ОХЛАЖДАЮЩИЙ РАДИАТОР С ЖИДКОСТНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ Российский патент 2017 года по МПК G12B15/02 H01F27/08 

1. ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к охлаждающему радиатору, в частности охлаждающему радиатору бака активной части трансформатора, причем охлаждающий радиатор выполнен с охлаждающими элементами, обтекаемыми нагретой активной частью охлаждающей жидкостью за счет силы тяжести сверху по коллекторной или распределительной трубе, так называемому коллектору, вниз к нижнему распределителю, так называемому нижнему коллектору, причем охлажденная жидкость через нижний распределитель поступает обратно в трансформатор и причем, по меньшей мере, один охлаждающий радиатор расположен на удалении от или непосредственно на трансформаторе или его баке.

Охлаждающие радиаторы этого рода включают в себя помимо верхнего и нижнего коллекторов, по меньшей мере, один модуль из охлаждающих элементов, которые соединены посредством соответствующих отдельных распределительных труб с верхним и нижним коллекторами, причем модули содержат трубы, снабженные на своей внешней стороне ребрами.

2. УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Охлаждающие элементы трансформаторов или других электрических аппаратов состоят из плоских, обтекаемых, как правило, маслом в качестве охлаждающей жидкости охлаждающих элементов или из гофролиста, как это известно из DE 102009015377 А. Охлаждающие радиаторы, состоящие из нескольких таких составных или расположенных в ряд/друг за другом охлаждающих элементов, выполнены в виде сварной конструкции. Для повышения срока службы они лакируются или подвергаются огневому цинкованию за счет сложных погружений.

По сравнению с этим при одновременно газо- или маслонепроницаемом соединении охлаждающих элементов с коллекторами должны быть упрощено изготовление и, в частности, улучшен теплопереход или теплопередача.

3. ЗАДАЧА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей изобретения является создание охлаждающего радиатора, который, с одной стороны, имел бы простую конструкцию, а с другой стороны, обеспечивал бы повышенный теплопереход при его тех же внешних габаритах. Эта задача решается согласно изобретению посредством охлаждающего радиатора с признаками п.1 формулы. Предпочтительные варианты осуществления изобретения изложены в зависимых пунктах формулы изобретения.

4. СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно изобретению модули расположены перпендикулярно и поперек продольного направления коллекторов, причем трубы модулей для прохождения воздуха расположены на расстоянии параллельно друг другу. За счет этого создан охлаждающий радиатор, который из нескольких следующих друг за другом в ряд и с воздушным зазором друг от друга, будучи помещен в проемы верхнего и нижнего коллекторов, обеспечивает особенно хорошее прохождение воздуха через себя и по соответствующим охлаждающим элементам.

Таким образом, все охлаждающие элементы охлаждающего радиатора предпочтительно в равной мере способствуют теплопереходу из протекающей через охлаждающий радиатор охлаждающей среды, предпочтительно масла, в окружающий воздух, который обтекает охлаждающий радиатор. В результате охлаждающий радиатор шириной до 540 мм, предпочтительно до 520 мм, и высотой до 2 м, предпочтительно до 1,80 м, обеспечивает особенно высокий отвод энергии до 38,00 кВт/ч, предпочтительно до 39,80 кВт/ч. Предпочтителен охлаждающий радиатор высотой 0,5-3,60 м. В случае оптимизированных сечений верхнего и нижнего коллекторов, а также труб модулей можно достичь расхода масла через охлаждающий радиатор до 2700 кг/ч, предпочтительно до 2800 кг/ч.

Как подтвердили испытания, жидкость, в частности масло, протекающая сверху вниз с наилучшим охлаждающим действием, испытывает наименьшее сопротивление, если соблюдается оптимизированное сечение элементов охлаждающего радиатора. Поскольку возникают лишь минимально возможные сопротивления, система может работать в свободной конвекции; никаких насосов не требуется.

Таким образом, охлаждающий радиатор имеет вид компактного блока в сборе, который состоит из произвольного числа расположенных на расстоянии друг от друга модулей, присоединенных посредством отдельных распределительных труб к коллекторам. Охлаждающий радиатор в сборе или его модули могут полностью обтекаться в поперечном и продольном направлениях окружающим воздухом, при необходимости, при поддержке вентиляторами. Охлаждение или теплоотвод/теплопереход становится за счет этого очень эффективным.

В одном предпочтительном варианте предложено, что трубы и коллекторы, предпочтительно верхний и нижний коллекторы, а также отдельные распределительные трубы состоят из обрабатываемого штранг-прессованием материала, такого как, в частности, алюминий или алюминиевые сплавы, магний, или подобных, подходящих для штранг-прессования легких металлов. Эти материалы обладают, с одной стороны, хорошими свойствами теплоперехода, а с другой стороны, являются коррозионно-стойкими за счет образующихся оксидных слоев, так что лакирования или подобного покрытия или поверхностной обработки может не потребоваться, и к тому же легко подвергаются штранг-прессованию, а именно предпочтительно с нужной произвольной геометрией.

Необходимые для соединения отдельных компонентов охлаждающего радиатора проемы точно изготавливаются предпочтительно фрезерной или лазерной обработкой, так что места точного микросоединения достигаются предпочтительно лазерной сваркой с газо- или маслонепроницаемым соединением.

Предпочтительно, если каждый модуль включает в себя до 12, предпочтительно до 10 труб. За счет этого создан охлаждающий радиатор, активная поверхность которого, обтекаемая, при необходимости, полностью окружающим воздухом, с помощью особенно простых средств приспосабливается к требуемым со стороны охлаждающего радиатора свойствам.

В этой связи также предпочтительно, если трубы соответствующих модулей имеют уплощенное, предпочтительно прямоугольное сечение, в частности прямоугольное сечение со скругленными углами. Особенно предпочтительно, если такие трубы имеют, по меньшей мере, одну внутреннюю перемычку, предпочтительно две внутренние перемычки. При этом ширина труб составляет предпочтительно до 130 мм, предпочтительно до 120 мм. В частности, предпочтительно, если расстояние между трубами каждого модуля составляет до 30 мм, предпочтительно до 27 мм. За счет этого создан охлаждающий радиатор, который, с одной стороны, обеспечивает достаточное протекание охлаждающих сред, таких как масло, через трубы каждого модуля, а с другой стороны, содержит трубы достаточной формоустойчивости. Наконец, за счет выбора достаточного расстояния между трубами происходит оптимальное прохождение воздуха через охлаждающий радиатор, что позволяет оптимизировать охлаждающую мощность.

Кроме того, предпочтительно, если предусмотренные на внешней стороне труб ребра являются продольными ребрами, которые проходят предпочтительно по всей длине труб, т.е. по всей длине охлаждающего радиатора. В частности, предпочтительно, если на каждую трубу предусмотрены до 15, особенно предпочтительно до 12 продольных ребер. В этой связи, в частности, предпочтительно, если продольные ребра имеют высоту, т.е. протяженность от внешней стороны труб наружу, до 15 мм, предпочтительно до 12 мм. Расстояние между продольными ребрами должно составлять до 25 мм, предпочтительно до 20 мм, чтобы за счет этого создать не только активную поверхность для охлаждающего радиатора с большим теплоизлучением, но и одновременно оптимизировать также переход тепла из охлаждающей среды в обтекающий охлаждающий радиатор и протекающий через него окружающий воздух.

В другом варианте предпочтительно, если в охлаждающем радиаторе предусмотрено до 10, предпочтительно до 8 модулей. Эти модули, соединенные между собой соответственно верхней и нижней отдельными распределительными трубами, обеспечивают, тем самым, особенно большую активную поверхность при одновременно компактной конструкции охлаждающего радиатора.

В этой связи также предпочтительно, если, по меньшей мере, верхний коллектор, предпочтительно также нижний коллектор, имеет прямоугольное сечение, предпочтительно 20×80 мм. Кроме того, предпочтительно, если, по меньшей мере, верхний коллектор, предпочтительно верхний и нижний коллекторы, расположены на одном конце отдельных распределительных труб и, тем самым, не мешают потоку воздуха, протекающему, в частности, снизу вверх через охлаждающий радиатор вдоль модулей. Только за счет расположения верхнего коллектора на удалении от середины отдельных распределительных труб на их конце удалось достичь улучшенного на 38% притока воздуха к охлаждающему радиатору и выхода воздуха из него.

Один предпочтительный вариант предусматривает предварительно изготавливаемую конструкцию охлаждающего радиатора, в которой верхний и нижний коллекторы расположены в продольной протяженности и, если смотреть по длине, имеют на расстоянии друг за другом произвольное число проемов, а в случае овальных труб в качестве охлаждающего элемента - соответствующие по форме, выполненные поперек продольной протяженности удлиненные отверстия. Охлаждающие элементы соединяются в модуль в проемах соединенных с верхним и нижним коллекторами отдельных распределительных труб, которые, как и коллекторы, имеют форму прямоугольника или квадрата. Модули, состоящие из верхнего и нижнего отдельных распределителей с соединенными охлаждающими элементами, своими отдельными распределительными трубами, проходя поперек коллекторов и находясь одним из своих проемов в проточном соединении с проемом коллекторов, маслонепроницаемо соединяются с ними, предпочтительно свариваются лазером, а именно таким образом, что коллекторы перекрывают расположенные поперек них модули, либо посередине, либо предпочтительно со смещением вбок и к концам отдельных распределительных труб.

5. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение более подробно поясняется ниже со ссылкой на чертежи, на которых изображены предпочтительные варианты его осуществления. На чертежах представляют:

Фиг. 1 - вид спереди охлаждающего радиатора;

Фиг. 2 - вид с торца охлаждающего радиатора из Фиг. 1;

Фиг. 3 - вид сверху на охлаждающий радиатор из Фиг. 1 и 2;

Фиг. 4 - отдельную распределительную трубу для охлаждающего радиатора;

Фиг. 5 - отрезок коллектора охлаждающего радиатора;

Фиг. 6 - сечение трубы модуля в первом варианте;

Фиг. 7 - сечение трубы модуля во втором варианте;

Фиг. 8 - перспективный вид охлаждающего радиатора сверху вниз.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На Фиг. 1 изображен вид спереди предварительно изготовленного в сборе охлаждающего радиатора 1, подготовленного к монтажу на трансформаторе и демонтажу с него. Радиатор 1 включает в себя верхний 2 и нижний 3 коллекторы, которые посредством соответствующих фланцев 2а, 3а могут быть соединены с трансформатором (не показан) для образования с ним замкнутого масляного контура. Между верхним 2 и нижним 3 коллекторами присоединено большое число модулей 4, которые проходят соответственно перпендикулярно и поперек продольной протяженности коллекторов 2, 3 в плоскость чертежа. Модулям 4, в свою очередь, приданы отдельные распределительные трубы 5, которые гидронепроницаемо соединены с коллекторами 2, 3 и трубами модулей 4, обеспечивая, тем самым, прохождение охлаждающей среды, такой как масло, через весь радиатор 1. Наконец, с коллекторами 2, 3 соединены датчики 20, 21 для измерения расхода, а также входной и выходной температур охлаждающей среды через радиатор 1.

На Фиг. 2 радиатор 1 из Фиг. 1 изображен при виде сбоку, позволяя увидеть, тем самым, передний или первый модуль 4. Многочисленные последовательно расположенные с зазором между собой модули 4, присоединенные к коллекторам 2, 3, образуют радиатор 1 из Фиг. 1. Рассмотрев вместе Фиг. 1 и 2, можно констатировать, что радиатор 1 и его модули 4 или выполненные в данном примере в виде овальных труб 6 элементы (Фиг. 6) могут полностью обтекаться окружающим воздухом. Нагретая охлаждающая жидкость (масло), поступающая от потребителя по верхней стрелке на Фиг. 1, особенно эффективно охлаждается за счет этого на своем пути вниз. Там охлаждающая жидкость поступает по нижней стрелке обратно к потребителю (бак - активная часть трансформатора). Радиатор может быть подключен к потребителю, при необходимости посредством трубопроводов, с помощью фланцев 2а, 3а коллекторов 2, 3.

На Фиг. 3 радиатор 1 из Фиг. 1 и 2 изображен при виде сверху. Модули 4 с расположенными в отдельных распределительных трубах 5 охлаждающими элементами расположены поперек и перпендикулярно верхнему коллектору 2 и перекрыты им посередине модулей 4. Каждый модуль 4 состоит из пяти соединенных одной общей отдельной распределительной трубой 5 труб 6 в основном прямоугольного сечения. Между трубами 6 предусмотрено расстояние 22 для прохождения охлаждающего воздуха через соответствующие модули 4.

На Фиг. 4 в качестве подробности изображена отдельная распределительная труба 5 с ее стороны с проемами 23. Через них происходит гидро- и газонепроницаемое соединение отдельной распределительной трубы 5 с трубами (не показаны) для прохождения охлаждающей среды.

На Фиг. 5 в качестве подробности изображен коллектор 2 с его стороны с проемами 24. Через них происходят соединение и гидро- и газонепроницаемая сварка коллектора 2 с отдельными распределительными трубами 5 (не показаны).

На Фиг. 6 изображено сечение трубы 6 в основном прямоугольного сечения и скругленными углами. На внешней стороне трубы 6, однако, по меньшей мере, на ее продольных сторонах эквидистантно расположены продольные ребра 7, которые заметно увеличивают активную поверхность трубы 6, т.е. поверхность контактирования трубы 6 с обтекающим ее окружающим воздухом. Для стабилизации трубы 6 внутри нее расположена внутренняя перемычка 8.

На Фиг. 7 изображен второй вариант трубы 6 как части модуля охлаждающего радиатора. Труба 6 имеет в основном прямоугольное сечение со скругленными углами, причем на каждой продольной стороне трубы 6 на одинаковом расстоянии друг от друга расположены охлаждающие ребра 7. Также их высота, т.е. их протяженность от внешней стороны трубы 6 наружу, одинакова по всей периферии трубы 6 для обеспечения за счет этого одинаковых условий теплоперехода по ней. Для стабилизации трубы 6 и для разделения ее сечения на три в основном одинаковые камеры предусмотрены внутренние перемычки 8а, 8b, проходящие по всей длине трубы 6.

На Фиг. 8 изображен общий вид в перспективе охлаждающего радиатора 1 сверху вниз. Он содержит верхний 2 и нижний 3 радиаторы, которые соединяют восемь отдельных распределительных труб 5. Последние соединены, в свою очередь, с семью трубами 6, по всей длине которых проходят продольные ребра 7. Чтобы обеспечить в основном беспрепятственное прохождение охлаждающего воздуха через радиатор 1, коллекторы 2, 3 расположены со смещением из среднего положения на отдельных распределительных трубах 5 (Фиг. 3) к их концам.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

1 - охлаждающий радиатор

2 - верхний коллектор

2а - фланец

3 - нижний коллектор

3а - фланец

4 - модуль

5 - отдельная распределительная труба

6 - труба

7 - продольные ребра

8 - внутренняя перемычка

20 - измерительный датчик

21 - измерительный датчик

22 - расстояние между трубами

23 - проем в отдельной распределительной трубе

24 - проем в коллекторе

Изобретение относится к охлаждающему радиатору, в частности охлаждающему радиатору бака активной части трансформатора. Технический результат – улучшение теплоперехода без увеличения габаритов радиатора - достигается тем, что в охлаждающем радиаторе (1), включающем в себя верхний (2) и нижний (3) коллекторы, а также, по меньшей мере, один модуль (4) из охлаждающих элементов, соединенных посредством соответствующих отдельных распределительных труб (5) с верхним и соответственно нижним коллекторами (2, 3), модули (4) содержат трубы (6), снабженные на своей внешней стороне соответственно ребрами (7). При этом модули (4) расположены перпендикулярно и поперек продольного направления коллекторов (2, 3), а для прохождения воздуха трубы (6) модулей (4) расположены параллельно на расстоянии (22) друг от друга. 16 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Охлаждающий радиатор (1), включающий в себя верхний коллектор (2) и нижний коллектор (3), а также, по меньшей мере, один модуль (4) из охлаждающих элементов, соединенных посредством соответствующих отдельных распределительных труб (5) с верхним и соответственно нижним коллекторами (2, 3), причем модули (4) содержат трубы (6), снабженные на своей внешней стороне соответственно ребрами (7), отличающийся тем, что модули (4) расположены перпендикулярно и поперек продольного направления коллекторов (2, 3), при этом для прохождения воздуха трубы (6) модулей (4) расположены параллельно на расстоянии (22) друг от друга, при этом модули (4) выполнены с возможностью полного обтекания в поперечном и продольном направлениях окружающим воздухом.

2. Радиатор по п. 1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, трубы (6) модулей (4) состоят из алюминия или алюминиевого сплава.

3. Радиатор по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что каждый модуль (4) содержит до 12, предпочтительно до 10 труб (6).

4. Радиатор по п. 1, отличающийся тем, что трубы (6) модулей (4) имеют уплощенное, предпочтительно прямоугольное сечение, в частности, со скругленными углами.

5. Радиатор по п. 1, отличающийся тем, что трубы (6) имеют, по меньшей мере, одну внутреннюю перемычку (8), предпочтительно две внутренние перемычки (8).

6. Радиатор по п. 1, отличающийся тем, что ширина труб (6) составляет до 130 мм, предпочтительно 120 мм.

7. Радиатор по п. 1, отличающийся тем, что расстояние между трубами (6) каждого модуля (4) составляет до 30 мм, предпочтительно до 27 мм.

8. Радиатор по п. 1, отличающийся тем, что трубы (6) содержат продольные ребра (7), предпочтительно до 15, особенно предпочтительно до 12 продольных ребер (7).

9. Радиатор по п. 8, отличающийся тем, что продольные ребра (7) имеют высоту до 15 мм, предпочтительно до 12 мм.

10. Радиатор по одному из пп. 8 или 9, отличающийся тем, что расстояние между продольными ребрами (7) составляет до 25 мм, предпочтительно до 20 мм.

11. Радиатор по п. 1, отличающийся тем, что в нем предусмотрено до 10, предпочтительно до 8 модулей (4).

12. Радиатор по п. 1, отличающийся тем, что его ширина составляет до 540 мм, предпочтительно до 520 мм.

13. Радиатор по п. 1, отличающийся тем, что его высота составляет 0,5-3,60 м, предпочтительно до 2,00 м.

14. Радиатор по п. 1, отличающийся тем, что расход масла через него составляет до 2700 кг/ч, предпочтительно до 2800 кг/ч.

15. Радиатор по п. 1, отличающийся тем, что отвод энергии через него составляет до 38,00 кВт/ч, предпочтительно до 39,80 кВт/ч.

16. Радиатор по п. 1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, верхний коллектор (2) имеет прямоугольное сечение, предпочтительно размером 20×80 мм.

17. Радиатор по п. 1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, верхний коллектор (2), предпочтительно верхний коллектор (2) и нижний коллектор (3), расположены на одном конце отдельных распределительных труб (5).