CN203366908U - 一种热管阵列式油冷却器 - Google Patents

Abstract

一种热管阵列式油冷却器，由装在换热容器内的多组换热槽和互相独立运行的热管散热器组成，热管散热器内充满蒸发液，变压器油进入换热容器内，分别通过换热槽管壁、变压器油和热管散热器管壁等几层传热介质与热管散热器管内的蒸发液进行热交换，之后受到冷却流出，蒸发液受热沸腾相变，形成的蒸汽在冷却后重新变成液体，在热管散热器内形成换热循环。本实用新型由多组热管散热器组成，若某一组发生泄漏故障，可单独拆除或更换故障热管，变压器不需要停电检修，提高了冷却系统的运行可靠性和易维修性。

Description

一种热管阵列式油冷却器

技术领域

本实用新型涉及一种变压器冷却器，特别涉及一种相变换热的由多组独立运行的热管组成的油冷却器，属于变压器领域。

背景技术

传统的变压器的冷却方式，一般有自然油循环空冷、强迫油循环风冷、强迫油循环水冷等。现在的大、中容量的电力变压器，其冷却器要么是片式散热器或风冷冷却器，要么是水冷冷却器，即使用空气或水作为冷却介质通过换热器对运行中的变压器油进行冷却。但是无论片式散热器、风冷冷却器还是水冷冷却器，都存在固有的缺陷和问题。

片式散热器造价低，工艺简单，免维护，无噪音，但散热能力较低。风冷冷却器增设风机引起噪声污染问题，尤其在城网改造或居民区变电站中，风机噪声污染成为环境问题。增设的风机的故障率与可靠性，以及维护费用也随之升级。水冷冷却器的冷却效果比风冷却器好得多，但如果在变压器运行过程中，水冷冷却器泄漏，冷却用水泄漏到变压器油侧并与变压器油混合，极易引起绝缘事故，严重影响变压器的安全运行；因水引起结垢问题也会使散热效率降低。

目前国内外有提出采用比热换热原理，使用液体或气体对变压器油冷却介质进行二次冷却的方法，但冷却效率不高。一些专利提出使用相变换热的变压器换热器或热管式换热器，利用液体蒸发介质相变换热产生的强大散热效率来改进变压器油冷却器的上述问题，换热效果大大提高。其中专利申请号分别为93205882.5“油浸式电力变压器热管冷却装置”、94112650.1“变压器的热管散热装置”、200510029090.8“热管散热地埋变压器”、201220204646.8“一种变压器热管散热装置”等的发明和实用新型专利中，都是把发生相变换热的热管安装在变压器的油箱上， 这种运行方式下一旦热管有泄漏等故障产生，影响变压器运行，如果要直接进行热管拆卸、更换，则势必使变压器油箱内的变压器油大量泄出，变压器即不能正常运行。因此，若要对故障热管冷却装置进行拆卸、更换或检修，必须要使变压器停电退出运行后才能进行。专利申请号为200610027644.5“一种用分离式热管散热的变压器”和200810116552.3“一种采用蒸发冷却技术的变压器换热器”使用一套热管冷却系统对变压器进行冷却，其缺点是冷却器中接头众多而密封要求严格，一旦发生冷却系统的泄漏，散热效果劣化，影响变压器运行，也势必要使变压器停电退出运行后才能对冷却系统进行检修，使供电的可靠性受到影响。

有鉴于此，本实用新型提出一种热管阵列式油冷却器，以解决上述问题。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有变压器冷却器的缺陷，提出一种采用相变技术的由多组独立运行的热管组成的热管阵列式变压器冷却器，可对每组热管散热器单独维修、更换，进行拆卸、更换的操作期间无需变压器停电，仍能正常运行，能有效提高变压器运行可靠性和维修的方便度。

本实用新型所采用的技术方案是：一种热管阵列式油冷却器，包括油泵、进油阀门、换热槽、进油法兰、换热容器、换热槽翅片、蒸发液、热管散热器法兰、热管散热器管翅片、热管散热器、容器顶盖、变压器油一、出油法兰、出油阀门、输油管道、管程挡板、容器支撑架、变压器油二；进油法兰或出油法兰位于换热容器的同一侧或不同侧，用于流入或流出变压器油一；换热容器外通过输油管道连通进油阀门、出油阀门和油泵，与变压器油箱连通形成一个循环的油路，其特征在于：换热容器顶盖上安装有若干个换热槽，换热槽深入到换热容器内部，换热槽的外壁与换热容器内的变压器油一接触换热，热管散热器的一部分插入换热槽的内部，另一部分暴露在空气中，换热槽和热管散热器之间充满变压器油二，热管散热器通过其器身中部外壁上的热管散热器法兰固定在换热容器顶盖上，热管散热器为全密封热管，内部充有一定量的蒸发液，换热容器内设置有管程挡板。 

如上所述的热管阵列式油冷却器，其特征在于：所述的热管散热器为金属热管或非金属热管，其数目为单个或多个；其外壁为带有热管散热器管翅片的，或不带有热管散热器管翅片的。

如上所述的热管阵列式油冷却器，其特征在于：所述的热管散热器管翅片的材料为金属翅片或非金属翅片；热管散热器管翅片的形式为单管翅片，即每个热管散热器管壁上的翅片不与其他热管散热器共用；或整体翅片，即多个热管散热器共用一套翅片。

如上所述的热管阵列式油冷却器，其特征在于：所述的换热槽的安装方式是与容器顶盖垂直安装，或与容器顶盖成一定倾角安装在容器顶盖上，或倾斜安装在换热容器的箱壁上。

如上所述的热管阵列式油冷却器，其特征在于：所述的换热槽为带有换热槽翅片或不带有换热槽翅片。

如上所述的热管阵列式油冷却器，其特征在于：所述的管程挡板为一块或多块，数目由散热功率确定。

如上所述的热管阵列式油冷却器，其特征在于：取消换热槽，热管散热器通过热管散热器法兰安装在换热容器顶盖上，热管散热器的一部分插入换热容器内部，直接与换热容器内的变压器油一接触换热。

如上所述的热管阵列式油冷却器，其特征在于：所述的热管散热器的安装方式是与容器顶盖垂直安装，或与容器顶盖成一定倾角安装在容器顶盖上，或倾斜安装在换热容器的箱壁上。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的换热设计，一方面使用了热管换热原理，大大增强了油冷却器的整体换热效率，减小了冷却系统的体积和重量，降低了成本；另一方面极大地提高了冷却系统的运行可靠性；热管散热器蒸发液自然循环，不需要泵；若发生蒸发液泄漏，可单独对泄漏的热管散热器拆卸或更换，检修和更换的过程中变压器无需停电，仍可正常运行，保持了变压器供电的可靠性。

附图说明

图1是本实用新型实施方式一的结构示意图。

图2是本实用新型实施方式一中换热容器35俯视示意图。

图3是本实用新型实施方式一的局部放大图。

图4是本实用新型实施方式二的结构示意图。

图5是本实用新型实施方式二中换热容器35俯视示意图。

图6是本实用新型实施方式二中热管散热器70与容器顶盖80成一定倾角安装示意图。

图7是本实用新型实施方式二中热管散热器70倾斜安装在换热容器35的箱壁上的安装示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型，下面结合实施例进一步阐明本实用新型的内容，但本实用新型的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。

图中标记说明：10油泵、20进油阀门、25换热槽、30进油法兰、35换热容器、38换热槽翅片、40蒸发液、50热管散热器法兰、60热管散热器管翅片、70热管散热器、80容器顶盖、90变压器油一、100出油法兰、110出油阀门、120输油管道、130管程挡板、140容器支撑架、145变压器油二。

如图1所示，本实用新型具体实施方式一由油泵10、进油阀门20、换热槽25、进油法兰30、换热容器35、换热槽翅片38、蒸发液40、热管散热器法兰50、热管散热器管翅片60、热管散热器70、容器顶盖80、变压器油一90、出油法兰100、出油阀门110、输油管道120、管程挡板130、容器支撑架140、变压器油二145组成。

换热容器35的一侧安装有进油法兰30，另一侧装有出油法兰100，分别用螺栓固定密封，与输油管道120连接。在换热容器35的进油和出油侧的输油管道120上，分别装有进油阀门20和出油阀门110，再与变压器油箱连通。输油管道120上安装有油泵10。换热容器35为密封容器，内部装有变压器油一90，顶部由容器顶盖80密封。换热容器的顶盖80上通过焊接或螺栓固定的方式安装若干个换热槽25，换热槽25深入到换热容器35内部。换热槽25深入到容器底部，其外壁上安装有翅片38。换热槽25内部插入热管散热器70的一部分，在换热槽25和热管散热器70之间充满变压器油二145，以加强两者之间的接触换热。热管散热器70为全密封热管，内部充有一定量的蒸发液40，将其一部分插入到换热槽25中。热管散热器70的器身中部外壁上焊接有热管散热器法兰50，通过螺栓固定在容器顶盖80上。热管散热器70上半部分的外壁焊有管翅片60，用于增大换热面积，提高换热效率。换热容器35安装在容器支撑架140上。换热容器35里面安装有管程挡板130。

图2为换热容器35俯视示意图，如图2所示，用若干个管程挡板130置于换热容器35内，使油路曲折接触尽量多的换热槽25槽壁和及其翅片38，增长变压器油流过的路程，提高换热效率。换热槽25内装有热管散热器70。

图3是本实用新型实施方式一的局部放大图。

在变压器冷却器运行前，将蒸发液40灌入热管散热器70，确保其密封良好。在变压器冷却器正常工作时，打开进油阀门20和出油阀门110，开启油泵10，温度高的变压器油一90在油泵10的作用下流入换热容器箱35，与换热槽25槽壁及其翅片接触并发生热交换而冷却下来。换热槽25内的变压器油145作为中间导热介质，吸收换热容器35中的变压器油一90的热量后，通过热管散热器70的管壁传递到管内的蒸发液40。蒸发液40吸热后汽化，产生的气体上升到热管散热器70顶部二次冷却，变成液态流回热管散热器70底部，形成换热循环。冷却下来的变压器油一90从出油法兰100流出换热容器35，通过输油管道120流回到变压器油箱。

当某个热管散热器70发生泄漏需要检修时，不需停止变压器工作，也不需停止冷却系统工作（即将油泵停机），只需将泄漏的热管散热器70卸下，更换一个新的热管散热器70，在散热功率满足的条件下可暂时将该安装孔密封。这样，热管散热器70的整个检修、更换过程都不影响变压器的运行；当某个换热槽25发生泄漏，由于换热槽25内灌有变压器油，将不影响换热容器35内变压器油的性能，也不影响冷却系统运行，变压器将正常工作。

在换热容器内，为使油流均匀流过，不在油室中留下死角，可在油室内壁上加装垂直于油室内壁面的管程挡板130，导向油流，形成弯曲的油路，使热油与换热槽充分接触，提高换热效率。管程挡板130是由金属或非金属板做成的，部分阻挡油流的通过面积，并根据油流方向互相交错放置。管程挡板数目根据散热功率确定。管程挡板130通过螺栓或焊接等其他工艺与容器壁相连固定。

所述的换热槽25与容器顶盖80垂直安装，如图1 所示；或与容器顶盖80成一定倾角安装；或倾斜安装在换热容器35的箱壁上。

所述的热管阵列式油冷却器可以用于变压器的冷却，也可以用于电抗器等其他设备的冷却。

所述的换热容器35中的热管散热器70可以是一个或多个的金属或非金属热管，其数目由散热功率决定，通过传热原理计算设计，一般留有一定裕度。拆卸某一个热管散热器70后，冷却系统仍能正常工作。

所述的热管散热器70可以是带有管翅片60的，也可以是不带有翅片的。带有管翅片的传热效果要好得多。

所述的管翅片60形式可以是单管翅片，即每根热管散热器管壁上的翅片不与其他热管散热器共用；或整体翅片，即多个热管散热器共用一套翅片。

所述的管翅片60为金属翅片或非金属翅片；翅片的形状可以是但不限于是环状的、肋状的、波纹状的等等。

所述的管程挡板130可以是一块或多块，数目由散热功率确定。

所述的进油法兰30和出油法兰100可以是在容器的同侧或异侧，与管程挡板130综合考虑进行设计。

所述的变压器油二145也可以是其他绝缘液体。

实施方式二

所述的热管阵列式散热器还可取消换热槽，在换热容器的顶盖上直接安装热管散热器。热管散热器的下半部分（蒸发部分）插入到换热容器箱中直接与变压器油接触，上半部分暴露在空气中。此种方式比通过换热槽传热的方式减少了更多中间热阻，但前提是热管的蒸发部分必须保证全密封。热管内部充入一定量的蒸发液，蒸发液通过热管散热器壁与变压器油接触并进行热交换。冷却器运行时，热管散热器的底部的蒸发液被变压器油加热，沸腾发生相变吸收热量，达到冷却变压器油的目的。蒸发液相变产生的蒸汽顺着热管散热器向上运动到热管散热器的顶部，由于热管顶部暴露在换热容器外的空气中，温度较低，蒸汽冷凝重新变回液态沿管壁流回到热管底部，形成换热循环过程。热管散热器的数量由散热功率决定，通过传热原理计算设计。

如图4所示，本实用新型具体实施方式二由油泵10、进油阀门20、进油法兰30、换热容器35、蒸发液40、热管散热器法兰50、热管散热器管翅片60、热管散热器70、容器顶盖80、变压器油一90、出油法兰100、出油阀门110、输油管道120、管程挡板130、容器支撑架140等组成。

换热容器35的一侧安装有进油法兰30，另一侧装有出油法兰100，分别用螺栓固定密封，与输油管道120连接。在换热容器35的进油和出油侧的输油管道120上，分别装有进油阀门20和出油阀门110，再与变压器油箱连通。输油管道120上安装有油泵10。换热容器35为密封容器，内部装有变压器油一90，顶部由容器顶盖80密封。热管散热器70内部装有一定量的蒸发液40，其下部为全密封结构，器身中部外壁焊接有热管散热器法兰50，通过螺栓固定在容器顶盖80上并密封。热管散热器70伸入到容器内部，其外壁直接与换热容器35内的变压器油90接触换热。热管散热器70外壁焊有管翅片60，用于增大换热面积，提高换热效率。换热容器35安装在容器支撑架140上。换热容器35里面安装有管程挡板130。

图5为换热容器35俯视示意图，如图5所示，用若干个管程挡板130置于换热容器箱35内，使油路曲折并接触尽量多的热管散热器70，增长变压器油流过的路程，提高换热效率。在油泵10的作用下，变压器油一90由进油法兰30进入换热容器35，与热管散热器70进行热交换后，冷却后的变压器油一90出油法兰100流出，流回变压油箱。

在变压器冷却器运行前，将蒸发液40灌入热管散热器70，确保其密封良好。在变压器冷却器正常工作时，打开进油阀门20和出油阀门110，开启油泵10，变压器油在油泵10的作用下流入换热容器箱35，与热管散热器70管壁接触发生热交换而冷却下来，再流回变压器油箱。热管散热器70内的蒸发液40吸热后汽化，产生的气体上升到热管散热器70顶部二次冷却，变成液态流回热管散热器70底部，形成换热循环。冷却下来的变压器油一90从出油法兰100流出换热容器35，通过输油管道120流回到变压器油箱。

当某个热管散热器70发生泄漏，则首先将油泵10停机，并关闭进油阀门20与出油阀门110。然后将发生泄漏的热管散热器70卸下，更换一个新的热管散热器70；或者用同样大小的圆形法兰盖住容器顶部盖80上腾出的孔，用螺栓拧紧密封住。待密封固定好，打开进油阀门20和出油阀门110，开启油泵10，则变压器冷却器重新工作，变压器油又进入换热容器进行冷却。

所述的热管散热器70与容器顶盖80垂直安装，如图4 所示；或与容器顶盖80成一定倾角安装在容器顶盖80上，如图6所示；或倾斜安装在换热容器35的箱壁上，如图7所示。

所述的热管阵列式油冷却器可以用于变压器的冷却，也可以用于互感器、电抗器等其他设备的冷却。

所述的换热容器35中的热管散热器70可以是一个或多个的金属或非金属热管，其数目由散热功率决定，通过传热原理计算设计，一般留有一定裕度。拆卸某一个热管散热器70后，冷却系统仍能正常工作。

所述的热管散热器70可以是带有管翅片60的，也可以是不带有翅片的。带有管翅片的传热效果要好得多。

所述的管翅片60形式可以是单管翅片，即每根热管散热器管壁上的翅片不与其他热管散热器共用；或整体翅片，即多个热管散热器共用一套翅片。

所述的管翅片60为金属翅片或非金属翅片；翅片的形状可以是但不限于是环状的、肋状的、波纹状的等等。

所述的管程挡板130可以是一块或多块，数目由散热功率确定。

所述的进油法兰30和出油法兰100可以是在容器的同侧或异侧，与管程挡板130综合考虑进行设计。

本实用新型利用高绝缘水平的蒸发液介质相变换热对变压器油进行二次冷却，采用多组热管组合的冷却器系统，散热效率高，同时克服了发生泄漏事故需变压器停电检修的缺点。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (8)

1.一种热管阵列式油冷却器，包括油泵（10）、进油阀门（20）、换热槽（25）、进油法兰（30）、换热容器（35）、换热槽翅片（38）、蒸发液（40）、热管散热器法兰（50）、热管散热器管翅片（60）、热管散热器（70）、容器顶盖（80）、变压器油一（90）、出油法兰（100）、出油阀门（110）、输油管道（120）、管程挡板（130）、容器支撑架（140）、变压器油二（145）；进油法兰（30）或出油法兰（100）位于换热容器（35）的同一侧或不同侧，用于流入或流出变压器油一（90）；换热容器（35）外通过输油管道（120）连通进油阀门（20）、出油阀门（110）和油泵（10），与变压器油箱连通形成一个循环的油路，其特征在于：换热容器顶盖（80）上安装有若干个换热槽（25），换热槽（25）深入到换热容器（35）内部，换热槽（25）的外壁与换热容器（35）内的变压器油一（90）接触换热，热管散热器（70）的一部分插入换热槽（25）的内部，另一部分暴露在空气中，换热槽（25）和热管散热器（70）之间充满变压器油二（145），热管散热器（70）通过其器身中部外壁上的热管散热器法兰（50）固定在换热容器顶盖（80）上，热管散热器（70）为全密封热管，内部充有一定量的蒸发液（40），换热容器（35）内设置有管程挡板（130）。

2.根据权利要求1所述的热管阵列式油冷却器，其特征在于：所述的热管散热器（70）为金属热管或非金属热管，其数目为单个或多个；其外壁为带有热管散热器管翅片（60）的，或不带有热管散热器管翅片（60）的。

3.根据权利要求2所述的热管阵列式油冷却器，其特征在于：所述的热管散热器管翅片（60）的材料为金属翅片或非金属翅片；热管散热器管翅片（60）的形式为单管翅片，即每个热管散热器（70）管壁上的翅片不与其他热管散热器（70）共用；或整体翅片，即多个热管散热器（70）共用一套翅片。

4.根据权利要求1所述的热管阵列式油冷却器，其特征在于：所述的换热槽（25）的安装方式是与容器顶盖（80）垂直安装，或与容器顶盖（80）成一定倾角安装在容器顶盖（80）上，或倾斜安装在换热容器（35）的箱壁上。

5.根据权利要求4所述的热管阵列式油冷却器，其特征在于：所述的换热槽（25）为带有换热槽翅片（38）或不带有换热槽翅片（38）。

6.根据权利要求1所述的热管阵列式油冷却器，其特征在于：所述的管程挡板（130）为一块或多块，数目由散热功率确定。

7.根据权利要求1所述的热管阵列式油冷却器，其特征在于：取消换热槽（25），热管散热器（70）通过热管散热器法兰（50）安装在换热容器顶盖（80）上，热管散热器（70）的一部分插入换热容器（35）内部，直接与换热容器（35）内的变压器油一（90）接触换热。

8.根据权利要求7所述的热管阵列式油冷却器，其特征在于：所述的热管散热器（70）的安装方式是与容器顶盖（80）垂直安装，或与容器顶盖（80）成一定倾角安装在容器顶盖（80）上，或倾斜安装在换热容器（35）的箱壁上。

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