FR2485709A1 - Methode de refroidissement par vapeur d'un element producteur de chaleur et appareil electrique pour son application - Google Patents

Abstract

METHODE DE REFROIDISSEMENT PAR VAPEUR D'UN ELEMENT PRODUCTEUR DE CHALEUR ET APPAREIL ELECTRIQUE POUR SON APPLICATION. L'INVENTION EST DU DOMAINE DU REFROIDISSEMENT D'ELEMENT GENERATEUR DE CHALEUR PAR VAPORISATION D'UN LIQUIDE Y APPLIQUE SOUS FORME DE PULVERISATION. L'ELEMENT GENERATEUR DE CHALEUR ETANT DISPOSE DANS UNE CHAMBRE RENFERMANT UN LIQUIDE 37 QUI S'EVAPORE DANS LA PLAGE DE TEMPERATURE EN FONCTIONNEMENT NORMAL DE L'ELEMENT GENERATEUR DE CHALEUR, DES VIBRATIONS ULTRASONIQUES D'INTENSITE DETERMINEE SONT PRODUITES DANS LE LIQUIDE DE FACON A L'ATOMISER ACOUSTIQUEMENT ET A LA PULVERISER CONTRE LEDIT ELEMENT GENERATEUR DE CHALEUR. CES VIBRATIONS ACOUSTIQUES SONT DE PREFERENCE OBTENUES A PARTIR DE TRANSDUCTEURS 33, 109, 127, DE PREFERENCE DES OSCILLATEURS PIEZOCERAMIQUES, FONCTIONNANT A PARTIR D'UNE ALIMENTATION ENERGETIQUE EN FREQUENCE ELEVEE ET POSITIONNES DE FACON A PROJETER UN FAISCEAU FOCALISE D'ULTRASONS INTENSES DESTINE A PRODUIRE UN JET 101, 103 DE LIQUIDE ATOMISE VENANT EN CONTACT AVEC L'ELEMENT PRODUCTEUR DE CHALEUR. APPLICATION: REFROIDISSEMENT DES TRANSFORMATEURS DE PUISSANCE, DES APPAREILS ELECTRIQUES A RAYONS X, DES APPAREILLAGES RADAR, DES DISPOSITIFS EXTINCTEURS D'ETINCELLES POUR DISJONCTEURS DE PUISSANCE ET ANALOGUES.

Description

Méthode de refroidissement par vapeur d'un élément

producteur de chaleur et appareil électrique pour son appli-

cation.

La présente invention a pour objet une méthode de re-

froidissement par vapeur d'un élément producteur de chaleur,

ainsi qu'un appareil électrique pour son application.

Refroidir une structure. productrice de chaleur par vaporisation d'un liquide aspergé ou pulvérisé sur cette dernière est bien connu évidemment et habituellement n'est pas

difficile à réaliser. L'invention vise toutefois un refroidis-

sement par vaporisation appliqué à des systèmes clos et autonomes exigeant le maximum de sécurité de fonctionnement et nécessitant des réfrigérants qui non seulement refroidissent mais réalisent également d'autres fonctions, par exemple d'isolement. Parmi les systèmes de ce type, on peut citer les transformateurs de puissance refroidis par la vapeur, dans lesquels, comme décrit dans les brevets US no 3 819 301; 3 834 835 et 2 845 472, par exemple, un liquide vaporisable est pompé à partir d'un réservoir ou d'un puisard jusqu'à un niveau supérieur à la structure productrice de chaleur, à savoir dans ce cas, le noyau et les bobines du transformateur, afin d'être pulvérisés sur ce dernier et de ce fait le refroidir par vaporisation du liquide, la vapeur résultante étant ensuite

condensée, par exemple en la faisant passer par un réfrigéra-

teur, et puis recyclée au réservoir de liquide. Ce cycle se répète en continu pendant le fonctionnement du transformateur aussi longtemps que du réfrigérant liquide contenu dans le réservoir est pompé sur la structure productrice de chaleur. Si le pompage du réfrigérant liquide est interrompu alors que le

transformateur est en utilisation, il se produira une augmenta-

tion rapide de la température et de formidables problèmes pour-

ront s'ensuivre. De ce fait, il est extrêmement important que le dispositif de pompage, c'est-à-dire habituellement une pompe à moteur électromécanique, soit absolument sur pendant le

fonctionnement.

Le réfrigérant liquide habituellement utilisé dans les

transformateurs refroidi par la vapeur, par exemple le fluoro-

carbone ou, plus récemment, le tétrachloroéthylène, est utilisé

également comme isolant pour éviter les court-circuits élec-

triques de se produire entre la structure énergétique du transformateur et sa cuve ou son carter; mais le réfrigérant peut jouer son rôle seulement lorsque suffisamment de liquide a été évaporé pour fournir une pression de vapeur résultante de rigidité diélectrique appropriée, ce qui signifie immédiatement d'après la charge initiale ou pendant des charges légères que la résistance au clacage électrique fournie par la vapeur de réfrigérant seule ne serait pas appropriée. Afin de résoudre

ce problème, il est habituel d'ajouter un gaz, à savoir l'hexa-

f luorure de soufre, qui présente une rigidité diélectrique élevée et ne se condense pas dans les conditions d'utilisation ou de non utilisation du transformateur, fournissant ainsi un propre isolement également au moment o il n'y a pas assez de pression de vapeur de réfrigérant pour en fournir. L'addition

de ce gaz, toutefois. réduit l'efficacité de refroidissement.

La présente invention vise plus précisément à fournir une méthode améliorée de refroidissement par la vapeur d'une structure productrice de chaleur, méthode qui ne nécessite ni pompe dans le sens classique, ni diélectrique gazeux afin d'obtenir un refroidissement et une isolation appropriées à

tout instant.

L'invention a donc pour objet une méthode de refroidis-

sement d'un élément producteur de chaleur par vaporisation d'un liquide y appliqué sous forme de pulvérisation, cette méthode étant caractérisée par le fait que l'élément producteur de chaleur est confiné à l'intérieur d'une chambre renfermant une certaine quantité de liquide qui se vaporise dans les conditions

normales de température de fonctionnement de l'élément produc-

teur de chaleur, et que les vibrations ultrasoniques d'une intensité déterminée sont produites dans la quantité de liquide en question pour que ce dernier soit atomisé de façon acoustique,

de façon à l'obtenir sous forme pulvérisée.

L'invention se rapporte également à un appareil élec-

trique comportant un carter délimitant une chambre, et, disposée dans cette chambre, une structure productrice de chaleur, refroidie par la méthode spécifiée ci-dessus, et une quantité de liquide diélectrique vaporisable dans les conditions normales de température de fonctionnement de la structure productrice

de chaleur, caractérisé par le fait qu'il comporte un dispo-

sitif producteur d'énergie acoustique comportant au moins un transducteur ultrasonique qui, lorsqu'il fonctionne, émet un faisceau d'ultrasons appliqué à cette quantité de liquide pour

y produire des vibrations ultrasoniques.

Le faisceau émis par le ou chaque transducteur ultra-

sonique, de préférence un oscillateur piézocéramique amorcé à partir d'une alimentation en puissance de haute fréquence appropriée, produira un rayonnement ultrasonique intense qui, plus particulièrement, s'il est focalisé, fera qu'une fontaine acoustique de pulvérisation de brume et de brouillard et s'élèvera de la surface du liquide et viendra mouiller la

structure productrice de chaleur. En d'autres termes, le fais-

ceau non seulement provoque l'atomisation du liquide réfrigérant

et isolant, mais également le pompe de sorte qu'un refroidis-

sement par vaporisation peut être réalisé sans avoir à utiliser une autre pompe comme cela était nécessaire auparavant. En outre, l'atomisation et le pompage commencent immédiatement après l'amorçage du ou des transducteurs, ce qui fait que la chambre est immédiatement remplie de pulvérisation, brume et brouillard diélectriques quelle que soit la charge et de ce fait la

température de la structure productrice de chaleur. En consé-

quence, il n'est pas nécessaire d'utiliser un gaz isolant spécial, tel que SF6, fournissant une résistance appropriée au claquage électrique pendant une charge initiale ou légère. Un autre avantage dérivé de l'utilisation du dispositif produisant de l'énergie acoustique selon la présente invention réside dans le fait que son fonctionnement peut être facilement contrôlé pour adapter le taux de pompage et d'atomisation acoustique du

réfrigérant liquide diélectrique à des conditions différentes.

Des modes de réalisation préférés de l'invention seront

maintenant décrits, à titre d'exemple non limitatif,- en réfé-

rence aux dessins annexés, dans lesquels les figures 1 à 6 sont des vues en coupe verticale

représentant divers modes de réalisation de la présente inven-

tion; et

les figures 7, 8 et 9 sont des vues schématiques re-

présentant les diverses manières selon lesquelles un oscilla-

teur piezocéramique peut être utilisé pour créer et maintenir

une fontaine acoustique de micro-brume et de vapeur.

Dans la figure 1, un transformateur de puissance est référencé en 1 et comporte un carter scellé 13, un appareil électrique générateur de chaleur, par exemple un transformateur

, et un appareil réfrigérant 17 du type condenseur. Le trans-

formateur de puissance 11 comporte également un dispositif 19 destiné à appliquer des vibrations ultrasoniques. Le carter 13 est une cuve close étanche pourvue d'une chambre interne 21 dans laquelle le transformateur 15, le condenseur 17 et le dispositif 19 sont disposés. Le carter 13 est constitué d'un matériau rigide approprié; par exemple un métal ou une fibre

de verre.

Le transformateur 15 renferme un noyau magnétique et un bobinage comportant un noyau magnétique 25 et des enroulements électriques 23disposés en relation d'induction les uns avec les autres. Bien que cela ne soit pas représenté sur les dessins dans un but de simplicité, le transformateur opérationnel

comporterait une structure support pour le noyau et le bobin-

age, ainsi que des câbles électriques entre les bobinages 23 et

les dispositifs d'isolation électrique, par exemple les isola-

teurs 27.

Le dispositif réfrigérant 17 comporte un certain nombre de tubes 29 séparés par des espaces 31 qui sont ouvertS vers le milieu ambiant pour permettre à un milieu réfrigérant,

par exemple de l'air, d'y être dirigé. A leur extrémité supé-

rieure, les tubes 29 communiquent avec la zone supérieure de la chambre 21, et à leurs extrémités inférieures ils communiquent avec la partie inférieure de cette chambre, permettant ainsi à la vapeur et à la brume de réfrigérant liquide de pénétrer dans les tubes par leurs extrémités supérieures, d'être refroidis et de se condenser à l'intérieur de ces tubes, puis de s'écouler à partir des extrémités inférieures de ces derniers dans la partie inférieure de la chambre, de façon à y être transformés à nouveau en vapeur et en brume de la manière

décrite dans ce qui suit.

Selon l'invention, le dispositif 19 pour appliquer les vibrations ultrasoniques est disposé dans la partie inférieure, c'est-à-dire près du fond, du carter 13, et il comprend au moins un dispositif générateur de vibrations ultrasoniques ou transducteur 33 comportant un élément piézocéramique approprié tel que, par exemple, celui commercialisé sous la référence PZT-5 par la division piézocéramique de Vernitron Corporation, Bedford, Ohio. De préférence, l'élément piézocéramique 33 présente une configuration concave ou en forme de coupe pour focaliser les vibrations ultrasoniques sur la surface d'un liquide isolant approprié renfermé dans l'élément en forme de coupe. De préférence, la chambre 21 renferme plusieurs, par exemple six, de ces oscillateurs ou dispositifs piezocéramiques en forme de coupe 33 espacés les uns des autres, les espaces entre les dispositifs 33 étant occupés par des conteneurs 35

remplis de la même façon avec un liquide isolant approprié 37.

Les zones périphériques supérieures des coupes 33 et les con-

teneurs 35 sont en contact imperméable au liquide de sorte que le liquide dans les dispositifs et les containers est maintenu à un niveau choisi au préalable, les conteneurs 35, qui sont remplis de liquide isolant 37, servant de réservoir pour les dispositifs 33. Etant donné que le liquide se condense dans le dispositif réfrigérant 17, il retourne au container 35 o le liquide déborde dans les dispositifs en question 33 de façon à y maintenir un niveau de liquide approprié pour la production optimale de vapeur. Les dispositifs 33 sont supportés au-dessus des passages 39 remplis d'un matériau; tel que l'air ou SF6 dont l'impédance acoustique par rapport au liquide est elle que

pratiquement toute l'énergie acoustique produite par les dis-

positifs respectifs 33 est dirigée vers la surface liquide. Les conteneurs 35 sont disposés sur unmatériau 41, par exemple du

tétrafluoro-éthylène (Téflon).

Les dispositifs 33 sont amorcés à partir d'une alimen-

tation de puissance à haute fréquence 42 présentant y associé un dispositif d'impulsion 43 et couplé au dispositif producteur de vibrations ultrasoniques 33 par l'intermédiaire d'un câblage énergétique 45. Lorsqu'ils sont actionnés par la source d'énergie 42, les dispositifs 33 produisent dans le liquide des ondes ultrasoniques de haute intensité qui sont dirigées vers et, du fait des configurations en forme de coupe des dispositifs 33, sont concentrées et focalisées sur la surface du liquide isolant 37, ce qui fait que ce dernier entre en cavitation et s'atomise d'une manière provoquant une projection acoustique 47 de molécule de micro-brume et de vapeur s'élevant du liquide dans chaque coupe pie>zocéramique 33 et venant mouiller les surfaces des enroulements 23 et du noyau 25 du transformateur. Les dispositifs en forme de coupe 33 ont de préférence un diamètre d'environ 10 cm et fonctionnent dans une plage de fréquence d'environ 0,1 à environ 5 MHz. Du fait de leur support dans l'air ou SF6, pratiquement toute l'énergie acoustique produite par chaque dispositif en forme de coupe est dirigée vers son point focal 49. Les six dispositifs 33 également espacés peuvent être mis en oeuvre à partir d'une alimentation en énergie haute fréquence, par exemple une source 42, d'environ 1 kW, bien qu'il soit évident que le niveau nécessaire d'énergie à l'entrée peut varier, en fonction de l'agencement particulier et du nombre des dispositifs focalisateurs utilisés, et que la fréquence de fonctionnement dépend également de certains facteurs, tels que l'isolant liquide particulier utilisé, par

exemple le tétrachloro-éthylêne (C2C14).

De préférence, les jets ou fontaines acoustiques 47

marchent en continu pendant que le transformateur 15 fonctionne.

D'autre part, et en fonction de l'efficacité de pompage,un fonctionnement pulsé est possible avec un taux de répétition élevé lorsque le transformateur est d'abord mis en marche, et avec des taux inférieurs plus tard lorsque le noyau et les bobinages sont à la température normale de fonctionnement; ainsi, afin d'assurer une rigidité électrique appropriée de la micro-brume au commencement du fonctionnement du transformateur, les jets acoustiques 47 de brume peuvent être activés, en utilisant une séquence de temps qui peut être de 10 secondes avant que le transformateur ne soit mis en route. Les jets acoustiques 47 peuvent s'élever à environ 1 mètre au-dessus de la surface du liquide, et des déflecteurs 52 disposés de façon judicieuse peuvent être utilisés pour assurer un mouillage

approprié du bobinage 23 et du noyau 25.

Pendant le fonctionnement du transformateur, la micro-

brume produite par les jets acoustiques 47 se vaporise au contact du noyau et des enroulements du transformateur, sa vapeur remplissant la chambre 21 et, à partir de la partie supérieure de cette dernière, passant dans le dispositif réfrigérant à

condenseur 17 dans lequel la vapeur se condense pour être re-

cyclée à la partie inférieure ou puisard de la chambre 21 et dans les containers 35 ainsi que les coupes piézocéramiques 33.

Un autre mode de réalisation de l'invention est repré-

senté sur la figure 2 dans laquelle chaque dispositif générateur de vibrations ultrasoniques 33 est associé avec un tube 53 formé à partir d'un diélectrique approprié, par exemple une fibre de verre, une composition polyester ou un matériau similaire, et supporté de façon appropriée, par exemple au moyen d'une armature 55, de façon à avoir son extrémité inférieure immergée dans le liquide 37 et à surgir de la surface de ce dernier au

point focal 49 du faisceau associé de vibrations ultrasoniques.

Des zones d'extrémités opposées de chaque tube 53 sont élargies par rapport à une zone intermédiaire étranglée. Grâce à cet agencement, les tubes 53 concentrent l'énergie acoustique du

liquide 37 dans leur zone intermédiaire et font que les gout-

telettes d'isolant sont atomisées et projetées radialement en pulvérisation, comme représenté par la référence 59, sur les enroulements 23et le noyau 25. Cette méthode d'atomisation des liquides a été rapportée par R.W. Wood et A.L. Loomis dans Philosophical Magazine and Journal of Science 8.7. volume 4, No 22, Septembre 1927 (pages 417-436, "Les effets biologiques et physiques des ondes sonores à haute fréquence de grande intensité"), en relation avec des expérimentations réalisées

avec les ultrasons.

Dans le transformateur refroidi par la vapeur 15, les tubes diélectriques 53 sont recouverts de liquide isolant à partir des fontaines acoustiques 47 pour produire les jets 59 de brouillard et de microbrume qui améliorent en outre le refroidissement du transformateur. D'autres formes de tubes peuvent être utilisées pour produire des pulvérisations et des broui)Jards dans des régions choisies du noyau et des bobinages du transformateurs, par exemple une configuration en spirale

du tube autour du noyau et des bobinages.

Une autre forme de réalisation de l'invention est décrite sur la figure 3 et comporte une membrane 61 s'étendant à travers la partie inférieure de la chambre interne 21 à une certaine distance de la paroi de fond 63, cette membrane 61 constituant une séparation étanche au fluide pour la partie inférieure du transformateur de puissance 11. La membrane 61 est constituée d'un matériau souple, par exemple un mélange de fibres de verre et de résine époxy. Un liquide d'accouplement énergétique acoustique approprié 65, par exemple une huile

minérale, remplit la partie inférieure du carter de transfor-

mateur 13 à un niveau 67 légèrement au-dessus de la partie la

plus inférieure de la membrane arquée 61. Un dispositif géné-

rateur de vibrations ultrasoniques 33 est monté de façon appro-

priée à l'intérieur du liquide pour produire, en fonctionnement, des vibrations de liquide 69 focalisées sur la membrane 61 de façon à amener en cavitation le liquide isolant 37 sur la surface supérieure de la membrane, à l'atomiser et à le projeter vers le haut pour former un jet acoustique 47 dans la chambre 21 et

autour du transformateur 15.

Une autre forme de réalisation de l'invention est re-

présentée sur la figure 4, dans laquelle le fluide isolant 37 est disposé dans un conteneur de forme concave 71 logé dans la partie supérieure du carter 13 et renfermant également un dispositif générateur de vibrations ultrasoniques 33 qui est immergé dans le liquide isolant. Pendant le fonctionnement, un faisceau 73 de vibrations ou d'énergie acoustique est focalisé sur la surface du liquide 37, amenant ce dernier en cavitation de façon à former une micro-brume 75 qui s'échappe du conteneur

à travers des perforations prévues au voisinage des bords supé-

rieurs 77 de ce dernier, dans la chambre 21 et tombe par gravité sur les surfaces du noyau et du bobinage du transformateur 15 afin de les refroidir par évaporation. La vapeur résultante pénètre dans le dispositif réfrigérant 17 o elle se condense, le condensat s'écoulant ensuite vers la zone inférieure du carter 13 à partir de laquelle il est recyclé au conteneur 71

par une conduite 79 connectée à une pompe.

Encore un autre mode de réalisation de l'invention est illustré sur la figure 5, cet agencement différent de ceux des figures 1 à 4 du fait qu'une enveloppe ou carter extérieur 81 renferme le carter intérieur 13 comportant le dispositif

réfrigérant 17, le carter intérieur 13 étant supporté à l'in-

térieur du carter extérieur 81 par une armature appropriée 83.

Le distributeur générateur de vibrations ultrasoniques 33 est disposé entre les carters internes et externes 81 et 13 o il est immergé dans un liquide transmettant l'énergie 65, telle que de l'huile minérale, de sorte que les vibrations 87 provenant du dispositif 33 sont transmises sur le fond du carter interne, de façon à amener le liquide isolant 37 à l'intérieur du carter interne en cavitation afin de produire

un jet 89 de brume et de pulvérisation enveloppant le trans-

formateur 15 et mouillant ses faces. Comme dans les formes de réalisation précédenteS,la vapeur résultante conjointement avec une microbrume non vaporisée traverse le dispositif réfrigérant 17 après quoi elleest recyclé sous forme de condensat au fond du carter interne 13, ce dernier étant évidemment constitué d'un matériel, tel qu'un matériel à base de polyester et de fibres de verre présentant une épaisseur d'environ 1 à 3 mm, par exemple,qui acceptera l'énergie acoustique et amènera le liquide 3-7 en cavitation de façcnà l'atomiser sur le fond du carter 13. Le carter extérieur 81 peut être en métal, tel que l'acier. Des éléments piézocéramiques additionnels, tels que ceux référencés

33', peuvent être prévus et disposés de façon à atomiser loca-

lement le liquide sur la surface interne du carter 13.

Un autre mode de réalisation de l'invention est re-

présenté sur la figure 6, cet agencement comportant un carter 91 qui est constitué de préférence par des parties supérieure et inférieure fixées ensemble par des brides 93. Le carter 91 est une cuve habituellement globulaire, de préférence sphérique ou lenticulaire, en un matériau en polyester et fibre de verre présentant une épaisseur d'environ 1 à 5 mm par exemple. La cuve peut être en un autre matériau approprié qui accepte l'énergie

acoustique pour permettre la cavitation du liquide et la forma-

tion de jets acoustiques. Pendant le fonctionnement, des vibra-

tions ultrasoniques émanant du dispositif 33 sont transmises,

comme indiqué en 87 par la zone de paroi inférieure du carter 91.

Ceci provoque la cavitation à la surface du liquide isolant 37 à l'intérieur du réservoir et de ce fait il se produit un jet acoustique 47 de microbrume enveloppant le transformateur à l'intérieur de la chambre de carter 95. Les vibrations sont également transmises par l'intermédiaire de la paroi du carter elle-même, cette dernière étant pourvue de zones réduites ou d'étranglements, par exemple en 97 et 99, conçues pour intensifier localement l'énergie acoustique transmise et ainsi atomiser i liquide sur la surface interne du carter pour

produire des jets de pulvérisation directement sur le trans-

formateur 15, comme indiqué en 101 et 103, par exemple. Des tubes de refroidissement 105 disposés à l'extérieur du carter 91 et en relation de transfert thermique avec ce dernier, refroidissent la paroi de carter de sorte que la vapeur est la microbrume provenant du jet acoustique 47 et circulant comme indiqué par les flèches 107 se condensera sur la surface interne de la paroi de carter, une partie du condensat étant atomisée, comme en 101 et 103,et le condensat restant étant recyclé à la bâche de liquide isolant 37 sur le fond du carter 91 ou le cycle (formation de microbrume, refroidissement du

transformateur par évaporation de liquide y déposé par la micro-

brume, condensation de la vapeur, et retour du condensat à la

bâche de liquide soumise à de l'énergie acoustique) recommence.

Dans toutes ces formes de réalisation, les références numériques identiques se rapportent à des éléments consécutifs

identiques.

De nombreuses méthodes pour former des fontaines ou jets acoustiques 47 dans l'appareil refroidi par la vapeur sont illustrées aux figures 7, 8 et 9. Sur la figure 7, un émetteur 109 de vibrations ultrasoniques est représenté immergé dans le

liquide isolant 37 et transmet un faisceau étroit 111 de vi-

brations ultrasoniquesintenses à un réflecteur 113 qui dirige

une partie réfléchie 115 du faisceau vers l'interface liquide-

air 117 o le liquide est soumis à une cavitation et atomisé

pour former un jet acoustique 119 de vapeur et de micro-brume.

Le réflecteur 113 est applati de sorte que la zone réfléchie s'étend vers l'extérieur lorsqu'elle atteint l'interface

liquide-air 117.

Sur la figure 8, l'émetteur 109 en un matériau piézo-

il céramique transmet un faisceau 111 de vibrations ultrasoniques à un réflecteur 121 qui est concave et projette une partie réfléchie 123 du faisceau 111 sur l'interface liquide-air 117 o le liquide est soumis à une cavitation et vaporisé pour projeter une micro-brume et des atomes vers le haut sous la forme d'un jet acoustique 125. Puisque le réflecteur 121 est concave, la partie réfléchie 123 est focalisée sur une plus petite surface de l'interface liquide-air 117 que dans la

forme de réalisation de la figure 7.

Sur la figure 9, on a représenté, immergé dans un liquide

isolant 37, un émetteur tubulaire 127 en matériau piézo-

électrique, qui projette un faisceau omnidirectionnel 129 d'énergie acoustique sur des réflecteurs 131 radialement espacés de l'émetteur dans différentes directions. Les réflecteurs 131 sont de préférence concaves de façon à focaliser des parties réfléchies séparées 133,135 du faisceau 129 sur l'interface liquide-air 117. Les parties réfléchies 133,135 peuvent être focalisées soit sur une et même surface ou, comme représenté,

sur différentes zones d'interfaces de façon à obtenir respecti-

vement un ou, comme représenté en 137 et 139,plusieurs jets

acoustiques de micro-brume ou de vapeur.

De ce qui précède, il est clair que les différentes méthodes de production de jets ou fontaines acoustiques appropriés pour la mise en oeuvre de l'invention, s'étendent de la projection

des vibrations ultrasoniques. directement à partir d'un dispo--

sitif générateur de vibrations ultrasoniques 33, telles que représentées sur les figures 1 à 6, à l'utilisation du réflecteur présentant soit des surfaces réflectrices à plan central ou des surfaces réflectrices concaves de focalisation redirigeant les

faisceaux ultrasoniques reçus à partir d'un émetteur versl'inter-

face liquide-gaz, comme représenté sur les figures 7 à 9.

Dans un transformateur de puissance refroidi par la vapeur usuel} le niveau de liquide isolant dans la région du puisard

peut varier, et en conséquence,afin de maintenir un jet acous-

tique efficace, il sera approprié d'avoir un faisceau ultra-

sonique à focalisation variable. Ceci peut être réalisé soit électroniquement en opérant avec une plage de fréquence voisine de la fréquence opérationnelle piézocéramique de focalisation, ou en focalisant les coupes piézocéramiques qui sont utilisées

à différentes profondeurs dans le liquide isolant.

Finalement, il est à noter que la mention décrite ici en rapport avec les transformateurs de puissance refroidis à la vapeur, est applicable de façon similaire à d'autres types d'appareils électriques, par exemple des appareillages à rayons X, des radars, utilisant des tensions élevées, pour les refroidir momentanément, et des dispositifs d'élimination

d' étincelles dans les disjoncteurs depuissance.

IDENTIFICATION DES REFERENCES NUMERIQUES UTILISEES DANS

LES DESSINS

LEGENDE

Alimentation énergétique en haute fréquence Alimentation énergétique en haute fréquence Alimentation énergétique en haute fréquence Alimentation énergétique en haute fréquence Ccmnande d' impulsion Camande d'impulsion

REF. NO. FIGURE

13 2485709

Claims (21)

REVENDI CATIONS

1. Méthode de refroidissement d'un élément producteur de chaleur par vaporisation d'un liquide y appliqué sous forme de pulvérisation, caractérisée en ce que l'élément producteur de chaleur est confiné à l'intérieur d'une chambre renfermant une quantité de liquide qui se vaporise sous les conditions normales de températures de fonctionnement de l'élément producteur de chaleur, et que des vibrations ultrasoniques d'une intensité déterminée sont produites dans cette quantité de liquide de façon à provoquer une atomisation acoustique de ce liquide, et de

former ainsi cette pulvérisation.

2. Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que les vibrations ultrasoniques sont produites en focalisant un faisceau d'ultrasons intenses de manière à créer un jet ou fontaine de liquide

atomisé projeté vers et en contact avec l'élément producteur de chaleur.

3. Appareil électrique %comportant un certer formant une chambre, et, disposée dans cette chambre, une structure génératrice de chaleur reproduite par la méthode selon la revendication 1 ou 2, et une quantité de liquide diélectrique vaporisable (37) à l'intérieur de la plage de température en fonctionnement normal de la structure génératrice de chaleur, et caractérisé par le fait qu'il est prévu un dispositif (19) générateur d'énergie acoustique comportant au moins un transducteur ultrasonique (33,109,127) qui, lorsqu'il fonctionne, émet un faisceau d'ultrasons appliqué à cette quantité de liquide (37) pour y reproduire

les vibrations ultrasoniques.

4. Appareil électrique selon la revendication 3, caractérisé en

ce que le transducteur ultrasonique est un oscillateur piézocéramique.

5. Appareil électrique selon la revendication 3 ou 4, caracté-

risé par le fait que le transducteur ultrasonique (33,109,127) est immergé dans ladite quantité de liquide et agencé pour diriger ledit

faisceau vers la surface de ce dernier.

6. Appareil électrique selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit transducteur ultrasonique (33) présente une surface concave élettrice qui focalise le faisceau sur la surface de ladite

quantité de liquide.

7. Appareil électrique selon la revendication 3 ou 4, caracté-

risé par le fait que le transducteur ultrasonique (109,127) est associé avec au moins un réflecteur (113,121,131), et, conjointement

avec ce dernier, est immergé dans ladite quantité de liquide, l'agen-

cement étant tel que le transducteur dirige ledit faisceau vers le

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ou chaque réflecteur, et que ce dernier redirige le faisceau vers la

surface de ladite quantité de liquide.

8. Appareil électrique selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit réflecteur (121,131) est un réflecteur à focalisation qui focalise le faisceau vers la surface de ladite quantité de liquide.

9. Appareil électrique selon la revendication 3 ou 4, caractérisé par le fait que sont prévus des moyens (63,81) délimitant un espace adjacent à ladite chambre et séparé de cette dernière par une paroi (61) transmettrice d'énergie acoustique qui est en contact avec ladite quantité de liquide, ledit espace renfermant un fluide d'accouplement d'énergie acoustique (65) qui est en contact avec ladite paroi, tandis que ledit transducteur ultrasonique (33) est immergé dans le fluide

d'accouplement d'énergie acoustique.

10. Appareil électrique selon la revendication 9, caractérisé en ce que le transducteur (33) est agencé pour diriger ledit faisceau

d'ultrasons vers ladite cloison (61).

11. Appareil électrique selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit transducteur (33) présente une surface émettrice concave qui focalise ledit faisceau sur l'interface entre la paroi (61) et le

fluide d'accouplement d'énergie acoustique (65).

12. Appareil électrique selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit transducteur (33) est associé avec au moins un réflecteur (113,121, 131) et conjointement avec ce dernier, est immergé dans le fluide d'accouplement d'énergie acoustique (65), l'agencement étant tel

que le transducteur (33) dirige ledit faisceau vers ladite clison (61).

13. Appareil électrique selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit réflecteur est un réflecteur (121) de focalisation qui focalise ledit faisceau sur la face entre le cloison (61) et le

fluide d'accouplement d"énergie acoustique (65).

14. Appareil électrique selon l'une des revendications 9 à 13,

caractérisé en ce que la cloison (61) de transmission d'énergie acous-

tique est une membrane disposée dans le carter de façon à diviser l'intérieur de ce dernier en ladite chambre et ledit espace, ladite membrane étant appliquée sur ladite chambre et maintenant ladite quantité

de liquide.

15. Appareil électrique selon l'une des revendications 9 à 13,

caractérisé en ce qu'il est prévu une enveloppe extérieure (81) renfermant ledit carter (13), ledit espace étant situé entre ladite enveloppe et ledit carter et étant.délimité en partie par une zone de parois du carter, cette zone de paroi formant la paroi de transmission d'énergie acoustique et étant appliquée contre la chambre (21) pour maintenir ladite quantité

de liquide (37).

16. Appareil électrique selon l'une des revendications 9 à 13,

caractérisé par le fait que la chambre étanche (95) est constituée généralement par une enveloppe globulaire (91), une partie bombée de sa paroi inférieure maintenant ladite quantité de liquide (37) et formant

ladite cloison de transmission d'énergie acoustique.

17. Appareil électrique selon la revendication 16, caractérisé

en ce que l'enveloppe (91) est associée avec un dispositif de refroi-

dissement (105) disposé à l'extérieur de ce carter et en relation de

transfert thermique avec les parois définissant la chambre (21).

18. Appareil électrique selon l'une des revendications 3 à 17,

caractérisé en ce que la chambre renferme au moins un élément oblong (53) transmetteur d'énergie acoustique et qui a une de ses extrémités immergée dans ladite quantité de liquide (37) pour recevoir l'énergie électrique acoustique, et qui comporte une zone tubulaire disposée adjacente à la structure (23) génératrice de chameur et conçue pour concentrer l'énergie acoustique reçue dans ladite zone tubulaire de façon à atomiser et à projeter vers la structure génératrice de chaleur

le liquide déposé sur cette zone par pulvérisation.

19. Appareil électrique selon l'une des revendications 1 à 18,

caractérisé en ce que les zones de parois (95,97) de l'enveloppe (91) présentent un dispositif (97,99) pour produire des concentrations localisées de vibrations ultrasoniques sur les surfaces délimitant la chambre de ces zones de parois, de façon à atomiser localement ledit liquide sur les surfaces délimitant ladite chambre et introduire des jets (101,103) de mulvérisations liquides dirigée sur la structure (15)

génératrice de chaleur.

20. Appareil électrique selon la revendication 19, caractérisé en ce que le dispositif pour produire des concentrations localisées de vibrations ultrasoniques comporte des éléments piézocéramiques

montés sur les zones de parois extérieurement à la chambre.

21. Appareil électrique selon la revendication 19 ou 20, caracté-

risé en ce que le dispositif pour produire des concentrations localisées de vibrations ultrasoniques comporte des régions (97,99) de concentration d'énergie acoustique desdites zones de parois. à 1 5