CN114450765A - 用于干式变压器的热交换器组件 - Google Patents

用于干式变压器的热交换器组件 Download PDF

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CN114450765A CN201980100890.4A CN201980100890A CN114450765A CN 114450765 A CN114450765 A CN 114450765A CN 201980100890 A CN201980100890 A CN 201980100890A CN 114450765 A CN114450765 A CN 114450765A
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陆琼芳
徐晔
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Abstract

一种用于干式变压器(30)的热交换器组件(110)，包括：组件壳体(113)，该组件壳体包括进气口(136)和出气口(135)并且被适配成固定到干式变压器(30)；以及第一热交换器(120)，该第一热交换器定位在组件壳体(113)中并位于进气口(136)与出气口(135)之间，该第一热交换器(120)被布置成相对于组件壳体(113)的第一内表面成第一倾斜角度。可以实现更好的热交换效果。

Description

用于干式变压器的热交换器组件
技术领域
本公开的示例实施例总体上涉及一种冷却装置，更具体地，涉及一种用于干式变压器的热交换器组件。
背景技术
变压器广泛用于各种应用中，以提供各种功能，比如电压转换。例如，变压器可以设置在电力传输系统的变电站或风车中。
在转换期间，一些输入功率可能未被转换为所需的电功率。例如，一部分能量可能会转换为热量，从而导致变压器温度增加。增加的温度可能导致几个缺点。例如，变压器可能会老化得更快，从而缩短其使用寿命。
已经提出了各种方法来降低变压器的温度。例如，可以利用热交换器组件来降低干式变压器的内部空间的温度。然而，热交换效果并不令人满意并且可以进一步提高。
发明内容
本公开的示例实施例提出了一种用于干式变压器的热交换的解决方案。
在第一方面，提供了一种用于干式变压器的热交换器组件。热交换器组件包括：组件壳体，该组件壳体包括进气口和出气口并且被适配成固定到干式变压器；以及第一热交换器，该第一热交换器定位在组件壳体中并位于进气口与出气口之间，该第一热交换器被布置成相对于组件壳体的第一内表面成第一倾斜角度。
在第二方面，提供了一种干式变压器。干式变压器包括：如第一方面的热交换器组件；壳体，该壳体被布置成固定到热交换器组件并且包括与热交换器组件的出气口对准的进气口和与热交换器组件的进气口对准的出气口；以及干式变压器的芯部件，该芯部件位于干式变压器的壳体内部。
在第三方面，提供了一种制造用于干式变压器的热交换器组件的方法。方法包括：提供组件壳体，该组件壳体包括进气口和出气口并且被适配成固定到干式变压器；以及提供第一热交换器，该第一热交换器定位在组件壳体中并位于进气口与出气口之间，该第一热交换器被布置成相对于组件壳体的第一内表面成第一倾斜角度。
根据本公开的实施例，根据本公开的实施例的方案可以实现更好的热交换效果。
附图说明
通过参照附图的以下详细描述，本文公开的示例实施例的上述及其他目的、特征和优点将变得更加清楚。在附图中，本文公开的若干示例实施例将以示例且以非限制的方式示出，其中：
图1示出了安装有传统的热交换器组件的干式变压器的截面图；
图2示出了安装有根据本公开的一些示例实施例的热交换器组件的干式变压器的截面图；
图3示出了安装有根据本公开的一些示例实施例的另一个热交换器组件的干式变压器的截面图；
图4示出了根据本公开的一些示例实施例的热交换器的示例的细节图；以及
图5示出了制造根据本公开的一些示例实施例的热交换器组件的方法。
在所有附图中，相同或对应的附图标记指代相同或对应的部件。
具体实施方式
现在将参照几个示例实施例来讨论本文描述的主题。讨论这些实施例仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解并因此实施本文描述的主题，而不表示对主题范围的任何限制。
术语“包括”或“包含”及其变型应理解为表示“包括但不限于”的开放术语。除非上下文另外明确指出，否则术语“或”应被理解为“和/或”。术语“基于”应被理解为“至少部分地基于”。术语“能够操作用于”是指可以通过用户或外部机制引发的操作来实现功能、动作、运动或状态。术语“一个实施例”和“实施例”应理解为“至少一个实施例”。术语“另一个实施例”应理解为“至少一个其他实施例”。
除非另有说明或限制，否则术语“安装”、“连接”、“支撑”和“耦接”及其变型被广泛使用，并且包括直接和间接的安装、连接、支撑和耦接。此外，“连接”和“耦接”不限于实体或机械连接或耦接。在下文的描述中，相同的附图标记和标号用于描述图中相同、相似或对应的部分。其他(明确的和隐含的)限定可以包括在下面。
如上所述，可以利用传统的热交换器组件来降低干式变压器的内部空间的温度。然而，传统的热交换器组件的热交换效果并不令人满意，可以进一步提高。
图1示出了安装有传统的热交换器组件10的干式变压器30的截面图。干式变压器30可以应用于海上风车，并且包括壳体34和芯部件33。包含在壳体中的芯部件可以包括磁芯和绕组。在操作期间，芯部件可能产生大量热量，从而使变压器的温度增加。循环通过芯部件的气流的温度可能相应地增加。
可以理解的是，壳体34包括与组件壳体13的进气口对准的出气口35，壳体34包括与组件壳体13的出气口对准的进气口36。
传统的热交换器组件10被布置成安装或固定到变压器30的背面。传统的热交换器组件10包括组件壳体13、位于组件壳体13外部的马达11、位于组件壳体13内部的风扇12、以及位于组件壳体13内部的热交换器20。
马达11被布置成驱动风扇12旋转，使得气流可以循环。在图1中，气流用箭头图示，其中实线箭头指示温度相对较高的气流部分，空心箭头指示温度相对较低的气流部分。对气流的温度的该图示可以适用于后面的图。
热空气流向传统的热交换器组件10的底部，并与在热交换器20中流动的低温度的流体交换热量，以变成从热交换器20离开到达变压器30内部的底部的冷空气。
本发明发现接近组件壳体13的底部的气流较多，而远离组件壳体13的底部的气流较少。在图1中，该发现用接近组件壳体13的底部的较密实线箭头和远离组件壳体13的底部的较稀实线箭头图示。如此，热交换器20的上侧没有得到有效利用，即使热交换器在图1的配置中竖直延伸也不能实现更好的交换效果。
此外，在图1的配置中，空气首先撞击底表面，然后折返流动通过热交换器20。这种折返降低了流速，并相应地削弱了交换效果。
图1的配置存在潜在风险。在冷却剂液体泄漏的情况下，比如水等液体冷却剂将被直接吹入变压器30中。液体冷却剂可能潜在地导致变压器30的故障。如此，需要消除该潜在风险。
图2示出了安装有根据本公开的一些示例实施例的热交换器组件110的干式变压器130的截面图。干式变压器130可以应用于海上风车，并且可以包括壳体134和芯部件133。
包含在壳体134中的芯部件133可以包括磁芯和绕组。在操作期间，芯部件可能产生大量热量，从而使变压器的温度增加。循环通过芯部件的气流的温度可能相应地增加。
可以理解的是，壳体134包括与组件壳体113的进气口对准的出气口135，壳体134包括与组件壳体113的出气口对准的进气口136。
热交换器组件110被布置成安装或固定到变压器130的背表面。热交换器组件110包括组件壳体113、位于组件壳体113外部的马达111、位于组件壳体113内部的风扇112、以及位于组件壳体113内部的热交换器120。
马达111被布置成驱动风扇112旋转，使得气流可以循环。在示例中，风扇112被布置成正对进气口，并且被布置成与热交换器120相距一段距离。
在图2中，气流用箭头图示，其中实线箭头指示温度相对较高的气流部分，空心箭头指示温度相对较低的气流部分。对气流的温度的该图示可以适用于后面的图。
热空气流向热交换器组件110，并与在热交换器120中流动的低温度的流体交换热量以变成冷空气。冷空气流向热交换器组件110的底部。
热交换器120可以是空气强制热交换器和/或水强制热交换器，并且可以包括在进气口与出气口之间平行于气流延伸的多个翅片(未示出)。多个翅片可以增加散热面积以获得更好的热交换效果。
如图2所示，热交换器120被图示为具有流体入口121和流体出口122。冷流体在流体入口121处流入热交换器120，并且热流体在流体出口122处流出热交换器120。流体可以包括呈比如空气等气体或者比如水等液体形式的任何冷却剂。可以理解的是，流体入口和流体出口的位置可以相互替换。
热交换器120定位在组件壳体中并且位于进气口与出气口之间，并且被布置成相对于组件壳体113的第一内表面成第一倾斜角度。应当理解，倾斜排除了平行方向和垂直方向。
如此，即使在热交换器110中出现冷却液体泄漏，冷却液体也不会被吹入变压器130中。例如，可以在安装马达111的竖直表面的底部布置槽或泄漏孔。槽或泄漏孔可以设置在热交换器组件的出气口的下端所在平面的下方。这将增加变压器的安全性。
倾斜角度的范围为10°至80°。在示例中，倾斜角度可以为10°、30°、45°、60°或80°。通过将热交换器120设置为倾斜于内表面并位于进气口与出气口之间，可以扩大热交换器110的区域，并且可以减小热交换器组件110的厚度。
热交换器组件110的减小的厚度对于比如海上风车等一些场景可能是极重要的。在这些场景中，用于热交换器组件的空间有限，每英寸的厚度都很重要。利用图2的配置，可以在不增加热交换器组件的尺寸的情况下增强交换效果，并且可以实现紧凑的组件。
此外，在图2的配置中，可以引导气流直接流动通过热交换器120而无需如上所述的折返。此外，由于空气平行于翅片流动，因此空气可以更均匀地穿过热交换器120。在这种情况下，气流速度不受折返的影响，可以实现更好的热交换效果。
在示例中，第一内表面为组件壳体113的竖直表面，并且热交换器120被布置成从第一内表面延伸到与第一内表面相对的第二内表面，如图2所示。尽管热交换器120被图示为接触相对的竖直表面，但这仅用于图示，而不暗示对本文描述的主题的范围的任何限制。在示例中，热交换器120可以在相对的竖直表面之间延伸而不接触这些竖直表面。
图3示出了安装有根据本公开的一些示例实施例的另一个热交换器组件210的干式变压器230的截面图。干式变压器230可以应用于海上风车，并且可以包括壳体234和芯部件233。
包含在壳体234中的芯部件233可以包括磁芯和绕组。在操作期间，芯部件233可能相对于芯部件133产生更多的热量，并且循环通过芯部件的气流的温度可能相应地增加。如此，变压器230的温度更快地增加，并且需要更强大的热交换。
可以理解的是，壳体234包括与组件壳体213的进气口对准的出气口235，壳体234包括与组件壳体213的出气口对准的进气口236。
热交换器组件210被布置成安装或固定到变压器230的背面。热交换器组件210包括组件壳体213、组件壳体213外部的马达211、组件壳体213内部的风扇212、以及位于组件壳体213内部的第一热交换器220。第一热交换器220可以与示例中的热交换器120相同或相似。
马达211被布置成驱动风扇212旋转，使得气流可以循环。在示例中，风扇212被布置成直面进气口，并且被布置成与第一热交换器220间隔开一段距离。在图3中，气流用箭头图示，其中实线箭头指示温度相对较高的气流部分，空心箭头指示温度相对较低的气流部分。
热空气流向热交换器组件210，并与在第一热交换器220中流动的低温度的流体交换热量以变成冷空气。冷空气流向热交换器组件210的底部。
第一热交换器220可以是空气强制热交换器和/或水强制热交换器，并且可以包括在热交换器组件210的进气口与出气口之间平行于气流延伸的多个翅片(未示出)。多个翅片可以增加散热面积以实现更好的热交换效果。
第一热交换器220定位在组件壳体中并且位于进气口与出气口之间，并且被布置成相对于组件壳体213的第一内表面成第一倾斜角度。应当理解，倾斜排除了平行方向和垂直方向。
倾斜角度的范围为10°至80°。在示例中，倾斜角度可以为10°、30°、45°、60°或80°。通过将第一热交换器220设置为倾斜于内表面并位于进气口与出气口之间，可以扩大热交换器210的面积，并且可以减小热交换器组件210的厚度。
热交换器组件210的减小的厚度对于比如海上风车等一些场景可能是极重要的。在这些场景中，用于热交换器组件的空间有限，每英寸的厚度都很重要。利用图3的配置，可以在不增加热交换器组件的尺寸的情况下增强交换效果。
此外，在图3的配置中，空气直接流动通过第一热交换器220而无需如上所述的折返。此外，由于空气平行于翅片流动，因此空气可以更均匀地穿过第一热交换器220。在这种情况下，气流速度不受折返的影响，可以实现更好的热交换效果。
在示例中，第一内表面为组件壳体213的竖直表面，并且第一热交换器220被布置成从第一内表面延伸到与第一内表面相对的第二内表面，如图3所示。尽管第一热交换器220被图示为接触相对的竖直表面，但这仅用于图示，而不暗示对本文描述的主题的范围的任何限制。在示例中，第一热交换器220可以在相对的竖直表面之间延伸而不接触这些竖直表面。
在需要更强大的热交换的情况下，如上所述，热交换器组件210可以进一步包括第二热交换器221，该第二热交换器定位在组件壳体213中并且位于进气口与出气口之间。第二热交换器221被布置成相对于组件壳体的第一内表面成第二倾斜角度，并且包括空气强制热交换器和/或水强制热交换器。
在示例中，第一倾斜角度等于第二倾斜角度。可以理解，在其他示例中，第一倾斜角度可以与第二倾斜角度不同。
在示例中，第二热交换器221的尺寸与第一热交换器220的尺寸不同。例如，由于空气流动通过第一热交换器220然后流动通过第二热交换器221，因此第二热交换器221可能需要较少的交换效果。如此，第二热交换器221可能需要较小的尺寸。例如，第一热交换器220可以接触相对的竖直表面，而第二热交换器221可以在相对的竖直表面之间延伸而不接触这些竖直表面。
在示例中，第二热交换器221的形状与第一热交换器220的形状不同。例如，基于对气流的建模，可以利用不同的形状来促进空气循环，以实现更好的热交换效果。
尽管在图3中示出了热交换器的两级配置，但这仅用于图示，而不暗示对本文描述的主题的范围的任何限制。在示例中，热交换器组件可以包括不止两个热交换器，这些热交换器被布置成相对于组件壳体的竖直表面成相同或不同的倾斜角度。
图4示出了根据本公开的一些示例实施例的热交换器400的示例的详细视图。热交换器400可以是根据本公开的一些示例实施例的热交换器120、220和221中的任何热交换器的示例。
热交换器400包括流体入口421和流体出口422。冷流体在流体入口421流入热交换器，热流体在与热交换器组件中的气流进行热交换之后在流体出口422流出热交换器。流体可以包括呈比如空气等气体或者比如水等液体形式的任何冷却剂。可以理解的是，流体入口和流体出口的位置可以彼此替换，流体入口和流体出口的形状和尺寸可以根据需要而变化。
热交换器400包括被布置成彼此平行的多个翅片423。通过设置多个翅片423，热交换器400的表面的面积显著增加。因此，热交换的面积和效率相应地增加。在示例中，翅片423在进气口与出气口之间平行于气流延伸。
例如，相邻翅片可以在相邻翅片之间具有槽或间隙以使空气流动通过，并且该槽或间隙平行于气流延伸。通过将多个翅片423设置为平行于气流延伸，流速可以较少受影响，并且可以相应地提高热交换效果。
尽管示出了多个翅片423的平行配置，但这仅用于图示，而不暗示对本文描述的主题的范围的任何限制。应当理解，多个翅片423的任何形状或方向都是可以的，只要该多个翅片能够将气流引导到热交换器组件的出口并进行充分的热交换即可。
图5示出了制造根据本公开的一些示例实施例的热交换器组件的方法500。可以理解的是，图2至图4的配置的特征可以应用于图5的方法500。
在502，提供组件壳体，该组件壳体包括进气口和出气口并且被适配成固定到干式变压器。在一些实施例中，组件壳体可以包括组件壳体113和组件壳体213。
在504中，提供第一热交换器，该第一热交换器定位在组件壳体中并且位于进气口与出气口之间。第一热交换器被布置成相对于组件壳体的第一内表面成第一倾斜角度。在一些实施例中，第一热交换器可以包括热交换器120、220和221。
后文将列出本文描述的主题的一些示例实施方式。
项目1：提供了一种用于干式变压器的热交换器组件。热交换器组件包括：组件壳体，该组件壳体包括进气口和出气口并且被适配成固定到干式变压器；以及第一热交换器，该第一热交换器定位在组件壳体中并位于进气口与出气口之间，该第一热交换器被布置成相对于组件壳体的第一内表面成第一倾斜角度。
项目2：如项目1所述的热交换器组件，其中第一热交换器被布置成从第一内表面延伸至与第一内表面相对的第二内表面，并且第一内表面和第二内表面为竖直表面。
项目3：如项目1或项目2所述的热交换器组件，其中倾斜角度度的范围为10°至80°。
项目4：如项目1至项目3中任一项所述的热交换器组件，其中第一热交换器包括在进气口与出气口之间平行于气流延伸的多个翅片。
项目5：如项目1至项目4中任一项所述的热交换器组件，进一步包括：马达，该马达定位在组件壳体的外部；以及风扇，该风扇定位在组件壳体的内部并被布置成由马达驱动。
项目6：如项目1至项目5中任一项所述的热交换器组件，其中风扇被布置成正对进气口。
项目7：如项目1至项目6中任一项所述的热交换器组件，其中风扇被进一步布置成与第一热交换器相距一段距离。
项目8：如项目1至项目7中任一项所述的热交换器组件，进一步包括第二热交换器，该第二热交换器定位在组件壳体中并位于进气口与出气口之间，该第二热交换器被布置成相对于组件壳体的第一内表面成第二倾斜角度。
项目9：如项目1至项目8中任一项所述的热交换器组件，其中第一角度等于第二角度。
项目10：如项目1至项目9中任一项所述的热交换器组件，其中第二热交换器的尺寸与第一热交换器的尺寸不同。
项目11：如项目1至项目10中任一项所述的热交换器组件，其中第二热交换器的形状与第一热交换器的形状不同。
项目12：如项目1至项目11中任一项所述的热交换器组件，其中第一热交换器包括空气强制热交换器和/或水强制热交换器。
项目13：提供了一种干式变压器。干式变压器包括：如项目1至项目12中任一项所述的热交换器组件；壳体，该壳体被布置成固定到热交换器组件并且包括与热交换器组件的出气口对准的进气口和与热交换器组件的进气口对准的出气口；以及干式变压器的芯部件，该芯部件位于干式变压器的壳体内部。
项目14：如项目13所述的干式变压器，进一步包括：空气引导板，该空气引导板定位在干式变压器的壳体的内表面周围并位于干式变压器的壳体的进气口与出气口之间。
项目15：提供了一种制造用于干式变压器的热交换器组件的方法。方法包括：提供组件壳体，该组件壳体包括进气口和出气口并且被适配成固定到干式变压器；以及提供第一热交换器，该第一热交换器定位在组件壳体中并位于进气口与出气口之间，该第一热交换器被布置成相对于组件壳体的第一内表面成第一倾斜角度。
此外，虽然操作是以特定顺序描述的，但这不应被理解为要求这样的操作以所示的特定顺序或以先后顺序执行，或者所有图示的操作被执行以实现期望的结果。在某些情况下，多任务处理和并行处理可能是有利的。同样，虽然在上述讨论中包含了几个具体的实施细节，但这些不应被解释为对本公开的范围的限制，而是作为对可能特定于特定实施例的特征的描述。在单独的实施例的上下文中描述的某些特征也可以在单一实施例中组合地进行实施。另一方面，在单一实施例的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施例中单独地或以任何合适的子组合来实施。
尽管已经以特定于结构特征和/或方法行为的语言描述了主题，但是应当理解，在所附权利要求中限定的主题不一定限于上述具体特征或动作。相反，上述具体特征和动作被公开为实施权利要求的示例形式。

Claims (15)

1.一种用于干式变压器的热交换器组件(110)，所述热交换器组件包括：
组件壳体(113)，所述组件壳体包括进气口和出气口并且适用于固定到所述干式变压器；以及
第一热交换器(120)，所述第一热交换器定位在所述组件壳体中并且在所述进气口与所述出气口之间，所述第一热交换器(120)被布置为相对于所述组件壳体的第一内表面成第一倾斜角度。
2.如权利要求1所述的热交换器组件，其中，所述第一热交换器被布置成从所述第一内表面延伸至与所述第一内表面相对的第二内表面，并且所述第一内表面和第二内表面为竖直表面。
3.如权利要求1所述的热交换器组件，其中，所述倾斜角度的范围为10°至80°。
4.如权利要求1所述的热交换器组件，其中，所述第一热交换器包括在所述进气口与所述出气口之间与气流平行地延伸的多个翅片。
5.如权利要求1所述的热交换器组件，所述热交换器组件进一步包括：
马达，所述马达定位在所述组件壳体的外部；以及
风扇，所述风扇定位在所述组件壳体的内部并且由所述马达驱动。
6.如权利要求1所述的热交换器组件，其中，所述风扇被布置为正对所述进气口。
7.如权利要求6所述的热交换器组件，其中，所述风扇进一步被布置成与所述第一热交换器相距一段距离。
8.如权利要求1所述的热交换器组件，所述热交换器组件进一步包括：
第二热交换器(221)，所述第二热交换器定位在所述组件壳体中并且在所述进气口与所述出气口之间，所述第二热交换器(221)被布置为相对于所述组件壳体的第一内表面成第二倾斜角度。
9.如权利要求8所述的热交换器组件，其中，所述第一角度等于所述第二角度。
10.如权利要求8所述的热交换器组件，其中，所述第二热交换器的尺寸与所述第一热交换器的尺寸不同。
11.如权利要求8所述的热交换器组件，其中，所述第二热交换器的形状与所述第一热交换器的形状不同。
12.如权利要求1所述的热交换器组件，其中，所述第一热交换器包括空气强制热交换器和/或水强制热交换器。
13.一种干式变压器(100)，所述干式变压器包括：
如权利要求1至12中任一项所述的热交换器组件(110)；
壳体(134)，所述壳体被布置成固定到所述热交换器组件，并且所述壳体包括与所述热交换器组件的出气口对准的进气口和与所述热交换器组件的进气口对准的出气口；以及
所述干式变压器的芯部件，所述芯部件定位在所述干式变压器的壳体内部。
14.如权利要求13所述的干式变压器(100)，所述干式变压器进一步包括：
空气引导板，所述空气引导板定位在所述干式变压器的壳体的内表面周围并且在所述干式变压器的壳体的进气口与出气口之间。
15.一种用于制造用于干式变压器的热交换器组件的方法(500)，所述方法包括：
提供(502)组件壳体，所述组件壳体包括进气口和出气口并且适用于固定到所述干式变压器；以及
提供(504)第一热交换器，所述第一热交换器定位在所述组件壳体中并且在所述进气口与出气口之间，所述第一热交换器被布置为相对于所述组件壳体的第一内表面成第一倾斜角度。
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