JP2003514384A - 電力変圧器の冷却装置とその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電力変圧器（１２）の冷却オイルの温度を低下させる装置（２７）であって、冷却オイル系に提供された熱交換器（４４）を含んでいる。熱交換器（４４）は加熱オイルから熱交換器を流れるクーラントへの液体-液体熱交換を利用する。１例では、熱交換器に提供されたクーラントは吸収冷却体（６５）から得られる。熱エネルギーは熱保存装置（８０）から冷却体（６５）に提供される。特殊例では、熱保存源（８０）は相変換剤装置でよい。１好適冷却装置においては、プログラム式コントローラ（５５）が装置のコントロールを行う。コントローラ（５５）は変圧器あるいは冷却オイルの温度を検出して装置作動に利用する。１好適例では、コントローラ（５５）は検出温度を温度プロフィールと比較して冷却能力を調整する。別実施例では、変圧器（１２）からのピーク時以外の熱あるいは廃熱は熱保存装置（８０）あるいは相変換熱交換器に提供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は変圧器に関するものであって、特に、電力変圧器をその作動中に冷却
するための装置と方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】

電力変圧器は、エンドユーザが利用できるよう、電力を、変換、送電、配電す
るための電力供給システム内において採用されるものである。変圧器は、高圧側
および低圧側の動作電圧値に基いて構成され、変圧する電圧と電流の容量に応じ
て寸法が決められる。例えば、大型の変圧器は、末端供給電圧を下げるための送
電降圧器だけでなく、電力送電線において電圧を上げる送電昇圧器としても利用
されている。

【０００３】 従来の変圧器における欠点は、高温になるという動作上の問題が、その内部お
よび外部の両方に影響がある点である。一般的に、定格の送電容量を確保しつつ
、変圧器の耐用年数や全構成部品を保全するためには、変圧器内部の最高温度を
９５℃（２０３°Ｆ）未満、大気温度を超えて６５℃程度までに維持する必要が
ある。この温度を超えた場合には、変圧器に不具合が生じるか、または、変圧器
の寿命を大きく損なうことになり、その結果、破損した変圧器のユニットを取替
えるための高いコストがかかることになる。

【０００４】 しかも、温度と電気抵抗間における直接比例関係により、変圧器巻芯部の銅線
温度が上昇すると、変圧器の効率は低下する。そのため、変圧器の巻芯部の温度
上昇に比例して電力出力（ワット）が減少する結果となる。また、伝導巻線を流
れる電流や磁気鋼芯を流れる微量電流により、変圧器の作動中、その内部の温度
は上昇する傾向にある。

【０００５】 従来の変圧器の温度を制御しようとするいくつかの試みは、あまり効果的とは
言えない。その一般的な方法の１つとして、例えば、周囲環境により変圧器の温
度上昇の危険性が予見される場合や、または、高温動作が検出された場合に、単
純に変圧器を水噴霧で濡らす方法がある。

【０００６】 別の方法では、変圧器の内部動作部用のオイル槽を設置する。さらに別の従来
技術例では、いくつかの冷却レベルに応じてこのようなオイル槽を動作させるよ
う設計してある。第1の「自動冷却」レベルでは、巻芯部から熱を除去するため
、変圧器の絶縁および冷却オイルを対流させる。第2の冷却レベルでは、変圧器
と一体構成、あるいは、別設置した熱交換器／放熱器により、絶縁オイルを強制
循環させて、熱交換器の周囲空気を利用して冷却用オイルの熱エネルギーを吸収
する。第３の冷却レベルでは、第2レベルの強制オイル循環動作に加えて、変圧
器自体から、あるいは、別の代替電源から供給された電力によって作動する複数
の電動ファンを使用する。外部放熱器の空気循環を促進させて、前記の絶縁オイ
ルつまり変圧器巻線からの除去熱量を増やし、変圧器の変圧効率を向上させるの
である。これらの電動ファンは、変圧器の内側や外側に設置された温度センサー
に接続されたコントローラによって制御されるもので、変圧器の温度が上昇する
と選択的に作動する。

【０００７】 電動ファンを利用する従来技術による装置を図１に図示する。番号１０で示す
変圧器は、従来の設計のものであり、銅線１４が巻かれた軟鉄芯を備えたケーシ
ング、つまり、ハウジング体を有する。前記の鉄芯と巻線は、冷却オイル槽１５
に浸漬されている。変圧器ハウジング体の容積内部の最上域に設けられた窒素ガ
ス層１６により、ハウジング体内のオイルの質が一定に保たれる。

【０００８】 前記の変圧器ハウジング体の上面近辺に設けられているのは、上部分離バルブ
１８を介して、番号２２で示す放熱器または熱交換器へと延びる導管２０に接続
する排出口である。この従来装置では、放熱器２２にフィン部をもつ冷却管２４
が複数備わっており、そこで冷却オイルの循環が行われる。前記の冷却管は、冷
却のためそれら周囲に空気が流れ易いよう、円柱形であり、一列に間隔をおいて
配置されている。複数のモータ駆動式ファン２６は、強制空冷を行うために、フ
ィン部を備えた冷却管２４の周囲へ空気を送りこめるような設計となっている。
前記の放熱器２２の排出口は、導管３０と下部分離バルブ３２から冷却オイルを
汲み上げ、かつ、前記変圧器のハウジング体の溶液内部へオイルを戻すための、
密閉されたモータ駆動式ポンプ２８に配管されている。

【０００９】 装置の作動中、冷却オイルは、ポンプ２８によって矢印３３で示すように変圧
器の底部へと送りこまれる。その冷却オイルが、３５で示すように、変圧器の内
部動作部分（巻芯部１２や巻線１４など）に設けられた複数の開口部を経て、上
方向へ流動して熱を吸収すると、冷却オイル温度は上昇する。このようにして、
変圧器の作動中に温度上昇した部分が冷却されるのである。次に、熱せられたオ
イルは、３７のオイル排出口を経由して導管２０へ流入し、放熱器２２へと送ら
れる。そして、放熱器が取付けられた領域に送りこまれた空気が、導管２４を通
過するオイルを冷却するために、電動ファン２６によって冷却管２４の方へ流れ
る。前記の冷却オイルのエネルギーを吸収して加熱された周囲空気は大気中へ放
出され、冷却された流体のオイルは、変圧器を再循環するためにポンプ２８へ戻
されるのである。

【００１０】 図１の従来技術による冷却装置にはいくつかの長所があるものの、その冷却機
能に限界があるため、条件によっては装置の作動に適さない場合がある。特に、
周囲条件、つまり、温度や湿度によっては、冷却オイルが熱交換器を完全に通過
しても熱エネルギーが効果的に除去されない場合がある。そのため、時間の経過
とともに、冷却すべき温度が上昇し続け、オイルの冷却容量が低下する。最後に
は、前記冷却オイルが過熱してしまい、変圧器を推奨温度に保つことができなく
なるのである。

【００１１】 また、変圧器の利用による負荷、およびその結果である負荷電流による負荷は
、通常、最も高い大気温度条件において発生する。たとえば、大気温度や湿度が
極端に高ければ、前記のオイル槽の温度は日を追うごとに上昇していき、最終的
には、冷却オイルが適正に冷却されず、変圧器の機能が損なわれるまでその温度
は上昇し続けることになる。

【００１２】 このため、上記およびそれ以外の従来技術における欠点が克服された電力変圧
器の冷却装置が提案されることが望ましいのである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】

本発明は、電力変圧器の内部動作部を冷却するための、改良された方法と装置
を提供するものである。本装置は、周囲条件の変化による冷却オイルの温度上昇
や、変圧器にかかる負荷による巻芯部の過熱を起しにくい高性能冷却源を提供す
ると同時に、変圧器の巻芯部の熱を調整する。本装置は、周囲空気よりも効率の
よい冷却媒体源を備えた熱交換器への変圧器の冷却オイルを流入させる経路を選
択的に決定できる。本発明では、後の使用のためにエネルギーが蓄積されている
熱交換器を使って、変圧器によるオフピークエネルギーをシステム電力供給に利
用することが可能である。本発明の実施例の1つでは、前記の熱交換器において
、熱蓄積のために相変化素材を利用することもできる。

【００１４】 本発明の長所の１つは、あらゆる大気条件下において、変圧器がその構造上統
合性、および／または、効率性を損なうような熱の影響を受けないよう、変圧器
の内部動作部を効率良く冷却する装置を提供できることである。

【００１５】 本発明の別の長所として、前記の冷却装置において、オフピークエネルギーに
よる冷却媒体を熱交換器で利用動作できるため、操業コストの削減が可能となる
点がある。また別の長所として、前記変圧器の熱エネルギーを、変圧器内を流れ
る冷却オイルを冷却する熱交換器を作動させるのに必要なエネルギー供給に利用
することも可能である。

【００１６】 本発明のさらに別の長所は、あらゆる周囲条件下でも、変圧器の冷却オイルを
適正に冷却できるため、その変圧器の電気容量を最大にできることである。

【００１７】 本発明による装置の目的の1つは、変圧器を流れる電流により発生する熱を除
去することで、変圧器の全体的な効率を向上させることである。また別の目的は
、本発明の冷却システムを利用した変圧器の利便性を増やして、その耐用年数を
延長させることにある。

【００１８】 本発明における上記とその他の長所と目的、および、その実施方法については
以下に明らかにしていく。また、付随の図解を参照する後述の実施例の説明から
、本発明自体についての理解もより深まるであろう。

【００１９】

【発明の実施の形態】

本発明の原理について理解できるよう、各図に示す実施例と、その解説に使用
する特定の用語について述べる。なお、以下に述べる定義は、本発明の応用範囲
を制限するものではない。本発明は、図示する装置や解説する方法における変更
や改良、および、当業者によって通常実施されるような本発明原理の別の応用例
を包括するものである。たとえば、図示の実施例が既存装置を改修したものであ
っても、新たに製造する電力変圧器構造の設計仕様に本発明の冷却システムを組
み入れることが可能である。

【００２０】 図２は、本発明による変圧器冷却システム２７の実施例の1つにおける、抜粋
部分の概略図である。本実施例では、図１に示した従来技術による変圧器と冷却
システムに、本発明の冷却システムを取付けることで、変圧器で起り得る多様な
作動状態において、より高い冷却性能を提供する。つまり、従来の冷却システム
の冷却容量を増加させるために、本発明の冷却システムを利用しているのである
。なお、本実施例は解説目的のものであって、本発明の冷却システムとして制限
するものではなく、変圧器の冷却オイルの専用冷却システムとして使用すること
も可能である。

【００２１】 図２において、図１と同様の部分は同じ参照番号で示してある。本発明による
冷却システムでは、番号４０で示した３方向バルブを導管２０に接続している。
バルブ４０は、概略的に４４で示す補助熱交換器に繋がった導管４２に接続され
ている。前記の補助熱交換器４４は、変圧器を循環する冷却オイルを冷却する働
きをする。図２では、導管２０の上方あるいは近辺に設置されているが、３方向
バルブ４０は、冷却オイルが、放熱器２２をバイパスして、導管４２に流れ込み
、さらに冷却済流体熱交換器４４へ流入できるよう、選択的に冷却オイルを再循
環させるため導管２０に配置されている。このバイパス動作は、ファン２６と放
熱器２２とが冷却オイルを適正に冷却できない場合に、（図中の５５で示すコン
トローラによって）実行されるようプログラムされている。

【００２２】 本発明の特徴の1つは、熱交換器４４からの戻り経路４６が循環ポンプ２８に
接続していることである。熱交換器４４を通過する際に冷却されたオイルは、戻
り経路４６によってポンプ２８へと流入し、変圧器１０内を再循環する。前記オ
イルの冷却温度は、その変圧器の負荷、大気温度条件、および、冷却システムに
よって異なるが、変圧器の寿命や効率を低下させない程度の低い温度が望ましい
。チェックバルブ、つまり、２方向バルブ４７を、変圧器に供給される再循環オ
イルの流れを制御するために、戻り経路４６に配備することが好ましい。また、
別の実施例として、前記バルブ４７をバルブ４０と連結して制御することも可能
である。

【００２３】 熱交換器４４は、冷却された作用流体、つまり、冷却媒体を利用して、熱交換
器４４を通過して変圧器から流入した冷却オイルの温度を徐々に低下させる。前
記の冷却媒体は、冷却媒体の従来の供給源（図示しない）に接続した導管４８を
経由して熱交換機４４へ流入する。冷却オイルの温度の低下に使用されて加熱し
た冷却媒体は、導管５０を経由して熱交換器４４から排出され、再利用のため前
記の冷却媒体供給源へと返送される。熱交換器４４には、シェル・チューブ型熱
交換器など、当業者に周知の様々な構造をもつ熱交換器を使用することが可能で
ある。しかしながら、本発明の最適な実施例における前記の熱交換器は、（冷却
オイルと冷却媒体などの）作動流体間における熱エネルギーの流体から流体への
伝達動作に基いている。

【００２４】 ３方向バルブ４０は、温度センサーと制御装置、つまり、５５で示すコントロ
ーラに接続されており、そこでバルブ４０の動作が制御される。また、このコン
トローラ５５は、以下の説明から当業者にとって理解される方法で、２方向バル
ブ４７や冷却媒体の流れなど、本発明による冷却システムに特有の動作部を制御
するように、プログラムおよび従来の方式で作動可能に接続することも可能であ
る。前記のコントローラ５５には、多様な入力信号の関数である制御信号を発信
できる従来のプログラム可能コントローラを採用することが好ましい。また、別
の好適実施例では、冷却オイルの温度の関数にてバルブ４０を制御するように、
前記のコントローラ５５をプログラムすることも可能である。その場合、コント
ローラ５５に、特にハウジング体の上部３分の１の領域にある冷却オイル内に懸
架するよう、変圧器のハウジング体、つまり、タンクの内部、および／または、
外部に取付けられた、温度センサーを備えることも可能である。

【００２５】 変圧器の機能を最大限に利用するために、変圧器の絶縁および冷却オイルの検
知温度の上昇に連れて、所定の作動時間内に冷却オイルの最高温度が許容レベル
を越えるかどうかの判断のための上昇カーブを外挿する固体集積薄膜素子へセン
サーからデジタル信号が発信されるように、コントローラ５５を構成することも
できる。当然、適切に補正されたコントローラ５５を使用して、ソフトウェア段
階において同様の判断処理を実行することも可能である。一般的に、前記の変圧
器の定格性能を確保し、耐用年数を保持するためには、変圧器内の最高温度を９
５℃（２０３°F）未満に保つか、あるいは、大気温度を超えて６５℃までに抑
える必要がある。これらのパラメータが超過すると判断された場合には、コント
ローラ５５が自動的にバルブ４０、および、その他の必要なバルブを開口し、続
く別の工程に優先して冷却工程を開始する。例えば、冷却媒体源から適当な温度
の冷却媒体を供給させて、続いてバルブを開口して、その冷却媒体を「冷却」熱
交換器４４へと流入させる。または、前記のコントローラ５５にて実質同時にバ
ルブ４０を開口させ、高温の冷却オイルを搬送させることで、温度を低下させる
こともできる。

【００２６】 このシステム制御構造の「予期」動作機能により、変圧器１０の内部作動部は
、変圧器の耐用年数や性能を損なう程の温度にまで上昇することはない。さらに
、変圧器の電力変換を最大にするために、あらゆる周囲および冷却オイルの温度
においても本発明の冷却システムの作動が可能なように、前記のコントローラ５
５をプログラムすることもできる。別の方法では、特定の変圧器の温度履歴を示
す情報をコントローラ５５に保存することが可能である。例えば、変圧器は通常
、動作負荷や周囲条件に応じてほぼ一定の温度を保つ。各変圧器はそれぞれ異な
る反応動作を行い、障害が発生する前に異なる温度閾値対策をとる。前記のコン
トローラ５５は、冷却システムに接続する全ての変圧器の温度履歴、つまり、温
度特性のデータを蓄積できる。冷却オイル温度センサーからの各変圧器に関する
実際の温度データは、前記の特性データと比較されて、障害発生温度状態が予期
されるかどうかが判定されるのである。

【００２７】 当業者にとって周知のいずれかの方法で、熱交換器４４に冷却媒体を供給する
ことも本発明の範囲内である。たとえば、変圧器の固定電源を使って、気相圧縮
冷却装置、または、吸収冷却器、および／または、地下水や湖などの自然給水源
（熱交換器へ地下水を吸入するポンプの操作等）を駆動して、冷却媒体を生成す
ることも可能である。このような気相圧縮冷却装置は、オンラインで作動させる
こともできる。つまり、前記のような冷却媒体が実際に必要である時間帯に、オ
フラインで、または、オンラインとオフラインの両方で前記の気相圧縮冷却装置
を作動できるのである。オフラインで作動させる場合は、気相圧縮冷却装置で生
成された冷却媒体は、後で巻芯熱の除去に使用できるように流体あるいは氷とし
て保存される。さらに、電力変圧器自体も、以下に詳しく説明するように、吸収
冷却器、あるいは、冷却器を作動させるため使用可能な確実な熱源なのである。
変圧器の熱がその変圧器自体を冷却するエネルギー源であるなら、その冷却シス
テムのエネルギー効率は、ファンや気相圧縮冷却装置を使用した場合よりも高く
なる。

【００２８】 図３のグラフは、図２に示した冷却システムによって得られる長所を明らかに
しようとするものである。このグラフは、有効時間帯における変圧器の寿命と、
変圧器の冷却オイルにおける温度上昇とを関連づけたものである。曲線Cは、従
来技術による典型的な強制空冷オイルシステムの性能限度を示す。通常、これら
の従来冷却システムでは、変圧器動作を曲線Cの左側に予測維持することができ
ない。つまり、変圧器が危険範囲で動作する可能性を意味している。しかしなが
ら、本発明を適用すれば、前記の変圧器の動作は、常に図３の作動域Ｒで示した
「安全」域内に維持できる。

【００２９】 ここで図４と図４Ａに、図２の補助熱交換器４４へ冷却媒体を供給するのに適
した装置の構造の１つを示す。図４には、熱交換器４４以外の、図２の変圧器２
０とその関連部品を、番号６０で概略的に示す。この実施例では、番号６５で示
す吸収冷却器、つまり、冷媒生成器を、熱交換器４４への冷却媒体源として使用
する。

【００３０】 導管４８は、冷却された作用流体、つまり、冷却媒体を、吸収冷却器６５から
シェル・チューブ型熱交換器４４へ搬送するために、吸収冷却器６５に作動可能
に接続している。前記の冷却媒体は、水が可能であるが４２°Ｆ〜６０°Ｆ程度
が好ましい。前記の冷却器６５は、調整された温度の流体を供給するようにコン
トローラ５５で制御されている。加熱された冷却媒体を再冷却用に返送できるよ
う、導管５０は、吸収冷却器６５に作動可能に接続している。吸収冷却器６５は
、管７２と７４を介して、吸収冷却工程における超過吸収熱を大気へ放出するよ
うな典型的構造をもつ冷却塔７０に接続する。９０°Ｆ〜１３０°Ｆ程度の高温
水は、管７２によって、冷却用に冷却塔７０へ送出される。７０°Ｆ〜１００°
Ｆ程度の低温水は、管７４により、冷却用に吸収冷却器６５へ返送される。

【００３１】 前記の吸収冷却器６５を作動させるのに使う熱エネルギーは、相変換素材（Ｐ
ＣＭ）の熱交換器８０から管７８を介して搬送される２００°Ｆ〜２４０°Ｆ程
度の高温水によって供給される。蒸気もまた熱エネルギー源となりうる。導管８
２は、吸収冷却器６５からの低温水を、再加熱するためにＰＣＭ熱交換器８０へ
返送する。最も好適な実施例では、ＰＣＭ熱交換器８０として、「相素材に延び
る熱エネルギー変換素子を備えた相変換材熱交換器」と題する同時係属出願の米
国特許番号第０９／６０７,８５３に記述の機種を採用している。この出願の原
理については、ここでも参照引用している。

【００３２】 図４Ａに概略的に示すように、変圧器の電源８５の出力部は、相変換材８９に
埋め込まれた熱エネルギー変換素子８７と電気接続している。前記の変圧器電源
８５からの電力は、変換素子８７を加熱するように送電され、相変換材８９を溶
解する。この工程は、本発明の冷却システムが不要な夜間などのオフライン時を
含む、前記の送電負荷が変圧器の定格値を下回る時間帯に、コントローラ５５な
どのコントローラによって始動されることが好ましい。ＰＭＣ熱交換器８０は、
相変換材が溶融状態から凝固状態になる際に放出される熱エネルギーを、熱交換
器の筒体を通過する水へ伝達し、冷却器６５において、熱交換器４４を通過する
変圧器オイルを冷却するための冷却媒体を生成するような構造をもつ。

【００３３】 前記の吸収冷却器６５の内部機能については、ここで詳しい説明はしないが、
その機能は当業者にとっては常識的なものである。なお、冷却器６５の構造およ
び機能については、米国特許第4,936,109号に詳細に記述されており、その原則
はここでも参照引用している。

【００３４】 ここで図５は、例として１００ＭＶＡの容量定格をもつ従来型電力変圧器１０
を冷却するよう改修、または、調節された図４の冷却システムを、より詳細に示
す上面概略図である。この既存の変圧器１０には、既に４つの強制空冷式オイル
放熱器２２と、図２で説明したように従来方式で変圧器の容積内部に載置された
付属ポンプ２８とが備わっている。図２を参照して上記で説明したように、放熱
器２２の各入口部にはバルブ４０などのバイパス弁が備わり、熱交換器４４など
の熱交換器に接続された共用高温オイル流路４２に接続している。熱交換器４４
を通過することで冷却された変圧器のオイルは、前記の４つの放熱器２２付近に
ある４つの入口部から変圧器へ再流入するよう、多支管パイプ４６によって返送
される。別の実施例では、前記の熱変換器に約７５サームの容量をもつ熱変換器
を使用し、図中では単一ユニットとして示されている部品を複数の小型のユニッ
トで構成することで、全体として所望の冷却容量を満たすことも可能である。

【００３５】 前記の熱交換器から送出される冷却オイルの温度は、周囲条件と変圧器の負荷
との関数である。大気温度が高ければ、熱交換器は、コントローラ５５で制御さ
れる冷却オイル流量と関連させて、変圧器がその推奨レベルを超えた熱を帯びな
いような温度で、冷却オイルを送出できるよう作動する。たとえば、図５に示し
た実施例について詳しく説明すると、中西部地方における夏季の最高気候条件（
大気温度が約１００°Ｆ）で電力使用量がピークに達するため、変圧器１０に最
大負荷がかかるので、冷却オイルによって変圧器のオーバーヒートを防止する必
要がある。たとえば、熱交換器４４から送出される冷却オイルの温度が約１７６
°Ｆといった低い設定値であれば、交換器４４へ流入するオイルの温度は約２２
１°Ｆになる。もし前記の条件で、送出する冷却オイルの温度をもっと下げたけ
れば、より大量の冷却媒体だけでなく、より多くのエネルギー蓄積を可能とする
ために図５に示すよりも数の多い熱交換器が必要となる。なお、前述の熱交換器
に前記以外の冷却用放熱器を採用して、その必要なエネルギー蓄積容量を満たす
ことも当然可能である。また、大気温度が前記よりも低い状態では、熱交換器の
送出オイルの温度も低くなるので、変圧器をさらに（２２１°Ｆ未満などに）冷
却させて、変圧器の効率を向上させることもできる。

【００３６】 図５に示すある実施例では、６６で示す全天候設備内に収容された４１５トン
吸収冷却器６５によって、約４５°Ｆの冷却水などの冷却媒体が、導管４８を経
由して熱交換器４４に流入する。温度上昇した冷却媒体は、導管５０によって、
熱交換器４４から冷却器６５へ返送される。この吸収冷却器６５は、パイプ７２
と７４を介して、従来方式で冷却塔７０に接続されている。

【００３７】 また別の実施例として、図４で説明した種類の複数のＰＭＣ熱交換器８０に対
して並行に接続するパイプ７８を介して搬送される約２４０°Ｆの高温水を使っ
て、前記の吸収冷却器６５を作動させることもできる。これらの熱交換器８０は
、それぞれ長さ４２フィート、直径２４インチの筒で形成された２０個のユニッ
トから成る。熱交換器にはそれぞれ、約８トンの相変換材、つまり、塩の充填が
可能である。パイプ８２は、熱交換器８０に対して並行に接続されており、吸収
冷却器６５からの低温水を再加熱用に返送する役割をもつ。冷却器６５やその他
の冷却装置で使う水の加熱に必要である数百万ＢＴＵ（例えば、変圧器をその最
大負荷と最高温度において２時間作動させるのに必要な、15,000,000ＢＴＵ）の
エネルギーを電気溶融された相変換材内に蓄積するために、熱交換器８０をオフ
ピークの固定電力で選択的駆動することもできる。熱交換器８０に蓄積されたエ
ネルギーが時間の経過と共に使い果されると、電源が相変換材の不足エネルギー
を補給する搬送ピーク時でない時間帯に、冷却システムの動作を制御するコント
ローラによって、固定電源から追加電力が供給される。つまり、相変換材を融解
する電力は、夜間や固定電源の全電力容量の供給需要が無い日中の時間といった
消費電力の低い時間帯に、変圧器の補助電源から供給されるのである。なお、Ｐ
ＣＭ型熱交換器を用いて、本発明における前述の原理を説明してきたが、これ以
外の形式の熱交換器を本発明に応用することも可能である。

【００３８】 図６には、本発明による変圧器の冷却システムのさらに別の実施例を示す。図
６の冷却システムは、図５のシステムに相似しているが、変圧器で発生する熱に
よって吸収冷却器を作動させるために取付けられた第2熱交換器１００を備えて
いる点が異なる。いくつかの例では、吸収冷却器のスタートアップ中に、追加の
冷却容量が要求されることがあり、さらに、吸収冷却器のスタートアップ動作を
促進するために、前記の冷却器自体に追加熱エネルギーが必要となる場合もある
。

【００３９】 本実施例では、変圧器からの高温の冷却オイルは、導管４２に接続する支管４
２aを経由して、熱交換器１００へと誘導される。なお、この熱交換器は、シェ
ルチューブ型熱交換器であっても構わない。前記の導管４２と支管４２ａの間に
は、個別のプログラム可能なコントローラによって、冷却オイルの温度、吸収冷
却器６５の状態やその他の条件の関数にて制御が可能なバルブが取付けられてい
ることが望ましい。温度の低下した冷却オイルは、熱交換器１００から送出され
て、第1熱交換器４４の入口部に接続する支管１０１へ導入される。ある実施例
では、第2熱交換器において、オイルの温度を２２１°Ｆから約１９０°Ｆにま
で低下させることが可能である。

【００４０】 熱交換器１００によって加熱される水などの作用流体は、吸収冷却器６５から
の低温水を再加熱用に返送するパイプ８２に接続するパイプ１０２によって搬送
される。熱交換器１００から送出される加熱された作用流体は、およそ２００°
Ｆ〜２４０°Ｆの高温水を搬送するパイプ７８に接続するパイプ１０４へ送られ
、熱交換器４４へ送られる冷却媒体に電力を供給するため、吸収冷却器６５へ送
られる。本発明による冷却システムのコントローラには、パイプ７８と８２間に
、吸収冷却器６５からＰＣＭ熱交換器８０、または、熱交換器１００のいずれか
に流体を選択的に送るための適当なバルブを接続することも可能である。このよ
うなバルブを使用することで、冷凍器のスタートアップ動作中などに効果的な方
法で、あるいは、熱交換器１００からの熱によってのみ作動されるとき、熱交換
器４４が吸収冷却器６５の許容供給量を越える冷却媒体を必要とした場合、ＰＣ
Ｍ熱交換器８０のより大きな熱エネルギー源から、吸収冷却器６５への熱エネル
ギー供給が可能となる。特に、前記のＰＣＭ熱交換器８０では、変圧器自体が熱
交換器１００に放出可能な熱を充分「貯蓄」していない場合や、変圧器に「貯蓄
」された充熱が変圧器自体の寿命や効率を損なう場合、冷却器を効率良く起動さ
せるための熱サージを供給することができる。別の実施例では、ＰＣＭ熱交換器
８０を使用する代りに、機械式冷却器などの別の周知の装置、例えば、補助ボイ
ラーを使って、前記の冷却器を起動させている。前記の吸収冷却器が起動されて
連続モードで作動するか、または、より少ない冷却媒体が必要とされる場合には
、熱交換器１００によって冷却器６５へ熱エネルギーが供給される。

【００４１】 図６に示す好適実施例では、変圧器の熱（熱交換器１００）を利用する装置が
付属したＰＣＭ熱交換器を使用しているため、システムオペレータは、有効電力
が最大でコストの低い時間帯を選択してＰＣＭ装置を充電することにより、本発
明の冷却システムの経済性を最大限に活用でき、装置やシステムが高ストレスの
最大コスト動作モードの場合でも、変圧器動作効率を上げることが可能となるの
である。本システムのまた別の長所は、その構造により、システムオペレータが
、エネルギーのコストが最低で、かつ、オフピークの時間帯に、ＰＣＭ熱交換器
に蓄積された熱を「貯蓄」しておき、変圧器の冷却システムを作動させることで
、変圧器の巻線や巻芯部での電力ロスを防ぐため、その熱を戻すよう選択できる
ことである。これにより、大気温度が低く、閾値温度以下での作動が可能な場合
においても、装置の処理効率を向上させ、作動コストを低減させることが可能と
なる。

【００４２】 ３００ＭＶＡ式変圧器に有用な実施例では、前記の冷却器にＴｒａｎｅ社製モ
デルＡＢＳＣ‐０３Ｆなどの３５４トン型装置を使用しても構わないし、熱交換
器に１６〜１８トン型ＰＣＭユニットを使用することもできる。図示したシステ
ムでは、吸収冷却器の熱供給源を増大させるために、オフピークで3,300,000Ｂ
ＴＵの蓄積が可能である。

【００４３】 図６に示した実施例の改良例では、排出ライン１０１を直接導管４６に接続さ
せ、第1熱交換器４４を効率的にバイパスさせている。この構造を用いれば、第2
熱交換器１００が変圧器オイルの第1次冷却を行うため、吸収冷却器の必要出力
量を低減できる。

【００４４】 前述のシステム２７などの本発明による冷却システムを、発電変電所の一部と
して組み込むことも可能である。つまり、図７で説明するように、複数の変圧器
１０にそれぞれ対応する冷却システム２７を配備することができる。各冷却シス
テムには、共通冷却塔７０に接続する冷却器６５のような冷却器が備わっている
。前記のプログラム可能なコントローラ５５を、メンテナンスや制御設備内に収
容しても構わない。冷却システムごとに単独のコントローラを配備するか、ある
いは、共用コントローラを使用して温度および動作データを受信し、各冷却シス
テムへ制御信号を発信することができる。冷却システム２７のそれぞれの部品は
、冷却オイルをおよそ３６０gpmで循環させ、最高１１８トン／時間でオンライ
ン冷却できるよう調整されていることが望ましい。

【００４５】 本発明について好適な実施例を用いて図示および説明をしてきたが、本発明の
本質と請求範囲内においてさらなる改良が可能である。また、本出願は、本発明
の原理に基いたあらゆる変更、使用、応用について包括するものであり、さらに
、本発明に関連する周知の、つまり、既存の実施形態における修正についても包
括するものである。

【図面の簡単な説明】

以下の複数の図面において、対応する部分については同様の参照番号を用いた
。また、図面は本発明の実施例を示しているが、解説の目的から、その寸法は必
ずしも正確ではなく、いくつかの特徴については誇張、または、省略されている
。

【図１】従来技術による電力変圧器の冷却システムの部分断面と正面の概略
図である。

【図２】本発明による電力変圧器の冷却システムの部分断面と正面の概略図
である。

【図３】本発明の原理に従って製造された冷却システムの性能を、従来技術
による冷却システムのものと比較して、変圧器の有効時間を変圧器オイルの温度
の関数にて示したグラフである。

【図４】図２の熱交換器用冷却媒体の生成に使用する部品の実施例の１つの
概略図である。

【図４Ａ】相変換素材の熱交換器の、図４中の線４Ａ−４Ａにそった断面図
である。また、点線は、熱交換器の加熱素子と電源との間の電気的接続を示す。

【図５】１００ＭＶＡ電力変圧器との併用に適した、本発明による電力変圧
器の冷却システムの平面概略図である。

【図６】本発明による別の電力変圧器の冷却システムの平面概略図である。

【図７】本発明の実施例の１つに従った、それぞれが単独の冷却システムを
備えた複数の変圧器をもつ変電所を示す概略図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ロンガードナー，ロバート，エル． アメリカ合衆国 インディアナ州 46226， インディアナポリス，ラドナー ロード 5321 (72)発明者 ビスネスキィ，アンソニー，エム．，ジュ ニア アメリカ合衆国 イリノイ州 62702，ス プリングフィールド，エヌ．ダークセン パークウェイ 1113 Ｆターム(参考） 5E050 CA06

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電力変圧器冷却システムを通流するクーラントの温度を低下させ
   る装置であって、 電力変圧器冷却システムに連結された第１強制空気熱交換器と、 該電力変圧器冷却システムに連結された第２液体-液体熱交換器と、 該第２熱交換器に連結されており、冷却物質を該第２熱交換器に提供し、該第
   ２熱交換器を流通するクーラントから熱を奪うための冷却物質源と、 を含んで構成されていることを特徴とする装置。
2. 【請求項２】第１熱交換器と第２熱交換器は電力変圧器冷却システムに並列に
   連結されていることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】第１熱交換器は第１流入口と第１排出口とを有しており、それぞ
   れは対応する流入導管と排出導管によって電力変圧器冷却システムに連結されて
   おり、 第２熱交換器は第２流入口と第２排出口とを有しており、該第２流入口は前記
   電力変圧器冷却システムと前記第１流入口との間で前記流入導管に連結されてい
   ることを特徴とする請求項２記載の装置。
4. 【請求項４】第２流入口と流入導管との間に提供されたコントロール式バルブ
   をさらに含んでおり、該バルブは選択的に作動可能であり、開口ポジションで該
   流入導管から該第２流入口へと流体を通流させ、閉鎖ポジションで通流を阻止す
   ることを特徴とする請求項３記載の装置。
5. 【請求項５】コントロール式バルブは電力変圧器冷却システムまたは電力変圧
   器の温度の変化に対応して開口ポジションまたは閉鎖ポジションにコントロール
   されることを特徴とする請求項４記載の装置。
6. 【請求項６】コントロール式バルブは電力変圧器冷却システムまたは電力変圧
   器の温度プロフィールを保存するメモリを有したプログラム式コントローラと、
   該電力変圧器冷却システムまたは電力変圧器の温度を該温度プロフィールと比較
   する手段とを含んでいることを特徴とする請求項５記載の装置。
7. 【請求項７】冷却物質源は吸収冷却体を含んでいることを特徴とする請求項１
   記載の装置。
8. 【請求項８】吸収冷却体は液体熱保存コンポーネントに連結されていることを
   特徴とする請求項７記載の装置。
9. 【請求項９】液体熱保存コンポーネントは相変換剤を含んでいることを特徴と
   する請求項８記載の装置。
10. 【請求項１０】液体熱保存コンポーネントは電力変圧器で発生されたエネルギー
    で作動することを特徴とする請求項８記載の装置。
11. 【請求項１１】液体熱保存コンポーネントは電力変圧器で発生された熱エネルギ
    ーで作動することを特徴とする請求項１０記載の装置。
12. 【請求項１２】電力変圧器冷却システムを通流するクーラントの温度を低下させ
    る装置であって、 電力変圧器冷却システムに連結された液体-液体熱交換器を含んでおり、該熱
    交換器は、電力変圧器冷却システムから上昇温度のクーラントを受領するクーラ
    ント流入口と、相対的に低温で該冷却システムにクーラントを放出させるクーラ
    ント排出口と、液体冷却物質を受領する冷却物質流入口と、該クーラントから熱
    エネルギーを吸収した後に前記熱交換器から冷却物質を放出させる冷却物質排出
    口とを有しており、本装置はさらに、 前記熱交換器に連結されており、前記相対的低温よりも低い低下温度の冷却物
    質を該熱交換器に提供するための冷却物質源を含んで構成されていることを特徴
    とする装置。
13. 【請求項１３】冷却物質は水であることを特徴とする請求項１２記載の装置。
14. 【請求項１４】冷却物質源は吸収冷却体を含んでいることを特徴とする請求項１
    ２記載の装置。
15. 【請求項１５】吸収冷却体は液体熱保存コンポーネントに連結されていることを
    特徴とする請求項１４記載の装置。
16. 【請求項１６】液体熱保存コンポーネントは相変換剤を含んでいることを特徴と
    する請求項１５記載の装置。
17. 【請求項１７】液体熱保存コンポーネントは電力変圧器によって発生されるエネ
    ルギーで作動することを特徴とする請求項１４記載の装置。
18. 【請求項１８】液体熱保存コンポーネントは電力変圧器で発生された熱エネルギ
    ーで作動することを特徴とする請求項１７記載の装置。
19. 【請求項１９】冷却システムとクーラント流入口との間で連結された第２液体-
    液体熱交換器をさらに含んでいることを特徴とする請求項１２記載の装置。
20. 【請求項２０】液体冷却物質源は、 吸収冷却体と、 該吸収冷却体と連結されており、第１温度で該吸収冷却体から冷却物質を受領
    する流入口と、さらに高い第２温度で該吸収冷却体に冷却物質を放出させる排出
    口とを有している液体熱保存コンポーネントと、 を含んでおり、第２熱交換器は前記吸収冷却体に連結されており、前記第１温度
    で冷却物質を受領し、該１温度よりも高い第３温度で該冷却体に冷却物質を放出
    させることを特徴とする請求項１９記載の装置。
21. 【請求項２１】電力変圧器冷却システムを通流するクーラントの温度を低下させ
    る方法であって、 クーラントを液体-液体熱交換器に通流させて該クーラントの温度を低下させ
    るステップと、 該熱交換器に冷却物質を通流させて前記クーラントから熱エネルギーを導出さ
    せるステップと、 熱エネルギー保存コンポーネントによって駆動される吸収冷却体を使用して前
    記冷却物質を冷却するステップと、 を含んで構成されることを特徴とする方法。
22. 【請求項２２】熱エネルギー保存コンポーネントを電力変圧器から導出されたエ
    ネルギーによって駆動させるステップをさらに含んでいることを特徴とする請求
    項２１記載の方法。
23. 【請求項２３】電力変圧器から導出されたエネルギーは熱エネルギーであること
    を特徴とする請求項２２記載の方法。
24. 【請求項２４】電力変圧器から導出された熱エネルギーは廃熱であることを特徴
    とする請求項２３記載の方法。