CN103928216B - 热交换型的变压器冷却装置 - Google Patents

Abstract

热交换型的变压器冷却装置，包括：绝缘油循环排管，填满变压器内部的绝缘油导出至外部后，以闭回路形态构成，返回所述变压器；绝缘油泵，使所述绝缘油移动；及绝缘油冷却系统，使所述绝缘油冷却，所述绝缘油冷却系统包括：液体制冷剂，在整体制冷循环周期期间维持液体状态；制冷剂循环排管，使所述液体制冷剂循环；制冷泵，使所述液体制冷剂移动；以及热交换部，使所述制冷剂与所述绝缘油热交换，使所述绝缘油冷却，所述热交换部，包括多层通道部，使所述绝缘油以多个层流动形成多个层；入口部，配置在所述多层通道部上流；以及出口部，配置在所述多层通道部下流；及制冷剂壳部，围绕所述多层通道部形成，并且使所述多层通道部的周围流动制冷剂。

Description

热交换型的变压器冷却装置

技术领域

本发明涉及轻量、同时能够发挥低耗能高效率的冷却性能的热交换型的变压器冷却装置。

背景技术

越是大容量的变压器，发热量增加，温度上升幅度大，因此发生根据此的变压效率问题。从而，屏蔽根据在线圈流动的焦耳热的温度上升，在变压器填充变压器油，将其冷却以一定温度运转。变压器油是将矿物油分馏结晶获得的绝缘油，绝缘与冷却变压器为目的使用。

这种变压器的冷却系统，根据容量利用干式冷却方式、干风式冷却方式、油浸自冷方式、油浸风冷方式、油浸水冷却方式、充油式空气冷却方式等，多种冷却方式。

其中，油浸自冷方式是，在填满变压器油的外壳，放入变压器本体。根据变压器油的对流作用，将在铁芯以及线圈发生的热传达至外壳。根据外壳的放射与对流，把热扩散到外气中的方式。油浸风冷方式是，附着散热器的有油浸变压器附着通风机，使其强制通风获取冷却效果的方式，使用于大容量变压器。油浸水冷却方式是，在变压器外壳的上不绝缘油中设置冷却管，使冷却水循环冷却变压器的方式。

另一方面，各种电动车具备为了给驱动发动机供给电源的变压器，可是运转中的变压器发生相当的热。为了冷却变压器，可适用多样的冷却系统，但是普遍使用的传统通风扇方式的情况，在各个变压器分别具备数百公斤的通风扇，因此存在重量过于沉重且需要能够将其设置的空间的缺点。另外，为了启动通风扇的能源，也会对整体效率产生影响。

此外，韩国公开专利第10-2005-0108508号，公开了利用热交换方式的变压器油的强制冷却装置，但是没有提示能够在振动较多的领域适用的用于循环的泵以及热交换机，并且为了制冷循环具备压缩机与蒸发器等，因此存在能源效率低下的缺点。

韩国公开专利第10-2007-0075970号提示了，利用没有压缩机的制冷循环的变压器冷却装置，但是作为使用沸点不足95℃的液化气体系的制冷剂，依然包括蒸发器，并且具有根据此装置的紧凑化以及节能的制约，且存在没有考虑到为了能够提高冷却性能的热交换器的构造或轻量化的问题。

发明内容

（要解决的技术问题）

作为考虑到上述问题，本发明提供热交换型的变压器冷却装置目的在于，能够制作轻量小型化，同时也可以从节能以及噪音或震动，提高耐久性且提供优秀的冷却性能。

（解决问题的手段）

为了解决上述，与本发明相关的热交换型的变压器冷却装置，包括：绝缘油循环排管，填满变压器内部的绝缘油向外部导出后，使其重新返回所述变压器，以闭回路形态构成；绝缘油泵，使所述绝缘油移动；以及绝缘油冷却系统，使所述绝缘油冷却。所述绝缘油冷却系统，包括：液体制冷剂，在整体制冷循环周期期间维持液体状态；制冷剂循环排管，使所述液体制冷剂循环；制冷泵，使所述液体制冷剂移动；以及热交换部，使所述制冷剂与所述绝缘油热交换，使所述绝缘油冷却。所述热交换部，包括：多层通道部，使所述绝缘油以多个层次流动形成多个层次；入口部，配置在所述多层通道部的上流；以及出口部，配置在所述多层通道部的下流；以及制冷机壳，围绕所述多层通道部形成，并且使所述多层通道部的周围流动制冷剂。

作为与本发明相关的一事例，所述液体制冷剂沸点有可以是120℃以上。更具体的说，所述液体制冷剂还包括乙二醇(Ethylene Glycol;EG)。

作为与本发明相关的一事例，所述多层通道部、所述入口部、所述出口部以及所述制冷剂壳部由不锈钢形成。

作为与本发明相关的一事例，形成多层通道部的各通道部可以是，分别将金属薄板以四角曲折形成。

作为与本发明相关的一事例，所述金属薄板的厚度(t)可以是0.4～0.8mm。

作为与本发明相关的一事例，所述各通道部作为具有长方形的四角剖面，所述各通道部的内侧短幅(h)可以是1.8～2.2mm、内侧长幅（w）可以是80～120mm。

作为与本发明相关的一事例，所述多层通道部，可包括第1多层通道部以及第2多层通道部，间隔一定水平距离配置的。

作为与本发明相关的一事例，所述入口部还包括，引导板，以多个分支转换流路，使所述绝缘油均等的供给所述多层通道部。

作为与本发明相关的一事例，所述热交换型的变压器冷却装置，还包括：控制板，所述热交换部的设定冷却温度，根据季节在夏季将所述绝缘油的冷却温度比冬季的冷却温度进行较大幅度调解。

作为与本发明相关的一事例，所述制冷泵包括，发动机部与叶轮部，由发动机部传送所述制冷剂，并且使所述制冷剂循环于所述发动机部的内部。

作为与本发明相关的一事例，所述绝缘油循环排管、所述绝缘油泵以及所述绝缘油冷却系统，包括：第1绝缘油循环排管，具备在一个变压器的一侧；第1绝缘油泵，使所述第1绝缘油循环排管内的绝缘油移动；以及第1绝缘油冷却系统，是所述第1绝缘油循环排管内的绝缘油冷却；以及第2绝缘油循环排管，具备在所述变压器的其他侧；第2绝缘油泵，紧急时使第2绝缘油循环排管内的绝缘油移动；以及第2绝缘油冷却系统，使所述第2绝缘油循环排管内的绝缘油冷却。

(发明的效果)

如上所述，根据与本发明相关的热交换型的变压器冷却装置，以多层形态制作的热交换部，以及在整体循环周期期间维持液体状态的液体制冷剂使绝缘油冷却。因此与为了冷却设置另外的通风扇的现有冷却系统相比，可以显著的缩减重量，并且完全不需要为了压缩机、冷凝器以及风扇旋转的发动机等，因此具有减少根据此的费用以及节能效果的优点。

根据与本发明相关的热交换型的变压器冷却装置的一事例，适用在制冷泵循环制冷剂构造的密封式发动机类型，进而在振动或高温的环境也可以维持密封，因此可以在高速列车或振动较多的产业领域广泛适用。

附图说明

图1是适用与本发明相关的热交换型的变压器冷却装置100、100'的变压器冷却系统的概念图。

图2是根据与本发明相关的一事例的制冷泵160的剖面图。

图3是根据与本发明相关的一事例的热交换部170的侧面图。

图4是与本发明相关的热交换部170的分解立体图。

图5是与本发明相关的热交换部170的部分剖面立体图。

图6是根据与本发明相关的一事例，显示多层通道部171的制作方法的概念图。

图7是根据与本发明相关的热交换型的变压器冷却装置，显示实验冷却性能的结果的示意图。

（附图标记说明）

100、100':热交换型变压器冷却装置

101:变压器 102:绝缘油储罐

110:绝缘油循环排管 120:绝缘油泵

131，132:阀门 140:绝缘油冷却系统

150:制冷剂循环排管 160:制冷泵

170:热交换部 171:多层通道部

171A:第1多层通道部 171B:第2多层通道部

172:入口部 173:引导板

174:出口部 175:制冷剂壳部

176:制冷剂流入部 177:制冷剂排出部

具体实施方式

下面参照附图，详细说明与本发明相关的热交换型的变压器冷却装置。

图1是适用与本发明相关的热交换型的变压器冷却装置100、100'的变压器冷却系统的概念图。

如图1所示，与本发明相关的热交换型的变压器冷却装置100、100’是，循环填满变压器101内部的绝缘油，同时使根据变压器101内部的线圈所发生的焦耳(Joule)热散发至外部。为此，在变压器101的一侧具备为了供给绝缘油的储罐102，并且绝缘油根据之后说明的各种泵等循环，同时冷却后返回至变压器101的内部。在这里，与本发明相关的热交换型的变压器冷却装置不包括使用过多的重量或能源，如同通风机与风扇的零部件，并且由热交换机实现轻量、小型、低耗能以及高效率的冷却。

如图1所述，为了在故障或紧急时能够保障变压器101，热交换机类型的变压器冷却装置可具备一个热交换型的变压器冷却装置100，与其他一个热交换型的变压器冷却装置100’。即，在平时运转任意一种的热交换型的变压器装置，且发生维护等的状况的情况，运转其他一个热交换型的变压器冷却装置，不使整体变压器101的冷却中断。

热交换型的变压器冷却装置100整体包括，绝缘油循环排管110、绝缘油泵120、各种阀门131、132以及绝缘油冷却系统140。

绝缘油循环排管110，使填满变压器101内部绝缘油导出至外部后，能够从新返回至变压器101的闭路形态构成。

绝缘油泵120，作为根据动力可使绝缘油移动构成，可包括发送机泵等。这种绝缘油泵120，根据在下述说明的提高热交换部性能，可采用低速运转，并且可使用约1,800RPM程度的4级发动机泵。此情况，由于旋转数较低使噪音以及振动显著的减少，延长轴承寿命。具有减少由于频繁故障的修理费以及管理费的优点。

绝缘油冷却系统140，可使用无需压缩或浓缩的液体制冷剂。即，适用于与本发明相关的热交换型的变压器冷却装置的制冷剂，作为沸点较高的液体制冷剂，在整体循环周期期间维持液体状态。在可能发生绝缘油热变性的温度以上，也可以维持液体状态，同时使绝缘油具有有效的扩散热能源，因此液体制冷剂可使用沸点为120℃以上的物质。在本实施例作为这种液体制冷剂，使用了乙二醇(Ethylene Glycol;EG)。乙二醇作为适用于汽车等的防冻液，冰点较低反面沸点较高的物质，在循环周期期间，没有相变的同时也可以有效实现绝缘油的冷却作用。结果是由于没有伴随压缩机与冷凝器，因此就不会发生为构成此增加费用以及重量、运转能源、维护件增多、设置面积增大等根本上的问题。

如上所述，绝缘油冷却系统140，包括：液体制冷剂，在整体循环周期期间维持液体状态；制冷剂循环排管150，循环使液体制冷剂循环的制冷剂。制冷泵160，形成使液体制冷剂移动；以及热交换部170，使绝缘油与液体制冷剂热交换冷却绝缘油。

图2是根据与本发明相关的一事例的制冷机泵160的剖面图。本实施例的制冷剂泵160作为能够禁受高温的高耐热泵，在电动列车等的极度振动的环境，可适用没有损伤密封的非密封壳装(non sealed canned)电机泵。即，制冷机泵160，包括电机部与叶轮部，并且构成使制冷剂循环于电机内部。以下，将更加详细说明制冷剂泵160。

制冷泵160包括：机壳160-10、叶轮160-15、前壳体160-21、后壳体160-22、定子单元160-30、转子总成160-40、轴承160-51、160-52、套管160-55、160-56、辅助叶轮160-60、连接器160-70等的要素。只是，这种制冷泵160的细节构成上的要素，根据情况可以不包括其中一部分或以其他形态代替。

机壳160-10作为包裹叶轮160-15的部分，形成流入工作液体，即液体制冷剂等的流入部111（inlet）；与排出部112（outlet），根据离心力移动。

叶轮160-15作为结合于转子总成160-40的零部件，接收从转子总成160-40提供的驱动力，根据旋转将工作流体以圆心方向强制引导，进而使工作流体流向机壳160-10的排出部112。

前壳体160-21以及后壳体160-22，分别向内侧延长的形态形成，使其提供能够安装轴承160-51、160-52的位置。为了前壳体160-21以及后壳体160-22的结合，在定子单元160-30分别具备法兰160-31、160-32。其中前法兰131为了与机壳160-10直接结合，直径比后法兰132大的形态形成。前法兰131与机壳160-10，根据在前法兰131侧插入的法兰螺栓135结合。根据定子单元160-30与机壳160-10的直接紧固构造，可获得较高的密封力，组装也会简便化。前壳体160-21根据在前壳体160-21侧插入的法兰螺栓125，紧固于定子单元160-32的前法兰131。

转子总成160-40包括：轴160-41；以及定子铁芯160-42，固定于轴160-41；以及密封转子143，密封转子铁芯160-42。

轴160-41的中心形成长度方向的贯通孔160-41a，并且包括连接于贯通孔160-41a的半径方向的侧孔160-41b。发动机运作根据叶轮160-15的作用，工作流体流入贯通孔160-41a，且通过侧孔160-41b流入发动机的内部空间。

转子总成160-40的前端与后端由套管160-53、160-54分别嵌入，并且套管160-53、160-54分别由轴承160-51、160-52支撑。轴承160-51、160-52形成以螺旋以及轴线方向形成的迷路160-51a(labyrinth)，并且根据迷路160-51a流动的工作流体，使轴160-41与轴承160-51、160-52之间产生圆滑的滑动。从而，不使用另外的润滑油，根据泵输送的工作流体的液体制冷剂实现润滑作用。从而，运转制冷泵160期间不使用密封圈(seal ring)，因此不会发生由于密封圈破碎导致的制冷剂漏水。

定子单元160-30作为在铁芯160-33绕组电线的形态，由密封定子160-34密封。如上所述，定子单元160-30的前端部与后端部，具备为了分别结合于前壳体160-21与后壳体160-22的法兰160-31、160-32。

辅助叶轮160-60提供安装转子总成160-40内部的空间，包括为了使空气流出的通路。即，装置在运转后根据叶轮160-15的旋转，排出空气使工作液体流入内部空间，空气全部排除后将其封闭。

连接器160-70作为定子单元160-30的电线等与外部的端子连接的部分，由延长管与高温的定子单元160-30间隔一定距离。

与此相同，以非密封电机泵的形态形成的制冷泵160是，液体制冷剂进入其内部循环，同时实现制冷泵160的发动机部的冷却作用以及润滑作用，也不会对发动机内部零部件产生影响，不损伤密封且发挥较长的耐久性。

图3是根据与本发明相关的一事例的热交换部170的侧面图。图4与本发明相关的热交换部170的分解立体图。图5于本发明相关的热交换部170的部分剖面立体图。图6是根据与本发明相关的一事例，显示多层通道部171的制作方法的概念图。

如图所示，热交换部170使绝缘油与液体制冷剂独立流动的状态下，构成将绝缘油的热传达至液体制冷剂，轻量同时提供较长寿命的形态制作。

热交换部170，包括：多层通道部171，形成多个层次使绝缘油以多个层次流动；入口部172，配置于多层通道部171的上流；出口部173，配置于多层通道部171的下流；以及制冷剂机壳部174，形成围绕多层通道部171，并且在多层通道部171的周围流动制冷剂。这种多层通道部171、入口部172、出口部173以及制冷剂机壳部174，根据减轻重量的同时具有耐蚀性的金属薄板制作。更具体的说，这种金属薄板可包括不锈钢。

多层通道部171作为使绝缘油以多个分支流动，同时确保最大限度的接触面积的主要零部件，轻量的同时具有一定的强性与较大面积的构成为最佳。如图5所示，多层通道部171可包括相互间隔配置的第1多层通道部171A与第2多层通道部171B，并且多层通道部171A、171B具有相互间隔层叠的通道部。如图6所示，将具有厚度较薄的不锈钢薄板171-1曲折形成四角后结合的部位，根据焊接进行密封形成这种多层通道部171。

为了提供为了热交换的充分的表面积以及构造性的强性，可限制不锈钢薄板171-1的厚度（t）、内侧短幅（h）以及内侧长幅（w）。即，使用不锈钢薄板171-1的厚度（t）为0.4～0.8mm、内侧短幅（h）为1.8～2.2mm、内侧长幅（w）为80～120mm。长度（L）是根据绝缘油的量或变压器的规模调节。

这种长方形的具有较薄幅度与厚度的多层通道部171，与使用圆形管等构成热交换机的情况相比，其热交换效率非常优秀，并且使在内部流动的绝缘油流动通畅，同时也可以提高装置的密集度。从而，可以制作成小型且轻量。

入口部172具备引导板173，以多个分支转换流路，使绝缘油均等的供给多层通道部171。这种引导板173，根据从制冷剂循环排管150到热交换部170扩管的模样，以一定的倾斜形态展开构成。

图7是根据与本发明相关的热交换型的变压器装置，显示实验冷却性能的结果的示意图。在这里，ch1是绝缘油泵外部温度、ch2是绝缘油泵内部温度、ch3是热交换部前部分温度、ch4是热交换后部分温度、ch5是在绝缘储罐的温度、ch6是制冷剂储罐的温度。

构成与本发明相关的热交换型的变压器冷却装置后，在初始状态绝缘油液的温度（ch5）是90.6℃，制冷剂的温度（ch6）是14.6℃。开始运转后，根据经过的绝对时间后以30秒为单位，分别测量各部位的温度。根据时间经过，可以确认到绝缘油的温度急剧下降。

定时（考虑到根据运转变压器所发生的热）实施加热，持续记录了根据此的温度变化。根据对绝缘油加热使温度有所上升，但是整体根据时间的经过，与初始温度相比维持降低了约30℃左右的温度，并且制冷剂的温度与初始温度相比虽有增加，但是可以看出温度持续在约54℃左右。液体制冷剂的热度上升，由在行驶中的列车等流入的周围空气使其变凉。

如上所述，作为证实与本发明相关的热交换型的变压器冷却装置的热交换效率，可以克服由通风扇等的现有的绝缘油冷却系统的大型化，同时由于在尚存振动的振动列车等不使用密封，因此没有漏水实现高性能热交换，所以其适用可能性非常优秀。

另外，热交换部的设定冷却温度根据季节，在夏季的绝缘油的冷却温度比冬季的冷却温度较大幅度调解所形成的控制板或调节器。这种调节器根据季节或变压器的运营地域，可以简单调节运营变压器所需的冷却温度，因此具有良好的效率与节省能源的优点。

如上所述，说明的热交换型的变压器冷却装置，不得限定的适用说明的实施例的构成与方法。所述实施例使其能够进行的多样的变形，各实施例的全部或一部分可选择性的组合构成。

Claims (8)

1.一种热交换型的变压器冷却装置，其特征在于，包括：

绝缘油循环排管，填满变压器内部的绝缘油导出至外部后，使其重新返回所述变压器，以闭回路形态构成；

绝缘油泵，使所述绝缘油移动；以及

绝缘油冷却系统，使所述绝缘油冷却，

所述绝缘油冷却系统，包括：

液体制冷剂，在整体制冷剂循环周期期间维持液体状态；

制冷剂循环排管，使所述液体制冷剂循环；

制冷剂泵，使所述液体制冷剂移动；以及

热交换部，使所述制冷剂与所述绝缘油热交换，使所述绝缘油冷却，

所述热交换部，包括：

多层通道部，使所述绝缘油以多个层次流动形成多个层次；

入口部，配置在所述多层通道部的上流；以及

出口部，配置在所述多层通道部的下流；以及

制冷剂壳部，形成围绕所述多层通道部，并且使所述多层通道部的周围流动制冷剂；

构成多层通道部的各通道部是分别将金属薄板三次曲折，使得各通道部的截面为长方形；

所述多层通道部，包括：第1多层通道部以及第2多层通道部，彼此间隔一定水平距离配置；

所述入口部，包括：

引导板，以多个分支转换流路，使所述绝缘油均等的供给所述多层通道部。

2.根据权利要求1所述的热交换型的变压器冷却装置，其特征在于，

所述液体制冷剂沸点是120℃以上。

3.根据权利要求1所述的热交换型的变压器冷却装置，其特征在于，

所述液体制冷剂，包括乙二醇。

4.根据权利要求3所述的热交换型的变压器冷却装置，其特征在于，

所述多层通道部、所述入口部、所述出口部以及所述制冷剂壳部是由不锈钢形成。

5.根据权利要求1所述的热交换型的变压器冷却装置，其特征在于，

所述金属薄板的厚度是0.4～0.8mm。

6.根据权利要求1所述的热交换型的变压器冷却装置，其特征在于，

所述各通道部的内侧短幅(h)是1.8～2.2mm、内侧长幅(w)是80～120mm。

7.根据权利要求1所述的热交换型的变压器冷却装置，其特征在于，还包括：

控制板，将所述热交换部的设定冷却温度，根据季节在夏季将所述绝缘油的冷却温度比冬季的冷却温度进行较大幅度调节。

8.根据权利要求1所述的热交换型的变压器冷却装置，其特征在于，

所述制冷剂泵，包括：

发动机部与叶轮部，由发动机部传送所述制冷剂，

并且使所述制冷剂循环于所述发动机部的内部。