SE419486B

SE419486B - PROCEDURE FOR COOLING A SELF-HEATED ELECTRICAL APPLIANCE AND SELF-POWERED COOLING SYSTEM FOR AN ELECTRIC APPLIANCE

Info

Publication number: SE419486B
Application number: SE7810863A
Authority: SE
Inventors: L W Pierce; R E Gearhart; T G Nichols
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 1977-10-19
Filing date: 1978-10-18
Publication date: 1981-08-03
Also published as: GB1595094A; JPS5475033A; FR2406877A1; ES473807A1; SE7810863L; DE2844884A1; CA1119682A

Description

__7a1oa§z-a 2 lO 15 20 25 50 55 är tvångskyld. Kylmedlet ll kondenseras lätt i värmeväxlaren 14 och avger därvid sitt energiinnehåll som kondensationsvär- me. __7a1oa§z-a 2 lO 15 20 25 50 55 is compulsory. The coolant 11 is easily condensed in the heat exchanger 14 and thereby emits its energy content as condensation heat.

En annan känd metod för kylning av elektroniska utrust- ningar utnyttjar vätskefilmkylning, som tar upp värme från den elektriska apparaten under dess drift och överför detta värme till ett värmeväxlarmedium. Den amerikanska patentskriften 2.924.655 beskriver en elektrisk apparat, som utnyttjar en di- elektrisk atmosfär både som elektrisk isolering och som en kyl- mekanism för bortledning av det värme som utvecklas under drift av apparaten. Fig. 2 i bifogad ritning visar ett vätskekylsys- tem 15, som omfattar en tank 16 och en behållare 17 innehållan- de ett flytande kylmedel 18. Kylanordningen 15 innefattar vi- dare en pump 19 och ett flertal munstycken eller strilar, med- elst vilka kylmedlet 18 strilas i form av vätskedroppar över ytan av en transformator 20. Kylmedlet 18 bildar därvid en tunn vätskefilm på transformatorns 20 yta, varvid denna vätska- film vid kontakten med den varma transformatorytan lätt förång- as och övergår till gasform, i vilken form kylmedlet överföras till en kondensor 21, i vilken det från transformatorn 20 upp- tagna värmet överföras till kondensorn 21 i form av kondensa- tionsvärme. En expansionstank 22 innehållande en icke konden- serbar gas användes ofta i system av detta slag, och en extra värmeväxlare 23 kan erfordras. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett nytt och förbättrat perkoleringsförfarande för ångkylning av transformatorer, som ej kräver en vötskotransportpump i be- hållaren för det flytande kylmedlet och oj huller kräver någon tvängskylning av värmeväxlaren, såsom vid de ovan beskrivna kända kylsystemen.Another known method for cooling electronic equipment utilizes liquid film cooling, which absorbs heat from the electrical appliance during its operation and transfers this heat to a heat exchanger medium. U.S. Pat. No. 2,924,655 discloses an electrical apparatus which utilizes a dielectric atmosphere both as electrical insulation and as a cooling mechanism for dissipating the heat generated during operation of the apparatus. Fig. 2 of the accompanying drawing shows a liquid cooling system 15, which comprises a tank 16 and a container 17 containing a liquid coolant 18. The cooling device 15 further comprises a pump 19 and a plurality of nozzles or nozzles, by means of which the coolant 18 is sprinkled in the form of liquid droplets over the surface of a transformer 20. The coolant 18 thereby forms a thin liquid film on the surface of the transformer 20, this liquid film on contact with the hot transformer surface easily evaporating and changing to gaseous form, in which form the coolant transferred to a condenser 21, in which the heat taken up from the transformer 20 is transferred to the condenser 21 in the form of condensation heat. An expansion tank 22 containing a non-condensable gas is often used in systems of this kind, and an additional heat exchanger 23 may be required. The object of the present invention is to provide a new and improved percolation method for steam cooling of transformers, which does not require a liquid transport pump in the container for the liquid coolant and does not require any forced cooling of the heat exchanger, as in the known cooling systems described above.

'Det i första hand kännetecknande för förfarandet enligt uppfinningen framgår av det bifogade patentkravet 1. Fördel- aktiga vidareutvecklingar och utföríngsformer av detta förfa- rande har de i patentkraven 2 - 6 angivna künnetecknen.The first characteristic of the method according to the invention appears from the appended claim 1. Advantageous further developments and embodiments of this method have the characteristics characterized in claims 2-6.

-Uppfinningen avser även ett självdrivet ångkylsystem för elektriska apparater, vilket kylsystem i första hand har de i det bifogade patentkravet 7 angivna kännetecknen. För- delaktiga.vidareutvecklingar och utföringsformer av detta kyl- 10 20 50 5 7810863-6 system har de i patentkraven 8 - 22 angivna kännetecknen.The invention also relates to a self-propelled steam cooling system for electrical appliances, which cooling system primarily has the features stated in the appended claim 7. Advantageous further developments and embodiments of this cooling system have the features stated in claims 8 - 22.

I det följande skall uppfinningen närmare beskrivas i anslutning till bifogad ritning, i vilken fig. 1 är en sidovy, delvis i genomskärning, av en ti- digare känd, i det föregående beskriven, iylanordning; fig. 2 är en frontvy, delvis i genomskärning, av en an- nan, tidigare känd,i det föregående beskriven, kylanordning; fig. 5 är en frontvy, delvis i genomskürning, av en kylanordning utformad enligt förelígnande uppfinning; fig. 4 är en sidovy, delvis i genomskürninm och i stör- re skala, av molekylarsilfällan i kylanordningen enligt fig. 3; fig. 4A visar en alternativ utformning av molekyler- silfällan; fig. 5 visar en genomskärninﬁ av den nya värmepumpen för användning i kylanordninﬁen enliﬁt fin. 5; fin. R är ett diagram över temperaturfördelningsprofi- len i kylkannlerna hos transformatorer För olika kylmedier; tig. 7 är ett diagram över kylningshastißhcten som funktion av det vätskeformade kylmedlets nivå vid perkole- ringskylsystemet enligt uppfinningen; fig. 8 visar en genomskärning av en ytterligare utfö- ringsform av värmepumpen enligt fig. 5; fig. 9 visar en genomskärning i större skala av ytter- ligare en utföringsform av anordningen enlint fin. 8; fig. 10 är en perspektivvy ovanifrån av en transforma- tor att användas tillsammans med det nya nerkoleringskylsys- temet enligt uppfinningen; fig. ll är en sidovy av en ytterligare utföringsform av anordningen enligt fig. 5; och fig. 12 är en sidovy av ännu en utföringsform av an- ordningen enligt fig. 5.In the following, the invention will be described in more detail in connection with the accompanying drawing, in which Fig. 1 is a side view, partly in section, of a previously known, in the foregoing, iyl device; Fig. 2 is a front view, partly in section, of another, previously known, previously described, cooling device; Fig. 5 is a front view, partly in section, of a cooling device designed according to the present invention; Fig. 4 is a side view, partly in section and on a larger scale, of the molecular sieve trap in the cooling device of Fig. 3; Fig. 4A shows an alternative design of the molecular sieve trap; Fig. 5 shows a cross-section of the new heat pump for use in the cooling device in a slightly fine manner. 5; nice. R is a diagram of the temperature distribution profile in the cooling ducts of transformers For different cooling media; tig. 7 is a diagram of the cooling rate as a function of the level of the liquid coolant in the percolation cooling system according to the invention; Fig. 8 shows a cross-section of a further embodiment of the heat pump according to Fig. 5; Fig. 9 shows a cross-section on a larger scale of another embodiment of the device according to the fine. 8; Fig. 10 is a top perspective view of a transformer to be used with the new chilling cooling system according to the invention; Fig. 11 is a side view of a further embodiment of the device according to Fig. 5; and Fig. 12 is a side view of yet another embodiment of the device of Fig. 5.

Fig. 5 visar såsom exempel en utföringsform av den nya perkoleringskylanordningen utformad enligt den föreliggande uppfinníngens principer.Fig. 5 shows as an example an embodiment of the new percolation cooling device designed according to the principles of the present invention.

Kylanordningen 24 innefattar en förångare 25 bestående av en behållare 26, en del av en elektrisk apparat, såsom ex- empelvis en transformator 27, som vid sin drift alstrar "”rre, g 181086;-6 4 10 15 20 . 50 55 och ett kondenserbart kylmedel 28. vidare en värmeväxlare 29 med en övre grenledning 50, en ned- re grenledning 51, ett antal parallella fördelningsledningar 40 och ett flertal kyltuber 52 mellan dessa fördelningsled- ningar. En expansionstank 55 innehållande en icke kondenser- bar gas användes ofta, då kylmedlet 28 är avsett att både om- besörja perkoleringskylningen och fungera som ett dielektrikum Den icke kondenserbara ga- Kylanordningen innefattar för den kylda elektriska apparaten. sen bildar därvid det dielektriska mediet för den elektriska isoleringen av den elektriska apparaten, då temperaturen är otillräcklig, för att kylmedlet 28 skall föràngas och helt täcka den elektriska apparaten 27. Expansionstanken 55 är förbunden med värmeväxlaren 29 såväl vid den övre grenledning- en 50 som den nedre grenledningen 51 och är förbunden med ång- alstraren 25 medelst en kanal 54. Kanalen 54 innehåller en behållare 55 med ett molekylarsilmaterial 56, vars ändamål kommer att beskrivas närmare i det följande. Transformatorn 27 är försedd med en genomföring för elektriskt anslutning av transformatorn 2? till yttre kretsar på konventionellt sätt vid medelstora transformatorer och krafttransformatorer.The cooling device 24 comprises an evaporator 25 consisting of a container 26, a part of an electrical apparatus, such as for instance a transformer 27, which in its operation generates "" rre, g 181086; -6 4 10 15 20. condensable coolant 28. Furthermore, a heat exchanger 29 having an upper branch line 50, a lower branch line 51, a number of parallel distribution lines 40 and a plurality of cooling tubes 52 between these distribution lines.An expansion tank 55 containing a non-condensable gas is often used, when the coolant 28 is intended to both provide the percolation cooling and function as a dielectric. The non-condensable cooling device comprises for the cooled electrical apparatus, then the dielectric medium for the electrical insulation of the electrical apparatus, when the temperature is insufficient, that the coolant 28 should evaporate and completely cover the electrical appliance 27. The expansion tank 55 is connected to the heat exchanger 29 both at the upper branch joint inlet 50 as the lower branch line 51 and is connected to the steam generator 25 by means of a channel 54. The channel 54 contains a container 55 with a molecular sieve material 56, the purpose of which will be described in more detail below. The transformer 27 is provided with a bushing for electrical connection of the transformer 2? to external circuits in a conventional manner with medium-sized transformers and power transformers.

Kanalen 54 är visad mera i detalj och i större skala i fig. 4, där övre delen av tanken 26 är förbunden med den nedre grenledníngen 51 medelst kanalen 54. En behållare 55 med molekylarsilmaterial 56 har en föroreningsfälla 57 i sin Strömningsvägcn för ångan av kylmedlet 28 är mar- Vid upphettning nedre del. kerad med pilar och är således den följande. och förångning kommer kylmedlet 28 in i inloppet 58 till övre delen 59 av kanalen 54, och strömmar därefter genom molekylar- silmaterialet 56 in i den nedre grenledningen 51 genom inlop- pet 51' till denna. Kylmedlet 28-består av ett förångnings- bart klorfluorkolväte, såsom triklortrifluoretan, som kan rea- gera med vattenånga och dissocieras under drift. Den typ av transformatorer som skall kylas innehåller i allmänhet en pap- persisolering, som vid transformatorns driftstemperaturer kan avge en viss mängd vattenånga, som ej kan avlägsnas helt un- der den första värmebehandlingsprocessen av transformatorn vid dess tillverkning. Ändamålet med molekylarsilmaterialet' 56 är därför att avlägsna eventuell vattenånga eller andra 10 15 20 25 55 5 7810863-6 skadliga vätskeformade ämnen, som kan avges från transforma- torns pappersisolation och tagas upp av kylmedlet 28, då det- ta förângas. Ett särskilt effektivt kornigt molekylarsilma- terial 56 utgöres av zeolit typ 4A, som tillverkas av Linde Division inom Union Carbide Corporation. Det har visat sig, att detta molekylarsilmaterial 56 effektivt avlägsnar alla spår av vattenånga från kylmedlet 28 och att andra vätskefor- made föroreningar stannar kvar i den fälla 57, som finnes i kanalens 54 nedre del. I frﬁnvaro av molekylnrsilmnteríalot 56 kan kylmedlet 28 (triklortrifluoretan) bli grumligt. Då däremot kylmedlet 28 användes tillsammans med molekylarsil- materialet 56, förblir kylmedlet klart under transformatorns hela drift. Sedan det förângade kylmedlet 28 passerat menom molekylarsilmaterialet 56, strömmar det in i den nedre fren- ledningen 51 genom inloppet 51' till detta och härifrån ut till kyltuberna 52 genom fördelningsledningarna 40. Det för- ângade kylmedlet 28 kondenserar lätt inuti tuberna 52 och återvänder i vätskeform genom den nedre grenledningen 51 till- baka in i tanken 26 via kondensatreturröret 41.The duct 54 is shown in more detail and on a larger scale in Fig. 4, where the upper part of the tank 26 is connected to the lower branch line 51 by means of the duct 54. A container 55 with molecular sieve material 56 has a contaminant trap 57 in its flow path for the vapor of the coolant 28 is mar- When heating the lower part. marked with arrows and is thus the following. and evaporation, the coolant 28 enters the inlet 58 of the upper portion 59 of the channel 54, and then flows through the molecular sieve material 56 into the lower branch line 51 through the inlet 51 'thereto. The coolant 28-consists of an evaporable chlorofluorocarbon, such as trichlorotrifluoroethane, which can react with water vapor and dissociate during operation. The type of transformers to be cooled generally contains a paper insulation, which at the operating temperatures of the transformer can emit a certain amount of water vapor, which cannot be completely removed during the first heat treatment process of the transformer during its manufacture. The purpose of the molecular sieve material '56 is therefore to remove any water vapor or other harmful liquid substances which may be released from the transformer paper insulation and taken up by the coolant 28 as it evaporates. A particularly efficient granular molecular sieve material 56 is zeolite type 4A, which is manufactured by Linde Division within Union Carbide Corporation. It has been found that this molecular sieve material 56 effectively removes all traces of water vapor from the coolant 28 and that other liquid contaminants remain in the trap 57 located in the lower part of the channel 54. In the absence of molecular sieve filtrate 56, the refrigerant 28 (trichlorotrifluoroethane) may become cloudy. On the other hand, when the coolant 28 is used together with the molecular sieve material 56, the coolant remains clear during the entire operation of the transformer. After the vaporized refrigerant 28 has passed through the molecular sieve material 56, it flows into the lower manifold 51 through the inlet 51 'thereto and from there out to the cooling tubes 52 through the distribution conduits 40. The vaporized refrigerant 28 condenses easily inside the tubes 52 and returns in liquid form through the lower branch line 51 back into the tank 26 via the condensate return pipe 41.

En alternativ utformning av molekylarsilen 56 finnes visad i fig. 4a. Vid denna utformning har den i fia. 4 visa- de kanalen 5ü eliminerats och molekylarsilcn 56 är placerad i den nedre grenledningen 51. Strömningsvñmen för ångan av kylmedlet 28 är markerad med pilar och har sålunda följande förlopp. Då kylmedlet 28 upphettas och föràngas, strömmar det genom inloppet 58 in i den nedre grenledningen 51 och ned genom molekylarsilmaterialet 56 till fördelningsrören 40 och därefter in i kyltuberna 52. Det förångade kylmedlet 28 kon- denserar lätt inuti tuberna 52 och återvänder i vätskeform genom ett separat returrör 41 till tanken 26. Returröret dl sträcker sig upp ovanför bottnen i grenledningen 51, så att en fälla 5? för andra vätskeformade föroreningar bildas.An alternative design of the molecular sieve 56 is shown in Fig. 4a. In this design, it has in fia. The channel 5ü shown in Fig. 4 is eliminated and the molecular sieve 56 is placed in the lower branch line 51. The flow heat for the steam of the coolant 28 is marked with arrows and thus has the following course. As the coolant 28 is heated and evaporated, it flows through the inlet 58 into the lower manifold 51 and down through the molecular sieve material 56 to the manifolds 40 and then into the cooling tubes 52. The evaporated coolant 28 condenses easily inside the tubes 52 and returns in liquid form through a separate return pipe 41 to the tank 26. The return pipe dl extends above the bottom of the branch line 51, so that a trap 5? for other liquid impurities are formed.

I fig. 4 och 4a sträcker sig kondensatreturröret 41 under kylmedlets 28 nivå i tanken 26, så att kylmedlets 28 ångfas måste strömma in i inloppsröret 58 (ovanför vätskeni- vån) till molekylarsilen 56. Molekylarsilen kan också göras verksam genom lämplig dimensionering av rören 41 och 58. Om returröret 41 har sin nedre ände belägen ovanför kylmedlets lO 15 20 25 50 35 ,73.1Û863_'6 e 28 vätskenivå, strömmar kylmedlets 28 ångfas in både i retur- röret 41 och inloppsröret 58. Genom lämplig avpassning av rörens 41 och 58 dimensioner, såsom väl känt inom fluidmeka- niken, kan tillräcklig mängd ånga brinfas att strömma genom inloppsröret 58 och silen 56 för avlägsnande av förefintliﬁt vatten i ångan. Eftersom ångan kontinuerligt bildas, konden- seras och åter bildas, är det ej nödvändigt att åstadkomma ett 100 %-igt ångflöde genom silen 56. Genom lämplig dimen- sionering av röret 4l är det möjligt att uppnå, att den upp- åtriktade strömmen av ånga genom röret 41 ej stör den nedåt- riktade returströmmen av kondensat genom röret 41.In Figs. 4 and 4a, the condensate return pipe 41 extends below the level of the coolant 28 in the tank 26, so that the vapor phase of the coolant 28 must flow into the inlet pipe 58 (above the liquid level) to the molecular sieve 56. The molecular sieve can also be activated by appropriate dimensioning of the pipes 41 and 58. If the return pipe 41 has its lower end located above the liquid level of the coolant 10, the steam phase 28 of the coolant 28 flows into both the return pipe 41 and the inlet pipe 58. By suitable adjustment of the pipes 41 and 58 dimensions, as is well known in fluid mechanics, a sufficient amount of steam brine phase can flow through the inlet pipe 58 and the screen 56 to remove any water in the steam. Since the steam is continuously formed, condensed and re-formed, it is not necessary to provide a 100% steam flow through the screen 56. By suitably dimensioning the tube 41 it is possible to achieve that the upward flow of steam through the pipe 41 does not interfere with the downward return flow of condensate through the pipe 41.

Det nya termiska pumparrangemanget 42 enligt fig. 5 skall beskrivas i det följande. Tanken 26, som innehåller transformatorn 2? och det vätskeformade kylmedlet 28 med väts- kenivån 45, är med fördel anordnad på följande sätt. Trans- formatorn 27 innefattar ett flertal transformatorlindningar 45, som är utformade med en serie kylkanaler 44 sträckande sig från transformatorns nedre ände 46 till dess övre ände 47 och som är anordnad koncentriskt omkring ett ben 48 i trans- formatorkärnan. Den termiska pumpanordningen 42 för transfor- matorn är utformad att transportera kylmedlet 28 från trans- formatorns nedre ände 46 genom kanalerna 44 med hjälp av den temperaturgradient som föreligger inuti kanalerna 44. Kylka- nalerna 44 bildar en passage för kylmedlet 28, som upphcttas under passagen och därvid kyler transformatorn 27, genom att kylmedlet övergår från vätskcform till gasform. Temperatur- fördelningsprofilen inuti kylkanalerna 44 för en vätskenivå 45 som den visade är sådan att kylmedlets 28 temperatur vid transformatorns nedre ände 46 är lägre än temperaturen vid en punkt P svarande mot vätskenivån 45, eftersom uppvärmningsme- kanismen utgöres av den av transformatorn 27 alstrade förlust- effekten och punkten P är utsatt för en mindre transformator- kylyta än exempelvis punkten P' i närheten av transformatorns nedre ände 46. Temperaturen vid punkten P är också högre än ptemperaturen vid punkten P" vid transformatorns övre ände 47, för att den termiska pumpen enligt uppfinningen skall fungera.The new thermal pump arrangement 42 according to Fig. 5 will be described in the following. The tank 26, which contains the transformer 2? and the liquid coolant 28 with the liquid level 45, is advantageously arranged in the following manner. The transformer 27 comprises a plurality of transformer windings 45, which are formed with a series of cooling channels 44 extending from the lower end 46 of the transformer to its upper end 47 and which are arranged concentrically around a leg 48 in the transformer core. The thermal pump device 42 for the transformer is designed to transport the coolant 28 from the lower end 46 of the transformer through the channels 44 by means of the temperature gradient present inside the channels 44. The cooling channels 44 form a passage for the coolant 28, which is heated during the passage and thereby cooling the transformer 27, in that the coolant changes from liquid form to gaseous form. The temperature distribution profile inside the cooling channels 44 of a liquid level 45 as shown is such that the temperature of the coolant 28 at the lower end 46 of the transformer is lower than the temperature at a point P corresponding to the liquid level 45, since the heating mechanism is the loss generated by the transformer 27. the power and point P are exposed to a smaller transformer cooling surface than, for example, point P 'near the lower end 46 of the transformer. The temperature at point P is also higher than the temperature at point P "at the upper end 47 of the transformer, so that the thermal pump according to the invention should work.

Punkten P" har en lägre temperatur än punkten P, eftersom punkten P" har en större kylyta än punkten P, under förutsätt- 10 15 20 25 , va1oaez-6 ning att korrekt vätskenivå upprätthålles. Då transformatorn 27 arbetar, börjar ett flertal ångbubblor 49 att röra sig i riktning uppåt inuti kylkanalerna 44 och blir alltmer uppvärm- da då de rör sig uppåt inuti transformatorn 27, eftersom områ- det vid punkten P har en högre temperatur, såsom ovan beskrivet.Point P "has a lower temperature than point P, since point P" has a larger cooling surface than point P, provided that the correct liquid level is maintained. As the transformer 27 operates, a plurality of steam bubbles 49 begin to move upwardly inside the cooling channels 44 and become increasingly heated as they move upwardly inside the transformer 27, since the area at point P has a higher temperature, as described above.

Då bubblorna 49 fortsätter att röra sig uppåt till närheten av transformatorns övre ände 47, erhåller de tillräcklig termisk energi för att lämna transfcrmatorn 27 i närheten av punkten P" i form av ângbubblor 49' i den med pilar markerade riktning- en. Eftersom ångbubblorna 49' tvingar kylmedlet 28 genom ka- nalerna 44 till transformatorns övre ände 47, blir denna övre ände kyld genom förångningen av kylmedlet 28. Ytterligare bubb- lor 49 kommer in i kylkanalerna 44 och rör sig uppåt genom de punkterna P' och P" markerade områdena i en kontinuerlig pro- cess så länge transformatorn är i drift. Denna process liknar något den pumpande perkoleringseffekt som användes för konti- nuerlig förflyttning av vattnet i en kaffenerkolator.As the bubbles 49 continue to move upward to the vicinity of the upper end 47 of the transformer, they obtain sufficient thermal energy to leave the transformer 27 in the vicinity of the point P "in the form of steam bubbles 49 'in the direction marked by arrows. 'forces the coolant 28 through the channels 44 to the upper end 47 of the transformer, this upper end is cooled by the evaporation of the coolant 28. Further bubbles 49 enter the cooling channels 44 and move upwards through the areas P' and P "marked points in a continuous process as long as the transformer is in operation. This process is somewhat similar to the pumping percolation effect used to continuously move the water in a caffeine cooler.

Temperaturfördelninﬁen inuti kylkanalerna 44 i trans- formatorn 2? finnes visad i diagrammet i Fíq. ß. Temperatu- ren är här avsatt som funktion av den relativt längden av ka- nalerna 44 för en och samma transformator, om den vore luft- kyld A, oljekyld B eller perkoleringskyld C. dienten A för det luftkylda fallet visar, att temperaturen ökar kontinuerligt från transformatorns nedre ände genom dess mittparti upp till transformatorns övre ände, eftersom trans- formatorn själv är sin egen värmekälla och den genom luftkyl- ningsmekanismen åstadkomma värmeöverföringen är otillräcklig för att kyla hela transformatorn likformígt. Temperaturgra- dienten för det oljekJlda fallet B visar, att temperaturgra- dienten även i detta fall stiger kontinuerligt från transfor- matorns nedre del till dess övre del men långsammare än i det luftkylda fallet A. eller luftkylning av denna transformator är högre än vad som Temperaturgra- De temperaturer som erhålles vid olje- kan tillåtas för de vanligtvis använda isolationsmateríalen.The temperature distribution ﬁ inside the cooling ducts 44 in the transformer 2? is shown in the diagram in Fíq. The temperature is here plotted as a function of the relative length of the ducts 44 for one and the same transformer, if it were air-cooled A, oil-cooled B or percolation-cooled C. the component A for the air-cooled case shows that the temperature increases continuously from the lower end of the transformer through its middle portion up to the upper end of the transformer, since the transformer itself is its own heat source and the heat transfer effected by the air cooling mechanism is insufficient to cool the entire transformer uniformly. The temperature gradient for the oil-cooled case B shows that the temperature gradient also in this case rises continuously from the lower part of the transformer to its upper part but slower than in the air-cooled case A. or air cooling of this transformer is higher than - The temperatures obtained at oil can be allowed for the commonly used insulation materials.

För att använda olje- eller luftkylning måste extra kylkana- ler anordnas, så att temperaturen sänkes. Således kräves yt- terligare ledarmaterial vid olje- eller luftkylning jämfört med perkolerinfskylninf. Temperaturgradienten vid perkole- 10 15 20 25 50 55 7a1oa63-6 4 8 ' rinﬁskylnínm C av brnnnfnrmnLnrn är den Följande.To use oil or air cooling, extra cooling ducts must be provided so that the temperature is lowered. Thus, additional conductor material is required for oil or air cooling compared to percolation cooling. The temperature gradient at the percolation of the brnnnfnrmnLnrn is the following.

Vid transformatorns 2? nedre ände vid punkten V' är ändarna av transformatorlindningarna utsatta för kylmedlet 28, som förångas av det i lindningen alstrade värmet, vari- genom den nedre delen av lindningen 45 kyles. Kylmedlet 28 strömmar in i kanalerna 44 och förångas genom kontakten med den del av lindningen 45 som ligger närmast kanalerna 44.At transformer 2? lower end at point V ', the ends of the transformer windings are exposed to the coolant 28, which is evaporated by the heat generated in the winding, whereby the lower part of the winding 45 is cooled. The coolant 28 flows into the channels 44 and evaporates through the contact with the part of the winding 45 which is closest to the channels 44.

Eftersom den nedre delen av lindningen45 har en större ytarea i kontakt med kylmedlet, kommer den att ha en lägre tempera- tur än de inre delarna av lindningen 45. De inre delarna av lindningen kylos genom förängníngen av kylmedlet 28 i kana- lerna 44 och genom konduktion till de svalare ändarna av lind- ningen 45. Vid förångningen av kylmedlet 28 bildas ångbubb- lor 49, som stiger snabbt uppåt genom kanalerna 44, varvid de samtidigt pressar en del av kylmedlets 28 vätskefas upp till kanalernas 44 övre ändar och därefter ut på övre änden av lindningen 45. Det flytande kylmedlet 28 förångas, då det kommer i kontakt med den övre ytan av kanalerna 44 och den övre änden av lindningen 45. Det har följaktligen fastlagts, att vid perkoleringskylning, dvs. då kylmedel 28 finnes i kyl- kanalerna 44 och föràngning sker snabbt vid transformatorns övre ändyta 47, är värmeavgången från transformatorn 27 till- räcklig för att kyla transformatorns 27 övre ändyta 47 i en takt som är lika stor som den takt i vilken transformatorn 27 uppvärmes under normala dríftförhållanden. Temperaturen vid punkten P" vid transformahorns övre ändyta 4? kan vara lika låg som temperaturen vid punkten P' vid trnnsformntorns nedre ände 46, i beroende av kylmedels 28 koknunkt, vätska- nivån_45 och dimensionerna hos kylkanalerna 44.Since the lower part of the winding 45 has a larger surface area in contact with the coolant, it will have a lower temperature than the inner parts of the winding 45. The inner parts of the winding are cooled by the narrowing of the coolant 28 in the channels 44 and by conduction to the cooler ends of the winding 45. Upon evaporation of the coolant 28, steam bubbles 49 are formed, which rise rapidly upwards through the channels 44, at the same time forcing a part of the liquid phase of the coolant 28 up to the upper ends of the channels 44 and then out onto the upper end of the winding 45. The liquid coolant 28 evaporates when it comes into contact with the upper surface of the channels 44 and the upper end of the winding 45. It has consequently been determined that in percolation cooling, i.e. when coolant 28 is present in the cooling ducts 44 and evaporation takes place rapidly at the upper end surface 47 of the transformer, the heat dissipation from the transformer 27 is sufficient to cool the upper end surface 47 of the transformer 27 at a rate equal to the rate at which the transformer 27 is heated under normal operating conditions. The temperature at point P "at the upper end surface 4" of the transformer horn 4 may be as low as the temperature at point P 'at the lower end 46 of the transformer tower, depending on the boiling point of coolant 28, the liquid level 45 and the dimensions of the cooling ducts 44.

Kylningshastigheten för olika termiska pumpar 42 med olika vätskenivåer 45 men med samma kylmedelskomposition fin- nes visad i diagrammet i fig. 7. Diagrammet visar, att väts- kenivån 45, uttryckt i procentuell höjd relativt transforma- torns övre ände 47 i fig. 5, skulle kunna sänkas utan någon allvarlig påverkning av kylningshastigheten för transforma- torn ned till mindre än 75 % av den maximala vätskenivån.The cooling rate of different thermal pumps 42 with different liquid levels 45 but with the same coolant composition is shown in the diagram in Fig. 7. The diagram shows that the liquid level 45, expressed in percentage height relative to the upper end 47 of the transformer in Fig. 5, could be reduced without any serious effect on the cooling rate of the transformer down to less than 75% of the maximum liquid level.

Kylningshastigheten R förblir relativt oförändrad ned till en vübskenivâ av 75 % och börjar att avta för vätskenivåer 9 7810863-6 lägre än ca 60 %. För vätskenivåer mellan 60 % och 50 % av- tar kylningshastiaheten avsevärt och för vätskenivåer under 50 % är kylningshastigheten ej tillräcklig. Orsaken till det- ta fenomen är ej helt klarlagd, men det verkar troligt, att 5 det beror på kylmedlets 28 värmeöverföringsegenskaper liksom på kylkanalernas geometri och antal samt transformatorns ef- fektvärde. Diagrammet i fia. 6 visar, att temperaturen inuti den perkoleringskylda transformatorn C är lägre överallt, än inuti den oljekylda transformatorn B och den luftkylda trans- l0 formatorn A.The cooling rate R remains relatively unchanged down to a liquid level of 75% and begins to decrease for liquid levels lower than about 60%. For liquid levels between 60% and 50% the cooling rate decreases considerably and for liquid levels below 50% the cooling rate is not sufficient. The cause of this phenomenon is not completely clear, but it seems probable that it depends on the heat transfer properties of the refrigerant 28 as well as on the geometry and number of the cooling ducts and the power value of the transformer. The diagram in fia. 6 shows that the temperature inside the percolation-cooled transformer C is lower everywhere, than inside the oil-cooled transformer B and the air-cooled transformer A.

Fig. 8 visar en ytterligare utföringsform av den i fig. 5 visade termiska pumpen 42. Vid utförinnsformen i fig. 8 har transformatorn 27 ett flertal kylkanaler 44 och de i des- sa kanaler uppåtstigande ângbubblorna 49 pâverkas medelst ka- l5 nalförlängningar 50 anordnade i linje med transformatorns kyl- kanaler 44 vid transformatorns övre ände 47. Kanalförläng- ningarna 50 leder ångbubblorna 49 unpåt en sträcka h ovanför transformatorns övre ändyta 47 och avger det medtransportera- de vötskeformade kylmedlet 28 till ett speciellt utformat för- 20 delningstråg 51, som är försett med ett flertal pâ avstånd från varandra anordnade hål 52. Denna utföringsform enligt fig. 8 kombinerar perkolcringskylmetoden enligt den förelig- gande uppfinningen med den tidigare kända metoden med förång- ninm av en på en uppvärmd yta pâförd tunn vätskefilm, så att 25 kylningens effektivitet ökas ytterlíßare. Fördelningstrñuet 51 samlar kylmedlet 28 i vätskeform och fördelar det i form av droppar 49', som därefter droppar ned genom hålen 52 på transformatorns övre ändyta 47. För att ett kontinuerligt flöde av kylmedlet 28 ned på transformatorspolarnas 45 övre 50 ändyta skall upprätthållas, är en uppâtriktad tröskel eller fördämning 55 anordnad vid transformatorns övre ändyta 47, såsom fig. 8 visar.Fig. 8 shows a further embodiment of the thermal pump 42 shown in Fig. 5. In the embodiment of Fig. 8, the transformer 27 has a plurality of cooling channels 44 and the steam bubbles 49 ascending in these channels are actuated by means of channel extensions 50 arranged in line with the cooling channels 44 of the transformer at the upper end of the transformer 47. The channel extensions 50 guide the steam bubbles 49 approximately a distance h above the upper end surface 47 of the transformer and deliver the co-transported liquid-shaped coolant 28 to a specially designed distribution trough 51, which is provided with a plurality of spaced holes 52. This embodiment of Fig. 8 combines the percolation cooling method of the present invention with the prior art method of evaporating a thin liquid film applied to a heated surface, so that the cooling efficiency increased further. The distribution trough 51 collects the coolant 28 in liquid form and distributes it in the form of droplets 49 ', which then drip down through the holes 52 on the upper end surface 4 of the transformer. In order to maintain a continuous flow of the coolant 28 down on the upper 50 surface of the transformer coils 45, a upward threshold or dam 55 provided at the upper end surface 47 of the transformer, as shown in Fig. 8.

Fig. 9 visar en ytterligare användning av förlängning- arna 50 på kylkanalerna 44. Vid denna utföringsform är ka- 35 nalförlängningen 50 uppdragen till omedelbar närhet av en samlingsskena 54, så att vätskedropparna 4%' kan komma i kon- takt med och kyla denna samlingsskena 54.Fig. 9 shows a further use of the extensions 50 on the cooling ducts 44. In this embodiment, the duct extension 50 is pulled into the immediate vicinity of a busbar 54, so that the liquid drops 4% 'can come into contact with and cool it. busbar 54.

En transformator 27 utformad för att bilda den termis- 10 15 20 25 55 7810863-6 10 ka pumpen 42 enligt föreliggande uppfinning finnes visad i en perspektivisk delvy i större skala i fig. 10. Kanalerna 44 mellan transformatorspolarna 45.vid transformatorns övre ände 47 har ett tvärsnitt med bredden W och längden L. Ett sådant antal kanaler 44 användes, att drifttemperaturen hålles under det maximalt tillåtliga värdet. Kanaltvärsnittets bredd W är ca 4,76 mm, medan längden L är ca 58,1 mm. nan 48 är centralt placerad i transformatorlindningen på van- ligt sätt vid transformatorer av medelstorlek och kraftstor- lek. kylkanaler 44 bestämmer den mïngd kylmedel som måste användas för att ge den termiska pumpeffekten enligt uppfinningen, och man kan förutsätta, att väsentliga besparingar'i mängden trans- formatorkylmedel kan uppnås genom lämplig dimensionering av den tcrmiska pumpen. För oljekylda transformatorer med den I diumrummet i rim. ß visndc tomperutnrﬁrndionten B erfordras Transformatorkär- Dimensionerna, antalet och placeringen av transformatorns i allmänhet ca ÜÜU 1 kylolja, medan för en transformator med samma storlek endast ca 189 1 kylmedel erfordras för att ge den med G i fig. 6 betecknade temperaturgradienten vid en per- koleringskyld transformator. Den termiska pumpanordningen en- ligt föreliggande uppfinning ger således en bättre verknings- grad för kylningen än den normala, tidigare kända, fullstän- diga nedsünkningen av transformatorns aktiva delar i olja, vilket resulterar i en avsevärd reducering av materialkostna- derna för transformatorn.d Ytterligare utföringsformer av perkoleringskylda trans- formatorer enligt uppfinningen finnes visade i fia. ll och 12.A transformer 27 designed to form the thermal pump 42 of the present invention is shown in a partial perspective view on a larger scale in Fig. 10. The channels 44 between the transformer coils 45 at the upper end 47 of the transformer has a cross section with width W and length L. Such a number of channels 44 is used that the operating temperature is kept below the maximum permissible value. The width W of the duct cross section is approx. 4.76 mm, while the length L is approx. 58.1 mm. nan 48 is centrally located in the transformer winding in the usual way with medium-sized and power-sized transformers. cooling ducts 44 determine the amount of coolant that must be used to provide the thermal pump power according to the invention, and it can be assumed that significant savings in the amount of transformer coolant can be achieved by appropriately dimensioning the thermal pump. For oil-cooled transformers with the I dium space in rhyme. The dimensions, number and location of the transformer's generally about ÜÜU 1 coolant are required, while for a transformer of the same size only about 189 l of coolant are required to give the temperature gradient denoted by G in Fig. 6 at a per-. cholera debt transformer. The thermal pump device according to the present invention thus provides a better efficiency for the cooling than the normal, previously known, complete immersion of the active parts of the transformer in oil, which results in a considerable reduction of the material costs for the transformer. embodiments of percolation-required transformers according to the invention are shown in FIG. ll and 12.

Såsom tídinare nämnts, användes ofta en icke kondenscrbar gas, såsom kvävgas, C2F6, C2ClFS eller SF6, som ett dieloktrikum för åstadkommande av isolering mellan transformatorns lindning- ar, då transformatorns flytande kylmedel befinner sig vid en låg temperatur. Den icke kondenserbara gasens tryck bestäm- mer också kokpunkten för det kondenserbara kylmodlet och av- passas så, att det kondenserbara kylmedlet kokar inom drifts- intervallet för transformatorns temperatur. Som kylmedel kan triklortrifluoretan, exempelvis Freon 115 tillverkat av DuPont användas i den termiska pumpen 42 enligt fig. 5. En trefas medelstor transformator med märkeffekten 18 kw drivs kontinu- 10 20 50 9 va1os6z-6 lägre än ca 60 %. För vätskenivàer mellan 60 % och 50 % av- tar kylningshastigheten avsevärt och för vätskenivåer under 50 % är kylningshastigheten ej tillräcklig. Orsaken till det- ta fenomen är ej helt klarlagd, men det verkar troligt, att det beror på kylmedlets 28 värmeöverföringsegenskaper liksom på kylkanalernas geometri och antal samt transformatorns ef- fektvärde. Diagrammet i fin. 6 visar, att temperaturen inuti den perkoleringskylda transformatorn C är lägre överallt, än inuti den oljekylda transformatorn B och den luftkylda trans- formatorn A.As mentioned earlier, a non-condensable gas, such as nitrogen gas, C2F6, C2ClFS or SF6, is often used as a dielectric to provide insulation between the transformer windings when the transformer liquid coolant is at a low temperature. The pressure of the non-condensable gas also determines the boiling point of the condensable cooling model and is adjusted so that the condensable coolant boils within the operating range of the transformer temperature. As a coolant, trichlorotrifluoroethane, for example Freon 115 manufactured by DuPont, can be used in the thermal pump 42 according to Fig. 5. A three-phase medium-sized transformer with a rated power of 18 kw is operated continuously at less than about 60%. For liquid levels between 60% and 50% the cooling rate decreases considerably and for liquid levels below 50% the cooling rate is not sufficient. The cause of this phenomenon is not completely clear, but it seems likely that it is due to the heat transfer properties of the refrigerant 28 as well as to the geometry and number of the cooling ducts and the power value of the transformer. The diagram in fine. 6 shows that the temperature inside the percolation-cooled transformer C is lower everywhere, than inside the oil-cooled transformer B and the air-cooled transformer A.

Fig. 8 visar en ytterligare utföringsform av den i fig. 5 visade termiska pumpen 42. Vid utföringsformen i fig. 8 har transformatorn 27 ett flertal kylkanaler 44 och de i des- sa kanaler uppåtstigande ängbubblorna 49 pâverkas medelst ka- nalförlängningar 50 anordnade i linje med transformatorns kyl- kanaler 44 vid transformatorns övre ände #7. Kanalförläng- ningarna 50 leder ångbubblorna 49 unpàt en sträcka h ovanför transformatorns övre ändyta H7 och avger det medtransportera- pde vïtskeformade kylmedlet 2ö till ett speciellt utformat för- delningstråg 51, som är försett med ett flertal på avstånd från varandra anordnade hål 52. Denna utföringsform enligt fig. 8 kombinerar perkoloringskylmetoden enligt den förelig- gande uppfinningen med den tidigare kända metoden med förâng- nina av en på en uppvärmd yta påförd tunn vätskefilm, så att kylningenn effektivitet ökas ytterligare. Fördelningstrñﬁet 51 samlar kylmedlct 28 i vätskeform och fördelar det i form av droppar 49', som därefter droppar ned genom hålen 52 på transformatorns övre ändyta 47. För att ett kontinuerligt flöde av kylmedlet 28 ned på transformatorspolarnas 45 övre ändyta skall upprätthållas, är en uppàtriktad tröskel eller fördämning 55 anordnad vid transformatorns övre ändyta 47, såsom fig. 8 visar.Fig. 8 shows a further embodiment of the thermal pump 42 shown in Fig. 5. In the embodiment in Fig. 8, the transformer 27 has a plurality of cooling channels 44 and the meadow bubbles 49 ascending in these channels are actuated by means of channel extensions 50 arranged in line with the transformer cooling ducts 44 at the upper end # 7 of the transformer. The duct extensions 50 guide the steam bubbles 49 a distance h above the upper end surface H7 of the transformer and discharge the co-transported liquid-shaped coolant 2ö to a specially designed distribution trough 51, which is provided with a plurality of spaced apart holes 52. This embodiment according to Fig. 8, the percolor cooling method according to the present invention combines with the previously known method with the evaporation of a thin liquid film applied to a heated surface, so that the cooling efficiency is further increased. The distribution tree 51 collects the coolant 28 in liquid form and distributes it in the form of droplets 49 ', which then drip down through the holes 52 on the upper end surface 4 of the transformer. In order to maintain a continuous flow of the coolant 28 on the upper end surface of the transformer coils 45, an upright is threshold or dam 55 provided at the upper end surface 47 of the transformer, as shown in Fig. 8.

Fig. 9 visar en ytterligare användning av förlängning- arna 50 på kylkanalerna 44. Vid denna utföringsform är ka- nalförlängningen 50 uppdragen till omedelbar närhet av en samlingsskena 54, så att vätskedropparna #0' kan komma i kon- takt med och kyla denna samlingsskena 54.Fig. 9 shows a further use of the extensions 50 on the cooling ducts 44. In this embodiment the duct extension 50 is mounted in the immediate vicinity of a busbar 54, so that the liquid droplets # 0 'can come into contact with and cool this busbar. 54.

En transformator 27 utformad för att bilda den termis- 10 20 25 55 7810853-6 10 ka pumpen 42 enligt föreliggande uppfinning finnes visad i en perspektivísk delvy i större skala i fig. 10. Kanalerna 44 mellan transformatorspolarna 45 vid transformatorns övre ände 47 har ett tvärsnitt med bredden W och längden L. Ett sådant antal kanaler 44 användes, att drifttemperaturen hålles under ¶ Kanaltvärsnittets bredd W är det maximalt tillåtlíga värdet.A transformer 27 designed to form the thermal pump 42 of the present invention is shown in a larger scale perspective view in Fig. 10. The channels 44 between the transformer coils 45 at the upper end 47 of the transformer have a cross section with width W and length L. Such a number of channels 44 is used that the operating temperature is kept below ¶ The width W of the channel cross section is the maximum permissible value.

Transformatorkär- 1 ca 4,76 mm, medan längden L är ca 58,1 mm. nan 48 är centralt placerad i transformatorlindningen på van- ligt sätt vid transformatorer av medelstorlek och kraftstor- lek. Dimcnsionerna, antalet och placeringen av transformatorns kylkanaler 44 bestämmer den mïnﬁd kylmedel som mäste användas för att ge den termiska pumpeffekten enligt uppfinningen, och man kan förutsätta, att väsentliga besparingar i mängden trans- formatorkylmedel kan uppnås genom lämplig dimensionering av den tormiska pumpen. För oljekylda transformatorer med den i dínmrnmmet I Fin. 0 visade tomperutnrnrndlenten B erfordras J allmänhet ca SMU 1 kylo]Jn, medan för en transformator med samma storlek endast ca 189 l kylmedel erfordras för att ge den med C i fig. 6 betecknade temperaturgradienten vid en per- koleringskyld transformator. Den termiska pumpanordningen en- ligt föreliggande uppfinning ger således en bättre verknings- grad för kylningen än den normala, tidigare kända, fullstän- diga nodsünkningen av transformatorns aktiva delar i olja, vilket resulterar i en avsevärd reducering av materialkostna- derna för transformatorn.Transformer core- 1 approx. 4.76 mm, while length L is approx. 58.1 mm. nan 48 is centrally located in the transformer winding in the usual way with medium-sized and power-sized transformers. The dimensions, number and location of the transformer cooling channels 44 determine the amount of coolant that must be used to provide the thermal pump power according to the invention, and it can be assumed that significant savings in the amount of transformer coolant can be achieved by appropriate dimensioning of the thermal pump. For oil-cooled transformers with the one in dínmrnmmet I Fin. 0, the temperature gradient B shown is generally required to be about SMU 1 coolant, while for a transformer of the same size only about 189 liters of coolant are required to give the temperature gradient denoted by C in Fig. 6 in a transformer due to percolation. The thermal pump device according to the present invention thus provides a better efficiency for the cooling than the normal, previously known, complete nodal immersion of the active parts of the transformer in oil, which results in a considerable reduction of the material costs for the transformer.

Ytterligare utföringsformer av perkoleringskylda trans- formatorer enligt uppfinningen finnes visade i fig. ll och 12.Further embodiments of percolation-cooled transformers according to the invention are shown in Figs. 11 and 12.

Såsom tidiﬁare nämnts, användes ofta en icke kondensorbar gas, såsom kvävgas, C2F6, C2ClF5 eller SF6, som ett dielektrikum- för ästadkommande av isolering mellan transformatorns lindning- ar, då transformatorns flytande kylmedel befinner sig vid en låg temperatur. Den icke kondenserbara gasens tryck bestäm- mer också kokpunkten för det kondenserbara kylmedlet och av- passas så, att det kondenserbara kylmedlet kokar inom drifts- intervallet för transformatorns temperatur. Som kylmedel kan triklortrifluoretan, exempelvis Freon llš tillverkat av DuPont användas i den termiska pumpen 42 enligt fig. 5. En trefas medelstor transformator med märkeffekten 18 kw drivs kontinu- lO 15 20 25 50 55 11 7810863-6 erligt vid en koktemperatur av h7° C, då kvïvßastrycket nv- passades till att ge ett ñn~tryck för det kondenserbara tyl- medlet av 0,84 kp/omg. teristikorna kan fastställas noggrant med hjälp av kylkanaler- nas dimensioner och kylmedlets koktemperatur, vilken bestäm- mes av kvävgastrycket, under förutsättning att en del kylme- del alltid förblir i vätskefas. Om hela mängden kylmedel för- ângades, skulle trycket inuti systemet uppträda som för en ideal gas och öka proportionellt med temperaturen. Använd- ningen av en icke kondenserbar gas kräver i allmänhet av ne- danstående skäl en övre grenledning 50 och en expansionstank 55, såsom visat i fig. 5 och ll. Expansionstanken 55 bildar ett utrymme för upptagning av den icke kondenserbara gasen, sedan det kondenserbara kylmedlet har förångats tillräckligt för att ersätta den icke kondenserbara gasen och tränga undan Det inscs, att driftstemperaturkarak- den från transformatorlindningarnas närhet. Den övre grenled- ningen 50 erfordras i allmänhet, då det flytande kylmedlet 28 värmebehandlas för utdrivning av eventuella rester av icke kondenserbara gaser, såsom exempelvis luft, som absorberats av kylmedlet under dess transport och lagring. För avgasning av kylmedlet 28 kortslutes transformatorn, så att transforma- torn upphettas och den absorberade luften skiljcs från kylmed- let 28. Den upphettade luften skiljes från kylmedlet 28 i denna avgasningsprocess och kommer in i expansionstanken 55 efter att ha passerat genom kondensortuberna 52. Luften av- gär därefter lätt till den övre çrenledningen 50, som är för- bunden med expansionstanken 55 Benom ett förbindelserör 55 försett med en ventil 56. Så snart transformatorkylmedlet helt avgasats från resterande luft och den utdrivna luften uppsamlats i expansionstanken 55, skiljes den övre grenled~ ningen 50 från expansionstanken 55, genom att ventilen 56 Luften avlägsnas därefter från expansionstanken 55 En känd mängd av den stänges. genom evakuering medelst en vakuumpump. önskade, icke kondenserbara gasen, såsom exempelvis kvävgas, SF6, C2F6 eller C2ClF , införas därefter i expansionstanken 55 genom en påfyllningsventil 59. Ventilerna 56 och 58 öpp- nas därefter, så att den icke kondenserbara ßasen tillåtes att strömma in i hela systemet. Under drift av transformatorn a lO 15 20 _7a1øae3-6 12 har röret 5? till uppgift att återföra eventuellt kondcnsat av kylmedel 28 från expansionstanken till huvudförrådet av vätskeformat kylmedel i behållaren 26. Kondensat av kylmed- let 28 kan bildas i expansionstanken 58 som följd av variatio- ner í omgivningstemperaturen. Röret 57 är anslutet till den lägsta punkten i expansionstanken 55, så att mängden konden- sat i expansionstanken hålles så liten som möjligt.As previously mentioned, a non-condensable gas, such as nitrogen gas, C2F6, C2ClF5 or SF6, is often used as a dielectric to provide insulation between the transformer windings when the transformer liquid coolant is at a low temperature. The pressure of the non-condensable gas also determines the boiling point of the condensable coolant and is adjusted so that the condensable coolant boils within the operating range of the transformer temperature. As coolant, trichlorotrifluoroethane, for example Freon llš manufactured by DuPont, can be used in the thermal pump 42 according to Fig. 5. A three-phase medium-sized transformer with a rated power of 18 kw is operated continuously at a boiling temperature of h7 ° C, when the nitrogen pressure nv- was adjusted to give an ñn ~ pressure for the condensable tyl agent of 0.84 kp / omg. The temperatures can be determined accurately with the help of the dimensions of the cooling ducts and the boiling temperature of the coolant, which is determined by the nitrogen gas pressure, provided that some coolant always remains in the liquid phase. If the entire amount of coolant were evaporated, the pressure inside the system would appear as for an ideal gas and increase in proportion to the temperature. The use of a non-condensable gas generally requires, for the following reasons, an upper branch line 50 and an expansion tank 55, as shown in Figs. 5 and 11. The expansion tank 55 forms a space for receiving the non-condensable gas, after the condensable coolant has evaporated sufficiently to replace the non-condensable gas and displace It inscs that the operating temperature character from the vicinity of the transformer windings. The upper branch line 50 is generally required when the liquid coolant 28 is heat treated to expel any residues of non-condensable gases, such as, for example, air absorbed by the coolant during its transport and storage. To degas the coolant 28, the transformer is short-circuited, so that the transformer is heated and the absorbed air is separated from the coolant 28. The heated air is separated from the coolant 28 in this degassing process and enters the expansion tank 55 after passing through the condenser tubes 52. The air then easily discharges to the upper manifold 50, which is connected to the expansion tank 55 Through a connecting pipe 55 provided with a valve 56. As soon as the transformer coolant is completely degassed from the remaining air and the expelled air is collected in the expansion tank 55, the upper manifold is separated 50 from the expansion tank 55, in that the valve 56 The air is then removed from the expansion tank 55 A known amount of it is closed. by evacuation by means of a vacuum pump. The desired non-condensable gas, such as nitrogen gas, SF6, C2F6 or C2ClF, is then introduced into the expansion tank 55 through a fill valve 59. Valves 56 and 58 are then opened to allow the non-condensable gas to flow into the entire system. During operation of the transformer a lO 15 20 _7a1øae3-6 12 has the tube 5? for the task of returning any condensate of coolant 28 from the expansion tank to the main supply of liquid coolant in the container 26. Condensate of the coolant 28 may be formed in the expansion tank 58 as a result of variations in the ambient temperature. The pipe 57 is connected to the lowest point in the expansion tank 55, so that the amount of condensate in the expansion tank is kept as small as possible.

Den i fig. 12 visade utföringsformen liknar den i fig. ll visade men med undantag för att den övre grenledningen 50, förbindelseröret 55 med ventilen 56 och dräneringsventilen 58 har eliminerats. Det har visat sig, att transformatorkylmed- let kan förevakueras genom uppvärmning och avgasning av det- samma, innan det fylles i transformatorn, så att de i anslut- ning till fig. ll ovan beskrivna förfarandestegen ej längre erfordras. Sedan transformatorkylmedlet avgasats fullständigt, måste det noggrant säkerställas, att det avgasade kylmedlet ej åter absorberar luft i samband med att det fylles i trans- formatorn.The embodiment shown in Fig. 12 is similar to that shown in Fig. 11 but except that the upper branch line 50, the connecting pipe 55 with the valve 56 and the drain valve 58 have been eliminated. It has been found that the transformer coolant can be pre-evacuated by heating and degassing it before it is filled into the transformer, so that the process steps described above in connection with Fig. 11 are no longer required. After the transformer coolant has been completely degassed, it must be carefully ensured that the degassed coolant does not reabsorb air in connection with it being filled in the transformer.

Ehuru uppfinningen i det föregående beskrivits i an- slutning till medel- och krafttransformatorer, har detta skett endast såsom exempel. Uppfinningen kan således tillämpas för kylning även av andra typer av elektriska apparater, under förutsättning att det termiska pumparrangemanget enligt upp- finningen kan anordnas inuti ifrågavarande elektriska apparat.Although the invention has been described above in connection with medium and power transformers, this has been done by way of example only. The invention can thus be applied for cooling also of other types of electrical appliances, provided that the thermal pump arrangement according to the invention can be arranged inside the electrical appliance in question.

Claims

A method for cooling a self-heating electric appliance, characterized in that such an amount of a condensable coolant (28) is arranged in an airtight container (26) that the coolant fills a part of the container, further comprising at least a part of the electrical apparatus (27) inside said container and in contact with a part of the coolant, the electrical apparatus being formed with at least one channel (44) extending through a part of the apparatus arranged to absorbing said coolant, and that a molecular sieve material (56) is arranged in connection with said container to remove moisture from the coolant.

Process according to Claim 1, characterized in that such an amount of a non-condensable gas is introduced into the container (26) that the partial pressure of this non-condensable gas assumes a predetermined value which causes the condensable refrigerant to boil at the operating temperatures of electrical appliances. 5.

Method according to claim 1, characterized in that the coolant, before it is introduced into the container, is subjected to the thermal degassing to remove any absorbed air from the coolant.

Process according to Claim 1, characterized in that a fluorinated hydrocarbon, a chlorofluorinated hydrocarbon or a chlorofluoropropane is used as coolant.

5. A method according to claim 1, characterized in that the electrical apparatus is constituted by a transformer.

6. A method according to claim 1, characterized in that the electrical appliance is immersed in the coolant to 9a 9A of its height.

Self-propelled cooling system for an electrical appliance, characterized in that it comprises an airtight container (26) arranged to contain the appliance (27) to be cooled, such a volume of a condensable coolant (28) arranged in said container that it covers at least a part of the apparatus to be cooled, a heat exchanger (28) arranged 14, _ve1_oae, ss to receive the coolant in evaporated form and return the coolant in condensed, at least one channel extending through the electrical apparatus (27) (44) arranged to receive at one end a part of the coolant in liquid form and at its opposite end to release the coolant in gaseous form, and a molecular sieve material (56) arranged inside the system for removing water vapor from the coolant.

Cooling system according to claim 7, characterized in that it contains a non-condensable gas which occupies a part of the space in said container (26) and has such a partial pressure that the condensable cooling model (28) boils at the operating temperature of that apparatus ( 27), to be cooled.

Cooling system according to claim 8, characterized in that it comprises an expansion tank (55), which is connected to said container (26) for receiving the non-condensable gas during the operation of the electrical appliance.

Cooling system according to one of Claims 7 to 9, characterized in that the molecular sieve material (56) is arranged between an outlet (58) for the coolant from the container (26) and an inlet (41) for the coolant to the container (26). ) to capture water vapor and prevent this water vapor from reaching said inlet (41).

ll. Cooling system according to one of Claims 7 to 10, characterized in that the coolant consists of a fluorinated hydrocarbon, a chlorofluorinated hydrocarbon or a chlorofluoropropane.

Cooling system according to claim ll, characterized in that the coolant consists of chlorofluoroethane. l5.

Cooling system according to claim 8, characterized in that the non-condensable gas consists of sulfur hexafluoride, hexafluoroethane, chloropentafluoroethane or nitrogen gas.

Cooling system according to one of Claims 7 to 15, characterized in that the electrical appliance (27) consists of a transformer.

Cooling system according to claim 14, in which the transformer (27) has a plurality of windings (45) arranged concentrically around a transformer core (48), characterized in that the windings (45) are formed with a plurality of continuous channels (44) extending from one end (46) of the windings 781086 to their other end (47) and dimensioned so that a central portion of the channels is hotter than the two end portions of the channels in operation of the transformer.

Cooling system according to claim 15, characterized in that the coolant (28) flows in at said one end of the ducts (44) and is heated to its cooling temperature within said middle portion and leaves the ducts at said other end in shape.

17. Iíylfrxfriuvnz cmliírït lrr-: Lv 1.5, 1: F? n n c f., o c k n: 1 i. of nšímndal kzlnriler (44) íír iförlšinlfjslzi (Du) above the surface of the transformer (27) for distributing the coolant over the surface of the transformer.

l8. Cooling system according to claim 17, characterized in that the transformer (27) is provided with means (55) along the circumference of its upper end surface for collecting and retaining the coolant on the upper end surface of the transformer.

Cooling system according to claim 17, characterized in that said duct extensions (50) are provided with a distribution trough (51) near the upper end of the extensions, which distribution trough is arranged to receive coolant from the duct extensions (50) and distribute the coolant over the upper end surface of the transformer.

Cooling system according to claim 19, characterized in that said distribution trough (51) is provided with a first set of openings opposite said duct extensions (50) for receiving vapor-shaped coolant from said duct extensions and a second set of openings (52) for transfer of liquid coolant to the underlying upper end surface of the transformer.

Cooling system according to claim 18, characterized in that the transformer has at least one busbar (54) arranged in the vicinity of at least one of said duct extensions (50) for receiving coolant therefrom.

Cooling system according to one of Claims 7 to 21, characterized in that the vapor pressure of the condensable refrigerant is approximately 0.84 kp / cmg and that the operating temperature of the refrigerant is e7 ° c.