JPH0955322A

JPH0955322A - 変圧器

Info

Publication number: JPH0955322A
Application number: JP7205718A
Authority: JP
Inventors: Yoshifumi Nakahama; 敬文中濱
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-08-11
Filing date: 1995-08-11
Publication date: 1997-02-25

Abstract

(57)【要約】【課題】冷媒を封入した中空の導体により巻線を構成
したものの特性を充分に発揮させ得て、冷却液に対する
導体の放熱面積の削減や冷却液量の削減を図り得るよう
にする。【解決手段】冷媒を封入した中空の導体から成る巻線
２３の間にスペーサ２４を配設し、それによって形成し
た巻線２３間のスペースに冷却液２９を流すことによ
り、必要な冷却をするようにしたものにおいて、スペー
サ２４を巻線２３の巻回方向の一部の領域２３ａを除い
て残りの領域２３ｂの全面に配設し、このスペーサ２４
を配設しない巻線２３の上記一部の領域２３ａを冷却液
２９の流路３０とすることにより、巻線２３を冷却液２
９の流路３０側と反流路３０側とに明確に区分し、その
反流路３０側で発生した熱が、導体内の冷媒によって流
路３０側に搬送されて、巻線２３の巻回方向における熱
流速が多くなるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、巻線が冷媒を封入
した中空の導体から成る、液冷タイプの変圧器に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】この種の変圧器の従来構造を図２１に示
す。すなわち、容器１内に、鉄心２と、この鉄心２に装
設された巻線３、及びこの巻線３の間に配設されたスペ
ーサ４が収められている。又、容器１にはポンプ５と熱
交換器６とが配管７により接続されており、これらには
冷却液８が充填されている。

【０００３】この構成で、ポンプ５が運転されることに
より、冷却液８が配管７から容器１内に流入され、スペ
ーサ４により図２２に示すごとく形成された巻線３間の
スペース（冷却液流路）９を通って、巻線３等から熱を
奪う。そして、その熱を奪った冷却液８が容器１から熱
交換器６に至って冷却され、ポンプ５に吸入されて再び
容器１内に送られるということを繰返す。

【０００４】しかして、この場合、巻線３は図２２に示
すように中空の導体１０から成っており、その内部の空
洞部１１には図２３に示すように冷媒１２が封入されて
いる。この冷媒１２は液体の状態から加熱されると熱を
吸収して蒸発し、その蒸気が冷却部に移動して放熱し凝
縮するもので、凝縮した冷媒１２は加熱部に戻って再び
蒸発されるということを繰返す。

【０００５】従って、巻線３はヒートパイプ化されてい
るもので、このものの等価熱伝導率は導体１０の物性の
熱伝導率を上回る。等価熱伝導率λｅ｛単位は例えば
［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］｝は下式で求められる。

【０００６】λｅ＝ｑ・ｌ／（Ａ・Δｔ）ｑは熱流束（単位は例えば［Ｗ］）ｌは熱伝導距離（単位は例えば［ｍ］）Ａは導体の空洞部を含む断面積（単位は例えば
［ｍ^２］） Δｔはｌにおける温度差（単位は例えば［Ｋ］）この式から明らかなように、冷媒１２を封入した中空の
導体１０から成る巻線３の巻回方向の熱流速が大きい場
合には、導体１０の等価熱伝導率は導体１０の物性の熱
伝導率を大きく上回り、導体１０の温度差は小さくな
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記構成の変圧器にお
いて、導体１０を中実とした場合の、この導体１０につ
いての冷却液８流入側から流出側までの冷却液８の温度
分布を図２４に特性線で示し、導体１０の温度分布を
同図に特性線で示す。この場合、導体１０がその物性
で冷却液８と熱交換を行なうため、導体１０には冷却液
８の流入側と流出側とである程度の温度差がみられる。
すなわち、導体１０の巻回方向の熱流速は大きくない。

【０００８】これに対して、導体１０を中空として冷媒
１２を封入した場合の、導体１０の温度分布を同図に特
性線で示す。この場合、上述のケースと比して冷媒１
２を封入した中空の導体１０で巻線３を構成した効果が
あまり出ておらず、むしろ、導体１０を中空にした分、
巻線３が大きくなって変圧器の全体が大きくなるだけ
で、冷媒封入導体を採用した意味がないという問題点を
有していた。

【０００９】本発明は上述の事情に鑑みてなされたもの
であり、従ってその目的は、冷媒封入導体の特性を充分
に発揮させ得て、冷却液に対する導体の放熱面積の削減
や冷却液量の削減を図ることのできる変圧器を提供する
にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の変圧器においては、第１に、鉄心と、冷媒
を封入した中空の導体から成り鉄心に装設された巻線
と、この巻線の間に配設されたスペーサとを具備し、こ
れらを容器に収めて、上記スペーサで形成された巻線間
のスペースに冷却液を流すことにより、必要な冷却をす
るようにしたものにあって、上記スペーサを上記巻線の
巻回方向の一部の領域を除いて残りの領域の全面に配設
し、このスペーサを配設しない巻線の上記一部の領域を
冷却液の流路としたことを特徴とする。

【００１１】この第１の手段によれば、巻線がスペーサ
の配置によって冷却液の流路側と反流路側とに明確に区
分され、その反流路側で発生した熱が、巻線導体の空洞
部に封入された冷媒によって流路側に搬送されるように
なり、巻線の巻回方向における熱流速が多くなって、等
価熱伝導率が導体の物性の熱伝導率を大きく上回るよう
になる。

【００１２】本発明の変圧器においては、第２に、鉄心
と、冷媒を封入した中空の導体から成り鉄心に装設され
た巻線と、この巻線の間に配設されたスペーサとを具備
し、これらを容器に収めて、上記スペーサで形成された
巻線間のスペースに冷却液を流すことにより、必要な冷
却をするようにしたものにあって、上記スペーサを上記
巻線の巻回方向の複数の領域を除いて残りの領域の全面
に配設し、このスペーサを配設しない巻線の上記複数の
領域を冷却液の直列の流路としたことを特徴とする。

【００１３】この第２の手段によれば、巻線がスペーサ
の配置によって複数の各流路側と流路間の中心部側とに
明確に区分され、その流路間の中心部側で発生した熱
が、巻線導体の空洞部に封入された冷媒によって各流路
側に搬送されるようになり、巻線の巻回方向における熱
流速が多くなって、等価熱伝導率が導体の物性の熱伝導
率を大きく上回るようになる。

【００１４】本発明の変圧器においては、第３に、鉄心
と、冷媒を封入した中空の導体から成り鉄心に装設され
た巻線と、この巻線の間に配設されたスペーサとを具備
し、これらを容器に収めて、上記スペーサで形成された
巻線間のスペースに冷却液を流すことにより、必要な冷
却をするようにしたものにあって、上記スペーサを上記
巻線の巻回方向の複数の領域を除いて残りの領域の全面
に配設し、このスペーサを配設しない巻線の上記複数の
領域を冷却液の並列の流路としたことを特徴とする。

【００１５】この第３の手段によれば、基本的には第２
の手段同様の作用が得られるのに加えて、第２の手段の
ものより冷却液の流路抵抗が小さくなり、冷却液の流量
が増す。

【００１６】本発明の変圧器においては、第４に、上記
各冷却液の流路に千鳥状にスペーサを配設したことを特
徴とする。この第４の手段によれば、各冷却液の流路で
の冷却液の流速が大きくなり、熱伝達率が大きくなる。

【００１７】本発明の変圧器においては、第５に、上記
各冷却液の流路にここの巻線の巻回方向と平行にスペー
サを配設したことを特徴とする。この第５の手段によれ
ば、上記第４の手段のものに比して、各冷却液の流路の
流動抵抗が小さくなり、冷却液の流量が増して、冷却液
の温度上昇が小さくなる。

【００１８】本発明の変圧器においては、第６に、上記
各冷却液の流路に配設したスペーサを良熱伝導材とした
ことを特徴とする。この第６の手段によれば、導体から
冷却液への伝熱面積が増す。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１実施例につ
き、図１ないし図４を参照して説明する。まず図１には
容器２１を示しており、これの内部に、鉄心２２と、こ
の鉄心２２に装設した巻線２３、及びこの巻線２３の間
に配設したスペーサ２４を収めている。

【００２０】巻線２３は図２に示すように中空の導体２
５から成っており、その内部の空洞部２６には図３に示
すように冷媒２７を封入している。この冷媒２７は液体
の状態から加熱されると熱を吸収して蒸発し、その蒸気
が冷却部に移動して放熱し凝縮するもので、凝縮した冷
媒２７は加熱部に戻って再び蒸発されるということを繰
返す。

【００２１】一方、スペーサ２４は、図４にも示すごと
く、巻線２３の巻回方向の一部である図中左側部の領域
２３ａを除いて残りの領域２３ｂの全面に配設してお
り、このスペーサ２４を配設しない巻線２３の上記一部
の領域２３ａに対しては、容器２１に配管２８を接続し
て、この巻線２３の一部の領域２３ａを冷却液２９が流
れる流路３０としている。

【００２２】なお、流路３０に対しては、冷却液２９を
図１に矢印で示すように図中下側より上側へ流すポンプ
と熱交換器（図２１参照）を配管２８により接続して設
けている。

【００２３】この構成で、ポンプが運転されることによ
り、冷却液２９が配管２８から容器２１内の流路３０に
流入され、この流路３０でスペーサ２４により図４に示
すごとく形成された巻線２３間のスペースを通って、巻
線２３等から熱を奪う。そして、その熱を奪った冷却液
２９が流路３０から熱交換器に至って冷却され、ポンプ
に吸入されて再び容器２１内の流路３０に送られるとい
うことを繰返す。

【００２４】このとき、巻線２３はスペーサ２４の配置
によって流路３０側（一部の領域２３ａ）と反流路３０
側（残りの領域２３ｂ）とに明確に区分され、その反流
路３０側で発生した熱が、巻線２３を構成する導体２５
の空洞部２６に封入した冷媒２７によって流路３０側に
搬送される。かくして、本構成のものの場合、巻線２３
の巻回方向における熱流速が多くなり、等価熱伝導率が
導体２５の物性の熱伝導率を大きく上回るようになる。
このため、流路３０側から反流路３０側までの導体２５
の温度分布は図２４に特性線で示すようになり、導体
２５における温度差が小さくなる。

【００２５】ここで、冷却液２９に対する導体２５の放
熱面積をＳ（単位は例えば［ｍ^２］）とし、熱流速をｑ
（単位は例えば［Ｗ］）、熱通過率をＫ｛単位は例えば
［Ｗ／（ｍ^２・Ｋ）］｝、導体２５と冷却液２９との温
度差をΔｔ（単位は例えば［Ｋ］）とした場合、ｑ＝Ｋ・Ｓ・Δｔであり、 Δｔ＝ｑ／（Ｋ・Ｓ）である。

【００２６】又、導体２５の温度はその最高値が問題で
あり、上述の流路３０側から反流路３０側までの温度差
が小さいもので図２４に示すようにその最高値を従来
（特性線参照）のそれと同等にすれば、導体２５の平
均温度と冷却液２９の平均温度との差（Δｔ）を大きく
とることができるため、熱流速ｑを一定とするならば、
上述の式から、熱通過率Ｋと放熱面積Ｓとの積（Ｋ・
Ｓ）を小さくでき、更にそれについて、熱通過率Ｋを一
定とするならば、放熱面積Ｓを小さくすることができ
る。

【００２７】しかして、このように冷却液２９に対する
導体２５の放熱面積を小さくできることから、流路３０
の容積を小さくすることができ、冷却液２９の量も少な
くすることができる。更に、それによって、冷却液２９
の流速も小さくでき、圧力損失を減少させ得るため、ポ
ンプを小形化することもできる。

【００２８】以上に対して、図５及び図６は本発明の第
２実施例を示すもので、上記第１実施例の流路３０にス
ペーサ３１を千鳥状に配設したものを示している。この
ものによると、流路３０での冷却液２９の流速が大きく
なり、熱伝達率が大きくなるので、冷却液２９に対する
導体２５の放熱面積を更に小さくでき、流路３０の容
積、冷却液２９の量も更に少なくすることができる。

【００２９】図７及び図８は本発明の第３実施例を示す
もので、上記第１実施例の流路３０にここの巻線２３の
巻回方向と平行にスペーサ３２を配設したものを示して
いる。このものによると、上記第２実施例のものに比し
て、流路３０の流動抵抗が小さくなり、冷却液２９の流
量が増して、冷却液２９の温度上昇が小さくなるため、
熱交換器出口での温度を高くすることができ、その分、
熱交換器を小形化することができる。

【００３０】図９及び図１０は本発明の第４実施例を示
すもので、スペーサ２４を、巻線２３の巻回方向の複数
（この場合、左右の両側部）の領域２３ａ，２３ｃを除
いて、残り（この場合、中央部）の領域２３ｄの全面に
配設し、このスペーサ２４を配設しない巻線２３の上記
左右両側部の領域２３ａ，２３ｃを冷却液２９が矢印で
示すように順に流れる直列の流路３３，３４としたもの
を示している。

【００３１】このものによると、巻線２３はスペーサ２
４の配置によって流路３３，３４側（左右両側部の領域
２３ａ，２３ｃ）と流路３３，３４間の中心部側（中央
部の領域２３ｄ）とに区分が変わるものの、その区分は
明確で、流路３３，３４間の中心部側で発生した熱が、
巻線２３を構成する導体２５の空洞部２６に封入した冷
媒２７によって流路３３，３４側に搬送されることによ
り、巻線２３の巻回方向における熱流速が多くなって、
等価熱伝導率が導体２５の物性の熱伝導率を大きく上回
るようになるから、流路３３，３４側から流路３３，３
４間の中心部側流路３０側までの導体２５の温度分布は
第１実施例のもの同様になり、導体２５における温度差
が小さくなる。よって、第１実施例同様に冷却液２９に
対する導体２５の放熱面積を小さくでき、流路３３，３
４の容積、冷却液２９の量も少なくできて、冷却液の流
速も小さくできる。

【００３２】図１１及び図１２は本発明の第５実施例を
示すもので、上記第４実施例の流路３３，３４にそれぞ
れスペーサ３１を千鳥状に配設したものを示しており、
第２実施例同様の作用効果を得ることができる。図１３
及び図１４は本発明の第６実施例を示すもので、上記第
４実施例の流路３３，３４にそれぞれそこの巻線２３の
巻回方向と平行にスペーサ３２を配設したものを示して
おり、第３実施例同様の作用効果を得ることができる。

【００３３】図１５及び図１６は本発明の第７実施例を
示すもので、スペーサ２４を、第４実施例同様に、巻線
２３の巻回方向の複数（左右の両側部）の領域２３ａ，
２３ｃを除いて、残り（中央部）の領域２３ｄの全面に
配設し、このスペーサ２４を配設しない巻線２３の上記
左右両側部の領域２３ａ，２３ｃを冷却液２９が矢印で
示すように並行に流れる並列の流路３５，３６としたも
のを示している。このものによると、基本的には第４実
施例同様の作用が得られるのに加えて、第４実施例のも
のより冷却液２９の流路抵抗が小さくなることにより、
冷却液２９の流量が増し、導体２５の放熱面の熱伝達率
を大きくすることができる。

【００３４】図１７及び図１８は本発明の第８実施例を
示すもので、上記第７実施例の流路３５，３６にそれぞ
れスペーサ３１を千鳥状に配設したものを示しており、
第２実施例同様の作用効果を得ることができる。図１９
及び図２０は本発明の第９実施例を示すもので、上記第
７実施例の流路３５，３６にそれぞれそこの巻線２３の
巻回方向と平行にスペーサ３２を配設したものを示して
おり、第３実施例同様の作用効果を得ることができる。
このほか、図示はしないが、スペーサ３１，３２を良熱
伝導材とすることにより、導体２５から冷却液２９への
伝熱面積を増すことができる。

【００３５】

【発明の効果】本発明は以上説明したとおりのもので、
下記の効果を奏する。請求項１の変圧器によれば、巻線
の巻回方向における熱流速を多くできて、等価熱伝導率
が導体の物性の熱伝導率を大きく上回るようになり、導
体の温度差を小さくできることから、冷却液に対する導
体の放熱面積を小さくでき、流路の容積を小さくするこ
とができる。又、それにより、冷却液の量も少なくする
ことができ、冷却液の流速も小さくできて、圧力損失を
減少させ得るため、ポンプを小形化することができる。

【００３６】請求項２の変圧器によれば、上述同様に冷
却液に対する導体の放熱面積を小さくでき、流路の容
積、冷却液の量を少なくできて、冷却液の流速も小さく
でき、ポンプを小形化することができる。請求項３の変
圧器によれば、上述の効果に加えて、更に冷却液の流路
抵抗を小さくできることにより、冷却液の流量を増し得
て、導体の放熱面の熱伝達率を大きくすることができ
る。

【００３７】請求項４の変圧器によれば、冷却液に対す
る導体の放熱面積を更に小さくでき、流路の容積、冷却
液の量も更に少なくすることができる。請求項５の変圧
器によれば、上述のものに比して、流路の流動抵抗を小
さくできることにより、冷却液の流量を更に増して、冷
却液の温度上昇を小さくできることから、熱交換器出口
での温度を高くすることができ、その分、熱交換器を小
形化することができる。請求項６の変圧器によれば、導
体から冷却液への伝熱面積を増すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す主要部分の横断面図

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図

【図３】一部の拡大断面図

【図４】図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図

【図５】本発明の第２実施例を示す図１相当図

【図６】図５のＣ−Ｃ線に沿う断面図

【図７】本発明の第３実施例を示す図１相当図

【図８】図７のＤ−Ｄ線に沿う断面図

【図９】本発明の第４実施例を示す図１相当図

【図１０】図９のＥ−Ｅ線に沿う断面図

【図１１】本発明の第５実施例を示す図１相当図

【図１２】図１１のＦ−Ｆ線に沿う断面図

【図１３】本発明の第６実施例を示す図１相当図

【図１４】図１３のＧ−Ｇ線に沿う断面図

【図１５】本発明の第７実施例を示す図１相当図

【図１６】図１５のＨ−Ｈ線に沿う断面図

【図１７】本発明の第８実施例を示す図１相当図

【図１８】図１７のＩ−Ｉ線に沿う断面図

【図１９】本発明の第９実施例を示す図１相当図

【図２０】図１９のＪ−Ｊ線に沿う断面図

【図２１】従来例を示す全体の横断面図

【図２２】図２１のＫ−Ｋ線に沿う断面図

【図２３】図３相当図

【図２４】特性図

【符号の説明】

２１は容器、２２は鉄心、２３は巻線、２３ａは巻線の
一部の領域、２３ｂは巻線の残りの領域、２３ｃは巻線
の他の一部の領域、２３ｄは巻線の残りの領域、２４は
スペーサ、２５は導体、２６は空洞部、２７は冷媒、２
９は冷却液、３０は流路、３１，３２はスペーサ、３
３，３４，３５，３６は流路を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鉄心と、冷媒を封入した中空の導体から
成り前記鉄心に装設された巻線と、この巻線の間に配設
されたスペーサとを具備し、これらを容器に収めて、前
記スペーサで形成された巻線間のスペースに冷却液を流
すことにより、必要な冷却をするようにしたものにおい
て、前記スペーサを前記巻線の巻回方向の一部の領域を
除いて残りの領域の全面に配設し、このスペーサを配設
しない巻線の前記一部の領域を冷却液の流路としたこと
を特徴とする変圧器。
【請求項２】鉄心と、冷媒を封入した中空の導体から
成り前記鉄心に装設された巻線と、この巻線の間に配設
されたスペーサとを具備し、これらを容器に収めて、前
記スペーサで形成された巻線間のスペースに冷却液を流
すことにより、必要な冷却をするようにしたものにおい
て、前記スペーサを前記巻線の巻回方向の複数の領域を
除いて残りの領域の全面に配設し、このスペーサを配設
しない巻線の前記複数の領域を冷却液の直列の流路とし
たことを特徴とする変圧器。
【請求項３】鉄心と、冷媒を封入した中空の導体から
成り前記鉄心に装設された巻線と、この巻線の間に配設
されたスペーサとを具備し、これらを容器に収めて、前
記スペーサで形成された巻線間のスペースに冷却液を流
すことにより、必要な冷却をするようにしたものにおい
て、前記スペーサを前記巻線の巻回方向の複数の領域を
除いて残りの領域の全面に配設し、このスペーサを配設
しない巻線の前記複数の領域を冷却液の並列の流路とし
たことを特徴とする変圧器。
【請求項４】冷却液の流路に千鳥状にスペーサを配設
したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記
載の変圧器。
【請求項５】冷却液の流路にここの巻線の巻回方向と
平行にスペーサを配設したことを特徴とする請求項１な
いし３のいずれかに記載の変圧器。
【請求項６】冷却液の流路に配設したスペーサを良熱
伝導材としたことを特徴とする請求項４又は５に記載の
変圧器。