TWI620210B - 嵌埋熱傳元件之變壓器 - Google Patents

Abstract

一種嵌埋熱傳元件之變壓器包含鐵芯、至少一繞組以及至少一第一熱傳元件。繞組繞設於鐵芯。繞組具有複數個排線層。第一熱傳元件熱性連接於排線層中之相鄰兩層之間。第一熱傳元件配置以流通導熱流體於其內。

Description

嵌埋熱傳元件之變壓器

本發明是有關於一種變壓器。

變壓器為能量傳遞與轉換時普遍使用的裝置。在操作過程中，變壓器會因為許多因素而升溫。舉例來說，流經變壓器繞組的電流會導致變壓器導體的電阻加熱(resistive heating)，接著熱再由導體散逸。具體來說，感應出的渦流(eddy current)會在變壓器的鐵芯內循環，因而造成電阻加熱。渦流在鐵芯內所產生的熱能會接著傳遞至變壓器的其他元件。此外，變壓器中的殘餘直流電(residual DC current)也會導致變壓器加熱。因此，變壓器操作往往伴隨著變壓器加熱。

一種習知的降溫方式，是對變壓器進行強制風冷(例如，採用風扇)。然而，此作法的成效不彰，並無法將變壓器操作時所產生的熱能有效率地散逸，因此變壓器操作時的溫度與室溫之間的溫差仍過大，嚴重影響變壓器的效能。

因此，如何提出一種可解決上述問題的變壓器，是目前業界亟欲投入研發資源解決的問題之一。

有鑑於此，本發明之一目的在於提出一種可有效降低操作時的溫度的嵌埋熱傳元件之變壓器。

為了達到上述目的，依據本發明之一實施方式，一種嵌埋熱傳元件之變壓器包含鐵芯、至少一繞組以及至少一第一熱傳元件。繞組繞設於鐵芯。繞組具有複數個排線層。第一熱傳元件熱性連接於排線層中之相鄰兩層之間。第一熱傳元件配置以流通導熱流體於其內。

綜上所述，本發明的嵌埋熱傳元件之變壓器係在繞組的相鄰兩排線層之間設置第一熱傳元件，因此可有效率地將嵌埋熱傳元件之變壓器操作時繞組所產生的熱能帶走，進而可大幅降低嵌埋熱傳元件之變壓器與室溫之間的溫差，藉以改善嵌埋熱傳元件之變壓器的效能。

以上所述僅係用以闡述本發明所欲解決的問題、解決問題的技術手段、及其產生的功效等等，本發明之具體細節將在下文的實施方式及相關圖式中詳細介紹。

100‧‧‧嵌埋熱傳元件之變壓器

110‧‧‧鐵芯

111‧‧‧芯部

120‧‧‧繞組

121‧‧‧排線層

130‧‧‧第一熱傳元件

131‧‧‧流道

140‧‧‧第二熱傳元件

150‧‧‧流體輸出模組

160‧‧‧流體回收模組

170‧‧‧通風條

180‧‧‧絕緣層

4-4‧‧‧線段

E1‧‧‧第一端

E2‧‧‧第二端

A‧‧‧排列方向

L‧‧‧導熱流體

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖為繪示本發明一實施方式之嵌埋熱傳元件之變壓器的立體示意圖。

第2圖為繪示第1圖中之嵌埋熱傳元件之變壓器的局部上視圖。

第3圖為繪示第1圖中之嵌埋熱傳元件之變壓器的部分元件示意圖。

第4圖為繪示第3圖中之第一熱傳元件沿著線段4-4的剖面圖。

第5圖為繪示本發明另一實施方式之嵌埋熱傳元件之變壓器的部分元件示意圖。

以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。並且，除非有其他表示，在不同圖式中相同之元件符號可視為相對應的元件。這些圖式之繪示是為了清楚表達這些實施方式中各元件之間的連接關係，並非繪示各元件的實際尺寸。

請參照第1圖以及第2圖。第1圖為繪示本發明一實施方式之嵌埋熱傳元件之變壓器100的立體示意圖。第2圖為繪示第1圖中之嵌埋熱傳元件之變壓器100的局部上視圖。如第1圖與第2圖所示，於本實施方式中，嵌埋熱傳元件之變壓器100包含鐵芯110、複數個繞組120、複數個第一熱傳元件130、複數個第二熱傳元件140以及流體輸出模組150。鐵芯110包含複數個芯部111。繞組120分別繞設於芯部111。第一熱傳 元件130分別對應芯部111，且第二熱傳元件140也分別對應芯部111。繞組120具有複數個排線層121。每一第一熱傳元件130熱性連接於對應之繞組120的相鄰兩排線層121之間。藉此，與第一熱傳元件130相熱性連接之排線層121即可將所產生的熱能傳遞至第一熱傳元件130。每一第二熱傳元件140熱性連接於對應之芯部111與繞組120之間。藉此，與第二熱傳元件140相熱性連接之芯部111與繞組120即可將所產生的熱能傳遞至第二熱傳元件140。第一熱傳元件130與第二熱傳元件140流體連通，並配置以流通導熱流體L(先見第4圖)於其內。流體輸出模組150配置以提供導熱流體L至第二熱傳元件140，因此導熱流體L會經由第二熱傳元件140而流至第一熱傳元件130。

藉由以上結構配置，第二熱傳元件140由相熱性連接之芯部111與繞組120所吸收的熱能即可由流動於其內的導熱流體L所帶走，同時第一熱傳元件130由相熱性連接之排線層121所吸收的熱能也可由流動於其內的導熱流體L所帶走，進而可大幅降低嵌埋熱傳元件之變壓器100整體的溫度。

於與實施方式中，嵌埋熱傳元件之變壓器100還進一步包含流體回收模組160。流體回收模組160與第一熱傳元件130流體連接，並配置以回收流動於第一熱傳元件130內之導熱流體L。於一些實施方式中，流體輸出模組150與流體回收模組160亦可進一步包含於一流體循環裝置(圖未示)內，其係配置以將流體回收模組160所回收之高溫導熱流體L進行降溫(例如，利用包含壓縮機、冷凝器、冷媒…等元件之冷卻模組所提供之冷卻機制)，再經由流體輸出模組150而再次循環 至第二熱傳元件140。

請參照第3圖，其為繪示第1圖中之嵌埋熱傳元件之變壓器100的部分元件示意圖。第3圖係以設置於鐵芯110其中一側的第一熱傳元件130與第二熱傳元件140所構成的流體路徑配置做說明。於本實施方式中，第二熱傳元件140係由芯部111之排列方向A的第一端E1(即鄰近流體輸出模組150的一端)至第二端E2(即遠離流體輸出模組150的一端)依序流體串聯。第一熱傳元件130亦由第一端E1至第二端E2依序流體串聯。排列於第二端E2之第一熱傳元件130與第二熱傳元件140再流體串聯。流體輸出模組150配置以提供導熱流體L至排列於第一端E1之第二熱傳元件140。流體回收模組160配置以由排列於第一端E1之第一熱傳元件130回收導熱流體L。換句話說，流體輸出模組150所提供之導熱流體L係由排列於第一端E1的第二熱傳元件140依序流至排列於第二端E2的第二熱傳元件140，再由排列於第二端E2的第一熱傳元件130依序流至排列於第一端E1的第一熱傳元件130，最後由流體回收模組160所回收。

於本實施方式中，第一熱傳元件130與第二熱傳元件140中的每一者的流體輸入口與流體輸出口分別位於上下兩側，但本發明並不以此為限。於一些實施方式中，第一熱傳元件130與第二熱傳元件140中的至少一者的流體輸入口與流體輸出口亦可同時位於同一側(例如，同時位於上側或下側)。

於實際應用中，請配合參照第1圖，鐵芯110的兩側由第一熱傳元件130與第二熱傳元件140所構成的流體路徑 配置可選擇性地設計為對稱或非對稱。亦即，鐵芯110的兩側流體路徑配置可依據實際需求而彈性地調整。舉例來說，若鐵芯110的兩側的流體路徑配置皆是使導熱流體L由第一端E1開始流入，則可能會導致排列於第二端E2之芯部111與繞組120的溫度比位於第一端E1之芯部111與繞組120的溫度來的高，這可能導致嵌埋熱傳元件之變壓器100散熱不均而影響整體效能。為了避免此情形，可設計鐵芯110一側的流體路徑配置使導熱流體L由第一端E1開始流入，並設計鐵芯110另一側的流體路徑配置使導熱流體L由第二端E2開始流入，即可有效地消除第一端E1與第二端E2之間的溫差。

於一些實施方式中，第一熱傳元件130與第二熱傳元件140的結構實質上相同。請參照第4圖，其為繪示第3圖中之第一熱傳元件130沿著線段4-4的剖面圖。如第4圖所示，以第一熱傳元件130為例，第一熱傳元件130為內含流道131之金屬板，且導熱流體L流動於流道131之中。於一些實施例中，第一熱傳元件130可由兩片板子組合而成，但本發明並不以此為限。於一些實施例中，流道131係以類似S字型的重複迂迴形式形成於第一熱傳元件130的內部，但本發明並不以此為限。

請參照第5圖，其為繪示本發明另一實施方式之嵌埋熱傳元件之變壓器100的部分元件示意圖。第5圖係以設置於鐵芯110其中一側的第一熱傳元件130與第二熱傳元件140所構成的流體路徑配置做說明。於本實施方式中，第二熱傳元件140係同時流體串聯至流體輸出模組150。第一熱傳元 件130係同時流體串聯至流體回收模組160。第二熱傳元件140係以一對一的方式分別流體串聯至第一熱傳元件130。換句話說，流體輸出模組150所提供之導熱流體L係同時提供至每一第二熱傳元件140，而每一第二熱傳元件140內的導熱流體L再各別流至對應之第一熱傳元件130，最後流體回收模組160係同時由第一熱傳元件130回收導熱流體L。藉由本實施方式的流體路徑配置，即可使得排列於第二端E2之芯部111與繞組120的溫度與排列於第一端E1之芯部111與繞組120的溫度較為一致，並使嵌埋熱傳元件之變壓器100可較均勻地散熱。

於一些實施方式中，嵌埋熱傳元件之變壓器100亦可設計使流體輸出模組150提供導熱流體L至第一熱傳元件130，並使流體回收模組160由第二熱傳元件140回收導熱流體L。舉例來說，若鐵芯110所產生的熱能較繞組120多(或鐵芯110的溫度較高)，則可設計使流體輸出模組150提供導熱流體L至第二熱傳元件140，以藉由尚未吸熱且較低溫的導熱流體L快速帶走鐵芯110所產生的熱能，防止大量熱能蓄積於鐵芯110。相對地，若繞組120所產生的熱能較鐵芯110多(或繞組120的溫度較高)，則可設計使流體輸出模組150提供導熱流體L至第一熱傳元件130，以藉由尚未吸熱且較低溫的導熱流體L快速帶走繞組120所產生的熱能，防止大量熱能蓄積於繞組120。

如第1圖與第2圖所示，於本實施方式中，嵌埋熱傳元件之變壓器100還包含複數個通風條170。每一通風條170設置於相鄰兩排線層121之間，以維持相鄰兩排線層121之間 的間隙。藉此，前述間隙即可供外來氣流通過，有利於氣流將排線層121所產生的熱能帶走。

於本實施方式中，嵌埋熱傳元件之變壓器100係在之間未設有第一熱傳元件130的任兩排線層121之間設置前述通風條170。也就是說，對於之間設有第一熱傳元件130的任兩排線層121來說，係利用第一熱傳元件130以熱傳導的方式將排線層121所產生的熱能帶走；對於之間未設有第一熱傳元件130的任兩排線層121來說，係利用通風條170所形成的間隙以熱對流的方式將排線層121所產生的熱能帶走。

如第1圖與第2圖所示，於本實施方式中，嵌埋熱傳元件之變壓器100還包含複數個絕緣層180。絕緣層180分別設置於排線層121之間以及鐵芯110與繞組120之間，以使排線層121之間以及鐵芯110與繞組120之間絕緣。於一些實施方式中，前述絕緣層180為絕緣紙，但本發明並不以此為限。

於一些實施方式中，嵌埋熱傳元件之變壓器100可僅包含第一熱傳元件130而未包含第二熱傳元件140，且流體輸出模組150係直接提供導熱流體L至第一熱傳元件130，而流體回收模組160亦由第一熱傳元件130回收導熱流體L。於其他一些實施方式中，嵌埋熱傳元件之變壓器100亦可僅包含第二熱傳元件140而未包含第一熱傳元件130，且流體輸出模組150係直接提供導熱流體L至第二熱傳元件140，而流體回收模組160亦由第二熱傳元件140回收導熱流體L。

如第1圖所示，於本實施方式中，鐵芯110所包含之芯部111的數量，以及鐵芯110其中一側之第一熱傳元件130 與第二熱傳元件140的數量各為三個，但本發明並不以此為限，可依實際需求而彈性地增減。於實際應用中，嵌埋熱傳元件之變壓器100所採用的鐵芯110的形式並不以第1圖所示之鐵芯110為限。

如第1圖所示，於本實施方式中，每一繞組120所包含的排線層121的數量為四層，但本發明並不以此為限，可依實際需求而彈性地增減。

於一些實施方式中，排線層121的材料包含銅，但本發明並不以此為限。

由以上對於本發明之具體實施方式之詳述，可以明顯地看出，本發明的嵌埋熱傳元件之變壓器係在繞組的相鄰兩排線層之間設置第一熱傳元件，因此可有效率地將嵌埋熱傳元件之變壓器操作時繞組所產生的熱能帶走，進而可大幅降低嵌埋熱傳元件之變壓器與室溫之間的溫差，藉以改善嵌埋熱傳元件之變壓器的效能。為了更有效率地降低嵌埋熱傳元件之變壓器的溫度，本發明的嵌埋熱傳元件之變壓器還在鐵芯與繞組之間設置第二熱傳元件，因此可有效率地將嵌埋熱傳元件之變壓器操作時鐵芯所產生的熱能帶走。並且，本發明的嵌埋熱傳元件之變壓器還可在嵌埋熱傳元件之變壓器操作時依據鐵芯以及繞組所產生的熱能多寡(或溫度高低)，選擇性地設計使導熱流體由第一熱傳元件或第二熱傳元件進行提供。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並不用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當 視後附的申請專利範圍所界定者為準。

Claims (10)

1. 一種嵌埋熱傳元件之變壓器，包含：一鐵芯；至少一繞組，繞設於該鐵芯，該繞組具有複數個排線層；以及至少一第一熱傳元件，熱性連接於該些排線層中之相鄰兩層之間，該第一熱傳元件配置以流通一導熱流體於其內。
2. 如請求項第1項所述之嵌埋熱傳元件之變壓器，還包含：至少一第二熱傳元件，熱性連接於該鐵芯與該繞組之間，該第二熱傳元件與該第一熱傳元件流體連通，並配置以流通該導熱流體於其內。
3. 如請求項第2項所述之嵌埋熱傳元件之變壓器，還包含：一流體輸出模組，配置以提供該導熱流體至該第二熱傳元件。
4. 如請求項第2項所述之嵌埋熱傳元件之變壓器，其中該第一熱傳元件與該第二熱傳元件為內含流道之金屬板。
5. 如請求項第1項所述之嵌埋熱傳元件之變壓器，還包含複數個該繞組以及複數個該第一熱傳元件，其中 該鐵芯包含複數個芯部，該些繞組分別繞設於該些芯部，該些第一熱傳元件位於該鐵芯的一側且流體連通。
6. 如請求項第5項所述之嵌埋熱傳元件之變壓器，還包含：複數個第二熱傳元件，每一該些第二熱傳元件熱性連接於對應之該芯部與對應之該繞組之間，並位於該鐵芯的該側，該些第二熱傳元件配置以流通該導熱流體於其內，並與該些第一熱傳元件流體連通。
7. 如請求項第6項所述之嵌埋熱傳元件之變壓器，其中該些第二熱傳元件由該些芯部之一排列方向的一第一端至一第二端依序流體串聯，該些第一熱傳元件由該第一端至該第二端依序流體串聯，且排列於該第二端之該第一熱傳元件與該第二熱傳元件流體串聯。
8. 如請求項第7項所述之嵌埋熱傳元件之變壓器，還包含：一流體輸出模組，該流體輸出模組配置以提供該導熱流體至排列於該第一端之該第二熱傳元件。
9. 如請求項第1項所述之嵌埋熱傳元件之變壓器，還包含：複數個通風條，每一該些通風條設置於該些排線層中之相鄰兩層之間，以維持該相鄰兩者之間的間隙。
10. 如請求項第1項所述之嵌埋熱傳元件之變壓器，還包含：複數個絕緣層，分別設置於該些排線層之間以及該鐵芯與該繞組之間，以使該些排線層之間以及該鐵芯與該繞組之間絕緣。