NO146560B - Anordning for fordampningskjoeling av induktivt elektrisk apparat - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en anordning for fordampnings-kjøling av induktivt elektrisk apparat, omfattende et hus som inneholder en varmefrembringende innretning som skal kjøles under drift, et væskeformet dielektrisk kjølemiddel som er fordampbart innenfor normalt driftstemperaturområde for den varmefrembringende innretning, et øvre reservoar for en del av kjølemiddelet i huset over den varmefrembringende innretning med en sirkulasjonsinnretning for kjølemiddelet fra det øvre reservoar, et nedre reservoar i huset under den varmefrembringende innretning for å motta kjølemiddelet som har opptatt varme fra den varmefrembringende innretning, en første ledning med et innløp i strømningsforbindelse med kjølemiddelets normale nivå i det nedre reservoar og et utløp i strømnings-forbindelse med kjølemiddelet, over normalt nivå i det øvre reservoar, og en oppvarmbar dampfrembringende pumpe for å

bringe kjølemiddelet tilbake til det øvre reservoar gjennom ledningen.

Slik kjøling er kjent fra U.S.-patentskrift nr. 3.887.75 9 og er egnet for f.eks. transformatorer og særlig for elektriske apparater hvor det foregår fordampning av en dielektrisk væske, hvor driftstemperaturen ligger i området av væskens kokepunkt.

Ved slik fordampningskjøling blir den frembragte damp etterpå kondensert og kan tilføres påny til den varmef rembring-ende innretning. For imidlertid å oppnå tilstrekkelig kjøling av det elektriske apparat og minske mengden av væske som an-vendes, må den dielektriske væske resirkuleres. Dette reiser pålitelighetsproblemer fordi de oftest anvendte innretninger for sirkulering av kjølemiddelet omfatter en vanlig mekanisk pumpe som inneholder mange bevegelige deler.

Flere forslag har gått ut på å forbedre pålitelig-heten ved å eliminere den mekaniske pumpe. Et av disse går ut på å anvende en damptrykkpumpe, slik som beskrevet i U.S.-patent-skrifter nr. 3.819.301 og 3.834.835. Her bevirker fordampningen av den dielektriske væske i et hus et damptrykk som presser en tilsvarende mengde væske opp gjennom en ledning for etterfølg-ende tilførsel til den varmefrembringende innretning. Damp-trykkpumpen inneholder likevel flere bevegelige deler, men selv om antallet er mindre enn ved de vanlige mekaniske pumper, opp-står det fremdeles pålitelighetsproblemer.

En annen metode som fremgår av U.S.-patentskrift nr. 2.845.472 vil trykkdifferansen i kjølesystemet bevirke at damp som frembringes ved fordampning av kjølevæsken på den varmefrembringende innretning strømmer inn i tilførselsledningen. Inne i denne vil dampen blande seg med den dielektriske væske

og derved minske den midlere tetthet av væske- dampblandingen. Trykkdifferansen i samvirke med den lave blandingstetthet bevirker at den dielektriske væske strømmer opp gjennom ledningen og tilføres den varmefrembringende innretning. Selv om denne fremgangsmåte er meget pålitelig som følge av mangel på bevegelige deler, er det nødvendig med et vesentlig energiforbruk for å fordampe den dielektriske væske i tilstrekkelig mengde til å oppnå tilstrekkelig kjøling av den varmefrembringende innretning.

Hensikten med oppfinnelsen er derfor å tilveiebringe en pumpe som ikke har bevegelige deler og som heller ikke krever så stort energiforbruk som den ovenfor nevnte innretning.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved at pumpen har

et fordampningskammer med en åpning som rager inn i og kommuniserer med den første ledning på et nivå under det normale nivå av kjølemiddelet i det nedre reservoar og som er innrettet for å slippe ut damp som er frembragt i kammeret inn i ledningen med tilstrekkelig hastighet for å ta med kjølemiddel fra det nedre reservoar opp gjennom ledningen til det øvre reservoar,

og at kammeret også har et innløp for en andre ledning fra det øvre reservoar på et nivå under normalt nivå av kjølemiddelet i det øvre reservoar.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av kravene 2- k.

Et ut førelseseksempel på oppfinnelsen skal nedenfor forklares nærmere under henvisning til tegningen. Fig. 1 viser skjematisk et vertikalsnitt gjennom et apparat ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser i forstørret målestokk et utsnitt av fig. 1.

Fig. 1 viser et induktivt elektrisk apparat 10 f.eks. en transformator 13 som er innesluttet i et hus 11 og har en magnetisk kjerne 12 og en vikling 14. Transformatoren kjøles ved tilførsel av dielektrisk væske til den varmefrembringende innretning, nemlig den magnetiske kjerne og viklingen. Den dielektriske væske har et kokepunkt som ligger innenfor det normale driftstemperaturområde for transformatoren og består av en fluorinneholdende organisk væskeblanding. Fordampningen av den dielektriske væske fjerner betydelig varme fra trans formatoren.

Den dielektriske væske må resirkuleres for tilstrekkelig kjøling av transformatoren med et minst mulig kvantum væske. I den hensikt inneholder huset 11 et første nedre reservoar 18 som inneholder et kvantum dielektrisk væske 16, et fordampningskammer 20, en første forbindelsesledning 22 og et andre reservoar 24. Den første forbindelsesledning 22 i form av et rør tilveiebringer en væskestrøm mellom det andre eller øvre reservoar 24 som befinner seg over transformatoren og innløpet 26 til fordampningskammeret 20 slik at det tilveiebringes en til-førsel av dielektrisk væske til kammeret 20 og væsken påføres et trykk i kammeret 20 som svarer til væskestanden i røret 22 og nivået i det øvre reservoar 24. Inne i fordampningskammeret 20 er anordnet et elektrisk varmeelement 30. Varmeelementet bringer en del av væsken til å fordampe og dette øker trykket ytterligere i kammeret 20. Kammeret 20 har en øvre tilspisset del i form av en avkortet kjegle med en åpning 28 som rager inn i det nedre reservoar 18 under væskenivået 17 for kjølevæsken 16. Det nedre reservoar 18 befinner seg under transformatoren og har en kapasitet som kan oppta hele mengden av den dielektriske væske som ikke er fordampet av transformatoren og også kondensatet fra den diélektriske væske som ble fordampet. Over åpningen 28 befinner seg den nedre ende av et andre forbind-elsesrør 32 som danner væskeforbindelse mellom det første reservoar 18 og det andre reservoar 24. Åpningen 34 av den nedre ende av røret 32 befinner seg under nivået 17 i reservoaret 18 og omgir åpningen 28 slik at det dannes en ringformet spalte gjennom hvilken væske kan tilføres røret 32.

Som ovenfor nevnt vil damptrykket i kammeret 20 omformes til kinetisk bevegelsesenergi ved hjelp av åpningene 28. En større del av bevegelsesenergien overføres til den dielektriske væske 16 som omgir åpningen 2 8 og bevirker at en væskestrøm løftes opp gjennom røret 32 som følge av en hurtigbeveget dampstrøm. Væske- dampblandingen strømmer ut i reservoaret 24 gjennom den øvre åpne ende 36 av røret 32.

I det øvre reservoar 24 vil den dielektriske væske danne et nivå 37 som vil øke trykket i røret 22 og opprettholde driften av sirkulasjonsinnretningen som følge av øket trykk i dampkammeret 20. En del av den dielektriske væske vil strømme gjennom et antall åpninger 38 i bunnen av reservoaret 24 og ned på transformatoren.

Det skal bemerkes at dampen som strømmer med forholds-vis stor hastighet gjennom åpningen 28 beveger mere kjølevæske opp i det øvre reservoar 24 og derfra til den varme frembringende innretning en pumper ifølge de tidligere kjente innretninger og med mindre energi til varmeelementet 30 for å opprettholde væskestrømmen for tilstrekkelig kjøling av den varmefrembringende innretning.

For ytterligere å forbedre effektiviteten av innret-ningen og minske kraftforbruket i varmeelementet 30, kan fordampningskammeret 20 fortrinnsvis være varmeisolert for å holde temperaturen på den dielektriske væske i kammeret nær koke-punktet .

Fordampningskammeret på fig. 2 skiller seg fra det som er vist på fig. 1 ved at det er anordnet en tilbakeslagsventil 40 i ledningen 22 og som åpnes for tilførsel av dielektrisk væske til fordampningskammeret 20 bare når trykket i røret 22 er større enn trykket i kammeret 20. Under normal drift vil trykket i ledningen 22 til å begynne med være større enn trykket i kammeret 20 som følge av væsken i røret 22 og væskenivået i det øvre reservoar 24. Derfor vil da ventilen 40 være åpen og dielektrisk væske vil strømme inn i fordampningskammeret 20 hvor temperaturen økes ved hjelp av varmeelementet 30. Dette vil øke trykket i.kammeret 20 inntil det er høyt nok i forhold til trykket i røret 22 hvorved ventilen 40 lukker for væske-strømmen inn i kammeret 20 for oppbygning av ytterligere trykk i denne. Dette ytterligere trykk vil bevirke at damp stiger opp fra kammeret 20 med øket hastighet og dermed øket strøm av dielektrisk væske i røret 32 slik at den nødvendige varmeav-givelse fra varmeelementet 30 minskes. Når den fordampede kjølevæske strømmer gjennom åpningen 28, vil nivået av væske i kammeret 20 minske inntil varmeelementet 30 ikke lenger er om-sluttet av væske. På dette tidspunkt vil trykket i kammeret 20 minske hurtig til under trykket i røret 22 slik at tilbake-slagsventilen 40 vil åpne og tilføre mere væske til kammeret

20 slik at forløpet gjentas.

Claims (4)

1. Anordning for fordampningskjøling av induktivt elektrisk apparat, omfattende et hus som inneholder en varmefrembringende innretning som skal kjøles under drift, et væskeformet dielektrisk kjølemiddel som er fordampbart innenfor normalt driftstemperaturområde for den varmefrembringende innretning, et øvre reservoar for en del av kjølemiddelet i huset over den varmefrembringende innretning med en sirkulasjonsinnretning for kjølemiddelet fra det øvre reservoar, et nedre reservoar i huset under den varmefrembringende innretning for å motta kjølemiddelet som har opptatt varme fra den varmefrembringende innretning, en første ledning med et innløp i strømningsfor-bindelse med kjølemiddelets normale nivå i det nedre reservoar og et utløp i strømningsforbindelse med kjølemiddelet, over normalt nivå i det øvre reservoar, og en oppvarmbar dampfrembringende pumpe for å bringe kjølemiddelet tilbake til det øvre reservoar gjennom ledningen, karakterisert ved at pumpen har et fordampningskammer (20) med en åpning (28) som rager inn i og kommuniserer med den første ledning (32) på et nivå under det normale nivå av kjølemiddelet i det nedre reservoar (18) og som er innrettet for å slippe ut damp som er frembragt i kammeret inn i ledningen med tilstrekkelig hastighet for å ta med kjølemiddel fra det nedre reservoar opp gjennom i ledningen til det øvre reservoar (24), og at kammeret (20) også har et innløp for en andre ledning (22) fra det øvre reservoar på et nivå under normalt nivå av kjølemiddelet i det øvre reservoar.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den andre ledning (22) har en tilbakeslagsventil (40) for å slippe gjennom og sperre strømmen av kjølemiddel fra det øvre reservoar (24) til fordampningskammeret (20) hår trykket i dette er under respektivt over kjølemiddelets væsketrykk i den andre ledning, og at kammeret har et oppvarmingsorgan (30) på et midlere nivå.

3. Anordning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at fordampningskammeret (20) er varmeisolert mot utsiden.

4. Anordning ifølge et av de foregående krav, hvor den første ledning (32) er et rør som er åpent i begge ender for å danne innløp (34) resp. utløp (36) for kjølemiddelet, karakterisert ved at fordampningskammeret (20) har et utløp i form av en avkortet kjegle med åpningen (28) i den øvre smale ende, som rager inn i den nedre åpne ende av røret (32), slik at det dannes en ringformet spalte mellom kjeglen og røret for å transportere kjølemiddel gjennom spalten til røret.