicação de patente EP 068055 A1 mostra um transformador, onde algumas das voltas do condutor da bobina são ocas. A bobina é esfriada circulando o líquido de esfriamento ao longo do condutor oco. Nessa solução, a tensão é induzida no líquido de esfriamento, pelo que um líquido eletricamente condutivo não pode ser usado como o líquido de esfriamento. Um líquido eletricamente não condutivo precisa ser usado, assim, no sistema de esfriamento ou o aparelho precisa ser equipado com um removedor de tensão separado para o líquido de esfriamento. Ambas as alternativas elevam claramente os custos do sistema de esfriamento.

OBJETIVOS DO MODELO [006] Um objetivo do modelo é fornecer uma bobina esfriada por líquido, com a qual as desvantagens e as falhas relacionadas com a técnica anterior podem ser significativamente reduzidas.

[007] Os objetivos do modelo são obtidos com uma bobina caracterizada pelo que é apresentado nas reivindicações independentes. Algumas modalidades vantajosas do modelo são apresentadas nas reivindicações dependentes.

DESCRIÇÃO DO MODELO [008] Uma bobina esfriada por líquido de acordo com o modelo

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3/11 compreende pelo menos três elementos de esfriamento com circulação de líquido e uma rota de fluxo para o líquido de esfriamento para circular o líquido de esfriamento através dos elementos de esfriamento. A rota de fluxo compreende pelo menos um canal de esfriamento formado dentro de um elemento de esfriamento, cujo canal de esfriamento tem uma primeira abertura para o influxo do líquido de esfriamento e uma segunda abertura para a vazão do líquido de esfriamento. A rota de fluxo do líquido de esfriamento não forma um circuito uniforme ao redor da bobina ou ao redor de um fio condutor individual da bobina. A bobina esfriada por líquido é vantajosamente a bobina de um reator ou de um transformador.

[009] É uma vantagem do modelo que o esfriamento da bobina possa ser, por meio disso, manipulado eficientemente sobre toda a área da bobina.

[0010] É uma vantagem adicional do modelo que nenhuma tensão seja induzida no líquido de esfriamento. Um líquido eletricamente condutivo, tal como água de torneira, pode ser usado, assim, no modelo como o líquido de esfriamento.

[0011] É uma vantagem do sistema de esfriamento de acordo com o modelo que ele seja estruturalmente simples, de tamanho pequeno e de massa pequena. O tamanho e a massa pequenos tornam possível o uso do sistema de esfriamento em várias situações de uso diferentes.

[0012] É uma vantagem adicional do sistema de esfriamento de acordo com o modelo que ele possa ser colocado inteiramente fora da estrutura da bobina. O sistema de esfriamento não exige, assim, quaisquer mudanças estruturais na própria bobina.

BREVE DESCRIÇÃO DO DESENHO [0013] No seguinte, o modelo será descrito em detalhes. Na descrição, é feito referência ao desenho anexo, no qual

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4/11 a figura 1a mostra, como um exemplo, um sistema de esfriamento de acordo com o modelo visto diagonalmente a partir de cima, a figura 1b mostra o sistema de esfriamento da figura 1a visto a partir de cima, na direção do eixo geométrico longitudinal da bobina, a figura 1c mostra um elemento de esfriamento individual do sistema de esfriamento da figura 1a visto diagonalmente a partir de cima, a figura 2a mostra, como um exemplo, uma modalidade vantajosa do sistema de esfriamento de acordo com o modelo visto a partir de cima, na direção do eixo geométrico longitudinal da bobina, a figura 2b mostra, como um exemplo, uma segunda modalidade vantajosa do sistema de esfriamento de acordo com o modelo visto a partir de cima, na direção do eixo geométrico longitudinal da bobina, a figura 3a mostra, como um exemplo, uma modalidade vantajosa de um elemento de esfriamento do sistema de esfriamento de acordo com o modelo visto diagonalmente a partir da frente, a figura 3b mostra, como um exemplo, uma segunda modalidade vantajosa de um elemento de esfriamento do sistema de esfriamento de acordo com o modelo visto diagonalmente a partir da frente, as figuras 4a-4d mostram algumas modalidades vantajosas dos elementos de esfriamento do sistema de esfriamento colocados em conjunto com uma bobina e a figura 5 mostra, como um exemplo, um elemento de esfriamento do sistema de esfriamento de acordo com o modelo visto diagonalmente a partir de cima.

DESCRIÇÃO DETALHADA DO DESENHO [0014] A figura 1a mostra, como um exemplo, um sistema de esfriPetição 870170099387, de 19/12/2017, pág. 9/21

5/11 amento de acordo com o modelo visto diagonalmente a partir de cima e a figura 1b o mostra a partir de cima. A bobina 100 a ser esfriada é construída de um ou mais fios de bobina ou camadas de folha, entre as quais existem isolamentos necessários. O fio da bobina ou as camadas de folha formam uma estrutura como um tubo, que tem uma superfície interna 120 e uma superfície externa 122. No centro da bobina existe um espaço cilíndrico aberto, onde pode existir um núcleo de bobina ferrítico. A estrutura da bobina é técnica anterior geralmente conhecida, portanto, ela não será descrita mais aqui.

[0015] Existem quatro elementos de esfriamento alongados 102 ao redor da bobina. Os elementos de esfriamento são dispostos simetricamente ao redor da bobina, de modo que o seu eixo geométrico longitudinal fica essencialmente paralelo ao eixo geométrico longitudinal da bobina. Na figura 1, os elementos de esfriamento são partes, cuja seção transversal é retangular, isto é, eles têm duas superfícies de face opostas, uma primeira superfície de face 124 e uma segunda superfície de face 126, e duas superfícies de borda opostas (figura 1b). Os elementos de esfriamento são colocados assim em conexão com a bobina que a primeira superfície de face 124 do elemento de esfriamento fica acomodada contra a superfície externa 122 da bobina. O calor gerado na bobina pode transferir, assim, por meio de condução da bobina para o elemento de esfriamento. Um canal de esfriamento 104 corre dentro de um elemento de esfriamento, cujo canal de esfriamento funciona como a rota de fluxo do líquido de esfriamento (figura 1c).

[0016] Cada elemento de esfriamento é conectado com dois tubos de fluxo 112a, 112b em um tubo de distribuição de desvio 110 pertencente ao sistema de esfriamento. O tubo de distribuição de desvio tem uma conexão de entrada 114, ao longo da qual o líquido de esfriamento esfriando é levado para dentro do tubo de distribuição de desvio, e

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6/11 uma conexão de saída 116, através da qual o líquido de esfriamento aquecido vindo dos elementos de esfriamento é levado para fora do tubo de distribuição de desvio. O líquido de esfriamento aquecido é esfriado de volta para uma temperatura adequada em um trocador de calor, que pode ser preso no sistema de esfriamento, com o que o líquido de esfriamento é retornado para o tubo de distribuição de desvio. O trocador de calor não pertence ao escopo desse modelo, portanto, ele não é descrito em mais detalhes aqui.

[0017] A figura 1c mostra um elemento de esfriamento individual de um sistema de esfriamento visto diagonalmente a partir de cima. O canal de esfriamento 104 passa dentro do elemento de esfriamento em uma rota em formato de U começando da primeira superfície de extremidade 118 e terminando na primeira superfície de extremidade. Dentro do elemento de esfriamento, o canal de esfriamento chega perto da segunda superfície de extremidade. Na primeira superfície de extremidade 118 do elemento de esfriamento, cuja superfície de extremidade aponta para cima na figura 1c, existem aberturas 106a, 106b do canal de esfriamento, em que as segundas extremidades dos tubos de fluxo são conectadas. A forma da seção transversal do canal de esfriamento é selecionada, de modo que a sua resistência de fluxo para o líquido de esfriamento é tão pequena quanto possível. Os elementos de esfriamento são fabricados de algum material que conduz bem o calor, tal como alumínio. O calor conduzido da bobina para o elemento de esfriamento é assim facilmente transferido do elemento de esfriamento para diante para o líquido de esfriamento fluindo no canal de esfriamento.

[0018] O elemento de esfriamento mostrado na figura 1 tem um canal de esfriamento, ambas as aberturas dos quais abrem na mesma superfície de extremidade. Um elemento de esfriamento pode também ter vários canais de esfriamento, tal como dois, três ou quatro canais

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7/11 de esfriamento e as aberturas dos canais de esfriamento podem abrir também nas superfícies de extremidade opostas do elemento de esfriamento. No seu mais simples, o canal de esfriamento pode ser assim um furo reto levando da primeira superfície de extremidade do elemento de esfriamento para a segunda superfície de extremidade do elemento de esfriamento. O primeiro tubo de fluxo assim conecta na primeira abertura do canal de esfriamento na primeira superfície de extremidade e o segundo tubo de fluxo conecta na segunda abertura do canal de esfriamento na segunda superfície de extremidade do canal de esfriamento.

[0019] O líquido de esfriamento é levado através da conexão de entrada 114 para o tubo de distribuição de desvio 110 e do tubo de distribuição de desvio para diante ao longo dos primeiros tubos de fluxo 112a através da primeira abertura 106a para dentro de cada elemento de esfriamento. Dentro do elemento de esfriamento, o calor é transferido pela condução do elemento de esfriamento para o líquido de esfriamento. O líquido de esfriamento sai do elemento de esfriamento através da segunda abertura 106b para dentro do segundo tubo de fluxo 112b e para diante para dentro do tubo de distribuição de desvio. Qualquer líquido de esfriamento adequado, tal como água de torneira ou uma mistura de água-glicol, pode ser usado como o líquido de esfriamento no sistema. No modelo, os tubos de fluxo e os elementos de esfriamento são colocados ao redor da bobina, de modo que a rota de fluxo do líquido de esfriamento não forma um circuito fechado ao redor de qualquer um dos fios condutores individuais da bobina 100. Tensão significativa, assim, não é induzida no líquido de esfriamento circulando no sistema de esfriamento, mesmo embora um líquido eletricamente condutor, tal como água de torneira, possa ser usado como o líquido de esfriamento.

[0020] A figura 2a mostra, como um exemplo, uma modalidade

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8/11 vantajosa do sistema de esfriamento de acordo com o modelo visto de cima, na direção do eixo geométrico longitudinal da bobina 100. Nessa modalidade vantajosa do modelo, os elementos de esfriamento 102 são colocados dentro da bobina, de modo que a segunda superfície de face 126 do elemento de esfriamento acomoda contra a superfície interna 120 da bobina. O interior da bobina nessa apresentação significa o espaço formado no centro da bobina, delimitado pelo fio ou camadas de folha da bobina. Nessa modalidade, existem três elementos de esfriamento e eles são colocados em intervalos iguais contra a superfície interna da bobina. As primeiras extremidades dos tubos de fluxo 112a, 112b são conectadas no tubo de distribuição de desvio 110 e as segundas extremidade nas aberturas dos canais de esfriamento na primeira superfície de extremidade dos elementos de esfriamento. O líquido de esfriamento, assim, flui para dentro dos elementos de esfriamento no interior da bobina através da abertura na primeira extremidade da bobina e sai do interior através da mesma abertura. O líquido de esfriamento não é levado a circular ao redor de qualquer fio condutor individual da bobina.

[0021] A figura 2b mostra, como um exemplo, uma segunda modalidade vantajosa do sistema de esfriamento de acordo com o modelo visto a partir de cima, na direção do eixo geométrico longitudinal da bobina. Nessa modalidade, os elementos de esfriamento 102 ficam em conexão com a fabricação da bobina 100 colocados dentro da bobina entre o fio da bobina sobreposto ou as camadas de folha. Também nessa modalidade, os tubos de fluxo saindo do tubo de distribuição de desvio são conectados nos elementos de esfriamento, de modo que a rota de fluxo do líquido de esfriamento não circula ao redor de qualquer um dos fios condutores individuais da bobina (os tubos de fluxo e o tubo de distribuição de desvio não são mostrados na figura).

[0022] Os sistemas de esfriamento mostrados nas figuras 1a, 1b,

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1c, 2a e 2b têm três ou quatro elementos de esfriamento. O número dos elementos de esfriamento não é limitado, entretanto, a esses números, mas pode ser também outro número deles. O que é essencial no modelo é que existam tantos elementos de esfriamento que um efeito de esfriamento suficiente seja obtido com o sistema. O número adequado de elementos de esfriamento, assim, depende das necessidades de esfriamento da bobina, o que por sua vez depende, entre outros, do número de voltas do fio da bobina e da quantidade da corrente elétrica passando na bobina. O sistema pode, assim, incluir três, quatro, cinco, seis, sete ou oito elementos de esfriamento. Foi verificado através de teste que pelo menos três elementos de esfriamento têm que ser dispostos em conjunto com a bobina de modo a obter um esfriamento suficientemente efetivo e uniformemente distribuído.

[0023] A figura 3a mostra, como um exemplo, uma modalidade vantajosa de um elemento de esfriamento individual do sistema de esfriamento. Nessa modalidade, a primeira superfície de face 124 do elemento de esfriamento é curvada e a segunda superfície de face 126 é plana. A primeira superfície de face tem um raio de curvatura R1. Essa modalidade vantajosa do elemento de esfriamento é especialmente bem adequada para uso em sistemas de esfriamento, onde os elementos de esfriamento são colocados dentro da bobina, de modo que a primeira superfície de face 124 do elemento de esfriamento acomoda contra a superfície interna 120 da bobina. Quando o raio de curvatura da primeira superfície de face é selecionado, de modo que ele é essencialmente igual ao raio de curvatura r1 da superfície interna da bobina, o calor é eficientemente transferido da bobina para o elemento de esfriamento.

[0024] A figura 3b mostra, como um exemplo, uma segunda modalidade vantajosa de um elemento de esfriamento individual 102 do sistema de esfriamento. Nessa modalidade, ambas a primeira superfície

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10/11 de face 124 e a segunda superfície de face 126 do elemento de esfriamento são curvadas. A primeira superfície de face tem um raio de curvatura R1 e a segunda superfície de face tem um raio de curvatura R2. Os raios de curvatura R1 e R2 podem ser igualmente grandes ou de um tamanho diferente. Essa modalidade vantajosa do elemento de esfriamento é especialmente bem adequada para uso em sistemas de esfriamento, onde os elementos de esfriamento são colocados fora da bobina, de modo que a segunda superfície de face do elemento de esfriamento acomoda contra a superfície externa da bobina. Quando o raio de curvatura R2 da segunda superfície de face é selecionado, de modo que ele é essencialmente igual ao raio de curvatura r2 da superfície externa da bobina, o calor é transferido eficientemente da bobina para o elemento de esfriamento. O elemento de esfriamento mostrado na figura 3b é ainda adequado para colocação dentro da bobina entre o fio da bobina sobreposto ou as camadas de folha.

[0025] As figuras 4a-4c mostram certas modalidades dos elementos de esfriamento mostrados nas figuras 3a e 3b colocados em conjunto com bobinas diferentes 100. Nas figuras, as bobinas são mostradas como vistas a partir da extremidade, na direção do eixo geométrico longitudinal da bobina. Na figura 4a existe uma bobina 100 com uma seção transversal circular, o raio da superfície interna da qual é r1. Três elementos de esfriamento 102, a primeira superfície de face 124 dos quais é curvada, foram colocados contra a superfície interna 120 da bobina. O raio de curvatura R1 da superfície de face é essencialmente igual ao raio de curvatura r1 da superfície interna.

[0026] Na figura 4b existe uma bobina 100 com uma seção transversal oval. A bobina tem uma seção de parede s, cujo raio de curvatura é r1. Um elemento de esfriamento 102 foi colocado contra essa seção de parede da bobina, o raio de curvatura R1 da primeira superfície de face de cujo elemento de esfriamento é essencialmente igual ao

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11/11 raio de curvatura r1 da seção de parede s1.

[0027] Na figura 4c existe uma bobina 100 com uma seção transversal circular, cujo raio de curvatura da superfície externa 122 é r2. Quatro elementos de esfriamento 102 foram colocados contra a superfície externa 122 da bobina, o raio de curvatura R2 da segunda superfície de face de cujos elementos de esfriamento é essencialmente igual ao raio de curvatura r2 da superfície externa da bobina.

[0028] A figura 4d mostra uma bobina, onde quatro elementos de esfriamento 102 foram instalados em conexão com a fabricação da bobina dentro da bobina 100 entre o fio sobreposto ou as camadas de folha da bobina. Ambas as superfícies de face dos elementos de esfriamento são curvadas.

[0029] A figura 5 mostra um elemento de esfriamento individual de um sistema de esfriamento de acordo com uma modalidade do modelo visto diagonalmente a partir de cima. O canal de esfriamento 104 passa dentro do elemento de esfriamento 102 começando da primeira superfície de extremidade 118 e terminando na segunda superfície de extremidade 119. Na primeira superfície de extremidade 118 do elemento de esfriamento, existe uma primeira abertura 106a do canal de esfriamento, através da qual o líquido de esfriamento flui para dentro do canal de esfriamento. Na segunda superfície de extremidade do elemento de esfriamento, existe uma segunda abertura 106b, através da qual o líquido de esfriamento sai do canal de esfriamento.

[0030] Algumas modalidades vantajosas do método, do sistema de esfriamento e da bobina de acordo com o modelo foram descritas acima. O modelo não é limitada às soluções descritas acima, mas a ideia inventiva pode ser aplicada em numerosas maneiras dentro do escopo das reivindicações.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Bobina esfriada por líquido (100), que compreende pelo menos três elementos de esfriamento (102) com circulação de líquido e uma rota de fluxo (110, 112a, 112b, 104) para o líquido de esfriamento para circular o líquido de esfriamento através dos elementos de esfriamento, cuja rota de fluxo compreende pelo menos um canal de esfriamento (104) formado dentro de um elemento de esfriamento, cujo canal de esfriamento tem uma primeira abertura (106a) para o influxo do líquido de esfriamento e uma segunda abertura (106b) para a vazão do líquido de esfriamento, caracterizada pelo fato de que a rota de fluxo do líquido de esfriamento não forma um circuito uniforme ao redor da bobina ou ao redor de um fio condutor individual da bobina.

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